CN110581421A - 用于制造材料配合的激光接合连接的方法以及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于制造材料配合的激光接合连接的方法，其中在第一方法步骤中提供接合元件，其中所述接合元件由第一材料构造，和在第二方法步骤中提供接触元件，其中所述接触元件由第二材料构造，和在第三方法步骤中，在激光器的作用下，将所述接合元件和所述接触元件以结合的方式来相互连接，其中，将保护气体输送给结合点。

Description

用于制造材料配合的激光接合连接的方法以及设备

技术领域

本发明从一种根据独立权利要求的类型的用于制造材料配合的激光接合连接的方法出发。

本发明的主题也是一种用于构造激光接合连接的设备。

背景技术

原则上从现有技术中已知：用于借助接合连接来构造在第一接触元件和第二接触元件之间的导电连接的接合过程（Bondprozess）被划分为以下阶段：

1）制造在接合元件和第一接触元件之间的接合连接；

2）使接合元件变形；

3）制造在接合元件和与第一接触元件不同的第二接触元件之间的接合连接；和

4）在接合元件的并不位于第一接触元件和第二接触元件之间的位置将接合元件切断。

出版物US 9 452 490 B2公开一种用于连接两种金属的方法。

发明内容

具有独立权利要求的特征的用于制造材料配合的激光接合连接的方法提供如下优点：为了提高过程安全性，能够在输送保护气体的情况下借助激光接合来将接合元件和接触元件相互连接。

通过在结合过程（Fügeprozess）期间输送保护气体到结合点（Fügestelle），可以减小产生的等离子体、焊接浓烟和焊接烟雾，由此尤其是也能够降低对于过程中断（Prozessabbrüche）的风险。

总体上因此可能的是：实现激光接合连接的可靠构造。

对此，根据本发明提供一种用于制造材料配合的激光接合连接的方法。

在此，在第一方法步骤中提供接合元件。该接合元件在此由第一材料构造。

在此，在第二方法步骤中提供接触元件。该接触元件在此由第二材料构造。

在此，在第三方法步骤中，在激光的作用下，将接合元件和接触元件以结合的方式来相互连接。

尤其是，该接合元件和接触元件非间接地（unmittelbar）以结合的方式来相互连接。

在此，尤其是在第三方法步骤期间，将保护气体输送给结合点。

通过在从属权利要求中提及的措施，在独立权利要求中所说明的设备的有利的扩展方案和改善方案是可能的。

为此，在此处应注意:在激光接合连接的情况下应该表示借助激光接合所构造的连接，其中所述激光接合是组合方法，其中在所述组合方法的情况下借助激光结合过程或激光焊接过程来构造所述连接。

因此，激光接合例如区别于超声波接合，其中在所述超声波接合的情况下借助超声波结合过程来构造所述连接。

因此，在借助激光接合所实施的方法情况下此外得出不同的和新的应用可能性。

优选地，所述接合元件和接触元件非间接地或者说直接地相互连接。

在此，接合元件和接触元件的非间接的或者说直接的相互连接应理解为：所述接合元件和接触元件非间接地或者说直接地在没有另一中间元件的情况下相互连接。

有利地，保护气体选择为氦、二氧化碳、氮和/或氩。

此外也可能的是，使用所有作为保护气体已知的气体，其中所提及的气体对于以提高过程安全性的方式来构造激光接合连接而言是特别有利的。

有利的是，将接合元件的第一材料选择为铝、铜或镍。

因此，能够提供具有足够的导电率的由金属材料构造的接合元件。例如，可以使用用于接触和/或接线电池组模块的电组件、诸如电池组电池或电路板的电压分接头的这种接合元件。

此外也适宜的是，使接合元件具有由第三材料组成的覆层，其中覆层的第三材料具有比接合元件的第一材料更低的熔点。

由此，与由现有技术中已知的激光接合方法不同，利用所描述的方法可能的是：构造扩散连接（Diffusionsverbindung）。

总体上，在此借助用于将接合元件和接触元件相互连接的激光所引入的激光能量也可以选择得比在由现有技术中已知的方法情况下更小，从而使结合区总体上应吸收更少能量和尤其是更少产生的热量。

由此可以尤其是放弃在接合元件和接触元件之间布置的被称为接合垫（Bondpad）的中间元件，而并不由于所引入的激光能量而产生对例如接触元件的损害。

尤其是，在将接合元件与构造为监控系统或电路载体的接触元件连接的情况下，这提供非间接的或直接的接触的优点。

此外，在此情况下有利的是，覆层的第三材料选择为锡或含锡合金。因此可能的是，提供接合元件的覆层，该覆层由金属材料构造并且此外具有比较低的熔点。

由此可能的是，在第三方法步骤中借助激光以比较低的能量输入来一直加热接合元件的覆层，直至该覆层熔化，其中该覆层优选由锡或含锡合金构造。

在此，覆层的经熔化的材料可以接下来不仅将接合元件润湿（benetzen）而且也将接触元件润湿。

在去除（Wegnahme）激光作用并且因此去除能量作用之后，该覆层的经熔化的材料再次凝固，由此在接合元件和接触元件之间构造扩散连接。因此在接触元件和接合元件之间构造导电的和非间接的连接。

这种连接应该在此处表示为扩散连接。

尤其是，在强烈地释放气体（ausgasen）的表面覆层情况下、诸如这种具有锡或含锡合金的覆层情况下，可以借助保护气体输送装置来明显提高过程安全性，并且由此可以使该过程总体上构造得更稳定并且也可以减小可能的次品成本。

有利的是，接触元件的第二材料选择为铝、铜或镍。

因此可以提供具有足够导电率的由金属材料构造的接触元件。

有利地，该接合元件具有垂直于接合元件的纵向来布置的横截面。在此，该接合元件的横截面具有方形的、矩形的或圆形的形状。

因此可能的是：提供接合元件的能够适配于相应要求的不同实施方式。

也有利的是，接合元件具有垂直于接合元件的纵向来布置的宽度。

在此，接合元件的宽度具有小于5cm的值。

优选地，该接合元件的宽度具有小于1cm的值。尤其是，该接合元件的宽度具有小于0.5cm的值。

例如，该接合元件的宽度可以具有0.1cm的值。

在此，例如利用更大的横截面或更大的宽度而可能的是：在将接合元件使用在电池组模块中的情况下提供电流的足够传导。

根据本发明的有利方面，在第二方法步骤中所提供的接触元件是电池组模块的电池组电池的电压分接头或者是电池组模块或功率电子装置的监控系统。

在此，电池组模块的监控系统例如应该理解为电路载体或电路板、例如由低温烧结陶瓷组成的或者也由高温烧结陶瓷组成的电路板。

因此，例如一方面可能的是,使电池组模块的电池组电池导电地串联和/或并联地相互连接。此外，例如另一方面可能的是，使电池组电池与电池组模块的监控系统导电连接。

总体上，利用根据本发明的方法在此可能的是：使电池组模块的电池组电池电接触和/或电池组模块的各个电池组电池相互导电连接，由此能够以灵活的方式将电池组电池接线成具有多个导电连接的电池组电池的电池组模块。

在此处还应注意，这种接合元件优选由金属材料、诸如铝、铜或镍来构造并且优选地具有如下宽度，所述宽度提供足够的导电率。

尤其是，在此在第一方法步骤中所提供的接合元件具有第一末端和第二末端。

此外，在此第一末端可以与电池组电池的电压分接头以结合的方式连接并且第二末端可以与其他电池组电池的电压分接头以结合的方式连接。

因此在该电池组电池和该其他电池组电池之间的导电连接是可能的。

此外，在此第一末端可以与电池组电池的电压分接头以结合的方式连接并且第二末端可以与电池组模块的监控系统以结合的方式连接。

因此电池组电池的电接触是可能的。

在此，接合元件、例如作为连续材料（Endlosmaterial）来被提供并且优选地在线圈上卷绕。

有利地，在第四方法步骤中，在制造接合元件与接触元件的连接之后，接合元件在并不与接触元件连接的位置处被切断（durchtrennen）。因此可能的是，提供由连续材料组成的接合元件。

此外，本发明也涉及一种被构造用于制造激光接合连接的设备。

该设备在此具有第一容纳件（Aufnahme），该第一容纳件被构造用于引导接合元件。

该第一容纳件在此还具有用于引导保护气体的保护气体通道。

该设备在此具有第二容纳件，该第二容纳件被构造用于容纳接触元件。

此外，该设备包括激光单元，该激光单元具有激光。

在此，第一容纳件和第二容纳件以能相对彼此移动的方式布置，用于：借助激光单元的激光来构造接合元件和接触元件相互以结合的方式的连接。

附图说明

在附图中示出并且在接下来的描述中进一步阐述本发明的实施方式。其中：

图1示出用于构造激光接合连接的根据本发明的设备的具有保护气体输送装置的第一容纳件的第一实施方式；和

图2示出用于构造激光接合连接的根据本发明的设备的具有保护气体输送装置的第一容纳件的第二实施方式。

具体实施方式

图1以截面图示出用于构造激光接合连接的根据本发明的设备的具有保护气体输送装置的第一容纳件的第一实施方式。

该第一容纳件1在此被构造用于引导在图1中未示出的接合元件。

对此，根据图1的第一容纳件1具有引导装置2，在该引导装置中能够容纳接合元件。

引导装置2在此可以适配于待处理的接合元件的相应尺寸。

此外，第一容纳件1包括保护气体通道3，保护气体通道被构造用于引导保护气体。

根据图1，保护气体通道3在此部分地与引导装置2分开地构造并且借助接头4来安置在第一容纳件1处并且与引导装置2流体引导地（fluidleitend）连接，其中该接头4尤其是接近结合点地布置。

在此，保护气体通道3例如可以被构造为管道或柔性的软管元件（Schlauchelement）。

图2以示意图示出用于构造激光接合连接的根据本发明的设备的具有保护气体输送装置的第一容纳件的第二实施方式。

第一容纳件10在此被构造用于引导在图2中未示出的接合元件。

对此，根据图2的第一容纳件10具有引导装置20，在该引导装置中能够容纳接合元件。

引导装置20可以在此适配于待处理的接合元件的相应尺寸。

此外，第一容纳件10具有保护气体通道30，该保护气体通道被构造用于引导保护气体。

根据图2，在此保护气体通道30与第一容纳件和引导装置20分开地构造并且尤其是被安置在第一容纳件10处。

此外，保护气体通道30这样布置，使得该保护气体通道能够将保护气体输送给结合点。

在此，保护气体通道30例如可以被构造为管道或柔性的软管元件。

在图1和2中，在此分别仅示出设备的第一容纳件1、10，所述第一容纳件被构造用于引导接合元件。此外，也示出用于引导保护气体的保护气体通道3、30。

被构造用于容纳接触元件的设备的第二容纳件以及包括激光的激光单元在此并未示出。

Claims (12)

1.用于制造材料配合的激光接合连接的方法，其中

在第一方法步骤中提供接合元件，其中所述接合元件由第一材料构造，和

在第二方法步骤中提供接触元件，其中所述接触元件由第二材料构造，和

在第三方法步骤中，在激光的作用下，将所述接合元件和所述接触元件以结合的方式来相互连接，

其特征在于，将保护气体输送给结合点。

2.根据前述权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接合元件和所述接触元件非间接地相互连接。

3.根据前述权利要求1至2中任意一项所述的方法，其特征在于，所述保护气体选择为氦、二氧化碳、氮和/或氩。

4.根据前述权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述接合元件的所述第一材料选择为铝、铜或镍。

5.根据前述权利要求1至4中任意一项所述的方法，其特征在于，所述接合元件具有由第三材料组成的覆层，其中所述覆层的所述第三材料具有比所述接合元件的所述第一材料更低的熔点。

6.根据前述权利要求5所述的方法，其特征在于，所述覆层的所述第三材料选择为锡或含锡合金。

7.根据前述权利要求1至6中任意一项所述的方法，其特征在于，所述接合元件具有垂直于所述接合元件的纵向来布置的横截面，其中所述接合元件的所述横截面具有方形的、矩形的或圆形的形状。

8.根据前述权利要求1至7中任意一项所述的方法，其特征在于，所述接合元件具有垂直于所述接合元件的纵向来布置的宽度，其中所述接合元件的所述宽度具有小于5cm的值、优选小于1cm的值并且尤其是小于0.5cm的值。

9.根据前述权利要求1至8中任意一项所述的方法，其特征在于，在所述第二方法步骤中所提供的所述接触元件是电池组模块的电池组电池的电压分接头或者是电池组模块的监控系统。

10.根据前述权利要求1至9中任意一项所述的方法，其特征在于，在所述第一方法步骤中所提供的所述接合元件具有第一末端和第二末端，其中所述第一末端与电池组电池的所述电压分接头以结合的方式连接并且所述第二末端与其他电池组电池的所述电压分接头以结合的方式连接；或者其中所述第一末端与电池组电池的所述电压分接头以结合的方式连接并且所述第二末端与所述电池组模块的所述监控系统连接。

11.根据前述权利要求1至10中任意一项所述的方法，其特征在于，在第四方法步骤中，在制造所述接合元件与所述接触元件的连接之后，所述接合元件在并不与所述接触元件连接的位置处被切断。

12.被构造用于制造激光接合连接的设备，

其中所述设备具有第一容纳件（1、10），所述第一容纳件被构造用于引导接合元件，其中

所述第一容纳件（1、10）此外包括用于引导保护气体的保护气体通道（3、30），并且所述设备具有第二容纳件，所述第二容纳件被构造用于容纳接触元件，其中

所述设备此外包括激光单元，所述激光单元具有激光，其中

所述第一容纳件（1、10）和所述第二容纳件以能相对彼此移动的方式布置，用于：借助所述激光单元的所述激光来构造所述接合元件和所述接触元件相互以结合的方式的连接。