电子封装、机动电子设备、电池以及其它组件的可见激光焊接制造技术

用于焊接材料到一起的可见光激光系统和操作。用于焊接导电元件、特别是薄导电元件到一起，以用于在诸如电池组之类的能量储存装置中使用的蓝色激光系统和操作。

Visible Laser Welding for Electronic Packaging, Mobile Electronic Equipment, Batteries and Other Components

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电子封装、机动电子设备、电池以及其它组件的可见激光焊接本申请要求2016年4月29日递交的、申请号为62/329,830的美国临时专利申请的优先权，该申请的全部公开内容在此通过引用并入。
本专利技术涉及材料的激光处理，特别是使用波长从约350nm到约500nm或更长的激光束的材料的激光连接。
技术介绍
在下一代电池和储能系统上焊接汇流条、互连、电极、电池单元、电池组以及凸片和外壳需要一种强大的手段，以便在铜、铝、不锈钢(“SS”)和镀镍材料之间产生低电阻和高周疲劳的接点。红外波长的传统激光，例如大于700nm、特别是大于1000nm波长的，不能焊接这些材料或为之提供稳定高质量焊接，因为这些材料在如此波长中的吸收率低。因此，要么需要非常高功率的激光来开始这个过程，要么需要超高亮度的激光来进行这个过程，有时这两种激光都需要。因此，高亮度或者高功率这两种在先选择造成加工窗口较窄，是不可取的，会导致包括可重复性不足的困难，控制操作上的困难，还有在包括电子封装的汇流排、电池、储能、航空航天、车用、太阳能、光伏和电力领域中，以及组件相关领域中，在越来越多地需要的将提供焊接和产品的操作扩展到高公差和高一致性中的困难。术语“激光处理”、“材料的激光处理”以及类似的这样的术语，除非另有明确指出，应认为是尽可能最广泛的含义，并应包括焊接、软钎焊、冶炼、连接、退火、软化、增粘、表面重修、喷丸、热处理、熔合、密封和堆叠。如这里使用的，除非另有明确指明，“UV”、“紫外光”、“UV光谱”、“光谱的UV部分”以及类似术语，应认为是最广泛的含义，并应包括波长从约10nm到约400nm的光，和从10nm到400nm。如这里使用的，除非另有明确指明，术语“可见”、“可见光谱”、“光谱的可见部分”以及类似术语，应认为是最广泛的含义，并应包括波长从约380nm到约750nm的光，和从400nm到700nm。如这里使用的，除非另有明确指明，术语“蓝色激光束”、“蓝色激光器”以及“蓝色”应认为是最广泛的含义，并通常指的是提供激光束的系统，激光束，提供(例如传送)激光束的激光源，例如激光器和二极管激光器，或波长从约400nm到约500nm的光。如这里使用的，除非另有明确指明，术语“绿色激光束”、“绿色激光器”以及“绿色”应认为是最广泛的含义，并通常指的是提供激光束的系统，激光束，提供(例如传送)激光束的激光源，例如激光器和二极管激光器，或波长从约500nm到约575nm的光。通常，如这里使用的术语“约”，除非另有指明，意味着涵盖±10％的方差或范围，涵盖与得到所述值相关的实验或仪器误差，并且优选地涵盖其中较大者。本专利技术的背景部分只是介绍与本专利技术的实施例可能有关的本领域的各种方面。因此，该部分的前述介绍提供了更好地理解本专利技术的框架，但不应视为对现有技术的承认。
技术实现思路
在高反射率组件部分、电子连接件、电子器件、电子组件的制造中，特别是制造汇流条、互连和凸片(tab)时，对于较高可重复性、可靠性，高公差和更佳稳固性，存在长期的未实现的需求。本专利技术，除了其它方面，通过提供这里启示和公开的制品、装置和过程解决了这些需求。这样，提供了焊接金属件到一起的方法，该方法包括：关联第一金属件与第二金属件；引导激光束朝向第一金属件和第二金属件；其中激光束的波长在约400nm到约500nm的范围；其中金属件吸收约40％到约75％的激光束；以及从而这些件焊接到一起。还提供了具有一个或多个以下特征的这些方法、系统以及设备：其中第一件为厚度从约5μm到约100μm的薄片，其中第二件为厚度从约5μm到约100μm的薄片，其中第一件材料包括选自由铜、铜合金、金、金合金以及不锈钢组成的群组的金属。此外，还提供了焊接金属件到一起的方法，该方法包括：关联第一金属件与第二金属件；引导激光束朝向第一金属件和第二金属件；其中激光束的波长在约400nm到约500nm的范围；其中第一金属件具有铝；以及从而这些件焊接到一起。还提供了具有一个或多个以下特征的这些方法、系统以及设备：其中第二金属件具有铝；其中第一金属件是铝合金；其中，第一件、第二件或二者，是厚度从约5μm到约100μm的薄片；其中，第一件、第二件或二者，是厚度从约50μm到约500μm的凸片；其中第二件具有铜；其中第二件是厚度从约50μm到约500μm的凸片；以及，其中上述凸片的材料选自由铜和铜合金组成的群组；其中第二金属件选自由镀镍材料、镀镍铜、镀镍铝、镀镍铜合金、镀镍铝合金以及不锈钢组成的群组；其中第二金属件为汇流条；其中第二金属件选自由铝汇流条、铝合金汇流条、铜凸片、铜合金凸片、镀镍铜汇流条、镀镍铜合金汇流条、镀镍铝汇流条、镀镍铝合金汇流条组成的群组；以及，其中第二金属件选自电镀金的材料、电镀铂的材料以及电镀铜的材料组成的群组。此外，还提供了连结两金属组件的方法，使用蓝色激光束，该方法包括：提供具有预定波长的激光束的光源到目标位置，该目标位置包括待连结的第一组件和待连结的第二组件；提供扫描装置和聚焦光学器件从而上述激光束能按照模式以预定激光强度被引导；激光束，还有第一组件或第二组件中的至少一个，吸收率为至少约45％；传输激光束至目标位置，以便焊接第一组件或第二组件到一起，其中至少45％的激光束能量被利用以形成焊接；以及其中焊接的电阻为约0.1mΩ到约250mΩ。还提供了具有一个或多个以下特征的这些方法、系统以及设备：其中电阻为从约0.1mΩ到约200mΩ；其中电阻为小于约150mΩ；其中电阻为小于约100mΩ；其中电阻为小于约10mΩ；其中电阻为小于约1mΩ；其中扫描装置能移动激光束；其中扫描装置能移动第一组件和第二组件，从而扫描装置能移动激光束，或者是工作台、机器人或以预定方式相对于激光束移动待焊接的件的其它机械、电子或气动装置；其中激光束在第一组件、第二组件或这两个组件上的光点的能量密度(fluence)小于约1000000W/cm2；其中激光束在第一组件、第二组件或这两个组件上的光点的能量密度小于约500000W/cm2；其中激光束在第一组件、第二组件或这两个组件上的光点的能量密度小于约100000W/cm2；其中激光束在第一组件、第二组件或这两个组件上的光点的能量密度小于约50000W/cm2；其中波长为约400nm到约600nm；其中波长为约400nm到约500nm；其中波长为约450nm；其中第一组件和第二组件是不同的金属；其中第一组件和第二组件是相同的金属；以及，其中，第一组件选自金、铜、银、铝、钢、不锈钢以及这些金属的一个或多个的合金组成的群组。而且还提供了一种连结两金属组件的方法，使用蓝色激光束，其中焊接处的激光强度不需要明显改变，该方法包括：提供具有预定波长的激光束的光源到焊接处，该焊接处包括待连结的第一组件和待连结的第二组件；提供扫描装置和聚焦光学器件从而上述激光束能按照模式以预定强度被引导；传输激光束至焊接处，以便焊接第一组件或第二组件到一起，其中强度从焊接开始到其完成保持大体上相同；以及，其中至少45％的激光束能量被利用以形成焊接。还提供了具有一个或多个以下特征的这些方法、系统以及设备：其中约50％的激光束能量被利用以形成焊接；其中约60％的激光束能量被利用以形成焊接；其中约65％的激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.焊接两金属件到一起的方法，所述方法包括：关联第一金属件与第二金属件；引导激光束朝向所述第一金属件和所述第二金属件；其中所述激光束的波长在约400nm到约500nm的范围中；其中所述金属件吸收约40％到约75％的所述激光束；以及，从而所述件焊接到一起。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.29 US 62/329,8301.焊接两金属件到一起的方法，所述方法包括：关联第一金属件与第二金属件；引导激光束朝向所述第一金属件和所述第二金属件；其中所述激光束的波长在约400nm到约500nm的范围中；其中所述金属件吸收约40％到约75％的所述激光束；以及，从而所述件焊接到一起。2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一件为厚度从约5μm到约100μm的薄片。3.如权利要求2所述的方法，其中所述第二件为厚度从约5μm到约100μm的薄片。4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一件材料包括选自由铜、铜合金、金、金合金以及不锈钢组成的群组的金属。5.焊接金属件到一起的方法，所述方法包括：关联第一金属件与第二金属件；引导激光束朝向所述第一金属件和所述第二金属件；其中所述激光束的波长在约400nm到约500nm的范围中；其中所述第一金属件具有铝；以及，从而所述件焊接到一起。6.如权利要求5所述的方法，其中所述第二金属件具有铝。7.如权利要求5所述的方法，其中所述第一金属件是铝合金。8.如权利要求5、6或7所述的方法，其中所述第一件、所述第二件或二者，是厚度从约5μm到约100μm的薄片。9.如权利要求5所述的方法，其中所述第一件、所述第二件或二者，是厚度从约50μm到约500μm的凸片。10.如权利要求5所述的方法，其中所述第二件具有铜。11.如权利要求5所述的方法，其中所述第二件是厚度从约50μm到约500μm的凸片；并且，其中制作所述凸片的材料选自由铜和铜合金组成的群组。12.如权利要求1或5所述的方法，其中所述第二金属件选自由镀镍材料、镀镍铜、镀镍铝、镀镍铜合金、镀镍铝合金以及不锈钢组成的群组。13.如权利要求1或5所述的方法，其中所述第二金属件为汇流条。14.如权利要求1或5所述的方法，其中所述第二金属件选自由铝汇流条、铝合金汇流条、铜凸片、铜合金凸片、镀镍铜汇流条、镀镍铜合金汇流条、镀镍铝汇流条以及镀镍铝合金汇流条组成的群组。15.如权利要求1或5所述的方法，其中所述第二金属件选自电镀金的材料、电镀铂的材料以及电镀铜的材料组成的群组。16.连结两金属组件的方法，使用蓝色激光束，所述方法包括：a.提供具有预定波长的激光束的光源到目标位置，所述目标位置包括待连结的第一组件和待连结的第二组件；b.提供扫描装置和聚焦光学器件，从而所述激光束能按照模式以预定激光强度被引导；c.所述激光束，还有所述第一组件或第二组件中的至少一个，吸收率为至少约45％；d.传输所述激光束至所述目标位置，以便焊接所述第一组件和所述第二组件到一起，其中至少45％的激光束能量被利用以形成焊接；以及e.其中焊接的电阻为约0.1mΩ到约250mΩ。17.如权利要求16所述的方法，其中所述电阻为约0.1mΩ到约200mΩ。18.如权利要求16所述的方法，其中所述电阻为小于约150mΩ。19.如权利要求16...

【专利技术属性】
技术研发人员：珍米歇尔·佩拉普拉特，马克·S·泽迪克，马修·芬纽夫，
申请(专利权)人：努布鲁有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US