連接導(dǎo)電部件以實現(xiàn)電氣接觸是最老、最普遍的連接應(yīng)用之一。由于幾乎每個工業(yè)中都要用到連接技術(shù)，因此，對成本、連接性能和體積的要求推動了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。部件微型化的趨勢仍在繼續(xù)，連接器的排線厚度和導(dǎo)線直徑降至0.004英寸，由于連接阻力高、連接可靠性以及使用壽命問題，壓接、熔接和銅焊接技術(shù)等傳統(tǒng)工藝變得不太可行了。相比之下，可以提供卓越的連接完整性、使用壽命和導(dǎo)電性能的焊接方式成為要求的標(biāo)準(zhǔn)。在連接兩種材料的情況下，如果其中至少有一種材料的厚度小于0.02英寸，那么需要“微焊接”技術(shù)。
銅是一種典型的可選材料，可通過微焊接以連接導(dǎo)電部件，因為它具備有效傳導(dǎo)電能和傳輸信號的卓越能力。然而，銅作為一種導(dǎo)體的優(yōu)良選擇，具有極高的熱傳導(dǎo)性能，會快速地將熱量從焊接接頭處擴散，使其很難維持熱平衡并進行可靠的焊接。由于業(yè)界內(nèi)的趨勢是提高生產(chǎn)速度、降低部件尺寸以及焊接異種材料和異種導(dǎo)體橫截面積，這使銅快速傳導(dǎo)熱量的特點成為微焊接中的難題。如何控制這些小型和高導(dǎo)電性部件的熱平衡，同時確保不會過熱或者加熱不足？解決這一問題的一種方式是使用532納米(nm)或綠光波長。
傳統(tǒng)微焊接技術(shù)的優(yōu)缺點
微焊接可通過幾種方式完成：超聲波焊接、電阻焊和激光焊接。每種焊接都有其優(yōu)缺點，每種焊接均能在某種不同程度上滿足微焊接的要求。
● 超聲波焊接：非常適合板材類焊接，但會使生產(chǎn)速度降低。
超聲波焊接（圖1）利用振動能量在連接界面上進行焊接。由接觸頂部部件的超聲波發(fā)生器或焊頭提供傳遞到界面的振動能量。焊頭以每秒成百上千次的頻率振動，運動振幅位于0.0005至0.004英寸之間。部件的下側(cè)有“底砧”支持，底砧可以是靜態(tài)的，也可以是振動的。
圖1、超聲波焊接裝置的示意圖。
圖2、電阻焊裝置的示意圖。
圖3、激光焊接裝置的示意圖
施加力量下的振動作用在焊接界面上造成不均勻表面的塑性變形，從而導(dǎo)致形成高度密切的接觸和金屬原子擴散。由擴散形成連接，連接處沒有熔化。部件產(chǎn)生一些變形或變薄，但是可以正常控制。通過焊頭的摩擦來維持焊頭與部件之間的接觸，通過焊頭上的壓花紋加強摩擦。
超聲波焊接特別適合于導(dǎo)電部件的薄板焊接，其中包括鋁和銅。超聲波工藝在微焊接中存在一些缺點。由于需要將力量傳輸?shù)讲考?，因此，連接的兩側(cè)要求產(chǎn)生機械接觸。另外，焊頭是一種要求檢驗和更換的損耗品。連接的幾何形狀在一定程度上僅限制于搭接焊接。最后，受焊頭驅(qū)動影響，焊接周期速度會降低生產(chǎn)速度。
● 電阻焊接：工藝靈活，但是不適合于機械精密部件。
當(dāng)電流通過部件時，電阻焊（圖2）使用焊接界面的高電阻產(chǎn)生熱量。電流產(chǎn)生于工件的相同側(cè)或相反側(cè)接觸部件的電極，形成回路。在部件上施加一些力量，以確保電氣接觸。
采用電阻焊方式焊接導(dǎo)電部件時，電極具有電阻，因此執(zhí)行兩種功能：加熱和將熱量傳導(dǎo)到部件，并傳導(dǎo)充足的電流，以在連接界面產(chǎn)生一些熱量。
電阻焊適用于各種廣泛的連接應(yīng)用和材料，性能優(yōu)良。但是，由于電阻焊的工藝依賴于機械接觸以及需要在兩個電極之間形成電氣回路，因此并不能在所有情況下操作，特別是對于部件為機械精密部件的情況。另外，最小電極的直徑約為0.04英寸，會限制連接的接近操作。
● 激光焊接：非接觸式工藝，快速和精確，但是必須處理材料反射問題。
激光焊接（圖3）是一種非接觸式工藝，只要求單側(cè)接近操作。在極小的連接區(qū)域內(nèi)，這種技術(shù)十分有用。它可以用于焊接不同形狀的部件、不同的連接幾何形狀以及異種材料。它不使用需要維護或更換的損耗品，焊接周期只有幾毫秒。表面上看，激光焊接似乎是微焊接銅的一種卓越解決方案——但是也存在著問題。Nd:YAG激光器用于大多數(shù)微焊接應(yīng)用，波長為1064納米，超過銅反射的90%。
表1、波長為1064納米和532納米的激光應(yīng)用于銅與金時，其反射率對比。
圖4、使用1064納米和532納米脈沖Nd:YAG激光器在銅棒上產(chǎn)生的典型點焊。
用極高的功率以克服反射問題，并確保將充足的光傳輸?shù)姐~。但是，當(dāng)激光能量傳輸?shù)姐~上，并提升其溫度時，則反射率降低。由于激光功率的吸收出現(xiàn)時間范圍小于十億分之一秒，因此能量吸收的變化非?？焖佟Ｗ畛跛璧母吖β蔬h(yuǎn)遠(yuǎn)超過焊接所需功率。因此，材料快速過熱和蒸發(fā)，留下了大量的小孔或孔洞。
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