Mit gutem Bonding unterwegs
Neues Laserstrahl-Bondverfahren erhöht die Zuverlässigkeit von elektrischen Verbindungen in E-Fahrzeugen.
In leistungselektronischen Systemen stellen Bondverbindungen die zentrale elektrische Verbindung zwischen allen Anschlussflächen her. Diese Bondverbindungen sind von zentraler Bedeutung für die Zuverlässigkeit und Einsatzbereitschaft des Antriebs von Elektrofahrzeugen, und gestalten somit maßgeblich die Elektrifizierung von Automobilen. Den Partnern des Verbundprojekts RoBE (Robustheit für Bonds in E-Fahrzeugen) ist es gelungen, die Lebensdauer von Bondverbindungen zuverlässig zu prognostizieren. Zudem haben sie ein alternatives Bondverfahren entwickelt, welches nun einsatzbereit ist. Als eigentlicher Fügeprozess dient hierbei das Laserstrahlmikroschweißen.
Abb.: Bondkopf mit Laserstrahlführung (Bild: Fraunhofer ILT)
Insbesondere für Kupferwerkstoffe eröffnet somit mehr Möglichkeiten für den Einsatz der Bondtechnologie. Basierend auf dem Einsatz moderner Laserstrahlquellen mit einer sehr guten Strahlqualität können Kupfer- und Aluminiumwerkstoffe sehr präzise und reproduzierbar gefügt werden. Zusätzlich zum Design der Anbindungszone von Drähten und Bändchen erweitert dies den Laserprozess um einen Oszillationsschweißprozess, welcher erhöhte Anbindungskräfte im Vergleich zum Fügen ohne Oszillation erreicht. Im Gegensatz zum herkömmlichen Bonden sind Oberflächengüte und Reinigungsprozesse weniger anspruchsvoll. Zudem wird durch diesen Prozess eine größere Unabhängigkeit vom Unterbau und Schwingungsverhalten des Werkstücks erreicht.
Zur Kombination des Laserstrahlbondens mit der bekannten Bondtechnologie rüsteten die Forscher einen herkömmlichen Bonder um. Dieser erlaubt nun das Fügen mittels Laserstrahlung. Der primäre Einsatzbereich dieser Anlage liegt im Bereich des Bändchenbondens unter anderem auf DCB-Substraten und Kupferterminals in Gehäusen von Leistungselektronikmodulen. Auf der productronica 2013, der Internationalen Leitmesse für innovative Elektronikfertigung, präsentieren die Projektpartner in Halle B2, Stand 135, die Anlage „Laserbonder“ erstmals der Öffentlichkeit.
Die Erweiterung der bestehenden Fügetechnologien und damit verbundene Designmöglichkeiten und Kostenabwägungen werden mit darüber entscheiden, ob sich Deutschland zu einem Leitanbieter für Elektromobilität entwickeln kann. Aus diesem Grund fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) dieses Verbundprojekt im Rahmen des Programms IKT 2020 im Themenfeld „Schlüsseltechnologien für die Elektromobilität (STROM)“ seit dem 1.8.2011 mit 4,96 Mio.
Euro.
Fraunhofer ILT / DE
