激光焊缝制造技术

一种在第一材料(1)和第二材料(2)间的焊缝(3)，第一材料(1)为第一金属材料，且第二材料(2)为第二金属材料，焊缝(3)具有在0.5和0.7mm之间的宽度(4)，焊缝(3)包括至少一个微焊缝(8)，该至少一个微焊缝(8)形成平行于焊缝(3)的表面(6)定义的焊缝图案(5)，且微焊缝(8)具有在20μm和400μm之间的特定特征尺寸(7)。

Laser welds

A weld (3) between the first material (1) and the second material (2), the first material (1) being the first metal material, and the second material (2) being the second metal material, the weld (3) having a width (4) between 0.5 and 0.7 mm, and the weld (3) comprising at least one micro-weld (8), the at least one micro-weld (8) forming a surface (6) fixed parallel to the weld (3). The weld pattern (5) is meaningful, and the micro weld (8) has a specific characteristic size (7) between 20 m and 400 m.

【技术实现步骤摘要】
激光焊缝本申请是申请人于2016年2月6日提交的、申请号为201610210928.1的、专利技术名称为“激光焊缝”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及一种激光焊缝。激光焊缝可连接一种或多种反射材料。激光焊缝具有低欧姆电阻、高切变强度和高剥离强度。本专利技术还涉及一种包括激光焊缝的物品。
技术介绍
包括一种或多种反光金属，如金、铜、铝、铂和银，的工件中的激光焊缝通常不可靠和不牢固。包括不同材料物品中的激光焊缝通常在性质上硬脆且不合需。需要一种光亮和/或异种金属及合金之间的焊缝，其没有可靠性问题，且本专利技术的目的就是提供这样一种焊缝。
技术实现思路
因此，在本专利技术的一个非限制实施例中，提供第一材料和第二材料间的焊缝，第一材料为第一金属材料，且第二材料为第二金属材料，焊缝具有在0.5和0.7mm之间的宽度，焊缝包括至少一个微焊缝，该至少一个微焊缝形成平行于焊缝表面定义的焊缝图案，且微焊缝具有在20μm和100μm之间的特定特征尺寸。本专利技术的焊缝在电子和电气工程行业中具有重要应用。焊缝可用在物品，诸如举例而言电池、太阳能电池、半导体封装和电子电路印刷板中。焊缝图案可包括螺旋形式的线。焊缝图案可包括多条剖面线。剖面线可以是网格形式的。剖面线可形成矩形网格。剖面线可形成三角形网格。第一材料和第二材料在焊缝中可保持基本不混合。“基本不混合”意味着，组合成单一共混合金相的第一材料和第二材料形成的金属间内容物包括最多20％，且优选最多10％的焊缝的材料。第一材料和第二材料之间的界面上的金属间内容物可足以获得具有预定机械性能和欧姆电阻的接头。第一材料和第二材料之间的界面上的金属间内容物可以足够少到避免如再结晶引起的脆化。焊缝可基本不均一。焊缝可包括第一金属材料和第二金属材料的分立区。第一材料在1微米光学波长下可具有大于90％的的反光率。第一材料可具有高于第二材料的融化温度。微焊缝可包括形成在第一材料中的孔。第一材料可被包含在第二材料中。第二材料可已流入孔中。第一材料可具有顶面和底面。底面可比顶面距离第二材料更近。孔可在顶面具有一宽度，且在底面具有一宽度，其中在顶面的宽度比在底面的宽度更宽。孔可以是埋头孔，且微焊缝可类似于铆钉。意料之外的是，焊缝提供连接光亮和异种金属及合金的简单解决方案，从而在焊缝形成的每一个接头上产生一致且可预测的结果。无需与在不与第一材料基本混合，的情况下第二材料流入孔的设计安排，帮助防止金属间物质的生成，且避免与金属间物质有关相关联的如脆性或薄弱焊缝的可靠性问题产生。微焊缝增长增大的表面积区提供更多的接触区面积，反过来这进而会降低欧姆电阻。降低欧姆电阻是增加电池和太阳能板效率的重要考虑因素。可被连接的部件的例子包括：电池内的电连接，电池内例如铜至铝的连接；柔性电路元件与薄剖面汇流排间的低轮廓(lowprofile)电连接；用于医疗电子设备的金属外壳；如移动电话、膝上型计算机、电视机以及其他消费者电子设备等消费者电子设备中的电连接；金属标签与标记；以及珠宝中银、铂和金部件。第一材料可包括选自由铜、铝、铁、镍、锡、钛、钨、钼、铌、钽和铼、银、铂、金、以及包括至少一种前述材料的合金组成的组的金属。第二材料可包括选自由铜、铝、铁、镍、锡、钛、钨、钼、铌、钽和铼、银、铂、金、以及包括至少一种前述材料的合金组成的组的金属。用于第一材料和第二材料的其他金属也可以被采用。第一材料和第二材料可以相同或不同。宽度可位于0.5mm和2.5mm之间。特定特征尺寸可位于40μm和100μm之间。本专利技术还提供了一种包括根据本专利技术的焊缝的物品。物品的例子为为智能手机电话、移动手机电话、手提电脑膝上型计算机、平板电脑计算机、电视机以及、其他消费型者电子设备；电池；太阳能电池；整体电路部件集成电路组件；印刷电路板；电气连接；柔性电路元件与薄剖面汇流排间的低轮廓电连接；用于医疗电子设备的金属外壳；和消费者电子设备的电气连接；金属标签与标记；珠宝中的银、铂和金部件。附图说明本专利技术的实施例现在将通过例子和参考附图分别描述，其中：图1示出根据本专利技术的焊缝；图2示出连续螺旋形式的焊缝；图3示出矩形剖面线形式的焊缝；图4示出矩形剖面线形式的焊缝；图5示出三角形剖面线形式的焊缝；图6示出用于制造本专利技术的焊缝的激光系统；图7示出被激光在第一材料上切出的孔；图8示出已被激光熔融的第二材料；图9示出最终焊缝，其中熔融的第二材料已经流入通过激光形成在第一材料中的孔中；图10示出没有穿透第一材料的孔；图11示出在孔下的熔融的第二材料；图12示出最终焊缝，其中熔融的第二材料已经流入通过激光形成在第一材料中的孔中；图13示出形成中的焊缝；图14示出在第二材料中具有第一材料区域的焊缝；图15示出铜和铝之间形成的焊缝的例子；图16示出焊缝切变测试结果；以及图17示出由黄铜和铜形成的焊缝。具体实施方式根据本专利技术的焊缝现在将分别通过例子和参考图1被描述。图1示出第一材料1和第二材料2之间的焊缝3，第一材料1为第一金属材料，且第二材料2为第二金属材料，焊缝3具有在0.5mm和7mm之间的宽度4，焊缝包括至少一个微焊缝8，该至少一个微焊缝8形成平行于焊缝3的表面6定义的焊缝图案5(被放大显示)，而微焊缝8具有在30μm和400μm之间的特定特征尺寸7。“平行于焊缝3的表面6”的意思是或者位于表面6之上，或者表面6之下，例如在焊缝熔池下。图1显示的焊缝图案5包括螺旋形式的多个微焊缝8。微焊缝8的特定特征尺寸7是微焊缝8的直径。螺旋的臂9被第一间距10分隔。微焊缝8在螺旋的臂9内被第二间距11分隔。第二间隔11可以为50μm到450μm。优选地，第二间隔11在50μm和200μm之间。螺旋可以是圆形，或者可以被拉长，诸如赛道形式。其他图案也可以被使用。焊缝3可以是图2示出的焊缝图案20的形式，焊缝图案20包括螺旋形式的单一微焊缝21。微焊缝21的特定特征尺寸为微焊缝8的宽度。螺旋的臂9被第一间距10分隔。焊缝图案5可包括如图3和4中显示的多个剖面线31，每一条剖面线包括至少一个微焊缝8。微焊缝8的特定特征尺寸7为微焊缝8的宽度。剖面线31为矩形网格的形式，个体剖面线31被第一间距10或第三间距32分隔。剖面线31也可以形成为如参考图5所示的三角网格。图1到5中的第一间距10可在20μm到2000μm范围内。第一间距10可在50μm到500μm范围内。优选地，第一间距10在50μm到250μm范围内。更优选地，第一间距10在50μm到125μm范围内。图3到5中的第三间距32可在20μm到2000μm范围内。第三间距32可在50μm到500μm范围内。优选地，第三间距32在50μm到250μm范围内。更优选地，第三间距32在50μm到125μm范围内。焊缝3可以使用图6所示的设备制作。该设备包括激光器61，该激光器通过光束传导线缆60被耦合到激光扫描器67。激光束62由物镜86聚焦到表面6上。激光器61可以是光纤激光器、棒状固体激光器、片状固体激光器或气体激光器，如二氧化碳激光器。激光器61可以是飞秒纳秒激光器。激光器61优选的可以是稀土掺杂飞秒纳秒脉冲纤维光纤激光器，如掺镱光纤激光器、掺饵(或掺镱饵)光纤激光器、掺钬光纤激光器或掺铥光纤激光器。这些激光器分别发射1μm、1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在第一金属材料和第二金属材料之间的焊缝，其中：所述焊缝形成在所述第一金属材料与所述第二金属材料重叠的位置；所述焊缝包括至少一个微焊缝；以及所述焊缝基本不均匀。

【技术特征摘要】
2015.02.09 GB 1502149.6;2015.06.01 GB 1509504.5;201.一种在第一金属材料和第二金属材料之间的焊缝，其中：所述焊缝形成在所述第一金属材料与所述第二金属材料重叠的位置；所述焊缝包括至少一个微焊缝；以及所述焊缝基本不均匀。2.根据权利要求1所述的焊缝，其特征在于，所述焊缝包括所述第一金属材料的分立区域。3.根据权利要求2所述的焊缝，其特征在于，所述焊缝包括所述第二金属材料的分立区域。4.根据权利要求1所述的焊缝，其特征在于，所述第一金属材料和所述第二金属材料基本不混合。5.根据权利要求1所述的焊缝，其特征在于，由所述第一金属材料和所述第二金属材料形成的金属间内容物包括最多20％的所述焊缝的材料。6.根据权利要求5所述的焊缝，其特征在于，由所述第一金属材料和所述第二金属材料形成的金属间内容物包括最多10％的所述焊缝的材料。7.根据权利要求1所述的焊缝，其特征在于，由所述第一金属材料和所述第二金属材料形成的在所述第一金属材料和所述第二金属材料之间的界面上的金属间内容物足以获得具有预定机械性能和欧姆电阻的接头。8.根据权利要求1所述的焊缝，其特征在于，由所述第一金属材料和所述第二金属材料形成的在所述第一金属材料和所述第二金属材料之间的界面上的金属间内容物足够少以避免脆化。9.根据权利要求1所述的焊缝，其特征在于，所述第一金属材料和/或所述第二金属材料在1微米的光学波长下具有大于90％的反射率。10.根据权利要求1或权利要求9所述的焊缝，其特征在于，所述第一金属材料具有比所述第二金属材料的熔化温度更高的融化温度。11.根据权利要求10所述的焊缝，其特征在于，所述第一金属材料具有比所述第二金属材料的融化温度高至少50％的融化温度。12.根据权利要求1所述的焊缝，其特征在于，所述微焊缝具有位于40μm和100μm之间的特定特征尺寸。13.根据权利要求12所述的焊缝，其特征在于，所述特定特征尺寸位于20μm与100μm之间。14.根据权利要求12或权利要求13所述的焊缝，其特征在于，所述微焊缝由一宽度限定，并且所述特定特征尺寸是所述微焊缝的所述宽度。15.根据权利要求12所述的焊缝，其特征在于，所述焊缝的宽度大于所述微焊缝的特定特征尺寸。16.根据权利要求1所述的焊缝，其特征在于，所述焊缝包括多于一个微焊缝。17.根据权利要求1所述的焊缝，其特征在于，所述至少一个微焊缝形成平行于所述焊缝的表面定义的焊缝图案。18.根据权利要求17所述的焊缝，其特征在于，所述焊缝图案包括螺旋形式的线和多个剖面线中的至少一者。19.根据权利要求18所述的焊缝，其特征在于，所述剖面线为网格的形式。20.根据权利要求1所述的焊缝，其特征在于，所述至少一个微焊缝包括形成在所述第一金属材料中的孔。21.根据权利要求20所述的焊缝，其特征在于，所述第一金属材料被包含在所述第二金属材料内。22.根据权利要求20所述的焊缝，其特征在于，所述第二金属材料已经流入所述孔中。23.根据权利要求22所述的焊缝，其特征在于，所述第二金属材料的流动增加了所述焊缝的表面积，由此降低所述焊缝的欧姆电阻。24.根据权利要求21所述的焊缝，其特征在于，所述第二金属材料已经流入所述孔中。25.根据权利要求24所述的焊缝，其特征在于，所述第二金属材料的流动增加了所述焊缝的表面积，由此降低所述焊缝的欧姆电阻。26.根据权利要求1所述的焊缝件，其特征在于，所述第一金属材料包括铁或包含铁的合金，并且所述第二金属材料包括铝或包含铝的合金。27.根据权利要求1所述的焊缝，其特征在于，所述第一金属材料是包含铁和镍的合金，并且所述第二金属材料是铝或包含铝的合金。28.根据权利要求1所述的焊缝，其特征在于，所述第一金属材料包括铜或包含铜的合金，并且所述第二金属材料包括铝或包含铝的合金。29.根据权利要求1所述的焊缝，其特征在于，所述第一金属材料包括镍或包含镍的合金，并且所述第二金属材料包括铝或包含铝的合金。30.根据权利要求1所述的焊缝件，其特征在于，所述第一金属材料包括铝或包含铝的合金，并且所述第二金属材料包括铜或包含铜的合金。31.根据权利要求1所述的焊缝件，其特征在于，所述第一金属材料包括铝或包含铝的合金，并且所述第二金属材料包括镍或包含镍的合金。32.根据权利要求1所述的焊缝，其特征在于，所述第一金属材料包括钛、钨、钼、铌、钽、或铼、或者包含至少一种前述材料的合金。33.根据权利要求32所述的焊缝，其特征在于，所述第二金属材料包括选自由钛、钨、钼、铌、钽和铼、和包含至少一种前述材料的合金构成的组的金属。34.根据权利要求32所述的焊缝，其特征在于，所述第二金属材料包括选自由铜、铝、铁、镍、锡、银、铂、金、和包含至少一种前述材料的合金构成的组的金属。35.根据权利要求1所述的焊缝，其特征在于，所述第二金属材料包括钛、钨、钼、铌、钽或铼、或者包含至少一种前述材料的合金。36.根据权利要求35所述的焊缝，其特征在于，所述第一金属材料包括选自由铜、铝、铁、镍、锡、银、铂、金、和包含至少一种前述材料的合金构成的组的金属。37.根据权利要求1所述的焊缝，其特征在于，所述第一金属材料包括选自由铜、铝、铁、镍、锡、钛、钨、钼、铌、钽、铼、银、铂、金，以及包含至少一种上述材料的合金构成的组的金属，并且第二金属材料包括选自铜、铝、铁、镍、锡、钛、钨、钼、铌、钽、铼、银、铂、金和包含至少一种前述材料的合金构成的组的金属。38.根据权利要求1所述的焊缝，其特征在于，所述第一金属材料和所述第二金属材料形成以下的至少一者：电池内部的电连接；柔性电路元件和薄剖面汇流排间的低轮廓电连接；用于医疗电子设备的金属外壳；消费者电子设备中的电连接；金属标签和/或标记；以及珠宝中的银、铂金和金部件。39.一种包括根据权利要求1-38中任一项所述的焊缝的物品。40.根据权利要求39所述的物品，其特征在于，所述物品是以下之一：智能电话、移动电话、膝上型计算机、平板计算机、电视机、消费者电子设备；电池；太阳能电池；集成电路组件；印刷电路板；电气连接；柔性电路元件与薄剖面汇流排间的低轮廓电连接；用于医疗电子设备的金属外壳；以及消费者电子设备的电连接；金属标签与标记；珠宝中的银、铂和金部件。41.一种用于焊接第一金属材料和第二金属材料的方法，其中所述第一金属材料与所述第二金属材料重叠，并且其中所述方法包括以下步骤：发射激光束以产生根据权利要求1-38中任一项所述的焊缝。42.根据权利要求41所述的方法，其特征在于，所述方法包括提供能够发射所述激光束的激光器的步骤，其特征在于，所述激光束包括脉冲宽度在1ns至1000ns范围内的脉冲。43.一种根据权利要求41-42中任一项所述的方法焊接第一金属材料和第二金属材料的装置。44.一种使用激光器来执行根据权利要求41-42中任一项所述的方法的用途。45.根据权利要求44所述的激光器的用途，其特征在于，所述激光器用于形成以下的至少一者：电池内部的电连接；柔性电路元件和薄剖面汇流排间的低轮廓电连接；用于医疗电子设备的金属外壳；消费者电子设备中的电连接；金属标签和/或标记；以及珠宝中的银、铂金和金部件。46.一种在第一金属材料和第二金属材料之间的焊缝，其中：所述焊缝形成在所述第一金属材料与所述第二金属材料重叠的位置；所述焊缝包括至少一个微焊缝；以及所述第一金属材料和所述第二金属材料基本不混合。47.根据权利要求46所述的焊缝，其特征在于，所述焊缝基本不均匀。48.根据权利要求46所述的焊缝，其特征在于，所述焊缝包括所述第一金属材料的分立区域。49.根据权利要求48所述的焊缝，其特征在于，所述焊缝包括所述第二金属材料的分立区域。50.根据权利要求46所述的焊缝，其特征在于，由所述第一金属材料和所述第二金属材料形成的金属间内容物包括最多20％的所述焊缝的材料。51.根据权利要求50所述的焊缝，其特征在于，由所述第一金属材料和所述第二金属材料形成的金属间内容物包括最多10％的所述焊缝的材料。52.根据权利要求46所述的焊缝，其特征在于，由所述第一金属材料和所述第二金属材料形成的在所述第一金属材料和所述第二金属材料之间的界面上的金属间内容物足以获得具有预定机械性能和欧姆电阻的接头。53.根据权利要求46所述的焊缝，其特征在于，由所述第一金属材料和所述第二金属材料形成的在所述第一金属材料和所述第二金属材料之间的界面上的金属间内容物足够少以避免脆化。54.根据权利要求46所述的焊缝，其特征在于，所述第一金属材料和/或所述第二金属材料在1微米的光学波长下具有大于90％的反射率。55.根据权利要求46或权利要求54所述的焊缝，其特征在于，所述第一金属材料具有比所述第二金属材料的熔化温度更高的融化温度。56.根据权利要求55所述的焊缝，其特征在于，所述第一金属材料具有比所述第二金属材料的融化温度高至少50％的融化温度。57.根据权利要求46所述的焊缝，其特征在于，所述微焊缝具有位于40μm和100μm之间的特定特征尺寸。58.根据权利要求57所述的焊缝，其特征在于，所述特定特征尺寸位于20μm与100μm之间。59.根据权利要求57或权利要求58所述的焊缝，其特征在于，所述微焊缝由一宽度限定，并且所述特定特征尺寸是所述微焊缝的所述宽度。60.根据权利要求57所述的焊缝，其特征在于，所述焊缝的宽度大于所述微焊缝的特定特征尺寸。61.根据权利要求46所述的焊缝，其特征在于，所述焊缝包括多于一个微焊缝。62.根据权利要求46所述的焊缝，其特征在于，所述至少一个微焊缝形成平行于所述焊缝的表面定义的焊缝图案。63.根据权利要求62所述的焊缝，其特征在于，所述焊缝图案包括螺旋形式的线和多个剖面线中的至少一者。64.根据权利要求63所述的焊缝，其特征在于，所述剖面线为网格的形式。65.根据权利要求46所述的焊缝，其特征在于，所述至少一个微焊缝包括形成在所述第一金属材料中的孔。66.根据权利要求65所述的焊缝，其特征在于，所述第一金属材料被包含在所述第二金属材料内。67.根据权利要求65所述的焊缝，其特征在于，所述第二金属材料已经流入所述孔中。68.根据权利要求67所述的焊缝，其特征在于，所述第二金属材料的流动增加了所述焊缝的表面积，由此降低所述焊缝的欧姆电阻。69.根据权利要求66所述的焊缝，其特征在于，所述第二金属材料已经流入所述孔中。70.根据权利要求69所述的焊缝，其特征在于，所述第二金属材料的流动增加了所述焊缝的表面积，由此降低所述焊缝的欧姆电阻。71.根据权利要求46所述的焊缝件，其特征在于，所述第一金属材料包括铁或包含铁的合金，并且所述第二金属材料包括铝或包含铝的合金。72.根据权利要求46所述的焊缝，其特征在于，所述第一金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·A·卡波斯塔尼奥，J·T·加布笛尔，M·P·瓦纳姆，P·M·哈里森，S·R·诺曼，A·P·罗索斯基，T·墨菲，
申请(专利权)人：司浦爱激光技术英国有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB