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| Abstract No.: |
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Scheduled at:
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Monday, September 19, 2022, TZ 4 und TZ 5 10:00 AM
Fügetechnik für die Elektromobilität I
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| Title: |
Feinkontaktierung thermisch empfindlicher Werkstoffe mittels kurzen Laserstrahlpulsen
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| Authors: |
Elie Haddad* / Fraunhofer Institut für Lasertechnik, Deutschland
Dr.-Ing. Alexander Olowinsky / Fraunhofer-Institut für Lasertechnik, Deutschland
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| Abstract: |
Im Bereich der Leistungselektronik wird eine zunehmende Miniaturisierung und Integration funktionaler Komponenten gefordert. Zur verlustarmen Übertragung der anfallenden Ströme werden Hochstromverbinder aus Kupfer oder Aluminium mit großen Querschnitten benötigt. Die bevorzugte Kontaktierungsmethode für diese Leistungselektronikbauteile basiert auf einer stoffschlüssigen Verbindung mit minimaler Wärmeeinflusszone. So lässt sich eine mechanisch und thermisch belastbare Verbindung generieren. Die elektrische Verbindungstechnik muss jedoch häufig auf thermisch und auch mechanisch empfindlichen Substraten wie beispielsweise Leiterplatten oder DCBs (Keramiken) erfolgen. Durch die hohe Wärmeleitfähigkeit der Kontaktwerkstoffe sind Standard-Schweißverbindungen in der Regel mit einem hohen Wärmeeintrag verbunden. Die Kontaktierung mit einem Laserstrahlschweißprozess erlaubt jedoch bei richtiger Wahl der Prozessparameter eine präzise Steuerung des Energieeintrags und der Einschweißtiefe mit minimaler Bauteilbelastung. Zurzeit werden Schweißverbindungen in der Hochleistungselektronik und Batterietechnik mit einem kontinuierlich emittierenden Singlemode-Faserlaser realisiert. Durch die hohen Intensitäten kann es bereits bei geringen Variationen der Ausgangsbedingungen, wie z.B. der Absorption zu schwankender Einschweißtiefe und einer thermischen Schädigung kommen. Ein neuartiger Ansatz zur besseren Kontrolle des Wärmeeintrags und zur Kontaktierung artfremder Werkstoffe ist die Verwendung von Nanosekunden-Strahlquellen. Dieser Strahlquellentyp wird derzeit überwiegend zum Materialabtrag wie Laserbohren, Lasergravieren, Laserschneiden oder für die Laserstrukturierung genutzt. Im Zuge dessen soll das Laserstrahlschweißen mit Nanosekunden-Strahlquellen untersucht werden und die Eignung dieser Strahlquellen für das Fügen von elektrischen Kontakten auf Materialien für die Leistungselektronik untersucht werden. Hierbei werden sowohl artgleiche als auch artungleiche Verbindungen untersucht. Referenzversuche mit einem Laser im Dauerbetrieb werden durchgeführt und die Schweißnähte werden nach typischen Merkmalen wie Oberflächenbeschaffenheit, Reproduzierbarkeit, mechanischer Stabilität und falls zutreffend der Bildung von intermetallischen Phasen verglichen. Eine Parameterstudie soll ebenfalls die Prozessfenster und Limitation des Prozesses mit dem Nanosekunden-gepulsten Faserlaser für die verschiedenen Werkstoffe definieren.
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