DE102018209143A1 - Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Laserbondverbindung sowie Vorrichtung zur Ausbildung einer Laserbondverbindung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Laserbondverbindung sowie Vorrichtung zur Ausbildung einer Laserbondverbindung Download PDF

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Ronny Wolf
Friedhelm Guenter
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Nathanael Eisenreich
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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Laserbondverbindung, wobei in einem ersten Verfahrensschritt ein aus Kupfer ausgebildetes Bondelement (2) bereitgestellt wird, in einem zweiten Verfahrensschritt ein aus Kupfer ausgebildetes Kontaktelement (3) bereitgestellt wird und in einem dritten Verfahrensschritt das Bondelement (2) und das Kontaktelement (3) unter Einwirkung von grüner Laserstrahlung (1) gefügt miteinander verbunden werden.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Laserbondverbindung nach Gattung des unabhängigen Anspruchs.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Ausbildung einer Laserbondverbindung.
  • Grundsätzlich ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass ein Bondprozess zur Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einem ersten Kontaktelement und einem zweiten Kontaktelement mittels einer Bondverbindung in die folgenden Phasen unterteilt ist:
    1. 1) Herstellung einer Bondverbindung zwischen dem Bondelement und einem ersten Kontaktelement,
    2. 2) Verformung des Bondelements,
    3. 3) Herstellung einer Bondverbindung zwischen dem Bondelement und einem von dem ersten Kontaktelement verschiedenen zweiten Kontaktelement und
    4. 4) Durchtrennung des Bondelements an einer nicht zwischen dem ersten Kontaktelement und dem zweiten Kontaktelement liegenden Stelle des Bondelements.
  • Insbesondere ergibt sich bei einer Herstellung einer Verbindung von zwei jeweils aus Kupfer ausgebildeten Elementen, welche mittels Laserschweißens miteinander verbunden werden, das Problem, dass sich unvorhersehbar Spritzer ausbilden können.
  • Weiterhin sind bei solchen Verbindungen von Kupfer mit Kupfer schwankende Einschweißtiefen und/oder das Erfordernis hoher Energieeinträge problematisch.
  • Des Weiteren besteht bei der Bearbeitung von Kupfer das Problem der hohen Anzahl an möglichen Prozessinstabilitäten und auch des geringen Grads der möglichen Energieeinkopplung.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Ein Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Laserbondverbindung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs bietet den Vorteil, dass ein aus Kupfer ausgebildetes Bondelement und ein aus Kupfer ausgebildetes Kontaktelement zuverlässig miteinander verbunden werden können, wobei auch die genannten Probleme des Standes der Technik verringert werden können.
  • Insbesondere ist es möglich, Verbindungen zwischen einem aus Kupfer ausgebildeten Bondelement und einem aus Kupfer ausgebildeten Kontaktelement mittels eines Laserfügeprozesses bei einer erhöhten Prozessstabilität und bei einem geringeren Energieantrag als bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren auszubilden.
  • Dazu wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Laserbondverbindung bereitgestellt.
  • Dabei wird in einem ersten Verfahrensschritt ein Bondelement bereitgestellt, welches aus Kupfer ausgebildet ist oder aus Kupfer ausgebildet wird.
  • Dabei wird in einem zweiten Verfahrensschritt ein Kontaktelement bereitgestellt, welches aus Kupfer ausgebildet ist oder aus Kupfer ausgebildet wird.
  • Dabei werden in einem dritten Verfahrensschritt das Bondelement und das Kontaktelement unter Einwirkung von grüner Laserstrahlung gefügt miteinander verbunden.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegeben Vorrichtungen möglich.
  • Unter einer grünen Laserstrahlung soll an dieser Stelle eine Laserstrahlung verstanden sein, welche eine Wellenlänge aufweist die im Bereich der Wellenlänge des grünen Lichtes liegt, also eine Wellenlänge zwischen ungefähr 490 nm und 575 nm aufweist.
  • Besonders bevorzugt ist dabei eine Wellenlänge der grünen Laserstrahlung von 532 nm.
  • Dabei bietet eine Anwendung einer grünen Laserstrahlung den besonderen Vorteil, dass ein Wärmeleitungsschweißen ausgebildet werden kann.
  • Mittels eines solchen Wärmeleitungsschweißens kann eine zuverlässige elektrische Kontaktierung eines aus Kupfer ausgebildeten Bondelements und eines aus Kupfer ausgebildeten Kontaktelements ausgebildet werden.
  • Ein Wärmeleitungsschweißen unterscheidet sich dabei von einem derzeit für die Verbindung von Kupfer mit Kupfer ausgebildeten Tiefschweißverfahren.
  • Das Tiefschweißverfahren weist dabei die bereits eingangs genannten Probleme der Spritzbildung und auch der Schwankungen in der Einschweißtiefe auf.
  • Das Wärmeleitungsschweißen kann dabei diese Probleme verbringen und somit kann mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens das Laserbonden auch für Verbindungen von Kupfer mit Kupfer in der Serie geeignet sein.
  • Dadurch ist es beispielsweise in der Serie möglich, die Anzahl an den Anforderungen nicht genügenden Teilen aufgrund von Spritzerbildung zu verringern. Des Weiteren sei auch noch mal darauf hingewiesen, dass Schwankungen in der Einschweißtiefe reduziert werden können.
  • Besonders vorteilhaft ist, dass bei einem Wärmeleitungsschweißen auf die Ausbildung einer Dampfkapillare verzichtet werden kann.
  • Somit wird aufgrund der fehlenden Dampfkapillare die durch eine solche Dampfkapillare entstehende Prozessinstabilität vermieden.
  • Weiterhin bietet die Anwendung einer grünen Laserstrahlung den besonderen Vorteil, dass hierdurch die Absorption des Kupfers für die Laserstrahlung erhöht werden kann.
  • Hierzu sei an dieser Stelle auch bemerkt, dass unter einer Laserbondverbindung eine mittels Laserbonden 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.
  • Somit unterscheidet sich das Laserbonden beispielsweise von einem Ultraschallbonden, bei welchem die Verbindung mittels eines Ultraschallfügeprozesses ausgebildet wird.
  • Somit ergeben sich bei einem mittels Laserbonden ausgeführten Verfahren weiterhin verschiedene und neue Anwendungsmöglichkeiten.
  • Vorzugsweise werden das Bondelement und das Kontaktelement unmittelbar bzw. direkt miteinander verbunden.
  • Dabei soll unter einer unmittelbaren bzw. direkten Verbindung des Bondelements und des Kontaktelements miteinander verstanden sein, dass diese unmittelbar bzw. direkt ohne ein weiteres Zwischenelement miteinander verbunden sind.
  • Vorteilhafterweise weist das Bondelement eine senkrecht zu einer Längsrichtung des Bondelements angeordnete Querschnittsfläche auf.
  • Dabei weist die Querschnittsfläche des Bondelements eine quadratische, rechteckige oder runde Form auf.
  • Somit ist es möglich, unterschiedliche Ausführungsformen eines Bondelements, welche an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden können, zur Verfügung zu stellen.
  • Es ist auch vorteilhaft, wenn das Bondelement eine senkrecht zu einer Längsrichtung des Bondelements angeordnete Breite aufweist.
  • 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.
  • Beispielsweise kann die Breite des Bondelements einen Wert von 0,1 cm aufweisen.
  • Dabei ist es beispielsweise mit größeren Querschnittsflächen bzw. mit größeren Breiten möglich, bei einem Einsatz eines Bondelements in einem Batteriemodul eine ausreichende Leitung des elektrischen Stroms zur Verfügung zu stellen.
  • 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.
  • Dabei sollen unter einem Überwachungssystem eines Batteriemoduls beispielsweise Schaltungsträger oder Leiterplatten, wie Leiterplatten aus Niedertemperatur-Einbrand-Keramiken oder auch Hochtemperatur-Einbrand-Keramiken verstanden sein.
  • 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.
  • 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.
  • Insbesondere kann ein solches Batteriemodul für eine Fahrzeugbatterie verwendet werden.
  • Mit einem erfindungsgemäßen Verfahren ist es dabei somit möglich, aus Kupfer ausgebildete Bondelemente elektrisch und mechanisch mit einer erhöhten Zuverlässigkeit mit aus Kupfer ausgebildeten Kontaktelementen, wie beispielsweise Leiterplatten von Batteriemodulen, welche oft nur eine geringe Dicke aufweisen, geschweißt ausgebildet zu verbinden.
  • Insbesondere weist dabei das in dem ersten Verfahrensschritt bereitgestellte Bondelement ein erstes Ende und ein zweites Ende auf.
  • 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.
  • Somit ist eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Batteriezelle und der weiteren Batteriezelle möglich.
  • 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.
  • Somit ist eine elektrische Kontaktierung der Batteriezelle möglich.
  • Dabei kann das Bondelement bspw. als Endlosmaterial zur Verfügung gestellt werden und bevorzugt auf einer Spule aufgewickelt sein.
  • Vorteilhafterweise wird in einem vierten 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.
  • Ferner betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung ausgebildet zur Herstellung einer Laserbondverbindung.
  • Die Vorrichtung weist dabei eine erste Aufnahme auf, welche ausgebildet ist zur Führung eines aus Kupfer ausgebildeten Bondelement.
  • Die Vorrichtung weist dabei eine zweite Aufnahme auf, welche ausgebildet ist zur Aufnahme eines aus Kupfer ausgebildeten Kontaktelements.
  • Weiterhin weist die Vorrichtung eine Lasereinheit auf, welche ausgebildet ist zur Ausbildung eines grünen Laserstrahls.
  • Dabei sind die erste Aufnahme und die zweite Aufnahme relativ zueinander bewegte angeordnet, um die Ausbildung einer gefügten Verbindung des Bondelements des Kontaktelements miteinander mittels des grünen Laserstrahls der Lasereinheit zur möglichen.
  • Figurenliste
  • Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigt
    • 1 schematisch die Ausführung eines Wärmeleitungsschweißverfahrens und
    • 2 schematisch die Ausführung eines Tiefschweißverfahrens.
  • Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, aus Kupfer ausgebildete Bondelemente und aus Kupfer ausgebildete Kontaktelemente stoffschlüssig mittels Laserbondens zu verbinden.
  • Dazu zeigt die 1 schematisch die Ausführung eines Wärmeleitungsschweißverfahrens, welches dem erfindungsgemäßen Verfahren zu Grunde liegt. Dabei wird wie bereits beschrieben ein Laserschweißverfahren bzw. Laserfügeverfahren zur Verbindung genutzt, wobei die Wellenlänge des verwendeten Laserstrahls im Bereich des grünen Lichtes liegt und besonders bevorzugt einen Wert von 532 nm aufweist.
  • In der 1 ist dabei der genutzte Laserstrahl 1 zu erkennen.
  • Des Weiteren zeigt die 2 eines der beiden miteinander zu verbinden Elemente, also entweder ein Bondelement 2 oder ein Kontaktelement 3.
  • Die Einwirkung des Laserstrahls 1 wird dabei so gewählt, dass die Verdampfungstemperatur von Kupfer nicht überschritten wird.
  • Dies kann beispielsweise über eine Kombination aus Leistung und Vorschub des Laserstrahls 1 oder die Dauer der Bestrahlung mit dem Laserstrahl 1 erreicht werden.
  • Selbstverständlich ist es auch möglich, geeignete Temperaturregelungen anzubringen, wie beispielsweise die Anbringung von Temperatursensoren an der Oberfläche des zu verbinden Elements.
  • Weiterhin kann auch mittels einer gezielten Fokussierung die Intensität des Laserstrahls 1 verändert werden.
  • Somit wird ein Verdampfen des Kupfers vermieden, was für das Wärmeleitungsschweißen entscheidend ist.
  • Weiterhin wird die Einwirkung des Laserstrahls 1 dabei so gewählt, dass das Kupfermaterial lokal aufgeschmolzen wird.
  • Dabei ist in der 1 mit dem Bezugszeichen 41 eine Schmelzzone bezeichnet, in der das Kupfermaterial in flüssiger Form vorliegt und mit dem Bezugszeichen 42 eine Schmelzzone bezeichnet, in der das Kupfermaterial in fester Form vorliegt.
  • Das in der 1 nicht zu erkennende zweite Element der beiden miteinander zu verbindenden Elemente, also entweder ein Kontaktelement oder ein Bondelement, sind dabei derart angeordnet, dass diese allein aufgrund von Wärmeleitung, auch als Konduktion bezeichnet, lokal aufgeschmolzen werden.
  • Somit können die beiden Elemente also ein Bondelement und ein Kontaktelement anschließend miteinander verbunden werden.
  • Zur Sicherstellung einer ausreichenden Fläche für die Verbindung der beiden Fügepartner können beispielsweise größere Flächen miteinander verbunden werden oder mehrfache Verbindungsstellen an unterschiedlichen Stellen ausgebildet werden.
  • An dieser Stelle sei noch angemerkt, dass die 1 lediglich der schematischen Darstellung des Wärmeleitungsschweißens dienen soll.
  • Für die ausgebildete Geometrie der Schweißnaht kann jede beliebige und darstellbare Form verwendet werden.
  • Die 2 zeigt schematisch ein aus dem Stand der Technik bekanntes Tiefschwei ßverfah ren.
  • Dabei ist auch ein Bondelement 20 bzw. ein Kontaktelement 30 als eines der beiden zu verbindenden Elemente zu erkennen.
  • Hierbei wird mittels eines Laserstrahls 10 das zu verbindende Element lokal aufgeschmolzen.
  • Hierdurch entsteht eine nun mit dem Bezugszeichen 410 bezeichnete Schmelzzone mit flüssigem Kupfermaterial und eine mit dem Bezugszeichen 420 bezeichnete Schmelzzone mit festem Kupfermaterial.
  • Aus dem Vergleich der 1 und 2 ist deutlich zu erkennen, dass bei einem Wärmeleitungsschweißen die Schmelzzonen 41 und 42 deutlich geringer ausgebildet sind als die Schmelzzone 410 und 420 bei einem Tiefschweißen.
  • Weiterhin zeigt die 2 auch deutlich, dass eine ausgeprägte Dampfkapillare 50 ausgebildet wird, welche zu Prozessinstabilitäten führen kann.
  • Dabei umfasst die Dampfkapillare 50 einen ersten Bereich 51, welcher teilweise innerhalb des zu verbindenden Elements angeordnet ist und einen Kanal aufweisend Plasma umfasst.
  • Weiterhin umfasst die Dampfkapillare 50 einen zweiten Bereich 52, welcher als laserinduziertes Plasma bezeichnet sein kann.
  • Ferner umfasst die Dampfkapillare 50 auch einen dritten Bereich 53, in welchem Metalldampf aus der Dampfkapillare 5 strömen kann.
  • Bei einem solchen Verfahren wird eine deutlich erhöhte Einschweißtiefe im Vergleich zu einem Wärmeleitungsschweißen ausgebildet.
  • Dabei wird für viele Werkstoffe, aber beispielsweise nicht für Kupfer, davon ausgegangen, dass die Prozessinstabilitäten aufgrund der Dampfkapillare 50 beherrschbar sind und die erzeugte große Einschweißtiefe als Vorteil somit überwiegt.
  • Hierbei sei an dieser Stelle noch einmal erwähnt, dass bei dem in der 1 gezeigten Wärmeleitungsschweißen, welches mit einem erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildet werden kann, keine Dampfkapillare entsteht und somit solche Prozessinstabilitäten reduziert werden können.
  • Des Weiteren ist, wie aus einem Vergleich der 1 und 2 zu erkennen ist auch die Einschweißtiefe bei einem Wärmeleitungsschweißen deutlich reduziert. Aufgrund der geringeren Einschweißtiefe bei dem Wärmeleitungsschweißen, welche dadurch auch konstanter ausgebildet werden kann, kann auch die bereits eingangs als Problem angesehene Bildung von Spritzern verringert werden.
  • Insgesamt kann mit einem Wärmeleitungsschweißen also eine zuverlässige Verbindung zwischen einem aus Kupfer ausgebildeten Bondelement und einem aus Kupfer ausgebildeten Kontaktelement ausgebildet werden.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Laserbondverbindung, wobei in einem ersten Verfahrensschritt ein aus Kupfer ausgebildetes Bondelement (2) bereitgestellt wird, in einem zweiten Verfahrensschritt ein aus Kupfer ausgebildetes Kontaktelement (3) bereitgestellt wird und in einem dritten Verfahrensschritt das Bondelement (2) und das Kontaktelement (3) unter Einwirkung von grüner Laserstrahlung (1) gefügt miteinander verbunden werden.
  2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die grüne Laserstrahlung (1) eine Wellenlänge von 532 nm aufweist.
  3. Verfahren einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bondelement (2) und das Kontaktelement (3) unmittelbar miteinander verbunden werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bondelement (2) eine senkrecht zu einer Längsrichtung des Bondelements (2) angeordnete Querschnittsfläche aufweist, wobei die Querschnittsfläche des Bondelements (2) eine quadratische, rechteckige oder runde Form aufweist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bondelement (2) eine senkrecht zu einer Längsrichtung des Bondelements (2) angeordnete Breite aufweist, wobei die Breite des Bondelementes einen Wert kleiner als 5 cm aufweist, bevorzugt einen Wert kleiner als 1 cm, und insbesondere einen Wert kleiner als 0,5 cm aufweist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem zweiten Verfahrensschritt bereitgestellte Kontaktelement (3) ein Spannungsabgriff einer Batteriezelle eines Batteriemoduls oder ein Überwachungssystem eines Batteriemoduls ist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem ersten Verfahrensschritt bereitgestellte Bondelement (2) ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei das erste Ende mit dem Spannungsabgriff einer Batteriezelle gefügt verbunden wird und das zweite Ende mit dem Spannungsabgriff einer weiteren Batteriezelle gefügt verbunden wird oder wobei das erste Ende mit dem Spannungsabgriff einer Batteriezelle gefügt verbunden wird und das zweite Ende mit dem Überwachungssystem des Batteriemoduls verbunden wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vierten Verfahrensschritt nach Herstellung einer Verbindung des Bondelements (2) mit dem Kontaktelement (3) das Bondelement (2) an einer nicht mit dem Kontaktelement (3) verbundenen Stelle durchtrennt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem dritten Verfahrensschritt die Einwirkung des Laserstrahls (1) in der Art gewählt wird, dass die Verdampfungstemperatur von Kupfer nicht überschritten wird.
  10. Vorrichtung ausgebildet zur Herstellung einer Laserbondverbindung mit einer ersten Aufnahme ausgebildet zur Führung eines aus Kupfer ausgebildeten Bondelements, einer zweiten Aufnahme ausgebildet zur Aufnahme eines aus Kupfer ausgebildeten Kontaktelements und weiterhin einer Lasereinheit ausgebildet zur Ausbildung eines grünen Laserstrahls, wobei die erste Aufnahme und die zweite Aufnahme relativ bewegbar zueinander angeordnet sind zu einer Ausbildung einer gefügten Verbindung des Bondelements und des Kontaktelements miteinander mittels des grünen Laserstrahls der Lasereinheit.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021209876A1 (de) 2021-09-08 2023-03-23 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Untersuchung von Fügeverbindungen, Überwachungsvorrichtung, Schweißvorrichtung, Computerprogramm sowie maschinenlesbares Speichermedium

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0465656A4 (en) * 1989-12-05 1992-06-03 Nkk Corporation Apparatus for and method of manufacturing optical fiber cable covered with metal pipe
DE19640612C1 (de) * 1996-10-01 1998-06-18 Thyssen Stahl Ag Verfahren und Vorrichtung zum Fügen von überlappend miteinander zu verbindenden Flachprodukten
DE10346072A1 (de) * 2003-09-26 2005-04-21 Erlas Erlanger Lasertechnik Gm Schweißverfahren, zusammengesetzter Körper und Verwendung einer Laseranlage zur Herstellung des zusammengesetzten Körpers
US7546671B2 (en) * 2006-09-26 2009-06-16 Micromechanic And Automation Technology Ltd. Method of forming an inlay substrate having an antenna wire
KR101380029B1 (ko) * 2006-10-13 2014-04-02 파나소닉 주식회사 전지 팩, 전지 탑재 기기 및 전지 팩의 접속 구조체
DE102007024700A1 (de) * 2007-05-25 2008-12-04 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Materialbearbeitung mit Laserstrahlung sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
JP2009006350A (ja) * 2007-06-27 2009-01-15 Sony Corp レーザ加工装置とその加工方法、デブリ回収機構とその回収方法、並びに表示パネルの製造方法
JP2011018823A (ja) * 2009-07-10 2011-01-27 Miyachi Technos Corp ワイヤボンディング方法及びワイヤボンディング用のレーザ溶接装置
KR101718169B1 (ko) * 2010-01-13 2017-03-20 닛토덴코 가부시키가이샤 시트 접합체의 제조 방법, 시트 접합체, 롤체, 광학용 필름, 및 편광 필름
CN102240849B (zh) * 2010-05-13 2015-07-01 松下电器产业株式会社 接合方法以及电池
JP5807221B2 (ja) * 2010-06-28 2015-11-10 アユミ工業株式会社 接合構造体製造方法および加熱溶融処理方法ならびにこれらのシステム
US9622359B2 (en) * 2011-08-08 2017-04-11 Féinics Amatech Teoranta RFID transponder chip modules
US9634391B2 (en) * 2011-08-08 2017-04-25 Féinics Amatech Teoranta RFID transponder chip modules
KR20130061914A (ko) * 2011-12-02 2013-06-12 삼성전자주식회사 단말 및 그 단말에서 데이터 표시 방법
DE102012206830A1 (de) * 2012-04-25 2013-10-31 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Verbinden von Polen von Batteriezellen
DE102012008940B4 (de) * 2012-05-08 2022-03-24 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum Fügen von mindestens zwei Werkstücken
CN105458502A (zh) * 2014-09-03 2016-04-06 丹佛斯公司 通过激光连接黄铜合金部件的方法和所形成的构件
JP6241459B2 (ja) * 2015-07-31 2017-12-06 トヨタ自動車株式会社 溶接構造体の製造方法
DE102015219229A1 (de) * 2015-10-06 2017-04-06 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum Verbinden eines Drahtendes mit einer Kontaktfläche
US9455185B1 (en) * 2015-12-17 2016-09-27 International Business Machines Corporation Laser anneal of buried metallic interconnects including through silicon vias
JP7173681B2 (ja) * 2017-05-22 2022-11-16 日本メクトロン株式会社 金属の薄板と基材の接合構造及び金属の薄板と基材の溶接方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021209876A1 (de) 2021-09-08 2023-03-23 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Untersuchung von Fügeverbindungen, Überwachungsvorrichtung, Schweißvorrichtung, Computerprogramm sowie maschinenlesbares Speichermedium

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