DE4327560A1 - Verfahren zum Kontaktieren von Leiterbahnanordnungen und Kontaktanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kontaktieren von Leiterbahnanordnungen nach dem Anspruch 1 und auf eine Kontaktanordnung nach dem Anspruch 9.

Elektrische und elektronische Schaltungen weisen Leiterbahnzüge auf, die an Anschluß- oder Kontaktstellen mit äußeren Anschluß­ verbindungen z. B. in Form von Drähten verbunden werden. Die Anschlußdrähte werden z. B. durch Löten, Ultraschallbonden, Thermokompression oder Spaltelektrodenschweißen an den Kontakt stellen befestigt. Üblich sind auch äußere Anschlußverbindungen durch elektrisch leitende Kleber, beispielsweise Schmelzkleber oder Kleber mit einem Lösungsmittelzusatz.

Aus der DE-OS 28 31 984 ist eine Kontaktanordnung bekannt, bei der auf einem starren Substrat eine Mehrzahl von räumlich be­ grenzten Kontaktstellen vorhanden ist, die durch mittels Sieb­ druck aufgebrachtem, elektrisch leitfähigen Schmelzkleber be­ deckt sind. Ein flexibles Substrat wird so vorbereitet, daß Kontaktstellen auf diesem hinsichtlich ihrer Lage und Ausrich­ tung dem jeweiligen Gegenstück auf dem starren Substrat ent­ sprechen. Um die elektrische und mechanische Verbindung herzu­ stellen, wird ein erwärmter Stempel auf die mit dem Schmelz­ kleber versehenen Bereiche abgesenkt, wobei der Schmelzkleber erweicht und anschließend bei Erkalten wieder verfestigt wird. Bei dieser Kontaktanordnung ist nicht auszuschließen, daß bei eng benachbarten Kontaktstellen der leitfähige Schmelzkleber einen Kurzschluß zu benachbarten leitenden Bereichen erzeugt. Die Verbindung ist darüberhinaus bei höheren Temperaturen nicht beständig.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Kontaktieren von Leiterbahnanordnungen und eine Kontaktanordnung zu schaf­ fen, die auch bei miniaturisierten Schaltungen unabhängig vom Leiterbahnmaterial und den Umgebungsbedingungen einen stabilen, insbesondere elektrisch stabilen Kontakt gewährleisten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in den Ansprüchen 1 und 9 angegebenen Merkmale gelöst. Das zweite Substrat bildet aufgrund des oder der Durchgangslöcher eine Maske, deren Durch­ gangsöffnungen mit einer leitfähigen Füllung versehen werden, so daß vorteilhaft in Hinsicht auf eine miniaturisierte Bauweise die elektrische Verbindung an den Kontaktstellen des ersten Substrats lokal im wesentlichen auf die Querschnittsfläche der Durchgangslöcher begrenzt ist. Das Aufbringen der leitfähigen Füllung durch die Maske hat darüberhinaus den Vorteil, daß definierte Mengen der Füllung aufgebracht werden können und so ein Verlaufen der Füllung in die Leiterbahnanordnung ausge­ schlossen ist. Darüberhinaus ist das Verfahren automatisierbar, so daß große Stückzahlen kostengünstig kontaktiert werden kön­ nen. Das Material bzw. die Ausbildung des zweiten Substrats kann vollkommen unabhängig von den Gegebenheiten beim ersten Substrat bestimmten Erfordernissen entsprechend gewählt werden; das Substrat kann beispielsweise starr oder flexibel, dick oder dünn sein. Damit wird auch ermöglicht, das Befestigungsverfah­ ren für die Anschlußdrähte zweckentsprechend zu wählen. Die Leiterbahnanordnung auf dem zweiten Substrat von dem oder den Durchgangslöchern zu einem Anschlußfleck für die Verdrahtung kann aus auf das Befestigungsverfahren abgestimmten Materialien aufgebaut sein, beispielsweise aus Materialien, die besonders geeignet für Lötvorgänge sind.

Eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß die Füllung des oder der Durchgangslöcher so vorgenom­ men wird, daß Teile der Anschlußbereiche auf der dem ersten Substrat abgewandten Oberfläche des zweiten Substrats in einen Bereich, der größer ist als der durch den Querschnitt der Durchgangslöcher definierte, von dem Füllmaterial überdeckt werden; man erhält so eine mechanisch besonders robuste Aus­ führung mit einem großflächigen Kontakt auf dem zweiten Sub­ strat. Bei einer wenig Füllmaterial benötigenden Verfahrens­ variante ist vorgesehen, daß die Mantelfläche des oder der Durchgangslöcher mit elektrisch leitendem Material beschichtet wird; dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Beschichtung im Lauf der Herstellungsprozesse des zweiten Substrats ohne einen separaten Verfahrensschritt mit vorgenommen werden kann. Bei dieser Variante ist eine vollständige Füllung der Durchgangs­ löcher nicht zwingend erforderlich.

Die Verwendung eines leitfähigen Klebers hat den Vorteil, daß Leiterbahnen, die wegen ihrer Schichtdicke oder ihres Materials nicht schweißbar oder lötbar sind, ohne weiteres kontaktiert werden können; auf die Abscheidung und Strukturierung lötbarer oder schweißbarer Schichten kann verzichtet werden, was z. B. bei Dünnfilmschaltungen den Gesamtprozeß vereinfacht und ko­ stengünstiger macht. Die Verwendung leitfähiger Epoxidharze z. B. hat den Vorteil der besseren Temperaturbeständigkeit ge­ genüber einer weichgelöteten Kontaktanordnung. Das Aushärten des Klebers kann vorteilhaft unterhalb 200° Celsius erfolgen, so daß Substrate aus organischem Material eingesetzt werden können, die vorteilhaft auch als flexible Substrate aus z. B. Polyimid ausgebildet sein können.

Bei der erfindungsgemäßen Verwendung eines leitfähigen Klebers wird in vorteilhafter Weise die Leitfähigkeit und die niedrige Aushärtetemperatur genutzt, wozu noch die Klebeigeschaften als zusätzlicher Vorteil hinzukommen.

Insbesondere der Einsatz eines niedrigschmelzenden Lots als Füllmittel hat den Vorteil, daß auf sehr kleinen Lötstellen, nämlich solchen mit einem Durchmesser kleiner als 0,5 mm, defi­ niert gelötet werden kann, d. h. es können in vorteilhafter Weise kleine Flächen kontaktiert werden, die ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht mehr lötbar sind.

Der Einsatz von leicht zu verarbeitenden Dickschichtpasten ist z. B. dann vorteilhaft, wenn keramische Substrate verwendet werden.

Bildet man eine Kontaktstelle auf dem ersten Substrat länglich aus, so erweist sich die Zuordnung mehrerer Durchgangslöcher zu dieser Kontaktstelle als fertigungstechnisch vorteilhafte, besonders stabile Ausgestaltung.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Kontakt­ anordnung in vergrößerter, nicht maßstäblicher Darstellung,

Fig. 2 die Anordnung nach Fig. 1 in Draufsicht,

Fig. 3 die Anordnung nach den Fig. 1 und 2 in perspektivi­ scher Darstellung

Fig. 4 eine Einzelheit aus Fig. 3.

Mit 1 ist in den Figuren das Substrat, beispielsweise einer Leiterplatte, bezeichnet, auf der eine Leiterbahnanordnung 2 ausgebildet ist. Die Leiterbahn kann Teil einer nicht näher dargestellten elektrischen oder elektronischen Schaltung sein. Über Kontaktstellen 3, im dargestellten Fall an den Enden der einen mäanderförmigen Bereich aufweisenden Leiterbahn, ist eine Verbindung mit beispielsweise einer Auswerteschaltung, einer Stromversorgung etc. herstellbar. Die Kontaktstelle 3 ist flä­ chenhaft z. B. in angenäherter Ellipsenform ausgebildet. Das Substrat kann beispielsweise auch eine Polyimidfolie sein, auf der die Leiterbahnanordnung eine Dehnungsmeßstreifenanordnung bildet.

Auf dem Substrat 1 wird ein zweites Substrat 4 durch Kleben befestigt, das Durchgangslöcher 5 aufweist, die in ihrer Anord­ nung den Kontaktstellen 3 auf dem Substrat 1 entsprechen. Die Durchgangslöcher 5 sind im Ausführungsbeispiel zylindrisch und weisen einen Durchmesser von wenigen Zehntel Millimetern auf und liegen nach Ausrichtung und Befestigung des Substrats 4 mittig über den Kontaktstellen 3 auf dem ersten Substrat 1.

Das zweite Substrat 4 ist mit jeweils Anschlußbereiche 6, 7 bildenden Leiterbahnanordnungen versehen, wobei für jedes Durchgangsloch 5 ein Leiterbahnzug 6 zu einem äußeren Anschluß­ fleck 7 vorgesehen ist. Am Anschlußfleck 7 kann ein Anschluß­ draht angelötet, angeschweißt oder mittels Ultraschallbonden oder Thermokompression, Kleben oder jedes anderen geeigneten Verfahrens befestigt werden. Das Material und die Abmessungen der Leiterbahnanordnung auf dem zweiten Substrat 4 kann belie­ big gewählt werden, so daß sowohl unterschiedliche Substratma­ terialien gewählt werden können als auch bei der Befestigung der Anschlußdrähte aus einem weiten Spektrum von Befestigungs­ möglichkeiten ausgewählt werden kann. Das Substrat 4 kann somit je nach den Erfordernissen starr oder flexibel ausgebildet werden.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel wurde das Durchgangsloch 5 so mit einer Füllung 8, einem elektrisch leitenden Kleber, gefüllt, daß der Kleber am oberen Rand noch Teile des Anschluß­ bereichs 6, 7 überdeckt, der an dieser Stelle eine flächenmäßi­ ge Erweiterung aufweist (Fig. 3 und 4).

Nicht dargestellt ist eine besonders für dickere Substrate geeignete Ausführungsform, bei der die Mantelfläche der Durch­ gangslöcher mit einer leitenden Beschichtung versehen wird und die Durchgangslöcher nur teilweise mit der leitenden Füllung versehen werden. Die Mantelfläche und der Leiterbahnzug bilden eine leitende Verbindung zu dem Kontaktfleck, an dem der An­ schlußdraht befestigt wird.

Nicht dargestellt ist ferner eine Ausführungsform der Erfin­ dung, bei der die Kontaktstelle auf dem ersten Substrat läng­ lich, z. B. als verbreiterte Fortsetzung der Leiterbahn, ausge­ bildet ist, wobei mehrere Durchgangslöcher im zweiten Substrat dieser länglichen Kontaktstelle zugeordnet sind.

Mit der Erfindung ist es in vorteilhafter Weise möglich, z. B. bei Dehnungsmeßstreifenanordnungen, die eine flexible dünne Trägerfolie und eine filigrane Leiterbahnanordnung mit Kontakt­ stellen aus Materialien aufweisen, die nicht für z. B. einen Lötvorgang geeignet sind, über Anordnung und Ausgestaltung des auf der Dehnungsmeßstreifen-Trägerfolie aufgeklebten zweiten Substrats eine robuste und zuverlässige Lötverbindung von äuße­ ren Anschlußdrähten zu ermöglichen. Das zweite Substrat dient bei geeigneter Ausgestaltung darüber hinaus auch der Verbes­ serung der Handhabbarkeit der empfindlichen Dehnungsmeßstrei­ fen.

Claims (12)

1. Verfahren zum Kontaktieren von Leiterbahnanordnungen (2), insbesondere von Dehnungsmeßstreifenanordnungen, bei dem auf ein Substrat (1) mit Leiterbahnanordnung (2) und zu­ mindest einer Kontaktstelle (3) ein zweites Substrat (4) aufgebracht wird, das zumindest ein mit zumindest einem Anschlußbereich (6, 7) verbindbares, der Kontaktstelle (3) des ersten Substrats (1) zugeordnetes Durchgangsloch (5) aufweist, bei dem Durchgangsloch (5) und Kontaktstelle (3) zueinander fluchtend ausgerichtet werden, bei dem beide Substrate (1, 4) gegeneinander fixiert werden und bei dem das Durchgangsloch (5) so mit einer Füllung (8) versehen wird, daß Anschlußbereich (6, 7) auf dem zweiten Substrat (4) und Kontaktstelle (3) des ersten Substrats (1) elek­ trisch leitend verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung (8) zumindest Teile des Anschlußbereichs (6, 7) übergreift.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche des Durchgangslochs (5) mit einer mit dem Anschlußbereich (6, 7) in Verbindung stehenden, elektrisch leitenden Schicht versehen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Durchgangsloch (5) mit einem leitfähigen Kleber gefüllt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Durchgangsloch (5) mit einem niedrig schmelzenden Lot gefüllt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Durchgangsloch (5) mit einer Dick­ schichtpaste gefüllt wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung (8) bei erhöhten Temperaturen ausgehärtet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der leitfähige Kleber bei Temperaturen bis 200° Celsius ausge­ härtet wird.

9. Kontaktanordnung mit einem eine Leiterbahnanordnung (2), insbesondere eine Dehnungsmeßstreifenanordnung, und zumin­ dest eine Kontaktstelle (3) aufweisenden ersten Substrat (1), einem zumindest einen Anschlußbereich (6, 7) zur äuße­ ren elektrischen Verbindung und zumindest ein Durchgangs­ loch (5) aufweisenden, mit dem ersten Substrat (1) verbun­ denen zweiten Substrat (4), und einer elektrisch leitenden Füllung (8) in dem Durchgangsloch (5), wobei Durchgangsloch (5) und Kontaktstelle (3) einander zugeordnet sind und über die elektrisch leitende Füllung (8) die Kontaktstelle (3) mit dem Anschlußbereich (6, 7) verbunden ist.

10. Kontaktanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und/oder das zweite Substrat (1, 4) als Kera­ miksubstrat ausgebildet sind.

11. Kontaktanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und/oder das zweite Substrat (1, 4) flexibel ausgebildet sind.

12. Kontaktanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere vorzugsweise zylindrische Durchgangslöcher (5) einer Kon­ taktstelle (3) und einem Anschlußbereich (6, 7) zugeordnet sind.