CN106463853A - 用于电连接的接触元件、用于制造大量的接触元件的铜带 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于电连接的接触元件（KE），该接触元件包括：由第一铜材构成的用于与第一线路组件（LB）电连接的第一接触区域（B1）、由第二铜材构成的用于与第二线路组件（ST2）电连接的第二接触区域（B2），其中所述第一接触区域（B1）和所述第二接触区域（B2）具有不同的材料硬度并且通过材料融合的连接彼此相连接。此外，公开了一种用于制造大量所提到的接触元件（KE）的铜带（KB）。这样的接触元件能够由所提到的铜带成本低廉地制成。

Description

用于电连接的接触元件、用于制造大量的接触元件的铜带

技术领域

本发明涉及一种用于电连接的接触元件以及一种具有至少一个所提到的接触元件的线路装置。此外，本发明涉及一种用于制造大量所提到的接触元件的铜带。

背景技术

线路装置包括类型及结构不同的线路组件、例如线路基座、印制导线、功率结构元件或者插孔。这些线路组件必须彼此进行电连接，以便所述线路装置能够实现特定的功能。为此，所述线路装置具有接触元件，所述接触元件被设置用于在线路组件之间形成稳定的电连接。

具有不同的线路组件的电连接相应地要求不同的连接方法，所述连接方法又以不同的机械要求为前提。因此，所述接触元件必须如此构成，使得它们满足不同的机械要求。

如在技术装置中常见的那样，此外存在以简单的方式成本低廉地设计所述线路组件之间的电连接的要求。

发明内容

由此，本发明的任务在于，提供一种能够在线路组件之间实现简单而成本低廉的电连接的可行方案。

该任务通过独立权利要求的主题得到解决。有利的设计方案是从属权利要求的主题。

按照本发明的第一方面，提供一种用于电连接的接触元件。所述接触元件包括由导电的第一铜材（铜或者铜合金）构成的、用于与第一线路组件电连接的第一接触区域。此外，所述接触元件包括由导电的第二铜材（铜或者铜合金）构成的、用于与第二线路组件电连接的第二接触区域。在此所述第一接触区域和所述第二接触区域具有不同的材料硬度。此外，所述第一和第二接触区域通过材料融合（stoffschlüssig）的连接彼此相连接。

在此，“接触区域由铜材构成”这个句子意味着，相应的接触区域以占优势的重量百分比份额包含相应的铜材。因此，接触元件除了由于加工技术所引起的材料混入物或者材料掺杂物之外几乎完全由铜材构成，其中所述材料混入物或者材料掺杂物保护所述接触元件以防止外部的影响、例如由于湿气引起的腐蚀或者防止材料疲劳。

“材料硬度”这个概念最初意味着材质的机械阻力，所述材质构成所述前面所提到的第一铜材或者前面所提到的第二铜材。与相对于“强度”这个概念普遍认为的差别相反，“材料硬度”这个概念在本申请中也次要地是指材质的一种强度，该强度代表材质、即所述第一或者第二铜材相对于机械变形和分离的抵抗力。

“所述第一和第二接触区域通过材料融合的连接彼此相连接”这段文字在本申请中意味着，这两个接触区域相对于彼此未必在所述材料融合的连接的位置处邻接，而是在这两个接触区域之间完全可以存在所述接触元件的一个区段，所述材料融合的连接穿过该区段来延伸并且这两个接触区域通过该区段彼此材料融合地连接。

所述第一和第二接触区域在相应的进行接触的一侧上不仅仅包括完全被接触的表面，而且也可以具有未被接触的自由的表面。特别地，这两个接触区域相对于彼此沿着所述接触元件的纵向方向表面齐平地延伸，其中所述纵向方向横向于或者斜向于所述材料融合的连接的伸展方向。

本发明以以下构思为基础：为了用不同的连接方法在两个线路组件之间形成电连接，需要具有接触区域的接触元件，该接触元件用于相对于两个相应的线路组件形成电连接，对于所述接触元件来说所述两个接触区域必须满足不同的机械要求和材料要求，所述不同的连接方法以所述机械要求和材料要求为前提。

为了使这两个接触区域能够满足这些不同的要求，这两个接触区域必须具有满足相应要求的不同材料。

如果所述接触元件构造有两个具有不同材料的接触区域，那么这两个接触区域就必须彼此机械地并且导电地相连接，以便能够保证所述两个线路组件之间的稳定的电连接，所述接触元件将这两个线路组件彼此电连接。

在一种可能的解决方案中所述两个接触区域首先作为单独的构件由不同的导电的材料制成并且随后彼此例如借助于螺栓固定在一起，这种解决方案被证实比较麻烦并且成本密集。

为了能够容易地并且成本低廉地设计线路组件之间的电连接，所述接触元件必须能够作为散装货物（Massenware）成本低廉地并且在没有很大开销的情况下来制造。

在本发明的范围内已经发现，接触元件的两个接触区域之间的材料融合的连接是一种简单的并且成本低廉的解决方案。

材料融合的连接能够实现由不同材料构成的接触区域的稳定的机械连接，所述机械连接此外在连接位置处具有很低的过渡电阻。

铜材、也就是铜或者铜合金在本发明的范围内被证实是用于接触区域的材料，所述材料不仅具有较高的导电能力而且最佳地适合于材料融合的连接。因为所述铜材通常可以成本低廉地获得，所以具有接触区域的接触元件也可以用不同的铜材成本低廉地来制造。

由此提供了一种用于电连接的接触元件，所述电连接能够实现线路组件之间的简单且成本低廉的电连接。

按照一种优选的设计方案，所述第一铜材具有直至110 HV的材料硬度、尤其直至100HV、特别是直至95HV的材料硬度。在此，硬度单位“HV”是维氏硬度。

具有较小的、直至110HV或者100HV或者95HV的材料硬度的铜材能够实现用于与第一线路组件构成材料融合的连接的第一接触区域，而在此没有在机械方面过于剧烈地影响到所述第一线路组件。

优选地，所述第一铜材是按照标准DIN EN 1976/98的生铜。特别地，所述第一铜材是韧性的电解铜。优选地，所述第一铜材是Cu-ETP（英语为：“Electrolytic-Tough-PitchCopper”）。此外也被称为E-Cu、以前也被称为E-Cu58或者E-Cu57的Cu-ETP是通过电解精炼来制成的含氧的（韧性的）铜，所述铜对于热和电来说具有很高的传导能力并且由此最好地适合于接触元件。

按照另一种优选的设计方案，所述第二铜材具有至少130HV、尤其是至少 150HV或者优选超过170HV的材料硬度。优选地，所述第二铜材具有不超过300HV、尤其是不超过250HV并且优选不超过200HV的材料硬度。

具有超过130HV或者130-300HV、特别是170HV至200HV的较高材料硬度的铜材能够实现用于与所述第二线路组件构成简单的传力连接、例如压入连接（Press-fit-Verbindung（压合连接））的第二接触区域，所述传力连接也经得住强烈的机械应力。

按照另一种优选的设计方案，所述第二铜材包含锡，所述锡优选具有超过0.15%、尤其是超过1%、特别是超过5%的重量百分比含量。优选地，所述第二铜材包含锡，所述锡具有直至22%、尤其是直至20%、直至15%、直至12%、直至10%或者直至9%、特别是直至7%的重量百分比份额。优选地，所述第二铜材是锡青铜，特别是CuSn6。锡青铜同样可以作为成本低廉的散装货物以不同的结构形式来获得。

作为锡的补充或者取代锡也可以在所述第二铜材中包含其它的添加物，例如镁、镍、锌和/或硅。

特别地，可以将铜合金用作所述第二铜材，所述铜合金适合于构成压入连接件（压合接头）。属于所述铜合金的例如是CuSn0.15、CuSn4、CuSn5、CuSn6、CuMg、CuSn3Zn9、CuNiSi。

按照另一种优选的设计方案，所述第一和第二接触区域通过电子束焊接的连接来彼此材料融合地连接。

所述两个由不同的铜材构成的接触区域之间的电子束焊接的连接具有一种过渡电阻，该过渡电阻低于所述两个接触区域中的电阻。此外，所述电子束焊接的连接能够在所述两个接触区域之间实现在机械方面非常稳定的连接。

按照本发明的另一个方面提供一种线路装置。在此，所述线路装置包括第一线路组件和第二线路组件。此外，所述线路装置包括至少一个前面所描述的接触元件。在此，所述接触元件的第一接触区域通过材料融合的连接、尤其是超声波焊接或者钎焊连接与所述第一线路组件导电地并且机械地稳定地连接。所述接触元件的第二接触区域通过传力连接、尤其是压入连接（压合连接）与所述第二线路组件导电地并且机械地稳定地连接。

按照本发明的另一方面提供一种用于制造大量的前面所描述的接触元件的铜带。在此，所述铜带包括由第一铜材构成的纵长的第一条带和由第二铜材构成的纵长的第二条带。所述铜带此外具有材料融合的连接，所述材料融合的连接沿着所述第一和第二条带的纵向方向延伸。通过所述材料融合的连接，所述第一和第二条带彼此材料融合地、导电地并且机械地稳定地连接。优选地，所述材料融合的连接构造为电子束焊接的连接。

从这样的铜带中可以用简单的冲压机在简单的冲压过程中冲裁出前面所描述的接触元件。

上面所描述的接触元件的有利的设计方案，只要在其它方面能够套用到上面所提到的线路装置、上面所提到的铜带上也可以视为所述线路装置或者铜带的有利的设计方案。

附图说明

下面参照附图对本发明的示范性的实施方式进行详细解释。附图示出：

图1是具有按照本发明的一种实施方式的接触元件的线路装置的示意性的侧视图；并且

图2是按照本发明的一种实施方式的铜带的区段的示意性的俯视图。

具体实施方式

首先参照图1，在图1中示意性地示出了线路装置SA的一个区段。

所述线路装置SA包括线路基座ST1，所述线路基座在该实施方式中构造为陶瓷基片。在所述线路基座ST1的表面OF1上布置了用于进行电流传输的印制导线LB，该印制导线构成所述线路装置SA的第一线路组件。

在所述印制导线LB的背向所述线路基座ST1的表面OF2上布置了功率半导体结构元件LH、例如功率晶体管，所述功率晶体管通过钎焊连接LV与所述印制导线LB机械地并且导电地连接。

此外，在所述印制导线LB的相同的表面OF2上并且在所述功率半导体结构元件LH的旁边布置了接触元件KE。

所述接触元件KE构造为L形并且具有第一接触区域B1和第二接触区域B2，所述第一接触区域和第二接触区域彼此垂直。在此，所述第一和第二接触区域B1、B2通过电子束焊接的连接EV彼此材料融合地、导电地并且机械地稳定地连接，所述电子束焊接的连接在这两个接触区域B1、B2之间处于所述接触元件KE的弯曲边缘沿上。

所述第一接触区域B1处于所述印制导线LB的表面OF2上，并且通过超声波焊接的连接UV与所述印制导线LB机械地并且导电地连接。

所述第一接触区域B1由E-铜（Cu-ETP）构成并且具有较低的、小于100HV（维氏硬度）的材料硬度。

所述第一接触区域B1处的较低的材料硬度降低了所述印制导线LB从所述线路基座ST1脱层（去附着、脱落）的危险或者说在所述线路基座ST1上出现材料破裂的危险。

所述第二接触区域B2构造为压入销的形式并且被***到另一线路基座ST2的金属化的金属化通孔DK中，所述另一线路基座构成所述线路装置SA的第二线路组件。

在此，所述第二接触区域B2与所述金属化通孔DK的内壁上的金属化结构MT构成传力的压入连接PV（压合连接）。

所述第二接触区域B2由具有重量份额约为6的锡的锡青铜CuSn6构成并且具有较高的、大于130HV（维氏硬度）的材料硬度。

所述第二接触区域B2处的较高的材料硬度能够在所述接触元件KE与所述线路基座ST2之间实现稳定的压入连接PV。

现在参照图2，在图2中示意性地示出了用于制造大量的在图1中示出的接触元件KE的铜带KB的一个区段。

所述铜带KB构造为长而窄的带材，并且包括由前面所提到的第一铜材、也就是E-铜（Cu-ETP）构成的纵长第一条带SR1。此外，所述铜带KB包括由前面所提到的第二铜材、也就是锡青铜CuSn6构成的纵长的第二条带SR2。

在此，所述第一和第二条带SR1、SR2通过电子束焊接的连接EV来材料融合地连接，所述电子束焊接的连接沿着所述第一和第二条带SR1、SR2的纵向方向LR延伸。

从该铜带KB中一个接一个地沿着其纵向方向LR冲裁出所述接触元件KE，其中从所述第一条带SR1的区域中冲裁出的区段构成所述接触元件KE的相应的第一接触区域B1，并且从所述第二条带SR2的区域中冲裁出的区段构成所述接触元件KE的相应的第二接触区域B2。

随后在所述电子束焊接的连接EV 处将所冲裁出的接触元件KE弯曲成L形。

由此可以在简单的加工步骤中作为散装货物来成本低廉地制造所述接触元件KE。

Claims (9)

1.用于电连接的接触元件（KE），包括：

— 由第一铜材构成的用于与第一线路组件（LB）电连接的第一接触区域（B1）；

— 由第二铜材构成的用于与第二线路组件（ST2）电连接的第二接触区域（B2）；

— 其中所述第一接触区域（B1）和所述第二接触区域（B2）具有不同的材料硬度并且通过材料融合的连接（EV）彼此相连接。

2.按权利要求1所述的接触元件（KE），其中所述第一铜材具有直至110HV、尤其直至100HV、优选直至95HV的材料硬度。

3.按权利要求1或2所述的接触元件（KE），其中所述第一铜材是韧性的电解铜（Cu-ETP）。

4.按前述权利要求中任一项所述的接触元件（KE），其中所述第二铜材具有130HV至300HV、尤其是170HV至200HV的材料硬度。

5.按前述权利要求中任一项所述的接触元件（KE），其中所述第二铜材包含锡。

6.按权利要求5所述的接触元件（KE），其中所述第二铜材包含重量百分比份额为0.15至9、尤其是5至7的锡。

7. 按前述权利要求中任一项所述的接触元件（KE），其中所述第一接触区域（B1）和所述第二接触区域（B2）通过电子束焊接的连接（EV）彼此导电地并且机械地连接。

8.线路装置（SA），包括

— 第一线路组件（LB）；

— 第二线路组件（ST2）；

— 按前述权利要求中任一项所述的接触元件（KE）；

— 其中所述接触元件（KE）的第一接触区域（B1）通过材料融合的连接（UV）、尤其是超声波焊接或者钎焊连接与所述第一线路组件（LB）相连接，并且所述接触元件（KE）的第二接触区域（B2）通过传力连接（PV）、尤其是压入连接与所述第二线路组件（ST2）导电地并且机械地稳定地连接。

9.用于制造大量的按权利要求1至7中任一项所述的接触元件（KE）的铜带（KB），该铜带包括：

— 由第一铜材构成的纵长的第一条带（SR1）；

— 由第二铜材构成的纵长的第二条带（SR2）；

— 电子束焊接的连接（EV），该电子束焊接的连接沿着所述第一条带（SR1）和所述第二条带（SR2）的纵向方向（LR）延伸，并且所述第一条带（SR1）和所述第二条带（SR2）通过所述电子束焊接的连接材料融合地连接。