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Die vorliegende Anmeldung betrifft ein elektronisches Bauelement, ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements und ein Gerät zur Herstellung eines elektronischen Bauelements.
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Elektronische Bauelemente, die ein erstes Bauteil und ein zweites Bauteil aufweisen, die elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind, sind bekannt. Beispielsweise werden bei der Herstellung von Leistungsmodulen, insbesondere zum Anschluss von Leistungshalbleitern, verschiedene Verbindungstechniken eingesetzt. Der Bedarf an Kontaktierungsverfahren mit speziellen Eigenschaften zur Herstellung elektrisch leitender Verbindungen und deren Lebensdauer und Zuverlässigkeit wächst. Die Gründe sind komplexer werdende elektrische Systeme, bei denen die Abstände zwischen den Komponenten schrumpfen und damit die Wechselwirkungen verschiedener Kontaktierungspunkte und Bauelemente zunehmen (z.B. Beschädigungen durch den Ultraschall, beim Ultraschallschweißen in der Umgebung der Schweißung). Weiterhin werden Kontaktierungstechniken mit verschiedenen Charakteristika benötigt, um einen sequentiellen Aufbau einer Baugruppe zu ermöglichen (z.B. die Verarbeitung entlang einer Temperatur-Hierarchie, so dass bereits bestehende Verbindungen nicht in einem nachfolgenden Arbeitsschritt wieder gelöst werden oder zunehmende Einschränkungen, was den freien Platz auf der Baugruppe betrifft). Insbesondere für derzeit stark im Wachstum begriffene Anwendungsfelder, wie e-Mobility, Batteriesysteme und Industrie 4.0-Anwendungen gibt es folgende Zielkriterien für eine Verbindungstechnik: ein ausreichend großer Leitungsquerschnitt für hohe Ströme, ausreichend flexible Leitungsabschnitte an den Stellen, wo Relativbewegungen von Baugruppen auftreten (z.B. durch Vibrationen im Fahrzeug), die Möglichkeit Standardmaterialien (Chips, Leadframe etc.) und Standardschaltungsträger (wie DCB, PCB, FPC) ohne spezielle Vorbehandlung/Konfektionierung zu kontaktieren und ein vollständig automatisierbarer Prozess. Insbesondere die beiden ersten Punkte (Flexibilität der Leitung und Leitungsquerschnitt) können bei Verfahren, welche auf Kontaktierung mit einer einzelnen Leitungsader/einem einzelnen Leitungsstrang beruhen (z.B. Draht- oder Bändchenbonden; Widerstandsschweißen von Blechen) gegensätzliche Anforderungen darstellen, da eine höhere Stromtragfähigkeit einen größeren Leiterquerschnitt verlangt und dieser Leitungsstrang mit dem höheren Querschnitt dann unflexibler wird. Letzteres führt auch dazu, dass die Lebensdauer bei mechanischer oder thermo-mechanischer Beanspruchung sinkt.
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Demgegenüber ist es eine Aufgabe der vorliegenden Anmeldung ein verbessertes elektronisches Bauelement vorzuschlagen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, ein elektronisches Bauelement vorzuschlagen, das eine zuverlässige Verbindung ermöglicht, die haltbar und gleichzeitig vergleichsweise einfach herstellbar ist. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der vorliegenden Anmeldung ein entsprechend vorteilhaftes Verfahren und Gerät zur Herstellung eines elektronischen Bauelements vorzuschlagen.
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Diese Aufgaben werden gelöst durch ein elektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren und ein Gerät zur Herstellung eines elektronischen Bauelements mit den Merkmalen weiterer Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich mit den Merkmalen der abhängigen Ansprüche und der Ausführungsbeispiele.
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Das vorgeschlagene elektronische Bauelement umfasst ein erstes Bauteil und ein zweites Bauteil. Außerdem umfasst das elektronische Bauelement eine Litze, die mit einer Kontaktstelle des zweiten Bauteils verbunden ist. Außerdem ist die Litze mit einer Kontaktstelle des ersten Bauteils laserverschweißt und/oder laserverlötet.
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Durch die Verwendung einer laserverschweißten bzw. laserverlöteten Litze wird ein hinreichend großer Leitungsquerschnitt bereitgestellt, sodass das vorgeschlagene elektronische Bauelement einen hinreichend großen Stromfluss zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil gewährleistet. Zudem wird durch die Litze in der Regel eine bewegliche und zugleich haltbare Verbindung zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil erreicht. Indem die Litze zudem laserverschweißt und/oder laserverlötet ist, ist diese zur Herstellung einer zuverlässigen Verbindung mit unterschiedlichen aus der elektrischen Verbindungstechnik bekannten Bauteilmaterialien und Bauteilgeometrien geeignet, wobei in vielen Fällen keine spezielle Vorbehandlung nötig ist. Der Verbindungsprozess kann somit basierend auf etablierten Prozessen und Bauteiltypen, insbesondere automatisiert, durchgeführt werden. Hierbei kann sich zu Nutze gemacht werden, dass das Laserverschweißen bzw. Laserverlöten der Litze mit der Kontaktstelle des ersten Bauteils sehr kontrollierbar bei vergleichbar geringem Platzbedarf und anpassbar an verschiedenartige zu verbindende Bauteile anpassbar einsetzen lässt. Beispielsweise kann durch kontrolliertes Laserverschweißen bzw. Laserverlöten eine zuverlässige Verbindung auch mit empfindlichen Kontaktmaterialien und Kontaktgeometrien erreicht werden.
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Entsprechend vorteilhaft ist ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements, insbesondere des oben oder unten im Detail beschriebenen elektronischen Bauelements. Bei dem Verfahren wird ein erstes Bauteil des elektronischen Bauelements mit einem zweiten Bauteil des elektronischen Bauelements verbunden. Bei dem Verfahren werden das erste Bauteil und das zweite Bauteil bereitgestellt. Außerdem wird eine Litze bereitgestellt. In einem weiteren Schritt wird die Litze mit einer Kontaktstelle des zweiten Bauteils verbunden, insbesondere elektrisch leitfähig verbunden. Vorher oder anschließend wird die Litze mit einer Kontaktstelle des ersten Bauteils durch Bestrahlung der Litze mit einem Laser derart laserverschweißt oder laserverlötet, dass eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der Litze und dem ersten Bauteil erzeugt wird.
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Beim Verbinden der Litze mit dem ersten und/oder zweiten Bauteil wird in der Regel auch eine mechanisch haltbare Verbindung zwischen dem ersten bzw. zweiten Bauteil und der Litze erzeugt. Durch das Laserverschweißen bzw. Laserverlöten kann eine direkte Verbindung zwischen der Litze und der Kontaktstelle des ersten bzw. zweiten Bauteils erzeugt werden. Die Litze kann mit der Kontaktstelle des ersten Bauteils und/oder der Kontaktstelle des zweiten Bauteils stoffschlüssig verbunden sein. In typischen Ausführungen werden die Kontaktstellen des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils durch das Laserverschweißen bzw. Laserverlöten dauerhaft elektrisch Leitfähig miteinander verbunden.
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Das erste Bauteil und/oder das zweite Bauteil ist in der Regel ein elektronisches Bauteil. Das erste Bauteil und/oder das zweite Bauteil weist zudem in der Regel elektronische Schaltkreise auf. Die elektronischen Schaltkreise können leitend mit der Kontaktstelle verbunden sein, sodass durch die Litze ein elektrischer Kontakt zum Schaltkreis hergestellt werden kann. Das elektronische Bauelement kann eine Halbleiteranordnung sein, die beispielsweise zumindest einen Halbleiterchip umfasst. In typischen Ausführungen ist das elektronische Bauelement ein Leistungsmodul. Hierbei kommen die Vorteile der laserverschweißten bzw. laserverlöteten Litze besonders zum Tragen. Beispielsweise kann das erste Bauteil und/oder das zweite Bauteil ein Leistungshalbleiter sein.
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In typischen Ausführungen erfolgt das Verbinden der Litze mit einer Kontaktstelle des zweiten Bauteils durch Laserverschweißen und/oder Laserverlöten der Litze mit der Kontaktstelle des zweiten Bauteils durch Bestrahlung der Litze mit einem Laser derart, dass eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der Litze und dem zweiten Bauteil erzeugt wird. Typischerweise ist die Litze somit mit der Kontaktstelle des zweiten Bauteils ebenfalls laserverschweißt bzw. laserverlötet.
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In typischen Ausführungen ist die Litze ein Flachband. Die Litze kann insbesondere als Bändchen mit flachem und breitem Querschnitt ausgebildet sein. Die Litze ist in der Regel so mit der Kontaktstelle des ersten und/oder des zweiten Bauteils verbunden, dass die Litze mit einer flachen Oberseite oder flachen Unterseite auf der Kontaktstelle aufliegt. Durch Verwendung eines Flachbandes lässt sich ein Wärmeeintrag beim Laserverschweißen bzw. Laserverlöten in zuverlässiger Weise bereitstellen und es kann zudem eine zuverlässig elektrisch leitende und mechanisch haltbare Verbindung erzeugt werden.
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Die Litze weist in der Regel metallische Einzeladern auf. In typischen Ausführungen umfasst die Litze zumindest 3 Einzeladern. In der Regel wird die Maximalanzahl der Einzeladern durch die zu erzielende Gesamtgröße der Litze limitiert. In typischen Ausführungen beträgt eine Querschnittsfläche der Litze zumindest 0,025 mm2 und/oder höchstens 10 mm2. Eine Breite der Litze beträgt in der Regel zumindest 0,5 mm und/oder höchstens 10 mm. Eine Höhe der Litze kann zumindest 0,05 mm und/oder höchstens 1 mm betragen. Eine Querschnittsfläche der Einzeladern kann in typischen Ausführungen zumindest 0,002 mm2 und/oder höchstens 1 mm2 betragen. Die einzelnen Einzeladern weisen in der Regel im Wesentlichen Querschnittsflächen derselben Größe auf. Die Einzeladern haben in der Regel einen im Wesentlichen runden Querschnitt. Eine Ausführung mit Einzellitzen, insbesondere in den oben angegebenen Abmessungen, ist von Vorteil, da hierbei die vergleichsweise feinen Einzeladern eine verbesserte Absorption eines Laserstrahls des Lasers bewirken können. Hierbei kann der Laserstrahl zwischen den Einzeladern in die Litze eindringen und insbesondere intern mehrfach reflektiert und teilabsorbiert werden.
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In einigen Ausführungen ist die Litze eine Kupferlitze. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass die Einzeladern Kupfer enthalten oder aus Kupfer hergestellt sind. Die Einzeladern sind in einigen Ausführungen geflochten ausgeführt. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Litze bereits vor Herstellung der Verbindung mit den Bauteilen vorverdichtet, insbesondere gewalzt, ist.
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Durch Betrachtung der Verbindungen zwischen der Litze und den Kontaktstellen ist für einen Fachmann erkennbar, dass die Litze durch Laserverschweißen bzw. Laserverlöten und nicht durch ein anderes Verfahren mit der Kontaktstelle verbunden wurde. Hierbei ergeben sich durch Verwendung eines Lasers vergleichsweise wohldefinierte und kleinflächige Verbindungsstellen. In typischen Ausführungen sind die metallischen Einzeladern laserverschweißt und/oder laserverlötet. Die Einzeladern werden hierbei insbesondere im selben Schritt laserverschweißt bzw. laserverlötet, in dem die Herstellung der Litze mit dem Bauteil erzeugt wird. Somit ergibt sich in der Regel eine charakteristische Verschweißung und/oder Verlötung der Einzeladern der Litze infolge der Herstellung der Verbindung zwischen Litze und Bauteil durch Laserverschweißen und/oder Laserverlöten. Diese Verschweißung bzw. Verlötung tritt in der Regel in der Litze im Bereich der Kontaktstelle mit dem Bauteil auf. Mischformen zwischen einer Laserverschweißung und Laserverlötung sind hierbei auch möglich. In der Regel ist die Litze durch das Laserverschweißen bzw. Laserverlöten zu einem gewissen Grad verdichtet. Die bei der Verschweißung bzw. Verlötung mittels Laser auftretenden Schweiß- bzw. Lötstellen sind in der Regel deutlich kleiner als jene, die bei aus dem Stand der Technik bekannten Schweiß- bzw. Lötverfahren an einer Litze auftreten würden. Insbesondere kann eine durch das Laserverschweißen bzw. Laserverlöten hervorgerufene Schweiß- bzw. Lötstelle auf der Litze eine Breite von weniger als 1 mm, insbesondere weniger als 0,5 mm oder weniger als 200 um aufweisen. Dies bringt auch den Vorteil mit sich, dass durch die kleinen Schweiß- bzw. Lötstellen ein größerer Anteil der Litze biegsam bleibt, wodurch robustere Verbindungen erzeugt werden.
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Die Litze kann biegsam oder flexibel sein. Hierdurch kann bei hinreichend großem Leitungsquerschnitt eine Robustheit der Verbindung verbessert werden. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass das erste Bauteil und das zweite Bauteil über die Litze beweglich miteinander verbunden sind. Die Litze kann hierbei so ausgebildet sein, dass diese Relativbewegungen zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil zulässt, insbesondere ohne dass die Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil gelöst wird. Eine derartige Ausführung ist insbesondere vorteilhaft, wenn bei der Anwendung des elektronischen Bauelements Relativbewegungen zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil auftreten, beispielsweise in Form von Vibrationen, die bei der Verwendung des elektronischen Bauelements in einem Fahrzeug auftreten können.
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Die Kontaktstelle des ersten und/oder zweiten Bauteils kann beispielsweise eine Kontaktfläche sein. Die Kontaktstelle umfasst in der Regel eine Metallfläche, beispielsweise eine Metallbeschichtung. Die Kontaktstelle kann beispielsweise Kupfer enthalten. Beispielsweise kann die Kontaktstelle dasselbe Metall enthalten wie die Einzeladern der Litze. Beim Laserschweißen entsteht in der Regel eine direkte stoffschlüssige Verbindung zwischen den Einzeladern der Litze und der Kontaktstelle. Hierbei kann beispielsweise eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Metall der Kotaktfläche und dem Metall der Einzeladern der Litze hergestellt werden. Ein Lotmaterial, beispielsweise Lötzinn, ist nicht notwendigerweise zwischen den Einzeladern und der Kontaktstelle angeordnet. Es kann in anderen Ausführungen, die insbesondere ein Laserverlöten der Litze mit der Kontaktstelle des ersten und/oder zweiten Bauteils vorsehen, ein Lotmaterial zwischen den Einzeladern und der Kontaktstelle angeordnet sein.
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Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Litze, insbesondere für das Laserverlöten und beispielsweise bereits vor dem Verbinden mit der Kontaktstelle des ersten und/oder zweiten Bauteils ein niedriger-schmelzendes Metall als das Metall der Einzeladern, insbesondere ein Lotmaterial, beispielsweise Lötzinn, aufweist. Es kann vorgesehen sein, dass die metallischen Einzeladern jeweils mit Lotmaterial umhüllt sind oder dass das Lotmaterial mehrere Einzeladern flächig überdeckt. Beispielsweise kann das Lotmaterial flächig auf den Einzeladern aufgebracht sein und insbesondere teilweise oder vollständig die Ober- und/oder Unterseite der Litze bedecken. Beispielsweise kann die Litze Einzeladern aus Kupfer aufweisen, die jeweils mit Lötzinn ummantelt sind. In anderen Ausführungen kann das elektronische Bauelement eine Lotfolie aufweisen. Die Lotfolie kann zwischen der Litze und der Kontaktstelle angeordnet sein oder angeordnet werden vor dem Verbinden der Litze mit der Kontaktstelle.
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In einigen Ausführungen ist es vorgesehen, dass das Lotmaterial einen größeren Absorptionskoeffizienten aufweist als die metallischen Einzeladern. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Laserstrahlung von dem Lotmaterial stärker absorbiert wird, sodass der Wärmeeintrag in das Lotmaterial besonders effizient ist. Insbesondere kann der Absorptionskoeffizient des Lotmaterials für eine Verwendung einer Laserstrahlung im nah-infraroten und/oder im blauen Spektralbereich größer sein als jener der metallischen Einzeladern. Hierbei kann beispielsweise Zinn als Lotmaterial verwendet werden, das eine etwa 10-fach höhere Absorption für Strahlung im Nah-Infraroten als Kupfer, welches als Material der Einzeladern verwendet werden kann, aufweist (bei Raumtemperatur).
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Insbesondere wenn die Litze mit der Kontaktstelle des zweiten Bauteils ebenfalls laserverschweißt und/oder laserverlötet ist, kann das erste Bauteil eine Leiterplatte oder ein Halbleiterchip sein. Hierbei kann das zweite Bauteil ein Leadframe, ein Metallgehäuse oder eine Bus-Bar sein. In dieser Ausführung kommt zum Ausdruck, dass die Verwendung laserverschweißter oder laserverlöteter Litzen vielseitig anwendbar ist. Eine vergleichsweise einfache Änderung von Herstellungsparametern des verwendeten Lasers, insbesondere der Leistung, erlaubt hierbei eine Anpassung an empfindliche Komponenten (wie PCB, Chips) oder an massive Leiterstrukturen (Leadframe, Metallgehäuse, Bus-Bar), sodass sich diese unterschiedlichen Komponenten durch das vorgeschlagene Verfahren vergleichsweise einfach und zuverlässig verbinden lassen.
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Es kann insbesondere in Ausführungen, in denen das Verbinden der Litze mit der Kontaktstelle des zweiten Bauteils ein Laserverschweißen und/oder Laserverlöten der Litze mit der Kontaktstelle des zweiten Bauteils durch Bestrahlung der Litze umfasst, derart, dass eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der Litze und dem zweiten Bauteil erzeugt wird, vorgesehen sein, dass beim Laserverschweißen bzw. Laserverlöten der Litze mit der Kontaktstelle des zweiten Bauteils andere Laserparameter verwendet werden als beim Laserverschweißen bzw. Laserverlöten der Litze mit der Kontaktstelle des ersten Bauteils durch Bestrahlung der Litze. Für die Verbindungen der Litze mit den unterschiedlichen Komponenten kann beispielsweise derselbe Laser verwendet werden, wobei sich die Laserparameter, wie beispielsweise die Laserleistung oder Spotgröße, für die unterschiedlichen Verbindungen unterscheiden können.
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Es kann in einigen speziellen Ausführungen vorgesehen sein, dass die Laserparameter so eingestellt werden, dass beim Laserverschweißen bzw. Laserverlöten der Litze mit der Kontaktstelle des ersten Bauteils und beim Laserverschweißen bzw. Laserverlöten der Litze mit der Kontaktstelle des zweiten Bauteils zumindest zwei der drei Fügeverfahren Laserstrahltiefschweißen, Wärmeleitungsschweißen und Laserlöten an den jeweiligen Kontakstellen verwendet werden. Somit ist das beschriebene Verfahren besonders vielseitig, sodass beispielsweise Kontaktierungen von festen Leitungsstrukturen wie metallischen Bus-Bars direkt auf Bauelemente möglich ist. In anderen Fällen kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass lediglich eins der genannten Fügeverfahren, z.B. nur Laserlöten für empfindliche Substrate, an beiden Kontaktstellen Anwendung findet.
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Die vorliegende Anmeldung betrifft auch ein Gerät zur Herstellung eines elektronischen Bauelements. Das Gerät kann in einigen Ausführungen eine Litzenzuführung aufweisen. Die Litzenzuführung kann eingerichtet sein, eine, insbesondere wie oben oder unten beschriebene, Litze zuzuführen und auf einem, insbesondere wie oben oder unten beschriebenen, ersten Bauteil des herzustellenden elektronischen Bauelements anzuordnen. Es kann jedoch in anderen Ausführungen vorgesehen sein, dass die Litze auf andere Art und Weise angeordnet bzw. in Position gehalten wird. Das Gerät kann ferner einen Laser aufweisen. Der Laser kann eingerichtet sein, die Litze so zu bestrahlen, dass eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der Litze und dem ersten Bauteil erzeugt wird, indem die Litze mit einer Kontaktstelle des ersten Bauteils laserverschweißt oder laserverlötet wird. Beispielsweise kann die Litze in Form eines Litzenstranges, beispielsweise von einer Rolle, zugeführt werden. Die Litze wird in der Regel so auf dem ersten Bauelement angeordnet, dass die Litze das erste Bauelement berührt. Es kann hierbei auch ein Anpressdruck bereitgestellt werden. Der Anpressdruck kann dadurch bereitgestellt werden, dass das Gerät die Litze in einem Bereich, der einen zum Laserverschweißen bzw. Laserverlöten verwendeten Laserspot, insbesondere vollständig umlaufend und/oder ringförmig, auf das erste Bauteil drückt. In vielen Ausführungen reicht hierbei ein geringer Anpressdruck aus, der gewährleistet, dass die Litze in definierter Weise angeordnet ist und das erste Bauelement berührt. Das Gerät weist in der Regel eine Steuereinheit auf, die eingerichtet ist, die oben oder unten beschriebenen Schritte durchzuführen, insbesondere automatisiert, d.h. ohne dass während der Durchführung des Schrittes weitere Eingriffe des Anwenders nötig sind. Insbesondere dann, wenn die Litze statt mittels der Litzenzuführung auf andere Weise in Position gehalten wird, kann das Verfahren zum Verbinden der Bauteile auch ohne direkten Kontakt erfolgen, was die Kontaktierung in Vertiefungen, tiefen Gehäusen oder durch Löcher ermöglicht oder vereinfacht. Hierfür kann es vorgesehen sein, dass der Laserfokus entsprechend in der z-Richtung verschiebbar ist bzw. verschoben wird.
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In einigen Ausführungen weist das Gerät eine Abtrenneinheit auf, die eingerichtet ist, die Litze von einem Litzenstrang abzutrennen. Das Gerät kann eingerichtet sein, die Litze insbesondere automatisiert zuzuschneiden oder abzuschneiden. Das Gerät kann eingerichtet sein, die Litze so zu bestrahlen, dass eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der Litze und dem zweiten Bauteil erzeugt wird, indem die Litze mit einer Kontaktstelle des zweiten Bauteils laserverschweißt oder laserverlötet wird, insbesondere mit demselben Laser des Geräts, der zur Herstellung der Verbindung zwischen der Litze und dem ersten Bauteil verwendet wurde. Das Gerät kann insbesondere eingerichtet sein, die Litze nach dem Herstellen der Verbindung mit dem ersten Bauteil und gegebenenfalls nach dem Herstellen der Verbindung mit dem zweiten Bauteil abzutrennen. Das Gerät kann auch zur, insbesondere automatisierten, Anpassung der Laserparameter eingerichtet sein, sodass beim Laserverschweißen bzw. Laserverlöten der Litze mit der Kontaktstelle des zweiten Bauteils andere Laserparameter verwendet werden als beim Laserverschweißen bzw. Laserverlöten der Litze mit der Kontaktstelle des ersten Bauteils durch Bestrahlung der Litze.
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Oben oder unten in Bezug auf das elektronische Bauelement genannte Merkmale sind auf das Verfahren und Gerät zur Herstellung des elektronischen Bauelements übertragbar und umgekehrt.
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Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der Abbildungen beschrieben. Es zeigen
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Verfahrensschritts bei der Herstellung eines elektronischen Bauelements,
- 2 eine perspektivische Ansicht eines alternativen Verfahrensschritts bei der Herstellung eines elektronischen Bauelements und
- 3 eine Verbindung eines Bauteils mit einer Litze.
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1 zeigt ein erstes Bauteil eines elektronischen Bauelements in Form eines Substrats 101 mit einer Kontaktstelle in Form eines Kontaktpads, z.B. einer Metallschicht oder einem Metallblock. Zur Herstellung einer elektrischen und mechanischen Verbindung des ersten Bauteils 101 mit einer Kontaktstelle eines zweiten Bauteils (nicht dargestellt) des elektronischen Bauelements wird eine Litze 102 verwendet. Das erste Bauteil 101 und das zweite Bauteil können nach dem Verbinden noch zu einem gewissen Grad relativ zueinander beweglich sein. Das erste Bauteil und das zweite Bauteil können beispielsweise empfindliche Komponenten wie ein PCB oder ein Chip oder massive Leiterstrukturen wie ein Leadframe, ein Metallgehäuse oder eine Bus-Bar sein. Die Verbindung zwischen dem ersten Bauelement und dem zweiten Bauelement erfolgt automatisiert mithilfe eines nicht dargestellten Geräts zur Herstellung des elektronischen Bauelements. Das Gerät kann ein Materialdepot, beispielsweise eine Rolle, umfassen, auf der ein Litzenstrang aufgerollt ist. Von der Rolle kann das Gerät automatisiert einen Teil des Litzenstranges zuführen und wie in 1 dargestellt auf dem ersten Bauteil 101 so anordnen, dass die Litze 102 auf der Kontaktstelle des ersten Bauteils 101 aufliegt. Die Positionierung der Litze über den Kontaktstellen kann automatisiert beispielsweise mithilfe eines Kamerasystem oder Passmarken erfolgen. Ein Vorteil der Verwendung einer Litze 102 (insbesondere in der Ausführung eines Bändchens mit flachem und breitem Querschnitt) ist, dass die feinen Einzellitzen eine bessere Absorption des Laserstrahls zulassen, da dieser zwischen den Einzeladern in das Aderpaket eindringt und intern mehrfach reflektiert und dabei jeweils teilabsorbiert wird. Die Litze 102 kann aus mehreren Kupfer-Einzeldrähten geflochten sein und als gewalztes Flachband ausgeführt sein. Es kann vorgesehen sein, dass die Litze nur aus den Einzeladern besteht oder dass die einzelnen Einzeladern oder mehrere Einzelandern mit einem Lotmaterial, beispielsweise Zinn, umgeben sind (z.B. mit Zinn ummantelte Kupferadern, um das Zinn als Lot für Lötprozesse zu nutzen). In der Regel weist das Lotmaterial einen größeren Absorptionskoeffizienten auf als die Einzeladern.
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Das Gerät zur Herstellung des elektronischen Bauelements weist einen Laser auf, der einen in der x-y-Ebene ablenkbaren oder verschiebbaren Laser-Mikro-Strahl 103, der einen Fokusdurchmesser von weniger als 100 µm, beispielsweise 50 µm, aufweisen und langgestreckt, beispielsweise mit einer Rayleighlänge von mehr als 500 µm, sein kann, erzeugt. Das Gerät richtet den Laserstrahl auf die Litze 102 im Bereich der Kontaktstelle des ersten Bauteils 101 und verlötet oder verschweißt die Litze 102 zur Herstellung einer elektrischen und mechanischen Verbindung automatisiert mit dem ersten Bauteil 101. Hierbei wird ein Schweißmuster generiert. Durch die Laserparameter lässt sich der Anteil von Lasertiefschweißen, Laserwärmeleitungsschweißen und Laserlöten im Prozess einstellen. Es kann vorgesehen sein, dass das Gerät während des Laserverschweißens bzw. Laserverlötens in einem den Laserfokus ringförmig umgebenden Bereich an einer Oberseite der Litze anliegt und gewährleistet, dass die Litze an der Kontaktstelle des ersten Bauteils 101 anliegt.
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2 illustriert, dass zwischen der Multilitze und dem Substrat noch weiteres Material 201 eingebracht werden kann, z.B. Lot (als Folie, Bändchen etc.), um den Parameterbereich des Prozesses zu erweitern. Wiederkehrende Merkmale sind in dieser und in den folgenden Abbildungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Das weitere Material 201 kann in einigen Ausführungen automatisiert durch das Gerät zugeführt und vor dem Anordnen der Litze 102 auf der Kontaktstelle des ersten Bauteils 101 angeordnet werden. Das weitere Material 201 kann in anderen Ausführungen bereits vorher auf der Kontaktstelle des ersten Bauteils 101 als Lotdepot angeordnet sein.
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3 illustriert einen kompaktierten Verbindungsbereich 301 nach dem Laserprozess. Die Einzellitzen sind nach dem Laserprozess lokal begrenzt untereinander und mit dem Substrat verbunden. In dem Verbindungsbereich 301 sind die metallischen Einzeladern je nach verwendeten Laserparametern laserverschweißt oder laserverlötet oder durch eine Mischform miteinander verbunden. Auf der restlichen Länge der Multilitze bleiben die Einzeladern separiert, um eine Biegsamkeit der Litze 102 zu gewährleisten.
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Nach dem Herstellen der Verbindung mit dem ersten Bauteil 101 ordnet das Gerät einen weiteren Bereich der Litze 102 automatisiert auf einer Kontaktstelle des zweiten Bauteils an. An dieser Stelle erzeugt das Gerät anschließend automatisiert eine entsprechende Schweiß- bzw. Lötverbindung mit dem Laser. In der Regel ändert das Gerät vor der Herstellung der Verbindung der Litze mit dem zweiten Bauteil automatisiert die Laserparameter, sodass die zweite Verbindung gegenüber der ersten Verbindung mit anderen Laserparametern erzeugt wird. Beispielsweise kann die Verbindung der Litze mit dem ersten Bauteil durch Laserlöten und die Verbindung der Litze mit dem zweiten Bauteil durch Laserstrahltiefschweißen erzeugt werden. Auf diese Weise passt das Gerät die Laserparameter an die Art der des mit der Litze 102 zu verbindenden Bauteils an. Nach der Herstellung der Verbindung der Litze 102 mit dem zweiten Bauteil trennt das Gerät die Litze von dem gegebenenfalls noch auf der Rolle aufgenommenen Litzenstrang.
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Ein Vorteil bei der Verwendung einer Litze 102 ist die gesteigerte Zuverlässigkeit bei mechanischer und/oder thermo-mechanischer Beanspruchung der Verbindung. So ist die Litze 102 typischerweise in sich flexibel und kann auch zur Verbindung sich gegeneinander bewegender Teile eingesetzt werden. Aber auch beim Einsatz in nicht auf relative Bewegung ausgelegte Komponenten zeigen sich diese Vorteile. Hier können beispielweise durch Vibration entstehende Bewegungen nicht so schnell zu Ermüdungsbrüchen führen. Zudem kann ein vorhandener Riss im Material nicht über eine Einzelader hinauswachsen. Bei thermo-mechanischen Beanspruchungen an der Kontaktstelle durch verschiedene thermische Ausdehnungskoeffizienten kann ggf. durch Wahl des Litzenmaterials (harte Bereiche wie der Einzeladerkern aus Kupfer und weiche Gebiete vom Lot-Mantel) ein Teil der mechanischen Verspannungen kompensiert werden, was zu einer gesteigerten Lebensdauer der Kontaktstelle führt. Vorteilhaft ist das vorgeschlagene Bauelement insbesondere dort, wo hohe Ströme zuverlässig unter mechanischen oder thermo-mechanischen Wechselbeanspruchungen geleitet werden müssen. Dies sind insbesondere die e-Mobility mit der Leistungselektronik (Kontaktierung zum Zwischenkreis), die Batteriesysteme und auch Anwendungen in der Industrie, z.B. der Motorsteuerung.
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Lediglich in den Ausführungsbeispielen offenbarte Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert und einzeln beansprucht werden.
