DE102022107291A1

DE102022107291A1 - VERFAHREN ZUM LASER-VERSCHWEIßEN

Info

Publication number: DE102022107291A1
Application number: DE102022107291.6A
Authority: DE
Inventors: Florian Munker; Krzysztof Murgott; Thomas Weiss
Original assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Current assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Priority date: 2022-03-28
Filing date: 2022-03-28
Publication date: 2023-09-28

Abstract

Die vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren (200) zum Laser-Verschweißen von einer Leiterplatte (101) mit einem anderen elektrischen Bauteil (107), um eine elektrischen Komponente (100) zu erhalten, wobei das Verfahren (200) die folgenden Verfahrensschritte umfasst, Bereitstellen (201) einer Leiterplatte (101) mit elektrischen Leitungsbahnen (103), Bereitstellen (203) eines anderen elektrischen Bauteils (107) mit einer elektrischen Kontaktstelle (105), In-Kontaktbringen (205) der elektrischen Leitungsbahnen (103) der Leiterplatte (101) mit der elektrischen Kontaktstelle (105) des anderen elektrischen Bauteils (107), und direktes Laser-Verschweißen (207) der elektrischen Leitungsbahnen (103) der Leiterplatte (101) mit der elektrischen Kontaktstelle (105) des anderen elektrischen Bauteils (107) mit einem Laserstrahl (125) einer Laserschweißvorrichtung (113).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laser-Verschweißen von einer Leiterplatte zu einem anderen elektrischen Bauteil, um eine elektrische Komponente zu erhalten, sowie eine elektrische Komponente herstellbar durch ein entsprechendes Verfahren.
Stand der Technik
In herkömmlichen elektrischen Verbindungen zwischen einer Leiterplatte und einem anderen elektrischen Bauteil, wie beispielsweise einer Stromschiene, sind diverse Verbindungstechniken denkbar. Neben Steckverbindungen kann durch Löten oder Leitkleben oder mit zusätzlichen Kontaktteilen, beispielsweise Kontaktfahnen, eine Verbindung realisiert werden. Die Verwendung eines entsprechenden zusätzlichen Kontaktteils stellt einen Nachteil dar, da hierfür nicht nur ein zusätzliches Bauteil bereitgestellt werden muss, sondern zudem zwei elektrische Anbindungsstellen zwischen dem zusätzlichen Kontaktteil jeweils mit der Leiterplatte und mit dem anderen elektrischen Bauteil benötigt werden, was den Montageaufwand und damit die Herstellungskosten erhöht.
Soll auf zusätzliche Kontaktteile verzichtet werden, kann insbesondere bei flexiblen Leiterplatten die Leitungsbahn direkt verschweißt werden. Hierzu ist es in der Regel erforderlich das Trägermaterial lokal zu entfernen, um so die Leitungsbahn lokal beidseitig freizulegen. Die lokale Freistellung der Leitungsbahn stellt bei flexiblen Leiterplatten einen Nachteil dar, da es sich um ein Sonderverfahren handelt was den Herstellungsaufwand und damit die Herstellungskosten erhöht.
Beschreibung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine kostengünstig und einfach zu fertigende direkte elektrische Verbindung zwischen den elektrischen Leitungsbahnen einer Leiterplatte mit einer elektrischen Kontaktstelle eines anderen elektrischen Bauteils bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass durch eine Laser-Verschweißung ausreichend Energie auf die elektrischen Leitungsbahnen einer Leiterplatte abgegeben werden kann, um die elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte mit einer elektrischen Kontaktstelle eines anderen elektrischen Bauteils wirksam zu verschweißen.
Ferner beruht die vorliegende Erfindung auf der Erkenntnis, dass eine direkte Laser-Verschweißung, also eine Laser-Verschweißung ohne ein zusätzliches Kontaktteil, insbesondere ohne eine Kontaktfahne, oder ohne eine lokale beidseitige Freilegung der Leitungsbahn eine besonders vorteilhafte unmittelbare Verschweißung zwischen den elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte und dem anderen elektrischen Bauteil ermöglicht.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Laser-Verschweißen von einer Leiterplatte mit einem anderen elektrischen Bauteil, um eine elektrischen Komponente zu erhalten, gelöst, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst, Bereitstellen einer Leiterplatte mit elektrischen Leitungsbahnen, Bereitstellen eines anderen elektrischen Bauteils mit einer elektrischen Kontaktstelle, In-Kontaktbringen der elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte mit der elektrischen Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils, und direktes Laser-Verschweißen der elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte mit der elektrischen Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils mit einem Laserstrahl einer Laserschweißvorrichtung.
Insbesondere umfasst das direkte Laser-Verschweißen der elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte mit der elektrischen Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils mit dem Laserstrahl der Laserschweißvorrichtung eine direkte, d.h. unmittelbare Einwirkung des Laserstrahls auf die elektrischen Leitungsbahnen, um das Material der elektrischen Leitungsbahnen zumindest partiell aufzuschmelzen und eine Schweißverbindung zwischen den elektrischen Leitungsbahnen und der elektrischen Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils bereitzustellen.
Insbesondere sind die elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte an einer der Laserschweißvorrichtung abgewandten Rückseite der Leiterplatte angeordnet, und umfasst das direkte Laser-Verschweißen das direkte Laser-Verschweißen der an der Rückseite der Leiterplatte angeordneten elektrischen Leitungsbahnen mit der elektrischen Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils mit dem Laserstrahl der Laserschweißvorrichtung.
Gemäß einer ersten Variante kann hierbei die Leiterplatte insbesondere eine Ausnehmung oder einen Durchbruch aufweisen, wobei der Laserstrahl der Laserschweißvorrichtung durch die Ausnehmung oder durch den Durchbruch bis zu den an Rückseite der Leiterplatte angeordneten elektrischen Leitungsbahnen vordringen kann, um die elektrischen Leitungsbahnen mit der elektrischen Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils zu verschweißen.
Gemäß einer zweiten Variante kann der Laserstrahl der Laserschweißvorrichtung insbesondere durch das lasertransparent ausgeführte Trägermaterial der Leiterplatte bis zu der Rückseite der Leiterplatte vordringen, um die an der Rückseite der Leiterplatte angeordnete elektrische Leitungsbahnen mit der elektrischen Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils zu verschweißen.
Gemäß der ersten Variante wird der technische Vorteil erreicht, dass für die Realisierung des Durchbruches übliche Standard Technologien aus der Leiterplattenfertigung, insbesondere Durchkontaktierungen (Vias), verwendet werden können, wodurch eine einfach und kostengünstig zu fertigende Vorbereitung der Verbindungsstelle bereitgestellt kann und eine stabile elektrisch leitende Verbindung zwischen den elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte und der elektrischen Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils bereitgestellt werden kann.
Gemäß der zweiten Variante wird der technische Vorteil erreicht, dass für die Realisierung der Schweißverbindung keine beidseitige Freistellung der Leitungsbahn erfolgen muss, wodurch eine einfach und kostengünstig zu fertigende Vorbereitung der Verbindungsstelle bereitgestellt kann und eine stabile elektrisch leitende Verbindung zwischen den elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte und der elektrischen Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils bereitgestellt werden kann.
Gemäß der ersten Variante kann die Leiterplatte in allen üblichen Varianten ausgeführt sein, beispielsweise als starre Leiterplatte (FR4) oder als flexible Leiterplatte (FPC).
Gemäß der zweiten Variante kann die Leiterplatte als flexible Leiterplatte (FPC) oder als gedruckte Elektronik auf einem Substrat (Printed Electronics) ausgebildet sein, wobei das Träger- oder Substratmaterial als lasertransparent ausgeführt ist, um ein Laserstrahldurchschweißen zu ermöglichen.
Der elektrisch nichtleitende Grundkörper besteht insbesondere aus Polyimid (PI), Polyethylennaphthalat (PEN) und/oder Polyethylenterephthalat (PET).
Die elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte umfassen insbesondere ein Metall, insbesondere Kupfer.
Das andere elektrische Bauteil ist insbesondere als eine elektrische Stromschiene, insbesondere Hochvolt-Stromschiene, als ein elektrischer Schaltschütz, oder als ein Pyro-Fuse ausgebildet.
Insbesondere ist die elektrische Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils durch ein flächiges elektrisches Kontaktpad gebildet. Alternativ kann die elektrische Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils insbesondere auch durch weitere elektrische Leitungsbahnen des anderen elektrischen Bauteils gebildet sein.
In einer Ausführungsform umfasst das In-Kontaktbringen das direkte Anlegen der elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte an die elektrische Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils.
Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass ein wirksamer flächiger Kontakt zwischen den elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte und der elektrischen Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils erreicht wird.
In einer Ausführungsform wird das In-Kontaktbringen der elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte mit der elektrischen Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils ohne ein zusätzliches Kontaktteil, insbesondere ohne eine zusätzliche Kontaktfahne, zwischen den elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte und der elektrischen Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils durchgeführt.
Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch den Verzicht auf das zusätzliche Kontaktteil zwischen den elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte und der elektrischen Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils die elektrische Verbindung besonders einfach und kostengünstig zu fertigen ist.
In einer Ausführungsform umfasst das direkte Laser-Verschweißen das zumindest partielle Aufschmelzen eines mit der elektrischen Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils in Kontakt gebrachten Bereichs der elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte durch den Laserstrahl der Laserschweißvorrichtung.
Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass eine besonders wirksame Laser-Verschweißung zwischen den elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte mit der elektrischen Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils erreicht wird.
In einer Ausführungsform wird nach dem direkten Laser-Verschweißen eine direkte Schweißverbindung zwischen den elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte und der elektrischen Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils erhalten.
Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass die erhaltene Schweißverbindung zwischen der Leiterplatte und dem anderen elektrischen Bauteil besonders vorteilhaft ist.
In einer Ausführungsform wird die elektrische Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils durch ein flächiges elektrisches Kontaktpad oder durch weitere elektrische Leitungsbahnen des anderen elektrischen Bauteils gebildet.
Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass das Laser-Verschweißen der elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte mit einer Vielzahl von elektrischen Kontaktstellen des anderen elektrischen Bauteils möglich ist, wodurch eine universelle Anwendung des Laser-Verschweißens möglich ist.
In einer Ausführungsform umfasst die Leiterplatte einen elektrisch nichtleitenden Grundkörper, welcher mit den elektrischen Leitungsbahnen verbunden ist, wobei die mit der elektrische Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils in Kontakt gebrachten elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte an einer der Laserschweißvorrichtung abgewandten Rückseite der Leiterplatte angeordnet sind, wobei der durch die Laserschweißvorrichtung emittierte Laserstrahl ausgebildet ist, den elektrisch nichtleitenden Grundkörper zu durchdringen, um die elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte mit der elektrischen Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils direkt zu verschweißen, oder wobei der durch die Laserschweißvorrichtung emittierte Laserstrahl ausgebildet ist, das Material des elektrisch nichtleitenden Grundkörpers zumindest bereichsweise abzutragen, um die elektrischen Leitungsbahnen zumindest bereichsweise freizulegen und die elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte mit der elektrischen Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils direkt zu verschweißen.
Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass ein wirksames rückseitiges Verschweißen der elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte mit der elektrischen Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils erreicht wird.
Wird beispielsweise ein lasertransparentes Material des elektrisch nichtleitenden Grundkörpers der Leiterplatte verwendet, mit welchem der Laserstrahl eine geringe Wechselwirkung aufweist, durchdringt der Laserstrahl den elektrisch nichtleitenden Grundkörper und weist selbst nach dem Durchdringen des Materials noch eine ausreichende Energie auf, um die an der Rückseite der Leiterplatte angeordneten elektrischen Leitungsbahnen zu verschweißen.
Alternativ ist es möglich, dass durch eine ausreichende Intensität des von der Laserschweißvorrichtung emittierten Laserstrahls das Material des elektrisch nichtleitenden Grundkörpers der Leiterplatte zumindest bereichsweise abgetragen wird, so dass der Laserstrahl zu den an der Rückseite der Leiterplatte angeordneten elektrischen Leitungsbahnen vordringen kann, um diese zu verschweißen.
In einer Ausführungsform umfasst die Leiterplatte einen elektrisch nichtleitenden Grundkörper, welcher mit den elektrischen Leitungsbahnen verbunden ist, wobei der elektrisch nichtleitende Grundkörper eine Ausnehmung aufweist, welche eine der Laserschweißvorrichtung zugewandte Vorderseite des elektrisch nichtleitenden Grundkörpers mit einer der Laserschweißvorrichtung abgewandten Rückseite des elektrisch nichtleitenden Grundkörpers verbindet, wobei die mit der elektrische Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils in Kontakt gebrachten elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte an einer der Laserschweißvorrichtung abgewandten Rückseite der Leiterplatte angeordnet sind und die Ausnehmung abdecken, wobei das direkte Laser-Verschweißen das Einwirken des Laserstrahls der Laserschweißvorrichtung in die Ausnehmung umfasst, um die elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte mit der elektrischen Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils direkt zu verschweißen.
Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass die in dem elektrisch nichtleitenden Grundkörper vorhandene Ausnehmung sicherstellt, dass der Laserstrahl wirksam in die Ausnehmung eingestrahlt werden kann, um die elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte zu verschweißen.
Hierbei ist die Ausnehmung insbesondere vor der Durchführung des Laser-Verschweißens gemäß dem ersten Aspekt bereits in den elektrisch nichtleitenden Grundkörper der Leiterplatte eingebracht worden, insbesondere durch ein Stanzverfahren.
In einer Ausführungsform umfasst die Leiterplatte einen elektrisch nichtleitenden Grundkörper, welcher mit den elektrischen Leitungsbahnen verbunden ist, wobei der elektrisch nichtleitende Grundkörper einen Durchbruch aufweist, welcher eine der Laserschweißvorrichtung zugewandte Vorderseite des elektrisch nichtleitenden Grundkörpers mit einer der Laserschweißvorrichtung abgewandten Rückseite des elektrisch nichtleitenden Grundkörpers verbindet, wobei die elektrischen Leitungsbahnen zumindest abschnittweise in dem Durchbruch angeordnet sind, und insbesondere eine elektrische Durchkontaktierung bilden, wobei das direkte Laser-Verschweißen das Einwirken des Laserstrahls der Laserschweißvorrichtung in den Durchbruch umfasst, um die elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte mit der elektrischen Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils direkt zu verschweißen.
Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass ein bereits in der Leiterplatte vorhandener Bereich der elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte, insbesondere elektrische Durchkontaktierung, vorteilhaft für das Laser-Verschweißen mit der elektrischen Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils verwendet werden kann.
In einer Ausführungsform ist der Durchbruch durch eine Durchbruchseitenwand begrenzt, welche die Vorderseite des elektrisch nichtleitenden Grundkörpers mit der Rückseite des elektrisch nichtleitenden Grundkörpers verbindet, wobei die elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte zumindest abschnittsweise an der Durchbruchseitenwand angeordnet sind, insbesondere um eine Durchkontaktierung zu bilden.
Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass die an der Durchbruchseitenwand angeordneten elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte vorteilhaft durch den Laserstrahl beaufschlagbar sind, um ein wirksames Laser-Verschweißen sicherzustellen.
In einer Ausführungsform sind die elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte, insbesondere die elektrische Durchkontaktierung, zumindest abschnittsweise an der Rückseite des elektrisch nichtleitenden Grundkörpers angeordnet, und wobei das direkte Laser-Verschweißen das Einwirken des Laserstrahls der Laserschweißvorrichtung in den Durchbruch umfasst, um einen an der Rückseite des elektrisch nichtleitenden Grundkörpers angeordneten Bereich der elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte mit der elektrischen Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils direkt zu verschweißen.
Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass der an der Rückseite des elektrisch nichtleitenden Grundkörpers angeordnete Bereich der elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte besonders vorteilhaft mit der elektrischen Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils verschweißt werden kann.
In einer Ausführungsform bildet der an der Rückseite des elektrisch nichtleitenden Grundkörpers angeordnete und verschweißte Bereich der elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte einen sich von dem Durchbruch erstreckenden Rückseitenflansch.
Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass der entsprechende Rückseitenflansch einen vorteilhaften Kontaktbereich für das Verschweißen der elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte bildet.
In einer Ausführungsform sind die elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte, insbesondere die elektrische Durchkontaktierung, zumindest abschnittsweise an der Vorderseite des elektrisch nichtleitenden Grundkörpers angeordnet, und bilden insbesondere einen sich von dem Durchbruch erstreckenden Vorderseitenflansch.
Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass der Vorderseitenflansch eine wirksame Stabilisierung der elektrischen Leitungsbahnen, insbesondere der elektrischen Durchkontaktierung, sicherstellt.
In einer Ausführungsform ist die Leiterplatte als eine flexible Leiterplatte (FPC) ausgebildet, und/oder ist das andere elektrische Bauteil als eine elektrische Stromschiene, als ein elektrischer Schaltschütz, oder als ein Pyro-Fuse ausgebildet.
Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch das Laser-Verschweißen eine universelle Anbindung der Leiterplatte an eine Vielzahl von unterschiedlichen anderen elektrischen Bauteilen ermöglicht wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine elektrische Komponente herstellbar durch ein Verfahren nach dem ersten Aspekt gelöst.
Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass eine vorteilhafte elektrische Komponente erhalten werden kann.
Figurenbeschreibung
Nachfolgend werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer durch ein Laser-Verschweißen von einer Leiterplatte mit einem anderen elektrischen Bauteil gefertigten elektrischen Komponente gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine schematische Darstellung einer durch ein Laser-Verschweißen von einer Leiterplatte mit einem anderen elektrischen Bauteil gefertigten elektrischen Komponente gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
3 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Laser-Verschweißen von einer Leiterplatte mit einem anderen elektrischen Bauteil, um eine elektrische Komponente zu erhalten, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen als Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Es versteht sich, dass auch andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen. Ferner versteht es sich, dass die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch etwas anderes angegeben ist.
Die Aspekte und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen sich im Allgemeinen auf gleiche Elemente beziehen. In der folgenden Beschreibung werden zu Erläuterungszwecken zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein eingehendes Verständnis von einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung zu vermitteln.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer durch ein Laser-Verschweißen von einer Leiterplatte mit einem anderen elektrischen Bauteil gefertigten elektrischen Komponente gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
In herkömmlichen elektrischen Verbindungen zwischen einer Leiterplatte und einem anderen elektrischen Bauteil werden oftmals elektrische Leitungsbahnen der Leiterplatte mit einer elektrischen Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils durch ein zusätzliches Kontaktteil, insbesondere durch eine Kontaktfahne, miteinander verbunden. Die Verwendung eines entsprechenden zusätzlichen Kontaktteils stellt einen Nachteil dar, da hierfür nicht nur ein zusätzliches Bauteil bereitgestellt werden muss, sondern zudem zwei elektrische Anbindungsstellen zwischen dem zusätzlichen Kontaktteil jeweils mit der Leiterplatte und mit dem anderen elektrischen Bauteil benötigt werden, was den Montageaufwand und damit die Herstellungskosten erhöht.
Es besteht somit ein Bedarf eine kostengünstig und einfach zu fertigende direkte elektrische Verbindung zwischen den elektrischen Leitungsbahnen einer Leiterplatte mit einer elektrischen Kontaktstelle eines anderen elektrischen Bauteils, ohne die Verwendung eines zusätzlichen Kontaktteils, bereitzustellen.
In der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung weist die elektrische Komponente 100 eine Leiterplatte 101 mit elektrischen Leitungsbahnen 103 auf, welche mit einer Kontaktstelle 105 eines anderen elektrischen Bauteils 107 direkt miteinander durch ein Laser-Schweißverfahren verschweißt werden.
Die Leiterplatte 101 ist insbesondere als eine flexible Leiterplatte (FPC) ausgebildet.
Die Leiterplatte 101 umfasst insbesondere einen elektrisch nichtleitenden Grundkörper 109, welcher mit den elektrischen Leitungsbahnen 103 verbunden ist. Der elektrisch nichtleitende Grundkörper 109 besteht insbesondere aus Polyimid (PI), Polyethylennaphthalat (PEN) und/oder Polyethylenterephthalat (PET).
Die elektrischen Leitungsbahnen 103 der Leiterplatte 101 können ein Metall, insbesondere Kupfer, umfassen.
Das andere elektrische Bauteil 107 ist insbesondere als eine elektrische Stromschiene, insbesondere Hochvolt-Stromschiene, als ein elektrischer Schaltschütz, oder als ein Pyro-Fuse ausgebildet.
Wie in der 1 dargestellt, ist die elektrische Kontaktstelle 105 des anderen elektrischen Bauteils 107 insbesondere durch ein flächiges elektrisches Kontaktpad gebildet. Alternativ kann die elektrische Kontaktstelle 105 des anderen elektrischen Bauteils 107 auch durch weitere elektrische Leitungsbahnen des anderen elektrischen Bauteils 107 gebildet werden.
Die in der 1 dargestellten elektrischen Leitungsbahnen 103 der Leiterplatte 101 sind als eine elektrische Durchkontaktierung 103-1 ausgebildet, welche in einem Durchbruch 111 des elektrisch nichtleitenden Grundkörpers 109 der Leiterplatte 101 angeordnet ist.
Der Durchbruch 111 erstreckt sich hierbei von einer Vorderseite 115 des elektrisch nichtleitenden Grundkörpers 109, welche einer in 1 lediglich schematisch Laserschweißvorrichtung 113 zugewandt ist, zu einer Rückseite 117 des elektrisch nichtleitenden Grundkörpers 109, welche der Laserschweißvorrichtung 113 abgewandt ist.
Der Durchbruch 111 wird hierbei durch eine Durchbruchseitenwand 119 begrenzt, welche die Vorderseite 115 des elektrisch nichtleitenden Grundkörpers 109 mit der Rückseite 117 des elektrisch nichtleitenden Grundkörpers 109 verbindet. Hierbei sind die elektrischen Leitungsbahnen 103 der Leiterplatte 101 zumindest abschnittsweise an der Durchbruchseitenwand 119 angeordnet, um die Durchkontaktierung 103-1 zu bilden.
Die elektrischen Leitungsbahnen 103 der Leiterplatte 101, insbesondere die elektrische Durchkontaktierung 103-1, können zudem zumindest abschnittsweise an der Rückseite 117 des elektrisch nichtleitenden Grundkörpers 109 und an der Vorderseite 115 des elektrisch nichtleitenden Grundkörpers 109 angeordnet sein, um an der Rückseite 117 und/oder Vorderseite 115 einen sich von dem Durchbruch 111 weg erstreckenden Rückseitenflansch 123 und/oder Vorderseitenflansch 121 zu bilden.
Der Rückseitenflansch 123 und/oder Vorderseitenflansch 121 umläuft hierbei den Durchbruch 111 zumindest abschnittweise, insbesondere vollständig.
Um die in 1 dargestellte elektrische Komponente 100 herzustellen, werden die elektrischen Leitungsbahnen 103, insbesondere die elektrische Durchkontaktierung 103-1, insbesondere der Rückseitenflansch 123 der elektrischen Durchkontaktierung 103-1, in Kontakt mit der elektrischen Kontaktstelle 105 des anderen elektrischen Bauteils 107 gebracht, d.h. die elektrischen Leitungsbahnen 103, insbesondere die elektrische Durchkontaktierung 103-1, insbesondere der Rückseitenflansch 123 der elektrischen Durchkontaktierung 103-1 liegen an der elektrischen Kontaktstelle 105 des anderen elektrischen Bauteils 107 an.
Anschließend erfolgt das direkte Laser-Verschweißen der elektrischen Leitungsbahnen 103 der Leiterplatte 101 mit der elektrischen Kontaktstelle 105 des anderen elektrischen Bauteils 107 mit einem in 1 lediglich schematisch dargestellten Laserstrahl 125 der Laserschweißvorrichtung 113.
Das entsprechende direkte Laser-Verschweißen umfasst das zumindest partielle Aufschmelzen eines mit der elektrischen Kontaktstelle 105 des anderen elektrischen Bauteils 107 in Kontakt gebrachten Bereichs der elektrischen Leitungsbahnen 103 der Leiterplatte 101, insbesondere der elektrischen Durchkontaktierung 103-1, insbesondere des Rückseitenflanschs 123 der elektrischen Durchkontaktierung 103-1, durch den Laserstrahl 125 der Laserschweißvorrichtung 113.
Somit entsteht nach dem direkten Laser-Verschweißen eine direkte Schweißverbindung zwischen den elektrischen Leitungsbahnen 103 der Leiterplatte 101, insbesondere der elektrischen Durchkontaktierung 103-1, insbesondere des Rückseitenflanschs 123 der elektrischen Durchkontaktierung 103-1, und der elektrischen Kontaktstelle 105 des anderen elektrischen Bauteils 107.
Somit wird eine stabile, direkte und elektrisch leitende Verbindung zwischen den elektrischen Leitungsbahnen 103 der Leiterplatte 101, insbesondere der elektrischen Durchkontaktierung 103-1, insbesondere des Rückseitenflanschs 123 der elektrischen Durchkontaktierung 103-1, und der elektrischen Kontaktstelle 105 des anderen elektrischen Bauteils 107 erhalten.
Wie in der 1 lediglich schematisch dargestellt ist, umfasst das entsprechende direkte Laser-Verschweißen das Einwirken des von der Laserschweißvorrichtung 113 emittierten Laserstrahls 125 in den Durchbruch 111, so dass die von dem Laserstrahl 125 abgegebene Energie an die innerhalb des Durchbruchs 111 angeordnete Leiterplatte 101, insbesondere Durchkontaktierung 103-1, abgegeben und an den Rückseitenflansch 123 weitergeleitet wird, um den Rückseitenflansch 123 am Kontaktbereich mit der elektrischen Kontaktstelle 105 des anderen elektrischen Bauteils 107 partiell aufzuschmelzen und zu verschweißen.
Somit kann eine wirksame Laser-Verschweißung zwischen den elektrischen Leitungsbahnen 103 der Leiterplatte 101, insbesondere der elektrischen Durchkontaktierung 103-1, insbesondere des Rückseitenflanschs 123 der elektrischen Durchkontaktierung 103-1, und der elektrischen Kontaktstelle 105 des anderen elektrischen Bauteils 107 erhalten werden.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer durch ein Laser-Verschweißen von einer Leiterplatte mit einem anderen elektrischen Bauteil gefertigten elektrischen Komponente gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Die elektrische Komponente 100 gemäß dem in 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die elektrischen Leitbahnen 103 der Leiterplatte 101 nicht als eine elektrische Durchkontaktierung 103-1 ausgebildet sind, und auch keine Ausnehmung 127 in dem elektrisch nicht leitenden Grundkörper 109 vorhanden ist, sondern, dass der von der Laserschweißvorrichtung 113 emittierte Laserstrahl 125 das Material des elektrisch nicht leitenden Grundkörpers 109 durchdringt und bis zu den elektrischen Leitbahnen 103 der Leiterplatte 101 vordringen kann.
Durch die Auswahl eines geeigneten lasertransparenten Materials des elektrisch nicht leitenden Grundkörpers 109, kann die Wechselwirkung des Laserstrahls 125 mit dem elektrisch nicht leitenden Grundkörper 109 minimiert werden, so dass der Laserstrahl 125 bis zur Rückseite 117 des elektrisch nicht leitenden Grundkörpers 109 vordringen kann, um die an der Rückseite 117 angeordnete elektrischen Leitbahnen 103 der Leiterplatte 101 mit dem Kontaktbereich 105 des anderen elektrischen Bauteils 107 zu verschweißen.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Laser-Verschweißen von einer Leiterplatte mit einem anderen elektrischen Bauteil, um eine elektrische Komponente zu erhalten, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
Das Verfahren 200 umfasst als ersten Verfahrensschritt das Bereitstellen 201 einer Leiterplatte 101 mit elektrischen Leitungsbahnen 103.
Das Verfahren 200 umfasst als zweiten Verfahrensschritt das Bereitstellen 203 eines anderen elektrischen Bauteils 107 mit einer elektrischen Kontaktstelle 105.
Das Verfahren 200 umfasst als dritten Verfahrensschritt das In-Kontaktbringen 205 der elektrischen Leitungsbahnen 103 der Leiterplatte 101 mit der elektrischen Kontaktstelle 105 des anderen elektrischen Bauteils 107.
Das Verfahren 200 umfasst als vierten Verfahrensschritt das direkte Laser-Verschweißen 207 der elektrischen Leitungsbahnen 103 der Leiterplatte 101 mit der elektrischen Kontaktstelle 105 des anderen elektrischen Bauteils 107 mit einem Laserstrahl 125 einer Laserschweißvorrichtung 113.
BEZUGSZEICHENLISTE

100: Elektrische Komponente
101: Leiterplatte
103: Elektrische Leitungsbahnen der Leiterplatte
103-1: Elektrische Durchkontaktierung
105: Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils
107: Anderes elektrisches Bauteil
109: Elektrisch nichtleitender Grundkörper der Leiterplatte
111: Durchbruch der Leiterplatte
113: Laserschweißvorrichtung
115: Vorderseite des elektrisch nichtleitender Grundkörpers
117: Rückseite des elektrisch nichtleitender Grundkörpers
119: Durchbruchseitenwand
121: Vorderseitenflansch
123: Rückseitenflansch
125: Laserstrahl
127: Ausnehmung
200: Verfahrens zum Laser-Verschweißen von einer Leiterplatte mit einem anderen elektrischen Bauteil
201: Erster Verfahrensschritt: Bereitstellen einer Leiterplatte
203: Zweiter Verfahrensschritt: Bereitstellen eines anderen elektrischen Bauteils
205: Dritter Verfahrensschritt: In-Kontaktbringen der elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte mit der elektrischen Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils
207: Vierter Verfahrensschritt: Direktes Laser-Verschweißen der elektrischen Leitungsbahnen der Leiterplatte mit der elektrischen Kontaktstelle des anderen elektrischen Bauteils

Claims

Verfahren (200) zum Laser-Verschweißen von einer Leiterplatte (101) mit einem anderen elektrischen Bauteil (107), um eine elektrischen Komponente (100) zu erhalten, wobei das Verfahren (200) die folgenden Verfahrensschritte umfasst: Bereitstellen (201) einer Leiterplatte (101) mit elektrischen Leitungsbahnen (103), Bereitstellen (203) eines anderen elektrischen Bauteils (107) mit einer elektrischen Kontaktstelle (105), In-Kontaktbringen (205) der elektrischen Leitungsbahnen (103) der Leiterplatte (101) mit der elektrischen Kontaktstelle (105) des anderen elektrischen Bauteils (107), und Direktes Laser-Verschweißen (207) der elektrischen Leitungsbahnen (103) der Leiterplatte (101) mit der elektrischen Kontaktstelle (105) des anderen elektrischen Bauteils (107) mit einem Laserstrahl (125) einer Laserschweißvorrichtung (113).
Verfahren (200) nach Anspruch 1, wobei das In-Kontaktbringen (205) das direkte Anlegen der elektrischen Leitungsbahnen (103) der Leiterplatte (101) an die elektrische Kontaktstelle (105) des anderen elektrischen Bauteils (107) umfasst.
Verfahren (200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das In-Kontaktbringen (205) der elektrischen Leitungsbahnen (103) der Leiterplatte (101) mit der elektrischen Kontaktstelle (105) des anderen elektrischen Bauteils (107) ohne ein zusätzliches Kontaktteil, insbesondere ohne eine zusätzliche Kontaktfahne, zwischen den elektrischen Leitungsbahnen (103) der Leiterplatte (101) und der elektrischen Kontaktstelle (105) des anderen elektrischen Bauteils (107) durchgeführt wird.
Verfahren (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das direkte Laser-Verschweißen (207) das zumindest partielle Aufschmelzen eines mit der elektrischen Kontaktstelle (105) des anderen elektrischen Bauteils (107) in Kontakt gebrachten Bereichs der elektrischen Leitungsbahnen (103) der Leiterplatte (101) durch den Laserstrahl (125) der Laserschweißvorrichtung (113) umfasst.
Verfahren (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei nach dem direkten Laser-Verschweißen (207) eine direkte Schweißverbindung zwischen den elektrischen Leitungsbahnen (103) der Leiterplatte (101) und der elektrischen Kontaktstelle (105) des anderen elektrischen Bauteils (107) erhalten wird.
Verfahren (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die elektrische Kontaktstelle (105) des anderen elektrischen Bauteils (107) durch ein flächiges elektrisches Kontaktpad oder durch weitere elektrische Leitungsbahnen des anderen elektrischen Bauteils (107) gebildet wird.
Verfahren (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Leiterplatte (101) einen elektrisch nichtleitenden Grundkörper (109) umfasst, welcher mit den elektrischen Leitungsbahnen (103) verbunden ist, wobei die mit der elektrische Kontaktstelle (105) des anderen elektrischen Bauteils (107) in Kontakt gebrachten elektrischen Leitungsbahnen (103) der Leiterplatte (101) an einer der Laserschweißvorrichtung (113) abgewandten Rückseite (117) der Leiterplatte (101) angeordnet sind, wobei der durch die Laserschweißvorrichtung (113) emittierte Laserstrahl (125) ausgebildet ist, den elektrisch nichtleitenden Grundkörper (109) zu durchdringen, um die elektrischen Leitungsbahnen (103) der Leiterplatte (101) mit der elektrischen Kontaktstelle (105) des anderen elektrischen Bauteils (107) direkt zu verschweißen, oder wobei der durch die Laserschweißvorrichtung (113) emittierte Laserstrahl (125) ausgebildet ist, das Material des elektrisch nichtleitenden Grundkörpers (109) zumindest bereichsweise abzutragen, um die elektrischen Leitungsbahnen (103) zumindest bereichsweise freizulegen und die elektrischen Leitungsbahnen (103) der Leiterplatte (101) mit der elektrischen Kontaktstelle (105) des anderen elektrischen Bauteils (107) direkt zu verschweißen.
Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Leiterplatte (101) einen elektrisch nichtleitenden Grundkörper (109) umfasst, welcher mit den elektrischen Leitungsbahnen (103) verbunden ist, wobei der elektrisch nichtleitende Grundkörper (109) eine Ausnehmung (127) aufweist, welche eine der Laserschweißvorrichtung (113) zugewandte Vorderseite (115) des elektrisch nichtleitenden Grundkörpers (109) mit einer der Laserschweißvorrichtung (113) abgewandten Rückseite (117) des elektrisch nichtleitenden Grundkörpers (109) verbindet, wobei die mit der elektrische Kontaktstelle (105) des anderen elektrischen Bauteils (107) in Kontakt gebrachten elektrischen Leitungsbahnen (103) der Leiterplatte (101) an einer der Laserschweißvorrichtung (113) abgewandten Rückseite (117) der Leiterplatte (101) angeordnet sind und die Ausnehmung (127) abdecken, wobei das direkte Laser-Verschweißen (207) das Einwirken des Laserstrahls (125) der Laserschweißvorrichtung (113) in die Ausnehmung (127) umfasst, um die elektrischen Leitungsbahnen (103) der Leiterplatte (101) mit der elektrischen Kontaktstelle (105) des anderen elektrischen Bauteils (107) direkt zu verschweißen.
Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Leiterplatte (101) einen elektrisch nichtleitenden Grundkörper (109) umfasst, welcher mit den elektrischen Leitungsbahnen (103) verbunden ist, wobei der elektrisch nichtleitende Grundkörper (109) einen Durchbruch (111) aufweist, welcher eine der Laserschweißvorrichtung (113) zugewandte Vorderseite (115) des elektrisch nichtleitenden Grundkörpers (109) mit einer der Laserschweißvorrichtung (113) abgewandten Rückseite (117) des elektrisch nichtleitenden Grundkörpers (109) verbindet, wobei die elektrischen Leitungsbahnen (103) zumindest abschnittweise in dem Durchbruch (111) angeordnet sind, und insbesondere eine elektrische Durchkontaktierung bilden, wobei das direkte Laser-Verschweißen (207) das Einwirken des Laserstrahls (125) der Laserschweißvorrichtung (113) in den Durchbruch (111) umfasst, um die elektrischen Leitungsbahnen (103) der Leiterplatte (101) mit der elektrischen Kontaktstelle (105) des anderen elektrischen Bauteils (107) direkt zu verschweißen.
Verfahren (200) nach Anspruch 9, wobei der Durchbruch (111) durch eine Durchbruchseitenwand (119) begrenzt ist, welche die Vorderseite (115) des elektrisch nichtleitenden Grundkörpers (109) mit der Rückseite (117) des elektrisch nichtleitenden Grundkörpers (109) verbindet, wobei die elektrischen Leitungsbahnen (103) der Leiterplatte (101) zumindest abschnittsweise an der Durchbruchseitenwand (119) angeordnet sind, insbesondere um eine elektrische Durchkontaktierung zu bilden.
Verfahren (200) nach Anspruch 10, wobei die elektrischen Leitungsbahnen (103) der Leiterplatte (101), insbesondere die elektrische Durchkontaktierung, zumindest abschnittsweise an der Rückseite (117) des elektrisch nichtleitenden Grundkörpers (109) angeordnet sind, und wobei das direkte Laser-Verschweißen (207) das Einwirken des Laserstrahls (125) der Laserschweißvorrichtung (113) in den Durchbruch (111) umfasst, um einen an der Rückseite (117) des elektrisch nichtleitenden Grundkörpers (109) angeordneten Bereich der elektrischen Leitungsbahnen (103) der Leiterplatte (101) mit der elektrischen Kontaktstelle (105) des anderen elektrischen Bauteils (107) direkt zu verschweißen.
Verfahren (200) nach Anspruch 11, wobei der an der Rückseite (117) des elektrisch nichtleitenden Grundkörpers (109) angeordnete und verschweißte Bereich der elektrischen Leitungsbahnen (103) der Leiterplatte (101) einen sich von dem Durchbruch (111) erstreckenden Rückseitenflansch (123) bildet.
Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die elektrischen Leitungsbahnen (103) der Leiterplatte (101), insbesondere die elektrische Durchkontaktierung, zumindest abschnittsweise an der Vorderseite (115) des elektrisch nichtleitenden Grundkörpers (109) angeordnet sind, und insbesondere einen sich von dem Durchbruch (111) erstreckenden Vorderseitenflansch (121) bilden.
Verfahren (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Leiterplatte (101) als eine flexible Leiterplatte (FPC) ausgebildet ist, und/oder wobei das andere elektrische Bauteil (107) als eine elektrische Stromschiene, als ein elektrischer Schaltschütz, oder als ein Pyro-Fuse ausgebildet ist.
Elektrische Komponente (100) herstellbar durch ein Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.