DE102004038401B4

DE102004038401B4 - Verfahren zum Verbinden eines flexiblen Flachleiters mit einer Leiterplatte

Info

Publication number: DE102004038401B4
Application number: DE102004038401.0A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Heinz Helmut; Dipl.-Ing. Sibyll (TU) König
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Priority date: 2003-10-14
Filing date: 2004-08-07
Publication date: 2017-07-06
Anticipated expiration: 2024-08-08
Also published as: FR2860945A1; FR2860945B1; DE102004038401A1

Abstract

Verfahren zum Verbinden eines flexiblen Flachleiters (2) mit einer Leiterplatte (1), wobei a) auf zumindest einer elektrisch leitfähigen Kontaktzone (11) der Leiterplatte (1) ein Lotdepot (3) aufgetragen wird, b) am Flachleiter (2) auf der Leiterplatte zugewandten Seite zugeordnet eine elektrisch leitfähige Kontaktzone (21) vorhanden ist und mit dem Lotdepot (3) auf der Leiterplatte (1) in Berührung gebracht wird, c) der Flachleiter (2) in oder an der Kontaktzone (21) zumindest eine Öffnung (21) durch den Flachleiter (2) hindurch aufweist, und durch diese Öffnung (23) mittels eines Laserstrahls (4) hindurch das Lotdepot (3) erwärmt und der Flachleiter (2) mit der Leiterplatte (1) verlötet wird, dadurch gekennzeichnet, dass d) der Laserstrahl (4) durch eine Lochmaske (5) und mit einem Durchmesser kleiner als die Öffnung (23) im Flachleiter begrenzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines flexiblen Flachleiters mit einer Leiterplatte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zum Verbinden eines flexiblen Flachleiters mit einer Leiterplatte bekannt. Dabei wird beispielsweise ein Einpressstift genutzt, der einerseits eine Kontaktzone des Flachleiters berührt und andererseits in eine metallisierte Öffnung der Leiterplatte eingesteckt und dort eingepresst oder verlötet wird. Zudem gibt es Versuche, durch die Leiterplatte oder den Flachleiter hindurch mit Wärmeenergie ein Reflowlöten zu erzielen. Insbesondere Flachleiter sind aber thermisch nicht ausreichend stabil für diese Technik.
Aus der US 3,926,360 ist ein Verfahren zum Verbinden eines flexiblen Flachleiters mit einer Leiterplatte zu entnehmen, bei dem in der Leiterplatte mit Lotdepot gefüllte Öffnungen vorgesehen sind. Die Leiterplatte wird mit diesen Öffnungen auf den Flachleiter gelegt und durch Erwärmen der Lotdepots mittels Hitzestrahlung der Flachleiter mit der Leiterplatte verlötet.
Aus der DE 101 38 583 A1 ist darüber hinaus ein Verfahren zum Verbinden eines flexiblen Flachleiters mit einer Leiterplatte durch Laserstrahlung durch eine Öffnung im Flachleiter hindurch zu entnehmen, bei dem das Lotdepot pyramidenstumpfförmig auf der Leiterplatte angeordnet ist und der Flachleiter eine an das Lotdepot angepasste Auswölbung aufweist, so daß es im Bereich der Auswölbung zu einer Verlötung zwischen Leiterplatte und Flachleiter kommt. Nachteilig ist bei dieser Ausgestaltung die geringe wirksame Lötfläche und der erhebliche Aufwand für den Auftrag eines entsprechend geformten Lotdepots sowie zur Ausformung der Aufwölbung im Bereich der Öffnung beim Flachleiter.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein thermisch sicheres und dennoch einfaches Verfahren zum Verbinden eines flexiblen Flachleiters mit einer Leiterplatte vorzustellen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Grundgedanke ist dabei, Öffnungen im Flachleiter vorzusehen, durch die hindurch Wärmeenergie direkt in das Lotdepot eingekoppelt und dieses zum Aufschmelzen gebracht wird.
Die Kontaktzonen und das Lotdepot sind vorzugsweise eben ausgebildet und deutlich größer als die Öffnung, so dass es zu einer großflächigen Lotverbindung kommt.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung ist die Verwendung einer Lochmaske. Diese schützt zum einen den Flachleiter vor direkter Laserstrahlung und kann auf dem Flachleiter anliegend auch überschüssige Wärme abführen. Zudem ist ein definiertes Anpressen des Flachleiters an die Leiterplatte möglich.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert. Kurze Beschreibung der Figuren:
1 Skizze des Verfahrens
2 Leiterplatte und Flachleiter vor dem Verlöten
3 Leiterplatte und Flachleiter verlötet
Die 1 skizziert das Verfahren zum Verbinden eines flexiblen Flachleiters 2 mit einer Leiterplatte 1 durch Reflowlöten mittels eines Lasers. Auf der Leiterplatte 1 sind elektrisch leitfähige Kontaktzonen 11 vorhanden, die über Leiterbahnen mit (nicht dargestellten) elektrischen Bauelementen zu einer elektrischen Baugruppe verschaltet sind. Auf den Kontaktzonen 11 wird ein Lotdepot 3 vorzugsweise als eine ebene Schicht, bspw. ca. 150 μm dick durch konventionellen Schablonendruck oder andere Dickschichttechnik, aufgetragen und vorzugsweise die Leiterplatte 1 ansonsten mit einem Stopplack 12 (vgl. 2, 3) versehen, welcher die Lotausbreitung seitlich begrenzt.
Am Flachleiter 2 sind auf der Leiterplatte 1 zugewandten Unterseite zugeordnet ebenfalls elektrisch leitfähige Kontaktzonen 21 vorhanden, die mit dem Lotdepot 3 auf der Leiterplatte 1 in Berührung gebracht werden.
Der Flachleiter 2 und die Leiterplatte 1 sind zumindest im Bereich der elektrisch leitfähigen Kontaktzonen 11/21 vorzugsweise eben ausgebildet und zueinander parallel ausgerichtet. Das Lotdepot 3 wird als eine ebenfalls im wesentlichen ebene Fläche auf der elektrisch leitfähigen Kontaktzone 11 der Leiterplatte 1 mit einer Flächengröße aufgebracht, die im wesentlichen der Flächengröße der Kontaktzonen 11/21 entspricht, so daß das Lotdepot 3 die Kontaktzonen 11/21 beidseitig großflächig berührt.
Der Flachleiter 2 weist zudem in oder an der Kontaktzone 21 Öffnungen 23 durch den Flachleiter 2 hindurch auf, durch die (23) hindurch das Lotdepot 3 erwärmt und der Flachleiter 2 mit der Leiterplatte 1 verlötet wird. Die Kontaktzonen 11/21 sowie das Lotdepot 3 weisen eine Flächengröße auf, welche vorzugsweise zumindest doppelt bis vierfach so groß ist wie die Fläche der Öffnung 23, so daß während des Lötens eine großflächige Benetzung beider Kontaktzonen erfolgt. Die Öffnungen 23 sind also klein gegenüber der Kontaktzone 21, bspw. ein Durchmesser von 1 mm zu einer Kontaktzone von 2 × 5 mm. Aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit des Lotes reicht die Erwärmung durch diese kleine Öffnung 23 hindurch aus, um das Lotdepot insgesamt aufzuschmelzen.
In diesem Beispiel wird das Lotdepot 3 mittels eines Laserstrahls 4 durch die Öffnung 23 im Flachleiter 2 erwärmt. Bei Lasern reicht eine Öffnung 23 von kleiner 2 mm, bspw. ca. 1 mm oder noch kleiner aus. Alternativ könnten Reflowstempel genutzt werden, welche jedoch eine verhältnismäßig größere Öffnung im Flachleiter 2 erfordern würden.
Der Laserstrahl 4 wird durch eine Lochmaske 5 mit einem Durchmesser kleiner als die Öffnung 23 im Flachleiter begrenzt, wobei die Lochmaske exakt auf dem Flachleiter ausgerichtet ist, so dass die Öffnungen jeweils konzentrisch zueinander liegen und die Lochmaske 5 den Flachleiter komplett abdeckt und nur noch die Öffnungen freibleiben. Die Lochmaske weist vorzugsweise ein für den verwendeten Laserstrahl zumindest weitgehend undurchlässiges Material und kleinere Öffnungen, bspw. ca. 0,8–0,9 mm auf.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Lochmaske 5 aus einem gut wärmeleitfähigen Material, bspw. Metall, und liegt während des Lötprozesses an dem Flachleiter 2 an, wodurch die Lochmaske 5 während des Lötprozesses überschüssige Wärme vom Flachleiter 2 abführt und so diesen vor Überhitzung schützt.
Die Lochmaske 5 kann dazu genutzt werden, während des Lötprozesses mit einem vorgegebenen Anpressdruck den Flachleiter 2 auf die Leiterplatte 1 zu drücken.
Für die Durchführung dieses Verfahrens bedarf es also nur eines flexiblen Flachleiters 2, der im Bereich der Kontaktzone zumindest eine durchgehende Öffnung 23 zur Kontaktierung mit einer Leiterplatte 1 aufweist.

Claims

Verfahren zum Verbinden eines flexiblen Flachleiters (2) mit einer Leiterplatte (1), wobei a) auf zumindest einer elektrisch leitfähigen Kontaktzone (11) der Leiterplatte (1) ein Lotdepot (3) aufgetragen wird, b) am Flachleiter (2) auf der Leiterplatte zugewandten Seite zugeordnet eine elektrisch leitfähige Kontaktzone (21) vorhanden ist und mit dem Lotdepot (3) auf der Leiterplatte (1) in Berührung gebracht wird, c) der Flachleiter (2) in oder an der Kontaktzone (21) zumindest eine Öffnung (21) durch den Flachleiter (2) hindurch aufweist, und durch diese Öffnung (23) mittels eines Laserstrahls (4) hindurch das Lotdepot (3) erwärmt und der Flachleiter (2) mit der Leiterplatte (1) verlötet wird, dadurch gekennzeichnet, dass d) der Laserstrahl (4) durch eine Lochmaske (5) und mit einem Durchmesser kleiner als die Öffnung (23) im Flachleiter begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochmaske (5) während des Lötprozesses mit einem vorgegebenen Anpressdruck den Flachleiter (2) auf die Leiterplatte (1) drückt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochmaske (5) aus einem gut wärmeleitfähigen Material ist und während des Lötprozesses an dem Flachleiter (2) anliegt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß a) der Flachleiter (2) und die Leiterplatte (1) zumindest im Bereich der elektrisch leitfähigen Kontaktzonen (11/21) eben ausgebildet sind und b) das Lotdepot (3) als eine ebenfalls im wesentlichen ebene Fläche auf der elektrisch leitfähigen Kontaktzone (11) der Leiterplatte (1) mit einer Flächengröße aufgebracht wird, die im wesentlichen der Flächengröße der Kontaktzonen (11/21) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktzonen (11/21) sowie das Lotdepot (3) eine Flächengröße aufweisen, welche zumindest doppelt so groß ist wie die Fläche der Öffnung (23), so daß während des Lötens eine großflächige Benetzung beider Kontaktzonen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktzonen (11/21) sowie das Lotdepot (3) zumindest die vierfache Flächengröße gegenüber der Öffnung (23) aufweisen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lotdepot (3) als eine ebene Schicht durch konventionellen Schablonendruck oder andere Dickschichttechnik aufgetragen wird,
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (1) mit einem Stopplack (12) versehen wird, welcher die Lotausbreitung seitlich begrenzt.
Elektrische Baugruppe mit einer Leiterplatte (2) und einem Flachleiter (1) hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche.