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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen
und/oder mechanischen Verbindung zwischen einer Leiterplatten-Kontaktstelle
einer Leiterplatte und einer korrespondierenden Kontaktstelle eines
Kontaktpartners. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verbundsystem
eines mit einer Leiterplatte verbundenen Kontaktpartners.
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Die
Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einer Leiterplatten-Kontaktstelle
einer Leiterplatte und einer korrespondierenden Kontaktstelle eines
Kontaktpartners wird derzeit unter Verwendung eines Leitklebers,
einer Lötverbindung
(insbesondere unter Verwendung eines Reflow-Lötverfahrens) oder einer sog.
Pressfit-Verbindung realisiert. Es wurden auch bereits Versuche
gemacht, dünne
Leiterplatten mit einer Dicke bis zum maximal 360 μm und einer
darauf aufgebrachten galvanischen Schicht mit dem Kontaktpartner
unter Verwendung eines Lasers zu verschweißen. Dabei durchdringt der
Laserstrahl die Schichtanordnung aus Epoxydharz und Glasfaser-Gewebe der Leiterplatte,
um die Energie in eine galvanisch aufgebrachte leitende Schicht
der Leiterplatte und eine korrespondierende Metallschicht des Kontaktpartners
einzubringen, um die Verschweißung
zu realisieren.
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Problematisch
hierbei ist, dass durch den Schweißvorgang ein Abbrand des Epoxydharzes
und des Glasfaser-Gewebes der Leiterplatte auftritt, welche zu einer
Verunreinigung der Schweißstelle
mit Ruß und
Schlacke führt.
Die Herstellung einer prinzipiell zufriedenstellenden elektrischen
Verbindung ist durch dieses Verfahren zwar möglich. Allerdings ist eine
Beurteilung der Schweißverbindung
ohne Zerstörung
der Schweißung
nicht durchführbar.
Eine optische Kontrolle, wie diese bei einem Laserschweißprozess
einer flexiblen Leiterplatte, einer sog. Flexfolie zum Einsatz kommt,
ist deshalb nicht möglich.
Da andere Prozesskontrollen für
den Schweißprozess von
Leiterplatten nicht bekannt sind, wird von einer Verschweißung einer
Leiterplatte mit einem Kontaktpartner bislang abgesehen.
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Schweißverbindungen
zählen
zu den unlösbaren
Verbindungen, welche eine hohe Zuverlässigkeit über ihre gesamte Lebensdauer
aufweisen. Es besteht deshalb grundsätzlich der Wunsch, eine Schweißverbindung
auch bei der Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen
einer Leiterplatte und einem Kontaktpartner nutzen zu können.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum
Herstellen einer elektrischen und/oder mechanischen Verbindung zwischen einer
Leiterplatte und einem Kontaktpartner anzugeben, welches die Nutzung
von Schweißverfahren
und eine Überprüfung der
Qualität
der Schweißverbindung
ermöglicht.
Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verbundsystem
anzugeben, bei dem eine elektrische Verbindung nachprüfbarer Qualität zwischen
einer Leiterplatte und einem Kontaktpartner durch eine Schweißung hergestellt
ist.
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Diese
Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind jeweils in den abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben.
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Die
Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen
und/oder mechanischen Verbindung zwischen einer Leiterplatten-Kontaktstelle
einer Leiterplatte und einer korrespondierenden Kontaktstelle eines
Kontaktpartners, wobei die Leiterplatten-Kontaktstelle auf einer
ersten Hauptseite der Leiterplatte ausgebildet ist. Es versteht
sich, dass die Kontaktstelle des Kontaktpartners und die Leiterplatten-Kontaktstelle jeweils
eine Metallisierung zur Herstellung der elektrischen Verbindung
aufweisen. Erfindungsgemäß wird die
Verbindung durch Laserschweißen
hergestellt. Dabei ist der Laser auf einer zweiten, der ersten Hauptseite
gegenüberlie genden Hauptseite
der Leiterplatte angeordnet und trifft durch eine Aussparung in
der Leiterplatte barrierefrei auf die Leiterplatten-Kontaktstelle
und die Kontaktstelle des Kontaktpartners.
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Durch
das Vorsehen der Aussparung in der Leiterplatte im Bereich der Leiterplatten-Kontaktstelle kann
der Laserstrahl während
der Verschweißung, ohne
Epoxydharz und Glasfaser-Gewebe
der Leiterplatte zu durchdringen, auf das zu verschweißende metallische
Material der Leiterplatten-Kontaktstelle und
der Kontaktstelle des Kontaktpartners auftreffen. Hierdurch wird
die Schweißstelle
nicht durch Ruß und
Schlacke von nicht-metallischem Material verunreinigt. Hierdurch
steigt zum einen die Qualität
der Schweißverbindung.
Zum anderen lässt
sich durch die Aussparung hindurch eine optische Prozesskontrolle
der vorgenommenen Verschweißung
vornehmen. Hierdurch kann ein Laser-Schweißprozess auch im Rahmen der
Herstellung von Leiterplatten oder Leiterplatten-Halbzeugen in Serie eingesetzt werden.
Darüber
hinaus weist das erfindungsgemäße Verfahren
den Vorteil auf, dass dieses unabhängig von der Dicke der Leiterplatte
durchgeführt
werden kann. Da lediglich die metallischen Materialien der Leiterplatten-Kontaktstelle
und der Kontaktstelle des Kontaktpartners durch den Laser aufgeschmolzen
werden müssen,
kann die Verschweißung
mit einem geringeren Energieeintrag erfolgen.
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In
einer zweckmäßigen Ausgestaltung
wird eine Wandung der Aussparung mit einer leitenden Schicht definierter
Dicke ausgekleidet. Durch das Auskleiden der Aussparung mit einer
leitenden Schicht steht für
die Schweißverbindung
ein größeres Materialreservoir
zur Verfügung.
Somit kann die Verschweißung
durch eine definierte Dicke der leitenden Schicht in der Aussparung
optimiert werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung ist die Leiterplatten-Kontaktstelle Teil einer Leiterzugstruktur,
welche zumindest auf der ersten Hauptseite der Leiterplatte aufgebracht
ist, wobei zumindest auf die Leiterplatten-Kontaktstelle der Lei terzugstruktur
eine weitere leitende Schicht definierter Dicke aufgebracht wird.
Durch die Schichtdicke der weiteren leitenden Struktur kann die
Verschweißung,
wie bereits erläutert,
optimiert werden.
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Insbesondere
erfolgt das Auskleiden der Wandung mit der leitenden Schicht und/oder
das Aufbringen der weiteren leitenden Schicht durch ein galvanisches
Verfahren. Um im Bereich der Verschweißung eine gewünschte Schichtdicke
der leitenden Schicht in der Aussparung oder auf der Leiterzugstruktur
der Leiterplatten-Kontaktstelle auszubilden, kann eine mehrfache
Abfolge von galvanischer Aufmetallisierung und selektivem Entfernen
der Aufmetallisierung erfolgen. Hierdurch kann die Schichtdicke
an bestimmten Stellen des Werkstückverbunds gezielt
eingestellt werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung erfolgt die Verbindung der Leiterplatten-Kontaktstelle
und der Kontaktstelle des Kontaktpartners punktuell oder zumindest
abschnittsweise kontinuierlich. Auf welche Weise die Verbindung
vorgenommen wird, hängt
beispielsweise von dem eingesetzten Laser bzw. der Steuerung des
Lasers ab.
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Es
ist weiterhin vorteilhaft, wenn der Kontaktpartner mit seiner Kontaktstelle
vor dem Laserschweißen,
insbesondere mit einem Nullspalt, an die Leiterplatten-Kontaktstelle
gepresst wird. Hierdurch wird beim Aufschmelzen der Metallisierungen
im Grenzbereich zwischen der Leiterplatten-Kontaktstelle und der
Kontaktstelle des Kontaktpartners eine Verbindung der beiden Metallisierungen
sichergestellt.
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In
einer ersten Variante wird der Laserstrahl bei der Verschweißung der
Leiterplatten-Kontaktstelle und der Kontaktstelle des Kontaktpartners
derart geführt,
dass dieser einen Winkel größer als
0° relativ zu
der Wandung der Aussparung einnimmt, so dass keine Energie in die
Wandung der Aussparung eingebracht wird. Bei dieser Variante wird
der Laserstrahl relativ zu der Wandung der Aussparung schräg geführt, so
dass lediglich Metall in der Ebene der ersten Hauptseite der Leiterplatte
mit einer entsprechenden Metallisierung des Kontaktpartners verschmolzen wird.
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Im
Gegensatz dazu kann gemäß einer
weiteren Ausgestaltung vorgesehen sein, dass der Laserstrahl bei
der Verschweißung
der Leiterplatten-Kontaktstelle und der Kontaktstelle des Kontaktpartners derart
geführt
wird, dass dieser in etwa parallel zu der Wandung der Aussparung
verläuft,
wobei der Laserstrahl zumindest abschnittsweise Energie in die leitende
Schicht der Wandung einbringt. Diese Variante weist den Vorteil
auf, dass das Material der leitenden Schicht der Wandung der Aussparung
für die Schweißverbindung
genutzt werden kann.
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Als
Kontaktpartner für
die Verschweißung kommt
insbesondere ein Stanzgitter (Leadframe), ein Pin oder ein Pad eines
Bauelements in Betracht. Als Kontaktpartner ist gemäß einer
weiteren Ausgestaltung auch ein weiterer mit einer Leiterzugstruktur
versehener Schaltungsträger
vorgesehen, der optional eine als Durchkontaktierung ausgebildete
Kontaktstelle aufweist. Die Verschweißung zweier Leiterplatten miteinander
ermöglicht
damit eine bessere Nutzenauslastung bei komplexen Leiterplattengeometrien.
Die Erfindung ermöglicht
es nämlich,
die im Ergebnis erwünschte
Leiterplattengeometrie auf zwei oder mehrere Teil-Leiterplatten
aufzuteilen und diese mit dem erfindungsgemäßen Verfahren miteinander zu
verbinden. Dadurch kann die in einem Nutzen zur Verfügung stehende
Fläche
wesentlich besser genutzt werden, wodurch die Herstellung im Ergebnis kostengünstiger
realisierbar ist.
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Bei
der Verbindung zweier Leiterplatten miteinander ist es zweckmäßig, wenn
der Durchmesser der mit einer metallischen Schicht ausgekleideten Durchkontaktierung
des weiteren Schaltungsträgers kleiner
oder gleich dem Durchmesser der Aussparung der Leiterplatte ist.
Hierdurch können
die zwei miteinander zu verbindenden Leiterplatten mit geringerer
Genauigkeit zueinander positioniert werden, ohne dass die Gefahr
besteht, dass die Laser-Schweißverbindung
aufgrund zu geringer Menge an aufzuschmelzendem Metall beeinträchtigt wird. Darüber hinaus
kann durch die unterschiedlichen Durchmesser der Aussparung und
der Durchkontaktierung eine einfachere Prozesssteuerung des Lasers
erfolgen. Ferner ist die Menge des für die Verschweißung benötigten Materials
auf einfache Weise einstellbar.
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Der
Durchmesser sowie die Geometrie der Aussparung können prinzipiell beliebig gewählt werden
und sind im Wesentlichen von dem zur Verfügung stehenden Equipment des
Lasers abhängig. Außerdem ist
der Durchmesser der Aussparung auch abhängig vom zur Verfügung stehenden
optischen Beurteilungssystem für
die Qualität
der Schweißverbindung.
Insbesondere weist die Aussparung einen Durchmesser der 2-fachen
Dicke der Leiterplatte auf.
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Von
der Erfindung ist ferner ein Verbundsystem umfasst. Dieses enthält eine
Leiterplatte mit einer Leiterplattenkontaktstelle, die auf einer
ersten Hauptseite der Leiterplatte ausgebildet ist und eine Aussparung
in der Leiterplatte umfasst. Das Verbundsystem umfasst ferner einen
Kontaktpartner mit einer zu der Leiterplatten-Kontaktstelle korrespondierenden
Kontaktstelle, wobei die Leiterplatten-Kontaktstelle und die Kontaktstelle
des Kontaktpartners auf der ersten Hauptseite der Leiterplatte von
einer zweiten, der ersten Hauptseite gegenüberliegenden Hauptseite der
Leiterplatte durch die Aussparung durch einen Laser miteinander
verschweißt
sind.
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Das
erfindungsgemäße Verbundsystem weist
die gleichen Vorteile auf, wie sie vorstehend in Verbindung mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert wurden.
Insbesondere zeichnet sich ein erfindungsgemäßes Verbundsystem dadurch aus, dass
die Schweißstelle
frei von Verunreinigungen, wie z. B. Ruß oder Schlacke ist, da der
Laserstrahl direkt durch die Aussparung auf die zu schweißende Stelle
auftreffen kann, ohne vorher ein Trägermaterial, wie z. B. Epoxydharz
und Glasfaser, aufschmelzen zu müssen.
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In
einer zweckmäßigen Ausgestaltung
ist eine Wandung der Aussparung mit einer leitenden Schicht definierter
Dicke ausgekleidet. Die Aussparung mit der leitenden Schicht auf
der Wandung der Aussparung stellt eine Durchkontaktierung dar.
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Gemäß einer
weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung
ist die Leiterplatten-Kontaktstelle Teil einer Leiterzugstruktur
zumindest auf der ersten Hauptseite der Leiterplatte, wobei zumindest
auf die Leiterplatten-Kontaktstelle der Leiterzugstruktur eine weitere
leitende Schicht definierter Dicke aufgebracht ist. Das Aufbringen
der leitenden Schicht auf die Wandung der Aussparung sowie auf die
Leiterzugstruktur kann in einem Herstellungsschritt durch ein galvanisches
Herstellungsverfahren erfolgen.
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Insbesondere
ist der Kontaktpartner ein Stanzgitter (Leadframe) oder ein Pin
oder ein Pad eines Bauelements. Alternativ kann als Kontaktpartner ein
weiterer mit einer Leiterzugstruktur versehener Schaltungsträger vorgesehen
sein, der optional eine als Durchkontaktierung ausgebildete Kontaktstelle aufweist.
In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn
der Durchmesser der mit einer metallischen Schicht ausgekleideten
Durchkontaktierung des weiteren Schaltungsträgers kleiner oder gleich dem
Durchmesser der Aussparung der Leiterplatte ist.
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Die
Aussparung weist einen Durchmesser von insbesondere der 2-fachen
Dicke der Leiterplatte auf, wobei der Durchmesser der Aussparung
allgemein an den für
die Verschweißung
verwendeten Laser und das für
die Beurteilung der Schweißverbindung
verwendete System angepasst ist. Die Aussparung muss nicht zwingenderweise
in Form einer kreisrunden Bohrung vorliegend. Stattdessen kann die
Bohrung prinzipiell jede beliebige Gestalt aufweisen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend näher
anhand der Figuren erläutert.
Es zeigen:
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1A bis 1C aufeinander
folgende Herstellungsschritte zur Erzeugung eines erfindungsgemäßen Verbundsystems
gemäß einer
erster Ausführungsvariante
in einer Querschnittsdarstellung,
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2 ein
erfindungsgemäßes Verbundsystem
gemäß einer
zweiten Ausführungsvariante
in einer Querschnittsdarstellung, wobei zwei Leiterplatten miteinander
verschweißt
sind,
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3 einen
vergrößerten Ausschnitt
eines erfindungsgemäß herzustellenden
Verbundsystems, bei dem eine erste Laserstrahlführung gezeigt ist, und
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4 einen
vergrößerten Ausschnitt
eines erfindungsgemäß herzustellenden
Verbundsystems, bei dem eine zweite Laserstrahlführung gezeigt ist.
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In
den 1A bis 1C ist
das der Erfindung zu Grunde liegende Vorgehen bei der Herstellung
einer elektrischen und/oder mechanischen Verbindung zwischen einer
Leiterplatte und einer Kontaktstelle eines Kontaktpartners dargestellt. 1A zeigt eine beispielhaft auf ihrer ersten
und zweiten Hauptseite 20, 21 metallisierte Leiterplatte 1.
In bekannter Weise umfasst die Leiterplatte 1 eine Trägerschicht 2.
Die Trägerschicht
ist üblicherweise
aus einem mit Epoxydharz umhüllten
Glasfaser-Gewebe gebildet. Auf der ersten Hauptseite 20 ist
eine Metallschicht 4, auf der zweiten Hauptseite 21 eine
Metallschicht 3 auf die Trägerschicht 2 aufgebracht.
Sowohl die Metallschicht 3 als auch die Metallschicht 4 bilden
eine Leiterzugstruktur aus. Im Bereich einer auszubildenden Leiterplatten-Kontaktstelle 5 weist
die Leiterplatte 1 eine Aussparung 6 auf, welche
beispielsweise durch Stanzen oder Bohren eingebracht sein kann.
Eine Leiterplatte weist üblicherweise
eine Vielzahl an solchen Aussparungen auf, welche beispielsweise
als Durchkontaktierungen ausgebildet sind, um auf der ersten und
der zweiten Hauptseite 20, 21 angeordnete Bauelemente
elektrisch miteinander zu verbinden. In entsprechender Weise und
zusammen mit den gegebenenfalls vorhandenen Durchkontaktierungen
erfolgt eine Auskleidung der Aussparung 6 mit einer leitenden
Schicht 9. Diese Auskleidung erfolgt üblicherweise durch ein galvanisches
Herstellungsverfahren, bei dem ebenfalls auf die Metallschichten 3, 4 eine weitere
leitende Schicht 7, 8 aufgebracht wird. Die nach
dem Schritt der galvanischen Aufmetallisierung, d. h. der Ausbildung
der leitenden Schichten 7, 8, 9, ausgebildete
Leiterplatte 1 ist in 1B dargestellt.
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Das
Aufbringen der leitenden Schicht 9 in der Aussparung 6 sowie
der weiteren leitenden Schichten 7, 8 auf den
Metallschichten 3, 4 ist lediglich optional. Insbesondere
kann die weitere leitende Schicht 7, 8 ausschließlich selektiv
auf der Metallschicht 4 der ersten Hauptseite 20 der
Leiterplatte 1 im Bereich der Kontaktstelle 5 vorgesehen
sein. An welchen Stellen und mit welchen Dicken die leitende Schicht 9 bzw.
die weiteren leitenden Schichten 7, 8 vorgesehen
sind, liegt im Ermessen eines Fachmannes.
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1C zeigt einen Kontaktpartner 10,
welcher für
den Schweißvorgang
mit einem Nullspalt an die erste Hauptseite 20 im Bereich
der Leiterplatten-Kontaktstelle 5 angeordnet ist. Der Kontaktpartner 10 ist
im Ausführungsbeispiel
ein Bauelement, welches eine Kontaktstelle 16 umfasst,
die in etwa bündig
mit der an die Leiterplatte 1 ragenden Seite des Bauelements
abschließt.
Die Kontaktfläche 16 ist durch
eine Metallisierung gebildet. Der Durchmesser bzw. die Abmaße der Kontaktstelle 16 sind
etwas größer als
der Durchmesser der Aussparung 6 bemessen. Der Kontaktpartner 10 wird
mit seiner Kontaktstelle 16 derart an die Leiterplatte 1 gepresst,
so dass die Kontaktstelle 16 an jeder Stelle der Leiterplatten-Kontaktstelle 5 etwas über deren
Ränder
hinausragt.
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Von
der zweiten Hauptseite 21 der Leiterplatte 1 her
wird ein Laserstrahl 11 durch die Aussparung 6 hindurch
an den Grenz bereich zwischen der Kontaktstelle 16 und der
Metallisierung der Leiterplatten-Kontaktstelle 5 geführt. Die
Metallisierung der Leiterplatten-Kontaktstelle 5 ist im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
durch die leitende Schicht der Aussparung 6 und die weitere
leitende Schicht 8 auf der Metallschicht 4 gebildet.
Der Laserstrahl 11 kann damit auf die zu verschweißende Verbindungsstelle 12 oder
Abschnitte treffen, ohne dass er vorher das Trägermaterial der Trägerschicht 2 durchdringen
und aufschmelzen muss.
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Die
Steuerung des Laserstrahls 11 kann derart ausgeführt sein,
dass nur ein oder mehrere Punkte der aneinandergrenzenden Metallisierungen
der Leiterplatten-Kontaktstelle 5 und der Kontaktstelle 16 des
Kontaktpartners 10 miteinander verschweißt werden.
Es kann jedoch auch eine umlaufende ringförmige Schweißnaht erzeugt
werden, so dass sämtliche
aneinander grenzenden Abschnitte miteinander verschweißt sind.
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Die
Größe bzw.
der Durchmesser der Aussparung 6 kann prinzipiell frei
gewählt
werden und ist zweckmäßigerweise
an den für
die Verschweißung verwendeten
Laser angepasst. Die Dicken der leitenden Schicht 9 sowie
der weiteren leitenden Schicht 8 können im Bereich der Verbindungsstelle 12 durch die
im Zusammenhang mit 1B erwähnte Galvanisierung
in beliebiger Weise variiert werden. Mit großen Schichtdicken der Schichten 8, 9 wird
mehr Metallmaterial für
den Schweißprozess
zur Verfügung gestellt,
wodurch eine breitere Kontaktzone erhalten wird.
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Das
vorgeschlagene Verbindungsverfahren ermöglicht das Entweichen von Ausgasungen,
welche während
des Schweißprozesses
entstehen, durch die Aussparung 6 nach oben, d. h. in Richtung der
zweiten Hauptseite 21. Nach dem Schweißprozess kann die Schweiß- oder
Verbindungsstelle 12 optisch bewertet werden, da diese über die
Aussparung 6 frei zugänglich
ist. Ferner bedecken wenig bis keine Verunreinigungen die Schweißstelle.
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In 1C ist als Kontaktpartner 10 ein
Bauelement mit einer als Kontaktpad ausgebildeten Kontaktstelle 16 dargestellt.
Stattdessen könnte
als Kontaktpartner auch ein Stanzgitter (Leadframe) mit der Kontaktstelle 5 der
Leiterplatte 1 verschweißt werden. Als Kontaktpartner
kann ferner eine weitere Leiterplatte verwendet werden, wie dies
exemplarisch in 2 dargestellt ist.
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Die
weitere Leiterplatte umfasst eine Trägerschicht 13, auf
welche beidseitig eine strukturierte Metallschicht 14, 15 aufgebracht
ist. Ebenso sind die Metallschichten 14, 15 sowie
die Wandung einer Aussparung 17 der weiteren Leiterplatte
mit einer Galvanikschicht (leitende Schichten 19, 19)
bedeckt. Der Durchmesser der Aussparung 17 der weiteren Leiterplatte
ist etwas geringer als der Durchmesser der Aussparung 6 der
Leiterplatte 1. Hierdurch wird einerseits die relative
Anordnung der Leiterplatten 1, 10 zueinander erleichtert,
da diese mit einer gewissen Toleranz erfolgen kann. Andererseits
wird die ausreichende Bereitstellung von Material für den Schweißprozess
erleichtert. Die Materialmenge im Schweißbereich, welcher durch die
mit 12 gekennzeichnete Verbindungsstelle repräsentiert ist, kann durch die
Dicken der Metallisierungen in der Aussparung 6 sowie in
bzw. um die Aussparung 17 herum gesteuert werden.
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In
einer vom Ausführungsbeispiel
der 2 abweichenden Ausgestaltung braucht bei der weiteren
Leiterplatte 10 auch keine Aussparung 17 vorgesehen
sein. Es ist ausreichend, wenn die weitere Leiterplatte 10 im
Bereich der Leiterplatten-Kontaktstelle 5 der
Leiterplatte 1 mit einer Metallisierung versehen ist, die
der Aussparung 6 der Leiterplatte 1 zugewandt
ist.
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In
einer weiteren alternativen Ausgestaltung ist es ferner nicht notwendig,
die in der weiteren Leiterplatte 10 vorgesehene Aussparung 17 im
Bereich ihrer Wandung mit einer leitenden Schicht auszukleiden,
da diese bei der gezeigten Variante unterschiedlicher Aussparungs-Durchmesser
keinen Beitrag für die
Verschweißung
liefert.
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3 zeigt
in einer Querschnittsdarstellung einen vergrößerten Ausschnitt der zwischen
der Leiterplatte 1 und dem Kontaktpartner 10 herzustellenden
Verschweißung.
Hierbei wird der Laserstrahl 11 bei der Verschweißung der
Leiterplatten-Kontaktstelle 5 und
der Kontaktstelle des Kontaktpartners 10 derart geführt, dass
dieser in etwa parallel zu der Wandung der Aussparung 6 verläuft, wobei
der Laserstrahl zumindest abschnittsweise Energie in die leitende
Schicht 9 der Wandung der Aussparung 6 einbringt.
Hierdurch schmilzt Material der leitenden Schicht 9 über die
gesamte Höhe
der Aussparung 6 auf und verflüssigt sich, so dass eine große Materialmenge
im Bereich der Verbindungsstelle 12 zur Verbindung mit
dem Kontaktpartner 10 zur Verfügung steht.
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Im
Gegensatz dazu zeigt 4 eine Situation, bei der der
Laserstrahl bei der Verschweißung der
Leiterplatten-Kontaktstelle 5 und
der Kontaktstelle des Kontaktpartners 10 derart geführt wird,
dass dieser einen Winkel größer als
0° relativ
zu der Wandung der Aussparung 6 einnimmt, so dass keine
Energie in die Wandung der Aussparung 6 eingebracht wird.
Stattdessen liegt der Fokuspunkt des Laserstrahls 11 im
Grenzbereich der leitenden Schicht 9 und der Kontaktstelle
des Kontaktpartners 10. Wie ohne Weiteres zu erkennen ist,
wird dazu der Laserstrahl 11 schräg in die Aussparung 6 geleitet.
Mit einer geeigneten Steuerung des Laserstrahls 11 können nun
ein einzelner Punkt, mehrere Punkte oder ein geschlossener Ring
geschweißt
werden.
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Anstatt
den Laserstrahl zu steuern, ist auch denkbar, den Laser stationär zu betreiben
und einen Werkzeugträger,
welcher den Verbund aus Leiterplatte 1 und Kontaktpartner 10 hält, entsprechend
der gewünschten
Schweißgeometrie
zu bewegen. Aus der beschriebenen Vorgehensweise wird ersichtlich, dass
gegebenenfalls die leitende Schicht 9 in der Aussparung 6 entbehrlich
ist, sofern die Metallschicht 4 in Verbindung mit der leitenden
Schicht 8 im Bereich der Aussparung 6 eine ausreichende
Dicke aufweist und im Fokuspunkt des Laserstrahls 11 liegt.
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Der
Vorteil des erfindungsgemäßen Vorgehens
besteht darin, dass der Laserstrahl direkten, d. h. barrierefreien
Zugriff auf die zu schweißende
Stelle hat, ohne dass ein Trägermaterial
der Leiterplatte durchdrungen werden muss. Hierdurch entstehen keine
oder nur geringe Schweißrückstände, so
dass eine genaue Prozesskontrolle möglich ist. Das vorgetragene
Verfahren kann unabhängig
von der Dicke der Leiterplatte und des damit zu verbindenden Schweißpartners
ausgeführt
werden. Die Schweißstelle
lässt sich
durch unterschiedliche Dicken der Metallisierungen der Leiterplatte
und des Kontaktpartners optimieren. Da lediglich die Metallisierungen im
Bereich der Schweißstelle
aufgeschmolzen werden müssen,
ist weniger Energieeintrag notwendig.