WO2012084680A2 - Verbundwerkstück, herstellungsverfahren dazu und anwendung - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a composite workpiece, a manufacturing method thereof and an application, in particular one in which high current-carrying capacity, low thermal resistance and mechanical stability to vibrations are required.
- the individual metallic coil parts are connected by means of a solder material, usually a brazing alloy.
- soldering temperatures of up to 900 ° C are used to melt the brazing alloy. After soldering, a post-processing step is usually needed to remove excess solder from the bonded metal pieces. Overall, soldering can take up to 20 minutes.
- soldering is also used to solder directly to metal substrates in high power electronic chips where high currents of a few amperes flow across the chip (eg, high power LEDs) to achieve as little electrical resistance as conventional electrically conductive adhesives have too high a specific resistance and thereby heat the junction strongly by ohmic losses and finally the component would be destroyed by overheating.
- the soldering also brings here some disadvantages, in ⁇ example, that the chips are placed in a solder deposit, which was applied to the Sub ⁇ strate, and are not well fixed to eigentli ⁇ chen soldering process and virtually float in this solder deposit.
- soldering process is further associated with a leakage of flux, which is then to remove for subsequent processes of the assembly and connection technology. Disadvantage of this is particularly the enormous expenditure of sorg ⁇ embltigem transporting the components to be soldered and cleaning after the soldering process.
- the object of the present invention is therefore to provide a mechanically and / or electrically loadable connection between metal pieces, the production of which requires no soldering process.
- connection can be made by gluing, when a surface-structured and / or perforated metal foil, in which an adhesive, for example, on both sides, incorporated, is used as a connector and bonded to the workpieces to be joined.
- the metal foil produces electrical and thermal conductivities which were hitherto unthinkable for adhesive bonds, and the finely distributed quantities of adhesive in the structures of the metal foil create a mechanically stable, load-bearing composite of the metal pieces.
- no misalignment of the parts to be joined for example, after placing of the chip and a subsequent sequent ⁇ light activation more occur.
- the subject matter of the present invention is therefore a composite workpiece comprising joined components in the form of workpieces to be joined, wherein the joining partners are connected via a structured and / or perforated metal foil which is coated on at least one side with an adhesive mass.
- a structured metal foil with adhesive is coated in a first process step, is brought into a second process step the coated Metallfo ⁇ lie between the joining partners, and is fixed there until by the adhesive a self-supporting stability of Kle ⁇ order is reached and cured in a third step of the adhesive.
- a combination of workpieces for example, where at least one workpiece thereof is metallic, with very little electrical and / or thermal resistance, which can be produced with the speed of a gluing operation, is achieved by the combination of a surface-structured, e.g. embossed metal foil, achieved with an example light-curing / light-activated adhesive system.
- a structured metal foil is preferably provided on both sides and / or preferably punctually with a suitable adhesive and placed between the materials to be joined.
- One of the two workpieces to be joined in applied pressure causes the metal foil, that the structuring ⁇ tion so deformed that is exploiting Dende in the wells or structures adhesive flows and the metal piece ⁇ surfaces wetted. A small amount of adhesive emerges at the edges, which is applied by means of a suitable light source in the outer regions, the adhesive seam around the composite workpiece. is hardened. The curing reaction then further self ⁇ constantly runs through the entire adhesive layer between the me ⁇ -metallic join partners through, although there can be no light-curing. For example, a UV-activated catalyst species is sufficient for this process.
- Ge ⁇ is any adhesive which ak ⁇ tivieren can be by means of light source and the curing subsequently continues to progress independently; eg cationic curing UV epoxies. Furthermore, in the case of light-activatable adhesives, the adhesive on the metal foil can be briefly irradiated with a suitable light source even before the joining of the metallic joining partners.
- the film can also be perforated.
- the adhesive may be applied to one or both sides of the workpieces to be joined. Subsequently, the perforated film is placed on one of the two mating surfaces to be joined of the joining partners and the two workpieces are joined together. By applying pressure from the outside, the adhesive is pressed into the perforation of the film and thus bonds the two joining partners, while the metal foil ensures a very good passage of heat and electricity.
- the ends of the two contact surfaces of the joining partners are designed according to the key-lock principle, so that from the parts ends, for example the coil ends of generator coils or substrate / conductor track and electronic component, matching partners are matched to one another a joining partner the
- Castle form and a joint partner represents the key shape, which result in one another, the composite workpiece in the form of a zu ⁇ sammenge Stahlgten multipart workpiece.
- This embodiment is also called click connection.
- the electrical or thermal resistance of the joint is adjustable via the choice of the material of the metal foil. If for example, the joining partners are both made of copper, then preferably a metal foil made of copper or a metal having a comparable electrical and / or thermal conductivity is used, so that the resistance of the joining parts to the resistance of the bulk materials is minimized.
- the structured and / or perforated and coated with adhesive composition metal foil between the joining ⁇ partner is introduced and because of the engagement of one joining partner in the corresponding opening of the other joining part ⁇ ner, a fixation of the metal parts to be bonded at the beginning of bonding superfluous.
- This type of joining in the key-lock principle is also called a Vogelverbindeclar.
- the figures show examples of the design of the joining partners.
- the structuring of the metal foil can be designed as desired, both on the dimensions of the structuring and on the shape of the structure.
- the metal foil may also be simply embossed, for example indentations may be produced in the surface of the metal in an imprint process, into which the adhesive is then doctored.
- the structuring and / or perforation may be in the range of several millimeters down to the submicron range.
- the metal foils used have a thickness between 0.5 ⁇ - 1000 ⁇ , preferably between ⁇ and 200 ⁇ and more preferably between 2 ⁇ and ⁇ .
- the metal foil may be constructed in a single-layered or laminated manner from a plurality of layers.
- the coating of the metal film with adhesive may bepatternedflä ⁇ chig in areas over the entire surface, the entire surface with islands, in regions in strip form, in a pattern selectively designed etc..
- the adhesive system can be filled or unfilled and also a two-component system. In this case, for example, a component may be applied to the joining partner or smooth metal part to be joined and a component to the metal foil.
- the adhesive system can be a pre-reacted so-called B-stage resin fully cross-linked with a short annealing and / or eg cures ⁇ , a pre-reacted epoxy resin system.
- FIG. 1 shows an example of a click connection
- Figure 2 shows a further example of a Layverbin ⁇ dung
- FIGS. 3 to 5 show embodiments of adhesive-coated and structured metal foils.
- FIG. 6 shows a schematic of the metal foil production and
- Figure 7 shows an embodiment with a perforating ⁇ th metal foil.
- FIG. 1 shows two metal ends to be connected, for example of generator coil pieces.
- the two shown metal ends 1 and 2 are examples of the joining partners 1 and 2, between which the adhesive-coated metal foil ⁇ when bonding (for clarity not shown here) is placed a ⁇ .
- the structured and / or perforated and coated metal foil is then pressed in such a way that the structuring is squeezed and / or even partially pressed flat and exposes the adhesive, which then seals the two joining partners 1 and 2 with the metal foil adhesive bonding, but always a direct connection of metal to metal is achieved, so that the electrical and / or thermal conductivity and Strombe ⁇ loadability of eg metals on the connection point ⁇ way is maintained.
- the structured and / or perforated metal foil is provided on both sides with the adhesive at points and placed between the ends of the workpieces to be joined, ie the joining partners 1 and 2.
- the illustrated workpiece ends 1 and 2 may be, for example, generator coil ends.
- the resulting in the Figure 1 link is to a very good electrically and thermally conductive since directly comes to lie on metal metal and comprises on the other a very high bond strength between the three parts to be joined, as a suitable polymer system, such as Anaerobic metal ⁇ adhesives , Epoxy resin systems etc., enable very good metal bonds.
- a suitable polymer system such as Anaerobic metal ⁇ adhesives , Epoxy resin systems etc.
- FIG. 2 shows another embodiment as shown in FIG. 1, wherein once again a joining partner can be brought together with the other according to the key-lock principle.
- the curing of the adhesive takes place either by exposure, at room temperature or by brief heating, but the temperatures rise to a maximum of 400 ° C. so that the adhesive is not decomposed.
- FIGS. 3 to 5 show structured metal foils in which adhesive is introduced.
- the metal foils 3 which are for example metal foils of copper, aluminum, gold, silver, other good conductive metals and metal alloys.
- the metal foils have on the surface structures 4, in which adhesive 5 is incorporated.
- the thickness of the metal foil 6 can vary, preferably it is Zvi ⁇ rule 0,5 ⁇ - 1000 ⁇ , more preferably between ⁇ and 200 ⁇ and more preferably between 2 ⁇ and ⁇ .
- the thickness of the adhesive coating 7 is below the height of the structures 4, so that the adhesive 5, which is embedded in the structures 4, is released when the structure 4 of the metal foil 3 is pinched.
- FIGS. 4 and 5 show further exemplary embodiments, wherein FIG. 4 shows a round structuring and FIG. 5 shows a staggered structuring.
- Figure 6 shows the scheme of metal foil production and bonding in general, initially starting from a simple metal foil 3. This is converted by a structuring step 8 into a metal foil 3 with structures 4.
- the two joining partners 1 and 2 are permanently connected.
- Figure 7 shows an embodiment with a perforated metal foil: can be seen above the joining partner 1 and below the joining partner 2, in the upper part of the figure still spatially separated.
- the contact surfaces of the joining partners are coated with adhesive 5.
- both Berüh ⁇ approximately surfaces of the parts to be joined with adhesive 5 are coated, but may also be only one joining partner with adhesive 5 to be coated.
- the perforated metal foil 11 is placed. Then, the joining partners are joined and fixed with or without pressure, wherein after first curing of the adhesive 5, the fixation the joint takes place.
- a first fixation of the metallic joining partners to be joined can already have taken place after seconds, so that no further working step may possibly be required, in particular if the curing has already been started with a light-curing adhesive.
- the invention relates to a composite workpiece, a manufacturing method thereof and an application, in particular one with high current carrying capacity, low thermal resistance and high mechanical stability.
- an adhesive-coated metal foil is bonded to the joint partners and / o ⁇ of an uncoated film is ge ⁇ sandwiched between mating parts, which are switched on on both sides with adhesive or the like.
- the bonding can be done in various ways, in a two-component adhesive, for example, an adhesive component may be applied to the surface of a joining partner or both joining partners and the second component on the metal foil, which comes to lie between the joining partners, be applied.
- the two components are then mixed and give the adhesive mass, which then hardens. Only the film (one or both sides), one each adherend surface or both Fügeteilo- (e of the film according to disclosed embodiment) may at Einkomponen tenklebstoffen ⁇ ber lake either be coated with adhesive.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verbundwerkstück, ein Herstellungsverfahren dazu und eine Anwendung, insbesondere eine mit hoher Strombelastbarkeit, geringem thermischem Widerstand und mechanischer Stabilität. Dabei wird eine mit Klebstoff beschichtete Metallfolie mit den Fügepartnern verklebt.
Description
Beschreibung
Verbundwerkstück, Herstellungsverfahren dazu und Anwendung
Die Erfindung betrifft ein Verbundwerkstück, ein Herstellungsverfahren dazu und eine Anwendung, insbesondere eine bei der hohe Strombelastbarkeit, geringer thermischer Widerstand und mechanische Stabilität gegenüber Vibrationen erforderlich sind .
In der Fertigung von Generatoren, Motoren, Dynamos und anderen stromführenden Metallbauteilen werden, insbesondere bei Maschinen, die hohe Ströme und hohe Spannungen erzeugen oder verarbeiten, die für die elektrische oder magnetische Induk¬ tion benötigten Spulen aus Teilstücken zusammengesetzt.
Die Anforderungen an die Verbindung zwischen den metallischen Einzelteilen der Spule sind sowohl in mechanischer Hinsicht, als auch in elektrischer Hinsicht, beispielsweise bei der Herstellung von Generatorspulen, sehr hoch. Über die Stelle fließen sehr hohe Ströme bei sehr hohen Spannungen und gleichzeitig kommen im Betrieb der Maschine mechanische Be¬ lastungen in Form von Vibrationen auf die Stelle hinzu.
Hierbei werden die einzelnen metallischen Spulen-Teile mit Hilfe eines Lotwerkstoffes, meist eines Hartlotes, verbunden.
Zur Verlötung werden Temperaturen von bis zu 900°C eingesetzt, um das Hartlot aufzuschmelzen. Nach dem Verlöten ist meistens noch ein Nacharbeitungsprozessschritt nötig, um überstehende Lotmengen von den verbundenen Metallstücken zu entfernen. Insgesamt kann das Löten bis zu 20 min dauern.
Diese Methode erzeugt zwar die geforderte mechanisch und elektrisch hochwertige Verbindung, aber sie ist zeit- und energieintensiv .
Andererseits werden Verlötungen auch eingesetzt, um bei elektronischen Hochleistungschips, bei denen hohe Ströme von einigen Ampere über den Chip fließen (z. B. bei Hochleistungs-LEDs), zum Erreichen eines möglichst geringen elektrischen Widerstands direkt auf Metallsubstrate gelötet, da konventionelle elektrisch leitfähige Klebstoffe einen zu hohen spezifischen Widerstand haben und sich dadurch die Verbindungsstelle durch ohmsche Verluste stark erwärmen und schließlich das Bauteil durch Überhitzung zerstört würde. Die Verlötung bringt auch hier einige Nachteile mit sich, bei¬ spielsweise, dass die Chips in ein Lotdepot, das auf das Sub¬ strat aufgebracht wurde, gesetzt werden und bis zum eigentli¬ chen Lötprozess nicht gut fixiert sind und in diesem Lotdepot praktisch schwimmen. Der Lötprozess ist weiterhin mit einem Austritt an Flussmittel verbunden, das dann für nachfolgende Prozesse der Aufbau- und Verbindungstechnik zu entfernen ist. Nachteilig daran ist insbesondere der enorme Aufwand an sorg¬ fältigem Transport der zu lötenden Bauteile und an Reinigung nach dem Lötprozess.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine mechanisch und/oder elektrisch belastbare Verbindung zwischen Metallstücken zu schaffen, deren Herstellung ohne Lötprozess auskommt .
Allgemeine Erkenntnis der Erfindung ist es, dass anstelle von Löten die Verbindung über Kleben herstellbar ist, wenn eine oberflächenstrukturierte und/oder perforierte Metallfolie, in die ein Kleber, beispielsweise beidseitig, eingearbeitet ist, als Verbindungsstück eingesetzt und mit den zu verbindenden Werkstücken verklebt wird. Durch die Metallfolie werden elektrische und thermische Leitfähigkeiten hergestellt, die bislang für Klebeverbindungen undenkbar waren und durch die feinst verteilten Klebstoffmengen in den Strukturen der Me- tallfolie wird ein mechanisch stabiler, belastbarer Verbund der Metallstücke geschaffen. Je nach KlebstoffSystem kann beispielsweise nach dem Setzen des Chips und einer anschlie¬ ßenden Lichtaktivierung keine Dejustage der Fügepartner mehr
auftreten. Dieser Prozess ist dann innerhalb weniger Sekunden abgeschlossen; die vollständige Aushärtung zwischen den Fügepartnern geschieht dann im weiteren Verlauf ganz von alleine. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verbundwerkstück, zu verbindende Fügepartner in Form von Werkstücken umfassend, wobei die Fügepartner über eine strukturierte und/oder perforierte Metallfolie, die zumindest einseitig mit einer Klebstoffmasse beschichtet ist, verbunden sind. Außer- dem ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Verklebung von Fügepartnern, wobei in einem ersten Verfahrensschritt eine strukturierte Metallfolie mit Klebstoff beschichtet wird, in einem zweiten Verfahrensschritt die beschichtete Metallfo¬ lie zwischen die Fügepartner gebracht und dort fixiert wird, bis durch den Kleber eine selbsttragende Stabilität der Kle¬ bestelle erreicht ist und in einem dritten Verfahrensschritt der Kleber ausgehärtet wird. Schließlich ist noch die Verwendung eines nach dem Verfahren hergestellten Verbundwerkstückes in der Generatorenherstellung Gegenstand der Erfindung.
Eine Verbindung von Werkstücken, wobei beispielsweise zumindest ein Werkstück davon metallisch ist, mit sehr geringem elektrischem und/oder thermischem Widerstand, die mit der Schnelligkeit eines Klebevorgangs herstellbar ist, wird durch die Kombination einer oberflächenstrukturierten, z.B. geprägten Metallfolie, mit einem beispielsweise lichthärten- den/lichtaktivierbaren KlebstoffSystem erreicht. Hierbei wird eine strukturierte Metallfolie bevorzugt beidseitig und/oder bevorzugt punktuell mit einem geeigneten Klebstoff versehen und zwischen den zu verbindenden Materialien platziert.
Ein auf die beiden zu verbindenden Werkstücke ausgeübter Druck bewirkt bei der Metallfolie, dass sich die Strukturie¬ rung so deformiert, dass der sich in den Vertiefungen oder Strukturen befindende Klebstoff austritt und die Metallstück¬ oberflächen benetzt. An den Rändern tritt ein wenig Klebstoff aus, der mittels einer geeigneten Lichtquelle in den äußeren Bereichen, der Klebenaht um das Verbundwerkstück herum, ge-
härtet wird. Die Härtungsreaktion läuft anschließend selbst¬ ständig durch die komplette KlebstoffSchicht zwischen den me¬ tallischen Fügepartnern hindurch weiter, auch wenn dort keine Lichthärtung erfolgen kann. Beispielsweise reicht dabei eine UV-aktivierte Katalysatorspezies für diesen Vorgang aus. Ge¬ eignet ist jeder Klebstoff, der sich mittels Lichtquelle ak¬ tivieren lässt und dessen Aushärtung anschließend selbstständig weiter voranschreitet; z.B. kationisch härtende UV- Epoxide. Weiterhin kann bei lichtaktivierbaren Klebstoffen der Klebstoff auf der Metallfolie bereits vor dem Fügen der metallischen Fügepartner kurzzeitig mit einer geeigneten Lichtquelle bestrahlt werden.
Nach einer weiteren Aus führungs form kann die Folie auch per- foriert sein. In diesem Fall kann der Klebstoff auf eine oder auf beide Seiten der zu verbindenden Werkstücke aufgetragen werden. Anschließend wird die perforierte Folie auf eine der beiden zu fügenden Berührungsflächen der Fügepartner gelegt und die beiden Werkstücke werden miteinander verbunden. Durch einen von außen angelegten Druck wird der Klebstoff in die Perforierung der Folie gepresst und verklebt so die beiden Fügepartner, während durch die Metallfolie ein sehr guter Wärme- und Stromdurchgang gewährleistet wird. Nach einer vorteilhaften Aus führungs form werden die Enden der beiden Berührflächen der Fügepartner nach dem Schlüssel- Schloss-Prinzip gestaltet, so dass aus den Teileenden, beispielsweise die Spulenenden von Generatorspulen oder Substrat / Leiterbahn und Elektronikbauteil, aufeinander passgenau ab- gestimmte Fügepartner werden, wobei ein Fügepartner die
Schlossform und ein Fügepartner die Schlüsselform darstellt, die ineinandergefügt das Verbundwerkstück in Form eines zu¬ sammengefügten mehrteiligen Werkstücks ergeben. Diese Ausführungsform nennt man auch Klickverbindung.
Nach einer vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung wird über die Wahl des Materials der Metallfolie der elektrische bzw. thermische Widerstand der Fügestelle einstellbar. Wenn
beispielsweise die Fügepartner beide aus Kupfer sind, dann wird bevorzugt eine Metallfolie aus Kupfer oder einem Metall mit einer vergleichbaren elektrischen und/oder thermischen Leitfähigkeit eingesetzt, so dass sich der Widerstand der Fü- gesteile auf den Widerstand der Bulkmaterialien minimiert.
Dabei wird die strukturierte und/oder perforierte und mit Klebstoffmasse beschichtete Metallfolie zwischen die Füge¬ partner eingebracht und wegen des Einrastens des einen Füge- partners in die entsprechende Öffnung des anderen Fügepart¬ ners wird eine Fixierung der zu verklebenden Metallteile zu Beginn der Verklebung überflüssig.
Diese Art des Aneinanderfügens im Schlüssel-Schloss-Prinzip nennt man auch ein Klickverbindeverfahren. Die Figuren zeigen Beispiele für die Gestaltung der Fügepartner.
Die Strukturierung der Metallfolie kann beliebig gestaltet sein, sowohl von den Dimensionen der Strukturierung als auch von der Form der Struktur. Die Metallfolie kann beispielsweise auch einfach geprägt sein, beispielsweise können in einem Imprintverfahren Vertiefungen in der Oberfläche des Metalls erzeugt sein, in die dann der Klebstoff eingerakelt wird. Die Strukturierung und/oder Perforierung kann im Bereich mehrer Millimeter bis hinunter in den Sub^m-Bereich liegen. Die verwendeten Metallfolien haben eine Dicke zwischen 0,5μπι - 1000 μπι, bevorzugt zwischen Ιμπι und 200μπι und noch bevorzugter zwischen 2μπι und ΙΟΟμπι. Die Metallfolie kann erfindungs- gemäß sowohl einstückig als auch aus mehreren Schichten laminiert aufgebaut sein.
Die Beschichtung der Metallfolie mit Klebstoff kann großflä¬ chig in Bereichen, ganzflächig, ganzflächig mit Inseln, in Bereichen, streifenförmig, in einem Muster, punktuell etc. gestaltet sein.
Das KlebstoffSystem kann gefüllt oder ungefüllt sein und auch ein zweikomponentiges System sein. Dabei kann beispielsweise eine Komponente auf dem zu verbindenden Fügepartner oder glatten Metallteil und eine Komponente auf der Metallfolie aufgebracht sein. Außerdem kann das KlebstoffSystem ein vor- reagiertes so genanntes B-Zustandsharz sein, das bereits bei einem kurzen Temperschritt vollständig vernetzt und/oder aus¬ härtet, z.B. ein vorreagiertes Epoxidharzsystem. Im Folgenden wird die Erfindung noch anhand von Figuren näher erläutert :
Figur 1 zeigt ein Beispiel für eine Klickverbindung,
Figur 2 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Klickverbin¬ dung,
Figuren 3 bis 5 zeigen Aus führungs formen von mit Klebstoff beschichteten und strukturierten Metallfolien, Figur 6 zeigt ein Schema der Metallfolienherstellung und
Verklebung allgemein und
Figur 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer perforier¬ ten Metallfolie.
Figur 1 zeigt zwei zu verbindende Metallenden, beispielsweise von Generatorspulenstücken. Die beiden gezeigten Metallenden 1 und 2 sind Beispiele für die Fügepartner 1 und 2, zwischen die bei der Verklebung die mit Klebstoff beschichtete Metall¬ folie (hier der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt) ein¬ gelegt wird. Bei der Verklebung wird dann die strukturierte und/oder perforierte und beschichtete Metallfolie so ver- presst, dass die Strukturierung gequetscht und/oder sogar - teilweise- platt gedrückt wird und den Klebstoff freilegt, der dann die beiden gezeigten Fügepartner 1 und 2 mit der Metallfolie klebend verbindet, wobei aber immer eine direkte Verbindung Metall auf Metall zustande kommt, so dass die elektrische und/oder thermische Leitfähigkeit und Strombe¬ lastbarkeit von z.B. Metallen über die Verbindungsstelle hin¬ weg erhalten bleibt.
Bei der Verklebung wird beispielsweise die strukturierte und/oder perforierte Metallfolie beidseitig punktuell mit dem Klebstoff versehen und zwischen die gezeigten Enden der zur verbindenden Werkstücke, also die Fügepartner 1 und 2, ge- legt. Die gezeigten Werkstückenden 1 und 2 können beispielsweise Generatorspulenenden sein. Nach dem Andrücken der beiden Enden auf die mit Klebstoff benetzte und/oder beschichte¬ te Folie und einer temporären Fixierung der Klebestelle wird die Bindenaht so weit zusammengepresst , dass sich die Struk- turierung der Folie deformiert und der in den Vertiefungen oder zwischen den Strukturen befindliche Klebstoff die Werks¬ stückoberfläche der Fügepartner 1 und 2 benetzt. Hierbei kommt es zu einer Verklebung der Fügepartner 1 und 2 mit der Metallfolie .
Zu erkennen ist das Fügepartnerende 1, das links angeordnet ist und von der Form her das Schloss des Schlüssel-Schloss- Paares bildet. In dieses Schloss wird gerade das Fügepartne¬ rende 2 in der durch den Pfeil angedeuteten Richtung einge- bracht, so dass sich ein durchgehendes Werkstück aus den bei¬ den Teilstücken 1 und 2, verbunden durch die Metallfolie (nicht gezeigt) bildet.
Die in der Figur 1 entstehende Verbindung ist zum einen sehr gut elektrisch und thermisch leitfähig, da direkt Metall auf Metall zu liegen kommt und weist zum anderen eine sehr hohe Verbundfestigkeit zwischen den drei Fügepartnern auf, da ein geeignetes Polymersystem, wie beispielsweise Anaerobe Metall¬ klebstoffe, Epoxidharzsysteme etc., sehr gute Metallklebungen ermöglichen.
Figur 2 zeigt eine andere Aus führungs form wie Figur 1 wobei wieder ein Fügepartner mit dem anderen nach dem Schlüssel- Schloss-Prinzip zusammengeführt werden kann. Zwar werden in den Figuren zwei Beispiele für Klickverbindungen, wo die beiden Fügepartner nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip gestaltet sind, gezeigt, jedoch ist die Anwendung bei glatten Metallenden und Fügepartner genauso möglich, es wird nur ein Schritt
zur Fixierung und/oder Justierung der Fügepartner erforderlich.
Die Aushärtung des Klebstoffs erfolgt entweder durch Belich- ten, bei Raumtemperatur oder durch eine kurze Erwärmung, aber die Temperaturen steigen dabei maximal bis zu 400°C damit der Klebstoff nicht zersetzt wird.
Figuren 3 bis 5 zeigen strukturierte Metallfolien, in denen Klebstoff eingebracht ist. Zu erkennen sind die Metallfolien 3, die beispielsweise Metallfolien aus Kupfer, Aluminium, Gold, Silber, sonstigen gut leitfähigen Metallen und Metalllegierungen sind. Die Metallfolien haben an der Oberfläche Strukturen 4, in die Klebstoff 5 eingearbeitet ist. Die Dicke der Metallfolie 6 kann variieren, bevorzugt liegt sie zwi¬ schen 0,5μπι - 1000 μπι, bevorzugter zwischen Ιμπι und 200μπι und noch bevorzugter zwischen 2μπι und ΙΟΟμπι.
Die Dicke der Klebstoffbeschichtung 7 liegt beim hier gezeig- ten Beispiel unter der Höhe der Strukturen 4, so dass der Klebstoff 5, der in die Strukturen 4 eingebettet ist, bei Quetschung der Struktur 4 der Metallfolie 3 freigesetzt wird.
Die Figuren 4 und 5 zeigen weitere Ausführungsbeispiele, wo- bei Figur 4 eine runde Strukturierung und Figur 5 eine versetzt angeordnete Strukturierung erkennen lässt.
Figur 6 zeigt das Schema der Metallfolienherstellung und Verklebung ganz allgemein, wobei zunächst, von einer einfachen Metallfolie 3 ausgegangen wird. Diese wird durch einen Struk- turierungsschritt 8 in eine Metallfolie 3 mit Strukturen 4 gewandelt .
Nach Aufbringung des Klebstoffes 5 entsteht daraus die in Fi- guren 3 bis 5 bereits gezeigte, mit Klebstoff 5 in den Struk¬ turen 4 versetzte, Metallfolie 3. Diese wird, wie in Figur 5, untere Zeile ganz links gezeigt, zwischen die Fügepartner 1 und 2 platziert.
Durch den bei der Fixierung der Fügepartner auf die Metallfolie 3 ausgeübten Druck wird die Struktur 4 der Metallfolie 3 deformiert, so dass der Klebstoff 5 aus den Strukturen 4 der Metallfolie austritt und die Berührflächen der Fügepartner 1 und 2 benetzt.
Durch den Pfeil 9 wird beispielhaft angegeben, von wo der Druck auf die Fügestelle und damit auf die mit Klebstoff 5 in den Strukturen 4 versehene Metallfolie 3 ausgeübt wird. Durch den Pfeil 10 wird angegeben, wie beispielsweise Strahlung auf den Klebstoff treffen kann, so dass der im Klebstoff 5 bei¬ spielsweise enthaltende strahlungsaktivierbare Katalysator freigesetzt wird.
Nach Aushärtung des Klebstoffes, die auch durch Temperaturerhöhung oder weiterhin durch Strahlung oder auch einfach durch Zeit erfolgen kann, sind die beiden Fügepartner 1 und 2 permanent verbunden.
Zwar sind in den bisher beschriebenen Figuren bevorzugt Metallfolien mit Strukturierungen gezeigt, jedoch kann die Erfindung genauso gut mit eingeprägten Vertiefungen sowie mit Perforierungen realisiert sein.
Figur 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer perforierten Metallfolie: Zu erkennen ist oben der Fügepartner 1 und unten der Fügepartner 2, im oberen Teil der Figur noch räumlich getrennt. Die Berührungsflächen der Fügepartner sind mit Kleb- stoff 5 beschichtet. Im gezeigten Beispiel sind beide Berüh¬ rungsoberflächen der Fügepartner mit Klebstoff 5 beschichtet, es kann jedoch auch nur ein Fügepartner mit Klebstoff 5 beschichtet sein. Zwischen die mit Klebstoff 5 beschichteten Fügepartner 1 und 2 wird die perforierte Metallfolie 11 gelegt. Dann werden die Fügepartner mit oder ohne Druck zusammengefügt und fixiert, wobei nach erster Anhärtung des Klebstoffs 5 die Fixierung
der Fügestelle erfolgt. Wie bereits beschrieben, kann eine erste Fixierung der zu verbindenden metallischen Fügepartner bereits nach Sekunden erfolgt sein, so dass kein weiterer Arbeitsschritt möglicherweise erforderlich ist, insbesondere wenn bei einem lichthärtenden Klebstoff die Aushärtung bereits gestartet wurde.
Die Erfindung betrifft ein Verbundwerkstück, ein Herstellungsverfahren dazu und eine Anwendung, insbesondere eine mit hoher Strombelastbarkeit, geringem thermischem Widerstand und hoher mechanischer Stabilität. Dabei wird eine mit Klebstoff beschichtete Metallfolie mit den Fügepartnern verklebt und/o¬ der eine unbeschichtete Folie wird zwischen Fügepartner ge¬ legt, die ein- oder doppelseitig mit Klebstoff beschichtet sind. Die Verklebung kann auf verschiedene Weisen erfolgen, bei einem Zweikomponentenklebstoff kann beispielsweise eine Klebstoffkomponente auf der Oberfläche eines Fügepartners oder beider Fügepartner aufgebracht sein und die zweite Komponente auf der Metallfolie, die zwischen den Fügepartnern zu liegen kommt, aufgebracht sein. Durch die Aneinanderfügung oder Ineinanderfügung der Fügepartner (je nach Ausführungsform) werden die beiden Komponenten dann vermischt und ergeben die Klebstoffmasse, die dann aushärtet. Bei Einkomponen¬ tenklebstoffen können entweder nur die Folie (ein- bzw. beid- seitig) , je eine Fügeteiloberfläche oder beide Fügeteilo- berflächen (e nach Aus führungs form der Folie) mit Klebstoff beschichtet sein.
Neben einer sehr guten elektrischen Leitfähigkeit sorgt die Metallfolie im Klebeverbund auch für einen sehr geringen thermischen Widerstand, was eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit zwischen den beiden Verbindungspartnern bedeutet. Dies ist insbesondere bei allen Aspekten rund um Entwärmung von Hochleistungselektronik, wie z.B. High Brightness LED, oder bei Leistungsbaugruppen im Industriesektor, von Interesse. Hier werden derzeit hochgefüllte Klebstoffe eingesetzt, die in ih¬ rer Lagerung, Applikation und Handhabung nicht selten fertigungsunfreundlich sind. Ein System wie das durch die vorlie-
gende Erfindung erstmals vorgestellte ermöglicht es, Wärme durch eine geeignete, schnelle und unkomplizierte Klebung ef¬ fizient abzutransportieren.
Claims
1. Verbundwerkstück, wobei die Fügepartner über eine strukturierte, geprägte und/oder perforierte Metallfolie, die zumin- dest einseitig mit einer Klebstoffmasse beschichtet ist, ver¬ bunden sind.
2. Verbundwerkstück nach Anspruch 1, wobei die Fügepartner an den zu verbindenden Flächen und/oder Kanten so gestaltet sind, dass ein erster Fügepartner in eine entsprechende Öff¬ nung eines zweiten Fügepartners einrastet.
3. Verbundwerkstück nach Anspruch 2, wobei die mit Klebstoffmasse beschichtete Metallfolie zwischen den Fügepartnern so angeordnet ist, dass ihre Struktur beim Einrasten des ersten Fügepartners in die Öffnung des zweiten Fügepartners so ge¬ quetscht wird, dass der darin enthaltene Klebstoff freige¬ setzt wird.
4. Verfahren zur Verklebung von Fügepartnern, wobei in einem ersten Verfahrensschritt eine strukturierte und/oder perfo¬ rierte Metallfolie zumindest einseitig mit Klebstoff be¬ schichtet wird, in einem zweiten Verfahrensschritt die be¬ schichtete Metallfolie zwischen die Fügepartner gebracht und dort fixiert wird, bis durch den Kleber eine selbsttragende Stabilität der Klebestelle erreicht ist und in einem dritten Verfahrensschritt der Kleber ausgehärtet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Fixierung der Klebe- stelle durch eine Halterung durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Fixierung der Klebestelle durch das Einrasten eines ersten Fügepartners in eine Öffnung eines zweiten Fügepartners erfolgt.
7. Verwendung eines nach dem Verfahren hergestellten Verbundwerkstückes in der Herstellung von Generatoren, High Bright- ness LEDs und/oder bei Leistungsbaugruppen im Industriesektor .
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