01.08.2021
Technologien
Anzeige
Revolution in blau: Kupferschweißen mit Diodenlasern
Das Schweißen von Kupferbauteilen ist heute einer der wichtigsten Prozessschritte der Elektronikfertigung. Ob Batteriezellen für Mobiltelefone, Statoren für Elektromotoren oder elektrische Leistungsschalter für Windkraft- und Solaranlagen: Viele Elektronikkomponenten lassen sich nicht realisieren, ohne Folien, Nadeln oder Platten aus Kupfer zu verschweißen. An die Schweißtechnik werden dabei hohe Anforderungen gestellt: Sie soll hochwertige und stabile Verbindungen erzeugen, die die Leitfähigkeit nicht beeinträchtigen und der Erhitzung durch starke Stromflüsse standhalten.
Bevorzugtes Fügeverfahren ist hier seit längerem das Laserstrahlschweißen, das sehr präzise und kontrollierte Prozesse ermöglicht. Da Industrielaser überwiegend im nahen Infrarotbereich (NIR) agieren, NIR-Licht von Kupfer jedoch nur zu fünf Prozent absorbiert wird, gestaltete sich die Umsetzung dieser Schweißprozesse indessen oft schwierig. Das Aufschmelzen der Bauteiloberfläche erforderte derart hohe Energieeinträge, dass ein kontrolliertes Wärmeleitschweißen unmöglich war und Bauteile nur überlappend im Tiefschweißverfahren gefügt werden konnten. Hier verursachte der Energieeintrag dann sehr unruhige Schmelzbäder mit starker Spritzerbildung – nicht selten zu Lasten von Nahtqualität und Leitfähigkeit.
Durch die Entwicklung des LDMblue von Laserline, des weltweit ersten blauen Diodenlasers mit Ausgangsleistungen von mehr als einem Kilowatt, gehören diese Schwierigkeiten jedoch der Vergangenheit an. Das als kompakter 19‘‘-Einschub konstruierte Lasersystem ist mit Ausgangsleistungen von 300 W bis 2 kW bei Strahlqualitäten zwischen 20 und 60 mm·mrad verfügbar und agiert mit einer Wellenlänge von 450 nm, die von Kupfer zu rund 60 Prozent absorbiert wird. Dadurch wird erstmals selbst bei hauchdünnen Kupferfolien ein kontrolliertes Wärmeleitschweißen möglich, auch Copper Pins lassen sich sauber und ohne Abschmelzen verschweißen.
Die Leistung kann bei laufendem Prozess im Millisekundentakt feinabgestuft reguliert und dadurch optimal an alle Bauteilgeometrien angepasst werden. Durch seinen homogenen Energieeintrag erzeugt der LDMblue sehr ruhige, spritzerarme Schmelzbäder, was unabhängig von der Oberflächenstruktur porenfreie und glatte Nähte mit hervorragender elektrischer Leitfähigkeit entstehen lässt. Gebürstete Bauteile werden ebenso zuverlässig mit hoher Qualität gefügt wie Teile mit geätzten oder oxidierten Oberflächen. Durch spezielle Benetzungseffekte und die hohe Spaltüberbrückbarkeit flüssigen Kupfers sind auch Stumpf- und Ecknähte möglich. Neben klassischen Schweißungen lassen sich mit dem LDMblue zudem auch Kupferbeschichtungen per Auftragschweißen umsetzen.
Beim Tiefschweißen dickerer Kupferbauteile wurde ebenfalls eine deutliche Verbesserung erreicht. Zwar können blaue Diodenlaser diesen Prozess kaum alleine realisieren: Systeme mit ausreichender Leistungsstärke wären kaum noch wirtschaftlich zu betreiben. Laserline hat jedoch ein Hybridverfahren entwickelt, bei dem ein blauer Diodenlaser die Oberfläche aufschmilzt und ein zugeschalteter Infrarotlaser das Keyhole erzeugt.
Auf diese Weise lassen sich sowohl im Überlappschweißen als auch im Stumpfstoß außergewöhnlich ruhige Schmelzbäder ohne sichtbare Spritzer generieren, und es werden vormals unerreichte Einschweißtiefen von 2 mm und mehr erzielt. Die erzeugten Fügenähte sind auch hier sehr glatt, Verunreinigungen in nahtangrenzenden Bereichen nicht festzustellen. Mit dem LDMblue stehen dem Kupferschweißen somit in seiner gesamten Breite neue Möglichkeiten offen.
(Quelle: Laserline GmbH)
Schlagworte
ElektronikindustrieKupferLaserstrahlschweißenLasertechnologienSchweißenSchweißtechnik
