Titel

Elektronisches Bauelement mit einem Anschlusselement

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauelement. Das elektronische Bauelement weist ein elektrisches Bauteil mit zwei elektrischen Anschlüssen auf, welche jeweils an zueinander gegenüberliegenden Flächen, insbesondere Stirnflächen des Bauteils ausgebildet sind. Das Bauelement weist für jeden Anschluss wenigstens ein elektrisch leitfähiges Anschlusselement auf. Das Anschlussele- ment weist einen Befestigungsfuß zum Verbinden mit einem Schaltungsträger auf, wobei das Anschlusselement mit dem elektrischen Anschluss des Bauelements stoffschlüssig verbunden und ausgebildet ist, das Bauelement zu tragen.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß weist das Anschlusselement wenigstens auf einem Abschnitt des Anschlusselements wenigstens zwei Metallschichten auf, wobei die Metallschichten jeweils aus zueinander verschiedenen Metallen gebildet sind. Die Me- tallschichten sind miteinander stoffschlüssig verbunden, wobei eine Basisschicht der Metallschichten mit dem Anschluss verbunden ist, und im Bereich des Befestigungsfußes zum elektrischen Verbinden, insbesondere stoffschlüssigen Verbinden, insbesondere Lötverbinden, Sinterverbinden, oder elektrisch leitfähigen Klebverbinden mit einem Schaltungsträger ausgebildet ist. Bevorzugt ist die we- nigstens eine weitere Metallschicht der Metallschichten zu der Basisschicht thermisch oder zusätzlich elektrisch parallel geschaltet. Bevorzugt weist eine weitere Metallschicht, insbesondere die mit der Basisschicht stoffschlüssig verbun- dene Metallschicht, eine größere thermische Leitfähigkeit auf als die Basisschicht. So kann vorteilhaft von dem elektronischen Bauelement erzeugte Verlustwärme über das Anschlusselement mit verbesserter Wärmeleitfähigkeit abgeführt werden, im Vergleich zu einem Anschlusselement, welches nur aus der Basisschicht gebildet ist. Weiter vorteilhaft kann so über dasselbe Bauelement eine größere Verlustleistung erzeugt werden, verglichen mit einem Bauelement, welches ein Anschlusselement, bestehend aus der Basisschicht, aufweist.

Bevorzugt sind die Metallschichten mindestens von der Verbindung zum An- schluss des Bauelements, bis hin zum Befestigungsfuß, insbesondere ununterbrochen, stoffschlüssig miteinander verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise durch Plattieren, insbesondere Walzplattieren, Elektroplattie- ren, oder kathodisches Aufstäuben, oder durch Hartlöten oder durch Laserschweißen erzeugt werden. So kann das Anschlusselement, und so auch das Bauelement, vorteilhaft aufwandsgünstig bereitgestellt werden. So kann beispielsweise zum Erzeugen des Anschlusselements, insbesondere eines Anschlusswinkelelements, ein Blech umfassend die zwei Metallschichten, nämlich die zuvor genannte Basisschicht und die weitere Metallschicht, welche eine größere Wärmeleitfähigkeit aufweist als die Basisschicht, dadurch erzeugt werden, dass die Metallschichten mittels Plattieren, insbesondere Walzplattieren miteinander verbunden werden. Das so doppelschichtig ausgebildete Blech kann dann mittels eines Stanz- und/oder Umformprozesses zu dem abgewinkelten Anschlusselement geformt werden.

Vorteilhaft braucht so zum Erzeugen des Bauelements mit einem Anschlusselement, welches das elektronische Bauteil aufweist, ein Herstellungsprozess nicht grundsätzlich verändert werden.

Vorteilhaft kann nämlich ein Anschlusselement, das nur aus einer Metallschicht gebildet ist, durch ein Anschlusselement umfassend wenigstens zwei Metallschichten ersetzt werden. Dadurch kann ein thermisch verbessertes Bauelement gebildet sein.

Bevorzugt weist das Anschlusselement dazu wenigstens zwei, nur zwei, oder drei Metallschichten auf. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Basisschicht durch eine Legierung, umfassend Eisen, gebildet, und die weitere Schicht mit der größeren thermischen Leitfähigkeit als die Basisschicht, durch eine Kupferschicht gebildet.

Dadurch kann das Bauelement vorteilhaft aufwandsgünstig bereitgestellt werden. Vorteilhaft braucht im Falle von Kupfer als weitere Schicht eine Schichtdicke der weiteren Metallschicht nur einen Teil der Schichtdicke der Basisschicht betragen, um so eine deutliche Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit des Anschlusselements zu erzeugen.

Bevorzugt beträgt eine Schichtdicke der mit der Basisschicht unmittelbar verbundenen weiteren Metallschicht zwischen einem Zehntel und der Hälfte der Schichtdicke der Basisschicht. Beispielsweise beträgt eine Schichtdicke der weiteren Schicht, als Kupferschicht, ein Drittel der Schichtdicke der Basisschicht, insbesondere einer Eisenlegierungs-Schicht. Die Basisschicht ist beispielsweise durch eine Legierung, umfassend 30 bis 45 Prozent Nickel oder zusätzlich wenigstens einen weiteren Legierungsbestandteil, und als übrigen Bestandteil oder Hauptbestandteil Eisen gebildet. Vorteilhaft weist die Basisschicht aus einer solchen Legierung eine hinreichend gute elektrische Leitfähigkeit und einen geringen thermische Ausdehnungskoeffizienten auf. Der thermische Ausdehnungskoeffizient einer solchen Basisschicht beträgt bevorzugt weniger als 10 ppm pro Kelvin.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Bauelement ein Kondensator, insbesondere ein keramischer Kondensator oder ein Folienkondensator, beispielsweise ein SMD-Folienkondensator (SMD = Surface-Mounted-Device). So kann vorteilhaft ein Leistungskondensator als Bauelement gebildet sein, welcher im Vergleich zu demselben Leistungskondensator mit einem Anschlusselement, gebildet aus nur einer Basisschicht, eine größere Wärmeleistung erzeugen und auch abführen kann.

Bevorzugt weist das elektronische Bauelement ein elektrisches Bauteil, insbesondere einen Kondensator, eine Diode oder einen Widerstand mit einer Quaderform oder Zylinderform auf, wobei Stirnflächen des Bauteils jeweils durch einen elektrischen Anschluss gebildet sind. Dadurch kann das Bauelement vorteilhaft platzsparend mit dem Anschlusselement mit einem Schaltungsträger verlötet werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Bauteil ein Widerstand oder eine

Diode, insbesondere eine Halbleiterdiode, bevorzugt Leistungs-Halbleiterdiode. Der Widerstand und/oder die Diode sind jeweils ausgebildet, mit einem Schaltungsträger verlötet, insbesondere reflow-verlötet, selektivverlötet, oder wellenverlötet zu werden. Dazu kann das Bauelement mit dem Befestigungsfuß auf den Schaltungsträger und auch auf eine elektrisch leitfähige Schicht, insbesondere eine Leiterbahn des Schaltungsträgers, gestellt werden, wobei die elektrisch leitfähige Schicht mit einer Lotpaste bedruckt worden ist. In einem anschließenden Schritt zum Verlöten des Bauelements mit dem Schaltungsträger kann der Schaltungsträger zusammen mit dem Bauelement - beispielsweise in einem Reflow- Lötofen - verlötet werden.

Bevorzugt ist das Bauelement zum Lötverbinden, bevorzugt Reflow-Lötverbinden mit dem Schaltungsträger ausgebildet. Durch die gute thermische Anbindung an den Schaltungsträger ist das Bauelement gut gekühlt. Vorteilhaft braucht das Bauelement, insbesondere der zuvor erwähnte Kondensator, Widerstand oder die Diode, nicht zusätzlich durch einen weiteren Kühlkörper gekühlt werden, und so auch nicht an einen weiteren, gesonderten Kühlkörper, beispielsweise eine Konvektionsrippen aufweisenden Aluminiumkühlkörper, angekoppelt werden, um über das Bauelement größere Leistungen führen zu können und so auch größere Verlustleistungen in Form von Verlustwärme zu erzeugen.

Die weitere Metallschicht, welche mit der Basisschicht stoffschlüssig verbunden ist, ist bevorzugt eine Kupferschicht, eine Aluminiumschicht oder eine Silberschicht. Die Silberschicht weist vorteilhaft eine große Wärmeleitfähigkeit auf, so- dass die weitere Metallschicht als Silberschicht, verglichen mit einer Aluminiumoder Kupferschicht, dünner ausgebildet sein kann, um dieselbe Wärmeleistung über das Anschlusselement zum Schaltungsträger hin zu führen. In einer bevorzugten Ausführungsform des Bauelements ist das Anschlusselement ein Winkelelement, welches zwei aneinander angeformte und sich in einem vorbestimmten Winkel zueinander erstreckende Schenkel aufweist. Ein Schenkel des Anschlusselements bildet dabei einen Befestigungsfuß, wobei der weitere Schenkel einen Anschlussschenkel bildet, welcher mit dem elektrischen An- schluss verbunden, insbesondere lötverbunden mittels eines leitfähigen Klebstoffs elektrisch leitfähig klebeverbunden, oder schweißverbunden ist. Die Schweißverbindung ist beispielsweise mittels Widerstandsschweißen oder Laserschweißen erzeugt. So kann das Bauelement vorteilhaft aufwandsgünstig mit einem Befestigungsfuß versehen sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Anschlusselement eine weitere Metallschicht auf, welche aus dem Metall der Basisschicht gebildet ist. Die Metallschicht mit der größeren thermischen Leitfähigkeit im Vergleich zu der Basis- schicht ist zwischen der Basisschicht und der weiteren Metallschicht aus dem

Metall der Basisschicht - insbesondere nach Art eines Sandwiches - eingeschlossen. Bevorzugt ist die weitere Metallschicht aus dem Metall der Basisschicht mit der weiteren Metallschicht mit der größeren thermischen Leitfähigkeit stoffschlüssig verbunden. Auf diese Weise ist ein stoffschlüssig verbundener Sandwichverbund gebildet, welcher vorteilhaft - beispielsweise mittels Walzplattieren - als Rohblech-Ausgangsmaterial zum Erzeugen des Anschlusselements aufwandsgünstig bereitgestellt werden kann. Das so gebildete Anschlusselement weist vorteilhaft bei Temperaturveränderungen eine kleinere Verkrümmung quer zu seiner flachen Erstreckung auf, insoweit ein Bimetalleffekt, erzeugt durch zu- einander verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten der zueinander verschiedenen Metallschichten, durch die weitere Metallschicht, welche aus dem Metall der Basisschicht gebildet ist, kompensiert werden kann.

In einer anderen Ausführungsform ist die weitere Metallschicht aus einem zur Basisschicht verschiedenen Metall gebildet und weist denselben oder einen gleichartigen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Basisschicht auf. So kann vorteilhaft eine Verbiegung des Anschlusselements bei Temperaturveränderungen und so ein Ablösen des Anschlusselements von dem Anschluss oder von dem Schaltungsträger verhindert werden. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus den in den abhängigen Ansprüchen und in den Figuren beschriebenen Merkmalen.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Verbindungsanordnung mit einem quaderförmigen elektronischen Bauelement, welches an zueinander gegenüberliegenden Stirnseiten angeordnete elektrische Anschlüsse aufweist, welche mittels eines doppelschichtig ausgebildeten Anschlusselements mit einem Schaltungsträger lötverbunden sind;

Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein elektronisches Bauelement, welches Anschlusselemente mit jeweils drei Metallschichten aufweist.

Figur 1 zeigt - schematisch - ein Ausführungsbeispiel für eine Verbindungsanordnung 1. Die Verbindungsanordnung 1 weist ein elektronisches Bauelement 2 auf. Das elektronische Bauelement 2 weist in diesem Ausführungsbeispiel ein elektronisches Bauteil 3, in diesem Ausführungsbeispiel einen Kondensator, insbesondere einen keramisch ausgebildeten Kondensator, auf. Das elektronische Bauteil 3 weist einen elektrischen Anschluss 4 und einen elektrischen Anschluss 5 auf. Die elektrischen Anschlüsse 4 und 5 sind jeweils als elektrisch leitfähige Schicht ausgebildet, welche das elektronische Bauteil 3, in diesem Ausführungsbeispiel den Kondensator, zwischen einander einschließen und welche sich parallel zueinander erstrecken.

Das Bauelement 2 weist auch ein Anschlusselement 8 auf, wobei das Anschlusselement 8 durch ein Wnkelelement gebildet ist. Das Anschlusselement 8 weist einen Befestigungsfuß 14 auf, welcher durch einen Schenkel des Anschlusselements 8 gebildet ist, und einen weiteren Schenkel 18, wobei der Anschlussschenkel 18 eine Kontaktfläche 20 aufweist, welche zu dem Anschluss 5 weist, und mittels eines Lotmittels 6 mit dem Anschluss 5 stoffschlüssig lötverbunden ist. Der Schenkel des Anschlusselements 8, welcher den Befestigungsfuß 14 bildet, erstreckt sich in einen rechten Winkel zu dem Anschlussschenkel 18.

Das Anschlusselement 8 weist in diesem Ausführungsbeispiel zwei Metallschichten auf, nämlich eine Basisschicht 10 und weitere Metallschicht 12, welche jeweils aufeinander liegen und stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Die stoffschlüssige Verbindung zwischen der Basisschicht 10 und der weiteren Metallschicht 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel mittels Walzplattieren erzeugt.

Die Basisschicht 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus einer Eisen-Nickel- Legierung gebildet, wobei der Nickelanteil 42 Prozent beträgt. Die weitere Metallschicht 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch eine Kupferschicht gebildet. Eine Dickenerstreckung der weiteren Metallschicht 12 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel einem Drittel der Dickenerstreckung der Basisschicht 10.

Beispielsweise beträgt eine Dickenerstreckung der Basisschicht 10 0,6 Millimeter und eine Dickenerstreckung der weiteren Metallschicht 12, in diesem Ausführungsbeispiel der Kupferschicht, 0,2 Millimeter. Bei einer solchen Schichtanordnung des Anschlusselements 8 kann im Vergleich zu einem Anschlusselement, welches nur die Basisschicht 10 umfasst, 30 Prozent mehr Wärme von dem Bauelement 2 über das Anschlusselement 8 abgeführt werden.

Der Befestigungsfuß 14 ist in diesem Ausführungsbeispiel mittels eines Lotmittels 25 mit einer elektrisch leitfähigen Schicht 23, insbesondere einer Leiterbahn, eines Schaltungsträgers 22, verbunden. Der Schaltungsträger 22 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine elektrisch isolierende Schicht 45, insbesondere eine faserverstärkte Epoxidharzschicht oder eine Keramikschicht auf, welche mit der elektrisch leitfähigen Schicht 23 als Bestandteil des Schaltungsträgers 22 verbunden ist. Der Schaltungsträger 22 weist auch eine elektrisch leitfähige Schicht 24, insbesondere eine Leiterbahn auf, welche mittels eines Lotmittels 26 mit dem Besfestigungsfuß 15 eines Anschlusselements 9 verlötet ist, und so mit dem An- schluss 4 des Bauelements 2 elektrisch leitfähig verbunden ist. Das Anschlusselement 9 ist in diesem Ausführungsbeispiel Bestandteil des Bauelements 2, wo- bei das Anschlusselement 9 wie das Anschlusselement 8 ausgebildet ist. Dazu weist das Anschlusselement 9 einen Anschlussschenkel 19 auf, welcher eine Kontaktfläche 21 aufweist, welche dem elektrischen 4, gebildet durch eine elektrisch leitfähige Schicht zugewandt ist und mittels eines Lotmittels 7 mit dem elektrischen Anschluss 4 des Bauelements 2 verlötet ist.

An dem Anschlussschenkel 19 ist ein weiterer Schenkel, gebildet durch einen Befestigungsfuß 15, angeformt. Der Schenkel, gebildet durch den Befestigungsfuß 15, und der Anschlussschenkel 19, erstrecken sich jeweils in einem rechten Winkel zueinander.

Das Anschlusselement 9 weist eine Metallschicht auf, welche eine Basisschicht 1 1 bildet. Die Basisschicht 11 entspricht der Basisschicht 10 des Anschlusselements 8. Mit der Basisschicht 1 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine mittels Walzplattieren stoffschlüssig verbundene weitere Metallschicht 13, in diesem Ausführungsbeispiel eine Kupferschicht, verbunden. Die weitere Metallschicht 13 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Dickenerstreckung auf, welche ein Drittel einer Dickenerstreckung der Basisschicht 1 1 beträgt.

Zum Erzeugen der Verbindungsanordnung 1 kann das Bauelement 2 auf den Schaltungsträger 3 gestellt werden, wobei der Schaltungsträger 3, insbesondere die elektrisch leitfähigen Schichten 23 und 24, jeweils mit einer Lotpaste, als Lotmittel 25 beziehungsweise 26 bedruckt sein kann.

Das Bauelement 2 kann dann zum Lötverbinden mit dem Schaltungsträger 22 auf den Schaltungsträger 22 gestellt werden. Dazu kann der Befestigungsfuß 14 des Anschlusselements 8 mit einer Kontaktfläche 16 des Befestigungsfußes 14, welcher in diesem Ausführungsbeispiel eine Standfläche bildet, auf das Lotmittel 25 gesetzt werden und der Befestigungsfuß 15 des Anschlusselements 9, mit einer Kontaktfläche 17, welche eine Standfläche des Anschlusselements 9 bildet, auf das Lotmittel 26 gesetzt werden. Zum Verlöten des Bauelements 2 mit dem Schaltungsträger 22 kann dann die Verbindungsanordnung 1 in einem Lötofen Reflow-verlötet werden.

Figur 2 zeigt - schematisch - ein Ausführungsbeispiel für ein Bauelement 40. Das Bauelement 40 weist in diesem Ausführungsbeispiel ein elektrisches Bauteil 27 auf. Das elektrische Bauteil 27 ist beispielsweise durch eine Diode, insbesondere eine Halbleiterdiode, einen Kondensator oder einen Widerstand gebildet.

Das elektrische Bauteil 27 kann in einer anderen Ausführungsform auch als Kondensator, insbesondere als keramischer Kondensator oder als Widerstand, ausgebildet sein. Das elektrische Bauteil 27 weist einen elektrischen Anschluss 28, einen elektrischen Anschluss 29 auf. Der elektrische Anschluss 28 ist mittels eines Lotmittels 43 mit einem Anschlussschenkel 42 eines Anschlusselements 30 verbunden. Das Anschlusselement 30 weist einen an den Anschlussschenkel 42 angeformten Befestigungsfuß 38 als weiteren Schenkel auf. Der Befestigungsfuß 38 und der Anschlussschenkel 42 erstrecken sich in diesem Ausführungsbeispiel in einem rechten Wnkel zueinander.

Das Anschlusselement 30 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel eine Metallschicht 32 als Basisschicht, welche mit einer weiteren Metallschicht 34, welche eine größere thermische Leitfähigkeit aufweist als die Basisschicht 32, stoffschlüssig verbunden. Die weitere Metallschicht 34 mit der größeren elektrischen Leitfähigkeit als die Basisschicht 32 ist mit einer weiteren Metallschicht 36 stoffschlüssig verbunden, wobei die weitere Metallschicht 36 aus dem Metall der Basisschicht 32 gebildet ist. Auch so kann vorteilhaft ein Bimetalleffekt, welcher aufgrund zueinander verschiedener Wärmeausdehnungskoeffizienten der Basisschicht 32 und der weiteren Metallschicht 34 entstehen kann, kompensiert werden.

Die Basisschicht 32 und die weitere Metallschicht 36 sind in diesem Ausführungsbeispiel aus einer Eisen-Nickel-Legierung gebildet, wobei ein Nickelanteil der Legierung 42 Prozent beträgt. Die weitere Metallschicht 34, welche eine größere thermische Leitfähigkeit aufweist als die Metallschichten 32 und 36, ist in diesem Ausführungsbeispiel durch eine Kupferschicht gebildet. Eine Dickener- Streckung der weiteren Metallschicht 34 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 1/3 der Dickenerstreckung der Basisschicht 32. Eine Dickenerstreckung der weiteren Metallschicht 36 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel die Hälfte der Dickenerstreckung der Basisschicht 32.

Das Bauelement 40 weist in diesem Ausführungsbeispiel auch einen weiteren elektrischen Anschluss 29 auf, welcher mittels eines Lotmittels 44 mit einem Anschlussschenkel 41 eines Anschlusselements 31 verbunden ist. Das Anschlusselement 31 weist einen Befestigungsfuß 39 auf, welcher einen Schenkel des An- Schlusselements 31 bildet. Der Befestigungsfuß 39 und der Anschlussschenkel

41 des Anschlusselements 31 erstrecken sich jeweils in einem rechten Winkel zueinander.

Das Anschlusselement 31 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel eine Metall- schicht als Basisschicht 33, welche stoffschlüssig, in diesem Ausführungsbeispiel mittels Walzplattieren, mit einer weiteren Metallschicht 35 verbunden ist. Die Metallschichten 33 und 35 liegen in diesem Ausführungsbeispiel unmittelbar aufeinander. Die weitere Metallschicht 35 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine größere thermische Leitfähigkeit als die Basisschicht 33. Die weitere Metall- schicht 35 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit einer weiteren Metallschicht 37 stoffschlüssig verbunden. Die Metallschichten 33 und 37 schließen die weitere Metallschicht 35 - nach Art eines Sandwiches - zwischen einander ein.

Bei dem Anschlusselement 30 schließen die Metallschichten 32 und 36 die wei- tere Metallschicht 34 - nach Art eines Sandwiches - zwischen einander ein. Die weitere Metallschicht 35 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Kupferschicht ausgebildet. Die Basisschicht 33 und die weitere Metallschicht 37 sind in diesem Ausführungsbeispiel durch eine Eisenlegierung, umfassend 42 Prozent Nickel, gebildet.

Das Anschlusselement 30 kann anstelle des Anschlusselements 8 in Fig. 1 mit dem elektronischen Bauteil 3, und dort mit dem elektrischen Anschluss 5, lötverbunden sein. Das Anschlusselement 31 kann anstelle des Anschlusselements 9 in Figur 1 mit dem elektronischen Bauteil 3, und dort mit dem elektri- sehen Anschluss 4, lötverbunden sein. Das elektronische Bauteil 3 kann somit anstelle der Anschlusselemente 8 und 9 die Anschlusselemente 30 beziehungsweise 31 aufweisen.

Die jeweils einen Befestigungsfuß bildenden Schenkel der Anschlusselemente

30 und 31 weisen in diesem Ausführungsbeispiel voneinander ab. In einer anderen Ausführungsform können die durch die Befestigungsfüße 38 und 39 gebildeten Schenkel aufeinander zuweisen. In dieser Ausführungsform erstrecken sich die Befestigungsfüße 38 und 39 jeweils parallel zu dem elektronischen Bauteil 27, sodass im Fall einer Verbindungsanordnung, wie die Verbindungsanordnung

1 , die Befestigungsfüße 38 und 39 zwischen dem elektronischen Bauteil 27 und dem Schaltungsträger 22 angeordnet sind.