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Applications 应用天地
过程来主动对准。 强度 生高质量的铜焊缝，加工速度可高
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与所有激光二极管一样，每 (W/cm ) 达红外激光器的 2-10 倍。
个独立元件的输出是不对称的，因 1000 这些优点在诸如锂电池制造等
此每路输出最初都用快轴和慢轴准 800 应用中非常明显。电池的功率取决
直器进行圆形化。这些微光学元件 600 于化学反应中涉及的表面积，因此
本身也在随着二极管技术的发展而 锂电池通过将许多薄箔片结合在一
400
不断成长。经过准直后，每路光束 起而使表面积最大化。因此需要将
200
的发散为 1.5×4.3mrad。然后，各 单独的铜箔连接在一起，但是接头
0
路光束与一系列图样化的反射镜交 -250 250 的质量必须非常高。可以使用超声
-150 150
错，以填充来自每个芯片模块的间 -50 50 焊接连接这些箔片，但需要与超声
50 -50
隙。利用宏观光学元件实现聚焦光 X-轴(µm) 150 250 -250 -150 Y-轴(µm) 焊接头接触，这增大了最小焊接尺
束尺寸约为 130×225µm——光斑 图3：光束轮廓显示AO-150的光纤输出端的光束对称，并且形 寸并降低了制造灵活性。此外，超
太大而无法有效耦合到芯径 200µm 貌良好，具备为各种工业应用提供高功率密度的基本特性。 声焊接会产生不需要的微粒，并带
的光纤中。 焊接。 来污染问题，可能会形成内部短路并
然后用一系列光学元件进一步调 铜对近红外光的吸收大约仅为 降低电池性能。使用 NUBURU 公司
节光束，包括偏振光学元件，2.5× 5％。因此，需要大量的红外激光功 生产的 500W 激光器 AO-500（将于
圆柱望远镜和非球面耦合透镜。在光 率才能引发铜熔化。一旦熔化开始， 2018 年晚些时候推向市场），已经展
纤入射面处，有效数值孔径为 0.22， 铜对红外光的吸收开始增多。这就 示了 40 片 10µm 厚铜箔片的无空隙
光束尺寸为 125×129µm。结果效率 意味着非常容易向熔池输送过多的能 和无飞溅焊接。典型的蓝光激光箔焊
接近 95％，包括耦合效率和光纤损耗。 量，导致飞溅和空隙。简单地说，过 如图 4 所示。
如图 3 所示，输出光束轮廓调节良好 多的吸收能量会导致低质量焊接，在 电池还需要在单个电池单元的外
且高度对称。 成品件中产生较差的机械和电气性 部连接引线和母线。这里可以使用红
尽管 AO-150 设计能够以近 能。用于铜焊接的红外激光系统必须 外激光焊接，但吸收问题引起蒸发和
190W 的连续波（CW）运行，但交 采用几乎不可能实现的一个狭窄的工 飞溅，产生空隙，降低电导率（从而
付的系统设置在 150W 输出功率下工 艺窗口，其必须提供足够的能量以引 降低电池效率）。同样，使用蓝光能
作，以确保激光器的长寿命。稳定的 发铜熔化，但是能量又不能过高而导 增大吸收，加上非常稳定的激光输出
机械和热设计，结合闭环水冷，产生 致熔化的铜瞬间蒸发。 使工艺控制成为可能，消除了蒸发和
的输出光束每 1000 小时的功率稳定 铜对蓝光的吸收是对红外光吸收 飞溅。
性优于 3％。 的 10 倍多，从而建立了宽得多的工
[1]
该系统工程非常注重细节，也是 艺窗口。 即开始熔化所需要的能量 铜以外的材料加工
期望在许多工业应用中，蓝光激光器 与维持焊接所需要的能量基本相同。 除了铜之外，这些相同的优点还
可以胜过 IR 激光器。初步测试已经 这直接实现了蓝光激光器更高质量的 延伸到了许多其他金属领域。此外，
展示了该期望的有效性。 铜焊接。 蓝光激光已经展示了“能够解决焊接
除了这种定性优势外，蓝光激光 异种金属的挑战性问题”的能力。焊
焊接铜 还具有定量优势。研究人员已经开发 接异种金属的问题之一是它们的光吸
铜是电子设备中的关键材料。在 了各种操作技术，来补偿铜的 IR 焊 收和热性能的差异。例如，一种材料
铜元件之间建立连接对于那些设备的 接的不良性能 ；所有那些操作方法都 与另一种材料具有不同的熔化温度。
功能至关重要。对于大批量产品，例 增加了执行焊接所需要的时间（并且 当将这种复杂性再增加到控制 IR 激
如消费电子产品和锂离子电池，大量 它们通常不能成功地用 IR 激光器产 光焊接的工艺参数这一已经很困难的
的连接需要高效灵活的工艺，如激光 生高质量的焊接）。蓝光激光器能产 任务中后，焊接异种金属几乎无法实
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