CN109715339A - 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 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

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。
技术领域
本发明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。
背景技术
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。
本发明的背景部分只是介绍与本发明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发明的框架，但不应视为对现有技术的承认。
发明内容
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。本发明，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％的激光束能量被利用以形成焊接；其中，在焊接组件期间，激光束强度在焊接期间能变化从约1％到约20％；其中，在焊接组件期间，激光束强度在焊接期间能变化约10％；其中，在焊接组件期间，激光束强度在焊接期间能变化从约1％到约5％；以及，其中，在焊接组件期间，激光束强度在焊接期间能变化约1％。
附图说明
图1为根据本发明的电池组的实施例的立体示意图。
图2的图表是，与现有系统下激光能量的低吸收率相比，根据本发明按照材料来比较激光能量的增强吸收效果。
图3为根据本发明薄材料到厚材料的蓝色激光焊接的示意图和实施例。
图4的图表示出了如根据本发明的实施例中金属的取决于波长的能量吸收。
图5为根据本发明的用于实施焊接方法实施例的蓝色激光系统的示意图。
具体实施方式
总的来说，本发明涉及材料的激光处理，通过将预选的激光束波长和待处理的材料相匹配以便按材料得到较高的或升高水平的吸收率的激光处理，特别是按材料利用具有较高吸收率的激光束的材料的激光焊接。
本发明的一实施例涉及使用具有波长从350nm到700nm的可见激光束的激光束以便通过激光处理来焊接或是连接对这些波长具有较高吸收率的材料。特别是，根据要进行激光处理的材料，预先确定激光束波长以使得吸收率为至少约30％，至少约40％，至少约50％和至少约60％，或更多，从约30％到约65％，从约35％到约85％，约80％，约65％，约50，和约40％。因此，例如，波长从约400nm到约500nm的激光束用于焊接金、铜、黄铜、银、铝、镍、这些金属的合金、不锈钢和其他金属、材料、以及合金。
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。
因为材料在室温下的吸收率较高，例如吸收率大于约50％，使用例如约405到约495nm波长的蓝色激光来焊接诸如金、铜、黄铜、银、铝、镍、镀镍铜、不锈钢和其它、材料、电镀材料和合金之类的材料是优选的。本发明的其中一有益效果是能够预选波长的激光束，比如蓝色激光束，在激光操作期间，例如在焊接过程中，更加能更好地耦合激光能量到材料中。通过更好地耦合激光能量到被焊接的材料中，出现红外激光(例如波长大于700nm)通常会发生的逃逸过程的可能性大大降低并且优选地消除。更好地耦合激光能量还能实现使用低功率激光，这样减少了成本。更好地耦合还能提供更好地控制、更高公差并从而提供更好的焊接重现性。IR激光和IR激光焊接操作中不具有的这些特征，除了对于其它产品，对于电子技术和能量储存领域中的产品来说是很重要的。
在一优选实施例中，蓝光激光的波长约为440nm。
在一实施例中，使用了在CW模式中操作的蓝光激光。CW操作在很多应用中比脉冲激光更佳，因为能迅速充分调节激光输出并且在反馈回路中控制焊接过程，从而实现具有最佳机械和电子特性的高度可重复性过程。
总的来说，本发明的实施例涉及一个、两个或多个组件的激光处理。上述组件可由吸收激光束的任意类型的材料制成，例如，激光束能量、塑料、金属、复合体、非晶态材料、晶体材料以及其它类型的材料。在一实施例中，激光处理涉及两金属组件钎焊到一起。在一实施例中，激光处理涉及两金属组件焊接到一起。
例如，上述组件可为一叠薄片。这样，本系统和方法的实施例可焊接例如5薄片堆叠，10薄片堆叠，20薄片堆叠，25薄片堆叠，30薄片堆叠，40薄片堆叠，而且或多或少，还有从10薄片到40薄片。这些薄片堆叠的高度可为5μm或更多，10μm或更多，以及15μm或更多，并且从约5μm到约10μm。堆叠中的这些薄片典型地可为金属，并且例如可为铜，并且进一步地，是镀有锂材料的铜。这些薄片堆叠可通过本系统和方法的实施例接合到一起以形成电池(cell)。
本系统和方法的实施例可用于焊接太阳能电池互连材料，例如，上述太阳能电池互连材料可由以下制成：1100铝；OFC1/4硬铜；Cu/Invar/Cu覆层材料；Cu/SS/Cu材料；以及上述的结合和变体。
在一实施例中，提供了工具、系统以及方法，其中激光焊接操作选自由自熔(autogenous)焊接、激光复合焊、穿透型焊接、搭焊、角接焊、对接焊、非自熔焊接组成的群组。
在许多不同情况下，特别是在为了形成电子连接、特别是能量储存装置而需要焊接时，激光焊接技术是有用的。通常，本激光焊接操作和系统的实施例包括可见光波长、优选地蓝光波长的激光，该激光可为自熔的，这意味着只使用基材，并且这在穿透型焊接、搭焊、角接焊和对接焊中是常见的。激光焊接可为非自熔的，其中添加填充材料到熔池以“填充”间隙或在焊接点中为了强度形成凸起的焊道。激光焊接技术还可包括激光材料沉积(“LMD”)。
本激光焊接操作和系统的实施例包括可见光波长、优选地蓝光波长的激光，该激光可为复合焊接，其中电流与激光束结合使用，以便更快速进给填充材料。激光复合焊接根据定义是非自熔焊接。
优选地，在一些实施例中，主动焊接监测，例如相机，可用于即时检查焊接的质量。这些监测可包括例如X射线检查和超声波检查系统。而且，可利用运行中(on stream)光束分析和功率监测来充分了解系统特性和操作特性。
本激光系统的实施例可为复合系统，将新的激光系统和方法与传统铣削加工设备相结合。通过这样的方式，在制造、构件、再加工或其它过程期间能添加或移除材料。美国专利申请US 14/837,782公开和启示了当前一个或多个发明人发明出来的使用激光系统的其它实施例的这样的复合系统的示例，该申请的全部内容在此通过引用并入。
典型地，在进行搭焊或对接焊时，接缝追踪装置是有利的，并且有时常常是需要的。同样是对接焊的穿透型焊接典型地需要接缝追踪装置，但是在圈结构中穿透两个部分的穿透型焊接通常不需要追踪接缝。
典型地，在实施例中，激光焊接使用非常低流量的气体来保持光学洁净，使用风刀来保持光学洁净，或使用惰性环境来保持光学洁净。激光焊接能在空气、惰性环境或其它受控环境中进行，例如在N2中进行。
一实施例利用蓝色激光为执行焊接过程使用的蓝光的光源，该蓝色激光在405nm到500nm范围中操作，要么多模式要么单模式。图2示出了蓝色激光相较于红外线的吸收特性。这里可以清楚地看到，名义上为450nm(线290)的蓝光比红外线(线200)具有更高的吸收特性。图2中是295K(21.85C)温度下，Ti(线401)，SS304(线402)，Ni(线403)，Sn(Tin)(线404)，Cu(线405)，Au(线406)，Ag(线407)，Al(线408)的吸收率相对波长(nm)。以铜为例，吸收率从红外线(4％)到蓝光波长(65％)的差别是16x焊接过程开始时更佳吸收率的系数。吸收率的这个改进使得有可能在焊接过程中以能实现更佳控制的蓝色的相对较低功率/较低亮度的激光源来开始和维持焊接点。图4中提供了其它的波长吸收率，示出了Ti(线450)，Cu(线451)，Au(线452)，Ag(线453)，Al(线454)，Ni(线456)，以及SS(线455)。使用波长450nm的焊接过程的实施例通过线460示出，并且，与IR波长461的吸收率相比，在该实施例的波长460，对于许多材料来说，可以看见吸收率提升，并且是显著提升，例如Cu，Au。
本发明的实施例在焊接铜基材料中能有很大的好处，铜基材料可包括铜、纯铜、铜合金或具有足量铜以便在蓝色激光波长中具有约40％到75％吸收率的所有材料，优选地约400nm到约500nm。
参见图1，提供了能量储存装置100的一实施例的立体示意图。该实施例中有通过汇流条105连接的一组电池101、102、103、104。这些电池于焊接区域115、114、113、112、111、110、109、108连接至汇流条。应理解，实际的激光焊接，优选地使用蓝色激光，能在汇流条底下从而在图1中不能看见，能在汇流条厚度中的不同位置，也能在沿着汇流条宽度的不同位置(例如参见在115和114之间)。汇流条105具有连接件106，其例如可连接至其它电池组、电缆线或其它装置。焊接点107，使用蓝色激光，连接汇流条105至连接件106。形成于焊接区域的焊接点是牢固机械和电子连接，这些焊接区域及其相关焊接点的电阻较低：优选地低于140mΩ；低于10mΩ；低于1mΩ，从约140mΩ至约1mΩ，约100mΩ至约50mΩ，约100mΩ至约10mΩ，约10mΩ至约1mΩ。
有两种基本自熔焊接能用激光束执行，就是传导焊以及穿透型焊接。传导焊是使用具有低强度(<100kW/cm2)的激光束以将两片金属焊接到一起。这里，两片金属可彼此对接，重叠于一侧以及完全地重叠。传导焊不像穿透型焊接那样深深地穿透，其一般对于对接焊形成非常牢固的典型“V”形焊缝。但是，穿透型焊接伴有相对较高的激光束强度(>500kW/cm2)并且该焊接深深穿入材料中并且在材料重叠时常常穿透多层材料。对于蓝色激光源，从传导模式过渡到穿透模式的精确阈值尚不能确定，但是，穿透焊接在材料顶部具有典型“V”形，再冻结材料的附近平行通道深深穿入材料中。穿透过程依赖于激光束从金属的熔池的侧面反射，以便传输激光能量深入材料中。当这些类型的焊接能以任意激光实施时，可以预期蓝色激光与红外激光相比将具有大体上低的阈值来开始这些类型的焊接。
因此，参见图3，示出了使用本发明的方法将存储装置组件焊接到一起的示意图。这样，在结构300中，示出了Cu薄片301和Cu薄片32使用波长450nm的蓝色激光束370焊接到一起。在结构310中，示出了Cu薄片312和Cu凸片315使用激光束370焊接到一起。在结构320中，示出了Cu凸片322和Al汇流排330使用激光束370焊接。
能量储存系统中可形成许多不同类型的连接。表1简述了各种键合(bonds)和可键合以构建能量储存装置、优选地高效率能量储存系统的材料类型的实施例。本激光操作和系统，在衬底为薄材料时(例如小于100μm，小于50μm，小于25μm，小于10μm，从约100μm到约5μm，从约50μm到约5μm，从约76μm到约10μm，从约50μm到约10μm)，可形成高质量焊接，并且对厚材料(例如约0.5mm，约1mm以及更厚)可形成高质量焊接。
表1
表1设定成焊接中的顶部材料列举于左栏，而焊接中的底部材料沿顶行列举出。这样，不同焊接配置的实施例示出为表中的X，例如，示出了Cu薄片(顶部)焊接至Cu薄片(底部)，而顶部的Al凸片焊接至底部的Cu薄片。
将薄材料彼此键合和将薄材料与厚材料键合是完全不同的操作，会出现完全不同的问题。这类焊接的基本问题之一是键合层之间的热吸收和扩散以及在键合至下部较厚层时穿透顶部薄层的能力。本系统和操作的实施例，特别是蓝色激光系统和操作的实施例，能有效地耦合激光能量到薄层中，其可为铜、铝、镀镍铜、不锈钢，足够有效来开始通过薄材料顶层的穿透型焊接。参见图3，是蓝色激光系统和将薄材料焊接至厚材料的操作的实施例的示意图。
可用于本系统和本操作的激光例如包括表2的参数的激光。
表2
进一步地，序列号14/787,393(用于3D打印的装置、系统和方法)、14/837,782(用可见拉曼激光进行材料处理的应用、方法以及系统)以及62/193,047(用于激光传输寻址阵列的应用、方法以及系统)公开和启示的激光系统和激光可用于焊接的实施例以及本组件和连接件的实施例，还有，本发明的其它实施例。上述每个申请的全部公开内容在此通过引用并入。
在一实施例中，蓝色激光用于焊接金属。
在一实施例中，波长在400nm和500nm之间的蓝色激光用于将材料焊接到一起，比如焊接薄片到薄片，其中薄片厚度小于100μm，焊接铜或铜合金薄片到铜或铜合金薄片，焊接铝或铝合金薄片到铜或铜合金薄片，焊接铝或铝合金薄片到铝或铝合金薄片，焊接薄片到厚度大于10μm但小于50μm的凸片，焊接铜或铜合金薄片到铜或铜合金凸片，焊接铜或铜合金薄片到铝或铝合金凸片，焊接铝或铝合金薄片到铜或铜合金凸片，焊接铝或铝合金薄片到铝或铝合金凸片，诸如铜或铝及其合金之类的镀镍材料，焊接不锈钢薄片到铜或铜合金凸片，焊接不锈钢薄片到铝或铝合金凸片，焊接凸片到厚度大于100μm但小于1mm的汇流条，焊接铜或铜合金凸片到铜或铜合金汇流条，焊接铜或铜合金凸片到铝或铝合金汇流条，焊接铜或铜合金凸片到镀镍铜或铜合金汇流条，焊接铜或铜合金凸片到镀镍铝或铝合金汇流条，焊接铝或铝合金凸片到铜或铜合金汇流条，焊接铝凸片到铝汇流条，焊接铝或铝合金凸片到镀镍铜或铜合金汇流条，焊接铝或铝合金凸片到镀镍铝或铝合金汇流条，焊接不锈钢凸片到铜或铜合金汇流条，焊接不锈钢凸片到铝或铝合金汇流条，焊接不锈钢到镀镍铜或铜合金汇流条，焊接不锈钢到镀镍铝或铝合金汇流条，焊接n个铜或铜合金薄片，其中n>2，焊接n个铝或铝合金薄片，其中n>2，焊接n个不锈钢薄片，其中n>2。
使用蓝色激光操作来焊接这些材料的电镀材料的焊接是可以预期的，包括电镀材料的蓝色激光焊接，比如镀有铜、镀有铂以及镀有其它导电材料的材料的蓝色激光焊接。
以下示例用于阐释本激光系统和操作的各种实施例，特别是用于焊接组件的蓝色激光系统，包括焊接电子储存装置中的组件。这些示例是用于阐述性目的，并且，不应视为而且也不会限制本发明的范围。
示例1
蓝色激光焊接系统包括激光，运动系统，焊头，惰性气体供给系统(可为风刀或其它受控空气传输系统，并且也可并入到焊头中)，焊接质量监测系统以及夹具系统。激光通过光纤传输能量到焊头。焊头校准和重新聚焦激光束到待焊接的部分上。运动系统，比如6轴机器人或简单两轴台架系统，能用于使激光头以精确的模式在工件上方移动精确的距离。为了保持激光束聚焦于焊接接缝，焊头自工件的高度是是至关重要的。典型的焊头，比如该蓝色激光系统将要使用的，具有最终透镜焦距100mm，可具有+/-200μm高度偏差，以便维持好的焊道。在这种配置中，激光/焊接系统将能以穿透焊接模式操作。在更长的镜头焦距200mm、+/-400μm的高度偏差的情况下，激光系统将能以传导模式体制焊接。由于激光束移过工件，激光功率以连续的方式从0-100％变化以应答焊接质量传感器。传感器不断地测量焊接的宽度作为控制焊接质量的手段。惰性气体系统在焊接时是必要的，以便避免被焊接的材料出现氧化。惰性气体的主要标准是，屏蔽熔池不受氧气影响。通常使用的气体是比如氦气，氩气，氩气/CO2，氩气/氢气，或氮气。氩气和或氩气/CO2是优选的，因为它比空气重并且在产生无氧区的部分周围稳定性极佳。辅助气体能以各种不同方式传输。在焊接之前，焊接之后，在被焊接的样品之上，在被焊接的样品之下，直接到焊接中，或这些传输选项的任意结合。夹具系统是焊接系统的下一个最重要的部分。夹具可通过拧紧一系列螺栓或螺钉，通过磁性压紧部或通过气动压紧部来致动。这些夹具系统对于所有激光焊接系统都是常见的，该系统也将并入这些夹具系统，以便确保要通过激光束焊接的两个或多个工件上的强夹紧力。在一些情况下，除了使用滑动结构(slide)，还使用滚轮来施加该夹紧力。其它情况，在样件和/或带槽的板的每一侧上的单独夹具已用于将样品牢牢保持到夹具。另一考虑是焊接不是自熔并且需要添加材料到焊接接头的情况。这可通过送丝装置或者是送粉装置完成。需要填充物的大多数焊接会使用焊丝。最后，该激光与其它激光或电弧的结合会在所有可焊接材料中能实现深熔焊。待焊接的部分可通过人或者机器人移动到夹具机构。在生产情况中目前两种方法都有使用。
示例2
在一实施例中，采用能有足够强度(>500kW/cm2)以开始和维持穿透型焊接通过制作电池使用的材料的蓝色激光。
示例3
本系统的实施例用于连结太阳能电池互连材料，例如焊接太阳能电池互连材料，上述太阳能电池互连材料可为1100铝；OFC1/4硬铜；Cu/Invar/Cu覆层材料；或Cu/SS/Cu材料。
示例4
用于焊接金属的蓝色激光焊接系统具有蓝色激光源，用于聚焦激光束并在需要时提供Z方向移动的光学组件，以及用于移动光束沿着或定位光束于要进行焊接的点上的x-y扫描装置。这些组件优选地与控制系统控制性通信，该控制系统例如可为计算机，控制器，以及二者。
例如参见图5，示出了用于实施本发明的方法的蓝色激光系统的实施例的示意图。与本申请临时(contemptuously)递交的代理案卷编号84366.0006(Nu 5a)的美国专利申请公开和启示了激光系统的实施例，能用于实施本焊接方法的实施例，该申请的全部内容在此通过引用并入。图5还示出了相较于红外激光系统通过蓝色激光系统可实现的扫描量之间的对照，其中两个系统的光点尺寸相同。这样，在系统200中有用于传送蓝色激光束的激光系统201。激光系统201与光纤202光通信，传输光纤202用于将激光束传输到光学传输组件203。通过这种方式，光纤202使激光系统201与光学传输组件203光通信。光学传输组件203具有准直光学镜204，以及可移动光学镜205。系统200具有x-y扫描系统206。激光束和激光束路径离开x-y扫描装置在自由空间行进，或者被引导朝向目标，例如待焊接的部分。蓝色激光系统200生成可扫描区域208的印记，该可扫描区域208例如是激光束被引导以在待焊接到一起的工件上实施焊接操作的区域。在图5中，为了对照的目的，示出了IR系统可扫描区域207，能通过使用和蓝色激光系统200相同的光点尺寸而得到。该图中，IR激光束路径211IR以及IR激光束212IR叠加于(为了对照的目的)蓝色激光束路径211和蓝色激光束212上。这样，蓝色激光系统的可扫描区域208是IR激光系统的可扫描区域207的两倍大，两个系统的光点尺寸相同。箭头209阐明蓝色激光系统生成和IR系统相同的光点尺寸，但是离开聚焦透镜的距离超过两倍。通过这种方式，蓝色激光系统不仅具有较高吸收率的效果，IR系统，还能焊接更大的工件、更多的工件或者二者，在相同尺寸(例如印记)系统中。
聚焦透镜系统220类似变焦光学装置，因为中心透镜可以是迅速物理移动以调节透镜系统焦距的正(positive)组件或者是负(negative)组件。光束的聚焦与通过x-y扫描系统的激光束的扫描同步，以便模拟扫描通过F-θ透镜系统的激光束的平场特性。这样，聚焦系统220和扫描装置206同步，并且与控制装置或系统200上的控制系统控制性通信。这需要电子控制聚焦元件足够快以便跟上X-Y扫描，这能通过高速伺服系统来实现。
应注意，不需要提供或提出本发明的内容、与本发明相关、本发明的实施例的新的和开创性的过程、材料、性能或其它有利特征和性质的理论。然而，在本说明书中提供了各种理论以进一步在该领域中推进技术。除非另有明确指出说明，否则在本说明书中提出的理论决不限定、限制或缩小要求保护的发明的保护范围。这些理论很多都不需要或利用本发明实践。还应理解，本发明可以引起新的、迄今未知的理论来解释本发明的方法、物件、材料、装置以及系统的实施例的功能特征；如此后来发展起来的理论不应限制本发明的保护范围。
除了这里阐述的那些之外，本说明书中阐述的系统、设备、技术、方法、活动以及操作的各种实施例可用于各种其他活动和其他领域中。另外，例如，这些实施例可用于将来可开发的其他设备或活动；并且，基于本说明书的启示，可用于部分地修改现有设备或活动。进一步地，本说明书中阐述的各种实施例彼此可用于不同的各种结合。因此，例如，本说明书的各种实施例中提供的配置可彼此使用；并且，本发明的保护范围不应局限于在特定实施例、示例或特定附图中的实施例中阐述的特定实施例、配置或布置。
不脱离本发明的精神或必要特征，本发明能体现为不同于这里具体公开的形式的其他形式。描述的实施例应视为在所有方面都只是阐述性的而非限制性的。

Claims (41)

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。
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所述的方法，其中所述电阻为小于约100mΩ。
20.如权利要求16所述的方法，其中所述电阻为小于约10mΩ。
21.如权利要求16所述的方法，其中所述电阻为小于约1mΩ。
22.如权利要求16所述的方法，其中所述扫描装置能移动所述激光束。
23.如权利要求16所述的方法，其中所述扫描装置能移动所述第一组件和第二组件。
24.如权利要求16所述的方法，其中所述激光束在所述第一组件、所述第二组件或这两个组件上的光点的能量密度小于约1000000W/cm2。
25.如权利要求16所述的方法，其中所述激光束在所述第一组件、所述第二组件或这两个组件上的光点的能量密度小于约500000W/cm2。
26.如权利要求16所述的方法，其中所述激光束在所述第一组件、所述第二组件或这两个组件上的光点的能量密度小于约100000W/cm2。
27.如权利要求16所述的方法，其中所述激光束在所述第一组件、所述第二组件或这两个组件上的光点的能量密度小于约50000W/cm2。
28.如权利要求16、20、21或25所述的方法，其中所述波长为约400nm到约600nm。
29.如权利要求16、21、23或24所述的方法，其中所述波长为约400nm到约500nm。
30.如权利要求16、20或23所述的方法，其中所述波长为约450nm。
31.如权利要求16所述的方法，其中所述第一组件和所述第二组件是不同的金属。
32.如权利要求16所述的方法，其中所述第一组件和所述第二组件是相同的金属。
33.如权利要求16所述的方法，其中所述第一组件选自金、铜、银、铝、钢、不锈钢以及这些金属中一种或多种的合金组成的群组。
34.连结两金属组件的方法，使用蓝色激光束，焊接处的激光强度不需要明显改变，所述方法包括：
a.提供具有预定波长的激光束的光源到焊接处，所述焊接处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强度被引导；
c.传输所述激光束至所述焊接处，以便焊接所述第一组件和所述第二组件到一起，
d.其中所述强度从焊接开始到其完成保持大体上相同；以及，
e.还有，其中至少45％的激光束能量被利用以形成焊接。
35.如权利要求34所述的方法，其中约50％的所述激光束能量被利用以形成所述焊接。
36.如权利要求34所述的方法，其中约60％的所述激光束能量被利用以形成所述焊接。
37.如权利要求34所述的方法，其中约65％的所述激光束能量被利用以形成所述焊接。
38.如权利要求34所述的方法，其中，在所述组件的焊接期间，所述激光束强度在焊接期间能变化从约1％到约20％。
39.如权利要求34所述的方法，其中，在所述组件的焊接期间，所述激光束强度在焊接期间能变化约10％。
40.如权利要求34所述的方法，其中，在所述组件的焊接期间，所述激光束强度在焊接期间能变化从约1％到约5％。
41.如权利要求34所述的方法，其中，在所述组件的焊接期间，所述激光束强度在焊接期间能变化约1％。
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