DE10333566A1

DE10333566A1 - Verbindungsanordnung

Info

Publication number: DE10333566A1
Application number: DE2003133566
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Kanschat
Original assignee: EUPEC GmbH
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2003-07-23
Filing date: 2003-07-23
Publication date: 2005-02-10
Also published as: WO2005020377A1

Abstract

Die Verbindungsanordnung umfasst mindestens zwei Schaltungsträger (1, 2), wobei jeder Schaltungsträger jeweils eine Seite mit elektrischen Kontaktierungsflächen (10, 15) aufweist. DOLLAR A Mindestens eine Kontaktfläche (10, 15) des einen Schaltungsträgers (1) ist mit mindestens einer Kontaktfläche (15) des anderen Schaltungsträgers (2) über ein Verbindungselement (20) elektrisch leitend verbunden. DOLLAR A Um kostengünstig auch eine feste mechanische Verbindung der beiden Schaltungsträger ohne zusätzliche Halterungen zu realisieren, verbindet das Verbindungselement (20) die beiden Schaltungsträger zugleich mechanisch fest miteinander, wobei die verbundenen Kontaktierungsflächen der beiden Schaltungsträger so positioniert sind, dass die Schaltungsträger in einer vorgegebenen Relativlage zueinander fixiert sind.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Verbindungstechnik und betrifft eine Verbindungsanordnung mit mindestens zwei Schaltungsträgern, wobei jeder Schaltungsträger jeweils eine Seite mit elektrischen Kontaktierungsflächen aufweist und wobei mindestens eine Kontaktfläche des einen Schaltungsträgers mit mindestens einer Kontaktfläche des anderen Schaltungsträgers über ein Verbindungselement elektrisch leitend verbunden ist.

Es ist allgemein bekannt, auf unterschiedlichen Schaltungsträgern (z.B. Platinen oder Keramiken) angeordnete Schaltungen über Verbindungsstecker, Kabel und/oder Bonddrähte elektrisch miteinander zu verbinden. Dazu können Anschlussstifte auf die jeweiligen Schaltungsträger gelötet sein, auf die die entsprechenden Verbindungsstecker aufgesteckt werden. Die mechanische Fixierung der Schaltungsträger relativ zueinander erfolgt dabei üblicherweise durch Aufnahmen oder Halterungen, die z.B. in einem gemeinsamen Gehäuse vorgesehen sind.

Dies ist prozesstechnisch vergleichsweise aufwendig und lässt sich nur eingeschränkt automatisieren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung einer Verbindungsanordnung, bei der die auf den beiden Schaltungsträgern ausgebildeten Schaltungen zuverlässig elektrisch miteinander verbunden sind und bei der zugleich die mechanische Fixierung der beiden Schaltungsträger in einer vorgegebenen Relativlage zueinander prozesstechnisch einfach und kostengünstig realisiert ist.

Diese Aufgabe wird durch mit eine Verbindungsanordnung gemäß Patentanspruch 1. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, dass das oder die Verbindungselemente eine Doppelfunktion ausüben, indem sie sowohl die elektrische als auch die mechanische Verbindung zwischen zwei unterschiedlichen Schaltungsebenen bzw. Schaltungsträgern herstellen. Vorteilhafterweise sind die Verbindungselemente so geformt, dass die mechanische Verbindung ohne weitere, zusätzlich zu handhabende und zu montierende mechanische Verbindungsteile gewährleistet ist.

Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die Positionen der über ein Verbindungselement miteinander verbundenen Kontaktierungsflächen so vorgegeben sind, dass die beiden Schaltungsträger zueinander in einer gewünschten Relativposition fixiert sind. Dabei kann der eine Schaltungsträger quasi als Master dienen und der andere Schaltungsträger relativ zum ersten Schaltungsträger positioniert und fixiert werden.

Dabei können die Schaltungsträger aus unterschiedlichem Material (z.B. aus einer Keramik und einem Kunststoff) bestehen und/oder unterschiedlich prozessiert sein.

Bevorzugt erfolgt die Verbindung zwischen den Verbindungselementen und den jeweiligen zugeordneten Kontaktierungsflächen mittels Klebung, Lötung oder Schweißung. Bei einer Lötung kann vorteilhafterweise der durch die Oberflächenspannung des Lotes auf einer Kontaktfläche auftretende Selbstzentrierungseffekt oder Selbstpositionierungseffekt ausgenutzt werden.

Die Verbindungselemente können bevorzugt in SMD-Technologie auf den zugeordneten Kontaktierungsflächen des ersten Schaltungsträgers aufgebracht und fixiert werden und anschließend mit ihren zweiten noch freien Enden auf den entsprechenden Kontaktierungsflächen des zweiten Schaltungsträgers fixiert werden.

Insgesamt ist der Herstellungsprozess der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung hoch automatisierbar und deshalb für eine Massenfertigung besonders geeignet.

Bei einer vorteilhaften Fortbildung der Erfindung ist das Verbindungselement ein Hohlkörper. Dieser kann bevorzugt rohrförmig oder rohrnietförmig ausgebildet sein. Vorteilhafterweise kann ein Anschlusselement zur externen Kontaktierung, besonders bevorzugt ein Kontaktstift, in den Hohlraum des Verbindungselements eingebracht sein und zumindest einen Schaltungsträger nach außen hin durchdringen. Dabei ist es fertigungstechnisch bevorzugt, wenn das Verbindungselement mit einer sich in den Durchdringungsbereich erstreckenden Kontaktfläche im Durchdringungsbereich verbunden ist.

Das Anschlusselement kann dabei grundsätzlich sowohl vor als auch nach der Verbindung der beiden Schaltungsträger durch eine entsprechende Bohrung oder Ausnehmung in zumindest einem der Schaltungsträger eingebracht und mit dem Verbindungselement verbunden, z.B. verlötet oder verquetscht, werden. So kann ein Schaltungsknoten zwischen erstem und zweitem Schaltungsträger mit gleichzeitigem externen Anschluss realisiert werden, wie er häufig bei Leistungshalbleitermodulen erforderlich ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei in den Figuren der Zeichnung für gleiche Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Die 1 bis 6 zeigen beispielhaft Varianten der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung unter Verwendung unterschiedlicher Verbindungselemente.
In den 1 und 2 sind ein erster Schaltungsträger 1 und ein dazu parallel ausgerichteter zweiter Schaltungsträger 2 dargestellt. Die Schaltungsträger weisen beidseitig Beschichtungen 4, 5; 6, 7 aus leitfähigem Material, z.B. Kupfer, auf. Aus den Beschichtungen auf den zugewandten Innenseiten 8, 9 der Schaltungsträger sind in an sich bekannter Weise Leitungsstrukturen (Leiterbahnen) und mehrere Kontaktierungsflächen 10, 11, 12, 13; 15, 16, 17, 18 gebildet. Einander zugewandte korrespondierende Kontaktierungsflächen (z.B. 10, 15; 11, 16) sind über Verbindungselemente in Form von Rohrnietelementen 20, 21, 22, 23 miteinander verbunden. Die Rohrnietelemente sind jeweils mit endseitigen, flanschförmigen Erweiterungen mit den Kontaktierungsflächen verlötet. Alternativ könnten sie auch verschweißt oder mit einem Leitkleber verklebt sein.
Das Verbindungselement 20 ist damit mit seinen Enden mit den Kontaktierungsflächen elektrisch leitend verbunden und bildet so eine leitende Verbindung zwischen den Kontaktierungsflächen 10, 15 und damit zwischen den auf den Schaltungsträgern 1, 2 ausgebildeten Schaltungen.
Gleichzeitig fixiert das Verbindungselement 20 in Doppelfunktion die beiden Schaltungsträger 1, 2 in einer vorgegebenen Relativlage mechanisch fest zueinander. Dazu dient besonders vorteilhaft die – im Querschnitt im unteren Teil der 1 und 2 anhand des Verbindungselements 20 verdeutlichte – rohrförmige Gestalt des Verbindungselements, die eine hohe mechanische Steifigkeit gewährleistet. Die beiden Schaltungsträger sind dadurch in einer vorgegebenen, gewünschten relativen Lage zueinander positioniert, dass die Kontaktierungsflächen in entsprechender Sollposition ausgebildet sind. Die Verbindungselemente können zunächst mit den Kontaktierungsflächen des einen Schaltungsträgers (z.B. 2) verlötet und anschließend bei lagerichtiger Ausrichtung des anderen Schaltungsträgers 1 mit dessen Kontaktierungsflächen verbunden werden.
2 zeigt eine ergänzende Ausgestaltung der Anordnung nach 1, wobei in die Längshohlräume der Verbindungselemente 20, 21, 22 jeweils ein Kontaktstift 30, 31, 32 eingebracht und mit dem Verbindungselement elektrisch leitend verbunden ist. Die Kontaktstifte durchdringen in dem Schaltungsträger 1 vorgesehene Bohrungen 34, 35, 36, so die Kontaktstiftenden extern (z.B. durch Stecker) kontaktierbar sind.
3 zeigt einen der 2 weitgehend entsprechenden Aufbau, wobei speziell geformte Rohrnietelemente als Verbindungselemente 40, 41, 42, 43 verwendet sind. Diese sind jeweils durch eine Durchkontaktierung 45, 46, 47 im Schaltungsträger 1 hindurchgeführt, mit denen sich Kontaktierungsflächen 50, 51, 52 im Durchdringungsbereich durch den Schaltungsträger 1 erstrecken. Somit ergeben sich Schaltungsknoten, an denen sowohl die auf den beiden Seiten 4, 5 des Schaltungsträgers 1 ausgebildeten Leiterbahnen als auch die entsprechenden Kontaktierungsflächen (z.B. 15) des Schaltungsträgers 2 elektrisch miteinander verbunden sind und außerdem eine externe Kontaktierung über das freie Ende z.B. 56 eines Kontaktstiftes z. B. 57 möglich ist. Der Kontaktstift kann auch mittels Press- oder Quetschverbindung mit dem Verbindungselement elektrisch verbunden sein. Auch hier weisen die Verbindungselemente – wie aus der Querschnittsdarstellung des Verbindungselements 40 im unteren Teil der 3 ersichtlich – eine derartige Stabilität und Positionierung auf, dass die Schaltungsträger ohne zusätzliche Aufnahmen oder Halterungselemente in vorgegebener gewünschter Relativlage mechanisch fest zueinander positioniert sind.
4 zeigt eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung, bei der die Verbindungselemente von Rohrstücken oder Hülsen 60, 61, 62, 63 gebildet sind, die wie vorbeschrieben mit den korrespondierenden Kontaktierungsflächen 10, 15; 11, 16; 12, 17; 13, 18 elektrisch und mechanisch verbunden sind.
5 zeigt eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung, bei der die Verbindungselemente von – bevorzugt geschlitzten – Hohlprofilen 65, 66, 67, 68 mit rechteckigem Querschnitt (siehe Querschnittsdarstellung im unteren Teil der 5) gebildet sind.
In 6 ist schließlich eine Ausführung der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung dargestellt, bei der die Verbindungselemente von Flachbandelementen 70, 71 gebildet sind (siehe auch Aufsicht auf des Verbindungselement 70 im unteren Teil der 6). Diese sind jeweils mit Verbindungsflächen (z.B. Flächen 75 und 76 des Elements 70) mit den Kontaktierungsflächen 10, 15 verbunden. Ein freies Ende 77 des Elements 70 erstreckt sich vertikal nach außen und dient zur externen Kontaktierung.
Mit den dargestellten Ausführungsbeispielen wird besonders deutlich, dass die Verbindungselemente sowohl die elektrische als auch vollständig die mechanische Verbindung der Schaltungsträger miteinander in vorgegebener Solllage übernehmen, ohne dass zur mechanischen Verbindung zusätzliche äußere Halterungs- oder Positionierungselemente erforderlich sind. Damit ist eine kostengünstige und einfach prozessierbare Verbindungstechnik geschaffen, mit der auch unterschiedlich prozessierte Schaltungsträger verbunden werden können.

1,2: Schaltungsträger
4, 5, 6, 7: Beschichtungen 5, 6
8, 9: Innenseiten
10, 11, 12, 13: Kontaktierungsflächen
15, 16, 17, 18: Kontaktierungsflächen
20, 21, 22, 23: Rohrnietelemente
30, 31, 32: Kontaktstift
34, 35, 36: Bohrungen
40, 41, 42, 43: Verbindungselemente
45, 46, 47: Durchkontaktierungen
50, 51, 52: Kontaktierungsflächen
56: freies Ende
57: Kontaktstift
60, 61, 62, 63: Verbindungselemente
65, 66, 67, 68: Verbindungselemente
70, 71, 72, 73: Verbindungselemente
75, 76: Verbindungsflächen
77: freies Ende

Claims

Verbindungsanordnung mit mindestens zwei Schaltungsträgern (1, 2), bei der jeder Schaltungsträger jeweils eine Seite mit elektrischen Kontaktierungsflächen (10, 11, 12, 13; 14, 15, 16, 17) aufweist, mindestens eine Kontaktfläche (10) des einen Schaltungsträgers (1) mit mindestens einer Kontaktfläche (15) des anderen Schaltungsträgers (2) über ein Verbindungselement (20) elektrisch leitend verbunden ist, das Verbindungselement (20) die beiden Schaltungsträger zugleich miteinander mechanisch fest verbindet und die verbundenen Kontaktierungsflächen (10, 15) der beiden Schaltungsträger so positioniert sind, dass die Schaltungsträger in einer vorgegebenen Relativlage zueinander fixiert sind.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, bei der das Verbindungselement (20, 40, 60) ein Hohlkörper ist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 2, bei der das Verbindungselement (60, 20) rohrförmig oder rohrnietförmig ausgebildet ist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, bei der in den Hohlraum des Verbindungselements (20) ein Kontaktstift (30) eingebracht ist, der zumindest einen Schaltungsträger (1) nach außen hin durchdringt.
Verbindungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Verbindungselement (40) zumindest einen Schaltungsträger durchdringt (1) und mit einer sich in den Durchdringungsbereich erstreckenden Kontaktfläche (50) im Durchdringungsbereich verbunden ist.