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Gebiet der Technik
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Anordnungen und Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen zwei Substraten, insbesondere zwischen zwei Leiterplatten.
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Stand der Technik
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Verfahren und Anordnungen der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Beispielsweise ist es bekannt, zwei Substrate mittels interner Steckverbindungen zu verbinden, wobei dies allerdings aufwändig ist und wobei eine derartige Verbindung nur eine begrenzte Robustheit aufweist. Ebenfalls üblich ist die Verbindung von zwei Substraten mittels geschraubtem Bus Bar; auch dies ist aufwändig und bietet nur eine begrenzte Robustheit der Verbindung. Schließlich sind zur Verbindung zweier Substrate auch sog. press-fit-Verbinder bekannt, die allerdings nur einen auf eine Richtung (insbesondere vertikal) begrenzten Toleranzausgleich zulassen. Auch wird als nachteilig empfunden, dass keine der zum Verbinden von Substraten bekannten Verbindungstechniken die Eigenschaften einer a) Lösbarkeit und dadurch gegebenen Reparaturfähigkeit (während der Fertigung und in der Anwendung), b) eines möglichen Toleranzausgleichs, vorzugsweise in allen drei Raumrichtungen, auch im Hinblick auf die Vormontage der Substrate und die Dimensionen der Komponenten, und c) einer gewünschten Robustheit der Verbindung auf sich vereint.
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DE 10 2009 044 933 A1 betrifft ein Leistungshalbleitermodul und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Das Leistungshalbleitermodul weist einen ersten Schaltungsträger auf, der einen ersten Isolationsträger umfasst, sowie eine erste Metallfolie, die einen starr mit dem ersten Isolationsträger verbundenen Abschnitt aufweist, sowie einen Verbindungsabschnitt, der vom ersten Isolationsträger beabstandet ist. Außerdem ist ein zweiter Schaltungsträger vorgesehen, der einen zweiten Isolationsträger umfasst, sowie eine zweite Metallfolie, die einen starr mit dem zweiten Isolationsträger verbundenen Abschnitt aufweist. Die erste Metallfolie ist an ihrem Verbindungsabschnitt elektrisch leitend mit der zweiten Metallfolie verbunden. Die Herstellung dieser Verbindung kann beispielsweise durch Ultraschall-Bonden oder durch Schweißen erfolgen. Ebenso können mehrere Schaltungsträger auf die beschriebene Weise miteinander verbunden werden.
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DE 10 2012 204 489 A1 offenbart eine Baugruppe, insbesondere für eine Getriebesteuerung, mit einem Trägerkörper sowie wenigstens einem an dem Trägerkörper angeordneten Verbindungskontaktelement zur Anbindung der Baugruppe an einer weiteren Baugruppe mittels eines Fügeverfahrens, insbesondere mittels eines Schweißprozesses, wobei das wenigstens eine Verbindungskontaktelement vom Trägerkörper beabstandet einen Kopf bereitstellt, welcher für einen Werkzeugeingriff zur Fügeverbindung mit einem Fügepartner an der weiteren Baugruppe vorgesehen ist, wobei sich aus einem Mittenbereich des Kopfes ein Abschnitt des Verbindungskontaktelements mit reduziertem Querschnitt als Schaft zum Trägerkörper erstreckt.
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Ein Verfahren gemäß der
US 3 772 776 A zum Verbinden paralleler Leiterplatten, einschließlich und hauptsächlich für Speicherebenen, umfasst das Verbinden eines Endes eines flachen flexiblen Kabels mit dem Rand einer ersten Platine und das direkte Verbinden der Wortbänder oder anderer Leitungen mit dem flachen flexiblen Kabel. Das andere Ende des flachen Verbindungskabels wird dann direkt mit dem Ende eines ähnlichen flachen flexiblen Leiterkabels verbunden, wodurch die Verbindung vervollständigt wird.
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DE 10 2007 008 109 A1 offenbart eine Trägerplattenanordnung mit einer Mehrzahl von Trägerplatten für optoelektronische Bauelemente, bei der zwei benachbarte Trägerplatten mittels eines Verbindungskörpers mechanisch stabil miteinander verbunden sind, wobei jede der beiden Trägerplatten einen Verbindungsbereich aufweist, dem je ein Befestigungsabschnitt des Verbindungskörpers zugeordnet ist, und zwischen jeweils einem der Verbindungsbereiche und dem zugeordneten Befestigungsabschnitt eine Steckverbindung ausgebildet ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Offenbarung die Aufgabe zugrunde, Verfahren der eingangs genannten Art vorteilhaft weiterzubilden. Insbesondere wird angestrebt, dass dadurch zumindest einige oder möglichst alle der oben genannten Nachteile vermieden werden können.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen zwei Substraten angegeben. Bei der Verbindung handelt es sich insbesondere um eine hochstromfähige Verbindung.
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Gemäß einem Schritt des Verfahrens zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung werden ein erstes Substrat und ein zweites Substrat bereitgestellt.
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Gemäß weiteren Verfahrensschritten werden ein elektrisch leitfähiges erstes Verbindungsteil und ein elektrisch leitfähiges zweites Verbindungsteil bereitgestellt. Die Verbindungsteile haben jeweils einen Montageabschnitt und einen Verbindungsabschnitt.
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Gemäß weiteren Verfahrensschritten werden das erste Verbindungsteil an dem ersten Substrat mittels Herstellen einer ersten lösbaren Verbindung zwischen seinem Montageabschnitt und dem ersten Substrat montiert und das zweite Verbindungsteil an dem zweiten Substrat mittels Herstellen einer zweiten lösbaren Verbindung zwischen seinem Montageabschnitt und dem zweiten Substrat montiert.
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Gemäß einem weiteren Verfahrensschritt wird eine elektrisch leitfähige Verbindungsbaugruppe hergestellt, die das erste Verbindungsteil und das zweite Verbindungsteil enthält. Zweckmäßigerweise wird mittels der Verbindungsbaugruppe zur Herstellung der elektrisch leitfähigen Verbindung eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Leiterbahnstrukturen des ersten Substrats und Leiterbahnstrukturen des zweiten Substrats hergestellt.
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Bei dem Verfahren umfasst das Herstellen der Verbindungsbaugruppe einen Verfahrensschritt, bei dem eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt des ersten Verbindungsteils und dem Verbindungsabschnitt des zweiten Verbindungsteils hergestellt wird.
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Bei einer vorliegend nicht beanspruchten Alternative des Verfahrens umfasst das Herstellen der Verbindungsbaugruppe einen Verfahrensschritt, bei dem ein Querträger bereitgestellt wird, einen Verfahrensschritt, bei dem eine stoffschlüssige Verbindung zwischen einem ersten Längenabschnitt des Querträgers und dem Verbindungsabschnitt des ersten Verbindungsteils hergestellt wird und einen Verfahrensschritt, bei dem eine zweite stoffschlüssige Verbindung zwischen einem zweiten Längenabschnitt des Querträgers und dem Verbindungsabschnitt des zweiten Verbindungsteils hergestellt wird. Der Querträger hat vorzugsweise eine langgestreckte Gestalt und der erste und zweite Längenabschnitt sind insbesondere entlang einer Haupterstreckungsrichtung des Querträgers zueinander versetzt und können entlang der Haupterstreckungsrichtung voneinander beabstandet sein.
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Bei dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt werden ein elektrisch leitfähiger erster Stanzstreifen als erstes Verbindungsteil bereitgestellt und ein elektrisch leitfähiger zweiter Stanzstreifen als zweites Verbindungsteil bereitgestellt. Das erste Substrat und das zweite Substrat werden in relativ zueinander fester Lage derart montiert, dass sich der Verbindungsabschnitt des ersten Stanzstreifens und der Verbindungsabschnitt des zweiten Stanzstreifens in einem Überlappungsbereich überlappen und das Herstellen der stoffschlüssigen Verbindung des Verbindungsabschnitts des ersten Stanzstreifens mit dem Verbindungsabschnitt des zweiten Stanzstreifens innerhalb des Überlappungsbereichs erfolgt.
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Der Verbindungsabschnitt des ersten Stanzstreifens erstreckt sich nach dem Herstellen der ersten lösbaren Verbindung, insbesondere schon vor dem Herstellen der stoffschlüssigen Verbindung, parallel oder im Wesentlichen parallel zu einer Erstreckungsrichtung des ersten Substrats. Alternativ oder zusätzlich kann sich der Verbindungsabschnitt des zweiten Stanzstreifens nach dem Herstellen der zweiten lösbaren Verbindung, insbesondere schon vor dem Herstellen der stoffschlüssigen Verbindung, parallel oder im Wesentlichen parallel zu einer Erstreckungsrichtung des zweiten Substrats erstrecken.
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Der erste Stanzstreifen hat einen an seinen Montageabschnitt angrenzenden Längenabschnitt und dieser Längenabschnitt und der Verbindungsabschnitt des ersten Stanzstreifens verlaufen zueinander rechtwinklig oder im Wesentlichen rechtwinklig. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass der zweite Stanzstreifen einen an seinen Montageabschnitt angrenzenden Längenabschnitt hat und dieser Längenabschnitt und der Verbindungsabschnitt des zweiten Stanzstreifens zueinander rechtwinklig oder im Wesentlichen rechtwinklig verlaufen. Insbesondere bilden der Längenabschnitt und der Verbindungsabschnitt des jeweiligen Stanzstreifens auf diese Weise eine L-Form. Eine im Wesentlichen parallele Erstreckung bzw. ein im Wesentlichen rechtwinkliger Verlauf wird im Sinne der vorliegenden Offenbarung bis zu einer Winkeldifferenz von 10 Grad als gegeben verstanden.
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Bei einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt erfolgt das das Herstellen der stoffschlüssigen Verbindung(en) nachfolgend auf die übrigen vorangehend genannten Verfahrensschritte.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zum Lösen einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen zwei Substraten offenbart. Ein Verfahren gemäß diesem Aspekt umfasst die Ausführung eines Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen zwei Substraten gemäß dem ersten Aspekt. Nachfolgend auf den Verfahrensschritt des Herstellens der stoffschlüssigen Verbindung bzw. auf die Verfahrensschritte des Herstellens der stoffschlüssigen Verbindungen wird, insbesondere zum Zweck der Reparatur, die erste lösbare Verbindung gelöst und/oder die zweite lösbare Verbindung gelöst. Mittels des Lösens der ersten bzw. zweiten lösbaren Verbindung wird insbesondere die Verbindungsbaugruppe von dem ersten Substrat bzw. von dem zweiten Substrat gelöst.
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Gemäß einem dritten Aspekt wird eine Anordnung offenbart, die ein erstes Substrat, ein zweites Substrat und eine elektrisch leitfähige Verbindungsbaugruppe aufweist. Die Anordnung ist vorzugsweise mit einem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt hergestellt.
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Bei einer Ausführungsform der Anordnung ist das erste Verbindungsteil ein elektrisch leitfähiger erster Stanzstreifen und das zweite Verbindungsteil ist ein elektrisch leitfähiger zweiter Stanzstreifen. Das erste Substrat und das zweite Substrat sind in relativ zueinander fester Lage derart montiert, dass sich der Verbindungsabschnitt des ersten Stanzstreifens und der Verbindungsabschnitt des zweiten Stanzstreifens in einem Überlappungsbereich überlappen. Der Verbindungsabschnitt des ersten Stanzstreifens und der Verbindungsabschnitt des zweiten Stanzstreifens sind innerhalb des Überlappungsbereichs mittels einer stoffschlüssigen Verbindung verbunden.
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Die Verbindungsbaugruppe weist ein elektrisch leitfähiges erstes Verbindungsteil auf, das einen Montageabschnitt und einen Verbindungsabschnitt hat. Weiter weist sie ein elektrisch leitfähiges zweites Verbindungsteil auf, das einen Montageabschnitt und einen Verbindungsabschnitt hat. Der Montageabschnitt des ersten Verbindungsteils ist mittels einer lösbaren Verbindung mit dem ersten Substrat und der Montageabschnitt des zweiten Verbindungsteils mittels einer lösbaren Verbindung mit dem zweiten Substrat verbunden.
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Der Verbindungsabschnitt des ersten Verbindungsteils und ein Verbindungsabschnitt des zweiten Verbindungsteils sind mittels einer stoffschlüssigen Verbindung verbunden. Bei einer vorliegend nicht beanspruchten Alternative enthält die Verbindungsbaugruppe einen elektrisch leitfähigen Querträger, wobei ein erster Längenabschnitt des Querträgers ist mit dem Verbindungsabschnitt des ersten Verbindungsteils mittels einer stoffschlüssigen Verbindung verbunden und ein zweiter Längenabschnitt des Querträgers mit dem Verbindungsabschnitt des zweiten Verbindungsteils mittels einer zweiten stoffschlüssigen Verbindung verbunden ist.
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Als Vorteile lassen sich in Kombination die Eigenschaften einer a) Lösbarkeit und dadurch gegebenen Reparaturfähigkeit (während der Fertigung und in der Anwendung), b) eines möglichen Toleranzausgleichs, vorzugsweise in allen drei Raumrichtungen, auch im Hinblick auf die Vormontage der Substrate und die Dimensionen der Komponenten, und c) einer gewünschten Robustheit der Verbindung erreichen. Insbesondere resultiert vorteilhaft aus den genannten lösbaren Verbindungen an den beiden Substraten eine besonders gute Reparaturfähigkeit. Die lösbaren Verbindungen können insofern auch als reparaturfähige Verbindungen bezeichnet werden.
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Vorteilhaft kann auf diese Weise ein hoher Automatisierungsgrad, insbesondere mit einer geringen Taktzeit, erzielt werden. Auf ein gesteuertes Positionieren kann verzichtet werden. Vorteilhaft kann eine Prozesskontrolle über Prozessparameter möglich sein (im Gegensatz dazu gehen z.B. bei Schraubverbindungen viele geometrischen Toleranzen ein). Wie noch erläutert wird, ermöglicht die Erfindung vorteilhaft auch eine partikelfreie Endmontage. Die Verfahren und die Anordnung sind geeignet für alle Verbinder von Leiterplatten und ist besonders attraktiv bei hohen Stromstärken und hohen Sicherheitsanforderungen, wobei - z.B. durch eine vorzugsweise partikelfreie Ausführung - eine gute Isolation ermöglicht sein kann.
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Es versteht sich, dass das Verbinden der beiden Verbindungsabschnitte in elektrisch leitfähiger Weise erfolgt, insbesondere indem die beiden Verbindungsabschnitte in direktem Kontakt miteinander fixiert werden. Indem zumindest zwei oder mehr Substrate auf die beschriebene Weise elektrisch leitfähig, insbesondere hochstromfähig, miteinander verbindbar bzw. verbunden sind, ermöglichen die Verfahren bzw. die Anordnung auch Hochstromanwendungen, insbesondere mit modularem Aufbau.
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Unter einer hochstromfähigen Verbindung wird eine Verbindung verstanden, die zur Übertragung von Strömen in der Größenordnung von 10 Ampere bis 1000 Ampere geeignet ist und insbesondere daran angepasst ist. In dem erfindungsgemäßen Zusammenhang wird jeweils unter einer lösbaren Verbindung eine Verbindung verstanden, die in der Weise lösbar ist, dass nach dem Lösen mindestens ein Verbindungspartner wiederverwendet werden kann. Bei den Substraten handelt es sich vorzugsweise um Leiterplatten, die ihrerseits elektrisch isolierendes Material und daran anhaftende elektrisch leitfähige Verbindungen (Leiterbahnen) aufweisen.
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Im Folgenden werden Merkmale von Ausführungsformen und Weiterbildungen des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt, des Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt und der Anordnung gemäß dem dritten Aspekt erläutert. Diese Merkmale sind jeweils auch für Ausführungsformen und Weiterbildungen von Verfahren bzw. Anordnungen gemäß der anderen Aspekte einsetzbar, auch wenn sie nicht explizit im Zusammenhang mit dem Verfahren bzw. der Anordnung des jeweiligen Aspekts erörtert sind.
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Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform sind das erste und/oder das zweite Verbindungsteil einstückige - d.h. insbesondere aus einem einzigen Werkstück hergestellte und nicht aus mehreren Einzelelementen zusammengesetzte - Metallteile, z.B. Metallblöcke oder Blechstücke.
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Bei den Stanzstreifen handelt es sich beispielsweise um Metallsteifen, insbesondere um Blechstreifen, die zweckmäßig durch Stanzen hergestellt sein können.
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Bei einer Ausführungsform erfolgt das Herstellen der stoffschlüssigen Verbindung des Verbindungsabschnitts des ersten Stanzstreifens mit dem Verbindungsabschnitt des zweiten Stanzstreifens innerhalb des Überlappungsbereichs mittels einer Schweißverbindung.
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Bei manchen Ausführungsformen kann nach dem Schritt des Montierens des ersten Substrats und des zweiten Substrats in relativ zueinander fester Lage zwischen dem Verbindungsabschnitt des ersten Stanzstreifens und dem Verbindungsabschnitt des zweiten Stanzstreifens ein Abstand vorhanden sein. Insbesondere können der Verbindungsabschnitt des ersten Stanzstreifens und der Verbindungsabschnitt des zweiten Stanzstreifens quer - insbesondere senkrecht - zu einer Längsrichtung des Verbindungsabschnitts des ersten Stanzstreifens und/oder quer - insbesondere senkrecht - zu einer Längsrichtung des Verbindungsabschnitts des zweiten Stanzstreifens beabstandet sein. Die Längsrichtung ist dabei insbesondere die Haupterstreckungsrichtung des jeweiligen Abschnitts, insbesondere die Richtung parallel zu seiner längsten Kante.
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Bei Weiterbildungen solcher Ausführungsformen wird dieser Abstand verringert oder beseitigt, bevor der Verbindungsabschnitt des ersten Stanzstreifens mit dem Verbindungsabschnitt des zweiten Stanzstreifens mittels der stoffschlüssigen Verbindung verbunden wird. Vorzugsweise ist der Querschnitt der Stanzstreifen so gewählt, dass sie eine gewisse Flexibilität besitzen, wobei die Stanzstreifen vorzugsweise mit einer relativ geringen Kraft biegbar sind, um den Abstand zu beseitigen, ohne dabei ihre Verbindungsstelle zu einem der Substrate nennenswert oder gar nachteilig zu belasten. Dies ermöglicht es, vor dem stoffschlüssigen Verbinden auch vertikale Toleranzen, die bspw. 0,4 Millimeter betragen können oder auch davon abweichen können, zwischen den beiden Verbindungsabschnitten auf einfache Weise, bspw. durch Biegen eines oder beider Stanzstreifen mit einer Zange, leicht auszugleichen, um den Abstand zu verringern oder zu beseitigen. In diesem Zusammenhang wird zum Beispiel der genannte Abstand verringert oder beseitigt, indem der erste Stanzstreifen und/oder der zweite Stanzstreifen, insbesondere mittels einer Zange, verbogen wird oder werden, wobei das Biegen elastisch, insbesondere rein elastisch, erfolgt.
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Bei einer Ausführungsform sind der erste und der zweite Stanzstreifen derart dimensioniert und werden insbesondere vor dem Herstellen der stoffschlüssigen Verbindung derart angeordnet, dass der Verbindungsabschnitt des ersten Stanzstreifens und der Verbindungsabschnitt des zweiten Stanzstreifens miteinander in ihrem Überlappungsbereich eine flächige Kontaktzone ausbilden, wobei die flächenmäßige Ausdehnung der Kontaktzone größer ist als die flächenmäßige Ausdehnung der Schweißverbindung. Auf diese Weise können mit Vorteil laterale Toleranzen zwischen den Substraten, die beispielsweise in einer Größenordnung von 1 Millimeter liegen können, kompensiert werden.
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Bei einer Ausführungsform besteht die Verbindungsbaugruppe aus den beiden Stanzstreifen.
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Bei einer vorliegend nicht beanspruchten Ausführungsform werden - anstelle der Stanzstreifen - als erstes Verbindungsteil ein elektrisch leitfähiges erstes Podest bereitgestellt und als zweites Verbindungsteil ein elektrisch leitfähiges zweites Podest bereitgestellt. Bei den elektrisch leitfähigen Podesten handelt es sich beispielsweise um Metallblöcke, z.B. um Metallquader. Der Montageabschnitt ist beispielsweise eine dem ersten bzw. zweiten Substrat zugewandte Fläche des ersten bzw. zweiten Podests. Der Verbindungsabschnitt ist beispielsweise eine dem Montageabschnitt gegenüberliegende - anders ausgedrückt: vom jeweiligen Substrat abgewandte - Fläche des jeweiligen Podests.
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Zudem wird bei dieser vorliegend nicht beanspruchten Ausführungsform vorzugsweise ein elektrisch leitfähiger Querträger bereitgestellt, dessen erster Längenabschnitt an sein erstes Längsende und dessen zweiter Längenabschnitt an sein zweites Längsende angrenzt. Bei einer Weiterbildung werden das erste Substrat und das zweite Substrat derart in relativ zueinander fester Lage montiert, dass der erste Längenabschnitt des Querträgers mit dem Verbindungsabschnitt des ersten Podests in einem ersten Überlappungsbereich überlappt und dass der zweite Längenabschnitt des Querträgers mit dem Verbindungsabschnitt des zweiten Podests in einem zweiten Überlappungsbereich überlappt. Das Herstellen der stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem ersten Längenabschnitt und dem ersten Verbindungsabschnitt erfolgt vorzugsweise innerhalb des ersten Überlappungsbereichs und das Herstellen der zweiten stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem zweiten Längenabschnitt und dem zweiten Verbindungsabschnitt erfolgt vorzugsweise innerhalb des zweiten Überlappungsabschnitts.
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Bei einer vorliegend nicht beanspruchten Ausführungsform der Anordnung ist das erste Verbindungsteil ein elektrisch leitfähiges erstes Podest und das zweite Verbindungsteil ist ein elektrisch leitfähiges zweites Podest. Die Verbindungsbaugruppe weist als Querträger einen elektrisch leitfähigen Querträger auf, an dessen erstes Längsende der erste Längenabschnitt angrenzt und an dessen zweites Längsende der zweite Längenabschnitt angrenzt. Das erste Substrat und das zweite Substrat sind in relativ zueinander fester Lage derart montiert, dass der erste Längenabschnitt den Verbindungsabschnitt des ersten Podests in einem ersten Überlappungsbereich überlappt und innerhalb des ersten Überlappungsbereichs mittels einer stoffschlüssigen Verbindung mit dem Verbindungsabschnitt des ersten Podests verbunden ist, und dass der zweite Längenabschnitt den Verbindungsabschnitt des zweiten Podests in einem zweiten Überlappungsbereich überlappt und innerhalb des zweiten Überlappungsbereichs mittels einer zweiten stoffschlüssiger Verbindung mit dem Verbindungsabschnitt des zweiten Podests verbunden ist. Dabei kann die Verbindungsbaugruppe aus den beiden Podesten und dem Querträger bestehen. Bei dem Querträger kann es sich um ein flexibles Bändchen, insbesondere um ein flexibles Metallband, handeln. Auf diese Weise können Toleranzen besonders leicht ausgleichen werden.
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Im Hinblick auf eine bevorzugte Ausgestaltung als hochstromfähige Verbindung besteht die Möglichkeit, dass das erste Verbindungsteil Kupfer enthält oder aus Reinkupfer besteht und /oder dass das zweite Verbindungsteil Kupfer enthält oder aus Reinkupfer besteht und/oder dass der Querträger Kupfer enthält oder aus Reinkupfer besteht. Bevorzugt ist Reinkupfer wegen der hohen elektrischen Leitfähigkeit, so dass eine besondere Eignung für hochstromfähige Verbindungen besteht. Es versteht sich aber, dass anstelle von Kupfer jedes andere Metall oder jede andere Legierung verwendet werden kann, sofern eine Eignung für die beschriebenen Verfahrensschritte gegeben ist.
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Als zweckmäßig wird angesehen, dass es sich bei der ersten lösbaren Verbindung um eine Lötverbindung - insbesondere mittels Durchsteckmontage (THT) oder mittels Oberflächenmontage (SMD) - oder um eine Presspassung handelt und/oder dass es sich bei der zweiten lösbaren Verbindung um eine Lötverbindung - insbesondere mittels Durchsteckmontage (THT) oder mittels Oberflächenmontage (SMD) - oder um eine Presspassung handelt. Anstelle einer Löt- oder Presspassung kann jede andere in dem erläuterten Sinne lösbare Verbindungstechnik verwendet werden.
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Beispielsweise im Fall einer Presspassung wird bei einer Weiterbildung als Material für das erste Verbindungsteil und/oder für das zweite Verbindungsteil und/oder für den Querträger als Legierung CuSn0.15 verwendet. Diese Legierung ist auch bedingt Widerstands-schweißbar und eröffnet somit auch neue Optionen für die Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung(en).
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Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei der stoffschlüssigen Verbindung, bei den stoffschlüssigen Verbindungen bzw. bei mindestens einer der stoffschlüssigen Verbindungen jeweils um eine Schweißverbindung.
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Beispielsweise wenn Kupfer als Werkstoff verwendet wird, kann die Schweißverbindung oder können die Schweißverbindungen mittels eines Laserschweißverfahrens, insbesondere mittels eines grünen Lasers, oder mittels eines Widerstands-Schweißverfahrens hergestellt werden. Das Schweißen mittels eines grünen Lasers ist mit dem Vorteil verbunden, dass es zum Schweißen von Kupfer geeignet ist und dass eine partikelfreie, d. h. von Schweißspritzern freie, Schweißverbindung erzeugt werden kann. Auf diese Weise kann die bei herkömmlichen Schweißverbindungen durch die Schweißspritzer bestehende Kurzschlussgefahr an der Schaltung, besonders bei Hochstromschaltungen, vermieden werden. Das Schweißen ermöglicht die Herstellung einer in wünschenswerter Weise robusten Verbindung. Besonders vorteilhaft ist, dass dabei wie beschrieben die Möglichkeit des Toleranzausgleichs in lateraler und vertikaler Richtung besteht. Anstelle des Schweißens kann jedoch auch eine beliebige andere, vorzugsweise partikelfreie Verbindungstechnik kombiniert mit der zum Toleranzausgleich dienenden Überlappungstechnik zum Einsatz kommen.
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Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei dem ersten Substrat und/oder bei dem zweiten Substrat um eine Leiterplatte, insbesondere um eine gedruckte Leiterplatte (PCB) oder um eine Keramikleiterplatte (DCB). Bei der Anordnung gemäß dem dritten Aspekt handelt es sich dann insbesondere um eine Leiterplattenanordnung. Bei einer Weiterbildung ist das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterplattenbaugruppe mit dem ersten Substrat, das insbesondere eine erste Leiterplatte ist, dem zweiten Substrat, das insbesondere eine zweite Leiterplatte ist, und der elektrisch leitfähigen Verbindungsbaugruppe, wobei die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat mittels der Verbindungsbaugruppe hergestellt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform beinhaltet der Schritt des Montierens des ersten Substrats und des zweiten Substrats in relativ zueinander fester Lage, dass das erste Substrat und das zweite Substrat an einem ihnen dazu gemeinsam zugeordneten Träger, insbesondere an einem technischen Gerät, an einem Gehäuse oder an einer Wärmesenke wie zum Beispiel einer Metallplatte, angebracht werden. Bei der Anordnung sind insbesondere das erste und das zweite Substrat an dem Träger montiert.
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Bei einer Weiterbildung wird bei der Montage der Substrate an dem Träger so vorgegangen, dass das erste Substrat und das zweite Substrat nebeneinander, insbesondere in einer gemeinsamen Ebene, und/oder übereinander montiert werden. Um beliebige Geometrien zu erzeugen, besteht bei den beschriebenen Verfahren die Möglichkeit, die Stanzstreifen oder den Querträger in gewünschter Weise zu biegen, z.B. an einem flachen Überlappungs- oder Kontaktbereich. Das Biegen kann nach dem Herstellen der stoffschlüssigen Verbindung(en) erfolgen.
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Bei einer Ausführungsform wird jeder der beiden Montageabschnitte - insbesondere des jeweiligen Stanzstreifens oder Podests - an dem ihm zur Verbindung zugeordneten Substrat elektrisch leitfähig an je eine Leiterbahn dieses Substrats angeschlossen, wobei der jeweilige elektrisch leitfähige Anschluss insbesondere mittels der Herstellung der jeweiligen lösbaren Verbindung mit dem Substrat erfolgt.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Figuren, welche bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, weiter beschrieben. Dabei zeigt:
- 1 schematisch in jeweiligen Schnittansichten Schritte 1 - 3 bei der Ausführung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen zwei Substraten und in Schritt 4 einen bevorzugten Schritt zum Lösen der elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen den beiden Substraten;
- 2 ebenfalls schematisch in einer Schnittansicht einen Verfahrensschritt bei der Ausübung eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen zwei Substraten; und
- 3 schematisch in einer Schnittansicht einen Verfahrensschritt bei einer Ausführung eines vorliegend nicht beanspruchten Verfahrens zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen zwei Substraten.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt in den Schritten 1, 2 und 3 Verfahrensschritte bei der Ausführung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen zwei Substraten 1 und 2. In dem Beispiel handelt es sich bei den beiden Substraten 1, 2 um je eine gedruckte Leiterplatte (Printed Circuit Board = PCB), die in nicht näher dargestellter Weise eine oder mehrere Schichten aus elektrisch leitfähigem Material und daran anhaftende, elektrisch leitfähige Leiterbahnen umfasst. In dem Beispiel dient das Verfahren zur Herstellung einer hochstromfähigen Verbindung. In Schritt 1 ist gezeigt, dass für die Verbindung ein erster Standstreifen 3 und ein zweiter Standstreifen 4, bei denen es sich jeweils um biegbare Streifen aus Reinkupfer handelt, bereitgestellt werden. Der erste Standstreifen 3 umfasst einen Montageabschnitt 5, einen daran angrenzenden Längenabschnitt 6 und einen Verbindungsabschnitt 7, und der zweite Standstreifen 4 umfasst einen Montageabschnitt 8, einen daran geradlinig anschließenden Längenabschnitt 9 und einen Verbindungsabschnitt 10. Als Ergebnis von Schritt 1 wurde der erste Standstreifen 3 mittels einer elektrisch leitfähigen ersten lösbaren Verbindung 11 an dem ersten Substrat 1 montiert. In entsprechender Weise wurde der zweite Standstreifen 4 an dem zweiten Substrat 2 mittels Herstellen einer elektrisch leitfähigen zweiten lösbaren Verbindung 12 zwischen dem Montageabschnitt 8 des zweiten Standstreifens 4 und dem zweiten Substrat 2 montiert. In dem Beispiel handelt es sich bei den beiden lösbaren Verbindungen 11, 12 um je eine mittels Durchsteckmontage (Through Hole Technology = THT) hergestellte Lötverbindung, die in den Figuren nicht näher dargestellt ist. Nach dem Schritt 1 sind die beiden Substrate 1, 2 mit den daran montierten Standstreifen 3, 4 relativ zueinander noch frei beweglich.
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Erst in Schritt 2 werden die beiden Substrate 1, 2 an einem ihnen insofern gemeinsamen Träger 13 montiert, so dass sich die beiden Substrate 1, 2 relativ zueinander in fester Lage bzw. in festem Abstand befinden. Diese Montage kann unter Verwendung üblicher, einem Fachmann geläufiger Techniken erfolgen. Die Montage erfolgt in der Weise, dass sich der Verbindungsabschnitt 7 und der Verbindungsabschnitt 10 in einem Überlappungsbereich 14 überlappen, wobei zwischen den beiden Verbindungsabschnitten 7, 10 in einer zu den Substraten 1, 2 senkrechten Richtung zunächst ein Abstand 15 vorhanden ist.
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In Schritt 3 wurde der sich quer zu den Verbindungsabschnitten 7, 10 erstreckende Abstand 15 beseitigt, indem die Standstreifen 3, 4 mittels einer Zange leicht verbogen wurden, und innerhalb des Überlappungsbereiches 14 wurden die Verbindungsabschnitte 7, 10 mittels einer Schweißverbindung 16 verbunden. In dem Beispiel wurde der Montageabschnitt 6 mittels der lösbaren Verbindung 11 auf in den Figuren nicht näher gezeigte Weise elektrisch leitfähig mit einer elektrisch leitfähigen Leiterbahn (ebenfalls nicht gezeigt) der dem Substrat 1 entsprechenden gedruckt Leiterplatte verbunden. Entsprechend wurde der zweite Standstreifen an seinem Montageabschnitt 8 mittels der zweiten lösbaren Verbindung 12 elektrisch leitfähig mit einer elektrischen Leiterbahn der in dem Beispiel dem zweiten Substrat 2 entsprechenden gedruckten Schaltung verbunden. Auf diese Weise wurden die beiden Leiterbahnen der Substrate 1, 2 bzw. der diesen Substraten 1, 2 in dem Beispiel entsprechenden Leiterplatten hochstromfähig miteinander verbunden.
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Wie die 1 zu Schritt 1 zeigt, erstreckt sich der Verbindungsabschnitt 7 des ersten Stanzstreifens 3 nach der Herstellung der ersten lösbaren Verbindung 11 und vor dem Herstellen der Schweißverbindung 16 parallel zu einer von dem ersten Substrat 1 aufgespannten (zu der Ebene von 1 senkrechten) Ebene, wobei sich der Verbindungsabschnitt 7 rechtwinklig zu dem an den Montageabschnitt 5 geradlinig anschließenden Längenabschnitt 6 erstreckt. Entsprechendes gilt für den zweiten Stanzstreifen 4. Aus der Abbildung zu Schritt 3 in 1 wird auch deutlich, dass eine flächenmäßige Ausdehnung der Schweißverbindung 16 kleiner ist als eine flächenmäßige Ausdehnung der in dem Überlappungsbereich 14 liegenden Kontaktzone. Des Weiteren bezeichnet in den Abbildungen das Bezugszeichen 1' die dem Substrat 1 entsprechende Leiterplatte und das Bezugszeichen 2' die dem Substrat 2 entsprechende Leiterplatte. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wurden die beiden Substrate 1, 2 nebeneinander in einer gemeinsamen Ebene auf den Träger 13 montiert. Die Abbildung zu Schritt 3 zeigt dabei zugleich als Ergebnis des beschriebenen Verfahrens ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung 17.
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Die in 1 zu Schritt 4 enthaltene Abbildung betrifft ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Lösen einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen zwei Substraten 1, 2. In dem Ausführungsbeispiel setzt dieses Verfahren zunächst die Ausführung des vorangehend beschriebenen Verfahrens voraus. Anschließend ist vorgesehen, dass die beiden lösbaren Verbindungen 11, 12 wieder gelöst werden, um die Montageabschnitte 5, 8 in der angegebenen Pfeilrichtung aus den ihnen zugeordneten Löchern 18, 19 in den Substraten 1, 2 entfernen zu können. Auf diese Weise können die beiden mittels der Schweißverbindung 16 verbundenen Stanzabschnitt 3, 4, bspw. zu Reparaturzwecken, entnommen und zum Beispiel durch neue Stanzstreifen und eine neue Schweißverbindung ersetzt werden.
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In 2 ist schematisch ein Verfahrensschritt bei der Ausübung eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Zur besseren Übersicht enthält 2 (wie auch 3) für entsprechende oder vergleichbare Details die zu 1 korrespondierenden Bezugszeichen. Die in 2 gezeigte Situation ist dabei, abgesehen von der geometrischen Abweichung, mit dem Schritt 2 von 1 vergleichbar. Ein Unterschied liegt darin, dass in 2 die beiden Substrate 1, 2 nicht nebeneinander, sondern übereinander an dem Träger 13 montiert wurden. Der zweite Stanzstreifen 4 wurde mehrfach abgewinkelt, so dass die Verbindungsabschnitte 7, 10 wieder zueinander parallel verlaufen und eine flächige Kontaktzone bilden, innerhalb welcher eine Schweißverbindung 16 (in 2 nicht gezeigt) erzeugt werden kann.
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3 zeigt schematisch einen Verfahrensschritt bei vorliegend nicht beanspruchten Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen zwei Substraten 1, 2. Auch hier handelt es sich in dem Beispiel um eine hochstromfähige Verbindung. Zur Verbindung dienen in dem Beispiel ein erstes Podest 21, ein zweites Podest 22 und ein Querträger 20, die jeweils zur Erzielung elektrischer Leitfähigkeit aus Kupfer bestehen. Das erste Podest 11 umfasst einen Montageabschnitt 5 und einen Verbindungsabschnitt 10. Der Montageabschnitt 5 ist mittels einer elektrisch leitfähigen ersten lösbaren Verbindung 11 elektrisch leitfähig mit einer elektrischen Leiterbahn (in 3 nicht gezeigt) der ersten Leiterplatte 1 verbunden. Das zweite Podest 22 ist an seinem Montageabschnitt 8 auf entsprechende Weise mittels einer elektrisch leitfähigen zweiten lösbaren Verbindung 12 elektrisch leitfähig mit einer Leiterbahn der zweiten Leiterplatte 2' verbunden. Das erste Substrat 1 und das zweite Substrat 2 sind an einem gemeinsamen Träger 13 in zueinander unveränderbarer Lage montiert. Anschließend wurde der Querträger 20, der ein erstes Längsende 23 und einen daran anschließenden Längenabschnitt 24 sowie ein zweites Längsende 25 und einen daran anschließenden Längenabschnitt 26 aufweist, so auf den beiden Podesten 21, 22 abgestützt und dabei positioniert, so dass sein erster Längenabschnitt 24 den Verbindungsabschnitt 7 des ersten Podests 21 in einem ersten Überlappungsbereich 14 überlappt und so dass sein zweiter Längenabschnitt 26 den Verbindungsabschnitt 10 des zweiten Podests 22 in einem zweiter Überlappungsbereich 14 überlappt. Wie durch die beiden Pfeile angedeutet ist, wurde daran anschließend der erste Längenabschnitt 24 mit dem ersten Verbindungsabschnitt 7 mittels einer ersten Schweißverbindung 16 innerhalb des ersten Überlappungsbereiches 14 verbunden. In entsprechender Weise wurde der zweite Längenabschnitt 26 mit dem zweiten Verbindungabschnitt 10 mittels einer Schweißverbindung 16' innerhalb des zweiten Überlappungsabschnittes 14' verbunden. In dem Beispiel sind die mittels eines grünen Lasers hergestellten Schweißverbindungen 16, 16' nicht näher gezeigt.
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In 3 ist zugleich eine vorliegend nicht beanspruchte Anordnung 27 unter Einschluss von zwei Podesten 21, 22 und eines Querträgers 20 gezeigt.
