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WO2012004106A1 - Elektrisch leitende verbindung zwischen zwei kontaktflächen - Google Patents

Elektrisch leitende verbindung zwischen zwei kontaktflächen Download PDF

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WO2012004106A1
WO2012004106A1 PCT/EP2011/060031 EP2011060031W WO2012004106A1 WO 2012004106 A1 WO2012004106 A1 WO 2012004106A1 EP 2011060031 W EP2011060031 W EP 2011060031W WO 2012004106 A1 WO2012004106 A1 WO 2012004106A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrically conductive
contact surfaces
conductive connection
metal
metal wire
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2011/060031
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans Rappl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive GmbH filed Critical Continental Automotive GmbH
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Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H01L2924/19101—Disposition of discrete passive components
    • H01L2924/19107—Disposition of discrete passive components off-chip wires
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/02—Soldered or welded connections
    • H01R4/023—Soldered or welded connections between cables or wires and terminals

Definitions

  • Metal ribbon Such an electrically conductive connection is known for example from DE 10 2006 025 870 AI. There are two contact surfaces by means of one of several layers
  • Bonden is a long-known
  • the object of the invention is to provide an electrically conductive connection that allows the connection of different contact surfaces while still being automated and thus inexpensive to manufacture.
  • the object is achieved in a generic electrically conductive connection characterized in that at least one of the connected to the contact surfaces by bonding ends of the metal wire or metal strip in addition to the
  • Connection could not be permanently charged. By the additional welding process according to the invention, however, a good electrical and mechanically stable connection is achieved.
  • the contact surface to be welded is relatively thin, for example a copper conductor on a printed circuit board (PCB), a metal plate is advantageously applied to this contact surface, for example soldered, onto which then the end of the metal wire or
  • PCB printed circuit board
  • Metallbitzchens first bonded and then welded. This process is also easy to automate, since the metal plate can be applied and soldered together with semiconductor or other components to be placed, for example.
  • Figure 3 The arrangement of a metal plate on a
  • FIG. 1 shows a first circuit carrier 1, from which an electrically conductive connection is made to a second circuit carrier 2.
  • an electrical component 3 is arranged on the first circuit carrier 1 and a first contact surface 12 is provided.
  • the second circuit carrier 2 is formed metallic in the example shown.
  • a bond ribbon 4 which is constructed in the illustrated example of two layers, which are indicated by a dashed line.
  • the first layer 5 is made of copper, for example, and the second layer 7 of aluminum, so that on the one hand a high current carrying capacity is given by the copper and good bondability through the aluminum.
  • the bond ribbon may have the usual rectangular cross section today, but any cross sections, as disclosed for example in DE 10 2006 025 868 AI, possible.
  • the invention is instead of a bond ribbon with a
  • Such a coated tape has the advantage of being for bonding at first
  • Circuit board 1 is optimally suited.
  • multi-layer ribbon can be used in sandwich construction. It is also possible to use tapes with surfaces that are applied, for example, galvanically or chemically. Here, surface layers in the range of a few hundred to several micrometers are possible.
  • FIG. 2 shows short weld seams 11 which connect the copper layer 5 of the bonding tape 4 to the metal of the second circuit substrate 2.
  • the aluminum layer 7 is bridged. Instead of the short welds, a continuous weld seam can also be guided around the contact point.
  • the welding process can be produced by resistance welding, gap electrode welding or other welding methods. Laser welding is particularly suitable because it allows fully automatic production of welds in an adapted form.
  • the second circuit substrate 2 is not made of solid metal but, for example, as a printed circuit board with copper conductor tracks 8 applied thereon
  • Copper tracks 8 a weld with a on it

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Connections Effected By Soldering, Adhesion, Or Permanent Deformation (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrisch leitende Verbindung zwischen zwei Kontaktflächen (1, 2) mittels eines durch Bonden mit den Kontaktflächen (1, 2) verbundenen Metalldrahtes oder Metallbändchens (4), wobei zumindest eines der mit den Kontaktflächen (1, 2) durch Bonden verbundenen Enden des Metalldrahtes (4) oder Metallbändchens zusätzlich mit der Kontaktfläche (2; 8) verschweißt (11) ist.

Description

Beschreibung
Elektrisch leitende Verbindung zwischen zwei Kontaktflächen Die Erfindung betrifft eine elektrisch leitende Verbindung zwischen zwei Kontaktflächen mittels eines durch Bonden mit den Kontaktflächen verbundenen Metalldrahtes oder
Metallbändchens . Eine solche elektrisch leitende Verbindung ist beispielsweise aus der DE 10 2006 025 870 AI bekannt. Dort werden zwei Kontaktflächen mittels eines aus mehreren Schichten
aufgebauten metallischen Bondbändchens durch Bonden
miteinander verbunden.
Bonden ist dabei eine seit langem bekannte
Verbindungstechnik, bei der ein metallischer Draht oder ein metallisches Bändchen mittels Druck und Temperatur und/oder Ultraschall mit einer metallischen Kontaktfläche verschweißt wird. Um eine gut leitende und mechanisch stabile Verbindung herzustellen, ist es jedoch erforderlich, einerseits
zueinander passende Materialien auszuwählen und andererseits für eine ausreichende Sauberkeit der Oberflächen der
Materialien zu sorgen. Dies ist bei der Verbindung von
Halbleiterchips mit Kontaktflächen zumeist kein Problem, da diese Fertigung in Reinräumen statt findet. Bei der Fertigung von Bauteilen oder Geräten der Leistungselektronik erfolgen jedoch viele Fertigungsschritte außerhalb von Reinräumen, so dass Kontaktoberflächen bereits verunreinigt sein können. Vor allem wenn zwei Schaltungsträger miteinander verbunden werden sollen, kommt es häufig vor, dass die Kontaktflächen des einen nicht zuverlässig bondbar sind.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrisch leitende Verbindung anzugeben, die die Verbindung unterschiedlicher Kontaktflächen erlaubt und dabei trotzdem automatisiert und damit kostengünstig herzustellen ist. Die Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen elektrisch leitenden Verbindung dadurch gelöst, dass zumindest eines der mit den Kontaktflächen durch Bonden verbundenen Enden des Metalldrahtes oder Metallbändchens zusätzlich mit der
Kontaktfläche verschweißt ist.
Durch den vorherigen Bondvorgang wird aufgrund nicht
zueinander passender Materialien oder verschmutzte
Oberflächen nur ein „Anheften" des Metalldrahtes oder
Metallbändchens auf der Kontaktfläche erzielt; diese
Verbindung könnte jedoch nicht dauerhaft belastet werden. Durch den erfindungsgemäßen zusätzlichen Schweißvorgang wird jedoch eine gute elektrische und auch mechanisch stabile Verbindung erzielt.
Sollte die zu verschweißende Kontaktfläche relativ dünn sein, beispielsweise eine Kupferleiterbahn auf einem Printed- Circuit-Board (PCB) , wird in vorteilhafter Weise auf dieser Kontaktfläche ein Metallplättchen angebracht, beispielsweise verlötet, auf das dann das Ende des Metalldrahtes oder
Metallbändchens zunächst gebondet und anschließend geschweißt wird. Auch dieser Vorgang ist leicht automatisierbar, da das Metallplättchen beispielsweise zusammen mit zu platzierenden Halbleiter- oder sonstigen Bauteilen aufgebracht und verlötet werden kann.
In vorteilhafter Weise wird insbesondere für elektrisch leitende Verbindungen, die hohe Ströme tragen müssen, ein zumindest einseitig mit Aluminium beschichtetes
Kupferbändchen verwendet.
Um bei sich überkreuzender Anordnung solcher Metallbändchen einen elektrischen Kontakt zu vermeiden, ist in vorteilhafter Weise in einer Weiterbildung der Erfindung die den
Kontaktflächen abgewandte Seite der Metallbändchen mit einer isolierenden Schicht versehen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren mit Hilfe von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen: Figur 1 Die grundsätzliche Anordnung einer elektrisch
leitenden Verbindung zwischen zwei
Schaltungsträgern mittels einer Bondverbindung,
Figur 2 In einem Ausschnitt die erfindungsgemäße
Schweißverbindung und
Figur 3 Die Anordnung eines Metallplättchens auf einer
dünnen Kontaktfläche.
Die Figur 1 zeigt einen ersten Schaltungsträger 1, von dem zu einem zweiten Schaltungsträger 2 eine elektrisch leitende Verbindung hergestellt ist. Auf dem ersten Schaltungsträger 1 ist beispielsweise ein elektrisches Bauteil 3 angeordnet sowie eine erste Kontaktfläche 12 vorgesehen. Der zweite Schaltungsträger 2 ist im dargestellten Beispiel metallisch ausgebildet. Zur Verbindung dient ein Bondbändchen 4, das im dargestellten Beispiel aus zwei Schichten aufgebaut ist, die durch eine strichpunktierte Linie angedeutet sind. Dabei ist die erste Schicht 5 beispielsweise aus Kupfer und die zweite Schicht 7 aus Aluminium, so dass durch das Kupfer einerseits eine hohe Stromtragfähigkeit und durch das Aluminium eine gute Bondbarkeit gegeben ist. Das Bondbändchen kann dabei den heute üblichen rechteckigen Querschnitt haben, jedoch sind beliebige Querschnitte, wie sie beispielsweise in der DE 10 2006 025 868 AI offenbart sind, möglich. Außerdem ist die Erfindung statt mit einem Bondbändchen auch mit einem
Bonddraht mit rundem Querschnitt realisierbar.
In der Leistungselektronik, wo hohe Strome fließen, wird zumeist ein massives Kupferband mit Abmessungen von
beispielsweise 2mm x 0,2 mm verwendet, wobei dieses
Kupferband ein- oder auch zweiseitig mit Aluminium mit einer Schichtdicke von zum Beispiel 20μπι bis 40μπι beschichtet sein kann. Diese Beschichtung kann zum Beispiel durch
Zusammenwalzen erzeugt werden. Ein solches beschichtetes Band hat den Vorteil, dass es für das Bonden auf den ersten
Schaltungsträger 1 optimal geeignet ist. Für die Erfindung können auch mehrlagige Bändchen in Sandwich-Aufbau verwendet werden. Es können auch Bändchen mit Oberflächen verwendet werden, die zum Beispiel galvanisch oder chemisch aufgebracht sind. Hier sind Oberflächenschichten im Bereich von einigen lOOnm bis zu einigen Mikrometern möglich.
Da der zweite Schaltungsträger 2 gemäß Figur 1 keine
mechanisch stabile Verbindung mittels Bonden erlaubt, ist das Ende des Bonddrahtes- oder bändchens 4 lediglich durch einen Bondvorgang „angeheftet" und wird gemäß Figur 2 in
erfindungsgemäßer Weise durch einen Schweißvorgang fest mit dem Schaltungsträger 2 verbunden. Figur 2 zeigt dabei kurze Schweißnähte 11, die die Kupferschicht 5 des Bondbändchens 4 mit dem Metall des zweiten Schaltungsträgers 2 verbinden. Die Aluminiumschicht 7 wird dabei überbrückt. Statt den kurzen Schweißnähten kann auch eine durchgehende Schweißnaht um die Kontaktstelle herumgeführt werden. Der Schweißvorgang kann durch Widerstandschweißen, Spaltelektrodenschweißen oder auch andere Schweißverfahren hergestellt werden. Besonders geeignet ist das Laserschweißen, da dabei vollautomatisch Schweißnähte in angepasster Form hergestellt werden können. Für den Fall, dass der zweite Schaltungsträger 2 nicht aus massivem Metall sondern beispielsweise als Printed-Circuit- Board mit darauf aufgebrachten Kupferleiterbahnen 8
ausgebildet ist, besteht die Gefahr, dass diese dünnen
Kupferbahnen 8 einer Verschweißung mit einem darauf
gebondeten Ende eines Kupferdrahtes oder Kupferbändchens 4 nicht standhalten würden. In vorteilhafter Weise wird daher zunächst ein Metallplättchen 9 elektrisch leitend und mechanisch stabil auf der Leiterbahn 8 aufgebracht,
beispielsweise verlötet. Das Ende des Metalldrahtes oder Metallbändchens 4 wird dann auf dem Metallplättchen 9 zunächst gebondet und dann verschweißt. Die erfindungsgemäße elektrisch leitende Verbindung zwischen zwei Kontaktflächen ist automatisierbar, so dass auch bei großer Stückzahl eine wirtschaftliche Herstellung möglich ist. Dabei kann die Qualität der Verbindung durch bekannte automatisierte Abläufe sichergestellt werden, wobei keine speziellen Fertigungsvorrichtungen erforderlich sind, sondern auf allgemein verfügbare Vorrichtungen zurückgegriffen werden kann .

Claims

Patentansprüche
1. Elektrisch leitende Verbindung zwischen zwei
Kontaktflächen (1, 2) mittels eines durch Bonden mit den Kontaktflächen (1, 2) verbundenen Metalldrahtes oder
Metallbändchens (4),
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest eines der mit den Kontaktflächen (1, 2) durch Bonden verbundenen Enden des Metalldrahtes (4) oder Metallbändchens zusätzlich mit der Kontaktfläche (2; 8) verschweißt (11) ist.
2. Elektrisch leitende Verbindung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zumindest einem Ende des Metalldrahtes oder Metallbändchens (4) und der entsprechenden Kontaktfläche (2; 8) ein Metallplättchen (9) angebracht ist.
3. Elektrisch leitende Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Metalldraht oder das
Metallbändchen (4) mit Aluminium beschichtetem Kupfer gebildet ist.
4. Elektrisch leitende Verbindung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei
Verwendung eines Metallbändchens (4) dieses einseitig mit einer Isolierschicht versehen ist.
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