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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines Schaltelements einer Hochvoltheizer-Vorrichtung mit einem Heizelement der Hochvoltheizer-Vorrichtung für Plug-In-Hybridfahrzeuge und/oder für Elektrofahrzeuge und/oder für brennstoffbetriebe Fahrzeuge.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Hochvoltheizer-Vorrichtung für Plug-In-Hybridfahrzeuge und/oder für Elektrofahrzeuge und/oder für brennstoffbetriebe Fahrzeuge.
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Ein herkömmliches Kontaktierungsverfahren bzw. Verbindungsverfahren für ein Schaltelement und ein Heizelement einer Hochvoltheizer-Vorrichtung umfasst zunächst das Aufbringen eines thermisch gespritzten Cu-Pads auf eines der Elemente mit einem nachgelagerten Verschrauben eines Stanzgitters auf dem anderen Element. Die Kupferfahnen des Stanzgitters werden im sich daran anschließenden Prozessschritt mit den Cu-Pads mithilfe eines Lasers verschweißt.
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Um das Laserschweißen durchzuführen, muss eine aufwendige Pad-Maskierung mit Silikondichtung verwendet werden, um Overspray zu vermeiden. Zusätzlich müssen die Cu-Pads eine gewisse Dicke aufweisen, um die Einschweißtiefe abzusichern (es muss viel Material für kleine Pads verwendet werden). Darüber hinaus muss der Laserschweißprozess kritisch betrachtet werden, da das Einkoppeln des Laserstrahls besonders in Kupfer mit Schwierigkeiten behaftet ist (hoher Reflexionsgrad von Cu). Ein weiterer Nachteil ist, dass ein zusätzliches Stanzgitter plus Schrauben eingesetzt werden muss, um diese Kontaktierung durchzuführen.
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Ferner ist es bekannt, das Verfahren Löten für die Verbindung zweier Elemente zu verwenden, wobei dieses hauptsächlich als etabliertes Kontaktverfahren zum Verbinden von IGBT, Leistungselektronik, Kupferlitzen oder -bändern auf metallisierten Kupferkontaktflächen eingesetzt wird.
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Beim Lötverfahren werden üblicherweise bleifreie Weichlote verwendet, welche zinnhaltig sind; dies führt zur Versprödung der Lötstelle über ihre Lebensdauer. Zusätzlieher Nachteil sind durch Gleichstrom bedingte Kriechprozesse (bedingt durch Flussmittelzusätze im Lot), die zu Kurzschlüssen führen können.
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Ferner führen das sogenannte Hartlötverfahren sowie das sogenannte Mikrowiderstandsschweißen mit oder ohne Zusatzwerkstoffe prozessbedingt zu einem hohen thermischen Energieeintrag, was den Schichtverbund eines Heizelements und/oder eines Schaltelements negativ beeinträchtigt (Beschädigung/ Rissbildung).
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Im Allgemeinen muss beim Löten auf eine hohe Prozess-Genauigkeit (Materialzufuhr, Wärmeeinbringung) geachtet werden, da es sonst zu schwachen Lötverbindungen kommt, die unter stetiger Belastung ausfallen können.
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Darüber hinaus werden für das Löten ebenfalls Kontakt-Pads benötigt, um eine Lötverbindung mit zum Beispiel einem Heizleiter bzw. einem Heizelement herstellen zu können. Das bedingt wiederum hohe Kosten für dieses Kontaktierungsverfahren (Anlagen, Kontakt-Pads, Maskierungsaufwand).
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Im Lichte der obigen Ausführungen ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Verbinden eines Schaltelements einer Hochvoltheizer-Vorrichtung mit einem Heizelement der Hochvoltheizer-Vorrichtung für Plug-In-Hybridfahrzeuge und/oder für Elektrofahrzeuge und/oder für brennstoffbetriebe Fahrzeuge anzugeben, welches eine kostengünstige und materialsparende Herstellung gewährleistet sowie vorzugsweise eine verbesserte Prozessstreuung und Stabilität aufweist, um vorzugsweise die Lebensdauer und Haltbarkeit einer zu erstellenden Verbindung zu erhöhen.
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Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochvoltheizer-Vorrichtung anzugeben, welche auf eine kostengünstige und materialsparende Art und Weise herstellbar ist und welche vorzugsweise Verbindungen zwischen einem Heizelement und einem Schaltelement mit einer hohen Lebensdauer und Haltbarkeit aufweist.
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Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß umfasst bei einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Verbinden eines Schaltelements einer Hochvoltheizer-Vorrichtung mit einem Heizelement der Hochvoltheizer-Vorrichtung für Plug-In-Hybridfahrzeuge und/oder für Elektrofahrzeuge und/oder für brennstoffbetriebe Fahrzeuge nachfolgende Schritte:
- - Aufbringen eines elektrisch leitenden Verbindungsstoffes auf einem flächigen Teilabschnitt eines ersten Teilelements einer Hochvoltheizer-Vorrichtung, und
- - Positionieren eines flächigen Teilabschnitts eines zweiten Teilelements der Hochvoltheizer-Vorrichtung auf dem aufgebrachten Verbindungsstoff zur elektrischen Verbindung der beiden Teilelemente miteinander.
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Bevorzugterweise wird beim Schritt des Aufbringens der Verbindungsstoff in Form eines elektrisch leitfähigen Klebstoffes oder einer elektrisch leitfähigen Paste als zusammenhängendes Volumen aufgetragen. Mit anderen Worten ausgedrückt, wird beim Schritt des Aufbringens vorzugsweise ein zusammenhängendes Volumen, ähnlich dem Aufbringen einer Zahnpasta auf einer Zahnbürste oder dem Aufbringen eines Flüssigklebers zum Basteln auf einem Stück Papier, in Form eines tropfen-ähnlichen Gebildes auf dem ersten Teilelement aufgebracht. Auf diese Weise ist zum einen eine kostengünstige und materialsparende Herstellung gewährleistet; und zum anderen kann der Herstellungsprozess verbessert und dessen Stabilität erhöht werden, wodurch die Lebensdauer und Haltbarkeit einer zu erstellenden Verbindung erhöhbar ist.
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In der vorliegenden Beschreibung wird unter einem „flächigen Teilabschnitt eines Teilelements“ eine Fläche auf einem Teilelement verstanden, die vorzugsweise zur besseren elektrischen Leitfähigkeit mit Kupfer versehen ist. Vorzugsweise ist ein flächiger Teilabschnitt als Kontakt-Pad ausgebildet, das sich insbesondere von der Oberfläche des übrigen Teilelements absetzen bzw. abheben kann.
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Vorteilhafterweise ist beim Schritt des Aufbringens das erste Teilelement ein elektrisch leitendes Heizelement und beim Schritt des Positionierens das zweite Teilelement ein elektrisch leitendes Schaltelement, insbesondere eine Platine mit mindestens einem IGBT oder eine Leistungselektronik.
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Bei einem IGBT (englisch insulated-gate bipolar transistor) handelt es sich vorzugsweise um einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode. Hierbei ist vorzugsweise der Bipolartransistor ein Halbleiterbauelement, das in der Leistungselektronik verwendet wird, da es Vorteile des Bipolartransistors (gutes Durchlassverhalten, hohe Sperrspannung, Robustheit) und Vorteile eines Feldeffekttransistors (nahezu leistungslose Ansteuerung) vereinigt.
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Alternativ zum vorangegangenen Schritt ist auch möglich, dass beim Schritt des Aufbringens das erste Teilelement ein elektrisch leitendes Schaltelement ist, insbesondere eine Platine mit mindestens einem IGBT oder eine Leistungselektronik, ist und beim Schritt des Positionierens das zweite Teilelement ein elektrisch leitendes Heizelement ist.
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Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn der Verbindungsstoff auf Metall, insbesondere auf Kupfer und/oder auf Nickel und/oder auf Chrom, und/oder auf Graphit anwendbar ist.
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Zudem ist es möglich, dass der Verbindungsstoff für Hochtemperaturanwendungen (vorzugsweise bis +125 °C) geeignet ist.
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Günstigerweise ist der Verbindungsstoff als ein metallgefüllter und/oder als ein einkomponentiger elektrisch leitfähiger Klebstoff ausgebildet.
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Ferner ist es günstig, wenn der Verbindungsstoff als ein Klebstoff mit latentem Härter auf Basis hochwertiger Epoxidharze ausgebildet ist.
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Alternativ zum Klebstoff ist vorzugsweise der Verbindungsstoff als eine metallgefüllte, elektrisch leitfähige Paste ausgebildet ist.
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Sowohl der Klebstoff als auch die Paste haben den Vorteil, dass diese mit einem Viskositätsgrad ausgestattet sein können, der einerseits ein Fließen des Klebstoffs bzw. der Paste innerhalb einer engen Grenze erlaubt und andererseits - logischerweise - somit eine Formstabilität aufweist, wodurch der Klebstoff bzw. die Paste sicher am Ort des Aufbringens verweilt und auf dem gewünschten Bereich verbleibt.
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Bevorzugterweise umfasst das Aufbringen ein exaktes Dosieren des Verbindungsstoffes.
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Vorzugsweise wird das Aufbringen oder das Dosieren mithilfe eines automatisierten Dosiersystems durchgeführt, welches ausgebildet ist, eine vorbestimmbare Menge Verbindungsstoff auf den entsprechenden flächigen Teilabschnitt aufzubringen, um vorzugsweise einen Verbindungsspalt, insbesondere zwischen dem ersten und zweiten Teilelement, von ca. 100 - 200 µm zu überbrücken.
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Ferner ist es bevorzugt, wenn das Dosiersystem einen Spritzkopf zum Aufbringen der vorbestimmbaren Menge Verbindungsstoff sowie einen Behälter für den Verbindungsstoff, insbesondere für Klebstoff oder für Paste, umfasst.
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Vorzugsweise weist der Spritzkopf zum Dosieren des Verbindungsstoffes eine Spritznadel mit 1/2 Zoll und/oder eine Spritznadel mit einem Innendurchmesser von 0,33 mm und/oder eine Spritznadel in Größe 23 auf.
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Des Weiteren ist es möglich, dass der Spritzkopf, insbesondere dessen Spritznadel, ausgebildet und/oder eingestellt ist, ein flächiges Dosierbild zu erstellen. Somit ist es möglich, innerhalb einer bestimmten Fläche bzw. innerhalb des flächigen Teilabschnitts Verbindungstoff möglichst gleichverteilt innerhalb der zur Verfügung stehenden Fläche aufzutragen.
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Auch kann vorgesehen sein, dass das Dosiersystem zur Förderung des Verbindungsstoffes diesen mit einem Druck von 3 - 5 bar beaufschlagt.
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Vorteilhafterweise bedeckt beim Aufbringen oder Dosieren die auf dem Teilabschnitt aufgebrachte Menge Verbindungsstoff eine Fläche von 5x5mm, um Ströme von 10A sicher zu übertragen.
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Ergänzend oder alternativ hierzu ist es von Vorteil, wenn das Aufbringen oder Dosieren von Verbindungsstoff einen Verbindungsspalt von ca. 100 - 200 µm zwischen dem ersten und zweiten Teilelement überbrückt, um die Verbindung der beiden Teilelemente prozesssicher durchzuführen.
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Zudem ist es vorteilhaft, wenn das Aufbringen ein Platzieren von mindestens einem Abstandshalter umfasst, der an dem ersten oder an dem zweiten Teilelement angeordnet ist, um einen definierbaren Verbindungsspalt zwischen beiden Teilelementen einzustellen.
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Günstigerweise werden nach dem Positionieren eines flächigen Teilabschnitts die folgenden Schritte ausgeführt:
- - Trocknen des Verbindungsstoffes, welcher das erste Teilelement mit dem zweiten Teilelement verbindet, für eine vorbestimmte Zeitspanne.
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Ferner ist es günstig, wenn nach dem Trocknen die folgenden Schritte ausgeführt werden:
- - Testen der hergestellten Verbindung von erstem und zweiten Teilelement in einem Schälversuch,
- - wobei vorzugsweise der Schälversuch an einer Probeverbindung ausführbar ist, die auf dem ersten oder dem zweiten Teilelement angebracht ist und dieses Teilelement mit einem Probeelement mit identischen Eigenschaften wie das entsprechende Gegenstück, insbesondere wie das zweite oder erste Teilelement, verbindet.
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Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Hochvoltheizer-Vorrichtung für Plug-In-Hybridfahrzeuge und/oder für Elektrofahrzeuge und/oder für brennstoffbetriebe Fahrzeuge.
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Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Merkmale des Verfahrens, wie sie unter dem ersten Aspekt erwähnt werden, einzeln oder miteinander kombinierbar bei der Hochvoltheizer-Vorrichtung Anwendung finden können.
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Anders ausgedrückt, die oben unter dem ersten Aspekt der Erfindung genannten Merkmale betreffend das Verfahren können auch hier unter dem zweiten Aspekt der Erfindung mit weiteren Merkmalen kombiniert werden. Gleiches gilt selbst verständlich auch umgekehrt.
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Bevorzugterweise umfasst eine Hochvoltheizer-Vorrichtung für Plug-In-Hybridfahrzeuge und/oder für Elektrofahrzeuge und/oder für brennstoffbetriebe Fahrzeuge:
- - ein elektrisch leitendes Heizelement mit einem flächigen Teilabschnitt,
- - ein elektrisch leitendes Schaltelement, insbesondere eine Platine mit mindestens einem IGBT oder eine Leistungselektronik, mit einem flächigen Teilabschnitt, und
- - einen elektrisch leitenden Verbindungsstoff, der die beiden flächigen Teilabschnitte elektrisch leitend miteinander verbindet.
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Ferner ist bevorzugt, dass der elektrisch leitende Verbindungsstoff als elektrisch leitfähiger Klebstoff oder als elektrisch leitfähige Paste ausgebildet ist.
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Günstigerweise verbindet der elektrisch leitende Verbindungsstoff als zusammenhängendes Volumen die beiden flächigen Teilabschnitte miteinander.
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Auf diese Weise ist eine sichere Verbindung zwischen einem Schaltelement und einem Heizelement der Hochvoltheizer-Vorrichtung möglich, wodurch die Verbindung zwischen Heizelement und Schaltelement eine hohe Lebensdauer und Haltbarkeit aufweist.
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Auch ist es günstig, wenn der aufgebrachte Verbindungsstoff eine Fläche von wenigstens 5x5mm bedeckt, um Ströme von 10A sicher zu übertragen.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass das Heizelement und das Schaltelement einen Abstand, insbesondere einen Verbindungsspalt, von 100 - 200 µm zueinander aufweisen.
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Vorzugsweise ist zwischen dem Heizelement und dem Schaltelement wenigstens ein Abstandshalter angeordnet, um einen Verbindungsspalt von 100 - 200 µm zu gewährleisten.
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Auch ist es möglich, dass der wenigstens eine Abstandshalter an dem Schaltelement oder an dem Heizelement angeordnet ist.
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Die Verbindung des ersten und zweiten Teilelements bzw. des Heizelements mit dem Schaltelement mithilfe eines elektrisch leitenden Verbindungsstoffes reduziert die im Vergleich zum Stand der Technik benötigten Prozessschritte von sechs auf drei.
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Dadurch können im Vergleich zum Stand der Technik Kosten gespart werden (kein Stanzgitter, keine Fixierung Stanzgitter, keine Pads, kein Maskierungsaufwand).
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Genauer gesagt werden zum Beispiel beim Laserschweißprozess (Stand der Technik) folgende Schritte durchgeführt:
- 1. Pad-Maskierung auf Heizelement
- 2. Lichtbogen-Prozess für Cu-Pad
- 3. Prüfung Pad-Geometrie (Dicke, Form)
- 4. Positionieren Stanzgitter (+ Schrauben)
- 5. Niederhalten Stanzgitter
- 6. Laserschweißen Stanzgitter
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Im Gegensatz dazu werden beim erfindungsgemäßen Verfahren bzw. zur Herstellung der erfindungsgemäßen Hochvoltheizer-Vorrichtung folgende Schritte durchgeführt:
- 1. Dosierung Verbindungsstoff
- 2. Positionieren + Fixieren von Heizelement und Schaltelement relativ zueinander
- 3. eventuell Aushärten des Verbindungstoffs
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Eine Verbindung gemäß der vorliegenden Erfindung mithilfe eines Verbindungstoffs kann zum einen die Kontakte von Heizelement und Schaltelement mechanisch zueinander fixieren und zum anderen eine elektrische Verbindung für Ströme bis 10A und Spannungen bis 830 V DC im Temperaturbereich von -40 °C bis +125 °C sicherstellen.
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Die Verbindung mittels Verbindungsstoff kann zusätzlich zur elektrischen Kontaktierung zur mechanischen Fixierung des ersten und zweiten Teilelement bzw. des Heizelements mit dem Schaltelement verwendet werden.
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Nachfolgend wird der oben dargestellte Erfindungsgedanke ergänzend mit anderen Worten ausgedrückt.
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Dieser Gedanke betrifft vorzugsweise - vereinfacht dargestellt - die direkte Verbindung eines Schaltelements, insbesondere einer Platine mit ihren IGBTs oder einer Leistungselektronik, mit einem Heizelement mithilfe eines Verbindungsstoffs, wie zum Beispiel mithilfe eines elektrisch leitenden Klebstoffes oder einer elektrisch leitenden Paste.
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An der Platinen-Unterseite bzw. auf einer Seite eines Schaltelements befinden sich vorzugsweise Kontaktflächen/flächige Teilabschnitte, die mit Hilfe eines Verbindungsstoffs in Form eines leitfähigen Klebers oder in Form einer leitfähigen Paste mit einem Heizleiter bzw. mit einem Heizelement verbunden werden.
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Durch die Verwendung von Klebstoff (z. B. Epotek H20E, Heraeus PC 3001, Henkel CE 3103 WLV ...) oder von Wärmeleitpaste (z. B. Kontaktpaste „Cu“) als Verbindungsstoff entstehen vorteilhafterweise dauerhafte, mechanisch stabile und elektrisch leitfähige Verbindungen.
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Durch die Verwendung von speziell ausgewählten Komponenten (Materialien) können Verbindungsstoffe, wie Klebstoffe oder Pasten, je nach Anwendung (hoher Strom, Spannung und Dauerbelastung) ausgewählt werden.
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Im Gegensatz zu metallhaltigen Loten kann so eine Degeneration und Korrosion der Verbindung vermieden werden.
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Im Allgemeinen werden Klebeprozesse als flexibler und weniger belastend für die Kontaktelemente (erstes und zweites Teilelement bzw. Heizelement und Schaltelement) angesehen.
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Zum einen kann die Verbindung bis zur Aushärtung des Verbindungsstoffs noch präzise ausgerichtet und positioniert werden, zum anderen wird das Aushärten im Vergleich zum Lötprozess bei wesentlich niedrigeren Temperaturen durchgeführt.
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Weiterer großer Vorteil ist, dass keine zusätzlichen Kontaktelemente, wie z. B. Stanzgitter oder einzelne Kupferfahnen, verwendet werden müssen, da das Kontaktelement bzw. der flächige Teilabschnitt auf der Platine / auf dem Schaltelement integriert ist (vorzugsweise Kontaktfläche an Unterseite der Platine).
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Durch eine einfache Montagetechnik (automatisiertes Dosiersystem: Klebstoff- oder Pastenbehälter und Spritzkopf) wird günstigerweise die entsprechende Menge Verbindungsstoff, wie zum Beispiel Klebstoff, vorzugsweise auf einen kupfernen, flächigen Teilabschnitt des Schaltelements aufgebracht.
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Die Fläche, um Ströme von 10A sicher übertragen zu können, beträgt vorzugsweise 5x5mm. Damit die Verbindung prozesssicher durchgeführt werden kann, wird vorteilhafterweise ein Verbindungspalt bzw. ein Klebespalt von ca. 100 - 200 µm benötigt. Dieser wird günstigerweise mit Hilfe von Abstandshaltern, die sich an dem Schaltelement befinden, sichergestellt.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen schematisch:
- 1 eine schematische Seitenansicht auf eine erfindungsgemä-ße Hochvoltheizer-Vorrichtung;
- 2 eine Draufsicht auf Schaltelemente der Hochvoltheizer-Vorrichtung;
- 3 Abbildungen von flächig aufgetragenem Verbindungsstoff auf einem Schaltelement; und
- 4 einen schematisierten dargestellten Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden eines Schaltelements einer Hochvoltheizer-Vorrichtung mit einem Heizelement der Hochvoltheizer-Vorrichtung.
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In der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen für gleiche Gegenstände verwendet.
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1 zeigt eine schematische Seitenansicht auf eine erfindungsgemäße Hochvoltheizer-Vorrichtung 1.
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Genauer dargestellt zeigt 1 eine Hochvoltheizer-Vorrichtung 1 für Plug-In-Hybridfahrzeuge und/oder für Elektrofahrzeuge und/oder für brennstoffbetriebe Fahrzeuge.
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Genannte Hochvoltheizer-Vorrichtung 1 umfasst ein elektrisch leitendes Heizelement 2 mit einem flächigen Teilabschnitt 5 und ein elektrisch leitendes Schaltelement 3, insbesondere eine Platine mit mindestens einem IGBT oder eine Leistungselektronik, mit einem flächigen Teilabschnitt 6.
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Hierbei ist der flächige Teilabschnitt 6 des Schaltelements 3 zur besseren elektrischen Leitfähigkeit mit Kupfer versehen und als Kontakt-Pad ausgebildet, das sich von der Oberfläche des übrigen Teilelements bzw. des Schaltelements absetzt bzw. abhebt.
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Des Weiteren hat die Hochvoltheizer-Vorrichtung 1 einen elektrisch leitenden Verbindungsstoff 4, der die beiden flächigen Teilabschnitte 5, 6 elektrisch leitend miteinander verbindet.
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Hierbei ist der elektrisch leitende Verbindungsstoff 4 als elektrisch leitfähiger Klebstoff oder als elektrisch leitfähige Paste ausgebildet.
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Der elektrisch leitende Verbindungsstoff 4 verbindet wie in 1 zu erkennen, als zusammenhängendes Volumen die beiden flächigen Teilabschnitte 5, 6 miteinander.
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Hierbei weisen das Heizelement 2 und das Schaltelement 3 einen Abstand, insbesondere einen Verbindungsspalt 7, von 100 - 200 µm zueinander auf.
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Des Weiteren zeigt 1, dass zwischen dem Heizelement 2 und dem Schaltelement 3 Abstandshalter 8 angeordnet sind, um den Verbindungsspalt 7 von 100 - 200 µm zu gewährleisten, wobei die Abstandshalter 8 an dem Schaltelement 3 angeordnet sind.
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2 zeigt eine Draufsicht auf Schaltelemente 3 der Hochvoltheizer-Vorrichtung 1, wobei 3 Abbildungen von flächig aufgetragenen Verbindungsstoff 4 auf einem Schaltelement 3 darstellt.
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Unter Hinzuziehung von 1 wird bei Betrachtung der 2 und 3 klar, dass der Verbindungsstoff 4 flächig (vergleiche 3) auf die flächigen Teilabschnitte 6 des Schaltelements 3 aufgetragen ist.
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Hierbei bedeckt der aufgebrachte Verbindungsstoff 4 eine Fläche von wenigstens 5x5mm, um Ströme von 10A sicher zu übertragen (vergleiche 3).
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4 zeigt einen schematisierten dargestellten Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden eines Schaltelements 3 einer Hochvoltheizer-Vorrichtung 1 mit einem Heizelement 2 der Hochvoltheizer-Vorrichtung 1.
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Hierbei werden grob zusammengefasst nachfolgende Schritte durchgeführt:
- a) Aufbringen eines elektrisch leitenden Verbindungsstoffes 4 auf einem flächigen Teilabschnitt 6 eines Schaltelements 3 einer Hochvoltheizer-Vorrichtung 1 (Schritt A) und
- b) Positionieren eines flächigen Teilabschnitts 5 eines Heizelements 2 der Hochvoltheizer-Vorrichtung 1 auf dem aufgebrachten Verbindungsstoff 4 zur elektrischen Verbindung der beiden Elemente 2, 3 miteinander (Schritt B).
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Beim Schritt des Aufbringens wird der Verbindungsstoff 4 in Form eines elektrisch leitfähigen Klebstoffes oder einer elektrisch leitfähigen Paste als zusammenhängendes Volumen aufgetragen.
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Hierbei ist der Verbindungsstoff 4 auf Metall, insbesondere auf Kupfer und/oder auf Nickel und/oder auf Chrom, und/oder auf Graphit anwendbar.
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Genauer dargestellt ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Verbindungsstoff 4 als ein metallgefüllter elektrisch leitfähiger Klebstoff ausgebildet ist.
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Anstelle des Klebstoffs ist es auch möglich, dass der der Verbindungsstoff 4 als eine metallgefüllte, elektrisch leitfähige Paste ausgebildet ist.
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Der Schritt A bzw. das Aufbringen umfasst ein exaktes Dosieren des Verbindungsstoffes 4, was mithilfe eines automatisierten Dosiersystems durchgeführt wird, welches ausgebildet ist, eine vorbestimmbare Menge Verbindungsstoff 4 auf den entsprechenden flächigen Teilabschnitt 5, 6 aufzubringen, um einen Verbindungsspalt 7 zwischen dem Schaltelement 3 und dem Heizelement 2 von ca. 100 - 200 µm zu überbrücken.
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Hierbei umfasst das Dosiersystem einen Spritzkopf (nicht dargestellt) zum Aufbringen der vorbestimmbaren Menge Verbindungsstoff 4 sowie einen Behälter für den Verbindungsstoff 4.
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Insbesondere kommen in diesem Zusammenhang bzw. zum Dosieren des Verbindungsstoffes 4 eine Spritznadel mit 1/2 Zoll und mit einem Innendurchmesser von 0,33 mm zum Einsatz.
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Dabei ist der Spritzkopf, insbesondere dessen Spritznadel, ausgebildet und eingestellt, ein flächiges Dosierbild zu erstellen (siehe 3), wobei beim Aufbringen oder Dosieren die auf dem Teilabschnitt 5, 6 aufgebrachte Menge Verbindungsstoff 4 eine Fläche von 5x5mm bedeckt, um Ströme von 10A sicher zu übertragen.
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Die Menge an Verbindungsstoff 4 ist so eingestellt, dass ein Verbindungsspalt 7 von ca. 100 - 200 µm zwischen dem ersten und zweiten Teilelement 2, 3 überbrückt wird, um die Verbindung der beiden Elemente 2, 3 prozesssicher durchzuführen.
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Dabei umfasst der Schritt des Aufbringens (Schritt A) ein Platzieren von Abstandshaltern 8, die an dem Schaltelement 3 angeordnet sind, um einen definierbaren Verbindungsspalt 7 zwischen beiden Elementen 2, 3 einzustellen.
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Im Anschluss an das Positionieren des flächigen Teilabschnitt 6 des Heizelements 2 schließt sich der Schritt des Trocknens des Verbindungsstoffes 4 (Schritt C) für eine vorbestimmte Zeitspanne an, welcher das erste Schaltelement 3 mit dem Heizelement 2 verbindet.
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Abschließend wird noch festgehalten, dass zur Förderung des Verbindungsstoffes 4 das Dosiersystem den Verbindungsstoff 4 mit einem Druck von 3 - 5 bar beaufschlagt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hochvoltheizer-Vorrichtung
- 2
- Heizelement
- 3
- Schaltelement
- 4
- Verbindungsstoff
- 5
- flächiger Teilabschnitt
- 6
- flächiger Teilabschnitt
- 7
- Verbindungsspalt
- 8
- Abstandshalter
