WO2019242995A1 - Verfahren zum verbinden zweier bauteile und bauteileverbund - Google Patents

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WO2019242995A1
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Andreas Heider
Reiner Ramsayer
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for connecting two components by means of a laser weld seam with the features of the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a component assembly that is produced by a method according to the invention and the use of a method according to the invention.
  • a method with the features of the preamble of claim 1 is known from DE 10 2008 041 774 A1 by the applicant.
  • the two components are placed one on top of the other in a joining area and the first component is pressed against the surface of the second component by means of an annular clamping device.
  • an annular clamping device As a result, in the joining area in which the two components are connected to one another by melting the material of at least one component using a laser beam and then solidifying the melt, a defined system is produced between the two components for welding.
  • the method for connecting two components by means of a laser weld seam with the features of claim 1 has the advantage that it enables a stable welding process as the first component, particularly in the case of line carriers having a relatively small thickness, so that this can be used advantageously, in particular, in large-volume applications.
  • the teaching of the invention proposes that a first component with a thickness in particular in the joining area between 5pm and 500pm, preferably a thickness of less than 100pm, and preferably a horizontal extension or width in one direction in the joining area 0.5mm and 20mm is used that the clamping device presses the first component at least at one point or linearly against the second component or When the force is applied, the two components and the laser beam are moved relative to one another to form a laser weld seam, and that the laser beam or the components are moved from a point at which the tensioning device applies force to the first component against the second component in the course of the welding process. is moved away.
  • the teaching of the invention takes advantage of an effect of thermal expansion of the first component, which is considered disadvantageous per se, in that the properties of the first component are utilized by the tensioning device or pressing device in connection with an adapted process control than that the first component is pressed or clamped against the second component only locally and therefore only very locally.
  • the welding process then preferably starts very close to this pressure point, where it is ensured that the joint gap is close to zero or significantly below the film thickness. This means that enough melt is available at the start of the process to connect the two joining partners or components.
  • the melt solidifies very quickly at the welding point, so that the first component is clamped against the second component as a result of the solidified melt itself.
  • the laser beam always finds an almost gap-free joining situation between the two components during further movement or when melting along the first component.
  • the first component due to the thermal expansion and due to the distortion of the first component in the lead of the laser weld seam, the first component always lies against the lower joining partner or the second component and ensures a small gap. This effect arises from the fact that the first component, which is already spot welded at the starting point, expands thermally and thereby changes its length.
  • the change in length or thermal expansion leads to a geometric distortion of the film or of the first component, which in a first step leads to the fact that the film or the first component lowers and contacts the lower joining partner or the second component and thus closes the joint gap.
  • the first component cools down, for example behind the melt in the solidified seam area, the first component bulges typically due to the distortion that occurs during cooling. point upwards. This delay is no longer relevant for the welding process.
  • the preferred dimensions given in the characterizing part of claim 1 with respect to the thickness or horizontal extent of the first component are to be understood.
  • the focus diameter of the laser beam is an important parameter, since it influences the heat input into the components. If the focus diameter is too small or the first component is too wide or too thick, for example, which means that the stiffness of the first component is relatively high, the thermal distortion that arises in the first component is not sufficient, for example, to result in the first component the thermal expansion in the direction of the lower joining partner or the second component. Against this background, it has proven to be particularly advantageous if the focal diameter of the laser beam in the claimed dimensioning of the first component in the area of the first component is between 50pm and 1000pm, preferably between 200pm and 600pm.
  • a method is particularly advantageous in which the laser beam has a wavelength in visible light, in particular with a wavelength of less than 10OOnm, at least at the start of the welding process, and in that the welding is carried out by heat conduction welding.
  • the material of the first component Contains copper or aluminum and the wavelength is selected in the green or blue wavelength range
  • the so-called deep welding process in which relatively large welding depths are generated, results in a clearly spattered welding process.
  • the absorption of heat into the components is therefore optimized or increased.
  • infrared lasers which are typically characterized by a wavelength of more than 1000 nm, small focus diameters would have to be used due to the low absorption in order to achieve the necessary intensity for the welding process.
  • this small focus diameter then leads to the mentioned deep welding process or to a spattered welding process.
  • the invention is not intended to be limited to the heat conduction welding mentioned. Rather, it is also conceivable that after forming part of the weld seam in heat conduction welding, a deep welding process is carried out by the laser beam.
  • This change from heat conduction welding to the deep welding process can be promoted, for example, by a so-called ramping up of the laser power or by a process-adapted power distribution over the weld seam length.
  • the laser power varies in time during the course of the process, in particular it is increased. This can also have a positive influence on the process control, especially if there is heat accumulation in the first component.
  • the laser power is adapted or modulated over the course of the process in such a way that a change is made several times between heat conduction welding and deep welding. This can be done, for example, by a sinusoidal power curve (or a differently designed power curve) for the laser beam.
  • a sinusoidal power curve or a differently designed power curve for the laser beam.
  • Another preferred method provides that before the relative movement between the laser beam and the components, the laser beam acts on the components in a fixed manner for a certain period of time at the beginning of the welding process. This ensures that a point-like welded connection is initially created, and that this area is already preheated by the introduction of heat in the direction of the weld seam still to be produced. Overall, a homogeneous weld seam can be achieved.
  • the feed speed or the relative speed of the laser beam to the components is varied during the welding process. It may be possible to increase the welding speed in the course of the welding process, since due to the welding that has already been generated, increasing heat input into the components also takes place in the areas into which the weld seam is subsequently to be produced.
  • a further embodiment of the method according to the invention provides that the focus diameter of the laser beam is varied during the welding process. This can be done, for example, with appropriate laser optics. For example, it can be particularly advantageous to start the welding process with a small focus diameter in order to achieve a higher energy density or better coupling conditions in the components, and then to enlarge the focus diameter to achieve larger seam cross sections along the weld seam.
  • a weld seam can be produced either by a laser beam continuously acting on the components or by pulsed (individual) weld spots, which for example partially overlap.
  • the pulse shape must be adjusted accordingly so that the first component is applied to the lower joining partner or the second component as a result of the thermal expansion, and then the welding point and the reflow are generated.
  • the spatial spacing of the individual pulses and the temporal spacing of the pulses must be adapted in accordance with the geometric conditions of the two components.
  • the clamping device can be removed, since the weld seam or the weld spot already generated functions as a clamping means between the components and the first component holds in place.
  • the shape of the weld seams can also be selected in a variety of ways, depending on the application.
  • the laser weld seam is formed from a plurality of partial weld seams which overlap at least in one point.
  • the laser weld seam it is also conceivable for the laser weld seam to be formed from a plurality of partial weld seams, which are preferably arranged along a line, a sweat-free area or a distance being formed between two adjacent partial weld seams.
  • spot weld connections are created beforehand along the laser weld seam to be formed. This can be used particularly advantageously if longer weld seams are to be formed.
  • the mentioned spot welding strategy or tacking strategy is used. Small tack or welding points are set locally and the weld is divided into segments, with each sub-segment always starting at one of the welding points. This ensures that seam dropouts, if they occur locally, only affect a part of the respective seam segment.
  • the invention comprises a component assembly that was produced by a method according to the invention described so far.
  • This component assembly is characterized in that the first component is a line carrier in the form of a flexible film or the like or a battery layer and the second component is a substrate or a battery film.
  • FIG. 5 shows a detail of FIG. 4 in an enlarged view
  • FIGS. 4 and 5 show a cross section through the area of the laser weld seam according to FIGS. 4 and 5,
  • FIG. 7 shows a longitudinal section through a laser beam weld seam produced from a plurality of individual weld spots
  • FIGS. 15 and 17 is a side view of the tensioning device according to FIGS. 15 and 17 shows a circular weld seam produced by means of the tensioning device according to FIGS. 15 and 16 in plan view.
  • the first component 1 is, for example, a film 6 which consists of an electrically conductive material, i.e. which contains, for example, copper, aluminum, gold, silver or the like. Furthermore, the first component 1 or the film 6 has a relatively low rigidity.
  • the thickness d of the film 6 bears at least in the joining area 8, i.e. in the area of the laser weld seam 5, in which the two components 1, 2 are connected by means of the laser weld seam 5, between 5 pm and 500 pm, preferably a thickness d of less than 100 pm.
  • the film 6 has a width b between 0.5 mm and 20 mm in a horizontal plane in an extension direction perpendicular to the longitudinal direction of the laser weld seam 5.
  • the second component 2 is, by way of example and not limitation, a substrate 9, such as a printed circuit board, a ceramic substrate with conductor structures or the like. Furthermore, the second component 2 typically has a metallic coating on the upper side facing the first component 1, which is not shown in the figures.
  • the formation of the laser weld 5 causes both the first component 1 and the second component 2 to melt on the side facing the first component 1 to form a melt 12. After the melt 12 has solidified, it forms the laser weld 5.
  • the laser welding seam 5 is designed, for example, as an elongated laser welding seam 5, which starts from the starting point 14 in the direction of the arrow 18. stretches.
  • the composite consisting of the two components 1, 2 is moved relative to the laser beam 16. This can be done either by a relative movement of the two components 1, 2 to a stationary aligned laser beam 16, or preferably by a movement of the laser beam 16 along the surface of the two components 1, 2 by means of a corresponding laser optics or the like.
  • the clamping device 10 has on the side facing the first component 1 three finger-like elements 20 to 22, which are at the same distance from the surface of the component 1, so that the clamping device 10 uses the first component 1 or the film 6 in the area of the elements 20 to 22 is pressed against the surface of the (preferably flat) component 2 or is subjected to force.
  • the clamping device 10 is arranged in a manner not shown in the three spatial axes relative to the components 1 and 2.
  • the distance or the horizontal distance of the contact points of the elements 20 to 22 on the first component 1 or the film 6 is relative low to the starting point 14, so that it is ensured that the first component 1 rests on the second component 2 in the region of the starting point 14 or that such a small gap is formed that when the material of the first component 1 melts, the melt 12 or the laser beam 16 comes into operative connection with the surface of the second component 2 in order to also melt or melt it in regions.
  • the tensioning device 10a has only a single element 23, which in principle is designed in accordance with the elements 20 to 22 of the tensioning device 10.
  • the tensioning device 10b shown in FIG. 3 in contrast, has a plat-shaped element 24 which forms a linear contact area 26 on the first component 1 or the film 6 on the side facing the first component 1.
  • the laser weld 5 is shown in more detail during the welding process.
  • a longitudinal axis 28 of the laser beam 16 runs perpendicular to the surface of the two components 1, 2. 5
  • a focus diameter D of the laser beam 16 can be seen, which is in the area of the surface of the first component 1 or the film 6 between 50pm and 1000pm, preferably between 200pm and 600pm.
  • the upper component 1 or the film 6 is thermally expanded as a result of the heat input by the laser beam 16, which has the consequence that the material of the first component 1 or the film 6 moves in the direction of the surface of the second component 2, which is to be illustrated by the arrows 31 and 32.
  • This effect can be explained in particular by the fact that the temperature at the top of the first component 1 or the film 6, i.e. on the side facing away from the second component 2 is higher than on the side facing the second component 2.
  • 6 also shows that the material of the second component 2 for forming the laser weld seam 5 is melted and solidified in some areas.
  • FIG. 7 shows that, in order to form the laser weld seam 5, it is also possible to use a pulsed laser beam 16 instead of a continuous laser beam 16.
  • a pulsed laser beam 16 instead of a continuous laser beam 16.
  • two welding points 34, 36 are generated which are arranged next to one another in the horizontal direction, preferably in such a way that an overlapping area 38 is created which connects the two welding points 34, 36 to one another.
  • an appropriate number of point Welded connections or weld points 34, 36 can thus produce an elongated, continuous laser weld seam 5.
  • 8 to 12 different arrangements or shapes of welds are shown. 8 two laser welding seams 5a, 5b are used to connect the two components 1, 2, which are arranged locally separated from each other. Furthermore, the two laser weld seams 5a and 5b are characterized by starting points 14a, 14b. While the laser weld 5a consists of three, approximately rectilinear sections 40 to 42, the laser weld 5b is formed in a wave form.
  • two laser weld seams 5c, 5d, each with a starting point 14c, 14d, are generated. While the laser weld 5c is circular, the laser weld 5d is in the form of a figure eight, with the starting point 14d at the intersection of the two circular sub-elements.
  • the 10 shows a laser weld seam 5e with a starting point 14e, which is designed in the form of an “E”.
  • the laser weld seam 5e has three sections 44 to 46, which are each generated from a common starting point 14e.
  • the laser welding seam 5f shown in FIG. 11 also consists of three sections 48 to 50, each with a starting point 14f, 14g, 14h, which are arranged separately from one another. While section 48 is formed in a straight line and, for example, is generated as the first section 48 from the starting point 14f, the second section 49 is formed starting from the starting point 14g. Finally, the third section 50 is generated from the starting point 14h.
  • a total of four laser weld seams 5h to 5k are shown in FIG. 12, which run parallel to one another and each have the same length or extension in their length Have the main direction of extension. A relatively small distance from each other is formed between the two laser welds 5h and 5i and 5j and 5k. While the two laser welding seams 5h and 5i are generated from starting points 55 and 56 arranged opposite each other, the two starting points 57 and 58 of the two welding seams 5j and 5k lie directly next to one another on a common side.
  • FIGS. 13 and 14 show an exemplary embodiment in which, in accordance with FIG. 14, three laser welding seams 5I, 5m and 5n are used to form the laser welding seam 5, which are arranged in alignment with one another along an imaginary line, with between the Laser welding seams 5m and 5m and 5m and 5n each have an area without welding.
  • the three laser welding seams 5I to 5n are produced from a starting point 65 to 67, where a tensioning device 10c can be used in accordance with FIG. 13, which has, for example, three finger-like elements 63 corresponding to the tensioning device 10a of FIG. 2.
  • FIG. 17 shows a laser weld seam 5o which is round in plan view and which is produced with the aid of a tensioning device 10d which can be seen in FIGS. 15 and 16.
  • the clamping device 10d has an annular outer body 71, from which three elements 73 protrude radially inward and are designed to be brought into contact with the first component 1 (not shown). 17, the first component 1 is attached to the second component 2 in the region of welding points 75 to 77 near the point of attachment of the elements 73 on the first component 1 or the film 6.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile (1, 2) mittels einer Laserschweißnaht (5; 5a bis 5o), wobei die beiden Bauteile (1, 2) in einem Fügebereich (8) übereinander angeordnet werden, wobei mittels einer Spanneinrichtung (10; 10a bis 10d) das erste Bauteil (1) in Richtung des zweiten Bauteils (2) gedrückt wird, wobei ein Laserstrahl (16) auf der dem zweiten Bauteil (2) abgewandten Seite auf das erste Bauteil (1) auftrifft und Material der beiden Bauteile (1, 2) zumindest mittelbar aufschmelzt.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile und Bauteileverbund
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile mittels einer Laserschweißnaht mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Bauteileverbund, der nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist sowie die Verwendung eines erfindungsgemäßen Ver- fahrens.
Ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der DE 10 2008 041 774 A1 der Anmelderin bekannt. Bei dem bekannten Verfahren werden die beiden Bauteile in einem Fügebereich übereinandergelegt und das erste Bauteil mittels einer ringförmigen Spanneinrichtung gegen die Oberfläche des zweiten Bauteils gedrückt. Dadurch wird in dem Fügebereich, in dem durch Aufschmelzen des Materials wenigstens eines Bauteils mittels eines Laserstrahls und anschließendes Erstarren der Schmelze die beiden Bauteile miteinander verbunden werden, eine definierte Anlage zwischen den beiden Bauteilen zum Verschweißen erzeugt. Durch das Gegeneinanderpressen der beiden Bauteile außerhalb des Fokus des Laserstrahls wird bei hinreichend ebenen bzw. dicken bzw. steifen Bauteilen sichergestellt, dass ein genügend großer Fügebereich bzw. genügend Schmelze erzeugt wird, die die beiden Bauteile miteinander ver- bindet.
Vorteile der Erfindung
Das Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile mittels einer Laserschweißnaht mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es insbesondere bei eine relativ geringe Dicke aufweisenden Leitungsträgern als erstem Bauteil einen stabilen Schweißprozess ermöglicht, sodass dieser insbesondere in großserien- technischen Anwendungen vorteilhaft einsetzbar ist. Gemeint sind hierbei insbe- sondere Anwendungen in der Elektronik, wie bei der Herstellung von Steuergerä- ten oder ähnlichem, z.B. im Kfz-Bereich, oder aber bei der Herstellung von aus einer Vielzahl von relativ dünnen Schichten bestehenden Batterien, wobei die Schichten miteinander verbunden werden müssen.
Hintergrund dafür ist, dass in der Elektronik vielfach dünne Leitungsträger in Form von Flexfolien oder ähnliches im Bereich von wenigen Mikrometern bis zu mehreren 10pm auf ein Substrat (Leiterplatte, Stanzgitter usw.) mit einer typi- schen Dicke zwischen 30pm bis 3000pm gefügt werden müssen. Auch gibt es Anwendungsfälle bei der Fertigung von Batterien, bei denen mehrere Batteriefo- lien mit relativ geringer Dicke als Stapel gefügt und miteinander verbunden wer- den müssen. Als Werkstoff für die zunächst genannten (dünnen) Leitungsträger kommt üblicherweise Kupfer in Frage. Dabei ist es wichtig, dass beim Fügen bzw. Verschweißen eines derartigen dünnen Leitungsträgers mit dem Substrat oder einem anderen Leitungsträger der Leitungsträger möglichst spaltfrei auf dem Substrat bzw. dem zweiten Bauteil aufliegt, um einen stabilen Prozess und eine zuverlässige Verbindung zwischen den beiden Bauteilen zu erreichen. Als problematisch könnte es sich dabei erweisen, dass bei der Verwendung einer re- lativ dünnen Folie bzw. eines relativ dünnen Leitungsträgers dieser durch den Laserstrahl erwärmt wird und infolge der thermischen Dehnung in Richtung vom zweiten Bauteil weg ausbeult. Dies könnte insbesondere durch die geringe ther- mische Masse und die geringe Steifigkeit des dünnen Leitungsträger begünstigt sein. Dadurch könnte zwischen den beiden zu verbindenden Bauteilen im Füge- bereich ein Spalt entstehen, der nicht mehr durch die gebildete Schmelze über- brückt werden kann. Doch selbst wenn noch Schmelze den Spalt überbrücken kann, könnte die Verbindung oftmals nicht reproduzierbar hergestellt werden. Weiterhin ist zu erwähnen, dass derartige Schwankungen hinsichtlich des Spalts zwischen den beiden Bauteilen auch zu einer schwankenden Wärmeeinbringung in das zweite Bauteil bzw. in das Substrat führen könnte.
Daher schlägt es die Lehre der Erfindung vor, dass ein erstes Bauteil mit insbe- sondere einer Dicke im Fügebereich zwischen 5pm und 500pm, vorzugsweise einer Dicke von weniger als 100pm, sowie vorzugsweise einer horizontalen Er- streckung bzw. Breite in einer Richtung im Fügebereich zwischen 0,5mm und 20mm verwendet wird, dass die Spanneinrichtung das erste Bauteil an wenigs- tens einer Stelle punktuell oder linienförmig gegen das zweite Bauteil drückt bzw. kraftbeaufschlagt, dass die beiden Bauteile und der Laserstrahl zur Ausbildung einer Laserschweißnaht relativ zueinander bewegt werden, und dass der Laser- strahl bzw. die Bauteile von einer Stelle, an der die Spanneinrichtung das erste Bauteil gegen das zweite Bauteil kraftbeaufschlagt, im Verlauf des Schweißpro- zesses weg bewegt wird/werden.
Zusammengefasst nutzt die Lehre der Erfindung einen an sich als nachteilhaft angesehenen Effekt der thermischen Dehnung des ersten Bauteils für sich vor- teilhaft aus, indem durch die angesprochene Spanneinrichtung bzw. Andrückein- richtung in Verbindung mit einer angepassten Prozessführung die Eigenschaften des ersten Bauteils insofern ausgenutzt werden, als dass das erste Bauteil nur punktuell und damit nur sehr lokal gegen das zweite Bauteil gedrückt bzw. ge- spannt wird. Der Schweißprozess startet dann vorzugsweise sehr nahe an dieser Andrückstelle, wo sichergestellt ist, dass der Fügespalt nahe Null oder deutlich unterhalb der Foliendicke liegt. Somit steht zum Prozessstart zum Verbinden der beiden Fügepartner bzw. Bauteile genügend Schmelze zur Verfügung. Weiterhin wird aufgrund der Relativbewegung zwischen dem Laserstrahl und den beiden Bauteilen von der Andrückstelle weg aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit der Werkstoffe ein sehr schnelles Erstarren der Schmelze im Schweißpunkt bewirkt, sodass das erste Bauteil gegen das zweite Bauteil infolge der erstarrten Schmel- ze selbst gespannt wird. Dies hat den Vorteil, dass der Laserstrahl bei der weite- ren Bewegung bzw. beim Aufschmelzen entlang des ersten Bauteils immer eine nahezu spaltfreie Fügesituation zwischen den beiden Bauteilen vorfindet. Insbe- sondere legt sich dabei infolge der thermischen Dehnung und infolge des sich einstellenden Verzugs des ersten Bauteils im Vorlauf der Laserschweißnaht das erste Bauteil immer an den unteren Fügepartner bzw. das zweite Bauteil an und sorgt für einen geringen Spalt. Dieser Effekt entsteht dadurch, dass sich das ers- te Bauteil, das bereits punktuell am Startpunkt festgeschweißt ist, sich thermisch ausdehnt und dadurch seine Länge ändert. Dadurch, dass die thermische Deh- nung des ersten Bauteils nicht durch ein Spannmittel gehindert ist, führt die Län- genänderung bzw. thermische Dehnung zu einem geometrischen Verzug der Fo- lie bzw. des ersten Bauteils, der in einem ersten Schritt dazu führt, dass sich die Folie bzw. das erste Bauteil absenkt und an den unteren Fügepartner bzw. das zweite Bauteil anlegt und somit den Fügespalt schließt. Beim Abkühlen des ers- ten Bauteils, beispielsweise hinter der Schmelze im erstarrten Nahtbereich, wölbt sich das erste Bauteil durch den Verzug, der beim Abkühlen entsteht, typischer- weise nach oben. Dieser Verzug ist für den Schweißprozess aber nicht mehr re- levant. Um diesen beschriebenen Effekt vorteilhaft zu nutzen, ist es besonders vorteilhaft, wenn das erste Bauteil an seiner Oberseite eine höhere Temperatur aufweist als an seiner Unterseite (in Bezug zum zweiten Bauteil) und wenn das erste Bauteil eine geringe Steifigkeit aufweist. Vor diesem Hintergrund sind die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 vorgegebenen bevorzugten Dimensionie- rungen hinsichtlich der Dicke bzw. horizontalen Erstreckung des ersten Bauteils zu verstehen.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden zweier Bauteile mittels einer Laserschweißnaht sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Neben der angesprochenen Dicke bzw. Breite des ersten Bauteils im Fügebe- reich ist insbesondere der Fokusdurchmesser des Laserstrahls ein wichtiger Pa- rameter, da durch diesen der Wärmeeintrag in die Bauteile beeinflusst wird. Ist der Fokusdurchmesser zu klein oder das erste Bauteil beispielsweise zu breit oder zu dick, das bedeutet, dass die Steifigkeit des ersten Bauteils relativ hoch ist, so reicht der sich einstellende thermische Verzug des ersten Bauteils bei- spielsweise nicht aus, um das erste Bauteil infolge der thermischen Dehnung in Richtung des unteren Fügepartners bzw. das zweite Bauteil zu bewegen. Vor diesem Hintergrund hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Fo- kusdurchmesser des Laserstrahls bei der beanspruchten Dimensionierung des ersten Bauteils im Bereich des ersten Bauteils zwischen 50pm und 1000pm, vor- zugsweise zwischen 200pm und 600pm beträgt.
Zusätzlich zum beanspruchten Fokusdurchmesser ist es selbstverständlich auch wichtig, den Schweißvorschub bzw. die Schweißgeschwindigkeit und die Laser- leistung auf die Dimensionierung des ersten Bauteils abzustimmen, um den an- gesprochenen Effekt der thermischen Dehnung vorteilhaft zu nutzen.
Besonders vorteilhaft ist darüber hinaus ein Verfahren, bei dem der Laserstrahl zumindest bei Beginn des Schweißprozesses eine Wellenlänge im sichtbaren Licht, insbesondere mit einer Wellenlänge von weniger 10OOnm aufweist, und dass das Schweißen im Wärmeleitungsschweißen erfolgt. Insbesondere im Zu- sammenhang bei ersten Bauteilen, bei denen das Material des ersten Bauteils Kupfer oder Aluminium enthält und die Wellenlänge im grünen oder blauen Wel- lenlängenbereich gewählt wird, stellt sich dadurch eine besonders hohe Absorp- tion der Wärme in die Bauteile, insbesondere in das erste Bauteil, ein. Dies wie- derum hat zur Folge, dass im Rahmen des sogenannten Wärmeleitungsschwei- ßens, das sich durch kleine Einschweißtiefen auszeichnet, sehr wenige Spritzer ergeben, was insbesondere bei Anwendungen in der Elektronikfertigung als be- sonders vorteilhaft angesehen wird. Im Gegensatz dazu stellt sich bei dem soge- nannten Tiefschweißprozess, bei dem relativ große Einschweißtiefen erzeugt werden, ein deutlich spritzerbehafteter Schweißprozess ein. Im Zusammenhang mit dem relativ großen beanspruchten Fokusdurchmesser und der angesproche- nen Wellenlänge im grünen oder blauen sichtbaren Licht ist daher die Absorption der Wärme in die Bauteile optimiert bzw. erhöht. Im Gegensatz dazu müssten beispielsweise bei Infrarotlasern, die sich typischerweise durch eine Wellenlänge von mehr als 1000nm auszeichnen, aufgrund der geringen Absorption kleine Fo- kusdurchmesser benutzt werden, um die notwendige Intensität für den Schweiß- prozess zu erreichen. Dieser kleine Fokusdurchmesser führt dann jedoch wiede- rum zu dem angesprochenen Tiefschweißverfahren bzw. zu einem spritzerbehaf- teten Schweißprozess.
Die Erfindung soll jedoch nicht auf das angesprochene Wärmeleitungsschweißen begrenzt sein. Vielmehr ist es auch denkbar, dass nach dem Ausbilden eines Teils der Schweißnaht im Wärmeleitungsschweißen durch den Laserstrahl ein Tiefschweißprozess durchführt wird. Dieser Wechsel von dem Wärmeleitungs- schweißen zum Tiefschweißprozess kann beispielsweise durch ein sogenanntes Auframpen der Laserleistung oder durch eine prozessangepasste Leistungsver- teilung über die Schweißnahtlänge begünstigt werden. Hierzu ist es vorgesehen, dass die Laserleistung zeitlich während des Prozessverlaufs variiert, insbesonde- re erhöht wird. Damit kann auch die Prozessführung, insbesondere wenn es zu einer Wärmeakkumulation im ersten Bauteil kommt, positiv beeinflusst werden.
Es ist auch denkbar, dass über den Prozessverlauf die Laserleistung so ange- passt bzw. moduliert wird, dass mehrmals zwischen dem Wärmeleitungsschwei- ßen und dem Tiefschweißen gewechselt wird. Dies kann zum Beispiel durch ei- nen sinusförmigen Leistungsverlauf (oder einen anders ausgebildeten Leistungs- verlauf) für den Laserstrahl erfolgen. Ein weiteres bevorzugtes Verfahren sieht vor, dass vor der Relativbewegung zwischen dem Laserstrahl und den Bauteilen der Laserstrahl zu Beginn des Schweißprozesses eine bestimmte Zeitdauer ortsfest auf die Bauteile einwirkt. Dadurch ist sichergestellt, dass zunächst eine punktartige Schweißverbindung entsteht, und dass durch die Wärmeeinleitung auch in Richtung der noch zu er- zeugenden Schweißnaht dieser Bereich bereits vorerwärmt wird. Somit lässt sich insgesamt gesehen eine homogene Schweißnaht erzielen.
Insbesondere zur Erzielung einer homogen Schweißnaht kann es auch vorgese- hen sein, dass die Vorschubgeschwindigkeit bzw. die Relativgeschwindigkeit des Laserstrahls zu den Bauteilen während des Schweißprozesses variiert wird. So ist es ggf. möglich, die Schweißgeschwindigkeit im Laufe des Schweißprozesses zu erhöhen, da aufgrund der bereits erzeugten Verschweißung ein zunehmender Wärmeeintrag in die Bauteile auch in die Bereiche erfolgt, in die anschließend die Schweißnaht erzeugt werden soll.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der Fokusdurchmesser des Laserstrahls während des Schweißprozesses variiert wird. Dies kann beispielsweise mit einer entsprechenden Laseroptik erfolgen. Beispielsweise kann es besonders vorteilhaft sein, den Schweißprozess mit ei- nem kleinen Fokusdurchmesser zu starten, um dadurch eine höhere Energie- dichte bzw. bessere Einkoppelbedingungen in die Bauteile zu erzielen, und dann den Fokusdurchmesser zum Erreichen größerer Nahtquerschnitte entlang der Schweißnaht zu vergrößern.
Das Erzeugen einer Schweißnaht kann entweder durch einen kontinuierlich auf die Bauteile einwirkenden Laserstrahl erfolgen, oder aber durch gepulste (Ein- zel)Schweißpunkte, die sich beispielsweise teilweise überlappen. Bei der Erzeu- gung von Schweißpunkten bzw. dem gepulsten Prozess ist die Pulsform ent- sprechend anzupassen, damit sich das erste Bauteil infolge der thermischen Dehnung an den unteren Fügepartner bzw. das zweite Bauteil anlegt und dann der Schweißpunkt und die Aufschmelzung erzeugt wird. Dabei ist der räumliche Abstand der Einzelpulse sowie der zeitliche Abstand der Pulse entsprechend den geometrischen Gegebenheiten der beiden Bauteile anzupassen. Grundsätzlich ist es möglich, dass nach dem Ausbilden eines ersten Schweiß- punktes bzw. einer ersten Teilschweißnaht zwischen den beiden Bauteilen die Spanneinrichtung entfernt werden kann, da die bereits erzeugte Schweißnaht bzw. der bereits erzeugte Schweißpunkt als Spannmittel zwischen den Bauteilen fungiert und das erste Bauteil an seiner Position hält.
Auch kann die Form der Schweißnähte in vielfältiger Art und Weise, je nach An- wendungsfall, gewählt werden. In einer ersten Ausführungsform kann es vorge- sehen sein, dass die Laserschweißnaht aus mehreren Teilschweißnähten gebil det wird, die sich zumindest in einem Punkt überlappen. Alternativ ist es auch denkbar, dass die Laserschweißnaht aus mehreren Teilschweißnähten gebildet wird, die vorzugsweise entlang einer Linie angeordnet sind, wobei zwischen zwei benachbarten Teilschweißnähten ein schweißfreier Bereich bzw. ein Abstand ausgebildet wird. Weiterhin kann es zum Ausbilden einer Laserschweißnaht vor- gesehen sein, dass entlang der auszubildenden Laserschweißnaht vorab Punkt- schweißverbindungen erzeugt werden. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft genutzt werden, wenn längere Schweißnähte ausgebildet werden sollen. Dabei kann es nämlich ansonsten dazu kommen, dass durch Prozessschwankungen entlang der Schweißnaht sogenannte Nahtunterbrechungen auftreten, und die erfindungsgemäß vorgesehene Selbstfixierung des ersten Bauteils durch die be- stehende und erstarrte Schweißnaht verlorengeht. Um diese Auswirkung der Nahtunterbrechungen bei längeren Schweißnähten zu reduzieren, wird die ange- sprochene Punktschweißstrategie bzw. Heftpunktstrategie angewandt. Dabei werden lokal kleine Heft- bzw. Schweißpunkte gesetzt und die Schweißnaht in Segmente aufgeteilt, wobei jedes Teilsegment immer auf einem der Schweiß- punkte startet. Dadurch ist sichergestellt, dass Nahtaussetzer, wenn diese lokal auftreten sollten, nur einen Teil des jeweiligen Nahtsegments beeinflussen.
Weiterhin umfasst die Erfindung einen Bauteileverbund, der nach einem soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. Dieser Bau- teileverbund zeichnet sich dadurch aus, dass das erste Bauteil ein Leitungsträger in Form einer Flexfolie oder ähnlichem oder einer Batterieschicht und das zweite Bauteil ein Substrat oder eine Batteriefolie ist. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
Diese zeigt in:
Fig. 1
bis
Fig. 3 in jeweils perspektivischer Darstellung unterschiedlich ausgestalte- te Spanneinrichtungen zum Spannen eines ersten, folienartigen Bauteils gegen die Oberseite eines zweiten Bauteils,
Fig. 4 einen Längsschnitt während der Bildung einer Laserstrahl- schweißnaht,
Fig. 5 ein Detail der Fig. 4 in vergrößerter Darstellung,
Fig. 6 einen Querschnitt durch den Bereich der Laserschweißnaht ge- mäß der Fig. 4 und 5,
Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine aus mehreren Einzelschweißpunk- ten erzeugte Laserstrahlschweißnaht,
Fig. 8
bis
Fig. 12 jeweils in Draufsicht unterschiedlich ausgebildete Laserstrahl- schweißnähte,
Fig. 13
und
Fig. 14 jeweils in Draufsicht die Ausbildung einer aus mehreren Teil- schweißnähten gebildeten Laserstrahlschweißnaht,
Fig. 15 in Draufsicht eine modifizierte Spanneinrichtung,
Fig. 16 eine Seiteneinsicht der Spanneinrichtung gemäß Fig. 15 und Fig. 17 eine mittels der Spanneinrichtung gemäß Fig. 15 und 16 erzeugte kreisförmige Schweißnaht in Draufsicht.
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
In den Fig. 1 bis 3 ist jeweils ein aus zwei Bauteilen 1 , 2 bestehender Bauteile- verbund 100 gezeigt, der durch Ausbilden einer lediglich in der Fig. 3 vollständig dargestellten Laserschweißnaht 5 durch Verbinden der beiden Bauteile 1 , 2 aus- gebildet wird. Bei dem ersten Bauteil 1 handelt es sich zum Beispiel um eine Fo- lie 6, die aus einem elektrisch leitenden Material besteht, d.h., beispielsweise Kupfer, Aluminium, Gold, Silber oder ähnliches enthält. Weiterhin weist das erste Bauteil 1 bzw. die Folie 6 eine relativ geringe Steifigkeit auf. Hierzu trägt die Di- cke d der Folie 6 zumindest in dem Fügebereich 8, d.h. im Bereich der Laser- schweißnaht 5, in dem die beiden Bauteile 1 , 2 mittels der Laserschweißnaht 5 verbunden werden, zwischen 5pm und 500pm, vorzugsweise eine Dicke d von weniger als 100pm. Weiterhin weist die Folie 6 in einer horizontal verlaufenden Ebene in einer Erstreckungsrichtung senkrecht zur Längsrichtung der Laser- schweißnaht 5 eine Breite b zwischen 0,5mm und 20mm auf.
Bei dem zweiten Bauteil 2 handelt es sich beispielhaft und nicht einschränkend um ein Substrat 9, wie eine Leiterplatte, einem keramischem Substrat mit Lei- terstrukturen oder ähnlichem. Weiterhin weist das zweite Bauteil 2 auf der dem ersten Bauteil 1 zugewandten Oberseite typischerweise eine metallische Be- schichtung auf, die in den Figuren nicht dargestellt ist. Das Ausbilden der Laser- schweißnaht 5 bewirkt ein Aufschmelzen sowohl des ersten Bauteils 1 , als auch des zweiten Bauteils 2 auf der dem ersten Bauteil 1 zugewandten Seite unter Ausbildung einer Schmelze 12. Nach dem Erstarren der Schmelze 12 bildet die se die Laserschweißnaht 5 aus.
In den Fig. 1 und 2 ist ein Startpunkt 14 des in der Fig. 3 dargestellten Laser- strahls 16 gezeigt, an dem der Laserstrahl 16 zu Beginn des Schweißprozesses zu den beiden Bauteilen 1 , 2 positioniert ist. In der Fig. 3 ist erkennbar, dass die Laserschweißnaht 5 beispielhaft als längliche Laserschweißnaht 5 ausgebildet ist, die sich ausgehend von dem Startpunkt 14 in Richtung des Pfeils 18 er- streckt. Hierzu ist es vorgesehen, dass der aus den beiden Bauteilen 1 , 2 beste- hende Verbund relativ zum Laserstrahl 16 bewegt wird. Dies kann entweder durch eine Relativbewegung der beiden Bauteile 1 , 2 zu einem ortsfesten ausge- richteten Laserstrahl 16 erfolgen, oder aber bevorzugt durch eine Bewegung des Laserstrahls 16 entlang der Oberfläche der beiden Bauteile 1 , 2 durch eine ent- sprechende Laseroptik oder ähnlichem.
Um zu gewährleisten, dass im Bereich des Startpunkts 14 zu Beginn des Laser- strahlschweißprozesses der Abstand zwischen den beiden Bauteilen 1 , 2 derart gering ist, dass beim Bilden der Schmelze 12 auch Material des zweiten Bauteils 2 aufgeschmolzen bzw. in flüssiger Form vorliegt, findet eine in den Fig. 1 bis 3 abschnittsweise gezeigte Spanneinrichtung 10, 10a, 10b Verwendung. Bei der Ausführungsform gemäß der Fig. 1 weist die Spanneinrichtung 10 auf der dem ersten Bauteil 1 zugewandten Seite drei fingerähnliche Elemente 20 bis 22 auf, die zur Oberfläche des Bauteils 1 den gleichen Abstand aufweisen, sodass mit- tels der Spanneinrichtung 10 das erste Bauteil 1 bzw. die Folie 6 im Bereich der Elemente 20 bis 22 gegen die Oberfläche des (vorzugsweise ebenen) Bauteils 2 gedrückt bzw. kraftbeaufschlagt ist. Darüber hinaus wird erwähnt, dass zur exak- ten Positionierung der Spanneinrichtung 10, 10a, 10b diese auf nicht gezeigte Art und Weise in den drei Raumachsen relativ zu den Bauteilen 1 und 2 beweglich angeordnet ist.
Wesentlich bei der Anordnung der Elemente 20 bis 22 der Spanneinrichtung 10 zu dem Startpunkt 14 des Laserstrahls 16 ist, dass der Abstand bzw. die horizon- tale Entfernung der Anlagepunkte der Elemente 20 bis 22 auf dem ersten Bauteil 1 bzw. der Folie 6 in relativ gering zum Startpunkt 14 erfolgt, sodass sicherge- stellt ist, dass im Bereich des Startpunkts 14 das erste Bauteil 1 auf dem zweiten Bauteil 2 aufliegt oder aber ein derartig geringer Spalt ausgebildet ist, dass beim Aufschmelzen des Materials des ersten Bauteils 1 die Schmelze 12 bzw. der La- serstrahl 16 in Wirkverbindung mit der Oberfläche des zweiten Bauteils 2 ge- langt, um dieses ebenfalls bereichsweise auf- bzw. anzuschmelzen.
In der Fig. 2 weist die Spanneinrichtung 10a lediglich ein einziges Element 23 auf, das prinzipiell entsprechend der Elemente 20 bis 22 der Spanneinrichtung 10 ausgebildet ist. Die in der Fig. 3 dargestellte Spanneinrichtung 10b weist demgegenüber ein plat tenförmiges Element 24 auf, das auf der dem ersten Bauteil 1 zugewandten Seite einen linienförmigen Anlagebereich 26 an dem ersten Bauteil 1 bzw. der Folie 6 ausbildet.
Wesentlich für den Laserschweißprozess ist es, dass die Bewegung des Laser- strahls 16 relativ zu den Bauteilen 1 , 2, ausgehend von dem Startpunkt 14, in ei- ne von den Elementen 20 bis 24 abgewandte Richtung erfolgt, was in den Fig. 1 bis 3 jeweils durch den Pfeil 18 verdeutlicht sein soll.
In den Fig. 4 bis 6 ist die Laserschweißnaht 5 während des Schweißprozesses näher dargestellt. Insbesondere erkennt man in der Fig. 4, dass eine Längsachse 28 des Laserstrahls 16 senkrecht zur Oberfläche der beiden Bauteile 1 , 2 ver- läuft. Weiterhin ist anhand der Fig. 5 ein Fokusdurchmesser D des Laserstrahls 16 erkennbar, der im Bereich der Oberfläche des ersten Bauteils 1 bzw. der Folie 6 zwischen 50pm und 1000pm, vorzugsweise zwischen 200pm und 600pm be- trägt.
In der Fig. 5 ist darüber hinaus erkennbar, dass in einem Bereich 30, in dem die beiden Bauteile 1 , 2 noch nicht miteinander verschweißt sind, das obere Bauteil 1 bzw. die Folie 6 infolge des Wärmeeintrags durch den Laserstrahl 16 thermisch gedehnt wird, was zur Folge hat, dass sich das Material des ersten Bauteils 1 bzw. der Folie 6 in Richtung der Oberfläche des zweiten Bauteils 2 bewegt, was durch die Pfeile 31 und 32 verdeutlicht sein soll. Dieser Effekt lässt sich insbe- sondere dadurch erklären, dass die Temperatur an der Oberseite des ersten Bauteils 1 bzw. der Folie 6, d.h. auf der dem zweiten Bauteil 2 abgewandten Sei- te höher ist als auf der dem zweiten Bauteil 2 zugewandten Seite. In der Fig. 6 ist darüber hinaus verdeutlicht, dass das Material des zweiten Bauteils 2 zum Aus- bilden der Laserschweißnaht 5 bereichsweise aufgeschmolzen und erstarrt ist.
In der Fig. 7 ist dargestellt, dass es zum Ausbilden der Laserschweißnaht 5 auch möglich ist, anstelle eines kontinuierlichen Laserstrahls 16 einen gepulsten La- serstrahl 16 zu verwenden. Dabei werden zwei Schweißpunkte 34, 36 erzeugt, die in horizontaler Richtung nebeneinander angeordnet sind, vorzusgweise der- art, dass ein überlappender Bereich 38 entsteht, der die beiden Schweißpunkte 34, 36 miteinander verbindet. Durch eine entsprechende Anzahl von Punkt- Schweißverbindungen bzw. Schweißpunkten 34, 36 lässt sich somit eine längli- che, durchgehende Laserschweißnaht 5 erzeugen.
Ergänzend wird erwähnt, dass im Gegensatz zum gerade beschriebenen klassi- schen Pulsschweißen ein gepulster Laserstrahl 16 (innerhalb seiner typischen Pulsdauer zwischen 1 ms und 50ms) durch Relativbewegung zu den Bauteilen 1 ,
2 eine Schweißnaht erzeugen kann.
In den Fig. 8 bis 12 sind unterschiedliche Anordnungen bzw. Formen von Schweißnähten dargestellt. In der Fig. 8 werden zur Verbindung der beiden Bau- teile 1 , 2 zwei Laserschweißnähte 5a, 5b verwendet, die örtlich voneinander ge- trennt angeordnet sind. Weiterhin zeichnen sich die beiden Laserschweißnähte 5a und 5b durch Startpunkte 14a, 14b aus. Während die Laserschweißnaht 5a aus drei, in etwa geradlinig ausgebildeten Teilabschnitten 40 bis 42 besteht, ist die Laserschweißnaht 5b in Wellenform ausgebildet.
Auch in der Fig. 9 werden zwei Laserschweißnähte 5c, 5d mit jeweils einem Startpunkt 14c, 14d erzeugt. Während die Laserschweißnaht 5c kreisförmig aus- gebildet ist, ist die Laserschweißnaht 5d in Form einer liegenden Acht ausgebil- det, wobei der Startpunkt 14d im Kreuzungspunkt der beiden kreisförmigen Teil- elemente liegt.
In der Fig. 10 ist eine Laserschweißnaht 5e mit einem Startpunkt 14e gezeigt, der in Form eines„E“ ausgebildet ist. Die Laserschweißnaht 5e weist dabei drei Ab- schnitte 44 bis 46 auf, die jeweils von einem gemeinsamen Startpunkt 14e aus erzeugt werden.
Die in der Fig. 11 dargestellte Laserschweißnaht 5f besteht ebenfalls aus drei Abschnitten 48 bis 50 mit jeweils einem Startpunkt 14f, 14g, 14h, die voneinan- der getrennt angeordnet sind. Während der Abschnitt 48 geradlinig ausgebildet ist und beispielhaft als erster Abschnitt 48 von dem Startpunkt 14f aus erzeugt wird, wird der zweite Abschnitt 49 ausgehend von dem Startpunkt 14g ausgebil- det. Zuletzt wird der dritte Abschnitt 50 von dem Startpunkt 14h aus erzeugt.
In der Fig. 12 sind insgesamt vier Laserschweißnähte 5h bis 5k gezeigt, die pa- rallel zueinander verlaufen und jeweils dieselbe Länge bzw. Erstreckung in deren Haupterstreckungsrichtung aufweisen. Dabei ist zwischen den beiden Laser- schweißnähten 5h und 5i sowie 5j und 5k jeweils ein relativ geringen Abstand zueinander ausgebildet. Während die beiden Laserschweißnähte 5h und 5i von jeweils gegenüberliegend angeordneten Startpunkten 55 und 56 erzeugt werden, liegen die beiden Startpunkte 57 und 58 der beiden Schweißnähte 5j und 5k un- mittelbar nebeneinander auf einer gemeinsamen Seite.
In den Fig. 13 und 14 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem entspre- chend der Fig. 14 drei Laserschweißnähte 5I, 5m und 5n zur Ausbildung der La- serschweißnaht 5 dienen, die fluchtend entlang einer gedachten Linie zueinander angeordnet sind, wobei zwischen den Laserschweißnähten 5m und 5m sowie 5m und 5n jeweils ein Bereich ohne Verschweißung ausgebildet ist. Die drei Laser- schweißnähte 5I bis 5n werden von einem Startpunkt 65 bis 67 aus erzeugt, wo bei entsprechend der Fig. 13 eine Spanneinrichtung 10c verwendet werden kann, das beispielhaft drei fingerartige Elemente 63 entsprechend der Spanneinrich- tung 10a der Fig. 2 aufweist.
In der Fig. 17 ist eine in Draufsicht rund ausgebildete Laserschweißnaht 5o dar- gestellt, die unter Zuhilfenahme einer in den Fig. 15 und 16 erkennbaren Span- neinrichtung 10d erzeugt wird. Die Spanneinrichtung 10d weist einen ringförmi- gen Außenkörper 71 auf, von dem aus radial nach innen drei Elemente 73 ragen, die dazu ausgebildet sind, in Anlagekontakt mit dem nicht dargestellten ersten Bauteil 1 gebracht zu werden. Nahe dem Aufsetzpunkt der Elemente 73 auf dem ersten Bauteil 1 bzw. der Folie 6 erfolgt entsprechend der Darstellung der Fig. 17 ein Anheften des ersten Bauteils 1 an dem zweiten Bauteil 2 im Bereich von Schweißpunkten 75 bis 77.
Die soweit beschriebenen Verfahren zum Ausbilden des Bauteileverbunds 100 zwischen den beiden Bauteilen 1 und 2 sowie der Bauteileverbund 100 können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfin- dungsgedanken abzuweichen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile (1 , 2) mittels einer Laserschweiß- naht (5; 5a bis 5o), wobei die beiden Bauteile (1 , 2) in einem Fügebereich (8) übereinander angeordnet werden, wobei mittels einer Spanneinrichtung (10; 10a bis 10d) das erste Bauteil (1 ) in Richtung des zweiten Bauteils (2) kraft- beaufschlagt wird, wobei ein Laserstrahl (16) auf der dem zweiten Bauteil (2) abgewandten Seite auf das erste Bauteil (1 ) auftrifft und Material der beiden Bauteile (1 , 2) zumindest mittelbar aufschmelzt, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Bauteil (1 ) mit insbesondere einer Dicke (d) im Fügebereich (8) zwischen 5pm und 500pm, vorzugsweise einer Dicke (d) von weniger als 100pm, sowie vorzugsweise einer horizontalen Erstreckung bzw. einer Breite (b) im Fügebereich (8) zwischen 0,5mm und 20mm verwendet wird, dass die Spanneinrichtung (10; 10a bis 10d) das erste Bauteil (1 ) an wenigstens einer Stelle punktuell oder linienförmig gegen das zweite Bauteil (2) kraftbeauf- schlagt, dass die beiden Bauteile (1 , 2) und der Laserstrahl (16) zur Ausbil- dung der Laserschweißnaht (5; 5a bis 5o) relativ zueinander bewegt werden, und dass der Laserstrahl (16) von einer Stelle, an der die Spanneinrichtung (10; 10a bis 10d) das erste Bauteil (1 ) gegen das zweite Bauteil (2) kraftbe- aufschlagt, im Verlauf des Schweißprozesses wegbewegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Fokusdurchmesser (D) des Laserstrahls (16) im Bereich des ersten Bauteils (1 ) zwischen 50pm und 1000pm, vorzugsweise zwischen 200pm und 600pm beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Laserstrahl (16) zumindest bei Beginn des Schweißprozesses eine Wellenlänge im sichtbaren Licht, insbesondere eine Wellenlänge kleiner 1000nm aufweist, und dass das Schweißen durch Wärmeleitungsschweißen erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Material des ersten Bauteils (1 ) Kupfer, Aluminium, Silber oder Gold aufweist, und dass die Wellenlänge des Laserstrahls (16) im grünen oder blauen Wellenlängenbereich liegt.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass nach dem Ausbilden eines Teils der Laserschweißnaht (5; 5a bis 5o) durch Wärmeleitungsschweißen der Laserstrahl (16) einen Tiefschweißpro- zeß ausführt.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Laserleistung zeilich über den Prozessverlauf variiert, insbesondere erhöht wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass vor der Bewegung des Laserstrahls (16) relativ zu den beiden Bautei- len (1 , 2) dieser zu Beginn des Schweißprozesses eine bestimmte Zeitdauer ortsfest auf die Bauteile (1 , 2) einwirkt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Laserstrahl (16) und den Bauteilen (1 , 2) während des Schweißprozesses variiert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Fokusdurchmesser (D) des Laserstrahls (16) während des
Schweißprozesses variiert wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Laserschweißnaht (5) durch gepulste Schweißpunkte (34, 36) er- zeugt wird, die sich teilweise überlappen.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Laserschweißnaht (5e; 5f) aus mehreren Abschnitten (44 bis 46; 48 bis 50) gebildet wird, die sich zumindest in einem Punkt überlappen.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Laserschweißnaht (5; 5h; 5i) aus mehreren Teilschweißnähten ge- bildet wird, die vorzugsweise entlang einer Linie angeordnet sind, wobei zwi- schen zwei benachbarten Teilschweißnähten ein Abstand ausgebildet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass vor dem Ausbilden der Laserschweißnaht (5o) im Bereich der auszubil- denden Laserschweißnaht (5o) vorab Schweißpunkte (75 bis 77) erzeugt werden.
14. Bauteileverbund (100), hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Bauteil (1 ) ein Leitungsträger in Form einer Flexfolie (6), o.ä. oder einer Batterieschicht und das zweite Bauteil (2) ein Substrat (9) oder eine Batteriefolie ist.
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