EP3138161A1 - Kontaktelement für elektrische verbindung, kupferband zur herstellung einer vielzahl von kontaktelementen - Google Patents

Kontaktelement für elektrische verbindung, kupferband zur herstellung einer vielzahl von kontaktelementen

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EP3138161A1
EP3138161A1 EP15718369.0A EP15718369A EP3138161A1 EP 3138161 A1 EP3138161 A1 EP 3138161A1 EP 15718369 A EP15718369 A EP 15718369A EP 3138161 A1 EP3138161 A1 EP 3138161A1
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EP
European Patent Office
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contact
copper
contact element
connection
copper material
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EP15718369.0A
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Conti Temic Microelectronic GmbH
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Publication date
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    • H01R43/16—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for manufacturing contact members, e.g. by punching and by bending

Definitions

  • the present invention relates to a contact element for electrical connection and a circuit arrangement with at least one said contact element. Furthermore, the invention relates to a copper strip for producing a plurality of said contact elements.
  • Circuit arrangements include circuit components of different types and designs, such as. B. circuit board, conductors, power components or sockets. These circuit components must be electrically connected to each other so that the circuits can perform certain functions. For this purpose, the circuit arrangements have contact elements which are provided for the formation of stable electrical connections between circuit components.
  • a contact element for electrical connection comprises a first contact region of a first, electrically conductive copper material (copper or copper alloy) for electrical connection to a first circuit component.
  • the compact member further includes a second contact region of a second electrically conductive copper material (copper or copper alloy) for electrical connection to a second circuit component.
  • the first and the second contact area have different material hardnesses.
  • the first and the second contact region are connected to one another via a material connection.
  • contact area consists of a copper material
  • the phrase "contact area consists of a copper material” means that the respective contact area contains the corresponding end of a copper material in the predominant weight percent ⁇ share Accordingly, there is a contact element almost entirely of a copper material, except for manufacturing ⁇ technically related material impurities or material additives. which protect the contact element from external influences, such as corrosion by moisture, or from material fatigue.
  • the term “material hardness” primarily means a mechanical resistance of a material forming the aforementioned first or second copper material, Contrary to the generally accepted distinction to the term “strength”, the term “material hardness” in this application also secondarily includes strength of the material mean, which is a Wi ⁇ derstandsever of the material, that is the first or the second copper material against mechanical deformation and separation.
  • the text section that "the first and the second contact area are connected to each other via a cohesive connection” means in this application that the two contact areas not necessarily adjacent to each other at the location of cohesive connection, but that between the two contact areas quite a section of the Contact ⁇ elements may be present, through which the cohesive connection extends and over which the two contact areas are connected to each other cohesively.
  • the first and second contact areas on the respective contacting side do not exclusively comprise surfaces which are completely contacted, but may also have free surfaces which are not contacted.
  • the two contact areas extend in relation to each other
  • the longitudinal direction of the contact element flush wherein the longitudinal direction is transverse or oblique to the direction of the cohesive connection.
  • the invention is based on the idea that to form an electrical connection between two circuit components with different connection methods a contact element with contact areas for forming the electrical connections to the respective two circuit components is required, in which the two contact areas must meet different mechanical and material requirements, which presuppose different connection methods.
  • the contact element is formed with two contact areas with different materials, then these two contact areas must be connected to one another mechanically and electrically conductively, so that a stable electrical connection can be ensured between the two circuit components, which electrically connects the contact element.
  • Copper materials ie copper or copper alloy, have proven in the context of this invention as the materials for contact areas, which both have a high electrical conductivity and are optimally suited for a cohesive connection. Since the copper materials are generally available at low cost, contact elements with contact areas with different copper materials can be produced cost-effectively.
  • the first copper material has a material hardness up to 110 HV, in particular up to 100 HV, especially up to 95 HV.
  • the hardness unit "HV" means the Vickers hardness.
  • the copper material with a low material hardness up to 110 HV, or 100 HV or 95 HV allows the first contact area to form a material connection with the first circuit component, without mechanically affecting the first circuit component too much.
  • the first copper material is a raw copper according to standard DIN EN 1976/98.
  • the first copper material is a toughened electrolyte copper.
  • the first copper material is a Cu-ETP ("Electrolytic-Tough").
  • the copper-ETP also known as E-Cu, formerly known as E-Cu58 or E-Cu57, is an oxygenated (toughened) copper produced by electrolytic refining that has a very high conductivity for heat and electricity and thus is best suited for a contact ⁇ element.
  • the second copper material has a material hardness of at least 130 HV, in particular at least 150 HV, or preferably above 170 HV.
  • the second copper material a Mate ⁇ rialhärte of not more than 300 HV, more preferably not more than 250 HV, and preferably not more than 200 HV.
  • the second copper material contains tin, preferably with a weight percentage of over 0.15%, in particular over 1%, especially over 5%.
  • the second copper material contains tin at a weight percentage of up to 22%, especially up to 20%, up to 15%, up to 12%, up to 10% or up to 9%, especially up to 7%.
  • the second copper material is a tin bronze, especially CuSn6. Tin bronze is also available as a low-cost mass-produced item in various designs.
  • additives such as. As magnesium, nickel, zinc and / or silicon, may be contained in the second copper material.
  • copper alloys can be used as the second copper material that are suitable for forming press-fit connections. These include, for example, CuSnO.15, CuSn4, CuSn5, CuSn6, CuMg, CuSn3Zn9, CuNiSi.
  • the first and the second contact region via a electron beam welded connection with each other are cohesively ver ⁇ tied.
  • An electron beam welded joint between the two contact areas of different copper materials has an electrical contact resistance which is lower than the electrical resistance in the two contact areas.
  • the electron beam welded connection allows a mechanically very stable connection between the two contact areas.
  • a scarf ⁇ tion arrangement comprises a first circuit component and a second circuit component. Furthermore, the circuit arrangement comprises at least one contact element described above.
  • the first contact region of the contact element via a material locking connection ⁇ , esp. An ultrasonic welding or solder joint, electrically connected to the first circuit component conductive and mechanically stable connected.
  • the second contact ⁇ region of the contact element is electrically connected via a frictional connection, esp. A press-fit (press-fit connection), with the second circuit component and mechanically stable.
  • the copper strip comprises a first elongated strip of a first copper material and a second elongated strip of a second copper material.
  • the copper strip also has a material connection extending in the longitudinal direction of the first and second strips.
  • about the cohesive connection of the first and the second strip are material ⁇ conclusive, electrically conductive and mechanically stable connected.
  • the cohesive connection is formed as an electron beam welded joint. From such a copper band, the contact elements described above can be punched out with a simple punching machine in a simple punching operation.
  • Figure 1 shows a circuit arrangement with a contact element according to an embodiment of the invention in a schematic side view
  • Figure 2 shows a portion of a copper strip according to a
  • the circuit arrangement SA comprises a circuit carrier ST1, which in this embodiment is designed as a ceramic substrate. On a surface OF1 of the circuit substrate STl, a conductor track LB for current transmission is arranged, which forms a first circuit component of the circuit arrangement SA.
  • a power semiconductor device LH On a side facing away from the circuit carrier STL surface OF2 of the conductor LB is a power semiconductor device LH, such. B. power transistor, arranged, which is mechanically and electrically conductively connected via a solder joint LV to the conductor LB.
  • a contact element KE On the same surface OF2 of the conductor LB and in addition to the power semiconductor device LH, a contact element KE is further arranged.
  • the contact element KE is L-shaped and has a first contact area Bl and a second contact area B2, which are perpendicular to each other.
  • the first and second contact portions Bl, B2 via a elektronenstrahlge- welded connection EV are integrally with each other in an electrically conductive and mechanically stable manner, which is located on the bending edge of the contact element KE between the two Kon ⁇ clock domains Bl, B2.
  • the first contact area Bl lies on the surface OF2 of the conductor track LB and is mechanically and electrically conductively connected to the conductor track LB via an ultrasound-welded connection UV.
  • the first contact area Bl consists of E copper (Cu-ETP) and has a low material hardness of less than 100HV (Vickers hardness).
  • the low material hardness at the first contact area Bl reduces the risk of delamination (delamination, detachment) of the interconnect LB from the circuit carrier ST1 or a material fracture at the circuit carrier ST1.
  • the second contact portion B2 is in the form of a press-fit pin and is inserted into a metallized via contact DK a further circuit carrier ST2, which forms a second circuit component of the circuit arrangement SA from ⁇ .
  • the second contact region B2 with a Metalli ⁇ tion MT on the inner wall of the feedthrough DK forms a non-positive press-fit connection PV (press-fit connection).
  • the second contact region B2 consists of a tin bronze CuSn6 with tin in a weight fraction of about 6 and has a high material hardness greater than 130 HV (Vickers hardness).
  • the high material hardness in the second contact region B2 enables a stable press-fit connection PV between the contact element KE and the circuit carrier ST2.
  • FIG. 2 a section of a copper strip KB for the production of a plurality of contact elements KE shown in FIG. 1 is shown schematically.
  • the copper tape KB is formed as a long and narrow band and includes a first elongated strip SRI made of the aforementioned first copper material, that is, E copper (Cu-ETP). Further, the copper tape KB includes a second elongated strip SR2 made of the aforementioned second copper material, namely, the tin bronze CuSn6.
  • the first and second strips SRI, SR2 are materially connected via an electron-beam welded joint EV, which extends in the longitudinal direction LR of the first and second strips SRI, SR2.
  • the contact elements KE one after the other in the longitudinal direction LR are punched out of this copper band KB, the sections punched out of the area of the first strip SRI denoting the respective first contact areas Bl of the contact elements KE and the sections stamped out of the area of the second strip SR2 form second contact areas B2 of the con ⁇ tact elements KE.
  • the punched-out contact elements KE are bent at the electron beam welded joint EV L-shaped.
  • the contact elements KE can be produced inexpensively in simple manufacturing ⁇ steps as a commodity.

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Abstract

Offenbart wird ein Kontaktelement (KE) für elektrische Verbindung, umfassend: einen ersten Kontaktbereich (B1) aus einem ersten Kupfermaterial zur elektrischen Verbindung zu einer ersten Schaltungskomponente (LB), einen zweiten Kontaktbereich (B2) aus einem zweiten Kupfermaterial zur elektrischen Verbindung zu einer zweiten Schaltungskomponente (ST2), wobei der erste (B1) und der zweite (B2) Kontaktbereich unterschiedliche Materialhärten aufweisen und über eine stoffschlüssige Verbindung miteinander verbunden sind. Ferner wird ein Kupferband (KB) zur Herstellung einer Vielzahl von genannten Kontaktelementen (KE) offenbart. Derartige Kontaktelemente sind aus dem genannten Kupferband kostengünstig herstellbar.

Description

Beschreibung
Kontaktelement für elektrische Verbindung, Kupferband zur Herstellung einer Vielzahl von Kontaktelementen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kontaktelement für elektrische Verbindung sowie eine Schaltungsanordnung mit zumindest einem genannten Kontaktelement. Ferner betrifft die Erfindung ein Kupferband zur Herstellung einer Vielzahl von genannten Kontaktelementen.
Schaltungsanordnungen umfassen Schaltungskomponenten unterschiedlicher Typen und Ausführungen, wie z. B. Schaltungsträger, Leiterbahnen, Leistungsbauelemente oder Steckbuchsen. Diese Schaltungskomponenten müssen die miteinander elektrisch verbunden sein, damit die Schaltungsanordnungen bestimmte Funktionen durchführen können. Hierzu weisen die Schaltungsanordnungen Kontaktelemente, die zur Bildung stabiler elektrischer Verbindungen zwischen Schaltungskomponenten vorgesehen sind.
Elektrische Verbindungen mit den unterschiedlichen Schaltungskomponenten erfordern entsprechend unterschiedliche Verbindungsmethoden, die wiederum unterschiedliche mechanische Anforderungen voraussetzen. Die Kontaktelemente müssen daher derart ausgeführt sein, dass diese unterschiedliche mechanische Anforderungen erfüllen.
Wie in technischen Vorrichtungen üblich, gibt es zudem Anforderungen, die elektrischen Verbindungen zwischen den
Schaltungskomponenten in einfacher Weise kostengünstig zu gestalten .
Damit besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Möglichkeit bereitzustellen, die einfache und kostengünstige elektrische Verbindungen zwischen Schaltungskomponenten ermöglicht . Diese Aufgabe wird durch Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Un¬ teransprüche . Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Kontaktelement für elektrische Verbindung bereitgestellt. Das Kontaktelement umfasst einen ersten Kontaktbereich aus einem ersten, elektrisch leitenden Kupfermaterial (Kupfer oder Kupferlegierung) zur elektrischen Verbindung zu einer ersten Schaltungskomponente. Das Kompaktelement umfasst ferner einen zweiten Kontaktbereich aus einem zweiten elektrisch leitenden Kupfermaterial (Kupfer oder Kupferlegierung) zur elektrischen Verbindung zu einer zweiten Schaltungskomponente. Dabei weisen der erste und der zweite Kontaktbereich unterschiedliche Materialhärten auf. Ferner sind der erste und der zweite Kontaktbereich über eine Stoffschlüssige Verbindung miteinander verbunden.
Hierbei bedeutet der Satz: „ein Kontaktbereich besteht aus einem Kupfermaterial", dass der jeweilige Kontaktbereich das ent- sprechende Kupfermaterial im überwiegenden Gewichtsprozent¬ anteil enthält. Demnach besteht ein Kontaktelement nahezu vollständig aus einem Kupfermaterial, bis auf fertigungs¬ technisch bedingte Materialverunreinigungen oder Materialzusätze, die das Kontaktelement vor äußeren Einflüssen, wie z. B. Korrosion durch Feuchtigkeit, oder vor Materialermüdung schützen .
Der Begriff „Materialhärte" bedeutet primär einen mechanischen Widerstand eines Werkstoffs, der das zuvor genannte erste oder das zuvor genannte zweite Kupfermaterial ausbildet. Entgegen der allgemein erachteten Unterscheidung zu dem Begriff „Festigkeit" kann der Begriff „Materialhärte" in dieser Anmeldung sekundär auch eine Festigkeit des Werkstoffs bedeuten, die eine Wi¬ derstandsfähigkeit des Werkstoffs, also des ersten oder des zweiten Kupfermaterials, gegenüber mechanische Verformung und Trennung darstellt. Der Textabschnitt, dass „der erste und der zweite Kontaktbereich über eine Stoffschlüssige Verbindung miteinander verbunden sind", bedeutet in dieser Anmeldung, dass die beiden Kontaktbereiche zueinander nicht zwangsläufig an der Stelle der stoffschlüssigen Verbindung angrenzen, sondern dass zwischen den beiden Kontaktbereichen durchaus ein Abschnitt des Kontakt¬ elements vorhanden sein kann, durch den sich die Stoffschlüssige Verbindung erstreckt und über den die beiden Kontaktbereiche miteinander stoffschlüssig verbunden sind.
Der erste und der zweite Kontaktbereich umfassen auf der jeweiligen kontaktierenden Seite nicht ausschließlich Flächen, die vollständig kontaktiert werden, sondern können auch freie Flächen aufweisen, die nicht kontaktiert sind. Insbesondere erstrecken sich die beiden Kontaktbereiche zueinander in
Längsrichtung des Kontaktelements flächenbündig, wobei die Längsrichtung quer bzw. schräg zur Verlaufsrichtung der stoffschlüssigen Verbindung liegt. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass zur Bildung elektrischer Verbindung zwischen zwei Schaltungskomponenten mit unterschiedlichen Verbindungsmethoden ein Kontaktelement mit Kontaktbereichen zur Bildung der elektrischen Verbindungen zu den jeweiligen zwei Schaltungskomponenten erforderlich ist, bei dem die beiden Kontaktbereiche unterschiedliche mechanische und materielle Anforderungen erfüllen müssen, welche die unterschiedlichen Verbindungsmethoden voraussetzen.
Damit die beiden Kontaktbereiche diese unterschiedlichen An- forderungen erfüllen können, müssen diese unterschiedliche Materialien aufweisen, die den entsprechenden Anforderungen genügen .
Wird das Kontaktelement mit zwei Kontaktbereichen mit unter- schiedlichen Materialien ausgebildet, so müssen diese beiden Kontaktbereiche miteinander mechanisch und elektrisch leitend verbunden sein, damit eine stabile elektrische Verbindung zwischen den beiden Schaltungskomponenten sichergestellt werden kann, die das Kontaktelement miteinander elektrisch verbindet.
Eine mögliche Lösung, bei der die beiden Kontaktbereiche zunächst als separate Bauteile aus unterschiedlichen elektrisch leitenden Materialien hergestellt und anschließend miteinander bspw. mittels Schrauben fixiert werden, erwies sich als aufwendig und kostenintensiv. Damit die elektrischen Verbindungen zwischen Schaltungskomponenten einfach und kostengünstig gestaltet werden können, müssen die Kontaktelemente als Massenware kostengünstig und ohne großen Aufwand herstellbar sein. Im Rahmen dieser Erfindung wurde erkannt, dass eine stoff¬ schlüssige Verbindung zwischen den beiden Kontaktbereichen eines Kontaktelements eine einfache und kostengünstige Lösung dar¬ stellt. Eine Stoffschlüssige Verbindung ermöglicht eine stabile me¬ chanische Verbindung von Kontaktbereichen aus unterschiedlichen Materialien, die zudem einen sehr niedrigen Übergangswiderstand an der Verbindungsstelle aufweist. Kupfermaterialien, also Kupfer oder Kupferlegierung, erwiesen sich im Rahmen dieser Erfindung als die Materialien für Kontaktbereiche, die sowohl eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen als auch für eine Stoffschlüssige Verbindung optimal geeignet sind. Da die Kupfermaterialien in der Regel kosten- günstig erhältlich sind, können auch Kontaktelemente mit Kontaktbereichen mit unterschiedlichen Kupfermaterialien kostengünstig hergestellt werden.
Damit wurde ein Kontaktelement für elektrische Verbindung bereitgestellt, die einfache und kostengünstige elektrische Verbindungen zwischen Schaltungskomponenten ermöglicht. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist das erste Kupfermaterial eine Materialhärte bis 110 HV, insbesondere bis 100 HV, speziell bis 95 HV, auf. Hierbei bedeutet die Härteeinheit „HV" die Vickershärte .
Das Kupfermaterial mit einer geringen Materialhärte bis 110 HV, oder 100 HV bzw. 95 HV ermöglicht dem ersten Kontaktbereich zur Bildung einer stoffschlüssigen Verbindung mit der ersten Schaltungskomponente, ohne dabei die erste Schaltungskomponente mechanisch viel zu stark zu beeinflussen.
Vorzugsweise ist das erste Kupfermaterial ein Roh-Kupfer nach Norm DIN EN 1976/98. Insbesondere ist das erste Kupfermaterial ein zähgepoltes Elektrolytkupfer. Vorzugsweise ist das erste Kupfermaterial ein Cu-ETP (in Englisch „Electrolytic-Tough-
Pitch Copper") . Das Cu-ETP, das im Übrigens auch als E-Cu, ehemals auch als E-Cu58 oder E-Cu57 bezeichnet wurde, ist ein durch elektrolytische Raffination hergestelltes, sauerstoffhaltiges (zähgepoltes) Kupfer, das eine sehr hohe Leitfähigkeit für Wärme und Elektrizität aufweist und somit bestens für ein Kontakt¬ element geeignet ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das zweite Kupfermaterial eine Materialhärte von mindestens 130 HV, insbesondere mindestens 150 HV, oder vorzugsweise über 170 HV auf. Vorzugsweise weist das zweite Kupfermaterial eine Mate¬ rialhärte von nicht mehr als 300 HV, insbesondere nicht mehr als 250 HV, und vorzugsweise nicht mehr als 200 HV auf. Das Kupfermaterial mit einer hohen Materialhärte von über 130 HV oder von 130-300 HV, speziell von 170 HV bis 200 HV, ermöglicht dem zweiten Kontaktbereich zur Bildung einer einfachen kraftschlüssigen Verbindung, bspw. einer Einpressverbindung ( Press-Fit-Verbindung) , mit der zweiten Schaltungskomponente, die auch eine starke mechanische Beanspruchung standhält.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung enthält das zweite Kupfermaterial Zinn, vorzugsweise mit einem Gewichts- prozentanteil von über 0.15%, insbesondere über 1%, speziell über 5% . Vorzugsweise enthält das zweite Kupfermaterial Zinn mit einem Gewichtsprozentanteil von bis 22%, insbesondere bis 20%, bis 15%, bis 12%, bis 10% oder bis 9%, speziell bis 7%. Vorzugsweise ist das zweite Kupfermaterial eine Zinnbronze, speziell CuSn6. Zinnbronze ist ebenfalls als kostengünstige Massenware in verschiedenen Ausführungen erhältlich.
Zusätzlich zu oder anstelle von Zinn können auch andere Zusätze, wie z. B. Magnesium, Nickel, Zink und/oder Silicium, in dem zweiten Kupfermaterial enthalten sein.
Insbesondere können Kupferlegierungen als das zweite Kupfermaterial verwendet werden, die zur Bildung von Einpressver- bindungen (Press-fit Anschlüsse) geeignet sind. Hierzu gehören bspw. CuSn0.15, CuSn4, CuSn5, CuSn6, CuMg, CuSn3Zn9, CuNiSi.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind der erste und der zweite Kontaktbereich über eine elektronen- strahlgeschweißte Verbindung miteinander stoffschlüssig ver¬ bunden .
Eine elektronenstrahlgeschweißte Verbindung zwischen den beiden Kontaktbereichen aus unterschiedlichen Kupfermaterialien weist einen elektrischen Übergangswiderstand auf, der niedriger als der elektrische Widerstand in den beiden Kontaktbereichen ist. Zudem ermöglicht die elektronenstrahlgeschweißte Verbindung eine mechanisch sehr stabile Verbindung zwischen den beiden Kontaktbereichen .
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Schal¬ tungsanordnung bereitgestellt. Dabei umfasst die Schaltungs¬ anordnung eine erste Schaltungskomponente und eine zweite Schaltungskomponente. Ferner umfasst die Schaltungsanordnung zumindest ein zuvor beschriebenes Kontaktelement. Dabei ist der erste Kontaktbereich des Kontaktelements über eine stoff¬ schlüssige Verbindung, insb. eine Ultraschallschweiß- oder Lötverbindung, mit der ersten Schaltungskomponente elektrisch leitend und mechanisch stabil verbunden. Der zweite Kontakt¬ bereich des Kontaktelements ist über eine kraftschlüssige Verbindung, insb. eine Einpressverbindung (Press-fit Verbindung) , mit der zweiten Schaltungskomponente elektrisch leitend und mechanisch stabil verbunden.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kupferband zur Herstellung einer Vielzahl von zuvor beschriebenen Kontaktelementen bereitgestellt. Dabei umfasst das Kupferband einen ersten länglichen Streifen aus einem ersten Kupfermaterial und einen zweiten länglichen Streifen aus einem zweiten Kupfermaterial. Das Kupferband weist ferner eine stoffschlüssige Verbindung auf, die sich in Längsrichtung des ersten und des zweiten Streifens erstreckt. Über die Stoffschlüssige Verbindung sind der erste und der zweite Streifen miteinander stoff¬ schlüssig, elektrisch leitend und mechanisch stabil verbunden. Vorzugsweise ist die Stoffschlüssige Verbindung als eine elektronenstrahlgeschweißte Verbindung ausgebildet. Aus einem derartigen Kupferband können die zuvor beschriebenen Kontaktelemente mit einer einfachen Stanzmaschine in einem einfachen Stanzvorgang ausgestanzt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des oben beschriebenen Kontakt- elements sind, soweit im Übrigen auf die oben genannte
Schaltungsanordnung, das oben genannte Kupferband übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung bzw. des Kupferbandes anzusehen. Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Schaltungsanordnung mit einem Kontaktelement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Seitenansicht; Figur 2 einen Abschnitt eines Kupferbandes gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Draufsicht . Zunächst wird auf Figur 1 verwiesen, in der ein Abschnitt einer Schaltungsanordnung SA schematisch dargestellt ist.
Die Schaltungsanordnung SA umfasst einen Schaltungsträger STl, der in dieser Ausführungsform als Keramiksubstrat ausgebildet ist. Auf einer Oberfläche OF1 des Schaltungsträgers STl ist eine Leiterbahn LB zur Stromübertragung angeordnet, die eine erste Schaltungskomponente der Schaltungsanordnung SA ausgebildet.
Auf einer dem Schaltungsträger STl abgewandten Oberfläche OF2 der Leiterbahn LB ist ein Leistungshalbleiterbauelement LH, wie z. B. Leistungstransistor, angeordnet, der über eine Lötverbindung LV mit der Leiterbahn LB mechanisch und elektrisch leitend verbunden ist. Auf der gleichen Oberfläche OF2 der Leiterbahn LB und neben dem Leistungshalbleiterbauelement LH ist ferner ein Kontaktelement KE angeordnet.
Das Kontaktelement KE ist L-förmig ausgebildet und weist einen ersten Kontaktbereich Bl und einen zweiten Kontaktbereich B2 auf, die zueinander senkrecht liegen. Dabei sind der erste und der zweite Kontaktbereich Bl, B2 über eine elektronenstrahlge- schweißte Verbindung EV miteinander stoffschlüssig, elektrisch leitend und mechanisch stabil verbunden, die sich an der Biegekante des Kontaktelements KE zwischen den beiden Kon¬ taktbereichen Bl, B2 befindet.
Der erste Kontaktbereich Bl liegt auf der Oberfläche OF2 der Leiterbahn LB und ist über eine ultraschallgeschweißte Ver- bindung UV mit der Leiterbahn LB mechanisch und elektrisch leitend verbunden. Der erste Kontaktbereich Bl besteht aus E-Kupfer (Cu-ETP) und weist eine niedrige Materialhärte kleiner als 100HV (Vi- ckershärte) auf. Die niedrige Materialhärte bei dem ersten Kontaktbereich Bl verringert die Gefahr einer Delamination (Enthaftung, Ablösen) der Leiterbahn LB von dem Schaltungsträger ST1 bzw. eines Materialbruchs bei dem Schaltungsträger ST1. Der zweite Kontaktbereich B2 ist in Form von einem Einpressstift ausgebildet und ist in eine metallisierte Durchkontaktierung DK eines weiteren Schaltungsträgers ST2 eingesteckt, der eine zweite Schaltungskomponente der Schaltungsanordnung SA aus¬ bildet .
Dabei bildet der zweite Kontaktbereich B2 mit einer Metalli¬ sierung MT an der Innenwand der Durchkontaktierung DK eine kraftschlüssige Einpressverbindung PV ( Press-fit-Verbindung) aus .
Der zweite Kontaktbereich B2 besteht aus einer Zinnbronze CuSn6 mit Zinn in einem Gewichtsanteil von ca. 6 und weist eine hohe Materialhärte grösser als 130 HV (Vickershärte) auf. Die hohe Materialhärte bei dem zweiten Kontaktbereich B2 ermöglicht eine stabile Einpressverbindung PV zwischen dem Kontaktelement KE und dem Schaltungsträger ST2.
Nun wird auf Figur 2 verwiesen, in der ein Abschnitt eines Kupferbandes KB zur Herstellung einer Vielzahl von in Figur 1 dargestellten Kontaktelementen KE schematisch dargestellt.
Das Kupferband KB ist als ein langes und schmales Band ausgebildet und umfasst einen ersten länglichen Streifen SRI aus dem zuvor genannten ersten Kupfermaterial, also E-Kupfer (Cu-ETP) . Ferner umfasst das Kupferband KB einen zweiten länglichen Streifen SR2 aus dem zuvor genannten zweiten Kupfermaterial, nämlich der Zinnbronze CuSn6. Dabei sind der erste und der zweite Streifen SRI, SR2 über eine elektronenstrahlgeschweißte Verbindung EV stoffschlüssig verbunden, die sich in Längsrichtung LR des ersten und des zweiten Streifens SRI, SR2 erstreckt.
Aus diesem Kupferband KB werden die Kontaktelemente KE eins nach dem Anderen in dessen Längsrichtung LR ausgestanzt, wobei die aus dem Bereich des ersten Streifens SRI gestanzten Abschnitte die jeweiligen ersten Kontaktbereiche Bl der Kontaktelemente KE und die aus dem Bereich des zweiten Streifens SR2 gestanzten Abschnitte die jeweiligen zweiten Kontaktbereiche B2 der Kon¬ taktelemente KE ausbilden.
Anschließend werden die ausgestanzten Kontaktelemente KE an der elektronenstrahlgeschweißten Verbindung EV L-förmig gebogen.
Damit können die Kontaktelemente KE in einfachen Fertigungs¬ schritten als Massenware kostengünstig hergestellt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Kontaktelement (KE) für elektrische Verbindung, umfassend - einen ersten Kontaktbereich (Bl) aus einem ersten Kupfermaterial zur elektrischen Verbindung zu einer ersten Schaltungskomponente (LB) ,
- einen zweiten Kontaktbereich (B2) aus einem zweiten
Kupfermaterial zur elektrischen Verbindung zu einer zweiten Schaltungskomponente (ST2),
- wobei der erste (Bl) und der zweite (B2) Kontaktbereich unterschiedliche Materialhärten aufweisen, und über eine Stoffschlüssige Verbindung (EV) miteinander verbunden sind .
2. Kontaktelement (KE) nach Anspruch 1, wobei das erste Kup¬ fermaterial eine Materialhärte von bis 110 HV, insbesondere bis 100 HV, vorzugsweise bis 95 HV, aufweist.
3. Kontaktelement (KE) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Kupfermaterial ein zähgepoltes Elektrolytkupfer (Cu-ETP) ist .
4. Kontaktelement (KE) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das zweite Kupfermaterial eine Materialhärte von 130 HV bis 300 HV, insbesondere von 170 HV bis 200 HV, aufweist.
5. Kontaktelement (KE) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das zweite Kupfermaterial Zinn enthält.
6. Kontaktelement (KE) nach Anspruch 5, wobei das zweite
Kupfermaterial Zinn mit einem Gewichtsprozentanteil von 0,15 bis 9, insbesondere von 5 bis 7, enthält.
7. Kontaktelement (KE) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste (Bl) und der zweite (B2) Kontaktbereich über eine elektronenstrahlgeschweißte Verbindung (EV) miteinander elektrisch leitend und mechanisch verbunden sind. Schaltungsanordnung (SA) , umfassend
- eine erste Schaltungskomponente (LB) ,
- eine zweite Schaltungskomponente (ST2),
- ein Kontaktelement (KE) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
- wobei der erste Kontaktbereich (Bl) des Kontaktelements (KE) über eine Stoffschlüssige Verbindung (UV), insb. eine Ultraschallschweiß- oder Lötverbindung, mit der ersten Schaltungskomponente (LB) und der zweite Kontaktbereich (B2) des Kontaktelements (KE) über eine kraftschlüssige Verbindung (PV) , insb. eine Einpressverbindung, mit der zweiten Schaltungskomponente (ST2) elektrisch leitend und mechanisch stabil verbunden sind. 9. Kupferband (KB) zur Herstellung einer Vielzahl von Kontaktelementen (KE) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend
- einen ersten länglichen Streifen (SRI) aus dem ersten Kupfermaterial ,
- einen zweiten länglichen Streifen (SR2) aus dem zweiten Kupfermaterial,
- eine elektronenstrahlgeschweißte Verbindung (EV) , die sich in Längsrichtung (LR) des ersten (SRI) und des zweiten (SR2) Streifens erstreckt, und über die der erste (SRI) und der zweite (SR2) Streifen stoffschlüssig verbunden sind.
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