DE102014107241B4 - Verfahren zur herstellung einer eine kontakthülse aufweisenden elektronikbaugruppe - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Elektronikbaugruppe (400), das aufweist: Bereitstellen einer ersten Metallisierungsschicht (51) mit einer Oberseite (51t) und einer Vertiefung (511), die sich ausgehend von der Oberseite (51t) in die erste Metallisierungsschicht (51) hinein erstreckt; und Bereitstellen einer elektrisch leitenden Kontakthülse (100), die sich in einer Längsrichtung (z) erstreckt, die eine erstes Ende (11) und ein dem ersten Ende (11) entgegengesetztes zweites Ende (12) aufweist, sowie einen Schaft (13), der sich zwischen dem ersten Ende (11) und dem zweiten Ende (12) erstreckt, wobei an dem ersten Ende (11) ein erster Kragen (111) ausgebildet ist, sowie eine Vorsprungsstruktur (112), die sich ausgehend von dem ersten Kragen (111) vom zweiten Ende (12) weg erstreckt; Anordnen der Kontakthülse (100) auf der Metallisierungsschicht (51) derart, dass die Vorsprungsstruktur (112) in die Vertiefung (511) eingreift; und Verlöten der Kontakthülse (100) und der ersten Metallisierungsschicht (51) mittels eines Lotes (7) derart, dass die Vorsprungsstruktur (112) nach dem Verlöten in die Vertiefung (511) eingreift, wobei die Kontakthülse (100) und die Vertiefung (511) derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Kontakthülse (100), wenn sie vor dem Verlöten so auf die erste Metallisierungsschicht (51) aufgelegt wird, dass die Vorsprungsstruktur (112) in die Vertiefung (511) eingreift, senkrecht zur Längsrichtung (z) ein maximales Spiel (s100) von 0,2 mm aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft die elektrische Kontaktierung von Elektronikbaugruppen. Zur elektrischen Kontaktierung einer Metallisierung kann auf diese eine Kontakthülse gelötet und ein Kontaktpin in die Kontakthülse eingesteckt werden. Beim Verlöten des Kontaktpins mit der Metallisierung besteht allerdings das Problem, dass die Kontakthülse auf dem flüssigen Lot verschwimmen kann, was zu Ungenauigkeiten bei den Positionen von Kontakthülse und Kontaktpin führt.
  • Aus DE 10 2008 005 547 A1 ist ein elektrisch leitendes Kontaktelement bekannt, dass sich in einer Längsrichtung erstreckt und an zumindest einem seiner Enden eine Umbördelung aufweist. Die Umbördelung ist so ausgebildet, dass sie beim Auflegen des Kontaktelementes mit der Umbördelung voran auf eine zu der Längsrichtung senkrechte Ebene mit dieser Ebene wenigstens zwei voneinander beabstandete Kontaktflächen aufweist. Damit wird, wenn die Ebene durch eine Leiterfläche gebildet wird, auf die das Kontaktelement aufgelötet werden soll, erreicht, dass das beim Löten flüssige Lot zwischen die Umbördelung und die Leiterfläche eindringen und so eine sichere, feste und dauerhafte Verbindung zwischen dem Kontaktelement und der Leiterfläche bewirkt.
  • In DE 10 2009 032 973 A1 ist eine Leistungshalbleitervorrichtung mit reduzierter Größe beschrieben, die durch Einkapseln in einer Harzmaterial mittels eines Harzinjektionsverfahrens gebildet ist. Für den externen elektrischen Anschluss ist ein zylindrischer Verbindungsbereich mit einem Verdrahtungsmuster der Leistungshalbleitervorrichtung verbunden. Insbesondere die äußere Seitenfläche des zylindrischen Verbindungsbereichs ist in das Spritzharz eingeschlossen. An seinem äußeren Ende weist der zylindrische Verbindungsbereich eine Abschrägung auf, deren Innendurchmesser sich mit abnehmender Distanz zu einer Verbindungsstelle zwischen dem zylindrischen Verbindungsbereich und dem Verdrahtungsmuster vergrößert. Das innere Ende kann auf das Verdrahtungsmuster stumpf oder aber in eine Nut des Verdrahtungsmusters eintauschend aufgelötet sein.
  • Die DE 10 2006 058 695 A1 betriff ein Leistungshalbleitermodul mit einem Gehäuse und mit einem Substrat. Auf dem Substrat ist eine Leiterbahn mit einer ätztechnisch erzeugten Vertiefung angeordnet. Die laterale Ausdehnung der Vertiefung ist in jeder von zwei orthogonalen Richtungen jeweils grösser als die jeweilige laterale Ausdehnung einer Kontaktfläche des Anschlusselements.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer eine Kontakthülse aufweisenden Elektronikbaugruppe bereitzustellen, mit dem sich das Problem des Verschwimmens vermeiden lässt.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronikbaugruppe gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Ein Aspekt betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronikbaugruppe unter Verwendung einer elektrisch leitenden Kontakthülse, die sich in einer Längsrichtung erstreckt, die eine erstes Ende und ein dem ersten Ende entgegengesetztes zweites Ende aufweist, sowie einen Schaft, der sich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende erstreckt. Am ersten Ende sind ein erster Kragen ausgebildet, und eine Vorsprungsstruktur, die sich ausgehend von dem ersten Kragen vom zweiten Ende weg erstreckt.
  • Bei dem Verfahren zur Herstellung einer solchen Elektronikbaugruppe wird eine derartige Kontakthülse bereitgestellt, sowie eine erste Metallisierungsschicht, die eine Oberseite aufweist und eine Vertiefung, die sich ausgehend von der Oberseite in die erste Metallisierungsschicht hinein erstreckt. Die Kontakthülse wird derart auf der Oberseite angeordnet, dass die Vorsprungsstruktur in die Vertiefung eingreift. Die Kontakthülse wird mittels eines Lotes derart mit der ersten Metallisierungsschicht verlötet, dass die Vorsprungsstruktur auch nach dem Verlöten in die Vertiefung eingreift. Die Kontakthülse und die Vertiefung sind derart aufeinander abgestimmt, dass die Kontakthülse, wenn sie vor dem Verlöten so auf die erste Metallisierungsschicht aufgelegt wird, dass die Vorsprungsstruktur in die Vertiefung eingreift, senkrecht zur Längsrichtung ein maximales Spiel von 0,2 mm aufweist. Mit dem Verfahren lässt sich die Position der Kontakthülse auf der Metallisierungsschicht sehr präzise durch die Position der Vertiefung festlegen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen:
  • 1 einen Querschnitt durch eine Kontakthülse, die eine Vorsprungsstruktur aufweist.
  • 2 eine Ansicht der Kontakthülse gemäß 1 mit Blick auf deren erstes Ende.
  • 3 einen Querschnitt durch einen Abschnitt eines Schaltungsträgers, der eine mit einer Vertiefung versehene Metallisierungsschicht aufweist.
  • 4 eine Draufsicht auf den Abschnitt des Schaltungsträgers gemäß 3 und die Vertiefung.
  • 5 einen Querschnitt durch eine Anordnung, bei der die Kontakthülse gemäß 1 derart auf die Metallisierungsschicht des Schaltungsträgers gemäß 3 aufgesetzt ist, dass die Vorsprungsstruktur in die Vertiefung eingreift.
  • 6 einen Querschnitt durch die Anordnung gemäß 5 nach dem Verlöten der Kontakthülse mit der Metallisierungsschicht des Schaltungsträgers.
  • 7 einen Querschnitt durch eine Kontakthülse, bei der die Vorsprungsstruktur als segmentierter Ring ausgebildet ist.
  • 8 eine Ansicht der Kontakthülse gemäß 7 mit Blick auf deren erstes Ende.
  • 9 einen Querschnitt durch das erste Ende der Kontakthülse gemäß den 7 und 8, bevor dessen Vorsprungsstruktur in eine Vertiefung einer Metallisierungsschicht eingesetzt wird.
  • 10 eine Draufsicht auf eine Metallisierungsschicht eines Schaltungsträgers mit einer zylindrisch ausgebildeten Vertiefung.
  • 11 eine Darstellung, aus der das seitliche Spiel einer Kontakthülse hervorgeht, die mit ihrer Vorsprungsstruktur in eine Vertiefung einer Metallisierungsschicht eingreifend auf die Metallisierungsschicht aufgelegt aber noch nicht mit dieser verlötet ist.
  • 12 Metallisierungsschicht, sowie eine Kontakthülse mit einer Vorsprungsstruktur, die so ausgebildet ist, dass sie in eine Vertiefung der Metallisierungsschicht eingepresst werden kann.
  • 13 die Kontakthülse gemäß 12 nach dem Einpressen der Vorsprungsstruktur in die Vertiefung.
  • 14 eine Kontakthülse, die einen mit einer Beschichtung versehenen Kern aufweist.
  • 15 eine Elektronikbaugruppe, bei der Kontaktstifte jeweils in eine entsprechend der Anordnung gemäß 6 an eine Metallisierungsschicht eines Schaltungsträgers gelötete Kontakthülse eingesteckt sind.
  • 16 die Elektronikbaugruppe gemäß 14 nach dem Aufstecken einer Leiterplatte auf zweite Enden der Kontaktstifte.
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente mit gleicher oder gleichwirkender Funktion.
  • 1 zeigt eine elektrisch leitende Kontakthülse 100, die sich in einer Längsrichtung z erstreckt. Die Kontakthülse 100 weist ein erstes Ende 11 und ein dem ersten Ende 11 entgegengesetztes zweites Ende 12 auf. Das zweite Ende 12 ist in der Längsrichtung z von dem ersten Ende 11 beabstandet.
  • Zwischen dem ersten Ende 11 und dem zweiten Ende 12 erstreckt sich ein Schaft 13. Wie 1 zeigt, kann dieser optional als gerades Rohr ausgebildet sein, das sich in der Längsrichtung z erstreckt und das bezüglich einer Achse A rotationssymmetrisch ist.
  • Der Schaft 13 kann eine Länge l13 von wenigstens seinem Innendurchmesser d13 aufweisen, und/oder eine Länge l13 von höchstens dem Fünffachen seines Innendurchmessers d13. Weiterhin weist der Schaft 13 einen Außendurchmesser D13 auf. Abgesehen davon, dass der Innendurchmesser d13 kleiner ist als der Außendurchmesser D13, können Außendurchmesser D13 und Innendurchmesser d13 unabhängig voneinander gewählt werden. Der Außendurchmesser D13 kann beispielsweise wenigstens 2 mm und/oder höchstens 4 mm betragen, der Innendurchmesser d13 beispielsweise wenigstens 0,4 mm und/oder höchstens 2 mm. Außerdem kann die Differenz zwischen Außendurchmesser D13 und Innendurchmesser d13 beispielsweise wenigstens 0,04 mm betragen. Die Wandstärke w13 kann zum Beispiel entsprechend wenigstens 0,02 mm betragen und/oder höchstens 1 mm.
  • Am ersten Ende 11 ist ein erster Kragen 111 ausgebildet, sowie eine Vorsprungsstruktur 112, die sich ausgehend vom ersten Kragen 111 vom zweiten Ende 12 weg erstreckt, d. h. sich ausgehend vom ersten Kragen 111 entgegen der Längsrichtung z erstreckt.
  • Der erste Kragen 111 weist eine dem zweiten Ende 12 abgewandten Unterseite 111b auf. Diese besitzt einen ebenen Abschnitt 111a, der in einer zur Längsrichtung z senkrechten Ebene E verläuft. Ausgehend von diesem ebenen Abschnitt 111a weist die Vorsprungsstruktur 112 eine Höhe h112 größer Null auf. Die Höhe h112 kann beispielsweise wenigstens 0,1 mm betragen, und/oder höchstens 0,8 mm. Es können jedoch auch beliebige Werte unterhalb der genannten Untergrenze oder oberhalb der genannten Obergrenze gewählt werden.
  • Eine Kontakthülse 100 weist weiterhin in der Längsrichtung eine Länge l100 auf. Diese kann unabhängig von den anderen Abmessungen gewählt werden, wobei die Länge l100 der Kontakthülse 100 natürlich größer ist als die Länge l13 des Schafts 13. Die Länge l100 der Kontakthülse 100 kann beispielsweise wenigstens l13 + 2·w13 + 2·h112, d. h. wenigstens 0,64 mm, betragen, und/oder höchstens 7 mm. Weiterhin kann eine Kontakthülse 100 senkrecht zur Längsrichtung z eine maximale Breite b100 von beispielsweise wenigstens 0,8 mm und/oder höchstens 4 mm aufweisen. Im Fall eines rohrförmigen Schafts 13 ist die maximale Breite b100 wenigstens so groß ist wie der Außendurchmesser D13.
  • Wie der in 2 gezeigten Draufsicht auf das erste Ende 11 (Blickrichtung in Längsrichtung z) zu entnehmen ist, kann eine Vorsprungsstruktur 112 beispielsweise als geschlossener Ring ausgebildet sein.
  • Eine Kontakthülse 100 kann nun auf eine Metallisierungsschicht 51 gelötet werden. Eine derartige Metallisierungsschicht 51 ist in 3 gezeigt. Diese kann prinzipiell beliebig ausgestaltet sein. Sie kann zum Beispiel als Metallschicht ausgebildet sein, sie kann aber auch Bestandteil eines Verbundes sein, der anderen Elemente aufweist. Bei dem vorliegenden Beispiel ist die Metallisierungsschicht 51 Bestandteil einer Leiterplatte 5, die einen elektrisch isolierenden Isolationsträger 50 aufweist, auf den die Metallisierungsschicht 51 aufgebracht ist. Optional kann auf der der Metallisierungsschicht 51 abgewandten Seite des Isolationsträgers 50 noch zumindest eine weitere Metallisierungsschicht 52 angeordnet sein.
  • Die Metallisierungsschicht 51 weist jedenfalls eine Oberseite 51t auf, von der ausgehend sich eine Vertiefung 511 in die erste Metallisierungsschicht 51 hinein erstreckt. Wie der in 4 gezeigten Draufsicht auf die Metallisierungsschicht 51 zu entnehmen ist, kann eine Vertiefung 511 beispielsweise als geschlossener Ring ausgebildet sein. Die Vertiefung 511 ist in jedem Fall so ausgebildet, dass die Kontakthülse 100 mit ihrem ersten Ende 11 derart auf die Metallisierungsschicht 51 aufgesetzt werden kann, dass die Vorsprungsstruktur 112 in die Vertiefung 511 eingreift, was in 5 gezeigt ist. Das Eingreifen der Vorsprungsstruktur 112 in die Vertiefung 511 verhindert, dass die Kontakthülse 100, während sie nachfolgend mit der Metallisierungsschicht 51 verlötet wird, relativ zur Metallisierungsschicht 51 verschwimmt. 6 zeigt die Anordnung gemäß 5 nach dem Verlöten der Kontakthülse 100 mit der Metallisierungsschicht 51 unter Verwendung eines Lotes 7. Im Ergebnis ist die Kontakthülse 100 durch das Lot 7 stoffschlüssig und elektrisch leitend mit der ersten Metallisierungsschicht 51 verbunden. Wie außerdem gezeigt ist, kann das Lot 7 einen in der Vertiefung befindlichen Spalt 6 zwischen der Vorsprungsstruktur 112 und der Metallisierungsschicht 51 überbrücken und optional auch ausfüllen.
  • Wie anhand eines weiteren, in 7 dargestellten Ausführungsbeispiels zu erkennen ist, kann eine Vorsprungsstruktur 112 einen Spalt 113 oder mehrere Spalte 113 aufweisen, durch den das Lot 7 beim Verlöten der Kontakthülse 100 mit der Metallisierungsschicht 51 in den zwischen diesen liegenden Spalt 6 (5) eindringen kann, wodurch eine zuverlässige Lötverbindung sichergestellt wird. 8 zeigt eine Draufsicht auf das erste Ende 11 (Blickrichtung in Längsrichtung z). Wie hier zu erkennen ist, kann eine Vorsprungsstruktur 112 durch mehrere Spalte 113 beispielsweise als segmentierter Ring ausgebildet sein. 9 zeigt noch das erste Ende 11 der Kontakthülse 100, bevor diese derart auf die Oberseite 51t der Metallisierungsschicht 51 aufgesetzt wird, dass die Vorsprungsstruktur 112 in die Vertiefung 511 der Metallisierungsschicht 51 eingreift. Nach dem Aufsetzen liegt wiederum eine Anordnung gemäß 5 vor, und nach dem Verlöten der Metallisierungsschicht 51 eine Anordnung gemäß 6.
  • Generell kann bei der vorliegenden Erfindung das Verlöten der Kontakthülse 100 mit der Metallisierungsschicht 100 derart erfolgen, dass die Kontakthülse 100 zunächst so auf der Metallisierungsschicht 51 angeordnet wird, dass die Vorsprungsstruktur 112 in die Vertiefung 511 der Metallisierungsschicht 51 eingreift und dass die Kontakthülse 100 erst danach mit dem flüssigem Lot 7 in Kontakt gebracht wird, das zum Verlöten der Kontakthülse mit der Metallisierungsschicht 51 verwendet wird. Der erste Kontakt zwischen dem flüssigen Lot 7 erfolgt also zu einem Zeitpunkt, zu dem die Vorsprungsstruktur 112 in die Vertiefung 511 der Metallisierungsschicht 51 eingreift. Dieser Zustand wird bis zum Erstarren des Lotes 7 aufrechterhalten.
  • Eine Vertiefung 511 muss nicht zwingend als geschlossener Ring ausgebildet sein, wie er in 4 gezeigt ist. Vielmehr kann eine Vertiefung 511 grundsätzlich beliebig geformt sein. Bei dem Beispiel gemäß 11 ist die Vertiefung als Bohrung ausgebildet, wodurch sie besonders einfach herstellbar ist. Zur Herstellung der Vertiefung können jedoch beliebige Verfahren eingesetzt werden. Geeignet sind beispielsweise auch andere Techniken wie Fräsen, Prägen, maskiertes Ätzen, Funkenerodieren, Lasererodieren, oder beliebige andere Erodiertechniken.
  • Grundsätzlich kann nicht nur eine Vertiefung 511 beliebig geformt sein, sondern auch eine Vorsprungsstruktur 112. Entscheidend ist, dass eine Vorsprungsstruktur 112 und die zugehörige Vertiefung 511 derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Vertiefung 511 für eine vom jeweiligen Produkt abhängige, hinreichend genaue Positionierung der mit der Metallisierungsschicht 51 fest verlöteten Kontakthülse 100 gewährleistet. Wie in 11 gezeigt ist, können eine Vorsprungsstruktur 112 einer Kontakthülse 100 und die zugehörige Vertiefung 511 einer Metallisierungsschicht 51 so aufeinander abgestimmt sein, dass die Kontakthülse 100, wenn sie derart auf der Metallisierungsschicht 51 aufliegt, dass ihre Vorsprungsstruktur 112 in die Vertiefung 511 der Metallisierungsschicht 51 eingreift, in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung z gegenüber der Metallisierungsschicht 51 ein Spiel s100 größer als Null aufweisen. Die Abstimmung ist nun dergestalt dass das Maximale der Spiele s100, das die Kontakthülse 100 in sämtlichen zur Längsrichtung z senkrechten Richtungen aufweist, höchstens 0,2 mm beträgt.
  • Zusätzlich kann die Abstimmung dergestalt sein, das Minimale der Spiele s100, das die Kontakthülse 100 in sämtlichen zur Längsrichtung z senkrechten Richtungen aufweist, wenigstens 0,01 mm beträgt. Hierdurch wird das Einsetzen der Vorsprungsstruktur 112 in die Vertiefung 511 erleichtert.
  • Ebenso ist es jedoch möglich, dass eine Vorsprungsstruktur 112 gegenüber der zugehörigen Vertiefung 511 ein Übermaß aufweist und vor dem Verlöten in die Vertiefung 511 eingepresst wird. 12 zeigt die Anordnung unmittelbar vor und 13 nach dem Einpressen. Durch das Einpressen wird die Kontakthülse 100 an der Metallisierungsschicht 51 zunächst vorfixiert. Das Verlöten erfolgt dann wie vorangehend beschrieben nach dem Einpressen unter Ausbildung einer stoffschlüssigen und elektrisch leitenden Verbindung zwischen der Metallisierungsschicht 51 und der Kontakthülse 100.
  • Um das Bestücken einer Metallisierungsschicht 51 mit einer Kontakthülse 100 zu vereinfachen, kann das zweite Ende 12 der Kontakthülse 100 denselben Kriterien genügen wie das erste Ende 11. Hierdurch erübrigt sich ein anderenfalls erforderliches Wenden der Kontakthülse 100 während des Bestückungsvorgangs, beispielsweise wenn die Kontakthülse 100 einem Magazin oder einem anderen Vorratsbehälter entnommen und auf andere Art aufgegriffen wird. Dieses Kriterium kann insbesondere für sämtliche Kontakthülsen 100 gelten, die gemäß einem der auf eine Kontakthülse 100 gerichteten Patentansprüche ausgebildet sind. Das bedeutet, dass für eine Kontakthülse 100, die gemäß einem bestimmten, auf eine Kontakthülse 100 gerichteten Patentanspruch ausgebildet ist, die in dem betreffenden Patentanspruch genannten Merkmale für diese Kontakthülse 100 auch dann gelten, wenn die Zuordnung zwischen dem ersten Ende 11 und dem zweiten Ende 12 nominal vertauscht wird, wenn also dass erste Ende 11 als zweites Ende 12 angesehen wird und das zweite Ende 12 als erstes Ende 11. ”Die in dem betreffenden Patentanspruch genannten Merkmale” beinhalten dabei gegebenenfalls die Merkmale sämtlicher Patentansprüche, von den der betreffende Patentanspruch zwingend abhängt. Im Übrigen können das erste Ende 11 und das zweite Ende 12 ebenfalls identisch aber auch voneinander verschieden ausgebildet sein.
  • Hinsichtlich der Längsrichtung z ist zu beachten, dass sich deren Orientierung in Bezug auf die Kontakthülse 100 umkehrt, wenn das erste Ende 11 und das zweite Ende 12 nominal vertauscht werden.
  • Ein erstes Beispiel für eine solche Ausgestaltung ist in 1 gezeigt. Hier ist am zweiten Ende 12 ein erster Kragen 121 ausgebildet, sowie eine zweite Vorsprungsstruktur 122, die sich ausgehend vom zweiten Kragen 121 vom ersten Ende 11 weg erstreckt, d. h. sich ausgehend vom zweiten Kragen 121 in der Längsrichtung z erstreckt. Die zweite Vorsprungsstruktur 122 ist ebenso ausgebildet wie die erste Vorsprungsstruktur 112.
  • Ein weiteres Beispiel zeigt 7. Hier weist die erste Vorsprungsstruktur 112 einen Spalt 113 oder mehrere Spalte 113 auf, und auch die zweite Vorsprungsstruktur 122 weist einen oder mehrere Spalte 123 auf. Sowohl die erste Vorsprungsstruktur 112 als auch die zweite Vorsprungsstruktur 122 kann dabei als segmentierter Ring ausgebildet sein.
  • Da eine Kontakthülse 100, wie sie vorangehend beschrieben wurde, auch als Leiter für hohe Ströme verwendet werden kann, kann sie eine hohe elektrisch Leitfähigkeit, beispielsweise wenigstens 10 MS/m, aufweisen. Eine Kontakthülse 100 kann zum Beispiel aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen, oder aus Stahl.
  • Wie weiterhin in 14 gezeigt ist, kann eine Kontakthülse 100 einen Kern 150 aufweisen, der ganz oder teilweise mit einer Beschichtung 151 versehen ist. Eine solche Beschichtung 151 kann beispielsweise zumindest im Bereich des ersten Endes 11 vorhanden sein. Der Kern z. B. aus Kupfer oder einer Kupferlegierung oder aus Stahl gebildet sein. Unabhängig davon kann eine Beschichtung 151 zum Beispiel aus einem oder mehreren der folgenden Materialien bestehen oder eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen: Zinn; Gold; Nickel.
  • 15 zeigt ein Leistungshalbleitermodul 300 mit einem Schaltungsträger 5, wie er vorangehend beschrieben wurde, sowie mit einem Modulgehäuse 70. Die Metallisierungsschicht 51 ist strukturiert (optional), so dass sie zumindest zwei voneinander beabstandete, ebene Abschnitte 51a, 51b und 51c aufweist. Auf die Metallisierungsschicht 51 sind beispielhaft mehrere Kontakthülsen 100 aufgelötet. Die Anzahl der Kontakthülsen 100 sowie deren Verteilung auf der Metallisierungsschicht 51 kann prinzipiell beliebig und in Abhängigkeit von der herzustellenden Schaltung und dem gewünschten Layout dieser Schaltung gewählt werden. Eine jede der Kontakthülsen 100 kann wie eine der vorangehend erläuterten Kontakthülsen 100 ausgebildet und auf eine der vorangehend beschriebenen Arten mit der Metallisierungsschicht 51 verlötet worden sein. In jedem Fall weisen die Kontakthülsen 100 jeweils eine Vorsprungsstruktur (112) auf, die in eine korrespondierende Vertiefung (511) der Metallisierungsschicht 51 eingreift.
  • Bei diesem Leistungshalbleitermodul ist der Isolationsträger 50 als dielektrische Keramikschicht ausgebildet, die auf einander entgegengesetzten Seiten mit Metallisierungsschichten 51 bzw. 52 versehen ist. Bei der Keramik der Keramikschicht kann es sich beispielsweise um Aluminiumoxid (Al2O3), Aluminiumnitrid (AlN) oder Zirkoniumoxid (ZrO2), handeln. Der Schaltungsträger 5 kann beispielsweise als DCB-Substrat (DCB = Direct Copper Bonding), als DAB-Substrat (DAB = Direct Aluminum Bonding), als AMB-Substrat (AMB = Active Metal Brazing) oder als IMS-Substrat (IMS = Insulated Metal Substrate) ausgebildet sein. Die obere und/oder die untere Metallisierungsschicht 51 bzw. 52 können, unabhängig voneinander, jeweils eine Dicke im Bereich von 0,05 mm bis 2,5 mm aufweisen. Die Dicke des Isolationsträgers 20 kann z. B. im Bereich von 0,1 mm bis 2 mm liegen. Größere oder kleinere als die angegebenen Dicken sind jedoch ebenfalls möglich.
  • Als Material für die Metallisierungen 51, 52 kann beispielsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung gewählt werden. Auf die Metallisierungsschicht 51 ist zumindest ein Leistungshalbleiterchip 1 aufgebracht und unter anderem durch optionale Bonddrähte 30 elektrisch leitend angeschlossen. Grundsätzlich kann die Verschaltung eines solchen Leistungshalbleiterchips 1 jedoch beliebig erfolgen. Der oder die Leistungshalbleiterchips 1 sowie die Kontakthülsen) 100 sind innerhalb des Gehäuses 70 angeordnet.
  • Um die Abschnitte 51a, 51b, 51c der Metallisierungsschicht 51 elektrisch an eine grundsätzlich beliebige andere elektronische Komponente anzuschließen, ist in jede der Kontakthülsen 100 ein erstes Ende 201 eines elektrisch leitenden Kontaktstifts 200 eingesteckt. Beim Einstecken wird das erste Ende 201 in einen im Schaft 13 befindlichen Aufnahmebereich 113 der Kontakthülse 100 (siehe auch die 1 und 7 eingesteckt. Vor dem Einstecken weist der Aufnahmebereich 113 gegenüber dem in ihm einzusteckenden ersten Ende 11 ein Untermaß auf. Die den jeweiligen ersten Enden 201 entgegengesetzten zweiten Enden 202 der Kontaktstifte 200 können mit der anderen Komponente verbunden werden oder bereits einen Bestandteil derselben darstellen. Die andere elektronische Komponente kann innerhalb oder außerhalb des Modulgehäuses 70 des Leistungshalbleitermoduls angeordnet sein.
  • Sofern ein Modulgehäuse 70 überhaupt vorgesehen ist, kann die mit der Metallisierungsschicht 51 verlötete Kontakthülse 100 vor oder nach dem Einstecken des ersten Endes 201 des Kontaktstiftes 200 in die Kontakthülse 100 derart in dem Gehäuse 70 angeordnet werden, dass sich der Kontaktstift 200 nach dem in die Kontakthülse 100 aus dem Modulgehäuse 70 heraus erstreckt, so dass sich das zweite Ende 201 außerhalb des Modulgehäuses 70 befindet.
  • Ein Kontaktstift 200 kann, senkrecht zu seiner Längsrichtung, eine prinzipiell beliebige Querschnittsfläche aufweisen. Beispielsweise kann ein Kontaktstift 200 senkrecht zu seiner Längsrichtung Querschnittsfläche von wenigstens 0,16 mm2 und/oder von höchstens 5 mm2 aufweisen.
  • Für den Anschluss einer außerhalb des Gehäuses 70 angeordneten, externen elektronischen Komponente sind die zweiten Enden 202 der Kontaktstifte 200 aus dem Gehäuse 70 herausgeführt und somit von der Außenseite des Leistungshalbleitermoduls 300 her zugänglich, so dass sie dort elektrisch angeschlossen werden können.
  • Um das Leistungshalbleitermodul 300 mit einer weiteren Komponente elektrisch leitend zu verbinden, kann diese Komponente mit Öffnungen versehen sein, die in der weiteren Komponente korrespondierend zur Anordnung der Kontaktstifte 200 zueinander angeordnet sind. In 15 ist als weitere Komponente eine Leiterplatte 400 vorgesehen, die außerhalb des Gehäuses 70 angeordnet ist. Die Leiterplatte 400 weist eine strukturierte Metallisierung 451 auf, sowie Durchkontaktierungen 401, mit denen die Leiterplatte 400 auf die zweiten Enden 202 der Kontaktstifte 200 aufgesteckt wird, so dass die zweiten Enden 202 in die Durchkontaktierungen 401 zumindest eintauchen und optional durch die Durchkontaktierungen 401 hindurch ragen.
  • Um eine feste und dauerhafte Verbindung zwischen den Kontaktstiften 200 und den Durchkontaktierungen 401 sowie den jeweils damit verbundenen Metallisierungsabschnitten der Metallisierung 451 herzustellen, kann die Verbindung als Einpressverbindung (”Press-Fit-Kontakt”) ausgestaltet sein, wenn das zweite Ende 202 des betreffenden Kontaktstiftes gegenüber der korrespondierenden Öffnung 401 ein Übermaß aufweist.
  • Das Einpressen der zweiten Enden 202 in zugehörige elektrische Kontaktöffnungen 401 einer Leiterplatte 400 kann zum Beispiel gemäß DIN 41611-9:1987-12: ”Lötfreie elektrische Verbindungen; Abisolierfreie Wickelverbindungen; Begriffe, Kennwerte, Anforderungen, Prüfungen” erfolgen, oder gemäß DIN EN (IEC) 60352-5, 2008-11: ”Lötfreie Verbindungen – Teil 5: Einpressverbindungen – Allgemeine Anforderungen, Prüfverfahren und Anwendungshinweise (IEC 60352-5:2008)”, beide erhältlich beim Beuth Verlag GmbH, Berlin.
  • Alternativ zu einer Einpressverbindung kann ein in eine Öffnung 401 eingeführter Kontaktstift 200 jedoch auch mit dem korrespondierenden Abschnitt der Metallisierung 451 der Leiterplatte 400 verlötet werden. 16 zeigt die durch das Aufsetzen der Leiterplatte 400 auf das Leistungshalbleitermodul 300 erzeugte Schaltungsanordnung.
  • Anstelle einer Einpress- oder Lötverbindung kann bei einem oder mehreren der Kontaktstifte 200 das zweite Ende 202 federartig ausgestaltet sein, um einen sicheren und dauerhaften elektrischen Kontakt mit einer externen Komponente zu ermöglichen. Ebenso kann das obere Ende eines solchen Kontaktstiftes eine Anschraub-Öse, eine Schraubklemme oder ein Gewinde aufweisen.
  • Anstelle der in den 15 und 16 gezeigten Leiterplatte 400 können auch andere externe Komponenten auf die aus dem Leistungshalbleitermodul 300 herausragenden zweiten Enden 202 der Kontaktstifte 200 aufgepresst und/oder aufgelötet oder auf beliebige andere Weise elektrisch angeschlossen werden. Bei solchen anderen Komponenten kann es sich beispielsweise um Flachbandleiter, beispielsweise um so genannte Striplines, handeln. Ebenso ist es natürlich möglich, verschiedene Kontaktstifte 200 bzw. Kontaktstiftgruppen des Leistungshalbleitermoduls 300 mit unterschiedlichen externen Komponenten auf diese Weise zu verbinden. Weiterhin können zwei oder mehr auf denselben Abschnitt der Metallisierungsschicht 51 wie beschrieben aufgelötete Kontakthülsen 100 und der darin jeweils eingesteckte Kontaktstift 200 elektrisch zueinander parallel geschaltet sein, um die Stromtragfähigkeit zu erhöhen.
  • Ebenfalls in den 15 und 16 gezeigt ist eine optionale Bodenplatte 60 des Leistungshalbleitermoduls 300, mit der der Schaltungsträger 5 an der Metallisierungsschicht 52 durch eine Löt- oder Sinterverbindung stoffschlüssig verbunden ist. Sofern keine Bodenplatte 60 vorhanden ist, liegt die Metallisierungsschicht 52 an der Unterseite des Leistungshalbleitermoduls 300 frei.

Claims (21)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Elektronikbaugruppe (400), das aufweist: Bereitstellen einer ersten Metallisierungsschicht (51) mit einer Oberseite (51t) und einer Vertiefung (511), die sich ausgehend von der Oberseite (51t) in die erste Metallisierungsschicht (51) hinein erstreckt; und Bereitstellen einer elektrisch leitenden Kontakthülse (100), die sich in einer Längsrichtung (z) erstreckt, die eine erstes Ende (11) und ein dem ersten Ende (11) entgegengesetztes zweites Ende (12) aufweist, sowie einen Schaft (13), der sich zwischen dem ersten Ende (11) und dem zweiten Ende (12) erstreckt, wobei an dem ersten Ende (11) ein erster Kragen (111) ausgebildet ist, sowie eine Vorsprungsstruktur (112), die sich ausgehend von dem ersten Kragen (111) vom zweiten Ende (12) weg erstreckt; Anordnen der Kontakthülse (100) auf der Metallisierungsschicht (51) derart, dass die Vorsprungsstruktur (112) in die Vertiefung (511) eingreift; und Verlöten der Kontakthülse (100) und der ersten Metallisierungsschicht (51) mittels eines Lotes (7) derart, dass die Vorsprungsstruktur (112) nach dem Verlöten in die Vertiefung (511) eingreift, wobei die Kontakthülse (100) und die Vertiefung (511) derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Kontakthülse (100), wenn sie vor dem Verlöten so auf die erste Metallisierungsschicht (51) aufgelegt wird, dass die Vorsprungsstruktur (112) in die Vertiefung (511) eingreift, senkrecht zur Längsrichtung (z) ein maximales Spiel (s100) von 0,2 mm aufweist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Kontakthülse (100) und die Vertiefung (511) derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Kontakthülse (100), wenn sie vor dem Verlöten so auf die erste Metallisierungsschicht (51) aufgelegt wird, dass die Vorsprungsstruktur (112) in die Vertiefung (511) eingreift, senkrecht zur Längsrichtung (z) ein minimales Spiel (s100) von wenigstens 0,01 mm aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Lot (7) nach dem Verlöten einen in der Vertiefung (511) zwischen der ersten Metallisierungsschicht (51) und der Vorsprungsstruktur (112) ausgebildeten Spalt (6) überbrückt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Vorsprungsstruktur (112) während des Anordnens der Kontakthülse (100) auf der Metallisierungsschicht (51) in die Vertiefung (511) eingepresst wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das aufweist: Bereitstellen eines elektrisch leitenden Kontaktstifts (200), der ein erstes Ende (201) und ein dem ersten Ende (201) entgegengesetztes zweites Ende (201) aufweist; und Einstecken des ersten Endes (201) des Kontaktstiftes (200) in die Kontakthülse (100) nach dem Verlöten.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, das aufweist: Bereitstellen eines Gehäuses (70); und Anordnen der Kontakthülse (100), vor oder nach dem Einstecken des ersten Endes (201) des Kontaktstiftes (200) in die Kontakthülse (100) in dem Gehäuse (70) derart, dass sich der Kontaktstift (200) nach dem Einstecken des Kontaktstiftes (200) in die Kontakthülse (100) aus dem Gehäuse (70) heraus erstreckt, so dass sich das zweite Ende (201) außerhalb des Gehäuses (70) befindet.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Kontakthülse (100) einen in dem Schaft (13) ausgebildeten Aufnahmebereich (113) aufweist, der vor dem Einstecken gegenüber dem ersten Ende (201) des bereitgestellten Kontaktstifts (200) ein Untermaß aufweist; und das erste Ende (201) des Kontaktstifts (200) beim Einstecken in den Aufnahmebereich (113) eingepresst wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7 mit den Schritten: Bereitstellen einer Leiterplatte (200), die eine elektrische Kontaktöffnung (401) aufweist; und Einpressen des zweiten Endes (202) des Kontaktstifts (200) in die Kontaktöffnung (401) nach dem Einstecken des ersten Endes (201) des Kontaktstifts (200) in die Kontakthülse (100).
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Schaft (13) als gerades Rohr ausgebildet ist, das sich in der Längsrichtung (z) erstreckt.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das gerade Rohr einen Außendurchmesser (D13) im Bereich von 2 mm bis 4 mm aufweist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Rohreine Länge (l13) von wenigstens dem Außendurchmesser (D13) aufweist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem das Rohr einen Innendurchmesser (D13) im Bereich von wenigstens 0,4 mm aufweist, wobei der Innendurchmesser (d13) kleiner ist als der Außendurchmesser (D13).
  13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der erste Kragen (111) eine dem zweiten Ende (12) abgewandten Unterseite (111b) aufweist; die Unterseite (111b) einen ebenen Abschnitt (111a) aufweist, der in einer zur Längsrichtung (z) senkrechten Ebene (E) verläuft; und die Vorsprungsstruktur (112) ausgehend von dem ebenen Abschnitt (111a) eine Höhe (h112) im Bereich von 0,1 mm bis 0,8 mm aufweist.
  14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Vorsprungsstruktur (112) als geschlossener oder als segmentierter Ring ausgebildet ist.
  15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Kontakthülse (100) in der Längsrichtung (z) eine Länge (l100) im Bereich von 0,64 mm bis 7 mm aufweist.
  16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Kontakthülse senkrecht zur Längsrichtung (z) eine maximal Breite (b100) im Bereich von 0,8 mm bis 4 mm aufweist.
  17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die elektrische Leitfähigkeit der Kontakthülse (100) bei einer Temperatur von 300 K wenigstens 10 MS/m beträgt.
  18. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Kontakthülse (100) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung oder aus Stahl gebildet ist.
  19. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Kontakthülse (100) einen mit einer Beschichtung (151) versehenen Kern (150) aufweist.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem der Kern (150) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung oder aus Stahl gebildet ist.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die Beschichtung aus einem der folgenden Materialien besteht, oder eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweist: Zinn; Gold; Nickel.
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