DE102020001615A1 - Connector section for connecting conductor elements with electrically conductive surface elements - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbindungsmittelabschnitt (2a) zur Verbindung eines elektrischen Leiterelements (2) mit einem elektrisch leitenden Flächenelement (5). Um die Herstellungskosten gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen zu senken, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Verbindungsmittelabschnitt (2a) aus mehreren Schichten (2a1, 2a2, 2a3) mit unterschiedlichen elektrisch leitenden Materialien aufgebaut ist.The present invention relates to a connecting means section (2a) for connecting an electrical conductor element (2) to an electrically conductive surface element (5). In order to lower the manufacturing costs compared to the solutions known from the prior art, the invention provides that the connecting middle section (2a) is made up of several layers (2a1, 2a2, 2a3) with different electrically conductive materials.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbindungsmittelabschnitt zur Verbindung eines elektrischen Leiterelements mit einem elektrisch leitenden Flächenelement, insbesondere aus Kupfer. Aus einem derartigen Zwischenprodukt können elektrische Leiterplatten hergestellt werden.The present invention relates to a connecting means section for connecting an electrical conductor element to an electrically conductive surface element, in particular made of copper. Electrical circuit boards can be produced from such an intermediate product.
Kupfer ist ein Werkstoff mit einer sehr guten elektrischen und thermischen Leitfähigkeit sowie einer guten Beständigkeit gegen atmosphärische und vielfach auch chemische Einflüsse. Kupfer kann mit vielen verschiedenen Metallen Legierungen bilden, um bestimmte mechanisch-technologische Eigenschaften wie Härte, Zugfestigkeit, Dehngrenze, chemische Beständigkeit, Verschleißwiderstand und andere Eigenschaften gezielt einzustellen. Viele Kupferwerkstoffe sind gut schweißbar. In Abhängigkeit vom eingesetzten Werkstoff sind entsprechende Schweißverfahren, Schweißzusätze sowie Vor- und Nachbehandlungen zu wählen.Copper is a material with very good electrical and thermal conductivity as well as good resistance to atmospheric and often chemical influences. Copper can form alloys with many different metals in order to adjust specific mechanical-technological properties such as hardness, tensile strength, yield strength, chemical resistance, wear resistance and other properties. Many copper materials are easy to weld. Depending on the material used, appropriate welding processes, welding consumables, and pre- and post-treatments must be selected.
Zur Herstellung einer sauberen und fehlerfreien Schweißverbindung zwischen einem elektrischen Leiterelement und einem elektrisch leitenden Flächenelement, insbesondere aus Kupfer, werden beispielsweise Verbindungsmittelabschnitte aus Silber eingesetzt.To produce a clean and fault-free welded connection between an electrical conductor element and an electrically conductive surface element, in particular made of copper, connecting means sections made of silver are used, for example.
Ein solcher Verbindungsmittelabschnitt ist aus der
Silber ist ein Edelmetall mit hohen Anschaffungskosten. Der aus dem Stand der Technik bekannte Verbindungsmittelabschnitt aus Silber ist dementsprechend teuer in der Herstellung.Silver is a precious metal with a high acquisition cost. The connecting means section made of silver known from the prior art is accordingly expensive to manufacture.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellungskosten gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung zu senken.The present invention is based on the object of lowering the manufacturing costs compared to the solution known from the prior art.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1.The object is achieved by the subject matter of claim 1.
Der erfindungsgemäße Verbindungsmittelabschnitt dient zur Verbindung eines elektrischen Leiterelements mit einem elektrisch leitenden Flächenelement. Zur Verringerung der Herstellungskosten ist der Verbindungsmittelabschnitt aus mehreren Schichten mit unterschiedlichen elektrisch leitenden Materialien aufgebaut. Dabei können insbesondere die Deckschichten des Verbindungsmittelabschnitts, die mit dem elektrischen Leiterelement bzw. mit dem elektrisch leitenden Flächenelement in Kontakt kommen, aus einem Flussmittel-Material wie z.B. Silber gefertigt sein. Eine Kernschicht zwischen den Deckschichten kann z.B. aus dem gleichen elektrisch leitenden Material bestehen wie das Leiterelement und/oder das Flächenelement, d.h. i.d.R. aus Kupfer. Der erfindungsgemäße Verbindungsmittelabschnitt kann demnach insbesondere den Schichtaufbau (insbesondere von einer mit dem Leiterelement zu verbindenden Seite zu einer mit dem Flächenelement zu verbindenden Seite) in folgender Reihenfolge haben: Silber - Kupfer - Silber. Bei einem anderen elektrisch leitenden Material für die Kernschicht können auch andere Flussmittel-Materialien für die Deckschichten eingesetzt werden, sodass die Erfindung ausdrücklich nicht auf die Materialauswahl Silber und Kupfer beschränkt ist.The connecting means section according to the invention is used to connect an electrical conductor element to an electrically conductive surface element. In order to reduce the manufacturing costs, the connecting means section is made up of several layers with different electrically conductive materials. In particular, the cover layers of the connecting means section, which come into contact with the electrical conductor element or with the electrically conductive surface element, can be made of a flux material such as silver. A core layer between the cover layers can, for example, consist of the same electrically conductive material as the conductor element and / or the surface element, i.e. usually made of copper. The connecting means section according to the invention can therefore in particular have the layer structure (in particular from a side to be connected to the conductor element to a side to be connected to the surface element) in the following sequence: silver - copper - silver. In the case of a different electrically conductive material for the core layer, other flux materials can also be used for the cover layers, so that the invention is expressly not limited to the material selection silver and copper.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.Advantageous further developments are the subject matter of the dependent claims.
Es kann von Vorteil sein, wenn die beiden äußersten Schichten des Verbindungsmittelabschnitts aus demselben elektrisch leitenden Material hergestellt sind. Dadurch kann an beiden Kontaktstellen, sowohl zum Leiterelement als auch zum Flächenelement, eine homogene Kontaktierung bewerkstelligt werden.It can be advantageous if the two outermost layers of the connecting means section are made from the same electrically conductive material. As a result, homogeneous contacting can be achieved at both contact points, both to the conductor element and to the surface element.
Es kann sinnvoll sein, wenn eine Schicht zwischen den beiden äußersten Schichten des Verbindungsmittelabschnitts aus einem anderen elektrisch leitenden Material als die beiden äußersten Schichten hergestellt ist. Die Schicht zwischen den beiden äußersten Schichten des Verbindungsmittelabschnitts kann insbesondere aus dem gleichen elektrisch leitenden Material gefertigt sein wie das elektrische Leiterelement und/oder das elektrisch leitende Flächenelement, z.B. aus Kupfer. Dadurch kann über die Verbindungsstellen hinweg ein gleichmäßiger Stromfluss bewerkstelligt werden.It can be useful if a layer between the two outermost layers of the connecting means section is made of a different electrically conductive material than the two outermost layers. The layer between the two outermost layers of the connecting means section can in particular be made from the same electrically conductive material as the electrically conductive element and / or the electrically conductive surface element, e.g. from copper. As a result, a uniform flow of current can be achieved across the connection points.
Es kann sich als hilfreich erweisen, wenn die beiden äußersten Schichten des Verbindungsmittelabschnitts aus Silber und die dazwischen angeordnete Schicht des Verbindungsmittelabschnitts aus Kupfer hergestellt sind. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere für Leiterelemente und Flächenelemente aus Kupfer.It can prove to be helpful if the two outermost layers of the connecting means section are made of silver and the interposed layer of the connecting means section is made of copper. This embodiment is particularly suitable for conductor elements and surface elements made of copper.
Es kann praktisch sein, wenn die Schicht zwischen den beiden äußersten Schichten des Verbindungsmittelabschnitts eine größere Dicke aufweist als jede der beiden äußersten Schichten. Je geringer die Dicke der Deckschichten gewählt ist, umso sparsamer kann das für die Deckschichten erforderliche Material eingesetzt werden. So muss für jeden Verbindungsmittelabschnitt z.B. nur sehr wenig von dem teuren Flussmittel-Material Silber verwendet werden.It can be practical if the layer between the two outermost layers of the connecting means section has a greater thickness than either of the two outermost layers. The smaller the selected thickness of the cover layers, the more economically the material required for the cover layers can be used. For example, very little of the expensive flux material silver has to be used for each connector section.
Es kann von Nutzen sein, wenn der Verbindungsmittelabschnitt wenigstens eine der folgenden Abmessungen aufweist:
- - eine Dicke/Höhe im Bereich von 10 bis 200 µm, vorzugsweise im Bereich von 50 bis 100 µm.
- - einen Durchmesser oder eine Länge/Breite im Bereich von 0,5 bis 2,0 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,8 bis 1,2 mm.
- - a thickness / height in the range from 10 to 200 μm, preferably in the range from 50 to 100 μm.
- a diameter or a length / width in the range from 0.5 to 2.0 mm, preferably in the range from 0.8 to 1.2 mm.
Die Dicke/Höhe des Verbindungsmittelabschnitts sollte ausreichend gewählt sein, um bei einer Herstellung einer Leiterplatte in Schichtbauweise die Höhe einer zwischen Leiterelement und Flächenelement isolierenden Zwischenschicht z.B. aus Prepreg überbrücken zu können. Die Dicke/Höhe des Verbindungsmittelabschnitts ist demnach etwa entsprechend der Dicke/Höhe der isolierenden Zwischenschicht zu wählen, d.h. vorzugsweise im Bereich von 50 bis 100 µm. Der Durchmesser oder die Länge/Breite des Verbindungsmittelabschnitts sollte ausreichend bemessen sein, um die durch das Leiterelement transportierte Strom/Wärmemenge übertragen zu können. Der Leitungsquerschnitt des Verbindungsmittelabschnitts entspricht demnach vorzugsweise dem Leitungsquerschnitt des mit dem Verbindungsmittelabschnitt versehenen Leiterelements. Bei einer rein mechanischen Befestigung ist der Leitungsquerschnitt des Verbindungsmittelabschnitts unbedeutend, da es auf die elektrisch leitenden Eigenschaften des Verbindungsmittelabschnitts in diesem Fall nicht ankommt.The thickness / height of the connecting section should be sufficient to be able to bridge the height of an intermediate layer, e.g. made of prepreg, which isolates between the conductor element and the surface element when a printed circuit board is manufactured using a layered construction. The thickness / height of the connecting means section is accordingly to be selected approximately in accordance with the thickness / height of the insulating intermediate layer, i.e. preferably in the range from 50 to 100 µm. The diameter or the length / width of the connecting means section should be sufficiently dimensioned to be able to transfer the current / amount of heat transported through the conductor element. The line cross section of the connecting means section accordingly preferably corresponds to the line cross section of the conductor element provided with the connecting means section. In the case of a purely mechanical fastening, the line cross-section of the connecting means section is insignificant, since the electrically conductive properties of the connecting means section are not important in this case.
Es kann hilfreich sein, wenn der Verbindungsmittelabschnitt einen zylindrischen oder quaderförmigen Umriss aufweist. Ein Verbindungsmittelabschnitt in Zylinderform erleichtert die Positionierung bzw. Orientierung gegenüber dem Leiterelement und/oder dem Flächenelement, da die beiden kreisförmigen Endseiten zur Verbindung mit dem Leiterelement bzw. dem Flächenelement vorgesehen sind und der Verbindungsmittelabschnitt in jeder beliebigen Drehstellung um die Zylinderachse entsprechend positioniert ist. Ein Verbindungsmittelabschnitt in Quaderform ermöglicht auf besonders kompakten Abmessungen große Leitungsquerschnitte.It can be helpful if the connecting middle section has a cylindrical or cuboid outline. A connecting section in the shape of a cylinder facilitates the positioning or orientation with respect to the conductor element and / or the surface element, since the two circular end sides are provided for connection to the conductor element or the surface element and the connecting section is appropriately positioned in any rotational position around the cylinder axis. A connecting means section in the form of a parallelepiped enables large line cross-sections with particularly compact dimensions.
Es kann praktisch sein, wenn der Verbindungsmittelabschnitt durch Stanzen oder Laserschneiden aus einem Blechstück hergestellt ist. Dies erleichtert die Herstellung des Verbindungsmittelabschnitts als Massenprodukt.It can be practical if the connecting means section is produced from a piece of sheet metal by punching or laser cutting. This facilitates the manufacture of the connecting means section as a mass product.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Leiterelement mit einem Verbindungsmittelabschnitt nach einer der vorausgegangenen Ausführungen.Another aspect of the invention relates to a conductor element with a connecting means section according to one of the preceding statements.
Es kann sich als nützlich erweisen, wenn das Leiterelement und der Verbindungsmittelabschnitt an deren jeweiligen Seite mit der größten flächigen Ausdehnung miteinander verbunden sind. Dadurch ergeben sich große, zur Wärme und/oder Stromübertragung nutzbare Leitungsquerschnitte.It can prove to be useful if the conductor element and the connecting means section are connected to one another on their respective side with the greatest two-dimensional extent. This results in large cable cross-sections that can be used for heat and / or power transmission.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Leiterplatte mit einem Leiterelement nach der vorangehenden Ausführung, wobei das Leiterelement in die Leiterplatte eingebettet ist. Eine derartige Leiterplatte eignet sich insbesondere zur Übertragung großer Wärme und/oder Strommengen. Vorzugsweise erstreckt sich das Leiterelement zwischen Anschlussstellen, die aus dem gleichen Material wie die Schicht zwischen den Deckschichten bestehen, z.B. Kupfer.Another aspect of the invention relates to a circuit board with a conductor element according to the preceding embodiment, the conductor element being embedded in the circuit board. Such a printed circuit board is particularly suitable for the transmission of large amounts of heat and / or amounts of electricity. Preferably, the conductor element extends between connection points made of the same material as the layer between the cover layers, for example copper.
FigurenlisteFigure list
Es zeigen:
-
1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Verbindungsmittelabschnitts in Zylinderform mit dreischichtigem Aufbau gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in vergrößerter Darstellung. -
2 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Verbindungsmittelabschnitts in Quaderform mit dreischichtigem Aufbau aus Silber-Kupfer-Silber gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in vergrößerter Darstellung. -
3 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Leiterelements mit zwei Verbindungsmittelabschnitten gemäß2 . -
4 den schematischen Schichtaufbau einer erfindungsgemäßen Leiterplatte mit dem Leiterelement nach3 .
-
1 a perspective view of a connecting means section according to the invention in cylinder shape with a three-layer structure according to the first embodiment in an enlarged illustration. -
2 a perspective view of a connecting means section according to the invention in cuboid form with a three-layer structure made of silver-copper-silver according to the second embodiment in an enlarged representation. -
3 a perspective view of a conductor element according to the invention with two connecting means sections according to FIG2 . -
4th the schematic layer structure of a circuit board according to the invention with theconductor element 3 .
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten AusführungsbeispieleDetailed description of the preferred embodiments
Der erfindungsgemäße Verbindungsmittelabschnitt
Die beiden äußersten Schichten
Die Deckschichten
Der Verbindungsmittelabschnitt
Der Verbindungsmittelabschnitt
Der Verbindungsmittelabschnitt
Das Leiterelement
Die Leiterplatte
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- LeiterplatteCircuit board
- 1a1a
- AnschlussstelleJunction
- 22
- Leiterelement bzw. LeitungsdrahtConductor element or conductor wire
- 2a2a
- VerbindungsmittelabschnittLanyard section
- 2a1, 2a32a1, 2a3
- Äußerste Schichten des VerbindungsmittelabschnittsOutermost layers of the connector section
- 2a22a2
- Innere Schicht des VerbindungsmittelabschnittsInner layer of the connecting means section
- 3, 43, 4
- Elektrisch isolierendes FlächenelementElectrically insulating surface element
- 55
- Elektrisch leitendes FlächenelementElectrically conductive surface element
- DD.
- Durchmesserdiameter
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102018203715 [0004]DE 102018203715 [0004]
- EP 1842402 A [0028]EP 1842402 A [0028]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: JUMATECH GMBH, DE Free format text: FORMER OWNERS: WOELFEL, CLARISSA, 90542 ECKENTAL, DE; WOELFEL, FLORIAN, 90542 ECKENTAL, DE; WOELFEL, PHILIPP, 90542 ECKENTAL, DE |
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Representative=s name: GRUENECKER PATENT- UND RECHTSANWAELTE PARTG MB, DE |