WO2014044447A1 - Kontaktanordnung für einen mehrlagigen schaltungsträger und verfahren zum kontaktieren eines mehrlagigen schaltungsträgers - Google Patents

Kontaktanordnung für einen mehrlagigen schaltungsträger und verfahren zum kontaktieren eines mehrlagigen schaltungsträgers Download PDF

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WO2014044447A1
WO2014044447A1 PCT/EP2013/065693 EP2013065693W WO2014044447A1 WO 2014044447 A1 WO2014044447 A1 WO 2014044447A1 EP 2013065693 W EP2013065693 W EP 2013065693W WO 2014044447 A1 WO2014044447 A1 WO 2014044447A1
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current
carrying layer
contact element
circuit carrier
contact
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PCT/EP2013/065693
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Sven Kittelberger
Christian Klein
Thomas Wiesa
Rainer Schaefer
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Robert Bosch Gmbh
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    • H01R12/50—Fixed connections
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    • H01R12/55—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures characterised by the terminals
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    • H—ELECTRICITY
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    • H05K2201/10272—Busbars, i.e. thick metal bars mounted on the printed circuit board [PCB] as high-current conductors

Definitions

  • the invention relates to a contact arrangement for a multilayer circuit carrier according to the preamble of independent claim 1, which is particularly suitable for high-current applications, and of a method for contacting a corresponding circuit carrier according to the preamble of independent claim 5.
  • contact arrangements for a multilayer circuit carrier comprise a recess which exposes at least one internal metal layer or an internal current-carrying layer of the multilayer circuit carrier, and a contact element.
  • the electrically conductive connection can be made for example by soldering and / or screws and / or rivets.
  • Multilayer circuit carriers generally comprise at least one surface for arranging a component and at least one internal current-carrying layer, via which the component is supplied with current.
  • the current flow in the inner layer or the surface-mounted component generates, inter alia, heat through which the electrically conductive connection of the contact arrangement may lose its reliability, in particular when the circuit carrier is used for high-current applications.
  • the published patent application DE 10 2008 058 025 A1 describes, for example, a multilayer circuit carrier.
  • the circuit carrier described comprises at least two insulating layers, between which a current-carrying layer is arranged.
  • This current-carrying layer comprises a flexible conductor which comprises a first longitudinal section and a second longitudinal section.
  • the first longitudinal section is arranged immovably between the insulating layers and the second longitudinal section is arranged flexibly either outside the circuit carrier or in the region of a recess in at least one insulating layer.
  • an electrically conductive contact can be produced from the second longitudinal section to the outside via a contact element.
  • the electrically conductive contact between the current-carrying layer and the contact element can be formed, for example, by screwing, welding and / or riveting the contact element to the second longitudinal section. Since the second length section is designed to be flexible, it is possible for a material connection, such as a
  • Welded connection can be dispensed with.
  • a first contact element is attached to a surface of a first substrate and a second contact element is attached to a surface of a second substrate.
  • the two substrates have on the surface of conductor paths, which are realized by a structured copper layer.
  • the conductor paths of the substrates are electrically contacted by the corresponding contact elements.
  • the first contact element has an end section, which is connected to the copper layer of the first substrate via a welding process.
  • the contact arrangement for a multilayer circuit carrier according to the invention with the features of independent claim 1 and the method according to the invention for contacting a multilayer circuit arrangement with the features of independent claim 5 have the advantage that the contact element has a welded connection to the at least one internal current-carrying Layer is connected, which is solid and at the connection area a suitable vorge- having given strength.
  • the heat occurring during the welding process can be dissipated without damaging the circuit carrier.
  • high currents can also be conducted via the cohesive connection region without the electrically conductive connection losing its reliability.
  • internal current-carrying layers can be designed as thick copper layers and / or thick copper inlays and contacted directly.
  • Embodiments of the present invention provide a contact arrangement for a multilayer circuit carrier, which is preferably used for high-current applications, and a method for contacting such a multilayer circuit carrier.
  • the contact arrangement has a recess, which exposes at least one internal current-carrying layer of the multilayer circuit carrier, and a contact element, wherein the contact element is electrically conductively connected via the recess to the at least one internal current-carrying layer. Due to the welded connection between the contact element and the at least one internal current-carrying layer, which has a suitable predetermined thickness at the connection region, an improved external contact is made possible by the cohesive connection in an advantageous manner, which is also resistant to high heat. As a result, in particular organic substrates with laminated current-carrying layers and / or multilayer
  • Circuit board can be reliably contacted with insulated from each other live layers, the outer contact can withstand higher temperatures better than, for example, a soft-solder connection.
  • a welded joint is very well suited to pass on high currents, which can occur in high-current applications.
  • a simple and reliable contacting between the circuit carrier and an external contact for the removal of high currents can be implemented.
  • Laser machining and / or drilling and / or etching are produced.
  • the current-carrying layer can in this case be carried out in an advantageous manner as an easily produced stamped copper insert part.
  • the contact element can be designed as a metal sheet.
  • a metal sheet of suitable thickness can be easily welded to the internal current-carrying layer to form a cohesive
  • the at least one current-carrying layer can be brought by bending technology in a welding advantageous advantageous position.
  • the at least one current-carrying layer can be bent for example at a certain angle, so that it protrudes from the circuit carrier. In this way, the welding process can be facilitated since the space available for applying the welding tool can be improved by the lead-out.
  • the at least one internal current-carrying layer and the contact element can be connected to one another by a resistance welding method and / or by a laser welding method. This allows advantageously the exploiting the well-known application spectrum of welding technology and selecting the right welding method for each circuit carrier.
  • a high current contact between the at least one internal current-carrying layer and the contact element can be formed via the welding process. Due to the material bond between the inner current-carrying layer and the contact element, a reliable and durable connection can be created in an advantageous manner, which is suitable for contacting high-current applications.
  • the at least one internal current-carrying layer can be brought by a bending operation in a position advantageous for the welding process.
  • the current-carrying layer can be exposed through the recess so far that the current-carrying layer can be bent.
  • the current-carrying layer for the welding process can be bent out of the circuit carrier in order to be able to apply the welding tool and make optimal use of the welding method.
  • a recess can be introduced into the at least one internal current-carrying layer, in which the contact element can be inserted.
  • the wall of the depression can advantageously form at least one corresponding contact surface.
  • This depression can advantageously facilitate the welding process with thick current-carrying layers.
  • the recess can be made mechanically simple and inexpensive by milling and / or laser machining and / or drilling.
  • the current-carrying layer connected to the contact element can be connected electrically and / or thermally via at least one plated-through hole to a further current-carrying layer.
  • a simple electrical connection and / or a thermal connection to further, for example, lower-lying and / or more difficult-to-reach layers can be realized.
  • a via advantageously several layers are contacted simultaneously.
  • FIG. 1 shows a schematic cross section of a first exemplary embodiment of a multilayer circuit carrier with a contact arrangement according to the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic cross section of a second exemplary embodiment of a multilayer circuit carrier having a contact arrangement according to the invention.
  • FIG. 3 shows a schematic cross section of a third exemplary embodiment of a multilayer circuit carrier having a contact arrangement according to the invention.
  • FIG. 4 shows a schematic cross section of a fourth exemplary embodiment of a multilayer circuit carrier with a contact arrangement according to the invention.
  • the illustrated exemplary embodiments of a multilayer circuit carrier 1 a, 1 b, 1 c, 1 d comprise at least one surface for arranging an electrical and / or electronic component, not shown, and at least one inner current-carrying layer 2.
  • the component can be designed as a so-called power component.
  • the at least one internal current-carrying layer 2 is preferably designed as a metal insert, in particular as a copper insert. Instead of copper, another material with similarly good electrical thermal and thermal conductivities are used.
  • the current-carrying layer 2 is laminated between organic substrates.
  • the current-carrying layer 2 is particularly suitable for transporting high currents, as occur, for example, in high-current applications.
  • the surface of the multilayer circuit substrate 1 a, 1 b, 1 c, 1 d is structured in the illustrated embodiments and has electrically conductive layers 4 or areas and electrically insulating layers 6 or areas.
  • a contact arrangement 10 for the multilayer circuit carrier 1 a, 1 b, 1 c, 1 d comprises a recess 12, which encloses the inner current-carrying layer 2 of the multilayer circuit carrier 1 a, 1 b, 1 c , 1 d exposed, and a contact element 14.
  • the contact element 14 is electrically conductively connected via the recess 12 with the internal current-carrying layer 2.
  • the contact element 14 is materially connected via a welded connection to the at least one internal current-carrying layer 2, wherein the current-carrying layer 2 is solid and has a suitable predetermined thickness di at the connection region 16.
  • the illustrated internal current-carrying layer 2 is designed as a punched-in copper insert with the thickness di in the range of 0.5 to 2 mm.
  • the recess 12 corresponds to a region of the current-carrying layer 2, which mechanically by, for example, by
  • Milling and / or laser processing and / or drilling and / or etching is exposed.
  • the current-carrying layer 2 is exposed at an end region of the circuit carrier 1 a.
  • the recess 12 in the circuit substrate 1 a could already be produced during lamination of the current-carrying layer 2, in which the connection region 16 is simply cut out during lamination.
  • the current-carrying layer 2 is exposed at a central region of the circuit carrier 1 b.
  • the third embodiment of the circuit substrate 1 c according to the invention the current-carrying layer 2 is exposed analogously to the second embodiment shown in FIG. 2 at a central region of the circuit substrate 1 c.
  • the circuit carrier 1c shown in FIG. 3 comprises a plurality of internal current-carrying layers 2, which are separated from one another by electrically insulating layers.
  • the current-carrying layer 2 connected to the contact element 14 is over at least one
  • connection 8 electrically and / or thermally connected to a further current-carrying layer.
  • the current-carrying layer 2 has been bent technically brought into a welding advantageous advantageous position.
  • the current-carrying layer 2 has an angle, which leads the connection region 16 in the recess 12 out of the multilayer circuit carrier 1 d.
  • the welding point 18 of the connecting region 16 of the internal current-carrying layer 2 is formed in a recess 19 in the region of the recess 12.
  • the depression 19 can in this case be designed as a bore and / or milling and / or laser machining with a predetermined cross section.
  • the wall of the recess 19 has no additional, electrically conductive metallizations and is connected directly to the contact element 14.
  • the recess 19 in particular facilitates the welding of elements having different thicknesses di , d 2.
  • the contact element 14 is conductive
  • Sheet metal executed with a suitable thickness d 2 . Since the contact element 14 is welded directly to the internal current-carrying layer 2 or to a wall of the depression 19, the contact element 14 forms an electrically conductive material bond with the internal current-carrying layer 2. The current-carrying layer 2 is reliably electrically connected to the contact element 14. Therefore, no additional measures for the production of a reliable sigen gas-tight electrical connection required. Furthermore, the contact element 14 shown in FIGS. 1 to 4 at least partially overlaps the depression 19 at an edge region. This allows a reliable electrical connection, since the overlap can form a further contact surface, so that the electric current can be reliably dissipated and / or supplied.
  • the multilayer circuit carrier 1 a, 1 b, 1 c, 1 d is shown with only one contact arrangement 10.
  • the multi-layer circuit carrier 1 a, 1 b, 1 c, 1 d have any number of contact arrangements 10.
  • a contact element 14 is inserted into the recess 12 and electrically conductively connected to the at least one internal current-carrying layer 2.
  • the at least one internal current-carrying layer 2 is welded to the contact element 14 in a connection region 16, wherein the internal current-carrying layer 2 is made solid and in the connection region 16 with a suitable predetermined thickness di.
  • the internal current-carrying layer 2 and the contact element 14 can be connected to one another by known resistance welding methods and / or laser welding methods.
  • the contact element 14 is connected in the region of the recess 12 with the inner current-carrying layer 2, so that a cohesive electrically conductive mechanical connection is formed. This mechanical connection forms a high-current contact between the at least one internal current-carrying layer 2 and the contact element 14.
  • the contact element 14 is welded directly to the recessed portion of the current-carrying layer 2. This method is suitable for connecting current-carrying layers 2 and contact elements 14 with similar strengths di, d 2
  • an indentation 19 can be introduced into the current-carrying layer 2 in an additional process step in the region of the recessed internal current-carrying layer 2 .
  • This recess 19 can be drilled for example and / or introduced by a laser.
  • the contact element 14 is loosely coupled in the region of the recess 19 with the current-carrying layer 2 and then welded to form a welded joint 18 with the internal current-carrying layer 2.
  • This method is suitable for connecting a current-carrying layer 2 to a contact element 14, wherein the thickness di of the current-carrying layer 2 is greater than the thickness d 2 of the contact element 14.
  • the at least one internal current-carrying layer 2 can be brought by a bending operation in a position advantageous for the welding process.
  • the current-carrying layer 2 is bent out of the recess 12 in an additional process step, for example. In this state, the current-carrying layer 2 can be better welded to the contact element 14.
  • the at least one current-carrying layer 2 connected to the contact element 14 can be electrically and / or thermally connected to a further current-carrying layer via at least one plated-through hole 8.
  • a hole in the circuit board 1 c can be introduced, wherein the wall of the bore is then metallized.
  • Embodiments of the present invention provide a contact arrangement for a multilayer circuit carrier, which is preferably suitable for high-current applications is used, and a method for contacting such a multilayer circuit board is available.

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  • Structures For Mounting Electric Components On Printed Circuit Boards (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung (10) für einen mehrlagigen Schaltungsträger (1a, 1b, 1c, 1d). Die Kontaktanordnung (10) weist eine Aussparung (12), welche mindestens eine innenliegende stromführende Schicht (2) des mehrlagigen Schaltungsträgers (1a, 1b) freilegt, und ein Kontaktelement (14) auf, wobei das Kontaktelement (14) über die Aussparung (12) mit der mindestens einen innenliegenden stromführenden Schicht (2) elektrisch leitend verbunden ist. Erfindungsgemäß ist das Kontaktelement (14) über eine Schweißverbindung (18) mit der mindestens einen innenliegenden stromführenden Schicht (2) verbunden, welche massiv ausgeführt ist und am Verbindungsbereich (16) eine geeignete vorgegebene Stärke (d1) aufweist.

Description

Beschreibung
Titel
Kontaktanordnung für einen mehrlagigen Schaltungsträger und Verfahren zum Kontaktieren eines mehrlagigen Schaltungsträgers
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Kontaktanordnung für einen mehrlagigen Schaltungsträger nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1 , der insbesondere für Hochstromanwendungen geeignet ist, sowie von einem Verfahren zum Kontaktieren eines korrespondierenden Schaltungsträgers nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 5.
Üblicherweise umfassen Kontaktanordnungen für einen mehrlagigen Schaltungsträger eine Aussparung, welche mindestens eine innenliegende Metalllage bzw. eine innenliegende stromführende Schicht des mehrlagigen Schaltungsträgers freilegt, und ein Kontaktelement. Zur Außenkontaktierung ist das Kontaktelement über die Aussparung mit der mindestens einen innenliegenden Metalllage bzw. der stromführenden Schicht elektrisch leitend verbunden. Die elektrisch leitende Verbindung kann beispielsweise über Löten und/oder Schrauben und/oder Nieten hergestellt werden.
Mehrlagige Schaltungsträger umfassen in der Regel mindestens eine Oberfläche zum Anordnen eines Bauelements und mindestens eine innenliegende stromführenden Schicht, über welche das Bauelement mit Strom versorgt wird. Während des Betriebs erzeugt der Stromfluss in der innenliegenden Schicht bzw. das auf der Oberfläche angeordnete Bauelement unter anderem Wärme, durch welche die elektrisch leitende Verbindung der Kontaktanordnung ihre Zuverlässigkeit verlieren kann, insbesondere wenn der Schaltungsträger für Hochstromanwendungen eingesetzt wird. In der Offenlegungsschrift DE 10 2008 058 025 A1 wird beispielsweise ein mehrlagiger Schaltungsträger beschrieben. Der beschriebene Schaltungsträger um- fasst zumindest zwei isolierende Schichten, zwischen denen eine stromführende Schicht angeordnet ist. Diese stromführende Schicht umfasst einen flexiblen Lei- ter, welcher einen ersten Längenabschnitt und einen zweiten Längenabschnitt umfasst. Hierbei ist der erste Längenabschnitt unbeweglich zwischen den isolierenden Schichten angeordnet und der zweite Längenabschnitt ist flexibel entweder außerhalb des Schaltungsträgers oder im Bereich einer Aussparung in mindestens einer isolierenden Schicht angeordnet. Durch die Aussparung kann über ein Kontaktelement ein elektrisch leitender Kontakt von dem zweiten Längenabschnitt nach außen hergestellt werden. Der elektrisch leitende Kontakt zwischen der stromführenden Schicht und dem Kontaktelement kann beispielsweise dadurch gebildet werden, dass das Kontaktelement an den zweiten Längenabschnitt geschraubt, geschweißt und/oder genietet wird. Da der zweite Längenab- schnitt flexibel ausgeführt ist, kann auf eine stoffschlüssige Verbindung, wie eine
Schweißverbindung verzichtet werden.
In der Patentschrift DE 10 2006 056 363 B4 wird Halbleitermodul mit zwei Substraten beschrieben. Hierbei ist ein erstes Kontaktelement an einer Oberfläche eines ersten Substrats und ein zweites Kontaktelement an einer Oberfläche eines zweiten Substrats angebracht. Die beiden Substrate weisen an der Oberfläche Leiterwege auf, welche durch eine strukturierte Kupferschicht realisiert werden. Die Leiterwege der Substrate werden durch die korrespondierenden Kontaktelemente elektrisch kontaktiert. Das erste Kontaktelement weist zu diesem Zwecke einen Endabschnitt auf, welcher über ein Schweißverfahren mit der Kupferschicht des ersten Substrates verbunden wird.
Offenbarung der Erfindung Die erfindungsgemäße Kontaktanordnung für einen mehrlagigen Schaltungsträger mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und das erfindungsgemäße Verfahren zum Kontaktieren einer mehrlagigen Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 5 haben demgegenüber den Vorteil, dass das Kontaktelement über eine Schweißverbindung mit der mindestens einen innenliegenden stromführenden Schicht verbunden ist, welche massiv ausgeführt ist und am Verbindungsbereich eine geeignete vorge- gebene Stärke aufweist. Dadurch kann die während des Schweißvorgangs auftretende Wärme abgeführt werden, ohne den Schaltungsträger zu beschädigen. Außerdem können in vorteilhafter Weise auch hohe Ströme über den stoffschlüssigen Verbindungsbereich geleitet werden, ohne dass die elektrisch leitende Verbindung ihre Zuverlässigkeit verliert. Des Weiteren können innenliegende stromführende Schichten als Dickkupferschichten und/oder dicke Kupferinlays ausgeführt und direkt kontaktiert werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Kontaktanordnung für einen mehrlagigen Schaltungsträger, welcher vorzugsweise für Hochstromanwendungen eingesetzt wird, und ein Verfahren zur Kontaktierung eines solchen mehrlagigen Schaltungsträger zur Verfügung. Die Kontaktanordnung weist eine Aussparung, welche mindestens eine innenliegende stromführende Schicht des mehrlagigen Schaltungsträgers freigelegt, und ein Kontaktelement auf, wobei das Kontaktelement über die Aussparung mit der mindestens einen innenliegenden stromführenden Schicht elektrisch leitend verbunden ist. Durch die Schweißverbindung zwischen dem Kontaktelement und der mindestens einen innenliegenden stromführenden Schicht, welche am Verbindungsbereich eine geeignete vorgegebene Stärke aufweist, wird durch die stoffschlüssige Verbindung in vor- teilhafter Weise eine verbesserte Außenkontaktierung ermöglicht, die auch bei großer Wärme beständig ist. Dadurch können insbesondere organische Substrate mit einlaminierten stromführenden Schichten und/oder mehrlagige
Schaltungträger mit von einander isolierten stromführenden Schichten zuverlässig kontaktiert werden, wobei die Außenkontaktierung höheren Temperaturen besser standhalten kann, als beispielsweise eine Weich-Löt-Verbindung. Des
Weiteren ist eine Schweißverbindung sehr gut geeignet, hohe Ströme, wie sie bei Hochstromanwendungen auftreten können, weiterzuleiten. Somit kann in vorteilhafter Weise eine einfache und zuverlässige Kontaktierung zwischen dem Schaltungsträger und einem Außenkontakt zur Abfuhr hoher Ströme umgesetzt wer- den. Des Weiteren kann in vorteilhafter Weise die innenliegende stromführende
Schicht an beliebigen Bereichen des Schaltungsträgers freigelegt und kontaktiert werden, ohne dass die stromführende Schicht modifiziert werden muss, wenn die stromführende Schicht in diesem Bereich die vorgegebene zum Herstellen der Schweißverbindung erforderliche Stärke aufweist. Die Aussparung des Schal- tungsträgers zur Kontaktierung der innenliegenden stromführenden Schicht kann beispielsweise einfach und kostengünstig durch Fräsen und/oder
Laserbearbeitung und/oder Bohren und/oder Ätzen hergestellt werden.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiter- bildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Kontaktanordnung und des im unabhängigen Patentanspruch 5 angegebenen Verfahrens zum Kontaktieren eines mehrlagigen Schaltungsträgers möglich. Besonders vorteilhaft ist, dass die mindestens eine stromführende Schicht als
Metalleinlegteil ausgeführt werden kann. Die stromführende Schicht kann hierbei in vorteilhafter Weise als einfach herzustellendes stanztechnisch erzeugtes Kupfereinlegeteil ausgeführt werden. In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kontaktanordnung kann das Kontaktelement als Metallblech ausgeführt werden. In vorteilhafter Weise kann ein Metallblech mit geeigneter Stärke leicht mit der innenliegenden stromführenden Schicht verschweißt werden, um einen stoffschlüssigen
Hochstromkontakt einfach und kostengünstig zu erzeugen. Dadurch kann nahe- zu ohne weitere Zusatzmaßnahmen eine direkte Kontaktierung mit einer hochwertigen und zuverlässigen gasdichten elektrischen Verbindung entstehen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kontaktanordnung kann die mindestens eine stromführende Schicht biegetechnisch in eine schweißtechnisch vorteilhafte Lage gebracht werden. Hierbei kann die mindestens eine stromführenden Schicht beispielsweise in einen bestimmten Winkel gebogen werden, so dass sie aus dem Schaltungträger herausragt. Auf diese Weise kann der Schweißvorgang erleichtert werden, da die Platzverhältnisse zum Ansetzen des Schweißwerkzeugs durch das Herausführen verbessert wer- den können.
In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die mindestens eine innenliegende stromführende Schicht und das Kontaktelement durch ein Widerstandschweißverfahren und/oder durch ein Laserschweißverfah- ren miteinander verbunden werden. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise das bekannte Anwendungsspektrum der Schweißtechnik auszunutzen und für jeden Schaltungträger das passende Schweißverfahren auszuwählen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann über das Schweißverfahren ein Hochstromkontakt zwischen der mindestens einen innenliegenden stromführenden Schicht und dem Kontaktelement gebildet werden. Durch den Stoffschluss zwischen der innenliegenden stromführenden Schicht und dem Kontaktelement kann in vorteilhafter Weise eine zuverlässige und langlebige Verbindung geschaffen werden, welche zum Kontaktieren von Hochstromanwendungen geeignet ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die mindestens eine innenliegende stromführende Schicht durch einen Biegevorgang in eine für das Schweißverfahren vorteilhafte Position gebracht werden. In vorteilhafter Weise kann die stromführende Schicht durch die Aussparung soweit freigelegt werden, dass die stromführende Schicht gebogen werden kann. Beispielsweise kann die stromführende Schicht für das Schweißverfahren aus dem Schaltungsträger herrausgebogen werden, um das Schweißwerkzeug ansetzen zu können und das Schweißverfahren optimal zu nutzen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in die mindestens eine innenliegende stromführende Schicht eine Vertiefung eingebracht werden, in welche das Kontaktelement eingelegt werden kann. Hierbei kann die Wandung der Vertiefung in vorteilhafter Weise mindestens eine korrespondierende Kontaktfläche ausbilden. Diese Vertiefung kann in vorteilhafter Weise den Schweißvorgang bei dicken stromführenden Schichten erleichtern. Des Weiteren kann die Vertiefung mechanisch einfach und kostengünstig durch Fräsen und/oder Laserbearbeitung und/oder Bohren hergestellt werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die mit dem Kontaktelement verbundene stromführenden Schicht über mindestens eine Durchkontaktierung mit einer weiteren stromführenden Schicht elektrisch und/oder thermisch verbunden werden. In vorteilhafter Weise kann durch die Durchkontaktierung eine einfache elektrische Verbindung und/oder eine thermische Verbindung zu weiteren beispielsweise tiefer liegenden und/oder schwerer erreichbaren Schichten realisierst werden. Des Weiteren können über eine Durchkontaktierung in vorteilhafter Weise mehrere Schichten gleichzeitig kontaktiert werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines mehrlagigen Schaltungsträgers mit einer erfindungsgemäßen Kontaktanordnung.
Fig. 2 zeigt einen schematischen Querschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines mehrlagigen Schaltungsträgers mit einer erfindungsgemäßen Kontaktanordnung.
Fig. 3 zeigt einen schematischen Querschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels eines mehrlagigen Schaltungsträgers mit einer erfindungsgemäßen Kontaktanordnung.
Fig. 4 zeigt einen schematischen Querschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels eines mehrlagigen Schaltungsträgers mit einer erfindungsgemäßen Kontaktanordnung.
Ausführungsformen der Erfindung
Wie aus Fig. 1 bis 4 ersichtlich ist, umfassen die dargestellten Ausführungsbeispiele eines mehrlagigen Schaltungsträgers 1 a, 1 b, 1 c, 1 d mindestens eine Oberfläche zum Anordnen eines nicht dargestellten elektrischen und/oder elektronischen Bauelements und mindestens eine innenliegende stromführende Schicht 2. Das Bauelement kann hierbei als so genanntes Leistungsbauelement ausgeführt sein. Die mindestens eine innenliegende stromführende Schicht 2 ist vorzugsweise als Metalleinlegeteil, insbesondere als Kupfereinlegeteil ausgeführt. Anstelle von Kupfer kann auch ein anderes Material mit ähnlich guten elekt- rischen und thermischen Leitfähigkeiten verwendet werden. Des Weiteren ist die stromführende Schicht 2 zwischen organischen Substraten einlaminiert. Die stromführende Schicht 2 ist insbesondere dazu geeignet, hohe Ströme, wie sie beispielsweise bei Hochstromanwendungen vorkommen, zu transportieren. Die Oberfläche des mehrlagigen Schaltungsträgers 1 a, 1 b, 1 c, 1 d ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen strukturiert ausgeführt und weist elektrisch leitende Schichten 4 bzw. Bereiche und elektrisch isolierende Schichten 6 bzw. Bereiche auf. Wie aus Fig. 1 bis 4 weiter ersichtlich ist umfasst eine Kontaktanordnung 10 für den mehrlagigen Schaltungsträger 1 a, 1 b, 1 c, 1 d eine Aussparung 12, welche die innenliegende stromführende Schicht 2 des mehrlagigen Schaltungsträgers 1 a, 1 b, 1 c, 1 d freigelegt, und ein Kontaktelement 14. Das Kontaktelement 14 ist über die Aussparung 12 mit der innenliegenden stromführenden Schicht 2 elekt- risch leitend verbunden.
Erfindungsgemäß ist das Kontaktelement 14 über eine Schweißverbindung mit der mindestens einen innenliegenden stromführenden Schicht 2 stoffschlüssig verbunden, wobei die stromführende Schicht 2 massiv ausgeführt ist und am Verbindungsbereich 16 eine geeignete vorgegebene Stärke di aufweist.
Wie aus Fig. 1 bis 4 weiter ersichtlich ist, ist die dargestellte innenliegende stromführende Schicht 2 als stanztechnisch erzeugtes Kupfereinlegeteil mit der Stärke di im Bereich von 0,5 bis 2 mm ausgeführt. Die Aussparung 12 entspricht einem Bereich der stromführende Schicht 2, welcher mechanisch beispielsweise durch
Fräsen oder/oder Laserbearbeitung und/oder Bohren und/oder Ätzen freigelegt ist.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemä- ßen Schaltungsträgers 1 a ist die stromführende Schicht 2 an einem Endbereich des Schaltungsträgers 1 a freigelegt. In diesem Fall könnte die Aussparung 12 im Schaltungsträger 1 a bereits beim Einlaminieren der stromführenden Schicht 2 erzeugt werden, in dem der Verbindungsbereich 16 beim Laminieren einfach ausgespart wird. Bei dem in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schaltungsträgers 1 b ist die stromführende Schicht 2 an einem mittleren Bereich des Schaltungsträgers 1 b freigelegt. Bei dem in Fig. 3 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schaltungsträgers 1 c ist die stromführende Schicht 2 analog zu dem in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel an einem mittleren Bereich des Schaltungsträgers 1 c freigelegt. Der in Fig. 3 dargestellte Schaltungsträger 1 c umfasst mehrere innenliegende stromführende Schichten 2, welche durch elekt- risch isolierende Schichten voneinander getrennt sind. Die mit dem Kontaktelement 14 verbundene stromführenden Schicht 2 ist über mindestens eine
Durchkontaktierung 8 mit einer weiteren stromführenden Schicht elektrisch und/oder thermisch verbunden. Bei dem in Fig. 4 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schaltungsträgers 1 d wurde die stromführende Schicht 2 biegetechnisch in eine schweißtechnisch vorteilhafte Lage gebracht. Die stromführende Schicht 2 weist hierbei einen Winkel auf, weicher den Verbindungsbereich 16 in der Aussparung 12 aus dem mehrlagigen Schaltungsträger 1 d führt.
Wie aus Fig. 1 bis 4 weiter ersichtlich ist, wird in einer Vertiefung 19 im Bereich der Aussparung 12 der Schweißpunkt 18 des Verbindungsbereichs 16 der innenliegenden stromführenden Schicht 2 ausgebildet. Die Vertiefung 19 kann hierbei als Bohrung und/oder Fräsung und/oder Laserbearbeitung mit einem vorgegebe- nen Querschnitt ausgeführt werden. Die Wandung der Vertiefung 19 weist keine zusätzlichen, elektrisch leitenden Metallisierungen auf und ist direkt mit dem Kontaktelement 14 verbunden. Die Vertiefung 19 erleichtert hierbei insbesondere das Verschweißen von Elementen mit unterschiedlichen Stärken di, d2. Wie aus Fig. 1 bis 4 weiter ersichtlich ist, ist das Kontaktelement 14 als leitendes
Blech mit einer geeigneten Stärke d2 ausgeführt. Da das Kontaktelement 14 direkt mit der innenliegenden stromführenden Schicht 2 oder mit einer Wandung der Vertiefung 19 verschweißt ist, bildet das Kontaktelement 14 einen elektrisch leitenden Stoffschluss mit der innenliegenden stromführenden Schicht 2 aus. Die stromführende Schicht 2 ist zuverlässig elektrisch mit dem Kontaktelement 14 verbunden. Daher sind keine Zusatzmaßnahmen zur Herstellung einer zuverläs- sigen gasdichten elektrischen Verbindung erforderlich. Des Weiteren überlappt das in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Kontaktelement 14 die Vertiefung 19 an einem Randbereich zumindest teilweise. Dies ermöglicht eine zuverlässige elektrische Verbindung, da die Überlappung eine weitere Kontaktfläche ausbilden kann, so dass der elektrische Strom zuverlässig abgeführt und/oder zugeführt werden kann.
In Fig.1 bis 4 ist der mehrlagige Schaltungsträger 1 a, 1 b, 1 c, 1 d nur mit einer Kontaktanordnung 10 dargestellt. Selbstverständlich kann der mehrlagige Schal- tungsträger 1 a, 1 b, 1 c, 1 d eine beliebige Anzahl von Kontaktanordnungen 10 aufweisen.
In einem nicht dargestellten Verfahren zum Kontaktieren eines mehrlagigen Schaltungsträgers 1 a, 1 b, 1 c, 1 d wird in einem Verfahrensschritt mindestens eine innenliegende stromführende Schicht 2 des mehrlagigen Schaltungsträgers 1 a,
1 b, 1 c, 1 d über eine Aussparung 12 freigelegt. Das Freilegen erfolgt beispielsweise durch Fräsen und/oder Bohren und/oder Ätzen und/oder durch eine Laserbearbeitung. In einem weiteren Verfahrensschritt wird ein Kontaktelement 14 in die Aussparung 12 eingeführt und mit der mindestens einen innenliegenden stromführenden Schicht 2 elektrisch leitend verbunden.
Erfindungsgemäß wird die mindestens eine innenliegenden stromführende Schicht 2 in einem Verbindungsbereich 16 mit dem Kontaktelement 14 verschweißt, wobei die innenliegende stromführende Schicht 2 massiv und im Ver- bindungsbereich 16 mit einer geeigneten vorgegebenen Stärke di ausgeführt wird. Hierbei können die innenliegende stromführende Schicht 2 und das Kontaktelement 14 durch bekannte Widerstandschweißverfahren und/oder Laserschweißverfahren miteinander verbunden werden. Durch das Schweißverfahren wird das Kontaktelement 14 im Bereich der Aussparung 12 mit der innenliegenden stromführenden Schicht 2 verbunden, so dass eine stoffschlüssige elektrisch leitende mechanische Verbindung entsteht. Diese mechanische Verbindung bildet einen Hochstromkontakt zwischen der mindestens einen innenliegenden stromführenden Schicht 2 und dem Kontakt- element 14 aus. In einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Kontaktieren eines mehrlagigen Schaltungsträgers 1 a, 1 b, 1 c, 1 d wird das Kontaktelement 14 direkt mit dem ausgesparten Bereich der stromführenden Schicht 2 verschweißt. Dieses Verfahren eignet sich dafür stromführende Schichten 2 und Kontaktelemente 14 mit ähnlichen Stärken di, d2 miteinander zu verbinden
Optional kann in einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Kontaktieren eines mehrlagigen Schaltungsträgers 1 a, 1 b, 1 c, 1 d vor dem Verschweißen in einem zusätzlichen Verfahrensschritt im Bereich der ausgesparten innenliegenden stromführenden Schicht 2 eine Vertiefung 19 in die stromführende Schicht 2 eingebracht werden. Diese Vertiefung 19 kann beispielsweise gebohrt und/oder durch einen Laser eingebracht werden. Das Kontaktelement 14 wird im Bereich der Vertiefung 19 mit der stromführenden Schicht 2 lose gekoppelt und anschließend unter Ausbildung einer Schweißverbindung 18 mit der innenliegenden stromführenden Schicht 2 verschweißt. Dieses Verfahren eignet sich dafür eine stromführende Schicht 2 mit einem Kontaktelement 14 zu verbinden, wobei die Stärke di der stromführende Schicht 2 größer als die Stärke d2 des Kontaktelements 14 ist.
In einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Kontaktieren eines mehrlagigen Schaltungsträgers 1 a, 1 b, 1 c, 1 d, kann die mindestens eine innenliegende stromführende Schicht 2 durch einen Biegevorgang in eine für das Schweißverfahren vorteilhafte Position gebracht werden. Hierfür wird die stromführende Schicht 2 in einem zusätzlichen Verfahrensschritt beispielsweise aus der Aussparung 12 herausgebogen. In diesem Zustand kann die stromführende Schicht 2 besser mit dem Kontaktelement 14 verschweißt werden.
Optional kann in einem weiteren Verfahrensschritt die mindestens eine, mit dem Kontaktelement 14 verbundene stromführenden Schicht 2 über mindestens eine Durchkontaktierung 8 mit einer weiteren stromführenden Schicht elektrisch und/oder thermisch verbunden werden. Um eine Durchkontaktierung 8 zu schaffen, kann beispielsweise eine Bohrung in den Schaltungträger 1 c einbracht werden, wobei die Wandung der Bohrung anschließend metallisiert wird. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Kontaktanordnung für einen mehrlagigen Schaltungsträger, welcher vorzugsweise für Hochstrom- anwendungen eingesetzt wird, und ein Verfahren zur Kontaktierung eines solchen mehrlagigen Schaltungsträger zur Verfügung. Durch eine stoffschlüssige Schweißverbindung zwischen einem Kontaktelement der Kontaktanordnung und mindestens einer stromführenden Schicht des mehrlagigen Schaltungsträgers wird in vorteilhafter Weise eine robuste Hochstromkontaktierung geschaffen.

Claims

Ansprüche
Kontaktanordnung für einen mehrlagigen Schaltungsträger (1 a, 1 b, 1 c, 1 d) mit einer Aussparung (12), welche mindestens eine innenliegende stromführende Schicht (2) des mehrlagigen Schaltungsträgers (1 a, 1 b, 1 c, 1 d) freilegt, und einem Kontaktelement (14), wobei das Kontaktelement (14) über die Aussparung (12) mit der mindestens einen innenliegenden stromführenden Schicht (2) elektrisch leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (14) über eine Schweißverbindung (18) mit der mindestens einen innenliegenden stromführenden Schicht (2) verbunden ist, welche massiv ausgeführt ist und am Verbindungsbereich (16) eine geeignete vorgegebene Stärke (di) aufweist.
Kontaktanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine stromführende Schicht (2) als Metalleinlegteil ausgeführt ist.
Kontaktanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (14) als Metallblech ausgeführt ist.
Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine stromführenden Schicht (2) biegetechnisch in eine schweißtechnisch vorteilhafte Lage gebracht ist.
Verfahren zum Kontaktieren eines mehrlagigen Schaltungsträgers (1 a, 1 b, 1 c, 1 d), wobei mindestens eine innenliegende stromführende Schicht (2) des mehrlagigen Schaltungsträgers (1 ) über eine Aussparung (12) freigelegt wird, wobei ein Kontaktelement (14) in die Aussparung (12) eingeführt und mit der mindestens einen innenliegenden stromführenden Schicht (2) elektrisch leitend verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine innenliegende stromführende Schicht (2) in einem Verbindungsbereich (16) mit dem Kontaktelement (14) verschweißt wird, wobei die innenliegende stromführende Schicht (2) massiv ausgeführt und im Verbindungsbereich (16) mit einer geeigneten vorgegebenen Stärke (di) ausgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine innenliegende stromführende Schicht (2) und das Kontaktelement (14) durch ein Widerstandschweißverfahren und/oder durch ein Laserschweißverfahren miteinander verbunden werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass über die Schweißverbindung ein Hochstromkontakt zwischen der mindestens einen innenliegenden stromführenden Schicht (2) und dem Kontaktelement (14) gebildet wird.
8. Verfahren einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine innenliegende stromführende Schicht (2) durch einen Biegevorgang in eine für das Schweißverfahren vorteilhafte Position gebracht wird.
9. Verfahren einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in die mindestens eine innenliegende stromführende Schicht (2) eine Vertiefung (19) eingebracht wird, in welche das Kontaktelement (14) eingelegt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine mit dem Kontaktelement (14) verbundene stromführende Schicht (2) über mindestens eine Durchkontaktierung (8) mit einer weiteren stromführenden Schicht elektrisch und/oder thermisch verbunden wird.
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