DE10301352B3

DE10301352B3 - Lötanschlusselement sowie Verfahren zum Herstellen eines Lötanschlusses

Info

Publication number: DE10301352B3
Application number: DE10301352A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Reul
Original assignee: Saint Gobain Sekurit Deutschland GmbH and Co KG; Saint Gobain Sekurit Deutschland GmbH
Current assignee: Saint Gobain Sekurit Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2003-01-16
Filing date: 2003-01-16
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2023-01-17
Also published as: EP1439600A3; EP1439600B1; PT1439600T; ES2682599T3; EP1439600A2

Abstract

Bei einem Lötanschlusselement (7) für mindestens eine Kontaktfläche (10) eines elektrischen Leiters (9), die mit einer auf einem Substrat (1) vorgesehenen Leiterstruktur zu verlöten ist, wobei der elektrische Leiter (9) mindestens auf der dem Substrat (1) zuzuwendenden Seite von einer isolierenden Deckfolie (11, 12) überdeckt ist, die im Bereich der Kontaktfläche (10) mit einer Ausnehmung (13) versehen ist, deren Rand die Kontaktfläche rings umgibt, wird erfindungsgemäß durch Dimensionierung der Dicke der Deckfolie (11) und der Fläche ihrer Ausnehmung (13) im Bereich der Kontaktfläche (10) ein auf das vorbestimmte Metallvolumen eines auf der Kontaktfläche (10) aufzubringenden Lotdepots (14) abgestimmter Raum geschaffen, der beim Aufschmelzen des Lotes höchstens gerade von diesem ausfüllbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lötanschlusselement zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mindestens eines elektrischen Leiters mit einer auf einer Oberfläche eines Substrats angeordneten Leiterstruktur mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

DE-A1-198 56 663 beschreibt eine gattungsgemäße Kontaktvorrichtung, bei der mehrere elektrische Kontaktflächen mit entsprechenden Anschlussflächen einer Leiterstruktur durch Löten verbunden werden. Im Bereich der Lötstellen sind die Kontaktflächen auf der vom Substrat abgewandten Seite von einer geschlossenen Deckfolie überdeckt, während eine auf der gegenüberliegenden Seite angeordnete, auf der Oberfläche des Substrats aufliegende Deckfolie mit einer sämtliche Lötstellen umgebenden Aussparung versehen ist. Der Lötbereich ist ferner von einer Kleberschicht umgeben, die ihn nach außen abschirmen soll.

Bekannt ist ferner aus DE-C2-43 04 788 ein mehrschichtig aufgebauter Folienkontakt, dessen als elektrischer Leiter verwendetes Metallfolienband von einer zweilagigen Isolierhülle aus hitzebeständigem Kunststoff umgeben ist. Im Bereich einer Lötverbindung weist der Folienkontakt ein Lötauge auf. Dazu sind sowohl das Metallfolienband als auch die beiden Kunststoff-Deckfolien jeweils mit einer Aussparung versehen, wobei die Aussparung des Metallfolienbandes kleiner als die der Deckfolien ist. Das Metallfolienband wird durch die untere, auf dem Substrat aufliegende Deckfolie auf einem definierten Abstand zur Oberfläche des Substrats gehalten, wobei der zwischenliegende Raum mit dem durch das Lötauge einfließenden geschmolzenen Lot auffüllbar ist. Man kann diesen Folienkontakt nicht mit einem Lotdepot vorrüsten.

DE-A1-41 32 995 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen elektrisch leitender Lötverbindungen an Leiterplatten, bei dem Kontaktflächen eines flexiblen Flachleiters mit entsprechenden Anschlussflächen einer starren Leiterplatte zu verbinden sind. Während besagte Anschlussflächen innerhalb von Ausnehmungen in einer Deckfolie oder -schicht liegen, erheben sich die Kontaktflächen geringfügig über die Oberfläche des flexiblen Flachleiters. Auch sie sind von einer Deckfolie oder -schicht umgeben. Ein Zusammendrücken der Kontaktflächen und der Anschlussflächen während des Lötvorgangs lässt sich damit jedoch nicht vermeiden. Die Deckfolien oder -schichten sind lediglich dazu geeignet, eine ungewollte Benetzung angrenzender Leiterbahnen mit aufgeschmolzenem Lot zu verhindern, können jedoch nicht als Abstandhalter zwischen den Kontakt- bzw. Anschlussflächen dienen. Überschüssiges Lot kann durch eine zentrale Öffnung in der Lötfläche entweichen bzw. abgeführt werden.

DE-C1-100 46 489 beschreibt ein lötbares elektrisches Anschlusselement in Flachleiter-Form, bei dem mithilfe gesonderter metallischer Einsatzteile, z. B. Crimpverbindern, im Bereich von Lötkontaktflächen ein offener Raum für Lotdepots geschaffen wird. Die eigensteifen Einsatzteile verhindern, dass die Lotdepots beim Aufschmelzen verquetscht werden und stellen so eine Mindestdicke des Lots im Kontaktbereich sicher. Überschüssiges Lot kann seitlich aus dem offenen Raum entweichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein weiteres Lötanschlusselement zu schaffen, bei dem ein vorgerüstetes Lotdepot nur auf eine definierte Mindestdicke gedrückt werden kann und sich eine gleichmäßige und gesicherte Lotverteilung unter dem Andruck eines anderseitig angesetzten Lötwerkzeugs ergibt. Es soll auch ein Verfahren zum Herstellen eines Lötanschlusses mit diesem Lötanschlusselement angegeben werden.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Lötanschlusses erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Merkmale des Patentanspruchs 7 geben ein entsprechendes Verfahren an. Die Merkmale der den unabhängigen Ansprüchen jeweils nachgeordneten Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen dieser Gegenstände an.

Durch gegenseitige Abstimmung der Dicke der Deckfolie und der Fläche ihrer Ausnehmung im Bereich der Kontaktfläche und des Metallvolumens eines auf der Kontaktfläche aufzubringenden Lotdepots wird ein vorgegebener Raum geschaffen, der beim Aufschmelzen des Lotes mit hoher Reproduzierbarkeit und weitgehend unabhängig von anderen Randbedingungen vom Lot ohne Über- oder Unterschuss ausgefüllt wird. Gerade in einem industriellen Massenfertigungsprozess bringt diese Maßnahme eine Erhöhung der Qualität der Lötanschlüsse.

Es sei angemerkt, dass dieses Lötanschlusselement grundsätzlich nur aus einer unteren Deckfolie und dem (freiliegenden) elektrischen Leiter nebst der Kontaktfläche bestehen könnte, wobei die Kontaktfläche in diesem Fall etwas größer als die Ausnehmung der Deckfolie sein müsste, damit ein durch die Kontaktfläche und den Rand der Ausnehmung und letztlich durch die Oberfläche des Substrats nebst seiner mindestens einen Anschlussfläche abschließbarer Raum entsteht, der durch das aufschmelzende Lot ausfüllbar ist.

Die Deckfolie wird nunmehr als Distanzhalter genutzt, der eine genau definierte Lotdicke ermöglicht. Natürlich muss ihr Material hinreichend drucksteif sein, um einem mäßigen Andrücken eines Werkzeugs verformungsfrei zu widerstehen. Es ist dann nicht mehr notwendig, den Vorschub eines Lötwerkzeugs aufwändig zu begrenzen. Vielmehr werden automatisch geführte Lötprozesse mit Thermodenlötung (Heizstempel), Induktionslötung mit Gegenhalter oder sogar manuelle Lötungen mit Handlötkolben somit in ihrem Lotbild eindeutig und definiert reproduzierbar.

Ferner ist eine Sichtkontrolle thermischer Einflüsse auf den Flachleiter gerade bei teiltransparenten Deckfolientypen durch 'Farbumschlag' besonders gut erkennbar, d.h. ggf. auch durch optische Sensoren nebst Signalauswertung.

Mit dem hier beschriebenen Lötanschlusselement lassen sich nun auch größere Lötkontaktflächen reproduzierbar verarbeiten, so dass auch Heizfeldanschlüsse von Fahrzeugscheiben trotz ihrer relativ hohen Stromdichte in Flachleitertechnik mit Lötverbindungen realisiert werden können.

Es kann von Vorteil sein, wenn der elektrische Leiter insgesamt im Bereich seiner Kontaktfläche und der Ausnehmung der Deckfolie eine erhöhte Durchbiegesteifigkeit aufweist. Auch hierdurch wird eine reproduzierbar gleichbleibende Lotdicke sichergestellt. Ist eine rückwärtige Abdeckung bzw. Deckfolie vorgesehen, so können auch diese zu der gewünschten Steifigkeit beitragen. Man wird aber in der Regel das Lötwerkzeug so auswäh len und ansetzen, dass ein Hineinbiegen des Leiters bzw. seiner Kontaktfläche in den für das aufschmelzende Lot bestimmten definierten Raum nicht auftritt.

Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße Lötanschlusselement sowohl für Einzel- als auch für Mehrfachanschlüsse verwendbar ist, wobei im letzteren Fall mit einem geeigneten Layout der Kontaktflächen und geeigneten Werkzeugen in an sich bekannter Weise sämtliche Lotdepots gleichzeitig aufgeschmolzen werden können.

Im Einbauzustand des Lötanschlusselements auf einer Fahrzeugscheibe wird das Anschlussfeld bevorzugt mithilfe einer adhäsiven Versiegelung gegen äußere Einflüsse geschützt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstands der Erfindung gehen aus der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels und deren sich im folgenden anschließender eingehender Beschreibung hervor.
Es zeigen in vereinfachter, nicht maßstäblicher Darstellung
1 eine Gesamtansicht einer mit einem erfindungsgemäßen Lötanschlusselement bestückten Fahrzeugscheibe,
2 eine Ansicht der Kontaktflächenseite des Lötanschlusselements,
3 eine Schnittansicht der Scheibe aus 1 im Bereich der Linie III – III vor dem Herstellen der Lötverbindungen,
4 eine Schnittansicht der Scheibe analog zu 3 nach dem Herstellen der Lötverbindungen.
Gemäß 1 trägt eine Scheibe 1, bei der es sich um eine Verbundscheibe aus Glas und/oder Kunststoff oder eine monolithische Glasscheibe handeln kann, entlang ihrem Rand umlaufend eine opake Beschichtung 2. Diese umschreibt das Sichtfeld der ansonsten durchsichtigen Scheibe und bedeckt entlang einer gekrümmten (unteren) Kante 3 der Scheibe 1 einen besonders breiten Randbereich 4. In einer Ecke dieses Randbereichs 4 ist in an sich bekannter Weise ein Anschlussfeld 5 auf einer Oberfläche der Scheibe vorgesehen, in dem mehrere -hier nur abschnittsweise dargestellte- Leiterbahnen 6 einer Leiterstruktur in räumlich eng benachbart zusammengefasste Anschlussflächen auslaufen. Man sieht hier die im Einbauzustand in einem Fahrzeug zum Innenraum des Fahrzeugs gerichtete Oberfläche der Scheibe 1.
Auf dem Anschlussfeld 5 ist nun ein -hier übertrieben groß gezeichnetes- Lötanschlusselement 7 angeordnet, das in ebenfalls an sich bekannter Weise zum gleichzeitigen elektrischen Kontaktieren der im Anschlussfeld 5 zusammengefassten Anschlussflächen der Leiterstruktur mit abseits der Scheibe angeordneten elektrischen Bauteilen (Verstärker, Steuereinheiten, Spannungsquelle) dient. An seinem von der Scheibe 1 abgewandten freien Ende ist symbolisch ein Mehrfachstecker 8 angedeutet, der im Einbauzustand der Scheibe 1 mit dem Bordnetz eines Fahrzeugs bzw. mit den erwähnten Bauteilen verbindbar ist.
Die Leiterstruktur kann z. B. ein Antennenfeld (z. B. Diversity-Antenne) sein, und/oder ein aufgedrucktes und eingebranntes Heizfeld, eine elektrisch leitende und kontaktierte wärmedämmende Beschichtung etc. Ihre Funktion ist jedoch im vorliegenden Zusammenhang unerheblich und wird deshalb nicht näher erörtert.
2 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Kontaktierungsseite des als Flachbandleiter ausgeführten Lötanschlusselements 7, die im Einbauzustand dem Substrat bzw. der Oberfläche der Scheibe 1 zugewandt ist. Es umfasst, wie schon in 1 erkennbar, drei parallel zueinander verlaufende elektrische Leiter 9 in Gestalt von dünnen Metallfolienbändern. Diese laufen in dem etwas verbreiterten Endabschnitt des Lötanschlusselements 7 in Kontaktflächen 10 aus, die offen zutage liegen und mit Lotdepots -vgl. 3- versehen sind.
Die Leiterbahnen 9 des Lötanschlusselements 7 sind, wie man noch besser in 3 aus der Ansicht eines Querschnitts durch die Scheibe 1 (hier der Einfachheit halber monolithisch dargestellt, obwohl es sich auch um eine Verbundscheibe handeln könnte) erkennt, im wesentlichen vollständig von zwei dünnen, elektrisch isolierenden Deckfolien 11 und 12 eingehüllt. Diese bestehen in bekannter Weise aus einem hitzefesten Kunststoff, z. B. Polyimid, auch als „Capton" bekannt.
Man blickt in Richtung des (hier abgeschnittenen) freien Endes des Lötanschlusselements 7. Während die von der Oberfläche der Scheibe 1 abgewandte Deckfolie 12 auch im Anschlussbereich des Lötanschlusselements 7 kontinuierlich geschlossen ist, hat die der Scheibe 1 zugewandte Deckfolie 11 für jede der drei Kontaktflächen 10 des Lötanschlusselements 7 eine Ausnehmung 13, deren Rand die Kontaktfläche 10 rings mit geringem Abstand umgibt (s. auch 2). Man erkennt hier besser, dass jede Kontaktfläche 10 mit einem Lotdepot 14 versehen ist, die jeweils mit einem definierten Lotvolumen dimensioniert sind.
Das Lötanschlusselement 7 ist nun mit den Lotdepots 14 auf im Anschlussbereich 5 der Scheibe 1 ausgebildete Anschlussflächen 15 aufgesetzt, die Endpunkte der in 1 gezeigten zugehörigen Leiterbahnen 6 bilden.
Zum Herstellen der Lötverbindung wird nun, wie in 4 gezeigt, ein geeignetes Lötwerkzeug 16 oberhalb des Anschlussbereichs 5 flächig auf die von der Scheibe 1 abgewandte Oberfläche des Lötanschlusselements 7 aufgesetzt. Dieses wird zumindest die benötigte mechanische Andruckkraft einleiten; es kann auch die zum Aufschmelzen der Lotdepots 14 benötigte Energie zuführen (Thermode). Man kann unmittelbar Wärme zuführen, die die obere Deckfolie passiert, oder die Lotdepots mithilfe induktiver Erhitzung aufschmelzen. Letzteres ist auch von der vom Anschlussbereich 5 abgewandten Seite der Scheibe 1 mit einem geeigneten (hier nicht gezeigten) Werkzeug möglich; dann wird das Werkzeug 16 nur zum mechanischen Niederhalten des Lötanschlusselements 7 gebraucht.
4 zeigt den Zustand des Anschlussbereichs unmittelbar nach dem Aufschmelzen der Lotdepots 14. Im Vergleich mit 3 ist das Lötanschlusselement 7 geringfügig zur Oberfläche der Scheibe 1 hin abgesenkt. Man erkennt, dass die Ränder der Ausnehmungen 13 der Deckfolie 11 auf den Anschlussflächen 15 aufsitzen. Dadurch wirken sie wie Distanzhalter – sie lassen keine weitere Annäherung des Lötanschlusselements 7 bzw. dessen Kontaktflächen 10 an die Anschlussflächen 15 mehr zu.
Real erheben sich die Anschlussflächen 15 nur um wenige Zehntelmillimeter über die Oberfläche der Scheibe 1 bzw. der opaken Beschichtung 2; folglich wird in der Realität die Unterseite des Lötanschlusselements 7 bzw. der unten liegenden Deckfolie 11 auf der Scheibenoberfläche aufliegen und damit den gewünschten Abstand zwischen den Kontaktflächen 10 und den Anschlussflächen 15 sicher gewährleisten. Ein seitliches Verquetschen von überschüssigem Lot oder eine zu geringe Lotdicke im Verbindungsbereich wird damit nahezu ausgeschlossen.
In an sich bekannter Weise kann der Anschlussbereich noch mit einer adhäsiven Versiegelung 17 gegen Umgebungseinflüsse (Verschmutzung, Feuchtigkeit) geschützt werden. Diese kann ferner zur mechanischen Entlastung des Anschlussbereichs bzw. der fertigen Lötstellen beitragen. Es versteht sich, dass die Versiegelung 17 sowohl schon vor dem Aufsetzen des Lötanschlusselements 7 auf die Scheibe z. B. in Gestalt eines doppelseitig klebenden Streifens oder dgl. am Lötanschlusselement 7 selbst oder auf dem Anschlussbereich 5 angeordnet werden kann. Man kann die Versiegelung jedoch auch mithilfe einer pastösen Klebemasse nach dem Verlöten auftragen, was den Vorteil hat, dass jegliche thermische Schädigung durch Löthitze vermieden wird.

Claims

Lötanschlusselement (7) für mindestens eine Kontaktfläche (10) eines elektrischen Leiters (9), die mit einer Anschlussfläche (15) einer auf einem Substrat (1) vorgesehenen Leiterstruktur zu verlöten ist, wobei der elektrische Leiter (9) mindestens auf der dem Substrat (1) zuzuwendenden Seite von einer isolierenden Deckfolie (11) überdeckt ist, die im Bereich der Kontaktfläche (10) mit einer Ausnehmung (13) versehen ist, deren Rand die Kontaktfläche rings umgibt und sich über diese erhebt, dadurch gekennzeichnet, dass durch Dimensionierung der Dicke der Deckfolie (11) und der Fläche ihrer Ausnehmung (13) im Bereich jeder Kontaktfläche (10) ein auf das vorbestimmte Metallvolumen eines auf der jeweiligen Kontaktfläche (10) aufzubringenden Lotdepots (14) abgestimmter, durch die Oberfläche des Substrats (1) nebst mindestens einer Anschlussfläche (15) abschließbarer Raum geschaffen ist, der beim Aufschmelzen des Lotes höchstens gerade von diesem ausfüllbar ist.
Lötanschlusselement nach Anspruch 1, das Teil eines Flachleiters mit mindestens einem elektrischen Leiter (9) in Gestalt eines leitfähigen Metallfolienbandes und einer dieses umgebenden mehrlagigen Isolierhülle aus Deckfolien (11, 12) ist, welche auch die auf das Substrat (1) aufzulegende Deckfolie (11) umfasst.
Lötanschlusselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckfolie (11) für jede zu verlötende Kontaktfläche (10) einer Mehrzahl elektrischer Leiter mit einer zugehörigen Ausnehmung (13) versehen ist, welche die jeweilige Kontaktfläche (10) umgibt.
Lötanschlusselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckfolie (11) so drucksteif ist, dass sie auch einem mäßigen Andrücken eines auf die vom Substrat (1) abgewandte Seite des Lötanschlusselements aufgesetzten Lötwerkzeugs (16) nicht nachgibt.
Lötanschlusselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (9) insgesamt im Bereich der mindestens einen Kontaktfläche (10) und der Ausnehmung (13) der Deckfolie (11) eine erhöhte Durchbiegesteifigkeit aufweist.
Verwendung eines Lötanschlusselements (7) nach einem der vorstehenden Ansprüche zum elektrischen Kontaktieren einer auf einer Scheibe (1), insbesondere auf einer Fahrzeugfensterscheibe, vorgesehenen Leiterstruktur, insbesondere einer Antennenstruktur und/oder einer Heizleiterstruktur, mit zugeordneten elektrischen Bauteilen.
Verfahren zum Herstellen eines Lötanschlusses eines elektrischen Leiters (9) mit mindestens einer ein Lotdepot (14) mit einem vorbestimmten Metallvolumen aufweisenden Kontaktfläche (10) an eine auf einem Substrat (1, 2) vorgesehene Leiterstruktur mit mindestens einer der Kontaktfläche (10) zugeordneten Anschlussfläche (15) wobei der Leiter (9) zumindest auf seiner dem Substrat (1, 2) zuzuwendenden Seite von einer elektrisch, isolierenden Deck folie (11) überdeckt ist, die im Bereich der besagten Kontaktfläche (10) eine Ausnehmung (13) hat, deren Rand die Kontaktfläche (10) rings umgibt und sich über diese Kontaktfläche erhebt, gekennzeichnet durch die Schritte, dass – die Ausnehmung (13) individuell für jede Kontaktfläche so zugeschnitten wird, dass ihre Fläche und die Dicke der Deckfolie (11) im Bereich der Kontaktfläche (10) einen auf das Volumen des Lotdepots (14) abgestimmten, durch die Oberfläche des Substrats (1, 2) nebst Anschlussfläche (15) abschließbaren Raum eingrenzen, der beim Aufschmelzen des Lots höchstens gerade ausgefüllt wird, – auf der Kontaktfläche (10) ein Lotdepot (14) mit einer dem Volumen der von dem Substrat (1, 2) abgedeckten Ausnehmung (13) entsprechenden Lotmenge angelegt wird, – die Deckfolie (11) auf das Substrat (1, 2) und die Kontaktfläche (10) mit dem Lotdepot (14) auf die zugehörige Anschlussfläche (15) der Leiterstruktur aufgelegt werden, – ein Lötwerkzeug (16) im Bereich der Kontaktfläche (10) aufgedrückt, und – das Lot zum Herstellen der elektrischen dauerhaften Verbindung aufgeschmolzen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme zum Aufschmelzen des Lotdepots (14) durch ein auf die vom Substrat abgewandte Seite des Leiters (9) aufgesetztes, auch als mechanischer Niederhalter dienendes Lötwerkzeug (16) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme zum Aufschmelzen des Lotdepots (14) durch das Substrat (1, 2) durchdringende Energiezufuhr, insbesondere durch induktives Aufheizen des Lotdepots, erzeugt wird, wobei das auf die vom Substrat abgewandte Seite des Leiters aufgesetzte Lötwerkzeug (16) ein mechanischer Niederhalter ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man einen die Kontaktfläche (10) und die Anschlussfläche (15) umfassenden Anschlussbereich vor oder nach dem Verlöten mithilfe einer adhäsiven Versiegelung (17) gegen äußere Einflüsse schützt.