[發明專利]用于具有軸向導線的電氣部件的堅固集成的熔錫連結

有效

• 申請號: 201510506687.0
• 申請日: 2015-08-18
• 公開（公告）號: CN105364290B
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發明（設計）人: E.J.道利
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: B23K11/36
• 分類號: B23K11/36
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 陳國慧;董均華

本發明提供一種用于具有軸向導線的電氣部件的堅固集成的熔錫連結。將第一鍍錫電氣部件連結到第二鍍錫電氣部件的方法以及被連結以在連結位置呈現減小的應力水平的部件。所述方法包括：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所述凹口內以限定界面區域；以及使用電阻焊機沿所述界面區域的至少一部分形成固態擴散結合部，且使用來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域的基本剩余部分。

技術領域

本發明總體上涉及在電路的兩個匹配部件之間形成接頭，并且更具體地涉及在包括軸向導線的一個電路部件與另一部件的成形區域之間使用電阻焊，以便減小導致裂紋的應力梯級。

背景技術

電阻焊（也被稱為電阻焊接）結合大電流和大壓力（兩者均通過一對相對電極輸送）使用連結材料的電阻，以將材料保持在一起直到形成聚結接頭。點焊和縫焊是電阻焊的兩種公知示例。小型電阻焊機（尤其是點焊類型）尤其適用于連結薄的部件，并且因此傳統上用于將電氣部件的線形軸向導線連結到平坦基板（其示例包括母線、跡線或引線）。

電阻焊的一個常見問題在于，由電阻焊機的電極施加到軸向導線的大程度的力傾向于在導線變形時在導線中產生顯著的應力梯級。事實上，導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%。減小的截面會在界面區域中留下較少量的材料來承載相同的負載，從而使得在制造工藝期間以及組件所處的系統的使用壽命期間易于經受過度負載且因此斷裂。在導線暴露于振動力和相關的基于疲勞的動力學（例如在汽車和相關機動環境中所遇到的那些）的情況下，這種過度應力以及伴隨的斷裂和過早失效的可能性增加。

構成汽車電池組的單個電池輸送直流（DC）電至各車輛系統，包括馬達、電牽引系統（ETS）等。許多這樣的電池（其合并成較大的模塊、組等）可以串聯或并聯電連結，以實現對這些汽車系統提供動力所需的期望水平的相應電壓或電流。這樣的連結經由高導電母線或電纜組件進行，并且可以包含在這些和其他系統部件之間形成的許多界面區域。

許多連結通過可能暴露于與汽車環境相關聯的嚴酷的機械和熱負載的小導線的電阻焊來進行；伴隨汽車行駛的長期振動環境對于小導線的完整性是特別艱巨的挑戰，小導線對于用作電連結部件之間的機械和電鏈路是不夠堅固的。這樣不能經受長期使用（例如，幾年或者甚至幾十年）意味著在連結區域處非常可能過早失效。

其他的連結方法（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，其均包含復雜的制造技術，這使得它們超級昂貴，特別是在面向大量生產的應用中，例如在汽車電池組中。

這樣，需要一種制造工藝，其為連結的電部件提供更強的堅固性，特別是與其抗疲勞有關的情況下。還需要在更廣范圍的焊機施加力上連結這樣的部件以允許制造工藝中的更大公差。

發明內容

這些需要由本發明滿足，其中熔錫工藝將焊接接頭中產生的應力最小化，而不會損害接頭的電氣完整性。顯著地，形成到沖壓的導線接收部件中的凹口允許連結工藝，同時限制軸向導線的變形，而在界面的與聚結固態擴散結合部無關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械（包括振動）負載的更加擴展面積。因此，通過將第一電氣部件的圓形軸向導線放置到在沖壓的匹配第二部件內形成的凹口中，使得第一部件的至少一部分能夠位于第二部件的基準表面以下并且提供更大的接觸面積。而且，當經歷電阻焊過程時，由穿過焊機的電極的電脈沖產生的焦耳熱不僅熔化在發生擴散結合的兩個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而實現減小量的非圓度變形。這繼而減小了由于電阻焊機施加的力所產生的應力梯級的量。這樣，凹口的深度至少是控制應力梯級程度的重要因素。熔化錫的存在幫助在開始電脈沖時將部件熔合在一起；而且，因為熔化錫是可溶解在銅中的，所以為了在被連結部件的銅芯之間形成良好的擴散結合部，僅需要少量時間（例如幾毫秒）。