Die richtige Verbindungstechnologie erleichtert den Markteinstieg bei Batteriepacks
Für viele Anwendungen braucht man Batteriepacks unterschiedlichster Typen und Stückzahlen. Ein zentraler Fertigungsschritt ist dabei das Verschalten der Batteriezellen. Doch welche Technologie ist die geeignete?
Batteriemodule werden nicht nur im allgemeinen Aufschwung im Bereich der E-Mobilität in einer Vielzahl von Größen, Formaten und Stückzahlen hergestellt – von sechs oder acht bis zu über tausend Zellen in einem Pack. Dazu gehören neben solchen für die Fahrzeug- und Antriebstechnologie auch solche für Akkuwerkzeuge oder stationäre Speicher. Eine große Anzahl von Neueinsteigern ist weltweit in diesen Markt eingetreten und muss sich jetzt mit der neuen Technologie auseinandersetzen. Dabei hat derjenige einen Wettbewerbsvorteil, der mit kurzer „Time-to-Market“ neue Nischen besetzen und auch kleine Stückzahlen mit höchster Qualität kostengünstig liefern kann.
„Time-to-Market ist in einem so dynamischen Umfeld wie der E-Mobility ein Schlüssel zum Erfolg. Bei High-Mix/Low-Volume-Fertigungen helfen moderne Bondsysteme vor allem Einsteigern beim schnellen und erfolgreichen Wachstum.“
Eine Schlüsselposition bei der Modulproduktion hat die elektrische Verschaltung der Batteriezellen. Mehrere Technologien sind dafür gebräuchlich. Für die Verbindung von zylindrischen Lithium-Batteriezellen ist dies vor allem das Drahtbonden. Diese Technologie ist in der Halbleitertechnologie etabliert und zeichnet sich vor allem durch hohe Zuverlässigkeit und Langlebigkeit der Verbindungen aus. Außerdem ist die Flexibilität der Verbindungstechnologie ein großer Vorteil – unterschiedliche Zell- oder Modulgeometrien erfordern keine eigens angefertigten Verbindertypen, sondern werden einfach durch unterschiedlich orientierte Drahtbonds unterschiedlicher Länge dargestellt.
Dazu kommt die – etwa im Vergleich zum sehr einfach anzuwendenden Widerstandsschweißen – wesentlich geringere Störanfälligkeit und damit bessere Ausbeute. Im Vergleich zum ebenfalls attraktiven Laserschweißen, das für höhere Ströme besonders häufig eingesetzt wird, ist das Drahtbonden mit drastisch geringeren Investitionskosten realisierbar, hat dabei aber eine vergleichbare Produktivität und ist somit sehr wirtschaftlich.
Drahtbonder bringen aus der Halbleitertechnologie bereits viele technische Fähigkeiten mit, so etwa die automatische Höhen- und Positionskorrektur der exakten Bauteillage durch automatische Bilderkennung oder eine Prozessverfolgung des Schweißvorgangs. Das macht nicht nur den Prozess robuster, sondern erlaubt auch eine lückenlose Nachverfolgung jeder einzelnen Bondverbindung auch noch nach Jahren.
Bild 1: Time-to-Market im Fokus – Drahtbonder Serie 56i und 58 (Bild: F&S BONDTEC Semiconductor GmbH)
Mit dem Fokus auf Marktsegmente, in denen neue Produkte und Prozesse entwickelt und eingeführt werden, hat F&S BONDTEC Drahtbonder im Programm (Bild 1), die den genannten Anforderungen Rechnung tragen. Sie sind auf überschaubare Stückzahlen ausgelegt und das Hauptaugenmerk liegt auf rascher Produkteinführung. Für den Bonder heißt das, dass einerseits das Bedienertraining rasch und einfach erfolgen muss, die Software also nutzerfreundlich sein muss. Zum anderen sind aber auch die Bonder sehr schnell auf unterschiedliche Produkte und Prozesse umrüstbar.
Bild 1: Time-to-Market im Fokus – Drahtbonder Serie 56i und 58 (Bild: F&S BONDTEC Semiconductor GmbH)
Bild 2: CO2-Schneestrahl-Reinigungseinrichtung für optimales Bonden und nachgelagerte Prozesse wie z.B. den Dichtungsauftrag (Bild: F&S BONDTEC Semiconductor GmbH)
Eine High-Mix/Low-Volume-Produktion ist damit problemlos. Um hohe Qualitätsanforderungen in diesem Bereich zu erfüllen, wurde jetzt eine integrierte Reinigungseinrichtung mit dem CO2-Schneestrahlen entwickelt (Bild 2). Mit ihr können organische oder anorganische Verunreinigungen der Bondflächen auf Batteriezellen entfernt werden. Das stellt die Bondqualität auch für schwierige Zellqualitäten sicher, die aufgrund unterschiedlicher Anlieferqualität, wechselnder Zulieferer oder auch variierender Lagerkonditionen vorkommen. Diese CO2-Schneestrahleinrichtung ist am Bondkopf montiert und so in die Software eingebunden, dass automatisch vor dem Bondprogramm in einer optimierten Wegsteuerung alle zu bondenden Flächen kontrolliert gereinigt werden. Darüber hinaus können auch andere Flächen auf dem Batteriemodul bearbeitet werden, etwa Gehäuseränder, auf denen nach dem Bonden Dichtungen für Deckel aufgeklebt werden sollen. Auf diese Weise können weitere Prozessschritte gleichzeitig und kostengünstig mit vorbereitet werden. Diese ganzheitliche Prozessbetrachtung ist ein Aspekt für einen einfacheren Markteinstieg. Und der hat darüber hinaus weitere Faktoren: Erfolgreich in den Markt einzusteigen und zu wachsen, bedeutet nicht nur, die richtige Technologieentscheidung zu treffen, die Technologie so früh wie möglich zu lernen und zu beherrschen, sondern auch Partner zu haben, die schon im Vorfeld bei der Entwicklung von Produkten und Prozessen mit Musterbonden, Pilotfertigungen und Trainings unterstützen.
Bild 2: CO2-Schneestrahl-Reinigungseinrichtung für optimales Bonden und nachgelagerte Prozesse wie z.B. den Dichtungsauftrag (Bild: F&S BONDTEC Semiconductor GmbH)
