DE10230711B4

DE10230711B4 - Elektrisch leitende Verbindung

Info

Publication number: DE10230711B4
Application number: DE2002130711
Authority: DE
Inventors: Erich Mattmann; Reinhard Neubauer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2002-07-08
Filing date: 2002-07-08
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2022-07-09
Also published as: DE10230711A1

Abstract

Elektrisch leitende Verbindung zwischen auf einem metallischen Träger angeordneten Leiterbahnen und einer Elektronik, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (4) auf den Träger (1) aufgebrachte Dickschichtleiterbahnen sind, auf die ein Verbindungsleiterbahnen (5) tragender, zur Elektronik führender Isolationsträger aufgelegt ist und die einander zugeordneten Leiterbahnen (4) und Verbindungsleiterbahnen (5) sich überdecken und miteinander verschweißt sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrisch leitende Verbindung zwischen auf einem metallischen Träger angeordneten Leiterbahnen und einer Elektronik.
Bei derartigen elektrisch leitenden Verbindungen z. B. eines auf einem mechanisch belastbaren Trägerangeordneten DMS-Sensors mit einer Auswerteelektronik erfolgt dies durch Dickdraht-Bondverbindungen. Dazu ist ein Bondrahmen oder eine bondbare Leiterplatte erforderlich. Da die Bondpads des Rahmens mit Edelmetalloberflächen beschichtet sein müssen, ist die Verbindungstechnik Dickdrahtbonden aufwendig und teuer.

Aus der DE 44 23 888 A1 ist eine elektrisch leitende Verbindung zwischen auf einem nichtmetallischen Träger angeordneten Leiterbahnen und einer Elektronik bekannt.

Aus der DE 34 121 963 A1 ist ein Dehnungssensor bekannt, bei dem Dehnungsmessstreifenwiderstände und ein Leiterbild durch Sputtern (Kathodenzerstäubung) auf einen metallischen Träger aufgebracht sind. Dabei besitzt das Leiterbild Eingangsanschlüsse sowie Ausgangsanschlüsse, über die ein Anschluss an eine Auswerteelektronik hergestellt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher eine elektrisch leitende Verbindung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung der eingangs genannten Art zu schaffen, die kostengünstig und prozesssicher zu einer stabilen Verbindung führen, konstruktiv einfach sind und nur geringen Montageaufwand erfordern.

Diese Aufgabe wird bei einer elektrisch leitenden Verbindung dadurch gelöst, dass die Leiterbahnen auf den Träger aufgebrachte Dickschichtleiterbahnen sind, auf die ein Verbindungsleiterbahnen tragender, zur Elektronik führender Isolationsträger aufgelegt ist und die einander zugeordneten Leiterbahnen und Verbindungsleiterbahnen sich überdecken und miteinander verschweißt sind.

Damit wird ein einfacher Aufbau der elektrisch leitenden Verbindung erreicht.

Ist der metallische Träger elektrisch leitend, sind zur Isolierung der Leiterbahnen zwischen den Leiterbahnen und dem Träger eine oder mehrere Isolierschichten angeordnet.

Dies erfolgt in einfach herzustellender Weise dadurch, dass die Isolierschicht oder Isolierschichten auf den Träger aufgesinterte Glasschichten sind.

Der Träger kann aus Stahl bestehen. Dadurch kann die elektrisch leitende Verbindung problemlos Temperaturen bis etwa 250°C ausgesetzt werden.

Eine besonders einfache Ausbildung wird dadurch erreicht, dass der Isolationsträger eine flexible Folie ist und die Verbindungsleiterbahnen auf die flexible Folie aufkaschierte Kupferleiterbahnen sind, wobei die Folie vorzugsweise eine Poliimidfolie ist.

Ein dichtes nebeneinander liegen von kleiner 0,5 mm der Leiterbahnen sowie der Verbindungsleiterbahnen ist auf einfache Weise möglich, wenn die Leiterbahnen und die Verbindungsleiterbahnen miteinander laserverschweißt sind. Gleichzeitig entsteht eine innige elektrisch leitende Verbindung.

Der Träger kann ein mechanisch belastbares und elastisch verformbares Sensorbauteil sein und die Leiterbahnen eine Sensorbauelemente tragende Sensorschaltung bilden.

Die Sensorschaltung kann eine Dehnungsmessschaltung sein.

Zu einer einfachen und maschinellen Herstellung führt es, wenn die Sensorschaltung weitere elektrische oder elektronische Bauelemente, insbesondere SMD-Bauteile trägt.

Einfach herstellbar und sicher kontaktierbar ist es, wenn die Dickschichtleiterbahnen aus einer aufgesinterten Leiterbahnpaste bestehen.

Dabei besteht vorzugsweise die Leiterbahnpaste aus Silber oder aus Silberplatin oder aus Silberpalladium oder aus Kup fer oder aus Gold.

Die o. g Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung dadurch gelöst, dass auf den Träger das Muster der Leiterbahnen mit einer Leiterbahnpaste aufgedruckt und in einem folgenden Temperaturprozess eingebrannt wird, dass anschließend der Isolationsträger derart aufgelegt wird, dass dessen Verbindungsleiterbahnen auf den ihnen jeweils zugeordneten Leiterbahnen zur Auflage kommen und dass danach die Verbindungsleiterbahnen durch Laserimpulsbeaufschlagung mit den ihnen zugeordneten Leiterbahnen verschweißt werden.

Auf einfache Weise herstellbar kann das Muster an Leiterbahnen auf eine oder mehrere auf den als metallischen Träger ausgebildeten Träger aufgebrachte Isolierschichten aufgedruckt werden.

Dazu können die Isolierschichten im Siebdruckverfahren auf den Träger aufgedruckt und in einem anschließenden Sinterprozess auf den Träger aufgesintert werden.

Werden die einzelnen Isolierschichten mittels Sieben mit unterschiedlichen Maschen auf den Träger aufgebracht, so wird eine homogene Isolierschicht erzeugt, was zu einer besonders hohen Sicherheit der Isolierwirkung der Isolierschicht führt.

Das Muster von Leiterbahnen wird vorzugsweise in dem Temperaturprozess mit einer Temperatur von etwa 850°C eingebrannt.

Werden zunächst die Isolierschichten und nach deren Antrocknung die Leiterbahnen aufgedruckt, können diese Schichten in einem einzigen Temperaturprozess gesintert werden. Nach dem Einbrennen des Musters der Leiterbahnen können die Leiterbahnen mit elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen bestückt und leitend verbunden werden.

Zur Sicherung gegen Verschieben während des Herstellungsprozesses, kann der Isolationsträger nach Auflage der Verbindungsleiterbahnen auf den Leiterbahnen auf dem Träger fixiert werden.

Dies erfolgt in einfacher Weise dadurch, dass der Isolationsträger durch Kleben oder durch mechanische Beaufschlagung gegen den Träger auf dem Träger fixiert wird.

Eine innige elektrisch leitende Verbindung wird auf einfache Weise dadurch erreicht, dass die Verbindungsleiterbahnen mit den Leiterbahnen mittels durch den Isolationsträger hindurchgehenden Laserimpulsen an einem oder mehreren Schweißpunkten verschweißt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Querschnittsansicht einer elektrischen Verbindung.
Die dargestellte elektrische Verbindung weist einen Träger 1 aus Stahl mit einem rechteckigen Querschnitt auf, auf dessen einer Oberfläche zwei übereinander liegende Isolierschichten 2 und 3 aufgebracht sind. Die Isolierschichten 2 und 3 bestehen aus Glas und sind als Glasfrittepaste im Siebdruck auf den Träger 1 aufgebracht und in einem Temperaturprozess aufgesintert.
Anschließend wurde auf die obere Isolierschicht 3 ebenfalls im Siebdruck mit Leiterbahnpaste ein Muster von Leiterbahnen 4 aufgebracht, deren Anschlussstrukturen dicht nebeneinander liegend dargestellt sind.
Auch diese Leiterbahnen 4 wurden, vorzugsweise gemeinsam mit den Isolierschichten 2 und 3 in einem Temperaturprozess von etwa 850°C gesintert.
Nicht dargestellte Sensorbauelemente wurden dann auf die Leiterbahnen 4 aufgebracht und bilden mit dem Muster der Leiterbahnen 4 eine Dehnungsmessschaltung, durch die eine elastische Verformung aufgrund einer mechanischen Belastung des Trägers 1 erfasst wird.
Die auf eine flexible Poliimidfolie 6 aufkaschierten Verbindungsleiterbahnen 5 aus Kupfer mit gleichen Anschlussstrukturen wie die Leiterbahnen 4, wurden auf die Leiterbahnen 4 aufgelegt. Durch einen die Poliimidfolie 6 mit den Verbindungsleiterbahnen 5 auf die Leiterbahnen 4 pressenden Niederhalter 7 wurde die Poliimidfolie 6 in ihrer Lage fixiert.
In dem Bereich der übereinander liegenden Anschlussstrukturen der Leiterbahnen 4 und der Verbindungsleiterbahnen 5 ist der Niederhalter 7 mit einer durchgehenden Öffnung 8 versehen. Durch diese Öffnung 8 hindurch erfolgte eine Verschweißung der jeweils einander zugeordneten Leiterbahnen 4 und Verbindungsleiterbahnen 5 durch Beaufschlagung von Laserstrahlen 9 und Erzeugung von jeweils mehreren Schweißpunkten. Damit wurden die Leiterbahnen 4 über die zu einer nicht dargestellten Auswerteschaltung führenden Verbindungsleiterbahnen 5 mit dieser Auswerteschaltung verbunden, in der dann eine Auswertung der erfassten elastischen Verformung des Trägers 1 erfolgt.
Um eine zusätzliche Zugentlastung der elektrisch leitenden Verbindung zu erreichen, könnte der an die elektrisch leitende Verbindung anschließende Bereich der flexiblen Poliimidfolie durch eine Klebeverbindung mit dem Träger 1 verbunden sein. Dies könnte auf einfache Weise mittels einer vorkonfektionierten doppelseitigen Klebeverbindung realisiert werden.

1: Träger
2: Isolierschicht
3: Isolierschicht
4: Leiterbahn
5: Verbindungsleiterbahn
6: Poliimidfolie
7: Niederhalter
8: Öffnung
9: Laserstrahl

Claims

Elektrisch leitende Verbindung zwischen auf einem metallischen Träger angeordneten Leiterbahnen und einer Elektronik, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (4) auf den Träger (1) aufgebrachte Dickschichtleiterbahnen sind, auf die ein Verbindungsleiterbahnen (5) tragender, zur Elektronik führender Isolationsträger aufgelegt ist und die einander zugeordneten Leiterbahnen (4) und Verbindungsleiterbahnen (5) sich überdecken und miteinander verschweißt sind.
Elektrisch leitende Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Träger (1) elektrisch leitend und zwischen den Leiterbahnen (4) und dem Träger (1) eine oder mehrere Isolierschichten (2, 3) angeordnet sind.
Elektrisch leitende Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht oder Isolierschichten (2, 3) auf den Träger (1) aufgesinterte Glasschichten sind.
Elektrisch leitende Verbindung nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1) aus Stahl besteht.
Elektrisch leitende Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationsträger eine flexible Folie ist und die Verbindungsleiterbahnen (5) auf die flexible Folie auf kaschierte Kupferleiterbahnen sind.
Elektrisch leitende Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie eine Poliimidfolie (6) ist.
Elektrisch leitende Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (4) und die Verbindungsleiterbahnen (5) miteinander laserverschweißt sind.
Elektrisch leitende Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1) ein mechanisch belastbares und elastisch verformbares Sensorbauteil ist und die Leiterbahnen (4) eine Sensorbauelemente tragende Sensorschaltung bilden.
Elektrisch leitende Verbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorschaltung eine Dehnungsmessschaltung ist.
Elektrisch leitende Verbindung nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorschaltung weitere elektrische oder elektronische Bauelemente, insbesondere SMD-Bauteile (Surface Mounted Devices) trägt.
Elektrisch leitende Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dickschichtleiterbahnen aus einer auf gesinterten Leiterbahnpaste bestehen.
Elektrisch leitende Verbindung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnpaste aus Silber oder aus Silberplatin oder aus Silberpalladium oder aus Kupfer oder aus Gold besteht.
Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Träger (1) das Muster der Leiterbahnen (4) mit einer Leiterbahnpaste aufgedruckt und in einem folgenden Temperaturprozess eingebrannt wird, dass anschließend der Isolationsträger derart aufgelegt wird, dass dessen Verbindungsleiterbahnen (5) auf den ihnen jeweils zugeordneten Leiterbahnen (4) zur Auflage kommen und dass danach die Verbindungsleiterbahnen (5) durch Laserimpulsbeaufschlagung mit den ihnen zugeordneten Leiterbahnen (4) verschweißt werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster an Leiterbahnen (4) auf eine oder mehrere auf den als metallischen Träger (1) ausgebildeten Träger aufgebrachte Isolierschichten (2, 3) aufgedruckt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschichten (2, 3) im Siebdruckverfahren auf den Träger (1) aufgedruckt und in einem anschließenden Sinterprozess auf den Träger (19) aufgesintert werden.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Isolierschichten (2, 3) mittels Sieben mit unterschiedlichen Maschen auf den Träger (1) aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster von Leiterbahnen (4) in dem Temperaturprozess mit einer Temperatur von etwa 850°C eingebrannt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einbrennen des Musters der Leiterbahnen (4) die Leiterbahnen (4) mit elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen, insbesondere mit Sensorbauelementen, bestückt und leitend verbunden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationsträger nach Auflage der Verbindungsleiterbahnen (5) auf den Leiterbahnen (4) auf dem Träger (1) fixiert wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationsträger durch Kleben oder durch mechanische Beaufschlagung gegen den Träger (1) auf dem Träger (1) fixiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleiterbahnen (5) mit den Leiterbahnen (4) mittels durch den Isolationsträger hindurchgehenden Laserimpulsen an einem oder mehreren Schweißpunkten verschweißt werden.