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Die Erfindung geht aus von einer Kontaktieranordnung für ein Leiterplattensubstrat oder einem Verfahren zum Kontaktieren eines Leiterplattensubstrats nach Gattung der unabhängigen Patentansprüche 1 oder 7.
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Die Verbindungstechnik von LTCC-Substraten (Low Temperature Cofired Ceramics, Niedertemperatur-Einbrand-Keramiken) oder HTCC-Substraten (High Temperature Cofired Ceramics, Hochtemperatur-Einbrand-Keramiken) an die Umgebung erfolgt heute durch Bondverbindungen. Im Vergleich zu anderen keramischen Substraten wie beispielsweise DBC (Direct Bonded Copper), welche Kupferanschlussflächen mit einer Dicke von ca. 300µm aufweisen, ist Laserschweißen auf LTCC/HTCC-Standardkeramiksubstraten aufgrund zu geringer gedruckter Schichtdicke der Anschlussflächen, welche beispielsweise nur eine Schichtdicke von ca. 15µm derzeit nicht möglich. Deshalb kommen in der Regel kostenintensive Stanzgitter/Einlegeteile mit speziell präparierten Anschlüssen, wie beispielsweise vergoldete Anschlüsse zum Einsatz.
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Aus der
DE 98 32 062 A1 ist ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug bekannt, welches eine Bodenplatte, einen über mindestens eine Gehäusedichtung dicht mit der Bodenplatte gekoppelten Gehäusedeckel, einen auf der Bodenplatte angebrachten Schaltungsträger und einen flexiblen Leiterbahnträger mit integrierten Leiterbahnen umfasst. Der Leiterbahnträger umfasst einen ersten Kontaktierungsabschnitt, welcher entsprechende randseitige Kontaktierungszonen des Schaltungsträgers überlagert, und einen zweiten Kontaktierungsabschnitt, welcher über einem freiliegenden Kontaktierungsabschnitt eines elektrischen Anschlussdrahtes angeordnet ist. Die Kontaktierungszone des Schaltungsträgers und der freiliegende Kontaktierungsabschnitt des Anschlussdrahtes liegen im Wesentlichen in einer Ebene und weisen nur einen verhältnismäßig geringen Abstand zueinander auf, welcher durch die Leiterbahnen des flexiblen Leitbahnträgers überbrückt wird. Die Leiterbahnen des flexiblen Leitungsträgers sind über Laserschweiß- oder Laserlötstellen elektrisch mit den Kontaktierungszonen des Schaltungsträgers und den Kontaktierungsabschnitten des Anschlussdrahtes verbunden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Kontaktieranordnung für ein Leiterplattensubstrat mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und das Verfahren zum Kontaktieren eines Leiterplattensubstrats mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 7 haben den Vorteil, dass durch die Metallfüllung von Durchgangsöffnungen eine ausreichend dicke Metallisierung zur Anbindung des keramischen oder organischen Leiterplattensubstrats an Anschlussdrähte mittels Laserschweißen zur Verfügung gestellt wird. Dadurch können auch als LTCC- und/oder HTTC-Mehrlagenkeramiken und/oder als Standard-Aluminiumoxid-Einlagenkeramik ausgeführte Leiterplattensubstrate in vorteilhafter Weise mittels Laserschweißen direkt mit Anschlussdrähten kontaktiert werden.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Kontaktieranordnung für ein Leiterplattensubstrat zur Verfügung, welche mindestens einen, einen ersten Kontaktbereich aufweisenden Anschlussdraht umfasst, welcher mit einem korrespondierenden zweiten Kontaktbereich des Leiterplattensubstrats elektrisch kontaktiert ist. Hierbei bildet eine Metallfüllung einer Durchgangsöffnung im Leiterplattensubstrat den zweiten Kontaktbereich aus, wobei eine Laserschweißverbindung die elektrische Kontaktierung zwischen dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten Kontaktbereich ausbildet.
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Des Weiteren wird ein Verfahren zum Kontaktieren eines Leiterplattensubstrats mit mindestens einem, einen ersten Kontaktbereich aufweisenden Anschlussdraht vorgeschlagen, welcher mit einem korrespondierenden zweiten Kontaktbereich des Leiterplattensubstrats elektrisch kontaktiert wird. Hierbei wird in eine Durchgangsöffnung im Leiterplattensubstrat eine Metallfüllung eingebracht, welche den zweiten Kontaktbereich ausbildet, wobei der erste Kontaktbereich auf dem zweiten Kontaktbereich angeordnet wird und mittels eines Laserstrahls die elektrische Kontaktierung zwischen dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten Kontaktbereich als Schweißverbindung hergestellt wird.
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In vorteilhafter Weise muss die Kontaktierung bei Ausführungsformen der Erfindung nicht mehr ausschließlich am Rand des Leiterplattensubstrats erfolgen, sondern kann an beliebiger Stelle im Leiterplattensubstrat erfolgen. Des Weiteren kann der erste Kontaktbereich der Anschlussdrähte auch spitz, stumpf oder anders geformt und somit platzsparend angeschweißt werden, so dass kleinere Flächen auf dem Leiterplattensubstrat für den zweiten Kontaktbereich zur Verfügung gestellt werden können. Dadurch könnte auch eine LTCC- und/oder eine HTCC- und/oder eine Standard-Keramik als Leiterplattensubstrat wie ein verpacktes Bauelement über die Anschlussdrähte in eine Leiterplatte eingelötet werden. Die Anschlussdrähte können beispielsweise als Teil eines Stanzgitters und/oder als Metalldraht und/oder als isolierter Draht und/oder als lackierter Draht ausgeführt werden.
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Durch das vorgeschlagene Kontaktierungsverfahren kann die LTCC- und/oder HTCC- und/oder Standard-Keramik auch ummoldet werden und wäre somit unkritisch bezüglich der Handhabung. Durch die mögliche direkte Anbindung an den Anschlussdraht kann auf kostenintensive Stanzgitter und/oder Einlegeteile mit speziell präparierten Anschlüssen in vorteilhafter Weise verzichtet werden. Auch wäre die Anbindung an einen Motordraht direkt oder indirekt möglich. Bei der spitzen, stumpfen oder anders geformte Anbindung kann als Anschlussdraht auch ein isolierter und/oder lackierter Draht, wie er beispielsweise bei Transformatoren oder Motorwicklungen verwendet wird, eingesetzt werden.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Kontaktieranordnung für ein Leiterplattensubstrat und des im unabhängigen Patentanspruch 7 angegebenen Verfahrens zum Kontaktieren eines Leiterplattensubstrats möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, dass ein am Ende des Anschlussdrahtes angeordneter Bereich einer Mantelfläche des Anschlussdrahtes den ersten Kontaktbereich ausbilden kann. Alternativ kann eine Stirnfläche am Ende des Anschlussdrahtes den ersten Kontaktbereich ausbilden. Dadurch ist eine Anpassung der Kontaktieranordnung an verschiedene Einbaubedingungen in vorteilhafter Weise schnelle und einfach möglich.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Kontaktieranordnung kann der erste Kontaktbereich an einer Oberseite oder an einer Unterseite des Leiterplattensubstrats ausgebildet werden. Dadurch kann das Leiterplattensubstrat von oben oder von unten kontaktiert werden, so dass die Anpassung an verschiedene Einbaubedingungen weiter vereinfacht werden kann.
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In vorteilhafter Ausgestaltung des Kontaktierverfahrens kann der Laserstrahl die Schweißenergie über den zweiten Kontaktbereich oder über eine dem zweiten Kontaktbereich gegenüberliegende Rückseite der Metalleinlage einbringen. Das bedeutet, dass der Energieeintrag für die Laserschweißung von der dem Anschlussdraht gegenüberliegenden Leiterplattensubstratseite oder auf der gleichen Leiterplattensubstratseite erfolgen kann.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kontaktieranordnung für ein Leiterplattensubstrat, bei welcher ein Energieeintrag für die Laserschweißung auf der Leiterplattensubstratseite erfolgt, auf welcher der Anschlussdraht angeordnet ist.
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2 zeigt eine schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kontaktieranordnung für ein Leiterplattensubstrat aus 1, bei welcher ein Energieeintrag für die Laserschweißung von der dem Anschlussdraht gegenüberliegenden Leiterplattensubstratseite erfolgt.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kontaktieranordnung für ein Leiterplattensubstrat, bei welcher der Anschlussdraht mit einem an der Oberseite des Leiterplattensubstrats angeordneten Kontaktbereich kontaktiert wird.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kontaktieranordnung für ein Leiterplattensubstrat, bei welcher der Anschlussdraht mit einem an der Unterseite des Leiterplattensubstrats angeordneten Kontaktbereich kontaktiert wird.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Wie aus 1 bis 4 ersichtlich ist, umfassen die dargestellten Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Kontaktieranordnung 1A, 1B, 1C für ein Leiterplattensubstrat 20 jeweils mindestens einen, einen ersten Kontaktbereich 12 aufweisenden Anschlussdraht 10A, 10B, welcher mit einem korrespondierenden zweiten Kontaktbereich 32 des Leiterplattensubstrats 20 elektrisch kontaktiert ist. Hierbei bildet eine Metallfüllung 30 einer Durchgangsöffnung 26 im Leiterplattensubstrat 20 den zweiten Kontaktbereich 32 aus. Zudem bildet eine Laserschweißverbindung die elektrische Kontaktierung zwischen dem ersten Kontaktbereich 12 und dem zweiten Kontaktbereich 32 aus.
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Das Leiterplattensubstrat 20 kann beispielsweise als mehrlagige LTCC- und/oder HTCC- und/oder Standard-Keramik ausgebildet werden. Der Anschlussdraht 10A, 10B kann beispielsweise als Teil eines Stanzgitters und/oder als Metalldraht und/oder als isolierter Draht und/oder als lackierter Draht ausgebildet werden. Durch entsprechend dimensionierte Metallfüllungen 30 kann in vorteilhafter Weise eine ausreichend dicke Metallisierung für den Energieeintrag der Laserschweißung auch bei Keramiksubstraten zur Verfügung gestellt werden.
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Wie aus 1 und 2 weiter ersichtlich ist, bildet im dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Kontaktieranordnung 1A ein am Ende des Anschlussdrahtes 10A angeordneter Bereich einer Mantelfläche 12A des Anschlussdrahtes 10A den ersten Kontaktbereich 12 aus. Wie aus 1 und 2 weiter ersichtlich ist, ist der erste Kontaktbereich 12 im dargestellten Ausführungsbeispiel an einer Oberseite 22 des Leiterplattensubstrats 20 ausgebildet. Bei einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Kontaktieranordnung, kann der erste Kontaktbereich 12 an einer Unterseite 24 des Leiterplattensubstrats 20 ausgebildet werden.
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Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, bringt der Laserstrahl 3A die Schweißenergie im dargestellten Ausführungsbeispiel von oben über den als Mantelfläche 12A ausgebildeten ersten Kontaktbereich 12 des Anschlussdrahtes 10A und den zweiten Kontaktbereich 32 in die Metalleinlage 30 ein, um die Schweißverbindung zwischen dem ersten Kontaktbereich 12 und dem zweiten Kontaktbereich 32 auszubilden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind der erste Kontaktbereich 12A und der zweite Kontaktbereich 32 auf der Oberseite 22 des Leiterplattensubstrats 20 angeordnet. Bei einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Kontaktieranordnung, kann der erste Kontaktbereich 12 des Anschlussdrahtes 10A und der zweite Kontaktbereich 32 des Leiterplattensubstrats 20 an der Unterseite 24 des Leiterplattensubstrats 20 angeordnet werden und der Laserstrahl 3B kann die Schweißenergie von unten über den als Mantelfläche 12A ausgebildeten ersten Kontaktbereich 12 des Anschlussdrahtes 10A und den zweiten Kontaktbereich 32 in die Metalleinlage 30 einbringen.
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Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, bringt der Laserstrahl 3B die Schweißenergie im dargestellten Ausführungsbeispiel von unten über eine, dem zweiten Kontaktbereich 32 gegenüberliegende Rückseite 34 der Metalleinlage 30 in die Metalleinlage 30 ein, um die Schweißverbindung zwischen dem ersten Kontaktbereich 12 des Anschlussdrahtes 10A und dem zweiten Kontaktbereich 32 auszubilden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind der erste Kontaktbereich 12A und der zweite Kontaktbereich 32 auf der Oberseite 22 des Leiterplattensubstrats 20 angeordnet. Bei einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Kontaktieranordnung, kann der erste Kontaktbereich 12 des Anschlussdrahtes 10A und der zweite Kontaktbereich 32 des Leiterplattensubstrats 20 an der Unterseite 24 des Leiterplattensubstrats 20 angeordnet werden und der Laserstrahl 3A kann die Schweißenergie von oben über die, dem zweiten Kontaktbereich 32 gegenüberliegende Rückseite 34 der Metalleinlage 30 in die Metalleinlage 30 einbringen, wobei die Rückseite 34 der Metalleinlage 30 dann an der Oberseite 22 des Leiterplattensubstrats 20 angeordnet ist.
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Wie aus 3 und 4 weiter ersichtlich ist, bildet in den dargestellten Ausführungsbeispielen der Kontaktieranordnung 1B, 1C jeweils eine am Ende des Anschlussdrahtes 10B angeordnete Stirnfläche 12b den ersten Kontaktbereich 12 aus. Der als Stirnfläche 12B ausgeführte erste Kontaktbereich 12 des Anschlussdrahtes 10B kann beispielsweise spitz, stumpf oder anders geformt und somit platzsparend angeschweißt werden, so dass kleinere Flächen auf dem Leiterplattensubstrat 20 für den zweiten Kontaktbereich 32 zur Verfügung gestellt werden können.
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Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, ist der erste Kontaktbereich 12 im dargestellten Ausführungsbeispiel der Kontaktieranordnung 1B an der Oberseite 22 des Leiterplattensubstrats 20 ausgebildet. Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, bringt der Laserstrahl 3B die Schweißenergie im dargestellten Ausführungsbeispiel von unten über die, dem zweiten Kontaktbereich 32 gegenüberliegende Rückseite 34 der Metalleinlage 30 in die Metalleinlage 30 ein, um die Schweißverbindung zwischen dem ersten Kontaktbereich 12 des Anschlussdrahtes 10B und dem zweiten Kontaktbereich 32 des Leiterplattensubstrats 20 auszubilden.
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Bei einem alternativen in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der Kontaktieranordnung 1C ist der erste Kontaktbereich 12 an der Unterseite 24 des Leiterplattensubstrats 20 ausgebildet. Wie aus 4 weiter ersichtlich ist, bringt der Laserstrahl 3A die Schweißenergie im dargestellten Ausführungsbeispiel von oben über die, dem zweiten Kontaktbereich 32 gegenüberliegende Rückseite 34 der Metalleinlage 30 in die Metalleinlage 30 ein, um die Schweißverbindung zwischen dem ersten Kontaktbereich 12 des Anschlussdrahtes 10B und dem zweiten Kontaktbereich 32 des Leiterplattensubstrats 20 auszubilden.
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Gemäß Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Kontaktieren eines Leiterplattensubstrats 20 wird mindestens ein, einen ersten Kontaktbereich 12 aufweisenden Anschlussdraht 10A, 10B, mit einem korrespondierenden zweiten Kontaktbereich 32 des Leiterplattensubstrats 20 elektrisch kontaktiert. Hierbei wird in eine Durchgangsöffnung 26 im Leiterplattensubstrat 20 eine Metallfüllung 30 eingebracht, welche den zweiten Kontaktbereich 32 ausbildet. Der erste Kontaktbereich 12 wird auf dem zweiten Kontaktbereich 32 angeordnet und mittels eines Laserstrahls 3A, 3B wird die elektrische Kontaktierung zwischen dem ersten Kontaktbereich 12 und dem zweiten Kontaktbereich 32 als Schweißverbindung hergestellt.
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Wie oben bereits ausgeführt wurde, kann ein am Ende des Anschlussdrahtes 10A angeordneter Bereich einer Mantelfläche 12A des Anschlussdrahtes 10A als erster Kontaktbereich 12 mit dem zweiten Kontaktbereich 32 verschweißt werden. Alternativ kann eine Stirnfläche 12B am Ende des Anschlussdrahtes 10B als erster Kontaktbereich 12 mit dem zweiten Kontaktbereich 32 verschweißt werden. Der Laserstrahl 3A, 3B kann die Schweißenergie über den zweiten Kontaktbereich 12 oder über eine dem zweiten Kontaktbereich 32 gegenüberliegende Rückseite 34 der Metalleinlage 30 einbringen. Hierbei kann der Laserstrahl 3A, 3B zur Herstellung der Schweißverbindung zwischen dem ersten Kontaktbereich 12 und dem zweiten Kontaktbereich 32 von oben oder von unten auf die Metalleinlage 30 einwirken.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen in vorteilhafter Weise die Kontaktierung eines Leiterplattensubstrats nicht mehr ausschließlich am Rand des Leiterplattensubstrats, sondern an beliebigen Stellen des Leiterplattensubstrats, indem entsprechende speziell eingebrachte Durchgangsöffnungen oder bereits vorhandene Durchgangsöffnungen mit Metall gefüllt werden, um den zweiten Kontaktbereich des Leiterplattensubstrats auszubilden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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