[发明专利]采用微焊件图案的激光焊接方法

说明书

第一材料(1)与第二材料(2)之间的焊件(3)，第一材料(1)是第一金属材料，而第二材料(2)是第二金属材料，焊件(3)具有0.5mm与7mm之间的宽度(4)，焊件(3)包括至少一个微焊件(8)，微焊件(8)形成平行于第一材料(1)的表面(6)限定的焊接图案(5)，并且微焊件(8)具有20μm与400μm之间的特性特征大小(7)。

技术领域

本发明涉及焊件。该焊件可联结一个或多个反射材料。该焊件可具有低欧姆电阻、较高的剪切强度以及高剥离强度。本发明还涉及包括该焊件的制品以及用于激光焊接的方法。

发明背景

通过近红外频谱(800nm到2500nm)的激光焊接接合光亮金属(诸如，金、铜、铝、铂和银)提出了挑战。这是因为光亮金属的表面是高反射性的，吸收不良。为了克服表面反射以及发起激光能量耦合至金属表面中，使用具有高功率密度的激光束是必要的。

激光束对光亮材料的函数接近具有来自光束抵抗(hold-off)(反射)和吸收中的非常窄的工作窗口的离散函数。首先，表面反射基本上所有激光。然而，一旦通过足够的激光强度克服了表面反射，则引发表面的熔化。该反射随后几乎立即从其原有超过80％反射率的高反射状态转变为较低值，对于某些金属而言，可能低于50％的反射率。这导致表面上的熔池非常迅速地生长。因此非常难以控制。

当焊接薄且小质量的工件时，挑战增加。高功率密度通常是不利的，这导致激光束的过穿透，结果是不可靠的接头。相反，如果激光以刚刚在吸光率限制以上的较低功率密度工作，则必须增加脉冲历时。所吸收的能量热沉至焊件周围的区域内随后导致工件的过热，结果是弱焊件或没有焊件。

现在已知的铜与其它光亮金属(诸如，金和银)的激光焊接的较佳方法涉及使用以可见绿波长发射的激光器。最常见的激光器是以532nm发射的频率加倍的1064nm激光器。这是因为光亮金属在532nn的反射率比在近红外波长低。光亮金属与此类激光器的激光接合产生可重复和一致的焊件，但以与频率加倍相关联的效率、复杂性和成本为代价。在一些应用中，将532nm处发射的激光器与1064nm处的第二激光器结合以增加效率和生产率是必要的。此类双波长系统要求使用复杂的光束监视和实时分析以便分析和定制焊件的结构的激光焊接工艺的闭环监视。此类诊断设备使用背反射光以及焊池特性的视频分析以便向激光器控制器提供反馈。这些系统是复杂的和昂贵的。

已经采用了使用绿色激光器来执行光亮金属的焊件接合，无需特别解决接合不同金属的应用。不同金属的常规焊接依赖于对接口处金属的稀释以及结果所得热条件的特定控制以将导致接头中的所谓的金属间化合物的不同金属的混合最小化。大的金属间化合区域易于因作用于接头上的应力断裂，并且该断裂传播通过整个接头直到发生故障。

具有连续波和脉冲激光的激光焊接是已知的，其具有或连续焊件前端，或交叠点焊，其中该焊件形成连续接缝。由焊接工艺导致的材料中的缺陷造成了薄弱，并且在大部分应用中是不可接受的。脉冲焊件通常使用微秒和毫秒脉冲来形成。该脉冲导致材料熔化，再固化以形成焊件。当焊接不同材料时，焊件接口可包含金属间化合物，该金属间化合物是由被接合的两种材料形成并且通常本质上是易碎和不期望的化合物。因此，在机械负载下，焊件可优先地沿该金属间化合物层断裂。

在高反射材料之间形成低欧姆电阻焊件在电子和电气工程行业，包括电池制造、太阳能电池、半导体封装、以及电子印刷电路板中具有重要的应用。使用各种技术，包括激光焊接。然而，高反射率可能需要相对昂贵的可见激光器。另外，焊接装备、工艺和结果所得的焊件不满足快速制造速度、低欧姆电阻、高剪切强度以及高剥离强度的当前要求。因此，通常使用除激光焊接以外的工艺。

包括一种或多种反射金属，例如金、铜、铝、铂和银的工件中的激光焊件通常是不可靠的和薄弱的。包括不同材料的制品中的激光焊件通常在本质上是易碎的和不期望的。

对于在光亮和/或不同金属和合金之间没有可靠性问题的焊件存在需要，并且本发明的目的是提供此种焊件。

本发明