Welded parts having inclined tapered edge region of the welding process and for this by fillet of two welded parts |
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申请号 | JP2007531597 | 申请日 | 2005-11-15 | 公开(公告)号 | JP2008513216A | 公开(公告)日 | 2008-05-01 |
申请人 | ティーアールダブリュー・オートモーティブ・エレクトロニクス・アンド・コンポーネンツ・ゲーエムベーハー; | 发明人 | ヴィルケンドルフ,ハルディ; エルトル,トーマス; | ||||
摘要 | 本発明は、2つの溶接部分のすみ肉(11)による溶接方法において、第1の溶接部分(1)が、すみ肉(11)により溶接されるべきコーナーの少なくとも縁領域内の当接面により、第2の溶接部分(3)の当接面と 接触 させられ、およびそれに続いて、溶接過程の間に、溶接エネルギーが、第1の溶接部分(1)の縁から所定の距離を有するエネルギー供給領域内における、第1の溶接部分(1)の、当接面とは反対側の面のみに供給される、2つの溶接部分のすみ肉(11)による溶接方法に関するものである。 溶接エネルギーの供給は一方向に行われ、第1の溶接部分(1)の内側領域を向く方向の、形成されるべきすみ肉(11)の延長線に対して直 角 方向を向くその方向成分が、第1および第2の溶接部分(3)の当接面の接触面と、90°より小さい溶接角を形成する。 溶接エネルギーは、少なくとも第1の溶接部分(1)のエネルギー供給領域および第1の溶接部分のエネルギー供給領域に隣接する、第2の溶接部分(3)の十分な領域と、および、さらに、エネルギー供給領域と第1の溶接部分(1)の縁との間に存在する材料供給領域とが、溶解され且つ相互に溶着されるまでの間供給される。 さらに、本発明は、本方法を実行するための溶接部分と、並びに少なくとも1つのパワー半導体構造要素の冷却体と溶接されている導体路を有する電気構造ユニットとに関するものである。 【選択図】 図2 |
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权利要求 | 2つの溶接部分のすみ肉(11)による溶接方法において、次の段階、即ち、 a)第1の溶接部分(1)が、すみ肉(11)により溶接されるべきコーナーの少なくとも縁領域内の当接面により、第2の溶接部分(3)の当接面と接触させられる段階と、 b)溶接過程の間に、溶接エネルギーが、第1の溶接部分(1)の縁から所定の距離を有するエネルギー供給領域内における、第1の溶接部分(1)の、当接面とは反対側の面のみに供給され、 i)ここで、溶接エネルギーの供給は一方向に行われ、第1の溶接部分(1)の内側領域を向く方向の、形成されるべきすみ肉(11)の延長線に対して直角方向を向くその方向成分が、第1および第2の溶接部分(3)の当接面の接触面と、90°より小さい溶接角を形成し、およびii)ここで、溶接エネルギーは、少なくとも第1の溶接部分(1)のエネルギー供給領域および第1の溶接部分のエネルギー供給領域に隣接する、第2の溶接部分(3)の十分な領域と、さらにエネルギー供給領域と第1の溶接部分(1)の縁との間に存在する材料供給領域とが、溶解され且つ相互に溶着されるまでの間供給される、 段階と、 を含む2つの溶接部分のすみ肉(11)による溶接方法。 溶接角(α)が50−80°の範囲内にあることを特徴とする請求項1の方法。 溶接エネルギーが好ましくはパルス状の溶接レーザにより供給されることを特徴とする請求項1または2の方法。 エネルギー供給領域を含む溶接部分(1)の縁領域が、すみ肉(11)を形成するための溶接過程に好ましい構造(9)を備えていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかの方法を実行するための溶接部分。 縁領域が、接触面に直角で且つすみ肉の方向に直角な平面内において、先細り断面を有することを特徴とする請求項4の溶接部分。 縁領域の表面が、エネルギー供給領域および材料供給領域を含む斜面(7)を有していることを特徴とする請求項5の溶接部分。 縁領域が、エネルギー供給領域の範囲内において、または溶接部分(1)の内側領域の方向にエネルギー供給領域に隣接する範囲内において、溶接部分(1)の内側領域よりも薄く形成されていることを特徴とする請求項4ないし6のいずれかの溶接部分。 より薄い領域に続くエネルギー供給領域および/またはより薄い領域に続く材料供給領域が、より薄い領域よりも厚く形成されていることを特徴とする請求項7の溶接部分。 構造(9)が、冷間加工法例えば打出し法により形成されていることを特徴とする請求項4ないし8のいずれかの溶接部分。 溶接部分(1)が打抜き部分として形成されていることと、および構造(9)を形成するための打出し法が溶接部分(1)の打抜きと共に1つの作業ステップ内において行われることとを特徴とする請求項9の溶接部分。 導体路を有する電気構造ユニットにおいて、導体路は、少なくとも1つのパワー半導体構造要素の冷却体と、溶接特にレーザ溶接により、請求項1ないし3のいずれかの方法によって結合され、導体路が、請求項4ないし10のいずれかの第1の溶接部分(1)として形成され、および第2の溶接部分(3)としてのパワー半導体の冷却体と溶接される、導体路を有する電気構造ユニット。 |
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说明书全文 | 本発明は、特に感受性の高いパワー半導体構造要素の金属冷却体を導体路と溶接するための、2つの溶接部分のすみ肉による溶接方法に関するものである。 さらに、本発明は、本方法を実行するために適している特殊な溶接部分の形態に関するものである。 ドイツ特許公開第19912443号から、少なくとも1つの半導体構造要素を有する電気構造ユニットが既知であり、この電気構造ユニットにおいては、例えば打抜き格子として形成された導体路が、パワー半導体構造要素の金属冷却体とすみ肉により溶接される。 これにより、確実な電気接点が達成され且つ同時にパワー半導体構造要素の損失熱の導体路への放出が保証される。 パワー半導体構造要素の冷却体は通常構造要素の接続接点と結合されているので、当該接続接点がさらに当該導体路と電気的に結合される必要がないという利点がさらに得られる。 パワー半導体構造要素を導体路と溶接するとき、溶接過程により、できるだけ少ない熱量をパワー半導体構造要素の冷却体に伝達させることが必要であり、その理由は、もしそうでない場合、冷却体上に配置されている半導体チップの損傷または破壊の危険性が存在するからである。 本出願人により従来実行されてきた溶接方法に関連する問題点を簡単に説明するために、以下にこの溶接方法を図1aおよび1bの図によって詳細に説明する。 溶接は、例えばレーザ溶接により、第1の溶接部分1の右縁において行われるものとする。 このために、溶接エネルギーは、レーザ・ビーム5により、第1の溶接部分の縁領域において第1の溶接部分内に投入される。 第2の溶接部分3はパワー半導体構造要素の冷却体であるので、半導体チップの損傷または破壊を回避するために、溶接エネルギーはできるだけ少量のみが第2の溶接部分3内に流入されるように配慮されなければならない。 したがって、レーザ・ビームは、第1の溶接部分1に関して、スポット幅ω 0に対応する直径を有するレーザ・ビームが、直径ω 0のその全スポットが、第1の溶接部分1の上部コーナーの範囲内に存在するように位置決めされる。 実験により、レーザ・ビームが第1および第2の溶接部分1、3間の接触面となす角度が、好ましくは50−80°の範囲内にあるべきであることがわかった。 レーザ・ビーム5が接触面となす角度が90°以上の場合、第1の溶接部分1の縁と第2の溶接部分3の表面との間に、希望のすみ肉は形成されないであろう。 完成した溶接結合が図1bに示されている。 第1の溶接部分の上部のコーナー領域ないしは縁領域は、レーザ・ビーム5による溶接エネルギーの流入によって溶解されている。 この場合、レーザ・ビームを、直接、第1の溶接部分1の縁と第2の溶接部分3の表面との間のコーナー領域内に向けることができなかったので、この結果、第1の溶接部分1の上部の縁領域ないしはコーナー領域全体が溶解されなければならなかった。 この場合、第1の溶接部分1の縁領域全体が溶解されるのみならず、溶解された第1の溶接部分の縁に隣接する第2の溶接部分3の十分な領域もまた、第1の溶接部分1の材料と共に溶解され且つそれと溶着されるように、溶接エネルギーは多量に且つ長い時間保持されなければならない。 完成したすみ肉溶接形状が図1bに示されている。 上部コーナーの必要な溶解およびできるだけ少なく使用される溶接エネルギーのために、しばしば外観的に好ましくない溶接形状が得られることがあり、その理由は、比較的大きな材料流れが必要となるからである。 さらに、レーザ・ビームに対する溶接部分の位置決めは、第1の溶接部分の直角コーナーのためにきわめてむずかしくなる。 図1において第1の溶接部分1を僅かに左へシフトしただけでも、この結果、レーザ・ビームはその溶接エネルギーを感受性の高い第2の溶接部分3の付近またはそれ自身にもさらに多量に流入させることになるであろう。 これは絶対に回避されなければならない。 さらに、レーザ・ビーム5に対する第1の溶接部分1の僅かな位置変化が、第1の溶接部分1の縁領域の溶解において、著しく異なる材料流れを形成することになる。 したがって、外観的に好ましい均一な溶接継目を形成することは困難である。 したがって、この従来技術から出発して、第1の溶接部分と熱感受性の高い第2の溶接部分との溶接もまた可能にし、且つ同時に溶接エネルギーの流入点位置に対する第1の溶接部分の位置決めに関してより低い精度で可能な、2つの溶接部分のすみ肉による溶接方法を提供することが本発明の課題である。 さらに、このために適切な溶接部分を提供すること、並びに少なくとも1つのパワー半導体構造要素の冷却体と溶接すみ肉により結合されている導体路を有する電気構造ユニットを提供することが本発明の課題である。 本発明は、この課題を、請求項1ないしは4および11の特徴により解決する。 溶接エネルギーの供給は一方向に行われ、この場合、形成されるべきすみ肉の延長線に対して直角な方向成分が、第1および第2の溶接部分の当接面の接触面と、50−80°の範囲内の溶接角度を形成することが好ましい。 本発明の好ましい実施形態においては、溶接エネルギーは例えばパルス状の溶接レーザにより供給される。 所定の長さの溶接継目を形成するために、この場合、それぞれその中でエネルギーの流入が行われる点状ないしはスポット状領域に対して、溶接部分をシフトすることが必要であることは明らかである。 本発明により、第1の溶接部分は、エネルギー供給領域を含むその縁領域内に、すみ肉を形成するための溶接過程に好ましい構造を備えている。 本発明の他の実施形態により、縁領域内の溶接部分が、エネルギー供給領域の範囲内において、または溶接部分の内側領域の方向にエネルギー供給領域に隣接する範囲内において、第1の溶接部分の内側領域よりも薄く形成されるようにすることもできる。 これにより、エネルギーの流入位置と、第1の溶接部分の、縁領域から離れた領域との間に比較的高い熱伝達抵抗が得られることが達成される。 したがって、流入溶接エネルギーは縁領域に集中されたままである。 同時に、より薄い領域に続くエネルギー供給領域および/またはより薄い領域に続く材料供給領域が、第1の溶接部分の当該より薄い領域よりも厚く形成されていてもよい。 この構造は、例えば、第1の溶接部分の縁領域内に切込部または凹部を設けることによって形成されることができる。 溶接エネルギーの流入は、このとき、凹部の底面に対してのみならずより厚い縁の領域内において行われてもよい。 いずれの場合においても、より薄い領域は、熱エネルギー流れを低減させる熱伝達抵抗として働く。 すみ肉を有利に形成するための構造は、第1の溶接部分において、冷間加工法例えば打出し法により形成されてもよい。 溶接部分が打抜き部分として形成される場合、打抜き工具がそのせん断刃に後続して対応打出し領域を有することにより、打出し法を打抜き法と同じ作業ステップにおいて行うことができる。 第1の溶接部分は、材料供給領域の材料が第1の溶接部分の残りの材料とは異なる材料供給領域を有していてもよい。 この材料は、例えばより低い軟化温度または融解温度を有していても、またはその形状的な構造に関してのみでなく、材料組成および強度等のその他のパラメータに関してもまた、溶接継目の形成に対して有利に働く材料を含んでいてもよい。 本発明のその他の実施形態が従属請求項から得られる。 図2aの側面図は第1の溶接部分1を略図で示し、第1の溶接部分1は、その下側が第2の溶接部分3の上側と当接している。 第1の溶接部分1は例えば打抜き格子の形の導体路とすることができ、打抜き格子は、パワー半導体構造要素として形成されている第2の溶接部分3と溶接されるものとする。 側面図は、この場合、パワー半導体構造要素の冷却体を示すものとする。 溶接は例えばレーザ・ビーム5によるエネルギーの流入によって行うことができ、レーザ・ビーム5はスポット幅ω 0の直径を有している。 したがって、エネルギーの流入は、図2aに示されているように、直径ω 0のほぼ円形のスポット内において行われる。 溶接過程を既知の方法よりも改善するために、溶接部分1はその縁領域(図2aの右側に示されている)内において、溶接部分1の縁の方向に先細りする斜面を有している。 斜面7は第1の溶接部分1と第2の溶接部分3との間にすみ肉を形成するための溶接過程に好ましい構造を示している。 図2aに示されているように、レーザ・ビーム5によるエネルギーの流入方向は斜面7に対して例えば直角とすることができる。 所定の長さのすみ肉を形成するために、レーザ・ビーム5と第1および第2の溶接部分1、3との間の相対運動が行われなければならないことは明らかである。 エネルギーの流入は、エネルギー供給領域の下側の第1の溶接部分の全範囲(図示の実施例において、斜面7に向かうレーザ・ビーム5のスポットに対応する)と、およびさらにこの範囲に隣接する、第2の溶接部分3の表面内の材料の部分範囲とが溶解するように選択されるべきであることは明らかであり、この場合、両方の溶接部分1、3の溶解された材料範囲は相互に溶着し且つすみ肉11を形成する。 図2bは、同様に側面図において、すみ肉11により溶接された溶接部分1、3を示す。 溶接エネルギーを、第1の溶接部分1の表面上の、第1の溶接部分1の縁から所定の距離を有するエネルギー供給領域内に投入することにより、エネルギーの流入位置に対する溶接部分1、3の位置決め精度に関する低い厳密性が得られる。 さらに、エネルギー供給領域と第1の溶接部分の縁との間の領域は材料供給領域として働く。 この場合、エネルギーの流入およびそのための構造9は、好ましくは全材料供給領域が溶接過程の間に溶解し且つすみ肉11を共に形成するように相互に調整されるべきである。 このようにして、場合により必要となるであろう追加材料の供給は不要となる。 図3は第1の溶接部分1′の縁領域内の代替構造9′を示す。 縁領域9′は、図3に示す溶接部分1′の場合、下向きに斜めに伸長する側壁を有する凹部を含む。 レーザ・ビーム5によるエネルギーの流入は、例えば、スポット幅ω 0を有するレーザのスポットが凹部の外側側壁の範囲内に存在するように行うことができる。 このようにして、レーザ・スポットの範囲内において、第1の溶接部分1′の底部内で比較的少ない材料のみが溶解されるにすぎないことが達成される。 第1の溶接部分1′の縁領域内の凹部の、レーザ・スポットの左側即ち溶接部分1′の内側方向の薄い底部は、エネルギーの流入位置から、第1の溶接部分1′の(内側の)より厚い領域方向への熱伝達に関して、比較的大きい熱伝達抵抗として働く。 図3に示されているように、図3においてエネルギー供給領域の右側に続く材料供給領域は、同様により厚く形成されていてもよい。 材料供給領域の厚みないしは材料の量は、溶接過程を実行するための、ないしはすみ肉を形成するための特殊な要求に適合されるようにできる。 図3において、同時に、材料供給領域が残りの溶接部分1′の材料とは異なる材料から形成されてもよいことが教示されている。 異なる材料からなるこのような材料供給領域は、例えば、めっき等により形成されてもよい。 1、1′ 第1の溶接部分 3 第2の溶接部分 5 レーザ・ビーム 7 斜面 9、9′ 構造 11 すみ肉 α 溶接角 ω 0スポット幅 |