Bondverbindungen für die Automobilindustrie

Kupfer-Ribbonbond mit Laserschweißungen / Bildquelle: Fraunhofer ILT

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 deutscher Automobile. 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. Als eigentlicher Fügeprozess wird hierbei das Laserstrahlmikroschweißen eingesetzt.

Bondkopf mit Laserstrahlführung / Bildquelle: Fraunhofer ILT

Insbesondere für Kupferwerkstoffe werden somit mehr Möglichkeiten für den Einsatz der Bondtechnologie geschaffen. Basierend auf dem Einsatz moderner Laserstrahlquellen mit einer sehr guten Strahlqualität können Kupfer- und Aluminiumwerkstoffe sehr präzise und reproduzierbar gefügt werden. Zusätzlich wird zum Design der Anbindungszone von Drähten und Bändchen der Laserprozess mit einem Oszillationsschweißprozess erweitert, 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 Laserstrahlbondprozesses mit der bekannten Bondtechnologie wurde ein herkömmlicher Bonder umgerüstet. 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.

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.

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