Anlagentechnik und Prozessentwicklung zum kombinierten Laserstrahllöten und -schweißen elektrischer Leistungsverbinder.

The necessary increase of power densities in power electronic components requires larger and larger conductor cross-sections. Robust, precise and flexible joining processes are required for reliable joining of the used materials. If several joining techniques are used for the production of power electronics components, a separate system technology is required for each process. The “KomBond – Substrate-adapted combined laser beam brazing and welding of electrical power connectors for power electronics” is to aiming to develop a robust process for joining electronic components and printed circuit boards in power electronics. With this combination process, different temperature levels and material load limits of components and connectors with a common system technology, but individually adapted process parameters should be covered. For this purpose, the joining processes welding and brazing are combined in a common system approach to use a connector that can be both brazed and welded as joining material. The main technological challenges of this combined approach are, on one hand, the process-adapted control of the temporal and local energy deposition for both joining processes and the joining materials used without changing the optical system technology and the beam source and, on the other hand, the welding-related problem of the molten joining of materials with very different melting points. The main project results are presented in this paper. These include the design and construction of the system technology, definition and selection of the test materials, parameter study for laser beam welding and laser beam brazing with a tinned copper strip as well as the transfer of the combined joining technology to the application. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Die Notwendigkeit der Erhöhung der Leistungsdichten in leistungselektronischen Komponenten erfordert immer größere Leitungsquerschnitte. Für die prozesssichere Kontaktierung der verwendeten Materialien werden robuste, präzise und flexible Fügeprozesse benötigt. Werden für die Fertigung von Leistungselektronik-Komponenten mehrere Fügetechniken verwendet, so wird für jeden Prozess eine eigene Anlagentechnik benötigt. Ziel des hier vorgestellten Projekts „KomBond – Substratangepasstes kombiniertes Laserstrahllöten und -schweißen von elektrischen Leistungsverbindern für die Leistungselektronik“ war die Entwicklung eines robusten Prozesses zur Kontaktierung von elektronischen Bauelementen und Leiterplatten in der Leistungselektronik. Mit diesem Kombinationsprozess sollen unterschiedliche Temperaturniveaus und Werkstoff-Belastungsgrenzen von Bauelementen und Verbindern mit einer gemeinsamen Systemtechnik, aber jeweils angepassten Prozessparametern abgedeckt werden können. Hierfür werden die beiden Fügeprozesse Schweißen und Löten in einem gemeinsamen Systemansatz kombiniert, sodass ein sowohl löt- als auch schweißbarer Verbindermaterial verwendet werden kann. Die wesentlichen technologischen Herausforderungen bei diesem kombinierten Ansatz bestehen zum einen in der prozessangepassten Steuerung der zeitlichen und örtlichen Energiedeposition für beide Fügeprozesse und die verwendeten Verbindungswerkstoffe, ohne die optische Systemtechnik und die Strahlquelle zu verändern, und zum anderen in der schweißtechnischen Problematik des schmelzflüssigen Fügens von Werkstoffen mit stark unterschiedlichen Schmelzpunkten. Im Rahmen dieses Beitrags werden die wesentlichen Projektergebnisse vorgestellt. Diese umfassen die Auslegung und den Aufbau der Anlagentechnik, Definition und Auswahl der Versuchsmaterialien, Parameterstudie zum Laserstrahlschweißen und Laserstrahllöten mit einem verzinnten Kupferbändchen sowie die Überführung der kombinierten Fügetechnik in die Anwendung. [ABSTRACT FROM AUTHOR]