Machine à souder laser, soudure de matériaux de métal mince

Dans l'industrie moderne, il existe une demande croissante de traitement efficace et de micro-raccordement électrique de matières métalliques minces. Dans de nombreux domaines, la compatibilité des matériaux ou des processus n'est pas suffisante pour le traitement thermique classique, tel que le soudage, le brasage et la soudure, ou l'utilisation d'adhésifs et de fixations mécaniques est indésirable. Cette situation peut être très fréquente dans l'industrie du stockage d'énergie, car les batteries de nouvelle génération, qui sont des composants clés de l'industrie de la batterie de puissance émergente, nécessitent l'utilisation de foils minces pour faire des cathodes et des anodes. Dans l'industrie électronique de la consommation, les emballages de haute densité et la miniaturisation continuent de promouvoir l'innovation et constituent également des défis aux technologies de connexion traditionnelles.

Du point de vue du laser, il existe de nombreux défis qui rendent la micro-soudage de matières métalliques minces extrêmement difficiles. Pour souder avec succès, il est nécessaire d'éviter la pénétration de la soudure, la déformation et la flexion, qui nécessitent tous un contrôle minutieux de l'entrée de chaleur du processus. Dans le processus de soudage de pénétration profonde au laser traditionnel, surmonter le seuil de matière nécessite généralement une puissance moyenne plus élevée. La puissance moyenne requise pour le soudage de matériaux à haute réflexion et des métaux dissemblables peut être plus élevé. L'un des problèmes fondamentaux est d'utiliser un processus de soudage de conduction thermique ou un processus de soudage de pénétration profond. Dans le soudage de la conduction thermique, les sources de chaleur avec une largeur plus grande et une résistance plus faible ont tendance à produire une zone de chaleur plus élevée et une zone touchée à la chaleur. Par conséquent, il n'est généralement pas recommandé comme une solution au problème du soudage en tôle. En soudage en pénétration profonde, une source de chaleur hautement concentrée et à haute résistance peut minimiser la piscine fondue, contribuant ainsi à contrôler l'entrée de chaleur. Par conséquent, l'ajustement desoudure de pénétration profondeLes paramètres sont essentiels pour obtenir des résultats de haute qualité.

Une méthode largement utilisée dans le soudage consiste à utiliser des lasers à fibre pulsée nanoseconde (NS). Ces lasers à impulsions à pimulation court-impulsions peuvent être plus appropriés pour le marquage, la gravure et d'autres processus d'élimination du matériau, ainsi de manière intuitive, ils peuvent avoir l'effet inverse lorsqu'il est utilisé dans le processus de soudage des matériaux. Cependant, la commande d'impulsion fournie par l'amplificateur de puissance d'oscillateur principal (MOPA) a une excellente flexibilité de paramètres, réalisant ainsi des méthodes de traitement de liaison des métaux possibles. Les lasers à fibres pulsées nanosecondes fonctionnent avec une énergie d'impulsion de quelques microjoules à> 1MJ, plage de durée d'impulsion 10-1000NS et peuvent atteindre la puissance de pointe> 10 kilowatts, fonctionnant à une fréquence allant jusqu'à 4 MHz, ce qui est clairement différent de la vague continue (CW ) Et d'autres lasers traditionnels et même quasi-CW (QCW) lasers à impulsions longues, mais beaucoup fonctionnent toujours dans ces gammes.

L'utilisation de la micro-soudage nanoseconde en tant qu'outil de soudage convient à une variété d'applications et convient également à la surmontée des défis de soudage des feuilles de métaux dissemblables. La jonction des feuilles métalliques minces (<50 μm) est particulièrement difficile car elle nécessite un équilibre énergétique très délicat suffisant pour faire fondre le métal, mais ne peut pas générer une vaporisation et un plasma significatives. Les matériaux de feuille sont faciles à utiliser des joints de tour pour soudage. Dans ce processus, le contact étroit entre les matériaux de la feuille est une condition nécessaire pour obtenir de bons résultats, mais cela pose un défi majeur pour le luminaire. Le processus de production de la batterie d'aujourd'hui présente de nombreuses exigences strictes pour le soudage de feuilles multicouches. La technologie existante est le soudage par ultrasons, mais les fabricants espèrent de plus en plus utiliser le soudage au laser pour améliorer l'efficacité de la production, la qualité et l'amélioration des restrictions d'empilage en papier. Les lasers offrent de nombreuses solutions potentielles, mais les lasers de nanosecondes infrarouge (IR) se sont révélés en mesure de souder jusqu'à 20 couches de papier d'aluminium de cuivre ou d'aluminium à l'aide d'un laser EP-Z de 200W, mais éliminant la porosité de cette application est très difficile.

La puissance élevée du laser à fibre pulsé de nanoseconde signifie qu'il peut facilement entrer des anti-métaux élevés tels que le cuivre avec une petite puissance moyenne. En utilisant le processus de micro-soudage nanosecondes comme alternative à la soudure, l'étude de la fixation directe des composants aux pistes de circuit imprimé en cuivre (PCB) a montré de grandes perspectives. À l'heure actuelle, les fils de cuivre jusqu'à 150 μm d'épaisseur ont été attachés avec succès aux pistes de dépôt> 60 μm sans délamination évidente avec le substrat FR4. Ceci fournit une alternative à la liaison des composants ou des composants sensibles à la chaleur dont la température de fonctionnement peut dépasser la limite de soudage traditionnelle.