EP3918884A1 - Method for treating metal insert parts - Google Patents

Method for treating metal insert parts

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EP3918884A1
EP3918884A1 EP20701740.1A EP20701740A EP3918884A1 EP 3918884 A1 EP3918884 A1 EP 3918884A1 EP 20701740 A EP20701740 A EP 20701740A EP 3918884 A1 EP3918884 A1 EP 3918884A1
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EP
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printed circuit
insert
circuit boards
inserts
electrical connection
Prior art date
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Pending
Application number
EP20701740.1A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Andreas Kugler
Mareen Rosenkranz
Philipp Scheiner
Thomas Dittert
Claudia Kruse
Eduard Reimer
Matthias Mahlich
Emilia SCHWINDT
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Abstract

The invention relates to a method for treating insert parts (40) or printed circuit boards (50) in order to improve the attachment to a soldering material (16) or a plastic material (10). First, the metal insert part (40, 50) is encapsulated with plastic material (10) in order to mechanically fixed the insert part (40) or the printed circuit board (50). Then, the surface (52, 82) of the insert parts (40) or the printed circuit boards (50) is activated using a fluxing agent. The solder material (16) is subsequently applied in order to produce an electric connection (64).

Description

Beschreibung description
Titel title
Verfahren zur Behandlung metallischer Einlegeteile Process for the treatment of metallic inserts
Technisches Gebiet Technical field
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Behandlung metallischer Einlegeteile zur Verbesserung einer Anbindung an ein Lot oder ein The invention relates to a method for treating metallic inserts to improve a connection to a solder or a
Kunststoffmaterial. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine elektrische Verbindung, die gemäß dem Verfahren zur Behandlung metallischer Einlegeteile hergestellt wird. Plastic material. Furthermore, the invention relates to an electrical connection that is produced according to the method for treating metallic inserts.
Stand der Technik State of the art
DE 10 2018 208 491 A betrifft ein Kontaktierungssystem für eine modulare Autobatterie. Es wird ein Kontaktierungssystem für eine modular aufgebaute Batterie offenbart, wobei die Batterie eine Vielzahl von Batteriezellen umfasst. Das Kontaktierungssystem umfasst ein Trägerelement aus einem ersten Kunststoff zum Anordnen mindestens eines funktionswesentlichen Bauteils zum Betreiben der Batterie sowie eine Vielzahl von elektrisch leitfähigen Leiterbahnen zum Verschalten der Batteriezellen. Das Trägerelement ist mit den Leiterbahnen beschichtet. Des Weiteren wird ein Verfahren zum Herstellen eines DE 10 2018 208 491 A relates to a contacting system for a modular car battery. A contacting system for a modular battery is disclosed, the battery comprising a plurality of battery cells. The contacting system comprises a carrier element made of a first plastic for arranging at least one functionally essential component for operating the battery, as well as a plurality of electrically conductive conductor tracks for interconnecting the battery cells. The carrier element is coated with the conductor tracks. Furthermore, a method for producing a
Kontaktierungssystems für eine modular aufgebaute Batterie offenbart, wobei die Batterie eine Vielzahl von Batteriezellen umfasst. Das Kontaktierungssystem ist derart aufgebaut, dass ein Trägerelement aus einem ersten Kunststoff zum Anordnen mindestens eines funktionswesentlichen Bauteils zum Betreiben der Batterie eine Vielzahl von elektrisch leitfähigen Leiterbahnen zum Verschalten der Batteriezellen aufweist. Das Trägerelement des Kontaktierungssystems wird mit den Leiterbahnen beschichtet. Contacting system for a modular battery disclosed, the battery comprising a plurality of battery cells. The contacting system is constructed in such a way that a carrier element made of a first plastic for arranging at least one functionally essential component for operating the battery has a large number of electrically conductive interconnects for interconnecting the battery cells. The carrier element of the contacting system is coated with the conductor tracks.
Bei der Verbindung metallischer Einlegeteile mit einem Lot beziehungsweise einem Kunststoff kann es zu einer unzureichenden Haftung der verschiedenen eingesetzten Materialien miteinander kommen. Bei mechanischen Belastungen, wie beispielsweise Vibration oder Schock, aber auch bei thermischen When connecting metallic inserts with a solder or a plastic, the various materials used may not adhere sufficiently. With mechanical loads, such as vibration or shock, but also with thermal
Belastungen oder bei hohen oder niedrigen Temperaturen, bei einem Temperaturwechsel oder bei einem Temperaturschock kann die Haftung verschiedener Materialien kritisch sein. Bei einer unzureichenden Haftung zwischen einem Lotmaterial und einem metallischen Einlegeteil kann Loads or at high or low temperatures, at one Changes in temperature or in the event of a temperature shock, the adhesion of various materials can be critical. If there is insufficient adhesion between a solder material and a metallic insert,
beispielsweise der elektrische Pfad zerstört werden. In diesem Fall verliert das Bauteil seine Funktion. for example, the electrical path can be destroyed. In this case the component loses its function.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Behandlung metallischer Einlegeteile vorgeschlagen, wodurch die Verbesserung der Anbindung an ein Lotmaterial oder ein Kunststoff material erreicht werden kann, und zumindest die According to the invention a method for the treatment of metallic inserts is proposed, whereby the improvement of the connection to a solder material or a plastic material can be achieved, and at least
nachfolgenden Verfahrensschritte durchlaufen werden: a) Umspritzen des metallischen Einlegeteils mit Kunststoffmaterial zur the following process steps are carried out: a) encapsulation of the metallic insert with plastic material
mechanischen Fixierung des metallischen Einlegeteils, b) Aktivierung einer Oberfläche eines metallischen Einlegeteiles mittels eines Flussmittels, c) Aufbringen des Lotmaterials zur Herstellung einer elektrischen Verbindung. mechanical fixation of the metallic insert, b) activation of a surface of a metallic insert by means of a flux, c) application of the solder material to produce an electrical connection.
Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren lässt sich in vorteilhafter Weise durch eine Vorbehandlung der Oberfläche beziehungsweise der By means of the method proposed according to the invention, a pretreatment of the surface or the
Oberflächen der metallischen Einlegeteile die Haftung der Komponenten, welche eine elektrische Verbindung bilden, erheblich verbessern, sodass die Surfaces of the metallic inserts significantly improve the adhesion of the components that form an electrical connection, so that the
Lebensdauer des Bauteils entsprechend verlängert werden kann. Component life can be extended accordingly.
In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens werden die metallischen Einlegeteile mit einer Einfach- oder einer Mehrfachbeschichtung umfassend Kupfer, Zinn oder Nickel / Au und/oder anderer Verbindungspartner, wie beispielsweise Silber oder metallischer Verbindungspartner, versehen. In a development of the method proposed according to the invention, the metallic insert parts are provided with a single or multiple coating comprising copper, tin or nickel / Au and / or other connection partners, such as silver or metallic connection partners.
Dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren weiter folgend, wird die Einfach-/oder Mehrfachbeschichtung der mechanischen Einlegeteile mittels eines galvanischen Prozesses vorgenommen. Dieser Prozess ist ausgereift und äußerst robust gegen äußere Einflüsse. In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens werden die Verfahrensschritte a), b) und c) im Rahmen des Prozesses des integrierten Metall- Kunststoff-Spritzgießens durchlaufen. Further following the method proposed according to the invention, the single / or multiple coating of the mechanical insert parts is carried out by means of a galvanic process. This process is mature and extremely robust against external influences. In a further development of the method proposed according to the invention, method steps a), b) and c) are carried out as part of the process of integrated metal-plastic injection molding.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens werden die metallischen Einlegeteile aus Clad-Material gefertigt. Clad-Materialien werden im Allgemeinen durch zwei verschiedene Metalle gebildet, die zu einem festen Verbund zusammengefügt werden. Im vorliegenden Zusammenhang wird unter Clad-Material ein Verbund aus Aluminium und Kupfer verstanden, d. h. zwei metallische Körper, die zusammengefügt werden. In one embodiment of the method proposed according to the invention, the metallic inserts are made from Clad material. Clad materials are generally made up of two different metals that are joined together to form a solid bond. In the present context, clad material is understood to mean a composite of aluminum and copper, i. H. two metallic bodies that are put together.
Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren können die eingesetzten metallischen Einlegeteile mit Stiften aus Cu- oder Clad-Material, beispielsweise einem Verbund aus AI und Cu, versehen werden, die in das metallische In the method proposed according to the invention, the metal inserts used can be provided with pins made of Cu or Clad material, for example a composite of Al and Cu, which are inserted into the metal
Einlegeteil eingepresst werden oder auch stoffschlüssig mit diesem gefügt werden können. Bevorzugt werden beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren solche Stifte eingesetzt, die ein kleines Querschnitl/Länge-Verhältnis aufweisen. Das Querschnitl/Länge-Verhältnis bestimmt sich aus der Beziehung p a2 / b beziehungsweise a2 / b mit a < b (je nachdem, welche Insert part can be pressed in or can be integrally joined with it. In the method proposed according to the invention, those pins are preferably used which have a small cross-section / length ratio. The cross-section / length ratio is determined from the relationship pa 2 / b or a 2 / b with a <b (whichever
Querschnittsflächengeometrie der Stift aufweist). Cross-sectional area geometry of the pin).
Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren dienen die eingesetzten Stifte/Pins neben der Darstellung der elektrischen Verbindung oder der elektrischen Kontaktierung des Weiteren der Darstellung einer mechanischen Fixierung. Durch die Erzeugung der elektrischen Verbindung mit dem In the method proposed according to the invention, the pins used in addition to the representation of the electrical connection or the electrical contact also serve to represent a mechanical fixation. By creating the electrical connection with the
erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren kann im Rahmen einer mechanischen Fixierung eine mechanisch zuverlässige Halterung in einem Kunststoffmaterial erreicht werden, da beispielsweise die eingesetzten Stifte beziehungsweise Pins in dieses eingegossen werden können. Auch eine Erwärmung des Kunststoffmaterials ist denkbar, wobei die eingesetzten Pins beziehungsweise Stifte in das zuvor erwärmte und damit erweichte Material eingebracht werden können. Kühlt das Kunststoffmaterial wieder ab, so sind die eingepressten Stifte/Pins gewissermaßen in diesem Kunststoffmaterial vergossen. According to the method proposed according to the invention, a mechanically reliable mounting can be achieved in a plastic material as part of a mechanical fixation, since, for example, the pins or pins used can be cast into this. Heating of the plastic material is also conceivable, the pins or pins used being able to be introduced into the previously heated and thus softened material. If the plastic material cools down again, the pressed-in pins are, as it were, cast in this plastic material.
In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens können die elektrischen Verbindungen so ausgebildet werden, dass zwischen den miteinander zu verbindenden Komponenten beispielsweise zwischen den metallischen Einlegeteilen und einem weiteren Bauteil ein Abstand gewahrt werden kann. Durch diese Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens lässt sich in vorteilhafter Weise die Nachgiebigkeit eines Stifts beziehungsweise eines Pins ausnutzen, sodass eine flexiblere mechanische Verbindung erhalten wird. Diese wird dadurch ermöglicht, dass bei einer Beabstandung der beiden über den Stift miteinander zu verbindenden Bauteile ein Spielraum verbleibt, innerhalb dessen sich die beiden durch den Stift miteinander verbundenen Bauteile relativ zueinander bewegen können. Dieser Spielraum ist zwar begrenzt, jedoch signifikant vorhanden, sodass In a further development of the method proposed according to the invention, the electrical connections can be designed such that between the components to be connected to one another, for example a distance can be maintained between the metallic inserts and a further component. This embodiment variant of the method proposed according to the invention advantageously allows the flexibility of a pin or a pin to be exploited, so that a more flexible mechanical connection is obtained. This is made possible in that, when the two components to be connected to one another by the pin are spaced apart, there is a margin within which the two components connected by the pin can move relative to one another. This scope is limited, but significant, so that
Relativbewegungen zugelassen werden können, ohne dass die elektrische Verbindung an sich Schaden nimmt. Relative movements can be permitted without the electrical connection itself being damaged.
In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens kann zur Verbesserung der Anbindung eines Lotmaterials beispielsweise an die In a development of the method proposed according to the invention, for example, to improve the connection of a solder material to the
Oberfläche des metallischen Einlegeteils die Oberfläche des metallischen Einlegeteils vergrößert werden. Zur Vergrößerung der Oberfläche des Surface of the metallic insert the surface of the metallic insert can be enlarged. To enlarge the surface of the
metallischen Einlegeteils stehen beispielsweise Verfahren wie eine Metallic insert, for example, methods such as
Laserstrukturierung, eine auf chemischem Wege erfolgende Aktivierung sowie eine mechanische Aufrauhung zur Verfügung. Sämtliche Verfahren haben gemeinsam, dass die Oberfläche des derart behandelten Bauteils vergrößert wird, wodurch die Anbindung zwischen der aufgerauten beziehungsweise vergrößerten Oberfläche des metallischen Einlegeteils und dem Lot verbessert wird. Laser structuring, chemical activation and mechanical roughening are available. All methods have in common that the surface of the component treated in this way is enlarged, which improves the connection between the roughened or enlarged surface of the metallic insert and the solder.
Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine elektrische Verbindung zwischen einem metallischen Einlegeteil und einem Lotmaterial, welches gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird. Furthermore, the invention relates to an electrical connection between a metallic insert and a solder material, which is produced according to the inventive method.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann mittels einer Through the solution proposed according to the invention, a
Vorbehandlung, insbesondere des aus metallischem Material gefertigten Pretreatment, especially that made of metallic material
Einlegeteils, eine Verbesserung der Anbindung zwischen dem Material des metallischen Einlegeteils einerseits und der im Wege des integrierten Metall- Kunststoff-Spritzgießens prozessierten Lot erreicht werden. Ist diese elektrische Verbindung dauerhaft, so bleibt der elektrische Pfad auch bei thermischen Beanspruchungen und bei mechanischen Beanspruchungen wie beispielsweise Vibrationen oder Stößen aufrecht erhalten, sodass die Lebensdauer des derart gefertigten Bauteilverbunds erheblich verbessert wird. Insert, an improvement in the connection between the material of the metallic insert on the one hand and the solder processed by means of integrated metal-plastic injection molding can be achieved. If this electrical connection is permanent, the electrical path also remains thermal Stresses and mechanical stresses, such as vibrations or shocks, so that the service life of the component assembly produced in this way is considerably improved.
Durch die verschiedenen Ankontaktierungen, beispielsweise einer flächigen Kontaktierung oder einer Durchkontaktierung (Via = vertical interconnect access) können die Einlegeteile auf individuelle Weise angebunden werden, sodass eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen dem Lotmaterial und dem Due to the various contacts, for example a flat contact or a via (vertical interconnect access), the inserts can be connected in an individual way, so that a reliable electrical connection between the solder material and the
Einlegeteil entsteht. Die Herstellung von Durchkontaktierungen im Insert is created. The production of vias in
Kunststoffmaterial ist prozesstechnisch einfach zu realisieren. Lediglich das Spritzgießwerkzeug, in welches das Kunststoffmaterial eingespritzt wird, muss entsprechende Dome aufweisen, mit denen gleichzeitig das Einlegeteil gehalten werden kann. Ein wesentlicher Vorteil der Ankontaktierung von Lotmaterial zum Einlegeteil mittels des Integrierten Metall- Kunststoff-Spritzgießens (IMKS) und der vorhergehenden Vorbehandlung, d. h. einer Oberflächenaktivierung durch ein Flussmittel, ist die Integration in ein und denselben Prozess. Dies erlaubt eine überaus kostengünstige Fertigung von ebenfalls sehr kostengünstigen Bauteilen. In terms of process technology, plastic material is easy to implement. Only the injection mold, into which the plastic material is injected, must have corresponding domes with which the insert can be held at the same time. A major advantage of contacting solder material to the insert by means of the integrated metal-plastic injection molding (IMKS) and the previous pretreatment, i. H. A surface activation by a flux is the integration in one and the same process. This allows extremely cost-effective production of components that are also very cost-effective.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben. The invention is described in more detail below with reference to the drawings.
Es zeigt: It shows:
Figur 1 eine erste Ausführungsvariante einer elektrischen Verbindung, FIG. 1 shows a first variant of an electrical connection,
Figur 2 eine weitere Ausführungsvariante einer Kontaktierung zwischen Figure 2 shows another embodiment of a contact between
einem metallischen Einlegeteil und einem Lotmaterial, a metallic insert and a solder material,
Figur 3 eine Ausführungsvariante einer elektrischen Verbindung unter Figure 3 shows an embodiment of an electrical connection
Wahrung eines Abstands zwischen den miteinander zu verbindenden Komponenten und Maintaining a distance between the components to be connected and
Figur 4 eine Ausführungsvariante einer elektrischen Verbindung, wo Figure 4 shows a variant of an electrical connection, where
beispielsweise auf der Oberfläche eines metallischen Einlegeteils Vias (vertical interconnect access), d. h. Durchkontaktierungen vorhanden sind. for example on the surface of a metallic insert Vias (vertical interconnect access), that is, vias are present.
Ausführungsvarianten der Erfindung Variants of the invention
Figur 1 zeigt in schematischer Ansicht eine Ausführungsvariante einer elektrischen Verbindung 64. FIG. 1 shows a variant of an electrical connection 64 in a schematic view.
Figur 1 ist zu entnehmen, dass sich ein Lotmaterial 16 auf einem Boden 14 eines Kunststoffmaterials 10 befindet. Das Kunststoff material 10 umfasst einen Rand 12, der das Lotmaterial 16 teilweise umschließt. Auf dem Lotmaterial 16 befindet sich ein Stift 18, der einen ersten vertikalen Schenkel 20 und einen rechtwinklig zu diesem orientierten zweiten Schenkel, einen horizontalen Schenkel 22 umfasst. Der Stift 18 ist ein Teil eines hier nur schematisch angedeuteten Steckerteils 24. Das Steckerteil 24 mit dem sich in vertikale Richtung FIG. 1 shows that a solder material 16 is located on a bottom 14 of a plastic material 10. The plastic material 10 comprises an edge 12 which partially surrounds the solder material 16. On the solder material 16 there is a pin 18 which comprises a first vertical leg 20 and a second leg 22 oriented at right angles to this, a horizontal leg 22. The pin 18 is a part of a connector part 24, which is only schematically indicated here. The connector part 24 with which extends in the vertical direction
erstreckenden ersten Schenkel 20 und dem zweiten sich in horizontale Richtung erstreckenden Schenkel 22 des Stifts 18 ist durch das Lotmaterial 16 kontaktiert. extending first leg 20 and the second horizontally extending leg 22 of the pin 18 is contacted by the solder material 16.
Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsvariante einer erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Verbindung 64, bei der ein Kunststoff material 10 eine Ausnehmung 36 aufweist, in die ein beispielsweise aus metallischem Material gefertigtes Einlegeteil 40, beispielsweise ausgebildet als ein Aluminium- Verbinder oder Stecker oder Leiterplatte oder dergleichen, hineinragt. An seiner Oberseite ist das Einlegeteil 40 mit einem Stift 34 versehen. Der Stift 34 kann beispielsweise in das Material, beispielsweise Aluminium, eingepresst sein, aus welchem das Einlegeteil 40 gefertigt ist. Es besteht auch die Möglichkeit, dass der Stift 34, sei er aus Kupfer oder sei er aus einem Clad-Material beschaffen, stoffschlüssig an der Oberseite des Einlegeteils 40 befestigt wird und durch eine Öffnung 30 im Lotmaterial 16 hindurchragt. FIG. 2 shows a further embodiment variant of an electrical connection 64 proposed according to the invention, in which a plastic material 10 has a recess 36 into which an insert 40 made, for example, of metallic material, for example designed as an aluminum connector or plug or printed circuit board or the like, projects . The insert 40 is provided with a pin 34 on its upper side. The pin 34 can, for example, be pressed into the material, for example aluminum, from which the insert 40 is made. There is also the possibility that the pin 34, be it made of copper or be made of a Clad material, is firmly attached to the top of the insert 40 and protrudes through an opening 30 in the solder material 16.
Aus der Darstellung gemäß Figur 2 lässt sich darüber hinaus entnehmen, dass der Stift 34, auch bezeichnet als Pin, eine Stifthöhe 38 aufweist. Der Stift 34, der in der Darstellung gemäß Figur 2 mit dem metallischen Einlegeteil 40 verbunden ist, weist ein kleines Verhältnis aus Querschnitt zu Länge auf, um für einen Ausgleich der Kräfte zu sorgen, der sich bei beispielsweise thermisch bedingten unterschiedlichen Materialausdehnungen an der elektrischen Verbindung 64 ergibt. Figur 3 zeigt eine Ausführungsvariante einer elektrischen Verbindung 64, bei der ebenfalls ein Stift 56, der auch als Pin bezeichnet wird, zum Einsatz kommt. Aus der Darstellung gemäß Figur 3 geht hervor, dass zwischen einer Oberfläche 52 beispielsweise einer Leiterplatte 50 und einer Unterseite 66 eines wie auch immer gestalteten elektrischen Bauteils 62 ein Abstand 58 ausgebildet ist. Dieser Abstand 58 verleiht dem über den Stift 56 realisierten Verbund der Bauteile 50 und 62 eine Nachgiebigkeit, wodurch die elektrische Verbindung 64 in mechanischer Hinsicht entlastet ist. Dies bedeutet, dass durch die in Figur 3 dargestellte Ausführungsvariante Relativbewegungen zwischen den durch den Stift 56 miteinander verbundenen Leiterplatten 50 beziehungsweise des elektrischen Bauteils zugelassen werden können, ohne dass die Funktionalität der elektrischen Verbindung 64 zwischen den Bauteilen 62 und 50 leidet. Mit Position 54 ist eine Unterseite der Leiterplatte 50 bezeichnet. Die Oberseite des elektrischen Bauteils 62 kann mit einer SN-Schicht 60 versehen sein It can also be seen from the illustration in FIG. 2 that the pin 34, also referred to as a pin, has a pin height 38. The pin 34, which is connected to the metallic insert 40 in the illustration according to FIG. 2, has a small ratio of cross section to length in order to ensure a compensation of the forces which occur in the case of, for example, thermally induced different material expansions at the electrical connection 64 results. FIG. 3 shows an embodiment variant of an electrical connection 64, in which a pin 56, which is also referred to as a pin, is also used. 3 shows that a distance 58 is formed between a surface 52, for example a printed circuit board 50, and an underside 66 of an electrical component 62, however it is designed. This distance 58 gives the assembly of the components 50 and 62 realized via the pin 56 a flexibility, whereby the electrical connection 64 is relieved in mechanical terms. This means that the embodiment variant shown in FIG. 3 allows relative movements between the printed circuit boards 50 or the electrical component which are connected by the pin 56, without the functionality of the electrical connection 64 between the components 62 and 50 suffering. Position 54 denotes an underside of the circuit board 50. The top of the electrical component 62 can be provided with an SN layer 60
Bei den vorstehend im Rahmen der Figuren 1 bis 3 dargestellten Varianten der Ausbildung einer elektrischen Verbindung 64 ist das jeweils eingesetzte In the variants of the formation of an electrical connection 64 shown above in the context of FIGS. 1 to 3, this is used in each case
Einlegeteil 40, bei dem es sich um einen Aluminium-Verbinder, einen Insert 40, which is an aluminum connector, a
Zellverbinder, einen Stecker, vergleiche Darstellung in Figur 1 Position 24, oder dergleichen handeln kann, vorbehandelt. Die Vorbehandlung der eingesetzten Einlegeteile 40 erfolgt vor Applizierung derselben im Rahmen des integrierten Metall- Kunststoff-Spritzgießen-(IMKS-) Prozesses. Bei den Einlegeteilen 40 können diese zunächst mithilfe des Kunststoffmaterials 10 beziehungsweise unter Ausbildung einer Kunststoffumspritzung mechanisch fixiert werden. Cell connector, a connector, see illustration in Figure 1 position 24, or the like can be pretreated. The pretreatment of the inserted parts 40 takes place before application thereof in the integrated metal-plastic injection molding (IMKS) process. In the case of the insert parts 40, these can first be mechanically fixed with the aid of the plastic material 10 or with the formation of a plastic encapsulation.
Anschließend erfolgt eine Benetzung der Anschlusskontakte der Einlegeteile 40, in dem Bereich, wo die Ausbildung der elektrischen Verbindung 64 erfolgt. Eine Aktivierung in diesem Oberflächenbereich der Einlegeteile 40 erfolgt Subsequently, the connection contacts of the inserts 40 are wetted in the area where the electrical connection 64 is formed. Activation takes place in this surface area of the insert parts 40
beispielsweise mittels eines Flussmittels. Damit diese Aktivierung zielführend ist und eine gute Benetzung, d. h. ein gutes Verschließen des eingesetzten erwärmten Lotmaterials 16 erfolgen kann, wird das Einlegeteil 40 zunächst mit Kunststoff material 10 umspritzt, anschließend das Flussmittel aufgebracht, bevor das Lotmaterial 16 im Rahmen des integrierten Metall- Kunststoff-Spritzgießens appliziert wird. Um eine gute Haftung einerseits und andererseits einen niedrigen elektrischen Übergangswiderstand gewährleisten zu können, kann for example using a flux. So that this activation is effective and good wetting, i.e. H. a good sealing of the heated solder material 16 used can take place, the insert 40 is first extrusion-coated with plastic material 10, then the flux is applied before the solder material 16 is applied as part of the integrated metal-plastic injection molding. In order to ensure good adhesion on the one hand and on the other hand a low electrical contact resistance, can
beispielsweise das Einlegeteil 40 mit Kupfer, Zinn oder einer Nickel / Au Ein oder Mehrfachbeschichtung versehen werden. Neben den genannten Komponenten Kupfer, Zinn, Nickel / Au können auch andere Verbindungspartner eingesetzt werden, so zum Beispiel Silber oder andere metallische for example, the insert 40 can be provided with copper, tin or a nickel / Au single or multiple coating. In addition to the above Components copper, tin, nickel / Au can also be used for other connection partners, for example silver or other metallic
Verbindungsmaterialien. Connecting materials.
Die obenstehend erwähnte Ein- oder Mehrfachbeschichtung kann durch einen eine hohe Robustheit aufweisenden galvanischen Prozess erfolgen. The single or multiple coating mentioned above can be carried out by means of a highly robust galvanic process.
Des Weiteren können Clad-Materialien eingesetzt werden, bei denen es sich bevorzugt um Verbundkörper aus Aluminium und Kupfer handelt. Clad materials can also be used, which are preferably composite bodies made of aluminum and copper.
Einerseits kann die Verwendung eines Clad-Materials direkt vorgenommen werden, indem das Material des Einlegeteils 40 ein solches ist; es können jedoch auch die eingesetzten Stifte 34 beziehungsweise 56 aus einem Clad-Material einerseits oder beispielsweise aus Kupfer gefertigt werden und in das erwärmte Kunststoffmaterial 10 des Kunststoffbauteils, eingepresst werden. Daneben besteht natürlich ebenso die Möglichkeit, die Stifte 34 beziehungsweise 56 aus einem Clad-Material zu fertigen und diese stoffschlüssig beispielsweise an der Oberfläche 52 des Einlegeteils 40 mit diesem zu fügen. On the one hand, the use of a Clad material can be made directly by the material of the insert 40 being such; However, the pins 34 or 56 used can also be made from a Clad material on the one hand or, for example, from copper and pressed into the heated plastic material 10 of the plastic component. In addition, there is of course also the possibility of producing the pins 34 or 56 from a clad material and of integrally joining them, for example, to the surface 52 of the insert 40.
Wie bereits vorstehend im Zusammenhang mit der Figur 3 erwähnt, können die Stifte 34 beziehungsweise 56 neben der elektrischen Verbindung 64 simultan zur mechanischen Fixierung im Kunststoffmaterial 10 des Kunststoffbauteils genutzt werden. Um verschiedenen mechanischen und thermischen Belastungen Rechnung zu tragen, die auf einen Bauteilverbund einwirken und auszugleichen sind, wird bevorzugt ein Stift 34 beziehungsweise 56 eingesetzt, der ein kleines Querschnitt/Länge-Verhältnis aufweist und einen Ausgleich der Kräfte As already mentioned above in connection with FIG. 3, the pins 34 and 56 can be used in addition to the electrical connection 64 simultaneously for mechanical fixing in the plastic material 10 of the plastic component. In order to take into account various mechanical and thermal loads which act on a component assembly and are to be compensated, a pin 34 or 56 is preferably used which has a small cross-section / length ratio and balances the forces
beispielsweise bei thermisch bedingten unterschiedlichen Materialdehnungen herbeiführt. Das Querschnitt/Länge-Verhältnis der Stifte 34 ist gegeben durch a2/ b, mit a2 = Querschnittsfläche der Stifte 34, b = Länge der Stifte 34, mit a < b. for example in the case of thermally induced different material expansions. The cross-section / length ratio of the pins 34 is given by a 2 / b, with a 2 = cross-sectional area of the pins 34, b = length of the pins 34, with a <b.
Je nach Auslegung des elektrischen Bauteils 62 beziehungsweise der elektrischen Verbindung 64 ist eine sehr gute Haftung zwischen dem Einlegeteil 40, das auch als Einleger 32 bezeichnet werden kann, und dem Depending on the design of the electrical component 62 or the electrical connection 64, there is very good adhesion between the insert 40, which can also be referred to as insert 32, and the
Kunststoff material 10 des Kunststoffbauteils gefordert. Da zwischen dem metallischen Werkstoff und dem Kunststoff nach dem Spritzgießen keine zuverlässige Haftung über die Lebensdauer gesehen existiert, ist wie Plastic material 10 of the plastic component is required. Since there is no reliable adhesion over the life cycle seen between the metallic material and the plastic after injection molding, it is like
erfindungsgemäß vorgeschlagen, das metallische Material vor der Vornahme des Spritzgießens vorzubehandeln. Zur Vorbehandlung kann auch ein Verfahren eingesetzt werden, welches die Oberfläche 52 des Einlegeteils 40 vor der Applizierung des Integrierten Metall- Kunststoff-Spritzgießens vergrößert. Eine Vergrößerung der Oberfläche 52 der Leiterplatte 50 kann beispielsweise durch eine Laserstrukturierung, eine chemische Aktivierung, eine mechanische proposed according to the invention, the metallic material before making the Pre-treat injection molding. A method can also be used for the pretreatment which enlarges the surface 52 of the insert 40 before the application of the integrated metal-plastic injection molding. The surface 52 of the circuit board 50 can be enlarged, for example, by laser structuring, chemical activation or mechanical
Aufrauhung oder ähnliches erfolgen. Durch die derart erzielte Roughening or the like. Through the so achieved
Oberflächenvergrößerung kann sich das Kunststoffmaterial 10 beim The plastic material 10 can enlarge the surface when
Spritzgieß- Prozess im Rahmen des Integrierten Metall- Kunststoff-Spritzgieß- (IMKS-) Verfahrens besser mit dem metallischen Material verbinden. Better connect the injection molding process with the metallic material as part of the integrated metal-plastic injection molding (IMKS) process.
In Figur 4 ist eine weitere Ausprägung der durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren hergestellten elektrischen Verbindung 64 dargestellt. Aus Figur 4 geht hervor, dass ein beispielsweise als Zellverbinder aus FIG. 4 shows a further version of the electrical connection 64 produced by the method proposed according to the invention. It can be seen from FIG. 4 that one is used, for example, as a cell connector
metallischem Material gefertigtes Einlegeteil 40 zwischen zwei insert 40 made of metallic material between two
Kunststoffbauteilen aus Kunststoffmaterial 10 gefügt ist. Ein jedes der beiden Kunststoffbauteile umfasst eine Ausnehmung 36, in die jeweils ein Ende des Einlegeteils 40 eingelassen ist. Figur 4 zeigt, dass das Kunststoffmaterial 10 des Kunststoffbauteils jeweils ein Ende des Einlegeteils 40 im Rahmen einer Plastic components made of plastic material 10 is joined. Each of the two plastic components comprises a recess 36, in each of which one end of the insert 40 is embedded. FIG. 4 shows that the plastic material 10 of the plastic component in each case has one end of the insert 40 in the context of a
Umfassung 90 umschließt. Enclosure 90 encloses.
Auf einer Oberfläche 82 des Einlegeteils 40 befinden sich senkrecht zur On a surface 82 of the insert 40 are perpendicular to
Zeichenebene erstreckend verschiedene Vias. Vias (vertical interconnect access) 84 stellen Durchkontaktierungen dar. Diese dienen beispielsweise in Leiterplatten zur elektrischen Verbindung 64 einzelner Leiterbahnebenen und sind damit als Bohrungen ausgebildet, die mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen sind. Im vorliegenden Falle werden im Kunststoffmaterial 10 Various vias extending across the drawing plane. Vias (vertical interconnect access) 84 represent plated-through holes. These are used, for example, in printed circuit boards for the electrical connection 64 of individual conductor track levels and are thus designed as bores which are provided with an electrically conductive coating. In the present case, 10
Bohrungen beziehungsweise Aussparungen platziert, sodass in diese das Lotmaterial 16 fließen kann und damit die elektrische Kontaktierung zum Bores or recesses placed so that the solder material 16 can flow into them and thus the electrical contact to
Einlegeteil 40 beziehungsweise zur Leiterplatte 50 herstellt. Das Einlegeteil 40 beziehungsweise die Leiterplatte 50 wiederum kann auch Vias 84 enthalten. Inserts 40 or to the circuit board 50. The insert 40 or the circuit board 50 in turn can also contain vias 84.
Im linken Teil der Darstellung gemäß Figur 4 befindet sich eine weitere Via 86, die zum Teil vom Lotmaterial des Lots 16 befüllt ist, vergleiche Bezugszeichen 88, welches die Lotmenge andeutet. Durch eine Anzahl von Aufbauten 94, die sich auf der Oberfläche 82 des Einlegeteils 40 befinden, werden die Vias 84 begrenzt. Aus der Darstellung gemäß Figur 4 geht hervor, dass ein jeder der Aufbauten 94 auf der Oberfläche 82 des Einlegeteils 40 zwei Schrägen 92 aufweist, sodass die Aufbauten einen kegelstumpfförmigen Querschnitt aufweisen. In the left part of the illustration according to FIG. 4 there is another via 86, which is partly filled with the solder material of the solder 16, see reference number 88, which indicates the amount of solder. The vias 84 are delimited by a number of structures 94 which are located on the surface 82 of the insert 40. It can be seen from the illustration according to FIG. 4 that each of the structures 94 on the surface 82 of the insert 40 has two bevels 92 has, so that the structures have a frustoconical cross section.
Die dargestellten Schrägen 92 an den Vias 84 im Kunststoffmaterial 10 dienen dazu, dass das flüssige Lotmaterial 16 während des Prozesses optimal in die Zwischenräume fließen kann und somit eine optimale Kontaktierung zum Einlegeteil 40 beziehungsweise zur Leiterplatte 50 sichergestellt ist. Somit ist die Zuverlässigkeit während der Anwendung ebenfalls gesichert, da bei einer harten Kante von beispielsweise 90° auch Dehnungen, verursacht durch Wärme und mechanische Belastung, die Verbindung zwischen Lotmaterial 16, The bevels 92 shown on the vias 84 in the plastic material 10 serve to ensure that the liquid solder material 16 can flow optimally into the interspaces during the process, thus ensuring optimal contact with the insert 40 or the printed circuit board 50. This also ensures reliability during use, since with a hard edge of 90 °, for example, strains caused by heat and mechanical stress also cause the connection between solder material 16,
Kunststoffmaterial 10 und Einlegeteil 40 beziehungsweise Leiterplatte 50 schneller reißen lassen könnten. Die Vias 84 im Kunststoffmaterial 10 können so platziert sein, dass nur an gewollten Stellen das Lotmaterial 16 den Einleger 32 beziehungsweise die Leiterplatte 50 kontaktiert und der restliche Bereich geschützt vom Lotmaterial 16 und Umwelteinflüssen unterhalb des Plastic material 10 and insert 40 or circuit board 50 could tear faster. The vias 84 in the plastic material 10 can be placed in such a way that the solder material 16 contacts the insert 32 or the printed circuit board 50 only at desired locations, and the remaining area is protected from the solder material 16 and environmental influences below the
Kunststoffmaterials 10 liegt. Zur verbesserten Anbindung der einzelnen Plastic material 10 is. For improved connection of the individual
Materialien miteinander könnten auch im Rahmen von Durchkontaktierungen Oberflächenvorbehandlungen vorgenommen werden. Materials with one another could also be carried out in the course of plated-through holes.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen. The invention is not restricted to the exemplary embodiments described here and the aspects emphasized therein. Rather, a large number of modifications are possible within the scope specified by the claims, which are within the scope of professional action.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zur Behandlung von Einlegeteilen (40) oder Leiterplatten (50) zur Verbesserung der Anbindung an ein Lotmaterial (16) oder ein Kunststoff material (10) mit zumindest nachfolgenden 1. A method for treating inserts (40) or printed circuit boards (50) to improve the connection to a solder material (16) or a plastic material (10) with at least the following
Verfahrensschritten: Process steps:
a) Umspritzen des Einlegeteils (40) oder der Leiterplatte (50) mit a) overmolding the insert (40) or the circuit board (50) with
Kunststoffmaterial (10) zur mechanischen Fixierung der Einlegeteile (40) oder Leiterplatten (50), Plastic material (10) for mechanically fixing the insert parts (40) or printed circuit boards (50),
b) Aktivierung einer Oberfläche (52, 82) der Einlegeteile (40) oder der Leiterplatten (50) mittels eines Flussmittels und b) activation of a surface (52, 82) of the inserts (40) or the printed circuit boards (50) by means of a flux and
c) Aufbringen des Lotmaterials (16) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung (64). c) applying the solder material (16) to produce an electrical connection (64).
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die 2. The method according to claim 1, characterized in that the
Einlegeteile (40) oder die Leiterplatten (50) mit einer Einfach-/ oder Mehrfachbeschichtung, umfassend Kupfer, Zinn oder Nickel / Au oder Silber oder metallische Verbindungspartner, versehen werden. Inserts (40) or the printed circuit boards (50) are provided with a single or multiple coating comprising copper, tin or nickel / Au or silver or metallic connection partners.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die 3. The method according to claim 2, characterized in that the
Einfach-/ oder Mehrfachbeschichtung der Einlegeteile (40) oder der Leiterplatten (50) mittels eines galvanischen Prozesses vorgenommen wird. Single or multiple coating of the insert parts (40) or the printed circuit boards (50) is carried out by means of a galvanic process.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die 4. The method according to claim 1, characterized in that the
Verfahrensschritte a), b), c) im Rahmen des Prozesses des Integrierten Metall- Kunststoff-Spritzgießens durchlaufen werden. Process steps a), b), c) are carried out as part of the process of integrated metal-plastic injection molding.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die 5. The method according to claim 1, characterized in that the
Einlegeteile (40) oder die Leiterplatten (50) aus Clad-Material gefertigt werden. Inserts (40) or the printed circuit boards (50) are made from Clad material.
6. Verfahren, gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlegeteile (40) oder die Leiterplatten (50) mit Stiften (34, 56) aus Cu-, Oxid-, Clad-Material versehen werden, die in das Einlegeteil (40) oder die Leiterplatten (50) eingepresst oder stoffschlüssig mit diesem gefügt werden. 6. The method according to claim 1, characterized in that the insert parts (40) or the printed circuit boards (50) are provided with pins (34, 56) made of Cu, oxide, Clad material, which in the insert part (40) or the printed circuit boards (50) are pressed in or integrally joined with it.
7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (34, 56) ein kleines Querschnitl/Länge-Verhältnis aufweisen. 7. The method according to claim 1, characterized in that the pins (34, 56) have a small cross-section / length ratio.
8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (34, 56) neben einer elektrischen Verbindung (64) eine mechanische Fixierung im Kunststoff material (10) bilden. 8. The method according to claim 1, characterized in that the pins (34, 56) form an mechanical connection in the plastic material (10) in addition to an electrical connection (64).
9. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die 9. The method according to claim 1, characterized in that the
elektrische Verbindung (64) unter Einhaltung eines Abstands (58) zwischen dem Einlegeteil (40) oder der Leiterplatte (50) einerseits und einem weiteren elektrischen Bauteil (62) andererseits hergestellt wird. electrical connection (64) while maintaining a distance (58) between the insert (40) or the printed circuit board (50) on the one hand and a further electrical component (62) on the other.
10. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche (52, 82) des Einlegeteils (40) oder der Leiterplatte (50) vergrößert wird. 10. The method according to claim 1, characterized in that a surface (52, 82) of the insert (40) or the printed circuit board (50) is enlarged.
11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen (52, 82) der Einlegeteile (40) oder der Leiterplatten (50) durch Laserstrukturierung, chemische Aktivierung oder mechanische Aufrauhung vergrößert werden. 11. The method according to claim 10, characterized in that the surfaces (52, 82) of the inserts (40) or the printed circuit boards (50) are increased by laser structuring, chemical activation or mechanical roughening.
12. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Durchlauf der Verfahrensschritte a) - c) eine abschließende 12. The method according to claim 1, characterized in that after the completion of process steps a) - c) a final
Umspritzung des erhaltenen Verbunds mit Kunststoffmaterial (10) erfolgt. Injection molding of the composite obtained with plastic material (10) takes place.
13. Elektrische Verbindung (64) zwischen einem Einlegeteil (40) oder einer Leiterplatte (50) und einem Lotmaterial (16), hergestellt gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12. 13. Electrical connection (64) between an insert (40) or a printed circuit board (50) and a solder material (16), produced according to the method according to one of claims 1 to 12.
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