DE102020208360B4 - Shaped wire, printed circuit board, power electronics and method of manufacturing a printed circuit board - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Formdraht (10) zur unmittelbaren und/oder mittelbaren elektrischen Verbindung mit einer Kontaktfläche (12) einer Leiterplatte (14) und/oder einer Kontaktfläche eines elektrischen Bausteins, wobei der Formdraht (10) an einem jeweiligen distalen Ende (16), bezogen auf einen Querschnitt des Formdrahts (10) senkrecht zu dessen Längsrichtung (18), einen Endabschnitt (20) mit einer Aufstandsfläche (22) aufweist, wobei die Endabschnitte (20) über einen Steg (24) miteinander verbunden sind, und der Steg (24) gegenüber den Endabschnitten (20) und/oder den Aufstandsflächen (22) in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung (18) des Formdrahts (10) zumindest abschnittsweise zurückspringend ausgebildet ist, wobei der Steg (24) zwischen den Endabschnitten (20) auf einer den Endabschnitten (20) zugewandten Seite einen Steggrund (28) aufweist, die Endabschnitte (20) als Vorsprünge ausgebildet sind, die in der Richtung senkrecht zur Längsrichtung (18) des Formdrahts (10) vom Steg (24) abstehen, wobei die Aufstandsfläche (22) der Endabschnitte (20) zum Steggrund (28) in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung (18) des Formdrahts (10) eine Tiefe t von 0,02 bis 0,1 µm aufweisen.Zudem betrifft die Erfindung eine Leiterplatte (14) mit einem Formdraht (10), eine Leistungselektronik mit der Leiterplatte (14) und ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte (14).The invention relates to a shaped wire (10) for direct and/or indirect electrical connection to a contact surface (12) of a printed circuit board (14) and/or a contact surface of an electrical component, the shaped wire (10) being connected at a respective distal end (16) , based on a cross section of the shaped wire (10) perpendicular to its longitudinal direction (18), has an end section (20) with a contact area (22), the end sections (20) being connected to one another via a web (24), and the web (24) is set back at least in sections in relation to the end sections (20) and/or the contact surfaces (22) in a direction perpendicular to the longitudinal direction (18) of the shaped wire (10), the web (24) between the end sections (20). one end sections (20) facing side has a web base (28), the end sections (20) are designed as projections in the direction perpendicular to the longitudinal direction (18) of the shaped wire (10) v protruding from the web (24), the contact surface (22) of the end sections (20) having a depth t of 0.02 to 0.1 µm to the web base (28) in a direction perpendicular to the longitudinal direction (18) of the shaped wire (10). . In addition, the invention relates to a printed circuit board (14) with a molded wire (10), power electronics with the printed circuit board (14) and a method for producing a printed circuit board (14).
Description
Die Erfindung betrifft einen Formdraht zur elektrisch leitenden Verbindung mit einer Leiterplatte und/oder einem auf der Leiterplatte angeordneten elektrischen Baustein. Zudem betrifft die Erfindung eine Leiterplatte die mittelbar und/oder unmittelbar mit dem Formdraht elektrisch leitend angebunden ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Leistungselektronik mit der erfindungsgemäßen Leiterplatte. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Leiterplatte bzw. zur Herstellung einer Leiterplattenkontaktierung.The invention relates to a molded wire for electrically conductive connection to a printed circuit board and/or an electrical component arranged on the printed circuit board. In addition, the invention relates to a printed circuit board which is electrically conductively connected directly and/or indirectly to the shaped wire. Furthermore, the invention relates to power electronics with the circuit board according to the invention. Furthermore, the invention relates to a method for producing the circuit board according to the invention or for producing a circuit board contact.
Leiterplatten sind grundsätzlich bekannt. Die bekannten Leiterplatten weisen eine Oberseite auf. Auf der Oberseite ist für gewöhnlich eine Kontaktschicht ausgebildet. Ferner ist bekannt, dass auf einer Leiterplatte ein elektrischer Baustein mit einer Kontaktfläche angeordnet sein kann. Die Kontaktfläche der Leiterplatte oder des Bausteins kann über einen Bonddraht elektrisch leitend angebunden werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Bonddraht auf die Kontaktfläche der Leiterplatte oder auf die Kontaktfläche des elektrischen Bausteins aufgebonded ist. Ein direktes, also unmittelbares Aufschweißen eines Bonddrahts auf die Kontaktfläche der Leiterplatte bzw. der Kontaktfläche des elektrischen Bausteins ist nicht möglich, da der Energieeintrag des Laserschweißgeräts zu hoch ist. Dies hat zur Folge, dass die Leiterplatte oder der elektrische Baustein beschädigt wird. Eine bekannte Lösung ist daher, dass auf die Kontaktfläche ein zusätzliches Kupferplättchen aufgeklebt wird, und auf das Kupferplättchen der Bonddraht aufgeschweißt wird. Somit wird die Dicke der Kontaktfläche vergrößert, um den Energieeintrag bzw. Wärmeeintrag in die Leiterplatte zur stoffschlüssigen Anbindung des Bonddrahts auf das Kupferplättchen zu reduzieren. Diese bekannte Lösung erfordert demnach einen zusätzlichen Arbeitsschritt und zusätzliches leitfähiges Material, was die Kosten der Leiterplatte erhöht.Printed circuit boards are known in principle. The known printed circuit boards have an upper side. A contact layer is usually formed on the upper side. It is also known that an electrical component with a contact surface can be arranged on a printed circuit board. The contact surface of the printed circuit board or the component can be electrically connected via a bonding wire. It can be provided that the bonding wire is bonded onto the contact surface of the printed circuit board or onto the contact surface of the electrical component. A direct, ie immediate, welding of a bonding wire onto the contact surface of the printed circuit board or the contact surface of the electrical component is not possible, since the energy input of the laser welding device is too high. As a result, the printed circuit board or the electrical component is damaged. A known solution is therefore that an additional small copper plate is glued onto the contact surface and the bonding wire is welded onto the small copper plate. The thickness of the contact surface is thus increased in order to reduce the input of energy or heat into the printed circuit board for the integral connection of the bonding wire to the small copper plate. This known solution therefore requires an additional work step and additional conductive material, which increases the cost of the printed circuit board.
Die
In der
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Formdraht zur unmittelbaren Anordnung auf einer Kontaktfläche einer Leiterplatte bzw. auf einer Kontaktfläche eines elektrischen Bausteins anzugeben, der ein Aufschweißen des Formdrahts auf die Kontaktfläche ermöglicht und Beeinträchtigungen an der Leiterplatte und/oder dem Baustein während des Anbindungsvorgangs minimiert sind. Zudem ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Leiterplatte bereitzustellen, die preiswert herstellbar ist. Überdies liegt eine Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte anzugeben, mit dem die Leiterplatte kostengünstig herstellbar ist.It is an object of the present invention to specify a shaped wire for direct arrangement on a contact surface of a printed circuit board or on a contact surface of an electrical component, which allows the shaped wire to be welded onto the contact surface and prevents impairments on the printed circuit board and/or the component during the connection process are minimized. In addition, it is an object of the invention to provide a printed circuit board that can be produced inexpensively. Furthermore, one object of the invention is to specify a method for producing a printed circuit board, with which the printed circuit board can be produced inexpensively.
Die Aufgaben der Erfindung werden durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche, sowie das Verfahren des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachstehenden Beschreibung, wobei jedes Merkmals sowohl einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen kann.The objects of the invention are achieved by the subject matter of the independent patent claims and the method of the independent patent claim. Preferred refinements of the invention result from the dependent claims and the following description, with each feature being able to represent an aspect of the invention both individually and in combination.
Die Erfindung betrifft einen Formdraht zur unmittelbaren und/oder mittelbaren elektrischen Verbindung mit einer Kontaktfläche einer Leiterplatte und/oder einer Kontaktfläche eines elektrischen Bausteins, wobei der Formdraht an einem jeweiligen distalen Ende, bezogen auf einen Querschnitt des Formdrahts senkrecht zu dessen Längsrichtung, einen Endabschnitt mit einer Aufstandsfläche aufweist, wobei die Endabschnitte über einen Steg miteinander verbunden sind, und der Steg gegenüber den Endabschnitten und/oder den Aufstandsflächen in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Formdrahts zumindest abschnittsweise zurückspringend ausgebildet ist, wobei der Steg zwischen den Endabschnitten auf einer den Endabschnitten zugewandten Seite einen Steggrund aufweist, die Endabschnitte als Vorsprünge ausgebildet sind, die in der Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Formdrahts vom Steg abstehen, wobei die Aufstandsfläche der Endabschnitte zum Steggrund in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Formdrahts eine Tiefe t von 0,02 bis 0,1 µm aufweisen.The invention relates to a shaped wire for direct and/or indirect electrical connection to a contact surface of a printed circuit board and/or a contact surface of an electrical component, the shaped wire having an end section at a respective distal end, based on a cross section of the shaped wire perpendicular to its longitudinal direction has a contact surface, the end sections being connected to one another via a web, and the web is designed to be set back at least in sections in relation to the end sections and/or the contact surfaces in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the shaped wire, the web between the end sections on a surface facing the end sections Page has a web base, the end portions are formed as projections that protrude in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the wire from the web, wherein the contact area of the end portions to the web base in a direction perpendicular to the Längsri direction of the shaped wire have a depth t of 0.02 to 0.1 µm.
Es ist demnach ein Aspekt der Erfindung, dass ein Formdraht bereitgestellt wird. Der Formdraht ist elektrisch leitend ausgebildet. Er dient zur elektrischen Kontaktierung mit einer Kontaktfläche einer Leiterplatte und/oder einer Kontaktfläche eines elektrischen Bausteins, der auf der Leiterplatte angeordnet ist. Die Kontaktfläche kann unmittelbar auf einer Oberseite der Leiterplatte ausgebildet sein. Der Formdraht kann unmittelbar auf diese Kontaktfläche angeordnet werden. Ebenso kann der Formdraht unmittelbar auf die Kontaktfläche des elektrischen Bausteins angeordnet und/oder angebunden werden.Accordingly, it is an aspect of the invention that a forming wire is provided. The form wire is designed to be electrically conductive. It is used for making electrical contact with a contact surface of a printed circuit board and/or a contact surface of an electrical component that is arranged on the printed circuit board. The contact surface can be formed directly on a top side of the printed circuit board. The form wire can be placed directly on this contact surface. Likewise, the shaped wire can be arranged and/or connected directly to the contact surface of the electrical component.
Der Formdraht weist eine Längsrichtung auf. Bezogen auf einen Querschnitt des Formdrahts in einer Richtung senkrecht zu dessen Längsrichtung, weist der Formdraht an den jeweiligen distalen Enden einen Endabschnitt auf, wobei jeder Endabschnitt einen Aufstandsfläche aufweist, über die der Formdraht auf der Kontaktfläche der Leiterplatte bzw. der Kontaktfläche des elektrischen Bausteins aufstehen kann. Die Endabschnitt sind über einen Steg miteinander verbunden, wobei der Steg gegenüber den Endabschnitten und/oder den Aufstandsflächen in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Formdrahts zumindest abschnittsweise zurückspringend ausgebildet ist. Mit anderen Worten wird, wenn der Formdraht auf einer Kontaktfläche mit den Aufstandsflächen aufliegt, ein vordefinierter Luftspalt zwischen der Kontaktfläche und dem Steg ausgebildet, der durch die Endabschnitte seitlich begrenzt ist. Wird nun der Formdraht zur stoffschlüssigen Verbindung mit der Kontaktfläche erwärmt und oder erhitzt, ist der Energieeintrag auf die Leiterplatte aufgrund des Luftspalts reduziert, so dass Beeinträchtigung der Leiterplatte und/oder des elektrischen Bausteins während des Anbindungsvorgangs reduziert werden können.The forming wire has a longitudinal direction. Referred to a cross section of the forming wire in a direction perpendicular to its longitudinal direction, the formed wire has an end section at the respective distal ends, each end section having a contact surface over which the formed wire can stand on the contact surface of the printed circuit board or the contact surface of the electrical component. The end sections are connected to one another via a web, the web being set back at least in sections in relation to the end sections and/or the contact surfaces in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the shaped wire. In other words, when the shaped wire rests on a contact surface with the contact surfaces, a predefined air gap is formed between the contact surface and the web, which is laterally delimited by the end sections. If the formed wire is now heated and/or heated for the material connection with the contact surface, the energy input to the printed circuit board is reduced due to the air gap, so that impairment of the printed circuit board and/or the electrical component during the connection process can be reduced.
Grundsätzlich kann der Formdraht eine derartige Geometrie und oder Profilierung aufweisen, die es ermöglicht, einen vordefinierten Abstand bzw. Luftspalt zwischen Steg und Kontaktfläche auszubilden, wenn der Formdraht mit den Aufstandsflächen auf der Kontaktfläche aufsteht.In principle, the shaped wire can have such a geometry and/or profiling that makes it possible to form a predefined distance or air gap between the web and the contact surface when the shaped wire rests with the contact surfaces on the contact surface.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Steg zwischen den Endabschnitten auf einer den Endabschnitten zugewandten Seite einen Steggrund aufweist, die Endabschnitte als Vorsprünge ausgebildet sind, die in der Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Formdrahts vom Steg abstehen, wobei die Aufstandsfläche der Endabschnitte zum Steggrund in der Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Formdrahts eine Tiefe t von 0,02 µm bis 0,1 µm aufweisen, wobei die Grenzen mit eingeschlossen sind. Vorzugsweise beträgt die Tiefe zwischen 0,03 µm und 0,08 µm. Ganz besonders bevorzugt beträgt die Tiefe t 0,05 µm. Ein derart kleiner Luftspalt reicht bereits aus, den Energieeintrag in die Leiterplatte oder den elektrischen Baustein während des Anbindungsvorgangs zur elektrisch leitenden Kontaktierung des Formdrahts mit der Kontaktfläche zu reduzieren, und entsprechende Schäden an Leiterplatte und/oder elektrischem Baustein zu minimieren.According to the invention, it is provided that the web between the end sections has a web base on a side facing the end sections, the end sections are designed as projections which protrude from the web in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the shaped wire, with the contact area of the end sections facing the web base in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the forming wire have a depth t of 0.02 µm to 0.1 µm, the limits included. Preferably the depth is between 0.03 µm and 0.08 µm. The depth t is very particularly preferably 0.05 μm. Such a small air gap is already sufficient to reduce the energy input into the printed circuit board or the electrical component during the connection process for electrically conductive contacting of the formed wire with the contact surface and to minimize corresponding damage to the printed circuit board and/or electrical component.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass der Formdraht im Querschnitt U-förmig, V-förmig, bogenförmig oder halbkreisförmig ausgebildet ist. Auf diese Weise werden unterschiedlich Querschnitte angegeben, die eine mögliche Ausbildung des Formdrahts beschreiben, um einen entsprechenden vordefinierten Luftspalt auszubilden, wenn der Formdraht mit den Aufstandsflächen auf der Kontaktfläche aufsitzt.An advantageous development of the invention lies in the fact that the shaped wire has a U-shaped, V-shaped, arc-shaped or semi-circular cross-section. In this way, different cross sections are specified, which describe a possible configuration of the shaped wire in order to form a corresponding predefined air gap when the shaped wire is seated with the contact surfaces on the contact surface.
Der Formdraht ist elektrisch leitend ausgebildet. Vorzugsweise ist der Formdraht aus einem Metall hergestellt. Das Metall kann Aluminium, Gold, Silber oder Nickel sein bzw. zumindest teilweise aus Aluminium, Gold, Silber oder Nickel ausgebildet sein. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass der Formdraht aus Kupfer ausgebildet ist und/oder zumindest teilweise Kupfer aufweist. Kupfer ist ein guter Stromleiter und gegenüber Silber etwas preiswerter. Auf diese Weise können die Kosten des Formdrahts reduziert werden.The form wire is designed to be electrically conductive. Preferably the forming wire is made of a metal. The metal can be aluminium, gold, silver or nickel or at least partially made of aluminium, gold, silver or nickel. An advantageous development of the invention lies in the fact that the shaped wire is made of copper and/or at least partially has copper. Copper is a good conductor of electricity and is slightly cheaper than silver. In this way, the cost of the forming wire can be reduced.
Die Erfindung betrifft zudem eine Leiterplatte zur Anordnung in einer Leistungselektronik eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einer Oberseite, wobei auf der Oberseite der Leiterplatte wenigstens eine elektrisch leitfähige Kontaktfläche und/oder wenigstens ein elektrischer Baustein mit einer elektrischen Kontaktfläche ausgebildet ist, wobei die Kontaktfläche der Leiterplatte und/oder die Kontaktfläche des elektrischen Bausteins über einen Formdraht elektrisch leitend angebunden und/oder verbunden ist, wobei der Formdraht an einem jeweiligen distalen Ende, bezogen auf einen Querschnitt des Formdrahts senkrecht zu dessen Längsrichtung, einen Endabschnitt mit einer Aufstandsfläche aufweist, wobei die Endabschnitte über einen Steg miteinander verbunden sind, und der Steg gegenüber den Endabschnitten und/oder den Aufstandsflächen in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Formdrahts zumindest abschnittsweise zurückspringend ausgebildet ist,
der Formdraht zumindest abschnittsweise mit den Aufstandsflächen auf der Kontaktfläche aufsitzt, und
der Formdraht (10) auf einer der Oberseite (30) abgewandten Seite einen Drahtrücken aufweist, und durch einen Energieeintrag auf den Drahtrücken der Steg (28) in Richtung Kontaktfläche (12) gesenkt ist, und mit dieser stoffschlüssig verbunden ist.The invention also relates to a printed circuit board for arrangement in power electronics of a motor vehicle, having at least one upper side, at least one electrically conductive contact surface and/or at least one electrical component having an electrical contact surface being formed on the upper side of the printed circuit board, the contact surface of the printed circuit board and /or the contact surface of the electrical component is electrically conductively attached and/or connected via a shaped wire, the shaped wire having an end section with a contact surface at a respective distal end, based on a cross section of the shaped wire perpendicular to its longitudinal direction, the end sections over are connected to each other by a web, and the web is designed to be set back at least in sections in relation to the end sections and/or the contact surfaces in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the shaped wire,
the shaped wire is seated at least in sections with the contact surfaces on the contact surface, and
the shaped wire (10) has a wire spine on a side facing away from the upper side (30), and the web (28) is lowered in the direction of the contact surface (12) by energy being applied to the wire spine and is materially connected to it.
Mit anderen Worten betrifft die Erfindung eine Leiterplatte zur Anordnung in einer Leistungselektronik. Die Leiterplatte kann einschichtig oder mehrschichtig ausgebildet sein. Auf einer Oberseite der Leiterplatte ist eine Kontaktschicht ausgebildet. Die Kontaktschicht kann eine Metallisierungsschicht sein. Ebenso kann auf der Oberseite der Leiterplatte ein elektrischer Baustein mit einer Kontaktfläche angeordnet und elektrisch leitend mit der Leiterplatte verbunden sein. Der elektrische Baustein kann auch als Chip bezeichnet werden. Vorzugsweise ist der elektrische Baustein ein ASIC (application-specific integrated circuit) und/oder ein Transistor, insbesondere ein MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) und, oder ein IGBT (insulated-gate bipolar transistor). Der Formdraht sitzt mit seinen Aufstandsflächen auf der Kontaktfläche der Leiterplatte und/oder auf der Kontaktfläche des elektrischen Bausteins auf, so dass zwischen Kontaktfläche und Steg vorübergehend ein vordefinierter Luftspalt ausgebildet ist. Der Formdraht weist auf einer der Oberseite abgewandten Seite einen Drahtrücken auf. Durch einen Energieeintrag auf den Drahtrücken, senkt sich der Steg in Richtung Kontaktfläche und wird mit dieser stoffschlüssig verbunden. Der vordefinierte Luftspalt reduziert die Dauer der unmittelbaren Hitzeeinwirkung auf die Leiterplatte bzw. den elektrischen Baustein für die stoffschlüssige Verbindung des Formdrahts mit der entsprechenden Kontaktfläche, so dass Schäden an der Leiterplatte und/oder des elektrischen Bausteins reduziert werden können.In other words, the invention relates to a printed circuit board for arrangement in power electronics. The circuit board can be single-layer or multi-layer. A contact layer is formed on a top side of the printed circuit board. The contact layer can be a metallization layer. Likewise, an electrical component with a contact surface can be arranged on the upper side of the printed circuit board and connected to the printed circuit board in an electrically conductive manner. The electrical component can also be referred to as a chip. The electrical component is preferably an ASIC (application-specific integrated circuit) and/or a transistor, in particular a MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) and/or an IGBT (insulated-gate bipolar transistor). The shaped wire sits with its contact surfaces on the contact surface of the printed circuit board and/or on the contact surface of the electrical component, so that a predefined gap temporarily exists between the contact surface and the web gap is formed. The shaped wire has a wire spine on a side facing away from the top. By applying energy to the back of the wire, the web lowers in the direction of the contact surface and is firmly bonded to it. The predefined air gap reduces the duration of the direct heat effect on the printed circuit board or the electrical component for the material connection of the shaped wire with the corresponding contact surface, so that damage to the printed circuit board and/or the electrical component can be reduced.
Vorzugsweise ist der Formdraht unmittelbar auf der Kontaktfläche der Leiterplatte bzw. auf der Kontaktfläche des elektrischen Bausteins angeordnet. Daher liegt eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung darin, dass die Kontaktfläche der Leiterplatte und/oder die Kontaktfläche des elektrischen Bausteins, die mit dem Formdraht elektrisch leitend angebunden ist, Kupferplättchen-frei ausgebildet ist. Auf ein zusätzliches Kupferplättchen auf der Kontaktfläche zur Aufnahme der Energie aus dem Anbindungsvorgang des Formdrahts auf die Kontaktfläche kann somit verzichtet werden, so dass die Kosten der Leiterplatte reduziert werden können.The shaped wire is preferably arranged directly on the contact surface of the printed circuit board or on the contact surface of the electrical component. Therefore, an advantageous development of the invention lies in the fact that the contact surface of the printed circuit board and/or the contact surface of the electrical component, which is electrically conductively connected to the formed wire, is designed without copper plates. An additional small copper plate on the contact surface for absorbing the energy from the process of connecting the shaped wire to the contact surface can thus be dispensed with, so that the costs of the printed circuit board can be reduced.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kontaktfläche der Leiterplatte und/oder die Kontaktfläche des elektrischen Bausteins in einer Richtung senkrecht zur Ebene der Leiterplatte eine Schichtdicke von 35 bis 100 µm aufweist. Somit ist die Schichtdicke der Kontaktfläche auf ein Minium für die erforderliche elektrische Leitfähigkeit reduziert, so dass Materialkosten eingespart werden können.In an advantageous development of the invention, it is provided that the contact surface of the printed circuit board and/or the contact surface of the electrical component has a layer thickness of 35 to 100 μm in a direction perpendicular to the plane of the printed circuit board. The layer thickness of the contact surface is thus reduced to a minimum for the required electrical conductivity, so that material costs can be saved.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Kontaktfläche der Leiterplatte und/oder die Kontaktfläche des elektrischen Bausteins eine DCB-Schicht (direct copper bonded) oder eine IMS-Schicht (insulated metall substrate) ist und/oder aufweist, und der Formdraht auf der DCB-Schicht oder IMS-Schicht elektrisch leitend angebunden ist. Eine DCB-Schicht oder eine IMS-Schicht beschreibt einen mehrlagigen Aufbau, aus unterschiedlichen, zum Teil leitendenden und/oder nichtleitenden Abschnitten. Auf diese Weise können thermische Spannungen in der Schnittstelle zwischen Formdraht und Leiterplatte bzw. Formdraht und elektrischer Baustein abgebaut werden. Die Langlebigkeit der Leiterplatte bzw. der elektrischen Anbindung des Formdrahts auf der Leiterplatte bzw. dem elektrischen Baustein kann somit erhöht werden.A preferred embodiment of the invention is that the contact surface of the printed circuit board and/or the contact surface of the electrical component is and/or has a DCB layer (direct copper bonded) or an IMS layer (insulated metal substrate), and the shaped wire electrically conductively connected to the DCB layer or IMS layer. A DCB layer or an IMS layer describes a multi-layer structure made up of different sections, some of which are conductive and/or non-conductive. In this way, thermal stresses in the interface between the shaped wire and the printed circuit board or the shaped wire and the electrical component can be reduced. The longevity of the printed circuit board or the electrical connection of the shaped wire on the printed circuit board or the electrical component can thus be increased.
Die Kontaktfläche der Leiterplatte und/oder die Kontaktfläche des elektrischen Bausteins ist elektrisch leitend ausgebildet. Denkbar ist, dass die jeweilige Kontaktfläche aus Aluminium, Gold, Silber oder Nickel ausgebildet ist oder Bestandteil aus Aluminium, Gold, Silber oder Nickel aufweist. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass die Kontaktfläche der Leiterplatte und/oder die Kontaktfläche des elektrischen Bausteins aus Kupfer ausgebildet ist und/oder zumindest teilweise Kupfer aufweist. Kupfer ist ein guter Stromleiter und insbesondere gegenüber Silber und Gold preiswerter. Auf diese Weise können die Kosten der Leiterplatte reduziert werden.The contact surface of the printed circuit board and/or the contact surface of the electrical component is designed to be electrically conductive. It is conceivable that the respective contact surface is made of aluminum, gold, silver or nickel or has a component made of aluminum, gold, silver or nickel. An advantageous development of the invention lies in the fact that the contact surface of the printed circuit board and/or the contact surface of the electrical component is made of copper and/or at least partially has copper. Copper is a good conductor of electricity and is cheaper than silver and gold in particular. In this way, the cost of the circuit board can be reduced.
Die Erfindung betrifft zudem eine Leistungselektronik zur Anordnung in einem Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Leiterplatte.The invention also relates to power electronics for arrangement in a motor vehicle with the circuit board according to the invention.
Ferner betriff die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Leiterplatte, umfassend die Schritte:
- - Bereitstellen einer Leiterplatte mit einer Oberseite, wobei auf der Oberseite der Leiterplatte wenigstens eine Kontaktfläche ausgebildet ist und/oder wenigstens ein elektrischer Baustein mit einer Kontaktfläche angeordnet ist;
- - Anordnung eines Formdrahts auf der Kontaktfläche der Leiterplatte und/oder der Kontaktfläche des elektrischen Bausteins, wobei der Formdraht mit den Aufstandsflächen zumindest auf der Kontaktfläche der Leiterplatte oder der Kontaktfläche des elektrischen Bausteins aufsitzt, und zwischen den Endabschnitten, dem Steg und der Kontaktfläche ein Luftspalt ausgebildet ist,
- - Abschnittsweises erhitzen einer Drahtoberseite des Stegs, die auf einer der Oberseite der Leiterplatte abgewandten Seite des Formdrahts ausgebildet ist, so dass sich der Steggrund in Richtung Kontaktfläche senkt und der Steggrund stoffschlüssig und elektrisch leitend mit der Kontaktfläche verbunden wird.
- - Providing a printed circuit board with an upper side, at least one contact surface being formed on the upper side of the printed circuit board and/or at least one electrical component having a contact surface being arranged;
- - Arranging a shaped wire on the contact surface of the printed circuit board and/or the contact surface of the electrical component, the shaped wire with the contact surfaces being seated at least on the contact surface of the printed circuit board or the contact surface of the electrical component, and an air gap between the end sections, the web and the contact surface is trained,
- - Section-by-section heating of a wire top side of the web, which is formed on a side of the formed wire facing away from the top side of the printed circuit board, so that the base of the web sinks in the direction of the contact surface and the base of the web is connected to the contact surface in a materially bonded and electrically conductive manner.
Es ist demnach ein Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass der Formdraht mit den Aufstandsflächen auf der Kontaktfläche der Leiterplatte bzw. der Kontaktfläche des elektrischen Bausteins aufsitzt und ein Luftspalt zwischen dem Steggrund und der Kontaktfläche ausgebildet ist. Im Anschluss wird die Drahtoberseite zumindest abschnittsweise erwärmt, wodurch sich der Steg in Richtung Kontaktfläche senkt und mit der Kontaktfläche stoffschlüssig verbunden und elektrisch kontaktiert wird. Durch den Luftspalt kann die direkte bzw. unmittelbare Einwirkung auf die Leiterplatte verzögert werden, so dass eine Schädigung an der Leiterplatte und/oder dem elektrischen Baustein in Folge des Hitzeeintrags zur stoffschlüssigen Anbindung des Formdrahts an die entsprechende Kontaktstelle reduziert werden kann.It is therefore an aspect of the method according to the invention that the shaped wire rests with the contact surfaces on the contact surface of the printed circuit board or the contact surface of the electrical component and an air gap is formed between the web base and the contact surface. The upper side of the wire is then heated, at least in sections, as a result of which the web lowers in the direction of the contact surface and is materially connected to the contact surface and electrically contacted. The direct or immediate action on the printed circuit board can be delayed by the air gap, so that damage to the printed circuit board and/or the electrical component as a result of the heat input for the integral connection of the formed wire to the corresponding contact point can be reduced.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass die Drahtoberseite mittels eines Laserschmelzverfahrens und/oder Laserstrahlschweißverfahrens, insbesondere mit einem Festkörperlaser, erhitzt wird. Der Festkörperlaser kann auch als Materialbearbeitungslaser zum Wärmeleitschweißen bezeichnet werden und vorzugsweise eine Wellenlänge im Bereich 515 bis 535 nm und/oder im Bereich 1030 bis 1070 nm aufweisen, wobei die Grenzen mit eingeschlossen sind. Auf diese Weise kann eine Anbindung des Formdrahts mit der Kontaktfläche des Leiterplatte bzw. der Kontaktfläche des elektrischen Bausteins mittels einen konventionelles Schweißgeräts erfolgen. Somit sind keine Sondergeräte erforderlich, wodurch die Herstellungskosten reduziert werden können.An advantageous development of the invention is that the wire top by means of a Laser melting process and / or laser beam welding process, in particular with a solid-state laser, is heated. The solid-state laser can also be referred to as a material processing laser for heat conduction welding and preferably has a wavelength in the range from 515 to 535 nm and/or in the range from 1030 to 1070 nm, the limits being included. In this way, the formed wire can be connected to the contact surface of the printed circuit board or the contact surface of the electrical component by means of a conventional welding device. Thus, no special devices are required, which means that the manufacturing costs can be reduced.
Abschließend sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Drahtoberseite mittig zwischen den Endabschnitten erhitzt wird.Finally, an advantageous further development of the invention provides that the upper side of the wire is heated in the middle between the end sections.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den nachstehenden Ausführungsbeispielen. Die Ausführungsbeispiele sind nicht einschränkend, sondern vielmehr als beispielhaft zu verstehen. Sie sollen den Fachmann in die Lage versetzen, die Erfindung auszuführen. Die Anmelderin behält sich vor, einzelne und/oder mehrere der in den Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmalen zum Gegenstand von Patentansprüchen zu machen oder solche Merkmale in bestehende Ansprüche aufzunehmen. Die Ausführungsbeispiele werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Further features and advantages of the present invention result from the dependent claims and the exemplary embodiments below. The exemplary embodiments are not intended to be limiting, but rather to be understood as exemplary. They are intended to enable those skilled in the art to carry out the invention. The applicant reserves the right to make individual and/or several of the features disclosed in the exemplary embodiments the subject of patent claims or to include such features in existing claims. The exemplary embodiments are explained in more detail with reference to drawings.
In diesen zeigen:
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1 eine Ansicht eines Formdrahts in einer ersten Ausführungsform, -
2 eine Ansicht des Formdrahts in einer zweiten Ausführungsform, -
3 eine Ansicht des Formdrahts in einer dritten Ausführungsform, -
4 eine Leiterplatte mit dem Formdraht in der dritten Ausführungsform, -
5 eine Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte -
6 -8 Phasen der Verformung des Formdrahts während der Anbindung an eine Kontaktfläche.
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1 a view of a shaped wire in a first embodiment, -
2 a view of the shaped wire in a second embodiment, -
3 a view of the shaped wire in a third embodiment, -
4 a circuit board with the shaped wire in the third embodiment, -
5 a method of manufacturing a printed circuit board -
6 -8th Stages of deformation of the form wire during connection to a contact surface.
Grundsätzlich kann der Formdraht 10 auch auf eine Kontaktfläche eines elektrischen Bausteins angeordnet werden. Nachstehend wird für alle Ausführungsbeispiele jedoch immer Bezug genommen auf eine Kontaktfläche einer Leiterplatte. Es versteht sich jedoch, dass dies auch für eine Kontaktfläche eines elektrischen Bausteins gilt, der vorzugsweise ein Chip, ein ASIC (application-specific integrated circuit) ein Transistor, insbesondere ein MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) und/oder ein IGBT (insulated-gate bipolar transistor) sein kann.In principle, the shaped
Vorzugsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, weisen die Aufstandsfläche 22 der Endabschnitte 20 zum Steggrund in der Richtung senkrecht zur Längsrichtung 18 des Formdrahts 10 eine Tiefe t von 0,05 µm auf. Demnach beträgt der Luftspalt zwischen Kontaktfläche 12 und Steggrund 28 eine Dicke von 0,05 µm. Im Querschnitt weist die Aufstandsfläche 22 ein Breite von 0,3 µm auf. Bezogen auf den Querschnitt des Formdrahts beträgt die Bereite des Formdrahts 10 vorzugsweise 2 µm und die Höhe des Formdrahts 10 misst vorzugsweise 0,2 µm.Preferably, but not limited to this, the
In einem zweiten Schritt 110 wird der Formdraht 10 auf der Kontaktfläche 12 der Leiterplatte 14 angeordnet, wobei die Aufstandsflächen 22 des Formdrahts 10 auf der Kontaktfläche 12 zumindest abschnittsweise aufsitzen, und zwischen den Endabschnitten 20, dem Steg 24 und der Kontaktfläche 12 der Luftspalt 26 ausgebildet ist.In a
In einem dritten Schritt 120 wird die Drahtoberseite 32 des Formdrahts 10 zumindest abschnittsweise erhitzt, so dass sich der Steggrund 28 in Richtung Kontaktfläche 12 senkt und der Steggrund 28 stoffschlüssig und elektrisch leitend mit der Kontaktfläche 12 verbunden wird.In a
Die
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE202015002764U1 (en) | 2014-09-12 | 2015-05-06 | Few Fahrzeugelektrikwerk Gmbh & Co. Kg | Contact element for soldering by means of electromagnetic induction heating |
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Family Cites Families (4)
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HUE037054T2 (en) * | 2011-05-10 | 2018-08-28 | Saint Gobain | Disk having an electric connecting element |
DE102011083423A1 (en) * | 2011-09-26 | 2013-03-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Contact spring assembly and method of making the same |
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DE202016008092U1 (en) * | 2016-12-28 | 2017-03-03 | Few Fahrzeugelektrikwerk Gmbh & Co. Kg | Electrical connection element |
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE202015002764U1 (en) | 2014-09-12 | 2015-05-06 | Few Fahrzeugelektrikwerk Gmbh & Co. Kg | Contact element for soldering by means of electromagnetic induction heating |
DE102016224666A1 (en) | 2016-12-12 | 2018-06-14 | Conti Temic Microelectronic Gmbh | Method for producing a joint connection and a joint connection |
DE102019204639A1 (en) | 2019-04-02 | 2020-10-08 | Zf Friedrichshafen Ag | Air gap formation in an electrical contacting of a circuit board |
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