DE102012002945A1

DE102012002945A1 - Multifunktionelle Mehrlagenleiterplatte mit einer elektrisch leitfähigen Hochstrom-Leitstruktur

Info

Publication number: DE102012002945A1
Application number: DE201210002945
Authority: DE
Inventors: Rudolf Janesch; Christoph Jarisch
Original assignee: HAEUSERMANN GmbH; Hausermann GmbH
Current assignee: KSG AUSTRIA GMBH, AT
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2013-08-22
Anticipated expiration: 2032-02-17
Also published as: DE102012002945B4

Abstract

Multifunktionelle Mehrlagenleiterplatte mit einer elektrisch leitfähigen Struktur aus geätzten Leiterbahnen und darauf mechanisch und elektrisch leitend befestigten Profilbändern mit Hochstromleiteigenschaften, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilbänder aus einzelnen parallel zueinander angeordneten, leitfähig miteinander verbundenen Drahtelementen gebildet sind, die mit der leitfähigen Struktur der Mehrlagenleiterplatte durch Verschweißen elektrisch leitfähig verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine multifunktionelle Mehrlagenleiterplatte mit einer elektrisch leitfähigen Struktur aus geätzten Leiterbahnen und darauf mechanisch und elektrisch leitend befestigten Profilbändern mit Hochstromleiteigenschaften.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Leiterplatte mit mehreren Lagen (im englischen Sprachgebrauch „Wiring-Board” bzw. „Printed Circuit Board” PCB bzw. „Multilayer-PCB”) mit einer Mehrzahl funktionaler Elemente in der Form einer Mehrzahl nebeneinander angeordneter Drahtelementen (insbesondere Runddrähten), die mechanisch oder mittels Sonotroden und Beaufschlagung von Ultraschall bzw. mittels Reibschweißtechnik flach gepreßt werden und zumindest stückweise flächig und intermetallisch mit Elementen einer Kupferfolie verbunden werden.
Leiterplatten wurden in frühen Jahren der Elektronikindustrie mittels der sogenannten Drahtlegetechnik hergestellt. Vergleiche „Handbuch der Leiterplattentechnik Band 2 1991 Absatz 7, Punkt 71. Multiwire-Verbindungstechnik" bzw. Punkt 7.2 Microwire-Verbindungstechnik".
In all diesen Fällen war bzw. ist die Verbindung zu elektrischen bzw. elektronischen Bauelementen erforderlich. In frühen Jahren der Elektronikindustrie erfolgte dies überwiegend mit Stiften bzw. mit radialen Bauelementen und heute zählen SMD bzw. SMT Bauteile zum Stand der Technik bzw. werden passive und aktive Bauteile bereits im Inneren einer Leiterplatte angeordnet.
Ganz wesentlich in all diesen Fällen ist die elektrische Verbindung der Bauteile mit den Kontaktflächen der Leiterplatte. Üblicherweise erfolgt diese Verbindung mittels Löttechnik bei etwa 240°C bis 260°C und ist lösbar. Wichtig dabei ist die mechanische Haftfestigkeit der Kontaktflächen im isolierenden Leiterplattensubstrat. In dem etwa 55 bis 58 Bill.US$/2010 weltweiten Leiterplattenmarkt wird überwiegend (>95%) die Subtraktivtechnik im Sinne der Ätzechnik verwendet.
Der Begriff „Printed-Circuit-Board PCB”, also „Gedruckte Schaltung” stammt aus einer Zeit, in der die Ätzreserve mittels Siebdruck hergestellt wurde. Diese Maskierungstechnik der Ätzreserve mittels Siebdrucktechnik wird auch heute noch angewendet, allerdings speziell bei sogenannten einseitigen Leiterplatten („single sided PCB”) mit Leiterbahnbreiten i. a. größer 120 μm bzw. üblicherweise größer 200 μm. Im Leiterplattenbereich mit feinen Strukturen mit Leiterbahnbreiten von unter 100 μm bis in den Bereich von etwa 50 bis 60 μm ist die Fotolithografie ein Standard und im noch feineren Bereich ermöglicht die sogenannte LDI-Technologie (Laser-Direct-Imaging) Strukturen bis in den Bereich von etwa 20 μm. Alle diese Technologien beruhen auf der Ätzechnik, wobei relativ dünne Kupferfolien von wenigen 5 bis 10 μm für feinste Strukturen verwendet werden können, die dann u. U. noch galvanisch bzw. elektrochemisch verstärkt werden.
Die Strukturierung mittels Laser von dünnen Kupferfolien hat sich bis heute noch nicht durchgesetzt und die Additivtechnik z. B. mittels InkJet oder Aerosol-Jet wird eher in der sogenannten Polytronik oder Polymerelektronik oder „Printed Electronics” angewendet. Der Druck von Leiterbahnstrukturen mittels Offset-, Flexo-, Intaglio- usw. Drucktechniken und die anschließende Galvanisierung wird ebenfalls zur Zeit nur für Nischenanwendungen verwendet. Die Additivtechnik mittels Silberpastensiebdruck wird beispielsweise bei der Herstellung von RFID-Antennenspulen verwendet (vgl.: EP 842491 B1 , M. Prancz (Austria Card Plastikkarten und Ausweissysteme GmbH; ”Datenträger mit einem einen Bauteil aufweisenden Modul und mit einer Spule und Verfahren zum Herstellen eines solchen Datenträgers”; Priority: 01.08.1995) und wird auch in der Leiterplattentechnik in Nischen angewendet.
Es bleibt festzuhalten, dass die Kontaktflächen für die elektrische Kontaktierung von Bauelemente auf Leiterplattensubstraten überwiegend mittels Ätztechnologie hergestellt werden.
Bei drahtgelegten Leiterplatten wurden ursprünglich runde Drähte meist mit einer thermoplastischen elektrisch isolierenden Ummantelung verwendet. Entweder wurde diese Ummantelung für die haftende Positionierung auf einer isolierenden Substratoberfläche verwendet oder es wurde eine elektrisch isolierende Haftschicht auf der Substratoberfläche für die Positionierung und Haftung verwendet. Die Drahtanschlüsse wurden meist mittels Thermoden und Widerstandsschweißen realisiert. Dabei wurde durch sehr unterschiedliche Art und Weise die Isolation entfernt bzw. wurden so hohe Temperaturen verwendet, dass die üblichen thermoplastischen Materialien pyrolisiert wurden und derart ein elektrisch leitfähiger Kontakt hergestellt wurde.
In den Schriften DE 202005001161 U1 oder der EP 1842402 B1 oder der EP 2076100 B1 werden Leiterplatten genannt, wobei neben der Verwendung von Runddraht auch die Verwendung von Metallbändern oder Folien (Kollmorgen DE 3247344 A1 Seite 10 Absatz 25) genannt werden und die Verbindung erfolgt in allen Fällen zu elektrisch leitenden Kontaktflächen und das sind i. a. geätzte Kupfer-Kontaktelemente.
Bei den vorgenannten Druckschriften – insbesondere der EP 2076100 B1 – ist in 6 bereits schon ein Profilband in Form eines Rechteckprofils offenbart, das durch mehrere parallel nebeneinander angeordnete Runddrähte gebildet ist.
Dort ist jedoch nicht gezeigt, wie die Runddrähte auf der Leiterplatte leitfähig befestigt sind, und wie deren gemeinsame elektrische Eigenschaften in der Art eines Profilbandes für Hochstromleiteigenschaften genutzt werden könnten.
Insbesondere zeigt diese Druckschrift nicht, wie die Runddrähte in geeigneter Weise auf der Mehrlagenleiterplatte bogenförmig oder abgewinkelt verlegt werden könnten.
Deshalb ist Aufgabe der Erfindung, die kostengünstige Herstellung von multifunktionellen Mehrlagenleiterplatten mit elektrisch leitfähigen Strukturen und einer Vielzahl von dort in der Drahtlegetechnik verlegten hochstromleitenden Profilbändern in Verbindung mit üblichen, der Signalleitung dienenden geätzten Leiterbahnen.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruches 1 gekennzeichnet.
Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass eine multifunktionelle Mehrlagenleiterplatte mit elektrisch leitfähiger Struktur so weitergebildet wird, dass die für die Hochstromleiteigenschaften geeigneten Profilbänder mittels Ultraschall und/oder Reibschweißen mechanisch und elektrisch leitend aus einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Drahtelementen gebildet werden, wobei die Drahtelemente so miteinander elektrisch leitfähig verbunden sind, dass sie Profilbänder mit Hochstromleiteigenschaften ausbilden.
Die Erfindung sieht in einem ersten Ausführungsbeispiel vor, dass die aus den mehreren parallel nebeneinander angeordneten Drahtelementen bestehenden Profilbänder in Richtung ihrer Längserstreckung lediglich stückweise mit der leitfähigen Struktur der Mehrlagenleiterplatte durch Verschweißen elektrisch leitfähig verbunden sind.
Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die aus der Mehrzahl von Drahtelementen bestehenden Profilbänder in beliebigen Winkeln, Kurven und Abbiegungen auf der Mehrlagenleiterplatte verlegt werden können und lediglich stückweise mit der leitfähigen Struktur der Mehrlagenleiterplatte durch Verschweißen elektrisch leitfähig verbindbarer sind, sodass eine sehr einfache bogenförmige oder abgewinkelte Verlegung der Profilbänder auf der Leiterplatte gegeben ist.
Die der Lagenfixierung dienende Verschweißung, stellt somit auch die elektrisch leitfähige Verbindung mit der elektrisch leitenden Oberfläche der Mehrlagenleiterplatte (in der Regel ist dies eine Kupferfolie) her.
In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Schweißverfahren zur Festlegung der Profilbänder auf der leitfähigen Unterlage und zur gegenseitigen Verbindung der die Profilbänder ausbildenden Drahtelemente beschrieben.
Laut WIKIPEDIA ist der nachfolgend verwendete Begriff „Reibschweißen” der Oberbegriff für die nachfolgenden weiteren Schweißverfahren:
Rotationsreibschweißen
Ultraschallschweißen
Orbitalreibschweißen
Rührreibschweißen
Deshalb werden in der vorliegenden Patentanmeldung alle vorgenannten Schweißverfahren jeweils in Alleinstellungen oder in einer beliebigen Kombination untereinander als erfindungswesentlich beansprucht.
Solche Lagenfixierungen, die gleichzeitig als elektrisch leitfähige Querverbindungen für die einzelnen Drahtelemente des Profilbandes dienen, werden bevorzugt vor und nach der Abbiegung auf der Mehrlagenleiterplatte angebracht, um die Abbiegung mechanisch einwandfrei und unverschiebbar auf der Mehrlagenleiterplatte festzulegen.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die aus mehreren parallel zueinander angeordneten Drahtelementen bestehenden Profilbänder, in Richtung ihrer Längserstreckung über deren gesamte Länge mit der leitfähigen Struktur der Mehrlagenleiterplatte durch Verschweißen elektrisch leitfähig verbunden sind.
Damit ergibt sich der Vorteil, dass eine Verschweißung der aus einzelnen Drahtelementen bestehenden Profilbänder, über deren gesamte Längserstreckung und damit über alle Abbiegungen und Kurven erfolgt, was bevorzugt durch eine rotative Sonotrode geschieht, die in Längsrichtung über den Profilbändern bewegt wird und die einzelnen Drahtelemente, welche die Profilbänder ausbilden, in Form einer leitfähigen Raupe zusammenschweißt.
Damit wird eine einwandfreie durchgehend elektrisch leitfähige Oberfläche aus den einzelnen Drahtelementen gebildet, die in beliebiger Weise bogenförmig oder mehrfach abgewinkelt auf der Leiterplatte verlegt werden können.
Es liegt im Bereich der Erfindung, die Festlegung der die Profilbänder ausbildenden Drahtelemente auf der Mehrlagenleiterplatte an bestimmten Stellen durchgehend über deren gesamten Länge durchzuführen und diese über deren gesamten Länge zu verschweißen und so mit der Oberfläche der Mehrlagenleiterplatte zu verbinden, während an anderen Stellen die dort weitergeführten Drahtelemente nur stückweise verschweißt werden und dadurch auf der elektrisch leitfähigen Oberfläche der Mehrlagenleiterplatte festgelegt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die stückweise und/oder über die gesamte Länge der Drahtelemente erfolgende Verschweißung durch einen Reibschweißvorgang und/oder einen Ultraschweißvorgang erfolgt.
Die beiden Schweißverfahren können also nebeneinander angewendet werden oder es kann je nach Art der Gegebenheiten (Form und Dimension der Drahtelemente, die das Profilband ausbilden) entweder nur ein einziges Verfahren, zum Beispiel das Ultraschweißverfahren oder das Reibschweißverfahren verwendet werden.
Beide Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass es damit erstmals möglich ist, mehrere parallel nebeneinander liegende elektrisch leitfähige Drahtelemente so miteinander in Querrichtung zu verschweißen, dass hieraus ein durchgehendes, elektrisch leitfähiges Profilband geschaffen wird, was es bisher nicht aus dem Stand der Technik bekannt war.
Beim Gegenstand der EP 2076100 B1 oder der WO 2006/077163 A2 konnte nämlich bei den parallel zueinander verlegten Runddrähten nicht sichergestellt werden, dass diese elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind und daher bestand die Gefahr, dass die dort gezeigten Runddrähte nicht als ein einziges elektrisch leitfähiges Profilband wirkten, welches für Hochstromleitungen geeignet ist.
Hier setzt die Erfindung ein, die eines der oben genannten Schweißverfahren verwendet und/oder eine Kombination beider Schweißverfahren, um aus den einzelnen, parallel zueinander verlegten Drahtelementen ein insgesamt hochstromleitfähiges Profilband zu schaffen.
Die Erfindung ist hierbei nicht auf die Ausbildung eines Drahtelementes mit einem Runddraht-Querschnitt beschränkt.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das durch Querverschweißung hergestellte Profilband, bestehend aus einzelnen Drahtelementen, auch Drahtelemente verwendet, die einen Quadrat-Querschnitt und/oder einen Trapez-Querschnitt und/oder einen fünfeckigen Querschnitt und/oder einen Dreiecksquerschnitt und/oder einen Rechteck-Halbkreis-Querschnitt ausbilden.
Hieraus ergibt sich, dass auch eine Mischung von Drahtelementen unterschiedlicher Profilformen verwendet werden können, wobei alle oben genannten Profilformen entweder in Alleinstellung (d. h. heißt nur mit einem einzigen Profil) die parallel zueinander geführten und quer miteinander verschweißten Drahtelemente bilden, die dann als Profilband wirken oder dass in einer anderen Ausgestaltung, unterschiedliche Drahtelemente unterschiedlichen Querschnitts parallel zueinander angeordnet sind, die ebenfalls mindestens in Querrichtung stückweise miteinander verschweißt sind, um so das elektrisch leitfähige Profilband zu bilden.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Profilband selbst aus einem einzigen Drahtelement besteht, welches entweder aus einem einzigen Runddraht besteht oder einem etwa rechteckförmigen Profil mit Längsriefen und/oder aus einem Quadrat-Querschnitt und/oder einem Trapez-Querschnitt und/oder aus einem fünfeckigen Querschnitt und/oder einem Dreiecksquerschnitt und/oder einem Rechteck-Halbkreis-Querschnitt.
Hieraus ergibt sich, dass die Erfindung nicht nur mehrere parallel zueinander verlegte Drahtelemente unterschiedlicher Querschnittsformen beansprucht, sondern auch ein Profilband, welches aus einem einzigen, jeweils bezüglich seiner Profilform aus einem geeigneten Drahtquerschnitt besteht, wobei neben dem an sich bekannten Runddraht vor allem ein etwa mehrfachrechteckförmiges Profil verwendet wird, das aus mehreren, zueinander parallele und miteinander zusammenhängenden Rechteckprofilen besteht.
Derartige Mehrfach-Rechteck-Profile sind durch Längsriefen gekennzeichnet, die sich von der Oberfläche in die Tiefe des Profils hinein erstrecken und dadurch mehrere Teil-Rechteckprofile voneinander abtrennen.
Diese haben den Vorteil, dass solche Längsriefen aufweisende Mehrfach-Rechteck-Profile sehr gut biegbar sind und beliebigen Abbiegungen folgen können, denn die Längsriefen in der Oberfläche des Profils schnüren sich bei der Abbiegung eines solchen gerieften Profils zusammen, sodass ein solches im Prinzip aus mehreren Rechteck-Profilen bestehendes Profil leicht gebogen werden kann, was beim Stand der Technik nicht der Fall ist.
In der EP 2076100 B1 sind Rechteck-Profile offenbart, die aus einem einzigen Voll-Querschnitts-Rechteck-Profil bestehen, was mit dem Nachteil verbunden ist, dass bei der Biegung eines solchen Rechteck-Vollprofils sich das gebogene Profil im Biegebereich aufbäumt, verwinkelt, einreißt und verformt, sodass eine flache Formgebung im Biegebereich nicht mehr gewährleistet ist.
Ein solches, aus einem Voll-Querschnitt bestehendes Rechteck-Profil kann deshalb nur schwierig gebogen werden und der im Biegebereich sich aufwerfende Querschnitt führt zu einer unerwünschten Erhöhung des Profils im Biegebereich.
Überdies besteht der Nachteil, dass ein solches im Winkel gebogenes Voll-Rechteck-Profil in diesem Bereich einreißen kann oder sogar – in Abhängigkeit von der Kupferqualität – während der Abbiegung im Drahtlegeprozeß abreißt.
Hier setzt die Erfindung ein, die im Prinzip mehrere miteinander verbundene und durch Längsriefen voneinander getrennte Rechteck-Profile vorschlägt, die jeweils durch Längsriefen voneinander getrennt sind und die lediglich im Bodenbereich miteinander verbunden sind.
Die Längsriefen erstrecken sich beispielsweise über einen Bereich von 50 bis 80 Prozent des Querschnittes, von oben her bis in den Grundbereich des Rechteck-Profils, sodass ein solches Rechteck-Profil leicht biegbar ist, weil sich die Längsriefen im Biegebereich schließen und aneinander anlehnen, wodurch im Biegebereich sogar eine Verbesserung der Leitfähigkeit erfolgt und keinerlei Spannungsrisse oder Aufwertungen des Profils im Biegebereich zu befürchten sind.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf eine Mehrzahl von parallel nebeneinander angeordneten und bodenseitig miteinander verbundenen sowie jenseits des Bodens durch Längsriefen voneinander getrennte Rechteck-Profile beschränkt.
Anders gestaltete einteilige Profilbänder können auch gemäß der vorstehenden Beschreibung aus einem Profilband mit Quadrat-Querschnitt oder einem Profilband mit Trapez-Querschnitt oder einem Profilband mit fünfeckigem Querschnitt oder einem Profilband mit Dreiecks-Querschnitt oder einem Profilband mit Rechteck-Halbkreis-Querschnitt bestehen.
Zusammenfassend wird festgestellt, dass die Erfindung sich in einer ersten Ausführungsform auf eine Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten Drahtelementen, bestehend aus den oben genannten Profilformen besteht, wobei die Drahtelemente mindestens stückweise senkrecht zu ihrer Längserstreckung (das heißt also quer) durch eine Verschweißung leitfähig miteinander verbunden sind und deshalb leicht biegbarer ausgebildet sind.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung bezieht sich darauf, dass das Profilband aus einem einzigen Drahtelement besteht, wobei jedoch die Profilform des Drahtelementes so gewählt ist, dass es leicht biegbar ist, dass ein Einreißen im Biegebereich oder ein Aufwerfen des Profil-Querschnittes im Biegebereich verbieten wird.
Solche Profilbänder (entweder nach der ersten oder der zweiten Ausführungsform) haben erfindungsgemäß Hochstromleitfähigkeitseigenschaften, sodass sie auf elektrische Ströme größer als 30 A Dauerlast, insbesondere größer als 60 A Dauerlast ausgelegt sind und einen Kupferquerschnitt von größer 2 mm², insbesondere größer 4 mm² aufweisen.
Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.
Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungswege darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
Es zeigen:
1: Perspektivische Ansicht einer explosionsartig auseinandergezogenen multifunktionellen Mehrlagenleiterplatte.
2: Ein schematischer Querschnitt durch eine Innenlage einer Mehrlagenleiterplatte.
3: Ein schematischer Querschnitt durch eine Innenlage einer Mehrlagenleiterplatte mit den jeweils in Querrichtung durch elektrische Verschweißung miteinander verbundenen Runddrähten nach 2.
4: Die Draufsicht auf eine Anordnung nach 2 und 3, bei der die Drahtelemente jeweils stückweise in Querrichtung miteinander verschweißt sind und so auf der Oberfläche der Mehrlagenleiterplatte festgelegt sind.
5: Eine gegenüber 4 abgewandelte Ausführungsform, bei der die elektrische Verschweißung der Drahtelemente über deren gesamten Länge erfolgt.
6: Ein schematischer Querschnitt analog zur 2, wobei angegeben ist, dass die in Querrichtung (entweder stückweise oder durchgehend) miteinander verschweißten Profilbänder kerbenförmige Einschnitte aufweisen, die deren Biegbarkeit erleichtern.
7: Ein schematischer Querschnitt einer Anordnung gemäß 6, wobei jedoch als Substrat eine Kupferfolie für eine Außenlage einer Leiterplatte verwendet wird, wobei jedoch ebenfalls die stückweise oder die über die gesamte Länge sich erstreckende Verschweißung der Drahtelemente mit Kerben an der Oberseite zur Erleichterung der Biegung erfolgt.
8: Ein schematischer Querschnitt durch ein Profilband, bestehend aus mehreren durch Verschweißung miteinander verbundenen Drahtelementen, die in ihren beiden Endbereichen durch Verschweißung auf der Mehrlagenleiterplatte festgelegt sind.
9: Ein schematischer Querschnitt analog zur 8, bei dem jedoch als Substrat eine Kupferfolie für eine Außenlage der Mehrlagenleiterplatte verwendet ist.
10: Eine schematische Draufsicht auf die Anordnung in der Art der 4, wo die parallel zueinander angeordneten Drahtelemente hier lediglich stückweise miteinander verschweißt sind.
11: Die Draufsicht auf die 5, wo die Drahtelemente über deren gesamte Längserstreckung miteinander verschweißt sind.
12a: Ein Schnitt gemäß der Linie A-B in 10.
12b: Ein Schnitt gemäß der Linie A-B mit einer Kupferfolie als Außenlage.
13a: Schematisiert gezeichneter Schnitt gemäß der Linie C-D in 10, außerhalb des Verschweißungsbereiches der Drahtelemente.
13b: Schnitt gemäß der Linie C-D, außerhalb des Verschweißungsbereiches der Drahtelemente, bei Anordnung dieser Drahtelemente auf einer Kupferfolie der Mehrlagenleiterplatte in einer Außenlage.
14: Ein schematischer Schnitt durch eine andere Profilform eines Profilbandes mit aus einer Vielzahl von zusammenhängenden Rechtecken bestehendem Profilband.
15: Ein weiterer Querschnitt durch ein Profilband in Parallel-Trapez-Form.
16: Ein schematisierter Querschnitt durch ein weiteres Profilband in Sechseck-Form (Hausdach-Form).
17: Ein schematisiert gezeichneter Querschnitt durch ein Profilband in Form eines kreissegmentförmigen Kupferprofils (Iglu-Profil).
18a: Ein Profilband mit Trapez-Querschnitt.
18b: Ein Profilband bestehend aus einem Rechteck-Querschnitt, auf dem zur erleichterten Biegbarkeit ein Dreieck aufgesetzt ist.
18c: Ein Profilband bestehend aus einem Rechteck mit einem aufgesetzten Halbkreis.
18d: Ein Profilband bestehend aus einem Dreiecksprofil.
18e: Ein Profilband bestehend aus einem Quadrat-Profil.
19: Ein ähnliches Profilband, wie in 14 dargestellt, welches aus einer Anzahl von parallel zueinander angeordneten und durch Längsriefen voneinander getrennten Rechteckprofilen besteht.
20: Eine gegenüber 19 abgewandelte Ausführungsform.
21: Die Darstellung der Verarbeitung eines Profils nach den 19 und 20 durch eine hierfür geeignete Sonotrode.
22: Die Draufsicht auf die Anordnung nach 21, mit Darstellung des Riffel-Musters der Sonotrode und der darunter angeordneten Profilbänder.
23: Eine gegenüber 23 abgewandelte Ausführungsform, einer in 21 dargestellten Profilform.
24: Eine gegenüber 23 abgewandelte Ausführungsform.
Als Oberbegriff für das Arbeiten mit Leiterplatten ist der Ausdruck „aufgedruckte Schaltungstechnik” zu gebräuchlich. Unter einer gedruckten Schaltung (PC-Printed Circuit) versteht man die Gesamtheit der elektrisch leitenden Schichten einer Leiterplatte, die die gedruckte Verdrahtung darstellen (auch unter Einbeziehung gedruckter Funktionselemente), bestückt und kontaktiert mit Bauteilen.
Das Grundelement von Leiterplatten ist das Basismaterial, auf dem ein- oder beidseitig Leiterbilder angeordnet sind. Die Kombination eines Basismaterials mit Leiterbildern wird als Lage (Laminat-Lage) bezeichnet. Setzt sich eine Leiterplatte aus mehreren Lagen zusammen, dann sind Zwischenlagen aus vorpolymerisiertem Basismaterial (Prepegs – preimpregnated fibres/fibers) zur mechanischen Verbindung der Lagen und zur elektrischen Isolation der Leiterbilder erforderlich.
In einer Ebene liegende Leiterschichten, die ein Leiterbild bilden, werden in ihrer Gesamtheit auch als Leiterebene bezeichnet. Nach ihrer Funktion unterscheidet man Informationsebenen (Signalebenen), Abschirmebenen (Stromversorgungs- und Masseebenen) und technologische Ebenen (Kontaktierebenen) nach ihrer Anordnung, Innenebenen und Außenebenen bzw. innenliegende und außenliegende Leiterbilder bezeichnet.
In 1 ist schematisiert eine solche Mehrlagenleiterplatte 1 dargestellt, deren Basismateriallage 50 aus schichtweise übereinander angeordneten, plattenförmigen Elementen besteht, wobei das obere Element ein lötseitiges Leiterbild 40 aufweist, welches aus geätzten Leiterbahnen 53 besteht, die als Niederstrom-Leiterbahnen ausgebildet sind und vornehmlich für die Signalleitung bestimmt sind.
Neben diesen geätzten Leiterbahnen 53 sind als Breitband-Leiterbahnen ausgebildete weitere Leiterbahnen 3 vorgesehen, die nach der vorliegenden Erfindung die Leitelemente für die darauf leitfähig befestigten Profilbänder bilden. Die genannten Bahnen 3, 53 bilden die Lötseite 41 des Leiterbildes 40.
Darunterliegend ist ein Basismaterial 49 angeordnet, welches wiederum von einer Leiterplatte mit einem bestückungsseitigen Leiterbild 48 abgewechselt wird.
Unter dieser Leiterplatte mit dem bestückungsseitigen Leiterbild 48 befindet sich die Innenlage 2, die aus einer Anzahl Prepegs 47 besteht.
Unterhalb der Prepegs 47, welche die Innenlage 2 bilden, ist eine weitere Leiterplatte angeordnet, welche die Innenebene 43 der Mehrlagenleiterplatte 1 bildet.
Darunter sind wiederum ein oder mehrere Prepegs 47 angeordnet und parallel dazu ist unterhalb die Außenebene 44 der Mehrlagenleiterplatte mit einer Anzahl von geätzten Leiterbahnen 53 dargestellt, zwischen denen wiederum die Breitband-Leiterbahnen 3 angeordnet sind. Die Bestückungsseite ist mit 46 bezeichnet.
Vorne in Steckrichtung ist der Kontaktkamm 45 angeordnet.
Die beiden Außenlagen 41, 44 werden so gefertigt, dass eine Kupferfolie mit einer innenseitigen Haftvermittlerschicht 15 (Treatment) verwendet wird, wobei die Kupferfolie vollflächig ausgebildet ist. Mit der Haftvermittlerbeschichtung werden die Draht- und Profilelemente, nämlich die später zu beschreibenden Profilbänder auf den Breitband-Leiterbahnen 3 mittels Ultraschall- oder Reibschweißen appliziert.
Danach wird das gesamte Paket gemäß 1 laminiert und anschließend werden die vollflächigen Kupferfolien außen/obenliegend mit einer Ätzreserve maskiert, die entweder siebdrucktechnisch oder im Normalfall fotolithografisch aufgebracht wird und danach geätzt werden.
Die beiden Lagen 41 und 44 sind nur der besseren zeichnerischen Darstellung wegen schematisch zu verstehen, da in der gezeigten Explosionszeichnung vor der Lamination nur die Lage 44 als vollflächige Kupferfolien mit applizierten Hochstrom-Profilbändern sichtbar wäre und die Lage 41 wäre komplett frei von jeglicher Struktur und es wären hier lediglich verdeckt (und in Strichen angedeutet) die erfindungsgemäßen Hochstromelemente als Profilbänder sichtbar.
Die 2 zeigt eine erste Ausführungsform bezüglich der Ausbildung der Profilbänder, die in 1 lediglich schematisiert als Breitband-Leiterbahnen 3 gezeigt sind, wobei die in 2, 3 und 4 sowie 5 gezeigten Profilbänder aus einer Mehrzahl von parallelen und im gegenseitigen Abstand leitfähig miteinander verbunden Runddrähten 18 bestehen.
Die 2 zeigt sinngemäß den Querschnitt einer Innenlage 2 mit darauf, nach dem Stand der Technik, mittels Ätztechnik angeordneten (Breitband-)Kupferfolien-Leiterbahnen 3 mit der Dicke 5 und der Leiterbahnbreite 4. Darüber sind eine Mehrzahl von runden Kupferdrähten (Runddrähte 18) als Profilband miteinander leitfähig verbunden und bilden dergestalt ein Runddraht-Band 6 mit einem gemeinsamen Runddraht-Durchmesser 8.
Die genannten Runddrähte 18 werden durch eine darüber angeordnete Sonotrode 10 durch einen Reibschweißvorgang mittels des Sonotroden-Profils 11 mindestens stückweise miteinander quer zu deren Längserstreckung verschweißt, wie dies in 4 dargestellt ist.
Im Bereich der Schweißverbindung bilden sich somit gemäß 4 in Querrichtung zur elektrisch leitfähigen Verbindungen der einzelnen Runddrahtelemente 18 intermetallische Verbindungen 14 zwischen den Runddrahtelementen 18 und der Breitband-Leiterbahn 3, die aus dem flüssig gewordenen Kupfermaterial der Runddrähte 18 bestehen.
Eine typische Leiterbahnbreite 4 gemäß 2 für eine Kupferfolien-Leiterbahn 3 beträgt einige 2 mm bis über 12 mm und die Kupferfoliendicke 5 beträgt typisch 35 μm bzw. 18 μm oder bei Anwendung der Dickkupfertechnik 70 μm und 105 μm und bei Feinstleiterbahnstrukturen bis unter 8 μm.
Bei Annahme einer 8 mm breiten Leiterbahnstruktur der Breitband-Leiterbahn 3 gemäß der Leiterbahnbreite 4 in 2 mit einer Standardkupferdicke von 35 μm kann beispielsweise eine Mehrzahl von Kupferrunddrähten 6 mit zum Beispiel 0,6 mm Durchmesser 8 verwendet werden.
Im Bereich der querverlaufenden Verschweißungsstellen verfließen dann die genannten Runddrahtelemente 6 zu einem flachgedrückten Mehrfach-Runddrahtelement 7, welches auch als Runddraht-Band bezeichnet wird von zum Beispiel typisch 8 mm Länge und 0,5 mm Dicke mit einem Kupferquerschnitt von etwa 4 mm².
Um einen derartigen Kupferquerschnitt mit 35 μm dicken Kupferfolien zu erreichen, wären Leiterbahnbreiten von etwa 114 mm erforderlich oder bei Verwendung von 105 μm Kupferfolien wäre eine Leiterbahnbreite von 38 mm erforderlich.
Kupferfoliendicken für Innenlagen liegen im Bereich von 18 μm, typisch 35 μm bis etwa 105 μm und Kupferfoliendicken für Außenlagen liegen im Bereich von etwa 18 μm, typisch 35 μm bis über 140 μm.
Die 3 zeigt den schematischen Querschnitt einer Innenlage 2, mit darauf nach dem Stand der Technik mittels Ätztechnik angeordneten Kupferfolien-Leiterbahnen 3, mit der Haftvermittlerschicht 15 und mit einer Dicke 5 und einer Leiterbahnbreite 4 und darüber angeordneten, quer zu deren Längserstreckung verschweißten runden Kupferdrähten, die ein verschweißtes Runddrahtband 7 ausbilden.
Die durch die Verschweißung flachgepresste Mehrzahl von runden Kupferdrähten in Form des Runddraht-Bandes 7 wird mittels Ultraschall-Technik und/oder Reibschweißtechnik auf der Kupferfolienleiterbahn 3 flächig und elektrisch und thermisch gut leitend befestigt und bildet eine intermetallische Verbindung 14 zwischen der Unterseite der flachgepressten Mehrzahl von Runddraht-Bändern 7, bestehend aus den einzelnen Runddrähten 18 und der Oberfläche der Kupferfolien-Leiterbahn 3.
Die Oberfläche 12 der flachgepressten Mehrzahl von Runddrähten 18, die zu dem Runddraht-Band 7 verschweißt wurden, weist üblicherweise eine Struktur entsprechend dem verwendeten Sonotroden-Profil 11 auf. Um die Ultraschallschwingungsenergie auf das Runddraht-Band 7 übertragen zu können, wird das Sonotroden-Profil 11 rautenartig bzw. allgemein mit erhabenen, feinen Strukturen versehen und diese bilden sich dann auch in der bearbeiteten Oberfläche des Runddraht-Bandes 7 ab.
In dieser Ausführungsform ist das Sonotroden-Profil 11 so gewählt, dass sich Kerben 13a, 13b im Fügebereich der einzelnen Runddraht-Elemente 18 ausbilden.
Dabei spielt die Intensität der Ultraschall-Bearbeitung, also die verwendete Ultraschallfrequenz, die Zeitdauer und die einwirkende Kraft der Sonotrode 10 bei der Ausbildung der Kerben 13a, 13b eine Rolle.
Die 4 zeigt ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, dass die Runddraht-Elemente, die zu einem Runddraht-Band 6 jeweils durch Querverschweißungen (intermetallische Verbindungen 14) miteinander verbunden sind, günstig in verschiedenen Winkeln und Abbiegungen auf der Oberfläche der Breitband-Leiterbahn 3 verlegt werden können und mit dieser elektrisch leitfähig durch die intermetallische Verbindung 14 verbunden sind.
Die 5 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel, dass die intermetallische Verbindung 14, die durch Ultraschallschweißen oder durch Reibschweißen lediglich in 4 stückweise vorgesehen war, gemäß 5 sich auch über die gesamte Länge des Runddraht-Bandes 6 erstrecken kann, sodass damit ein insgesamt über die gesamte Länge verschweißtes Runddraht-Band 7 geschaffen wird.
Auch hier ist wesentlich, dass während des Verschweißens, das heißt, während der Herstellung des Runddraht-Bandes 7 die in 3 angegebenen Kerben 13a, 13b vorhanden sind, um eine leichte Biegbarkeit des so hergestellten Runddraht-Bandes 7 während der schweißtechnischen Festlegung auf der Breitband-Leiterbahn 3 zu ermöglichen.
Die 6 zeigt schematisiert einen Querschnitt analog zur 3, wobei in diesem Fall das Sonotroden-Profil 11 weitgehend plan parallel zur Kupfer-Oberfläche der Breitband-Leiterbahn 3 gewählt ist und auf diese Weise die Kerben 13a, 13b nur mit geringer Tiefe ausgebildet sind.
Die Tiefe und die Profilform der Kerbenausbildung der Kerben 13a, 13b kann durch die Intensität der Ultraschallbeaufschlagung gesteuert werden.
Die 7 zeigt einen schematischen Querschnitt analog zur 6, wobei jedoch als Substrat eine Kupferfolie 17 für eine Außenlage verwendet wird und die Kupferfolie 17 üblicherweise nicht strukturiert ist und auf der Oberfläche eine Haftvermittlerbeschichtung 15 aufweist.
Für die gleichen Teile gelten im Übrigen die gleichen Bezugszeichen, die bereits schon vorstehend erläutert wurden.
Die 8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein verschweißtes Runddraht-Band 7, welches aus einer Mehrzahl von Runddraht-Elementen 18 besteht, und zwar nach deren schweißtechnischen Festlegung auf der Oberfläche der Breitband-Leiterbahn 3, wobei lediglich die Ultraschallverbindung in den beiden Endbereichen 12, 13a, 14, 13b, erfolgte und die Oberfläche 16 des aus den Runddrähten bestehenden Profilbandes ohne Oberflächenveränderung bestehen bleibt. Grundsätzlich kann in den nicht mit Schweißstellen versehenen Bereichen, wie dies auch 4 zeigt, eine mechanische Pressung der nicht verschweißten Runddraht-Bereiche und in gewisser Weise eine Einebnung erfolgen.
Die 9 zeigt schematisiert einen Querschnitt analog zur 8, wobei jedoch eine Kupferfolie 17 als Substrat für eine Außenlage verwendet wird. Die Kupferfolie 17 ist üblicherweise nicht strukturiert und weist auf der Oberfläche eine Haftvermittlerschicht 15 auf.
Die 10 zeigt schematisiert eine Draufsicht auf die Anordnung nach 4, ebenso wie auf die Ausführung in 8 und 9, wobei die Mehrzahl der aus Runddrähten 18 gebildeten verschweißten Runddraht-Bänder 7 nur stückweise als intermetallische Verbindungen 14 mit der darunterliegenden Breitband-Leiterbahn 3 angelegt sind. Anstatt der Breitband-Leiterbahn 3 kann bei der Verwendung als Außenlage eine Kupferfolie 17 gegeben sein, auf der die intermetallische Verbindung 14 leitfähig angeordnet ist.
Die 11 zeigt schematisiert eine Draufsicht in der gleichen Art wie in 5, wobei die miteinander verschweißten Runddrähte 18' ein durchgehendes, über die gesamte Länge sich erstreckendes Runddraht-Band 7 ergeben, weil sie nicht nur stückweise gemäß 4 und 10 miteinander verschweißt sind, sondern deren Verschweißung über die gesamte Länge gegeben ist, wie dies in 5 und 11 dargestellt ist.
Statt der Festlegung auf einer Breitband-Leiterbahn 3 kann auch im Fall der Verwendung einer Außenlage deren Festlegung auf einer Kupferfolie 17 geschehen. Bei dieser Ausbildung gemäß 5 und 11, wird bevorzugt eine drehend angetriebene Sonotrode verwendet, die sich längs der Längsachse der schweißtechnisch miteinander verbundenen Runddrähte 18 bewegt.
Es bildet sich ein über dessen gesamte Länge verschweißtes Runddraht-Band 7, wie es in 5 dargestellt ist. Die Sonotrode rollt sich als Rollelement auf der Oberfläche der Runddrähte 18 ab und die Runddrähte 18 werden von den Rollen der zylindrisch, rollenförmig ausgebildeten Sonotrode mit der gewünschten Oberflächenausbildung zugeführt, um eine kontinuierliche intermetallische und flächige Ultraschallverbindung der einzelnen Kupfer-Runddrähte 18 zueinander und zur darunter befindlichen Kupferfolie 3, 17 zu erreichen.
Die 12a zeigt einen schematischen Schnitt gemäß der Linie A-B in 10, durch den Bereich der mit Ultraschall beaufschlagten Mehrzahl von Runddrähten 18, die zu einem Runddraht-Band 7 auf einem Innenlagensubstrat 2, 3 schweißtechnisch und leitfähig festgelegt sind.
Die 12b zeigt ebenfalls einen schematisierten Schnitt A-B durch die 7, für den Fall, dass eine Kupferfolie 17 für eine Außenlage verwendet wird. Somit sind die aus einzelnen Runddrähten 18 bestehenden Kupferleitelemente auf einer Kupferfolie 17 mit einer Haftvermittlerschicht 15, einer Außenlage festgelegt.
Die 13a zeigt schematisiert einen Schnitt gemäß der Linie C-D in 10 im Bereich der nicht mit Ultraschall verschweißten Runddrähte 18 aus Kupfer auf einem Innenlagensubstrat 2, 3.
Der Abstand 19 kann dabei je nach Phase des Herstellungsprozesses 0 bis einige Zehntel Millimeter betragen und wird bei der Lamination in einer Heiz-Kühl-Presse durch den Pressvorgang minimiert und dann üblicherweise nahezu Null sein.
Die 13b zeigt schematisiert einen Schnitt gemäß der Linie C-D in 10, im Bereich der nicht mit Ultraschall beaufschlagten Runddrähte 18 aus Kupfer, die auf einer Kupferfolie 17 mit einer Haftvermittlerschicht 15 an der Außenlage festgelegt sind.
Der Abstand 19 kann dabei je nach Phase des Herstellungsprozesses 0 bis einige Zehntel Millimeter betragen und wird bei der Lamination in einer Heiz-Kühl-Presse durch den Pressvorgang minimiert und dann üblicherweise nahezu Null sein.
Die 14 zeigt schematisiert einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Profilbandes 20, welches in der gleichen oder einer abgewandelten Ausführungsform auch anhand der 19, 20, 21, 22, 23 und 24 näher erläutert werden wird.
Wichtig bei diesem Ausführungsbeispiel ist, dass das so gebildete Profilband 20 aus Kupfer eine Vielzahl von sich über die gesamte Länge des Profilbandes 2 erstreckende Riefen aufweist, die eine Riefenstruktur 21 ausbilden.
Die Tiefe der Riefenstruktur 21 ist in großen Grenzen veränderbar, wobei wesentlich ist, dass die Riefenstruktur 21 so tief bis zum Grund des Profilbandes 20 herunterreicht, sodass dieses leicht um Ecken und Winkel gebogen werden kann, wobei sich dann im Biegebereich die Riefenstruktur 21 schließt und dadurch eine leichte Biegbarkeit gegeben ist.
Derartige Riefenstrukturen 21 dienen zur Verbesserung der Formsteifigkeit und Erhöhung der Kraftankopplung einer Sonotrode 10, wobei die Sonotrode bzw. die Riefen so ausgebildet sind, um die Verankerung des Profilbandes 20 auf der Breitband-Leiterbahn 3 zu verbessern und im Übrigen dient die Riefenstruktur 21 auch noch Zur besseren Verankerung des daraus gebildeten Profilbandes 20 beim Laminiervorgang in der Heiz-Kühl-Presse.
Die 15 zeigt als weiteren schematisierten Schnitt eine andere Ausführungsform eines Profilbandes 22, welches etwa Trapez-Profilform aufweist. Eine solche Trapez-Profilform ist auch in 18a näher beschrieben.
Wichtig bei diesem Ausführungsbeispiel ist, dass das trapezförmige Profilband 22 aus einer längeren Basisseite 24 besteht und eine kürzere, obere Grundseiten 26 aufweist und gleichlange Schenkelseiten 25.
Die Schenkelseiten 25 sind länger als die obere Grundseite 26, wobei als Belspiel 100 mm als Breite der Basisseite 24 angegeben wird und die Schenkellänge 35 mm beträgt und die obere Grundseite 26 etwas 30 mm beträgt.
Die hierfür verwendete Sonotrode 23 wird der Formgebung des so gebildeten Profilbandes 22 angepasst.
Die 16 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel einen Schnitt durch ein Profilband 27, welches ein Haus-förmiges Profil aufweist. Es handelt sich um einen Sechseck-förmigen Querschnitt, der die Hausdach-Form des Profils ausbildet, wobei zusätzlich zu den 15 beschriebenen Ausführungsformen das Profilband 27 durch eine Basishöhe 28 verstärkt ist und die Sonotrode 23 eine dementsprechende Trapez-Form aufweist.
Es wird noch darauf hingewiesen, dass sämtliche seit der 14 beschriebenen Profilformen jeweils aus einem einzigen Profilband gebildet sind und es bei diesen Profilformen nicht mehr darauf ankommt, dass mehrere derartige Profilformen aus einer Vielzahl von Einzelelementen zusammengesetzt sind.
Ebenso wird bezüglich der in 14 und folgenden beschriebenen Profilbändern darauf hingewiesen, dass diese Profilbänder entweder längs, über die gesamte Längserstreckung durch intermetallisches Verschweißen gemäß 5 auf der Breitband-Leiterbahn 3 bzw. der Kupferfolie 17 festgelegt werden können oder – in einer anderen Ausgestaltung – lediglich stückweise miteinander durch die intermetallischen Verbindungen 14 auf der Breitband-Leiterbahn 3 oder der Kupferfolie 17 festgelegt sind, wie dies in 4 erläutert ist.
Dementsprechend zeigt die 17 einen schematischen Schnitt durch ein weiteres Profilband 29, welches etwa einem Iglu-Profil entspricht, wobei durch die Verwendung einer geeignet gestalteten Sonotrode 31 das Kupferprofil des Profilbandes 29 nach der Ultraschallbeaufschlagung die Formgebung des Profilbandes 30 einnimmt und daher sehr günstig mittels Heiz- und Kühlpressen zu einer Mehrlagenleiterplatte 1 laminiert werden kann.
Die 18a–18c zeigen mehrere unterschiedliche Profilformen von Drahtelementen, die entweder als Einzel-Profilband in der vorher beschriebenen Weise (stückweise oder über die gesamte Länge verschweißt) auf der Breitband-Leiterbahn 3 oder der Kupferfolie 17 verlegt werden können.
In einer anderen Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die in den 14 und folgenden gezeigten Profile in der Art, wie es vorstehend anhand der 2 bis 5 erläutert wurde, aus einer Mehrzahl von parallel zueinander verlegten und leitfähig miteinander verbundenen Einzelprofilen besteht, die dann – miteinander stückweise oder über die gesamte Länge verschweißt – ein durchgehendes Profilband mit Hochstromleiteigenschaften bilden.
Der einfacheren Beschreibung wegen, wird jedoch bei der Beschreibung der 18a–18e davon ausgegangen, dass die dort gezeigten Profilformen als Einzel-Profilband ausgebildet sind, obwohl die Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
So zeigt die 18a das vorher dargestellte Profilband 22 in Form eine Trapez-Profils, wobei bei einem Leitungsquerschnitt von 3,5 mm² die Basisseite eine Breite von 2,0 mm, jede Schenkelseite eine Höhe von 2,0 mm und die obere Grundseite 26 eine Breite von 1,5 mm aufweisen soll.
Die 18b zeigt ein Hausdach-förmiges Profilband 27, welches ebenfalls bei einem Profilquerschnitt von 3,0 mm² eine Grundseitenlänge von 2,0 mm, eine Höhe von 2,0 mm und eine Hausdach-Höhe von 1,0 mm aufweist.
Die 18d zeigt ein Profilband 32 als Dreiecksprofil, bei dem ein Leiterbahn-Querschnitt von 2,0 mm² dadurch erreicht wird, dass die Basisseite eine Breite von 2,0 mm und die Höhe ebenfalls 2,0 mm beträgt.
Die 18c zeigt ein Profilband 34, bestehend aus einem Halbrund-Profil, welches auf einem Rechteck aufgesetzt ist. Bei einem Leitungsquerschnitt von 3,57 mm² beträgt dabei die Grundseitenbreite 2,0 mm, die Gesamthöhe 2,0 mm und die Höhe des aufgesetzten Halbkreises 1,0 mm.
Das in 18e dargestellte Profilband 33 besteht aus einem Quadratprofil, wobei bei einem Leitungsquerschnitt von 4,0 mm² jeweils die Seiten 2,0 mm betragen.
Die in den 19 bis 24 dargestellten Profilformen entsprechen im Wesentlichen dem bereits schon anhand der 14 dargestellten Profilband 20, wobei jedoch entscheidende Abweichungen vorliegen.
Es wird angenommen, dass das Profil einen Querschnitt von insgesamt 4 mm² aufweisen soll und es ist erkennbar, dass die Oberfläche des so geschaffenen Profilbandes 35 eine Anzahl von in Längsrichtung durchlaufend angeordneten Längsrippen 36 trägt, die abwechselnd von vertieft eingeformten Längsnuten 37 abgewechselt sind.
Die Breite der außen liegenden Längsrippen 36 sollte etwa 0,4 mm betragen, während die innen liegenden Längsrippen 36 eine Breite von 0,25 mm aufweisen und die Breite der Längsnuten 37 etwa 0,25 mm beträgt. Die Gesamthöhe des Profils kann dann 0,6 mm betragen und die Höhe der Rippen 36 über den Längsnuten 37 kann etwa 0,125 mm betragen.
Anstatt der etwa rechteckförmigen Längsrippen 36 in 19 zeigt die 20 bei einem gleichen Leitungsquerschnitt ein anderes Profilband 38, bei dem die in Längsrichtung verlaufenden Längsrippen 39, etwa trapezförmig ausgebildet sind. Es sind wiederum die Abmessungen der einzelnen Elemente zeichnerisch dargestellt, um zu erläutern, dass auch mit einem solchen verbesserten Profilband ein Leitungsquerschnitt von 4 mm² erreicht werden kann und eine wesentlich bessere Verarbeitung beim Biegen und Verlegen dieses Profilbandes auf der Oberfläche der Brutband-Leiterbahn 3 oder der Kupferfolie 17 erfolgen kann, weil es nicht zu einer unerwünschten Verformung des Profils im Biegebereich oder gar zu einem Einreißen kommen kann.
Die Tiefe der Längsnuten 37, 39a kann jedoch auch noch wesentlich tiefer in das Material des Profilbandes hineinreichen, um entsprechend dem Biegeradius und dem Biegewinkel dem genannten Profilband 35, 38 verbesserte Biegeeigenschaften zu verleihen.
Die 21 zeigt, dass ein solches Profilband 35, 38 durch eine Sonotrode 51 verarbeitet werden kann, deren Profil 52 zackenförmig ausgebildet ist.
Die 22 zeigt die Draufsicht auf die 21, aus dem sich ergibt, dass die Zackenform des Profils 22 in Wirklichkeit einem Waffelmuster entspricht, sodass die Zacken über die gesamte Fläche der Sonotrode 51 verteilt sind.
Die gleiche Darstellung zeigt auch die 23 bei der das Profilband 38 in Form eines verarbeiteten Profilbandes 38' mit einer Sonotrode 51 und einem geeignetem Profil 52 bearbeitet wird, wobei die Zacken des Profils 52 der Sonotrode 51 auf den trapezförmigen Längsrippen 39 des Profilbandes 38 aufsetzen und diese teilweise verformen.
Es wird noch darauf hingewiesen, dass die vorher erwähnten Kupferfolien 17 für Außenlagen mit einer Ätzmaskierung versehen werden und anschließend geätzt werden und danach mit einer Lötstoppmaske versehen und danach geätzt werden.
Wichtig bei der Erfindung ist demgemäß, dass die hier gezeigten Profilbänder 6, 7, 20, 22, 27, 29, 30, 32–35, 38, Hochstrom-Leiteigenschaften haben und zur Leitung von elektrischen Strömen größer als 30 A Dauerlast, insbesondere größer 60 A Dauerlast ausgebildet sind und einen Kupferquerschnitt von größer 2 mm², insbesondere größer 4 mm² aufweisen und entweder aus voll-volumigen Profilbändern 7, 20, 22, 27, 29, 30, 32–35, 38 bestehen können oder auch aus einzelnen Profilband-Elementen bestehen können, die parallel und nebeneinander liegend entweder über deren gesamte Längserstreckung oder nur teilweise im gegenseitigen Abstand miteinander verschweißt sind, wobei alle vorher genannten Elemente, 18, 20, 22, 27, 27, 29, 30, 32–35, 38 aus mehreren parallel nebeneinander liegenden Elementen bestehen können, die quer zu deren Breite entweder stückweise oder über deren gesamte Längserstreckung elektrisch leitfähig miteinander verschweißt sind und ebenfalls elektrisch leitfähig auf der Unterlage festgelegt sind.
Bezugszeichenliste

1: Mehrlagenleiterplatte
2: Innenlage: Prepeg
3: Breitband-Leiterbahn
4: Leiterbahnbreite
5: Leiterbahn-Dicke
6: Runddraht-Band
7: Runddraht-Band (verschw.)
8: Runddraht-Durchmesser
9: Bandhöhe
10: Sonotrode
11: Sonotroden-Profil
12: Oberfläche von 7
13a: Kerbe
13b: Kerbe
14: interm. Verbindung
15: Haftvermittlerschicht
16: Oberfläche (Runddraht-Band)
17: Kupferfolie für Außenlage
18: Runddraht 18'
19: Abstand
20: Profilband (Zacke)
21: Riefenstruktur
22: Profilband (Trapez)
23: Sonotrode
24: Basisseite
25: Schenkelseite
26: obere Grundseite
27: Profilband (Haus)
28: Basishöhe
29: Profilband (Iglu)
30: Profilband 29 – verformt
31: Sonotrode
32: Profilband (Dreieck)
33: Profilband (Quadrat)
34: Profilband (Halbrund)
35: Profilband (Rippe)
36: Längsrippe
37: Längsnut
38: Profilband (Rippe) 38'
39: Längsrippe
39a: Längsnut
40: Leiterbild (lötseitig)
41: Lötseite
42: Pfeilrichtung
43: Innenebene (Abschirmebene)
44: Außenebene (Informationsebene)
45: Kontaktkamm
46: Bestückungsseite
47: Prepeg
48: Leiterbild (bestückungsseitig)
49: Basismaterial
50: Basismateriallage
51: Sonotrode
52: Profil (von 51)
53: Leiterbahn (geätzt)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 842491 B1 [0007]
DE 202005001161 U1 [0010]
EP 1842402 B1 [0010]
EP 2076100 B1 [0010, 0011, 0040]
DE 3247344 A1 [0010]
EP 2076100 [0031]
WO 2006/077163 A2 [0031]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Handbuch der Leiterplattentechnik Band 2 1991 Absatz 7, Punkt 71. Multiwire-Verbindungstechnik” bzw. Punkt 7.2 Microwire-Verbindungstechnik” [0003]

Claims

Multifunktionelle Mehrlagenleiterplatte (1) mit einer elektrisch leitfähigen Struktur (3, 15) aus geätzten Leiterbahnen (3) und darauf mechanisch und elektrisch leitend befestigten Profilbändern (6, 7, 20, 22, 27, 32, 33, 34, 35, 38) mit Hochstromleiteigenschaften, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilbänder (6, 7, 20, 22, 27, 32, 33, 34, 35, 38) aus einzelnen parallel zueinander angeordneten, leitfähig miteinander verbundenen Drahtelementen gebildet sind, die mit der leitfähigen Struktur der Mehrlagenleiterplatte (1) durch Verschweißen elektrisch leitfähig verbunden sind.
Mehrlagenleiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilbänder (6, 7, 20, 22, 27, 32, 33, 34, 35, 38) in Richtung ihrer Längserstreckung lediglich stückweise mit der leitfähigen Struktur (3, 15) der Mehrlagenleiterplatte (1) durch Verschweißen elektrisch leitfähig verbunden sind.
Mehrlagenleiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilbänder (6, 7, 20, 22, 27, 32, 33, 34, 35, 38) in Richtung ihrer Längserstreckung über deren gesamte Länge mit der leitfähigen Struktur (3, 15) der Mehrlagenleiterplatte (1) durch Verschweißen elektrisch leitfähig verbunden sind.
Mehrlagenleiterplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschweißung der Profilbänder (6, 7, 20, 22, 27, 32, 33, 34, 35, 38) auf der leitfähigen Struktur (3, 15) der Mehrlagenleiterplatte (1) durch einen Ultraschallschweißvorgang und/oder Reibschweißvorgang mit zumindest stückweise flächiger intermetallischer Verbindung (14) erfolgt.
Mehrlagenleiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die das jeweilige Profilband (6, 7, 20, 22, 27, 32, 33, 34, 35, 38) ausbildenden, parallel zueinander verlegten und elektrisch leitfähig miteinander verbunden Drahtelemente wahlweise aus einem Runddraht (18, 18') und/oder aus einem Quadrat-Querschnitt und/oder einem Trapez-Querschnitt (22) und/oder einem fünfeckigem Querschnitt (27) und/oder einem Dreiecks-Querschnitt und/oder einem Rechteck-Halbkreis-Querschnitt (29) gebildet sind.
Mehrlagenleiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Profilband aus einem einzigen Drahtelement wahlweise aus einem Runddraht (18, 18') und/oder einem Profil (20) mit Längsriefen und/oder aus einem Quadrat-Querschnitt und/oder einem Trapez-Querschnitt (22) und/oder einem fünfeckigem Querschnitt (27) und/oder einem Dreiecks-Querschnitt und/oder einem Rechteck-Halbkreis-Querschnitt (29) gebildet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Mehrlagenleiterplatte (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Festlegung der Profilbänder (6, 7, 20, 22, 27, 32, 33, 34, 35, 38) während des Verlegeprozesses bei der Drahtbeschreibung mit einem Ultraschallschweißen und/oder Reibschweißen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl der Drahtelemente von einer Rolle zugeführt werden und mittels Sonotrode (10) zumindest stückweise zu einem funktionellen Element (7) verbunden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Drahtelementen von einer Rolle zugeführt werden und mittels rotativer Sonotrode (10) zu einem funktionellen Element (7) mit fortlaufender kontinuierlicher Verschweißung verbunden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilband (6, 7, 20, 22, 27, 32, 33, 34, 35, 38) auf elektrische Ströme größer 30 Ampere Dauerlast, insbesondere größer 60 Ampere Dauerlast ausgelegt ist und einen Kupferquerschnitt von größer 2 mm², insbesondere größer 4 mm² aufweist.