激光焊接在氣密封裝組件的應(yīng)用
航空航天、軍事以及醫(yī)療等行業(yè)都大量使用氣密封裝組件，以使內(nèi)部精密器件免受環(huán)境因素的影響，提高關(guān)鍵電子設(shè)備的可靠性和使用壽命。通常情況下，氣密封裝是整個(gè)制造過(guò)程中最后一個(gè)關(guān)鍵步驟，一旦發(fā)生質(zhì)量缺陷，整個(gè)產(chǎn)品可能報(bào)廢，雖然有部分可以返工，但是成本高昂。設(shè)計(jì)這些行業(yè)的產(chǎn)品時(shí)，選擇合適的密封封裝非常關(guān)鍵。環(huán)氧樹脂膠合、電阻焊接、電子束焊接和激光焊接是可用于氣密封裝的幾種常用技術(shù)，下面我們來(lái)細(xì)說(shuō)這幾種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。
1.環(huán)氧樹脂膠合
使用環(huán)氧樹脂封裝方便快捷，適用于大批量生產(chǎn)，成本低，生產(chǎn)效率高，對(duì)殼體和蓋板的加工精度要求低，但缺點(diǎn)是它不能形成有效的氣密密封，水分能通過(guò)環(huán)氧樹脂遷移，破壞其氣密性。
2.電阻焊接
電阻平行縫焊是一種已經(jīng)存在多年的可靠工藝，但它有幾個(gè)缺點(diǎn)：一方面，該工藝要求被焊材料具有高電阻率(如可伐)，因此不能用于焊接鋁或銅等材料;其次，在開始焊接生產(chǎn)之前，新電極需要預(yù)熱，必須采用試樣將電極進(jìn)行磨合;此外，電阻平行縫焊只能用于搭焊接頭，設(shè)計(jì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)受限制。
3.電子束焊接
電子束焊接具有許多與激光焊接相同的優(yōu)點(diǎn)，但電子束系統(tǒng)需要建立真空室在真空環(huán)境下焊接;焊接過(guò)程會(huì)產(chǎn)生X射線輻射需要做好屏蔽;若焊接后需要填充惰性氣體，還需再通過(guò)其他方法進(jìn)行另一次密封焊接操作。
4.激光焊接
激光焊接相對(duì)于其他焊接工藝，具有可靠性高、熱量集中、熱影響區(qū)小、熱變形小、加工速度高、非接觸式焊接以及靈活性的CNC編程等優(yōu)勢(shì)。為了適應(yīng)激光氣密性焊接，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中需要考慮幾個(gè)比較重要的因素，以使設(shè)計(jì)人員能夠最大限度地利用激光焊接工藝進(jìn)行氣密封裝。
激光焊接系統(tǒng)
激光器發(fā)出的激光光束通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)器件(硬光路)或通過(guò)光纖傳輸?shù)匠錾漕^或掃描振鏡。當(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)器件時(shí)，激光器通常位于出射頭或振鏡的頂部，一個(gè)45°的反射鏡將光束向下引導(dǎo)穿過(guò)聚焦透鏡到達(dá)工件，目前已不常用。常見的是通過(guò)靈活的光纖將光束傳送到出射頭或振鏡，從而使激光器遠(yuǎn)離加工區(qū)域。通過(guò)同時(shí)分光和分時(shí)分光技術(shù)可將一個(gè)激光器出光分配給多個(gè)出射頭或振鏡使用，以降低成本，提高效率。
通常情況下，激光焊接系統(tǒng)通常需要閉路電視視頻監(jiān)控系統(tǒng)CCTV，CCD鏡頭可以采用與出射頭激光光束同軸采集焊接區(qū)域的圖像，也可以單獨(dú)布置CCD鏡頭采用側(cè)方采集圖像的方式。十字光標(biāo)在顯示器上以電子方式生成，并和激光焊點(diǎn)中心重合，然后可以通過(guò)移動(dòng)部件來(lái)精確定位焊縫的焊接位置，使焊縫的焊接位置(圖像)與十字光標(biāo)對(duì)齊。通過(guò)激光焊接控制系統(tǒng)控制工件的運(yùn)動(dòng)，或者控制掃描振鏡的偏轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)焊接，主要包含焊縫軌跡、激光焊接參數(shù)、快門控制和保護(hù)氣體控制的設(shè)置。每種類型的待焊接零件的程序都可以存儲(chǔ)在控制系統(tǒng)中，一旦工藝試驗(yàn)確定，切換產(chǎn)品幾乎不需要再做調(diào)整。
通常氣密封裝焊接熔深控制在0.3~ 1.5mm，具體取決于殼體、蓋板的尺寸、封裝連接方式和材料的配置。由于激光能夠聚焦到非常精確的位置，因此部件的熱影響區(qū)可以控制在較小的范圍。同時(shí)，激光也會(huì)發(fā)生反射損失，特別是在鋁、銅和金等高反材料中。高反材料初始焊接階段反射損失很高，但材料隨著表面溫度的上升逐漸形成熔池，熔化狀態(tài)的材料激光吸收率比固態(tài)高幾倍到數(shù)十倍，可以順利完成焊接。
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焊接工藝
在激光封焊之前，一般都需要將零件放入真空烘箱中以去除水分，通常需要在125℃下烘烤8~24小時(shí)，所以烘箱的容積需要和激光封焊的生產(chǎn)效率提前進(jìn)行匹配。當(dāng)烘烤完成時(shí)，將烘箱內(nèi)充滿惰性氣體以平衡內(nèi)外壓差，將零件轉(zhuǎn)移到手套箱主箱體中，進(jìn)一步組裝或立即進(jìn)行激光焊接。
將零件裝夾在焊接夾具中，并根據(jù)產(chǎn)品啟動(dòng)相應(yīng)的焊接程序。夾具可以是一個(gè)矩陣，以便容納多組零件，提高焊接效率。在進(jìn)行縫焊之前，復(fù)雜的零件通常需要進(jìn)行點(diǎn)焊，將蓋板固定到位。焊接周期可以持續(xù)幾秒鐘到幾分鐘，具體取決于焊縫的長(zhǎng)度和焊接的零件數(shù)量。
焊接工藝設(shè)計(jì)，還要根據(jù)蓋板和殼體的材料熔點(diǎn)、厚度、鍍層、焊縫大小等確定使用的激光光斑大小，根據(jù)散熱能力和材料反射率，確定光斑的偏向比例，一般光斑覆蓋焊縫后要偏向散熱性好、反射率高的材料，從而使兩種材料達(dá)到熱平衡，保證良好的焊接效果。
總結(jié)
氣密封裝激光焊接技術(shù)設(shè)計(jì)一般都依賴于實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)不同的產(chǎn)品要求來(lái)選擇不同的材料和鍍層，并確定連接結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮出激光焊接的速度、可靠性和靈活性等優(yōu)勢(shì)。
