CN102934532A - 用于制造电连接结构的方法及电连接结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在柔性扁形线缆（12）与至少一个具有端面（28）的金属触点对偶（18）、特别是至少一个接触销之间建立电连接（20）的方法，该柔性扁形线缆具有多个设置在两个绝缘层（14、16）之间的带状导线（10）。该方法包括以下步骤：a）在至少一个接合区（26）的范围内将至少一个凹部（30）设置到所述绝缘层（16）中；b)在至少一个接合区（26）的范围内将能用激光束（40）穿透的至少一个加固元件（36）安装到对置的所述绝缘层（14）中，以用于进行机械稳固；c）所述至少一个带状导线（10）借助所述至少一个加固元件（36）相对于所述至少一个触点对偶（18）的端面（28）进行定位；以及d）所述至少一个带状导线（10）和所述至少一个触点对偶（18）通过所述激光束（40）进行热接合、特别是进行焊接或钎焊，其中所述激光束（40）穿透所述加固元件（36）。此外，本发明还涉及一种按本发明建立的电连接（20）。

Description

用于制造电连接结构的方法及电连接结构

背景技术

此外由于对减少内燃机的有害物质排放以及燃料消耗的要求不断提高，并且由于相关顾客群对舒适性需求不断增长，所以机动车中的电子系统的重要性不断提高。在此，在日常车辆运行时出现的所有环境影响下，始终显著地难以确保电子元件之间的可靠的电连接。环境影响例如指温度波动、湿度、高加速度和加速以及化学腐蚀流体，它们会有害地作用于电子系统部件的功能及其电连接。因此在现代机动车中，多个电子控制设备需要与多个传感器和执行器接触，并与其它存在于车辆中的通用电连接技术元件（所谓的“AVT”）接触。为此所需的电连接结构经常借助柔性扁形线缆构成。但是，特别是与安全相关的元件、例如电子制动和驾驶员辅助系统、电子马达和传动装置控制系统必须在极端的环境条件和所有可想象得到的车辆运行状况下都能绝对靠地发挥作用，从而电连接结构的接触可靠性尤其重要。

从DE 100 36 900 C2例如已知一种用于使柔性电路板与金属触点对偶接触的方法，并已知一种由柔性电路板和触点对偶构成的装置。

柔性电路板（"FPC" 或 "Flexible Printed Circuit"）以已知的方式借助多个优选平行延伸的且彼此均匀间隔开的铜带状导线构成，其在两侧都借助粘贴的绝缘层覆盖。在要建立的电接触的区域中，去除在扁形线缆的一侧上的绝缘层或者设置凹部，从而在其中形成具有例如圆形几何形状的进口。在此，该进口的直径被选择为优选略微大于金属触点对偶的直径。然后，要与铜带状导线导电连接的触点对偶的平坦端面在理想状态下整个面设置到铜带状导线的下侧上。在最后的步骤中，通过应用脉动的激光束来实现导电连接，该激光束从上方穿透还存在的绝缘层，由此使铜带状导线与金属触点对偶的端面焊接或钎焊在一起。这种方法的缺点是，相对于所属的铜带状导线很难形成金属触点对偶的竖直取向。

EP 1 155 602 B1涉及一种电连接方法和连接位置。柔性电路板在要实现的接触位置的区域内首先去除两侧的绝缘层（“剥皮”），从而至少一个铜带状导线在该区域内露出并且在两侧产生了进口。在该进口呈圆形的情况下其直径如此设定，使得该直径略大于同样示例性地呈柱形的金属触点对偶、特别是接触销的直径。可选的是，上方的进口还利用防腐蚀层来封装。在另一方法步骤中，触点对偶的平坦端面从下方被引导到露出的铜带状导线上，直到它在理想情况下整个面都贴靠在带状导线上。为了建立电连接，绝缘层中的上方孔口以已知的方式经受适当强度和持续时间的激光束的作用，由此铜带状导线在该区域内与金属触点对偶的端侧不可松脱地焊接或钎焊在一起。

在该方法中必须在接合之前，使金属触点对偶的端面相对于铜带状导线精确地取向。尤其在铜带状导线和要与其连接的触点对偶的目前非常小的尺寸的情况下，该尺寸通常仅为十分之几毫米，这一点在制造技术方面需要很高的成本。

发明内容

首先公开了一种用于在柔性扁形线缆与至少一个具有端面的金属触点对偶、特别是至少一个接触销之间建立电连接结构的方法，所述柔性扁形线缆还称为薄膜导体并且具有多个设置在两个绝缘层之间的带状导线。

在第一方法步骤中，在至少一个接合区的范围内将至少一个凹部设置到柔性扁形线缆的绝缘层以及位于其下的粘接层中。替代地，该绝缘层在接合区的范围内也可以从带状导线上完全去除。该凹部优选安装在扁形线缆的端部区域内，或者该区域内的绝缘层被完全去除。然后，在接合区的范围内，可用激光束穿透的加固元件尤其借助粘接层粘贴到对置的绝缘层上，以用于进行机械稳固并且用于简化在接合过程之前的定向过程。在另一方法步骤中，至少一个带状导线借助加固元件相对于触点对偶精确地定向。在此，触点对偶的平坦端面尽可能整个面都与铜带状导线的下侧贴靠在一起，以便在最佳机械性能的同时实现无缺点的电接触。

在最后一个方法步骤中，通过从上方穿透加固元件以及留下的绝缘层的、脉动的激光束，使金属触点对偶与铜带状导线进行热接合、特别是进行焊接或钎焊。由此，在金属触点对偶和柔性扁形线缆的所属的铜带状导线之间形成了多个电触点。这样建立的电连接点或接触点具有高的机械负荷能力。

该加固元件优选设计成板状的、尤其设计成方形的，并借助同样能利用激光束穿透的丙烯酸或环氧树脂粘合剂粘贴到在接合区中保留的绝缘层上。在该方法结束之后，加固元件保留在柔性扁形线缆上。

按本发明设置的加固元件能实现所有露出的铜带状导线相对于要与其热接合的金属触点对偶的同时且尤其精确的定向，这产生了具有最佳电和机械性能的电连接位置。此外，被粘贴的加固元件还明显简化了该方法的自动化能力。

此外，公开了一种特别是根据本发明在柔性扁形线缆和至少一个具有端面的金属触点对偶、特别是至少一个接触销之间的电连接结构，所述柔性扁形线缆具有多个设置在两个绝缘层之间的带状导线。按本发明，绝缘层在至少一个接合区的范围内具有凹部，并且至少一个带状导线在至少一个接合区内与至少一个金属触点对偶进行热接合、特别是进行激光焊接或激光钎焊，以用于建立所述电连接结构，并且在接合区的范围内至少一个加固元件与对置的、留下的绝缘层相连接。

此外，借助加固元件可使包含在柔性线缆中的铜带状导线以简单的方式和方法相对于金属触点对偶进行定向。因此，首先过程稳定地且在制造技术方面以简单的方式和方法建立具有最佳电和机械性能的电连接将结构。此外，粘贴到柔性扁形线缆上的加固元件在建立电连接结构之后形成有效的保护，以防止扁形线缆在该范围内的受到机械损坏。

附图说明

下面借助附图详细地阐述了本发明。其中：

图1以剖视图示出了按本发明建立的电连接结构；

图2示出了电连接结构沿着图1的剖开线II-II的剖视图；

图3示出了横向于图1中的剖开线II-II或沿着图2中的剖开线III-III的剖视图。

具体实施方式

首先要借助图1详细地阐述了按本发明的电连接结构或者说电连接（elektrische Verbindung）。

在柔性扁形线缆12的带状导线10和金属的触点对偶或者说触头副（Kontaktpartner）18之间存在着导电连接结构或者说导电连接20，该带状导线的两侧利用绝缘层14、16来覆盖。该带状导线10优选由铜合金或纯铜构成，而绝缘层14、16由聚酰亚胺膜或聚脂膜制成，它们借助粘接层22、24与带状导线10以已知的方式在整个层上粘接。绝缘层14、16的材料厚度通常在10μm和100μm之间的范围内，而带状导线10的材料厚度在20μm和200μm之间。该粘接层22、24可分别由丙烯酸粘合剂或环氧树脂粘合剂制成。

在接合区26的范围内，带状导线10与金属触点对偶18的端面28进行热接合，以用于建立电连接结构10。在该接合区26的范围内，下绝缘层16连同所属的粘接层22具有凹部30或者说凹槽，以便能进行热接合过程。替代地，绝缘层16和粘接层24在带状导线10的区域内也可完全被去除。如果要在与此背离的侧面上实现电接触，则对绝缘层14以及所属的粘接层22进行相应地操作过程。

关于在图1中示例性示出的形式为具有直径32的柱形接触销的触点对偶18，在此情况下同样呈圆环形的凹部30具有比直径32略大的直径34。在建立多个电连接结构时，该凹部30或这些凹部能以有利的方式在带状导线10的制造过程中就已经安装、例如冲制到下绝缘层16中。为了实现尽可能小的接触电阻，触点对偶的直径32应该大致相当于带状导线10的未示出的宽度。替代地，该凹部30也可按照接合区26的轮廓。

按本发明在接合区26的范围内，加固元件36借助粘接层38安装在上绝缘层14上。基本上呈长方形的加固元件36在一个或多个接合区26的范围内横向于带状导线的伸展方向进行延伸，并且其宽度优选至少相当于扁形线缆12的整个宽度。通过该加固元件36，尤其可使端面28关于带状导线10更容易地竖直地、与中心轴线42平行地定位，这尤其在多个带状导线和要与之电连接的触点对偶时是非常重要的，因为这对于实现具有最佳性能的电连接结构20来说是必要的，在热接合过程期间可使端面28尽可能整个平面都贴靠在带状导线10上。此外由于加固元件36，带状导线10以精确预定义的机械挤压力压靠到所属的触点对偶的端面28上。该加固元件36不必在柔性扁形线缆12的整个宽度上延伸。有利地，例如在下述情况下才仅加固柔性扁形线缆12宽度的一部分：仅一部分必须接触，或柔性扁形线缆12的其余部分应该具有柔性。有利地在下述情况下加固元件36才在柔性扁形线缆12的仅一部分上延伸：柔性扁形线缆12的整个宽度要被接触，然而在两个平面中。

通过激光束40的耦入来实现真正的接合过程，该激光束不仅穿透加固元件36、而且穿透粘接层38以及位于其下的上绝缘层16，由此带状导线10与金属触点对偶18的端面28焊接或钎焊在一起。在为了形成粘接层38所用的塑料材料方面，不存在提高的机械要求，但必须给激光束40足够的穿透性。该板状的加固元件36可例如由有机玻璃或透明的聚碳酸酯制成。加固元件36的粘接层38可用与粘接层22、24相同的材料制成。

图2示出了电连接结构20沿着图1的剖开线II-II的剖视图。

该扁形线缆12的带状导线10在接合区26中与触点对偶18以热的方式连接、尤其通过钎焊或焊接与其接合在一起，由此实现电接触。这还同样适用于图2中其它三个未标注的带状导线，它们相对于带状导线10以及配属的触点对偶均匀地、平行间隔开地延伸。下绝缘层16借助下粘接层24与带状导线10和其它未标注的带状导线相连接。此外，触点对偶18被绝缘层16或粘接层24中的凹部30包围。这还同样适用于其余不具有参考符号的金属触点对偶和配属的此处为圆形的凹部。在热接合方法结束后，在触点对偶和凹部之间存在的间隙必要时可借助适合的填料进行封装。

图3 示出了横向于图1的剖开线II-II或沿着图2的剖开线III-III的剖视图。

金属触点对偶18在接合区26中与柔性扁形线缆12的带状导线10热接合在一起，这优选通过激光焊接或激光钎焊来实现。为此该激光束40通过适合的器件、例如玻璃纤维线缆尽可能逐点地引导到各个接合区26中。其它的金属触点对偶以相应的方式与其它带状导线热接合，并在其整体上构成电连接结构20。为了能无缺点地使触点对偶18与带状导线10接合在一起，在下绝缘层16和下粘接层24中设置凹部30。在此，触点对偶18的直径32选择为略微小于在下绝缘层16和下粘接层24中的凹部30的此处未标注的直径，从而形成环绕的、未标注的间隙。在热接合过程结束之后，该间隙以及所有其它的间隙能够可选地用填料封装。该凹部30的几何形状优选与金属触点对偶18的横截面几何形状相对应。如果金属触点对偶具有与图中所示的柱形造型不同的形状，例如方形造型，其具有椭圆形、矩形或正方形横截面几何形状，则要安装到绝缘层16和粘接层24中的凹部具有相同的几何形状，但具有优选略微扩大的尺寸。在上绝缘层14上设置借助粘接层38固定的加固元件36。在此，几乎呈方形的加固元件36的未标注的宽度在此至少相当于扁形线缆12的整个宽度50。通过加固元件36，带状导线以简单的方式和方法同时关于触点对偶定向，由此电连接结构的制造过程可良好自动化地且同时实现能可靠地复制的接触效果。不仅加固元件36、而且粘接层38以及上绝缘层14都被激光束40几乎无损失地穿透。根据带状导线和/或扁形线缆12的粘接层22、24以及绝缘层14、16的材料厚度，在柔性扁形线缆12的铜带状导线之间的中间室52例如可利用与粘接层22、24相同的材料来填充或利用其它电绝缘的塑料材料来填充。

为了使这样构成的电连接结构20相对于有害的环境影响、例如强烈的温度波动、湿气、高机械加速度或延伸以及化学腐蚀流体具有更好的抵抗能力，可在金属触点对偶和下绝缘层16之间装入或者说注入或喷入由适合的、电绝缘的塑料材料构成的填料（所谓的“成型（Molding）”）。

在本说明书的其它部分中要借助图1详细地描述了按本发明的方法的流程。

在第一方法步骤中，首选在下绝缘层16和所属的粘接层24中设置凹部30。这一点在柔性扁形线缆12的制造过程期间就已经通过以下方式完成：在将绝缘层16粘贴到带状导线上之前在该下绝缘层中冲制具有期望几何形状的凹部。在此，扁形线缆12的下述绝缘层14、16具有凹部30，在这种绝缘层的侧面上要热接合金属触点对偶18。在随后的方法步骤中，该加固元件36借助粘接层38优选整个平面都粘贴在接合区26的范围中，由此其余柔性的扁形线缆12在接合区26的范围内是“刚性的”板。替代地，加固元件36的粘贴同样在柔性扁形线缆12的制造过程期间进行。然而，优选在安装所需的凹部之后，并随后将两个绝缘层粘贴到带状导线上以完成柔性扁形线缆12之后，应才安装加固元件36。该加固元件36在该方法结束之后留在扁形线缆上，并形成有效的保护以避免带状导线的机械损坏。

在第三方法步骤中，要与带状导线10进行电接触的金属触点对偶18借助加固元件36来定向。为了通过激光接合实现最佳的电连接结构，在接合过程期间必要的是，金属触点对偶18的端面28尽可能整个平面都能贴靠在带状导线10的未标注的下侧上。通过被粘贴的加固元件36，能够以有利的方式在整体上使包含在扁形线缆12中的带状导线相对于相应数量的触点对偶同时精确地、尤其与中心轴线42平行地定向。

在第四方法步骤中通过把激光束40射入到接合区26中，使带状导线10和金属触点对偶18的端面28以热的方式接合在一起，该激光束既穿透加固元件36，也穿透包含上绝缘层14在内的粘接层38。

因此，加固元件36以及至少包含粘接层38在内的上绝缘层14都必须由塑料材料制成，按本方法使用的激光束40可尽可能无损失地经过或穿透该塑料材料。

如同在大量实验中得出的一样，借助在5J 和25J之间的激光能量和1ms和10ms之间的作用时间可实现最佳的电连接结构。激光束40优选由所谓的ND:YAG激光器产生，其功率在1kW和5kW之间。与其它在工业中经常使用的CO₂激光器相比，使用这类激光器的优点尤其在于，可产生相对短波的激光束，该激光束可通过许多光波导体精确地导入到接合区26中。因此，尤其形式为接触销的、直径为十分之几毫米的金属触点对偶可无问题地与扁平线中的相应宽度的铜带状导线热接合在一起。

Claims (10)

1.一种用于在柔性扁形线缆（12）与至少一个具有端面（28）的金属触点对偶（18）、特别是至少一个接触销之间建立电连接（20）的方法，所述柔性扁形线缆具有多个设置在两个绝缘层（14、16）之间的带状导线（10），所述方法包括以下步骤：

a）在至少一个接合区（26）的范围内将至少一个凹部（30）设置到所述绝缘层（16）中，

b）在所述至少一个接合区（26）的范围内将能用激光束（40）穿透的至少一个加固元件（36）安装到对置的所述绝缘层（14）中，以用于进行机械稳固，

c）所述至少一个带状导线（10）借助所述至少一个加固元件（36）相对于所述至少一个触点对偶（18）的端面（28）进行定位，和

d）所述至少一个带状导线（10）和所述至少一个触点对偶（18）通过所述激光束（40）进行热接合、特别是进行焊接或钎焊，其中所述激光束（40）穿透所述加固元件（36）。

2.按权利要求1所述的方法，其中所述热接合以下述方式实施：在所述至少一个带状导线（10）和所述至少一个触点对偶（18）之间产生导电的且能机械负荷的连接。

3.按权利要求1或2所述的方法，其中所述加固元件（36）基本上构成为板状，并且借助丙烯酸粘合剂或环氧树脂粘合剂进行粘贴。

4.按权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述至少一个带状导线（10）在热接合之前借助所述加固元件（36）同时相对于所述至少一个触点对偶（18）的至少一个端面（28）定向。

5.按权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述热接合能以分别为5J 至25J的激光能量和在1ms和10ms之间的作用时间来实现，其中特别是应用了具有在1kW和5kW之间的功率的ND:YAG激光器。

6.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述绝缘层（16）在所述至少一个接合区（26）的范围内完全从一个或多个带状导线（10）上去除。

7.一种在柔性扁形线缆（12）和至少一个具有端面（28）的金属触点对偶（18）、特别是至少一个接触销之间的电连接（20），所述柔性扁形线缆具有多个设置在两个绝缘层（14、16）之间的带状导线（10），其特征在于，所述绝缘层（16）在至少一个接合区（26）的范围内具有凹部（30），并且至少一个带状导线（10）在所述至少一个接合区（26）内与所述至少一个金属触点对偶（18）进行热接合、特别是进行激光焊接或激光钎焊，以用于建立所述电连接（20），并且在所述至少一个接合区（26）的范围内，至少一个加固元件（36）与对置的绝缘层（14）相连接。

8.按权利要求7所述的电连接（20），其中在所述加固元件（36）和另外的绝缘层（14）之间的连接至少局部地通过粘接层（38）来实现。

9.按权利要求7或8所述的电连接（20），其中所述加固元件（36）是板状的。

10.按权利要求7至9中任一项所述的电连接（20），其中所述至少一个加固元件（36）能用激光束（40）来穿透。

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