-
Die Erfindung betrifft eine Leistungselektronikanordnung umfassend eine Leiterplatte und wenigstens ein an der Leiterplatte befestigtes Leistungsmodul, das ein oder mehrere mittels einer Vergussmasse vergossene elektronische Bauteile aufweist, wobei wenigstens eine Modulanschlussstelle des Leistungsmoduls mit wenigstens einer Plattenanschlussstelle der Leiterplatte mittels eines elektrisch leitfähigen Pins elektrisch kontaktiert ist.
-
Bezüglich der Kontaktierung der elektrischen Anschlüsse eines Leistungsmoduls an eine Leiterplatte, die beispielsweise eine dem Leistungsmodul zugeordnete Treiberschaltung umfasst, sind aus dem Stand der Technik mehrere Kontaktierungskonzepte bekannt. Die beiden nachfolgend beschriebenen Kontaktierungskonzepte finden insbesondere bei gemoldeten Leistungsmodulen Anwendung. Gemoldet ist hierbei als ein Synonym dafür zu verstehen, dass elektronische Bauteile des Leistungsmoduls, insbesondere Transistoren und/oder Kondensatoren oder dergleichen, mittels einer Vergussmasse vergossen sind.
-
So ist bei einem ersten Kontaktierungskonzept vorgesehen, dass seitlich abstehende und L-förmige, in dieselbe Richtung weisende Kontaktierungspins des Leistungsmoduls an die Leiterplatte an gelötet werden. Bezüglich dieses selektiven Lötens treten jedoch mehrere Probleme auf. So ergeben sich beispielsweise im Zusammenhang mit einem ausreichenden Lotdurchstieg häufig Probleme, was beispielsweise eine nicht ausreichende Kontaktierung zur Folge haben kann. Ferner ist der Lötprozess mit der Entstehung weiterer Fertigungskosten verbunden, da hierbei entsprechende Lötvorrichtungen und dergleichen benötigt werden. Ein weiteres Problem hinsichtlich der Lötverbindung ist, dass die Lötstellen in typischer Weise mechanische Schwachstellen des Systems darstellen, die insbesondere gegenüber Vibrationen störanfällig sind. Die Lebensdauer des Systems kann hierdurch erheblich reduziert werden. Ganz grundsätzlich sollten die Lötstellen von Leistungselektronikanordnungen daher keinen allzu hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt sein.
-
Ein weiteres Kontaktierungskonzept betrifft die sogenannte Press-Fit Verbindung. Hierbei weisen die Leistungs- bzw. Powermodule seitlich abstehende, L-förmige, in dieselbe Richtung weisende Kontaktierungspins auf. Die Kontaktierungspins werden in die Leiterplatte bzw. entsprechende Kontaktierungsstellen der Leiterplatte eingepresst, wodurch die elektrischen Verbindungen ausgebildet werden. Hierbei ist es erforderlich, dass das Leistungsmodul beim Einpressen bezüglich der Leiterplatte mittels eines entsprechenden Werkzeug ausgerichtet wird, wobei während des Einpressens eine Abstützung an den Pins erforderlich ist. Andernfalls könnten sich die Pins aufgrund der beim Einpressen typischerweise auftretenden Kräfte verformen bzw. verbiegen. Um ein entsprechendes Abstützen der Pins zu ermöglichen, können diese beispielsweise seitlich abstehende Schultern aufweisen, auf die beim Einpressen die hierzu erforderliche Kraft einwirkt.
-
Bei beiden vorstehend beschriebenen Kontaktierungskonzepten ergeben sich hohe Anforderungen an die Toleranz bezüglich der Ausrichtung der Kontaktierung- bzw. Signalpins. Sowohl das selektive Löten als auch das Einpressen ist nur möglich, wenn diese hohen Toleranzanforderungen eingehalten werden. Zusätzlich zu den soeben erläuterten gemoldeten Leistungsmodulen sind bei Leistungsmodulen, deren elektronische Bauteile lediglich in einem hohlen Gehäuse aufgenommen sind und ein Vergießen dieser Bauteile mit einer Vergussmasse nicht vorgesehen ist, aus dem Stand der Technik weitere Kontaktierungskonzepte bekannt. In diesem Zusammenhang können die Kontaktierungspins bzw. Anschlusselemente beispielsweise teilweise innerhalb des Gehäuses beweglich und federnd angeordnet sein. Derartige Konzepte für ungemoldete Leistungsmodule sind beispielsweise aus
DE 10 2007 006 212 A1 ,
DE 103 40 297 A1 oder
DE 10 2017 117 665 A1 bekannt.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Konzept zur elektrischen Kontaktierung gemoldeter Leistungsmodule an zugehörigen Leiterplatten anzugeben, insbesondere hinsichtlich eines vereinfachten Herstellungsprozesses sowie verbesserter mechanischer Eigenschaften.
-
Zur Lösung des Problems ist bei einer Leistungselektronikanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Pin an der Modulanschlussstelle oder der Plattenanschlussstelle über eine Schweißverbindung elektrisch und mechanisch kontaktiert ist.
-
Bei der erfindungsgemäßen Leistungselektronikanordnung erfolgt die elektrische Kontaktierung des Pins mit der einen oder der anderen Anschlussstelle mittels einer Schweißverbindung. Als Schweißverfahren kann insbesondere ein Laserschweißverfahren verwendet werden, bei dem die Schweißverbindung mittels eines geeigneten Laserschweißgeräts erzeugt wird. Hierzu werden das Leistungsmodul und die Leiterplatte entsprechend zueinander positioniert, wobei der Pin bereits mit einer Ende oder Fußabschnitt entweder am Leistungsmodul oder an der Leiterplatte befestigt und an der entsprechenden Anschlussstelle elektrisch kontaktiert ist. Die zweite Kontaktverbindung des Pins zur anderen Anschlussstelle erfolgt in einem Schweiß-, insbesondere einem Laserschweißschritt, wobei durch Positionierung des Leistungsmoduls positionsgenau zur Leiterplatte das Ende des Pins, das anzuschweißen ist, in einer entsprechenden Schweißposition ist. In dieser wird nun über das vorzugsweise verwendete Laserschweißgerät, das einen sehr exakt fokussierbaren Laserschweißstrahl erzeugt, die Laserschweißverbindung durch Aufschmelzen des Endes des Pins und eines entsprechenden Teils der jeweiligen Anschlussstelle respektive des Substrats erzeugt, sodass sich eine stoffschlüssige Schweißverbindung ergibt. Der Laserschweißstrahl kann hochgenau positioniert werden, wie er auch in seinem Energieinhalt exakt eingestellt werden kann, sodass nicht zu viel Energie eingetragen wird, die gegebenenfalls zu einer Teileschädigung führen kann. Neben einem Laserschweißen sind auch andere Schweißverfahren, die ein punktgenaues Schweißen ermöglichen, verwendbar.
-
Die erfindungsgemäße Leistungselektronikanordnung zeigt gegenüber den bisher bekannten Anordnungen respektive Verbindungskonzepten eine Reihe von Vorteilen. So entfällt jedweder im Zusammenhang mit der Herstellung von Lötverbindungen erforderliche Aufwand, wie natürlich auch die entsprechenden, sich aus dem Verlöten ergebenden Schwierigkeiten (Lotdurchtritt, geringe mechanische Belastbarkeit der Lötverbindung) nicht gegeben sind. Auch sind zur Montage keine speziellen Hilfsmittel erforderlich, wie beispielsweise bei der Herstellung eines Press-fits in Bezug auf die Abstützung etc., da beim Schweißen, insbesondere beim Laserschweißen keinerlei mechanische Belastungen auf die beteiligten, miteinander zu verschweißenden Bauteile wirken, nachdem das Pinende lediglich an die entsprechende Anschlussstelle anzulegen respektive anzusetzen ist, worauf hin z.B. der Laser das Aufschmelzen erwirkt und demzufolge die stoffschlüssige Verbindung. Schließlich sind auch keine erhöhten Toleranzanforderungen an die Ausrichtung der miteinander zu kontaktierenden Kontaktelemente gegeben, da kein Einfädeln in Plattenbohrungen wie bei der Herstellung eines Press-fits erforderlich ist oder dergleichen. Vielmehr ist es ohne weiteres möglich, eine ausreichende Überdeckung des Pinendes und der jeweiligen Anschlussstelle zu erwirken, sodass der Laserstrahl in diesem Bereich das Material aufschmelzen und die Verbindung erzielen kann.
-
Wie beschrieben besteht die Möglichkeit, vor Erwirkung der Schweiß-, insbesondere der Laserschweißverbindung den Pin entweder leiterplattenseitig oder modulseitig zu fixieren, also sowohl mechanisch als auch elektrisch zu kontaktieren. Ist der Pin von Haus aus an der Leiterplatte fixiert, so ist er zweckmäßigerweise mit einem Fußabschnitt in der Bohrung der Leiterplatte aufgenommen und an der Plattenanschlussstelle kontaktiert, während das andere Ende an der Modulanschlussstelle über die Schweiß-, insbesondere die Laserschweißverbindung angeschlossen ist. Vor Ausbildung der Schweißverbindung wird also die Leiterplatte mit dem oder den üblicherweise mehreren Pins bestückt, für das Erwirken der Schweißverbindung ist sodann lediglich noch das Leistungsmodul entsprechend zu positionieren, sodass das Pinende korrekt bezüglich der Modulanschlussstelle positioniert ist.
-
Dabei hat es sich zweckmäßig erwiesen, wenn der Pin einen gewinkelten Endabschnitt aufweist, der an der Modulanschlussstelle angeschweißt ist. Hierüber ist eine hinreichende flächige Überdeckung gegeben, das heißt, dass sowohl hinsichtlich des Pins als auch der Modulanschlussstelle, also des Substrats, ausreichende Material zur Verfügung steht, das aufgeschmolzen werden kann, sodass eine ausreichend große und mechanisch belastbare Lötstelle erwirkt werden kann.
-
Dabei kann die Modulanschlussstelle an unterschiedlichen Positionen des Leistungsmoduls respektive der Vergussmasse, in die die Bauteile eingegossen sind, ausgebildet sein. So besteht die Möglichkeit, dass die Modulanschlussstelle in einem die vergossenen Bauteil aufweisenden Abschnitt des Leistungsmoduls vorgesehen ist. Das heißt, dass die Modulanschlussstelle quasi an der Unterseite des eigentlichen Hauptkörpers, in dem die Bauteile in die Vergussmasse eingebettet sind, vorgesehen ist. Es ist ohne Probleme möglich, den sehr feinen Laserstrahl an die gewünscht Position zu richten. Alternativ dazu ist es auch denkbar, dass die Modulanschlussstelle an einem seitlich vorspringenden Abschnitt der Vergussmasse vorgesehen ist. Ein solcher Vergussmassenabschnitt ragt geringfügig seitlich vom eigentlichen, die Bauteile aufweisenden Hauptkörper des Leistungsmoduls ab, an ihm ist die Modulanschlussstelle oder sind zweckmäßigerweise mehrere, mit einzelnen Pins zu verbindende Modulanschlussstellen vorgesehen, also entsprechende Substrate aufgebracht. Auch dieser Bereich ist ohne Probleme für den Laserstrahl erreichbar, wobei, wie beschrieben, ein solcher Laserstrahl hochgenau fokussiert werden kann, sodass es mit ihm problemlos ermöglicht ist, eine beliebige Anzahl an einzelnen Schweiß-, insbesondere Laserschweißverbindungen und damit Kontaktverbindungen einer Vielzahl von Pins zu entsprechenden Modulanschlussstellen auf hochgenaue, gleichermaßen aber auch schnelle Weise zu erwirken.
-
Alternative zur Anordnung des Pins an der Leiterplatte und zum Verschwei-ßen mit der Modulanschlussstelle ist es auch denkbar, dass der Pin am Leistungsmodul befestigt ist und mit seinem freien Ende in einer an einer Stirnfläche des Rands der Leiterplatte vorgesehenen, die Plattenanschlussstelle aufweisenden Ausnehmung über die Schweiß-, insbesondere die Laserschweißverbindung angeschlossen ist. Bei dieser Ausgestaltung ist also der Pin, der auch als Steuerpin bezeichnet werden kann, am Leistungsmodul angeordnet und wird mit seinem freien Ende im Rahmen der Montage in eine entsprechende, an der Randstirnfläche der Leiterplatte ausgebildete Ausnehmung, die die Plattenanschlussstelle aufweist respektive bildet, eingebracht. Der in diesen Bereich gerichtete Laserstrahl schweißt nun das Metallmaterial, beispielsweise Kupfer, in diesem Bereich auf, sodass sich die stoffschlüssige Schweißverbindung ausbildet. Auch hier können wieder eine Vielzahl entsprechender stirnseitigen Randausnehmungen vorgesehen sein, in die die einzelnen, L-förmig gewinkelten und vom Leistungsmodul zugeführten Pinenden eingesetzt und verschweißt sind.
-
Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Ausnehmung halbrund ist, sodass sich von Haus aus eine Art formschlüssige Aufnahme ergibt, nachdem der Pin üblicherweise einen kreisrunden Querschnitt aufweist.
-
Zweckmäßig ist es, wenn der Pin an dem in der Ausnehmung aufgenommenen Ende einen verstärkten Anschlussabschnitt aufweist. Das heißt, dass der Pin am Ende etwas dicker ausgeführt ist, mithin also etwas mehr Metallmaterial vorhanden ist, sodass sichergestellt ist, dass für die Schweiß- bzw. Laserschweißverbindung ausreichend aufschmelzbares Material zur Verfügung steht.
-
Eine weitere Erfindungsalternative mit einem von Haus aus am Leistungsmodul angeordneten respektive eingegossenen Pin sieht vor, an der Leiterplatte eine Bohrung auszubilden, durch die ein Ende des Pins geführt ist, das über die Schweiß-, insbesondere die Laserschweißverbindung mit einem an der dem Leistungsmodul gegenüberliegenden Leiterplattenseite vorgesehenen, die Plattenanschlussstelle bildenden Kontaktelement verbunden ist. Hier ist also eine entsprechend groß dimensionierte Bohrung an der Leiterplatte ausgebildet, die ausschließlich dazu dient, dass der Pin zur anderen Leiterplattenseite durchgeführt werden kann, ihr kommt also keine Klemmfunktion oder dergleichen zu. An der dem Leistungsmodul gegenüber liegenden Leiterplattenseite ist ein entsprechendes Kontaktelement angeordnet, beispielsweise einen entsprechendes Kupferbauteil, das mittels eines herkömmlichen SMD-Prozesses bestückt wurde, und das die Plattenanschlussstelle bildet. Mit dem Schweiß- bzw. dem Laserschweißgerät werden sodann das Pinende und das Kontaktelement miteinander zur Ausbildung der Schweißverbindung verschweißt.
-
Das Kontaktelement selbst kann ein querschnittlich runder, bevorzugt ein querschnittlich flacher Kontaktbügel sein, was wiederum dahingehend von Vorteil ist, als genügend aufschmelzbares Material zur Verfügung steht, wie auch eine hinreichende große Anlagefläche zur Anlage des Pinendes an das Kontaktelement gegeben ist.
-
Bevorzugt weist dabei das Ende des Pins einen gewinkelten Endabschnitt auf, der an dem Kontaktelement angeschweißt ist. Es ergibt sich hierüber wiederum eine ausreichend große Überdenkung, sodass wiederum hinreichendes Material zur Verfügung steht.
-
Insgesamt ermöglicht die erfindungsgemäße Leistungselektronikanordnung, egal welcher Ausgestaltung im Hinblick auf die Anordnung und Ausgestaltung der Schweiß-, insbesondere der Laserschweißverbindung, ein sehr einfaches, problemloses Kontaktieren, das einen sehr guten elektrischen Kontakt erwirkt, bei gleichzeitig hoher mechanischer Stabilität der Schweißverbindung aufgrund der stoffschlüssigen Verbindung des Pins mit der Anschlussstelle.
-
Neben der Leistungselektronikanordnung betrifft die Erfindung ferner ein Kraftfahrzeug umfassend eine Leistungselektronikanordnung der vorstehend beschriebenen Art. Die Leistungselektronikanordnung ist bevorzugt zur Wechselrichtung einer von einem Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs bereitgestellten Gleichspannung vorgesehen. Das Kraftfahrzeug ist hierbei bevorzugt ein Elektro- oder ein Hybridfahrzeug.
-
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Leistungselektronikanordnung, wobei eine Leiterplatte und wenigstens ein Leistungsmodul, das ein oder mehrere mittels einer Vergussmasse vergossene elektronische Bauteile aufweist, verwendet wird, wobei eine Modulanschlussstelle und eine Plattenanschlussstelle mittels eines Pins miteinander kontaktiert werden. Erfindungsgemäß zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass der Pin an der Modulanschlussstelle oder der Plattenanschlussstelle über eine Schweiß-, insbesondere eine Laserschweißverbindung elektrisch und mechanisch kontaktiert wird. Der Pin ist demzufolge entweder am Leistungsmodul oder an der Leiterplatte von Haus aus bestückt, mithin also an der entsprechenden Anschlussstelle befestigt. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun das freie Pinende an der jeweils anderen Anschlussstelle über die Schweiß- bzw. die Laserschweißverbindung unter Verwendung eines geeigneten Schweiß- bzw. Laserschweißgeräts, das beispielsweise über eine Roboterarm gesteuert werden kann oder Ähnliches, elektrisch und mechanisch kontaktiert respektive angeschlossen.
-
Sämtliche im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Leistungselektronikanordnung erläuterten Merkmale sowie Vorteile sind auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug sowie das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar, soweit zweckmäßigerweise realisierbar.
-
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine Prinzipdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Leistungselektronikanordnung,
- 2 eine Prinzipdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Leistungselektronikanordnung, und
- 3 eine Prinzipdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Leistungselektronikanordnung.
-
1 zeigt in Form einer Prinzipdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leistungselektronikanordnung 1 mit einer Leiterplatte 2 und einem an der Leiterplatte 2 befestigten Leistungsmodul 3. Das Leistungsmodul 3 weist mehrere elektronische Bauteile 4 auf, die mittels einer Vergussmasse 5 vergossen und mithin in der Vergussmasse eingekapselt bzw. von dieser ummantelt sind. Die elektronischen Bauteile 4 sind beispielsweise Transistoren, Kondensatoren und weitere zur Realisierung eines Leistungsmoduls 3 erforderliche Komponenten, die entsprechend miteinander verschaltet sind. Die Leiterplatte 2 umfasst beispielsweise eine nicht näher gezeigte Treiberschaltung für das Leistungsmodul 3. Die Leistungselektronikanordnung ist beispielsweise Teil einer Schaltungsanordnung, insbesondere einer Steuerungseinrichtung, eines Kraftfahrzeugs, die beispielsweise im Rahmen einer Wechselrichtung einer von einem Energiespeicher des Kraftfahrzeugs bereitgestellten Gleichspannung verwendet wird.
-
Das Leistungsmodul 3 weist eine Modulanschlussstelle 6 auf, die elektrisch mit einer Modulanschlussstelle 7 der Leiterplatte 2 kontaktiert ist. Dies geschieht mittels eines Pins 8, der im gezeigten Ausführungsbeispiel mit seinem Fußende 9 in einer Bohrung 10 der Leiterplatte 2 beispielsweise über eine Press-fit-Verbindung aufgenommen und dort elektrisch kontaktiert ist.
-
Der unter einem rechten Winkel, also vertikal zur Leiterplattenoberfläche von dieser abstehende Pin 8 weist einen gewinkelten Endabschnitt 11 auf, der im Rahmen der Montage auf der Modulanschlussschnittstelle 6 zu liegen kommt, das heißt, dass eine entsprechende größerflächige Überdeckung zwischen dem Endabschnitt 11 und der Modulanschlussstelle 6, also einem entsprechenden Metallsubstrat oder einer Leiterbahn aus Kupfer oder dergleichen, gegeben ist. Die Modulanschlussstelle 6 ihrerseits ist an einem seitlich vorspringenden Abschnitt 12 der Vergussmasse 5 ausgebildet, sie liegt also flächig der Leiterplattenfläche 2 gegenüber.
-
Zur Erwirkung der elektrischen wie auch mechanischen Verbindung zwischen dem Pin 8 und der Modulanschlussstelle 6 wird nun unter Verwendung eines Laserschweißgeräts 13 ein Laserstrahl 14 auf den Verbindungsabschnitt appliziert, der dazu führt, dass das Material des Endabschnitts 11 wie auch das Material der Modulanschlussschnittstelle 6 zum Teil aufschmilzt, sodass sich nach erneutem Aushärten eine stoffschlüssige, jedoch elektrisch leitfähige und mechanisch feste Anschlussverbindung zwischen dem Pin 8 und der Modulanschlussschnittstelle 6 ergibt. Das heißt, dass hier das direkte Laserschweißen auf dem beschichteten und freiliegenden Substrat, also der Modulanschlussstelle 6 des Leistungsmoduls 3 erfolgt.
-
Wenngleich bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Modulanschlussschnittstelle 6 an dem seitlich vorspringenden Vorsprung 12 der Vergussmasse 5 vorgesehen ist, könnte sie aber auch an der der Leiterplatte gegenüberliegenden Unterseite des Leistungsmodulabschnitts, in dem die Bauteile 4 eingegossen sind, ausgebildet sein, auch dieser Bereich ist mit dem extrem genau ausricht- und dirigierbaren, feinen Laserstrahl 14 problemlos zur Ausbildung der Laserschweißverbindung erreichbar.
-
Ersichtlich ist das Kontaktierungsverfahren deutlich einfacher als die bisher im Stand der Technik bekannten Varianten. So entfällt ein aufwändiger Lötvorgang, verbunden mit dessen Nachteilen insbesondere in Bezug auf die geringe mechanische Festigkeit einer solchen Lötverbindung. Auch entfällt ein umständlicher Einpressvorgang, der mitunter mit einer Beschädigung der Kontaktpins verbunden ist. Weiterhin sind keine speziellen Hilfswerkzeuge oder Montagehilfsmittel respektive Einpresswerkzeuge oder dergleichen erforderlich, sondern lediglich das Laserschweißgerät 13, das jedoch äußerst exakt steuerbar ist und eine Vielzahl von Schweißverbindungen pro Zeiteinheit erwirken kann, sodass die Kontaktierung eines Leistungsmoduls 3 sehr rasch vonstatten geht. Weiterhin sind keine erhöhten Toleranzanforderungen an die Ausrichtung des Pins 8 gegeben, da sich eine hinreichend große Überdeckung zwischen dem Pin 8 respektive seinem Endabschnitt 11 und der Modulanschlussstelle 6 ergibt, sodass auch größere Toleranzen hierüber ohne Weiteres ausgeglichen werden können.
-
2 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Leistungselektronikanordnung 1 in Form einer Prinzipdarstellung, wobei für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Vorgesehen ist wiederum eine Leiterplatte 2 sowie ein Leistungsmodul 3 mit in der Vergussmasse 5 eingebetteten elektronischen Bauteilen 4. Ein Pin 8 ist in diesem Fall fester Bestandteil des Leistungsmoduls 3, er ist von Haus aus an einer entsprechenden Modulanschlussstelle 6 angeschlossen, die bevorzugt im Inneren der Vergussmasse 5 liegt. Der Pin 8 ist L-förmig ausgeführt und erstreckt sich mit einem Schenkel 15 seitlich aus der Vergussmasse 5 und läuft mit einem um 90° abgewinkelten zweiten Schenkel 16 zur Leiterplatte 2. Das mit der Plattenanschlussstelle 7 über die Laserschweißverbindung zu kontaktierende Ende des Pins 8 ist aufgedickt, weist also einen zu verschweißenden, verstärkten Anschlussabschnitt 17 auf.
-
Die Leiterplatte 2 ihrerseits weist an der seitlichen Stirnkante 18 des Plattenrandes pro anzuschweißendem Pin 8 eine halbrunde Ausnehmung 19 auf, in die der Pin 8 mit seinem verstärkten Anschlussabschnitt 17 von der Seite her eingebracht wird. Das heißt, dass stirnseitig ein respektive eine Vielzahl entsprechender kupferbeschichteter Vias, also Plattenanschlussstellen gegeben sind, in die der jeweilige Pin 8 von der Seite her beispielsweise mit Hilfe eines Stempels eigeführt wird.
-
Sodann wird auch hier unter Verwendung eines Laserschweißgeräts 13 mit einem Laserstrahl 14 die Laserschweißverbindung erwirkt, indem das Material des Anschlussabschnitts 17 sowie das Material, das die Plattenanschlussstelle 7 bildet, kurz aufgeschmolzen werden, sodass sich eine stoffschlüssige Laserschweißverbindung ergibt.
-
Auch hier ist ersichtlich ein sehr einfaches Kontaktieren vorgesehen, neben dem Laserschweißgerät 13 ist, möglicherweise abgesehen von einem Positionierungsstempel, kein zusätzliches Hilfsmittel oder Presswerkzeug oder Ähnliches vorgesehen. Auch hier sind keine erhöhten Toleranzanforderungen an die Ausrichtung des Pins gegeben, da dieser von der Seite her in die entsprechende, vorzugsweise wie gesagt halbrunde und demzufolge formkompatible, seitlich offene Aufnahme 19 eingeführt wird, ein Einfädeln in eine enge Bohrung oder dergleichen ist hier nicht erforderlich. Daneben sind auch keine zusätzlichen Bauelemente zur Ausbildung der Plattenanschlussstelle erforderlich, da die Ausnehmung ohne Weiteres entsprechend beschichtet werden kann.
-
Schließlich zeigt 3 ein drittes Beispiel einer erfindungsgemäßen Leistungselektronikanordnung 1 mit Leiterplatte 2 und Leistungsmodul 3 mit in die Vergussmasse 5 eingebetteten elektronischen Bauteilen 4. Die Ausgestaltung des Leistungsmoduls 3 ist ähnlich der Variante gemäß 2, auch hier ist der Pin 8 von Haus aus an dem Leistungsmodul 3 vorgesehen, er läuft von der Modulanschlussstelle 6 mit einem ersten horizontalen Schenkel 15 zur Seite hin weg und geht dann über eine 90°-Abwinkelung in einen zweiten Schenkel 16 über. Am Ende des Schenkels 16 ist ein erneut abgewinkelter Anschlussabschnitt 17 vorgesehen.
-
Wie 3 zeigt, ist in der Leiterplatte 2 eine entsprechend groß dimensionierte Bohrung 20 vorgesehen, durch die der Pin 8 respektive der zweite Schenkel 16 mit dem Anschlussabschnitt 17 hindurchgeführt ist. An der dem Leistungsmodul 3 gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte ist ein Kontaktelement 21 hier in Form eines gewinkelten Metallbügels 22 angeordnet, der beispielsweise auf der Leiterplatte in einem herkömmlichen SMD-Verfahren bestückt wurde und in geeigneter Weise mit dortigen Leiterbahnen etc. kontaktiert ist. Der Bügel 22 stellt die Plattenanschlussstelle 7 dar.
-
Ersichtlich liegen in der Schweißstellung der abgewinkelte Anschlussabschnitt 17 und der gewinkelte Endabschnitt 23 des Metallbügels 22 flächig aneinander, überdecken einander also, sodass wiederum unter Verwendung des Laserschweißgeräts 13 über den Laserstrahl 14 eine entsprechende Materialmenge beider Kontaktelemente aufgeschmolzen werden kann, um so die stoffschlüssige Laserschweißverbindung auszubilden.
-
Natürlich besteht auch hier die Möglichkeit, eine Vielzahl von am Leistungsmodul 3 vorgesehenen Steuerpins 8 in vergleichbarer Weise zu kontaktieren, wozu an der Leiterplatte eine Vielzahl entsprechender Bohrungen 20 mit zugeordneten Kontaktelementen 21 vorgesehen sind, die allesamt mit dem entsprechend taktbaren und steuerbaren Laserschweißgerät 13 miteinander verschweißt werden können.
-
Auch bei dieser Verfahrensvariante ist eine einfache Kontaktierung möglich, es ist kein aufwändiger Prozess wie beim Löten oder Einpressen vorzunehmen, wie auch keine spezifischen Hilfswerkzeuge oder Einpresswerkzeuge etc. von Nöten sind. Aufgrund der entsprechenden Überdeckung der miteinander zu verschweißenden Kontaktabschnitte sind auch keine besonderen Toleranzanforderungen an die Ausrichtung der Elemente zueinander gegeben. Gleichwohl lässt auch diese Variante die Ausbildung einer elektrisch einwandfreien und mechanisch sehr stabilen Schweißkontaktverbindung zu.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102007006212 A1 [0005]
- DE 10340297 A1 [0005]
- DE 102017117665 A1 [0005]
