Beschreibung

Verfahren zur Befestigung eines Kontaktelements bei einem elektrischen Bauteil und elektrisches Bauteil mit

Kontaktelernent

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur

Befestigung eines Kontaktelements bei einem elektrischen Bauteil. Beispielsweise ist das Bauteil als Temperatursensor ausgebildet. Das Bauteil kann als Grundkörper einen

keramischen Heißleiter (NTC) -Chip aufweisen.

Zur elektrischen Kontaktierung des Grundkörpers werden oftmals Anschlussdrähte durch Löten an einer eingebrannten Silbermetallisierung des Grundkörpers befestigt. Die

Einsatztemperatur einer Lötverbindung ist jedoch durch die Schmelztemperatur der Lote begrenzt. Hochbleihaltige Lote haben eine Schmelztemperatur von ca. 300°C und die meisten bleifreien Lote schmelzen bereits bei Temperaturen von 230°C. Lötverbindungen sind bei häufigen Temperaturwechsel

belastungen nicht ausreichend zuverlässig. Zudem neigen viele Lotmaterialien in feuchter oder nasser Umgebung zu Migration.

Weiterhin werden Anschlussdrähte auch durch Sintern einer metallischen Sinterpaste an einer eingebrannten

Goldmetallisierung befestigt. Dies ist insbesondere für höhere Einsatztemperaturen von 250°C bis 300°C üblich. Diese Art der Herstellung ist jedoch aufgrund des Goldmaterials und der aufwändigen Prozessführung mit Pastenaufbringung,

Pastentrocknung und Einbrand mit hohen Kosten verbunden.

Auch eine Befestigung durch Anschweißen der Anschlussdrähte wurde bereits vorgeschlagen, beispielsweise in der Druckschrift WO 2016/012311 Al. Es hat sich allerdings herausgestellt, dass bei derartigen Schweißverfahren die Gefahr der Zerstörung des Grundkörpers und/oder der

Metallisierung groß ist und die Herstellung eines

zuverlässigen Bauteils mit hohen Prozesskosten verbunden ist.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein

verbessertes Verfahren zur Befestigung eines Kontaktelementes bei einem elektrischen Bauteil anzugeben und ein elektrisches Bauteil mit Kontaktelement anzugeben, das eine erhöhte

Zuverlässigkeit aufweist.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Befestigung eines Kontaktelements bei einem elektrischen Bauteil angegeben. Das Bauteil ist

beispielsweise als Temperatursensor ausgebildet. Das

Verfahren eignet sich für eine Vielzahl von Bauteilen, beispielsweise NTC-Thermistoren, PTC-Thermistoren oder

Varistoren. Insbesondere eignet sich das Verfahren auch für keramische Vielschichtbauteile.

Im Verfahren werden ein Grundkörper und ein Kontaktelement bereitgestellt. Insbesondere kann das Kontaktelement

metallisch sein. Beim Kontaktelement handelt es sich

beispielsweise um einen Draht. Das Kontaktelement kann auch alternativ ausgebildet sein, beispielsweise in Form eines Gitters oder Blechs vorliegen. Der Grundkörper weist

beispielsweise ein keramisches Grundmaterial auf und kann insbesondere vielschichtig ausgebildet sein. Es können ein einziges oder zwei oder mehrere Kontaktelemente am

Grundkörper durch ein derartiges Verfahren befestigt werden. Der Grundkörper kann wenigstens eine Kontaktflache aufweisen. Die Kontaktflache ist beispielsweise eine Metallisierung. Insbesondere kann die Kontaktflache an einer Seitenfläche des Grundkörpers angeordnet sein. Der Grundkörper kann zwei derartige Kontaktflachen aufweisen, die beispielsweise an gegenüberliegenden Seitenflächen des Grundkörpers vorhanden sind. Die Kontaktfläche kann ein- oder mehrschichtig sein. Beispielsweise weist die Kontaktfläche eine Schicht eines Metalls mit dem gleichen oder einem höheren Schmelzpunkt auf als das Kontaktelement.

Es können im Verfahren zwei oder mehr Kontaktelemente

bereitgestellt werden, die jeweils an einer der

Kontaktflächen angeordnet und befestigt werden. Es können auch mehrere Kontaktelemente an einer gemeinsamen

Kontaktfläche angeordnet und befestigt werden. Alternativ kann auch aus einem Kontaktelement während des Verfahrens zwei separierte Kontaktelemente gebildet werden, die jeweils an einer der Kontaktflächen befestigt werden.

Das wenigstens eine Kontaktelement weist beispielsweise

Nickel auf oder besteht aus Nickel. Nickel ist als Material gut geeignet, da es relativ kostengünstig ist und eine hohe Migrationsbeständigkeit bei ausreichender Oxidations

beständigkeit aufweist.

Im Verfahren wird das Kontaktelement an der Kontaktfläche des Grundkörpers angeordnet, insbesondere an einer Metallisierung des Grundkörpers. Beispielsweise wird das Kontaktelement und/oder der Grundkörper durch ein oder mehrere Greifer gehalten . Dann wird ein Laserstrahl auf einen Bereich des Kontakt elements gerichtet. Der Laserstrahl ist dabei derart

ausgerichtet, dass der Grundkörper und insbesondere die

Kontaktflache auch nach einem Abschmelzen eines Teils des Kontaktelements, insbesondere dem Abschmelzen des vom

Laserstrahl getroffenen Bereichs, nicht vom Laserstrahl getroffen werden. Insbesondere liegt der Grundkörper nicht in Strahlrichtung des Laserstrahls. Dadurch kann eine

Beschädigung des Grundkörpers vermieden werden.

Beispielsweise ist der Laserstrahl derart ausgerichtet, dass er am Grundkörper vollständig vorbeiführt. Insbesondere kann der Laserstrahl derart ausgerichtet sein, dass die

Strahlrichtung parallel zu einer Seitenfläche des

Grundkörpers in einem Abstand vom Grundkörper verläuft. Je nach Ausbildung und Anordnung des Kontaktelements verläuft der Laserstrahl beispielsweise bei Aufsicht auf die

Kontaktfläche derart, dass die Strahlrichtung nicht mit der Kontaktfläche überlappt oder dass die Strahlrichtung parallel zur Kontaktfläche und in einem Abstand zur Kontaktfläche verläuft .

In einem weiteren Schritt des Verfahrens wird das

Kontaktelement teilweise durch den Laserstrahl geschmolzen, insbesondere der Bereich, der vom Laserstrahl getroffen wird. Das geschmolzene Material benetzt die Kontaktfläche . Nach dem Erhärten des geschmolzenen Materials ist das Kontaktelement somit an der Kontaktfläche des Grundkörpers befestigt.

Der Bereich des Kontaktelementes, der durch den Laserstrahl getroffen wird, schmilzt und zieht sich dadurch aus dem

Laserstrahl ganz oder teilweise zurück, so dass keine oder nur noch eine geringe Energieabsorption des Laserlichtes durch das Kontaktelement erfolgt. Somit handelt es sich um einen selbst-stoppenden Erwärmungsprozess. Da der Grundkörper nicht in Strahlrichtung des Laserstrahls liegt, ergibt sich auch keine direkte Erwärmung des Grundkörpers nach dem

Abschmelzen des Bereichs des Kontaktelements. Insbesondere wird auch die Kontaktfläche des Grundkörpers nicht direkt erwärmt .

Dies führt zu einer Erleichterung der Prozessführung, da eine Beschädigung des Bauteils verhindert werden kann, ohne dass eine exakte Einstellung und Kontrolle der Laserenergie notwendig ist. Die Energieabsorption ist unmittelbar nach dem Abschmelzen des Bereichs beendet, so dass das Material direkt nach dem Abschmelzen wieder abkühlen kann.

Das geschmolzene Material bildet somit ein Verbindungs material, das das Kontaktelement am Grundkörper befestigt. Insbesondere kann das erhärtete geschmolzene Material als Schweißperle vorliegen. Dabei kann es sich um eine Erhebung in Form eines Kugelsegments, beispielsweise einer Halbkugel handeln .

Gemäß einer Ausführungsform wird das Kontaktelement derart angeordnet, dass der Bereich, auf den der Laserstrahl trifft, bei Aufsicht auf die Kontaktfläche nicht vollständig mit dem Grundkörper überlappt, also über den Grundkörper übersteht. Beispielsweise wird das Kontaktelement derart positioniert, dass der überstehende Bereich nach oben hin gerichtet ist. Nach dem Schmelzvorgang kann der Überstand vollständig oder teilweise beseitigt sein. Bei dem überstehenden Bereich kann es sich insbesondere um ein Ende des Kontaktelements handeln. Beispielsweise verläuft bei dieser Ausführungsform bei

Aufsicht auf die Kontaktflache die Strahlrichtung nicht- überlappend mit dem Grundkörper. Insbesondere kann der

Laserstrahl parallel zu einer Stirnseite mit Abstand zum Grundkörper verlaufen, so dass das überstehende Ende

getroffen wird.

Gemäß einer Ausführungsform führt der Bereich, auf den der Laserstrahl trifft, in einer Richtung senkrecht zur

Kontaktfläche von der Kontaktfläche weg. Bei Aufsicht auf die Kontaktfläche kann der Bereich mit der Kontaktfläche

überlappen. Beispielsweise ist der Bereich ein Ende des

Kontaktelements, das von der Kontaktfläche nach außen

weggebogen ist. Der Bereich kann auch ein mittiger Bereich des Kontaktelements sein, der beispielsweise in Wellenform von der Kontaktfläche wegführt und wieder zur Kontaktfläche hinführt .

Bei dieser Ausführungsform verläuft die Strahlrichtung beispielsweise parallel zur Kontaktfläche in einem Abstand zur Kontaktfläche, so dass der Laserstrahl den wegführenden Bereich trifft.

In einer Ausführungsform ist der Bereich, der vom Laserstrahl getroffen wird, nicht von der Kontaktfläche weggeführt und steht auch nicht über den Grundkörper über. Insbesondere kann der Bereich an der Kontaktfläche anliegen. Bei dieser

Ausführungsform verläuft die Strahlrichtung beispielsweise parallel zur Kontaktfläche in einem geringen Abstand zur Kontaktfläche .

Es können im Verfahren auch zwei oder mehr Kontaktelemente bereitgestellt werden. Die Kontaktelemente können mit dem oben beschriebenen Verfahren befestigt werden. Beispielsweise weisen die Kontaktelemente jeweils en überstehendes Ende auf, die zur Herstellung der Befestigung abgeschmolzen werden.

Bei einer ersten Variante des Verfahrens wird der Laserstrahl derart ausgerichtet, dass zwei oder mehr Kontaktelemente in Strahlrichtung des Lasers liegen. Somit können Bereiche mehrerer Kontaktelemente durch denselben Laserstrahl

abgeschmolzen, ohne dass eine Repositionierung des Lasers oder der Anordnung erforderlich ist.

Dabei kann es sein, dass in einem ersten Schritt nur ein Bereich des ersten Kontaktelements vom Laserstrahl voll getroffen und abgeschmolzen wird, während das zweite

Kontaktelement zunächst noch vom ersten Kontaktelement abgeschattet wird, so dass das zweite Kontaktelement nur wenig oder überhaupt nicht vom Laserstrahl getroffen wird. Wenn das erste Kontaktelement teilweise geschmolzen ist und das geschmolzene Material sich aus dem Laserstrahl ganz oder teilweise zurückgezogen hat, wird auch das zweite

Kontaktelement vom Laserstrahl so getroffen, dass ein

Abschmelzen eines Bereichs erfolgt. Somit werden die Bereiche nacheinander, aber durch denselben Laserstrahl geschmolzen. Dies ermöglicht ein sehr einfaches und kostengünstiges

Verfahren zur Befestigung zweier Kontaktelemente.

Bei einer zweiten Variante liegt nur eines der

Kontaktelemente in Strahlrichtung des Lasers, so dass auch nach einem Abschmelzen eines Bereichs des ersten

Kontaktelements der Laserstrahl nicht das zweite

Kontaktelement trifft. In diesem Fall kann nach Abschmelzen des Bereichs des ersten Kontaktelements der Laserstrahl und/oder das Bauteil so umorientiert werden, dass der Laserstrahl nach der Umorientierung das zweite Kontaktelement trifft und dann einen Bereich des zweiten Kontaktelements abschmilzt. Alternativ dazu kann das teilweise Abschmelzens des zweiten Kontaktelements mittels eines weiteren Lasers gleichzeitig oder nach dem teilweisen Abschmelzen des ersten Kontaktelements erfolgen.

In einer Ausführungsform weist der Grundkörper eine

Ausnehmung auf und das Kontaktelement wird vor dem

Schmelzschritt derart angeordnet, dass der Bereich, der später vom Laserstrahl getroffen wird, bei Aufsicht auf die Kontaktflache auf der Ausnehmung angeordnet ist. In diesem Fall ist es möglich, den Laserstrahl derart auszurichten, dass die Strahlrichtung durch die Ausnehmung führt. Dieses Verfahren erleichtert es insbesondere, bei mehreren

nebeneinander auf einem Grundkörper angeordneten Elementen, die Kontaktelemente ohne Einwirkung auf die anderen Elemente am Grundkörper zu befestigten. Beispielsweise ist der

Grundkörper als Rasterplatte ausgebildet, in der mehrere Ausnehmungen angeordnet sind.

Es ist auch möglich, zur Herstellung zweier Kontaktelemente ein Kontaktelement am Grundkörper anzuordnen und das

Kontaktelement durch das Schmelzen in zwei separierte

Kontaktelemente zu zerteilen. In diesem Fall liegt das

Kontaktelement beispielsweise auf zwei getrennten

Kontaktflachen auf und es wird ein Bereich zwischen den

Kontaktflachen abgeschmolzen, der sich dann auf die

Kontaktflachen verteilt.

Um ein Abschmelzen der Kontaktflache vom Grundkörper durch die entstehende Wärme zu verhindern, kann die Kontaktfläche wenigstens eine Schicht aufweisen, die einen höheren Schmelzpunkt aufweist als das Kontaktelement. Beispielsweise weist das Kontaktelement Nickel auf und wenigstens eine

Schicht der Kontaktflache Chrom.

Die Kontaktflache kann auch mehrschichtig aufgebaut sein. Beispielsweise enthält die Kontaktfläche wenigstens eine Grundschicht. Die Grundschicht weist beispielsweise eine gute Migrationsbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit aufweist. Beispielsweise enthält die Grundschicht Nickel oder besteht aus Nickel.

In einer Ausführungsform ist auf der Grundschicht,

beispielsweise einer Nickelschicht, noch eine weitere Schicht als Oxidationsschutz angeordnet. Alternativ oder zusätzlich dazu kann diese Schicht auch einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweisen als das Kontaktelement und beispielsweise eine Legierung mit dem geschmolzenen Material des Kontaktelements bilden. Diese Schicht enthält oder besteht beispielsweise aus Gold oder Silber.

In einer Ausführungsform befindet sich zwischen einem

Grundmaterial des Grundkörpers, beispielsweise einer Keramik, und der Grundschicht noch eine weitere Schicht zur

Verhinderung des Ablegierens der Kontaktfläche vom

Grundkörper. Die weitere Schicht weist insbesondere einen höheren Schmelzpunkt als die Grundschicht auf, so dass diese Schicht ein vollständiges Abschmelzen der Kontaktfläche bei der Erwärmung im Schweißverfahren verhindert. Beispielsweise enthält die weitere Schicht Chrom oder besteht aus Chrom.

Der Einfachheit halber wird eine Schicht, die zumindest vorwiegend Nickel bzw. Gold bzw. Silber bzw. Chrom enthält, auch als Nickelschicht bzw. Goldschicht bzw. Silberschicht bzw. Chromschicht bezeichnet.

Die Kontaktflache kann auch mehrere Schichten aus demselben Material aufweisen, zwischen denen eine Schicht aus einem anderen Material angeordnet ist. Das andere Material weist beispielsweise einen höheren Schmelzpunkt, insbesondere einen deutlich höheren Schmelzpunkt, auf als das Kontaktelement.

Die Schichten aus demselben Material weisen beispielsweise den gleichen, einen nur wenig höheren oder einen niedrigeren Schmelzpunkt auf als das Kontaktelement. Zusätzlich dazu kann als oberste Schicht noch eine Schicht mit niedrigerem

Schmelzpunkt als die darunter liegende Schicht angeordnet sein .

Beispielsweise weisen die Kontaktflachen zwei Schichten aus dem Material einer Grundschicht, insbesondere zwei

Nickelschichten, auf. Dies kann vorteilhaft sein für den Fall, dass sich die weitere Schicht nicht ausreichend stabil mit dem Grundmaterial des Grundkörpers verbindet.

Beispielsweise kann eine Nickelschicht direkt auf dem

Grundmaterial des Grundkörpers, darauf eine Chromschicht und darauf wieder eine Nickelschicht angeordnet sein. Auf der obersten Nickelschicht kann eine Gold- oder Silberschicht angeordnet sein.

Die Schichten der Kontaktflache können in einem

Schichtabscheideverfahren, beispielsweise einem

Sputterverfahren oder einem Aufdampfverfahren aufgebracht sern .

Der oben beschriebene Schichtaufbau kann auch für andere Verfahren zur Befestigung eines Kontaktelements vorteilhaft sein. Beispielsweise eignet sich der Schichtaufbau neben dem oben beschriebenen Verfahren des Laserschweißens durch

Aufschmelzen des Kontaktelementes auch für Verfahren des TiefSchweißens , Lichtbogenschweißens, Thermokompressions- schweißens und Widerstandsschweißens.

Bei allen Ausführungsformen kann der abzuschmelzende Bereich derart gewählt werden, dass durch das erstarrte geschmolzene Material eine stabile Befestigung des Kontaktelements am Grundkörper erreicht wird. Weiterhin kann der Bereich derart gewählt werden, dass das Bauteil in seinen Dimensionen durch das geschmolzene und erstarrte Material nicht wesentlich vergrößert wird, beispielsweise nicht wesentlich in seinem Querschnitt vergrößert wird.

Beispielsweise ist bei einem überstehenden abzuschmelzenden Bereich die Länge des Bereichs derart gewählt, dass nach dem Abschmelzen das erstarrte Material nicht über die

Seitenfläche des Grundkörpers hinausragt. Dabei ist

insbesondere gemeint, dass bei einer Aufsicht auf die

Seitenfläche kein Überstehen des erstarrten geschmolzenen Materials sichtbar ist.

Beispielsweise ist die Länge des überstehenden Bereichs vor dem Abschmelzvorgang maximal drei Mal so groß wie die kürzeste Ausdehnung der Seitenfläche, beispielsweise die Breite der Seitenfläche. Beispielsweise ist die Länge des überstehenden Bereichs vor dem Abschmelzvorgang größer als die Dicke des Kontaktelementes, beispielsweise mindestens drei Mal so lang wie die Dicke des Kontaktelementes. Dies ermöglicht eine stabile Befestigung des Kontaktelementes und bei einer akzeptablen Dimension des Bauteils. Beispielsweise ist die Länge des Bereichs derart gewählt, dass das erstarrte geschmolzene Material in einer Richtung senkrecht zur Seitenfläche zum Kontaktelement hin nicht oder nicht zu sehr über das Kontaktelement hinaussteht.

Beispielsweise ist der Überstand nicht größer als die

doppelte Dicke des Kontaktelementes. Bei geeigneter Wahl der Länge des Bereichs kann der Überstand auch geringer als die Dicke des Kontaktelementes sein oder es kann so gut wie kein Überstand vorhanden sein.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches Bauteil mit einem Kontaktelement angegeben. Das Bauteil kann durch das oben beschriebene Verfahren hergestellt sein und alle strukturellen und funktionalen Eigenschaften aufweisen, die im Zusammenhang mit dem

Verfahren beschrieben wurden. Umgekehrt sind auch alle

Eigenschaften des hier beschriebenen Bauteils als

Eigenschaften des Verfahrens offenbart.

Das Kontaktelement ist durch ein erstarrtes geschmolzenes Material am Grundkörper befestigt. Das Material ist durch einen geschmolzenen Bereich des Kontaktelements gebildet und weist somit die gleiche Materialzusammensetzung wie das

Kontaktelement auf. Insbesondere kann das Material durch Abschmelzen eines überstehenden oder abstehenden Bereichs des Kontaktelements gebildet sein.

Das Kontaktelement ist beispielsweise an einer Kontaktfläche des Grundkörpers befestigt. Die Kontaktfläche weist keine Beschädigung durch thermische Beanspruchung auf. Dies wird durch das oben beschriebene Verfahren erreicht, bei dem das die Kontaktfläche nicht in Strahlrichtung des Laserstrahls liegt und somit auch nach Abschmelzen des Bereichs nicht vom Laserstrahl getroffen wird.

Das Kontaktelement ist beispielsweise an einer Seitenfläche des Grundkörpers befestigt. Das Kontaktelement erstreckt sich beispielsweise bei einer Aufsicht auf die Seitenfläche von einer ersten Kante in Richtung einer zweiten Kante des

Grundkörpers. Das Kontaktelement steht über die zweite Kante nicht über. Das Kontaktelement kann über die erste Kante überstehen. Beispielsweise befindet sich ein Ende des

Kontaktelementes auf der Seitenfläche. Durch das oben

beschriebene Abschmelzen eines der überstehenden Enden wird ein Kontaktelement erzeugt, das zumindest in einer Richtung kein überstehendes Ende aufweist.

Das gesamte Materialvolumen des geschmolzenen Bereichs und des intakten Kontaktelementes auf der Seitenfläche ist größer als das Volumen, das ein intaktes Kontaktelement einnehmen würde, das sich von der ersten Kante bis zur zweiten Kante erstreckt. Somit ist erkennbar, dass das erstarrte

geschmolzene Material durch Schmelzen eines ab- oder

überstehenden Bereichs des Kontaktelements gebildet ist.

Das erstarrte geschmolzene Material liegt beispielsweise in Form eines Kugelsegments vor. Insbesondere handelt es sich um eine Schweißperle.

Das geschmolzene und erstarrte Verbindungsmaterial steht beispielsweise bei Aufsicht auf die Seitenfläche nicht über die Seitenfläche über. Dies kann durch geeignete Wahl einer Länge des geschmolzenen Bereichs erreicht werden. Beispielsweise reicht das erstarrte geschmolzene Material bis zur zweiten Kante des Grundkörpers. Dies kann durch das oben beschriebene Material dadurch erreicht werden, dass die

Wärmeabsorption direkt nach Abschmelzen eines überstehenden Bereichs des Kontaktelementes automatisch gestoppt wird, so dass ein Erstarren des geschmolzenen Materials an der Kante ermöglicht ist. Bei einer direkten Erwärmung des Grundkörpers würde das Verbindungsmaterial von der Kante weiter

wegfließen .

Wie oben im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben, kann die Kontaktfläche einen mehrschichtigen Aufbau aufweisen. Beispielsweise kann die Kontaktfläche zwei Nickelschichten aufweisen. Zwischen den zwei Nickelschichten kann eine

Chromschicht vorhanden sein.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches Bauteil mit einem Grundkörper aufweisend ein Grundmaterial und einer darauf angeordneten mehrschichtigen Kontaktfläche angegeben. Die Kontaktfläche ist insbesondere zur Befestigung eines Kontaktelements ausgebildet. Das

Bauteil kann auch ein an der Kontaktfläche befestigtes

Kontaktelement aufweisen. Die Kontaktfläche weist wenigstens zwei Schichten mit dem gleichen Material, insbesondere Nickel auf oder die zwei Schichten bestehen aus Nickel. Zwischen den zwei Schichten ist eine Schicht angeordnet, die einen höheren Schmelzpunkt aufweist als die zwei Schichten. Beispielsweise weist die Schicht Chrom auf oder besteht aus Chrom.

Auf dieser Schichtfolge kann optional noch eine weitere

Schicht angeordnet sein. Die weitere Schicht weist

beispielsweise einen niedrigeren Schmelzpunkt auf als die zwei Schichten mit dem gleichen Material. Beispielsweise weist die weitere Schicht Gold oder Silber auf oder besteht aus Gold oder Silber.

Eine derartige Kontaktflache weist eine besonders hohe

Stabilität auf und ermöglicht ein Anbringen einer

Weiterkontaktierung nicht nur durch das oben beschriebene Laserschmelz-Verfahren eines Kontaktelements sondern auch ein Anbringen einer Kontaktflache durch andere Verfahren, z.B. andere Schweißverfahren.

Das Bauteil kann durch das oben beschriebene Verfahren hergestellt sein und alle strukturellen und funktionalen Eigenschaften aufweisen, die im Zusammenhang mit dem

Verfahren oder dem Bauteil gemäß dem weiteren Aspekt

beschrieben wurden. Umgekehrt sind auch alle Eigenschaften des hier beschriebenen Bauteils als Eigenschaften des

Verfahrens oder des Bauteils gemäß dem weiteren Aspekt offenbart. Das Bauteil ist jedoch auch unabhängig vom oben beschriebenen Verfahren offenbart.

Die Beschreibung der hier angegebenen Gegenstände ist nicht auf die einzelnen speziellen Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr können die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen - soweit technisch sinnvoll - miteinander kombiniert werden.

Im Folgenden werden die hier beschriebenen Gegenstände anhand von schematischen Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1A eine Ausführungsform eines Bauteils in seitlicher

Ansicht, Figur 1B das Bauteil aus Figur 1A in gedrehter seitlicher Ansicht,

Figur IC das Bauteil aus Figur 1A in Querschnittsansicht,

Figur 2A ein Kontaktelement zur Kontaktierung eines Bauteils in Schnittansicht,

Figur 2B das Kontaktelement aus Figur 2A in seitlicher

Ansicht,

Figur 3A ein Grundkörper eines Bauteils in Schnittansicht,

Figur 3B der Grundkörper aus Figur 3A in seitlicher Ansicht,

Figuren 4A-4E Verfahrensschritte bei der Herstellung einer

Kontaktierung eines Bauteils,

Figur 5 ein Grundkörper mit einer mehrschichtigen

Kontaktfläche,

Figuren 6A-6E eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zur

Herstellung einer Kontaktierung,

Figuren 7A-7E eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zur

Herstellung einer Kontaktierung,

Figuren 8A und 8B eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Kontaktierung,

Figuren 9A und 9B eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Kontaktierung, Figuren 10A und 10B eine weitere Ausführungsform des

Verfahrens zur Herstellung einer Kontaktierung.

In den folgenden Figuren können gleiche Bezugszeichen auf funktionell oder strukturell entsprechende

Teile der verschiedenen Ausführungsformen verweisen.

Figur 1A zeigt eine Ausführungsform eines Bauteils 1 in seitlicher Ansicht. Das Bauteil 1 ist beispielsweise als Temperatursensor ausgebildet. Prinzipiell ist der Aufbau allerdings auch für andere elektrische Bauteile geeignet.

Das Bauteil 1 weist einen Grundkörper 2 auf. Der Grundkörper 2 weist insbesondere ein keramisches Material als

Grundmaterial 19 auf. Beispielsweise basiert das keramische Material auf einer Spinell- oder Perovskitstruktur . Es kann sich um einen Thermistor, insbesondere um einen Heißleiter, d.h., um ein NTC-Bauteil handeln. Insbesondere handelt es sich um einen NTC-Thermistorchip . Beim Grundkörper kann es sich auch um einen Träger, insbesondere um eine Leiterplatte handeln .

Der Grundkörper 2 weist zwei Kontaktflachen 3, 4 zur

elektrischen Kontaktierung auf. Die Kontaktflachen 3, 4 sind auf gegenüberliegenden Seiten des Grundkörpers 2 angeordnet. Insbesondere sind die Kontaktflachen 3, 4 in direktem Kontakt mit dem Grundmaterial 19 des Grundkörpers 2. Bei den

Kontaktflachen 3, 4 handelt es sich insbesondere um

Metallisierungen. Die Kontaktflachen 3, 4 können jeweils mehrschichtig aufgebaut sein. Die Kontaktflachen 3, 4 können als Material Nickel aufweisen. Insbesondere kann Nickel ein Grundmaterial der Kontaktflachen 3, 4 sein. Gemäß spezifischen Ausführungsformen des Bauteils 1 kann es sich dabei um eine platinhaltige Metallisierung auf einer Aluminiumoxidkeramik, eine silberhaltige Metallisierung auf einer PTC Keramik oder eine nickel- oder goldhaltige

Metallisierung auf einer NTC Keramik handeln.

Das Bauteil 1 weist zwei Kontaktelemente 5, 6, insbesondere metallische Kontaktelemente 5, 6, zur elektrischen

Kontaktierung auf. Die Kontaktelemente 5, 6 können als

Anschlussdrähte ausgebildet sein. Es kommen jedoch auch andere Formen von Kontaktelementen in Frage, beispielsweise Bleche oder gitterförmige Kontaktelemente, insbesondere

Stanzgitter. Es kann sich auch um einen Litzendraht handeln.

Die Kontaktelemente 5, 6 sind jeweils an einer der

Kontaktflächen 3, 4 befestigt und kontaktieren diese

elektrisch. Die Kontaktelemente 5, 6 sind beispielsweise stabil ausgebildet, so dass sie den Grundkörper 2 tragen können, insbesondere stabil in der abgebildeten Position halten können. Beispielsweise weisen die Kontaktelemente 5, 6 als Material Nickel auf. Insbesondere kann Nickel ein

Grundmaterial der Kontaktelemente 5, 6 sein. Die

Kontaktelemente 5, 6 können alternativ beispielsweise eine Eisenlegierung oder Kupfer aufweisen.

Die Kontaktelemente 5, 6 sind jeweils an eine Kontaktfläche 3, 4 mittels eines geschmolzenen und anschließend erstarrten Materials 7, 8 befestigt. Das Abschmelzen des Materials 7, 8 erfolgt beispielsweise durch einen Laserstrahl. Insbesondere wird die Befestigung durch ein Schweißverfahren hergestellt. Das erstarrte geschmolzene Material 7, 8 wird dabei durch teilweises Abschmelzen der Kontaktelemente 5, 6 gebildet. Das erstarrte geschmolzene Material 7, 8 weist dieselbe Material- _Z usammensetzung wie die Kontaktelemente 5, 6 auf. Vor dem

Abschmelzen stehen die Bereiche der Kontaktelemente 5, 6 beispielsweise über den Grundkörper 2 über.

Die Kontaktelemente 5, 6 erstrecken sich jeweils entlang einer Seitenfläche 23 des Grundkörpers 2 über eine erste Kante 9 des Grundkörpers in Richtung einer zweiten Kante 10 des Grundkörpers 2. Die an den Kontaktflächen 3, 4

angeordneten Abschnitte werden vorliegend als Kontaktab schnitte 11, 12 bezeichnet. Die Kontaktabschnitte 11, 12 sind bei Aufsicht auf die Seitenfläche 23 auf der Seitenfläche 23 angeordnet. Die Kontaktelemente 5, 6 stehen jeweils über die erste Kante 9 über, so dass sie in diesem Abschnitt zum

Einbau des Bauteils 1 in ein Gehäuse oder eine

Sensorvorrichtung geeignet sind. Diese Abschnitte werden vorliegend als freistehende Abschnitte 13, 14 bezeichnet. Die freistehenden Abschnitte 13, 14 können auch nicht vorhanden sein .

Die Kontaktelemente 5, 6 stehen nicht über die zweite Kante 10 über. In der Nähe der zweiten Kante 10 können die

Anschlussdrähte 3, 4 an- oder abgeschmolzen sein. Die

Gesamtmaterialdicke d3 von intaktem und geschmolzenen

Kontaktelement, d.h. das Material auch inklusive des

erstarrten geschmolzenen Materials 7, 8, in der Nähe der zweiten Kante 10 ist geringer als die Dicke d _] _ des

Kontaktelements im freistehenden Abschnitt 13, 14. Die maximale Gesamtmaterialdicke d2 im Kontaktabschnitt 13, 14 ist beispielsweise größer oder gleich der Dicke d _] _ im

freistehenden Abschnitt.

Das Verbindungsmaterial 7, 8 ist als Schweißperle mit einer kuppelförmigen Oberfläche ausgebildet. Das Verbindungsmaterial 7, 8 kann die Form eines Kugelsegments aufweisen. In Figur 1A ist zu sehen, dass das

Verbindungsmaterial 7, 8 bis zur zweiten Kante 10 reicht. Die maximale Gesamtmaterialdicke d2 im Kontaktabschnitt 11, 12 liegt beispielsweise am Scheitelpunkt einer Schweißperle vor. Die Schweißperle muss nicht unbedingt mittig am Grundkörper 2 angeordnet sein.

Diese Geometrie wird beispielsweise durch das nachfolgend beschriebene Befestigungsverfahren durch Abschmelzen

überstehender Drahtenden erzeugt. Ähnliche Befestigungen können durch Abschmelzen anderer Bereiche der Kontaktelemente gebildet werden. Ein Vorteil dieser Geometrie ist es, dass die Kontaktelemente3 , 4 jeweils nur bis zur zweiten Kante 10 des Grundkörpers 2 reichen, dort jedoch aufgrund der

verringerten Durchmesser wenig Angriffsfläche für mechanische Beschädigung, insbesondere ein Abreißen der Kontaktelemente5 , 6 in der Nähe der zweiten Kante 10 aufweisen.

Darüber hinaus ist es durch den selbst-stoppenden Prozess möglich, dass das Verbindungsmaterial 7, 8 bis zur zweiten Kante 10 reicht und nicht vollständig weiter in Richtung der ersten Kante 9 fließt. Zudem können derartige Befestigungen der Kontaktelemente 5, 6 kostengünstig hergestellt werden und bieten eine hohe Stabilität. Zudem kann eine thermische

Beschädigung des Grundkörpers 2 und der Kontaktflächen 3, 4 vermieden werden, da im Verfahren keine direkte Erwärmung des Grundkörpers 2 und insbesondere der Kontaktflächen 3, 4 erfolgt .

Durch das teilweise Abschmelzen der Kontaktelemente 5, 6 im Kontaktabschnitt 11, 12 im Bereich der ersten Kante 10 wird ein Teil des Verbindungsmaterials 7, 8 auch von dem abgeschmolzenem Material im Kontaktabschnitt 11, 12 gebildet. Allerdings ist die Menge des Verbindungsmaterials 7, 8 größer als die Menge des abgeschmolzenen Materials der

Kontaktelemente 5, 6 im Kontaktabschnitt 11, 12, so dass erkennbar ist, dass das Verbindungsmaterial 7, 8 auch von abgeschmolzenen überstehenden Enden der Kontaktelemente 7, 8 gebildet wird. Zur Verbindung der Kontaktelemente 7, 8 mit dem Grundkörper 2 wird kein weiteres Material als das

geschmolzene Material der Kontaktelemente 7, 8 benötigt.

Figur 1B zeigt das Bauteil 1 aus Figur 1A in einer um 90° gedrehten seitlichen Ansicht. Figur IC zeigt das Bauteil 1 in einem Querschnitt in einem Bereich des Kontaktabschnitts 11, 12 mit maximaler Materialdicke d2 · Die Schnittebene ist in Figur 1B durch die Bezeichnung A— -A kenntlich gemacht.

Die freistehenden Abschnitte 13, 14 der Kontaktelemente 5, 6 weisen beispielsweise jeweils eine deutlich größere Länge 1 _] _ auf, als die Länge L des Grundkörpers 2. Die Kontakt

abschnitte weisen beispielsweise Längen I2 auf, die der Länge L des Grundkörpers 2 entsprechen oder weisen etwas kleinere Längen I2 auf.

Der Grundkörper 2 weist beispielsweise eine Länge L bis zu wenigen mm auf. Insbesondere kann die Länge L zwischen 0,35 und 2,50 mm liegen. Der Grundkörper 2 hat beispielsweise eine quadratische Seitenfläche, so dass die Länge L der Breite B des Grundkörpers 2 entspricht. Die Dicke D des Grundkörpers 2 liegt beispielsweise im Bereich von bis zu 1 mm. Insbesondere kann die Dicke D im Bereich von 0,2 mm bis 0,8 mm liegen. In den Figuren 2A, 2B ist ein Kontaktelement 5 in Form eines Anschlussdrahts vor seiner Befestigung am Grundkörper 2 im Querschnitt bzw. in seitlicher Ansicht gezeigt.

Das Kontaktelement 5 weist einen Querschnitt in Form einer Kreisfläche mit einem Durchmesser d auf. Das Kontaktelement kann auch eine andere Querschnittsform aufweisen.

Beispielsweise kann es sich auch um einen Rechteckdraht handeln. Der Durchmesser d des Drahtes ist vor der

Befestigung am Grundkörper 2 in der gesamten Länge des

Drahtes einheitlich. Der Durchmesser d entspricht dem

Durchmesser d _] _ des freistehenden Abschnitts 13 aus Figur 1A.

Das Kontaktelement 5 weist eine Länge lg auf. Die Länge lg ist insbesondere wesentlich länger als die Länge L des

Grundkörpers 2. Zudem ist die Länge lg länger als die

Gesamtlänge 1 des Kontaktelements 5 im befestigten Zustand. Dies beruht darauf, dass das Kontaktelement 5 zur Befestigung am Grundkörper 2 in seiner Länge teilweise abgeschmolzen wird .

In den Figuren 3A und 3B ist der Grundkörper 2 vor seiner Kontaktierung mit den Kontaktelementen 5, 6 gezeigt.

Die Dicke D ist dabei die Länge der Verbindung zwischen den Kontaktflächen 3, 4. Die Länge L ist die Erstreckung des Grundkörpers in einer Richtung definiert durch die Länge 1 des später angebrachten Kontaktelements. Die Breite B ist die Erstreckung senkrecht zur Dicke D und senkrecht zur Länge L. Der Grundkörper 2 weist beispielsweise quadratische

Seitenflächen auf, so dass B=L gilt. Der Grundkörper kann auch eine andere Form aufweisen. Die Kontaktflachen 3, 4 bedecken jeweils die gesamte

Seitenfläche. Es ist auch möglich, dass die Kontaktflachen 3, 4 jeweils nur einen Teil der Seitenfläche bedecken.

Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung einer

Befestigung von Kontaktelementen 5, 6 an einen Grundkörper 2 eines elektrischen Bauteils 1 anhand der Figuren 4A bis 4E näher erläutert. In jeder dieser Figuren ist der jeweilige Verfahrensschritt in einer Aufsicht von oben auf das zu fertigende Bauteil (Teilfigur oben) , in einer seitlichen Ansicht (Teilfigur links) und in einer um 90° gedrehten seitlichen Ansicht (Teilfigur rechts) dargestellt.

Das gezeigte Bauteil 1 kann alle strukturellen und

funktionellen Eigenschaften des vorgehend beschriebenen

Bauteils 1 aufweisen.

Zu Beginn des Verfahrens werden zwei Kontaktelemente 5, 6 und ein Grundkörper 2 bereitgestellt, beispielsweise wie in den Figuren 2A, 2B, 3A, 3B gezeigt. Insbesondere kann es sich bei den Kontaktelementen 5, 6 um Anschlussdrähte handeln. Es kann sich auch um andere Kontaktelemente, wie z.B. ein Stanzgitter handeln. Der Grundkörper 2 kann als Grundmaterial eine

Keramik aufweisen. Der Grundkörper 2 kann auch als eine Art Leiterplatte ausgebildet sein.

Die Kontaktelemente 5, 6 werden dann an Kontaktflächen 3, 4 des Grundkörpers 2 angeordnet, wie in Figur 4A gezeigt.

In diesem Verfahrensschritt weisen die Kontaktelemente 5, 6 noch einen einheitlichen Durchmesser d auf. Die

Kontaktelemente 5, 6 sind nur am Grundkörper 1 angeordnet, beispielsweise mittels eines Greifers, jedoch noch nicht dauerhaft befestigt. Die Anordnung 15 wird beispielsweise derart positioniert, dass die überstehenden Enden, die die abzuschmelzenden

Bereiche 16, 17 bilden, nach oben gerichtet sind. Dies gewährleistet, dass bei den nachfolgenden Verfahrensschritten das geschmolzene Material der Bereiche 16, 17 aufgrund der Gravitationskraft in Richtung des Grundkörpers 2 fließt. Eine Ausrichtung nach oben muss nicht zwingend gegeben sein, insbesondere dann, wenn die günstigen Benetzungseigenschaften der Kontaktflachen 3, 4 die automatische Benetzung mit dem geschmolzenen Material gewährleisten.

Die Bereiche 16, 17 reichen über die zweite Kante 10 des Grundkörpers 2 hinaus. Beispielsweise ist die Länge I3 eines überstehenden Endes mindestens halb so groß wie die Länge L des Grundkörpers 2. Beispielsweise ist die Länge 13 eines überstehenden Endes maximal doppelt so groß wie die Länge L des Grundkörpers 2. Aus dem Material der überstehenden Enden, d.h., der Bereiche 16, 17 wird das erstarrte geschmolzene Material 7, 8 zur Befestigung der Anschlussdrähte 5, 6 am Grundkörper 2 gebildet.

Beispielsweise ist die Länge I3 eines überstehenden Endes maximal drei Mal so groß wie die kürzeste Ausdehnung der Seitenfläche, beispielsweise die Breite B der Seitenfläche 23 des Grundkörpers (siehe Figur 1B) . Beispielsweise ist die Länge I3 des überstehenden Bereichs 16, 17 vor dem

Abschmelzvorgang größer als die Dicke d der Kontaktelemente 5, 6, beispielsweise mindestens drei Mal so lang wie die Dicke d des Kontaktelements 5, 6. Dies ermöglicht eine stabile Befestigung des Kontaktelementes bei einer möglichst schlanken Form des Bauteils 1. Optional kann in diesem Verfahrensschritt ein Vorwärmen des Grundkörpers 2 erfolgen, um Schäden durch Hitzeschock zu vermeiden. Dazu kann beispielsweise der Grundkörper 2 durch eine Halterung erwärmt werden, insbesondere auch durch

Erwärmung der Kontaktelemente 5, 6. Alternativ oder

zusätzlich dazu kann der Grundkörper 2 durch Lasereinwirkung erwärmt werden. Dies erfolgt durch behutsame Aufwärmung vor dem nachfolgenden Laser-Schweißverfahren.

Figur 4B zeigt den Beginn des eigentlichen Schmelzverfahrens. Dabei wird ein Laserstrahl 18 auf die Bereiche 16, 17

gerichtet. Der Laserstrahl 18 ist dabei so gerichtet, dass keine direkte Erwärmung des Grundkörpers 2 und insbesondere der Kontaktflächen 3, 4, erfolgt, so dass der Grundkörper 2 und insbesondere die Kontaktflächen 3, 4 nicht durch Hitze beschädigt werden. Insbesondere liegen die Kontaktflächen 3,

4 nicht in Strahlrichtung 24 des Laserstrahls 18. Der

Laserstrahl 18 läuft vollständig oberhalb am Grundkörper 2 vorbei .

Dabei ist der Laserstrahl 18 vorliegend so gerichtet, dass beide überstehenden Bereiche 16, 17 in seiner Strahlrichtung

24 liegen. Dies ermöglicht ein Abschmelzen beider

überstehenden Bereiche 16, 17 ohne ein Repositionieren des Laserstrahls 18. Alternativ kann der Laserstrahl 18 so gerichtet sein, dass nur ein überstehender Bereich 16 in Strahlrichtung 24 liegt. In diesem Fall kann eine

Repositionierung des Laserstrahls 18 oder ein Einstrahlen eines weiteren Laserstrahls erforderlich sein, der den weiteren Bereich 17 prozessiert.

Durch die Wärmeeinwirkung des Laserstrahls 18 wird zunächst der Bereich 16 abgeschmolzen, der zuerst vom Laserstrahl 18 getroffen wird ist. Der zweite Bereich 17 wird noch vom ersten Bereich 16 abgeschattet.

In Figur 4C ist gezeigt, wie ein überstehendes Ende, d.h., der Bereich 16 vollständig abgeschmolzen ist, während das andere überstehende Ende, d.h., der Bereich 17 noch vorhanden ist .

Das geschmolzene Material verteilt sich entlang des

Kontaktelements 5 in Richtung des Grundkörpers 2 und benetzt dort die Kontaktfläche 3 und den Kontaktabschnitt 11 des Kontaktelements 5. Durch das Abschmelzen des Bereichs 16 wirkt der Laserstrahl 18 nicht mehr auf das erste

Kontaktelement 5 ein, so dass keine oder nur eine geringe Energieabsorption und damit keine signifikante Erwärmung des Kontaktelements 5 mehr vorhanden ist. Somit erstarrt das Material und bildet das Verbindungsmaterial 7, das das

Kontaktelements 5 mit der Kontaktfläche 3 des Grundkörpers 2 elektrisch und mechanisch dauerhaft verbindet.

Der weitere überstehende Abschnitt, d.h., der Bereich 17 wird nun direkt vom Laserstrahl 18 getroffen, erwärmt und

abgeschmolzen .

In Figur 4D ist gezeigt, wie auch der weitere Bereich 17 vollständig abgeschmolzen ist.

Analog zum ersten überstehenden Bereich 16 verläuft das geschmolzene Material 8 entlang des Anschlussdrahtes 6 in Richtung des Grundkörpers 2 und benetzt dort die weitere Kontaktfläche 4 und den weiteren Kontaktabschnitt 12. Durch das Abschmelzen des weiteren überstehenden Bereichs 17 trifft der Laserstrahl 18 nicht mehr auf den Anschlussdraht 6, so dass keine Energieabsorption und damit keine Erwärmung des Anschlussdrahts 6 mehr vorhanden ist. Somit erstarrt das Material 8 und führt zur elektrischen und mechanischen

Verbindung des Kontaktelements 6 mit der Kontaktflache 4 des Grundkörpers 2.

Der Laserstrahl 18 führt nun vollständig am Bauteil 1 vorbei, so dass keine Wärmeeinwirkung mehr stattfindet und kann nun abgeschaltet werden.

Figur 4E zeigt das Bauteil 1 mit beidseitig befestigten

Kontaktelementen 5, 6. Die Kontaktelemente 5, 6 sind nun durch das Verbindungsmaterial 7, 8 an den Kontaktflächen 3, 4 des Grundkörpers 2 dauerhaft elektrisch und mechanisch befestigt .

Das Bauteil 1 kann nun noch weiter prozessiert werden, beispielsweise durch Beschichtung mit einem Polymer, Glas oder Aufbringen anderer Umhüllungen. Abhängig von der

Materialkombination und Anforderungen aus der Endanwendung kann das beschriebene Verfahren eine ausreichende mechanische Stabilität realisieren, die einen weiteren mechanischen

Schutz der Verbindungsstelle in Form einer Umhüllung

überflüssig macht. Ebenso kann die Stabilität der

Verbindungsstelle beim derartigen Verfahren gegenüber

Umwelteinflüssen wie z.B. Feuchte so groß sein, dass auf ein weiterer Schutz in Form einer Umhüllung nicht notwendig ist.

Das Bauteil 1 kann insbesondere wie in den Figuren 1A, 1B und IC ausgebildet sein. Zu den Eigenschaften des Bauteils 1 wird auf die Beschreibung dieser Figuren verwiesen. Mit Bezug auf Figur 5 werden verschiedene Ausführungsformen von ein- oder mehrschichtigen Kontaktflachen 3, 4 für einen Grundkörper 2 eines Bauteils 1 beschrieben. Die beschriebenen Ausführungsformen der Kontaktflachen 3, 4 eignen sich

besonders gut für das vorgehend beschriebene Laser- Schweißverfahren, können aber auch bei anderen Verfahren zur Befestigung eines Kontaktelements vorteilhaft sein. Dies sind insbesondere Schweißverfahren wie Tiefschweißen,

Lichtbogenschweißen, Thermokompressionsschweißen oder

Widerstandsschweißen oder auch Lötverfahren.

Die Kontaktflachen 3, 4 weisen beispielsweise jeweils wenigstens eine Nickelschicht auf. Zudem können auch die Anschlussdrähte 5, 6 jeweils Nickel aufweisen.

In einer ersten Ausführungsform sind die Kontaktflachen 3, 4 jeweils einschichtig ausgeführt. Insbesondere bestehen die Kontaktflachen 3, 4 jeweils aus einer Nickelschicht. Somit ist die Nickelschicht in direktem Kontakt mit dem

Grundmaterial 19 des Grundkörpers 2. Zudem ist die

Nickelschicht in direktem Kontakt mit dem Material des

Anschlussdrahts 5, 6. Dabei kann es sich um einen

ungeschmolzenen Abschnitt des Anschlussdrahts 5, 6 und/oder um das erstarrte geschmolzene Material 7, 8 handeln.

In weiteren Ausführungsformen weist die Kontaktflache 3, 4 einen mehrschichtigen Aufbau auf. Die Schichten der

Kontaktflache können beispielsweise durch Sputtern auf den Grundkörper 2 aufgebracht sein.

Dabei ist eine unterste Schicht direkt auf das Grundmaterial 19 des Grundkörpers 2 aufgebracht. Eine obere Schicht ist über der untersten Schicht angeordnet und kann insbesondere als oberste Schicht in direktem Kontakt mit dem

Anschlussdraht 5, 6 und/oder dem Verbindungsmaterial 7, 8 sein .

Die obere Schicht dient beispielsweise als Oxidationsschutz. Zudem kann die obere Schicht den Schweißvorgang durch Hemmen des Kristallwachtums und durch eventuelle Absorption von thermischer Energie begünstigen. Beispielsweise ist die obere Schicht eine Gold- oder Silberschicht.

Die Kontaktflache 3, 4 kann in diesem Fall einen

zweischichtigen Aufbau aufweisen, insbesondere einen Aufbau bestehend aus einer Nickelschicht als unterste Schicht und einer Gold- oder Silberschicht als obere bzw. oberste

Schicht .

In einer weiteren Ausführungsform weist die Kontaktflache 3,

4 eine untere Schicht auf, die als Haftvermittler für eine darauf aufgebrachte weitere Schicht dient. Zudem kann die untere Schicht zur Verhinderung eines vollständigen

Aufschmelzens der Kontaktflache 3, 4 beim Schweißvorgang und eines Ablösens der Elektrode von der Keramik dienen.

Beispielsweise handelt es sich bei der unteren Schicht um eine Chromschicht. Die obere Schicht ist beispielsweise eine NiekelSchicht .

Die Kontaktflache 3, 4 kann in diesem Fall einen

zweischichtigen Aufbau aufweisen, insbesondere einen Aufbau bestehend aus einer Chromschicht als unterste Schicht und einer Nickelschicht als obere Schicht. Zusätzlich kann auf die Nickelschicht eine Gold- oder Silberschicht aufgebracht sein, so dass die Nickelschicht eine mittlere Schicht und die Gold- oder Silberschicht eine obere Schicht bildet.

Figur 5 zeigt dabei einen Ausführungsform der Kontaktflachen 3, 4 mit jeweils wenigstens drei Schichten 20, 21, 22.

Beispielsweise weisen die Kontaktflachen jeweils wenigstens zwei Nickelschichten 20, 22 auf. Dabei kann der Schichtaufbau wie oben beschrieben sein, wobei unter einer oberen

Nickelschicht 22 eine als Schutzschicht ausgebildete weitere Schicht 21, insbesondere eine Chromschicht angeordnet ist. Eine unterste Nickelschicht 20 kann nun zwischen der

Schutzschicht 21 und dem Grundmaterial 19 angeordnet sein.

Die Schutzschicht 21 verhindert dabei ein Aufschmelzen der darunter liegenden Nickelschicht 20 durch einen deutlich höheren Schmelzpunkt.

Durch die untere Nickelschicht 20 kann ein temperatur- und zeitabhängiger Widerstandsdrift verringert werden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Anhaftung der Elektrode durch Minimierung der thermomechanischen Belastung verbessert werden .

Beispielsweise kann die Kontaktfläche 3, 4 eine

Schichtenfolge aus Nickelschicht, Chromschicht und

Nickelschicht aufweisen, und dabei insbesondere dreischichtig ausgebildet sein. Die Kontaktfläche 3, 4 kann in einer weiteren Ausführungsform noch eine oberste Schicht,

beispielsweise eine Gold- oder Silberschicht aufweisen sein, und dabei insbesondere vierschichtig ausgebildet sein. Die oberste Schicht kann dabei als Oxidationsschutz dienen und den Schweißvorgang begünstigen. Anstatt der oben genannten Metalle können auch andere Metalle oder Legierungen eingesetzt werden, die einen vergleichbaren technischen Effekt aufweisen.

Die Figuren 6A bis 6E zeigen Verfahrensschritte einer

weiteren Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Kontaktierung bei einem elektrischen Bauteil 1. In jeder dieser Figuren ist der jeweilige Verfahrensschritt in einer Aufsicht von oben auf das zu fertigende Bauteil

(Teilfigur oben) , in einer seitlichen Ansicht (Teilfigur links) und in einer um 90° gedrehten seitlichen Ansicht

(Teilfigur rechts) dargestellt.

Das Bauteil 1 ist beispielsweise als Temperatursensor

ausgebildet. Der Grundkörper 2 weist beispielsweise eine Keramik oder ein anderes isolierendes Material auf. Der

Grundkörper 2 weist zwei Kontaktflachen 3, 4 in Form zweier metallischer Kontaktflachen auf. Die Kontaktflachen 3, 4 dienen zur Kontaktierung eines temperaturabhängigen

Widerstands, der hier in Mäanderform vorliegt. Es kann sich allerdings auch um ein anderes Bauteil 1 handeln.

Im Unterschied zum Verfahren und Bauteil 1 der Figuren 4A bis 4E sind die Kontaktflächen 3, 4 auf der gleichen Seitenfläche 23 des Grundkörpers 1 angeordnet. Es werden zwei

Kontaktelemente 5, 6 bereitgestellt und jeweils an einer der Kontaktflächen 3, 4 angeordnet. Die Kontaktelemente 5, 6 sind wie in den Figuren 4A bis 4E als Drähte ausgebildet, es kann sich aber auch um eine andere Form, beispielsweise um ein Gitter handeln.

Die Kontaktelemente 5, 6 stehen im Unterschied zu den Figuren 4A bis 4D in Aufsicht auf die Seitenfläche 23 nicht über den Grundkörper 1 über. Die Kontaktelemente 5, 6 weisen jeweils einen Bereich 16, 17 auf, der von der Ebene der Seitenfläche 23 wegführt. Insbesondere ist dies in einer Blickrichtung parallel zur Seitenfläche wie in der Darstellung rechts unten in Figur 6A zu sehen. Der Bereich 16, 17 ist insbesondere von der Kontaktfläche 3, 4 weggebogen. Somit weisen die

Kontaktelemente 5, 6 jeweils einen Bereich 16, 17 auf, der in einem größeren Abstand von der Kontaktfläche 3, 4 angeordnet ist als ein daran anschließender Bereich des Kontaktelements 5, 6. Der Bereich 16, 17 ist in Aufsicht auf die

Kontaktfläche 3, 4 auf der Kontaktfläche 3, 4 angeordnet.

Gemäß Figur 6B wird ein Laserstrahl 18 derart auf die

Bereiche 16, 17 der Kontaktelemente 5, 6 gerichtet, dass der Grundkörper 2 und insbesondere die Kontaktflächen 3, 4 nicht in Strahlrichtung 24 des Laserstrahls 18 liegen. Die

Strahlrichtung 24 verläuft dabei in einem Abstand zur

Seitenfläche 23 parallel zur Seitenfläche 23. Der Laserstrahl 18 trifft dabei zuerst den Bereich 16 des ersten

Kontaktelements 5, so dass dieser Bereich 16 abgeschmolzen wird und sich aus dem Laserstrahl 18 zurückzieht und das geschmolzene Material 7 die erste Kontaktfläche 3 benetzt.

Wie in Figur 6C gezeigt trifft der Laserstrahl 18 nach dem Abschmelzen des Bereichs 16 des ersten Kontaktelements 5 direkt auf den Bereich 17 des zweiten Kontaktelements und schmilzt diesen Bereich 17 ab, so dass sich der Bereich 17 aus dem Laserstrahl 18 zurückzieht und das geschmolzene

Material 8 die zweite Kontaktfläche 4 benetzt.

Wie in Figur 6D gezeigt läuft der Laserstrahl 18 nach

Abschmelzen des zweiten Bereichs 17 am Grundkörper 2 und an den Kontaktelementen 5, 6 vorbei und es erfolgt keine oder nur eine geringe Energieabsorption, so dass der Prozess selbststoppend ist und eine Beschädigung des Grundkörpers 2 vermieden wird. Das geschmolzene Material 7, 8 erstarrt und führt zur Befestigung der Kontaktelemente 5, 6 an den

Kontaktflächen 3, 4 des Grundkörpers 2.

Figur 6E zeigt das Bauteil 1 mit den befestigten

Kontaktelementen 5, 6.

Das in den Figuren 6A bis 6E gezeigte Verfahren kann auch abgewandelt werden. Beispielsweise können die Kontaktelemente 5, 6 auch auf unterschiedlichen Seiten des Grundkörpers 2 angeordnet sein. Dabei können zwei unterschiedliche

Laserstrahlen 18 zum Abschmelzen der Kontaktelemente 5, 6 zum

Einsatz kommen oder der Grundkörper 2 oder der Laserstrahl 18 kann repositioniert werden.

Weiterhin ist es auch vorstellbar, dass der abzuschmelzende Bereich 16 nicht als Ende eines Kontaktelements 5 ausgebildet ist, sondern in einem mittigen Abschnitt des Kontaktelements 5 angeordnet ist. In diesem Fall kann ein Kontaktelement 5 durch Aufschmelzen des Bereichs 16 auch in zwei

Kontaktelemente getrennt werden, die jeweils in einem

einzigen Verfahrensschritt durch das geschmolzene Material an unterschiedlichen Kontaktflächen befestigt werden.

Die Figuren 7A bis 7E zeigen Verfahrensschritte einer

weiteren Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Kontaktierung bei einem elektrischen Bauteil 1.

Gemäß Figur 7A werden Kontaktelemente 5, 6 an Kontaktflachen 3, 4 eines Grundkörpers 2 angeordnet. Im Unterschied zum Verfahren und Bauteil 1 gemäß den Figuren 6A bis 6E stehen die Kontaktelemente 5, 6 nicht von den Kontaktflachen 3, 4 ab .

Wie in Figur 7B gezeigt wird der Laserstrahl 18 auf Bereiche 16, 17 der Kontaktelemente 5, 6 gerichtet, so dass der

Grundkörper 2 und insbesondere die Kontaktflachen 3, 4 nicht in Strahlrichtung 24 des Laserstrahls 18 liegen. Der

Laserstrahl 24 verläuft analog zu Figur 6C parallel zur Seitenfläche 23, jedoch näher an der Seitenfläche als in Figur 6C. Der Laserstrahl trifft den Bereich 16 des ersten Kontaktelements 3 und schmilzt den Bereich 16 ab, so dass sich das geschmolzene Material 7 aus dem Laserstrahl 18 zurückzieht und die erste Kontaktfläche 3 benetzt.

Ebenso wird, wie in Figur 7C gezeigt, anschließend der

Bereich 17 des zweiten Kontaktelements 4 abgeschmolzen.

Nach Abschmelzen der Bereiche 16, 17, wie in Figur 7D gezeigt, haben sich die Kontaktelemente 5, 6 aus dem

Laserstrahl 18 zurückgezogen und der Prozess stoppt von selbst. Das erhärtete Material 7, 8 verbindet die

Kontaktelemente 5, 6 mit den Kontaktflächen 3, 4.

Figur 7E zeigt das Bauteil 1 mit den befestigten

Kontaktelementen 5, 6. Das Bauteil 1 unterscheidet sich vorliegend nicht vom Bauteil 1 der Figuren 6A bis 6E . Dies beruht darauf, dass im Verfahren gemäß Figur 7A die

Kontaktelemente 5, 6 vor dem Abschmelzvorgang mit einem größeren Anteil auf der Kontaktfläche 3, 4 angeordnet sind als im Verfahren gemäß Figur 6A. Auch in dem Verfahren gemäß Figur 7A bis 7E sind Abwandlungen möglich. Beispielsweise kann ein Kontaktelement 5 in der Mitte durchtrennt werden.

Die Figuren 8A bis 8B zeigen Verfahrensschritte einer weiteren Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Kontaktierung bei einem elektrischen Bauteil 1, wobei hier jeweils nur Aufsichten auf die Seitenflächen gezeigt sind, an denen ein Kontaktelement 5 angeordnet ist.

Im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsformen wird hier durch das Aufschmelzen eines Bereichs 16 ein

Kontaktelement 5 durchtrennt, so dass zwei separierte

Kontaktelemente 5a, 5b gebildet werden.

Gemäß Figur 8A wird das Kontaktelement 5 auf einer

Seitenfläche 23 eines Grundkörpers 2 angeordnet. Das

Kontaktelement 5 ist beispielsweise als Draht ausgebildet.

Der Grundkörper 2 weist zwei voneinander getrennte

Kontaktflächen 3, 4 auf, auf dem das Kontaktelement 5 aufliegt .

Es wird ein Laserstrahl 18 auf einen Bereich 16 des

Kontaktelements 5 gerichtet. Der Bereich 16 ist

beispielsweise nicht auf einer der Kontaktflächen 3, 4 angeordnet. Der Laserstrahl 18 verläuft entsprechend zur Ausführungsform aus Figur 7B parallel zu den Kontaktflächen 3, 4 am Grundkörper 2 vorbei. Der Bereich 16 schmilzt auf und zieht sich aus dem Laserstrahl 18 zurück. Dabei benetzt ein Teil des Materials 7 die erste Kontaktfläche 3 und ein Teil des Materials 8 die zweite Kontaktflache 4. Figur 8B zeigt das Bauteil 1 mit den separierten Kontaktelementen 5a, 5b, die jeweils an den Kontaktflachen 3, 4 befestigt sind. Die Kontaktelemente 5a, 5b können an unterschiedliche elektrische Pole angeschlossen werden.

Die Figuren 9A und 9B zeigen Verfahrensschritte einer

weiteren Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Kontaktierung bei einem elektrischen Bauteil 1, wobei hier jeweils nur Aufsichten auf die Seitenflächen gezeigt sind, an denen ein Kontaktelement 5 angeordnet ist.

Im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsformen führt der Laserstrahl 18 durch eine Ausnehmung 25 im Grundkörper 2 hindurch .

Gemäß Figur 9A ist ein Kontaktelement 5 auf einer

Seitenfläche 23 eines Grundkörpers 2 angeordnet. Insbesondere liegt das Kontaktelement 5 auf zwei separaten Kontaktflächen 3, 4 auf. Zwischen den Kontaktflächen 3, 4 weist der

Grundkörper 2 eine Ausnehmung 25 aus, die vollständig durch den Grundkörper 2 führt.

Ein Laserstrahl 18 ist derart ausgerichtet, dass die

Strahlrichtung 24 durch die Ausnehmung 25 des Grundkörpers 2 führt. Dabei liegt der Grundkörper 2 nicht in Strahlrichtung 24, so dass der Laserstrahl 18 den Grundkörper 2 auch nach dem Aufschmelzen eines Bereichs 16 des Kontaktelements 5 nicht direkt trifft. Der Laserstrahl 18 verläuft insbesondere senkrecht zu den Kontaktflächen 3, 4.

Der Bereich 16 schmilzt auf und zieht sich aus dem

Laserstrahl 18 zurück. Dabei benetzt ein Teil des Materials 7 die erste Kontaktflache 3 und ein Teil des Materials 8 die zweite Kontaktflache 4.

Figur 9B zeigt das Bauteil 1 mit den getrennten

Kontaktelementen 5a, 5b, die durch das geschmolzene Material 7, 8 jeweils an den Kontaktflachen 3, 4 befestigt sind. Die Kontaktelemente 5a, 5b können an unterschiedliche Pole angeschlossen sein.

Die Figuren 10A und 10B zeigen Verfahrensschritte einer weiteren Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Kontaktierung bei einem elektrischen Bauteil 1.

Analog zu den Figuren 9A und 9B führt hier, wie in Fig. 10A dargestellt, der Laserstrahl 18 durch eine Ausnehmung 25 im Grundkörper 2 hindurch. Im Unterschied zu den Figuren 9A und 9B endet hier das Kontaktelement 5 oberhalb der Ausnehmung 25. Der Bereich 16 wird abgeschmolzen, so dass das

geschmolzene Material 7 die Kontaktflache 3 benetzt und das Kontaktelement 5 am Grundkörper 2 befestigt. Diese

Verfahrensvariante ist somit von der Strahlrichtung 24 des Lasers 18 und der Anordnung des Kontaktelements 5 ähnlich der Variante der Figuren 4A bis 4D, unterscheidet sich jedoch dadurch, dass der abzuschmelzende Bereich 16 über einer

Ausnehmung 25 angeordnet wird und der Laserstrahl 18 einer die Ausnehmung 25 verläuft.

Figur 10B zeigt das Bauteil 1 mit dem Kontaktelement 5, das an der Kontaktfläche 3 des Grundkörpers 1 befestigt ist. Die Kontaktfläche 3 grenzt beispielsweise direkt an die

Ausnehmung 25 an. Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus einer Kombination der hier beschriebenen Ausführungsformen. Beispielsweise können bei den Ausführungsformen der Figuren 9A bis 10B die Bereiche 16 vom Grundkörper analog zu Fig. 6A abstehen.

Bezugszeichenliste

1 Bauteil

2 Grundkörper

3 Kontaktflache

4 Kontaktflache

5 Kontaktelement

5a separiertes Kontaktelement

5b separiertes Kontaktelement

6 Kontaktelement

7 geschmolzenes Material

8 geschmolzenes Material

9 erste Kante

10 zweite Kante

11 Kontaktabschnitt

12 Kontaktabschnitt

13 freistehender Abschnitt

14 freistehender Abschnitt

15 Anordnung

16 Bereich

17 Bereich

18 Laserstrahl

19 Grundmaterial

20 unterste Schicht der Kontaktflache

21 mittlere Schicht der Kontaktflache

22 obere Schicht der Kontaktflache

23 Seitenfläche

24 Strahlrichtung

25 Ausnehmung d _] _ Materialdicke im freistehenden Abschnitt d2 maximale Materialdicke im Kontaktabschnitt d3 Materialdicke an zweiter Kante d ₀ Durchmesser Kontaktelement vor Befestigung am

Grundkörper 1 _] _ Länge im freistehenden Abschnitt

12 Länge im Kontaktabschnitt

13 Länge des überstehenden Endes

1 Länge nach Befestigung am Grundkörper lg Länge vor Befestigung am Grundkörper

L Länge des Grundkörpers

B Breite des Grundkörpers

D Dicke des Grundkörpers