EP2673801A1 - Kontaktsystem mit einem verbindungsmittel und verfahren - Google Patents

Kontaktsystem mit einem verbindungsmittel und verfahren

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EP2673801A1
EP2673801A1 EP12703998.0A EP12703998A EP2673801A1 EP 2673801 A1 EP2673801 A1 EP 2673801A1 EP 12703998 A EP12703998 A EP 12703998A EP 2673801 A1 EP2673801 A1 EP 2673801A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrically
component
conductive layer
thermally conductive
electrical connection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12703998.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Schaaf
Andreas Kugler
Ruben Wahl
Metin Koyuncu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2673801A1 publication Critical patent/EP2673801A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a contact system.
  • the contact system comprises at least one in particular electronic component.
  • the component has at least one electrical connection and / or a housing, in particular an electrically insulated housing.
  • the contact system has at least one electrical and / or thermally conductive layer.
  • the connection of the component and / or the component, in particular the housing of the component, and the electrically and / or thermally conductive layer are connected to each other by means of an electrically and / or thermally conductive connecting means.
  • the electrical and / or thermally conductive connecting means is produced by means of a thermal spraying method.
  • the connecting means may advantageously be formed of a material which differs from a conventional solder or a galvanic connecting means, for example a wrap connection.
  • the connecting means may be formed of a homogeneous material.
  • an oxide layer can be removed in particular from the electrical connection and / or the electrically conductive layer by means of the thermal spraying method during the connection, so that an application of a conventional flux or etching process for electrical connection is not necessary for electrical connection.
  • APS Atmospheric Plasma Spray
  • HVOF HVOF high-velocity oxy-fuel
  • HVFSF High Velocity Spray Spraying
  • the connecting means is preferably an electrically conductive metal or an electrically conductive alloy of mutually different metals. In essence, such metals and alloys are also thermally conductive.
  • An exemplary metal is copper or aluminum.
  • the connecting means preferably comprises copper. In another embodiment, the connecting means comprises aluminum.
  • the electrical connection and / or the component, in particular a housing of the component is connected to the electrically conductive layer through an opening in the electrically conductive layer by means of the in particular electrically conductive connection means.
  • an electrical connection to the electrically conductive layer can be connected through a narrow gap or a small hole, whereas, for example, an electric solder can not penetrate in a soldering wave bath.
  • An exemplary diameter for a breakthrough is between 10 and 50 microns, preferably between 20 and 40 microns, preferably between 20 and 30 microns.
  • the connecting means is preferably formed thermally conductive and connects the device with the electrically conductive layer thermally conductive.
  • the electrically conductive layer-for example copper- is preferably designed to conduct heat, so that the heat from the device can be dissipated into the layer via the connecting means.
  • the heat may be released from the layer to an environment or to another component, such as a heat sink. It is also conceivable that this further component forms the heat-conducting layer itself, so that the component is contacted directly thermally with the component.
  • Component is connected to the electrically conductive layer, in a contact system, the device can be connected by means of the means of thermal spraying connecting means with the thermally conductive or additionally electrically conductive layer.
  • connection of the device preferably an electrically insulating part of the device, e.g. the housing and / or a part of the component which does not form an electrical connection with the layer preferably takes place by means of the connection means through an opening in the layer.
  • the electrical connection in particular the electrically conductive connection means, can thus be formed by a layer which, starting from the electrical connection, passes through the aperture to the electrically conductive layer.
  • heat from the component or housing can advantageously be conducted via the connecting means into the electrically and / or thermally conductive layer.
  • the connecting means for example, a metal - be advantageous thermally conductive or electrically conductive and thermally conductive.
  • a thermally conductive connecting means which is designed to be electrically insulating, for example silicon dioxide or aluminum oxide, in particular ceramic.
  • the electrical connection means can be saved.
  • the material of the electrical connection and the material of the electrically conductive layer are different from one another.
  • the electrically conductive connection for connection to the electrically conductive layer by means of the thermal spraying method advantageously does not need any separate means of electroplating, for example
  • an electrical connection means enters into an intimate connection with both the electrical connection and with the electrically conductive layer.
  • both an oxide layer on the terminal and on the electrically conductive layer can be removed during the production of the electrical connection means, as well as mutually different materials are interconnected, wherein the electrical connection means with both the electrical connection, for example Aluminum, as well as with the electrically conductive layer, such as copper, enters into an intimate connection.
  • Exemplary combinations of materials are copper or aluminum, in particular an aluminum alloy for the electrically conductive layer, and tin, copper, gold or silver for the material of the electrical connection.
  • the component is enclosed, in particular laminated, between the electrically conductive layer and an electrically insulating layer.
  • the electrically insulating layer is preferably a fiber-reinforced carrier layer, in particular a glass-fiber-reinforced epoxy resin layer.
  • the electrically insulating layer is formed by a plastic film, in particular a polypropylene, polyethylene or another film.
  • the component is at least partially enclosed in a polymer, in particular melted down by means of a molding process.
  • the polymer is, for example, a polyacrylate, polypropylene, polyamide, epoxy resin or a comparable plastic.
  • the polymer can advantageously be formed a support layer for mechanical loading of the contact system.
  • the contact system Preferably, preferably as part of a circuit arrangement, by means of the polymer in a housing block - in particular protected from external influences - be included.
  • the electrically conductive connecting means contacts the electrical connection directly.
  • the electrical connection advantageously does not need to be coated with a connection layer, for example by means of a galvanic process, in order to be connected to the electrically conductive layer, for example by means of soldering.
  • a connection process for electrically connecting the electrical connection to the electrically conductive layer thus advantageously requires no use of an additional bridge material between the electrical connection and the connection means. Further advantageously, no etching or galvanizing for producing a bridge layer of the bridge material, which is designed to electrically connect a material of the electrically conductive terminal of the component with another material, namely the material of the electrically conductive layer.
  • the invention also relates to a method for electrically connecting at least one electrical connection of a particular electronic component and / or such a component, in particular an electrically insulated housing or shell of the component, with at least one electrical and / or thermally conductive layer.
  • the electrical and / or thermally conductive layer is, for example, a layer for forming at least one conductor track of the contact system.
  • a thermally conductive layer has at least one planar region for the at least indirect delivery of the heat to the adjacent environment, in particular the ambient atmosphere or a heat sink.
  • the thermally conductive layer may also be provided as a component adjacent to the component, in particular as a heat sink.
  • the contact system is, for example, a single-layer or multi-layer printed circuit board, preferably as part of a circuit arrangement.
  • the electrical connection and / or the component in particular the electrically insulated housing or shell of the component, is preferably connected to the electrical and / or heat-conductive layer by means of an electrically and / or thermally conductive connection means.
  • the electrical and / or thermally conductive connecting means is preferably produced by means of a thermal spraying method.
  • the electrical connection and / or the component or a housing of the component by an opening in the electrical and / or thermally conductive layer by means of the electrical and / or thermally conductive bonding agent with the electrical and / or thermally conductive layer connected.
  • heat can advantageously be dissipated from the housing via the connecting means into the thermally conductive layer.
  • the material of the electrical connection or of the housing and the material of the electrical and / or thermally conductive layer are different from each other. More preferably, the material contacts the electrical connection and / or the electrically conductive layer directly.
  • the direct contacting means that the electrical connection and / or the housing is preferably formed preferably solid at least in an area formed to be connected to the material of a predetermined material, for example aluminum.
  • the electrically and / or thermally conductive layer is preferably massively formed of a predetermined material, such as copper, in an area formed to be bonded to the material.
  • the component is enclosed, in particular laminated, between the electrically conductive layer and an electrically insulating layer, after the electrical connection has been connected to the electrically conductive layer by means of the electrically conductive connection means.
  • a viable structure can advantageously be generated after the electrical connections have been connected to at least one area or part of the electrically conductive layer, for example to a conductor track.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a method for producing a contact system.
  • an adhesive in particular adhesive, in this embodiment, an adhesive 12 and 14, each in the form of a drop on an electrically conductive film 10, previously also called electrically conductive layer applied.
  • the foil is, for example, a copper foil.
  • the adhesive in this example the adhesives 12 and 14, may be printed on the copper foil 10 by means of a mask or may be sprayed onto the copper foil 10.
  • the adhesive may be formed by a self-adhesive film other than shown in FIG.
  • Adhesive may be, for example, a solvent-containing adhesive which changes its viscosity upon evaporation of the solvent or a hot-melt adhesive.
  • the adhesive is an epoxy resin adhesive, which is designed to cure depending on heat or ultraviolet radiation, in particular to polymerize.
  • the adhesives 12 and 14 each contain solid bodies, which are spherical in this embodiment.
  • the solids 16 and 18 are exemplified.
  • electronic components in this embodiment an integrated circuit 20 and an integrated circuit 22, are connected to the device by means of the adhesive 14 or 12
  • the integrated circuit 20 is for this purpose pressed onto the adhesive 14.
  • the integrated circuit 20 can be brought together with the copper foil 10 until the integrated circuit 20 strikes the solids, in this exemplary embodiment the solids comprising the solid 18 and can no longer be pressed against the copper foil.
  • the adhesive 12 in this embodiment also includes solids, of which the solid 16 is exemplified.
  • the integrated circuits 20 and 22 are laminated by means of a laminate, for example a laminate film 30 as an electrically insulating layer together with the copper foil 10.
  • the integrated circuits 20 and 22 are protected after being laminated at least against mechanical impact.
  • the laminate film 30 may advantageously form a circuit carrier in which the circuits 20 and 22 are integrated.
  • the integrated circuits 20 and 22 can also be embedded, for example melted or injected, by means of a molding process by means of a molding compound. The integrated circuits will be so protected.
  • the integrated circuit 20 has electrical connections, an electrical connection 24 being designated by way of example.
  • the electrical connections are For example, at least formed in an intended for connection to an electrical conductor region, for example, aluminum or an aluminum alloy.
  • the integrated circuit 22 has - as the integrated circuit 20 - electrical see connections, of which the electrical connection 26 is exemplified.
  • the electrical connections of the integrated circuit 22 have, for example, aluminum in a region for electrical connection to a conductor track.
  • recesses 40, 42, 44 and 46 are drilled through the copper foil 10 and the adhesives 12 and 14, for example by means of a laser.
  • the recesses 40, 42, 44 and 46 each extend to an electrical connection of an integrated circuit.
  • the recess 40 extends to the terminal 24.
  • the recess 44 extends to the terminal 26th
  • a method step 74 the previously drilled recesses are then at least partially filled up by means of a thermal spraying method, for example by means of a plasma spray method, by means of an electrically conductive material as connecting means, for example an alloy comprising copper and / or aluminum, thus establishing an electrical connection. testifies.
  • a thermal spraying method for example by means of a plasma spray method
  • an electrically conductive material as connecting means for example an alloy comprising copper and / or aluminum
  • a plasma spray nozzle 60 is shown, for example, is sprayed from the electrically conductive material in the form of electrically conductive spray particles in the recess 40, where the spray particles join together to form an electrically conductive connection means, thus forming the electrically conductive connection means 50.
  • the spray particles are preferably formed as nanoparticles. As a result, even the smallest recesses can be filled with the connecting means.
  • the electrically conductive foil 10 is thus electrically conductively connected to the connection 24 by means of the connection means 50.
  • both the electrical terminal 24 and the foil 10 are removed from interfering oxides and / or contaminations with other substances, so that a flux or a Stratifications with an already mentioned bridge material for electrically connecting the electrical connection 24 with the film 10 can be dispensed with.
  • a method step 75 recesses and / or recesses are cut into the electrically conductive film 10, for example by means of a laser, so that electrically conductive conductor tracks are formed, which can each form connection lines of an electrical circuit or a circuit arrangement.
  • This process step for forming printed conductors can also take place before contacting, for example by means of photo-patterning.
  • the photo-patterning comprises, for example, application of a photoresist, exposure with a mask, removal of the photoresist at the exposed surface regions and etching of the electrically conductive layer on the exposed surface regions ,
  • the recesses 47 and 49 for generating electrical connections, in particular of printed conductors, are designated by way of example.
  • a film 1 for example, a copper foil, which is formed with a laminate formed by the laminate film 30 and extends parallel to the film 10 in this embodiment.
  • the films 10 and 11 thus enclose the laminate film 30 with the integrated circuits 20 and 22 between each other.
  • recesses 41 and 43 are bored in this exemplary embodiment-for example by means of a laser-which extend through the film 11 and further through the laminate film 30 all the way to a housing of the integrated circuit 20. By means of the recesses 41 and 43, heat can be removed from the integrated circuit 20.
  • the recesses which through the film 1 1 and further through the laminate film 30 through to a housing of the integrated circuit 22, by means a thermally conductive material as connecting means are at least partially filled, so that the film 1 1 is connected by means of the thermally conductive material to the housing of the integrated circuit 22.
  • a thermal spraying method a thermal spraying method
  • the recesses which through the film 1 1 and further through the laminate film 30 through to a housing of the integrated circuit 22, by means a thermally conductive material as connecting means are at least partially filled, so that the film 1 1 is connected by means of the thermally conductive material to the housing of the integrated circuit 22.
  • a two-layer structure of a contact system is shown, comprising two layers, each formed by a film, namely the films 10 and 1 1.
  • a contact system with more than two layers as part of a circuit arrangement.

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Description

Beschreibung
Titel
Kontaktsystem mit einem Verbindungsmittel und Verfahren
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Kontaktsystem. Das Kontaktsystem umfasst wenigstens ein insbesondere elektronisches Bauelement. Das Bauelement weist wenigstens einen elektrischen Anschluss und/oder ein Gehäuse, insbesondere ein elektrisch isoliertes Gehäuse auf. Das Kontaktsystem weist wenigstens eine elektrische und/oder wärmeleitfähige Schicht auf. Der Anschluss des Bauelements und/oder das Bauelement, insbesondere das Gehäuse des Bauelements, und die elektrisch und/oder wärmeleitfähige Schicht sind mittels eines elektrischen und/oder wärmeleitfähigen Verbindungsmittels miteinander verbunden.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten Kontaktsystemen, insbesondere wenigstens ein- oder mehrschichtige Leiterplatten, besteht das Problem, dass beim elektrischen Verbinden von Anschlüssen des Bauelements mit der elektrisch leitfähigen Schicht beispielsweise mittels eines Lötprozesses oder eines galvanischen Verbindungselements, sowohl der wenigstens eine elektrische Anschluss, als auch die elektrisch leitfähige Schicht galvanisch vorbehandelt sein muss, damit ein Verbindungsmittel, insbesondere ein Lot, die Galvanische Verbindung oder ein elektrisch leitfähiger Klebstoff wenigstens einen Anschluss mit der elektrisch leitfähigen Schicht verbinden kann.
Aus der DE 101 53 482 ist ein Verfahren zum Behandeln einer Leiterbahn mit einem thermischen Spritzverfahren bekannt, bei dem die Leiterbahn mit einer korrosionsfesten metallischen Schicht beschichtet wird.
Offenbarung der Erfindung Erfindungsgemäß ist das elektrische und/oder wärmeleitfähige Verbindungsmittel mittels eines thermischen Spritzverfahrens erzeugt. Durch das thermische Spritzverfahren kann das Verbindungsmittel vorteilhaft aus einem Material gebildet sein, welches sich von einem herkömmlichen Lot oder einem galvanischen Verbindungsmittel, beispielweise einer Wrap-Verbindung, unterscheidet. Vorteilhaft kann das Verbindungsmittel aus einem homogenen Material gebildet sein. Weiter vorteilhaft kann mittels des thermischen Spritzverfahrens während des Verbindens eine Oxidschicht insbesondere von dem elektrischen Anschluss und/der elektrisch leitfähigen Schicht entfernt werden, sodass zum elektrischen Verbinden eine Anwendung eines herkömmlichen Flussmittels oder Ätzprozesses zum elektrischen Kontaktieren nicht notwendig wird.
Beispiele für ein thermisches Spritzverfahren sind Plasmaspritzen, APS- Plasmaspritzen (APS = Atmospherical-Plasma-Spray), HVOF- Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen (HVOF = High-Velocity-Oxy-Fuel), HVFSF-Suspensions-Flammspritzen (HVFSF = High-Velocity-Fuel-Suspensed-
Flamespray) oder Kaltgasspritzen.
Das Verbindungsmittel ist bevorzugt ein elektrisch leitfähiges Metall oder eine e- lektrisch leitfähige Legierung zueinander verschiedener Metalle. Im Wesentlichen sind derartige Metalle und Legierungen auch wärmeleitfähig. Ein beispielhaftes Metall ist Kupfer oder Aluminium. Das Verbindungsmittel umfasst bevorzugt Kupfer. In einer anderen Ausführungsform umfasst das Verbindungsmittel Aluminium.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kontaktsystems ist der elektrische Anschluss und/oder das Bauelement, insbesondere ein Gehäuse des Bauele- ments, durch einen Durchbruch in der elektrisch leitfähigen Schicht hindurch mittels des insbesondere elektrisch leitfähigen Verbindungsmittels mit der elektrisch leitfähigen Schicht verbunden. Vorteilhaft kann nämlich mittels des thermischen Spritzverfahrens insbesondere ein elektrischer Anschluss mit der elektrisch leitfähigen Schicht durch einen schmalen Spalt oder ein kleines Loch verbunden werden, wohingegen beispielsweise ein elektrisches Lot in einem Lötwellenbad nicht eindringen kann. Ein beispielhafter Durchmesser für einen Durchbruch beträgt zwischen 10 und 50 Mikrometer, bevorzugt zwischen 20 und 40 Mikrometer, bevorzugt zwischen 20 und 30 Mikrometer.
Bei einem thermischen Kontaktieren des Bauelements, insbesondere eines elekt- risch isolierenden Gehäuses oder einer elektrisch isolierenden Hülle des Bau- elements, ist das Verbindungsmittel bevorzugt wärmeleitend ausgebildet und verbindet das Bauelement mit der elektrisch leitfähigen Schicht wärmeleitend. Die elektrisch leitfähige Schicht - beispielsweise Kupfer - ist bevorzugt wärmeleitend ausgebildet, so dass die Wärme aus dem Bauelement über das Verbindungsmit- tel in die Schicht abgeführt werden kann. Die Wärme kann von der Schicht an eine Umgebung oder an eine weitere Komponente, beispielsweise einen Kühlkörper abgegeben werden. Ebenso denkbar ist, dass diese weitere Komponente die wärmeleitende Schicht selbst ausbildet, so dass das Bauelement mit der Komponente unmittelmittelbar thermisch kontaktiert ist.
Unabhängig von dem Kontaktsystem, bei dem ein elektrischer Anschluss des
Bauelements mit der elektrisch leitfähigen Schicht verbunden ist, kann bei einem Kontaktsystem das Bauelement mittels des mittels thermischen Spritzens erzeugten Verbindungsmittels mit der wärmeleitfähigen oder zusätzlich elektrisch leitfähigen Schicht verbunden sein.
Die Verbindung des Bauelements, bevorzugt eines elektrisch isolierenden Teils des Bauelements z.B. das Gehäuse und/oder eines Teils des Bauelements, das keinen elektrischen Anschluss bildet, mit der Schicht erfolgt bevorzugt mittels des Verbindungsmittels durch einen Durchbruch in der Schicht.
Weiter vorteilhaft kann so die elektrische Verbindung, insbesondere das elekt- risch leitfähige Verbindungsmittel durch eine Schicht gebildet sein, welche ausgehend vom elektrischen Anschluss durch den Durchbruch hindurch bis zur e- lektrisch leitfähigen Schicht gelangt. Im Falle der Verbindung von dem Bauelement oder einem Gehäuse des Bauelements bis hin zur elektrisch und/oder wärmeleitfähigen Schicht kann vorteilhaft Wärme von dem Bauelement bezie- hungsweise Gehäuse über das Verbindungsmittel in die elektrisch und/oder wärmeleitfähige Schicht geleitet werden. Dazu kann das Verbindungsmittel - beispielsweise ein Metall - vorteilhaft wärmeleitend oder elektrisch leitfähig und wärmeleitend ausgebildet sein. Denkbar ist auch ein wärmeleitfähiges Verbindungsmittel, das elektrisch isolierend ausgebildet ist, beispielsweise Siliziumdi- oxid oder Aluminiumoxid, insbesondere Keramik.
So kann vorteilhaft Material zum Erzeugen des elektrischen Verbindungsmittels eingespart werden. In einer anderen Ausführungsform kann mittels des thermischen Spritzverfahrens auch ein elektrisch leitfähiges Verbindungsmittel erzeugt werden, welches den Durchbruch oder den zuvor beschriebenen Spalt vollstän- dig ausfüllt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind das Material des elektrischen Anschlusses und das Material der elektrisch leitfähigen Schicht zueinander verschieden. Vorteilhaft braucht nämlich der elektrisch leitfähige Anschluss zum Verbinden mit der elektrisch leitfähigen Schicht mittels des thermischen Spritz- Verfahrens keine gesonderte mittels beispielsweise Galvanisieren aufgebrachte
Zwischenschicht, damit beispielsweise mittels eines Lötvorgangs ein elektrisches Verbindungsmittel sowohl mit dem elektrischen Anschluss als auch mit der elektrisch leitfähigen Schicht eine innige Verbindung eingeht. Mittels des thermischen Spritzverfahrens kann nämlich während des Erzeugens des elektrischen Verbin- dungsmittels sowohl eine Oxidschicht auf dem Anschluss als auch auf der elektrisch leitfähigen Schicht entfernt werden, als auch zueinander verschiedene Materialien miteinander verbunden werden, wobei das elektrische Verbindungsmittel sowohl mit dem elektrischen Anschluss, beispielsweise Aluminium, als auch mit der elektrisch leitfähigen Schicht, beispielsweise Kupfer, eine innige Verbindung eingeht. Beispielhafte Kombinationen von Materialien sind Kupfer oder Aluminium, insbesondere eine Aluminiumlegierung für die elektrisch leitfähige Schicht, und Zinn, Kupfer, Gold oder Silber für das Material des elektrischen Anschlusses.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Kontaktsystems ist das Bauelement zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und einer elektrisch isolierenden Schicht eingeschlossen, insbesondere einlaminiert. Bevorzugt ist die elektrisch isolierende Schicht eine faserverstärkte Trägerschicht, insbesondere eine glasfaserverstärkte Epoxidharzschicht. In einer anderen Ausführungsform ist die elektrisch isolierende Schicht durch eine Kunststofffolie, insbesondere eine Polypropylen, Polyethylen oder eine andere Folie gebildet. So können die elektronischen Bauelemente zwischen die elektrisch leitfähige Schicht und die elektrisch isolierende Schicht, insbesondere vor Verschmutzung oder äußerer Einwirkung eingeschlossen sein, wobei die elektrisch isolierende Schicht bevorzugt eine Trägerschicht zum mechanischen Tragen des Kontaktsystems, bevorzugt als Bestandteil einer Schaltungsanordnung, dient.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Bauelement wenigstens teilweise in ein Polymer eingeschlossen, insbesondere mittels eines Mold-Verfahrens eingeschmolzen. Das Polymer ist beispielsweise ein Polyacrylat, Polypropylen, Polyamid, Epoxidharz oder ein vergleichbarer Kunststoff.
Mittels des Polymers kann vorteilhaft eine Trägerschicht zum mechanischen Tra- gen des Kontaktsystems gebildet sein. Weiter vorteilhaft kann das Kontaktsys- tem, bevorzugt als Bestandteil einer Schaltungsanordnung, mittels des Polymers in einen Gehäuseblock - insbesondere vor äußerer Einwirkung geschützt - eingeschlossen sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kontaktiert das elektrisch leitfähige Ver- bindungsmittel den elektrischen Anschluss unmittelbar. So braucht der elektrische Anschluss vorteilhaft nicht - beispielsweise mittels eines galvanischen Prozesses - mit einer Verbindungsschicht überzogen sein, um mit der elektrisch leitfähigen Schicht beispielsweise mittels Löten verbunden zu werden.
Ein Verbindungsprozess zum elektrischen Verbinden des elektrischen Anschlus- ses mit der elektrisch leitfähigen Schicht erfordert somit vorteilhaft keinen Einsatz eines zusätzlichen Brückenmaterials zwischen dem elektrischen Anschluss und dem Verbindungsmittel. Weiter vorteilhaft kein Ätzen oder Galvanisieren zum Erzeugen einer Brückenschicht aus dem Brückenmaterial, welche ausgebildet ist, ein Material des elektrisch leitfähigen Anschlusses des Bauelements mit einem anderen Material, nämlich dem Material der elektrisch leitfähigen Schicht elektrisch zu verbinden.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum elektrischen Verbinden wenigstens eines elektrischen Anschlusses eines insbesondere elektronischen Bauelements und/oder eines derartigen Bauelements, insbesondere ein elektrisch isoliertes Gehäuse oder Hülle des Bauelements, mit wenigstens einer elektrischen und/oder wärmeleitfähigen Schicht. Die elektrische und/oder wärmeleitfähige Schicht ist beispielsweise eine Schicht zum Bilden wenigstens einer Leiterbahn des Kontaktsystems. Eine wärmeleitende Schicht weist zumindest einen flächigen Bereich zur zumindest mittelbaren Abgabe der Wärme an die angrenzende Umgebung, insbesondere die Umgebungsatmosphäre oder einen Kühlkörper auf. Die wärmeleitende Schicht kann bevorzugt auch als ein an das Bauelement angrenzende Komponente, insbesondere als ein Kühlkörper, vorgesehen sein. Das Kontaktsystem ist beispielsweise eine ein- oder mehrschichtig ausgebildete Leiterplatte, bevorzugt als Bestandteil einer Schaltungsanordnung.
Bevorzugt wird der elektrische Anschluss und/oder das Bauelement, insbesondere das elektrische isolierte Gehäuse oder Hülle des Bauelements mit der elektrischen und/oder wärmeleitfähigen Schicht mittels eines elektrischen und/oder wärmeleitfähigen Verbindungsmittels verbunden. Das elektrische und/oder wärmeleitfähige Verbindungsmittel wird bevorzugt mittels eines thermischen Spritz- Verfahrens erzeugt. In einer bevorzugten Variante des Verfahrens wird der elektrische Anschluss und/oder das Bauelement oder ein Gehäuse des Bauelements durch einen Durchbruch in der elektrischen und/oder wärmeleitfähigen Schicht hindurch mittels des elektrischen und/oder wärmeleitfähigen Verbindungsmittels mit der elekt- rischen und/oder wärmeleitfähigen Schicht verbunden. Im Falle der Verbindung von dem Bauelement oder Gehäuse des Bauelements bis hin zur wärmeleitfähigen Schicht kann vorteilhaft Wärme von dem Gehäuse über das Verbindungsmittel in die wärmeleitfähige Schicht abgeführt werden.
Bevorzugt sind das Material des elektrischen Anschlusses bzw. des Gehäuses und das Material der elektrischen und/oder wärmeleitfähigen Schicht zueinander verschieden. Weiter bevorzugt kontaktiert das Material den elektrischen Anschluss und/oder die elektrisch leitfähige Schicht unmittelbar.
Das unmittelbare Kontaktieren bedeutet, dass der elektrische Anschluss und/oder das Gehäuse bevorzugt wenigstens in einem zum Verbundenwerden mit dem Material ausgebildeten Bereich bevorzugt massiv aus einem vorbestimmten Material, beispielsweise Aluminium, gebildet ist. Die elektrisch und/oder wärmeleitfähige Schicht ist bevorzugt in einem Bereich, welcher zum Verbundenwerden mit dem Material ausgebildet ist, massiv aus einem vorbestimmten Material, beispielsweise Kupfer, gebildet.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante des Verfahrens wird das Bauelement zwischen die elektrisch leitfähige Schicht und eine elektrisch isolierende Schicht eingeschlossen, insbesondere einlaminiert, nachdem der elektrische Anschluss mittels des elektrisch leitfähigen Verbindungsmittels mit der elektrisch leitfähigen Schicht verbunden worden ist. So kann vorteilhaft eine tragfähige Struktur er- zeugt werden, nachdem die elektrischen Anschlüsse mit wenigstens einem Bereich oder einem Teil der elektrisch leitfähigen Schicht, beispielsweise mit einer Leiterbahn, verbunden worden sind. Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus den in den abhängigen Ansprü- chen angegebenen Merkmalen sowie aus den in den Figuren beschriebenen
Merkmalen.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zum Erzeugen eines Kontaktsystems. Bei dem Verfahren wird in einem Schritt 70 ein Klebemittel, insbesondere Klebstoff, in diesem Ausführungsbeispiel ein Klebemittel 12 und 14 je- weils in Form eines Tropfens auf eine elektrisch leitfähige Folie 10, zuvor auch elektrisch leitfähige Schicht genannt, aufgebracht. Die Folie ist beispielsweise eine Kupferfolie. Beispielsweise kann das Klebemittel, in diesem Beispiel die Klebemittel 12 und 14, mittels einer Maske auf die Kupferfolie 10 aufgedruckt werden oder auf die Kupferfolie 10 aufgespritzt werden. Das Klebemittel kann - an- ders als in Figur 1 dargestellt, durch eine selbstklebende Folie gebildet sein. Das
Klebemittel kann beispielsweise ein lösungsmittelhaltiges Klebemittel sein, welches seine Viskosität nach Verdampfen des Lösungsmittels ändert oder ein heißschmelzendes Klebemittel. Beispielsweise ist das Klebemittel ein Epoxidharzklebstoff, welcher ausgebildet ist, in Abhängigkeit von Wärmeeinwirkung o- der Ultraviolettstrahlung auszuhärten, insbesondere zu polymerisieren.
Die Klebemittel 12 und 14 enthalten jeweils Festkörper, welche in diesem Ausführungsbeispiel kugelförmig ausgebildet sind. Die Festkörper 16 und 18 sind beispielhaft bezeichnet. In einem Verfahrensschritt 71 werden elektronische Bauteile, in diesem Ausführungsbeispiel ein integrierter Schaltkreis 20 und ein integ- rierter Schaltkreis 22, mittels des Klebemittels 14 beziehungsweise 12 mit der
Kupferfolie 10 verklebt. Der integrierte Schaltkreis 20 wird dazu auf das Klebemittel 14 aufgedrückt. Der integrierte Schaltkreis 20 lässt sich dabei so weit mit der Kupferfolie 10 zusammenbringen, bis der integrierte Schaltkreis 20 auf die Festkörper, in diesem Ausführungsbeispiel auf die Festkörper umfassend den Fest- körper 18 trifft und nicht mehr weiter an die Kupferfolie angedrückt werden kann.
Dargestellt ist auch der integrierte Schaltkreis 22, welcher auf das Klebemittel 12 aufgedrückt worden ist. Das Klebemittel 12 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel auch Festkörper, von denen der Festkörper 16 beispielhaft dargestellt ist.
In einem Schritt 72 werden die integrierten Schaltkreise 20 und 22 mittels eines Laminats, beispielsweise einer Laminatfolie 30 als elektrisch isolierende Schicht zusammen mit der Kupferfolie 10 einlaminiert. Die integrierten Schaltkreise 20 und 22 sind nach dem Einlaminieren wenigstens vor mechanischer Einwirkung geschützt. Durch die Laminatfolie 30 kann vorteilhaft ein Schaltungsträger gebildet sein, in welchen die Schaltkreise 20 und 22 integriert sind.
Unabhängig oder zusätzlich zu dem Laminieren mittels der Laminatfolie 30 können die integrierten Schaltkreise 20 und 22 auch mittels eines Mold-Verfahrens mittels einer Mold-Masse eingebettet, beispielsweise eingeschmolzen oder eingespritzt werden. Die integrierten Schaltkreise sind so weitergeschützt sein.
Der integrierte Schaltkreis 20 weist elektrische Anschlüsse auf, wobei ein elektri- scher Anschluss 24 beispielhaft bezeichnet ist. Die elektrischen Anschlüsse sind beispielsweise wenigstens in einem zum Verbinden mit einer elektrischen Leiterbahn vorgesehenen Bereich beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet.
Der integrierte Schaltkreis 22 weist - wie der integrierte Schaltkreis 20 - elektri- sehe Anschlüsse auf, von denen der elektrische Anschluss 26 beispielhaft bezeichnet ist. Die elektrischen Anschlüsse des integrierten Schaltkreises 22 weisen in einem Bereich zum elektrischen Verbinden mit einer Leiterbahn beispielsweise Aluminium auf.
In einem Verfahrensschritt 73 werden - beispielsweise mittels eines Lasers - Aussparungen 40, 42, 44 und 46 durch die Kupferfolie 10 und die Klebemittel 12 und 14 hindurch gebohrt. Die Aussparungen 40, 42, 44 und 46 reichen jeweils bis zu einem elektrischen Anschluss eines integrierten Schaltkreises hin. Die Aussparung 40 erstreckt sich bis zu dem Anschluss 24. Die Aussparung 44 erstreckt sich bis zu dem Anschluss 26.
In einem Verfahrensschritt 74 werden dann die zuvor gebohrten Aussparungen mittels eines thermischen Spritzverfahrens, beispielsweise mittels eines Plasmaspray-Verfahrens, mittels eines elektrisch leitfähigen Materials als Verbindungsmittel - beispielsweise einer Legierung umfassend Kupfer und/oder Aluminium - wenigstens teilweise aufgefüllt und so eine elektrische Verbindung er- zeugt. So ist dann ein Beispiel für ein vorab erwähntes Kontaktsystem gebildet, bei dem die Anschlüsse jeweils mit einer Folie, insbesondere mit einem Flächenabschnitt der Folie - beispielsweise einer Leiterbahn - elektrisch verbunden sind.
Eine Plasmaspray-Düse 60 ist beispielsweise dargestellt, aus der elektrisch leitfähiges Material in diesem Ausführungsbeispiel in Form von elektrisch leitfähigen Spraypartikeln in die Aussparung 40 gespritzt wird, wo sich die Spraypartikel zu einem elektrisch leitfähigen Verbindungsmittel zusammenfügen und so das elektrisch leitfähige Verbindungsmittel 50 bilden. Die Spraypartikel sind bevorzugt als Nanopartikel ausgebildet. Dadurch bedingt können auch kleinste Aussparungen mit dem Verbindungsmittel ausgefüllt werden.
Die elektrisch leitfähige Folie 10 ist so mittels des Verbindungsmittels 50 elektrisch leitend mit dem Anschluss 24 verbunden. Vorteilhaft wird während des e- lektrischen Verbindens des Anschlusses 24 mit der Folie 10 sowohl vom elektrischen Anschluss 24 als auch von der Folie 10 störende Oxide und/oder Kontaminationen mit anderen Stoffen entfernt, sodass auf ein Flussmittel oder Be- Schichtungen mit einem bereits erwähnten Brückenmaterial zum elektrischen Verbinden des elektrischen Anschlusses 24 mit der Folie 10 verzichtet werden kann.
In einem Verfahrensschritt 75 werden dann - beispielsweise mittels eines Lasers - Vertiefungen und/oder Aussparungen in die elektrisch leitfähige Folie 10 geschnitten, sodass elektrisch leitfähige Leiterbahnen gebildet sind, welche jeweils Verbindungsleitungen eines elektrischen Schaltkreises oder einer Schaltungsanordnung bilden können. Dieser Verfahrenschritt zum Bilden von Leiterbahnen kann auch vor dem Kontaktieren, beispielsweise mittels Fotostrukturieren erfol- gen. Das Fotostrukturieren umfasst beispielsweise ein Aufbringen eines Photolacks, Belichten mit einer Maske, Entfernen des Photolacks an den belichteten Flächenbereichen und Ätzen der elektrisch leitfähigen Schicht an den belichteten Flächenbereichen.
Die Aussparungen 47 und 49 zum Erzeugen von elektrischen Verbindungen, insbesondere von Leiterbahnen sind beispielhaft bezeichnet.
Dargestellt ist auch eine Folie 1 1 , beispielsweise eine Kupferfolie, welche mit einem Laminat gebildet durch die Laminatfolie 30 verbunden ist und sich in diesem Ausführungsbeispiel parallel zur Folie 10 erstreckt.
Die Folien 10 und 1 1 schließen somit die Laminatfolie 30 mit den integrierten Schaltkreisen 20 und 22 zwischen einander ein.
In einem Verfahrensschritt sind in diesem Ausführungsbeispiel Aussparungen 41 und 43 - beispielsweise mittels eines Lasers - gebohrt, welche durch die Folie 1 1 hindurch und weiter durch die Laminatfolie 30 hindurch bis hin zu einem Gehäuse des integrierten Schaltkreises 20 reichen. Mittels der Aussparungen 41 und 43 kann Wärme von dem integrierten Schaltkreis 20 abgeführt werden.
Zum Abführen der Wärme von dem integrierten Schaltkreis können - wie am Beispiel des integrierten Schaltkreises 22 dargestellt - mittels eines thermischen Spritzverfahrens die Aussparungen, welche durch die Folie 1 1 hindurch und weiter durch die Laminatfolie 30 hindurch zu einem Gehäuse des integrierten Schaltkreises 22 reichen, mittels eines wärmeleitfähigen Materials als Verbindungsmittel wenigstens teilweise ausgefüllt werden, sodass die Folie 1 1 mittels des thermisch leitfähigen Materials mit dem Gehäuse des integrierten Schaltkreises 22 verbunden ist. So kann vorteilhaft Wärme von dem integrierten Schaltkreis 22 an die Folie 1 1 abgeführt werden. In dem Verfahrensschritt 75 ist ein zweischichtiger Aufbau eines Kontaktsystems dargestellt, umfassend zwei Schichten, jeweils gebildet durch eine Folie, nämlich die Folien 10 und 1 1. Denkbar ist auch ein Kontaktsystem mit mehr als zwei Schichten als Bestandteil einer Schaltungsanordnung.

Claims

Ansprüche
1. Kontaktsystem (74, 75) umfassend wenigstens ein insbesondere elektronisches Bauelement (20, 22), wobei das Bauelement (20, 22) wenigstens einen e- lektrischen Anschluss (24, 26) aufweist, und das Kontaktsystem (74, 75) wenigs- tens eine elektrisch und/oder wärmeleitfähige Schicht (10, 11) aufweist, wobei der Anschluss (24, 26) des Bauelements (20, 22) und/oder das Bauelement, insbesondere ein elektrisch isoliertes Gehäuse des Bauelements, und die elektrisch und/oder wärmeleitfähige Schicht (10, 11) mittels eines elektrisch und/oder wärmeleitfähigen Verbindungsmittels (50, 52, 54, 56, 57, 59) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass
das elektrisch und/oder wärmeleitfähige Verbindungsmittel (50, 52, 54, 56, 57, 59) mittels eines thermischen Spritzverfahrens (60, 62) erzeugt ist.
2. Kontaktsystem (74, 75) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der elektrische Anschluss (24, 26) des Bauelements und/oder das Bauelement, insbesondere das Gehäuse der Bauelements, durch einen Durchbruch (40, 42, 44, 46) in der elektrisch und/oder wärmeleitfähigen Schicht (10, 1 1) hindurch mittels dem elektrisch und/oder wärmeleitfähigen Verbindungsmittels (50, 52, 54, 56, 57, 59) mit der elektrisch und/oder wärmeleitfähigen Schicht (10, 11) verbun- den ist.
3. Kontaktsystem (74, 75) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Material des elektrischen Anschlusses (24, 26) und das Material der elektrisch leitfähigen Schicht (10, 1 1) zueinander verschieden sind.
4. Kontaktsystem (74, 75) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Bauelement (20, 22) zwischen die elektrisch und/oder wärmeleitfähige Schicht (10, 11) und eine elektrisch isolierende Schicht (30) eingeschlossen ist.
5. Kontaktsystem (74, 75) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (20, 22) wenigstens teilweise in ein Polymer eingeschlossen, insbesondere eingeschmolzen ist.
6. Kontaktsystem (74, 75) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das elektrische und/oder wärmeleitende Verbindungsmittel (50, 52, 54, 56, 57,
59) den elektrischen Anschluss (24, 26) und/oder das Bauelement, insbesondere das Gehäuse, unmittelbar kontaktiert.
7. Verfahren (70, 71 , 72, 73, 74, 75) zum elektrischen und/oder thermischen Verbinden wenigstens eines elektrischen Anschlusses (24, 26) eines insbesondere elektronischen Bauelements (20, 22) und/oder des Bauelements, insbesondere einem elektrisch isolierten Gehäuses des Bauelements, mit wenigstens einer elektrisch und/oder wärmeleitfähigen Schicht (10, 11),
dadurch gekennzeichnet, dass
der elektrische Anschluss (24, 26) und/oder das Bauelement mit der elektrisch und/oder wärmeleitfähigen Schicht (10, 1 1) mittels eines elektrisch und/oder wärmeleitfähigen Verbindungsmittels (50, 52, 54, 56, 57, 59) verbunden wird, wobei das elektrisch und/oder wärmeleitfähige Verbindungsmittel (50, 52, 54, 56, 57, 59) mittels eines thermischen Spritzverfahrens (60, 62) erzeugt wird.
8. Verfahren (70, 71 , 72, 73, 74, 75) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der elektrische Anschluss (24, 26) und/oder das Gehäuse des Bauelements (20, 22) durch einen Durchbruch (40, 41 , 42, 43, 44, 46) in der elektrisch und/oder wärmeleitfähigen Schicht (10, 11) hindurch mittels des elektrisch und/oder wärmeleitfähigen Verbindungsmittels (50, 52, 54, 56, 57, 59) mit der elektrisch und/oder wärmeleitfähigen Schicht (10, 1 1) verbunden wird.
9. Verfahren (70, 71 , 72, 73, 74, 75) nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Material des elektrischen Anschlusses (24, 26) und das Material der elektrisch leitfähigen Schicht (10) zueinander verschieden sind.
10. Verfahren (70, 71 , 72, 73, 74, 75) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (20, 22) zwischen die elektrisch leitfähige Schicht (10) und eine elektrisch isolierende Schicht (30) eingeschlossen wird, nachdem der elektrische Anschluss (24, 26) mittels des elektrisch leitfähigen Verbindungsmittels (50, 52, 54, 56, 57, 59) mit der elektrisch leitfähigen Schicht (10) verbunden ist.
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