DE102021130110A1

DE102021130110A1 - Welding an electrical connection onto a metal layer

Info

Publication number: DE102021130110A1
Application number: DE102021130110.6A
Authority: DE
Inventors: Nadja Kolb; Stefan Schirmer; Armin Dellert
Original assignee: Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Current assignee: Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Priority date: 2021-11-18
Filing date: 2021-11-18
Publication date: 2023-05-25

Abstract

Zum Verbinden eines elektrischen Anschlusses (7, 8), insbesondere eines elektrischen Lastanschlusses (7), mit einer auf einem Substrat (1) angeordneten Metallschicht (2) wird eine Verbindungsfläche (9) des Anschlusses (7, 8) auf die Metallschicht (2) aufgelegt und sodann der Anschluss (7, 8) mit der Verbindungsfläche (9) mittels eines Laserstrahls (10) durch Laserschweißen auf die Metallschicht (2) aufgeschweißt. Das Aufschweißen erfolgt mittels einer Vielzahl von nacheinander generierten Schweißstellen (12). Die Schweißstellen (12) bilden eine geometrische Anordnung von Schweißstellen (12). Die Reihenfolge, in welcher die Schweißstellen (12) generiert werden, ist derart bestimmt, dass zeitlich gesehen zwischen dem Generieren einer jeweiligen Schweißstelle (12) und dem Generieren einer geometrisch gesehen unmittelbar benachbarten Schweißstelle (12) jeweils mindestens eine weitere Schweißstelle (12) generiert wird.

To connect an electrical connection (7, 8), in particular an electrical load connection (7), to a metal layer (2) arranged on a substrate (1), a connecting surface (9) of the connection (7, 8) is pressed onto the metal layer (2 ) placed and then the connection (7, 8) with the connecting surface (9) by means of a laser beam (10) welded onto the metal layer (2) by laser welding. The welding takes place by means of a large number of weld points (12) generated one after the other. The welds (12) form a geometric arrangement of welds (12). The order in which the welds (12) are generated is determined in such a way that at least one further weld (12) is generated between the generation of a respective weld (12) and the generation of a weld (12) that is geometrically immediately adjacent becomes.

Description

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Verbinden eines elektrischen Anschlusses, insbesondere eines elektrischen Lastanschlusses, mit einer auf einem Substrat angeordneten Metallschicht,

- wobei eine Verbindungsfläche des Anschlusses auf die Metallschicht aufgelegt wird und sodann der Anschluss mit der Verbindungsfläche mittels eines Laserstrahls durch Laserschweißen auf die Metallschicht aufgeschweißt wird.

The present invention is based on a method for connecting an electrical connection, in particular an electrical load connection, to a metal layer arranged on a substrate,

- wherein a connecting surface of the connection is placed on the metal layer and then the connection with the connection surface is welded onto the metal layer by means of a laser beam by laser welding.

Derartige Verfahren sind bekannt. Rein beispielhaft kann auf die DE 10 2017 115 879 A1 verwiesen werden. Bei diesem Verfahren erfolgt das Schweißen entweder mittels einer Anzahl einzelner Schweißpunkte oder mittels einer einzelnen langgestreckten kontinuierlichen Schweißnaht. Die Schweißnaht kann mäanderförmig oder in Schlingen verlaufen.Such methods are known. Purely exemplary can on the DE 10 2017 115 879 A1 to get expelled. In this method, the welding is done either by a number of discrete spot welds or by a single elongate continuous weld. The weld seam can meander or run in loops.

Laserschweißen ist eine allgemein bekannte Technologie zum Verbinden von Metallteilen miteinander.Laser welding is a well-known technology for joining metal parts together.

Zum Schweißen von Stahl ist die Technik weit verbreitet. Zum Schweißen von Kupfer ist die Technik hingegen zwar bekannt, wird aber nur selten eingesetzt. Seinen Grund hat dies in verschiedenen Eigenschaften von Kupfer.The technique is widely used for welding steel. The technology for welding copper, on the other hand, is well known but is rarely used. This is due to various properties of copper.

So weist Kupfer beispielsweise - insbesondere im Infrarotbereich - eine sehr hohe Reflektivität auf. Es ist daher schwierig, mittels eines Laserstrahls die zum Schweißen erforderliche thermische Energie überhaupt in das Kupfer einzukoppeln. Weiterhin hat Kupfer eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit. Die eingekoppelte thermische Energie diffundiert also sehr schnell von dem Bereich weg, der mittels des Laserstrahls aufgeschmolzen werden soll. Ein weiteres Problem besteht darin, dass flüssiges Kupfer eine höhere Absorption als festes Kupfer aufweist. Ein einmal geschmolzener Bereich von Kupfer wird dadurch sehr schnell noch viel heißer, während der umgebende, aus noch nicht geschmolzenen Kupfer bestehende Bereich so kalt bleibt, dass er noch nicht aufschmilzt. Ein weiteres Problem besteht darin, dass flüssiges Kupfer sehr dünnflüssig ist.For example, copper has a very high reflectivity, especially in the infrared range. It is therefore difficult to couple the thermal energy required for welding into the copper at all by means of a laser beam. Furthermore, copper has a very high thermal conductivity. The coupled-in thermal energy therefore diffuses very quickly away from the area that is to be melted by means of the laser beam. Another problem is that liquid copper has a higher absorption than solid copper. As a result, a once melted area of copper becomes much hotter very quickly, while the surrounding area of unmelted copper remains so cold that it does not yet melt. Another problem is that liquid copper is very thin.

Aufgrund der hohen Reflektivität und der hohen Wärmeleitfähigkeit ist eine sehr hohe Leistungsdichte erforderlich, um den entsprechenden Schweißvorgang überhaupt in Gang zu bringen. Aufgrund der höheren Absorption der Kupferschmelze ist weiterhin ein Leistungsüberschuss erforderlich, da anderenfalls das die Schmelze umgebende feste Kupfer nicht mehr aufschmelzen würde. Der Prozess ist daher sehr empfindlich. Es existiert nur ein sehr kleiner, schmaler Grat zwischen „zu wenig Energie“ (was ein unzureichendes Aufschmelzen des Kupfers zur Folge hat) und „zu viel Energie“ (was einen sogenannten Durchschuss zur Folge hat, d.h. unter der gewünschten Schweißstelle liegendes Material schmilzt ebenfalls). Aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit wird auch der die Schweißstelle umgebende Bereich stark erwärmt. Dies führt auch zu einer nur begrenzt möglichen Einschweißtiefe. Die dünnflüssige Schmelze führt zu einer hohen Dynamik, welche zu einer unregelmäßigen Schweißnaht und auch zu Metallspritzern führen kann.Due to the high reflectivity and the high thermal conductivity, a very high power density is required to get the welding process going at all. Due to the higher absorption of the copper melt, excess power is still required, since otherwise the solid copper surrounding the melt would no longer melt. The process is therefore very sensitive. There is a very fine, fine line between "too little energy" (resulting in insufficient melting of the copper) and "too much energy" (resulting in so-called shoot-through, i.e. material underlying the desired weld also melts). ). Due to the high thermal conductivity, the area surrounding the weld is also strongly heated. This also leads to a welding depth that is only possible to a limited extent. The low-viscosity melt leads to high dynamics, which can lead to an irregular weld seam and also to metal spatter.

Trotz der bestehenden Probleme werden auch Kupferverbindungen durch Laserschweißen hergestellt. Beispielsweise werden bei Elektrofahrzeugen teilweise Kontaktierungen von Batteriezellen und Motorwicklungen durch Laserschweißen hergestellt.Despite the existing problems, copper connections are also made by laser welding. For example, in some electric vehicles, contacts between battery cells and motor windings are made by laser welding.

Bei der DE 10 2017 115 879 A1 erfolgt sogar ein Schweißen eines Anschlusses auf eine Metallschicht, die ihrerseits auf einem Substrat angeordnet ist. Die Vorgehensweise der DE 10 2017 115 879 A1 ermöglicht bereits ein zuverlässiges Schwei-ßen des Anschlusses mit der Metallschicht. Sie ist aber noch nicht ganz optimal.In the DE 10 2017 115 879 A1 a terminal is even welded onto a metal layer which in turn is arranged on a substrate. The procedure of DE 10 2017 115 879 A1 already enables a reliable welding of the connection with the metal layer. But it's still not quite optimal.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Möglichkeiten zu schaffen, mittels derer trotz der Probleme von Kupfer ein elektrischer Anschluss aus Kupfer auf besonders zuverlässige Weise mit einer auf einem Substrat angeordneten Metallschicht geschweißt werden kann.The object of the present invention is to create possibilities by means of which, despite the problems of copper, an electrical connection made of copper can be welded to a metal layer arranged on a substrate in a particularly reliable manner.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 10.The object is achieved by a method having the features of claim 1. Advantageous configurations of the method are the subject matter of dependent claims 2 to 10.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch ausgestaltet,

- dass das Aufschweißen mittels einer Vielzahl von nacheinander generierten Schweißstellen erfolgt,
- dass die Schweißstellen eine geometrische Anordnung von Schweißstellen bilden,
- dass die Reihenfolge, in welcher die Schweißstellen generiert werden, derart bestimmt ist, dass zeitlich gesehen zwischen dem Generieren einer jeweiligen Schweißstelle und dem Generieren einer geometrisch gesehen unmittelbar benachbarten Schweißstelle jeweils mindestens eine weitere Schweißstelle generiert wird.

According to the invention, a method of the type mentioned at the outset is designed in that

- that the welding takes place by means of a large number of welding points generated one after the other,
- that the welds form a geometric arrangement of welds,
- that the order in which the welds are generated is determined such that at least one further weld is generated between the generation of a respective weld and the generation of a geometrically immediately adjacent weld.

Dadurch ist es zunächst möglich, eine einzelne Schweißstelle mit der erforderlichen großen Leistung zu schweißen. Aufgrund des Umstands, dass zwischen dem Generieren einer jeweiligen Schweißstelle und dem Generieren einer geometrisch unmittelbar benachbarten Schweißstelle jeweils mindestens eine weitere Schweißstelle generiert wird, kann die beim Generieren einer jeweiligen Schweißstelle in das Material eingebrachte thermische Energie jedoch diffundieren. Das Material hat also Zeit, sich wieder abzukühlen. Beim späteren Generieren der geometrisch unmittelbar benachbarten Schweißstelle kann der Abkühlvorgang bereits so weit fortgeschritten sein, dass auch die unmittelbar benachbarte Schweißstelle generiert werden kann, ohne das Material (dies bezieht sich gleichermaßen auf den Anschluss, die Metallschicht und das darunterliegende Substrat) thermisch zu überlasten.As a result, it is initially possible to weld a single weld with the high power required. However, due to the fact that at least one further weld is generated between the generation of a respective weld and the generation of a geometrically immediately adjacent weld, the thermal energy introduced into the material when generating a respective weld can diffuse. The material therefore has time to cool down again. During the later generation of the geometrically immediately adjacent welding point, the cooling process can already have progressed so far that the immediately adjacent welding point can also be generated without thermally overloading the material (this applies equally to the connection, the metal layer and the underlying substrate).

Das Substrat kann nach Bedarf ein Si3N4-Substrat, ein AlN-Substrat oder ein Al2O3-Substrat sein. Die-Substrate können nach Bedarf gemäß dem DCB-Verfahren (DCB = direct copper bonding) oder gemäß dem AMB-Verfahren (AMB = active metal brazing) hergestellt sein.The substrate may be a Si3N4 substrate, an AlN substrate, or an Al2O3 substrate as required. The substrates can be produced as required using the DCB method (DCB=direct copper bonding) or using the AMB method (AMB=active metal brazing).

Der Laserstrahl kann nach Bedarf mittels eines Scheibenlasers oder eines Faserlasers generiert werden. Derartige Laser sind für Zwecke der Materialbearbeitung allgemein in Gebrauch. Insbesondere die Verwendung eines Faserlasers hat sich in Versuchen als vorteilhaft erwiesen.The laser beam can be generated using a disk laser or a fiber laser as required. Such lasers are commonly used for material processing purposes. In particular, the use of a fiber laser has proven advantageous in tests.

Der Laserstrahl weist vorzugsweise eine Wellenlänge im sichtbaren Spektrum oder im nahen Infrarotspektrum auf. Das sichtbare Spektrum erstreckt sich bekanntlich von einer Wellenlänge von ca. 400 nm bis zu einer Wellenlänge von ca. 780 nm. Das nahe Infrarotspektrum erstreckt sich von der Grenze des sichtbaren Spektrums bis zu einer Wellenlänge von rund 3000 nm. Im vorliegenden Fall werden vorzugsweise Laser verwendet, die ihren Laserstrahl entweder mit einer Wellenlänge im grünen Bereich (ca. 500 nm bis ca. 550 nm) oder mit einer Wellenlänge im Bereich von ca. 1000 nm bis ca. 1700 nm emittieren. Auch der Bereich zwischen 550 nm und 1000 nm ist aber prinzipiell möglich.The laser beam preferably has a wavelength in the visible spectrum or in the near infrared spectrum. As is known, the visible spectrum extends from a wavelength of about 400 nm to a wavelength of about 780 nm. The near infrared spectrum extends from the limit of the visible spectrum to a wavelength of about 3000 nm. In the present case, lasers are preferably used used, which emit their laser beam either with a wavelength in the green range (approx. 500 nm to approx. 550 nm) or with a wavelength in the range from approx. 1000 nm to approx. 1700 nm. In principle, however, the range between 550 nm and 1000 nm is also possible.

Ein Positionieren des Laserstrahls erfolgt vorzugsweise mittels einer Spiegeloptik mit bewegbaren Spiegeln. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine schnelle und flexible Führung des Laserstrahls.The laser beam is preferably positioned by means of mirror optics with movable mirrors. This configuration enables the laser beam to be guided quickly and flexibly.

Vorzugsweise wird der Anschluss vor dem Aufschweißen auf die Metallschicht mittels einer Anpresseinrichtung an die Metallschicht angepresst. Dadurch wird ein Abstand des Anschlusses zur Metallschicht, der anderenfalls das Schweißen erschweren würde oder eventuell sogar unmöglich machen würde, vermieden. The connection is preferably pressed onto the metal layer by means of a pressing device before it is welded onto the metal layer. This avoids a distance between the connection and the metal layer, which would otherwise make welding difficult or even impossible.

Die Metallschicht weist eine Schichtdicke auf. Ebenso weist der Anschluss im Bereich der Verbindungsfläche eine Flächendicke auf. Vorzugsweise ist die Flächendicke maximal so groß wie die Schichtdicke. Insbesondere kann die Flächendicke im Bereich zwischen 40 % und 100 % der Schichtdicke liegen. In Einzelfällen sind aber auch etwas größere Flächendicken von bis zu 120 % oder bis zu 133 % möglich.The metal layer has a layer thickness. The connection also has a surface thickness in the area of the connection surface. Preferably, the surface thickness is at most as great as the layer thickness. In particular, the surface thickness can be in the range between 40% and 100% of the layer thickness. In individual cases, however, somewhat larger surface thicknesses of up to 120% or up to 133% are also possible.

In der Regel liegt die Schichtdicke unter 1 mm, beispielsweise bei 500 µm oder weniger, in der Regel aber mindestens bei 200 pm. Meist liegt die Schichtdicke im Bereich zwischen 250 µm und 400 µm, beispielsweise bei 300 µm oder 350 µm. Bei einer relativ geringen Schichtdicke (200 µm bis 250 µm) liegt die Flächendicke vorzugsweise oberhalb von 50 % der Schichtdicke, also im Bereich zwischen 50 % und 100 % der Schichtdicke. Bei einer größeren Schichtdicke von mindestens 300 µm kann sie auch unter 50 % liegen, also nicht nur im Bereich zwischen 50 % und 100 % der Schichtdicke, sondern auch im Bereich zwischen 40 % und 50 % der Schichtdicke.The layer thickness is generally less than 1 mm, for example 500 μm or less, but generally at least 200 μm. The layer thickness is usually in the range between 250 μm and 400 μm, for example 300 μm or 350 μm. With a relatively small layer thickness (200 μm to 250 μm), the surface thickness is preferably above 50% of the layer thickness, ie in the range between 50% and 100% of the layer thickness. With a greater layer thickness of at least 300 μm, it can also be below 50%, ie not only in the range between 50% and 100% of the layer thickness, but also in the range between 40% and 50% of the layer thickness.

Vorzugsweise weisen die Schweißstellen einen jeweiligen zuerst generierten Anfang und ein jeweiliges zuletzt generiertes Ende auf und sind vom jeweiligen Anfang zum jeweiligen Ende gesehen langgestreckt. Die Schweißstellen sind also vorzugsweise als Schweißnähte ausgebildet. Dadurch kann bei gleicher Herstellungszeit die insgesamt hergestellte Kontaktfläche zwischen dem Lastanschluss und der Metallschicht maximiert werden.Preferably, the welds have a respective first-generated beginning and a respective last-generated end, and are elongate as viewed from each beginning to each end. The welds are therefore preferably in the form of weld seams. As a result, the total contact area produced between the load connection and the metal layer can be maximized with the same production time.

Vorzugsweise sind die einzelnen Schweißstellen geschwungen. Die einzelnen Schweißstellen sind also nicht einfache gerade Linien, sondern gekrümmt. Diese Ausgestaltung verbessert die Festigkeit der Verbindung des Anschlusses mit der Metallschicht. Die gekrümmte Ausgestaltung der Schweißstellen weist weiterhin gegenüber einer Ausgestaltung der Schweißstellen mit Ecken und Knicken Vorteile bei der Führung des Laserstrahls auf.The individual welds are preferably curved. The individual welds are therefore not simple straight lines, but curved. This configuration improves the strength of connection of the terminal to the metal layer. The curved design of the welding points also has advantages in guiding the laser beam compared to a design of the welding points with corners and kinks.

Die Schweißstellen weisen - wie jede geometrische Kontur - einen jeweiligen Schwerpunkt auf. Vorzugsweise liegt der Abstand der Schwerpunkte zweier zeitlich unmittelbar nacheinander generierter Schweißstellen bei mindestens dem Dreifachen, vorzugsweise bei mindestens dem Fünffachen, des Minimums der Abstände der Schwerpunkte geometrisch unmittelbar benachbarter Schweißstellen. Dadurch wird die Zeit, welche für eine jeweilige Schweißstelle zwischen dem Zeitpunkt ihrer Generierung und dem Zeitpunkt der Generierung der geometrisch unmittelbar benachbarten Schweißstelle vergeht, deutlich vergrößert. Es steht damit eine hinreichend große Zeit zum Abführen der beim Generieren der jeweiligen Schweißstelle eingekoppelten thermischen Energie zur Verfügung. Noch größer wird der Vorteil, wenn die oben genannte Aussage nicht auf das Minimum, sondern auf den Mittelwert der Abstände der Schwerpunkte geometrisch unmittelbar benachbarter Schweißstellen bezogen ist.Like every geometric contour, the welding points have a respective focal point. Preferably, the distance between the centers of two welds generated in immediate succession is at least three times, preferably at least five times, the minimum of the distances between the centers of geometrically immediately adjacent welds. As a result, the time which elapses for a respective weld point between the time of its generation and the time of generation of the weld point that is geometrically directly adjacent is significantly increased. A sufficiently large amount of time is therefore available for dissipating the thermal energy coupled in when generating the respective welding point. The advantage is even greater if the above statement is not related to the minimum, but to the mean value of the distances between the centers of gravity of welds that are geometrically directly adjacent.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen in schematischer Prinzipdarstellung:

1 eine Draufsicht auf eine mehrschichtige Struktur,
2 einen Schnitt durch die Struktur von 1 längs einer Linie II-II in 1,
3 eine mögliche Schweißkontur und
4 bis 8 weitere mögliche Schweißkonturen.

Further advantages and details result from the following description of exemplary embodiments in conjunction with the drawings. They show in a schematic principle representation:

1 a plan view of a multilayer structure,
2 a cut through the structure of 1 along a line II-II in 1 ,
3 a possible welding contour and
4 until 8th other possible welding contours.

Gemäß den 1 und 2 sind auf einem Substrat 1 eine obere Metallschicht 2 und eine untere Metallschicht 3 angeordnet. Die Metallschichten 2, 3 können beispielsweise mit dem Substrat 1 mittels eines thermischen Verbindungsverfahrens verbunden worden sein.According to the 1 and 2 an upper metal layer 2 and a lower metal layer 3 are arranged on a substrate 1 . The metal layers 2, 3 can, for example, have been connected to the substrate 1 by means of a thermal connection method.

Das Substrat 1 besteht aus einer elektrisch isolierenden Keramik. Oftmals handelt es sich um ein Si3N4-Substrat (Siliziumnitrid) ein AlN-Substrat (Aluminiumnitrid) oder ein Al2O3-Substrat (Aluminiumoxid). Die untere Metallschicht 3 ist in der Regel als durchgängige, nicht unterbrochene Schicht ausgebildet. Sie dient meist lediglich der besseren Wärmeabfuhr, beispielsweise auf einen Kühlkörper (nicht dargestellt), der von der unteren Metallschicht 3 kontaktiert wird. Die untere Metallschicht 3 ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung von untergeordneter Bedeutung. Die obere Metallschicht 2 ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung die relevante Metallschicht.The substrate 1 consists of an electrically insulating ceramic. It is often a Si3N4 substrate (silicon nitride), an AlN substrate (aluminum nitride) or an Al2O3 substrate (aluminum oxide). The lower metal layer 3 is generally designed as a continuous, uninterrupted layer. It usually only serves to improve heat dissipation, for example to a heat sink (not shown) that is contacted by the lower metal layer 3 . The lower metal layer 3 is of secondary importance in the context of the present invention. The upper metal layer 2 is the relevant metal layer within the scope of the present invention.

Die obere Metallschicht 2 weist eine Schichtdicke d1 auf. Die Schichtdicke d1 liegt meist im Bereich zwischen 200 µm und 500 µm, beispielsweise bei 300 µm und 350 µm. Meist weist die untere Metallschicht 3 dieselbe Schichtdicke d1 auf. Dies ist jedoch von untergeordneter Bedeutung.The upper metal layer 2 has a layer thickness d1. The layer thickness d1 is usually in the range between 200 μm and 500 μm, for example 300 μm and 350 μm. The lower metal layer 3 usually has the same layer thickness d1. However, this is of secondary importance.

Die Metallschichten 2, 3 bestehen in der Regel aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. In manchen Fällen können sie aber auch aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen. Weiterhin kann auf die Metallschichten 2, 3 gegebenenfalls eine (im Vergleich zur Schichtdicke d1 sehr dünne) Zusatzschicht aus Silber, Gold oder einem anderen Edelmetall aufgebracht sein, beispielsweise durch Aufdampfen, nasschemische oder galvanische Abscheidung. Alternativ zu einem Edelmetall kann die Zusatzschicht auch aus Nickel bestehen oder kann eine dünne Schicht aus Nickel zwischen der Metallschicht 2, 3 und der Zusatzschicht vorhanden sein.The metal layers 2, 3 are usually made of copper or a copper alloy. In some cases, however, they can also consist of aluminum or an aluminum alloy. Furthermore, an additional layer of silver, gold or another noble metal (which is very thin compared to the layer thickness d1) can optionally be applied to the metal layers 2, 3, for example by vapor deposition, wet-chemical or galvanic deposition. As an alternative to a noble metal, the additional layer can also consist of nickel or there can be a thin layer of nickel between the metal layer 2, 3 and the additional layer.

Die obere Metallschicht 2 bildet elektrische Leiterbahnen, über welche elektronische Bauelemente 4 verschaltet werden. Die elektronischen Bauelemente 4 umfassen oftmals Leistungshalbleiterschalter, die Ströme im Bereich von 100 A und mehr schalten, beispielsweise IGBTs oder MOSFETs. Dargestellt sind in 1 zwei elektronische Bauelemente 4. Diese Ausgestaltung ist jedoch nur rein beispielhaft.The upper metal layer 2 forms electrical conductor tracks, via which electronic components 4 are connected. The electronic components 4 often include power semiconductor switches that switch currents in the range of 100 A and more, for example IGBTs or MOSFETs. are shown in 1 two electronic components 4. However, this configuration is purely exemplary.

Die obere Metallschicht 2 weist Haupt-Anschlussbereiche 5 auf. Über die Haupt-Anschlussbereiche 5 werden Ströme geführt, die mittels der elektronischen Bauelemente 4 geschaltet bzw. allgemein von den elektronischen Bauelementen 4 geführt werden. Diese Ströme liegen oftmals im Bereich von 100 A und darüber, manchmal sogar im Bereich von mehreren 100 A, teilweise sogar bis zu 1000 A. Die zugehörigen geschalteten Spannungen liegen oftmals im Bereich von mehreren 100 V, manchmal sogar im Bereich von bis zu 1000 V oder etwas darüber. 2000 V werden in aller Regel aber nicht überschritten. Die obere Metallschicht 2 weist weiterhin Zusatz-Anschlussbereiche 6 auf. Über die Zusatz-Anschlussbereiche 6 werden den elektronischen Bauelementen 4 Schaltsignale zugeführt, mittels derer der jeweilige Schaltzustand (durchgeschaltet oder gesperrt) je eines der elektronischen Bauelemente 4 gesteuert wird. Die Zusatz-Anschlussbereiche 7 müssen oftmals nur sehr geringe Spannungen (meist im einstelligen oder niedrigen zweistelligen Voltbereich) und sehr geringe Ströme (oftmals unter 1 A) führen.The upper metal layer 2 has main connection areas 5 . Currents which are switched by means of the electronic components 4 or are generally conducted by the electronic components 4 are conducted via the main connection regions 5 . These currents are often in the range of 100 A and above, sometimes even in the range of several 100 A, sometimes even up to 1000 A. The associated switched voltages are often in the range of several 100 V, sometimes even in the range of up to 1000 V or slightly above. However, 2000 V are generally not exceeded. The upper metal layer 2 also has additional connection areas 6 . The electronic components 4 are supplied with switching signals via the additional connection areas 6, by means of which the respective switching state (switched on or blocked) is controlled for each of the electronic components 4. The additional connection areas 7 often only have to carry very low voltages (usually in the single-digit or low double-digit volt range) and very low currents (often below 1 A).

In den Haupt-Anschlussbereichen 5 sollen elektrische Lastanschlüsse 7 mit der oberen Metallschicht 2 verbunden werden. Ebenso sollen in den Zusatz-Anschlussbereichen 6 elektrische Signalanschlüsse 8 mit der oberen Metallschicht 2 verbunden werden. Sowohl die Lastanschlüsse 7 als auch die Signalanschlüsse 8 können aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen. Alternativ können sie aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen. Die Art und Weise, auf welche die Lastanschlüsse 7 und die Signalanschlüsse 8 mit der oberen Metallschicht 2 verbunden werden, ist der Kerngegenstand der vorliegenden Erfindung. Dieser Gegenstand wird nachstehend in Verbindung mit einem der Haupt-Anschlussbereiche 5 und dem zugehörigen Lastanschluss 7 erläutert. Die entsprechenden Ausführungen können aber ohne weiteres auch auf die anderen Haupt-Anschlussbereiche 5 und die zugehörigen Lastanschlüsse 7 und auch auf die Zusatz-Anschlussbereiche 6 und die Signalanschlüsse 8 angewendet werden. Nachstehend wird daher nicht zwischen Haupt-Anschlussbereichen 5 und Lastanschlüssen 7 einerseits und Zusatz-Anschlussbereichen 6 und Signalanschlüssen 8 unterschieden, sondern stets nur noch von Anschlussbereichen 5, 6 und Anschlüssen 7, 8 gesprochen.Electrical load connections 7 are to be connected to the upper metal layer 2 in the main connection areas 5 . Electrical signal connections 8 should also be connected to the upper metal layer 2 in the additional connection areas 6 . Both the load terminals 7 and the signal terminals 8 can be made of copper or a copper alloy. Alternatively, they can be made of aluminum or an aluminum alloy. The manner in which the load terminals 7 and the signal terminals 8 are connected to the upper metal layer 2 is the essence of the present invention. This subject is explained below in connection with one of the main connection areas 5 and the associated load connection 7 . However, the corresponding explanations can also be applied without further ado to the other main connection areas 5 and the associated load connections 7 and also to the additional connection areas 6 and the signal connections 8 . In the following, therefore, no distinction is made between main connection areas 5 and load connections 7 on the one hand and additional connection areas 6 and signal connections 8, but only connection areas 5, 6 and connections 7, 8 are spoken of.

Gemäß 2 wird zum Verbinden eines Anschlusses 7, 8 mit der oberen Metallschicht 2 (genauer: mit dem zugehörigen Anschlussbereich 5, 6) zunächst eine Verbindungsfläche 9 des entsprechenden Anschlusses 7, 8 auf den zugehörigen Anschlussbereich 5, 6 aufgelegt. Sodann wird der entsprechende Anschluss 7, 8 mit der Verbindungsfläche 9 mittels eines Laserstrahls 10 durch Laserschweißen auf die obere Metallschicht 2 aufgeschweißt.According to 2 For example, to connect a connection 7, 8 to the upper metal layer 2 (more precisely: to the associated connection area 5, 6), a connection surface 9 of the corresponding connection 7, 8 is first placed on the associated connection area 5, 6. The corresponding connection 7 , 8 is then welded to the connecting surface 9 by means of a laser beam 10 by laser welding onto the upper metal layer 2 .

Der Anschluss 7, 8 weist im Bereich der Verbindungsfläche 9 eine Dicke d2 auf, nachfolgend als Flächendicke d2 bezeichnet. Vorzugsweise ist die Flächendicke d2 maximal so groß wie die Schichtdicke d1.The connection 7, 8 has a thickness d2 in the area of the connecting surface 9, hereinafter referred to as surface thickness d2. Preferably, the surface thickness d2 is at most as large as the layer thickness d1.

In manchen Fällen kann es genügen, dass der Anschluss 7, 8 während des Schweißvorgangs lediglich auf dem zugehörigen Anschlussbereich 5, 6 positioniert wird. In der Regel wird der Anschluss 7, 8 vor dem Aufschweißen auf die obere Metallschicht 2 jedoch mittels einer Anpresseinrichtung 11 an die obere Metallschicht 2 angepresst. Die Anpresseinrichtung 11 kann zu diesem Zweck beispielsweise entsprechende Stempel aufweisen. Soweit erforderlich, kann eine Stützstruktur, auf der das Substrat 1 einschließlich der Metallschichten 2, 3 während des Verbindungsvorgangs positioniert ist, nachgiebig ausgebildet sein, um übermäßige Kräfte zu vermeiden.In some cases it may be sufficient that the connection 7, 8 is only positioned on the associated connection area 5, 6 during the welding process. As a rule, however, the connection 7 , 8 is pressed onto the upper metal layer 2 by means of a pressing device 11 before it is welded onto the upper metal layer 2 . For this purpose, the pressing device 11 can, for example, have appropriate stamps. If required, a support structure on which the substrate 1 including the metal layers 2, 3 is positioned during the bonding process can be made compliant to avoid excessive forces.

3 zeigt beispielhaft eine mögliche Schweißkontur, mittels derer der Anschluss 7, 8 auf die obere Metallschicht 2 aufgeschweißt wird. Gemäß 3 erfolgt das Aufschweißen mittels einer Vielzahl von nacheinander generierten Schweißstellen 12. Die Schweißstellen 12 bilden also eine geometrische Anordnung von Schweißstellen 12. 3 shows an example of a possible welding contour, by means of which the connection 7, 8 is welded onto the upper metal layer 2. According to 3 the welding takes place by means of a large number of welds 12 generated one after the other. The welds 12 thus form a geometric arrangement of welds 12.

Die Schweißstellen 12 können als Schweißpunkte ausgebildet sein. Vorzugsweise weisen die Schweißstellen 12 jedoch einen jeweiligen zuerst generierten Anfang 13 und ein jeweiliges zuletzt generiertes Ende 14 auf. Die Begriffe „Anfang 13“ und „Ende 14“ sind also unabhängig von der geometrischen Ausgestaltung der Schweißstellen 12 auf die zeitliche Abfolge beim Generieren der jeweiligen Schweißstelle 12 bezogen. Weiterhin sind die Schweißstellen 12 von ihrem jeweiligen Anfang 13 zu ihrem jeweiligen Ende 14 gesehen langgestreckt. Die Schweißstellen 12 sind also vorzugsweise Schweißnähte 12.The welds 12 can be in the form of spot welds. However, the welding points 12 preferably have a beginning 13 that was generated first and an end 14 that was generated last. The terms “beginning 13” and “end 14” are therefore related to the chronological sequence when generating the respective welding point 12, regardless of the geometric configuration of the welding points 12. Furthermore, the weld points 12 are elongated as seen from their respective beginning 13 to their respective end 14 . The welds 12 are therefore preferably weld seams 12.

Zum Generieren einer einzelnen Schweißstelle 12 wird der Laserstrahl 10 somit zunächst am Anfang 13 der jeweiligen Schweißstelle 12 positioniert und sodann zum Ende 14 der jeweiligen Schweißstelle 12 verfahren. Während dieses Zeitraums wird der Laserstrahl 10 kontinuierlich appliziert. Dann wird der Laser 15, mittels dessen der Laserstrahl 10 generiert wird, abgeschaltet, und es erfolgt eine Positionierung am Anfang 13 der als nächstes zu generierenden Schweißstelle 12. Dann wird der Laser 15 wieder eingeschaltet, und der Laserstrahl 10 wird vom Anfang 13 der neu zu generierenden Schweißstelle 12 zum Ende 14 dieser Schweißstelle 12 verfahren. Auch während dieses Zeitraums wird der Laserstrahl 10 kontinuierlich appliziert. Auf diese Art und Weise werden nacheinander die Schweißstellen 12 generiert, wobei während des Verfahrens vom Anfang 13 zum Ende 14 einer jeweiligen Schweißstelle 12 der Laser 15 kontinuierlich eingeschaltet ist und während des Verfahrens vom Ende 14 einer jeweiligen Schweißstelle 12 zum Anfang 13 der nächsten Schweißstelle 12 ausgeschaltet ist. Der Verfahrweg des Laserstrahls 10 vom Anfang 13 zum Ende 14 der jeweiligen Schweißstelle 12 ist weiterhin erheblich länger als die Breite der jeweiligen Schweißstelle 12, so dass sich ein langgestreckter Verlauf der jeweiligen Schweißstelle 12 ergibt.In order to generate an individual welding point 12, the laser beam 10 is thus initially positioned at the start 13 of the respective welding point 12 and then moved to the end 14 of the respective welding point 12. During this period, the laser beam 10 is applied continuously. Then the laser 15, by means of which the laser beam 10 is generated, is switched off and positioning takes place at the beginning 13 of the weld point 12 to be generated next. Then the laser 15 is switched on again and the laser beam 10 is restarted from the beginning 13 of the new To be generated welding point 12 to the end 14 of this welding point 12 process. The laser beam 10 is also continuously applied during this period. In this way, the welds 12 are generated one after the other, with the laser 15 being switched on continuously during the process from the beginning 13 to the end 14 of a respective weld 12 and during the process from the end 14 of a respective weld 12 to the start 13 of the next Weld 12 is off. The traversing path of the laser beam 10 from the beginning 13 to the end 14 of the respective welding point 12 is also considerably longer than the width of the respective welding point 12, so that the respective welding point 12 is elongated.

Der Laser 15, mittels dessen der Laserstrahl 10 generiert wird, kann nach Bedarf ausgebildet sein. In vielen Fällen ist der Laser 15, mittels dessen der Laserstrahl 10 generiert wird, als Scheibenlaser oder als Faserlaser ausgebildet. Auch die Wellenlänge, mit welcher der Laser 15 arbeitet bzw. welche der Laserstrahl 10 aufweist, kann nach Bedarf sein. In vielen Fällen wird die Wellenlänge im sichtbaren Spektrum (insbesondere im grünen Bereich von ca. 500 nm bis ca. 550 nm) liegen oder im nahen Infrarotspektrum (insbesondere im Bereich zwischen 1000 nm und 1700 nm) liegen.The laser 15, by means of which the laser beam 10 is generated, can be designed as required. In many cases, the laser 15, by means of which the laser beam 10 is generated, is designed as a disk laser or as a fiber laser. The wavelength with which the laser 15 works or which the laser beam 10 has can also be as required. In many cases, the wavelength will be in the visible spectrum (particularly in the green range from about 500 nm to about 550 nm) or in the near infrared spectrum (particularly in the range between 1000 nm and 1700 nm).

Das Positionieren des Laserstrahls 10 entlang einer jeweiligen Schweißstelle 12 und auch von Schweißstelle 12 zu Schweißstelle 12 kann ebenfalls nach Bedarf erfolgen. Vorzugsweise ist zu diesem Zweck eine Spiegeloptik vorhanden, welche bewegbare Spiegel 16 aufweist. Die Anzahl an Spiegeln 16 liegt meist bei zwei oder drei. Die Bewegbarkeit der Spiegel 16 ist in 2 durch entsprechende Doppelpfeile angedeutet.The positioning of the laser beam 10 along a respective weld point 12 and also from weld point 12 to weld point 12 can also be carried out as required. For this purpose, mirror optics are preferably present, which have movable mirrors 16 . The number of mirrors 16 is usually two or three. The mobility of the mirrors 16 is in 2 indicated by corresponding double arrows.

Gemäß der Darstellung in 3 sind die einzelnen Schweißstellen 12 geschwungen. Diese Ausgestaltung ist zwar nicht zwingend, jedoch bevorzugt. Sie ist auch in einigen der weiteren Ausgestaltungen realisiert, die später noch erläutert werden.According to the illustration in 3 the individual welding points 12 are curved. Although this configuration is not mandatory, it is preferred. It is also implemented in some of the other configurations that will be explained later.

Erfindungsgemäß ist die Reihenfolge, in welcher die Schweißstellen 12 generiert werden, derart bestimmt, dass - zeitlich gesehen - zwischen dem Generieren einer jeweiligen Schweißstelle 12 und dem Generieren einer - geometrisch gesehen - unmittelbar benachbarten Schweißstelle 12 jeweils mindestens eine weitere Schweißstelle 12 generiert wird.According to the invention, the order in which the welds 12 are generated is determined in such a way that—in terms of time—at least one additional weld 12 is generated between the generation of a respective weld 12 and the generation of—geometrically speaking—immediately adjacent welds 12.

In der konkreten Ausgestaltung von 3 sind beispielsweise acht Schweißstellen 12 vorhanden, die nebeneinander angeordnet sind. Wenn die Schweißstelle 12 ganz links als Schweißstelle 12-1 bezeichnet wird, die nächste Schweißstelle 12 als Schweißstelle 12-2 usw. (und demzufolge die Schweißstelle 12 ganz rechts als Schweißstelle 12-8), können die Schweißstellen 12 beispielsweise in der Reihenfolge $12 - 1 - 12 - 4 - 12 - 7 - 12 - 2 - 12 - 5 - 12 - 8 - 12 - 3 - 12 - 6$

generiert werden. Diese Reihenfolge ist in 3 durch kleine Pfeile von Schweißstelle 12 zu Schweißstelle 12 verdeutlicht.In the concrete design of 3 there are, for example, eight welds 12 arranged side by side. For example, if left-most weld 12 is designated weld 12-1, next weld 12 is designated weld 12-2, and so on (and consequently right-most weld 12 is designated weld 12-8), welds 12 may be in order

12 - 1 - 12 - 4 - 12 - 7 - 12 - 2 - 12 - 5 - 12 - 8th - 12 - 3 - 12 - 6

to be generated. This order is in 3 illustrated by small arrows from weld point 12 to weld point 12.

Alternativ können die Schweißstellen 12 beispielsweise in der Reihenfolge $12 - 1 - 12 - 3 - 12 - 5 - 12 - 7 - 12 - 2 - 12 - 4 - 12 - 6 - 12 - 8$

generiert werden. Wiederum alternativ können die Schweißstellen 12 auch in der Reihenfolge

12 - 1 - 12 - 5 - 12 - 2 - 12 - 6 - 12 - 3 - 12 - 7 - 12 - 4 - 12 - 8

generiert werden. Auch andere Reihenfolgen sind denkbar und möglich.Alternatively, the welds 12, for example, in the order

12 - 1 - 12 - 3 - 12 - 5 - 12 - 7 - 12 - 2 - 12 - 4 - 12 - 6 - 12 - 8th

to be generated. Again alternatively, the welds 12 can also be in sequence

12 - 1 - 12 - 5 - 12 - 2 - 12 - 6 - 12 - 3 - 12 - 7 - 12 - 4 - 12 - 8th

to be generated. Other sequences are also conceivable and possible.

Die Schweißstellen 12 weisen einen jeweiligen Schwerpunkt 17 auf. Der jeweilige Schwerpunkt 17 ist in 3 nur für die Schweißnaht 12-1 und die Schweißnaht 12-2 eingezeichnet.The welds 12 each have a center of gravity 17 . The respective center of gravity 17 is in 3 drawn only for weld 12-1 and weld 12-2.

Die Schwerpunkte 17 geometrisch unmittelbar benachbarter Schweißstellen 12 weisen einen Abstand a voneinander auf (in 3 nur für den Abstand a von der Schweißnaht 12-1 zur Schweißnaht 12-2 eingezeichnet). In der Ausgestaltung gemäß 3 ist der Abstand a einheitlich. Dies ist jedoch nicht zwingend der Fall. Aufgrund des Umstands, dass der Abstand a einheitlich ist, ist der Abstand a zugleich auch mit dem Minimum und dem Mittelwert der Abstände a identisch. Vorzugsweise liegt der Abstand der Schwerpunkte 17 zweier zeitlich unmittelbar nacheinander generierter Schweißstellen 12 bei mindestens dem Dreifachen des Abstands a (bzw. allgemein mindestens dem Dreifachen des Minimums oder noch besser mindestens dem Dreifachen des Mittelwerts der Abstände a). Bei der Ausgestaltung gemäß 3 ist dies bei der obenstehend zuerst genannten und bei der obenstehend zuletzt genannten Reihenfolge der Fall.The focal points 17 of welds 12 that are geometrically directly adjacent are at a distance a from one another (in 3 shown only for the distance a from the weld seam 12-1 to the weld seam 12-2). In accordance with the design 3 the distance a is uniform. However, this is not necessarily the case. Due to the fact that the distance a is uniform, the distance a is also identical to the minimum and the mean of the distances a. Preferably, the distance between the focal points 17 of two welds 12 generated in immediate succession is at least three times the distance a (or generally at least three times the minimum or even better at least three times the mean value of the distances a). In accordance with the design 3 this is the case in the order first mentioned above and in the order last mentioned above.

Aufgrund des Umstands, dass bei der Ausgestaltung gemäß 3 insgesamt nur acht Schweißnähte 12 generiert werden, ist ein größerer Wert als das Dreifache des Abstands a nicht realisierbar. Wenn die Anzahl an Schweißnähte 12 größer ist, kann aber auch ein größeres Vielfaches eingehalten werden, beispielsweise das Vierfache oder das Fünffache des Minimums oder noch besser des Mittelwerts der Abstände a.Due to the fact that in accordance with the design 3 a total of only eight weld seams 12 are generated, a value greater than three times the distance a cannot be achieved. If the Number of weld seams 12 is greater, but a larger multiple can also be maintained, for example four times or five times the minimum or even better the mean value of the distances a.

Nachstehend werden in Verbindung mit den 4 bis 8 weitere mögliche Schweißkonturen und weitere mögliche Reihenfolgen bezüglich der Generierung der Schweißstellen 12 erläutert. Sowohl die Schweißkonturen als solche als auch die Reihenfolgen sind jedoch nur rein beispielhaft. Weiterhin sind in den 4 bis 8 jeweils nur einige der Schweißstellen 12 mit ihrem Bezugszeichen versehen.Below are in connection with the 4 until 8th further possible welding contours and further possible sequences regarding the generation of the welds 12 are explained. However, both the welding contours as such and the sequences are purely exemplary. Furthermore, in the 4 until 8th only some of the welds 12 are provided with their reference numbers.

Gemäß 4 sind beispielsweise insgesamt 24 Schweißstellen 12 vorhanden, die in zwei Reihen angeordnet sind. Die beiden Reihen sind untereinander angeordnet, innerhalb der beiden Reihen sind die Schweißstellen 12 jeweils nebeneinander angeordnet. Wenn in der oberen Reihe die Schweißstelle 12 ganz links als Schweißstelle 12-101 bezeichnet wird, die nächste Schweißstelle 12 als Schweißstelle 12-102 usw. (und demzufolge die Schweißstelle 12 ganz rechts als Schweißstelle 12-112) und weiterhin in der unteren Reihe die Schweißstelle 12 ganz links als Schweißstelle 12-201 bezeichnet wird, die nächste Schweißstelle 12 als Schweißstelle 12-202 usw. (und demzufolge die Schweißstelle 12 ganz rechts als Schweißstelle 12-212), können die Schweißstellen 12 beispielsweise in einer der nachstehenden Reihenfolgen generiert werden: $\begin{array}{l} 12 - 101 - 12 - 212 - 12 - 102 - 12 - 211 - 12 - 103 - 12 - 210 - \\ 12 - 104 - 12 - 209 - 12 - 105 - 12 - 208 - 12 - 106 - 12 - 207 - \\ 12 - 107 - 12 - 206 - 12 - 108 - 12 - 205 - 12 - 109 - 12 - 204 - \\ 12 - 110 - 12 - 203 - 12 - 111 - 12 - 202 - 12 - 112 - 12 - 201. \end{array}$

\begin{array}{l} 12 - 101 - 12 - 207 - 12 - 102 - 12 - 208 - 12 - 103 - 12 - 209 - \\ 12 - 104 - 12 - 210 - 12 - 105 - 12 - 211 - 12 - 106 - 12 - 212 - \\ 12 - 201 - 12 - 107 - 12 - 202 - 12 - 108 - 12 - 203 - 12 - 109 - \\ 12 - 204 - 12 - 110 - 12 - 205 - 12 - 111 - 12 - 206 - 12 - 112. \end{array}

\begin{array}{l} 12 - 101 - 12 - 207 - 12 - 103 - 12 - 209 - 12 - 105 - 12 - 211 - \\ 12 - 201 - 12 - 107 - 12 - 203 - 12 - 109 - 12 - 205 - 12 - 111 - \\ 12 - 102 - 12 - 208 - 12 - 104 - 12 - 210 - 12 - 106 - 12 - 212 - \\ 12 - 202 - 12 - 108 - 12 - 204 - 12 - 110 - 12 - 206 - 12 - 112. \end{array}

According to 4 For example, there are a total of 24 welds 12 arranged in two rows. The two rows are arranged one below the other, within the two rows the welds 12 are each arranged next to one another. If in the top row the leftmost weld 12 is designated weld 12-101, the next weld 12 is designated weld 12-102, and so on (and consequently the rightmost weld 12 is designated weld 12-112), and continuing down the bottom row the For example, if the leftmost weld 12 is designated weld 12-201, the next weld 12 is designated weld 12-202, and so on (and consequently the rightmost weld 12 is designated weld 12-212), welds 12 may be generated in either of the following orders :

\begin{array}{l} 12 - 101 - 12 - 212 - 12 - 102 - 12 - 211 - 12 - 103 - 12 - 210 - \\ 12 - 104 - 12 - 209 - 12 - 105 - 12 - 208 - 12 - 106 - 12 - 207 - \\ 12 - 107 - 12 - 206 - 12 - 108 - 12 - 205 - 12 - 109 - 12 - 204 - \\ 12 - 110 - 12 - 203 - 12 - 111 - 12 - 202 - 12 - 112 - 12 - 201 \end{array}

\begin{array}{l} 12 - 101 - 12 - 207 - 12 - 102 - 12 - 208 - 12 - 103 - 12 - 209 - \\ 12 - 104 - 12 - 210 - 12 - 105 - 12 - 211 - 12 - 106 - 12 - 212 - \\ 12 - 201 - 12 - 107 - 12 - 202 - 12 - 108 - 12 - 203 - 12 - 109 - \\ 12 - 204 - 12 - 110 - 12 - 205 - 12 - 111 - 12 - 206 - 12 - 112 \end{array}

\begin{array}{l} 12 - 101 - 12 - 207 - 12 - 103 - 12 - 209 - 12 - 105 - 12 - 211 - \\ 12 - 201 - 12 - 107 - 12 - 203 - 12 - 109 - 12 - 205 - 12 - 111 - \\ 12 - 102 - 12 - 208 - 12 - 104 - 12 - 210 - 12 - 106 - 12 - 212 - \\ 12 - 202 - 12 - 108 - 12 - 204 - 12 - 110 - 12 - 206 - 12 - 112 \end{array}

Natürlich sind auch andere Reihenfolgen möglich. Die zuerst angeführte Reihenfolge ist weiterhin zwar möglich, aufgrund der Teilabfolge 12-106 - 12-207 - 12-107 - 12-206 jedoch suboptimal.Of course, other orders are also possible. Although the order mentioned first is still possible, it is suboptimal due to the subsequence 12-106 - 12-207 - 12-107 - 12-206.

Die Schwerpunkte 17 geometrisch unmittelbar benachbarter Schweißstellen 12 weisen innerhalb der jeweiligen Reihe einen einheitlichen Abstand a1 voneinander auf (rein exemplarisch nur für ein Paar von Schweißnähten 12 eingezeichnet). Die Reihen und damit die Schwerpunkte 17 miteinander korrespondierender Schweißstellen 12 geometrisch unmittelbar benachbarter Reihen weisen einen Abstand a2 voneinander auf. Als Mittelwert der Abstände a1, a2 geometrisch unmittelbar benachbarter Schweißnähte 12 ergibt sich somit vorliegend der Wert (a1+a2)/2. Vorliegend ist weiterhin der Abstand a1 kleiner als der Abstand a2. Damit ergibt sich als Minimum der Abstände geometrisch unmittelbar benachbarter Schweißnähte 12 vorliegend der Wert a1.The focal points 17 of welds 12 that are geometrically directly adjacent have a uniform distance a1 from one another within the respective row (shown purely by way of example only for a pair of weld seams 12). The rows and thus the centers of gravity 17 of mutually corresponding welding points 12 of geometrically directly adjacent rows are at a distance a2 from one another. The mean value of the distances a1, a2 between geometrically directly adjacent weld seams 12 is thus (a1+a2)/2 in the present case. In the present case, the distance a1 is also smaller than the distance a2. This results in the value a1 as the minimum of the distances between geometrically immediately adjacent weld seams 12 .

Bei der Ausgestaltung gemäß 4 erfüllen die obenstehend erläuterten Reihenfolgen mit Ausnahme der erstgenannten Reihenfolge ebenfalls die Bedingung, dass der Abstand der Schwerpunkte 17 zweier zeitlich unmittelbar nacheinander generierter Schweißstellen 12 bei mindestens dem Dreifachen des Minimums a1 liegt. Noch besser ist es, wenn der Abstand der Schwerpunkte 17 zweier zeitlich unmittelbar nacheinander generierter Schweißstellen 12 bei mindestens dem Dreifachen des Mittelwertes (a1+a2)/2 liegt. Noch besser ist es, wenn nicht nur das Dreifache, sondern sogar das Vierfache oder das Fünffache eingehalten wird.In accordance with the design 4 the sequences explained above, with the exception of the first-mentioned sequence, also fulfill the condition that the distance between the centers of gravity 17 of two welds 12 generated immediately one after the other in terms of time is at least three times the minimum a1. It is even better if the distance between the focal points 17 of two welds 12 generated in immediate succession is at least three times the mean value (a1+a2)/2. It is even better if not only the threefold, but even the fourfold or fivefold is observed.

Gemäß 5 sind beispielsweise insgesamt 15 Schweißstellen 12 vorhanden, die in drei Spalten angeordnet sind. Die drei Spalten sind nebeneinander angeordnet, innerhalb der drei Spalten sind die Schweißstellen 12 jeweils von oben nach unten untereinander angeordnet.According to 5 For example, there are a total of 15 welds 12 arranged in three columns. The three columns are arranged side by side, within the three columns the welds 12 are each arranged one below the other from top to bottom.

Wenn in der linken Spalte die Schweißstelle 12 ganz unten als Schweißstelle 12-11 bezeichnet wird, die Schweißstelle 12 unmittelbar darüber als Schweißstelle 12-12 usw. (und demzufolge die oberste Schweißstelle 12 dieser Spalte als Schweißstelle 12-15), weiterhin in der mittleren Spalte die Schweißstelle 12 ganz unten als Schweißstelle 12-21 bezeichnet wird, bezeichnet wird, die Schweißstelle 12 unmittelbar darüber als Schweißstelle 12-22 usw. (und demzufolge die oberste Schweißstelle 12 dieser Spalte als Schweißstelle 12-25) und schließlich in der rechten Spalte die Schweißstelle 12 ganz unten als Schweißstelle 12-31 bezeichnet wird, die Schweißstelle 12 unmittelbar darüber als Schweißstelle 12-32 usw. (und demzufolge die oberste Schweißstelle 12 dieser Spalte als Schweißstelle 12-35), können die Schweißstellen 12 beispielsweise in einer der nachstehenden Reihenfolgen generiert werden: $\begin{array}{l} 12 - 11 - 12 - 23 - 12 - 35 - 12 - 12 - 12 - 24 - 12 - 31 - \\ 12 - 13 - 12 - 25 - 12 - 32 - 12 - 14 - 12 - 21 - 12 - 33 - \\ 12 - 15 - 12 - 22 - 12 - 34. \end{array}$

\begin{array}{l} 12 - 11 - 12 - 24 - 12 - 32 - 12 - 13 - 12 - 21 - 12 - 34 - \\ 12 - 15 - 12 - 23 - 12 - 31 - 12 - 12 - 12 - 25 - 12 - 33 - \\ 12 - 14 - 12 - 22 - 12 - 35. \end{array}

In the left column, if weld 12 at the bottom is designated weld 12-11, weld 12 immediately above it is designated weld 12-12, and so on (and consequently top weld 12 of that column is designated weld 12-15), still in the middle column, weld 12 at the bottom is referred to as weld 12-21, weld 12 immediately above as weld 12-22, and so on (and consequently the top weld 12 of that column as weld 12-25), and finally in the right column for example, if weld 12 is designated at the bottom as weld 12-31, weld 12 immediately above it as weld 12-32, etc. (and consequently the top weld 12 of this column as weld 12-35), welds 12 may be, for example, in one of the following sequences are generated:

\begin{array}{l} 12 - 11 - 12 - 23 - 12 - 35 - 12 - 12 - 12 - 24 - 12 - 31 - \\ 12 - 13 - 12 - 25 - 12 - 32 - 12 - 14 - 12 - 21 - 12 - 33 - \\ 12 - 15 - 12 - 22 - 12 - 34 \end{array}

\begin{array}{l} 12 - 11 - 12 - 24 - 12 - 32 - 12 - 13 - 12 - 21 - 12 - 34 - \\ 12 - 15 - 12 - 23 - 12 - 31 - 12 - 12 - 12 - 25 - 12 - 33 - \\ 12 - 14 - 12 - 22 - 12 - 35 \end{array}

Natürlich sind auch hier wieder andere Reihenfolgen möglich. Weiterhin können auch bei der Ausgestaltung gemäß 5 die einzelnen Schweißstellen 12 geschwungen sein (analog zu den Schweißstellen 12 der 3 und 4).Of course, other sequences are also possible here. Furthermore, in accordance with the embodiment 5 the individual welds 12 be curved (similar to the welds 12 of 3 and 4 ).

Gemäß 6 sind die Schweißstellen 12 analog zu 3 in einer einzigen Reihe angeordnet. Die Schweißstellen 12 sind halbkreisförmig ausgebildet und damit geschwungen. Wenn die Schweißstelle 12 ganz links (Halbkreis nach unten offen) als Schweißstelle 12-1 bezeichnet wird, die nächste Schweißstelle 12 (Halbkreis nach oben offen) als Schweißstelle 12-2 usw. (und demzufolge die Schweißstelle 12 ganz rechts als Schweißstelle 12-5), können die Schweißstellen 12 beispielsweise in der Reihenfolge 12-1 - 12-4 - 12-2 - 12-5 - 12-3 generiert werden.According to 6 the welds 12 are analogous to 3 arranged in a single row. The welds 12 are formed in a semicircle and are therefore curved. If the leftmost weld 12 (semicircle open at the bottom) is designated weld 12-1, the next weld 12 (semicircle open at the top) is designated weld 12-2, and so on (and consequently the rightmost weld 12 is designated weld 12-5 ), the welds 12 can be generated, for example, in the order 12-1 - 12-4 - 12-2 - 12-5 - 12-3.

Auch gemäß 7 sind die Schweißstellen 12 in einer einzigen Reihe angeordnet. Die Schweißstellen 12 sind als Vollkreise ausgebildet und damit geschwungen. Wenn die Schweißstelle 12 ganz links als Schweißstelle 12-1 bezeichnet wird, die nächste Schweißstelle 12 als Schweißstelle 12-2 usw. (und demzufolge die Schweißstelle 12 ganz rechts als Schweißstelle 12-6), können die Schweißstellen 12 beispielsweise in der Reihenfolge 12-1 - 12-4 - 12-2 - 12-5 - 12-3 - 12-6 generiert werden.Also according to 7 the welds 12 are arranged in a single row. The welds 12 are designed as full circles and are therefore curved. For example, if leftmost weld 12 is designated weld 12-1, the next weld 12 is designated weld 12-2, and so on (and consequently rightmost weld 12 is designated weld 12-6), welds 12 may be in the order 12- 1 - 12-4 - 12-2 - 12-5 - 12-3 - 12-6 are generated.

Gemäß 8 sind beispielsweise insgesamt 17 Schweißstellen 12 vorhanden, die in drei Reihen angeordnet sind. Die Reihen sind untereinander angeordnet, wobei die Schweißstellen 12 der oberen und der unteren Reihe exakt untereinander angeordnet sind und die Schweißstellen 12 der mittleren Reihe auf Lücke zu den Schweißstellen 12 der oberen und der unteren Reihe angeordnet sind. Die Schweißstellen 12 selbst sind als Vollkreise ausgebildet.According to 8th For example, there are a total of 17 welds 12 arranged in three rows. The rows are arranged one below the other with the welds 12 of the top and bottom rows being exactly one below the other and the welds 12 of the middle row being spaced from the welds 12 of the top and bottom rows. The welds 12 themselves are designed as full circles.

Wenn in der oberen Reihe die Schweißstelle 12 ganz links als Schweißstelle 12-11 bezeichnet wird, die nächste Schweißstelle 12 als Schweißstelle 12-12 usw. (und demzufolge die Schweißstelle 12 ganz rechts als Schweißstelle 12-16), weiterhin in der mittleren Reihe die Schweißstelle 12 ganz links als Schweißstelle 12-21 bezeichnet wird, die nächste Schweißstelle 12 als Schweißstelle 12-22 usw. (und demzufolge die Schweißstelle 12 ganz rechts als Schweißstelle 12-25) und schließlich in der unteren Reihe die Schweißstelle 12 ganz links als Schweißstelle 12-31 bezeichnet wird, die nächste Schweißstelle 12 als Schweißstelle 12-32 usw. (und demzufolge die Schweißstelle 12 ganz rechts als Schweißstelle 12-36), können die Schweißstellen 12 beispielsweise in der Reihenfolge $\begin{array}{l} 12 - 11 - 12 - 33 - 12 - 24 - 12 - 12 - 12 - 34 - 12 - 25 - 12 - 13 - \\ 12 - 35 - 12 - 21 - 12 - 14 - 12 - 36 - 12 - 22 - 12 - 15 - 12 - 31 - \\ 12 - 23 - 12 - 16 - 12 - 32 \end{array}$

generiert werden. Natürlich sind auch andere Reihenfolgen möglich.If in the top row the leftmost weld 12 is designated weld 12-11, the next weld 12 is designated weld 12-12, and so on (and consequently the rightmost weld 12 is designated weld 12-16), continue in the middle row the leftmost weld 12 is designated weld 12-21, the next weld 12 is designated weld 12-22, and so on (and consequently rightmost weld 12 is designated weld 12-25), and finally in the bottom row leftmost weld 12 is designated weld 12-31, the next weld 12 as weld 12-32, and so on (and consequently the rightmost weld 12 as weld 12-36), the welds 12 may be in sequence, for example

\begin{array}{l} 12 - 11 - 12 - 33 - 12 - 24 - 12 - 12 - 12 - 34 - 12 - 25 - 12 - 13 - \\ 12 - 35 - 12 - 21 - 12 - 14 - 12 - 36 - 12 - 22 - 12 - 15 - 12 - 31 - \\ 12 - 23 - 12 - 16 - 12 - 32 \end{array}

to be generated. Of course, other orders are also possible.

Die Schwerpunkte 17 der Schweißnähte 12 und die geometrischen Abstände a, a1, a2 der Schwerpunkte 17 sind in den 5 bis 8 nicht mit eingezeichnet. Auch für die Ausgestaltungen der 5 bis 8 gilt jedoch die Aussage, dass der Abstand der Schwerpunkte 17 zweier zeitlich unmittelbar nacheinander generierter Schweißstellen 12 vorzugsweise bei mindestens dem Dreifachen des Minimums des Abstands der Schwerpunkte 17 geometrisch unmittelbar benachbarter Schweißstellen 12 liegt. Noch besser ist es, wenn der Abstand der Schwerpunkte 17 zweier zeitlich unmittelbar nacheinander generierter Schweißstellen 12 bei mindestens dem Dreifachen des Mittelwertes des Abstands der Schwerpunkte 17 geometrisch unmittelbar benachbarter Schweißstellen 12 liegt. Noch besser ist es weiterhin, ebenso wie zuvor, wenn nicht nur das Dreifache, sondern sogar das Vierfache oder das Fünffache eingehalten wird.The focal points 17 of the weld seams 12 and the geometric distances a, a1, a2 of the focal points 17 are in the 5 until 8th not included. Also for the designs of 5 until 8th however, the statement applies that the distance between the focal points 17 of two immediately following one another in time of the generated welds 12 is preferably at least three times the minimum of the distance between the focal points 17 of welds 12 that are geometrically directly adjacent. It is even better if the distance between the centers of gravity 17 of two welds 12 generated in immediate succession is at least three times the mean value of the distance between the centers of gravity 17 of welds 12 that are geometrically directly adjacent. It is still better, just as before, if not only the triple, but even the quadruple or the quintuple is observed.

Vorstehend wurden Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung erläutert, bei denen alle Schweißstellen 12 einer jeweiligen Schweißverbindung (also der Verbindung des jeweiligen Anschlusses 7, 8 mit dem zugehörigen Anschlussbereich 5, 6) unmittelbar aufeinanderfolgend generiert werden. Es wurden also Ausgestaltungen erläutert, bei denen zunächst ein Anschluss 7, 8 vollständig mit seinem zugehörigen Anschlussbereich 5, 6 verbunden wird und erst dann der nächste Anschluss 7, 8 vollständig mit seinem zugehörigen Anschlussbereich 5, 6 verbunden wird. Es ist natürlich auch möglich, dass nach dem Generieren einer bestimmten Schweißstelle 12 einer bestimmten Schweißverbindung nicht eine andere Schweißstelle 12 derselben Schweißverbindung generiert wird, sondern (mindestens) eine Schweißstelle 12 einer anderen Schweißverbindung. In diesem Fall ergibt sich ganz von selbst der Umstand, dass der Abstand zweier zeitlich unmittelbar nacheinander generierter Schweißstellen 12 bei mindestens dem n-fachen des Minimums des Abstands der Schwerpunkte 17 geometrisch unmittelbar benachbarter Schweißstellen 12 liegt (mit n = 3, 4, 5 usw.). Auch gilt dies, wenn anstelle des Minimums der Mittelwert herangezogen wird. Denn die Anschlussbereiche 5, 6 weisen in aller Regel einen erheblich größeren Abstand voneinander auf als die Schweißstellen 12.Embodiments of the present invention were explained above, in which all welding points 12 of a respective welded connection (ie the connection of the respective connection 7, 8 with the associated connection region 5, 6) are generated in immediate succession. Configurations were thus explained in which first a connection 7, 8 is completely connected to its associated connection area 5, 6 and only then is the next connection 7, 8 completely connected to its associated connection area 5, 6. It is of course also possible that after the generation of a specific welding point 12 of a specific welding connection, not another welding point 12 of the same welding connection is generated, but (at least) one welding point 12 of a different welding connection. In this case, the fact that the distance between two welds 12 generated immediately one after the other in terms of time is at least n times the minimum of the distance between the centroids 17 of welds 12 that are geometrically immediately adjacent (with n = 3, 4, 5, etc .). This also applies if the mean value is used instead of the minimum. This is because the connection areas 5, 6 are generally at a considerably greater distance from one another than the weld points 12.

Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbesondere kann durch die Aufteilung der Schweißverbindung (insgesamt gesehen) in eine Vielzahl von Schweißstellen 12 (Schweißpunkte oder einzelne, relativ kurze Schweißnähte) in Verbindung mit der Reihenfolge der Generierung der Schweißstellen 12 einerseits eine zuverlässige Schweißung erreicht werden, wobei andererseits aber dennoch die thermische Belastung und eine hierauf beruhende mechanische Belastung insbesondere des Substrats 1 relativ gering gehalten werden können. Insbesondere können dadurch Risse im Substrat 1 zuverlässig vermieden werden.The present invention has many advantages. In particular, by dividing the welded joint (seen overall) into a large number of weld points 12 (weld points or individual, relatively short weld seams) in connection with the order in which the weld points 12 are generated, on the one hand reliable welding can be achieved, while on the other hand the thermal load can still be reduced and a mechanical load based on this, in particular of the substrate 1, can be kept relatively low. In particular, cracks in the substrate 1 can thereby be reliably avoided.

Die obige Beschreibung dient ausschließlich der Erläuterung der vorliegenden Erfindung. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung soll hingegen ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche bestimmt sein.The above description is only intended to explain the present invention. The scope of the present invention, however, is to be determined solely by the appended claims.

BezugszeichenlisteReference List

11: Substratsubstrate
22: obere Metallschichttop metal layer
33: untere Metallschichtlower metal layer
44: elektronische BauelementeElectronic Components
55: Haupt-AnschlussbereicheMain connection areas
66: Zusatz-AnschlussbereicheAuxiliary Connection Areas
77: Lastanschlüsseload terminals
88th: Signalanschlüssesignal connections
99: Verbindungsflächeinterface
1010: Laserstrahllaser beam
1111: Anpresseinrichtungpressing device
1212: Schweißstellenwelds
1313: AnfangBeginning
1414: EndeEnd
1515: LaserLaser
1616: SpiegelMirror
1717: Schwerpunkte focal points
a, a1, a2a, a1, a2: Abständedistances
d1d1: Schichtdickelayer thickness
d2d2: Flächendickesurface thickness

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102017115879 A1 [0002, 0008]

Claims

Method for connecting an electrical connection (7, 8), in particular an electrical load connection (7), to a metal layer (2) arranged on a substrate (1), - wherein a connecting surface (9) of the connection (7, 8) is placed on the metal layer (2) and then the connection (7, 8) is laser-welded to the connection surface (9) by means of a laser beam (10) on the metal layer (2 ) is welded on, - the welding being carried out by means of a large number of weld points (12) generated one after the other, - wherein the welds (12) form a geometric arrangement of welds (12), - wherein the order in which the welds (12) are generated is determined in such a way that, viewed in terms of time, between the generation of a respective weld (12) and the generation of a weld (12) that is immediately adjacent from a geometric point of view, there is at least one further weld (12 ) is generated.

procedure after claim 1 characterized in that the substrate (1) is a Si3N4 substrate, an AlN substrate or an Al2O3 substrate.

procedure after claim 1 or 2 , characterized in that the laser beam (10) is generated by means of a disc laser or a fiber laser.

procedure after claim 1 , 2 or 3 , characterized in that the laser beam (10) has a wavelength in the visible spectrum or in the near infrared spectrum.

Method according to one of the above claims, characterized in that the laser beam (10) is positioned by means of mirror optics with movable mirrors (16).

Method according to one of the above claims, characterized in that the connection (7, 8) is pressed onto the metal layer (2) by means of a pressing device (11) before it is welded onto the metal layer (2).

Method according to one of the above claims, characterized in that the metal layer (2) has a layer thickness (d1), that the connection (7, 8) has a surface thickness (d2) in the region of the connecting surface (9) and that the surface thickness (d2 ) is at most as large as the layer thickness (d1).

Method according to one of the above claims, characterized in that the welding points (12) have a respective first generated start (13) and a respective last generated end (14) and are elongated viewed from the respective start (13) to the respective end (14). .

procedure after claim 8 , characterized in that the individual welds (12) are curved.

Method according to one of the above claims, characterized in that the weld points (12) have a respective center of gravity (17) and that the distance between the centers of gravity (17) of two weld points (12) generated immediately one after the other in terms of time is at least three times, preferably at least Five times, the minimum or the average of the distances (a, a1, a2) of the focal points (17) of geometrically immediately adjacent welds (12).