DE102020107511A1 - Verbinden von zwei Bauteilen mittels Klettwelding-Tape - Google Patents

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Olav Birlem
Florian Dassinger
Sebastian Quednau
Farough Roustaie
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Nanowired GmbH
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Abstract

Verfahren zum Verbinden eines ersten Bauteils (2) mit einem zweiten Bauteil (3), umfassend:a) Bereitstellen eines Verbindungselements (6) mit einer jeweiligen Vielzahl von Nanodrähten (1) auf einer ersten Verbindungsfläche (7) an einer ersten Seite (10) des Verbindungselements (6) und auf einer zweiten Verbindungsfläche (8) an einer der ersten Seite (10) gegenüberliegenden zweiten Seite (11) des Verbindungselements (6), wobei die erste Verbindungsfläche (7) und die zweite Verbindungsfläche (8) elektrisch voneinander isoliert sind,b) Zusammenführen einer Kontaktfläche (4) des ersten Bauteils (2) mit der ersten Verbindungsfläche (7) des Verbindungselements (6), undc) Zusammenführen einer Kontaktfläche (5) des zweiten Bauteils (3) mit der zweiten Verbindungsfläche (8) des Verbindungselements (6).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Verbindungselement zum Verbinden eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil sowie eine Anordnung von zwei miteinander verbundenen Bauteilen, insbesondere in Bezug auf Bauteile aus der Elektronik.
  • Bei den verschiedensten Anwendungen gibt es die Anforderung, Körper miteinander zu verbinden. Beispielsweise können zwei metallische Körper oder zwei Körper aus unterschiedlichen Materialien miteinander zu verbinden sein. Das ist insbesondere in der Elektronik der Fall. Zum Ausbilden derartiger Verbindungen sind aus dem Stand der Technik die unterschiedlichsten Verfahren bekannt. So sind insbesondere Verfahren bekannt, die zum Beispiel elektrische Leiter oder Körper aus Kupfer durch Schweißen, Hart- oder Weich-Löten, Kleben, Verschrauben, Vernieten oder Verprägen verbinden. Bei derartigen Verfahren werden präparierte Flächen präzise zueinander ausgerichtet und miteinander verbunden. Die zu verbindenden Körper müssen somit längentechnisch in Ihrer Ausdehnung und ihrem Verbindungsort eindeutig geometrisch bestimmt und vorbereitet sein. Weiterhin müssen im Vorfeld die Vorbereitungen zur Herstellung der Verbindung getroffen werden, wie zum Beispiel das Bohren von Löchern oder das Bereitstellen von entsprechenden Verbindungselementen. Die Verbindungstechniken des Verklebens, Verschraubens und Vernietens sind dabei Raumtemperaturprozesse. Schweißen, Weich- und Hartlöten sind hingegen heiße Prozesse, bei denen flüssiges Metall erzeugt wird, welches sich volumenfüllend und metallisch interagierend in die Fügestelle einfügt.
  • Verschweißen hat durch seinen erheblichen Temperatureintrag von regelmäßig bis zu 1400°C den Nachteil, dass es zum einen die betroffenen Körper im erheblichen Maße erhitzt, so dass eine Gefahr des Auslösens eines Brandes brennbarer Materialien entsteht. Auch kann es zu optischen Veränderungen der Oberfläche der zu verbindenden Körper kommen, was insbesondere bei vorbehandelten Oberflächen mit Lacken, Folien oder Beschichtungen problematisch sein kann. Außerdem sind viele Materialien nicht schweißfähig.
  • Hartlöten beispielsweise von Kupfer kann ebenfalls durch seinen erheblichen thermischen Energieeintrag zur Folge haben, dass sich die an der Verbindung beteiligten Komponenten erheblich (insbesondere über 400°C) erhitzen. Das kann dazu führen, dass entflammbare Materialien entzündet werden.
  • Weichlöten beispielsweise von Kupfer kann den Nachteil haben, dass einerseits die Scherfestigkeit der Verbindung geringer als erforderlich ist und andererseits, dass bei Weichloten Temperatur-Wechselbelastungen zur Entmischung des Metalls und damit zu einer Versprödung der Verbindung führen. Das kann zum Versagen der Verbindung führen. Weiterhin haben Weichlote den Nachteil, dass sie einen deutlich größeren Übergangswiderstand der Verbindung als beispielswiese reines Kupfer haben. Ein weiterer Nachteil von Weichlotverbindungen besteht in der geringen mechanischen Dauerfestigkeit, die regelmäßig nur bis etwa 120°C besteht. Auch ist die Korrosionsbeständigkeit einer derartigen Verbindung gegen saure Medien oft unzureichend.
  • Beim Verkleben können die mechanischen Anforderungen an die mechanische Festigkeit der Verbindung nicht immer erfüllt werden. Auch besteht eine hinreichende mechanische Festigkeit regelmäßig nur bis zu einem Temperaturbereich von nur 120°C. Das kann insbesondere einen Einsatz in warmen oder heißen Umgebungen und/oder eine Verwendung heißer Medien unmöglich machen.
  • Beim Verschrauben und Vernieten müssen die Teile besonders präzise aneinandergefügt werden. Das benötigte Loch und der Aufbau durch die Schraube oder Nietverbindung führt regelmäßig weiterhin zu einer optischen Beeinträchtigung des optischen und mechanischen Erscheinungsbildes der Gesamtkonstruktion. Weiterhin muss konstruktiv sichergestellt werden, dass im Vorfeld bekannt ist, an welcher exakten Stelle die Verbindung erfolgen soll. Das kann die Verwendbarkeit von nicht-längendefinierten Bauteilen erschweren oder verhindern. Weiterhin besteht bei einer derartigen Verbindung regelmäßig ein Restspalt zwischen den Bauteilen. Durch Kapillarwirkung kann es zu einem Eintrag von Feuchtigkeit in den Restspalt und nachfolgend zu Korrosion kommen. Durch Korrosion kann die Verbindung beschädigt werden. Auch kann ein thermischer Übergangswiderstand der Verbindung ansteigen. Weiterhin kann ein Loch für eine Schraube oder Niete Undichtigkeiten im Bereich der Verbindung verursachen. Das kann den Einsatz einer solchen Verbindung beispielsweise für Gefäße oder Drucksysteme erschweren, insbesondere indem zusätzliche Dichtmittel benötigt werden.
  • Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten technischen Probleme zu lösen bzw. zumindest zu verringern. Es sollen insbesondere ein Verfahren und ein Verbindungselement zum Verbinden eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil sowie eine Anordnung von zwei miteinander verbundenen Bauteilen vorgestellt werden, bei denen eine besonders mechanische stabile und besonders gut thermisch leitfähige Verbindung zwischen den Bauteilen auf besonders sichere und einfache Weise ausgebildet wird bzw. ist.
  • Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren, mit einem Verbindungselement und mit einer Anordnung gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweils abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil vorgestellt. Das Verfahren umfasst:
    1. a) Bereitstellen eines Verbindungselements mit einer jeweiligen Vielzahl von Nanodrähten auf einer ersten Verbindungsfläche an einer ersten Seite des Verbindungselements und auf einer zweiten Verbindungsfläche an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Verbindungselements, wobei die erste Verbindungsfläche und die zweite Verbindungsfläche elektrisch voneinander isoliert sind,
    2. b) Zusammenführen einer Kontaktfläche des ersten Bauteils mit der ersten Verbindungsfläche des Verbindungselements, und
    3. c) Zusammenführen einer Kontaktfläche des zweiten Bauteils mit der zweiten Verbindungsfläche des Verbindungselements.
  • Bei dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil handelt es sich vorzugsweise um elektronische Bauteile wie beispielsweise Halbleiterbauelemente, Computerchips, Mikroprozessoren oder Platinen. Das erste Bauteil und/oder das zweite Bauteil sind vorzugsweise zumindest teilweise thermisch leitfähig. Das erste Bauteil und/oder das zweite Bauteil können ganz oder teilweise elektrisch leitfähig oder elektrisch isolierend sein. Durch die elektrische Isolierung zwischen den Verbindungsflächen werden auch elektrisch leitfähige Bauteile nicht elektrisch leitend miteinander verbunden.
  • Eine elektrische und/oder thermische Leitfähigkeit im hier verwendeten Sinne liegt insbesondere bei Metallen wie beispielsweise Kupfer vor, die allgemein als „elektrisch leitfähig“ oder gleichbedeutend als „elektrisch leitend“ bzw. „thermisch leitfähig“ oder „thermisch leitend“ bezeichnet werden. Insbesondere sollen allgemein als elektrisch bzw. thermisch isolierend betrachtete Materialien hier nicht als elektrisch bzw. thermisch leitfähig angesehen werden. Die erste Verbindungsfläche und die zweite Verbindungsfläche sollen jedenfalls dann als elektrisch voneinander isoliert betrachtet werden, wenn ein elektrischer Widerstand zwischen der ersten Verbindungsfläche und der zweiten Verbindungsfläche unter folgenden Bedingungen bei einer Vierpunktmessung zu mindestens 100 kΩ gemessen wird: Raumtemperatur, Luftfeuchtigkeit 20%, Messung bei konstanter Spannung (also nicht bei Wechselspannung), Messung mit einer jeweiligen Elektrode auf der ersten Verbindungsfläche und auf der zweiten Verbindungsfläche, wobei die Elektroden die jeweilige Verbindungsfläche mit einer Fläche von 1 cm2 berühren.
  • Das beschriebene Verfahren ist nicht auf Anwendungen im Bereich der Elektronik beschränkt. So ist es beispielsweise auch möglich, ein Bauteil wie einen Sensor (als ein erstes Bauteil) gemäß dem beschriebenen Verfahren an einer Wand oder Halterung (als einem zweiten Bauteil) zu montieren. Durch das beschriebene Verfahren kann zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil insbesondere eine mechanisch stabile, elektrisch isolierende und vorzugsweise thermisch leitfähige Verbindung ausgebildet werden. Somit kann das beschriebene Verfahren in allen Bereichen angewendet werden, in denen eine entsprechende Verbindung zwischen zwei Bauteilen erforderlich ist. Auch ist das beschriebene Verfahren nicht auf eine bestimmte Größe der Bauteile begrenzt. So eignet sich das beschriebene Verfahren beispielsweise für eine Anwendung im Bereich der Elektronik, insbesondre der Mikroelektronik oder zur Verbindung von deutlich größeren Bauteilen auf makroskopischer Ebene.
  • Die Bauteile können über jeweilige Kontaktflächen mit dem Verbindungselement verbunden werden. Bei einer Kontaktfläche handelt es sich insbesondere um einen räumlich ausgezeichneten Bereich einer Oberfläche des jeweiligen Bauteils. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Kontaktflächen durch Ausbildung der Verbindung ausgezeichnet werden. Das bedeutet, dass die Kontaktfläche sich zunächst nicht von der restlichen Oberfläche des Bauteils unterscheidet und erst durch Ausbilden der Verbindung derart hervortritt, dass die Kontaktfläche die Fläche ist, an der die Verbindung ausgebildet ist. In diesem Fall ist die Kontaktfläche zunächst nur gedanklich vom restlichen Teil der Oberfläche des Bauteils abgegrenzt. Im Bereich der Kontaktflächen können die Nanodrähte des Verbindungselements mit dem jeweiligen Bauteil in Kontakt gelangen.
  • Die Kontaktflächen sind vorzugsweise jeweils einfach zusammenhängende Bereiche der Oberfläche des jeweiligen Bauteils. Alternativ ist es möglich, dass die jeweilige Kontaktfläche des ersten Bauteils und/oder des zweiten Bauteils in mehrere voneinander getrennte Unterbereiche der Oberfläche des jeweiligen Bauteils unterteilt sind. So kann eine Kontaktfläche zwei oder mehr voneinander getrennte Abschnitte der Oberfläche des jeweiligen Bauteils umfassen. Die Kontaktflächen können elektrisch und/oder thermisch leitfähig oder isolierend sein. Aufgrund der elektrischen Isolation zwischen den Verbindungsflächen ist die Verbindung in jedem Fall elektrisch isolierend.
  • Vorzugsweise sind die Bauteile starr ausgeführt oder weisen zumindest eine starre Oberfläche auf, an der die jeweilige Kontaktfläche vorgesehen ist. Das bedeutet insbesondere, dass die Bauteile (oder zumindest die Kontaktflächen) vorzugsweise nicht flexibel sind. Mit starren Bauteilen bzw. Kontaktflächen kann eine Verbindung nach dem beschriebenen Verfahren besonders gut ausgebildet werden. Wäre z.B. eines der Bauteile flexibel ausgeführt, so könnte sein, dass die Verbindung aufgrund einer Belastung der Nanodrähte bricht. In Abhängigkeit der genauen Umstände kann das beschriebene Verfahren aber auch mit flexiblen Bauteilen bzw. Kontaktflächen vorteilhaft eingesetzt werden.
  • Die Verbindungen zwischen den ersten Bauteilen und dem Verbindungselement werden bei dem beschriebenen Verfahren über eine Vielzahl von Nanodrähten ausgebildet.
  • Unter einem Nanodraht (engl. „nanowire“) wird hier jeder materielle Körper verstanden, der eine drahtähnliche Form und eine Größe im Bereich von wenigen Nanometern bis zu wenigen Mikrometern hat. Ein Nanodraht kann z.B. eine kreisförmige, ovale oder mehreckige Grundfläche aufweisen. Insbesondere kann ein Nanodraht eine hexagonale Grundfläche aufweisen. Vorzugsweise sind alle an der Verbindung beteiligten Nanodrähte aus dem gleichen Material gebildet. Eine elektrische Isolation zwischen den Kontaktflächen der zu verbindenden Bauteile ist aufgrund der Ausgestaltung des Verbindungselements auch dann gegeben, wenn die Nanodrähte aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet sind. Es ist somit möglich, dass die Nanodrähte aus einem elektrisch leitfähigen und/oder aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet sind.
  • Die Nanodrähte auf der ersten Verbindungsfläche sind vorzugsweise aus dem gleichen Material gebildet wie die Nanodrähte auf der zweiten Verbindungsfläche. Alternativ ist es bevorzugt, dass die Nanodrähte auf der ersten Verbindungsfläche und die Nanodrähte auf der zweiten Verbindungsfläche aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind.
  • Besonders bevorzugt ist es, dass die Nanodrähte auf der ersten Verbindungsfläche und/oder die Nanodrähte auf der zweiten Verbindungsfläche aus einem jeweiligen Metall gebildet sind. Ferner ist es bevorzugt, dass die Nanodrähte auf der ersten Verbindungsfläche aus dem Material der Kontaktfläche des ersten Bauteils gebildet sind und/oder dass die Nanodrähte auf der zweiten Verbindungsfläche aus dem Material der Kontaktfläche des zweiten Bauteils gebildet sind.
  • Je nach Material der Nanodrähte kann die Verbindung unterschiedliche Eigenschaften haben. Insbesondere die mechanische Stärke sowie die thermische Leitfähigkeit der Verbindung werden durch das Material der Nanodrähte beeinflusst. Dadurch, dass die Nanodrähte auf den beiden Verbindungsflächen aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind, können zwei Verbindungen mit unterschiedlichen Eigenschaften ausgebildet werden. Somit kann das Verbindungselement auch insoweit als Vermittler zwischen den beiden zu verbindenden Bauteilen angesehen werden, als dass zwei ansonsten nicht oder nur schlecht miteinander verbindbare Bauteile über das Verbindungselement miteinander verbunden werden können.
  • Bevorzugt weisen die Nanodrähte eine Länge im Bereich von 100 nm [Nanometer] bis 100 µm [Mikrometer], insbesondere im Bereich von 500 nm bis 30 µm auf. Weiterhin weisen die Nanodrähte bevorzugt einen Durchmesser im Bereich von 10 nm bis 10 µm, insbesondere im Bereich von 30 nm bis 2 µm auf. Dabei bezieht sich der Begriff Durchmesser auf eine kreisförmige Grundfläche, wobei bei einer davon abweichenden Grundfläche eine vergleichbare Definition eines Durchmessers heranzuziehen ist. Es ist besonders bevorzugt, dass alle verwendeten Nanodrähte die gleiche Länge und den gleichen Durchmesser aufweisen.
  • Bei dem vorliegend beschriebenen Verfahren werden die Bauteile mittelbar über das Verbindungselement miteinander verbunden. Das hat den Vorteil, dass auf keinem der Bauteile Nanodrähte bereitgestellt werden müssen. Es genügt, dass die Nanodrähte auf dem Verbindungselement vorhanden sind. Insbesondere ist es bevorzugt, dass auf den Kontaktflächen der Bauteile keine Nanodrähte bereitgestellt werden, sondern nur auf den Verbindungsflächen des Verbindungselements. Das kann die Durchführung des Verfahrens erleichtern und insbesondere auch den Anwendungsbereich des Verfahrens auf solche Bauteile erweitern, die einem Wachstum der Nanodrähte nicht oder nur schlecht zugänglich sind. Ferner kann das Wachstum der Nanodrähte lokal von den Bauteilen getrennt erfolgen. Gleichwohl ist es alternativ bevorzugt, dass auch auf der Kontaktfläche des ersten Bauteils und/oder auf der Kontaktfläche des zweiten Bauteils eine jeweilige Vielzahl von Nanodrähten bereitgestellt wird.
  • Das Verbindungselement ist vorzugsweise flexibel ausgebildet. Alternativ ist es bevorzugt, dass das Verbindungselement starr ausgebildet ist. So kann das Verbindungselement beispielsweise als ein festes Metallplättchen ausgebildet sein. Die elektrische Isolierung zwischen den Verbindungsflächen kann in dem Fall durch eine oder mehrere Beschichtungen erreicht werden.
  • Es ist bevorzugt, dass das Verbindungselement aus einem Kunststoff gebildet ist. Beispielsweise kann das Verbindungselement aus einem Polymer gebildet sein, insbesondere aus Polycarbonat, PVC, Polyester, Polyethylen, Polyamid und/oder PET. Auch kann das Verbindungselement beispielsweise aus einem Keramikmaterial, Silizium, Aluminiumoxid oder Glas gebildet sein. Weiterhin kann das Verbindungselement aus Edelstahl, Aluminium oder Buntmetall gebildet sein. Bevorzugt ist auch, dass das Verbindungselement aus einem Komposit-Material umfassend mehrere der genannten Materialien gebildet ist.
  • In Schritt a) wird ein Verbindungselement bereitgestellt, das zwei Verbindungsflächen aufweist. Beide Verbindungsflächen weisen jeweils eine Vielzahl von Nanodrähten auf. Die erste Verbindungsfläche ist an der ersten Seite des Verbindungselements angeordnet, die zweite Verbindungsfläche an der zweiten Seite des Verbindungselements. Die erste Seite und die zweite Seite des Verbindungselements sind einander gegenüberliegend angeordnet. Die erste Seite des Verbindungselements ist die Seite des Verbindungselements, die nach Ausbildung der Verbindung dem ersten Bauteil zugewandt ist. Die zweite Seite des Verbindungselements ist die Seite des Verbindungselements, die nach Ausbildung der Verbindung dem zweiten Bauteil zugewandt ist. Die Bauteile können durch das beschriebene Verfahren mithin insoweit verbunden werden, als dass nach Ausbildung der Verbindung die Kontaktflächen der beiden Bauteile einander gegenüberstehend auf den beiden Seiten des Verbindungselements angeordnet sind. Ein Abstand zwischen den beiden Kontaktflächen ist dabei nur durch die Dicke des Verbindungselements und durch den von den Nanodrähten eingenommenen Raum bedingt.
  • In Schritt a) des beschriebenen Verfahrens wird das Verbindungselement bereitgestellt. Unter Bereitstellen ist dabei einerseits zu verstehen, dass ein wie beschrieben ausgebildetes Verbindungselement als Teil des Verfahrens geschafften wird. So können insbesondere die Nanodrähte als Teil des Verfahrens auf die Verbindungsflächen aufgebracht werden, insbesondere durch galvanisches Wachstum. Andererseits umfasst das Bereitstellen aber auch, dass ein Verbindungselement verwendet wird, auf dem die Nanodrähte bereits an den Verbindungsflächen vorhanden sind. So kann beispielsweise ein entsprechend vorbereitetes Verbindungselement von einem Zulieferer bezogen und für das beschriebene Verfahren genutzt werden. Auch ein derartiges Beziehen eines vorbereiteten Verbindungselements ist ein Bereitstellen eines Verbindungselements im hier verwendeten Sinne.
  • Die Nanodrähte werden vorzugsweise derart auf den Verbindungsflächen bereitgestellt, dass diese im Wesentlichen senkrecht (vorzugsweise senkrecht) auf der jeweiligen Verbindungsfläche stehen. Die Gesamtheit der Nanodrähte auf einer Verbindungsfläche kann insbesondere als ein Rasen von Nanodrähten bezeichnet werden. Die Nanodrähte können aber auch in beliebiger Orientierung auf den Verbindungsflächen bereitgestellt werden. Auch ist es möglich, dass eine Verbindungsfläche in eine Mehrzahl von (miteinander verbundenen oder voneinander getrennten) Teilbereichen unterteilt ist, wobei die Nanodrähte in den verschiedenen Teilbereichen verschieden orientiert sind. Damit kann eine besonders stabile Verbindung realisiert werden, die insbesondere auch Scherkräften besonders gut standhalten kann. Weiterhin ist es möglich, dass die Nanodrähte an verschiedenen Stellen der Verbindungsflächen verschieden ausgeführt sind, insbesondere hinsichtlich deren Länge, Durchmesser, Material und Dichte (wobei die Dichte der Nanodrähte angibt, wie viele Nanodrähte pro Fläche vorgesehen sind).
  • Das Verbindungselement kann insbesondere als ein Mittler der Verbindung zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil aufgefasst werden. Als Verbindungselement kommt insbesondere jeder körperliche Gegenstand in Betracht, der geeignet ist, zur Verbindung der Bauteile zwischen den Kontaktflächen der Bauteile angeordnet zu werden.
  • Bei einer Verbindungsfläche handelt es sich insbesondere um einen räumlich ausgezeichneten Bereich einer Oberfläche des Verbindungselements an der jeweiligen Seite des Verbindungselements. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Verbindungsflächen durch Ausbildung der Verbindung ausgezeichnet werden. Das bedeutet, dass die Verbindungsflächen sich zunächst nicht von der restlichen Oberfläche des Verbindungselements unterscheiden und erst durch Ausbilden der Verbindung derart hervortritt, dass die Verbindungsflächen die Flächen sind, an der die Verbindung ausgebildet ist. In diesem Fall sind die Verbindungsflächen vor Ausbildung der Verbindung nur gedanklich vom restlichen Teil der Oberfläche des Verbindungselements abgegrenzt. Beispielsweise kann eine Verbindungsfläche eines flächigen Verbindungselements dadurch ausgezeichnet werden, dass über eine begrenzte Fläche des Verbindungselements (d.h. über die Verbindungsfläche) eine flächige Verbindung zu dem jeweiligen Bauteil ausgebildet wird.
  • Die Verbindungsflächen sind vorzugsweise so groß wie die entsprechende Kontaktfläche und weisen insbesondere vorzugsweise deren Form auf. Es ist aber auch möglich, dass die Kontaktflächen größer oder kleiner sind als die entsprechende Verbindungsflächen und/oder dass die Kontaktflächen und die entsprechende Verbindungsfläche unterschiedliche Formen aufweisen.
  • Die Verbindungsflächen sind vorzugsweise jeweils einfach zusammenhängende Bereiche der Oberfläche des Verbindungselements. Alternativ ist es möglich, dass die erste Verbindungsfläche und/oder die zweite Verbindungsfläche in mehrere voneinander getrennte Unterbereiche der Oberfläche des Verbindungselements unterteilt sind. So kann eine Verbindungsfläche zwei oder mehr voneinander getrennte Abschnitte der Oberfläche des Verbindungselements umfassen.
  • In den Schritten b) und c) werden die Kontaktflächen mit den Verbindungsflächen zusammengeführt, also aufeinander zu bewegt. Die Nanodrähte auf den Verbindungsflächen kommen dadurch mit der jeweiligen Kontaktfläche in Kontakt. Dabei verbinden sich die Nanodrähte mit der entsprechenden Kontaktfläche, wodurch die entsprechende Verbindung zwischen den Bauteilen und dem Verbindungselement ausgebildet wird.
  • Die Verbindung wird dadurch ausgebildet, dass sich die Nanodrähte, insbesondere deren der jeweiligen Kontaktfläche zugewandten Enden, mit der Kontaktfläche verbinden. Diese Verbindung wird auf atomarer Ebene ausgebildet. Der dabei atomar ablaufende Vorgang ist dem beim Sintern ablaufenden ähnlich. Die erhaltene Verbindung kann insbesondere derart dicht für Gase und/oder Flüssigkeiten sein, dass eine Korrosion der Verbindung und/oder der miteinander verbundenen Bauteile im Bereich der Verbindung verhindert oder zumindest eingeschränkt werden kann. Insbesondere kann die ausgebildete Verbindung als vollmetallisch betrachtet werden. Das beschriebene Verfahren kann auch als „Klett-Welding“ bezeichnet werden. Damit wird zum Ausdruck gebracht, dass die Verbindung durch eine Vielzahl von Nanodrähten und damit durch eine Vielzahl von länglichen, haarähnlichen Strukturen und durch Erwärmen erhalten wird. Durch die Vielzahl der Nanodrähte können Unebenheiten und Rauigkeiten der Kontaktflächen ausgeglichen werden.
  • Aufgrund der Größe der Nanodrähte im Nanometer-Bereich ist die Oberfläche der Verbindung (d.h. die Fläche, über die Kräfte wie die Van-der-Waals-Kraft auf atomarer Ebene wirken) besonders groß. Damit kann die Verbindung besonders gut thermisch leitfähig und/oder mechanisch stabil sein. Für eine thermisch besonders leitfähige Verbindung ist es bevorzugt, dass die Nanodrähte aus einem thermisch leitfähigen Material gebildet sind. Besonders bevorzugt ist hier die Verwendung von Kupfer. Auch die Kontaktflächen sind vorzugsweise aus einem thermisch leitfähigen Material gebildet, insbesondere mit Kupfer. Wie weiter oben beschrieben, ist die Verwendung von Kupfer insbesondere bei Schweißverbindungen nicht möglich. Aufgrund der großen Oberfläche der durch das beschriebene Verfahren erhaltenen Verbindung kann eine thermische Leitfähigkeit der Verbindung besonders groß sein. Eine besonders gute thermische Leitfähigkeit der Verbindung kann beispielsweise die Kühlung der an der Verbindung beteiligten Bauteile verbessern. Insbesondere dazu ist die Verwendung von Kupfer für die Nanodrähte und/oder für die Kontaktflächen bevorzugt.
  • Die beschriebene Verbindung kann weiterhin besonders einfach und ohne Werkzeug ausgebildet werden. Es müssen lediglich die zu verbindenden Bauteile und das Verbindungselement aneinander geführt werden. Eine Erwärmung und eine Druckausübung können optional erfolgen, sind aber nicht zwingend erforderlich.
  • Die Verfahrensschritte a) bis c) werden vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge, insbesondere nacheinander durchgeführt. Insbesondere wird Schritt a) vorzugsweise vor Beginn der Schritte b) und c) durchgeführt.
  • Werden die Schritte b) und c) nacheinander durchgeführt, kann zunächst die Kontaktfläche des ersten Bauteils mit der ersten Verbindungsfläche, also das erste Bauteil mit dem Verbindungselement, zusammengeführt werden (Schritt b)). Anschließend kann das gemäß Schritt b) mit dem ersten Bauteil zusammengeführte Verbindungselement derart mit dem zweiten Bauteil zusammengeführt werden, dass die Kontaktfläche des zweiten Bauteils und die zweite Verbindungsfläche zusammengeführt werden (Schritt c)).
  • Die Schritte b) und c) können alternativ gleichzeig, zeitlich überlappend oder nacheinander durchgeführt werden. Das ist beispielsweise dadurch möglich, dass das Verbindungselement zwischen den beiden Bauteilen gehalten wird und diese gleichzeitig von beiden Seiten auf das Verbindungselement hinbewegt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden Schritt b) und/oder Schritt c) bei Raumtemperatur durchgeführt.
  • Die beschriebene Verbindung zwischen den Kontaktflächen und den Verbindungsflächen kann bereits bei Raumtemperatur ausgebildet werden. Dabei ist es bevorzugt, dass die beiden Bauteile zum Ausbilden der Verbindung aneinandergedrückt werden. Vorzugsweise liegt der dabei verwendete Druck im Bereich von 5 MPa und 200 MPa, insbesondere im Bereich von 15 MPa und 70 MPa. Besonders bevorzugt ist ein Druck von 20 MPa.
  • Es ist bevorzugt, dass auch nach Abschluss der Schritte b) und c) keine Erwärmung stattfindet. Dadurch kann eine Beschädigung der Bauteile durch Temperatureinwirkung verhindert werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin:
    • d) Erwärmen zumindest der Kontaktflächen auf eine Temperatur von mindestens 90°C.
  • Die Kontaktflächen werden auf eine Temperatur von mindestens 90°C (als Mindesttemperatur), vorzugsweise auf eine Temperatur von mindestens 150°C (als Mindesttemperatur) erwärmt. Vorzugsweise liegt die Temperatur bei 200°C. Die Erwärmung erfolgt vorzugsweise auf eine Temperatur von maximal 270°C, insbesondere von maximal 240°C. Auch bei der vorliegenden Ausführungsform ist es bevorzugt, dass die Schritte b) und/oder c) bei Raumtemperatur durchgeführt werden. Das bedeutet, dass erst nach Ausbilden der Verbindung gemäß der Schritte b) und c) die Erwärmung stattfindet. Durch das Erwärmen wird die so gebildete Verbindung verstärkt.
  • Durch die Erwärmung gemäß Schritt d) verbinden sich die Nanodrähte mit den Kontaktflächen besonders gut. Entsprechend genügt es, dass nur die Kontaktflächen erwärmt werden. Praktisch ist bei einer derartigen Erwärmung regelmäßig nicht zu unterschieden, ob die Kontaktflächen, die Nanodrähte, das Verbindungselement, das erste Bauteil teilweise oder insgesamt und/oder das zweite Bauteil teilweise oder insgesamt erwärmt werden. Das ist insbesondere der Fall, wenn thermisch leitfähige Materialien verwendet werden. Für die Ausbildung der Verbindung ist ein (Mit-)Erwärmen von anderen Komponenten als den Kontaktflächen nicht erforderlich, aber auch nicht hinderlich. Somit kann das Erwärmen gemäß Schritt d) insbesondere dadurch erfolgen, dass das erste Bauteil, das zweite Bauteil und das Verbindungselement insgesamt erwärmt werden, beispielsweise in einem Ofen. Alternativ ist es aber auch möglich, lokal Wärme in den Bereich der Verbindung, insbesondere in den Bereich der Kontaktflächen einzutragen.
  • Für das Ausbilden der Verbindung kann es ausreichen, dass die beschriebene Mindesttemperatur einmalig zumindest kurzzeitig erreicht wird. Ein Halten der Mindesttemperatur ist nicht erforderlich. Es ist aber bevorzugt, dass die Temperatur, auf die gemäß Schritt d) erwärmt wird, für mindestens zehn Sekunden, vorzugsweise mindestens 30 Sekunden gehalten wird. Damit kann sichergegangen werden, dass die Verbindung wie gewünscht ausgebildet wird. Ein längeres Halten der Temperatur ist grundsätzlich nicht schädlich.
  • Die Schritte b) und c) sowie der Schritt d) können zumindest teilweise zeitlich überlappend durchgeführt werden. So kann beispielsweise vor oder während der Schritte b) und c) ein Vorwärmen erfolgen, das als Teil von Schritt d) aufgefasst werden kann. Es ist auch möglich, die jeweilige Kontaktfläche des ersten Bauteils und/oder des zweiten Bauteils vor Schritt d) derart zu erwärmen, dass die zum Ausbilden der Verbindung erforderliche Temperatur bereits beim Zusammenführen gemäß Schritt b) bzw. c) erreicht ist. Insbesondere insoweit kann Schritt d) also auch vor Schritt b) bzw. c) beginnen. In dem Fall wird Schritt d) insoweit durchgeführt, als dass die gemäß Schritt d) erforderliche Temperatur zumindest zeitweise auch nach Abschluss von Schritt b) bzw. c) vorliegt.
  • Mit dem beschriebenen Verfahren kann eine Verbindung zwischen zwei Bauteilen erhalten werden, ohne dass eine Temperatur in einer Höhe wie etwa beim Schweißen oder Hartlöten auftritt. In der vorliegenden Ausführungsform kann dieser Vorteil dadurch ausgenutzt werden, dass auf eine Erwärmung in einem nicht erforderlichen Umfang verzichtet wird. Somit können Schäden beispielsweise an den Bauteilen vermieden werden. Auch kann ein Entflammen von brennbaren Materialien durch die beschriebenen niedrigen Temperaturen ausgeschlossen werden. Es ist entsprechend insbesondere bevorzugt, dass zu keinem Zeitpunkt der beschriebenen Verfahren eine Temperatur des ersten Bauteils und/oder des zweiten Bauteils 270°C, insbesondere 240°C übersteigt.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird in Schritt b) und/oder c) mit Ultraschall auf das Verbindungselement, auf das erste Bauteil und/oder auf das zweite Bauteil eingewirkt.
  • Vorzugsweise wird in Schritt b) mit Ultraschall auf das Verbindungselement und auf das erste Bauteil eingewirkt. Alternativ oder zusätzlich ist es bevorzugt, dass in Schritt c) mit Ultraschall auf das Verbindungselement und auf das zweite Bauteil eingewirkt wird. Die Einwirkung mit Ultraschall kann auf eine solche Weise erfolgen, dass eine Abgrenzung kaum oder gar nicht möglich ist, ob auf das Verbindungselement, auf das erste Bauteil und/oder auf das zweite Bauteil eingewirkt wird. Entsprechend ist es auch bevorzugt, dass in Schritt b) und/oder in Schritt c) mit Ultraschall auf das Verbindungselement, auf das erste Bauteil und auf das zweite Bauteil eingewirkt wird.
  • Es hat sich herausgestellt, dass durch Ultraschall die Ausbildung der Verbindung zwischen den Nanodrähten und den Kontaktflächen begünstigt wird.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden das erste Bauteil und das zweite Bauteil zumindest während eines Teils der Erwärmung mit einem Druck von mindestens 5 MPa, insbesondere mindestens 15 MPa, und/oder von höchstens 200 MPa, insbesondere von 70 MPa, an das Verbindungselement gedrückt. Das kann insbesondere dadurch erfolgen, dass die beiden Bauteile aufeinander zu gedrückt werden, während das Verbindungselement zwischen den beiden Bauteilen angeordnet ist.
  • Vorzugsweise liegt der verwendete Druck im Bereich von 5 MPA und 200 MPa, insbesondere im Bereich von 15 MPa und 70 MPa. Besonders bevorzugt ist ein Druck von 20 MPa.
  • Vorzugsweise liegt der Druck oberhalb der angegebenen unteren Grenze zumindest in einem Zeitabschnitt vor, in dem die Temperatur die dafür genannte untere Grenze überschreitet. Insoweit werden also die Nanodrähte und die Kontaktfläche zumindest in diesem Zeitabschnitt sowohl einem entsprechenden Druck als auch einer entsprechenden Temperatur ausgesetzt. Dadurch kann die Verbindung durch Einwirkung von Druck und Temperatur ausgebildet werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens sind die erste Verbindungsfläche und die zweite Verbindungsfläche einander gegenüberliegend ausgebildet.
  • Bevorzugt sind die erste Verbindungsfläche und die zweite Verbindungsfläche parallel zueinander angeordnet.
  • In der vorliegenden Ausführungsform kann das Verbindungselement zwischen zwei zu verbindenden Bauteilen angeordnet werden. Dabei bewirkt das Verbindungselement (abgesehen von der Ausbildung der Verbindung) lediglich, dass die Kontaktflächen nicht unmittelbar aneinander anliegend, sondern insbesondere um die Materialstärke des Verbindungselements voneinander beabstandet angeordnet werden. Eine Orientierung der Kontaktflächen relativ zueinander bleibt von dem Verbindungselement unbeeinflusst.
  • Alternativ können die erste Verbindungsfläche und die zweite Verbindungsfläche beispielsweise auch an verschiedenen Stellen der jeweiligen insbesondere planaren Oberfläche des Verbindungselements vorgesehen sein. In dem Fall kann das erste Bauteil an einer ersten dieser Stellen und das zweite Bauteil an einer zweiten dieser Stellen mit dem Verbindungselement verbunden werden.
  • Als ein weiterer Aspekt wird ein Verbindungselement zum Verbinden eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil vorgestellt. Das Verbindungselement weist auf einer ersten Verbindungsfläche an einer ersten Seite des Verbindungselements und auf einer zweiten Verbindungsfläche an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Verbindungselements jeweils eine Vielzahl von Nanodrähten auf. Die erste Verbindungsfläche und die zweite Verbindungsfläche sind elektrisch voneinander isoliert.
  • Die weiter oben beschriebenen besonderen Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale des Verfahrens sind auf das beschriebene Verbindungselement anwendbar und übertragbar, und umgekehrt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verbindungselement folienartig ausgebildet.
  • Unter einer folienartigen Ausbildung ist zu verstehen, dass das Verbindungselement eine Dicke aufweist, die sehr viel kleiner ist als die Ausdehnung des Verbindungselements in den übrigen Richtungen. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verbindungselement eine Dicke von höchstens 5 mm auf. Vorzugsweise liegt die Dicke des Verbindungselements im Bereich von 0,05 mm und 5 mm [Millimeter], insbesondere im Bereich von 0,1 mm und 1 mm.
  • Ferner ist es bevorzugt, dass das Verbindungselement bandförmig ausgebildet ist. Die erste Seite und die dieser gegenüberliegende zweite Seite des Verbindungselements sind in dieser Ausführungsform die beiden Oberflächen des Bandes, die gegenüber allen anderen Oberflächen (die sich aufgrund der Materialstärke des Bandes ergeben) einen erheblich größeren Flächeninhalt aufweisen.
  • Das Bandmaterial kann beispielsweise als eine Rolle bereitgestellt werden. Die Nanodrähte können dabei bereits auf dem Bandmaterial vorgesehen sein und beispielsweise durch einen Schutzlack geschützt werden. Vor Verwendung des Verbindungselements können der Schutzlack entfernt und die Nanodrähte so freigelegt werden. Ein jeweils benötigter Teil des Bandmaterials kann zur Verwendung von der Rolle abgetrennt werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform kann das Verbindungselement auch als ein „Verbindungstape“ und insbesondere als ein „Klett-Welding-Tape“ bezeichnet werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verbindungselements beträgt ein spezifischer elektrischer Widerstand des Materials des Verbindungselements im Bereich zwischen der ersten Verbindungsfläche und der zweiten Verbindungsfläche bei Raumtemperatur mindestens 105 Ωm, vorzugsweise mindestens 108 Ωm, beträgt.
  • In der vorliegenden Ausführungsform beträgt der spezifische elektrische Widerstand des Materials des Verbindungselements zumindest im Bereich zwischen der ersten Verbindungsfläche und der zweiten Verbindungsfläche bei Raumtemperatur mindestens 105 Ωm, insbesondere mindestens 108 S2m. Vorzugsweise beträgt der spezifische elektrische Widerstand des Verbindungselements aber auch außerhalb dieses Bereichs, besonders bevorzugt durchgehend an allen Stellen des Verbindungselements, bei Raumtemperatur mindestens 105 Ωm, insbesondere mindestens 108 Ωm.
  • Die beschriebene Angabe für den spezifischen elektrischen Widerstand des Materials des Verbindungselements bezieht sich auf eine Messung bei konstanter Spannung. Bei Anlegen einer Wechselspannung können abweichende Ergebnisse erhalten werden, die insbesondere von der Frequenz der Wechselspannung abhängen können.
  • Der genannte Wert von mindestens 105 Ωm, vorzugsweise mindestens 108 Ωm, bezieht sich auf das Material des Verbindungselements. Der spezifische Widerstand verschiedenster Materialien ist in der Fachliteratur beispielsweise in Tabellen verfügbar. Auf derartige Angaben wird hier Bezug genommen. Wenn das Verbindungselement durchgehend aus einem bestimmten Material gebildet ist, ist der hier zu verwendende spezifische Widerstand des Materials des Verbindungselement der Wert, der in der Fachliteratur für dieses bestimmte Material angegeben wird. Durch diese Definition bleiben alle Effekte ausgeschlossen, die sich nicht durch das Material, sondern beispielsweise durch die Form des Verbindungselements ergeben. Ist das Verbindungselement aus verschiedenen Materialien zusammengesetzt, so ist der spezifische Widersand der einzelnen Materialien aus der Fachliteratur zu ermitteln und der gesamte spezifische Widerstand des Materials des Verbindungselements, also der Zusammensetzung der Materialien, zu ermitteln. Findet sich in der Fachliteratur kein Wert für den spezifischen Widerstand des verwendeten Materials, kann dieser durch Messung ermittelt werden.
  • Insbesondere bei dem in der vorliegenden Ausführungsform gegebenen spezifischen elektrischen Widerstand soll eine elektrische Isolierung zwischen den Verbindungsflächen als gegeben angesehen werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Verbindungselement im Bereich zwischen der ersten Verbindungsfläche und der zweiten Verbindungsfläche aus einem Keramikmaterial gebildet.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist das Verbindungselement zumindest im Bereich zwischen der ersten Verbindungsfläche und der zweiten Verbindungsfläche aus einem Keramikmaterial gebildet. Vorzugsweise ist das Verbindungselement aber auch außerhalb dieses Bereichs, besonders bevorzugt durchgehend an allen Stellen des Verbindungselements, aus einem Keramikmaterial gebildet.
  • Insbesondere ein aus einem Keramikmaterial gebildetes Verbindungselement kann den beschriebenen spezifischen elektrischen Widerstand aufweisen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Verbindungselement zumindest teilweise thermisch leitfähig.
  • Insbesondere in dieser Ausführungsform kann die ausgebildete Verbindung besonders gut thermisch leitfähig sein.
  • Als ein weiterer Aspekt wird eine Anordnung vorgestellt, die umfasst:
    • - ein erstes Bauteil, welches vermittels einer Vielzahl von Nanodrähten über eine erste Verbindungsfläche an einer ersten Seite eines Verbindungselements mit dem Verbindungselement verbunden ist, und
    • - ein zweites Bauteil, welches vermittels einer Vielzahl von Nanodrähten über eine zweite Verbindungsfläche an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Verbindungselements mit dem Verbindungselement verbunden ist.
  • Die erste Verbindungsfläche und die zweite Verbindungsfläche sind elektrisch voneinander isoliert.
  • Die weiter oben beschriebenen besonderen Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale des Verfahrens und des Verbindungselements sind auf die beschriebene Anordnung anwendbar und übertragbar. Vorzugsweise ist das Verbindungselement wie beschrieben ausgebildet.
  • Vorzugsweise wird die Anordnung durch das beschriebene Verfahren hergestellt.
  • Alternativ ist es bevorzugt, dass die Anordnung durch ein Verfahren hergestellt wird, welches umfasst:
    1. A) Bereitstellen eines Verbindungselements mit einer ersten Verbindungsfläche an einer ersten Seite des Verbindungselements und einer zweiten Verbindungsfläche an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Verbindungselements, wobei die erste Verbindungsfläche und die zweite Verbindungsfläche elektrisch voneinander isoliert sind,
    2. B) Bereitstellen einer jeweiligen Vielzahl von Nanodrähten auf einer Kontaktfläche des ersten Bauteils und auf einer Kontaktfläche des zweiten Bauteils,
    3. C) Zusammenführen der Kontaktfläche des ersten Bauteils mit der ersten Verbindungsfläche des Verbindungselements, und
    4. D) Zusammenführen der Kontaktfläche des zweiten Bauteils mit der zweiten Verbindungsfläche des Verbindungselements.
  • Dieses Verfahren wird als solches auch als ein Aspekt der Erfindung vorgesellt. Die weiter oben beschriebenen besonderen Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale sind auf dieses Verfahren anwendbar und übertragbar, und umgekehrt.
  • In diesem Verfahren werden die Nanodrähte nicht auf dem Verbindungselement bereitgestellt, sondern auf dem ersten Bauteil und auf dem zweiten Bauteil. Dies hat den Vorteil, dass die Herstellung des Verbindungselements besonders einfach ist.
  • Als weitere Alternative ist es bevorzugt, dass die Anordnung durch ein Verfahren hergestellt wird, welches umfasst:
    1. i) Bereitstellen eines Verbindungselements mit einer Vielzahl von Nanodrähten auf einer ersten Verbindungsfläche an einer ersten Seite des Verbindungselements und mit einer zweiten Verbindungsfläche an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Verbindungselements, wobei die erste Verbindungsfläche und die zweite Verbindungsfläche elektrisch voneinander isoliert sind,
    2. ii) Bereitstellen einer Vielzahl von Nanodrähten auf einer Kontaktfläche des zweiten Bauteils,
    3. iii) Zusammenführen der Kontaktfläche des ersten Bauteils mit der ersten Verbindungsfläche des Verbindungselements, und
    4. iv) Zusammenführen der Kontaktfläche des zweiten Bauteils mit der zweiten Verbindungsfläche des Verbindungselements.
  • Dieses Verfahren wird als solches auch als ein Aspekt der Erfindung vorgesellt. Die weiter oben beschriebenen besonderen Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale sind auf dieses Verfahren anwendbar und übertragbar, und umgekehrt.
  • In diesem Verfahren werden die Nanodrähte für eine der Verbindungen auf dem Verbindungselement und für die andere der Verbindungen auf dem Bauteil bereitgestellt.
  • Zusammenfassend ist es also möglich, die Nanodrähte auf der an einer Verbindung beteiligten Kontaktfläche des Bauteils oder auf der entsprechenden Verbindungsfläche bereitzustellen. Entsprechend gibt es die Möglichkeit, die Nanodrähte auf beiden Verbindungsflächen des Verbindungselements bereitzustellen (wie dies beim Verfahren umfassend die Schritte a) bis c) der Fall ist), die Nanodrähte auf den Kontaktflächen beider Bauteile bereitzustellen (wie dies beim Verfahren umfassend die Schritte A) bis D) der Fall ist) oder die Nanodrähte auf einer der Verbindungsflächen des Verbindungselements und auf einer Kontaktfläche der Bauteile bereitzustellen (wie dies beim Verfahren umfassend die Schritte i) bis iv) der Fall ist). In allen Verfahren ist es auch bevorzugt, die Nanodrähte sowohl auf einer Verbindungsfläche als auch auf der zugehörigen Kontaktfläche bereitzustellen. In dem Fall wird die Verbindung zwischen den Nanodrähten ausgebildet.
  • Als ein weiterer Aspekt wird eine Anordnung vorgestellt, die umfasst:
    • - ein erstes Bauteil,
    • - ein Funktionselement,
    • - ein zweites Bauteil,
    • - ein erstes Verbindungselement, und
    • - ein zweites Verbindungselement,
    wobei das erste Bauteil über eine Vielzahl von Nanodrähten mit einer ersten Verbindungsfläche des ersten Verbindungselements verbunden ist, wobei das Funktionselement an einer ersten Seite über eine Vielzahl von Nanodrähten mit einer zweiten Verbindungsfläche des ersten Verbindungselements verbunden ist und an einer zweiten Seite über eine Vielzahl von Nanodrähten mit einer ersten Verbindungsfläche des zweiten Verbindungselements verbunden ist, wobei das zweite Bauteil über eine Vielzahl von Nanodrähten mit einer zweiten Verbindungsfläche des zweiten Verbindungselements verbunden ist, wobei die erste Verbindungsfläche und die zweite Verbindungsfläche des ersten Verbindungselements elektrisch voneinander isoliert sind, und wobei die erste Verbindungsfläche und die zweite Verbindungsfläche des zweiten Verbindungselements elektrisch voneinander isoliert sind.
  • Die weiter oben beschriebenen besonderen Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale des Verfahrens, des Verbindungselements und der zuvor beschriebenen Anordnung sind auf die vorliegend beschriebene Anordnung anwendbar und übertragbar. Vorzugsweise wird die Anordnung unter zweimaliger Anwendung des beschriebenen Verfahrens hergestellt. Vorzugsweise sind die beiden Verbindungselemente wie beschrieben ausgebildet.
  • Das Funktionselement kann insbesondere Teil einer Funktionsschicht eines elektronischen Geräts sein. Das Funktionselement dient vorzugsweise einer oder mehrerer der folgenden Funktionen: Ableitung von Wärme, Dämmung von Vibrationen, mechanisches Stabilisieren. Das Funktionselement kann beispielsweise aus einem Textil gebildet sein. Auch kann das Funktionselement Teil eines Gehäuses sein.
  • Die Erfindung und das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen schematisch:
    • 1: eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden zweier Bauteile, und
    • 2: eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung von zwei gemäß dem Verfahren aus 1 miteinander verbundenen Bauteilen, und
    • 3: eine Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Anordnung.
  • 1 zeigt ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Bauteils 2 mit einem zweiten Bauteil 3. Die verwendeten Bezugszeichen beziehen sich auf 2. Das Verfahren umfasst:
    1. a) Bereitstellen eines Verbindungselements 6 mit einer jeweiligen Vielzahl von Nanodrähten 1 auf einer ersten Verbindungsfläche 7 an einer ersten Seite 10 des Verbindungselements 6 und auf einer zweiten Verbindungsfläche 8 an einer der ersten Seite 10 gegenüberliegenden zweiten Seite 11 des Verbindungselements 6, wobei die erste Verbindungsfläche 7 und die zweite Verbindungsfläche 8 elektrisch voneinander isoliert sind,
    2. b) Zusammenführen einer Kontaktfläche 4 des ersten Bauteils 2 mit der ersten Verbindungsfläche 7 des Verbindungselements 6, und
    3. c) Zusammenführen einer Kontaktfläche 5 des zweiten Bauteils 3 mit der zweiten Verbindungsfläche 8 des Verbindungselements 6.
  • Vorzugsweise werden die Schritte b) und/oder c) bei Raumtemperatur durchgeführt. Das Verfahren kann weiterhin den folgenden in 1 durch einen gestrichelten Kasten angedeuteten optionalen Schritt umfassen:
    • d) Erwärmen zumindest der Kontaktflächen 4,5 auf eine Temperatur von mindestens 150°C.
  • 2 zeigt eine Anordnung 9, die mit dem Verfahren aus 1 erhalten werden kann. Die Anordnung 9 umfasst ein erstes Bauteil 2, welches vermittels einer Vielzahl von Nanodrähten 1 über eine erste Verbindungsfläche 7 an einer ersten Seite 10 eines Verbindungselements 6 mit dem Verbindungselement 6 verbunden ist. Weiterhin umfasst die Anordnung 9 ein zweites Bauteil 3, welches vermittels einer Vielzahl von Nanodrähten 1 über eine zweite Verbindungsfläche 8 an einer der ersten Seite 10 gegenüberliegenden zweiten Seite 11 des Verbindungselements 6 mit dem Verbindungselement 6 verbunden ist. Dazu weisen das erste Bauteil 2 und das zweite Bauteil 3 eine jeweilige Kontaktfläche 4,5 auf.
  • Die erste Verbindungsfläche 7 und die zweite Verbindungsfläche 8 sind elektrisch voneinander isoliert. Dazu ist das Verbindungselement 6 zumindest im Bereich zwischen der ersten Verbindungsfläche 7 und der zweiten Verbindungsfläche 8 aus einem Keramikmaterial gebildet, so dass ein spezifischer elektrischer Widerstand des Verbindungselements 6 zumindest in diesem Bereich mindestens 1010 Ωm beträgt. Das Verbindungselement 6 ist folienartig ausgebildet. Eine Dicke des Verbindungselements 6 beträgt höchstens 5 mm. Die Dicke des Verbindungselements 6 ist in 2 als Ausdehnung des Verbindungselements 6 in einer vertikalen Richtung zu erkennen.
  • 3 zeigt eine Anordnung 12 mit einem ersten Bauteil 2, einem Funktionselement 13, einem zweiten Bauteil 3, einem ersten Verbindungselement 6 und einem zweiten Verbindungselement 14. Das erste Bauteil 2 ist über eine Vielzahl von Nanodrähten 1 mit einer ersten Verbindungsfläche 7 des ersten Verbindungselements 6 verbunden. Das Funktionselement 13 ist an einer ersten Seite über eine Vielzahl von Nanodrähten 1 mit einer zweiten Verbindungsfläche 8 des ersten Verbindungselements 6 verbunden und an einer zweiten Seite über eine Vielzahl von Nanodrähten 1 mit einer ersten Verbindungsfläche 7 des zweiten Verbindungselements 14. Das zweite Bauteil 3 ist über eine Vielzahl von Nanodrähten 1 mit einer zweiten Verbindungsfläche 8 des zweiten Verbindungselements 14 verbunden. Die Verbindungsflächen 7,8 der Verbindungselemente 6,14 sind jeweils elektrisch voneinander isoliert. Die in 3 gezeigte Anordnung 12 kann durch zweimaliges Anwenden des Verfahrens aus 1 hergestellt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Nanodraht
    2
    erstes Bauteil
    3
    zweites Bauteil
    4
    Kontaktfläche des ersten Bauteils
    5
    Kontaktfläche des zweiten Bauteils
    6
    erstes Verbindungselement
    7
    erste Verbindungsfläche
    8
    zweite Verbindungsfläche
    9
    Anordnung
    10
    erste Seite
    11
    zweite Seite
    12
    Anordnung
    13
    Funktionselement
    14
    zweites Verbindungselement

Claims (11)

  1. Verfahren zum Verbinden eines ersten Bauteils (2) mit einem zweiten Bauteil (3), umfassend: a) Bereitstellen eines Verbindungselements (6) mit einer jeweiligen Vielzahl von Nanodrähten (1) auf einer ersten Verbindungsfläche (7) an einer ersten Seite (10) des Verbindungselements (6) und auf einer zweiten Verbindungsfläche (8) an einer der ersten Seite (10) gegenüberliegenden zweiten Seite (11) des Verbindungselements (6), wobei die erste Verbindungsfläche (7) und die zweite Verbindungsfläche (8) elektrisch voneinander isoliert sind, b) Zusammenführen einer Kontaktfläche (4) des ersten Bauteils (2) mit der ersten Verbindungsfläche (7) des Verbindungselements (6), und c) Zusammenführen einer Kontaktfläche (5) des zweiten Bauteils (3) mit der zweiten Verbindungsfläche (8) des Verbindungselements (6).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt b) und/oder Schritt c) bei Raumtemperatur durchgeführt werden.
  3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: d) Erwärmen zumindest der Kontaktflächen (4,5) auf eine Temperatur von mindestens 90°C.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in Schritt b) und/oder c) mit Ultraschall auf das Verbindungselement, auf das erste Bauteil und/oder auf das zweite Bauteil eingewirkt wird.
  5. Verbindungselement (6) zum Verbinden eines ersten Bauteils (2) mit einem zweiten Bauteil (3), wobei das Verbindungselement (6) auf einer ersten Verbindungsfläche (7) an einer ersten Seite (10) des Verbindungselements (6) und auf einer zweiten Verbindungsfläche (8) an einer der ersten Seite (10) gegenüberliegenden zweiten Seite (11) des Verbindungselements (6) jeweils eine Vielzahl von Nanodrähten (1) aufweist, und wobei die erste Verbindungsfläche (7) und die zweite Verbindungsfläche (8) elektrisch voneinander isoliert sind.
  6. Verbindungselement (6) nach Anspruch 5, wobei das Verbindungselement (6) folienartig ausgebildet ist.
  7. Verbindungselement (6) nach Anspruch 5 oder 6, wobei eine Dicke des Verbindungselements (6) höchstens 5 mm beträgt.
  8. Verbindungselement (6) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei ein spezifischer elektrischer Widerstand des Materials des Verbindungselements (6) im Bereich zwischen der ersten Verbindungsfläche (7) und der zweiten Verbindungsfläche (8) bei Raumtemperatur mindestens 105 Ωm beträgt.
  9. Verbindungselement (6) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei das Verbindungselement (6) im Bereich zwischen der ersten Verbindungsfläche (7) und der zweiten Verbindungsfläche (8) aus einem Keramikmaterial gebildet ist.
  10. Anordnung (9), umfassend: - ein erstes Bauteil (2), welches vermittels einer Vielzahl von Nanodrähten (1) über eine erste Verbindungsfläche (7) an einer ersten Seite (10) eines Verbindungselements (6) mit dem Verbindungselement (6) verbunden ist, und - ein zweites Bauteil (3), welches vermittels einer Vielzahl von Nanodrähten (1) über eine zweite Verbindungsfläche (8) an einer der ersten Seite (10) gegenüberliegenden zweiten Seite (11) des Verbindungselements (6) mit dem Verbindungselement (6) verbunden ist, wobei die erste Verbindungsfläche (7) und die zweite Verbindungsfläche (8) elektrisch voneinander isoliert sind.
  11. Anordnung (12), umfassend: - ein erstes Bauteil (2), - ein Funktionselement (13), - ein zweites Bauteil (3), - ein erstes Verbindungselement (6), und - ein zweites Verbindungselement (14), wobei das erste Bauteil (2) über eine Vielzahl von Nanodrähten (1) mit einer ersten Verbindungsfläche (7) des ersten Verbindungselements (6) verbunden ist, wobei das Funktionselement (13) an einer ersten Seite über eine Vielzahl von Nanodrähten (1) mit einer zweiten Verbindungsfläche (8) des ersten Verbindungselements (6) verbunden ist und an einer zweiten Seite über eine Vielzahl von Nanodrähten (1) mit einer ersten Verbindungsfläche (7) des zweiten Verbindungselements (14) verbunden ist, wobei das zweite Bauteil (3) über eine Vielzahl von Nanodrähten (1) mit einer zweiten Verbindungsfläche (8) des zweiten Verbindungselements (14) verbunden ist, wobei die erste Verbindungsfläche (7) und die zweite Verbindungsfläche (8) des ersten Verbindungselements (6) elektrisch voneinander isoliert sind, und wobei die erste Verbindungsfläche (7) und die zweite Verbindungsfläche (8) des zweiten Verbindungselements (14) elektrisch voneinander isoliert sind.
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