DE19529397C2 - Verfahren zur Schaffung einer hitzebeständigen Verbindung von elektrischen Bauelementen mit einer Hybridschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schaffung einer hitzebeständigen Verbindung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bekannt sind Befestigungsverfahren, die gedruckte Schaltungen, z. B. Hybridschaltungen, mit elektrischen Schaltelementen kontaktieren oder elektrisch verbinden. So stellen das Laserstrahlschweißen, das Spaltschweißen, das Löten einen bekannten Stand der Technik zu einer derartigen Verbindung dar.

Ein häufig auftretender Nachteil ist, daß bei höheren Temperaturanwendungen über 200°C die elektrischen Schaltelemente sich von den gedruckten Schaltungen lösen, da das Verbindungsmittel sich verflüssigt. Weiterhin ist das Einbringen von zusätzlichem Verbindungsmaterial in den für die Verbindung vorgesehenen schmalen Spalt zwischen beiden Teilen schwierig.

Die DE-36 06 850 A1 offenbart eine Anordnung, bei der auf einem Träger einer Hybridschaltung ein Sensor, beispielsweise durch Laserschweißen, aufgebracht ist.

Die US-5,097,100 offenbart ein mit Gold überzogenes Kabel, das auf einem mit einer Goldschicht überzogenen Substrat kontaktiert wird, um eine korrosionsbeständige Verbindung zu erhalten. Dabei findet neben dem Widerstandspunktschweißen auch das Ultraschallschweißen statt. Diese Verbindung wird zunächst auf 205°C erwärmt und danach auf -23°C abgekühlt. Anschließend wird die Zugfestigkeit der Schweißverbindung geprüft.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Schaffung von hochtemperaturfesten und elektrisch funktionsfähigen Verbindungen anzugeben.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.

Dadurch, daß Goldschichten auf Kontaktanschlußflächen der Hybridschaltung und auf Kontaktanschlußflächen des elektrischen Bauelementes aufgebracht werden, diese mit hoher punktueller Energie aufgeschmolzen und verschmolzen werden, sind feste, elektrische aber auch temperaturfeste Verbindungen herstellbar. Der Vorteil der Verwendung einer Goldschicht auf den Kontaktanschlußflächen liegt neben der hohen Temperaturbeständigkeit, 850° bis 900°C, und dem daraus resultierendem Temperatur­ einsatz der Verbindung auch in ihrer hohen Korrosionsbeständigkeit. Ein zusätzliches Einbringen von Verbindungsmaterialien ist nicht notwendig, da auf Gold gut kontaktiert werden kann.

Die vorteilhaften Ausführungen werden in den Unteransprüchen charakterisiert. Dabei findet das Laserschweißen Anwendung.

Beim Laserschweißen weist das elektrische Bauelement am Trägermaterial eine Fase auf, die zur Führung eines Strahles mit hoher punktueller Energie dient. Diese Fase ist notwendig, damit sich keine zunderhaften Keramikteilchen beim Verbindungsprozess bilden und eine schlechte Verbindung, ähnlich einer kalten Lötstelle, geschaffen wird.

Die durch dieses Verfahren hergestellten festen, elektrischen Verbindungen zwischen einer Hybridschaltung und einem elektrischen Bauelement finden beispielsweise in nicht dargestellten Bremsen von Nutzfahrzeugen, Anwendung. Dabei befinden sich die festen elektrischen Verbindungen vorzugsweise im Reibungsbereich zwischen Bremsbelag und Trommel, wo Temperaturen zwischen 400° bis 600°C auftreten.

Anhand eines Ausführungsbeispieles wird die erfinderische Lösung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Anordnung zur Verbindung von Kontaktanschlußflächen durch Laserstrahlschweißen

Fig. 2 eine in der Fig. 1 mit II gekennzeichnete Einzelheit

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Goldschichten 1; 4 werden in eine Schichtdicke von ca. 8-10 µm auf Kontaktanschlußflächen einer Hybridschaltung 2, beispielsweise ein Stahl- oder Keramikhybrid, und einem elektrischen Bauelement 3, beispielsweise ein Temperaturmeßelement, mittels Siebdruck aufgebracht und nach in der Hybridtechnik bekannten Einbrennverfahren weiter verarbeitet. Ein Trägermaterial des elektrischen Bauelements 3 kann beispielsweise eine Keramikplatte sein. An dieser ist eine Fase 5 an der Kante des elektrischen Bauelements 3 angebracht. Die Hybridschaltung 2 und das elektrische Bauelement 3 werden zusammengespannt, so daß die goldtragenden Kon­ taktanschlußflächen 1; 4 beider Teile sich berührend gegenüber liegen. Durch einen Strahl 6 mit hoher punktueller Energie werden die goldtragenden Kontaktanschlußflächen 1; 4 miteinander verschmolzen.

Der Strahl 6 mit hoher punktueller Energie wird beispielsweise mittels Laserstrahl, Fig. 1, erzeugt. Die Hybridschaltung 2 des elektrischen Bauelements 3 ist auf einem Tisch 10 aufgebracht. Ein Laser 8 sendet einen modulierten Laserstrahl 6 über einen Strahlenablenk­ kopf 9 und einen Fokus 7 als gebündelte Impulsenergie.

Dieser Laserstrahl 6 fährt direkt in einen µ-feinen Spalt (Fig. 2) zwischen den goldtragenden Kontaktanschlußflächen 1; 4. Dies wird unter anderem durch die Fase 5 an der oberen Kante des zum Laserstrahl 6 weisenden elektrischen Bauelements 3 erreicht.

Die Fase 5 ist derart gestaltet, daß sie zum Laserstrahl 6 eine öffnenden Winkel aufweist.

Claims (5)

1. Verfahren zur Schaffung einer hitzebeständigen Verbindung zwischen elektrischen Bauelementen und einer Hybridschaltung über Kontaktanschlußflächen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Goldschicht (1) auf die Kontaktanschlußfläche der Hybrid­ schaltung (2) und eine Goldschicht (4) auf die Kontaktanschlußfläche einer Trägerplatte des elektrischen Bauelements (3) mittels Siebdruck aufgebracht und danach eingebrannt werden, die Goldschicht (1) der Hybridschaltung (2) und die Goldschicht (4) des elektrischen Bauelementes (3) gegeneinander gespannt werden, so daß sich die goldtragenden Kontaktanschlußflächen (1; 4) direkt miteinander berühren und in einen dabei entstehenden Spalt zwischen der Hybridschaltung (2) und der Trägerplatte des elektrischen Bauelementes (3) ein Strahl (6) mit hoher punktueller Energie eingebracht wird, wodurch die Goldschichten (1; 4) miteinander verschmolzen werden und eine hochtemperaturfeste Verbindung bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl (6) mit hoher punktueller Energie durch einen Laser (8), einen Strahlenablenkkopf (9) und Fokus (7) als gebündelte modulierte Impulsenergie erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die modulierte Impuls­ energie in einem Spalt zwischen den goldtragenden Kontaktanschlußflächen (1) der Hybridschaltung (2) und der goldtragenden Kontaktanschlußfläche (4) des elektrischen Bauelementes (3) eingebracht wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Bauelement (3) eine Fase (5) an einer Kante aufweist, die zum punktuellen Strahl (6) gerichtet ist, damit eine gute Verschmelzung der goldtragenden Kontaktanschlußflächen (1; 4) realisiert wird.

5. Verwendung der nach Anspruch 1 hergestellten Verbindung, dadurch gekennzeichnet, daß die Hybridschaltung (2) mit einem elektrischen Bauelement (3) im Hochtemperaturbereichen zwischen 200°C bis 900°C eingesetzt wird.