DE102020125741A1

DE102020125741A1 - Verfahren zum Verbinden einer Schaltungsträgerplatte mit einem metallischen Körper

Info

Publication number: DE102020125741A1
Application number: DE102020125741.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Schöning
Original assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2020-10-01
Filing date: 2020-10-01
Publication date: 2022-04-07

Abstract

Verfahren zum Verbinden einer wenigstens eine Komponente aufweisenden Schaltungsträgerplatte mit einem metallischen Körper, aufweisend die folgenden Schritte: Bereitstellen des metallischen Körpers mit mindestens einer ersten Oberfläche, wobei die erste Oberfläche in einem ersten Bereich wenigstens eine Oberflächendiskontinuität aufweist, Aufbringen einer Lotpaste in dem ersten Bereich, Anordnen der Schaltungsträgerplatte an dem metallischen Körper in dem ersten Bereich oder und/oder umgekehrt, Fügen der wenigstens einen Komponente der Schaltungsträgerplatte mit dem metallischen Körper in dem ersten Bereich mittels eines, beispielsweise einstufigen, Reflow-Lötprozesses.

Description

Die Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Verbinden einer Schaltungsträgerplatte mit einem metallischen Körper.
Die Offenbarung betrifft ferner einen metallischen Körper aufweisend wenigstens eine mit dem metallischen Körper verbundene Schaltungsträgerplatte.
Beispielhafte Ausführungsformen beziehen sich auf ein Verfahren zum Verbinden einer wenigstens eine Komponente aufweisenden Schaltungsträgerplatte mit einem metallischen Körper, aufweisend die folgenden Schritte: Bereitstellen des metallischen Körpers mit mindestens einer ersten Oberfläche, wobei die erste Oberfläche in einem ersten Bereich wenigstens eine Oberflächendiskontinuität aufweist, Aufbringen einer Lotpaste in dem ersten Bereich, Anordnen der Schaltungsträgerplatte an dem metallischen Körper in dem ersten Bereich oder und/oder umgekehrt, Fügen der wenigstens einen Komponente der Schaltungsträgerplatte mit dem metallischen Körper in dem ersten Bereich mittels eines, beispielsweise einstufigen, Reflow-Lötprozesses. Dadurch kann die Schaltungsträgerplatte bzw. ihre wenigstens eine Komponente effizient stoffschlüssig mit dem metallischen Körper verbunden werden.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann das Anordnen ein Bewegen der Schaltungsträgerplatte auf den z.B. ruhenden metallischen Körper zu aufweisen.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann das Anordnen ein Bewegen des metallischen Körpers auf die z.B. ruhende Schaltungsträgerplatte zu aufweisen.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann das Anordnen sowohl ein Bewegen der Schaltungsträgerplatte auf den z.B. nicht ruhenden metallischen Körper zu und ein Bewegen des metallischen Körpers auf die Schaltungsträgerplatte zu aufweisen.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die erste Oberfläche des metallischen Körpers wenigstens bereichsweise eben ist.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der metallische Körper als Kühlkörper ausgebildet ist, wobei der metallische Körper beispielsweise ein oder mehrere Kühlfahnen aufweist. Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen können sich die Kühlfahnen z.B. auch außerhalb einer durch die erste Oberfläche definierten ersten virtuellen Ebene erstrecken, beispielsweise in wenigstens einer zweiten virtuellen Ebene, die z.B. im Wesentlichen senkrecht ist zu der durch die erste Oberfläche definierten ersten virtuellen Ebene.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die erste Oberfläche des metallischen Körpers wenigstens bereichsweise nicht eben, also gekrümmt ist, beispielsweise konvex.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die erste Oberfläche, z.B. im Falle einer nicht ebenen Oberfläche, wenigstens bereichsweise einen Krümmungsradius aufweist, der größer ist als eine maximale Ausdehnung der Schaltungsträgerplatte oder der wenigstens einen Komponente der Schaltungsträgerplatte entlang der ersten Oberfläche.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Komponente der Schaltungsträgerplatte eine metallische Funktionsschicht und/oder Funktionsstruktur aufweist, die z.B. zumindest bereichsweise an bzw. auf einer, z.B. ersten, Oberfläche der Schaltungsträgerplatte angeordnet ist, die bei dem Anordnen der Schaltungsträgerplatte an dem metallischen Körper (und/oder andersherum) in Kontakt mit dem ersten Bereich bzw. der Lotpaste in dem ersten Bereich kommt. Dadurch ist z.B. eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Bereich des metallischen Körpers und der wenigstens einen Komponente der Schaltungsträgerplatte mittels der Lotpaste und dem z.B. einstufigen Lötprozess herstellbar.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die metallische Funktionsschicht bzw. Funktionsstruktur die erste Oberfläche der Schaltungsträgerplatte zumindest teilweise, beispielsweise zu wenigstens 5 Prozent, bedeckt.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Komponente der Schaltungsträgerplatte wenigstens eines der folgenden Elemente aufweist: a) Leiterbahnstruktur, z.B. ein oder mehrere Leiterbahnen, b) ein oder mehrere Kontaktierungsflächen („Pad“), c) regelmäßiges oder unregelmäßiges Raster bzw. Muster von Leiterbahnstrukturen bzw. Kontaktierungsflächen, z.B. in Form von mehreren gemäß dem Raster bzw. Muster voneinander beabstandeten runden Kontaktierungsflächen. Dadurch können bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen mechanische Spannungen, die sich z.B. aufgrund der ggf. unterschiedlichen Materialien z.B. des metallischen Körpers und/oder der Schaltungsträgerplatte und deren unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten ergeben, reduziert bzw. über die erste Oberfläche verteilt werden.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen können die aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auftretenden Kräfte z.B. von dem metallischen Körper bzw. dessen wenigstens einer Oberflächendiskontinuität durch die Lotpaste auf die wenigstens eine Komponenten, z.B. das mehrere Kontaktierungsflächen aufweisende Raster und hierdurch auf ein Basismaterial der Schaltungsträgerplatte übertragen werden. Zudem kann die Lotpaste bzw. die damit hergestellte stoffschlüssige Verbindung bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen die genannten Kräfte zumindest teilweise aufnehmen, z.B. durch eine plastische Verformung.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Oberflächendiskontinuität der ersten Oberfläche des metallischen Körpers eine Vertiefung ist, beispielsweise von wenigstens einem der folgenden Typen: a) Sicke, b) quaderförmige Ausnehmung, c) zylindrische Ausnehmung, d) konische Ausnehmung.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Vertiefung a) eine Breite aufweist, die größer als eine Breite der Schaltungsträgerplatte ist und/oder b) eine Länge, die größer als eine Länge der Schaltungsträgerplatte ist, wobei beispielsweise das Anordnen der Schaltungsträgerplatte an dem metallischen Körper in dem ersten Bereich ein zumindest teilweises und/oder bereichsweises Einlegen der Schaltungsträgerplatte in die Vertiefung aufweist. Damit ist die Schaltungsträgerplatte bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen z.B. mechanisch in der Vertiefung gehalten, so dass sie sich z.B. während des Lötprozesses nicht bzw. nicht signifikant gegenüber dem metallischen Körper bzw. dessen erstem Bereich bewegt, es stellt sich mithin kein bzw. kein signifikantes „Verschwimmen“ ein.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann eine Tiefe der Vertiefung so gewählt sein, dass die Schaltungsträgerplatte z.B. nach dem Fügen, oberflächenbündig mit der ersten Oberfläche des metallischen Körpers ist. Abweichungen hiervon (höher bzw. tiefer) sind bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen auch möglich.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann die wenigstens eine Oberflächendiskontinuität, z.B. Vertiefung, auch kleiner sein als die Schaltungsträgerplatte, z.B. auch wesentlich kleiner als die Schaltungsträgerplatte, z.B. aufweisend eine maximale Ausdehnung entlang der ersten Oberfläche von einem Zehntel der Länge und/oder Breite der Schaltungsträgerplatte, weiter beispielsweise aufweisend eine maximale Ausdehnung entlang der ersten Oberfläche von einem Hundertstel der Länge und/oder Breite der Schaltungsträgerplatte oder weniger. Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann die wenigstens eine Oberflächendiskontinuität, z.B. Vertiefung, beispielsweise mit einer weiter unten beschriebenen Oberflächendiskontinuität der Schaltungsträgerplatte zusammenwirken, z.B. für das Fügen mittels des Reflow-Lötprozesses.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Oberflächendiskontinuität eine Materialanhäufung ist, beispielsweise von wenigstens einem der folgenden Typen: a) Zylinder, beispielsweise Kreiszylinder, b) Konus, c) Quader. Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ragt die als Materialanhäufung ausgebildete Oberflächendiskontinuität des metallischen Körpers mithin zumindest bereichsweise über die erste Oberfläche hinaus, wodurch bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen beispielsweise ein Formschluss mit z.B. komplementären Oberflächenstrukturen bzw. Oberflächendiskontinuitäten der Schaltungsträgerplatte herstellbar ist. Beispielsweise ist bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ein Formschluss derart herstellbar, dass ein Verschieben der Schaltungsträgerplatte relativ zu dem metallischen Körper, z.B. entlang der ersten Oberfläche (beispielsweise in einer oder zwei Dimensionen der ersten Oberfläche), nur eingeschränkt möglich ist, z.B. begrenzt durch einen vorgebbaren Toleranzbereich zwischen den jeweiligen Oberflächendiskontinuitäten. Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann der Toleranzbereich zumindest teilweise mit der Lotpaste bzw. der durch das Fügen hergestellten Lötverbindung gefüllt sein.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Komponente der Schaltungsträgerplatte wenigstens eine Oberflächendiskontinuität einer Oberfläche (z.B. der ersten Oberfläche) der Schaltungsträgerplatte ist, beispielsweise in Form wenigstens einer Leiterbahnstruktur, z.B. aufweisend ein oder mehrere Leiterbahnen, und/oder in Form ein oder mehrerer Kontaktierungsflächen („Pad“), und/oder in Form wenigstens eines regelmäßigen oder unregelmäßigen Rasters bzw. Musters von Leiterbahnstrukturen bzw. Kontaktierungsflächen (z.B. noppenförmige, also z.B. kreiszylindrische Leiterbahnstrukturen mit einer Leiterbahndicke, die z.B. kleiner (oder bei weitern beispielhaften Ausführungsformen auch gleich oder größer) ist als ein Durchmesser der Noppenform).
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Oberflächendiskontinuität der Oberfläche der Schaltungsträgerplatte eine Materialanhäufung oder eine Vertiefung im Bereich der Oberfläche, z.B. der ersten Oberfläche, der Schaltungsträgerplatte ist, wobei beispielsweise die Oberflächendiskontinuität der (z.B. ersten) Oberfläche der Schaltungsträgerplatte wenigstens eines der folgenden Elemente aufweist: a) eine Leiterbahn, b) ein, beispielsweise metallisiertes, Durchkontaktierungsloch (englisch: plated through hole, PTH).
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Anordnen so erfolgt, dass die wenigstens eine Oberflächendiskontinuität des metallischen Körpers zumindest bereichsweise in die wenigstens eine Oberflächendiskontinuität der Schaltungsträgerplatte eingreift oder umgekehrt, z.B. im Sinne des vorstehend beispielhaften beschriebenen Formschlusses (beispielsweise entlang wenigstens einer Dimension innerhalb bzw. parallel zu der ersten Oberfläche des metallischen Körpers), ggf. mit der vorstehend ebenfalls beispielhaft beschriebenen Toleranz, z.B. für eine Aufnahme wenigstens eines Teils der Lotpaste bzw. Lötverbindung.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Aufbringen der Lotpaste in dem ersten Bereich ein Aufbringen wenigstens eines Teils der Lotpaste zwischen der Oberflächendiskontinuität des metallischen Körpers (bzw. zwischen wenigstens einem Bereich der Oberflächendiskontinuität des metallischen Körpers) und der Oberflächendiskontinuität der Schaltungsträgerplatte (bzw. zwischen wenigstens einem Bereich der Oberflächendiskontinuität der Schaltungsträgerplatte) aufweist.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Aufbringen der Lotpaste ein Aufbringen der Lotpaste auf die wenigstens eine Komponente der Schaltungsträgerplatte und ein anschließendes Aufbringen der Lotpaste mittels der wenigstens einen Komponente der Schaltungsträgerplatte in dem ersten Bereich der wenigstens einen Oberflächendiskontinuität des metallischen Körpers aufweist. Mit anderen Worten wird bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen die Lotpaste nicht oder z.B. nicht ausschließlich direkt auf die erste Oberfläche des metallischen Körpers aufgebracht, sondern z.B. zumindest teilweise indirekt bzw. mittelbar, durch Aufbringen der Lotpaste auf der Schaltungsträgerplatte und beaufschlagen der ersten Oberfläche des metallischen Körpers mit der auf der Schaltungsträgerplatte befindlichen Lotpaste.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die erste Oberfläche des metallischen Körpers in dem ersten Bereich eine Schicht aufweist, die wenigstens eines der folgenden Materialien aufweist: a) Chemisch Sn, beispielsweise 0,5 µm bis 1 µm, b) Nickelsulfamat, beispielsweise als Diffusionsbarriere, beispielsweise 2 µm bis 4 µm, und optional galvanisch Sn, beispielsweise 3 µm bis 4 µm, c) galvanisch Sn, beispielsweise 3 µm bis 6 µm. Dadurch kann z.B. die Lötbarkeit für das Fügen verbessert werden.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Komponente der Schaltungsträgerplatte eine Zinnschicht, beispielsweise eine chemisch aufgebrachte Zinnschicht, aufweist.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Komponente der Schaltungsträgerplatte aus Kupfer gebildet ist, z.B. in Form einer z.B. strukturierten Kupferschicht, die optional z.B. chemisch verzinnt ist.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Kupferschicht eine Dicke von 30 Mikrometern (µm) oder mehr aufweist, bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen bevorzugt 70 µm oder mehr. Dadurch kann z.B. das Eingreifen bzw. ein Formschluss mit wenigstens einer Struktur, z.B. der wenigstens einen Oberflächendiskontinuität des metallischen Körpers sichergestellt bzw. verbessert werden.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass eine Korngröße der für das Fügen verwendeten Lotpaste kleiner ist als die Dicke der Kupferschicht der wenigstens einen Komponente der Schaltungsträgerplatte, beispielsweise um wenigstens einen Faktor zwei kleiner.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass eine ggf. auf einer der ersten Oberfläche der Schaltungsträgerplatte gegenüberliegenden zweiten Oberfläche angeordnete Kupferschicht eine geringere Dicke aufweist als die Kupferschicht der wenigstens einen Komponente. Beispielsweise kann bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen die Kupferschichtdicke der zweiten Oberfläche nach funktionalen Erfordernissen einer bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ggf. erfolgenden Bestückung der zweiten Oberfläche mit weiteren Komponenten wie z.B. elektronischen Bauelementen (z.B. Halbleiterbauelemente wie z.B. integrierte Schaltungen und/oder Transistoren usw.) bzw. optoelektronischen Bauelementen (z.B. Leuchtdioden) bzw. elektromechanischen Bauelementen (z.B. Kontaktleisten, Steckbuchsen, usw.) gewählt werden.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der metallische Körper aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass ein Basismaterial der Schaltungsträgerplatte aus wenigstens einem der folgenden Materialien besteht: a) Glasfasern aufweisender Verbundwerkstoff, beispielsweise FR4 oder CEM3, b) Keramikmaterial, beispielsweise Aluminiumoxid.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Verfahren weiter aufweist: beispielsweise nach dem Anordnen, Bestücken einer von dem metallischen Körper abgewandten (zweiten) Oberfläche mit wenigstens einer weiteren Komponente, z.B. einem oder mehreren der vorstehend beispielhaft genannten Bauelemente.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen wird die Schaltungsträgerplatte wie vorstehend beispielhaft beschrieben durch die Anordnung mittels der Lotpaste in dem ersten Bereich des metallischen Körpers bzw. ggf. das Eingreifen bzw. den Formschluss zwischen den Oberflächendiskontinuitäten gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen gehalten, so dass das Bestücken der zweiten Oberfläche der Schaltungsträgerplatte präzise ausgeführt werden kann.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Verfahren weiter aufweist: Aufbringen einer Lotpaste auf die von dem metallischen Körper abgewandte (zweite) Oberfläche der Schaltungsträgerplatte. Dieses Aufbringen wird bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen beispielsweise nach dem Anordnen der Schaltungsträgerplatte an dem metallischen Körper und beispielsweise vor dem Bestücken der zweiten Oberfläche der Schaltungsträgerplatte mit der wenigstens einen weiteren Komponente ausgeführt.
Weitere beispielhafte Ausführungsformen beziehen sich auf einen metallischen Körper, beispielsweise Kühlkörper, aufweisend wenigstens eine stoffschlüssig mit dem metallischen Körper verbundene Schaltungsträgerplatte, erhalten durch ein Verfahren gemäß den Ausführungsformen.
Weitere beispielhafte Ausführungsformen beziehen sich auf eine Verwendung des Verfahrens gemäß den Ausführungsformen und/oder des metallischen Körpers gemäß den Ausführungsformen für wenigstens eines der folgenden Elemente: a) wenigstens bereichsweises stoffschlüssiges Verbinden des metallischen Körpers mit der wenigstens einen Schaltungsträgerplatte, b) Befestigen wenigstens einer bereits zumindest teilweise bestückten bzw. zumindest teilweise noch zu bestückenden Schaltungsträgerplatte an dem metallischen Körper, c) wenigstens bereichsweises stoffschlüssiges Verbinden des metallischen Körpers mit der wenigstens einen Schaltungsträgerplatte und gleichzeitiges wenigstens bereichsweises stoffschlüssiges Verbinden von weiteren Komponenten mit der Schaltungsträgerplatte (z.B. auf der zweiten Oberfläche der Schaltungsträgerplatte), beispielsweise unter Verwendung eines, beispielsweise einstufigen, Reflow-Lötprozesses, d) thermisch leitfähiges und mechanisches Verbinden der Schaltungsträgerplatte mit dem metallischen Körper, e) Ausgleichen bzw. zumindest teilweises Aufnehmen von z.B. temperatuwechselbedingten mechanischen Spannungen zwischen dem metallischen Körper und der Schaltungsträgerplatte, f) Entwärmen der Schaltungsträgerplatte bzw. wenigstens einer (weiteren) auf der Schaltungsträgerplatte angeordneten Komponente, z.B. Entwärmen einer Leuchtdiode bzw. einer mehrere Leuchtdioden aufweisenden Leuchtdiodenanordnung, g) Halten, z.B. Fixieren der Schaltungsträgerplatte, z.B. für eine Bestückung ihrer zweiten Oberfläche, h) Ermöglichen eines einstufigen Reflow-Lötprozesses zum thermisch leitfähigen und mechanischen Verbinden der Schaltungsträgerplatte mit dem metallischen Körper und, z.B. gleichzeitig, zum Fügen von z.B. auf der zweiten Oberfläche der Schaltungsträgerplatte angeordneten weiteren Komponenten (z.B. die beispielhaft o.g. Bauelemente) mit der Schaltungsträgerplatte.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile weiterer bevorzugter Ausführungsformen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von Ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
In der Zeichnung zeigt:

1A schematisch ein vereinfachtes Flussdiagram von Verfahren gemäß beispielhaften Ausführungsformen,
1B schematisch ein vereinfachtes Flussdiagram von Verfahren gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen,
2A schematisch einen metallischen Körper gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen in perspektivischer Ansicht in einem ersten Zustand,
2B schematisch den metallischen Körper gemäß 2A in einem zweiten Zustand,
2C schematisch den metallischen Körper gemäß 2A in einem dritten Zustand,
3 schematisch einen metallischen Körper gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen in perspektivischer Ansicht,
4A schematisch eine perspektivische Ansicht eines Teils eines metallischen Körpers gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen,
4B schematisch eine Seitenansicht des metallischen Körpers gemäß 4A mit daran angeordneter Schaltungsträgerplatte in teilweisem Querschnitt,
5 schematisch eine Seitenansicht eines metallischen Körpers mit daran angeordneter Schaltungsträgerplatte gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen in teilweisem Querschnitt,
6A schematisch eine Seitenansicht eines metallischen Körpers mit daran angeordneter Schaltungsträgerplatte gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen in teilweisem Querschnitt,
6B eine Draufsicht auf eine schematische Anordnung von Oberflächendiskontinuitäten der Anordnung gemäß 6A,
7 schematisch ein vereinfachtes Flussdiagram von Verfahren gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen, und
8 schematisch Aspekte von Verwendungen gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen.

1A zeigt schematisch ein vereinfachtes Flussdiagram eines Verfahrens zum Verbinden einer wenigstens eine Komponente 110 aufweisenden Schaltungsträgerplatte 100, vgl. 2A, mit einem metallischen Körper 200, aufweisend die folgenden Schritte: Bereitstellen 300 (1A) des metallischen Körpers 200 mit mindestens einer ersten Oberfläche 202, wobei die erste Oberfläche 202 in einem ersten Bereich B1 wenigstens eine Oberflächendiskontinuität 202a aufweist, Aufbringen 310 (1A) einer Lotpaste LP (vgl. auch 2B) in dem ersten Bereich B1, Anordnen 320 der Schaltungsträgerplatte 100 an dem metallischen Körper 200 in dem ersten Bereich B1 oder und/oder umgekehrt, Fügen 330 der wenigstens einen Komponente 110 der Schaltungsträgerplatte 100 mit dem metallischen Körper 200 in dem ersten Bereich B1 mittels eines, beispielsweise einstufigen, Reflow-Lötprozesses 330a. Dadurch kann die Schaltungsträgerplatte 100 bzw. ihre wenigstens eine Komponente 110 effizient stoffschlüssig mit dem metallischen Körper 200 verbunden werden, was z.B. eine mechanische Halterung der Schaltungsträgerplatte 100 an dem metallischen Körper 200 und/oder eine effiziente Entwärmung der Schaltungsträgerplatte 100 durch den metallischen Körper 200 ermöglicht. 2C zeigt die Schaltungsträgerplatte 100 in ihrem „Einbauzustand“ nach dem Fügen 330 mit dem metallischen Körper 200.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann das Anordnen 320 (1A) ein Bewegen der Schaltungsträgerplatte 100 auf den z.B. ruhenden metallischen Körper 200 zu aufweisen, vgl. den Blockpfeil A1 gemäß 2B.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann das Anordnen 320 ein Bewegen des metallischen Körpers 200 auf die z.B. ruhende Schaltungsträgerplatte 100 zu aufweisen.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann das Anordnen 320 sowohl ein Bewegen der Schaltungsträgerplatte 100 auf den z.B. nicht ruhenden metallischen Körper 200 zu und ein Bewegen des metallischen Körpers 200 auf die Schaltungsträgerplatte 100 zu aufweisen.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die erste Oberfläche 202 des metallischen Körpers 200 wenigstens bereichsweise eben ist, beispielsweise in dem ersten Bereich B1 und/oder zumindest teilweise um den ersten Bereich B1 herum.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen, vgl. 3, ist vorgesehen, dass der metallische Körper 200a, auf dem eine Schaltungsträgerplatte 100a angeordnet ist, als Kühlkörper 200a ausgebildet ist, wobei der metallische Körper 200a beispielsweise ein oder mehrere Kühlfahnen 201 aufweist, von denen in 3 nur drei Stück bezeichnet sind. Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen können sich die Kühlfahnen 201 z.B. auch außerhalb einer durch die erste Oberfläche 202 definierten ersten virtuellen Ebene erstrecken, beispielsweise in wenigstens einer zweiten virtuellen Ebene, die z.B. im Wesentlichen senkrecht ist zu der durch die erste Oberfläche definierten ersten virtuellen Ebene. Mit anderen Worten können die Kühlfahnen 201 beispielsweise etwa senkrecht von der ersten Oberfläche 202 abragen.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen (nicht gezeigt) ist vorgesehen, dass die erste Oberfläche 202 des metallischen Körpers 200, 200a wenigstens bereichsweise nicht eben, also gekrümmt ist, beispielsweise konvex.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die erste Oberfläche 202, z.B. im Falle einer nicht ebenen Oberfläche, wenigstens bereichsweise einen Krümmungsradius aufweist, der größer ist als eine maximale Ausdehnung LS (2A, z.B. Länge LS) der Schaltungsträgerplatte 100 oder der wenigstens einen Komponente 110 der Schaltungsträgerplatte 100, 100a entlang der ersten Oberfläche 202.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Komponente 110 ( 2A) der Schaltungsträgerplatte 100 eine metallische Funktionsschicht und/oder Funktionsstruktur aufweist, die z.B. zumindest bereichsweise an bzw. auf einer, z.B. ersten, Oberfläche 102 (2B) der Schaltungsträgerplatte 100 angeordnet ist, die bei dem Anordnen 320 (1A) der Schaltungsträgerplatte 100 an dem metallischen Körper 200, 200a (und/oder andersherum) in Kontakt mit dem ersten Bereich B1 bzw. der Lotpaste LP in dem ersten Bereich B1 kommt. Dadurch ist z.B. eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Bereich B1 des metallischen Körpers 200, 200a und der wenigstens einen Komponente 110 der Schaltungsträgerplatte 100 mittels der Lotpaste LP und dem z.B. einstufigen Lötprozess 330 herstellbar.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die metallische Funktionsschicht bzw. Funktionsstruktur die erste Oberfläche 102 (2B) der Schaltungsträgerplatte 100 zumindest teilweise, beispielsweise zu wenigstens 5 Prozent, bedeckt. Dadurch wird z.B. eine mechanische und/oder thermische Anbindung an den metallischen Körper 200, 200a verbessert.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Komponente 110 ( 2A) der Schaltungsträgerplatte 100 wenigstens eines der folgenden Elemente aufweist: a) Leiterbahnstruktur, z.B. ein oder mehrere Leiterbahnen, b) ein oder mehrere Kontaktierungsflächen („Pad“), c) regelmäßiges oder unregelmäßiges Raster bzw. Muster von Leiterbahnstrukturen bzw. Kontaktierungsflächen, z.B. in Form von mehreren gemäß dem Raster bzw. Muster voneinander beabstandeten runden Kontaktierungsflächen. Dadurch können bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen mechanische Spannungen, die sich z.B. aufgrund der ggf. unterschiedlichen Materialien z.B. des metallischen Körpers 200, 200a und/oder der Schaltungsträgerplatte 100 und deren unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten ergeben, reduziert bzw. über die erste Oberfläche verteilt werden.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen können die aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auftretenden Kräfte z.B. von dem metallischen Körper 200, 200a bzw. dessen wenigstens einer Oberflächendiskontinuität 202a durch die Lotpaste LP auf die wenigstens eine Komponente 110, z.B. das mehrere Kontaktierungsflächen aufweisende Raster und hierdurch auf ein Basismaterial der Schaltungsträgerplatte 100 übertragen werden. Zudem kann die Lotpaste LP bzw. die damit hergestellte stoffschlüssige Verbindung bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen die genannten Kräfte zumindest teilweise aufnehmen, z.B. durch eine plastische Verformung.
Details zu möglichen Ausbildungen der Kontaktierungsflächen der wenigstens einen Komponente 110 sind weiter unten unter Bezugnahme z.B. auf 4A bis 6B beschrieben.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen weist die Schaltungsträgerplatte 100a (3) auf einer zweiten Oberfläche 103, die z.B. der ersten Oberfläche 102 ( 2B) gegenüberliegt, wenigstens eine weitere Komponente 120, z.B. ein oder mehrere Bauteile bzw. Bauelemente auf. Vorliegend ist beispielsweise eine elektromechanische Steckverbindung 120 auf der zweiten Oberfläche 103 vorgesehen, sowie mehrere metallisierte Durchkontaktierungen (plated through holes, PTH) 121, die z.B. zur visuellen bzw. messtechnischen Kontrolle des Fügevorgangs 330 verwendbar sind, z.B. als sog. „Lotdurchsteige-Kontrollfenster“.
Beispielhaft ist die Oberflächendiskontinuität 202a der Ausführungsformen 200 gemäß 2 und 200a gemäß 3 als quaderförmige Ausnehmung bzw. Sicke ausgebildet.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Vertiefung 202a (2A) a) eine Breite BV aufweist, die größer als eine Breite BS der Schaltungsträgerplatte 100 ist und/oder b) eine Länge LV, die größer als eine Länge LS der Schaltungsträgerplatte 100 ist, wobei beispielsweise das Anordnen 320 (1A) der Schaltungsträgerplatte 100 an dem metallischen Körper 200 in dem ersten Bereich B1 ein zumindest teilweises und/oder bereichsweises Einlegen der Schaltungsträgerplatte 100 in die Vertiefung 202a aufweist. Damit ist die Schaltungsträgerplatte 100 bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen z.B. mechanisch in der Vertiefung 202a gehalten, vgl. z.B. 2C (und auch 3), so dass sie sich z.B. während des Lötprozesses 330 nicht bzw. nicht signifikant gegenüber dem metallischen Körper 200 bzw. dessen erstem Bereich B1 bewegt, es stellt sich mithin kein bzw. kein signifikantes „Verschwimmen“ ein.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann eine Tiefe (nicht gezeigt) der Vertiefung 202a so gewählt sein, dass die Schaltungsträgerplatte 100 z.B. nach dem Fügen 330, oberflächenbündig mit der ersten Oberfläche 202 des metallischen Körpers 200 ist. Abweichungen hiervon (höher bzw. tiefer) sind bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen (nicht gezeigt) auch möglich.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen 200b, vgl. 4A, ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Oberflächendiskontinuität 202b der ersten Oberfläche 202 des metallischen Körpers 200b eine Vertiefung ist, beispielsweise von wenigstens einem der folgenden Typen: a) Sicke, b) quaderförmige Ausnehmung, c) zylindrische Ausnehmung, d) konische Ausnehmung.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann die wenigstens eine Oberflächendiskontinuität 202b (4A), z.B. Vertiefung, auch kleiner sein als die Schaltungsträgerplatte 100, z.B. auch wesentlich kleiner als die Schaltungsträgerplatte 100, z.B. aufweisend eine maximale Ausdehnung entlang der ersten Oberfläche 202 von einem Zehntel der Länge LS und/oder Breite BS der Schaltungsträgerplatte 100, weiter beispielsweise aufweisend eine maximale Ausdehnung entlang der ersten Oberfläche 202 von einem Hundertstel der Länge LS und/oder Breite BS der Schaltungsträgerplatte 100 oder weniger. Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann die wenigstens eine Oberflächendiskontinuität 202a, z.B. Vertiefung, beispielsweise mit einer weiter unten beschriebenen Oberflächendiskontinuität 110a (4B) der Schaltungsträgerplatte 100 zusammenwirken, z.B. für das Fügen 330 mittels des Reflow-Lötprozesses 330a.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen 200c, 5, ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Oberflächendiskontinuität 202c eine Materialanhäufung 202c ist, beispielsweise von wenigstens einem der folgenden Typen: a) Zylinder, beispielsweise Kreiszylinder, b) Konus, c) Quader.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ragt die als Materialanhäufung 202c ausgebildete Oberflächendiskontinuität des metallischen Körpers 200c mithin zumindest bereichsweise über die erste Oberfläche 202 (2A) hinaus, wodurch bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen beispielsweise ein Formschluss mit z.B. komplementären Oberflächenstrukturen 110b bzw.
Oberflächendiskontinuitäten der Schaltungsträgerplatte 100a herstellbar ist, 5. Beispielsweise ist bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ein Formschluss derart herstellbar, dass ein Verschieben der Schaltungsträgerplatte 100a relativ zu dem metallischen Körper, z.B. entlang der ersten Oberfläche (beispielsweise in einer oder zwei Dimensionen der ersten Oberfläche, z.B. horizontal in 5 und/oder senkrecht zur Zeichenebene der 5), nur eingeschränkt möglich ist, z.B. begrenzt durch einen vorgebbaren Toleranzbereich TB zwischen den jeweiligen Oberflächendiskontinuitäten 202c, 110b. Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann der Toleranzbereich TB zumindest teilweise mit der Lotpaste LP bzw. der durch das Fügen 330 hergestellten Lötverbindung gefüllt sein.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann z.B. die Oberflächendiskontinuität 110b als Langloch (nicht gezeigt) ausgebildet sein, wodurch sich entlang einer Längsachse des Langlochs 110b - bezogen auf eine andere Ausdehnungsrichtung des Langlochs - ein vergrößerter Toleranzbereich TB ergibt. Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen sind die Komponenten 100a, 200c so zueinander angeordnet, dass sich die Längsachse des Langlochs entlang einer stärksten Ausdehnungsrichtung erstreckt.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen können für Leiterbahnen, die auf der Schaltungsträgerplatte 100a angeordnet werden, beispielsweise kegel- oder tränenförmige Vergrößerungen von Anschlussflächen an Komponenten („tear drops“) vorgesehen werden, und/oder eine z.B. geschwungene Führung.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen, 4B, ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Komponente 110a der Schaltungsträgerplatte 100 wenigstens eine Oberflächendiskontinuität 110a einer Oberfläche (z.B. der ersten Oberfläche 102) der Schaltungsträgerplatte 100 ist, beispielsweise in Form wenigstens einer Leiterbahnstruktur, z.B. aufweisend ein oder mehrere Leiterbahnen, und/oder in Form ein oder mehrerer Kontaktierungsflächen („Pad“), und/oder in Form wenigstens eines regelmäßigen oder unregelmäßigen Rasters bzw. Musters von Leiterbahnstrukturen bzw. Kontaktierungsflächen (z.B. noppenförmige, also z.B. kreiszylindrische Leiterbahnstrukturen 110a mit einer Leiterbahndicke D, die z.B. kleiner (oder bei weitern beispielhaften Ausführungsformen auch gleich oder größer) ist als ein Durchmesser der Noppenform).
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Oberflächendiskontinuität der Oberfläche der Schaltungsträgerplatte eine Materialanhäufung (s. z.B. die noppenförmige Leiterbahnstruktur 110a gemäß 4B) oder eine Vertiefung bzw. ein Loch 110b (5) im Bereich der Oberfläche 102, der Schaltungsträgerplatte 100a ist. Beispielsweise kann das Loch 110b als metallisiertes Durchkontaktierungsloch (englisch: plated through hole, PTH) ausgebildet sein.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Anordnen 320 (1A) so erfolgt, dass die wenigstens eine Oberflächendiskontinuität 202b (4B) des metallischen Körpers 200b zumindest bereichsweise in die wenigstens eine Oberflächendiskontinuität 110a der Schaltungsträgerplatte 100 eingreift oder umgekehrt, z.B. im Sinne des vorstehend beispielhaften beschriebenen Formschlusses (beispielsweise entlang wenigstens einer Dimension innerhalb bzw. parallel zu der ersten Oberfläche des metallischen Körpers 200b), ggf. mit der vorstehend ebenfalls beispielhaft beschriebenen Toleranz, z.B. für eine Aufnahme wenigstens eines Teils der Lotpaste LP bzw. Lötverbindung.
Vergleichbares ergibt sich auch bei der Ausführungsform 200c gemäß 5, bei der die z.B. als zylindrische Materialanhäufung ausgebildete Oberflächendiskontinuität 202c des metallischen Körpers 200c in die z.B. als metallisiertes Durchkontaktierungsloch ausgebildete Oberflächendiskontinuität 110b der Schaltungsträgerplatte 100a eingreift. Wie aus 5 beispielhaft ersichtlich, kann ein Basismaterial 101 der Schaltungsträgerplatte 100a z.B. beidseitig, also an beiden Oberflächen 102, 103 ( 2B), mit einer metallischen Schicht bzw. Funktionsschicht versehen sein, die z.B. auch durch das Durchkontaktierungsloch 110b in 5 vertikal fortsetzt.
6A zeigt schematisch eine Seitenansicht eines metallischen Körpers 200d mit daran angeordneter Schaltungsträgerplatte 100b gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen in teilweisem Querschnitt. Die Schaltungsträgerplatte 100b weist mehrere noppenförmige (z.B. kreiszylindrische) Oberflächendiskontinuitäten 110c auf, die zumindest teilweise mehrere in vorliegend beispielsweise ebenfalls noppenförmige (z.B. kreiszylindrische) Oberflächendiskontinuitäten 202c des metallischen Körpers 200d eingreifen. Zumindest bereichsweise ist zwischen den Oberflächendiskontinuitäten 110c, 202c die Lotpaste LP angeordnet.
6B zeigt eine Draufsicht auf eine schematische Anordnung der Oberflächendiskontinuitäten 110c, 202c der Anordnung gemäß 6A. Beispielsweise bilden beide Typen 110c, 202c von Oberflächendiskontinuitäten vorliegend jeweils ein regelmäßiges Raster, wodurch sich eine feste mechanische und thermisch gut leitfähige Anbindung zwischen den Bauteilen 200d, 100b ergibt. Die nicht bezeichneten Pfeile symbolisieren eine gewisse Beweglichkeit bzw. Toleranz zwischen den beide Typen 110c, 202c von Oberflächendiskontinuitäten, die zur Aufnahme von temperaturwechselbedingten mechanischen Spannungen nutzbar ist.
Die in 6B beispielhaft angegebene Rasterung von Oberflächendiskontinuitäten ermöglicht, in durch die Geometrie vorgegebenen Grenzen, also zumindest bereichsweise (z.B. innerhalb des Toleranzbereichs) eine freie Beweglichkeit des Aluminiums 202c innerhalb der „Miniatur-Zylinder(flächen)“ 110c des Kupfers. Dabei wird bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen das vorhandene, relativ weiche Zinn der Lotpaste bzw. Lötverbindung bewegt, welches sich bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen z.B. an exponierten Stellen befindet. D.h., bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen wird das Zinn, z.B. in Form der Lotpaste LP, nicht vollflächig, sondern z.B. unter die „Füße“ 110c gesetzt, um die „Platte“ 200d zu halten, aber z.B. auch, um die Wärme von den weiteren Komponenten 103 (3) (z.B. LED(s)) weiterzuleiten.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen, 7, ist vorgesehen, dass das Aufbringen 310 (1A) der Lotpaste LP in dem ersten Bereich B1 (2A) ein Aufbringen 310a (7) wenigstens eines Teils der Lotpaste LP zwischen der Oberflächendiskontinuität 202b (4B) des metallischen Körpers 200b (bzw. zwischen wenigstens einem Bereich der Oberflächendiskontinuität des metallischen Körpers) und der Oberflächendiskontinuität 110a der Schaltungsträgerplatte 100 (bzw. zwischen wenigstens einem Bereich der Oberflächendiskontinuität der Schaltungsträgerplatte) aufweist.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Aufbringen 310 (1A) der Lotpaste LP ein Aufbringen 310b (7) der Lotpaste LP auf die wenigstens eine Komponente 110 (2A) der Schaltungsträgerplatte 100, z.B. direkt auf die Oberflächendiskontinuität 110a (4B) und ein anschließendes Aufbringen der Lotpaste LP mittels der wenigstens einen Komponente 110a der Schaltungsträgerplatte 100 in dem ersten Bereich B1 der wenigstens einen Oberflächendiskontinuität 202b des metallischen Körpers 200b aufweist. Mit anderen Worten wird bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen die Lotpaste LP nicht oder z.B. nicht ausschließlich direkt auf die erste Oberfläche 202 (2A) des metallischen Körpers 200 aufgebracht, sondern z.B. zumindest teilweise indirekt bzw. mittelbar, durch Aufbringen der Lotpaste LP auf der Schaltungsträgerplatte 100 und beaufschlagen der ersten Oberfläche 202 des metallischen Körpers 200 mit der auf der Schaltungsträgerplatte 100 befindlichen Lotpaste LP. Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen, 5, ist vorgesehen, dass die erste Oberfläche 202 des metallischen Körpers 200c in dem ersten Bereich B1 eine Schicht 205 aufweist, die wenigstens eines der folgenden Materialien aufweist: a) Chemisch Sn, beispielsweise 0,5 µm bis 1 µm, b) Nickelsulfamat, beispielsweise als Diffusionsbarriere, beispielsweise 2 µm bis 4 µm, und optional galvanisch Sn, beispielsweise 3 µm bis 4 µm, c) galvanisch Sn, beispielsweise 3 µm bis 6 µm, was z.B. die Lötbarkeit für das Fügen 330 (1A) verbessern kann.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Komponente 110 der Schaltungsträgerplatte 100 eine Zinnschicht 105, beispielsweise eine chemisch aufgebrachte Zinnschicht, aufweist. Beispielsweise kann die Metallisierung 110b ( 5) zumindest im Bereich des Durchkontaktierungslochs 110b die genannte Zinnschicht 105 aufweisen. Vergleichbares gilt bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen z.B. für die Oberflächendiskontinuität 110a gemäß 4B.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Komponente 110 der Schaltungsträgerplatte 100 aus Kupfer gebildet ist, z.B. in Form einer z.B. strukturierten Kupferschicht, die optional z.B. chemisch verzinnt ist.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Kupferschicht 110 eine Dicke von 30 Mikrometern (µm) oder mehr aufweist, bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen bevorzugt 70 µm oder mehr. Dies gilt beispielsweise für einer auf der ersten Oberfläche 102 angeordnete Kupferschicht 110. Dadurch kann z.B. das Eingreifen bzw. ein Formschluss mit wenigstens einer Struktur, z.B. der wenigstens einen Oberflächendiskontinuität 202c des metallischen Körpers 200d sichergestellt bzw. verbessert werden.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass eine Korngröße der für das Fügen 330 ( 1A) verwendeten Lotpaste LP kleiner ist als die Dicke der Kupferschicht der wenigstens einen Komponente 110 der Schaltungsträgerplatte 100, beispielsweise um wenigstens einen Faktor zwei kleiner.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass eine ggf. auf einer der ersten Oberfläche 102 (2B) der Schaltungsträgerplatte 100 gegenüberliegenden zweiten Oberfläche 103 angeordnete Kupferschicht eine geringere Dicke aufweist als die Kupferschicht der wenigstens einen Komponente 110. Beispielsweise kann bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen die Kupferschichtdicke der zweiten Oberfläche 103 nach funktionalen Erfordernissen einer bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ggf. erfolgenden Bestückung der zweiten Oberfläche 103 mit weiteren Komponenten 120 (3) wie z.B. elektronischen Bauelementen (z.B. Halbleiterbauelemente wie z.B. integrierte Schaltungen und/oder Transistoren usw.) bzw. optoelektronischen Bauelementen (z.B. Leuchtdioden) bzw. elektromechanischen Bauelementen (z.B. Kontaktleisten, Steckbuchsen, usw.) gewählt werden.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der metallische Körper 200, 200a, 200b, 200c, 200d aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Basismaterial 101 (5) der Schaltungsträgerplatte 100a aus wenigstens einem der folgenden Materialien besteht: a) Glasfasern aufweisender Verbundwerkstoff, beispielsweise FR4 oder CEM3, b) Keramikmaterial, beispielsweise Aluminiumoxid.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen, 1B, ist vorgesehen, dass das Verfahren weiter aufweist: beispielsweise nach dem Anordnen 320, Bestücken 325 einer von dem metallischen Körper 200 abgewandten (zweiten) Oberfläche 103 (2B) der Schaltungsträgerplatte 100 mit wenigstens einer weiteren Komponente 120 (3), z.B. einem oder mehreren der vorstehend beispielhaft genannten Bauelemente. Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen wird die Schaltungsträgerplatte 100 wie vorstehend beispielhaft beschrieben durch die Anordnung 320 mittels der Lotpaste LP in dem ersten Bereich B1 des metallischen Körpers 200 bzw. ggf. das Eingreifen bzw. den Formschluss zwischen den Oberflächendiskontinuitäten gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen gehalten, so dass das Bestücken 325 (1B) der zweiten Oberfläche 103 der Schaltungsträgerplatte 100 präzise ausgeführt werden kann.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Verfahren weiter aufweist: Aufbringen 322 (1B) einer Lotpaste LP' auf die von dem metallischen Körper 200 abgewandte (zweite) Oberfläche 103 der Schaltungsträgerplatte 100. Dieses Aufbringen 322 wird bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen beispielsweise nach dem Anordnen 320 der Schaltungsträgerplatte an dem metallischen Körper und beispielsweise vor dem Bestücken 325 der zweiten Oberfläche 103 der Schaltungsträgerplatte mit der wenigstens einen weiteren Komponente 120 ausgeführt.
Nach dem Bestücken 325 kann der Gesamtaufbau aufweisend den metallischen Körper 200 und die auf ihrer zweiten Oberfläche 103 bestückte, an dem metallischen Körper 200 mittels der Lotpaste LP angeordnete Schaltungsträgerplatte 100, dem Fügeprozess 330, z.B. einem einstufigen Reflow-Lötprozess, unterworfen werden, wobei vorteilhaft eine stoffschlüssige Verbindung der Schaltungsträgerplatte 100 mit dem metallischen Körper 200 hergestellt wird und eine stoffschlüssige Verbindung der weiteren Komponenten 120 mit der zweiten Oberfläche 103 der Schaltungsträgerplatte 100.
Weitere beispielhafte Ausführungsformen beziehen sich auf einen metallischen Körper 200 (2C), beispielsweise Kühlkörper 200a (3), aufweisend wenigstens eine stoffschlüssig mit dem metallischen Körper 200, 200a verbundene Schaltungsträgerplatte 100, 100a, erhalten durch ein Verfahren gemäß den Ausführungsformen. Weitere beispielhafte Ausführungsformen, 8, beziehen sich auf eine Verwendung 400 des Verfahrens gemäß den Ausführungsformen und/oder des metallischen Körpers gemäß den Ausführungsformen für wenigstens eines der folgenden Elemente: a) wenigstens bereichsweises stoffschlüssiges Verbinden 402 des metallischen Körpers mit der wenigstens einen Schaltungsträgerplatte, b) Befestigen 404 wenigstens einer bereits zumindest teilweise bestückten bzw. zumindest teilweise noch zu bestückenden Schaltungsträgerplatte an dem metallischen Körper, c) wenigstens bereichsweises stoffschlüssiges Verbinden 406 des metallischen Körpers mit der wenigstens einen Schaltungsträgerplatte und gleichzeitiges wenigstens bereichsweises stoffschlüssiges Verbinden von weiteren Komponenten 120 mit der Schaltungsträgerplatte (z.B. auf der zweiten Oberfläche 103 der Schaltungsträgerplatte), beispielsweise unter Verwendung eines, beispielsweise einstufigen, Reflow-Lötprozesses, d) thermisch leitfähiges und mechanisches Verbinden der Schaltungsträgerplatte mit dem metallischen Körper, e) Ausgleichen bzw. zumindest teilweises Aufnehmen von z.B. temperaturwechselbedingten mechanischen Spannungen zwischen dem metallischen Körper und der Schaltungsträgerplatte, f) Entwärmen der Schaltungsträgerplatte bzw. wenigstens einer (weiteren) auf der Schaltungsträgerplatte angeordneten Komponente 120, z.B. Entwärmen einer Leuchtdiode bzw. einer mehrere Leuchtdioden aufweisenden Leuchtdiodenanordnung, g) Halten, z.B. Fixieren der Schaltungsträgerplatte, z.B. für eine Bestückung ihrer zweiten Oberfläche, h) Ermöglichen eines einstufigen Reflow-Lötprozesses zum thermisch leitfähigen und mechanischen Verbinden der Schaltungsträgerplatte mit dem metallischen Körper und, z.B. gleichzeitig, zum Fügen von z.B. auf der zweiten Oberfläche der Schaltungsträgerplatte angeordneten weiteren Komponenten (z.B. die beispielhaft o.g. Bauelemente) mit der Schaltungsträgerplatte.
Weitere beispielhafte Ausführungsformen ermöglichen z.B. folgende Anwendung: Eine doppelseitige, Leiterplatte 100a (3) aus FR4- oder CEM3- Basismaterial 101 oder eine keramische Leiterplatte, z.B. aus Aluminiumoxid, wird in einer ausreichend großen Sicke 202a (2A) eines Kühlkörpers 200a, z.B. auf der Bottom-Lage (Kupferbeschichtung der ersten Oberfläche 102, s. 2B) mit Lotpaste LP positioniert bzw. angeordnet. Dann werden die weiteren Bauelemente 120, z.B. inklusive Steckverbinder und/oder LED(s) nach dem Auftragen 322 (1B) der Lotpaste LP' auf der Top-Lage (Kupferbeschichtung der zweiten Oberfläche 103, s. 2B) dieser Leiterplatte 100a (3) positioniert. Danach kann die gesamte Anordnung für das Fügen 330 (1A) z.B. in einen Reflow-Ofen gefahren werden.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann ein Finishing (abschließende Oberflächenbehandlung z.B. von (Kupfer-)Leiterbahnen) mittels chemisch Zinn ausgeführt werden, z.B. auf der zweiten Oberfläche 103. Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen wird zumindest auf der ersten Oberfläche 102 kein Lötstopplack vorgesehen, es sei denn, es soll eine rein mechanische Verbindung geschaffen und z.B. eine elektrische Isolierung vorgesehen werden.
Sofern bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen z.B. verschiedene elektrische Potentiale auf der „Unterseite“ 102 vorhanden sind, kann z.B. ein keramisches Basismaterial 101 als Isolator verwendet werden.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen wird ein Durchmesser für die z.B. zylindrischen Oberflächendiskontinuitäten 110c (6A, 6B) so groß gewählt, dass sie bei Temperaturwechseln ggf. auftretenden Scherkräften (Richtung z.B. ähnlich den nicht bezeichneten Pfeilen der 6B) standhalten und z.B. Kapillareffekte bei der Aufschmelzung der Lotpaste LP1 während des Fügens 330 berücksichtigt werden.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann, z.B. unterstützend, ein Kleber zwischen den Bauteilen 100b, 200d eingesetzt werden, der z.B. während des Fügens 330, z.B. beim „Hochfahren“ der Reflow-Kurve (Erhöhen der Temperatur während des Reflow-Lötprozesses), aushärtet, z.B. bevor das Lot bzw. die Lotpaste LP aufschmilzt. Dadurch werden die Bauteile 100b, 200d auch dann sicher aneinander gehalten, während die Lötverbindung nicht bereits vollendet ist. Zudem bleiben die Bauteile dadurch auch in ihrer Position bzw. Lage.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann der metallische Körper 200, z.B. Kühlkörper, wie folgt behandelt, z.B. vorbereitet, werden. Das Aluminium 200 wird vor der Verarbeitung 300, 310, .., z.B. galvanisch vorbehandelt: Ein optionaler Beizprozess inklusive Auftragen einer Nickel- und anschließenden Zinnschicht (vgl. z.B. das Bezugszeichen 205 gemäß 5, garantiert eine gut lötfähige Oberfläche des metallischen Körpers 200 für das Fügen 300.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen können z.B. auch bereits gebogene Kühlkörper 200a (vgl. die z.B. abgebogenen Kühlfahnen 201, 3), galvanisch behandelt werden, z.B. zum Aufbringen der optionalen Nickel-(Zinn-)-Schicht 205.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann das Halbzeug 200 nun gestanzt und/oder geprägt und/oder gedrückt und/oder gebogen werden. Je nach Typ der Schaltungsträgerplatte 100 kann bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen eine passende Vertiefung bzw. Sicke 202a vorgesehen werden. Die Schaltungsträgerplatte 100 kann z.B. mit ihrer Top-Lage 103 bündig mit der Oberfläche 202 des Kühlkörpers 200a abschließen.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen können alternativ oder zusätzlich zu der Vertiefung bzw. Sicke 202a (weitere) Oberflächendiskontinuitäten 110a, 110b, 110c vorgesehen werden, vgl. die vorstehenden Ausführungen zu 4A bis 6B.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen können mehrere metallische Körper 200 bzw. Kühlkörper durch einen gemeinsamen Materialträger (nicht gezeigt) gehalten werden, z.B. für die Schritte des Anordnens 320 (1B), Aufbringens 322, und Bestückens 325, sowie für das Reflow-Löten 330a.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen können sich zumindest zeitweise zumindest manche der nachstehend genannten Vorteile einstellen: Es ist nur ein Lötprozess 330 notwendig. Die Anordnung/Positionierung 320 erfolgt z.B. gemäß Footprint („Fußabdruck“, hier: „Umriß“) der Schaltungsträgerplatte 100 an dem Alukörper 200 und auf der Schaltungsträgerplatte 100 und kann mit bekannten Methoden validiert werden. Es entfallen Schraub- und Wärmeleit-Klebeprozesse. Vorhandenes Fertigungsequipment kann weiter verwendet werden. Die thermische Anbindung der Bauteile 100, 200 zueinander erfolgt über das Zinn LP. Eventuell durch Materialausdehnung geschädigte Lötstellen verteilen sich - insbesondere bei Ausführungsformen mit einem Raster einer Mehrzahl von Oberflächendiskontinuitäten (6) auf mehrere (Löt-)Anbindungen, so dass der Wärmefluss nicht abbricht. Die bekannten Leiterplattentypen, z.B. FR4, CEM3, können verwendet werden. Es gibt kaum Einschränkungen im Design bis auf die maximale Größe und die Wärmekapazität des Kühlkörpers 200 im Lötprozess 330a.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen sind beispielsweise ein oder mehrere der folgenden Aspekte verwendbar, z.B. um einen CTE-mismatch (Unterschied bzw. Fehlanpassung von Wärmeausdehnungskoeffizienten) abzumildern bzw. zu minimieren:

a. Eine gerasterte Leiterplatten-Unterseite 102 (Rasterung z.B. gebildet durch die Oberflächendiskontinuität(en), z.B. Noppen, 110a) greift in Eintiefungen bzw. Vertiefungen 202b des metallischen Körpers 200b ein, vgl. z.B. 4A, 4B;
b. Leiterplatte 100a „rastet“ bzw. greift im Bereich des PTH 110b auf dem metallischen Körper 200c ein, vgl. z.B. 5;
c. Unterseite 102 der Leiterplatte 100b und Oberseite des metallischen Körpers 200d sind gerastert, vgl. Bezugszeichen 100c, 202c gemäß 6A, 6B.

Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann auch bei den vorstehend beschriebenen Aspekten a., b., c. beispielsweise eine Verbindung zwischen dem Material der Leiterplatte bzw. der Strukturierung der Leiterplatte und dem Material (der Strukturierung) des metallischen Körpers in Form einer Lotpaste verwendet werden, beispielsweise auf chemisch bzw. galvanisch präpariertem Untergrundmaterial (z.B. des metallischen Körpers), z.B. Aluminium.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen sind die vorstehend beschriebenen Aspekte a., b., c. z.B. untereinander kombinierbar, z.B. Aspekt a. mit Aspekt c.
Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen sind die vorstehend beschriebenen Aspekte a., b., c. z.B. auch - jeweils in Kombination untereinander oder einzeln - mit wenigstens einer der vorstehend beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen kombinierbar.

Claims

Verfahren zum Verbinden einer wenigstens eine Komponente (110) aufweisenden Schaltungsträgerplatte (100) mit einem metallischen Körper (200), aufweisend die folgenden Schritte: Bereitstellen (300) des metallischen Körpers (200) mit mindestens einer ersten Oberfläche (202), wobei die erste Oberfläche (202) in einem ersten Bereich (B1) wenigstens eine Oberflächendiskontinuität (202a; 202b; 202c) aufweist, Aufbringen (310) einer Lotpaste (LP) in dem ersten Bereich (B1), Anordnen (320) der Schaltungsträgerplatte (100) an dem metallischen Körper (200) in dem ersten Bereich (B1) oder und/oder umgekehrt, Fügen (330) der wenigstens einen Komponente (110) der Schaltungsträgerplatte (100) mit dem metallischen Körper (200) in dem ersten Bereich (B1) mittels eines, beispielsweise einstufigen, Reflow-Lötprozesses (330a).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Oberflächendiskontinuität (202a; 202b) eine Vertiefung ist, beispielsweise von wenigstens einem der folgenden Typen: a) Sicke, b) quaderförmige Ausnehmung, c) zylindrische Ausnehmung, d) konische Ausnehmung.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Vertiefung (202a) a) eine Breite (BV) aufweist, die größer als eine Breite (BS) der Schaltungsträgerplatte (100) ist und/oder b) eine Länge (LV), die größer als eine Länge (LS) der Schaltungsträgerplatte (100) ist, wobei beispielsweise das Anordnen (320) der Schaltungsträgerplatte (100) an dem metallischen Körper (200) in dem ersten Bereich (B1) ein zumindest teilweises und/oder bereichsweises Einlegen der Schaltungsträgerplatte (100) in die Vertiefung (202a) aufweist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Oberflächendiskontinuität (202c) eine Materialanhäufung ist, beispielsweise von wenigstens einem der folgenden Typen: a) Zylinder, beispielsweise Kreiszylinder, b) Konus, c) Quader.
Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Komponente (110) der Schaltungsträgerplatte (100) wenigstens eine Oberflächendiskontinuität (110a; 110b) einer Oberfläche (102) der Schaltungsträgerplatte (100) ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Oberflächendiskontinuität (110a; 110b) der Oberfläche (102) der Schaltungsträgerplatte (100) eine Materialanhäufung oder eine Vertiefung im Bereich der Oberfläche (102) der Schaltungsträgerplatte (100) ist, wobei beispielsweise die Oberflächendiskontinuität (110a; 110b) der Oberfläche (102) der Schaltungsträgerplatte (100) wenigstens eines der folgenden Elemente aufweist: a) eine Leiterbahn, b) ein, beispielsweise metallisiertes, Durchkontaktierungsloch.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei das Anordnen (320) so erfolgt, dass die wenigstens eine Oberflächendiskontinuität (202a; 202b; 202c) des metallischen Körpers (200) zumindest bereichsweise in die wenigstens eine Oberflächendiskontinuität (110a; 110b) der Schaltungsträgerplatte (100) eingreift oder umgekehrt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Aufbringen (310) der Lotpaste (LP) in dem ersten Bereich (B1) ein Aufbringen (310a) wenigstens eines Teils der Lotpaste (LP) zwischen der Oberflächendiskontinuität (202a; 202b; 202c) des metallischen Körpers (200) und der Oberflächendiskontinuität (110a; 110b) der Schaltungsträgerplatte (100) aufweist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Aufbringen (310) der Lotpaste (LP) ein Aufbringen (310b) der Lotpaste (LP) auf die wenigstens eine Komponente (110) der Schaltungsträgerplatte (100) und ein anschließendes Aufbringen der Lotpaste (LP) mittels der wenigstens einen Komponente (110) der Schaltungsträgerplatte (100) in dem ersten Bereich (B1) der wenigstens einen Oberflächendiskontinuität (202a; 202b; 202c) des metallischen Körpers (200) aufweist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Oberfläche (202) des metallischen Körpers (200) in dem ersten Bereich (B1) eine Nickelschicht (205) oder Zinnschicht (205) aufweist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Komponente (110) der Schaltungsträgerplatte (100) eine Zinnschicht (105), beispielsweise eine chemisch aufgebrachte Zinnschicht, aufweist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der metallische Körper (200) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Basismaterial (101) der Schaltungsträgerplatte aus wenigstens einem der folgenden Materialien besteht: a) Glasfasern aufweisender Verbundwerkstoff, beispielsweise FR4 oder CEM3, b) Keramikmaterial, beispielsweise Aluminiumoxid.
Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, weiter aufweisend: beispielsweise nach dem Anordnen (320), Bestücken (325) einer von dem metallischen Körper (200) abgewandten Oberfläche (103) mit wenigstens einer weiteren Komponente (120).
Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, weiter aufweisend: beispielsweise nach dem Anordnen (320), beispielsweise vor einem bzw. dem Bestücken (325) einer bzw. der von dem metallischen Körper (200) abgewandten Oberfläche (103) mit wenigstens einer weiteren Komponente (120), Aufbringen (322) einer Lotpaste (LP') auf die von dem metallischen Körper (200) abgewandte Oberfläche (103) der Schaltungsträgerplatte (100).
Metallischer Körper (200), aufweisend wenigstens eine stoffschlüssig mit dem metallischen Körper (200) verbundene Schaltungsträgerplatte (100), erhalten durch ein Verfahren gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche.
Verwendung (400) des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15 für wenigstens eines der folgenden Elemente: a) wenigstens bereichsweises stoffschlüssiges Verbinden (402) des metallischen Körpers (200) mit der wenigstens einen Schaltungsträgerplatte (100), b) Befestigen (404) wenigstens einer bereits zumindest teilweise bestückten Schaltungsträgerplatte (100) an dem metallischen Körper (200), c) wenigstens bereichsweises stoffschlüssiges Verbinden (406) des metallischen Körpers (200) mit der wenigstens einen Schaltungsträgerplatte (100) und gleichzeitiges wenigstens bereichsweises stoffschlüssiges Verbinden von weiteren Komponenten (120) mit der Schaltungsträgerplatte (110), beispielsweise unter Verwendung eines, beispielsweise einstufigen, Reflow-Lötprozesses.