Kupferfolien-Diffusionsschweißtechnik mit weicher Verbindung: Analyse von Prinzipien, Prozessen und technischen Anwendungen

Das Kupferfolien-Diffusionsschweißen mit weicher Verbindung ist ein Schweißverfahren, bei dem mehrere Schichten dünner Kupferfolie oder anderer Metallfolien verwendet werden, um Atome an der Kontaktschnittstelle durch hohe Temperatur und Druck zu diffundieren und so eine starke metallurgische Verbindung zu bilden. Diese Technologie wird hauptsächlich in leitenden Verbindungsszenarien eingesetzt, die eine hohe Flexibilität, große Strombelastbarkeit und Vibrationsfestigkeit erfordern, wie z. B. flexible Übergangsverbindungen in neuen Energiebatteriesystemen, elektronische Hochleistungsgeräte sowie Geräte zur Energieübertragung und -verteilung. Im Gegensatz zum herkömmlichen Hartlöten oder Schmelzschweißen ist beim Diffusionsschweißen die Zugabe von Lot oder Füllmetall während des Schweißprozesses nicht erforderlich. Stattdessen beruht es auf der atomaren Migration der verbundenen Materialien selbst im festen Zustand, um eine Bindung zu erreichen. Daher bietet die Lötverbindung technische Vorteile wie eine gleichmäßige Zusammensetzung, keine spröde Grenzflächenphase und einen stabilen Widerstand.

 

Bei der Herstellung von flexiblen Kupfer-Sammelschienen kann der Diffusionsschweißprozess die Enden der mehrschichtigen Kupferfolie zu einem dichten, starren Verbindungsbereich konsolidieren, während der mittlere Teil eine mehrschichtige Trennstruktur beibehält, um Flexibilität zu gewährleisten. Dadurch wird die Strombelastbarkeit und mechanische Festigkeit der Endverbindung sichergestellt und der flexible Bereich wird genutzt, um Wärmeausdehnungsverschiebungen und Vibrationen während des Gerätebetriebs zu absorbieren. Für neue Energiebatteriemodule werden flexible Sammelschienen für Batterieanschlüsse und flexible Kupfersammelschienen für Lithiumbatterien häufig mit diesem Verfahren hergestellt, mit dem elektrische Pfade mit geringem Widerstand und hoher Flexibilität zwischen den Zellpolen oder zwischen dem Batteriepack und dem Hauptstromkreis hergestellt werden. Kupferlaminierte flexible Steckverbinder sind ein typisches Produkt der Diffusionsschweißtechnik. Durch ihre mehrschichtige, laminierte Struktur ist ihre Biegelebensdauer und Ermüdungsbeständigkeit deutlich besser als die eines einzelnen Kupferstabs.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Im Vergleich zu herkömmlichen Schweißverfahren weist das Diffusionsschweißen von weichen Kupferfolienverbindungen mehrere technische Vorteile auf. Erstens ist kein Lötzinn erforderlich. Durch den Verzicht auf Lot oder Flussmittel eliminiert diese Technologie im Wesentlichen das Risiko von Lotspritzern, Flussmittelrestkorrosion und galvanischer Korrosion zwischen unterschiedlichen Metallen. Durch das Fehlen einer Lotschicht verringert sich auch der Verbindungswiderstand, insbesondere bei Hochstromübertragungswegen. Jede Reduzierung des Mikroohm-Widerstands verringert die Joulesche Erwärmung und verbessert die Energieeffizienz des Systems. Zweitens sind die Schweißverbindungen flach und glatt. Da während des Schweißvorgangs kein Fließen und keine Erstarrung des geschmolzenen Metalls stattfindet, behält die Oberfläche des Verbindungsbereichs nach dem Diffusionsschweißen die ursprüngliche Folienlaminatstruktur bei oder bildet eine gleichmäßige rekristallisierte Struktur, nahezu ohne sichtbare Schweißwulste oder Vertiefungen. Diese Funktion ist besonders wichtig für verzinnte Foliensteckverbinder für elektrische Batterien, die auf engstem Raum installiert werden, da ungleichmäßige Lötbereiche zu einer Konzentration des elektrischen Feldes oder einer schlechten Haftung der Isolierfolie führen können. Drittens ist die Verbindung stark und stabil. Die durch Diffusionsschweißen gebildete Verbindung ist eine metallurgische Verbindungsart. Seine Zugfestigkeit und Scherermüdungsbeständigkeit sind besser als bei mechanischen Verbindungsmethoden wie Crimpen oder Nieten, und es neigt bei langfristigen thermischen Zyklen nicht zur Kriechrelaxation.

 

Die flexible Kupferfolien-Speicherbatterie-Sammelschiene muss der periodischen Ausdehnung und Kontraktion des Batteriekerns während des Lade- und Entladevorgangs im Energiespeichersystem standhalten. Die Enden der Diffusionsschweißverbindung können Spannungen zuverlässig ohne Übergangswiderstandsdrift übertragen. Viertens ist die Palette der einsetzbaren Materialien groß. Diese Technologie eignet sich nicht nur für die gleiche Metallverbindung zwischen Kupfer und Kupfer, sondern kann auch die Diffusionsverbindung unterschiedlicher Metalle wie Kupfer und Aluminium, Kupfer und Nickel durch ein angemessenes Grenzflächenübergangsschichtdesign realisieren und so den Anwendungsanforderungen von Kupfer--Aluminium-Verbundanschlüssen in Batteriesätzen gerecht werden. Fünftens Umweltschutz. Der Diffusionsschweißprozess erfordert kein Lot und Flussmittel, erzeugt keinen schädlichen Rauch oder Abfallflüssigkeit und die Heizmethode nutzt elektrische Heizung, die keine direkten Kohlenstoffemissionen verursacht und die Anforderungen einer sauberen Produktion erfüllt.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Die Anwendungsbereiche von weichen Kupferfolienverbindungen haben sich stark ausgeweitet, von der traditionellen Leistungselektronikindustrie hin zu High-End-Fertigungsbereichen wie neuen Energiefahrzeugen, Energiespeichersystemen, Luft- und Raumfahrt und Schienenverkehr. Im Bereich neuer Energiefahrzeuge werden Kupferfolien-Sammelschienen häufig als leitfähiges Medium für die Reihen- und Parallelverbindungen zwischen den internen Modulen des Leistungsbatteriesatzes, den flexiblen Übergang zwischen den Zellen und der Sammelschiene und die Hauptverbindung zwischen dem Batteriesatz und dem Hochspannungsverteilerkasten des Fahrzeugs verwendet. Seine leichten und flexiblen Eigenschaften sind von großer Bedeutung für die Verbesserung der Energiedichte des Batteriepakets und die Anpassung an die Platzbeschränkungen des Fahrzeugchassis. Bei Energiespeicherwandlern und Photovoltaik-Wechselrichtern muss die Verbindung zwischen dem IGBT-Leistungsmodul und der DC-Sammelschiene die Anforderungen an niedrige Induktivität, geringen Widerstand und hohe Flexibilität erfüllen. Die mehrschichtige integrierte Kupferfolienstruktur der kupferlaminierten flexiblen Steckverbinder, die durch Diffusionsschweißen erreicht wird, reduziert effektiv Spannungsüberschreitungen und elektromagnetische Störungen während des Schaltvorgangs. Im Luft- und Raumfahrtbereich reagieren Satellitenstromversorgungssysteme und Flugzeugstromverteilungsnetze äußerst empfindlich auf das Gewicht von Steckverbindern. Weiche Verbindungen aus Kupferfolie sind aufgrund ihrer hohen spezifischen Festigkeit und Leitfähigkeit zur bevorzugten Lösung geworden. Im Traktionssystem des Schienenverkehrs wird im Übergangsabschnitt des Stromkabels zwischen dem Traktionskonverter und dem Motor eine weiche Kupferfolienverbindung mit großem Querschnitt verwendet, die nicht nur den ständigen Vibrationen während des Fahrzeugbetriebs standhält, sondern auch eine effiziente Übertragung von Leistung im Megawatt-Bereich gewährleistet.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Der Herstellungsprozess von weichen Kupferfolienverbindungen durch Diffusionsschweißen umfasst mehrere Präzisionsverbindungen wie Materialvorbereitung, Stapelmontage, Schweißformung und Nachbearbeitung. Während der Materialvorbereitungsphase muss die Kupferfolie einer strengen Oberflächenreinigung und Entfettung unterzogen werden, um Walzöl, Oxidfilme und Staubpartikel zu entfernen. Eventuell verbleibende Verunreinigungen bilden bei hohen Temperaturen Grenzflächeneinschlüsse und verschlechtern die Schweißqualität. In der Laminiermontagephase werden die mehreren Kupferfolienschichten durch Positionierungsvorrichtungen präzise in der vorgesehenen Reihenfolge und Richtung laminiert. Zwischen den Schichten können Nickelbleche oder Nickelplattierungsschichten eingefügt werden, um die Schnittstellenkompatibilität beim Schweißen unterschiedlicher Metalle zu verbessern. Die Schweißformungsphase wird in einem Vakuumdiffusionsschweißofen oder einer Schutzatmosphärenschweißmaschine durchgeführt. Das Temperaturprofil wird üblicherweise in der Nähe der Rekristallisationstemperatur des Kupfers eingestellt. Die Haltezeit liegt je nach Stapeldicke und Fugengröße zwischen Minuten und Stunden. Die Nachbearbeitungsphase umfasst die Korrektur nach dem Schweißen, das Entgraten, die Oberflächenreinigung und die Prüfung der elektrischen Leistung. Bei Spezifikationen, die eine Oberflächenbeschichtung erfordern, wie z. B. verzinnte Folienanschlüsse für elektrische Batterien, muss nach dem Diffusionsschweißen eine Verzinnung oder Versilberung durchgeführt werden, um die Oxidationsbeständigkeit und Schweißbarkeit der nachfolgenden Baugruppe zu verbessern.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Wenn Sie eine geeignete auswählen müssenShunt aus laminierter KupferfolieModell für Ihr Batteriemodul, Energiespeichersystem oder Hochleistungs-Stromversorgungsgerät-haben möchten, wenden Sie sich bitte an unser Engineering- und Technikteam, um Muster und technische Parameterblätter zu erhalten.