綠光激光器用于激光微焊接
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圖3 激光焊接
通常采用極高的功率以克服反射問題，并確保將充足的光傳輸?shù)姐~。但是，當(dāng)激光能量傳輸?shù)姐~上，并提升其溫度時(shí)，則反射率降低。由于激光功率的吸收出現(xiàn)時(shí)間范圍小于十億分之一秒，因此能量吸收的變化非常快速。最初所需的高功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過焊接所需功率。因此，材料快速過熱和蒸發(fā)，留下了大量的小孔或孔洞。
已經(jīng)使用許多技術(shù)克服這種反射，包括脈沖整形、氧氣協(xié)助以及使用反射率更低的鍍層。脈沖整形不可靠，因?yàn)殂~和其它導(dǎo)電部件的反射率不同，因此降低激光功率時(shí)的精確時(shí)間點(diǎn)也會(huì)變化。人們?cè)?jīng)嘗試采用反饋技術(shù)，以便更好地預(yù)期這種“精確時(shí)刻”，但是目前還沒有人證實(shí)可行。使用氧氣協(xié)助時(shí)，由于會(huì)在焊接的部件上形成氧化層，因此會(huì)大幅提高銅的焊接縫隙的滲透性，但是，對(duì)于點(diǎn)焊應(yīng)用時(shí)卻沒有影響，因?yàn)橹挥性趲讉€(gè)連續(xù)脈沖之后才能看到氧的積極效應(yīng)，因此并不能為單點(diǎn)焊接或較短焊縫提供一種可靠的技術(shù)。使用鎳或錫等反射率更低的涂層，確實(shí)可以幫助降低最初的反射率，但是不能完全減輕問題，因?yàn)槿匀恍枰^高的能量繼續(xù)滲入銅內(nèi)；因此，微焊接的加工窗口極小。
利用脈沖綠色激光器處理材料反射問題
綜上所述，必須處理好材料反射率的問題，才能在銅材料上實(shí)現(xiàn)優(yōu)良、結(jié)實(shí)的激光微焊接。如表1所示，將波長(zhǎng)從1064納米降低到532納米會(huì)大幅降低銅和其它導(dǎo)電材料的反射率。532納米（綠光）波長(zhǎng)能夠持續(xù)地滲入銅內(nèi)并穩(wěn)定焊接。
表1 將波長(zhǎng)從1064納米降低到532納米會(huì)大幅降低銅和其它導(dǎo)電材料的反射率
圖4顯示了1064納米和532納米波長(zhǎng)激光焊接無(wú)鍍層銅的比較。波長(zhǎng)為532納米時(shí)，激光滲入銅的情況與1064納米滲入鋼一樣。因此，如果使用532納米激光，則可以成功地實(shí)現(xiàn)銅的微焊接。
圖4 1064納米和532納米波長(zhǎng)激光焊接無(wú)鍍層銅的比較
可以采用兩種方式達(dá)到該波長(zhǎng)。最常見的是使用調(diào)Q激光器，但是此類激光器沒有充足的脈沖能量執(zhí)行焊接任務(wù)。
一種更為新穎的途徑是使用正常脈沖的Nd:YAG激光器，它可以以1.5千瓦峰值功率提供532納米的光，脈沖寬度高達(dá)5毫秒。這樣可以提供充足的焊接能量，深入約350微米厚的銅材料。對(duì)于大多數(shù)微焊接應(yīng)用來(lái)說，這一能量已經(jīng)足夠。通過光纖傳輸及使用脈沖Nd:YAG激光，其優(yōu)點(diǎn)是光束的亮度較低。這樣可以促進(jìn)整個(gè)聚焦點(diǎn)的均勻吸收，防止焊接中心出現(xiàn)熱點(diǎn)而造成不穩(wěn)定性。
綠激光微焊接的應(yīng)用實(shí)例
電氣連接通常采用不同的尺寸、形狀和材料。許多工業(yè)需要優(yōu)質(zhì)、可靠的端子進(jìn)行電氣連接。電氣接頭的焊接如同一種無(wú)縫工藝，使連接點(diǎn)就象部件本身固有的一部分。激光焊接似乎有這種潛力。
例如汽車工業(yè)已經(jīng)大幅度使用傳感器技術(shù)，以監(jiān)控汽車性能、功能和環(huán)境。每種傳感器有許多端子連接，其使用壽命必須符合汽車的使用壽命。在這一方面，激光微焊接可以提供一種可行的選擇，激光器可以用于高速優(yōu)質(zhì)的焊接。
醫(yī)療工業(yè)的連接也十分重要，例如植入設(shè)備、感應(yīng)和監(jiān)控儀表，它們的每種連接對(duì)于維持部件的功能和性能十分關(guān)鍵，因此要求采用高度穩(wěn)定的焊接技術(shù)。
同樣，在通訊工業(yè)中，信號(hào)強(qiáng)度和完整性十分關(guān)鍵，可以最大化部件性能，以及確保連接不會(huì)成為部件設(shè)計(jì)的一種限制因素。
根據(jù)特定部件和元件設(shè)計(jì)，可以選擇各種工業(yè)需要的多種電氣連接配置。在此介紹一些使用脈沖綠色激光完成的連接配置選項(xiàng)。
排線連接到厚膜金屬化焊盤
電子工業(yè)的常見連接參見圖5，其中采用了0.0015英寸厚的鍍金銅質(zhì)扁平導(dǎo)線，將它焊接到金屬化焊盤上。在理想情況下，焊盤的厚度至少是排線厚度的1.5倍，因?yàn)檫@樣可以在導(dǎo)線和焊盤之間形成優(yōu)良的熱平衡，以防止焊盤過熱。
圖5 排線連接到厚膜金屬化焊盤
評(píng)論