‘bob游戏’技术解读：激光微焊接薄金属材料的优势与挑战

本文摘要：作者：SPILasers营销与业务发展副总裁JackGabzdyl博士在现代工业中，对厚金属材料展开高效的加工和／或电气微相连的市场需求大大减少。在很多领域中，材料或工艺的兼容性足以展开常规的热处理，例如焊、软钎焊和软钎焊，或不期望用于粘合剂和机械紧固件。这种情况有可能在储能行业十分广泛，因为作为新兴动力电池行业关键部件的下一代电池，必须用于厚箔片来生产阴极和阳极。 而在消费电子行业中，高密度PCB和微型化大大推展创意，也对传统的相连技术明确提出挑战。

作者：SPILasers营销与业务发展副总裁JackGabzdyl博士在现代工业中，对厚金属材料展开高效的加工和／或电气微相连的市场需求大大减少。在很多领域中，材料或工艺的兼容性足以展开常规的热处理，例如焊、软钎焊和软钎焊，或不期望用于粘合剂和机械紧固件。这种情况有可能在储能行业十分广泛，因为作为新兴动力电池行业关键部件的下一代电池，必须用于厚箔片来生产阴极和阳极。

而在消费电子行业中，高密度PCB和微型化大大推展创意，也对传统的相连技术明确提出挑战。从激光器的角度来看，不存在诸多挑战，使得厚金属材料的微焊出现异常艰难。要顺利展开焊，必须防止焊穿孔、变形和倾斜，所有这些目标都必须细心掌控过程的热输出。

在传统的激光浅熔焊工艺中，解决材料阈值一般来说必须较高的平均功率。低鼓吹材料和异种金属的焊所需的平均功率有可能更高，基本难题之一是用于热传导焊接工艺还是用于浅熔焊工艺。热传导焊时，宽度较小、强度较强的热源往往不会产生较高的热输出和热影响区，因此一般来说不建议将其作为解决问题薄片金属焊问题的办法。在深熔焊时，低集中于、高强度的热源可尽量增大熔池，从而有助掌控热输出。

因此，浅熔焊参数的调试对于取得高质量的结果至关重要。焊时普遍使用的一种方法是用于纳秒（ns）脉冲光纤激光器。

这些较短脉冲、高峰值强度的激光器有可能更加适合于打标、雕刻和其他材料除去过程，所以凭直觉辨别，它们用作材料焊过程时可能会起忽略的起到。但主波动功率放大器（MOPA）获取的脉冲掌控具备出众的参数灵活性，从而构建了有可能展开金属黏合的处理方式。

纳秒脉冲光纤激光器以几微温到＞1mJ的脉冲能量运营，脉冲持续时间范围10－1000ns，并能超过＞10千瓦的峰值功率，以超过4MHz的频率运营，从而显著区别于连续波（CW）等传统激光器甚至定CW（QCW）宽脉冲激光器，但很多还是在这些范围内运营。用于纳秒微焊作为焊工具限于于多种应用于，也适合于解决从箔材到异种金属的焊挑战。厚金属箔（＜50μm）的黏合特别是在具备挑战性，因为它必须展开十分错综复杂的能量均衡，不足以使金属熔融，但又无法产生明显的汽化和等离子体。箔材更容易用于搭接方式展开焊，在这种工艺中，箔材之间密切认识是构建良好效果的必要条件，但这对夹具明确提出了根本性挑战。

如今的电池生产过程对多层箔材加权焊有许多严苛的拒绝，现有技术是成像焊，但制造商更加期望用于激光焊来提升生产效率、质量并改良箔材填充容许。激光器可获取很多潜在解决方案，但红外（IR）纳秒激光器已证明需要用于200WEP-Z激光器焊多达20层以上铜箔或铝箔，但避免该应用于中的孔隙率具备高度的挑战性。纳秒脉冲光纤激光器的峰值功率较高，意味著可以较更容易地以较小的平均功率转入铜等低鼓吹金属中。用于纳秒微焊工艺作为焊的一种替代方法，将元件必要契合在铜印刷电路板（PCB）轨道上的研究表明出有了极大的前景。

目前早已顺利将薄约150μm的铜引线契合到＞60μm的沉积轨道上，而与FR4基板之间没任何显著的分层。这为热敏元件或工作温度有可能多达传统焊无限大的元件的契合获取了替代方案。

基于契合的挑战，很难对箔材展开接入焊。但这一点可以通过边缘焊技术来构建，将要两个箔材夹紧在一起，用激光展开切割成，通过所用于的参数使上下箔材的边缘焊在一起。随后的重熔过程可明显提升相连强度和质量，构建完全一致的抗拉强度。将10μm铜箔焊到25μm铝箔上，取得了＞2.5N的抗拉强度，而将50μm铝箔焊到50μm铝箔上，取得了＞25N的抗拉强度。

（图1）图1：激光微焊的示例：将25μm铝箔焊到25μm铝箔（左）和将25μm铝箔焊到10μm铜箔（右）。

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