本發(fā)明涉及一種用于電連接的接觸元件以及一種具有至少一個(gè)所提到的接觸元件的線路裝置。此外，本發(fā)明涉及一種用于制造大量所提到的接觸元件的銅帶。

背景技術(shù)：

線路裝置包括類型及結(jié)構(gòu)不同的線路組件、例如線路基座、印制導(dǎo)線、功率結(jié)構(gòu)元件或者插孔。這些線路組件必須彼此進(jìn)行電連接，以便所述線路裝置能夠?qū)崿F(xiàn)特定的功能。為此，所述線路裝置具有接觸元件，所述接觸元件被設(shè)置用于在線路組件之間形成穩(wěn)定的電連接。

具有不同的線路組件的電連接相應(yīng)地要求不同的連接方法，所述連接方法又以不同的機(jī)械要求為前提。因此，所述接觸元件必須如此構(gòu)成，使得它們滿足不同的機(jī)械要求。

如在技術(shù)裝置中常見的那樣，此外存在以簡(jiǎn)單的方式成本低廉地設(shè)計(jì)所述線路組件之間的電連接的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

由此，本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種能夠在線路組件之間實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單而成本低廉的電連接的可行方案。

該任務(wù)通過獨(dú)立權(quán)利要求的主題得到解決。有利的設(shè)計(jì)方案是從屬權(quán)利要求的主題。

按照本發(fā)明的第一方面，提供一種用于電連接的接觸元件。所述接觸元件包括由導(dǎo)電的第一銅材（銅或者銅合金）構(gòu)成的、用于與第一線路組件電連接的第一接觸區(qū)域。此外，所述接觸元件包括由導(dǎo)電的第二銅材（銅或者銅合金）構(gòu)成的、用于與第二線路組件電連接的第二接觸區(qū)域。在此所述第一接觸區(qū)域和所述第二接觸區(qū)域具有不同的材料硬度。此外，所述第一和第二接觸區(qū)域通過材料融合（stoffschlüssig）的連接彼此相連接。

在此，“接觸區(qū)域由銅材構(gòu)成”這個(gè)句子意味著，相應(yīng)的接觸區(qū)域以占優(yōu)勢(shì)的重量百分比份額包含相應(yīng)的銅材。因此，接觸元件除了由于加工技術(shù)所引起的材料混入物或者材料摻雜物之外幾乎完全由銅材構(gòu)成，其中所述材料混入物或者材料摻雜物保護(hù)所述接觸元件以防止外部的影響、例如由于濕氣引起的腐蝕或者防止材料疲勞。

“材料硬度”這個(gè)概念最初意味著材質(zhì)的機(jī)械阻力，所述材質(zhì)構(gòu)成所述前面所提到的第一銅材或者前面所提到的第二銅材。與相對(duì)于“強(qiáng)度”這個(gè)概念普遍認(rèn)為的差別相反，“材料硬度”這個(gè)概念在本申請(qǐng)中也次要地是指材質(zhì)的一種強(qiáng)度，該強(qiáng)度代表材質(zhì)、即所述第一或者第二銅材相對(duì)于機(jī)械變形和分離的抵抗力。

“所述第一和第二接觸區(qū)域通過材料融合的連接彼此相連接”這段文字在本申請(qǐng)中意味著，這兩個(gè)接觸區(qū)域相對(duì)于彼此未必在所述材料融合的連接的位置處鄰接，而是在這兩個(gè)接觸區(qū)域之間完全可以存在所述接觸元件的一個(gè)區(qū)段，所述材料融合的連接穿過該區(qū)段來延伸并且這兩個(gè)接觸區(qū)域通過該區(qū)段彼此材料融合地連接。

所述第一和第二接觸區(qū)域在相應(yīng)的進(jìn)行接觸的一側(cè)上不僅僅包括完全被接觸的表面，而且也可以具有未被接觸的自由的表面。特別地，這兩個(gè)接觸區(qū)域相對(duì)于彼此沿著所述接觸元件的縱向方向表面齊平地延伸，其中所述縱向方向橫向于或者斜向于所述材料融合的連接的伸展方向。

本發(fā)明以以下構(gòu)思為基礎(chǔ)：為了用不同的連接方法在兩個(gè)線路組件之間形成電連接，需要具有接觸區(qū)域的接觸元件，該接觸元件用于相對(duì)于兩個(gè)相應(yīng)的線路組件形成電連接，對(duì)于所述接觸元件來說所述兩個(gè)接觸區(qū)域必須滿足不同的機(jī)械要求和材料要求，所述不同的連接方法以所述機(jī)械要求和材料要求為前提。

為了使這兩個(gè)接觸區(qū)域能夠滿足這些不同的要求，這兩個(gè)接觸區(qū)域必須具有滿足相應(yīng)要求的不同材料。

如果所述接觸元件構(gòu)造有兩個(gè)具有不同材料的接觸區(qū)域，那么這兩個(gè)接觸區(qū)域就必須彼此機(jī)械地并且導(dǎo)電地相連接，以便能夠保證所述兩個(gè)線路組件之間的穩(wěn)定的電連接，所述接觸元件將這兩個(gè)線路組件彼此電連接。

在一種可能的解決方案中所述兩個(gè)接觸區(qū)域首先作為單獨(dú)的構(gòu)件由不同的導(dǎo)電的材料制成并且隨后彼此例如借助于螺栓固定在一起，這種解決方案被證實(shí)比較麻煩并且成本密集。

為了能夠容易地并且成本低廉地設(shè)計(jì)線路組件之間的電連接，所述接觸元件必須能夠作為散裝貨物（Massenware）成本低廉地并且在沒有很大開銷的情況下來制造。

在本發(fā)明的范圍內(nèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，接觸元件的兩個(gè)接觸區(qū)域之間的材料融合的連接是一種簡(jiǎn)單的并且成本低廉的解決方案。

材料融合的連接能夠?qū)崿F(xiàn)由不同材料構(gòu)成的接觸區(qū)域的穩(wěn)定的機(jī)械連接，所述機(jī)械連接此外在連接位置處具有很低的過渡電阻。

銅材、也就是銅或者銅合金在本發(fā)明的范圍內(nèi)被證實(shí)是用于接觸區(qū)域的材料，所述材料不僅具有較高的導(dǎo)電能力而且最佳地適合于材料融合的連接。因?yàn)樗鲢~材通常可以成本低廉地獲得，所以具有接觸區(qū)域的接觸元件也可以用不同的銅材成本低廉地來制造。

由此提供了一種用于電連接的接觸元件，所述電連接能夠?qū)崿F(xiàn)線路組件之間的簡(jiǎn)單且成本低廉的電連接。

按照一種優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案，所述第一銅材具有直至110 HV的材料硬度、尤其直至100HV、特別是直至95HV的材料硬度。在此，硬度單位“HV”是維氏硬度。

具有較小的、直至110HV或者100HV或者95HV的材料硬度的銅材能夠?qū)崿F(xiàn)用于與第一線路組件構(gòu)成材料融合的連接的第一接觸區(qū)域，而在此沒有在機(jī)械方面過于劇烈地影響到所述第一線路組件。

優(yōu)選地，所述第一銅材是按照標(biāo)準(zhǔn)DIN EN 1976/98的生銅。特別地，所述第一銅材是韌性的電解銅。優(yōu)選地，所述第一銅材是Cu-ETP（英語為：“Electrolytic-Tough-Pitch Copper”）。此外也被稱為E-Cu、以前也被稱為E-Cu58或者E-Cu57的Cu-ETP是通過電解精煉來制成的含氧的（韌性的）銅，所述銅對(duì)于熱和電來說具有很高的傳導(dǎo)能力并且由此最好地適合于接觸元件。

按照另一種優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案，所述第二銅材具有至少130HV、尤其是至少 150HV或者優(yōu)選超過170HV的材料硬度。優(yōu)選地，所述第二銅材具有不超過300HV、尤其是不超過250HV并且優(yōu)選不超過200HV的材料硬度。

具有超過130HV或者130-300HV、特別是170HV至200HV的較高材料硬度的銅材能夠?qū)崿F(xiàn)用于與所述第二線路組件構(gòu)成簡(jiǎn)單的傳力連接、例如壓入連接（Press-fit-Verbindung（壓合連接））的第二接觸區(qū)域，所述傳力連接也經(jīng)得住強(qiáng)烈的機(jī)械應(yīng)力。

按照另一種優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案，所述第二銅材包含錫，所述錫優(yōu)選具有超過0.15%、尤其是超過1%、特別是超過5%的重量百分比含量。優(yōu)選地，所述第二銅材包含錫，所述錫具有直至22%、尤其是直至20%、直至15%、直至12%、直至10%或者直至9%、特別是直至7%的重量百分比份額。優(yōu)選地，所述第二銅材是錫青銅，特別是CuSn6。錫青銅同樣可以作為成本低廉的散裝貨物以不同的結(jié)構(gòu)形式來獲得。

作為錫的補(bǔ)充或者取代錫也可以在所述第二銅材中包含其它的添加物，例如鎂、鎳、鋅和/或硅。

特別地，可以將銅合金用作所述第二銅材，所述銅合金適合于構(gòu)成壓入連接件（壓合接頭）。屬于所述銅合金的例如是CuSn0.15、CuSn4、CuSn5、CuSn6、CuMg、CuSn3Zn9、CuNiSi。

按照另一種優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案，所述第一和第二接觸區(qū)域通過電子束焊接的連接來彼此材料融合地連接。

所述兩個(gè)由不同的銅材構(gòu)成的接觸區(qū)域之間的電子束焊接的連接具有一種過渡電阻，該過渡電阻低于所述兩個(gè)接觸區(qū)域中的電阻。此外，所述電子束焊接的連接能夠在所述兩個(gè)接觸區(qū)域之間實(shí)現(xiàn)在機(jī)械方面非常穩(wěn)定的連接。

按照本發(fā)明的另一個(gè)方面提供一種線路裝置。在此，所述線路裝置包括第一線路組件和第二線路組件。此外，所述線路裝置包括至少一個(gè)前面所描述的接觸元件。在此，所述接觸元件的第一接觸區(qū)域通過材料融合的連接、尤其是超聲波焊接或者釬焊連接與所述第一線路組件導(dǎo)電地并且機(jī)械地穩(wěn)定地連接。所述接觸元件的第二接觸區(qū)域通過傳力連接、尤其是壓入連接（壓合連接）與所述第二線路組件導(dǎo)電地并且機(jī)械地穩(wěn)定地連接。

按照本發(fā)明的另一方面提供一種用于制造大量的前面所描述的接觸元件的銅帶。在此，所述銅帶包括由第一銅材構(gòu)成的縱長(zhǎng)的第一條帶和由第二銅材構(gòu)成的縱長(zhǎng)的第二條帶。所述銅帶此外具有材料融合的連接，所述材料融合的連接沿著所述第一和第二條帶的縱向方向延伸。通過所述材料融合的連接，所述第一和第二條帶彼此材料融合地、導(dǎo)電地并且機(jī)械地穩(wěn)定地連接。優(yōu)選地，所述材料融合的連接構(gòu)造為電子束焊接的連接。

從這樣的銅帶中可以用簡(jiǎn)單的沖壓機(jī)在簡(jiǎn)單的沖壓過程中沖裁出前面所描述的接觸元件。

上面所描述的接觸元件的有利的設(shè)計(jì)方案，只要在其它方面能夠套用到上面所提到的線路裝置、上面所提到的銅帶上也可以視為所述線路裝置或者銅帶的有利的設(shè)計(jì)方案。

附圖說明

下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的示范性的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)解釋。附圖示出：

圖1是具有按照本發(fā)明的一種實(shí)施方式的接觸元件的線路裝置的示意性的側(cè)視圖；并且

圖2是按照本發(fā)明的一種實(shí)施方式的銅帶的區(qū)段的示意性的俯視圖。

具體實(shí)施方式

首先參照?qǐng)D1，在圖1中示意性地示出了線路裝置SA的一個(gè)區(qū)段。

所述線路裝置SA包括線路基座ST1，所述線路基座在該實(shí)施方式中構(gòu)造為陶瓷基片。在所述線路基座ST1的表面OF1上布置了用于進(jìn)行電流傳輸?shù)挠≈茖?dǎo)線LB，該印制導(dǎo)線構(gòu)成所述線路裝置SA的第一線路組件。

在所述印制導(dǎo)線LB的背向所述線路基座ST1的表面OF2上布置了功率半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)元件LH、例如功率晶體管，所述功率晶體管通過釬焊連接LV與所述印制導(dǎo)線LB機(jī)械地并且導(dǎo)電地連接。

此外，在所述印制導(dǎo)線LB的相同的表面OF2上并且在所述功率半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)元件LH的旁邊布置了接觸元件KE。

所述接觸元件KE構(gòu)造為L(zhǎng)形并且具有第一接觸區(qū)域B1和第二接觸區(qū)域B2，所述第一接觸區(qū)域和第二接觸區(qū)域彼此垂直。在此，所述第一和第二接觸區(qū)域B1、B2通過電子束焊接的連接EV彼此材料融合地、導(dǎo)電地并且機(jī)械地穩(wěn)定地連接，所述電子束焊接的連接在這兩個(gè)接觸區(qū)域B1、B2之間處于所述接觸元件KE的彎曲邊緣沿上。

所述第一接觸區(qū)域B1處于所述印制導(dǎo)線LB的表面OF2上，并且通過超聲波焊接的連接UV與所述印制導(dǎo)線LB機(jī)械地并且導(dǎo)電地連接。

所述第一接觸區(qū)域B1由E-銅（Cu-ETP）構(gòu)成并且具有較低的、小于100HV（維氏硬度）的材料硬度。

所述第一接觸區(qū)域B1處的較低的材料硬度降低了所述印制導(dǎo)線LB從所述線路基座ST1脫層（去附著、脫落）的危險(xiǎn)或者說在所述線路基座ST1上出現(xiàn)材料破裂的危險(xiǎn)。

所述第二接觸區(qū)域B2構(gòu)造為壓入銷的形式并且被插入到另一線路基座ST2的金屬化的金屬化通孔DK中，所述另一線路基座構(gòu)成所述線路裝置SA的第二線路組件。

在此，所述第二接觸區(qū)域B2與所述金屬化通孔DK的內(nèi)壁上的金屬化結(jié)構(gòu)MT構(gòu)成傳力的壓入連接PV（壓合連接）。

所述第二接觸區(qū)域B2由具有重量份額約為6的錫的錫青銅CuSn6構(gòu)成并且具有較高的、大于130HV（維氏硬度）的材料硬度。

所述第二接觸區(qū)域B2處的較高的材料硬度能夠在所述接觸元件KE與所述線路基座ST2之間實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的壓入連接PV。

現(xiàn)在參照?qǐng)D2，在圖2中示意性地示出了用于制造大量的在圖1中示出的接觸元件KE的銅帶KB的一個(gè)區(qū)段。

所述銅帶KB構(gòu)造為長(zhǎng)而窄的帶材，并且包括由前面所提到的第一銅材、也就是E-銅（Cu-ETP）構(gòu)成的縱長(zhǎng)第一條帶SR1。此外，所述銅帶KB包括由前面所提到的第二銅材、也就是錫青銅CuSn6構(gòu)成的縱長(zhǎng)的第二條帶SR2。

在此，所述第一和第二條帶SR1、SR2通過電子束焊接的連接EV來材料融合地連接，所述電子束焊接的連接沿著所述第一和第二條帶SR1、SR2的縱向方向LR延伸。

從該銅帶KB中一個(gè)接一個(gè)地沿著其縱向方向LR沖裁出所述接觸元件KE，其中從所述第一條帶SR1的區(qū)域中沖裁出的區(qū)段構(gòu)成所述接觸元件KE的相應(yīng)的第一接觸區(qū)域B1，并且從所述第二條帶SR2的區(qū)域中沖裁出的區(qū)段構(gòu)成所述接觸元件KE的相應(yīng)的第二接觸區(qū)域B2。

隨后在所述電子束焊接的連接EV 處將所沖裁出的接觸元件KE彎曲成L形。

由此可以在簡(jiǎn)單的加工步驟中作為散裝貨物來成本低廉地制造所述接觸元件KE。