阅读说明：本技术 用于制造材料配合的激光接合连接的方法以及设备 (Method and device for producing a material-fit laser joining connection ) 是由 A.阿尔维斯贡萨尔维斯杜库拉尔 A.海德 B.雅尔斯德费尔 C.班特尔 E.施温特 F.金 于 2019-06-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及用于制造材料配合的激光接合连接的方法,其中在第一方法步骤中提供由铜构造的接合元件(2),在第二方法步骤中提供由铜构造的接触元件(3),和在第三方法步骤中,在绿色的激光辐射(1)的作用下,将所述接合元件(2)和所述接触元件(3)以结合的方式来相互连接。(The invention relates to a method for producing a laser-bonded, material-mating connection, wherein in a first method step a bonding element (2) made of copper is provided, in a second method step a contact element (3) made of copper is provided, and in a third method step the bonding element (2) and the contact element (3) are connected to one another in a bonded manner under the action of green laser radiation (1).)

用于制造材料配合的激光接合连接的方法以及设备

技术领域

本发明从一种根据独立权利要求的类型的用于制造材料配合的激光接合连接的方法出发。

本发明的主题也是一种用于构造激光接合连接的设备。

背景技术

原则上从现有技术中已知：用于借助接合连接来构造在第一接触元件和第二接触元件之间的导电连接的接合过程被划分为以下阶段：

1）制造在接合元件和第一接触元件之间的接合连接；

2）使接合元件变形；

3）制造在接合元件和与第一接触元件不同的第二接触元件之间的接合连接；和

4）在接合元件的并不位于第一接触元件和第二接触元件之间的位置将接合元件切断（Durchtrennung）。

在制造两个分别由铜构造的、借助激光焊接相互连接的元件的连接时尤其是得出如下问题：可能形成不可预期的飞溅物（Spritzer）。

此外，在这种铜与铜的连接情况下波动的焊入深度和/或高能量输入的要求是成问题的。

此外，在铜的加工过程中存在大量可能的过程不稳定性的问题并且也存在可能的能量输入耦合的小程度的问题。

发明内容

具有独立权利要求的特征的用于制造材料配合的激光接合连接的方法提供如下优点：能够将由铜构造的接合元件和由铜构造的接触元件可靠地相互连接，其中也能够减小现有技术的所提到的问题。

尤其是可能的是：与在由现有技术中已知的方法的情况下相比，能够在经提高的过程稳定性和更少的能量应用（Energieantrag）情况下借助激光结合过程（Laserfügeprozess）来构造在由铜构造的接合元件和由铜构造的接触元件之间的连接。

对此，根据本发明提供一种用于制造材料配合的激光接合连接的方法。

在此，在第一方法步骤中提供接合元件，该接合元件是由铜构造的或者由铜构造。

在此，在第二方法步骤中提供接触元件，该接触元件是由铜构造的或者由铜构造。

在此，在第三方法步骤中，在绿色的激光辐射作用下，将接合元件和接触元件以结合的方式来相互连接。

通过在从属权利要求中提及的措施，在独立权利要求中所说明的设备的有利的扩展方案和改善方案是可能的。

绿色的激光辐射应该在此处理解为如下激光辐射，所述激光辐射具有位于绿色光的波长范围内的波长，也即在约490nm和575nm之间的波长。在此特别优选的是532nm的绿色激光辐射的波长。

在此，绿色的激光辐射的应用提供特殊优点：能够构造热传导焊接（Wärmeleitungsschweißen）。

借助这种热传导焊接，能够形成由铜构造的接合元件和由铜构造的接触元件的可靠电接触。

热传导焊接在此区别于目前被构造用于铜与铜的连接的深度焊接方法（Tiefschweißverfahren）。

该深度焊接方法在此具有已经在开头提及的形成飞溅物的问题并且也具有已经在开头提及的在焊入深度方面的波动的问题。

热传导焊接可以在此克服这些问题并且因此可以借助根据本发明的方法来使激光接合也适合于在批量中的（in der Serie）铜与铜的连接。

由此例如在所述批量中可能的是：减小对由于形成飞溅物而不满足要求的部件的数目。此外也应该再次指出：能够减小在焊入深度方面的波动。

特别有利的是，在热传导焊接情况下能够免除蒸气毛细管的形成。

因此，由于缺少的蒸气毛细管而避免由于这种蒸气毛细管形成的过程不稳定性。

此外，绿色激光辐射的应用提供如下特殊优点：由此能够提高铜对于激光辐射的吸收。

为此，在此处也应注意:在激光接合连接的情况下应该表示借助激光接合所构造的连接，其中所述激光接合是组合方法，其中在所述组合方法的情况下借助激光结合过程或激光焊接过程来构造所述连接。

因此，激光接合例如区别于超声波接合，其中在所述超声波接合的情况下借助超声波结合过程来构造所述连接。

因此，在借助激光接合所实施的方法情况下此外得出不同的和新的应用可能性。

优选地，所述接合元件和接触元件非间接地或者说直接地（unmittelbar bzw.direkt）相互连接。

在此，接合元件和接触元件的非间接的或者说直接的相互连接应理解为：所述接合元件和接触元件非间接地或者说直接地在没有另一中间元件的情况下相互连接。

有利地，该接合元件具有垂直于接合元件的纵向来布置的横截面。

在此，该接合元件的横截面具有方形的、矩形的或圆形的形状。

因此可能的是：提供接合元件的能够适配于相应要求的不同实施方式。

也有利的是，接合元件具有垂直于接合元件的纵向来布置的宽度。

在此，接合元件的宽度具有小于5cm的值。

优选地，该接合元件的宽度具有小于1cm的值。尤其是，该接合元件的宽度具有小于0.5cm的值。

例如，该接合元件的宽度可以具有0.1cm的值。

在此，例如利用更大的横截面或更大的宽度而可能的是：在将接合元件使用在电池组模块中的情况下提供电流的足够传导。

根据本发明的有利方面，在第二方法步骤中提供的接触元件是电池组模块的电池组电池的电压分接头或者是电池组模块或功率电子装置的监控系统。

在此，电池组模块的监控系统例如应该理解为电路载体或电路板、例如由低温烧结陶瓷组成的或者也由高温烧结陶瓷组成的电路板。

因此，例如一方面可能的是,使电池组模块的电池组电池导电地串联和/或并联地相互连接。此外，例如另一方面可能的是，使电池组电池与电池组模块的监控系统导电连接。

总体上，利用根据本发明的方法在此可能的是：使电池组模块的电池组电池电接触和/或电池组模块的各个电池组电池相互导电连接，由此能够以灵活的方式将电池组电池接线成具有多个导电连接的电池组电池的电池组模块。

尤其是，这种电池组模块可以被用于车辆电池组。利用根据本发明的方法，在此因此可能的是，使由铜构造的接合元件以电和机械的方式以经提高的可靠性来与由铜构造的接触元件、诸如电池组模块的电路板以焊接地构造的方式来连接，其中所述电路板通常仅具有小的厚度。

尤其是，在此在第一方法步骤中所提供的接合元件具有第一末端和第二末端。

此外，在此第一末端可以与电池组电池的电压分接头以结合的方式连接并且第二末端可以与其他电池组电池的电压分接头以结合的方式连接。

因此在该电池组电池和所述其他电池组电池之间的导电连接是可能的。

此外，在此第一末端可以与电池组电池的电压分接头以结合的方式连接并且第二末端可以与电池组模块的监控系统以结合的方式连接。

因此电池组电池的电接触是可能的。

在此，接合元件、例如作为连续材料（Endlosmaterial）来被提供并且优选地在线圈上卷绕。

有利地，在第四方法步骤中，在制造接合元件与接触元件的连接之后，接合元件在并不与接触元件连接的位置处被切断。

因此可能的是，提供由连续材料组成的接合元件。

此外，本发明也涉及一种被构造用于制造激光接合连接的设备。

该设备在此具有第一容纳件（Aufnahme），该第一容纳件被构造用于引导由铜构造的接合元件。

该设备在此具有第二容纳件，该第二容纳件被构造用于容纳由铜构造的接触元件。

此外，该设备具有激光单元，该激光单元被构造用于形成绿色激光射束。

在此，第一容纳件和第二容纳件相对彼此移动地布置，以便实现：借助激光单元的绿色激光射束来构造接合元件和接触元件相互以结合的方式的连接。

附图说明

在附图中示出并且在接下来的描述中进一步阐述本发明的实施方式。其中：

图1示意性地示出热传导焊接方法的实施方案；和

图2示意性地示出深度焊接方法的实施方案。

具体实施方式

借助根据本发明的方法可能的是：由铜构造的接合元件和由铜构造的接触元件借助激光接合来以材料配合的方式连接。

对此，图1示意性地示出根据本发明的方法所基于的热传导焊接方法的实施方案。

在此，如已经描述的，激光焊接方法或激光结合方法被用于所述连接，其中所使用的激光射束的波长处于绿光的范围内并且特别优选地具有532nm的值。

图1中，在此应看出所使用的激光射束1。

此外，图2示出两个待相互连接的元件之一，也即要么接合元件2要么接触元件3。

激光射束1的作用在此如此选择，使得并不超出铜的蒸发温度。

这可以例如经由激光射束1的进给和功率组成的组合或者以激光射束1进行的照射的持续时间来实现。

自然也可能的是安置适合的温度调节装置，诸如将温度传感器安置在待连接的元件的表面上。

此外，也可以借助有针对性的聚焦来改变激光射束1的强度（Intensität）。

因此，避免铜的蒸发，这对于热传导焊接而言是决定性的。

此外，激光射束1的作用在此如此选择，使得铜材料局部地熔化。

在此，在图1中用附图标记41来表示如下熔化区（Schmelzzone）：在该熔化区中铜材料以流体形式存在，并且用附图标记42来表示如下熔化区：在该熔化区中铜材料以固体形式存在。

两个待相互连接的元件其中的在图1中并不能看出的第二元件在此这样布置，使得其单独地基于热传导、也称为传导（Konduktion）而局部地熔化，其中所述第二元件要么是接触元件要么是接合元件。

因此，这两个元件、也即接合元件和接触元件可以接下来相互连接。

为了确保用于连接这两个结合对象（Fügepartner）的足够面积，可以例如将更大面积相互连接或者在不同位置处构造多重连接点。

在此处还应注意：图1仅仅应该用于示意性地表示出热传导焊接。

对于焊缝的所形成的几何结构，可以使用每种任意的并且能够表示的形状。

图2示意性地示出从现有技术中已知的深度焊接方法。

在此也应看出接合元件20或接触元件30，作为所述两个待连接的元件之一。

在此情况下，借助激光射束10使待连接的元件局部地熔化。

由此，形成现在用附图标记410所表示的具有液体铜材料的熔化区和用附图标记420所表示的具有固体铜材料的熔化区。

由图1和图2的比较应明显看出，在热传导焊接的情况下，熔化区41和42明显构造得比在深度焊接情况下的熔化区410和420更小。

此外，图2也明显示出：形成所表现的蒸气毛细管50（ausgeprägteDampfkapillare），其可能导致过程不稳定性。

在此，蒸气毛细管50包括第一区域51，该第一区域部分地布置在待连接的元件之内并且包括通道，所述通道具有等离子体。

此外，蒸气毛细管50包括第二区域52，该第二区域可以表示为激光感生的等离子体。

此外，蒸气毛细管50包括第三区域53，在该第三区域中可以从蒸气毛细管5中流动金属蒸汽（Metalldampf）。

在这种方法中，与热传导焊接相比形成明显经提高的焊入深度。在此，对于多个材料、但是例如并不对于铜而言，由此出发：由于蒸气毛细管50引起的过程不稳定性是能够掌控的（beherrschbar）并且所产生的大的焊入深度因此作为优势而占优。

在此情况下，在此处还应再次提及：在图1中所示的热传导焊接情况下，并不形成蒸气毛细管并且因此能够减小这种过程不稳定性，其中所述热传导焊接能够利用根据本发明的方法来构造。

此外，如从图1和图2的比较中应看出的，焊入深度在热传导焊接的情况下也明显减小。由于在热传导焊接情况下的更小的焊入深度，也可以减少已经在开头视为问题的飞溅物的形成，其中所述焊入深度由此也能够以更恒定方式（konstanter）来构造。

总体上，可以利用热传导焊接因此形成在由铜构造的接合元件和由铜构造的接触元件之间的可靠连接。