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Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte auf dessen Oberseite ein Draht unmittelbar auf einer Metallisierungsschicht der Leiterplatte angeordnet ist, wobei der Draht zumindest abschnittsweise aus einem Bimetall ausgebildet ist. Zudem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Leiterplatte. Überdies betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung eines Drahts mit einer Leiterplatte, wobei der Draht unmittelbar auf eine Metallisierungsschicht der Leiterplatte aufgebonded wird.
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Das Verbinden von Drähten auf eine elektrisch leitfähige Oberfläche einer Leiterplatte ist grundsätzlich bekannt. Hierzu wird in der Regel eine Leiterplatte bereitgestellt, auf dessen Oberseite eine Metallisierungsschicht ausgebildet ist. Auf die Metallisierungsschicht wird ein sogenanntes Bondpad aufgelötet. Auf das Bondpad wird wiederum der elektrisch leitfähige Draht mittels eines Laserschweißgeräts aufgeschweißt. Der Draht ist folglich mittelbar, nämlich über das Bondpad, mit der Metallisierungsschicht der Leiterplatte verbunden. Das Bondpad ist erforderlich, da über das Bondpad der Energieeintrag des Lasers auf die Leiterplatte reduziert wird, um so Schäden an der Leiterplatte zu unterbinden. Zudem ist das Bondpad teuer und die Anordnung des Bondpads auf der Leiterplatte erfordert einen zusätzlichen Arbeitsschritt, was zu zusätzlichen Kosten führen kann.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Leiterplatte mit einer elektrisch leitenden Verbindung anzugeben, die preiswert herstellbar ist. Zudem ist es ein Aufgabe der Erfindung ein materialschonendes Verfahren bereitzustellen, mit dem in einfacher und preiswerter Weise ein Draht auf einer Oberseite einer Leiterplatte elektrisch leitend verbunden werden kann.
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Die Aufgaben werden gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der nachstehenden Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei kann jedes Merkmal sowohl einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen, sofern sich nicht explizit etwas Gegenteiliges aus der Beschreibung ergibt.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Leiterplatte zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug vorgesehen, wobei die Leiterplatte eine Oberseite aufweist, auf der Oberseite zumindest abschnittsweise eine Metallisierungsschicht angeordnet und/oder ausgebildet ist, auf der Metallisierungsschicht ein Draht angeordnet ist, der Draht zumindest im Bereich der Anbindung an die Metallisierungsschicht ein erstes Metall und ein von dem ersten Metall verschiedenes zweites Metall aufweist, wobei zumindest das zweite Metall auf einer der Metallisierungsschicht zugewandten Seite angeordnet ist, das zweite Metall gegenüber dem ersten Metall einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist, und das erste Metall über das zweite Metall stoffschlüssig und elektrisch leitend mit der Metallisierungsschicht verbunden ist.
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Mit anderen Worten ist gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass eine Leiterplatte zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug angegeben wird. Die Leiterplatte kann eine einlagig oder mehrlagig ausgebildet sein. Auf einer Oberseite der Leiterplatte ist eine Metallisierungsschicht angeordnet und/oder ausgebildet. Auf der Metallisierungsschicht ist ein Draht angeordnet. Der Draht weist zumindest im Bereich der Anbindung des Drahts an die Metallisierungsschicht ein erstes Metall und ein von dem ersten Metall verschiedenes zweites Metall auf. Zumindest das zweite Metall ist auf einer Innenseite des Drahts angeordnet und/oder ausgebildet, die der Metallisierungsschicht bzw. Leiterplatte zugewandt ist. Das zweite Metall weist gegenüber dem ersten Metall einen niedrigeren Schmelzpunkt auf. Der Draht ist unmittelbar über das zweite Metall stoffschlüssig mit der Metallisierungsschicht der Leiterplatte verbunden. Anders ausgedrückt verbindet das zweite Metall die Metallisierungsschicht der Leiterplatte stoffschlüssig und elektrisch leitend mit dem ersten Metall des Drahts. Die erfindungsgemäße Leiterplatte weist somit kein auf der Metallisierungsschicht ausgebildetes und/oder aufgelötetes Bondpad auf. Mit anderen Worten ist die Leiterplatte im Anbindungsbereich mit dem Draht bondpadfrei ausgebildet. Durch die unmittelbare Anbindung des Drahts auf die Metallisierungsschicht der Leiterplatte kann eine einfache und preiswerte elektrische Verbindung des Drahts mit der Leiterplatte ermöglicht werden.
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Der Draht kann vorzugsweise auch als Leiterband bezeichnet werden. In der Regel dient der Draht dazu, die Leiterplatte mit einem auf der Leiterplatte angeordneten elektronischen Baustein elektrisch leitend zu verbinden. Der elektronische Baustein kann beispielsweise ein Transistor, ein IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor) oder ein MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) sein.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Metall Kupfer oder Aluminium ist und/oder eine Kupferlegierung und/oder Aluminiumlegierung aufweist. Kupfer und/oder Aluminium weisen eine hohe Stromtragfähigkeit auf.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass das zweite Metall ein Lot ist. Das Lot ist vorzugsweise ein Weichlot, aufweisend Bestandteile aus Blei, Zinn, Zink, Silber und/oder Kupfer. Ganz besonders bevorzugt ist das Weichlot zusammengesetzt aus Sn99AG0,3Cu0,7. Ein Lot weist einen niedrigen Schmelzpunkt auf und eignet sich daher besonders gut für eine stoffschlüssige und elektrisch leitende Verbindung zweier zu verbindender Metalle.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Metall zumindest abschnittsweise in das erste Metall eingewalzt ist. Auf diese Weise wird der Draht als Bimetall ausgebildet. Anders ausgedrückt ist der die zwei voneinander verschiedenen Metalle aufweisende Draht einstückig ausgebildet. Der Draht kann somit in einfacher Weise zum Aufbonden auf die Leiterplatte angeordnet und/oder positioniert werden.
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Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass sich das zweite Metall über eine gesamte Drahtbreite des Drahts erstreckt. Die Drahtbreite des Drahts ist senkrecht zur Längsrichtung des Drahts ausgebildet.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das zweite Metall über eine Breite zwischen 30% bis 80%, vorzugsweise zwischen 50% bis 60%, bezogen auf die Drahtbreite des Drahts, in das erste Metall eingewalzt ist.
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Denkbar ist, dass das erste Metall im Querschnitt U-förmig ausgebildet ist, und zwischen den Stegen des U-förmig ausgebildeten ersten Metalls das zweite Metall angeordnet ist. Die Enden der aufrechten Stege des ersten Metalls sind der Metallisierungsschicht der Leiterplatte zugewandt. Anders ausgedrückt sitzen die Enden der U-förmigen Stege auf der Metallisierungssicht auf, wodurch eine unmittelbare elektrische Verbindung zwischen der Metallisierungsschicht und dem ersten Metall des Drahts erfolgt. Über das zwischen den U-förmigen Stegen angeordnete zweite Metall erfolgt die stoffschlüssige Verbindung des Drahts, insbesondere des ersten Metalls, zur Metallisierungsschicht.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Metall bis zu einer Tiefe von maximal 60% bezogen auf eine Drahtdicke des Drahts in das erste Metall eingewalzt ist. Die Drahtdicke ist senkrecht zur Längsrichtung des Drahts ausgerichtet. Bei einem im Querschnitt U-förmig ausgebildeten ersten Metall weist somit der horizontale Verbindungssteg zwischen den beiden aufrechten Stegen eine Mindestdicke von 40% bezogen auf die Drahtdicke des Drahts auf. Eine Mindestdicke des Verbindungsstegs ist erforderlich, damit ein auf die Außenseite des Drahts wirkender Laserstrahl, zum Aufbonden des Drahts auf die Metallisierungsschicht, den Verbindungssteg nicht auftrennt. Die Außenseite des Drahts ist der Innenseite des Drahts abgewandt.
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Vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Draht eine Drahtbreite b von 1.000 µm bis 5.000 µm aufweist, Besonders bevorzugt beträgt die Drahtbreite b zwischen 2.000 µm und 3.500 µm.
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Weiter vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Draht eine Drahtdicke d von 50 µm bis 500 µm, besonders bevorzugt zwischen 100 µm bis 300 µm aufweist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Leiterplatte vorgesehen. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug. Besonders vorteilhaft ist die Leiterplatte in einer Batterie und/oder einer Junction Box des Kraftfahrzeugs angeordnet. Denkbar ist auch, dass die Leiterplatte in einer Leistungselektronik einer elektrischen Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs und/oder in einem Getriebesteuergerät des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
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In einem dritten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur elektrisch leitenden Verbindung eines Drahts mit einer Leiterplatte vorgesehen, aufweisend die Schritte:
- - Breitstellen einer Leiterplatte mit einer zumindest abschnittsweise auf einer Oberseite der Leiterplatte angeordneten und/oder ausgebildeten Metallisierungsschicht;
- - Zumindest abschnittsweises Erwärmen der Leiterplatte und/oder Metallisierungsschicht;
- - Anordnen eines Drahts auf die Metallisierungsschicht, wobei der Draht zumindest im Bereich der Anbindung an die Metallisierungsschicht ein erstes Metall und ein von dem ersten Metall verschiedenes zweites Metall aufweist, zumindest das zweite Metall auf einer der Metallisierungsschicht zugewandten Seite angeordnet ist, und das zweite Metall gegenüber dem ersten Metall einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist;
- - Aufbonden des Drahts auf die Leiterplatte, so dass das zweite Metall den Draht stoffschlüssig und elektrisch leitend mit der Metallisierungsschicht der Leiterplatte verbindet.
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Mit anderen Worten wird ein Verfahren bereitgestellt, um einen Draht elektrisch leitend mit einer Leiterplatte, insbesondere mit einer Metallisierungsschicht der Leiterplatte, zu verbinden.
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Hierzu wird in einem ersten Schritt eine Leiterplatte bereitgestellt, wobei die Leiterplatte auf einer Oberseite eine Metallisierungsschicht aufweist. Die Leiterplatte kann einlagig oder mehrlagig ausgebildet sein. Die Leiterplatte und/oder die Metallisierungsschicht werden zumindest abschnittsweise, also lokal, oder vollständig über eine Wärmeeinrichtung erwärmt.
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In einem zweiten Schritt, der vorzugsweise dem ersten Schritt nachgelagert ist, wird ein Draht auf die Metallisierungsschicht angeordnet, wobei der Draht zumindest im Bereich der Anbindung an die Metallisierungsschicht ein erstes Metall und ein von dem ersten Metall verschiedenes zweites Metall aufweist, zumindest das zweite Metall auf einer der Metallisierungsschicht zugewandten Seite angeordnet ist, und das zweite Metall gegenüber dem ersten Metall einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist. Mit anderen Worten wird vorzugsweise auf die erwärmte Metallisierungsschicht der Draht aus einem Bimetall angeordnet, wobei zumindest das zweite Metall des Drahts der Metallisierungsschicht zugewandt ist.
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In einem dritten Schritt, der dem zweiten Schritt nachgelagert ist, wird der Draht auf die Leiterplatte bzw. auf die Metallisierungsschicht aufgebondet. Dies erfolgt vorzugsweise durch einen Lasereintrag, der einen Laserstrahl auf eine Außenseite des Drahts ausübt. Die Außenseite des Drahts ist auf einer der Innenseite des Drahts abgewandten Seite ausgebildet. Die Innenseite wiederrum ist der Metallisierungsschicht zugewandt.
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In einem vierten Schritt wird durch den Laserstrahl das erste Metall erwärmt. Die Erwärmung des ersten Metalls geht auf das zweite Metall über, wodurch das zweite Metall aufgrund des gegenüber dem ersten Metalls niedrigeren Schmelzpunktes aufgeschmolzen wird. Das aufgeschmolzene zweite Metall verbindet die Metallisierungsschicht und das erste Metall stoffschlüssig und elektrisch leitend.
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Die Erwärmung der Metallisierungsschicht vor dem eigentlichen Bondvorgang auf eine vordefinierte Temperatur führt dazu, dass der Lasereintrag auf den Draht reduziert werden kann, da über den Laserstrahl nicht die Metallisierungsschicht für die stoffschlüssige Verbindung erwärmt werden muss. Auf diese Weise kann nicht nur der Lasereintrag auf den Draht, sondern auch die Einwirkung des Lasers auf die Leiterplatte reduziert werden, wodurch Schädigungen an der Leiterplatte reduziert werden können.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass die Leiterplatte erwärmt wird, bis eine Oberflächentemperatur der Metallisierungsschicht eine Temperatur zwischen 60°C und 150 °C, insbesondere zwischen 80°C und 130°C, erreicht und/oder aufweist, wobei die Grenzen mit eingeschlossen sind. Auf diese Weise kann das aufgeschmolzene Lot in einfacher Weise eine stoffschlüssige Verbindung mit der Metallisierungsschicht eingehen. Somit kann der Lasereintrag auf den Draht entsprechend reduziert sein, um Schäden am Draht und/oder der Leiterplatte in Folge des Laserstrahls zu reduzieren.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Erwärmen der Leiterplatte bzw. der Metallisierungsschicht über eine Temperaturerfassungseinrichtung überwacht wird, und nach dem Erreichen einer vordefinierten Temperatur der Metallisierungsschicht der Draht auf die Metallisierungsschicht aufgebondet wird. Die Temperaturerfassungseinrichtung kann vorzugsweise eine optische Temperaturerfassung sein, die eine Oberflächentemperatur der Metallisierungsschicht im Bereich der Anbindung an den Draht erfasst. Alternativ und/oder in Ergänzung zur optische Erfassung kann die Temperaturerfassungseinrichtung ein auf der Oberseite der Leiterplatte und/oder Metallisierungsschicht angeordnetes Thermoelement sein. Auf diese Weise kann die Temperatur der Metallisierungsschicht für den Bondvorgang genau erfasst werden, wobei der Bondvorgang erst nach Erreichten der vordefinierten Temperatur, die vorzugsweise einen Wert zwischen 60°C und 150 °C, insbesondere zwischen 80°C und 130°C, beträgt, gestartet wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Temperatur der Metallisierungsschicht während des Bondvorgangs im Wesentlichen konstant gehalten wird. Im Wesentlich konstant bedeutet eine Temperaturabweichung von maximal 10%, vorzugsweise von maximal 5%, und ganz besonders bevorzugt von maximal 3%, ausgehend von der vordefinierten Temperatur in jede Richtung, wobei die Grenzen mit eingeschlossen sind. Durch das Konstanthalten der Oberflächentemperatur der Metallisierungsschicht kann sichergestellt werden, dass für die Dauer des Aufbondprozesses gleiche Verbindungsbedingungen für die stoffschlüssige Verbindung zwischen der Metallisierungsschicht und dem ersten Metall des Drahts gelten. Somit kann die Qualität der Anbindung des Drahts an die Leiterplatte erhöht werden.
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Eine bevorzugten Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass der Draht über ein Laserschweißgerät aufgebondet wird, wobei der Laserstrahl auf eine Außenseite des Drahts einwirkt, die dem zweiten Metall abgewandt ist. Der Draht weist demnach eine Innenseite auf, die der Metallisierungsschicht zugewandt ist, wobei auf der Innenseite des Drahts zumindest abschnittsweise das zweite Metall ausgebildet ist. Der Laserstrahl wirkt auf die zur Innenseite beabstandet angeordnete Außenseite, wodurch diese lokal erwärmt wird. Über die Wärmeleitfähigkeit des ersten Metalls wird das zweite Metall mit dem niedrigeren Schmelzpunkt erwärmt, wodurch dieses aufgeschmolzen wird.
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Das Laserschweißgerät kann vorzugsweise ein Festkörperlaser sein. Der Festkörperlaser kann auch als Materialbearbeitungslaser zum Wärmeleitschweißen bezeichnet werden. Das Laserschweißgerät weist 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 stoffschlüssige Anbindung des Drahts an die Metallisierungsschicht mittels einen konventionelles Schweißgeräts erfolgen. Somit sind keine Sondergeräte erforderlich, wodurch die Herstellungskosten reduziert werden können.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Leiterplatte und/oder der Laserstrahl des Laserschweißgeräts während des Bondvorgangs oszillierend geführt wird. Denkbar ist somit, dass allein die Leiterplatte oder allein der Laserstrahl eine oszillierende Bewegung ausüben. Es ist aber auch möglich, dass sowohl die Leiterplatte als auch der Laserstrahl zeitgleich oder gleichzeitig oszillierende geführt werden. Durch die oszillierende Führung des Laserstrahls und/oder der Leiterplatte kann die Gefahr einer lokalen Überhitzung des Drahts und/oder der Leiterplatte reduziert werden, wodurch Schäden an der Leiterplatte und/oder am Draht reduziert werden können.
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Alternativ und/oder in Ergänzung dazu liegt eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung darin, dass die Leiterplatte und/oder das Laserschweißgerät während des Bondvorgangs zumindest zeitweise und/oder abschnittweise vorgeschoben wird. Der Vorschub kann dabei vorzugsweise linear sein. Auf diese Weise kann eine großflächige und/oder gleichmäßige stoffschlüssige Anbindung des Drahts an die Metallisierungsschicht ermöglicht werden.
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Es sei bemerkt, dass sämtliche Merkmale, welche voranstehend und nachfolgend in Bezug auf einen Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, gleichermaßen für jeden anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung gelten. Im Speziellen können sämtliche Merkmale der Leiterplatte auch Merkmale des Kraftfahrzeugs und/oder auch Merkmale des Verfahrens sein. Dies gilt auch umgekehrt.
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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.
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In diesen zeigen:
- 1 eine Ansicht einer Leiterplatte mit einem auf der Leiterplatte angeordneten Draht;
- 2 einen Querschnitt durch den Draht;
- 3 ein Verfahren zur Anbindung des Drahts auf der Leiterplatte;
- 4 eine Oberfläche des Drahts im Bereich der Anbindung des Drahts an die Leiterplatte.
- 5 ein Kraftfahrzeug mit der Leiterplatte.
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In 1 ist eine Ansicht einer Leiterplatte 10 für eine Kraftfahrzeug 12 gezeigt. Die Leiterplatte 10 kann einlagig oder mehrlagig ausgebildet sein. Auf einer Oberseite 14 der Leiterplatte 10 ist zumindest abschnittsweise eine Metallisierungsschicht 16 angeordnet und/oder aufgebracht. Die Oberseite 14 ist vorzugsweise parallel zu einer Ebene der Leiterplatte 10 ausgebildet. Auf der Metallisierungsschicht 16 ist ein Draht 20 angeordnet, wobei der Draht 20 zumindest abschnittsweise in einem Anbindungsbereich 22 unmittelbar auf der Metallisierungssicht 16 der Leiterplatte 10 stoffschlüssig und elektrisch leitend angeordnet ist. An dieser Stelle sei angemerkt, dass vorliegend lediglich Muster zur Anbindung des Drahts 20 auf der Leiterplatte 10 gezeigt sind. Für gewöhnlich sind auf der Leiterplatte 10 noch elektrische Bausteine, insbesondere IGBTs, MOSFETs und/oder Transistoren angeordnet, die vorteilhaft über den Draht 20 elektrisch leitend mit der Metallisierungsschicht 16 verbunden sind.
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In 2 ist ein Querschnitt durch den Draht 20 gezeigt, wie er aus 1 bekannt ist. Der Draht 20 weist zumindest im Anbindungsbereich 22 ein erstes Metall 24 und ein von dem ersten Metall 24 verschiedenes zweites Metall 26 auf, wobei das zweite Metall 26 gegenüber dem ersten Metall 24 einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist. Das erste Metall 24 ist vorzugsweise Kupfer und das zweite Metall 26 ist vorzugsweise ein Lot, insbesondere ein Weichlot.
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Das zweite Metall 26 ist zumindest abschnittsweise in das erste Metall 24 eingewalzt, vorzugsweise durch einen Kaltwalzvorgang. Auf diese Weise wird ein Draht 20 bereitgestellt, der zwei voneinander verschiedene Metalle vereint bzw. der einstückig ausgebildet ist. Das zweite Metall 26 ist derart in das erste Metall 24 eingewalzt, dass auf einer Innenseite 28 des Drahts 20 zwei erste Abschnitte 30 des ersten Metalls 24 und zwischen den zwei ersten Abschnitte 30 ein zweiter Abschnitt 32 mit dem zweiten Metall 26 ausgebildet ist. Wenn der Draht 20 auf der Leiterplatte 10 angeordnet ist, dann ist die Innenseite 28 des Drahts 20 der Metallisierungsschicht 16 zugewandt.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Draht 20 einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf. Eine Drahtbreite b des Drahts 20 beträgt 2.000 µm, wobei die Drahtbreite b senkrecht zur Längsrichtung des Drahts 20 ausgerichtet ist. Eine Drahtdicke d des Drahts 20 beträgt 150 µm. Die Drahtdicke d ist senkrecht zur Drahtbreite b ausgerichtet.
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Der zweite Abschnitt 32 weist vorzugsweise eine Breite von ca. 50% bezogen auf die Drahtbreite b des Drahts 20 auf. Bei einem Drahtbreite b von 2.000 µm weist der zweite Abschnitt 32 eine Breite von ca. 1.000 µm auf.
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Das zweite Metall 26 ist bis zu einer Tiefe von 50%, bezogen auf die Dicke d des Drahts 20 in das erste Metall 24 eingewalzt. Bei einer Drahtdicke d von 150 µm ist das zweite Metall 26 um ca. 75 µm in das erste Metall 24 eingewalzt.
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In 3 ist eine Verfahren zur elektrisch leitenden Verbindung des Drahts 20 auf die Metallisierungsschicht 16 der Leiterplatte 10 gezeigt.
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In einem ersten Schritt 100 wird die Leiterplatte 10 bereitgestellt, wobei die Leiterplatte 10 auf der Oberseite 14 zumindest abschnittsweise die Metallisierungsschicht 16 aufweist. Die Leiterplatte 10 kann einlagig oder mehrlagig ausgebildet sein. Die Leiterplatte 10 und/oder die Metallisierungsschicht 16 wird zumindest abschnittsweise über eine Temperiereinrichtung 36 erwärmt. Dies bedeutet, dass die Leiterplatte 10 und/oder Metallisierungsschicht 16 zumindest lokal oder vollständig durch einen Wärmeeintrag erwärmt wird. Vorliegend wird die Leiterplatte 10 von einer der Oberseite 14 beabstandet ausgebildeten Unterseite 34 erwärmt. Denkbar ist jedoch auch ein direktes Erwärmen der Metallisierungsschicht 16 von oben.
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In einem zweiten Schritt 110 wird der Draht 20 zumindest abschnittsweise auf die Metallisierungsschicht 16 angeordnet. Der Draht 20 liegt mit dessen Innenseite 28, auf der Metallisierungsschicht 16 auf, wobei die Innenseite 28 des Drahts 20 neben dem ersten Metall 24 auch das zweite Metall 26 aufweist. Das zweite Metall 26 ist somit der Metallisierungsschicht 16 zugewandt.
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In einem dritten Schritt 120, wird der Draht 20 auf die Metallisierungsschicht 16 über eine Lasereintrag aufgebondet. Hierzu wirkt ein Laserstrahl 38 auf die Außenseite 40 des Drahts 20. Die Außenseite 40 ist auf einer der Innenseite 28 abgewandten Seite ausgebildet. Der Laserstrahl 38 hat vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 30 µm und 50 µm.
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In einem vierten Schritt 130 wird durch den Energieeintrag des Laserstrahls 38 das erste Metall 24 erwärmt. Die Erwärmung des ersten Metalls 24 geht mittels Konduktion auf das zweite Metall 26 zumindest teilweise über. Da das zweite Metall 26 gegenüber dem ersten Metall 24 einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist, wird das zweite Metall 26 aufgeschmolzen, wodurch das zweite Metall 26 eine stoffschlüssige Verbindung mit der Metallisierungsschicht 16 und dem ersten Metall 24 herstellt.
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Die Erwärmung der Metallisierungsschicht 16 vor dem eigentlichen Bondvorgang auf eine vordefinierte Temperatur führt dazu, dass der Lasereintrag auf den Draht 20 reduziert werden kann, da über den Laserstrahl 38 nicht die Metallisierungsschicht 16 für die stoffschlüssige Verbindung erwärmt werden muss. Auf diese Weise kann nicht nur der Lasereintrag auf den Draht 20, sondern auch die Einwirkung des Laserschweißgeräts auf die Leiterplatte 10 reduziert werden, wodurch Schädigungen an der Leiterplatte 10 reduziert werden können.
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In 4 ist ein Drahtoberseite 42 des Drahts 20 im Bereich der Anbindung 22 an die Leiterplatte 10 nach dem Bondvorgang gezeigt. Das Laserschweißgerät insbesondere der Laserstrahl 38 wurde während des Bondvorgangs oszillierend geführt. Der Laserstrahl 38 hat einen Durchmesser von 39 µm. Die Oszillationsamplitude des Laserstrahls 38 liegt zwischen 150 µm und 300 µm. Zudem wurde das Laserschweißgerät linear vorgeschoben, so dass eine kreisförmige und sich überlagernde Gravur 44 auf der Drahtoberseite 42 erkennbar ist. Die Vorschubgeschwindigkeit kann zwischen 100 bis 150 mm/s gewählt werden. Die Schweißnahtlänge beträgt ca. 1.500 µm. Durch die oszillierende Führung des Laserschweißgeräts kann die Gefahr einer lokalen Überhitzung des Drahts 20 und/oder der Leiterplatte 10 reduziert werden, wodurch Schäden an der Leiterplatte 10 und/oder am Draht 20 reduziert werden können.
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5 zeigt das Kraftfahrzeug 12 mit der erfindungsgemäßen Leiterplatte 10, wobei die Leiterplatte 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel in einer Junction Box 46 des Kraftfahrzeugs 12 angeordnet ist.
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Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ und „aufweisen“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsformen beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsformen verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
