DE102018200105A1 - Process for producing a cohesive laser bonding compound and laser bonding compound - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Laserbondverbindung, wobei in einem ersten Verfahrensschritt ein Bondelement (1) bereitgestellt wird, wobei das Bondelement (1) aus einem ersten Material (11) ausgebildet ist sowie eine Beschichtung (2) aus einem zweiten Material (21) aufweist und in einem zweiten Verfahrensschritt ein aus einem dritten Material (31) ausgebildetes Kontaktelement (3) bereitgestellt wird, und in einem dritten Verfahrensschritt das Bondelement (1) und das Kontaktelement (3) unter Einwirkung eines Lasers (5) gefügt unmittelbar miteinander verbunden werden.The invention relates to a method for producing a cohesive laser bonding connection, wherein in a first method step a bonding element (1) is provided, wherein the bonding element (1) is formed from a first material (11) and a coating (2) from a second material ( 21) and in a second method step, a contact element (3) formed from a third material (31) is provided, and in a third method step, the bonding element (1) and the contact element (3) under the action of a laser (5) joined together directly get connected.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Laserbondverbindung nach Gattung des unabhängigen Anspruchs.The invention is based on a method for producing a cohesive laser bonding compound according to the preamble of the independent claim.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Laserbondverbindung.The subject matter of the present invention is also a laser bonding compound.
Die Druckschrift
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Ein Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Laserbondverbindung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs bietet den Vorteil, dass ein Bondelement und ein Kontaktelement ohne die Notwendigkeit eines weiteren zwischen dem Bondelement und dem Kontaktelement angeordneten Zwischenelements unmittelbar bzw. direkt gefügt miteinander verbunden werden können.A method for producing a cohesive laser bonding compound having the features of the independent claim offers the advantage that a bonding element and a contact element can be joined together directly or directly without the need for a further intermediate element arranged between the bonding element and the contact element.
Dazu wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Laserbondverbindung zur Verfügung gestellt.For this purpose, a method for producing a cohesive laser bonding compound is provided according to the invention.
Dabei wird in einem ersten Verfahrensschritt ein Bondelement bereitgestellt. Das Bondelement ist dabei aus einem ersten Material ausgebildet und weist eine Beschichtung aus einem zweiten Material auf.In this case, a bonding element is provided in a first method step. The bonding element is formed from a first material and has a coating of a second material.
Dabei wird in einem zweiten Verfahrensschritt ein Kontaktelement bereitgestellt. Das Kontaktelement ist dabei aus einem dritten Material ausgebildet.In this case, a contact element is provided in a second method step. The contact element is formed from a third material.
Dabei werden in einem dritten Verfahrensschritt das Bondelement und das Kontaktelement unter Einwirkung eines Lasers gefügt unmittelbar miteinander verbunden.In this case, in a third method step, the bonding element and the contact element are joined together directly under the action of a laser.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegeben Vorrichtungen möglich.The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the independent claims are possible devices.
Hierzu sei an dieser Stelle bemerkt, dass unter einer Laserbondverbindung eine mittels Laserbondens ausgebildete Verbindung bezeichnet sein soll, wobei es sich bei dem Laserbonden um ein Kombinationsverfahren handelt, bei welchem die Verbindung mittels eines Laserfügeprozesses bzw. eines Laserschweißprozesses ausgebildet wird.For this purpose, it should be noted at this point that a compound formed by laser bonding is to be designated by a laser bonding connection, wherein the laser bonding is a combination process in which the connection is formed by means of a laser joining process or a laser welding process.
Somit unterscheidet sich das Laserbonden beispielsweise von einem Ultraschallbonden, bei welchem die Verbindung mittels eines Ultraschallfügeprozesses ausgebildet wird.Thus, the laser bonding differs for example from an ultrasonic bonding, in which the connection is formed by means of an ultrasonic joining process.
Somit ergeben sich bei einem mittels Laserbondens ausgeführten Verfahren weiterhin verschiedene und neue Anwendungsmöglichkeiten.Thus, in a method performed by means of laser bonding, different and new application possibilities continue to arise.
Dabei soll unter einer direkten Verbindung des Bondselements und des Kontaktelements miteinander verstanden sein, dass diese unmittelbar ohne ein weiteres Zwischenelement miteinander verbunden sind, was noch beschrieben wird.It should be understood by a direct connection of the bonding element and the contact element with each other that they are directly connected to each other without another intermediate element, which will be described.
An dieser Stelle sei hierzu bemerkt, dass das erste Material und das zweite Material vorzugsweise voneinander verschiedene Materialien sein sollen.It should be noted at this point that the first material and the second material should preferably be different materials from each other.
Es ist dabei zweckmäßig, wenn das zweite Material der Beschichtung einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als das erste Material des Bondelements.It is expedient if the second material of the coating has a lower melting point than the first material of the bonding element.
Dadurch ist es mit dem beschriebenen Verfahren im Unterschied zu aus dem Stand der Technik bekannten Laserbondverfahren möglich, eine Diffusionsverbindung auszubilden.As a result, it is possible with the described method, in contrast to known from the prior art laser bonding method to form a diffusion bond.
Insgesamt kann dabei auch die mittels des Lasers zur Verbindung des Bondelements und des Kontaktelements miteinander eingebrachte Laserenergie geringer gewählt werden als bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, so dass die Fügezone insgesamt weniger Energie und insbesondere weniger erzeugte Wärme aufzunehmen hat.Overall, the laser energy introduced by means of the laser for connecting the bonding element and the contact element can also be selected to be lower than in the case of methods known from the prior art, so that the joining zone has to absorb less energy overall and in particular less heat generated.
Dadurch kann insbesondere auf ein zwischen dem Bondelement und dem Kontaktelement angeordnetes als Bondpad bezeichnetes Zwischenelement verzichtet werden, ohne dass Schädigungen beispielsweise an dem Kontaktelement aufgrund der eingebrachten Laserenergie entstehen.As a result, in particular, an intermediate element which is arranged between the bonding element and the contact element and is referred to as a bonding pad can be dispensed with without causing damage, for example, to the contact element due to the introduced laser energy.
Insbesondere bei der Verbindung des Bondelements mit einem als Überwachungssystem bzw. als Schaltungsträger ausgebildeten Kontaktelement bietet dies den Vorteil einer unmittelbaren bzw. direkten Kontaktierung.In particular, in the connection of the bonding element with a trained as a monitoring system or as a circuit carrier contact element this offers the advantage of a direct or direct contact.
An dieser Stelle sei bemerkt, dass durch den Verzicht auf als Bondpads bezeichnete Zwischenelemente auch eine Kosteneinsparung möglich ist, und weiterhin auch auf eine Bestückung bspw. des Überwachungssystems mit einer Mehrzahl an Bondpads verzichtet werden kann.At this point it should be noted that by dispensing with intermediate elements designated as bondpads, a cost saving is also possible and, furthermore, it is also possible to dispense with equipping, for example, the monitoring system with a plurality of bondpads.
Von Vorteil ist es, wenn das erste Material des Bondelements ausgewählt wird als Aluminium, Kupfer oder Nickel.It is advantageous if the first material of the bonding element is selected as aluminum, copper or nickel.
Somit kann ein aus einem metallischen Werkstoff ausgebildetes Bondelement mit einer ausreichenden elektrischen Leitfähigkeit zur Verfügung gestellt werden. Beispielsweise kann ein solches Bondelement zur Kontaktierung und/oder zur Verschaltung von elektrischen Komponenten eines Batteriemoduls, wie beispielsweise von Spannungsabgriffen von Batteriezellen oder Leiterplatten, eingesetzt werden. Thus, a formed of a metallic material bonding element can be provided with a sufficient electrical conductivity. For example, such a bonding element for contacting and / or interconnection of electrical components of a battery module, such as voltage taps of battery cells or printed circuit boards, are used.
Weiterhin ist es auch zweckmäßig, wenn das dritte Material ausgewählt wird als Aluminium, Kupfer oder Nickel.Furthermore, it is also expedient if the third material is selected as aluminum, copper or nickel.
Somit kann ein aus einem metallischen Werkstoff ausgebildetes Kontaktelement mit einer ausreichenden elektrischen Leitfähigkeit zur Verfügung gestellt werden. Beispielsweise kann ein solches Kontaktelement ein Kontaktelement eines Batteriemoduls, wie beispielsweise ein Spannungsabgriff einer Batteriezelle, oder auch ein Kontaktelement einer Leiterplatte sein, wie beispielsweise eine Leiterbahn eines Schaltungsträgers.Thus, a formed of a metallic material contact element can be provided with a sufficient electrical conductivity. For example, such a contact element may be a contact element of a battery module, such as a voltage tap of a battery cell, or a contact element of a circuit board, such as a conductor of a circuit substrate.
Des Weiteren ist es auch von Vorteil, wenn das zweite Material der Beschichtung ausgewählt wird als Zinn oder eine Zinn enthaltende Legierung.Furthermore, it is also advantageous if the second material of the coating is selected as tin or a tin-containing alloy.
Somit ist es möglich, eine Beschichtung des Bondelements zur Verfügung zu stellen, welche aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet ist und weiterhin einen vergleichbar niedrigeren Schmelzpunkt aufweist.Thus, it is possible to provide a coating of the bonding element which is formed of a metallic material and furthermore has a comparatively lower melting point.
Dadurch ist es möglich, in dem dritten Verfahrensschritt mittels des Lasers die Beschichtung des Bondelements, welche bevorzugt aus Zinn oder einer Zinn enthaltenden Legierung ausgebildet ist, mit einem vergleichbar geringeren Energieeintrag solange zu erwärmen, bis die Beschichtung aufschmilzt.This makes it possible, in the third method step by means of the laser, to heat the coating of the bonding element, which is preferably made of tin or a tin-containing alloy, with a comparatively lower energy input until the coating melts.
Dabei kann das geschmolzene Material der Beschichtung anschließend sowohl das Bondelement als auch das Kontaktelement benetzen.The molten material of the coating can then wet both the bonding element and the contact element.
Nach Wegnahme der Lasereinwirkung und somit der Energieeinwirkung erstarrt das geschmolzene Material der Beschichtung wieder, wodurch eine Diffusionsverbindung zwischen dem Bondelement und dem Kontaktelement ausgebildet ist.After removal of the laser action and thus the action of energy, the molten material of the coating solidifies again, whereby a diffusion bond between the bonding element and the contact element is formed.
Somit ist eine elektrisch leitende und unmittelbare Verbindung zwischen dem Kontaktelement und dem Bondelement ausgebildet.Thus, an electrically conductive and direct connection between the contact element and the bonding element is formed.
Eine solche Verbindung soll an dieser Stelle als Diffusionsverbindung bezeichnet sein.Such a compound should be referred to at this point as a diffusion compound.
Vorteilhafterweise weist das Bondelement eine senkrecht zu einer Längsrichtung des Bondelements angeordnete Querschnittsfläche auf.Advantageously, the bonding element has a cross-sectional area arranged perpendicular to a longitudinal direction of the bonding element.
Dabei weist die Querschnittsfläche des Bondelements eine quadratische, rechteckige oder runde Form auf.In this case, the cross-sectional area of the bonding element has a square, rectangular or round shape.
Somit ist es möglich, unterschiedliche Ausführungsformen eines Bondelements, welche an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden können, zur Verfügung zu stellen.Thus, it is possible to provide different embodiments of a bonding element, which can be adapted to the respective requirements.
Es ist auch vorteilhaft, wenn das Bondelement eine senkrecht zu einer Längsrichtung des Bondelements angeordnete Breite aufweist.It is also advantageous if the bonding element has a width arranged perpendicular to a longitudinal direction of the bonding element.
Dabei weist die Breite des Bondelements einen Wert kleiner als 5 cm auf. Bevorzugt weist die Breite des Bondelements einen Wert kleiner als 1 cm auf. Insbesondere weist die Breite des Bondelements einen Wert kleiner als 0,5 cm auf.In this case, the width of the bonding element has a value smaller than 5 cm. The width of the bonding element preferably has a value of less than 1 cm. In particular, the width of the bonding element has a value smaller than 0.5 cm.
Beispielsweise kann die Breite des Bondelements einen Wert von 0,1 cm aufweisen.For example, the width of the bonding element may have a value of 0.1 cm.
Dabei ist es beispielsweise mit größeren Querschnittsflächen bzw. mit größeren Breiten möglich, bei dem Einsatz eines Bondelements in einem Batteriemodul eine ausreichende Leitung des elektrischen Stroms zur Verfügung zu stellen.In this case, it is possible, for example with larger cross-sectional areas or with larger widths, to provide sufficient conduction of the electrical current when using a bonding element in a battery module.
Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung ist das in dem zweiten Verfahrensschritt bereitgestellte Kontaktelement ein Spannungsabgriff einer Batteriezelle eines Batteriemoduls oder ein Überwachungssystem eines Batteriemoduls oder einer Leistungselektronik.According to an advantageous aspect of the invention, the contact element provided in the second method step is a voltage tap of a battery cell of a battery module or a monitoring system of a battery module or power electronics.
Dabei sollen unter einem Überwachungssystem eines Batteriemoduls beispielsweise Schaltungsträger oder Leiterplatten, wie Leiterplatten aus Niedertemperatur-Einbrand-Keramiken oder auch Hochtemperatur-Einbrand-Keramiken verstanden sein.In this case, a monitoring system of a battery module should be understood as, for example, circuit carriers or printed circuit boards, such as printed circuit boards made of low-temperature ceramics or high-temperature ceramics.
Somit ist es beispielsweise zum einen möglich, Batteriezellen eines Batteriemoduls elektrisch leitend seriell und/oder parallel miteinander zu verbinden. Weiterhin ist es beispielsweise zum anderen möglich, eine Batteriezelle elektrisch leitend mit dem Überwachungssystem des Batteriemoduls zu verbinden.Thus, for example, it is possible, for example, to electrically connect battery cells of a battery module in series and / or in parallel with each other. Furthermore, on the other hand, for example, it is possible to electrically connect a battery cell to the monitoring system of the battery module.
Insgesamt ist es mit einem erfindungsgemäßen Verfahren dabei möglich, Batteriezellen eines Batteriemoduls elektrisch zu kontaktieren und/oder einzelne Batteriezellen eines Batteriemoduls elektrisch leitend miteinander zu verbinden, wodurch die Batteriezellen auf flexible Weise zu einem Batteriemodul mit einer Mehrzahl an elektrisch leitend verbundenen Batteriezellen verschaltet sein können.Overall, it is possible with a method according to the invention, electrically contact battery cells of a battery module and / or electrically connect individual battery cells of a battery module together, whereby the battery cells in a flexible manner to a Battery module with a plurality of electrically conductively connected battery cells can be connected.
An dieser Stelle sei noch angemerkt, dass solche Bondelemente bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff, wie beispielsweise Aluminium, Kupfer oder Nickel, ausgebildet sind und bevorzugt eine Breite aufweisen, welche eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit zur Verfügung stellt.It should be noted at this point that such bonding elements are preferably made of a metallic material, such as aluminum, copper or nickel, and preferably have a width which provides sufficient electrical conductivity.
Insbesondere weist dabei das in dem ersten Verfahrensschritt bereitgestellte Bondelement ein erstes Ende und ein zweites Ende auf.In particular, the bonding element provided in the first method step has a first end and a second end.
Weiterhin kann dabei das erste Ende mit dem Spannungsabgriff einer Batteriezelle gefügt verbunden werden und das zweite Ende mit dem Spannungsabgriff einer weiteren Batteriezelle gefügt verbunden werden.Furthermore, the first end can be joined to the voltage tap of a battery cell and the second end connected to the voltage tap of another battery cell.
Somit ist eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Batteriezelle und der weiteren Batteriezelle möglich.Thus, an electrically conductive connection between the battery cell and the other battery cell is possible.
Weiterhin kann dabei das erste Ende mit dem Spannungsabgriff einer Batteriezelle gefügt verbunden werden und das zweite Ende mit dem Überwachungssystem des Batteriemoduls gefügt verbunden werden.Furthermore, the first end can be joined to the voltage tap of a battery cell and the second end connected to the monitoring system of the battery module.
Somit ist eine elektrische Kontaktierung der Batteriezelle möglich.Thus, an electrical contacting of the battery cell is possible.
Dabei kann das Bondelement bspw. als Endlosmaterial zur Verfügung gestellt werden und bevorzugt auf einer Spule aufgewickelt sein.In this case, the bonding element can be provided, for example, as endless material and preferably wound up on a spool.
Vorteilhafterweise wird in einem fünften Verfahrensschritt nach der Herstellung einer Verbindung des Bondelements mit dem Kontaktelement das Bondelement an einer nicht mit dem Kontaktelement verbundenen Stelle durchtrennt. Somit ist es möglich, das Bondelement aus einem Endlosmaterial zur Verfügung zu stellen.Advantageously, in a fifth method step after the production of a connection of the bonding element with the contact element, the bonding element is severed at a point not connected to the contact element. Thus, it is possible to provide the bonding element of a continuous material.
Ferner betrifft die Erfindung auch eine stoffschlüssige Laserbondverbindung, welche insbesondere nach einem eben beschriebenen Verfahren hergestellt ist und somit auch alle vorteilhaften Weiterbildungen des Verfahrens umfassen kann. Die stoffschlüssige Laserbondverbindung umfasst dabei ein Bondelement, welches aus einem ersten Material ausgebildet ist und eine Beschichtung aus einem zweiten Material aufweist sowie ein Kontaktelement, welches aus einem dritten Material ausgebildet ist, wobei das Bondelement und das Kontaktelement, insbesondere unter Ausbildung einer Diffusionsverbindung, unmittelbar gefügt miteinander verbunden sind.Furthermore, the invention also relates to a cohesive laser bonding compound, which is produced in particular by a method just described and thus can also include all advantageous developments of the method. The cohesive laser bonding compound comprises a bonding element which is formed from a first material and has a coating of a second material and a contact element which is formed from a third material, wherein the bonding element and the contact element, in particular forming a diffusion bond, joined directly connected to each other.
Figurenlistelist of figures
Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.
Es zeigt:
-
1 schematisch eine Laserbondverbindung gemäß dem Stand der Technik und -
2 schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Laserbondverbindung.
-
1 schematically a laser bonding connection according to the prior art and -
2 schematically an inventive method for producing a cohesive laser bonding compound.
Die
Dabei ist in der
Das Batteriemodul
Des Weiteren weist das Batteriemodul
Dabei ist aus der
Zwischen dem Bondelement
Das Zwischenelement
Mit anderen Worten ausgedrückt, benötigt das Kontaktelement bspw. in Form des Überwachungssystems
Die
Dabei wird in einem ersten Verfahrensschritt ein Bondelement
Dabei weist das zweite Material
Dabei kann das erste Material
Dabei kann das zweite Material
Dabei wird in einem zweiten Verfahrensschritt ein Kontaktelement
Das Kontaktelement
Dabei kann das Kontaktelement
Dabei kann das Kontaktelement
Dabei werden in einem dritten Verfahrensschritt das Kontaktelement
An dieser Stelle sei angemerkt, dass die
Des Weiteren ist in der
Des Weiteren ist in der
Dabei kann das erste Ende
Dabei kann das erste Ende
Des Weiteren ist in der
Insgesamt wird das Laserbondverfahren dabei bevorzugt in der Art ausgebildet, dass das Bondelement
Anschließend wird ein als „Loop“ bezeichneter bogenförmig ausgebildeter Zwischenbereich
Anschließend wird eine zweite gefügt ausgebildete Verbindung zwischen dem zweiten Ende
Anschließend wird das Bondelement
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|---|---|---|---|---|
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