DE102018209975A1 - Verfahren zum Verschweißen zweier Bauteile, Bauteileverbund und Verwendung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Verschweißen zweier Bauteile, Bauteileverbund und Verwendung des Verfahrens Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen zweier Bauteile (1; 1a; 1b, 2) mittels eines Laserstrahls (8), wobei das erste Bauteil (1; 1a; 1b) in einem Fügebereich (10) in Überdeckung und vorzugsweise in zumindest bereichsweisem Anlagekontakt mit dem zweiten Bauteil (2) angeordnet wird, wobei der Laserstrahl (8) auf der dem zweiten Bauteil (2) abgewandten Seite auf das erste Bauteil (1; 1a; 1b) auftrifft und die beiden Bauteile (1; 1a; 1b, 2) im Fügebereich (10) aufschmelzt, sodass die beiden Bauteile (1; 1a; 1b, 2) nach dem Erstarren der erzeugten Schmelze (9) miteinander verbunden sind.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen zweier Bauteile mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Bauteileverbund, der nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist sowie die Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der DE 10 2008 041 774 A1 der Anmelderin bekannt. Bei dem bekannten Verfahren werden die beiden Bauteile in einem Fügebereich übereinandergelegt und das erste Bauteil mittels einer Andrückvorrichtung gegen die Oberfläche des zweiten Bauteils gedrückt. Dadurch wird in dem Fügebereich, in dem durch Aufschmelzen wenigstens eines Bauteils mittels eines Laserstrahls und anschließendes Erstarren der Schmelze die beiden Bauteile miteinander verbunden werden, eine definierte Anlage zwischen den beiden Bauteilen erzeugt. Das Aufschmelzen selbst erfolgt mittels einer Laserstrahlschweißeinrichtung. Durch das Gegeneinanderpressen der beiden Bauteile außerhalb des Fokus des Laserstrahls wird bei hinreichend ebenen bzw. dicken bzw. steifen Bauteilen sichergestellt, dass ein genügend großer Fügebereich bzw. genügend Schmelze erzeugt wird, die die beiden Bauteile miteinander verbindet.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verschweißen zweier Bauteile mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass insbesondere beim Verschweißen von Bauteilen, von denen wenigstens ein Bauteil in Form einer Folie oder ähnlich dünnem Bauteil ausgebildet ist, eine prozesssichere Verschweißung zwischen den beiden Bauteilen durch Ausbilden von genügend Schmelze und Verbinden der Schmelze mit dem dem Laserstrahl abgewandeten Bauteil erzielbar ist.
  • Hintergrund dafür ist, dass in der Elektronik vielfach dünne Leitungsträger in Form von Flexfolien oder ähnliches im Bereich von wenigen Mikrometern bis zu mehreren 10µm auf ein Substrat (Leiterplatte, Stanzgitter usw.) mit einer typischen Dicke zwischen 30µm bis 3000µm gefügt werden müssen. Auch gibt es Anwendungsfälle bei der Fertigung von Batterien, bei denen mehrere Batteriefolien mit relativ geringer Dicke als Stapel gefügt und miteinander verbunden werden müssen. Als Werkstoff für die zunächst genannten (dünnen) Leitungsträger kommt üblicherweise Kupfer in Frage. Dabei ist es wichtig, dass beim Fügen bzw. Verschweißen eines derartigen dünnen Leitungsträgers mit dem Substrat oder einem anderen Leitungsträger der Leitungsträger möglichst spaltfrei auf dem Substrat bzw. dem zweiten Bauteil aufliegt, um einen stabilen Prozess und eine zuverlässige Verbindung zwischen den beiden Bauteilen zu erreichen. Als problematisch könnte es sich dabei erweisen, dass bei der Verwendung einer relativ dünnen Folie bzw. eines relativ dünnen Leitungsträgers dieser durch den Laserstrahl erwärmt wird und infolge der thermischen Dehnung in Richtung vom zweiten Bauteil weg ausbeult. Dies könnte insbesondere durch die geringe thermische Masse und die geringe Steifigkeit des dünnen Leitungsträger begünstigt sein. Dadurch könnte zwischen den beiden zu verbindenden Bauteilen im Fügebereich ein Spalt entstehen, der nicht mehr durch die gebildete Schmelze überbrückt werden kann. Doch selbst wenn noch Schmelze den Spalt überbrücken kann, könnte die Verbindung oftmals nicht reproduzierbar hergestellt werden. Weiterhin ist zu erwähnen, dass derartige Schwankungen hinsichtlich des Spalts zwischen den beiden Bauteilen auch zu einer schwankenden Wärmeeinbringung in das zweite Bauteil bzw. in das Substrat führen könnte.
  • Konkret lehrt es daher die Erfindung, zur Vermeidung bzw. zur Kompensation der thermischen Dehnung des (dünnen) ersten Bauteils und der damit verbundenen Spaltbildung ein erstes Bauteil zu verwenden, das aus einem elektrisch leitenden Material besteht und im Fügebereich insbesondere eine Dicke zwischen 1µm und 300µm, vorzugsweise zwischen 10µm und 300µm, ganz besonders bevorzugt zwischen 30µm und 100µm aufweist, und dass vor der Einwirkung des Laserstrahls auf das erste Bauteil das erste Bauteil im Fügebereich mit wenigstens einer Schlitzgeometire mit wenigstens einer Durchgangsöffnung bzw. Ausnehmung oder einem Schwächungsbereich versehen wird, wobei im Schwächungsbereich das erste Bauteil eine verminderte Dicke aufweist.
  • Ein derartiges erfindungsgemäßes Verfahren bewirkt, dass durch die im Fügebereich ausgebildete wenigstens eine Schlitzgeometrie bzw. durch die infolge der Wärmeeinbringung in das erste Bauteil im Schwächungsbereich sich ausgebildete Durchgangsöffnung das Material des ersten Bauteils bei einer Erwärmung nicht nach oben, d.h. vom zweiten Bauteil weg ausbeult, sondern sich in Richtung des zweiten Bauteils bewegt bzw. dorthin absackt. Dadurch ist auch bei relativ dünnen ersten Bauteilen stets ein Anlagekontakt des ersten Bauteils an der Oberfläche des zweiten Bauteils gewährleistet, sodass durch die Einwirkung des Laserstrahls insbesondere auch das zweite Bauteil angeschmolzen wird, sodass anschließend nach dem Erstarren der Schmelze die beiden Bauteile fest miteinander verbunden sind.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verschweißen zweier Bauteile sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
  • Um in den beiden Bauteilen einen gleichmäßigen Wärmeeintrag sowie eine hinsichtlich der Geometrie der Schweißnaht bzw. des Schweißpunkts symmetrische bzw. gleichmäßige Ausbildung zu erzielen, ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Schlitzgeometrie bzw. der Schwächungsbereich in/an dem ersten Bauteil symmetrisch zu einem Fokus des Laserstrahls ausgebildet wird.
  • Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Schlitzgeometrie bzw. der Schwächungsbereich in Form wenigstens eines Schlitzes bzw. einer Vertiefung ausgebildet wird. Derartige Schlitze bzw. Vertiefungen können dabei bei einer Punktschweißverbindung beispielsweise in gleichmäßigen Winkelabständen um den Fokus des Laserstrahls oder in sich kreuzender Geometrie angeordnet sein. Bei einer länglichen Schweißnaht kann der längliche Schlitz bzw. die länglich ausgebildete Vertiefung beispielsweise auch in Form einer Schlangenlinie oder ähnlichem ausgebildet werden.
  • Zur Erzeugung der wenigstens einen Schlitzgeometrie bzw. des wenigstens einen Schwächungsbereichs stehen mehrere Möglichkeiten zur Verfügung: In einer ersten Variante wird vorgeschlagen, dass die Schlitzgeometrie bzw. der Schwächungsbereich durch einen Laserstrahl erzeugt wird, vorzugsweise durch den Laserstrahl, der auch das anschließende Aufschmelzen der Bauteile erzeugt. Ein derartiges Verfahren hat insbesondere den Vorteil, dass das erste Bauteil vorab nicht durch ein separates Werkzeug bearbeitet werden muss. Darüber hinaus ist als Vorteil anzusehen, dass die exakte Positionierung der beiden Bauteile zueinander unkritisch ist, da durch den Laserstrahl gegebenenfalls vorgesehene Positionsungenauigkeiten ausgeglichen werden können, da der Laserstrahl die Schlitzgeometrie bzw. den Schwächungsbereich mit Blick auf die Anordnung des Fokus des Laserstrahls zu den Bauteilen und nicht zur Relativposition der beiden Bauteile zueinander erzeugt, der anschließend für das Aufschmelzen der Bauteile verantwortlich ist.
  • In alternativer Art und Weise ist es jedoch auch denkbar, dass die Schlitzgeometrie bzw. der Schwächungsbereich durch eine mechanische Bearbeitung, insbesondere durch Stanzen bzw. Pressen ausgebildet wird. Ein derartiges Vorgehen hat insbesondere im Zusammenhang mit einem Verfahren, bei dem das Material des ersten Bauteils zusätzlich verformt wird, den Vorteil, dass dadurch das erste Bauteil insbesondere im Fokusbereich des Laserstrahls bei dem Verbinden der beiden Bauteile auf dem zweiten Bauteil aufliegt. Dies hängt damit zusammen, dass eine derartige Verformung in dem ersten Bauteil erzeugbar ist, bei der dieses in Richtung zum zweiten Bauteil hin eine Erhebung aufweist, mit der es auf dem zweiten Bauteil aufliegt. Durch die Verformung wird die Folie oder der Leitungsträger geometrisch vorgespannt und fördert beim Aufschmelzen eine bessere Anbindung an das zweite Bauteil. Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass auch Hilfsgeometrien ausgebildet werden, die gezielt den Wärmeabfluss in das erste Bauteil und die Schmelzbadausbildung positiv beeinflussen.
  • Ganz besonders bevorzugt ist es darüber hinaus, wenn zum Ausbilden der Verbindung ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge aus dem sichtbaren Licht, insbesondere einer Wellenlänge von weniger als 1000nm verwendet wird. Dies hängt damit zusammen, dass bei Verwendung einer derartigen Wellenlänge für den Laserstrahl die Verbindung der beiden Bauteile typischerweise durch ein sogenanntes Wärmeleitungsschweißen erfolgt. Dabei hat die Verwendung einer derartigen Wellenlänge für das Laserlicht den Vorteil, dass das Aufschmelzen des ersten Bauteils reproduzierbar erreicht wird. Bei dem Wärmeleitungsschweißen wird auf die Ausbildung eines sogenannten Keyholes verzichtet und die Wärme wird vorwiegend an der Werkstückoberfläche absorbiert und über Wärmeleitfähigkeit transportiert. Damit dies bei den elektrisch leitenden, in der Elektrotechnik typischerweise verwendeten Werkstoffen wie Aluminium, Kupfer, Gold, Silber usw. reproduzierbar funktioniert, ist die eingangs erforderliche Wellenlänge von typischerweise weniger als 1000nm von Vorteil. Besonders trifft dies für eine Wellenlänge im grünen Bereich (etwa 515nm oder 532nm) und im blauen Bereich (ca. 360nm bis 490nm) zu. Laserlicht mit einer Wellenlänge von mehr 1000nm, typischerweise 1000nm bis 1100nm im infraroten Bereich weist demgegenüber den Nachteil auf, dass die Strahlung von den Werkstücken nur gering absorbiert wird. Weiterhin zeichnet sich ein Wärmeleitungsschweißen dadurch aus, dass dieses nur mit sehr geringer Spritzbildung einhergeht. Dadurch kann ein nahezu 100% spritzerfreier Laserprozess realisiert werden.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die beiden Bauteile und der Laserstrahl während des Schweißprozesses relativ zueinander bewegt werden. Dies ist zum einen der Fall bei der Ausbildung von länglichen Schweißnähten. Jedoch auch bei Punktschweißverbindungen kann es bei einer entsprechenden Größe des Fokus sinnvoll sein, die beiden miteinander zu verbindenden Bauteile und den Laserstrahl relativ zueinander zu bewegen, um einen größeren Fügebereich bzw. einen gleichmäßigeren Wärmeeintrag in die Bauteile zu ermöglichen.
  • Typischerweise wird mit einem Fokusdurchmesser gearbeitet, der einen größeren Bereich der Schlitzgeometrie bzw. des Schwächungsbereichs überdeckt. Typische Fokusdurchmesser liegen dabei im Bereich von wenigen 10µm bis 1500µm. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Fokusdurchmesser im Bereich zwischen 50µm und 600µm erwiesen. Neben dem Fokusdurchmesser spielt auch eine entscheidende Rolle, wie tief die Einschweißtiefe bzw. die Einschmelztiefe im zweiten Bauteil sein darf. Hierbei ist bei einer Wärmeleitschweißnaht die Nahttiefe typisch im Bereich des halben Durchmessers des Fokus an der Oberseite anzusehen. Damit kann über den Fokusdurchmesser recht gut die Einschweißtiefe eingestellt werden, da diese sich in Abhängigkeit des Fokusdurchmessers des Lasers und der Bestrahlungszeit (Wärmeeintrag und Wärmeleitung) einstellt.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass das erste Bauteil außerhalb des Fügebereichs gegen das zweite Bauteil gedrückt wird.
  • Dadurch wird eine zusätzliche Sicherheit bzw. eine exaktere Positionierung des ersten Bauteils zur Oberfläche des zweiten Bauteils beim Aufschmelzen des ersten Bauteils realisiert.
  • Die Erfindung betrifft auch einen Bauteileverbund, der insbesondere nach einem soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Der Bauteileverbund zeichnet sich dadurch aus, dass das erste Bauteil in einem Fügebereich wenigstens eine Schlitzgeometrie oder einen Schwächungsbereich aufweist, wobei im Schwächungsbereich das erste Bauteil eine verminderte Dicke hat.
  • Besonders bevorzugt sind Bauteilverbunde derart ausgebildet, dass das erste Bauteil im Fügebereich insbesondere eine Dicke zwischen 1µm und 300µm, vorzugsweise zwischen 10µm und 300µm, ganz besonders bevorzugt zwischen 30µm und 100µm aufweist, und dass das zweite Bauteil eine Dicke zwischen 30µm und 3000µm aufweist.
  • Darüber hinaus ist es von besonderem Vorteil, wenn die Dicke des ersten Bauteils geringer ist als die Dicke der Oberflächenschicht auf dem zweiten Bauteil oder die Dicke des zweiten Bauteils. Typischerweise ist eine derartige Ausbildung dann gegeben, wenn Folien mit Leiterplatten verbunden werden. Durch die geometrische Ausbildung der Dicke des ersten Bauteils und der Oberflächenschicht auf dem zweiten Bauteil wird dabei eine Schädigung des Leiterplattengrundmaterials vermieden, da lediglich die metallische Oberflächenschicht, nicht jedoch das Trägermaterial des zweiten Bauteils aufgeschmolzen wird.
  • Da vorzugsweise das Substrat nur sehr gering mit Laserstrahlung bestrahlt wird, da die Strahlung nur durch die Schlitze der Folie auf das Substrat fällt, ist der Energieeintrag in das Substrat sehr gering. Der Wärmeübertrag und somit der Fügeprozess zwischen der Folie und dem Substrat erfolgt erfindungsgemäß fast ausschließlich über den Kontakt der heißen Schmelze des ersten Bauteils mit dem Substrat. Dadurch eignet sich das Verfahren besonders zur Kontaktierung sehr sensibler Substrate wie Leiterplatten, Flexfolien usw.
  • Zuletzt umfasst die Erfindung auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden zweier Bauteile in der Elektronik, insbesondere einer Folie mit einem Leitungsträger oder zum Verbinden wenigstens zweier Batteriefolien.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
  • Diese zeigt in:
    • 1 in Draufsicht den Verbindungsbereich zweier miteinander zu verbindender Bauteile,
    • 2 den Verbindungsbereich gemäß 1 beim Einwirken eines Laserstrahls in einem Fügebereich, ebenfalls in Draufsicht,
    • 2a den Verbindungsbereich gemäß der 2 in einem Längsschnitt,
    • 3a bis 3f in jeweils vereinfachter Darstellung Schlitzgeometrien an einem ersten Bauteil zur Ausbildung punktförmiger Schweißverbindungen,
    • 4a und 4b in jeweils vereinfachter Darstellung Schlitzgeometrien an einem ersten Bauteil zur Ausbildung von länglichen Schweißnähten,
    • 5 eine Draufsicht auf ein erstes Bauteil, bei dem dieses neben einer Schlitzgeometrie zusätzlich plastisch verformt wurde,
    • 6 eine Ansicht in Richtung VI-VI der 5,
    • 7 in einer Schnittdarstellung die Anordnung des in der 5 und 6 gezeigten Bauteils auf einem zweiten Bauteil,
    • 8 die Anordnung gemäß 7 während des Verschweißens und 9 eine Schnittdarstellung eines Bauteileverbunds mit einem Schwächungsbereich an einem Bauteil.
  • Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
  • In den 1 und 2 ist jeweils in Draufsicht ein Bereich zu sehen, in dem zwei Bauteile 1, 2 miteinander mittels einer Laserstrahlschweißnaht zu einem Bauteileverbund 100 verbunden werden. Bei dem ersten Bauteil 1 handelt es sich insbesondere um ein Bauteil 1 mit einer relativ geringen Dicke d im Bereich zwischen 1µm und 300µm, vorzugsweise zwischen 10µm und 300µm, ganz besonders bevorzugt zwischen 30µm und 100µm. Ferner besteht das erste Bauteil 1 aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise Kupfer, Aluminium, Gold, Silber oder ähnliches enthaltend. Typischerweise handelt es sich bei dem ersten Bauteil 1 um einen Leitungsträger wie eine Flexfolie. Bei dem zweiten Bauteil 2 handelt es sich demgegenüber um ein Bauteil, das typischerweise eine Dicke D zwischen 30µm und 3000µm aufweist. Insbesondere handelt es sich bei dem zweiten Bauteil 2 um eine Leiterplatte, ein Stanzgitter oder ähnliches.
  • Ergänzend wird erwähnt, dass es sich bei den Bauteilen 1, 2 auch um zwei (dünne) Batteriefolien handeln kann, die miteinander verbunden werden müssen. In diesem Fall gelten insbesondere die Dimensionierung des ersten Bauteils 1.
  • Weiterhin ist es typischerweise vorgesehen, dass bei einer Leiterplatte oder ähnlichem als zweitem Bauteil 2 das zweite Bauteil 2 mit einer metallischen Oberflächenschicht (nicht dargestellt) ausgestattet ist, in deren Bereich die Schweißverbindung erfolgt.
  • Die beiden Bauteile 1, 2 sind derart übereinander und in zumindest bereichsweisein Anlagekontakt angeordnet, dass ein in den 2 und 2a dargestellter Laserstrahl 8 mit seinem Fokus 5, der mittels einer nicht gezeigten Laserstrahleinrichtung erzeugt wird, von der dem zweiten Bauteil 2 abgewandten Seite auf das erste Bauteil 1 auftrifft und das Material des ersten Bauteils 1 in einem Fügebereich 10 aufschmelzt. Die Längsachse des Laserstrahls 8 verläuft dabei senkrecht zur Zeichenebene der 1 und 2 bzw. zentrisch in Bezug zum kreisförmigen Fokus 5. Der Laserstrahl 8 weist weiterhin bevorzugt eine Wellenlänge aus dem sichtbaren Licht, d.h. typischerweise aus einem Wellenlängenbereich bis ca. 1000nm auf.
  • Um zu vermeiden, dass aufgrund der thermischen Dehnung das erste Bauteil 1 im Fügebereich 10 von der Oberfläche des zweiten Bauteils 2, d.h. senkrecht zur Zeichenebene der 1 und 2 abhebt, weist das erste Bauteil 1 eine Schlitzgeometrie 15 auf. Die Schlitzgeometrie 15 besteht bei dem in den 1 und 2 sowie der 3a dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei, jeweils eine gleiche Länge aufweisende Schlitze 16, 17, die in Kreuzform rechtwinklig zueinander angeordnet sind, wobei die Längsachse des Laserstrahls bzw. dessen Fokus 5 konzentrisch zum Schnittpunkt 18 der beiden Schlitze 16, 17 verläuft.
  • Die Schlitzgeometrie 15 findet bevorzugt bei Ausbildung einer Punktschweißverbindung Verwendung, bei der der Laserstrahl 8 im Fokusbereich typischerweise nicht zu den beiden Bauteilen 1, 2 bewegt wird, oder aber derart, dass ein kreisförmiger Schweißbereich erzielbar ist.
  • In den 3a bis 3f sind neben der in der 3a aus den 1 und 2 bekannten Schlitzgeometrie 15 zusätzlich weitere Schlitzgeometrien 20 bis 24 an einem Bauteil 1 dargestellt, die sich insbesondere für die Ausbildung der angesprochenen Punktschweißverbindungen eignen. Bei der Schlitzgeometrie 20 gemäß der 3b weist diese einen großen, zentralen Bereich 25 auf, von dem sternförmig Arme 26 ausgehen.
  • Die Schlitzgeometrie 21 gemäß der 3c weist demgegenüber fünf in etwa gleich große Bereiche 27 auf, die in Art der Augen eines Spielwürfels zueinander angeordnet sind und über kurze Schlitze 28 mit dem zentralen Bereich 25 verbunden sind.
  • Die Schlitzgeometrie 22 gemäß der 3d weist demgegenüber zusätzlich zu der Schlitzgeometrie 15 in den Zwischenräumen zwischen den Schlitzen 16, 17 jeweils eine etwa dreiecksförmige Ausnehmung 30 auf.
  • Die Schlitzgeometrie 23 in der 3e zeigt zwei halbkreisförmige Schlitze 31, 32, während die Schlitzgeometrie 24 gemäß der 3f vier, in Dreiecksform zueinander angeordnete Ausnehmungen 34 zeigen, zwischen denen Material in Form eines Kreuzes 35 des Bauteils 1 vorhanden ist.
  • Sollten mittels des Laserstrahls 8 demgegenüber längliche Schweißnähte ausgebildet werden, so kann beispielsweise eine Schlitzgeometrie 37 gemäß der 4a Verwendung finden. Diese ist in Form eines Kammes ausgebildet. Alternativ ist auch eine Schlitzgeometrie 38 entsprechend der 4b denkbar, bei der der Schlitz in Schlangenform ausgebildet ist.
  • Bei beiden Schlitzgeometrien 37, 38 ist durch den Doppelpfeil 40 die Hauptrichtung bzw. die Haupterstreckung der auszubildenden Schweißnaht gekennzeichnet, wobei in diesem Fall die beiden Bauteile 1, 2 und der Laserstrahl 8 relativ zueinander bewegt werden.
  • In den 5 und 6 ist ein weiteres Bauteil 1a dargestellt, das sich von dem Bauteil 1 dadurch unterscheidet, dass neben einer Schlitzgeometrie 42, bestehend aus vier länglichen, in Kreuzform zueinander angeordneten Schlitzen 43 eine zentral zwischen den Schlitzen 43 angeordnete Vertiefung 44 durch eine plastische Verformung in dem Bauteil 1a ausgebildet ist. Diese Verformung bewirkt entsprechend der 7 eine Anlage an der Oberfläche 4 des zweiten Bauteils 2, sodass sichergestellt ist, dass bei der nachfolgenden Einwirkung des Laserstrahls 8 gemäß der 8 die durch das Aufschmelzen des Materials des Bauteils 1a erzeugte Schmelze 9 in Wirkverbindung mit der Oberfläche des zweiten Bauteils 2 gelangt. Zusätzlich ist es gemäß der 7 und 8 vorgesehen, dass beispielsweise mittels eines runden bzw. ringförmigen Niederhaltewerkzeugs 50 das erste Bauteil 1a gegen die Oberfläche des zweiten Bauteils 2 gedrückt wird.
  • Der aus den beiden Bauteilen 1, 1a und 2 hergestellte Bauteileverbund 100 zeichnet sich dadurch aus, dass dieser trotz der Verwendung eines relativ dünnen ersten Bauteils 1, 1a eine prozesssichere und reproduzierbare Ausbildung von Schweißnähten ermöglicht.
  • Die soweit beschriebenen Verfahren sowie der Bauteileverbund 100 können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
  • So ist in der 9 der Fall dargestellt, dass an dem Bauteil 1b anstelle eines Schlitzes bzw. einer Schlitzgeometrie wenigstens ein (länglicher) Schwächungsbereich 45 ausgebildet ist, in dessen Bereich das Bauteil 1b eine verminderte Dicke dred aufweist. Das Material im Schwächungsbereich 45 wird zumindest im Fokusbereich des Laserstrahls 8 aufgeschmolzen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102008041774 A1 [0002]

Claims (15)

  1. Verfahren zum Verschweißen zweier Bauteile (1; 1a; 1b, 2) mittels eines Laserstrahls (8), wobei das erste Bauteil (1; 1a; 1b) in einem Fügebereich (10) in Überdeckung und vorzugsweise in zumindest bereichsweisem Anlagekontakt mit dem zweiten Bauteil (2) angeordnet wird, wobei der Laserstrahl (8) auf der dem zweiten Bauteil (2) abgewandten Seite auf das erste Bauteil (1; 1a; 1b) auftrifft und die beiden Bauteile (1; 1a; 1b, 2) im Fügebereich (10) aufschmelzt, sodass die beiden Bauteile (1; 1a; 1b, 2) nach dem Erstarren der erzeugten Schmelze (9) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Bauteil (1; 1a; 1b) verwendet wird, das aus einem elektrisch leitenden Material besteht und im Fügebereich (10) insbesondere eine Dicke (d) zwischen 1µm und 300µm, vorzugsweise zwischen 10µm und 300µm, ganz besonders bevorzugt zwischen 30µm und 100µm aufweist, und dass vor der Einwirkung des Laserstrahls (8) auf das erste Bauteil (1; 1a; 1b) das erste Bauteil (1; 1a) im Fügebereich (10) mit wenigstens einer Schlitzgeometrie (15, 20 bis 24, 37, 38) oder einem Schwächungsbereich (45) versehen wird, wobei im Schwächungsbereich (45) das erste Bauteil (1; 1a) eine verminderte Dicke (dred) aufweist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzgeometrie (15, 20 bis 24, 37, 38) bzw. der Schwächungsbereich (45) symmetrisch zu einem Fokus (5) des Laserstrahls (8) ausgebildet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzgeometrie (15, 20 bis 24, 37, 38) bzw. der Schwächungsbereich (45) in Form wenigstens eines Schlitzes (16, 17, 31, 32) bzw. wenigstens einer Ausnehmung (25, 26, 27, 28, 30) bzw. wenigstens einer Vertiefung ausgebildet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzgeometrie (15, 20 bis 24, 37, 38) bzw. der Schwächungsbereich (45) durch einen Laserstrahl (8) erzeugt wird, vorzugsweise durch den Laserstrahl (8), der auch das anschließende Aufschmelzen der Bauteile (1; 1a; 1b, 2) erzeugt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzgeometrie (15, 20 bis 24, 37, 38) bzw. der Schwächungsbereich (45) durch eine mechanische Bearbeitung, insbesondere durch Stanzen oder Pressen ausgebildet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des ersten Bauteils (1a) zusätzlich verformt wird, so dass es insbesondere im Bereich des Fokus (5) des Laserstrahls (8) auf dem zweiten Bauteil (2) aufliegt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausbilden der Verbindung ein Laserstrahl (8) mit einer Wellenlänge aus dem sichtbaren Licht, insbesondere einer Wellenlänge von weniger als 1000nm verwendet wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der beiden Bauteile (1; 1a; 1b, 2) durch Wärmeleitungsschweißen erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bauteile (1; 1a; 1b, 2) und der Laserstrahl (8) während des Schweißprozesses relativ zueinander bewegt werden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einschmelztiefe in dem zweiten Bauteil (2) ausgebildet wird, die dem halben Durchmesser des Fokus (5) des Laserstrahls (8) im Bereich des ersten Bauteils (1; 1a; 1b) entspricht.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (1; 1a; 1b) außerhalb des Fügebereichs (10) gegen das zweite Bauteil (2) gedrückt wird.
  12. Bauteileverbund (100), insbesondere hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit einem ersten Bauteil (1; 1a; 1b) in Form einer elektrisch leitenden Folie bzw. eines elektrisch leitendes Elements, wobei das erste Bauteil (1; 1a; 1b) vorzugsweise Kupfer oder Aluminium aufweist, und mit einem zweiten Bauteil (2), das entweder identisch zum ersten Bauteil (1; 1a; 1b) ausgebildet ist oder ein Substrat bzw. ein Schaltungsträger mit einer metallischen Oberflächenschicht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (1; 1a) in einem Fügebereich (10) wenigstens eine Schlitzgeometrie (15, 20 bis 24, 37, 38) oder einen Schwächungsbereich (45) aufweist, wobei im Schwächungsbereich (45) das erste Bauteil (1; 1a) eine verminderte Dicke (dred) hat.
  13. Bauteileverbund nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (1; 1a) im Fügebereich (10) insbesondere eine Dicke (d) zwischen 1µm und 300µm, vorzugsweise zwischen 10µm und 300µm, ganz besonders bevorzugt zwischen 30µm und 100µm aufweist, und dass das zweite Bauteil (2) eine Dicke (D) zwischen 30µm und 3000µm aufweist.
  14. Bauteileverbund nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (d) des ersten Bauteils (1; 1a; 1b) geringer ist als die Dicke der Oberflächenschicht auf dem zweiten Bauteil (2).
  15. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zum Verbinden zweier Bauteile (1; 1a; 1b, 2) in der Elektronik, insbesondere einer Folie und einem Leitungsträger oder zum Verbinden wenigstens zweier Batteriefolien.
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DE102008041774A1 (de) 2008-09-03 2010-03-04 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Laserverschweißen

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