用于具有軸向?qū)Ь€的電氣部件的堅(jiān)固集成的熔錫連結(jié)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及在電路的兩個(gè)匹配部件之間形成接頭，并且更具體地涉及在包括軸向?qū)Ь€的一個(gè)電路部件與另一部件的成形區(qū)域之間使用電阻焊，以便減小導(dǎo)致裂紋的應(yīng)力梯級(jí)。
【背景技術(shù)】
[0002]電阻焊(也被稱為電阻焊接)結(jié)合大電流和大壓力(兩者均通過一對(duì)相對(duì)電極輸送)使用連結(jié)材料的電阻，以將材料保持在一起直到形成聚結(jié)接頭。點(diǎn)焊和縫焊是電阻焊的兩種公知示例。小型電阻焊機(jī)(尤其是點(diǎn)焊類型)尤其適用于連結(jié)薄的部件，并且因此傳統(tǒng)上用于將電氣部件的線形軸向?qū)Ь€連結(jié)到平坦基板(其示例包括母線、跡線或引線)。
[0003]電阻焊的一個(gè)常見問題在于，由電阻焊機(jī)的電極施加到軸向?qū)Ь€的大程度的力傾向于在導(dǎo)線變形時(shí)在導(dǎo)線中產(chǎn)生顯著的應(yīng)力梯級(jí)。事實(shí)上，導(dǎo)線的這種變形可能是顯著的，通常將電線的直徑減小大于50%。減小的截面會(huì)在界面區(qū)域中留下較少量的材料來(lái)承載相同的負(fù)載，從而使得在制造工藝期間以及組件所處的系統(tǒng)的使用壽命期間易于經(jīng)受過度負(fù)載且因此斷裂。在導(dǎo)線暴露于振動(dòng)力和相關(guān)的基于疲勞的動(dòng)力學(xué)(例如在汽車和相關(guān)機(jī)動(dòng)環(huán)境中所遇到的那些)的情況下，這種過度應(yīng)力以及伴隨的斷裂和過早失效的可能性增加。
[0004]構(gòu)成汽車電池組的單個(gè)電池輸送直流(DC)電至各車輛系統(tǒng)，包括馬達(dá)、電牽引系統(tǒng)(ETS)等。許多這樣的電池(其合并成較大的模塊、組等)可以串聯(lián)或并聯(lián)電連結(jié)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)這些汽車系統(tǒng)提供動(dòng)力所需的期望水平的相應(yīng)電壓或電流。這樣的連結(jié)經(jīng)由高導(dǎo)電母線或電纜組件進(jìn)行，并且可以包含在這些和其他系統(tǒng)部件之間形成的許多界面區(qū)域。
[0005]許多連結(jié)通過可能暴露于與汽車環(huán)境相關(guān)聯(lián)的嚴(yán)酷的機(jī)械和熱負(fù)載的小導(dǎo)線的電阻焊來(lái)進(jìn)行；伴隨汽車行駛的長(zhǎng)期振動(dòng)環(huán)境對(duì)于小導(dǎo)線的完整性是特別艱巨的挑戰(zhàn)，小導(dǎo)線對(duì)于用作電連結(jié)部件之間的機(jī)械和電鏈路是不夠堅(jiān)固的。這樣不能經(jīng)受長(zhǎng)期使用(例如，幾年或者甚至幾十年)意味著在連結(jié)區(qū)域處非?？赡苓^早失效。
[0006]其他的連結(jié)方法(例如基于柔性電路的方法以及使用剛性電路板)往往使用大量接頭(在柔性電路的情況下)或龐大的剛性部件(在電路板的情況下);在任一情況下，其均包含復(fù)雜的制造技術(shù)，這使得它們超級(jí)昂貴，特別是在面向大量生產(chǎn)的應(yīng)用中，例如在汽車電池組中。
[0007]這樣，需要一種制造工藝，其為連結(jié)的電部件提供更強(qiáng)的堅(jiān)固性，特別是與其抗疲勞有關(guān)的情況下。還需要在更廣范圍的焊機(jī)施加力上連結(jié)這樣的部件以允許制造工藝中的更大公差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]這些需要由本發(fā)明滿足，其中熔錫工藝將焊接接頭中產(chǎn)生的應(yīng)力最小化，而不會(huì)損害接頭的電氣完整性。顯著地，形成到?jīng)_壓的導(dǎo)線接收部件中的凹口允許連結(jié)工藝，同時(shí)限制軸向?qū)Ь€的變形，而在界面的與聚結(jié)固態(tài)擴(kuò)散結(jié)合部無(wú)關(guān)的部分處形成的殘余錫填充沖壓凹口中的空隙，以提供接頭可以支撐機(jī)械(包括振動(dòng))負(fù)載的更加擴(kuò)展面積。因此，通過將第一電氣部件的圓形軸向?qū)Ь€放置到在沖壓的匹配第二部件內(nèi)形成的凹口中，使得第一部件的至少一部分能夠位于第二部件的基準(zhǔn)表面以下并且提供更大的接觸面積。而且，當(dāng)經(jīng)歷電阻焊過程時(shí)，由穿過焊機(jī)的電極的電脈沖產(chǎn)生的焦耳熱不僅熔化在發(fā)生擴(kuò)散結(jié)合的兩個(gè)部件之間的界面處的錫鍍層，但是借助于其基本容納在第二部件的凹口內(nèi)而實(shí)現(xiàn)減小量的非圓度變形。這繼而減小了由于電阻焊機(jī)施加的力所產(chǎn)生的應(yīng)力梯級(jí)的量。這樣，凹口的深度至少是控制應(yīng)力梯級(jí)程度的重要因素。熔化錫的存在幫助在開始電脈沖時(shí)將部件熔合在一起；而且，因?yàn)槿刍a是可溶解在銅中的，所以為了在被連結(jié)部件的銅芯之間形成良好的擴(kuò)散結(jié)合部，僅需要少量時(shí)間(例如幾毫秒)。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，公開了一種將第一電氣部件的鍍錫軸向?qū)Ь€連結(jié)到鍍錫第二部件的方法。該方法包括在第二部件中限定凹口形狀，以有利于在其中接收第一部件的一部分。之后，將第一部件部分基本放置在凹口內(nèi)以限定在這兩個(gè)部件之間的界面區(qū)域。然后，沿著界面區(qū)域的至少一部分形成固態(tài)擴(kuò)散結(jié)合部，以便第一部件和第二部件二者的至少一些錫鍍層熔化來(lái)基本填充至少一些界面區(qū)域。顯著地，所述形成發(fā)生以便第一電氣部件部分的截面尺寸的減小小于如果在凹口中沒有發(fā)生這樣的形成的情況。在本上下文中，第一電氣部件和第二電氣部件可以是相同或不同的部件。在優(yōu)選形式中，至少一個(gè)電氣部件起到電有源功能(例如電阻器、熔絲、電容器、電感器、電壓源等等)，而至少一個(gè)電氣部件起到電無(wú)源功能(例如導(dǎo)體或者電流流過的相關(guān)導(dǎo)管，其中母線、跡線、引線或相關(guān)金屬基板是不例)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，公開了一種將第一鍍錫電氣部件連結(jié)到第二鍍錫電氣部件的方法。該方法包括:在第二部件中限定凹口，該凹口成形為接納第一部件的一部分；將所述第一部件的一部分基本放置在凹口內(nèi)以限定界面區(qū)域；以及使用電阻焊機(jī)沿所述界面區(qū)域的至少一部分形成固態(tài)擴(kuò)散結(jié)合部，且使用來(lái)自第一部件和第二部件中的一者或二者的熔化錫鍍層填充界面區(qū)域的基本剩余部分。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，公開了一種將第一鍍錫電氣部件電阻焊接到第二鍍錫電氣部件的方法。該方法包括:將從第一部件延伸的電導(dǎo)線基本放置到形成在第二部件中的凹口內(nèi)以便限定界面區(qū)域；以及使用電阻焊機(jī)沿所述界面區(qū)域的至少一部分形成固態(tài)擴(kuò)散結(jié)合部，且使用來(lái)自第一部件和第二部件中的至少一者的熔化錫鍍層填充界面區(qū)域的基本剩余部分。
[0012]1.一種將第一鍍錫電氣部件連結(jié)到第二鍍錫電氣部件的方法，所述方法包括: 在所述第二部件中限定凹口，該凹口成形為在其中接納所述第一部件的一部分； 將所述第一部件的所述一部分基本放置在所述凹口內(nèi)以由此限定界面區(qū)域；以及沿著所述界面區(qū)域的至少一部分形成固態(tài)擴(kuò)散結(jié)合部，以便所述第一部件和第二部件二者的錫鍍層的至少一部分熔化，從而基本填充所述界面區(qū)域的至少另一部分，所述形成發(fā)生以便所述第一電氣部件的所述一部分的截面尺寸的減小小于如果在所述凹口中沒有發(fā)生所述形成的情況。
[0013]2.根據(jù)方案1所述的方法，其中所述第一部件的所述一部分包括電導(dǎo)線。
[0014]3.根據(jù)方案2所述的方法，其中所述電導(dǎo)線限定基本圓柱形軸向輪廓。
[0015]4.根據(jù)方案3所述的方法，其中形成在所述第二部件中的所述凹口通過沖壓生產(chǎn)以限定基本半圓柱形輪廓。
[0016]5.根據(jù)方案1所述的方法，其中形成在所述第二部件中的所述凹口通過沖壓生產(chǎn)。
[0017]6.根據(jù)方案5所述的方法，其中沖壓的所述第二部件從由母線、跡線和引線腳構(gòu)成的組中選擇。
[0018]7.根據(jù)方案1所述的方法，其中所述形成包括使用電阻焊機(jī)。
[0019]8.根據(jù)方案1所述的方法，其中所述截面尺寸的減小包括將所述導(dǎo)線的直徑減小不多于50%。
[0020]9.根據(jù)方案1所述的方法，其中所述界面區(qū)域的所述至少另一部分包括在所述導(dǎo)線和所述導(dǎo)線接納凹口之間的空隙。
[0021]10.根據(jù)方案1所述的方法，其中所述第一部件的所述導(dǎo)線和所述第二部件的所述凹口包括在所述錫鍍層下面的銅芯。
[0022]11.根據(jù)方案1所述的方法，其中所述第一部件包括熔絲，并且所述部分包括從所述熔絲延伸的電導(dǎo)線。
[0023]12.一種將第一鍍錫電氣部件連結(jié)到第二鍍錫電氣部件的方法，所述方法包括: 在所述第二部件中限定凹口，該凹口成形為在其中接納所述第一部件的一部分； 將所述第一部件的所述一部分基本放置在所述凹口內(nèi)以由此限定界面區(qū)域；以及使用電阻焊機(jī)，以(a)沿所述界面區(qū)域的至少一部分形成固態(tài)擴(kuò)散結(jié)合部，以及(b)使用來(lái)自所述第一部件和第二部件中的至少一者的熔化錫鍍層填充所述界面區(qū)域的基本剩余部分。
[0024]13.根據(jù)方案12所述的方法，其中所述第一部件的所述一部分和所述第二部件的所述凹口包括在所述錫鍍層下面的銅芯。
[0025]14.根據(jù)方案13所述的方法，其中所述連結(jié)發(fā)生以便所述第一電氣部件的所述一部分的截面尺寸的減小小于如果在所述凹口中沒有發(fā)生所述形成的情況。
[0026]15.根據(jù)方案14所述的方法，其中所述電導(dǎo)線限定基本圓柱形軸向輪廓。
[0027]16.根據(jù)方案15所述的方法，其中所述截面尺寸的減小包括將所述導(dǎo)線的直徑減小不多于50%。
[0028]17.一種將第一鍍錫電氣部件電阻焊接到第二鍍錫電氣部件的方法，所述方法包括:
將從所述第一部件延伸的電導(dǎo)線基本放置到在所述第二部件中形成的凹口內(nèi)以便由此限定界面區(qū)域；以及
使用電阻焊機(jī)，以(a)沿所述界面區(qū)域的至少一部分形成固態(tài)擴(kuò)散結(jié)合部，以及(b)使用來(lái)自所述第一部件和第二部件中的至少一者的熔化錫鍍層填充所述界面區(qū)域的基本剩余部分。
[0029]18.根據(jù)方案17所述的方法，其中所述電導(dǎo)線限定基本圓柱形軸向輪廓。
[0030]19.根據(jù)方案18所述的方法，其中所述第二部件從由母線、跡線和引線腳構(gòu)成的組中選擇。
【附圖說明】
[0031]當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，能夠最佳地理解具體實(shí)施例的下述詳細(xì)描述，在附圖中使用相同的附圖標(biāo)記指示相同的結(jié)構(gòu)并且其中:
圖1是構(gòu)造成具有混合動(dòng)力源的示例性車輛的示意圖，其示出了電池組與車輛的各種其他子部件的集成；
圖2A示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的將來(lái)自熔絲的導(dǎo)線放置到大體平坦的引線腳上；
圖2B示出圖2A的熔絲與引線腳連結(jié)之前和之后的側(cè)視圖圖示以及所產(chǎn)生的焊接部的邊緣截面的所引起的減?。?br> 圖3A示出根據(jù)本發(fā)明方面的熔絲被放置到凹口形引線腳中，其中引線腳安裝到模制外殼中，以便熔絲能夠通過跡線、母線或相關(guān)載流導(dǎo)管電連結(jié)到另一電氣部件的引線腳；
圖3B示出沿著圖3A的剖面線A-A的視圖，強(qiáng)調(diào)了凹口和導(dǎo)線之間的配合；
圖4A示出了使用電阻焊探針在圖3A和圖3B的熔絲導(dǎo)線和凹口之間形成焊接部的立體圖；
圖4B示出了圖4A的熔絲與引線腳連結(jié)之前和之后的視圖圖示以及所產(chǎn)生的焊接部的邊緣截面的保留；以及
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明