用于在两个基板之间建立导电连接的设备和方法

技术领域

本公开涉及用于在两个基板之间、特别是在两个电路板之间建立导电连接的布置结构和方法。

背景技术

开头提到的种类的方法和布置结构原则上是从现有技术中已知的。例如，已知借助于内部插入式连接来连接两个基板，但是这是复杂的，并且这种种类的连接仅具有有限的坚固性。两个基板借助于螺纹母线的连接同样是常见的；这也是复杂的，并且只能提供有限的连接坚固性。最后，已知所谓的压配合连接器用于连接两个基板，但是这些连接器仅允许限于一个方向（特别是竖直地）的公差补偿。还发现不利的是，已知的用于连接基板的连接技术没有一种结合了以下性质：a）可释放性和由此产生的可维修性（在制造期间和使用中），b）甚至关于基板的预安装和部件的尺寸的可能的公差补偿，优选地在所有三个空间方向上，以及c）期望的连接坚固性。

发明内容

在这种背景下，本公开的目的是有利地发展开头提到的那种方法。特别地，目的是能够避免至少一些或者尽可能地避免所有上述缺点。

本公开的第一方面是指定用于在两个基板之间建立导电连接的方法。该连接特别是具有高电流能力的连接。

根据用于建立导电连接的方法的一个步骤，提供第一基板和第二基板。

根据进一步的方法步骤，提供导电的第一连接部件和导电的第二连接部件。每个连接部件具有安装部分和连接部分。

根据进一步的方法步骤，借助于在第一连接部件的安装部分和第一基板之间建立第一可释放连接，将第一连接部件安装在第一基板上，并且借助于在第二连接部件的安装部分和第二基板之间建立第二可释放连接，将第二连接部件安装在第二基板上。

根据进一步的方法步骤，产生包含第一连接部件和第二连接部件的导电连接组件。借助于用于建立导电连接的连接组件，有利地建立第一基板的导体轨道结构和第二基板的导体轨道结构之间的导电连接。

在该方法的一个实施例中，产生连接组件包括在第一连接部件的连接部分和第二连接部件的连接部分之间建立结合连接的方法步骤。

在该方法的替代实施例中，产生连接组件包括提供横构件的方法步骤、在横构件的第一长度部分和第一连接部件的连接部分之间建立结合连接的方法步骤以及在横构件的第二长度部分和第二连接部件的连接部分之间建立第二结合连接的方法步骤。横构件优选地具有细长形状，并且第一和第二长度部分相对于彼此偏移、特别是沿着横构件的主延伸方向偏移，并且可以沿着主延伸方向彼此间隔开。

在根据第一方面的方法的一个实施例中，在上述其他方法步骤之后建立一个/多个结合连接。

第二方面公开了一种用于释放两个基板之间的导电连接的方法。根据该方面的方法包括执行根据第一方面的用于在两个基板之间建立导电连接的方法。在建立一个结合连接的方法步骤或建立多个结合连接的方法步骤之后，释放第一可释放连接和/或释放第二可释放连接，特别是为了维修工作的目的。特别地，借助于分别释放第一和第二可释放连接，分别从第一基板和第二基板释放连接组件。

第三方面公开了一种布置结构，其具有第一基板、第二基板和导电连接组件。该布置结构优选地使用根据第一方面的方法产生。

连接组件具有导电的第一连接部件，该第一连接部件具有安装部分和连接部分。它进一步具有导电的第二连接部件，该第二连接部件具有安装部分和连接部分。第一连接部件的安装部分借助于可释放连接而被连接到第一基板，并且第二连接部件的安装部分借助于可释放连接而被连接到第二基板。

在一个实施例中，第一连接部件的连接部分和第二连接部件的连接部分借助于结合连接而被连接。在替代实施例中，连接组件包含导电横构件，其中横构件的第一长度部分借助于结合连接而被连接到第一连接部件的连接部分，并且横构件的第二长度部分借助于第二结合连接而被连接到第二连接部件的连接部分。

以下性质可以作为优点结合起来实现：a）可释放性和由此产生的可维修性（在制造期间和使用中），b）甚至关于基板的预安装和部件的尺寸的可能的公差补偿，优选地在所有三个空间方向上，以及c）期望的连接坚固性。特别地，特别好的可维修性有利地由两个基板上的上述可释放连接产生。在这方面，可释放连接也可以称为可维修连接。

以这种方式可以有利地实现高度自动化，特别是具有短周期时间的自动化。可以省去受控定位。经由过程参数的过程控制可有利地是可能的（与此相反，涉及大量的几何公差，例如在螺纹连接的情况下）。如下文将解释的，本发明还有利地使得无颗粒最终安装成为可能。该方法和布置结构适合于电路板的所有连接器，并且在高电流强度和严格的安全要求的情况下特别有吸引力，其中——例如由于优选的无颗粒设计——能够使得良好的绝缘成为可能。

不言而喻，两个连接部分是导电连接的，特别是通过两个连接部分以直接接触的方式彼此固定。由于至少两个或更多个基板可以或以所述导电方式彼此连接，特别是具有高电流能力，因此所述方法和相应的布置结构也使得高电流应用、特别是具有模块化设计成为可能。

具有高电流能力的连接被理解为意指适合于传输10安培至1000安培数量级的电流的连接，并且特别是适于此的连接。在本发明的上下文中，可释放连接在每种情况下都被理解为意指这样一种连接，该连接可以以这样的方式释放，即在该连接被释放之后，至少一个连接伙伴（partner）可以被重新使用。基板优选地是电路板，就其本身而言，其包含电绝缘材料和粘附到其上的导电连接（导体轨道）。

下面将解释根据第一方面的方法、根据第二方面的方法和根据第三方面的布置结构的实施例和发展的特征。这些特征中的每一个也可以用于根据其他方面的方法和布置结构的实施例和发展，即使它们没有结合相应方面的方法或布置结构被明确讨论。

在有利的实施例中，第一和/或第二连接部件是单件式金属部件——也就是说，特别是由单个工件制成的并且不是由数个单独元件组成的金属部件——例如金属块或片材金属件。

在根据第一方面的方法的一个实施例中，提供导电的第一冲压带作为第一连接部件，并且提供导电的第二冲压带作为第二连接部件。冲压带例如是金属带，特别是片材金属带，其可以有利地通过冲压产生。

在该实施例的一个发展中，将第一基板和第二基板安装在相对于彼此固定的位置中，使得第一冲压带的连接部分和第二冲压带的连接部分在重叠区域中重叠，并且在重叠区域内建立第一冲压带的连接部分与第二冲压带的连接部分的结合连接，特别是借助于焊接连接。

在该布置结构的一个实施例中，第一连接部件是导电的第一冲压带，并且第二连接部件是导电的第二冲压带。第一基板和第二基板安装在相对于彼此固定的位置中，使得第一冲压带的连接部分和第二冲压带的连接部分在重叠区域中重叠。第一冲压带的连接部分和第二冲压带的连接部分借助于结合连接在重叠区域内连接。

在一种发展中，在建立第一可释放连接之后，特别是早在建立结合连接之前，第一冲压带的连接部分平行于或基本平行于第一基板的延伸方向延伸。作为替代或补充，在建立第二可释放连接之后，特别是早在建立结合连接之前，第二冲压带的连接部分可以平行或基本平行于第二基板的延伸方向延伸。在这种情况下，特别规定，第一冲压带具有与其安装部分邻接的长度部分，并且该长度部分和第一冲压带的连接部分彼此成直角延伸或者基本上成直角延伸。另外或作为替代，可以规定，第二冲压带具有与其安装部分邻接的长度部分，并且该长度部分和第二冲压带的连接部分彼此成直角延伸或基本上成直角延伸。特别地，相应冲压带的长度部分和连接部分以这种方式形成L形。在本公开的含义内，基本平行的范围或基本成直角的轮廓被理解为意指如给定的高达10°的角度差。

在一些实施例中，在将第一基板和第二基板安装在相对于彼此固定的位置中的步骤之后，在第一冲压带的连接部分和第二冲压带的连接部分之间可以存在间隙。特别地，第一冲压带的连接部分和第二冲压带的连接部分可以横向于——特别是垂直于——第一冲压带的连接部分的纵向方向间隔开，和/或横向于——特别是垂直于——第二冲压带的连接部分的纵向方向间隔开。在这种情况下，纵向方向特别是相应部分的主延伸方向，特别是平行于其最长边缘的方向。

在这种实施例的发展中，在第一冲压带的连接部分借助于结合连接而被连接到第二冲压带的连接部分之前，该间隙被减小或消除。冲压带的横截面优选地被选择成使得它们具有一定程度的柔性，其中可以优选地用相对低的力使冲压带弯曲，以便消除间隙，而不显著地或者甚至不利地使它们的连接点在过程中经受基板中的一个的负载。这也使得有可能在结合连接之前以简单的方式容易地补偿两个连接部分之间的竖直公差（例如通过用一对钳子弯曲一个或两个冲压带），以便减小或消除间隙，所述竖直公差例如可以是0.4毫米或者可以彼此不同。在这种背景下，例如，所述间隙通过变形的第一冲压带和/或第二冲压带来减小或消除，特别是借助于一对钳子，其中弯曲以弹性的、特别是纯弹性的方式执行。

在一个实施例中，第一和第二冲压带的尺寸被设置成以及被布置成（特别是在建立结合连接之前）使得第一冲压带的连接部分和第二冲压带的连接部分在它们的重叠区域中形成彼此平坦的接触区，其中接触区的面积范围大于焊接连接的面积范围。以这种方式，可以有利地补偿基板之间的侧向公差，该侧向公差例如可以在1毫米的数量级。

在一个实施例中，连接组件由两个冲压带组成。

在另一个实施例中——代替冲压带——提供导电的第一平台作为第一连接部件，并且提供导电的第二平台作为第二连接部件。导电平台例如是金属块，例如金属立方体。安装部分例如分别是分别面向第一和第二基板的第一和第二平台的表面。连接部分例如是相应平台的与安装部分相对的表面——换句话说：该表面背离相应的基板。

另外，在该实施例中，优选地提供导电横构件，所述横构件的第一长度部分与其第一纵向端邻接，并且所述横构件的第二长度部分与其第二纵向端邻接。在一种发展中，第一基板和第二基板安装在相对于彼此固定的位置中，使得横构件的第一长度部分在第一重叠区域中与第一平台的连接部分重叠，并且横构件的第二长度部分在第二重叠区域中与第二平台的连接部分重叠。优选地在第一重叠区域内建立第一长度部分和第一连接部分之间的结合连接，并且优选地在第二重叠部分内建立第二长度部分和第二连接部分之间的第二结合连接。

在该布置结构的一个实施例中，第一连接部件是导电的第一平台，并且第二连接部件是导电的第二平台。连接组件具有作为横构件的导电横构件、与所述横构件的第一纵向端邻接的第一长度部分、以及与所述横构件的第二纵向端邻接的第二长度部分。第一基板和第二基板安装在相对于彼此固定的位置中，使得第一长度部分在第一重叠区域中与第一平台的连接部分重叠，并且借助于第一重叠区域内的结合连接而被连接到第一平台的连接部分，并且第二长度部分在第二重叠区域中与第二平台的连接部分重叠，并且借助于第二重叠区域内的第二结合连接而被连接到第二平台的连接部分。

根据一种发展，连接组件由两个平台和横构件组成。

根据一个实施例，横构件是柔性带条，特别是柔性金属带条。以这种方式可以特别容易地补偿公差。

关于作为具有高电流能力的连接的优选改进，可能的是，第一连接部件包含铜或由纯铜组成和/或第二连接部件包含铜或由纯铜组成和/或横构件包含铜或由纯铜组成。纯铜由于高导电性而是优选的，使得它特别适合于具有高电流能力的连接。然而，不言而喻，可以使用任何其他金属或任何其他合金来代替铜，只要它适合于所描述的方法步骤。

认为有利的是，第一可释放连接是钎焊连接——特别是借助于通孔技术（THT）或借助于表面安装（SMD）——或者是压配合，和/或第二可释放连接是钎焊连接——特别是借助于通孔技术（THT）或借助于表面安装（SMD）——或者是压配合。可以使用在所解释的意义上可释放的任何其他连接技术来代替钎焊连接或压配合。

例如，在一种发展中，作为合金，在压配合的情况下，CuSn0.15被用作用于第一连接部件和/或第二连接部件和/或横构件的材料。这种合金也可以根据条件进行电阻焊接，并且因此也为建立（多个）结合连接开辟了新的选项。

根据一个实施例，一个结合连接、多个结合连接或至少一个结合连接每一者为焊接连接。

例如，如果铜被用作材料，则可以借助于激光焊接方法、特别是借助于绿色激光、或者借助于电阻焊接方法来建立一个焊接连接或者多个焊接连接。借助于绿色激光的焊接与这样的优点相关联：它适合于焊接铜，并且可以产生无颗粒的焊接连接，也就是说，没有焊接飞溅的焊接连接。以这种方式可以避免电路上电路短路的风险，特别是在高电流电路的情况下，由于焊接飞溅，这种短路存在于常规的焊接连接的情况中。焊接允许以期望的方式建立坚固的连接。特别有利的是，如上所述，在该过程中侧向和竖直方向上的公差补偿是可能的。然而，代替焊接，也可以使用与用于公差补偿的重叠技术相结合的任何其他的、优选地无颗粒的连接技术。

根据一个实施例，第一基板和/或第二基板是电路板，特别是印刷电路板（PCB）或陶瓷电路板（DCB）。于是，根据第三方面的布置结构特别是电路板布置结构。在一个发展中，根据第一方面的方法是一种用于产生电路板组件的方法，该电路板组件包括第一基板（其特别是第一电路板）、第二基板（其特别是第二电路板）、以及导电连接组件，其中第一基板和第二基板之间的导电连接借助于连接组件建立。

根据另外的实施例，将第一基板和第二基板安装在相对于彼此固定的位置中的步骤包括将第一基板和第二基板附接到与它们共同相关联的载体、特别是附接到技术装置、附接到外壳或散热器，例如，诸如金属板。在该布置结构中，第一和第二基板特别地安装在载体上。

在一种发展中，基板安装在载体上，使得第一基板和第二基板彼此紧邻安装，特别是安装在公共平面中，和/或一者在另一者之上。为了产生任何期望的几何形状，在所述方法的情况下，有可能以任何期望的方式弯曲冲压带或横构件，例如在平坦的重叠或接触区域处。可以在建立一个或多个结合连接之后执行该弯曲。

在一个实施例中，两个安装部分——特别是相应的冲压带或平台——中的每一者导电连接到与其相关联的基板的导体轨道，以用于连接目的，其中相应的导电连接特别地借助于建立到基板的相应的可释放连接来实现。

附图说明

下面将参照附图更详细地描述本发明，附图示出了本发明的优选示例性实施例。在图中：

图1以相应的截面图示意性地示出了当实施根据本发明的用于在两个基板之间建立导电连接的方法的优选示例性实施例时的步骤1-3，以及在步骤4中，用于释放两个基板之间的导电连接的优选步骤；

图2同样示意性地示出了当执行根据本发明的用于在两个基板之间建立导电连接的方法的第二优选示例性实施例时的方法步骤的截面图；以及

图3示意性地示出了当以优选方式执行根据本发明的用于在两个基板之间建立导电连接的第二方法时的方法步骤的截面图。

具体实施方式

图1在步骤1、2和3中示出了当执行根据本发明的用于在两个基板1和2之间建立导电连接的第一方法的优选示例性实施例时的方法步骤。在该示例中，两个基板1、2每一者为印刷电路板（PCB），该印刷电路板以未详细图示的方式包括一层或多层，该一层或多层由导电材料和粘附于其上的导电导体轨道构成。在该示例中，该方法用于建立具有高电流能力的连接。在步骤1中，示出了提供了用于连接的第一冲压带3和第二冲压带4，它们每一者是由纯铜构成的柔性带。第一冲压带3包括安装部分5、与其邻接的长度部分6和连接部分7，并且第二冲压带4包括安装部分8、以直线方式与其邻接的长度部分9和连接部分10。作为步骤1的结果，第一冲压带3借助于导电的第一可释放连接11安装在第一基板1上。以对应的方式，第二冲压带4借助于在第二冲压带4的安装部分8和第二基板2之间建立导电的第二可释放连接12而被安装在第二基板2上。在该示例中，两个可释放连接11、12每一者都是借助于通孔技术（THT）建立的钎焊连接（图中未详细图示）。在步骤1之后，其上安装有冲压带3、4的两个基板1、2仍然可相对于彼此自由移动。

在这方面，仅在步骤2中，两个基板1、2被安装在它们公共的载体13上，使得两个基板1、2处于固定位置或相对于彼此具有固定间隙。这种安装可以使用本领域技术人员熟悉的常规技术来执行。以这样的方式执行安装，使得连接部分7和连接部分10在重叠区域14中重叠，其中在垂直于基板1、2的方向上，在两个连接部分7、10之间最初存在间隙15。

在步骤3中，横向于连接部分7、10延伸的间隙15通过冲压带3、4借助于一对钳子被轻微弯曲而被消除，并且连接部分7、10借助于重叠区域14内的焊接连接16而被连接。在该示例中，安装部分6借助于可释放连接11以附图中未详细示出的方式导电连接到对应于基板1的印刷电路板的导电导体轨道（同样未示出）。以对应的方式，第二冲压带在其安装部分8处借助于第二可释放连接12导电连接到印刷电路的对应于示例中的第二基板2的电导体轨道。基板1、2的两个导体轨道或者在该示例中对应于这些基板1、2的电路板以这种方式彼此连接且具有高电流能力。

如与步骤1相关的图1所示，在建立第一可释放连接11之后和建立焊接连接16之前，第一冲压带3的连接部分7平行于由第一基板1跨越的平面（垂直于图1的平面）延伸，其中连接部分7以直线方式与邻接安装部分5的长度部分6成直角延伸。这同样适用于第二冲压带4。从与图1中的步骤3相关的图示中还可以清楚地看出，焊接连接16的面积范围小于位于重叠区域14中的接触区的面积范围。此外，在图示中，附图标记1’表示对应于基板1的电路板，并且附图标记2’表示对应于基板2的电路板。在图1所示的示例性实施例中，两个基板1、2在载体13上的公共平面中紧邻彼此安装。在这种情况下，与步骤3相关的图示同时示出了作为所述方法的结果的根据本发明的布置结构17的优选示例性实施例。

图1中包含的与步骤4相关的图示涉及根据本发明的用于释放两个基板1、2之间的导电连接的方法。在示例性实施例中，该方法首先需要执行上述方法。然后，规定两个可释放连接11、12被再次释放，以便能够沿指示的箭头方向从基板1、2中的与安装部分5、8相关联的孔18、19移除安装部分5、8。这样，借助于由焊接连接16连接的两个冲压部分3、4可以被移除（例如为了维修工作的目的），并且可以被例如新的冲压带和新的焊接连接所替代。

图2示意性地示出了当执行根据本发明的方法的另一优选示例性实施例时的方法步骤。出于提高清晰度的原因，图2（以及还有图3）包含对应于图1的附图标记，用于对应的或相当的细节。在这种情况下，除了几何偏差之外，图2所示的情形与图1的步骤2相当。一个不同之处在于，在图2中，两个基板1、2没有彼此紧邻安装，而是一者在另一者之上安装在载体13上。第二冲压带4被形成角度数次，使得连接部分7、10再次彼此平行延伸，并形成平坦的接触区，在该接触区内可以建立焊接连接16（图2中未示出）。

图3示意性地示出了根据本发明的用于在两个基板1、2之间产生导电连接的另一方法的优选示例性实施例中的方法步骤。示例中的连接也是具有高电流能力的连接。在该示例中，第一平台21、第二平台22和横构件20用于连接目的，每个平台都由铜组成以实现导电性。第一平台11包括安装部分5和连接部分10。安装部分5借助于导电的第一可释放连接11导电连接到第一电路板1的电导体轨道（图3中未示出）。第二平台22借助于导电的第二可释放连接12以对应的方式在其安装部分8处导电连接到第二电路板2’的导体轨道。第一基板1和第二基板2在相对于彼此不可变的位置中安装在公共载体13上。具有第一纵向端23和与其邻接的长度部分24以及第二纵向端25和与其邻接的长度部分26的横构件20然后被支撑在两个平台21、22上，并且在该过程中被定位成使得其第一长度部分24在第一重叠区域14中与第一平台21的连接部分7重叠，并且使得其第二长度部分26在第二重叠区域14中与第二平台22的连接部分10重叠。如两个箭头所指示的，第一长度部分24然后借助于第一重叠区域14内的第一焊接连接16连接到第一连接部分7。以对应的方式，第二长度部分26借助于第二重叠部分14’内的焊接连接16’连接到第二连接部分10。借助于绿色激光产生的焊接连接16、16’在该示例中没有详细示出。

同时，图3是根据本发明的布置结构27的优选示例性实施例，其包括两个平台21、22和横构件20。

所有公开的特征对于本发明来说都是必不可少的（单独地，但也可以彼此组合）。从属权利要求通过其特征来表征现有技术的独立创造性扩展，特别是针对在所述权利要求的基础上提交分案申请。