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      首選的材料是銅，因?yàn)樗軌蛴行У貍鲗?dǎo)能量和傳輸信號(hào)。銅的材料特性使它非常適合作為導(dǎo)體，但是很難被焊接。此外，由于零件尺寸變小，接點(diǎn)已經(jīng)達(dá)到“微型焊接”尺寸，這樣，焊接的難度就更大了。 

      銅的微型焊接給這些小型導(dǎo)電零件的熱平衡控制帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)——因?yàn)楸仨氁ＷC焊接的質(zhì)量，同時(shí)確保不會(huì)過(guò)熱或者受熱不足。制造商們能否同時(shí)滿足這些要求呢？是的，利用波長(zhǎng)為532 nm的綠色激光焊機(jī)就能夠?qū)崿F(xiàn)。在討論目前各種可選的焊接技術(shù)以前，我們先定義一下微型焊接：微型焊接是兩種材料的接合，其中至少一種材料的厚度小于0.02英寸。目前可選的技術(shù)包括：超聲波焊接技術(shù)，電阻焊接技術(shù)和激光焊接技術(shù)。 

        超聲波焊接技術(shù)是一種有效的焊接技術(shù)，被用來(lái)連接銅板和其他零件；然而，這是一個(gè)機(jī)械連接的過(guò)程，它受限于零件的機(jī)械力、接口特點(diǎn)、接點(diǎn)的幾何形狀，以及不同零件的形狀組合。 

        電阻焊接技術(shù)是一種切實(shí)可行的技術(shù)，但是，它受到接點(diǎn)形狀的限制，并且需要購(gòu)買小型傳導(dǎo)電極，還需要維護(hù)。 

        因?yàn)槌暡ê附雍碗娮韬附觾煞N技術(shù)都需要與零件直接接觸以產(chǎn)生接點(diǎn)，總的焊接時(shí)間等于制動(dòng)周期加上焊接時(shí)間。對(duì)于大規(guī)模制造業(yè)來(lái)說(shuō)，這意味著大量的時(shí)間延遲。          

 

        與此相反，激光焊接是一個(gè)非接觸的加工過(guò)程，只需要單向加工。它能夠加工很小的面積，焊接各種不同形狀的零件。看起來(lái)似乎很適合銅材料的焊接，但是，這里還有一個(gè)問(wèn)題。在波長(zhǎng)1064 nm處，銅材料的反射率大于90%。因此，為了克服初始反射率高的問(wèn)題，就需要很大的功率密度。一旦激光接觸到材料，材料開(kāi)始熔化，反射率就會(huì)迅速下降。初始時(shí)所需要的功率密度遠(yuǎn)大于焊接時(shí)所需要的功率，導(dǎo)致材料過(guò)熱蒸發(fā)，在焊點(diǎn)處孔隙率過(guò)高，或者形成一個(gè)空洞。 

        許多不同的技術(shù)已被用來(lái)克服這個(gè)反射率的問(wèn)題，包括脈沖整形、利用氧氣輔助，以及采用反射率小的覆層金屬。 

        激光整形技術(shù)并不是很可靠，因?yàn)殂~以及其他導(dǎo)電零件的反射率存在一定的變化，這樣減小激光功率的時(shí)間點(diǎn)也需要相應(yīng)的進(jìn)行變化。目前，已有技術(shù)人員嘗試?yán)梅答伡夹g(shù)來(lái)估計(jì)這個(gè)時(shí)間點(diǎn)，但是，這些試驗(yàn)并沒(méi)有成功。利用氧氣作為輔助氣體，大大地提高了線形銅焊接中激光的穿透率，因?yàn)榇附拥牧慵媳桓采w了一層氧化物薄膜。但是，該技術(shù)并不適用于點(diǎn)焊接，因?yàn)檠鯕獾妮o助作用必須在連續(xù)幾個(gè)脈沖走過(guò)之后才能顯現(xiàn)出來(lái)，這樣，在單個(gè)點(diǎn)或者短焊縫的焊接中，該技術(shù)就無(wú)法提供可靠的結(jié)果。采用反射率較小的覆層，比如鎳或者錫，的確能夠降低初始的反射率，但是，它無(wú)法完全解決問(wèn)題，因?yàn)樵诩す馀c銅作用的過(guò)程中，仍然需要很大的能量使得激光耦合到銅材料。因此，微型焊接的可加工范圍就非常小。 

 

        為了在銅材料表面形成良好、穩(wěn)固的激光焊接點(diǎn)，就找出阻礙良好焊接的根本原因——材料反射率。當(dāng)波長(zhǎng)從1064 nm變?yōu)?32 nm時(shí)，銅以及其他材料的反射率就大大減小了（見(jiàn)表1）。采用532 nm波長(zhǎng)的激光使得激光光束持續(xù)耦合到銅材料上，并且穩(wěn)定了焊接過(guò)程。圖1給出了采用1064 nm和532 nm激光對(duì)沒(méi)有鍍層的銅材料進(jìn)行焊接后的結(jié)果對(duì)比。采用532 nm激光時(shí)在銅材料上的焊接效果，可與1064 nm激光在鋼材料上的焊接結(jié)果相媲美。 

 

        為了對(duì)銅材料成功地進(jìn)行微型焊接，必須采用波長(zhǎng)為532 nm的綠色激光。實(shí)現(xiàn)該波長(zhǎng)可以有兩種方式，最常見(jiàn)的方法是利用調(diào)Q激光器，但是這樣的激光器沒(méi)有足夠的脈沖能量進(jìn)行焊接。更新型的技術(shù)是采用Nd:YAG脈沖激光器，它所得到的532 nm激光，峰值功率達(dá)到1.5 kW，脈寬5 ms。這就提供了足夠的焊接能量，能夠穿透厚度達(dá)350微米的銅板。這樣的能量，在大多數(shù)微型焊接應(yīng)用中已經(jīng)足夠了。采用由光纖傳輸的Nd:YAG脈沖激光的另一項(xiàng)好處是光束的亮度低，這提高了焦斑點(diǎn)處吸收光的程度，避免了在焊點(diǎn)中心形成過(guò)熱點(diǎn)而產(chǎn)生不穩(wěn)定性。 

 

                           眾多的應(yīng)用領(lǐng)域 

        產(chǎn)品中的電氣連接在其尺寸、形狀與材料上存在著很大的區(qū)別。因此，這里給出了一些例子來(lái)說(shuō)明532 nm激光焊接的性能和優(yōu)勢(shì)。 

        半導(dǎo)體連接

　　圖2中給出了焊接到金屬板上的0.0015英寸厚的鍍金銅線。由于銅線橫向比較寬，但是厚度很小，所以必需用一個(gè)尺寸相對(duì)較大的光斑來(lái)進(jìn)行焊接。在這種情況下，具有長(zhǎng)脈寬和低峰值功率的激光能夠提供較好的能量流，而且光束的低亮度使得扁平的銅線在整個(gè)橫向的寬度上都得到均勻的加熱。 

        平面與圓型端點(diǎn)的連接

　　激光加工具有高度的靈活性，特別是當(dāng)加工的接點(diǎn)以及兩端的幾何形狀不同時(shí)更為有利。圖3給出了側(cè)向?yàn)榫匦蔚腻兘疸~制連接器與鍍銀銅線之間的焊接點(diǎn)。焊接點(diǎn)呈“煙斗”狀，線的一端與頂端之間形成焊點(diǎn)。激光光束與銅線的圓型頂端以及銅板平面之間的耦合使得整個(gè)焊接過(guò)程非?？煽?。同樣的，由于激光光束的亮度低，使得整個(gè)加工過(guò)程更有利于零件的接合。 

        線到平面的連接

　　另一種焊接構(gòu)型是焊接實(shí)心和成束的線。當(dāng)線被焊接到薄板上時(shí)，線與板子都必須同時(shí)不斷對(duì)激光能量進(jìn)行吸收，以保證焊點(diǎn)的固定性（圖4）。類似的，當(dāng)焊接成束的線時(shí)，必須控制線的分布，以確保整束線對(duì)激光的吸收。 

        框架的焊接

　　在大規(guī)模生產(chǎn)中，若要焊接框架上的不同接點(diǎn)，其關(guān)鍵就是焊接質(zhì)量和焊接速度。由于激光焊接是一個(gè)非接觸式的過(guò)程，它非常有利于大規(guī)模的生產(chǎn)加工。在整合了激光光束的移動(dòng)后，它能夠在一秒鐘內(nèi)得到許多個(gè)焊點(diǎn)（見(jiàn)圖5）。 

        不同材料之間的焊接 當(dāng)焊接的材料有不同的吸收率時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)的情況是：吸收率大的材料過(guò)熱，導(dǎo)致材料飛濺或者產(chǎn)生孔洞。通常，克服這個(gè)問(wèn)題的辦法是加工時(shí)偏向其中一種材料。但是，對(duì)于小型零件來(lái)說(shuō)，即使很微小的吸收不均也會(huì)導(dǎo)致焊接過(guò)熱。如果采用波長(zhǎng)為532 nm的激光，由于兩個(gè)零件的反射率更為接近，就能夠?qū)崿F(xiàn)焊接過(guò)程的能量平衡，從而大大提高可焊接率。
         
        小結(jié) 

        銅材料的焊接是一個(gè)比較困難的工序，而微型銅焊接使得該加工的難度更大。激光焊接是實(shí)現(xiàn)銅材料的接合過(guò)程的一項(xiàng)實(shí)用技術(shù)，它采用非接觸式的加工方式，十分適用于銅焊接的加工過(guò)程。然而，銅在1064 nm波長(zhǎng)處的反射率很高，阻礙了激光加工的實(shí)現(xiàn)。為了克服這個(gè)困難，我們采用532 nm波長(zhǎng)的綠色Nd:YAG激光焊機(jī)，它為銅材料和其他導(dǎo)電材料的大規(guī)模微型焊接提供了行之有效的方法。