DE102009016842B4 - Leitungsgitter für Elektronikgehäuse und Herstellungsverfahren - Google Patents

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Abstract

Herstellungsverfahren für ein Leitungsgitter, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungsgitter aus mindestens einem ersten Blechstreifen (130) und einem zweiten Blechstreifen (110, 140), die über eine Schweißnaht (150) verbunden sind, gefertigt wird, wobei der zweite Blechstreifen (110, 140) zumindest stellenweise eine für Drahtbonden geeignete Oberfläche (120) aufweist, und wobei der erste Blechstreifen (130) aus Kupfer, Eisen, einer Kupferlegierung oder einer Eisenlegierung besteht und der zweite Blechstreifen (140) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Leitungsgitter für Elektronikgehäuse und ein Verfahren zur Herstellung derartiger Leitungsgitter.
  • Bei Elektronikmodulen, insbesondere solchen zur Steuerung oder Regelung hoher Ströme, wie sie beispielsweise in der Mechatronik auftreten, ist es bekannt, einzelnen Komponenten des Moduls mit Hilfe gestanzter Leitungsgitter elektrisch zu verbinden. Die Leitungsgitter können in derartigen Modulen neben der internen elektrischen Kontaktierung vielfältige Funktionen übernehmen und dienen z. B. als Träger für einzelne Komponenten anstelle einer Leiterplatte oder zugleich als Steckverbinder für die externe elektrische Kontaktierung. Die gesamte Anordnung aus Leitungsgitter und den damit verbundenen Komponenten kann in einem Modulgehäuse vergossen werden oder mit Kunststoff umspritzt werden.
  • Zur internen elektrischen Kontaktierung können die einzelnen Komponenten, wie z. B. diskrete Bauelemente, Leiterplatten, integrierte Schaltungen, Power-ICs, Hybridschaltungen, etc., mit dem Leitungsgitter verlötet werden. Eine besonders effiziente Kontaktierungstechnik stellt jedoch das Drahtbonden dar, bei dem die elektrische Verbindung über Aluminiumdrähte hergestellt wird, die mit dem Leitergitter bzw. dem Anschluss der entsprechenden Komponente durch Preßschweißen werden. Die Bonddrähte haben dabei eine Stärke von typischerweise 50–500 μm.
  • Zur Herstellung der Leitungsgitter werden als Ausgangsmaterial Bleche aus Kupfer, Eisen, bzw. einer Kupfer- oder Eisenlegierung verwendet. Aus der JP 02-152 267A ist beispielsweise ein Leitungsgitter bekannt, das zur Verbesserung der mechanische Eigenschaften aus zwei der Länge nach verschweißten Blechstreifen aus einer Kupfer- bzw. einer Eisen-Nickel Legierung gestanzt wird. Leitungsgitter, die aus zwei miteinander verschweißten Teilen bestehen, sind auch aus der US 2006/0 049 493 A1 , der US 5 339 518 A und der JP 05-144 989 A bekannt. Diese Materialien zeichnen sich zwar durch eine gute elektrische Leitfähigkeit aus, eigenen sich jedoch nicht für Drahtbonden. Um den Bonddraht durch Erhitzen oder die Einwirkung von Ultraschall mit dem Leitungsgitter verschweißen zu können, ist eine Beschichtung des Leitungsgitters mit Aluminium, Silber, oder Gold erforderlich.
  • Insbesondere im Bereich Mechatronic werden als Ausgangsmaterial für Leitungsgitter daher Blechstreifen verwendet, die in Längsrichtung mit einem oder mehreren schmalen Streifen „bonding-fähigen” Metalls, z. B. Aluminium, plattiert sind. Beim sog. Clad-Inlay-Prozess wird in einem Blechstreifen aus einem der oben genannten Legierungen in Längsrichtung eine Vertiefung angebracht, in die ein dünner Streifen des bonding-fähige Metalls eingepresst wird. Durch Temperatur und Druck entsteht eine metallurgische Verbindung zwischen den beiden Metallen. Das Leitungsgitter wird dann so aus dem plattierten Blechstreifen herausgestanzt, dass die Finger des Leitungsgitters quer zu den plattierten Metallstreifen verlaufen und so jeweils eine Stelle („Bonding-Insel”) mit einer für das Drahtbonden geeigneten Oberfläche aufweisen.
  • 1 zeigt den Querschnitt eines derartigen Blechstreifens 110, der in Längsrichtung mit einem schmalen Streifen 120 bonding-fähigen Materials plattiert ist. Auf die nach dem Stanzen durch diesen Streifen gebildeten Bonding-Inseln kann im Zuge des Drahtbondens der Bonddraht mit dem Leitungsgitter verschweißt werden und so die Verbindungen zu den elektronischen Komponenten innerhalb des Gehäuses herstellen.
  • Nachteilig an dem herkömmlichen Verfahren sind die hohen Kosten des plattierten Ausgangsmaterials.
  • Die vorliegende Erfindung hat daher das Ziel, einen verbessertes Herstellungsverfahren für Leitungsgitter anzugeben.
  • Dies wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche erreicht. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Es ist dabei der besondere Ansatz der vorliegenden Erfindung, das Leitungsgitter aus zwei in Längsrichtung verschweißten Blechstreifen zu fertigen, wobei nur einer der beiden Blechstreifen eine bonding-fähige Oberfläche aufweist. Der Einsatz des herkömmlichen, kostspieligen plattierten Ausgangsmaterials kann auf diese Weise deutlich reduziert werden.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Herstellungsverfahren für ein Leitungsgitter angegeben, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Leitungsgitter aus mindestens einem ersten Blechstreifen und einem zweiten Blechstreifen, die über eine Schweißnaht verbunden sind, gefertigt wird, wobei der zweite Blechstreifen zumindest stellenweise eine für Drahtbonden geeignete Oberfläche aus Aluminium, Silber oder Gold aufweist.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Leitungsgitter für Elektronikgehäuse angegeben, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es mindestens einen ersten Blechstreifen und einen zweiten Blechstreifen umfasst, die über eine Schweißnaht verbunden sind, wobei der zweite Blechstreifen zumindest stellenweise eine für Drahtbonden geeignete Oberfläche aus Aluminium, Silber oder Gold aufweist.
  • Vorzugsweise besteht der erste Blechstreifen aus Kupfer, Eisen, einer Kupferlegierung oder einer Eisenlegierung. Dabei handelt es sich um die für die Leitungsgitterproduktion üblichen Werkstoffe, die sich durch eine gute elektrische Leitfähigkeit auszeichnen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht der zweite Blechstreifen ebenfalls aus Kupfer, Eisen, einer Kupferlegierung oder einer Eisenlegierung und ist zumindest stellenweise mit einem für Drahtbonden geeigneten Metall, vorzugsweise Aluminium, plattiert. In dieser Ausführungsform nimmt der zweite Blechstreifen vorteilhafterweise weniger als die Hälfte der Gesamtbreite der verschweißten Blechstreifen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht der zweite Blechstreifen aus einem für Drahtbonden geeigneten Metall, vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. In diesem Fall nimmt der zweite Blechstreifen vorteilhafterweise mehr als die Hälfte der Gesamtbreite der verschweißten Blechstreifen, vorzugsweise 2/3 der Gesamtbreite ein.
  • Vorzugsweise wird das Leitungsgitter durch Stanzen der über eine Schweißnaht verbundenen Blechstreifen gefertigt, wodurch eine besonders kostengünstige Produktion ermöglicht wird.
  • Vorteilhafterweise werden der erste und der zweite Blechstreifen mit Hilfe eines Laserstrahls verschweißt. Auf diese Weise können die beiden Blechstreifen mit einer hohen Schweißgeschwindigkeit, einer schmalen und schlanken Schweißnahtform und geringem thermischem Verzug gefügt werden. Erfindungsgemäß verläuft die Schweißnaht dabei längs der Stoßkante des ersten und des zweiten Blechstreifens.
  • Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen beschrieben, in denen:
  • 1 einen Querschnitt durch einen herkömmlich für die Fertigung von Leitungsgittern verwendeten Blechstreifen zeigt,
  • 2A einen Querschnitt durch einen Blechstreifen zeigt, der gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Fertigung von Leitungsgittern verwendet wird,
  • 2B einen Querschnitt durch einen Blechstreifen zeigt, der gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Fertigung von Leitungsgittern verwendet wird,
  • 2C einen Querschnitt durch einen Blechstreifen zeigt, der gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Fertigung von Leitungsgittern verwendet wird, und
  • 3 ein Beispiel für ein Leitungsgitter zeigt, das gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus dem in 2A gezeigten Blechstreifen gestanzt wird.
  • Erfindungsgemäß werden anstelle des in 1 gezeigten plattierten Blechstreifens zwei über eine Schweißnaht verbundene Blechstreifen verwendet, um die Menge des eingesetzten plattierten Ausgangsmaterials zu reduzieren.
  • 2A zeigt den Querschnitt eines Blechstreifens, der gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus einem einfachen Blechstreifen 130 und einem schmalen Streifen 110 plattierten Blechs zusammengesetzt ist. Der Blechstreifen 130 besteht vorzugsweise aus Kupfer oder einer Standard-Kupferlegierung. Der zweite Streifen 110 besteht ebenfalls vorzugsweise aus Kupfer oder einer Standard-Kupferlegierung, wobei in einer Vertiefung ein dünner Streifen 120 bonding-fähigen Metalls einplattiert ist. Dieser dünne Streifen 120 besteht vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und bildet nach dem Stanzen die Bonding-Inseln, über die das nahe dem Leitungsgitter angeordnete Bauelement mit Bonddrähten mit dem Leitungsgitter elektrisch verbunden wird.
  • Die beiden Blechstreifen 110 und 130 werden entlang der Stoßkante über eine in Längsrichtung verlaufende Schweißnaht 150 mechanisch und elektrisch miteinander verbunden. Das Verschweißen der beiden Blechstreifen kann durch Laserschweißen oder ein anderes geeignetes Schweißverfahren erfolgen.
  • Die Gesamtbreite der verschweißten Blechstreifen kann einige cm, typischerweise 100 mm, betragen. Die Breite des Streifens plattierten Blechs 110 kann je nach der für das Drahtbonden erforderlichen Größe der Bonding-Inseln variieren, ist jedoch vorzugsweise so schmal wie möglich, insbesondere schmäler als der einfache Blechstreifen 130. Die Bondzone ist typischerweise 4 bis 10 mm breit. Inklusive eines Zuschlags für die Schweißzone und Randbereiche beträgt die Breite des plattierten Blechstreifens daher etwa 20 mm. Bei einer Gesamtbreite von 100 mm liegt die Ersparnis an Materialkosten bei etwa 50%.
  • 2B zeigt den Querschnitt eines Blechstreifens, der gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus zwei einfachen Blechstreifen 130 und 140 zusammengesetzt ist. Die 2B entspricht der 2A, wobei einander entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
  • Der Blechstreifen 130 der zweiten Ausführungsform besteht, wie in der ersten Ausführungsform, vorzugsweise aus Kupfer oder einer Standard-Kupferlegierung. Der zweite Streifen 110 besteht hingegen einheitlich aus einem für Drahtbonden geeigneten Metall, vorzugsweise Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, insbesondere AlMg3.
  • Der Aufbau des in 2B dargestellten Ausgangsmaterials für die Fertigung von Leitungsgittern entspricht also dem der ersten Ausführungsform, wobei lediglich der schmale Streifen plattierten Materials 110 in 2A durch einen schmalen Streifen massiven, bonding-fähigen Metalls 140 ersetzt wird. Die beiden Blechstreifen 130 und 140 werden wie in der ersten Ausführungsform über eine in Längsrichtung verlaufende Schweißnaht 150 mechanisch und elektrisch verbunden.
  • Gemäß der zweiten Ausführungsform kann daher vollständig auf den Einsatz plattierten Materials verzichtet werden, wodurch sich weitere Kostenersparnisse ergeben. Die Kosten für einen Blechstreifen aus AlMg3 betragen beispielsweise weniger als 10% der Kosten für einen mit Aluminium plattierten Kupferblechstreifen.
  • 2C zeigt den Querschnitt eines Blechstreifens, der gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus zwei einfachen Blechstreifen 130 und 140 zusammengesetzt ist. Die 2C entspricht den 2A bzw. 2B, wobei einander entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
  • Der Blechstreifen 130 der dritten Ausführungsform besteht, wie in der ersten und der zweiten Ausführungsform, vorzugsweise aus Kupfer oder einer Standard-Kupferlegierung. Der zweite Streifen 110 besteht, wie in der zweiten Ausführungsform, einheitlich aus einem für Drahtbonden geeigneten Metall, vorzugsweise Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, insbesondere AlMg3. Im Gegensatz zur zweiten Ausführungsform wird der zweite Streifen jedoch so breit wie möglich ausgeführt. Die Breite des Kupferblechstreifens wird entsprechend reduziert. Vorzugsweise wird Kupfer lediglich dort eingesetzt, wo eine zusätzliche galvanische Beschichtung, beispielsweise mit Hartgold, Silber oder Zinn, erforderlich ist. Mit einer derartigen Beschichtung kann eine weitere Funktionszone, beispielsweise als Steckerkontakt oder Schweißanschluss, auf dem Leitungsgitter realisiert werden.
  • Die beiden Blechstreifen 130 und 140 werden wie in der ersten und der zweiten Ausführungsform über eine in Längsrichtung verlaufende Schweißnaht 150 mechanisch und elektrisch verbunden.
  • Gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Blechstreifen 130 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung so weit wie möglich durch Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ersetzt. Aufgrund der unterschiedlichen Materialkosten für Kupfer bzw. Aluminium ergibt sich daraus eine weitere Kostenreduktion.
  • Erfindungsgemäß wird der herkömmlich als Ausgangsmaterial zur Fertigung von Leitungsgittern verwendete plattierte Blechstreifen durch einen Verbundwerkstoff ersetzt, bei dem zwei unterschiedliche Blechstreifen nebeneinander angeordnet und über eine Schweißnaht längs der Stoßkante verbunden werden. Aus fertigungstechnischer Sicht bietet sich für diesen Verfahrensschritt Laserschweißen an. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf eine spezielle Schweißtechnik beschränkt. Vielmehr können die Vorteile dieser Erfindung auch mit einer anderen geeigneten Schweißtechnik erzielt werden.
  • 3 zeigt in Draufsicht ein Beispiel für ein Leitungsgitter 200, das gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus dem in 2A gezeigten Blechstreifen gestanzt wird. Das Leitungsgitter besteht aus einer Vielzahl einzelner Leitungsbahnen 210, die über provisorische Stege (230, 231) miteinander verbunden sind. Die Leitungsbahnen erstrecken sich über die Schweißnaht 150, an der der einfachen Blechstreifen 130 und der Streifen 110 plattierten Blechs miteinander verbunden sind. Durch den einplattierten Streifen bonding-fähigen Materials 120 wird so auf jeder Leitungsbahn eine Bonding-Insel 220 gebildet.
  • Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass mit der vorliegenden Erfindung Leitungsgitter für Elektronikgehäuse und ein Herstellungsverfahren für derartige Leitungsgitter angegeben werden. Erfindungsgemäß wird das Leitungsgitter aus zwei längs der Stoßkante verschweißten Blechstreifen gefertigt, wobei nur einer der beiden Blechstreifen eine für das Drahtbonden geeignete Oberfläche aufweisen muss. Die Menge des herkömmlich eingesetzten, plattierten Ausgangsmaterials kann auf diese Weise deutlich reduziert werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 110
    Plattierter Blechstreifen
    120
    Bonding-fähiges Inlay-Material
    130
    Blechstreifen aus Kupfer oder Kupferlegierung
    140
    Blechstreifen aus Aluminium oder Aluminiumlegierung
    150
    Schweißnaht
    200
    Leitungsgitter
    210
    Leitungsbahn
    220
    Bonding-Insel
    230, 231
    provisorischer Verbindungssteg

Claims (10)

  1. Herstellungsverfahren für ein Leitungsgitter, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungsgitter aus mindestens einem ersten Blechstreifen (130) und einem zweiten Blechstreifen (110, 140), die über eine Schweißnaht (150) verbunden sind, gefertigt wird, wobei der zweite Blechstreifen (110, 140) zumindest stellenweise eine für Drahtbonden geeignete Oberfläche (120) aufweist, und wobei der erste Blechstreifen (130) aus Kupfer, Eisen, einer Kupferlegierung oder einer Eisenlegierung besteht und der zweite Blechstreifen (140) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
  2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite Blechstreifen (140) mehr als die Hälfte der Gesamtbreite der verschweißten Blechstreifen (110, 130, 140), vorzugsweise 2/3 der Gesamtbreite einnimmt.
  3. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Leitungsgitter durch Stanzen der über eine Schweißnaht (150) verbundenen Blechstreifen (110, 130, 140) gefertigt wird.
  4. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste und der zweite Blechstreifen (110, 130, 140) mit Hilfe eines Laserstrahls verschweißt werden.
  5. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Schweißnaht (150) längs einer Stoßkante des ersten und des zweiten Blechstreifens (110, 130, 140) verläuft.
  6. Leitungsgitter für Elektronikgehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungsgitter mindestens einen ersten Blechstreifen (130) und einen zweiten Blechstreifen (110, 140) umfasst, die über eine Schweißnaht (150) verbunden sind, wobei der zweite Blechstreifen (110, 140) zumindest stellenweise eine für Drahtbonden geeignete Oberfläche (120) aufweist, und wobei der erste Blechstreifen (130) aus Kupfer, Eisen, einer Kupferlegierung oder einer Eisenlegierung besteht, und der zweite Blechstreifen (140) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
  7. Leitungsgitter nach Anspruch 6, wobei der zweite Blechstreifen (140) mehr als die Hälfte der Gesamtbreite der verschweißten Blechstreifen (110, 130, 140), vorzugsweise 2/3 der Gesamtbreite einnimmt.
  8. Leitungsgitter nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei das Leitungsgitter als Stanzformteil der über eine Schweißnaht (150) verbundenen Blechstreifen (110, 130, 140) ausgeführt ist.
  9. Leitungsgitter nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der erste und der zweite Blechstreifen (110, 130, 140) mit Hilfe eines Laserstrahls verschweißt wurden.
  10. Leitungsgitter nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Schweißnaht (150) längs einer Stoßkante des ersten und des zweiten Blechstreifens (110, 130, 140) verläuft.
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