DE10224266A1

DE10224266A1 - Elektronische Baugruppe

Info

Publication number: DE10224266A1
Application number: DE2002124266
Authority: DE
Inventors: Juergen Heim; Helmut Heinz; Michael Jahn; Sascha Richter; Wolfgang Thiel
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2003-12-11
Also published as: WO2003103354A1

Abstract

Vorgeschlagen wird eine einfache und kostengünstige Anordnung der elektronischen Baugruppe, die eine Leiterplatte mit einer Leiterbahnstruktur und eine Schaltfolie mit einer Leiterbahnstruktur aufweist. DOLLAR A Hierzu ist mindestens eine die Leiterbahnstruktur der Leiterplatte und die Leiterbahnstruktur der Leiterfolie kontaktierende, durch Löten gebildete Kontaktstelle vorgesehen. DOLLAR A Elektronische Baugruppe als Steuergerät im Kfz-Bereich.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Baugruppe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In vielen Bereichen werden elektronische Baugruppen für unterschiedliche Anwendungen und Aufgaben eingesetzt; beispielsweise sind im Kraftfahrzeugbereich elektronische Baugruppen als Steuergeräte zur Verarbeitung von Messsignalen und/oder zur Steuerung von Aggregatefunktionen oder von Komponenten des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Derartige elektronische Baugruppen weisen üblicherweise eine Leiterplatte mit einer Leiterbahnstruktur auf, die als Trägerkörper zur Aufnahme von Bauteilen der elektronischen Baugruppe und als Schaltungsträger zur Ausbildung von Kontaktverbindungen dient; daneben kann eine Leiterfolie mit einer Leiterbahnstruktur vorgesehen werden, die als weiterer Trägerkörper für Bauteile der elektronischen Baugruppe und/oder als Verdrahtungsträger für die elektrische Kontaktierung der elektronischen Baugruppe dient (bsp. zur externen Kontaktierung der elektronischen Baugruppe). Hierbei muss eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Leiterbahnstruktur der Leiterplatte und der Leiterbahnstruktur der Leiterfolie hergestellt werden; dies wird in der Regel mittels eines von der Leiterbahnstruktur der Leiterplatte ausgehenden Steckverbinders realisiert, der durch Crimpen mit der Leiterbahnstruktur der Leiterfolie verbunden wird. Eine derartige elektrisch leitende Verbindung mittels eines Steckverbinders bedingt jedoch hohe Kosten sowie einen hohen Fertigungsaufwand und Montageaufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Baugruppe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 mit einem einfachen Aufbau, einer einfachen Fertigung, geringen Kosten, einer hohen Zuverlässigkeit und vorteilhaften Eigenschaften bezüglich der elektrischen leitenden Verbindung zwischen Leiterplatte und Leiterfolie anzugeben.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Bestandteil der weiteren Patentansprüche.

Die elektrisch leitende Verbindung der Leiterplatte mit der Leiterfolie und damit die elektrische Kontaktierung der Leiterbahnstruktur der Leiterplatte einerseits und der Leiterbahnstruktur der Leiterfolie andererseits (die Leiterbahnstruktur der Leiterfolie ist hierbei auf einem geeigneten Schaltungsträger aufgebracht, bsp. auf einer flexiblen Leiterplatte oder auf einer Schaltfolie) wird über mindestens eine Lötverbindung realisiert, indem die in einem Kontaktierungsbereich zugängliche Leiterbahnstruktur der Leiterfolie durch einen Lötprozess mit einem auf der Leiterbahnstruktur der Leiterplatte an der jeweils für die Kontaktierung vorgesehenen Kontaktstelle angeordneten Kontaktfleck ("Lotdepot") als Bestandteil der Leiterbahnstruktur der Leiterplatte leitend verbunden wird.

Hierzu muss die auf dem Schaltungsträger aufgebrachte, von mindestens einer Isolationsschicht bedeckte Leiterbahnstruktur der Leiterfolie zumindest im Kontaktierungsbereich zugänglich gemacht werden, d. h. die Leiterbahnstruktur ist im Kontaktierungsbereich bereits einseitig oder beidseitig freigelegt (d. h. die mindestens eine Isolationsschicht wird im Kontaktierungsbereich gar nicht aufgebracht) oder aber die Leiterbahnstruktur wird vor der Kontaktierung im Kontaktierungsbereich einseitig oder beidseitig freigelegt (d. h. die mindestens eine Isolationsschicht wird im Kontaktierungsbereich entfernt). Als Leiterfolien können hierbei bsp. entweder flexible gedruckte Leiterplatten ("Flexible Printed Circuit" FPC) eingesetzt werden - bei diesen ist die Leiterbahnstruktur direkt auf einer als Schaltungsträger und als Trägerkörper dienenden ersten Isolationsschicht aufgebracht und von einer als Abdeckung dienenden zweiten Isolationsschicht (Isolationsfolie als Abdeckfolie) abgedeckt - oder aber flexible Flachkabel ("Flexible Flat Cable" FFC) - bei diesen ist eine die Leiterbahnstruktur tragende Schaltfolie als Schaltungsträger zwischen zwei Isolationsfolien als Isolationsschichten angeordnet, d. h. auf einer als Trägerkörper dienenden ersten Isolationsfolie aufgebracht und von einer als Abdeckung dienenden zweiten Isolationsschicht (Isolationsfolie als. Abdeckfolie) abgedeckt. Das Material der Kontaktflecken wird zusammen mit dem Material der Kontaktpads für die Bauteile der elektronischen Baugruppe bei der Erstellung der Leiterbahnstruktur an den vorgesehenen Kontaktstellen derart aufgebracht, dass die Kontaktflecken mit der Leiterbahnstruktur der Leiterplatte elektrisch verbunden sind. Die Bauteile der elektronischen Baugruppe werden auf Aufnahmeflächen auf der Leiterplatte und/oder auf der Leiterfolie aufgebracht und mit der Leiterbahnstruktur der Leiterplatte und/oder der Leiterbahnstruktur der Leiterfolie auf geeignete Weise über die Kontaktpads leitend verbunden; insbesondere werden die Bauteile der elektronischen Baugruppe durch Reflowlöten oder Schwalllöten mit der Leiterbahnstruktur der Leiterplatte leitend verbunden.

Nach dem Aufbringen der Bauteile wird die Leiterfolie derart bezüglich der Leiterbahnstruktur der Leiterplatte positioniert, dass der die Leiterbahnstruktur tragende Schaltungsträger der Leiterfolie im Kontaktierungsbereich wie gewünscht bezüglich den korrespondierenden Kontaktflecken auf der Oberseite der Leiterplatte angeordnet ist. Im wesentlichen auf die Leiterfolie wird eine bsp. als Glasplatte ausgebildete Montagevorrichtung aufgelegt, die als Niederhalter die bezüglich der Leiterplatte und deren Leiterbahnstruktur positionierte Leiterfolie mechanisch fixiert, ggf. unter Zuhilfenahme von auf dem Niederhalter ausgebildeten Positionierhilfen; bei einer durch partielles Entfernen des Trägerkörpers (bsp. der Trägerfolie) einseitig freigelegten Leiterbahnstruktur der Leiterfolie liegt die vollständig erhaltene Abdeckung auf der Unterseite des Niederhalters an (insbesondere die vollständig erhaltene Abdeckfolie), bei einer durch partielles Entfernen des Trägerkörpers (bsp. der Trägerfolie) und der Abdeckung (bsp. der Abdeckfolie) beidseitig freigelegten Leiterbahnstruktur der Leiterfolie liegen die Leiterbahnen der Leiterbahnstruktur der Leiterfolie auf der Unterseite des Niederhalters an.

Nach der Positionierung und Fixierung der Leiterfolie wird das jeweilige Lotdepot des mindestens einen Kontaktflecks mittels eines selektiven Lötprozesses erwärmt und aufgeschmolzen und durch die Materialverbindung des mit den Leiterbahnen der Leiterbahnstruktur der Leiterplatte in Verbindung stehenden Lots des Kontaktflecks die jeweilige Kontaktstelle mit den Leiterbahnen der Leiterbahnstruktur der Leiterfolie gebildet. Als selektiver Lötprozess kann insbesondere das Laserlöten unter Verwendung eines fokussierten Laserstrahls eingesetzt werden, bei dem ein über eine Fokussiereinrichtung aufgeweiteter Laserstrahl das Material des Kontaktflecks selektiv erwärmt, wodurch qualitativ hochwertige Lötverbindungen realisiert werden. Bsp. besteht die Leiterbahnstruktur der Leiterfolie aus Kupfer; die Leiterbahnstruktur der Leiterplatte und ebenso die Kontaktflecken als Lotdepot bestehen vorzugsweise aus einem Metall, zumindest aber weisen sie eine metallische Oberfläche auf, bsp. eine verzinnte Oberfläche.

Auf der Leiterfolie können Anschlusskontakte für die externe Kontaktierung der elektronischen Baugruppe ausgebildet werden, bsp. können die Anschlusskontakte durch Crimpen oder Schweißen oder Löten auf den Schaltungsträger der Leiterfolie aufgebracht werden; insbesondere können mehrere Anschlusskontakte zu Kontaktbereichen zusammengefasst werden und bsp. in einem gemeinsamen Gehäuseanschluss integriert werden. An die Anschlusskontakte und insbesondere an einen Gehäuseanschluss können geeignete Anschlusskomponenten angeschlossen werden, insbesondere Anschlussleitungen oder Anschlussstecker.

Zum Schutz der Bauteile beim Einsatz der elektronischen Baugruppe kann ein Gehäusekörper vorgesehen werden, insbesondere ein allseitig geschlossenes Gehäuse. Die elektronische Baugruppe vereinigt mehrere Vorteile in sich:

- Die Kontaktierung der Leiterbahnstruktur der Leiterplatte und der Leiterbahnstruktur der Leiterfolie mittels einer Lötverbindung kann auf einfache Weise ohne das Erfordernis zusätzlicher Kontaktelemente realisiert werden.
- Die Lötverbindung gewährleistet einen guten elektrischen Kontakt zwischen der Leiterbahnstruktur der Leiterplatte und der Leiterbahnstruktur der Leiterfolie, insbesondere auch beim Einsatz der elektronischen Baugruppe unter schwierigen äußeren Bedingungen.
- Die Lötverbindung kann kostengünstig und automatisiert realisiert werden, insbesondere bei gleichzeitiger Ausbildung mehrerer Kontaktstellen.
- Insbesondere bei Verwendung des Laserlötens als selektiven Lötprozess kann anhand der Vorgabe der Prozessparameter Zeitdauer und Laserleistung des Laserstrahls sowie der optischen Prozessparameter für den Lötprozess (bsp. hinsichtlich der Fokussierung des Laserstrahls) die erforderliche Laserenergie präzise eingekoppelt werden und hierdurch der durch den Laserstrahl zu erwärmende Bereich definiert vorgegeben werden; somit kann gleichzeitig eine Vielzahl von zuverlässigen Lötverbindungen mit einem feinkörnigen Lötgefüge bei verbessertem Alterungsverhalten und erhöhter thermischer Zyklusfestigkeit der Lötverbindung bei geringer thermischer Belastung und damit geringer Gefahr von Schädigungen der Isolationsschichten und der elektronischen Bauteile der elektronischen Baugruppe realisiert werden.

Im Zusammenhang mit der Zeichnung (Fig. 1 und 2) soll die elektronische Baugruppe anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden.
In der Fig. 1 und der Fig. 2 ist jeweils in einem Ausschnitt eine Schnittzeichnung der elektronischen Baugruppe 1 mit dem Verbund aus Leiterplatte 2 und Leiterfolie 3 bei der Realisierung der elektrischen Kontaktierung der Leiterplatte 2 und der Leiterfolie 3 durch Ausbildung von Kontaktstellen 24 dargestellt.
Auf der Oberseite 21 der Leiterplatte 2 ist eine Leiterbahnstruktur 22 mit Leiterbahnen 23 ausgebildet; weiterhin ist auf der Oberseite 21 der Leiterplatte 2 mindestens ein Lotdepot als Kontaktfleck 25 in der Kontaktzone der Leiterbahnstruktur 22 zur Ausbildung mindestens einer Kontaktstelle 24 vorgesehen, der üblicherweise während der Heißluftverzinnung bzw. zur Erhöhung des Lotdepots in einem anschließenden Lotpastendruck aufgebracht und in einem Reflowprozess aufgeschmolzen wird; bsp. sind in der Kontaktzone der Leiterbahnstruktur 22 mehrere Kontaktflecken 25 zur Ausbildung mehrerer Kontaktstellen 24 vorgesehen.
Die Leiterfolie 3 besteht bsp. aus der als Trägerkörper fungierenden ersten Isolationsfolie 33 als erster Isolationsschicht, der als Abdeckung fungierenden zweiten Isolationsfolie 35 als zweiter Isolationsschicht und der als Schaltungsträger fungierenden, eine Leiterbahnstruktur 32 mit Leiterbahnen aus Kupfer aufweisenden Schaltfolie 31, die zwischen der ersten Isolationsfolie 33 und der zweiten Isolationsfolie 35 angeordnet ist.
Die Bauteile 5 der elektronischen Baugruppe 1 werden bsp. auf die Oberseite 21 der Leiterplatte 2 aufgebracht und bsp. durch Reflowlöten mit der Leiterbahnstruktur 22 der Leiterplatte 2 elektrisch leitend verbunden, bsp. über Anschlusspins 51. Zur elektrisch leitenden Verbindung der Leiterbahnstruktur 32 der Leiterfolie 3 mit der Leiterbahnstruktur 22 der Leiterplatte 2 wird die erste Isolationsfolie 33 (der Trägerkörper) oder/und die zweite Isolationsfolie 35 (die Abdeckung) partiell entfernt und somit die Leiterbahnstruktur 32 der Schaltfolie 31 für die Ausbildung der Kontaktstellen 24 in einem bestimmten Kontaktierungsbereich 34 einseitig freigelegt (Fig. 1) oder beidseitig freigelegt (Fig. 2). Die Leiterfolie 3 wird nun so auf der Oberseite 21 der Leiterplatte 2 positioniert, dass das Lotdepot der in der Kontaktzone aufgebrachten Kontaktflecken 25 mit der Schaltfolie 31 der Leiterfolie 3 im Kontaktierungsbereich 34 in Verbindung gebracht wird.
Auf die Leiterfolie 3 wird nun eine Montagevorrichtung 4 aufgebracht, bsp. ein als Glasplatte ausgebildeter Niederhalter 4 aufgelegt, wobei die Unterseite 41 des Niederhalters 4 bei einer im Kontaktierungsbereich 34 einseitig freigelegten Leiterbahnstruktur 32 (Fig. 1) auf der Abdeckfolie 35 aufliegt und bei einer im Kontaktierungsbereich 34 beidseitig freigelegten Leiterbahnstruktur 32 (Fig. 2) auf den Leiterbahnen der Leiterbahnstruktur 32 aufliegt. Der Niederhalter 4 weist bsp. Positionierhilfen 42 zur genauen Positionierung der Leiterfolie 3 und damit der Schaltfolie 31 der Leiterfolie 3 bezüglich der Leiterbahnstruktur 22 der Leiterplatte 2 und damit der Kontaktflecken 25 auf; diese Positionierhilfen 42 sind bsp. am Niederhalter 4 ausgebildete Haltearme, die in Durchbrüche der Leiterfolie 3 eingreifen.
Bsp. durch Laserlöten, d. h. durch Strahlungswärme mittels eines fokussierten Laserstrahls, wird das Lotdepot der Kontaktflecken 25 selektiv aufgeschmolzen, wodurch eine Materialverbindung (Verschmelzung) des Materials des Lotdepots der Kontaktflecken 25 (bsp. Kupfer mit Zinn-Auflage oder Kupfer mit Blei-Zinn-Auflage) mit dem vorverzinnten Kupfer als Material der Leiterbahnstruktur 32 der Schaltfolie 31 der Leiterfolie 3 stattfindet; bsp. wird das Laserlöten über eine Zeit von 1.5 s bei einer Leistung von 30 W angewendet. Hierdurch werden die die Leiterbahnstruktur 22 der Leiterplatte 2 mit der Leiterbahnstruktur 32 der Schaltfolie 31 elektrisch leitend verbindenden Kontaktstellen 24 ausgebildet. Diese zuverlässigen und gasdichten Kontaktstellen 24 sind vor dem Eindringen von Feuchtigkeit geschützt.
Als elektronische Baugruppe 1 mit dem Verbund aus Leiterplatte 2 und Leiterfolie 3 ist bsp. ein in der Seitentüre eines Kraftfahrzeugs integriertes Türsteuergerät 1 vorgesehen, das bsp. u. a. für die Ansteuerung der Fensterheber, Außenspiegel und Airbags des Kraftfahrzeugs dient. Die Leiterplatte 2 als Trägerkörper für mehrere elektronische Bauteile 5 besteht bsp. aus glasfaserverstärktem Epoxydharz (FR4) und besitzt bsp. die Abmessungen von 60 mm × 70 mm × 1.6 mm. Die bsp. als Verdrahtungsträger dienende Leiterfolie 3 besitzt bsp. die Abmessungen von 0.6 mm × 40 mm × 500 mm. Durch die beschriebene Lötverbindung werden mehrere Kontaktstellen 24 gebildet, an denen die Leiterbahnstruktur 32 der Leiterfolie 3 mit der Leiterbahnstruktur 22 der Leiterplatte 2 elektrisch leitend verbunden wird. Durch die Leiterfolie 3 als Verdrahtungsträger wird eine externe Anschlussmöglichkeit für das Türsteuergerät 1 bereitgestellt, insbesondere durch Ausbildung von Anschlusskontakten auf der Leiterfolie 3, bsp. durch Crimpen von Anschlusskontakten auf die Schaltfolie 31 der Leiterfolie 3. Zur externen Kontaktierung des Türsteuergeräts 1 können bsp. mehrere Anschlusskontakte zu einem Gehäuseanschluss zusammengefasst werden, an dem bsp. ein Anschlussstecker zur Verbindung des Türsteuergeräts 1 mit weiteren Bauteilen und/oder mit elektronischen Baugruppen und/oder mit Spannungsquellen zur Spannungsversorgung angeschlossen werden kann. Bsp. wird das Türsteuergerät 1 über einen Anschlussstecker mit Bedienelementen des Kraftfahrzeugs verbunden.

Claims

1. Elektronische Baugruppe (1) mit einer eine Leiterbahnstruktur (22) aufweisenden Leiterplatte (2) und mit einer eine Leiterbahnstruktur (32) aufweisenden Leiterfolie (3), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine die Leiterbahnstruktur (22) der Leiterplatte (2) und die Leiterbahnstruktur (32) der Leiterfolie (3) kontaktierende, durch Löten gebildete Kontaktstelle (24) vorgesehen ist.

2. Elektronische Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Kontaktstelle (24) durch Löten eines auf der Leiterbahnstruktur (22) der Leiterplatte (2) angeordneten Kontaktflecks (25) gebildet ist.

3. Elektronische Baugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Kontaktstelle (24) durch ein selektives Lötverfahren gebildet ist.

4. Elektronische Baugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Kontaktstelle (24) durch Laserlöten gebildet ist.

5. Elektronische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterfolie (3) einen Trägerkörper (33), einen Schaltungsträger (31) mit der Leiterbahnstruktur (32) und eine den Schaltungsträger abdeckende Abdeckung (35) aufweist.

6. Elektronische Baugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Schaltungsträger (31) eine Schaltfolie vorgesehen ist, die auf einer Isolationsfolie als Trägerkörper (33) angeordnet ist und die von einer Abdeckfolie als Abdeckung (35) abgedeckt ist.

7. Elektronische Baugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine flexible Leiterplatte als Schaltungsträger und Trägerkörper der Leiterfolie (3) vorgesehen ist, die von einer Abdeckfolie als Abdeckung abgedeckt ist.

8. Elektronische Baugruppe nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (33) und/oder die Abdeckung (35) in einem für die Ausbildung der jeweiligen Kontaktstelle (24) vorgesehenen Kontaktierungsbereich (34) entfernt ist.

9. Elektronische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Leiterfolie (3) Anschlusskontakte zur externen Kontaktierung der elektronischen Baugruppe (1) ausgebildet sind.

10. Elektronische Baugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Anschlusskontakte zur Bildung eines Gehäuseanschlusses zusammengefasst sind.