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Dokumentenidentifikation DE102006018896B3 13.12.2007
Titel Ortsselektive Veränderung der Materialeigenschaft kaltverformter elektrischer Klemmen durch Berücksichtigung der variablen Rekristallisationstemperatur
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Borghoff, Georg, 59581 Warstein, DE
Vertreter Westphal, Mussgnug & Partner, 80336 München
DE-Anmeldedatum 24.04.2006
DE-Aktenzeichen 102006018896
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 13.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.12.2007
IPC-Hauptklasse H01R 43/16(2006.01)A, F, I, 20060424, B, H, DE
IPC-Nebenklasse C22F 1/08(2006.01)A, L, I, 20060424, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur ortsselektiven Veränderung der Materialeigenschaften eines aus einem Metall oder einer Metalllegierung durch Kaltverformung gefertigten Werkstücks mittels Tempern unter Berücksichtigung der variablen Rekristallisationstemperatur von Bereichen unterschiedlicher, durch unterschiedlich starke Kaltverformung erzeugter Verfestigung in dem Werkstück, wobei zum Erzielen der Ortsgebundenheit der Rekristallisation die Temperatur beim Tempern nur so hoch ist, dass durch das Tempern nur die Materialeigenschaften von Bereichen bestimmter Verfestigung verändert werden, während die auf Grund geringerer vorangegangener Verfestigung andere Materialeigenschaften und höhere Rekristallisationstemperaturen aufweisenden Bereiche des Werkstücks keine Veränderung der Materialeigenschaften durch das Tempern erfahren.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur ortsselektiven Verbesserung von Materialeigenschaften, insbesondere der Bruch- und Dehnungsfestigkeit in der Biegenut elektrischer Klemmen.

Elektrische Energie ist in den modernen Industrienationen ein unverzichtbarer Bestandteil der Gesellschaft. Viele Geräte des täglichen und industriellen Gebrauchs benötigen Strom. Dabei haben Kupfer und Kupferlegierungen aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften einen festen Platz in der Energietechnik. Sie zeichnen sich insbesondere aus durch die Kombination aus guter elektrischer Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit, leichter Umformbarkeit und nicht zuletzt durch die unproblematische Verfügbarkeit. Bänder, Rohre, Profile, Stangen und Drähte aus Kupfer und seinen Legierungen sind Ausgangsmaterial für eine Vielzahl von Bauteilen der Energietechnik. Verwendet werden sie unter anderem bei der Energieerzeugung (beispielsweise in Generatoren und Schaltanlagen), bei der Stromübertragung (beispielsweise in Zu- und Ableitungen), bei der Umspannung (beispielsweise in Transformatoren), bei der Verteilung (beispielsweise in der Schalt- und Installationstechnik) und bei der Umwandlung (beispielsweise in Motoren).

Bei der Zu- und Ableitung von Strom in elektrischen und elektronischen Bauelementen werden typischerweise aus Kupferlegierungen hergestellte Klemmen wie Steck- und Lötkontakte eingesetzt. Die dabei verwendeten Hochleistungslegierungen weisen neben hoher Leitfähigkeit bei entsprechender Ausformung auch gute Festigkeitswerte auf, insbesondere gute Biegbarkeit und Federeigenschaften, geringe Relaxation oder geringe Steckkräfte. Kupferlegierungen lassen sich gut verarbeiten, beispielsweise durch Stanzen oder Umformen und zeichnen sich darüber hinaus durch gute Löteigenschaften aus.

Nicht in allen Anwendungsfällen können jedoch beispielsweise die elektrischen Anschlussklemmen von elektrischen oder elektronischen Bauelementen im Herstellungsprozess bereits so ausgeformt werden, dass dies der endgültigen Form im eingebauten und angeschlossenen Zustand des Bauelements beziehungsweise der zugehörigen elektrischen Anschlussklemmen entspricht. Ein Beispiel dafür sind die elektrischen Anschlussklemmen von Halbleiterbauelementen, deren Anschlussklemmen beispielsweise zunächst durch eine dafür vorgesehene Stecköffnung oder durch Schlitze geführt und danach umgebogen werden müssen, um die letztendliche Herstellung des gewünschten elektrischen Kontaktes, beispielsweise durch Verschraubung herzustellen.

Insbesondere bei den auf Grund der oft hohen zu übertragenden elektrischen Leistung häufig in Form von verhältnismäßig großflächigen Laschen ausgeführten Anschlussklemmen bei Leistungshalbleiterbauelementen werden dazu an geeigneten Stellen Vertiefungen in das Kupferblech der Anschlussklemmen eingeprägt, die ein späteres Biegen an definierter Position in die gewünschte Ausrichtung ermöglichen. Diese Vertiefungen sind dabei häufig als quer zur Anschlussklemme verlaufende Nute ausgeführt und unterstützen eine beispielsweise rechtwinklige Biegung der als Lasche ausgeführten Anschlussklemme.

Die gewünschten Materialeigenschaften von Anschlussklemmen aus Kupferlegierungen, wie beispielsweise Festigkeits- und Federwerte werden typischerweise durch Kaltverformung, beispielsweise durch Kaltwalzen des Ausgangsmaterials erzielt. Unter Kaltverformung versteht man dabei allgemein das Umformen von Metallen bei einer Temperatur, die deutlich unterhalb der Rekristallisationstemperatur (siehe auch weiter unten) liegt.

Dabei verfestigen sich Metalle wie beispielsweise Kupfer oder Kupferlegierungen während einer plastischen Verformung, wie etwa Kaltwalzen, was sich in einer Zunahme der Härte und einer Abnahme der Bruchfestigkeit des so bearbeiteten Metalls darstellt und auch als Kaltverfestigung bezeichnet wird. Über Fertigungsparameter wie beispielsweise den Abwalzgrad können die gewünschten Materialeigenschaften gezielt eingestellt werden.

Im Falle von elektrischen Anschlussklemmen sind typische erwünschte Materialeigenschaften zum Beispiel eine entsprechende Steifigkeit und Federwirkung. Dabei ist ausgehend von einem solchen, durch den bereits erfolgten Fertigungsprozess erzielten Zustand für eine eventuell gewünschte Weiterverformung, beispielsweise die Einprägung einer Vertiefung auch ein höherer Kraftaufwand zu betreiben als bei der ursprünglichen Bearbeitung und die auf diese Weise weiterbearbeiteten Bereiche eines Metalls weisen eine dementsprechend höhere Verfestigung und niedrige Dehnungswerte auf.

Nachteilig wirkt sich dabei aus, dass die beispielsweise durch Einprägen einer Vertiefung als Hilfsmittel für späteres Biegen der elektrischen Anschlussklemmen weiter erhöhte Verfestigung des Materials im Bereich der Einprägung die Bruchfestigkeit durch die Erhöhung der Verfestigung so weit erniedrigen kann, dass die gewünschte Funktion, das zerstörungsfreie Umbiegen der Anschlussklemmen zum Zweck der endgültigen Montage, beispielsweise Verschraubung, nicht ausreichend zuverlässig gewährleistet werden kann. Typische Beschädigungen beim Umbiegen können dabei die Ausbildung von Rissen der Anschlussklemmen im Bereich der Einprägung oder auch das vollständige Abbrechen, insbesondere bei schwingender Beanspruchung, sein.

Es ist bekannt, dass durch ein mit Tempern bezeichnetes Verfahren die durch vorangegangene Bearbeitungsvorgänge wie Kaltverformung erzielte Verfestigung eines Metalls wie beispielsweise Kupferlegierung wieder abgebaut werden kann (Entfestigung). Tempern bezeichnet dabei den Vorgang, ein Material über einen längeren Zeitraum, bei größeren Materialstärken typischerweise im Bereich von Stunden zu erhitzen, wobei die Festigkeitswerte im Verlauf dieses Zeitraums im Wesentlichen wieder die Werte des weichen Ausgangszustandes vor dem Bearbeitungsvorgang erreichen. Dieser Vorgang wird auch als Weichglühen bezeichnet und findet im Falle von Kupferlegierungen typischerweise bei Temperaturen von etwa 500° Celsius statt. Man macht sich dabei den Effekt zu Nutze, dass die durch die vorangegangene Verfestigung und daraus hervorgehender Gefügeverhärtung gestörte Kristallstruktur von Kupferlegierungen durch Tempern wieder „geheilt" werden kann, wobei dieser Vorgang auch als Rekristallisation bezeichnet wird.

In der EP 0 282 204 ist ein Verfahren zur Herstellung eines aus einer Beryllium-Kupfer-Legierung bestehenden Formkörpers beschrieben, bei dem nacheinander zwei Temperungsschritte bei Temperaturen zwischen 350 und 500° Celsius erfolgen. Nach dem Kaltwalzen des Walzblocks erfolgt der erste Temperungsschritt. Danach erfolgt ein weiterer Bearbeitungsschritt einschließlich Biegen zur Erzielung der fertigen Körperform, an den sich der zweite Temperungsschritt anschließt.

In der DE 24 29 754 B2 wird eine Erhöhung der Korngröße in Kupferlegierungen bereits bei Temperaturen zwischen 200 und 360° Celsius erreicht. Der Effekt dient in der DE 24 29 754 B2 zur Verbesserung der Kriechfestigkeit und Spannungsrelaxation von Federn nach der Kaltverformung.

Nachteilig wirkt sich bei einem Tempervorgang jedoch aus, dass durch die Anwendung des Weichglühens nicht nur die unerwünscht hohe Verfestigung des Materials und damit die unerwünscht niedrige Bruchfestigkeit der elektrischen Anschlussklemmen im Bereich der zur Biegung eingeprägten Vertiefungen abgebaut werden, sondern auch die erwünschte Steifigkeit und Federwirkung der Kupferlegierung im gesamten übrigen Bereich der Anschlussklemmen, wodurch insbesondere bei langen und großflächigen Ausgestaltungsformen, wie sie beispielsweise bei Anschlussklemmen zur Übertragung großer Leistungen oder Ströme üblich sind, die zur Handhabung notwendige mechanische Festigkeit nicht mehr gegeben ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, bei welchem die unerwünscht niedrige Bruchfestigkeit der elektrischen Anschlussklemmen gezielt und ausschließlich im Bereich der zur Biegung eingeprägten Vertiefungen abgebaut wird, wobei die ursprünglich durch das Fertigungsverfahren erzielten und erwünschten Materialeigenschaften im gesamten übrigen Bereich der elektrischen Anschlussklemmen erhalten bleiben und bei welchem die oben genannten Probleme nicht auftreten.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Anwendung des Weichglühens in einer Form, die ausschließlich die Materialeigenschaften der elektrischen Anschlussklemmen im Bereich der zur Biegung eingeprägten Vertiefungen in erwünschter Weise verändert, wobei insbesondere die Bruchfestigkeit im Bereich der zur Biegung eingeprägten Vertiefungen erhöht wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die vorteilhafte Wirkung der Erfindung ergibt sich aus der Anwendung einer Temperatur für das Weichglühen der elektrischen Anschlussklemmen, die niedriger liegt als die Temperatur des Weichglühens, bei der die grundlegenden, durch das Fertigungsverfahren erzielten und erwünschten generellen Materialeigenschaften der elektrischen Anschlussklemmen abgebaut werden und wodurch gegenüber dem oben beschriebenen Stand der Technik auch im Bereich der zur Biegung eingeprägten Vertiefungen die gewünschten Materialeigenschaften erzielt werden.

Weitere Vorteile können sich daraus ergeben, dass die durch das Fertigungsverfahren erzielten und erwünschten generellen Materialeigenschaften der elektrischen Anschlussklemmen erhalten bleiben.

Weitere Vorteile können sich daraus ergeben, dass an Stelle eines zusätzlichen Fertigungsschrittes des Weichglühens durch einen bereits vorhandenen Fertigungsschritt der Vorverlötung der elektrischen Anschlussklemmen die erwünschten Materialeigenschaften im Bereich der zur Biegung eingeprägten Vertiefungen erzielt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und in den Ausführungsbeispielen durchwegs der Begriff „Kupferlegierung" auch reines Kupfer miteinschließen soll. Es zeigt

1 die Verfestigung einer Kupferlegierung durch Kaltverformung,

2 die Entfestigung einer Kupferlegierung mit Abwalzgrad 25% durch Weichglühen,

3 die Entfestigung einer Kupferlegierung mit Abwalzgrad 50% durch Weichglühen,

4 das Gehäuse eines bekannten IGBT-Moduls,

5 eine Ausführungsform von typsichen Anschlussklemmen (Laschen),

6 die Detailansicht einer Lasche mit Einprägung,

7 die Detailansicht einer Lasche bei einer Härtemessung nach Vickers,

8 diese Härtemessung bei nicht geglühtem Material,

9 diese Härtemessung nach dem Glühen bei 310° Celsius und

10 den Härteverlauf im Vergleich vor und nach dem Tempern

1 zeigt in bekannter Weise die Verfestigung einer Kupferlegierung durch Kaltverformung. Die Abszisse bezeichnet dabei in linearer Darstellung den so genannten Abwalzgrad in Prozent. Als der durch Kaltverformung erzielte Abwalzgrad wird die Reduzierung der Dicke eines metallischen Ausgangsstoffes, hier einer Kupferlegierung in Prozent bezeichnet, die durch Kaltwalzen erzielt wird. Wie bereits weiter oben erwähnt, wird die Kupferlegierung durch diese Kaltverformung verfestigt.

1 zeigt die ermittelten Werte für eine typische, häufig für die Ausgestaltung elektrischer Anschlussklemmen verwendete Kupferlegierung. Im dargestellten Beispiel handelt es sich um den Werkstoff OF-Cu der Firma Wieland (Wieland-Werke AG, Graf-Arco-Straße 36, 89079 Ulm), der auch als Werkstoff K10 bezeichnet wird. Dabei bezeichnet A10 die so genannte Bruchdehnung des Werkstoffes K10 in Prozent in Abhängigkeit vom Abwalzgrad. Die Bruchdehnung A ist ein Materialkennwert, der angibt, um wie viel Prozent sich ein Material plastisch dehnen lässt, bevor dieses bricht. Die Bruchdehnung stellt dabei eine von vielen Kenngrößen der Werkstoffprüfung dar und beschreibt das Formänderungsvermögen eines Werkstoffes. Die Bruchdehnung A ist definiert als die auf die Anfangsmesslänge L0 einer Materialprobe im Zugversuch bezogene verbleibende Längenänderung &Dgr;L nach erfolgtem Bruch der Materialprobe und errechnet sich zu:

wobei Lu die Länge nach dem erfolgten Bruch bezeichnet.

Aus 1 ist zu ersehen, dass die Bruchdehnung A10 erwartungsgemäß mit zunehmendem Abwalzgrad abnimmt. Diese rührt her von der mit zunehmendem Abwalzgrad zunehmenden Verfestigung des Ausgangsmaterials. Diese Verfestigung – hervorgerufen durch die vom Kaltwalzen herrührende plastische Verformung – bewirkt so genannte Versetzungen in der ursprünglichen kristallinen Ausgangsstruktur von metallischen Werkstoffen, hier der Kupferlegierung K10. Im Gegensatz zur Bruchdehnung A10 steigen dadurch die ebenfalls in 1 gezeigten Werte für die Streckgrenze Rp0,2, die Zugfestigkeit Rm und die Härte HB an.

Die Streckgrenze gibt diejenige Grenze an, bis zu der der Werkstoff bei einachsiger und momentenfreier Zugbelastung ohne bleibende plastische Verformung gestreckt beziehungsweise gedehnt werden können. Bei einem Überschreiten dieser Streckgrenze würde das Material nach Entlastung nicht mehr in die ursprüngliche Form zurückkehren, sondern es würde eine plastische Verlängerung verbleiben. Für technische Werkstoffe, wie beispielsweise die vorliegende Kupferlegierung K10 wird in der Regel nicht die Streckgrenze selbst, sondern die in 1 dargestellte 0,2%-Streckgrenze Rp0,2 angegeben. Die 0,2%-Streckgrenze stellt dabei diejenige einachsige mechanische Spannung in Newton je Quadratmillimeter dar, bei der die auf die Anfangslänge der Probe bezogene bleibende Dehnung nach erfolgter Entlastung genau 0,2% beträgt.

Als Zugfestigkeit Rm wird die maximale in einem Zugversuch erreichte Spannung in einem untersuchten Werkstoff bezeichnet. Dabei erfolgt der Bruch des untersuchten Werkstoffs nicht in jedem Fall bei Erreichen der maximalen Spannung, sondern sinkt bis zum tatsächlichen Bruch wieder ab. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das untersuchte Material durch die im Zugversuch erfolgte Dehnung eine starke Einschnürung und damit Verminderung des ursprünglichen Querschnitts erfährt, wie dies bei plastisch verformbaren Werkstoffen typischerweise der Fall ist. Die Zugfestigkeit Rm wird ebenfalls in Newton je Quadratmillimeter gemessen.

Mit HB bezeichnet wird in 1 die nach dem Verfahren von Brinell gemessene Härte der Kupferlegierung in Abhängigkeit vom Abwalzgrad. Die Brinell-Härteprüfung kommt bei weichen bis mittelharten Metallen wie beispielsweise Kupferlegierungen zur Anwendung und ist in einer DIN-Norm definiert (DIN EN ISO 6506). Dabei wird eine Hartmetallkugel mit einer festgelegten Prüfkraft in die Oberfläche des zu prüfenden Werkstückes gedrückt. Nach einer Belastungszeit von mindestens 10 Sekunden wird der Durchmesser des im Werkstück verbleibenden Eindrucks gemessen und daraus die Oberfläche des Eindrucks bestimmt. Das Verhältnis von Prüfkraft zur Eindruckoberfläche multipliziert mit dem Zahlenwert 0,102 wird dabei als so genannte Brinellhärte bezeichnet.

Brinellhärte HB, Zugfestigkeit Rm und Streckgrenze Rp0,2 sind ein Maß für die mit dem Abwalzgrad zunehmende Verfestigung der Kupferlegierung K10. Dadurch wird einerseits die erwünschte Steifigkeit und Federwirkung, beispielsweise von elektrischen Anschlussklemmen erzielt, andererseits nimmt demgegenüber die Bruchdehnung A10 des Werkstoffes K10 ab wie in 1 dargestellt. Werden wie im vorliegenden Fall zur Erleichterung einer späteren Biegung von elektrischen Anschlussklemmen zusätzliche Vertiefungen eingeprägt, erhöht sich auch die Verfestigung des Materials in diesen Bereichen zusätzlich und die Bruchfestigkeit erniedrigt sich weiter.

Für den in 1 untersuchten Bereich des Abwalzgrades von 0 (nicht verfestigtes Ausgangsmaterial K10) bis 60% erhöht sich die Brinellhärte HB von etwa 58 auf etwa 116, was einer Verdoppelung der gemessenen Härte entspricht. Die Zugfestigkeit Rm erhöht sich im gleichen Bereich von etwa 230 Newton je Quadratmillimeter auf etwa 400 Newton je Quadratmillimeter und die Streckgrenze Rp0,2 erhöht sich im gleichen Bereich von etwa 50 Newton je Quadratmillimeter auf etwa 390 Newton je Quadratmillimeter. Gleichzeitig sinkt die Bruchdehnung A10 des Werkstoffes K10 von etwa 54% auf etwa 5%.

Es ist bekannt, dass man durch ein als Tempern oder Weichglühen bezeichnetes Verfahren eine durch Kaltverformung erreichte Verfestigung von Metalllegierungen teilweise oder vollständig wieder aufheben kann. Dabei hängt das Verhalten von Werkstoffen beim Tempern stark vom Grad der zuvor durchgeführten Kaltverformung, der einwirkenden Temperatur und der Zeitdauer der Einwirkung ab.

2 zeigt die Entfestigung des Werkstoffes K10 durch Weichglühen, der zuvor mit einem Abwalzgrad von 25 Prozent kaltverformt wurde. Dabei bezeichnet die Abszisse der Figur die aufgebrachte Glühtemperatur in Grad Celsius, die Glühzeit betrug in allen Fällen 3 Stunden. Die Ordinaten der Figur bezeichnen wie in 1 die Brinellhärte HB, die Zugfestigkeit Rm und die Streckgrenze Rp0,2 in Newton je Quadratmillimeter sowie die Bruchdehnung A10 in Prozent. Zusätzlich dargestellt ist in der aus Wieland-Buch „Kupferwerkstoffe: Herstellung, Verarbeitung und Eigenschaften", 5. überarbeitete Auflagen, Ulm, Wieland-Werke, 1986 S. 22–23 entnommenen Abbildung die in Abhängigkeit von der Glühtemperatur gemessene resultierende Korngröße DK des Werkstoffes in &mgr;m, die jedoch für die hier angestellten Betrachtungen keine Rolle spielt.

Dabei ist aus 2 zu entnehmen, dass für verhältnismäßig niedrige Glühtemperaturen die Brinellhärte HB, die Zugfestigkeit Rm und die Streckgrenze Rp0,2 der untersuchten Kupferlegierung K10 bei den durch die vorangegangen Kaltverformung bei einem Abwalzgrad von 25% erreichten Werten verbleiben. Diese sind Brinellhärte HB etwa 100, Zugfestigkeit Rm etwa 320 N/mm2 und Streckgrenze Rp0,2 etwa 300 N/mm2. Das gleiche Verhalten zeigt bei diesen Glühtemperaturen die Bruchdehnung A10, deren Wert konstant etwa 15% aufweist. Dies bedeutet, dass bei diesen verhältnismäßig niedrigen Glühtemperaturen keine Rekristallisation der durch die vorangegangene Kaltverformung erzeugten Versetzungen, also der Störungen der ursprünglichen kristallinen Struktur des Werkstoffes durch Verfestigung erreicht wird und der Werkstoff seine Materialeigenschaften beibehält.

Erst ab einer Glühtemperatur von etwa 300° Celsius verändern sich die gemessenen Werte für die Brinellhärte HB, die Zugfestigkeit Rm, die Streckgrenze Rp0,2 und die Bruchdehnung A10. Dabei findet diese Veränderung der Werkstoffeigenschaften innerhalb eines verhältnismäßig engen Temperaturbereiches der Glühtemperatur von etwa 100° Celsius zwischen 300° Celsius und 400° Celsius statt. In diesem Temperaturbereich vermindert sich die Brinellhärte HB auf etwa 55, die Zugfestigkeit Rm vermindert sich auf etwa 230 N/mm2 und die Streckgrenze Rp0,2 vermindert sich auf etwa 50 N/mm2.

Gleichzeitig steigt die Bruchdehnung A10 dabei auf etwa 54% an. Im hier untersuchten Bereich von höheren Glühtemperaturen bis etwa 700° Celsius verbleiben die Werte für die Brinellhärte HB, die Zugfestigkeit Rm und die Streckgrenze Rp0,2 im Wesentlichen bei den für eine Glühtemperatur von etwa 400° Celsius gemessenen Werten. Auch die gemessene Bruchdehnung A10 verbleibt bis zu Glühtemperaturen von etwa 600° Celsius im Wesentlichen konstant, fällt jedoch bei noch höheren Glühtemperaturen wieder stark ab wobei dies mit einem starken Anstieg der gemessenen Korngröße DK einhergeht.

Vergleicht man die bei einer Glühtemperatur von etwa 400° Celsius und einer Glühzeit von 3 Stunden erreichten Werte für die Brinellhärte HB, die Zugfestigkeit Rm, die Streckgrenze Rp0,2 und die Bruchdehnung A10 mit den in 1 dargestellten Werten, so ist zu ersehen, dass diese sehr genau den Werten dieser Kenngrößen für die Kupferlegierung K10 vor einer Kaltverformung, also im ursprünglichen unbearbeiteten Zustand bei einem Abwalzgrad von 0% entsprechen. Eine mit einem Abwalzgrad von 25% kaltverformte Kupferlegierung K10 kann also durch Aufbringen einer Glühtemperatur von etwa 400° Celsius bei einer Glühzeit von 3 Stunden wieder auf Festigkeitsgrößen zurückgeführt werden, die den Werten des Ausgangsmaterials entsprechen. Dieser Vorgang des Weichglühens oder Temperns wird daher auch als Entfestigung bezeichnet.

Die durch die Kaltverformung erzeugte Störung der kristallinen Gitterstruktur des Ausgangsmaterials, die mit zu den veränderten Werten für die Brinellhärte HB, die Zugfestigkeit Rm, die Streckgrenze Rp0,2 und die Bruchdehnung A10 führt, wird rückgängig gemacht. Der dabei ablaufende Prozess wird daher auch als Rekristallisation bezeichnet.

3 zeigt die Ergebnisse einer der 2 entsprechenden Untersuchungen in gleicher Darstellung, jedoch für eine Kupferlegierung K10 die gegenüber der Kupferlegierung aus 2 zuvor mit einem Abwalzgrad von 50% kaltverformt wurde. Dabei bezeichnet die Abszisse der Figur wiederum die aufgebrachte Glühtemperatur in Grad Celsius, die Glühzeit betrug in allen Fällen wiederum 3 Stunden. Die Ordinaten der Figur bezeichnen wie in 1 und 2 die Brinellhärte HB, die Zugfestigkeit Rm und die Streckgrenze Rp0,2 in Newton je Quadratmillimeter sowie die Bruchdehnung A10 in Prozent.

Wie bereits aus 2 zu entnehmen zeigt sich auch hier, dass für verhältnismäßig niedrige Glühtemperaturen die Brinellhärte HB, die Zugfestigkeit Rm und die Streckgrenze Rp0,2 der untersuchten Kupferlegierung K10 bei den durch die vorangegangen Kaltverformung bei einem Abwalzgrad von 50% erreichten Werten verbleiben. Diese sind Brinellhärte HB etwa 115, Zugfestigkeit Rm etwa 380 N/mm2 und Streckgrenze Rp0,2 etwa 360 N/mm2. Das gleiche Verhalten zeigt bei diesen Glühtemperaturen die Bruchdehnung A10, deren Wert konstant etwa 5% aufweist. Wie in 2 bedeutet dies, dass bei diesen verhältnismäßig niedrigen Glühtemperaturen keine Rekristallisation der durch die vorangegangene Kaltverformung erzeugten Versetzungen, also der durch Verfestigung bewirkten Störungen der ursprünglichen kristallinen Struktur des Werkstoffes erreicht wird und der Werkstoff seine Materialeigenschaften beibehält.

Durch den gegenüber 2 von 25% auf 50% erhöhten Abwalzgrad bei der Kaltverformung liegen die gemessenen Werte für die Brinellhärte HB, die Zugfestigkeit Rm und die Streckgrenze Rp0,2 jedoch erwartungsgemäß höher als die Werte nach 2, was der durch den höheren Abwalzgrad erzeugten höheren Verfestigung der Kupferlegierung K10 entspricht. Gleichzeitig weist die Bruchdehnung A10 erwartungsgemäß niedrigere Werte auf. Gegenüber den in 2 dargestellten Messergebnissen verändern sich die gemessenen Werte für die Brinellhärte HB, die Zugfestigkeit Rm, die Streckgrenze Rp0,2 und die Bruchdehnung A10 bereits ab einer Glühtemperatur von etwa 250° Celsius. Dabei findet die Veränderung der Werkstoffeigenschaften wiederum innerhalb eines verhältnismäßig engen Temperaturbereiches der Glühtemperatur von etwa 100° Celsius zwischen 250° Celsius und 350° Celsius statt. In diesem Temperaturbereich vermindert sich die Brinellhärte HB wiederum auf etwa 60, die Zugfestigkeit Rm vermindert sich auf etwa 240 N/mm2 und die Streckgrenze Rp0,2 vermindert sich auf etwa 60 N/mm2.

Gleichzeitig steigt die Bruchdehnung A10 auf etwa 54% an. Im hier untersuchten Bereich von höheren Glühtemperaturen bis etwa 700° Celsius verbleiben die Werte für die Brinellhärte HB, die Zugfestigkeit Rm und die Streckgrenze Rp0,2 im Wesentlichen wiederum bei den für eine Glühtemperatur von etwa 400° Celsius gemessenen Werten. Auch die gemessene Bruchdehnung A10 verbleibt bis zu Glühtemperaturen von etwa 600° Celsius im Wesentlichen konstant, fällt jedoch bei noch höheren Glühtemperaturen wieder stark ab, wobei dies wiederum mit einem starken Anstieg der gemessenen Korngröße DK einhergeht.

Vergleicht man die bei einer Glühtemperatur von etwa 350° Celsius und einer Glühzeit von 3 Stunden erreichten Werte für die Brinellhärte HB, die Zugfestigkeit Rm, die Streckgrenze Rp0,2 und die Bruchdehnung A10 mit den in 1 dargestellten Werten ist zu ersehen, dass diese wiederum sehr genau den Werten dieser Kenngrößen für die Kupferlegierung K10 vor einer Kaltverformung, also im ursprünglichen unbearbeiteten Zustand bei einem Abwalzgrad von 0% entsprechen. Eine mit einem Abwalzgrad von 50% kaltverformte Kupferlegierung K10 kann also durch Aufbringen einer Glühtemperatur von etwa 350° Celsius bei einer Glühzeit von 3 Stunden wieder auf Festigkeitsgrößen zurückgeführt werden, die den Werten des Ausgangsmaterials entsprechen.

Dies bedeutet, dass eine mit einem Abwalzgrad von 50% gegenüber 2 mit einem Abwalzgrad von 25% durch Kaltverformung stärker verfestigte Kupferlegierung K10 bei niedrigeren Glühtemperaturen entfestigt werden kann, als dies für eine entsprechend niedriger verfestigte Kupferlegierung der Fall ist. Der temperaturabhängige Beginn der Entfestigung, der auch als so genannte Rekristallisationstemperatur bezeichnet wird hängt also stark vom Grad der vorangegangenen Kaltverformung ab. Dieser Effekt wird nachfolgend erfindungsgemäß genutzt, um die Materialeigenschaften unterschiedlich verfestigter Bereiche einer aus einer Kupferlegierung bestehenden elektrischen Anschlussklemme durch Tempern gezielt unterschiedlich zu verändern.

4 zeigt beispielhaft das Gehäuse eines IGBT-Moduls der Firma Infineon AG, dessen elektrische Anschlussklemmen durch Kaltverformung aus der Kupferlegierung gefertigt werden. Ein Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) stellt ein Halbleiterbauelement dar, welches typischerweise in der Leistungselektronik verwendet wird. Es vereinigt die Vorteile eines Bipolartransistors wie beispielsweise gutes Durchlassverhalten und hohe Sperrspannung mit den Vorteilen eines Feldeffekttransistors wie beispielsweise nahezu leistungslose Ansteuerung.

IGBTs werden vorwiegend im Hochleistungsbereich eingesetzt, da über sie hohe Ströme bis etwa 3 kA geschaltet werden können. Das Verarbeiten hoher Leistungen beziehungsweise hoher Ströme stellt unter anderem besondere Anforderungen an die Ausgestaltung der elektrischen Anschlussklemmen. Diese müssen wie im vorliegenden Fall großflächig, mit einer bestimmten Länge und mit einer bestimmten Materialstärke ausgeführt sein, um die hohen Leistungen und Ströme verlustfrei und ohne thermische Nachteile wie beispielsweise zu starke Erwärmung oder gar Zerstörung zu übertragen. Die elektrischen Anschlussklemmen des Infineon IGBT-Moduls sind im vorliegenden Fall daher als so genannte Laschen (siehe auch 6) mit einer Materialstärke von 1 mm ausgeführt.

5 zeigt im Detail die Ausgestaltung der als Laschen ausgeführten und aus der Kupferlegierung K10 durch Kaltverformung und Stanzen gefertigten elektrischen Anschlussklemmen des Infineon IGBT-Moduls aus 4. Zu ersehen ist dabei die großflächige Ausgestaltung die die Übertragung der hohen Ströme ermöglicht. Durch den eine Kaltverformung, beispielsweise Abwalzen beinhaltenden Fertigungsprozess werden die gewünschten Materialeigenschaften wie beispielsweise Härte und Federwirkung der elektrischen Anschlussklemmen erreicht.

Der Einbau und Anschluss des Infineon IGBT-Moduls erfordert zusätzlich das Umbiegen einzelner als Laschen ausgeführter elektrischer Anschlussklemmen, beispielsweise nach der Durchführung durch eine dafür vorgesehen Stecköffnung oder durch einen Schlitz und anschließender Herstellung der gewünschten elektrischen Verbindung, beispielsweise durch Verlötung. Um dieses Umbiegen bei der vorliegenden Materialstärke der Laschen von 1 mm an einer definierten, fest vorgegebenen Position zu ermöglichen, wird in einem weiteren Fertigungsschritt eine entsprechende Nut in die Lasche eingeprägt.

6 zeigt die Detailansicht einer einzelnen Lasche mit der Einprägung einer Nut zur späteren Umbiegung der Lasche. Das Einprägen dieser als Nut ausgeführten Vertiefung bewirkt eine weitere Verfestigung des Werkstoffes in diesem eng begrenzten Bereich und damit eine gegenüber den anderen Bereichen der elektrischen Anschlussklemme deutlich erhöhten Gefügeverspannung der kristallinen Gitterstruktur der Kupferlegierung.

Diese weitere Verfestigung führt zu einer wesentlichen Erhöhung der Werte für die Brinellhärte HB, die Zugfestigkeit Rm und die Streckgrenze Rp0,2 in diesem eng begrenzten Bereich der eingeprägten Nut wie qualitativ aus den in 1 dargestellten Zusammenhängen zu entnehmen ist. Gleichzeitig reduziert sich die Bruchdehnung A10 der eingesetzten Kupferlegierung K10 entsprechend, wodurch beim Umbiegen der Lasche die mechanische Stabilität und die Übertragung elektrischer Leistung beeinträchtigende Risse im Bereich der eingeprägten Nut mit der Folge eines späteren Bruchs oder sogar ein sofortiger vollständiger Bruch eintreten können.

Erfindungsgemäß wird im Folgendem die unterschiedliche Rekristallisationstemperatur für unterschiedlich verhärtete Bereiche in ein und demselben Werkstoff benutzt, um gezielt die Materialeigenschaften in einem eng begrenzten Bereich, hier dem Bereich der Einprägung der als Nut ausgeführten Vertiefung in der elektrischen Anschlussklemme für das spätere Umbiegen der Lasche zu beeinflussen, ohne dabei die durch den vorangegangen Fertigungsschritt durch Kaltverformung, hier durch Abwalzen erzielten gewünschten Materialeigenschaft des übrigen Bereichs der elektrischen Anschlussklemme zu verändern.

Zu diesem Zweck werden die elektrischen Anschlussklemmen in ihrer Gesamtheit dem Verfahren des Temperns beziehungsweise Weichglühens bei einer Temperatur unterzogen, die die Materialeigenschaften der Einprägung der als Nut ausgeführten Vertiefung in der gewünschten Weise, also in Richtung erhöhter Bruchdehnung verändert, ohne dabei aber verändernd auf die Werkstoffparameter der restlichen Anschlussklemme einzuwirken. Dies wird ermöglicht durch den weiter oben beschriebenen Effekt, nach dem stärker verhärtete Bereiche eines metallischen Werkstoffes wie Kupferlegierung eine niedrigere Rekristallisationstemperatur aufweisen als geringer verhärtete Bereiche (siehe 2 und 3).

7 zeigt die Messung der Härte entlang einer Linie die die Bereiche beidseitig und im Bereich einer eingeprägten Nut in einer in der Kupferlegierung K10 ausgeführten Lasche abbildet. Dabei handelt es sich im vorliegenden Fall um ein durch Kaltwalzen auf die Stärke 1,5 mm verfestigtes Werkstück, bei dem durch ein Stempelwerkzeug eine Nut mit der Tiefe 0,6 mm eingeprägt ist und wodurch sich durch die auf 0,9 mm im Bereich der Nut mechanisch verringerte Materialstärke eine entsprechend erhöhte Verfestigung gegenüber dem Bereich mit der Stärke 1,5 mm ergibt. Wie aus den in 1 gezeigten Zusammenhängen bekannt, ist die gemessene Härte ein Maß für die Bruchdehnungsfähigkeit einer Metalllegierung, wobei große Härte geringe Bruchdehnungsfähigkeit bedeutet und umgekehrt. Dabei wird die Härte in dem in 7 dargestellten Beispiel nach Vickers gemessen.

Die Vickers-Härteprüfung ist derjenigen nach Brinell (siehe weiter oben) sehr ähnlich. Die Prüfung der Härte nach Vickers wird typischerweise eingesetzt zur Prüfung harter und gleichmäßig aufgebauter Werkstoffe, aber auch zur Härteprüfung an dünnwandigen oder oberflächengehärteten Werkstücken und eignet sich daher bevorzugt für die Härteprüfung an dünnen Werkstücken wie der vorliegenden elektrischen Anschlussklemme. Die Prüfung der Härte nach Vickers ist in der Norm nach DIN EN ISO 6507 geregelt. Dabei wird eine gleichseitige Diamantpyramide mit einem Öffnungswinkel von 136° unter einer festgelegten Prüfkraft stoßfrei in das Werkstück eingedrückt.

Für alle nachfolgend dargestellten Untersuchungen wurde dabei eine Prüfkraft von 30 Newton gewählt. Aus der mittels eines Messmikroskops festgestellten Länge der Diagonalen des verbleibenden Eindrucks wird die Eindruckoberfläche errechnet. Das Verhältnis von Prüfkraft in der Einheit Newton zur Eindruckoberfläche ergibt multipliziert mit dem Faktor 0,1891 die so genannte Vickershärte HV.

Die in der oberen Reihe der in 7 abgebildeten Darstellung ersichtlichen Abdrücke stellen die Messung der Härte nach Vickers für ein wie oben beschriebenes Prüfobjekt (elektrische Anschlussklemme) mit eingeprägter Nut vor der erfindungsgemäßen Behandlung durch Weichglühen dar. Die Auswirkung der erhöhten Verfestigung und damit der erhöhten Härte im Bereich der Nut durch die Einprägung der Nut für das spätere Umbiegen ist an den gegenüber den Randbereichen kleineren verbleibenden Eindrücken im Bereich der Nut bei sonst jeweils gleicher Prüfkraft der Härteprüfung nach Vickers zu erkennen. Die Härtemessung wird dabei auf der der Einprägung der Nut abgewandten Seite durchgeführt, um eventuelle Fehlmessungen auf Grund unebener Prüfoberfläche auszuschließen.

8 zeigt die genaue Positionierung der Prüfpunkte (Messstellen) zur Härtemessung quer zum Verlauf der eingeprägten Nut vor dem erfindungsgemäßen Weichglühen. Dabei befinden sich die Messpunkte 1, 2, 6, 7 und 8 außerhalb des Bereichs der eingeprägten Nut, die Messpunkte 3 und 4 im Bereich der tiefsten Einprägung und der Messpunkt 5 im Bereich der durch die Einprägung der Nut erzeugten Flanke. Die zugehörige Vickershärte VH an diesen Prüfstellen sowie die relative Härte in Prozent im Vergleich zu der in einem hier nicht dargestellten, räumlich weiter entfernten Referenzpunkt (Ausgangshärte) ermittelten und mit 100% definierten Vickershärte ermittelten Härtewerte VH sind nachfolgend aufgelistet:

Es ist zu ersehen, dass die ermittelten Werte für die Vickershärte VH an den außerhalb des Bereichs der eingeprägten Nut liegenden Messstellen 1, 2, 6, 7 und 8 mit nur geringen Abweichungen nahe bei dem Referenzwert von 100% für nicht durch die Einprägung beeinflusste Materialbereiche liegen. Im direkten Bereich der Einprägung selbst ergibt sich demgegenüber eine um bis zu 37% erhöhte relative Härte, die die verminderte Bruchdehnung in diesem Bereich widerspiegelt.

Zur Bestimmung der geeigneten Temperatur für das erfindungsgemäß ortsselektive, weil von der für die eingeprägte Nut gegenüber dem restlichen Bereich der elektrischen Anschlussklemme unterschiedlichen Rekristallisationstemperatur abhängige Weichglühen, wurden Untersuchungen zur Änderung der Härte im Kernbereich der Nut in Abhängigkeit von der aufgebrachten Glühtemperatur durchgeführt. Dabei wurde die ermittelte Härte wiederum verglichen mit einer in einem von der Nut räumlich weiter entfernten Referenzpunkt ermittelten Härte, die als Ausgangshärte mit 100% definiert wird.

Die untersuchten Glühtemperaturen wurden dabei zu 235° Celsius, 280° Celsius, 310° Celsius und 340° Celsius bei einer Dauer der Einwirkung von 10–30 Minuten, insbesondere ungefähr 20 Minuten gewählt. Bei einer Temperatur des Weichglühens von 235° Celsius wird die durch das Einprägen der Nut für das spätere Umbiegen zusätzlich bewirkte Verfestigung des Materials auf sehr genau den Wert zurückgeführt, den das Material der elektrischen Anschlussklemme vor dem Einprägen der Nut aufwies. Dies bedeutet als ermitteltes Ergebnis aus der Härtemessung im Kernbereich der Nut 100% der Ausgangshärte des Referenzpunktes.

Demgegenüber ergibt sich bei einer Erhöhung der Temperatur des Weichglühens auf 280° Celsius eine Verminderung auf 77% der Vickershärte im Vergleich zur Referenzhärte (Ausgangshärte). Für die Temperaturen des Weichglühens von 310° Celsius und 340° Celsius ergeben sich Verminderungen auf 61% beziehungsweise 60% des Wertes der Ausgangshärte. Daraus lässt sich ableiten, dass für den vorliegenden Fall eine Erhöhung der Temperatur des Weichglühens auf Werte über 310° Celsius keine signifikante zusätzliche Verminderung der ermittelten Härte im Kernbereich der eingeprägten Nut erbringt.

Weiterhin muss die Temperatur für das Weichglühen der eingeprägten Nut so gewählt werden, dass die übrigen Bereiche der elektrischen Anschlussklemme hinsichtlich ihrer Materialeigenschaften, insbesondere ihrer Härte durch das Weichglühen nicht verändert werden. Da die Rekristallisationstemperatur der außerhalb der Nut liegenden Materialbereiche auf Grund der dort niedrigeren Verfestigung einen höheren Wert aufweist als die Rekristallisationstemperatur im Bereich der eingeprägten Nut ist es sinnvoll, die Temperatur für das Weichglühen so hoch zu wählen, dass im Bereich der Nut die gewünschten Änderungen der Materialeigenschaft erzielt werden, eine gleichzeitige Veränderung der Materialeigenschaft in den übrigen Bereichen der elektrischen Anschlussklemme aber unterbleibt. Die Temperatur des Weichglühens für die nachfolgenden Betrachtungen wurde daher zu 310° Celsius gewählt.

Die im Vergleich zu den Versuchsanordnungen aus 2 und 3 hier angewendete, verhältnismäßig kurze Zeitdauer des Weichglühens von 10–30 Minuten, insbesondere ungefähr 20 Minuten ergibt sich unter anderem daraus, dass das Weichglühen von Metalllegierungen geringer Stärke wie im vorliegenden Fall der 1,5 mm starken elektrischen Anschlussklemmen geringere Zeitdauern benötigt, als dies für Werkstücke anderer Ausführungsformen, beispielsweise eine wesentlich höhere Materialstärke aufweisende Metallstangen oder groß dimensionierte komplexe Werkstücke der Fall ist.

Die in der unteren Reihe der in 7 abgebildeten Darstellung ersichtlichen Abdrücke stellen wiederum die Messung der Härte nach Vickers für das oben beschriebene Prüfobjekt (elektrische Anschlussklemme) mit eingeprägter Nut dar, jedoch nach der erfindungsgemäßen Behandlung durch Weichglühen. Die Prüfpunkte sind dabei gegenüber der gemäß der oberen Reihe von 7 ausgeführten Härtebestimmung nach rechts versetzt angeordnet, was auch der nach rechts verschobenen Anordnung der Messpunkte in 9 entspricht, bei der die Messpunkte 2, 3 und 4 vollständig im Bereich der größten Vertiefung der als Nut ausgeführten Einprägung liegen.

Als Temperatur für das Tempern wurde 310° Celsius gewählt, wobei bei Vickershärten VH im Bereich von etwa 130 in der Kupferlegierung K10 des Prüfobjekts eine Rekristallisation stattfindet (Rekristallisationstemperatur). Als Zeitdauer für das Aufbringen der Temperatur von 310° Celsius auf das Prüfobjekt wurde ein verhältnismäßig kurzer Zeitraum von 10–30 Minuten, insbesondere ungefähr 20 Minuten gewählt. Da die Rekristallisation verhärteter Metalllegierungen nicht nur einen temperaturabhängigen Prozess darstellt, also überhaupt eine Rekristallisation stattfindet oder nicht (siehe 2 und 3), sondern auch von der Dauer der Einwirkung selbst abhängt, kann über die Dauer der Einwirkung des Weichglühens der Grad der Rekristallisation bestimmt werden.

Ist es beispielsweise wie im vorliegenden Fall erwünscht, die Rekristallisation nicht vollständig auf die Ausgangswerte des unbearbeiteten Ausgangsmaterials zurückzuführen, sondern einen bestimmten Grad an Härte und damit auch an Steifigkeit und Federwirkung der elektrischen Anschlussklemme im Bereich der eingebrachten Einprägung beizubehalten, kann das Weichglühen abgebrochen werden, wenn die gewünschten Materialeigenschaften erreicht sind.

Im vorliegenden Fall wurde ein Verfahren gewählt, bei dem diese gewünschte Materialeigenschaft im Bereich der Einprägung Werte für die Härte und damit für die Bruchdehnung aufweist, die höher liegen als diejenigen des Ausgangsmaterials vor der Verarbeitung, also vor der Verfestigung durch Kaltwalzen, gleichzeitig aber durch das Weichglühen auf Werte zurückgeführt wird, die niedriger liegen als die der elektrischen Anschlussklemme nach der Kaltverformung. Dies ist deutlich zu ersehen aus den im Vergleich zu den gegenüber außerhalb der Nut liegenden größeren verbleibenden Eindrücken im Bereich der Nut selbst bei sonst jeweils gleicher Prüfkraft der Härteprüfung nach Vickers.

Die Härtemessung wird dabei wiederum auf der der Einprägung der Nut abgewandten Seite durchgeführt, um eventuelle Fehlmessungen auf Grund unebener Prüfoberfläche auszuschließen. Die außerhalb des Kernbereiches der Einprägung liegenden Messpunkte weisen Größen auf, die denjenigen vor der Durchführung des Weichglühens bei 310° Celsius mit einer Dauer von 10–30 Minuten, insbesondere ungefähr 20 Minuten entsprechen. Dies rührt her von der Wahl der Temperatur, die unterhalb der Rekristallisationstemperatur für die nicht zusätzlich durch die Einprägung der Nut verfestigten Bereiche liegt. Wie aus 2 und 3 ersichtlich, liegt die Rekristallisationstemperatur umso niedriger, je höher der Grad der Verfestigung durch plastische Verformung ist.

9 zeigt die genaue Positionierung der Prüfpunkte (Messstellen) zur Härtemessung quer zum Verlauf der eingeprägten Nut nach dem erfindungsgemäßen Weichglühen. Dabei befinden sich die Messpunkte 1, 5 und 6 außerhalb des Bereichs der eingeprägten Nut, die Messpunkte 2, 3 und 4 im Bereich der tiefsten Einprägung der Nut. Die zugehörige Vickershärte VH an diesen Prüfstellen sowie die relative Härte in Prozent im Vergleich zu der in einem hier nicht dargestellten, räumlich weiter entfernten Referenzpunkt (Ausgangshärte) ermittelten und mit 100% definierten Vickershärte ermittelten Härtewerte VH sind nachfolgend aufgelistet:

Es ist zu ersehen, dass die ermittelten Werte für die Vickershärte VH an den außerhalb des Bereichs der eingeprägten Nut liegenden Messstellen 1, 5 und 6 mit nur geringen Abweichungen wiederum nahe bei dem Referenzwert von 100% für nicht durch die Einprägung beeinflusste Materialbereiche liegen. Die Materialkenngrößen, insbesondere die Härte und die Federwirkung sind also bei der gewählten Glühtemperatur von 310° Celsius bei einer Dauer von 10–30 Minuten, insbesondere ungefähr 20 Minuten wunschgemäß nicht verändert worden. Im direkten Bereich der Einprägung selbst ergibt sich demgegenüber eine um bis zu 43% verminderte relative Härte, die die erhöhte Bruchdehnung in diesem Bereich widerspiegelt.

Auf diese Weise wird erreicht, dass im Bereich der Nut Werte für die Vickershärte VH und damit für die Bruchdehnung A10 der Kupferlegierung K10 erreicht werden, die leichtes späteres Umbiegen ohne die Gefahr von Rissbildung oder gar vollständigem Bruch ermöglichen. Gleichzeitig wird eine gegenüber dem unbehandelten, also nicht kaltverformten und verfestigten Ausgangsmaterial erhöhte Steifigkeit und Federwirkung beibehalten, die eine ausreichende Robustheit der elektrischen Anschlussklemmen zur ordnungsgemäßen und einfachen Montage der damit bestückten Baugruppen, wie beispielsweise des PrimePACKTM IGBT-Moduls ermöglicht.

10 zeigt den direkten Vergleich einer Härtemessung nach Vickers vor und nach erfindungsgemäßem Weichglühen für äquidistante Messpunkte im Abstand von jeweils 1 mm. Zur Abbildung des exakten Härteverlaufs befinden sich die Prüfpunkte dabei im Gegensatz zur Darstellung aus 7 sowohl vor wie auch nach dem Tempern an den exakt gleichen Messpunkten bezogen auf die Lage der Nut. Wie in den 7, 8 und 9 ist deutlich die durch Anwendung einer Glühtemperatur von 310° Celsius bei einer Dauer von 10–30 Minuten, insbesondere ungefähr 20 Minuten durch Rekristallisation erzielte Verminderung der Härte zu ersehen, die sich erfindungsgemäß ausschließlich auf den Bereich der Nut begrenzt.

Für die gewählten Parameter des Weichglühens wird die Enthärtung im Bereich der Nut nicht nur auf den Stand vor dem Einprägen der Vertiefung zurückgeführt, sondern sogar erniedrigt, wodurch leichtes Umbiegen bei gleichzeitig ausreichender Steifigkeit und Federwirkung erzielt wird. Es ist ersichtlich, dass sich durch Änderungen der Parameter Temperatur und Zeitdauer je nach gewünschtem Anwendungsfall unterschiedliche Werte für die Härte im Bereich der Nut erzielen lassen. Ebenfalls lassen sich durch Änderungen der Parameter Temperatur und Zeitdauer auch die erwünschten Werte für die Härte im Bereich der Nut bei elektrischen Anschlussklemmen anderer Zusammensetzung der Legierung, anderer Materialstärke und/oder anderer Prägetiefe und damit anderer Verfestigung erzielen.

In einem typischen Fertigungsprozess von elektrischen Anschlussklemmen findet häufig auch eine Vorbelotung der Bereiche der Anschlussklemmen statt, die im Zuge des späteren Verbauens einer Vorrichtung, wie beispielsweise des PrimePACKTM IGBT-Moduls durch einen Lötvorgang mit weiteren elektrischen oder elektronischen Vorrichtungen verbunden werden, wodurch dieser Lötvorgang wesentlich beschleunigt und erleichtert wird. Eine solche Vorbelotung zur Aufbringung des Lots auf die Anschlussklemmen wird typischerweise bei Temperaturen von etwa 350° Celsius durchgeführt. Erfindungsgemäß kann dieser Vorgang des Vorbelotens bei entsprechender Wahl der Parameter, wie beispielsweise der Zeitdauer, ebenfalls dazu genutzt werden, um den Bereich der für das spätere Umbiegen eingeprägten Nut auf die Temperatur zu erwärmen, die durch Rekristallisation zu den gewünschten Materialeigenschaften im Bereich der eingeprägten Nut führt. Auf diese Weise kann das explizite, einen zusätzlichen Fertigungsschritt darstellende Weichglühen der elektrischen Anschlussklemme und damit der eingeprägten Nut vermieden werden.

K10
Werkstoff
A10
Bruchdehnung
L0
Anfangsmesslänge
&Dgr;L
Längenänderung
Lu
Länge nach Bruch
Rp0,2
Streckgrenze
Rm
Zugfestigkeit
HB
Härte nach Brinell
DK
Korngröße
IGBT
Insulated Gate Bipolar Transistor
VH
Härte nach Vickers


Anspruch[de]
Verfahren zur ortsselektiven Veränderung der Materialeigenschaft eines aus einem Metall oder einer Metalllegierung durch Kaltverformung gefertigten Werkstücks mittels Tempern unter Berücksichtigung der variablen Rekristallisationstemperatur von Bereichen unterschiedlicher, durch unterschiedlich starke Kaltverformung erzeugter Verfestigung in dem Werkstück, wobei zum Erzielen der Ortsgebundenheit der Rekristallisation die Temperatur beim Tempern nur so hoch ist, dass durch das Tempern nur die Materialeigenschaften von Bereichen bestimmter Verfestigungen verändert werden, während die auf Grund geringerer vorangegangener Verfestigung andere Materialeigenschaften und höhere Rekristallisationstemperaturen aufweisenden Bereiche des Werkstücks keine Veränderung der Materialeigenschaften durch das Tempern erfahren. Verfahren nach Anspruch 1, bei denen das Werkstück elektrisch leitendes Material aufweist. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, bei denen das Werkstück aus Metall oder Metalllegierung besteht. Verfahren nach Anspruch 3, bei denen das Werkstück ein aus Kupfer oder einer Kupferlegierung (K10) bestehendes Werkstück ist. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, bei denen das Werkstück als elektrische Anschlussklemme für eine elektrische oder elektronische Anordnung oder Vorrichtung ausgeführt ist. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, bei denen die elektrische Anschlussklemme als dünne großflächige Lasche mit einer zusätzlich als Nut ausgeführten eingeprägten Vertiefung zum späteren Umbiegen entlang der Nut ausgeführt ist, wodurch sich auf Grund unterschiedlicher Kaltverformung und Verfestigung des Materials im Bereich der Nut andere Materialeigenschaften und eine niedrigere Rekristallisationstemperatur ergeben als im restlichen Bereich der elektrischen Anschlussklemme. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Temperatur für das Tempern so gewählt wird, dass sie die Rekristallisationstemperatur im Bereich der eingeprägten Nut einschließt aber unterhalb der Rekristallisationstemperatur des restlichen Bereiches der elektrischen Anschlussklemme liegt, wodurch durch das Tempern die Bruchdehnung (A10) im Bereich der Nut erhöht wird und wodurch die Bildung von Rissen oder eines Bruchs im Bereich der Nut beim späteren Umbiegen der als Lasche ausgeführten elektrischen Anschlussklemme verhindert wird. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem das Tempern der elektrischen Anschlussklemme mittels eines gegebenen Fertigungsschrittes des Vorbelotens der elektrischen Anschlussklemme erfolgt, wobei die Temperatur des Vorbelotens die Temperatur des Temperns ist.






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