JP2013544438A - 回路基板の内部または上に部品を実装する方法、および回路基板 - Google Patents

Abstract

金属材料で作られた少なくとも１つの導電層（４）を含む回路基板（１）の内部または上に少なくとも１つの金属表面（６）を有する素子または部品（５）を実装する方法において、良好な伝導率を有する機械的に安定した耐久性のある接続または取り付けを生じさせるために、素子（５）の少なくとも１つの金属表面（６）と回路基板（１）の少なくとも１つの導電層（４）との間の接続は、超音波溶接または高周波摩擦溶接を用いて形成される。さらに、金属表面（６）を有する少なくとも１つの素子または部品が、超音波溶接または高周波摩擦溶接を用いて回路基板（１）の伝導または導電層（４）に接続されるかまたは接続可能な回路基板（１）が、開示されている。

Description

本発明は、金属材料で作られた少なくとも１つの導電層を含む回路基板の内部または上に少なくとも１つの金属表面を有する素子または部品を実装する方法、および金属材料で作られた少なくとも１つの導電層を含む回路基板に関する。

回路基板の内部または上への少なくとも１つの金属表面を有する素子または部品の実装に関して、半田付けまたは接着などの様々な方法が知られている。回路基板の金属材料で作られた金属表面または導電層の半田付けは、比較的多くの作業入力を要するという欠点を伴う。さらに、半田付け手順は、部分的には極端に複雑であり、特に異なる材料で構成された平面または表面に接続されるとき、部分的にはほとんど実行不可能である。接続されるこのような平面または表面を接着するとき、高いかまたは広範な応力の下で接着接続が十分な安全性および強度を容易に保証または提供しないことは、不都合となる場合が多い。加えて、熱的または電気的に良好な導電性接着接続は、たとえば、特別な伝導率を有する接着剤を用いるときでさえ、実現不可能、または容易には実現不可能である。

本発明は、回路基板および回路基板の導電層の内部または上に実装される部品または素子の金属表面の接続に伴う、周知の先行技術の問題を回避、または少なくとも低減することを目指し、具体的には適切な伝導率を提供する、確実で機械的に搭載可能な接続の形成を可能にすることを、目的とする。

これらの目的を解決するために、先に定義されたような方法は基本的に、素子の少なくとも１つの金属表面と回路基板の少なくとも１つの導電層との間の接続が、超音波溶接または高周波摩擦溶接を用いて形成されることを、特徴とする。回路基板および回路基板の少なくとも１つの導電層の内部または上に実装される素子または部品の少なくとも１つの金属表面を接続するための超音波溶接または高周波摩擦溶接の使用は、互いに接続される平面または表面の間の機械的に安定した接続を提供するのみならず、発生した接続はまた、適切に良好な電気的、および必要に応じて熱的伝導率も、保証することになる。このような超音波溶接または高周波摩擦溶接作業において、接続するのに必要とされる熱は、接続される部品または平面または表面の間の分子および界面摩擦から生じる高周波機械的振動によって、得られる。必要な高周波振動は、たとえば、接続される素子または部品に圧力がかかった状態で振動が伝達される、ソノトロードまたは高周波振動ヘッドによって、供給される。このとき、互いに接続される素子の少なくとも表面が、結果的な摩擦によって加熱され始めるが、接続される部品の平面または表面は溶融するまで加熱されることはなく、互いに接続される平面または表面の接続は通常、特に酸化物層の破壊時に、素子の表面、または互いに接続される表面の連結によって、実質的に提供される。回路基板に接続される部品または素子、ならびに随意的に既存の回路基板の構造を注意深く扱いながら、回路基板の少なくとも１つの導電層の、そこに接続される素子または部品への機械的に安全な接続を、提供することが可能である。

望ましい伝導率および機械的に安定した接続を提供するために、好適な実施形態によれば、素子の金属表面と回路基板の導電層との間に実質的な全面接続が形成されることが、提案される。

素子または部品を回路基板に挿入するとき、および／または、やはり基本的に回路基板の外部表面に配置されてもよい、このような素子または部品を埋め込むために、回路基板の導電層に接続された素子の少なくとも部分的な被覆または埋め込みは、本発明による方法のさらに好適な実施形態にしたがって、素子の金属表面および回路基板の導電層を接続した後に、形成されることが提案される。

回路基板の内部または上に実装される素子は、たとえばラジエータまたはヒートシンクに熱を運搬または熱を放散するのに役立ち得る一方で、回路基板の内部または上での付加的な接点が設けられた部品の埋め込みまたは受容が、頻繁に提供される。超音波溶接または高周波摩擦溶接を用いる本発明によって提供されるような実装に続く接触接続または接合のため、さらに好適な実施形態によれば、回路基板の導電層に接続される素子の接合は、それ自体周知の方式で、特に接続を、および特に素子の被覆または埋め込みを形成した後で、実行されることが提案される。

素子または部品と回路基板の伝導または導電層との間の直接結合に加えて、たとえば、回路基板の伝導または導電層に使用される材料とは異なる材料で形成された接続部位または接点が設けられた外部部品との接続を確立するために、このような異なる材料の結合を可能にする、多層合成素子を提供する必要がある。本発明による方法の文脈において、および素子または部品と回路基板の伝導または導電層との間に良好な伝導率を有する機械的に安定した接続を考慮して、本発明による方法のさらに好適な実施形態によれば、素子は、異なる伝導材料、具体的には金属の、少なくとも２つの層またはプライを含む、またはこれらからなる回路基板素子によって形成されることが、提案される。外部素子または部品への結合のため、さらに好適な実施形態によれば、金属表面、または回路基板の内部または上に実装された素子のプライが外部部品に接続されることが、提案される。

この点に関して、さらに好適な実施形態によれば、具体的には接続される随意的に異なる材料または金属に関して、回路基板の内部または上に実装される素子の、金属表面、または少なくとも１つの層またはプライは、純物質またはその合金としての、銅、アルミニウム、ニッケル、スズ、亜鉛、チタン、銀、金、パラジウム、バナジウム、クロム、マグネシウム、鉄、鋼、ステンレス鋼、およびインジウムからなる群より選択されることが、提案される。

回路基板の伝導または導電層との特に確実で良好な結合を保証するために、回路基板の内部または上に実装された素子は、二元または三元金属基板によって形成されることがさらに提案され、ここで回路基板の伝導材料の少なくとも１つの層に対向する素子の層は、本発明による方法のさらに好適な実施形態に対応して、銅またはＣｕ含有合金で形成されている。

外部部品、またはたとえばこのような外部部品の接続または接触部位との結合のため、さらに好適な実施形態によれば、回路基板の伝導材料の少なくとも１つの層に対向する層の反対側の素子の層は、銅とは異なる金属、具体的にはアルミニウムまたはアルミニウム合金によって形成されることが、提案される。

特に高い温度応力および高い温度差に曝される回路基板において、確実で安定した機械的接続を支持するために、および／またはこのように異なる温度での接続の分離または破壊を回避するために、さらに好適な実施形態によれば、回路基板素子は、実質的に類似または同一の高い熱伝導率を有する金属によって形成されることが、提案される。

先に定義された目的を解決するために、金属材料で作られた少なくとも１つの導電層を含む回路基板は、基本的にこの回路基板が少なくとも１つの金属表面を有する素子または部品を含むことを特徴とし、ここで素子または部品の金属表面は、超音波溶接または高周波摩擦溶接を用いて回路基板の少なくとも１つの導電層に接続されるか、または接続可能である。すでに上記で指摘されたように、回路基板の内部または上に実装される素子または部品の金属表面との機械的に安定した接続のみならず、このような接続の適切に良好な伝導率もまた、確実で簡単な方式で提供されることになる。

接続の良好な機械的強度、および、所望の伝導率を提供するために場合により付加的に必要とされる広い接続表面積を実現するために、さらに好適な実施形態によれば、素子の金属表面と回路基板の導電層との間に実質的な全面接続が設けられることが、提案される。

特に、回路基板の伝導または導電層の材料とは異なる材料を随意的に含む外部部品との結合のため、さらに好適な実施形態によれば、素子は、異なる伝導材料、具体的には金属の、少なくとも２つの層またはプライを含む、またはこれらからなる回路基板素子を含むことが、提案される。

さらに、回路基板の少なくとも１つの伝導または導電層との特に確実で良好な結合を保証するために、回路基板の内部または上に実装される素子の、金属表面、または少なくとも１つの層またはプライは、本発明による回路基板のさらに好適な実施形態に対応して、純物質またはその合金としての、銅、アルミニウム、ニッケル、スズ、亜鉛、チタン、銀、金、パラジウム、バナジウム、クロム、マグネシウム、鉄、鋼、ステンレス鋼、およびインジウムからなる群より選択されることが、さらに提案される。

回路基板の伝導または導電層との結合のため、さらに好適な実施形態によれば、回路基板の内部または上に実装された素子は、二元または三元金属基板によって形成され、ここで回路基板の、伝導材料で作られた層に対向する層は、銅またはＣｕ含有合金で形成されることが、提案される。

特に回路基板に付加的に結合される外部部品の材料に応じて、さらに、好ましくは、回路基板の伝導材料の少なくとも１つの層に対向する層の反対側の回路基板素子の層は、銅とは異なる金属、具体的にはアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されることが、提案される。

特に様々な温度応力および／または高い温度差の下で、安定した機械的接続を維持するために、さらに、回路基板素子は、本発明による回路基板のさらに好適な実施形態に対応して、実質的に類似または同一の高い熱伝導率を有する金属で形成されることが、提案される。

以下、本発明は、添付図面に模式的に示される例示的な実施形態により、さらに詳細に説明される。

本発明による回路基板を作成するために回路基板の内部または上に部品または素子を実装するための、本発明による方法の一ステップを示す図である。 本発明による回路基板を作成するために回路基板の内部または上に部品または素子を実装するための、本発明による方法の一ステップを示す図である。 本発明による回路基板を作成するために回路基板の内部または上に部品または素子を実装するための、本発明による方法の一ステップを示す図である。 本発明による回路基板を作成するために回路基板の内部または上に部品または素子を実装するための、本発明による方法の一ステップを示す図である。 本発明の方法を用いた、本発明による回路基板の内部または上への多層素子の実装の、模式図である。 本発明の方法を用いた、本発明による回路基板の内部または上への多層素子の実装の、模式図である。 やはり本発明の方法によって回路基板に実装される多層素子または部品を用いる、外部エネルギー供給源との結合のための、本発明による回路基板の変形実施形態を示す図である。

図１において、模式的に１で示される回路基板の小領域が各々示されているが、回路基板１の多層構造は、伝導または導電層２、絶縁または非導電層３、および伝導または導電層４の提供によってのみ示されており、ここで素子または部品５は、以下により詳細に論じられるように、回路基板１の伝導または導電層４の小領域に接続されることになる。

使用目的、または詳細に示されていない先の製造ステップにおける回路基板１の随意的に提供される製造に応じて、相応に大きい数の層またはプライが回路基板１に設けられてもよい。

回路基板１の伝導または導電層４と、回路基板１の伝導または導電層４と部品５の金属表面６との間の部品または素子５との間の接続は、超音波溶接または高周波摩擦溶接によってなされる。このとき、詳細に示されないソノトロードまたは高周波振動ヘッドによって、互いに接続される部品または層または表面４に振動が印加され、ここで互いに接続される層４および６の温度の上昇は、前記振動によって発生する分子または界面摩擦によって実現される。通常は互いに接続される表面４および６の溶融まで実行されないこのような加熱は、図１ｂに示されるように、互いに接続される表面４および６の連結を実質的に行う。

高周波振動ヘッドは、たとえば、２０ｋＨｚの周波数で、たとえば５μｍの偏位で、動作してもよい。

摩擦溶接または超音波溶接は、回路基板１の伝導または導電層４と、そこに結合される部品または素子５の金属表面または層６との間に確実な機械的接続を生じ、こうして互いに接続される層４および６の間の安全な機械的接続、およびたとえば、電気的および熱的伝導接続も、提供する。

素子または部品５の実装に続いて、特に部品５の保護のため、および随意的に回路基板１のさらなる層またはプライへの埋め込みのため、図１ｃに示されるような部品５のクラッディングまたは被覆が実行されるが、これは詳細には図示されない。図示される実施形態において、部品５は、絶縁材料１０によって実質的に完全に被覆され、その上に、このような被覆１０の形成の後に、回路基板１の付加的な導電層またはプライ９を用いて、部品または素子５の接点７と接点８との間の接合を行う。

このため高周波摩擦溶接または超音波溶接により、表面４および６の機械的に安定した確実な接続、ならびに随意的に必要とされる適切に高い熱的および電気的伝導率を提供することが、可能である。

図２ａおよび図２ｂは各々、１１で示される回路基板の変形実施形態を示す図である。

それぞれ多層回路基板素子１２または１３を含む各素子は、回路基板１１の上または内部に実装され、その接続は各々、回路基板１１の模式的に図示される伝導または導電層１４、またはその小領域を通じて、確立される。模式的に示されるように、回路基板１１の内部または上に実装される素子または回路基板素子１２または１３は、異なる層またはプライ１２−１および１２−２または１３−１および１３−２をそれぞれ含み、これらは異なる伝導材料、具体的には金属で作られる。層またはプライ１２−１および１３−１は、簡単で確実な方式で回路基板１１の伝導または導電層１４との接続を得るために、たとえば銅または銅含有合金で作られ、このような伝導または導電層１４は通常、銅で作られている。

たとえば図３に示されるような、さらなる外部部品の接続のため、回路基板素子１２の層またはプライ１２−２、または回路基板素子１３の層１３−２は、以下に、特に図３を参照して詳細に論じられるように、外部部品と実質的に接続または結合されるために、たとえばアルミニウムまたはアルミニウム合金など、銅または銅含有材料とは異なる材料で作られる。

図２による実施形態において、回路基板１１の伝導または導電層１４への層１２−１または１３−１の接続は、高周波摩擦溶接または超音波溶接によってなされ、こうして再び良好な伝導率を有する機械的に安定した接続を提供する。

図３は多層回路基板２１を描写し、ここで個別の導電層またはこれのプライは２３で示され、その間に位置して非導電または絶縁材料で作られた層またはプライは２４で示される。電池２５などのエネルギー供給源と結合するため、電池２５の電極２７と接続するために多層素子または回路基板素子２６が再び設けられ、その一方で第二電極２８との結合は、半田接合またはＬ字型半田プロファイル２９を通じて実現される。

アルミニウムまたはアルミニウム合金で作られた電極２７の結合のため、素子または回路基板素子２６はやはり、銅または銅含有材料の層またはプライ２６−１、およびアルミニウムまたはアルミニウム含有材料の層またはプライ２６−２を含み、こうして簡単で確実な方式で、アルミニウムの電極２７と回路基板２１の伝導または導電領域２３との結合または接続を可能にするが、それに対して回路基板２１の銅層２３とアルミニウムの電極２７との間の、たとえば半田付けによる機械的接続は、実現可能ではないだろう。

たとえばニッケルで作られるかまたはこれで被覆された電極２８との接続または結合のために使用される半田接合２９の代わりに、多層回路基板素子２６と類似の方式で、さらなる素子または回路基板素子が回路基板２１に組み込まれることが可能であり、ここで銅または銅含有材料の第一の層またはプライは再び回路基板２１の導電層２３に接続され、その一方で、ニッケルで作られるかまたはこれで被覆された電極２８との直接結合のため、この多層回路基板素子の第二の層またはプライは、ニッケルまたはニッケル含有材料を含む。

機械的に安定した良好な伝導または導電接続のため、やはり図３による実施形態における多層回路基板素子を含む部品または素子２６の実装は、図１ａから図１ｄによる実施形態と類似の方式で、高周波摩擦溶接または超音波溶接によって実行される。

以下の材料は、それぞれ素子または回路基板素子１２、１３、または２６の、部品５の表面または金属層、および層またはプライ１２−１および１２−２、１３−１および１３−２、ならびに２６−１および２６−２の材料として、選択されてもよい。すなわち、銅、アルミニウム、ニッケル、スズ、亜鉛、チタン、銀、金、パラジウム、バナジウム、クロム、マグネシウム、鉄、鋼、ステンレス鋼、およびインジウムである。

純物質の代わりに、上述の材料の合金もまた、使用されることが可能である。

多層素子または回路基板素子１２、１３、または２６に使用される材料の選択は、特に、それぞれ回路基板１１または２１において、素子またはこれに接続される小領域、ならびにこれに接続または結合される外部部品２５を考慮してなされ、ここでたとえば、このような多層回路基板素子１２、１３、または２６について、以下の材料組み合わせが採用されてもよく、追加データはこのような多層回路基板素子の重量パーセントで表される：
アルミニウム−銅（８０／２０）
アルミニウム−ニッケル（７０／３０）
銅−ニッケル（６０／４０）
銅−亜鉛（７５／２５）
銅−ニッケル−銅（４０／２０／４０）

部品または半導体部品５または電池１５など、図示される部品または素子または外部部品に加えて、具体的には、特に多層回路基板素子１２、１３、または２６を通じて、たとえば以下の外部または追加部品との結合を行うことが、可能である。すなわちアルミニウムおよび／または銅で作られた電池ラグ付きのＬｉイオン蓄電池およびフィルム電池、ＥＳＤダイオードなどの半導体部品、特にアルミニウム端面またはアルミニウム接点が設けられたコンデンサなど、冷却素子、あるいは一般的には、たとえばＬＥＤ、ＭＯＳＦＥＴなどのように高い放熱レベルを有する部品を含む、回路基板からの熱消散を強化するための装置である。

さらに、特に多層素子または回路基板素子１２、１３、または２６を使用するとき、電極およびこれに接続される多層素子または回路基板素子の金属表面の適切な材料または材料の組み合わせを用いて、高周波摩擦溶接または超音波溶接によって同様に、たとえば電池２５の電極２７または２８などの追加外部部品の結合または接続または実装、ならびに回路基板１１または２１のそれぞれの伝導または導電層１４または２３と、これに接続されて回路基板の内部または上に実装される部品または素子１２、１３、または２６のそれぞれの対向する金属表面１２−１、１３−１、または２６−１との間の結合または接続も、実行することが可能である。

【書類名】明細書
【発明の名称】回路基板の内部または上に部品を実装する方法、および回路基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料で作られた少なくとも１つの導電層を含む回路基板の内部または上に少なくとも１つの金属表面を有する素子または部品を実装する方法であって、素子の少なくとも１つの金属表面と回路基板の少なくとも１つの導電層との間の接続は超音波溶接または高周波摩擦溶接を用いて形成される方法と、金属材料で作られた少なくとも１つの導電層を含む回路基板であって、回路基板は少なくとも１つの金属表面を有する素子または部品を含み、素子または部品の金属表面は、超音波溶接または高周波摩擦溶接を用いて回路基板の少なくとも１つの導電層に接続されるかまたは接続可能である回路基板と、に関する。
【背景技術】
【０００２】
回路基板の内部または上への少なくとも１つの金属表面を有する素子または部品の実装に関して、半田付けまたは接着などの様々な方法が知られている。回路基板の金属材料で作られた金属表面または導電層の半田付けは、比較的多くの作業入力を要するという欠点を伴う。さらに、半田付け手順は、部分的には極端に複雑であり、特に異なる材料で構成された平面または表面に接続されるとき、部分的にはほとんど実行不可能である。接続されるこのような平面または表面を接着するとき、高いかまたは広範な応力の下で接着接続が十分な安全性および強度を容易に保証または提供しないことは、不都合となる場合が多い。加えて、熱的または電気的に良好な導電性接着接続は、たとえば、特別な伝導率を有する接着剤を用いるときでさえ、実現不可能、または容易には実現不可能である。
【０００３】
先に論じられたような、半田付けの不都合を部分的に回避するために、最初に言及された方法ならびに最初に言及された回路基板に対応して、回路基板を作成するときの金属層またはプライの間の接続のために、超音波溶接または高周波摩擦溶接の使用が、米国特許出願公開第２００９／０３１４５２２号明細書または米国特許出願公開第２００８／０１５０１３２号明細書によって提案された。
【０００４】
類似の実施形態は、たとえば米国特許出願公開第２００６／００７８７１５号明細書、独国特許出願公開第１０２００８０５０７９８号明細書、米国特許第３６７０３９４号明細書、または米国特許第５３５４３９２号明細書から取り上げられてもよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０３１４５２２号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００８／０１５０１３２号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００６／００７８７１５号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１０２００８０５０７９８号明細書
【特許文献５】米国特許第３６７０３９４号明細書
【特許文献６】米国特許第５３５４３９２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、回路基板および回路基板の導電層の内部または上に実装される部品または素子の金属表面の接続に伴う、周知の先行技術の問題を回避、または少なくとも低減することを目指し、具体的には適切な伝導率を提供する、確実で機械的に搭載可能な接続の形成を可能にすることを、目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
これらの目的を解決するために、先に定義されたような方法は基本的に、回路基板の内部または上に実装された素子は二元または三元金属基板によって形成され、回路基板の伝導材料の少なくとも１つの層に対向する素子の層は、銅またはＣｕ含有合金で形成されることを、特徴とする。回路基板および回路基板の少なくとも１つの導電層の内部または上に実装される、二元または三元金属基板によって形成されている素子または部品の少なくとも１つの金属表面を接続するための超音波溶接または高周波摩擦溶接の使用は、互いに接続される平面または表面の間の機械的に安定した接続を提供するのみならず、発生した接続はまた、適切に良好な電気的、および必要に応じて熱的伝導率も、保証することになる。このような超音波溶接または高周波摩擦溶接作業において、接続するのに必要とされる熱は、接続される部品または平面または表面の間の分子および界面摩擦から生じる高周波機械的振動によって、得られる。必要な高周波振動は、たとえば、接続される素子または部品に圧力がかかった状態で振動が伝達される、ソノトロードまたは高周波振動ヘッドによって、供給される。このとき、互いに接続される素子の少なくとも表面が、結果的な摩擦によって加熱され始めるが、接続される部品の平面または表面は溶融するまで加熱されることはなく、互いに接続される平面または表面の接続は通常、特に酸化物層の破壊時に、素子の表面、または互いに接続される表面の連結によって、実質的に提供される。回路基板に接続される部品または素子、ならびに随意的に既存の回路基板の構造を注意深く扱いながら、回路基板の少なくとも１つの導電層の、そこに接続される素子または部品への機械的に安全な接続を、提供することが可能である。回路基板の伝導または導電層との特に確実で良好な結合を保証するために、本発明によれば、回路基板の内部または上に実装された素子は、二元または三元金属基板によって形成されることが提案され、ここで回路基板の伝導材料の少なくとも１つの層に対向する素子の層は、銅またはＣｕ含有合金で形成されている。
【０００８】
外部部品、またはたとえばこのような外部部品の接続または接触部位との結合のため、好適な実施形態によれば、回路基板の伝導材料の少なくとも１つの層に対向する層の反対側の素子の層は、銅とは異なる金属、具体的にはアルミニウムまたはアルミニウム合金によって形成されることが、提案される。
【０００９】
特に高い温度応力および高い温度差に曝される回路基板において、確実で安定した機械的接続を支持するために、および／またはこのように異なる温度での接続の分離または破壊を回避するために、さらに好適な実施形態によれば、回路基板素子は、実質的に類似または同一の高い熱伝導率を有する金属によって形成されることが、提案される。
【００１０】
望ましい伝導率および機械的に安定した接続を提供するために、好適な実施形態によれば、素子の金属表面と回路基板の導電層との間に実質的な全面接続が形成されることが、提案される。
【００１１】
素子または部品を回路基板に挿入するとき、および／または、やはり基本的に回路基板の外部表面に配置されてもよい、このような素子または部品を埋め込むために、回路基板の導電層に接続された素子の少なくとも部分的な被覆または埋め込みは、本発明による方法のさらに好適な実施形態にしたがって、素子の金属表面および回路基板の導電層を接続した後に、形成されることが提案される。
【００１２】
回路基板の内部または上に実装される素子は、たとえばラジエータまたはヒートシンクに熱を運搬または熱を放散するのに役立ち得る一方で、回路基板の内部または上での付加的な接点が設けられた部品の埋め込みまたは受容が、頻繁に提供される。超音波溶接または高周波摩擦溶接を用いる本発明によって提供されるような実装に続く接触接続または接合のため、さらに好適な実施形態によれば、回路基板の導電層に接続される素子の接合は、それ自体周知の方式で、特に接続を、および特に素子の被覆または埋め込みを形成した後で、実行されることが提案される。
【００１３】
素子または部品と回路基板の伝導または導電層との間の直接結合に加えて、たとえば、回路基板の伝導または導電層に使用される材料とは異なる材料で形成された接続部位または接点が設けられた外部部品との接続を確立するために、このような異なる材料の結合を可能にする、多層合成素子を提供する必要がある。本発明による方法の文脈において、および素子または部品と回路基板の伝導または導電層との間に良好な伝導率を有する機械的に安定した接続を考慮して、本発明による方法のさらに好適な実施形態によれば、素子は、異なる伝導材料、具体的には金属の、少なくとも２つの層またはプライを含む、またはこれらからなる回路基板素子によって形成されることが、提案される。外部素子または部品への結合のため、さらに好適な実施形態によれば、金属表面、または回路基板の内部または上に実装された素子のプライが外部部品に接続されることが、提案される。
【００１４】
この点に関して、さらに好適な実施形態によれば、具体的には接続される随意的に異なる材料または金属に関して、回路基板の内部または上に実装される素子の、金属表面、または少なくとも１つの層またはプライは、純物質またはその合金としての、銅、アルミニウム、ニッケル、スズ、亜鉛、チタン、銀、金、パラジウム、バナジウム、クロム、マグネシウム、鉄、鋼、ステンレス鋼、およびインジウムからなる群より選択されることが、提案される。
【００１５】
先に定義された目的を解決するために、最初に言及されたタイプの回路基板は基本的に、回路基板の内部または上に実装された素子が二元または三元金属基板で形成され、ここで回路基板の伝導材料の層に対向する層は、銅またはＣｕ含有合金で形成されていることを特徴とする。すでに上記で指摘されたように、回路基板の内部または上に実装される、二元または三元金属基板で形成されている素子または部品の金属表面との機械的に安定した接続のみならず、このような接続の適切に良好な伝導率もまた、確実で簡単な方式で提供されることになる。回路基板の伝導または導電層との特に良好な結合のため、本発明によれば、回路基板の内部または上に実装された素子は二元または三元金属基板で形成されることが提案され、ここで回路基板の、伝導材料で作られた層に対向する層は、銅またはＣｕ含有合金で形成されている。
【００１６】
特に回路基板に付加的に結合される外部部品の材料に応じて、さらに、好ましくは、回路基板の伝導材料の少なくとも１つの層に対向する層の反対側の回路基板素子の層は、銅とは異なる金属、具体的にはアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されることが、提案される。
【００１７】
特に様々な温度応力の下でおよび／または高い温度差で、安定した機械的接続を維持するために、回路基板素子は、本発明による回路基板のさらに好適な実施形態に対応して、実質的に類似または同一の高い熱伝導率を有する金属で形成されることが、さらに提案される。
【００１８】
接続の良好な機械的強度、および、所望の伝導率を提供するために場合により付加的に必要とされる広い接続表面積を実現するために、さらに好適な実施形態によれば、素子の金属表面と回路基板の導電層との間に実質的な全面接続が設けられることが、提案される。
【００１９】
特に、回路基板の伝導または導電層の材料とは異なる材料を随意的に含む外部部品との結合のため、さらに好適な実施形態によれば、素子は、異なる伝導材料、具体的には金属の、少なくとも２つの層またはプライを含む、またはこれらからなる回路基板素子を含むことが、提案される。
【００２０】
さらに、回路基板の少なくとも１つの伝導または導電層との特に確実で良好な結合を保証するために、回路基板の内部または上に実装される素子の、金属表面、または少なくとも１つの層またはプライは、本発明による回路基板のさらに好適な実施形態に対応して、純物質またはその合金としての、銅、アルミニウム、ニッケル、スズ、亜鉛、チタン、銀、金、パラジウム、バナジウム、クロム、マグネシウム、鉄、鋼、ステンレス鋼、およびインジウムからなる群より選択されることが、さらに提案される。
【００２１】
以下、本発明は、添付図面に模式的に示される例示的な実施形態により、さらに詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１ａ】本発明による回路基板を作成するために回路基板の内部または上に部品または素子を実装するための、本発明による方法の一ステップを示す図である。
【図１ｂ】本発明による回路基板を作成するために回路基板の内部または上に部品または素子を実装するための、本発明による方法の一ステップを示す図である。
【図１ｃ】本発明による回路基板を作成するために回路基板の内部または上に部品または素子を実装するための、本発明による方法の一ステップを示す図である。
【図１ｄ】本発明による回路基板を作成するために回路基板の内部または上に部品または素子を実装するための、本発明による方法の一ステップを示す図である。
【図２ａ】本発明の方法を用いた、本発明による回路基板の内部または上への多層素子の実装の、模式図である。
【図２ｂ】本発明の方法を用いた、本発明による回路基板の内部または上への多層素子の実装の、模式図である。
【図３】やはり本発明の方法によって回路基板に実装される多層素子または部品を用いる、外部エネルギー供給源との結合のための、本発明による回路基板の変形実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１において、模式的に１で示される回路基板の小領域が各々示されているが、回路基板１の多層構造は、伝導または導電層２、絶縁または非導電層３、および伝導または導電層４の提供によってのみ示されており、ここで素子または部品５は、以下により詳細に論じられるように、回路基板１の伝導または導電層４の小領域に接続されることになる。
【００２４】
使用目的、または詳細に示されていない先の製造ステップにおける回路基板１の随意的に提供される製造に応じて、相応に大きい数の層またはプライが回路基板１に設けられてもよい。
【００２５】
回路基板１の伝導または導電層４と、回路基板１の伝導または導電層４と部品５の金属表面６との間の部品または素子５との間の接続は、超音波溶接または高周波摩擦溶接によってなされる。このとき、詳細に示されないソノトロードまたは高周波振動ヘッドによって、互いに接続される部品または層または表面４に振動が印加され、ここで互いに接続される層４および６の温度の上昇は、前記振動によって発生する分子または界面摩擦によって実現される。通常は互いに接続される表面４および６の溶融まで実行されないこのような加熱は、図１ｂに示されるように、互いに接続される表面４および６の連結を実質的に行う。
【００２６】
高周波振動ヘッドは、たとえば、２０ｋＨｚの周波数で、たとえば５μｍの偏位で、動作してもよい。
【００２７】
摩擦溶接または超音波溶接は、回路基板１の伝導または導電層４と、そこに結合される部品または素子５の金属表面または層６との間に確実な機械的接続を生じ、こうして互いに接続される層４および６の間の安全な機械的接続、およびたとえば、電気的および熱的伝導接続も、提供する。
【００２８】
素子または部品５の実装に続いて、特に部品５の保護のため、および随意的に回路基板１のさらなる層またはプライへの埋め込みのため、図１ｃに示されるような部品５のクラッディングまたは被覆が実行されるが、これは詳細には図示されない。図示される実施形態において、部品５は、絶縁材料１０によって実質的に完全に被覆され、その上に、このような被覆１０の形成の後に、回路基板１の付加的な導電層またはプライ９を用いて、部品または素子５の接点７と接点８との間の接合が行う。
【００２９】
このため高周波摩擦溶接または超音波溶接により、表面４および６の機械的に安定した確実な接続、ならびに随意的に必要とされる適切に高い熱的および電気的伝導率を提供することが、可能である。
【００３０】
図２ａおよび図２ｂは各々、１１で示される回路基板の変形実施形態を示す図である。
【００３１】
それぞれ多層回路基板素子１２または１３を含む各素子は、回路基板１１の上または内部に実装され、その接続は各々、回路基板１１の模式的に図示される伝導または導電層１４、またはその小領域を通じて、確立される。模式的に示されるように、回路基板１１の内部または上に実装される素子または回路基板素子１２または１３は、異なる層またはプライ１２−１および１２−２または１３−１および１３−２をそれぞれ含み、これらは異なる伝導材料、具体的には金属で作られる。層またはプライ１２−１および１３−１は、簡単で確実な方式で回路基板１１の伝導または導電層１４との接続を得るために、たとえば銅または銅含有合金で作られ、このような伝導または導電層１４は通常、銅で作られている。
【００３２】
たとえば図３に示されるような、さらなる外部部品の接続のため、回路基板素子１２の層またはプライ１２−２、または回路基板素子１３の層１３−２は、以下に、特に図３を参照して詳細に論じられるように、外部部品と実質的に接続または結合されるために、たとえばアルミニウムまたはアルミニウム合金など、銅または銅含有材料とは異なる材料で作られる。
【００３３】
図２による実施形態において、回路基板１１の伝導または導電層１４への層１２−１または１３−１の接続は、高周波摩擦溶接または超音波溶接によってなされ、こうして再び良好な伝導率を有する機械的に安定した接続を提供する。
【００３４】
図３は多層回路基板２１を描写し、ここで個別の導電層またはこれのプライは２３で示され、その間に位置して非導電または絶縁材料で作られた層またはプライは２４で示される。電池２５などのエネルギー供給源と結合するため、電池２５の電極２７と接続するために多層素子または回路基板素子２６が再び設けられ、その一方で第二電極２８との結合は、半田接合またはＬ字型半田プロファイル２９を通じて実現される。
【００３５】
アルミニウムまたはアルミニウム合金で作られた電極２７の結合のため、素子または回路基板素子２６はやはり、銅または銅含有材料の層またはプライ２６−１、およびアルミニウムまたはアルミニウム含有材料の層またはプライ２６−２を含み、こうして簡単で確実な方式で、アルミニウムの電極２７と回路基板２１の伝導または導電領域２３との結合または接続を可能にするが、それに対して回路基板２１の銅層２３とアルミニウムの電極２７との間の、たとえば半田付けによる機械的接続は、実現可能ではないだろう。
【００３６】
たとえばニッケルで作られるかまたはこれで被覆された電極２８との接続または結合のために使用される半田接合２９の代わりに、多層回路基板素子２６と類似の方式で、さらなる素子または回路基板素子が回路基板２１に組み込まれることが可能であり、ここで銅または銅含有材料の第一の層またはプライは再び回路基板２１の導電層２３に接続され、その一方で、ニッケルで作られるかまたはこれで被覆された電極２８との直接結合のため、この多層回路基板素子の第二の層またはプライは、ニッケルまたはニッケル含有材料を含む。
【００３７】
機械的に安定した良好な伝導または導電接続のため、やはり図３による実施形態における多層回路基板素子を含む部品または素子２６の実装は、図１ａから図１ｄによる実施形態と類似の方式で、高周波摩擦溶接または超音波溶接によって実行される。
【００３８】
以下の材料は、それぞれ素子または回路基板素子１２、１３、または２６の、部品５の表面または金属層、および層またはプライ１２−１および１２−２、１３−１および１３−２、ならびに２６−１および２６−２の材料として、選択されてもよい。すなわち、銅、アルミニウム、ニッケル、スズ、亜鉛、チタン、銀、金、パラジウム、バナジウム、クロム、マグネシウム、鉄、鋼、ステンレス鋼、およびインジウムである。
【００３９】
純物質の代わりに、上述の材料の合金もまた、使用されることが可能である。
【００４０】
多層素子または回路基板素子１２、１３、または２６に使用される材料の選択は、特に、それぞれ回路基板１１または２１において、素子またはこれに接続される小領域、ならびにこれに接続または結合される外部部品２５を考慮してなされ、ここでたとえば、このような多層回路基板素子１２、１３、または２６について、以下の材料組み合わせが採用されてもよく、追加データはこのような多層回路基板素子の重量パーセントで表される：
アルミニウム−銅（８０／２０）
アルミニウム−ニッケル（７０／３０）
銅−ニッケル（６０／４０）
銅−亜鉛（７５／２５）
銅−ニッケル−銅（４０／２０／４０）
【００００】
部品または半導体部品５または電池１５など、図示される部品または素子または外部部品に加えて、具体的には、特に多層回路基板素子１２、１３、または２６を通じて、たとえば以下の外部または追加部品との結合を行うことが、可能である。すなわちアルミニウムおよび／または銅で作られた電池ラグ付きのＬｉイオン蓄電池およびフィルム電池、ＥＳＤダイオードなどの半導体部品、特にアルミニウム端面またはアルミニウム接点が設けられたコンデンサなど、冷却素子、あるいは一般的には、たとえばＬＥＤ、ＭＯＳＦＥＴなどのように高い放熱レベルを有する部品を含む、回路基板からの熱消散を強化するための装置である。
【００４２】
さらに、特に多層素子または回路基板素子１２、１３、または２６を使用するとき、電極およびこれに接続される多層素子または回路基板素子の金属表面の適切な材料または材料の組み合わせを用いて、高周波摩擦溶接または超音波溶接によって同様に、たとえば電池２５の電極２７または２８などの追加外部部品の結合または接続または実装、ならびに回路基板１１または２１のそれぞれの伝導または導電層１４または２３と、これに接続されて回路基板の内部または上に実装される部品または素子１２、１３、または２６のそれぞれの対向する金属表面１２−１、１３−１、または２６−１との間の結合または接続も、実行することが可能である。

Claims (17)

1. 金属材料で作られた少なくとも１つの導電層（４、１４、２３）を含む回路基板（１、１１、２１）の内部または上に少なくとも１つの金属表面（６、１２−１、１３−１、２６−１）を有する素子または部品（５、１２、１３、２６）を実装する方法であって、素子（５、１２、１３、２６）の少なくとも１つの金属表面（６、１２−１、１３−１、２６−１）と回路基板（１、１１、２１）の少なくとも１つの導電層（４、１４、２３）との間の接続は超音波溶接または高周波摩擦溶接を用いて形成されることを特徴とする、方法。
2. 素子（５、１２、１３、２６）の金属表面（６、１２−１、１３−１、２６−１）と回路基板（１、１１、２１）の導電層（４、１４、２３）との間に実質的な全面接続が形成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 素子（５）の金属表面（６）と回路基板（１）の導電層（４）とを接続した後に、回路基板（１）の導電層（４）に接続された素子（５）の少なくとも部分的な被覆または埋め込み（１０）が形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 回路基板（１）の導電層（４）に接続された素子（５）の接合（７、８、９）が、それ自体周知の方式で、特に接続を、および特に素子の被覆または埋め込みを形成した後で実行されることを特徴とする、請求項１、２、または３に記載の方法。
5. 素子が、異なる伝導材料、特に金属の、少なくとも２つの層またはプライ（１２−１、１２−２、１３−１、１３−２、２６−１、２６−２）を含む、またはこれらからなる回路基板素子（１２、１３、２６）によって形成されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 回路基板の内部または上に実装された素子（１２、１３、２６）の金属表面（１２−１、１２−２、１３−１、１３−２、２６−１、２６−２）またはプライは外部部品（２５）に接続されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 回路基板（１、１１、２１）の内部または上に実装された素子（５、１２、１３、２６）の金属表面（６）、または少なくとも１つの層またはプライ（１２−１、１２−２、１３−１、１３−２、２６−１、２６−２）が、純物質またはその合金としての、銅、アルミニウム、ニッケル、スズ、亜鉛、チタン、銀、金、パラジウム、バナジウム、クロム、マグネシウム、鉄、鋼、ステンレス鋼、およびインジウムからなる群より選択されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 回路基板（１１、２１）の内部または上に実装された素子（１２、１３、２６）が二元または三元金属基板によって形成され、回路基板（１１、２１）の伝導材料の少なくとも１つの層（１４、２３）に対向する素子（１２、１３、２６）の層（１２−１、１３−１、２６−１）は銅またはＣｕ含有合金によって形成されることを特徴とする、請求項５から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 回路基板（１１、２１）の伝導材料の少なくとも１つの層（１４、２３）に対向する層（１２−１、１３−１、２６−１）の反対側の素子（１２、１３、２６）の層（１２−２、１３−２、２６−２）が、銅とは異なる金属、具体的にはアルミニウムまたはアルミニウム合金によって形成されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 回路基板素子（１２、１３、２６）が、実質的に類似または同一の高い熱伝導率を有する金属によって形成されることを特徴とする、請求項８または９に記載の方法。
11. 金属材料で作られた少なくとも１つの導電層（４、１４、２３）を含む回路基板であって、回路基板（１、１１、２１）は少なくとも１つの金属表面（６、１２−１、１３−１、２６−１）を有する素子または部品（５、１２、１３、２６）を含み、素子（５、１２、１３、２６）または部品の金属表面（６、１２−１、１３−１、２６−１）は、超音波溶接または高周波摩擦溶接を用いて回路基板（１、１１、２１）の少なくとも１つの導電層（４、１４、２３）に接続されるか、または接続可能であることを特徴とする、回路基板。
12. 素子（５、１２、１３、２６）の金属表面（６、１２−１、１３−１、２６−１）と回路基板（１、１１、２１）の導電層（４、１４、２３）との間に実質的な全面接続が設けられることを特徴とする、請求項１１に記載の回路基板。
13. 素子が、異なる伝導材料、具体的には金属の、少なくとも２つの層またはプライ（１２−１、１２−２、１３−１、１３−２、２６−１、２６−２）を含む、またはこれらからなる回路基板素子（１２、１３、２６）を含むことを特徴とする、請求項１１または１２に記載の回路基板。
14. 回路基板（１、１１、２１）の内部または上に実装された素子（５、１２、１３、２６）の金属表面（６）、または少なくとも１つの層またはプライ（１２−１、１２−２、１３−１、１３−２、２６−１、２６−２）が、純物質またはその合金としての、銅、アルミニウム、ニッケル、スズ、亜鉛、チタン、銀、金、パラジウム、バナジウム、クロム、マグネシウム、鉄、鋼、ステンレス鋼、およびインジウムからなる群より選択されることを特徴とする、請求項１１、１２、または１３に記載の回路基板。
15. 回路基板（１１、２１）の内部または上に実装された素子（１２、１３、２６）が二元または三元金属基板で形成され、回路基板（１１、２１）の伝導材料の層（１４、２８）に対向する層（１２−１、１３−１、２６−１）は銅またはＣｕ含有合金で形成されることを特徴とする、請求項１３または１４に記載の回路基板。
16. 回路基板（１１、２１）の伝導材料の少なくとも１つの層（１４、２３）に対向する層（１２−１、１３−１、２６−１）の反対側の回路基板素子（１２、１３、２６）の層（１２−２、１３−２、２６−２）が、銅とは異なる金属、具体的にはアルミニウムまたはアルミニウム合金によって形成されることを特徴とする、請求項１３、１４、または１５に記載の回路基板。
17. 回路基板素子（１２、１３、２６）が、実質的に類似または同一の高い熱伝導率を有する金属で形成されることを特徴とする、請求項１３から１６のいずれか１項に記載の回路基板。

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