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塑料作為一種性能優(yōu)異的可再生非金屬材料，被日益廣泛地應(yīng)用在各行業(yè)的零部件設(shè)計、制造上，傳統(tǒng)的金屬部件越來越多地被擁有同樣工作性能的塑料部件替代。在汽車、航空航天、交通運輸?shù)刃袠I(yè)，輕量化的需求尤其強烈，也催生了各種塑料產(chǎn)品代替金屬，同時對塑料零件之間的連接技術(shù)和質(zhì)量也提出了更高的要求。一直以來塑料焊接是永久性連接塑料部件的＊有效方法，傳統(tǒng)的塑料焊接工藝多為超聲波焊接、振動摩擦焊接、熱板焊接等，其痛點在于焊接方式有一定的局限，例如：焊接質(zhì)量較差、生產(chǎn)效率低、難于實現(xiàn)復(fù)雜形狀焊接、環(huán)境污染嚴(yán)重、壽命短、后續(xù)處理等問題，這些問題一直以來困擾著塑料行業(yè)內(nèi)人士。現(xiàn)如今隨著激光技術(shù)不斷創(chuàng)新，復(fù)合材料的不斷開發(fā)，塑料激光焊接的出現(xiàn)恰恰彌補了這方面的缺陷，并將以其明顯的優(yōu)勢逐步取代傳統(tǒng)的塑料連接方式。與傳統(tǒng)的熱板焊接、摩擦焊接、超聲波焊接等技術(shù)相比，激光焊接技術(shù)的優(yōu)勢特點如下：1?局部加熱、非接觸式焊接。無加工器械的磨損，不損基材，降低成本；2?加工精度高，質(zhì)量好；3?焊接過程清潔，無污染，綠色環(huán)保，特別適合對衛(wèi)生要求高的醫(yī)療行業(yè)；4?解決了產(chǎn)品焊后凹陷的問題，產(chǎn)品焊后外觀優(yōu)良；5?焊接速度快，自動化程度高，生產(chǎn)效率高；6?激光傳輸可控，便于計算控制，可靈活應(yīng)用在各微小部件，達到其他焊接方法焊接不到的區(qū)域；7?沒有形狀、尺寸的限制，大大提高了產(chǎn)品形態(tài)、外觀的設(shè)計自由度；8?激光熱源能量密度高，可實現(xiàn)塑料接合面溫度的＊佳化，保證焊接過程的高速和高精度化；9?影響范圍小，產(chǎn)生的震動應(yīng)力和熱應(yīng)力小，產(chǎn)品穩(wěn)定性高，內(nèi)部組織老化速度更慢，使用壽命長等。正是基于以上優(yōu)勢特點，使得塑料激光焊接技術(shù)在一些高焊接效率和高嚴(yán)格的外觀要求的場合具有非常明顯的優(yōu)勢并被廣泛應(yīng)用，例如汽車行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、家電行業(yè)、電子電器、照明行業(yè)等。塑料激光焊接原理兩種或兩種以上的（同種或異種）塑料部件，通過激光光束穿透上層透光材料，透射到下層吸光材料，兩部件受熱膨脹，激光能量被下層吸光部件吸收轉(zhuǎn)化為熱能，熔化其表面，再通過熱傳導(dǎo)，將熱能傳遞到上層透光部件上，在內(nèi)部膨脹力與外部夾具壓力的協(xié)同作用下產(chǎn)生充分熔合，完成上下部件的牢固焊接。激光光束和焊接部件的相對移動形成焊縫。其焊接原理如下圖所示：兩種典型的塑料激光焊接結(jié)構(gòu)根據(jù)焊接工藝需求的不同，焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計可以分為融塌結(jié)構(gòu)（Collapse）和非融塌結(jié)構(gòu)（No Collapse）設(shè)計兩大類。對于變形較大的注塑件，一般適用于融塌結(jié)構(gòu)，可彌補產(chǎn)品的變形對于焊接效果的影響。

當(dāng)今的電子行業(yè)圍繞著互聯(lián)網(wǎng)的高速通訊和超級計算，對電子產(chǎn)品的要求越來越高，大量的微精密電子產(chǎn)品不斷在市場上考驗著各大企業(yè)的反應(yīng)速度和研發(fā)水平?？偟膩碚f，這無疑就是一場電子行業(yè)的的一次產(chǎn)業(yè)升級。由于市場風(fēng)云變化不斷細分，不管是代工能力及其出眾的OEM大廠，還是專注于更符合時代發(fā)展的研發(fā)型設(shè)備開發(fā)企業(yè)，都對新的制程，新的工藝提出了挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)OEM廠需要更高質(zhì)量，更高效的全新工藝解決企業(yè)所面臨的問題，研發(fā)型企業(yè)要對市場新需求做出快速反應(yīng)來保持自己企業(yè)的科技＊＊優(yōu)勢?？萍夹袠I(yè)的發(fā)展也給有實力，有準(zhǔn)備的企業(yè)帶來了更多的機會。熟悉松爾德科技的朋友都知道，松爾德科技專注于全新的激光錫焊工藝研究，致力于電子產(chǎn)品激光非接觸性焊接產(chǎn)品的研發(fā)多年，松爾德實驗室盛產(chǎn)錫焊黑科技，在科研上的投入不遺余力，發(fā)表的技術(shù)類文章也有許多，并不定時公布了部分科研成果，新來的朋友可以通過網(wǎng)絡(luò)查詢松爾德實驗室發(fā)表的部分文章。閑話多不多，今天松爾德實驗室的主題是：激光光學(xué)形態(tài)對電子產(chǎn)品激光錫焊的影響。我們都知道，激光泵浦出來的光通過光纖耦合傳輸，并透射到一個平面，一般都是圓形形態(tài)，大部分光學(xué)組合透鏡將激光整形至需要的大小進行某些場合的應(yīng)用，例如打標(biāo)、切割、焊接等領(lǐng)域。而對于激光錫焊來說，很多時候也是利用這種光學(xué)形態(tài)對電子產(chǎn)品溫控焊接。單點焊對于不規(guī)則焊點來說是比較好的選擇，因為不規(guī)則的焊點排布主要靠的是設(shè)備的機動性。對于規(guī)則排布的焊點，雖然單點焊也是一個不錯的選擇，但是在產(chǎn)量和質(zhì)量要求比較高的情況下，如果能夠有陣列光出現(xiàn)無疑會增加一倍的效率。比如，產(chǎn)品的焊點為成對出現(xiàn)時，將光學(xué)系統(tǒng)組合透鏡進行一些列的改變，光纖出射出來發(fā)散的光經(jīng)過透鏡的一些列整形，將一束光分成兩束單獨的光束，通過機構(gòu)的精調(diào)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)透鏡的間距，以此來調(diào)節(jié)兩個光斑的間距。初始條件的確立在光學(xué)設(shè)計開始確立初始條件，并且設(shè)計光學(xué)鏡頭的初始結(jié)構(gòu)，透鏡組材料選擇為優(yōu)質(zhì)光學(xué)玻璃 ， 材料增透處理，透光率為99％＋， 折射率＝1．51630 色散＝0．00806 阿貝數(shù)＝64．06。激光光源為940半導(dǎo)體激光器模型的建立透鏡3D模型建立的基礎(chǔ)就是針對透鏡中光學(xué)表面的設(shè)計， 一般有偏微分方程和試錯法兩種。偏微分方程是根據(jù)Snell定律和能量守恒建立多項式求解反射折射的曲面面型， 通過編程計算出離散點的坐標(biāo)， 再導(dǎo)入軟件中成型；試錯法是在軟件中直接建立相應(yīng)的曲面， 再通過模擬光線追跡出結(jié)果， 根據(jù)結(jié)果與實際要求的偏差修改曲面。本文采用第二種方法直接在Solid Works軟件中建立模型。經(jīng)過zemax仿真模擬可以獲得其中一支光斑的2d平面光照度分布圖。在實驗室對產(chǎn)生的兩束裸露光斑分析儀下分析光學(xué)形態(tài)如下圖：實際上獲得的光斑與理論光斑存在一定的微小差異，但這樣的差異本身是實驗設(shè)計所允許的范圍內(nèi)，所以我們定義為此種光學(xué)形態(tài)是符合實驗要求的。案例實驗選取雙引腳線束進行雙光斑焊接，使得激光的兩束光束照射至兩個焊盤上，焊料覆蓋于兩個焊點，通過一系列參數(shù)設(shè)定后，觀察激光錫焊效果，如圖1，圖2，圖3，可以看見熔錫的狀態(tài)：由于兩束光斑＊終的落點并不在紅色十字中心點，因此十字中心點的pcb板無需擔(dān)心會被燒傷，再加上松爾德科技本身實驗的機臺帶有溫度控制系統(tǒng)，對焊盤和PCB板的保護是比較周全，則我們此次的重心直接觀察兩個焊點的焊接效果即可。以上實驗可以看出，雙光點設(shè)計對于規(guī)則成對出現(xiàn)的焊點比用單光點焊接效率更高。為了更加全面了解單個光點的光學(xué)形態(tài)分布情況，調(diào)取理論計算里面的FFT LINE／EDGE SPREAD 光學(xué)邊緣響應(yīng)關(guān)系譜圖，如下圖

高端電子產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，激光加工在產(chǎn)品的體積優(yōu)化以及品質(zhì)提升方面起到了重大的作用，使產(chǎn)品更輕巧纖薄，穩(wěn)固性更好。目前，激光精密焊接主要應(yīng)用于電子產(chǎn)品的殼體、屏蔽罩、USB接頭、導(dǎo)電貼片等，具有熱變形小、作用區(qū)域和位置精確可控、焊接品質(zhì)高、能實現(xiàn)異種材料焊接、易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)勢。但焊接不同材料時，需要采用的不同的焊接方式。創(chuàng)鑫激光焊接工程師根據(jù)多次的實驗結(jié)果，總結(jié)出了在消費電子的生產(chǎn)制造過程中，高反材料、金屬薄板、異種材料等不同材料應(yīng)使用何種方式進行激光精密點焊，方能得出＊好的焊接效果。1、高反材料的激光精密點焊方式焊接鋁、銅等高反材料時，不同的焊接波形對焊接質(zhì)量影響很大。利用帶有前置尖峰的激光波形，可突破高反射率屏障，瞬間的高峰值功率可以迅速改變金屬表面狀態(tài)，使其溫度上升至熔點，從而降低金屬表面的反射率，提高能量的利用率。另外，由于銅鋁等材料導(dǎo)熱速度快，故利用緩降波形，可以優(yōu)化焊點外觀。另一方面，金、銀、銅、鋼等材料對激光吸收率隨波長增大而減小，對于銅而言，當(dāng)激光波長為532nm時，銅的吸收率接近40％。此外，通過分別采用紅外激光器和綠光激光器對紫銅進行脈沖點焊，可以發(fā)現(xiàn)紅外激光器焊后焊點大小不一致（圖1），而綠光激光器焊點大小更均勻，深度一致，表面光滑（圖2）。因此采用綠光激光器焊接效果更穩(wěn)定，所需峰值功率會比紅外激光器低一半以上。▲尖峰波形▲1064nm波長的焊接效果（圖1）▲532nm波長的焊接效果（圖2）2、金屬薄板材料的激光精密點焊方式傳統(tǒng)脈沖激光器在焊接金屬薄板材料時，材料易被擊穿且焊點較大；而高反材料因其自身的不穩(wěn)定性以及在固態(tài)時對激光的吸收率低，焊接時常出現(xiàn)爆點、虛焊等現(xiàn)象。為了解決薄板及高反金屬焊接難點，通過對光纖激光器QCW／CW模式分別進行模擬量和數(shù)字調(diào)制，觸發(fā)一次可以實現(xiàn)N個脈沖輸出，以較小的功率實現(xiàn)單點多脈沖焊接。▲調(diào)制方式▲高頻脈沖點焊表面成型▲焊縫截面3、異種材料的激光精密點焊方式激光焊接薄板異種材料時，極易出現(xiàn)虛焊、裂紋、連接強度低等問題，這是由于兩者的物理性能差異大，互溶度低，且極易生成脆性化合物，這些化合物使焊接頭的力學(xué)性能大大降低。選用高光束質(zhì)量的納秒級激光通過高速掃描方式，＊＊的控制熱輸入抑制金屬間化合物的形成，實現(xiàn)異種金屬薄板搭接，改善焊縫成形及力學(xué)性能。創(chuàng)鑫激光的準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器、MOPA 脈寬可調(diào)脈沖光纖激光器因具有高光束質(zhì)量、高峰值功率、可調(diào)可控制等優(yōu)點，成為激光精密點焊的理想光源。4、所用激光器▲150W／1500W準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器該產(chǎn)品具有多樣兼容性與控制模式，可切換脈沖及連續(xù)模式，并同時處理以往兩個不同激光器的加工任務(wù)，脈寬波形靈活可調(diào)，風(fēng)冷散熱，電光轉(zhuǎn)換率30％ 以上，是長脈寬，高峰值功率應(yīng)用的又一選擇?！?20W MOPA 脈寬可調(diào)脈沖光纖激光器脈寬可調(diào)脈沖光纖激光器采用MOPA 構(gòu)造兩級放大，脈寬和頻率獨立可調(diào)，使得更多激光應(yīng)用成為可能。脈寬在60～350ns 靈活可調(diào)，峰值功率高達10kW，重復(fù)頻率高達1000kHz，配備自主研發(fā)在線隔離器，是激光精細加工的理想激光源。

日前，相干推出新品HighLight FL4000CSM－ARM光纖激光器，該激光器是HighLight ARM光纖激光器系列的新品，目前該系列已經(jīng)能夠應(yīng)用在汽車上。相干在新品發(fā)布聲明中表示，HighLight FL4000CSM－ARM光纖激光器能為高導(dǎo)熱金屬提供更先進的焊接能力，同時還能滿足對電動汽車，能量存儲以及由異種材料（例如銅和鋁）組成的常規(guī)電氣互連以及需要精確控制的箔堆疊的焊接要求。同時，相干還表示新品在簡便性上獲得了很大程度的提升，同時亦克服了其他焊接技術(shù)的局限，例如焊接頭磨損造成的不穩(wěn)定焊縫和超聲波或標(biāo)準(zhǔn)光纖激光焊接造成的熱影響區(qū)。FL4000CSM－ARM之所以能夠打破傳統(tǒng)光纖激光器焊接薄導(dǎo)電材料的局限是因為，F(xiàn)L4000CSM－ARM采用的是雙光速激光焊接技術(shù)，其中一個中心波束被一個環(huán)形波束包圍。中心光束具有極高的亮度（標(biāo)稱BPP 0．6），與多模同類光束相比，光斑尺寸更小。相干表示，尺寸小的光斑能夠產(chǎn)生很高的激光強度，從而＊大程度地減少材料的加熱，再加上環(huán)形光束實現(xiàn)的預(yù)熱效果，可顯著提高熔池的穩(wěn)定性，從而改善焊縫的一致性，這通常是焊接薄導(dǎo)電材料時面臨的挑戰(zhàn)。FL4000CSM－ARM是由相干位于芬蘭Tampere的光纖激光器卓越中心開發(fā)的，輸出功率為4 kW，包括1．5 kW的中心光束和2．5 kW的環(huán)形光束。與其他相干可調(diào)環(huán)形模式激光器一樣，F(xiàn)L4000CSM－ARM的中心和環(huán)形光束的功率可以單獨變化和調(diào)制。此外，CSM－ARM配有15m長的焊接光纖，可輕松安裝到幾乎任何生產(chǎn)環(huán)境中，且與相干和其他制造商的標(biāo)準(zhǔn)焊接頭兼容。

如今的新能源汽車，在短短幾秒內(nèi)實現(xiàn)百公里加速，讓更多的人體驗到“超跑”的快感。驅(qū)動新能源汽車風(fēng)馳電摯的動力，源自于成百上千個鋰電池Cell單元。而在鋰電池或電池組的制造過程中，有20多道工序需要通過焊接的方式，實現(xiàn)導(dǎo)電連接或者密封。焊接的品質(zhì)對于整車的安全性能，有著至關(guān)重要的作用。激光焊接，是一項重要的非接觸式的焊接手段，其通過將高能激光束，聚焦到待加工產(chǎn)品表面或內(nèi)部，實現(xiàn)兩個分離產(chǎn)品的原子間結(jié)合。相比傳統(tǒng)的氬弧焊、電阻焊，超聲波焊接激光焊接具有顯著優(yōu)勢：一是熱影響區(qū)??；二是非接觸加工；三是加工效率高。在新能源鋰電領(lǐng)域，激光焊接技術(shù)已經(jīng)大規(guī)模用于極耳、電芯殼體、密封釘、軟連接、防爆閥、電池模組等焊接。利元亨PSO激光焊接技術(shù)利元亨作為一家高端智能裝備制造企業(yè)，深知激光焊接在智能裝備中的應(yīng)用前景，早在幾年前就開始在激光焊接技術(shù)的基礎(chǔ)研發(fā)及其在鋰電等裝備中的應(yīng)用開發(fā)進行了前瞻性布局。利元亨近期開發(fā)的位置同步輸出（PSO）激光焊接技術(shù)，解決了頂蓋周邊焊接過程中拐角出光不均勻造成焊縫凸起的問題，實現(xiàn)了焊接速度在200mm／s以上的穩(wěn)定的頂蓋周邊焊接，達到行業(yè)先進水平。▲利元亨激光焊接設(shè)備利元亨PSO激光焊接技術(shù)的特點通過接收編碼器反饋的焊接頭當(dāng)前位置，判斷當(dāng)前位置是否到達設(shè)定位置；當(dāng)焊接頭到達設(shè)定位置時，向激光器發(fā)送激光控制信號，以控制激光器在設(shè)定位置輸出激光；實現(xiàn)加速、減速和勻速焊接段，或者在直線焊接段和弧角焊接段的激光能量均勻地作用在被加工物體上，使整體焊縫均勻一致。隨著技術(shù)和工藝方法的不斷進步，激光作為非接觸柔性制造工具的特性將體現(xiàn)得更為明顯。激光制造必然成為便捷高效、綠色環(huán)保、節(jié)能降耗的先進制造技術(shù)，促進我國工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)進步和產(chǎn)品技術(shù)改造，滿足國民經(jīng)濟尤其是制造業(yè)的發(fā)展需要。利元亨除了在新能源鋰電領(lǐng)域有著豐富的研發(fā)和應(yīng)用經(jīng)驗以外，在精密電子領(lǐng)域和汽車零部件等領(lǐng)域也有著大量的應(yīng)用案例。利元亨將更廣泛、深入的進行激光加工技術(shù)研究及自動化集成，做強做精中國自動化。