通过激光焊接处理第一部件与第二部件的方法及相应装置与流程

期望提供一种方法，用于处理第一部件和第二部件，使得当部件中的至少一个含有铜时能够得到可靠的连接。还期望提供一种装置，使得能够得到铜制的部件在另外的部件上的可靠连接。

背景技术：

具有多种用于连接部件的接触方法，诸如焊料焊接、微电阻焊接和激光束焊接。这些接触方法能够被用于例如建立机械连接和/或导电连接。激光束焊接例如用于将两个固体材料结合，以通过材料结合将它们连接。激光束焊接在工业上尤其用于例如特别是反射性不强的高级钢这样的材料。

技术实现要素：

根据本发明的实施例，一种用于处理第一部件和第二部件的方法包括提供第一部件，所述第一部件包括热喷涂导电层。提供了第二部件，其具有纵向延伸的铜制得带。至少在第一区域中，所述带的横向于纵向方向的厚度大于0.1mm。根据另外的实施例，带具有横向于纵向方向的大于0.2mm的厚度。根据另外的实施例，带具有横向于纵向方向的大于0.3mm的厚度。根据另外的实施例，带具有横向于纵向方向的大于0.4mm的厚度。根据另外的实施例，带具有横向于纵向方向的大于0.5mm的厚度。根据另外的实施例，带具有横向于纵向方向的大于0.6mm的厚度。根据另外的实施例，带具有横向于纵向方向的大于1mm的厚度。根据另外的实施例，带具有小于2mm的厚度。根据另外的实施例，带具有横向于纵向方向的大于0.4mm并且小于0.7mm的厚度。带与层彼此上下地布置，使得带的第一区域与层具有彼此共同的接触区域。激光束发射到接触区域上，从而形成焊接连接部。焊接连接部将带与层彼此连接。

包含铜的带被焊接至热喷涂导电层。在该情况下，可使用相对厚的带，所述带至少在第一区域中具有横向于纵向方向的大于0.1mm的厚度。使用相对厚的带使得即使在机动车辆的例如高于100v的高电压应用的情况下也能够确保带的充分的载流能力。在操作期间，带和/或层和/或带与层之间的连接部形成为能够使得如下电流在带与层之间可靠地流动：特别地，至少15安培的电流；特别地，至少20安培的电流；特别地，至少25安培的电流；特别地，至少30安培的电流。至少在特定区域中，带具有例如大于1.5平方毫米的截面积，特别是大于2平方毫米的截面积，特别是2.5平方毫米或者大于2.5平方毫米的截面积。带与层之间的接触区域、特别是焊接连接部例如尺寸为16平方毫米。特别地，接触区域或者焊接连接部大于10平方毫米，特别地大于15平方毫米。与将截面例如小于1平方毫米的细线焊接到小的接触区域上用于例如小于1安培的电流流动这样的焊接不同，铜制的带的焊接不易发生故障，并具有较大的工艺公差。根据实施例，热喷涂导电层的横向于纵向方向的厚度与带在第一区域中的厚度相对应或者比带薄。

特别地，带用作相对于热喷涂的导电层的电接触/机械接触接口。铜制的带的意思例如是带可由纯铜形成。铜制的带也表示例如带主要由铜组成，并且还包含其它材料的其它混合物和/或杂质。

例如，带包含至少80％的铜，例如至少90％的铜，例如至少95％的铜。借助于带，能够向热喷涂导电层施加电压。例如，热喷涂导电层是导热体的接触区域。导热体例如是特别用于机动车辆的移动加热器的一部分。加热器具有另外的层、例如基板，基板上布置有粘合表面，粘合表面上布置有绝缘体，绝缘体上布置有导热体。导热体包含导电金属，特别是镍-铬(nicr)。根据实施例，导热体通过热喷涂方法生产。

热喷涂导电层例如借助于热喷涂铜而施加。因此，所述方法提供将铜制的带焊接在包含铜的热喷涂层上的可能性。由此，特别地，形成了纯铜/铜连接。不需要填充材料。另一方面，在传统的焊料焊接方法中，需要填充材料，并且在使用过程中可导致脆化。因此通过带与热喷涂层的焊接连接实现了可靠的连接。特别地，带以气密的和/或材料结合的方式连接到热喷涂的导电层。

带在热喷涂层上的材料结合式连接具有使导电层的气体不渗透性和/或耐湿性成为可能的效果。使用铜制的带还使得可实现长期的热稳定性，特别是因为铜具有非常良好的热传导性能。激光束特别地仅发射相当短的焊接时间，特别是在若干毫秒的范围中，特别是多于1毫秒并且少于10毫秒，例如少于5毫秒。这使得可靠地形成了焊接连接部。在该情况下，可靠地避免了对第一部件的其它层的不期望的损坏。

根据另外的实施例，激光束被发射为使得焊接连接部的几何形式为环形。根据另外的实施例，激光束被发射为使得焊接连接部的几何形式为线形。根据另外的实施例，激光束被发射为使得焊接连接部的几何形式为矩形。根据另外的实施例，激光束被发射为使得焊接连接部的几何形式为圆形。根据另外的实施例，激光束被发射为使得焊接连接部的几何形式为点状。在带与层之间能够得到可靠的连接的另外的形式也是可行的。特别地，焊接连接部内的焊接连接的不同的几何形式是可行的。几何形式的选择、特别是成环形的选择使得激光束能够可靠地耦入铜制的带中。特别地借助于材料结合式连接，还使得可实现用于焊接连接部的熔化的充分大的区域，使得两个部件能够可靠地电耦接和机械耦接。

例如，使用红外线范围内的激光束，例如，波长为1064nm。根据另外的实施例，使用绿光范围的激光，例如波长为532nm。根据另外的实施例，使用混合形态的激光，例如，红外线范围中的和绿光范围中的激光，其特别地具有1064nm和532nm的波长。特别地将使用的激光束的波长规定为使得激光束尽可能良好地耦入铜中。还要注意对故障的敏感性低或工艺窗口的大小。以该方式，能够形成尽可能少的缺陷。激光束例如由ndyag激光器产生。特别地，激光束由光纤激光器产生。例如，依据使用的波长选择激光能量，使得仅有带被激光束熔化。熔化区域从带扩展，使得热喷涂导电层同样熔化。带的材料与层的材料混合并且固化，以形成材料结合的连接。特别地，考虑到少的熔化以及短的熔化时间，可将两个铜制的元件彼此焊接。

激光束的激光参数包括使用的波长、发射时间和/或功率输出。替代地或者附加地，激光参数包括焊接连接部的几何形式或者为此所需的激光束的光束引导。此外，激光参数包括激光类型；特别地，使用连续波激光束或者脉冲激光束。

根据实施例，首先以第一激光参数发射激光束，然后以与第一激光参数不同的第二激光参数发射激光束。第一激光参数例如被规定为使得带被预加热。替代地或者附加地，第一激光参数被规定为使得带的表面被粗糙化。替代地或者附加地，第一激光参数被规定为使得带的表面被清理，例如使得氧化物、特别是氧化层被去除。第二激光参数被规定为使得带的材料熔化并且层同样熔化，从而形成焊接连接部。

根据另外的实施例，倾斜地发射激光束。激光束以相对于带的表面的大于0°并且小于90°的角度倾斜发射，这使得能够将激光束良好地耦入带中。还能够避免由不期望的反射在激光器的光学器件处造成损坏的情况。

例如，借助于大气等离子喷涂法制造热喷涂层。层特别地已经被施加到堆叠层，该堆叠层至少包括导热层和绝缘层。

根据另外的实施例，在带的第一区域的焊接区域中，厚度被减小。焊接连接部形成在焊接区域中。特别地，焊接区域中的厚度被减小为横向于纵向方向的规定的第二厚度。依据热喷涂导电层的厚度规定第二厚度。

这使得能够形成焊接区域的小于或等于热喷涂导电层的厚度的厚度。由此，能够降低激光束的能量需求。这使得能够避免由于太深的焊接而引起的故障。因此，在焊接过程中，可省去位于热喷涂导电层下方的层。在焊接区域之外，厚度保持大于0.1毫米，以实现良好的散热。在焊接区域中，厚度是较小的，以使得带与热喷涂导电层之间能够可靠地连接。焊接区域的厚度特别地与热喷涂导电层的厚度形成优化的关系，以使可靠的焊接成为可能。

例如，通过冲压法和/或压延法和/或铣削法和/或磨削法和/或加压法减小焊接区域的厚度。也可使用适用于减小厚度的其他方法。

根据本发明的另一方面，一种装置包括热喷涂的导电层。所述装置具有铜制的带，该带至少在第一区域中具有横向于纵向方向的大于0.1mm的厚度；根据另外的实施例，带的第一区域具有横向于纵向方向的如上文结合方法所描述的厚度。所述装置具有焊接连接部，该焊接连接部将层与所述带的第一区域彼此相连接，以借助于所述带而形成相对于层的电接触和/或机械接触。

所述装置例如是加热器或者加热器的一部分。加热器例如是用于机动车辆的加热器，特别是用于机动车辆的独立于发动机的加热和/或与发动机相关的加热的加热器。所述加热器是电加热器，特别是电阻加热器。对于当施加电压时被加热的导热层的电接触，已经向导热层施加了热喷涂导电层。热喷涂导电层用作导热层的接触板。热喷涂导电层特别地包含热喷涂铜。铜制的带被焊接到接触板，并且在操作期间被耦接至电压源。因此对于电接触，所述装置具有铜制的带与热喷涂导电层之间的焊接连接部，所述热喷涂导电层特别地同样包含铜。

根据另外的实施例，带具有位于焊接连接部之外的第二区域。带在第二区域中具有横向于纵向方向比第一区域中的厚度大的厚度。特别地根据区域主要要执行的功能，规定带在所述区域中的厚度。在第一区域中，厚度主要是考虑到良好的焊接性而规定的。在第二区域中，厚度例如主要是考虑到良好的载流能力和/或热稳定性而规定的。

根据另外的实施例，带在第一区域的焊接区域中具有比所述厚度小的第二厚度。焊接连接部形成在焊接区域中。特别地，依据热喷涂导电层的厚度规定第二厚度。

因此，焊接区域的厚度小于或等于热喷涂导电层的厚度的厚度。由此，能够降低制造期间激光束的能量需求。这能够避免由于太深的焊接而引起的故障。因此，在焊接过程中，位于热喷涂导电层下方的层可以省去。在焊接区域之外，厚度保持大于0.1毫米，以实现良好的散热。在焊接区域中，厚度是较小的，以使得带与热喷涂导电层之间能够可靠地连接。焊接区域的厚度特别地与热喷涂导电层的厚度形成优化的关系，以使可靠的焊接成为可能。

根据实施例，导电层沿堆叠层的堆叠方向投影的轮廓被规定为能够避免导电层处的热量积聚。轮廓通过下述中的至少之一来规定：

-导电层的前侧的规定的宽度，所述前侧面对导热层的中间区域；

-规定的相对于导热层的绝缘槽的距离；以及

-所述轮廓的规定的曲率。

根据另外的实施例，沿着前侧在沿着堆叠方向的投影中，规定的曲率借助于前侧的彼此不同的两个规定的半径来规定。

根据另外的实施例，前侧在沿着堆叠方向的投影中有直线延伸的部分。

根据另外的实施例，前侧在沿着堆叠方向的投影中具有凹部和凸部。

根据另外的实施例，在沿着堆叠方向的投影中，至少在导电层的局部区域中，导电层的宽度相对于前侧的宽度变窄。

附图说明

结合附图说明的以下实施例中呈现了另外的优点、特征和发展。相同的、相同类型的和相同效果的元件可在此具有相同的标记。描述的元件以及它们彼此之间的相对尺寸在原则上不应被视为按比例绘制。

在附图中：

图1示出根据实施例的装置的示意性平面图，

图2示出根据实施例的装置的剖视图的示意性图示，

图3示出根据实施例的装置的剖视图的示意性图示，

图4示出根据实施例的装置的剖视图的示意性图示，

图5示出根据实施例的装置的示意性平面图，

图6示出根据实施例的装置的剖视图的示意性图示，以及

图7示出根据实施例的装置的剖视图的示意性图示。

具体实施方式

图1示出装置100的平面图。装置100特别是用于机动车辆的加热器的一部分。加热器是电加热器，当在操作期间施加电压时，所述电加热器产生热量。

装置100具有第一部件101。第一部件101具有堆叠层116。堆叠层116具有位于绝缘层上的导热层。堆叠层可具有其他层，例如导热层与绝缘层之间的中间层。

在导热层的表面117的一部分上，已经施加了导电层103。借助于热喷涂工艺、特别是借助于大气等离子喷涂施加导电层。特别地，使用了电弧，并且惰性气体通过电弧。例如，使用压缩空气。导入铜粉，并且铜粉由于高等离子体温度而熔融。等离子体流带走粉末颗粒并使其加速移动到堆叠层116上。导电层103的横向于纵向方向106的厚度121例如为大于250μm并且小于450μm，例如为300μm。

导电层103由铜形成或者含有铜。例如，导电层包含99％的铜。铜已经借助于热喷涂工艺而施加到堆叠层116，使得在导电层103与导热层之间具有电连接。导电层103形成接触板，以用于堆叠层116的电接触和/或机械接触。

根据示例性实施例，导电层103的轮廓、特别是在图1和5的平面图中的外形被规定为使得在操作期间电流能够被可靠地导入导热层。导电层103的轮廓被规定为使得能够实现电流的均匀传输，并因此实现均匀的热量分布。这使得能够避免热量的积聚(热点)。根据实施例，将导电层103的前缘或者前表面的宽度规定为使得能够实现电流的均匀传输，并且因此实现均匀的热量分布。前表面或前缘面对表面117的中间区域。替代地或者附加地，导电层103的拐角被规定为滚圆的，以实现电流的均匀传输，并且因此实现均匀的热量分布。替代地或附加地，将导热层距相邻的绝缘槽的距离规定为使得能够实现电流的均匀传输，并且因此实现均匀的热量分布。绝缘槽特别地用于将导热层划分为传导轨道。通过由导电层103形成的接触板的规定轮廓使得能够在操作期间将接触板处的温度保持为低到使得即使在高电流的情况下仍能实现可靠的操作。

第二部件102以材料结合的方式连接到导电层103。第二部件102具有铜制的带104。带104例如由铜合金形成。铜制的带104沿着纵向方向106以长条形的方式延伸。纵向方向106例如是这样的空间方向，所述带沿着该空间方向具有带的最大尺度。

在操作期间，提供两个带104和两个层103。借助于所述两个带104，装置100可连接至电流源/电压源。在操作期间，图1所示的两个导电层和两个带104例如形成了用于电压的正端子和负端子。

带104分别借助于焊接连接部109连接至导电层103。焊接连接部109在带104与导电层103之间形成了机械连接和电连接。导电层具有比带104的与导电层103相接触的区域大的底面积。因此，在操作期间，相比于与带104的接触导电层的区域基本相对应的尺寸的接触层，导电层103的温度是低的。

在图1中，焊接连接部109图示为圆形。根据另外的实施例，焊接连接部具有不同的几何形式，例如线形、矩形和/或圆形/点状。不同几何形式的混合也是可行的。特别地，根据实施例，不仅为每个焊接连接部109设置单个圆，如图1所示的，而是两个或两个以上的焊接连接部彼此隔开和/或彼此重叠。例如，设置搭接角焊缝作为焊接缝结构。

图2示出制造期间的装置100的剖视图。热喷涂铜制成的导电层103形成在堆叠层116的表面117上。带104布置在导电层103的背离表面117的表面115上。因此，带104和导电层103在第一区域112(图3)中具有共同的接触区域107。在共同的接触区域107中，带104与导电层103碰触。带104和导电层103没有间隙地尽可能多地彼此上下布置。在接触区域107中，带104的铜与导电层103的铜彼此直接接触。

带104具有横向于纵向方向106的厚度105。厚度105被选择为具有在操作期间使得充分大的电流流动可行的尺寸。例如，在操作期间，100v的电压施加到带104，充分大的电流在此流动，使得装置100可具有用于机动车辆的充分大的热量输出。厚度105特别地大于0.1mm并且小于0.6mm。根据另外的实施例，厚度105大于0.2mm。根据另外的实施例，厚度105大于0.3mm。特别地，厚度105在0.2mm与0.3mm之间。根据另外的实施例，厚度105在0.4mm与0.6mm之间。根据另外的实施例，厚度大于0.5mm，特别地大于1mm。厚度105小于5mm，特别地小于2mm。厚度105被选择为厚到足以实现充分高的载流能力。例如，厚度105被选择为使得能够实现25a的载流能力。

激光束108借助于激光器118发射到带104的一侧面111上。侧面111是背离层103的表面。激光束108特别地以角度110发射。角度110大于0°，特别地大于20°。角度100小于90°，特别地小于80°。角度100被规定为使得激光束108尽可能好地耦入带104中。替代地或者附加地，角度110被规定为使得能够避免由表面111处的不期望的反射所引起的损坏激光器的情况。

根据实施例，激光器118是光纤激光器。特别地，激光器118是nd：yag激光器(掺钕的钇-铝-石榴石激光器)。根据另外的实施例，使用不同的激光器。

特别地，激光器118设计为能够产生具有532nm波长的激光束108。根据另外的实施例，替代地或者附加地，激光束108被产生为具有1064nm的波长。例如，既发射具有532nm波长的激光束又发射具有1064nm波长的激光束。532nm的激光束特别良好地耦入带104中。1064nm的激光束具有输入到带104中的高能量。激光束108的激光功率被规定为使得带104在特定区域内熔化。例如，选择400w的激光能。激光能在带104的表面111处或者在带104的内部被吸收，并且将激光能选择为具有这样的强度：使得带104的材料在区域112中至少部分地熔化。熔化区域向层103的方向扩展至使导电层103也熔化的程度。层103至少在与表面114直接邻接的区域中熔化。带104的材料与层103的材料在熔化物中混合。然后，熔化物固化以形成材料结合的焊接连接部109(见图3)。

根据另外的实施例，在发射用于焊接的激光束108之前预处理表面111。预处理特别用于清理和/或粗糙化表面111。清理具有例如从表面111去除氧化层的效果。表面的粗糙化具有改善激光束108到带104内的耦入的效果。粗糙化具有降低表面111处反射的激光束108的比例的效果。增加了渗入带104内部的或者被带104吸收的激光束108的比例。借助于粗糙化，能够将表面111的反射率设定为期望的值。特别地，与不粗糙化的表面相比，降低了反射率，使得在焊接期间实现了更高的热量输入。由此，改善了激光束108的耦入行为。粗糙化的表面111具有提高激光束108的被带104吸收的能量比例的效果。

特别地使用激光束108进行表面111的预处理。对于预处理，将激光束108的激光参数设定为使得激光束108不使带104的材料熔化，而是仅使表面111粗糙化。例如，使用脉冲激光。而且，为预处理使用圆形光束引导装置。替代地或者附加地，例如通过涂刷而机械地进行预处理。替代地或者附加地，例如通过对表面111进行表面蚀刻而化学地进行预处理。

根据另外的实施例，为了焊接之前的预处理，替代地或者附加地，将带104至少在区域112中预加热。对于预加热，特别地，使用具有相应地规定的激光参数的激光束108。预加热具有例如进一步改善焊接期间激光束108至带104内的耦入的效果。

与用于预处理的相比，用于焊接的激光束108被规定了不同的激光参数。例如，使用连续波激光束108用于焊接。例如，使用顶帽式(圆柱形)和/或矩形光纤作为光束质量。光束质量或者光束轮廓被规定为使得带104的材料熔化，特别地例如其中没有材料通过燃烧被去除。特别地，形成了比较小的熔融区域，并且规定了比较短的熔融时间。由此，能够实现分别包含铜的带104与层103的焊接。在该情况下，能够省去填充材料。例如，焊接连接部109的数量和形式被选择为使得焊接连接部对应于2.4mm²的模拟导线截面。这使得能够将铜制的带104施加在热喷涂铜层103上。在该情况下确保了25a的载流能力。

图4示出根据另外的实施例的装置100。装置100基本对应于结合图1至3说明的示例性实施例。一个区别在于，带104在第二区域113中具有第二厚度114。第二厚度114大于厚度105。第二区域113与第一区域112不同，并且布置在接触区域107之外。区域112中的厚度比区域113中的厚度114小，带104在所述区域112中焊接至层103，所述区域113在操作期间面对电流源/电压源。这使得能够在区域112中实现尽可能好的焊接连接部109。与此同时，在区域113中实现尽可能好的载流能力。

图4至图7示出根据另外的实施例的装置100。装置100基本对应于结合图1至3说明的示例性实施例。一个区别在于，带104在第一区域112中具有焊接区域119。焊接区域119具有横向于纵向方向106的厚度120。厚度120小于厚度105。在焊接区域119之外，带104在第一区域112中具有厚度105，所述厚度105大于0.1毫米。

例如，通过冲压法和/或压延法和/或铣削法和/或磨削法和/或加压法将厚度105减小至厚度120。也可使用适用于减小厚度的其他方法。

厚度105被选择为使得能够实现良好的载流能力和良好的热传导性。装置100的层103的区域在操作期间不被加热。装置100的层103的区域特别地被在该区域下流动的介质冷却。作为该冷却的结果，在该区域中，较小的厚度120对于产生的负载电流是足够的。在其他区域中，特别是在焊接区域119之外，厚度105比焊接区域119中的厚度大，以确保针对产生的负载电流充分地散热。

因此焊接连接部109以较小的厚度120形成在焊接区域119处。由此，能够以低能量需求操作激光束108。因此能够避免焊接过深或者损坏层103。由此，能够降低制造期间的残次品的数量。

特别地，依据层103的横向于纵向方向106的厚度121而规定厚度120。厚度121越大，例如将厚度120的最大值规定得越大。厚度121越小，例如将厚度120的最大值规定得越小。特别地，厚度120小于或等于层103的厚度121。例如，厚度121大于50微米，并且小于450微米，特别地为200微米或300微米。

因此，带104具有至少两个不同的厚度105、120。由此，带104具有充分的散热，并且能够被可靠地焊接。

与图4的示例性实施例组合也是可行的，其中，第二区域113具有比第一区域112的厚度大的厚度114，并且第一区域112具有焊接区域，其具有减小的厚度120。

根据图1至7的示例性实施例的铜制的带104具有足够高的载流能力，以用作用于机动车辆中的加热器的接触件。带104到层103的焊接连接提供了不透气的和耐湿的材料结合的连接。在该情况下，层103的多孔材料由带104的固体材料和/或材料结合连接部109覆盖。对于焊接连接部109的形成，毫秒范围内的短的焊接时间是可行的。因此，可靠地实现了带104到层103的连接，并且避免了对堆叠层101的不期望的影响例如损坏。通过焊接连接部109，能够实现带104与层103之间的超过装置的使用寿命的可靠连接。