TW202204075A - 雷射銲接之堆疊箔片 - Google Patents

Abstract

本案揭示一種用於將一疊金屬箔片雷射鎖孔型焊接至金屬耳片上之方法。該方法獨立地調整聚焦中心光束的功率及聚焦環狀光束之功率，以形成穿過所有箔片及耳片的銲接。環狀光束提供足夠功率把金屬加熱至大約鎔化溫度，使鎖孔之開口擴張，且穩定鎔池。中心光束提供足夠額外功率來形成鎖孔。比起中心光束之功率，環狀光束之功率被維持歷經更長時間。複數個此類銲接被形成來提供機械強度及電氣傳導性。

Description

雷射銲接之堆疊箔片

本申請案主張2020年3月24日申請之美國臨時專利申請案第16/828,194號之優先權，該案之揭示內容藉由引用方式整體併入本案中。

本發明整體而言係有關於使用聚焦之雷射輻射光束之銲接。本發明特別地係關於使用聚焦中心光束及聚焦環狀光束，來銲接金屬箔片之堆疊。

雷射輻射光束漸增地用於由廣泛範圍之材料製成的工件之切割、鑽鑿、銲接、標記及刻劃；此等材料包括金屬及合金。傳統機械加工會產生比如微裂之不想要缺陷，當一受處理工件受到壓力時微裂可能擴散，從而使該經處理工件退化及弱化。雷射加工最小化此類不想要缺陷，通常來說較乾淨，且造成一較小之熱影響區。雷射機製加工使用聚焦雷射光束來產生具有高品質邊緣及壁之精準切口及孔洞，同時最小化不想要缺陷之形成。

在雷射銲接中，聚焦雷射光束精準地定位各銲接點及銲接縫，且同時將連帶加熱最小化。區分兩種主要雷射銲接方式係有用的。傳導型銲接以較低雷射功率及較低功率密度進行。所吸收雷射功率加熱該經輻射之材料，使待聯結之各部分中的材料鎔化，使之流動、混合然後固化。鎖孔型銲接則以足以使某些受輻射材料蒸發之較高雷射功率及較高功率密度進行。在周邊鎔化材料上之被蒸發材料的壓力開啟穿過該鎔化材料之通道，該通道具有特徵性窄且深之剖面，允許雷射光束之深度穿透。完工之鎖孔型銲接比起傳導型焊接，通常較窄、較深及較堅固。然而，在熱且動態之鎔化材料的鎔池中，可能難以保持一穩定鎖孔。

鋰離子電池係可攜式電子裝置、電動車、及多數其他當代可充電式電子裝置的關鍵可實現技術。電池之各電池槽包括浸沒在電解液中之薄金屬箔片之兩堆疊。該金屬經常性為鋁或銅，且箔片具有大約10微米(μm)之通常厚度。各箔片堆疊中通常有20至40個各個箔片。箔片堆疊可捲成圓柱狀或舖平。電解液係溶解在溶劑中之鋰鹽。各箔片堆疊電氣連接至金屬耳片，該金屬耳片為了電氣連接而從該電池槽突出。根據電氣裝置之電壓及電流需求，多個電池槽串聯及/或並聯地電氣連接形成電池。多個電池可以串聯及/或並聯地電氣連接形成電池組。

堆疊中之各箔片與個別耳片之機械附接及電氣連接，對於該電池之完整性、可靠度、及性能是關鍵的。然而，使多個薄金屬箔片聯結至更厚之金屬耳片是有挑戰性的，尤以在箔片堆疊及耳片由不同材料所構成時為然。完成的接合必須係堅固、耐用及具有低電阻。使用精密電阻銲接，對於具有高電導性之這些金屬，則仰賴於介面電阻，而這些金屬之高熱導性意謂著需施加大電流。使用超音波銲接則需要在任何裝配之前機械壓縮欲聯結之部分。鋁具有耐用之氧化層，在此類非雷射處理過程中該氧化層必須被破壞。因為這些原因，提供精準之功率傳遞以最小化全體熱累積的雷射銲接是較佳的。鎖孔型雷射銲接可形成穿過箔片堆疊及耳片所有厚度的堅固銲接。某些電池設計包括用以附接及連接電池內電池槽之箔片至耳片的額外接合，此接合亦得益於鎖孔型雷射銲接。

當進行鎖孔型雷射銲接時，有一個問題是鎔融材料會自鎔池噴射，此係由於蒸氣壓、蒸氣流所造成之剪應力、由於蒸發引起之反衝、及在鎔池附近之鎔融材料克服該鎔融材料之表面張力的快速循環之綜合所致。噴射的材料液滴，稱為「銲濺物」，凝結在金屬表面上造成汙染。此噴射使得完成之銲接之頂部表面及底部表面材料缺失，因而弱化該完成之銲接。進行鎖孔型雷射銲接時，另一問題是穿透深度之不一致，此由形成及保持鎖孔所牽連之複雜動力學所致。

業界需要一種快速、簡單及可靠處理過程來將金屬箔片堆疊以雷射銲接至金屬耳片，以產生乾淨一致之銲接。此處理過程必須產生一穿過每一箔片堆疊及耳片之所有厚度的堅固接合，且在兩者之間有低電阻。較佳的是，此處理過程將不會增加每銲接之花費，且將兼容於大量自動化製造。

於一個態樣中，一種依據本發明用於將複數個銅箔片雷射銲接至銅耳片上之方法，包含裝配該等箔片成一堆疊，且將該等箔片之堆疊及耳片壓緊以形成一工件。聚焦之雷射輻射光束被引導至該工件之表面的欲銲接位置處。該聚焦光束包括中心光束及同心環狀光束。使環狀光束之功率升至第一功率及維持環狀光束之功率達第一時間，該第一時間係足以使工件之表面的欲銲接位置處加熱到至少1100克氏度(K)。使中心光束之功率升至第二功率，在工件之表面的該欲銲接位置處達到1100克氏度之後，中心光束之功率達到第二功率。維持中心光束之功率達第二時間，該第二時間係足以鎔穿所有箔片及耳片，藉此形成一銲接，該銲接聯結所有箔片及該耳片。

於另一個態樣中，一種依據本發明用於將複數個鋁箔片雷射銲接至鋁耳片上之方法，包含裝配該等箔片成一堆疊，且將該等箔片之堆疊及耳片壓緊以形成一工件。聚焦之雷射輻射光束被引導至工件之表面的欲銲接位置處。該聚焦光束包括中心光束及同心環狀光束。使環狀光束之功率升至第一功率，同時使中心光束之功率升至第二功率。維持該環狀光束之該功率達第一時間。維持中心光束之功率達第二時間，然後使中心光束之功率下降。第一時間係長於第二時間。第二時間係足以鎔穿所有箔片及耳片，藉此形成一銲接，該銲接聯結所有箔片及耳片。

現在參照圖式，其中類似組件由類似數字標示，圖1A及1B示意地例示設備10，該設備使用於本發明之雷射銲接方法中。雷射源12送出至少兩雷射輻射光束，穿過光纖14至聚焦透鏡16。光纖14包括用以引導雷射輻射之中心光束的中心芯40。中心芯40具有一同心的低折射率包覆層42。光纖14進一步包括用以引導雷射輻射之環狀光束的環狀芯44。環狀芯44係同心地位在低折射率包覆層42及低折射率包覆層46之間。雷射源12組配來傳遞該中心光束至中心芯40及傳遞環狀光束至環狀芯44。整合此類雷射源與此類光纖之雷射系統可于商業市場上取得。舉例來說，來自加州聖塔克拉拉市之柯希倫公司(Coherent Inc.)之Highlight^TM FL-ARM雷射。此雷射系統之特點係中心光束功率及環狀光束之功率可獨立地選擇及調節。

聚焦透鏡16形成聚焦光束18，其包含以收斂實線描繪之聚焦中心光束，及以收斂虛線描繪之同心聚焦環狀光束。聚焦光束朝向一焦點20收斂，在焦點處聚焦中心光束比起該同心聚焦環狀光束具有更小之直徑。聚焦光束18被引導至工件上，該工件包含要銲接在一起之金屬箔片之堆疊22及金屬耳片24。堆疊22及耳片24可由銅、鎳、鍍鎳銅、鋁、鋼合金、或選擇來製作電池槽或電池之任一其他金屬或金屬合金構成。該堆疊及耳片可由相同金屬或不同金屬製成。堆疊22及耳片24藉由夾具26壓緊以形成工件，且消除在該堆疊中各個箔片間及堆疊與耳片之間的間隙。任何殘餘間隙較佳地係少於個別箔片之厚度的20%，及最佳地少於個別箔片之厚度的10%。在圖式中，工件及夾具係以剖面描繪。

該工件由平移台28所支撐及依需要移動。焦點20位於靠近工件之前部表面。焦點係藉由光束掃描儀30橫向移動跨越工件，該光束掃描儀可包括聲光偏轉器或檢流計致動鏡，以使焦點20在雷射銲接期間能夠快速移動。光束掃描儀30及聚焦透鏡16可便利地整合至雷射處理頭32內。舉個範例，聚焦透鏡16可為平場物鏡，以跨越雷射處理頭32可到達之工件的全表面保持一致之焦點深度。處理頭32亦可包括一可選擇性加入之擴束器(此處未繪示)，設於光纖14及聚焦透鏡16之間，用以在聚焦之前，擴張及使自光纖射出之光束準直。當暴露於聚焦光束18時，銲接34即穿過工件而形成。

圖2針對依據本發明之用以銲接複數個箔片至耳片上的雷射銲接方法50的一個較佳實施例，示意地繪示相對於時間的中心芯之功率及環狀芯之功率。此處，箔片及耳片係由銅、鍍鎳銅或銅合金製成。箔片初始地被裝配成一堆疊，且將箔片之堆疊藉由夾具壓至該耳片上。該工件之前部表面被暴露於聚焦光束18下，該光束被引導至該前部表面上的欲銲接位置處。環狀光束之功率被提升至一第一功率P1，且維持在第一功率P1達第一時間T1，該第一時間足以使該工件之該表面的欲銲接位置處加熱到至少1100克氏度，及更佳地加熱至1300克氏度以上。在第一時間T1期間，環狀光束預加熱工件之表面。大眾所習知，銅在溫度為1300克氏度附近對於具有波長約1微米之輻射，銅的熱導性會突然減少及光學吸收會陡然增加。加熱銅經過此溫度，銅之熱導性減少約兩倍，及銅之近紅外光的光吸收增加約三倍。

將近第一時間T1結束時，中心光束之功率被提升至第二功率P2，及維持于第二功率P2達第二時間T2，該第二時間足以鎔穿該堆疊22之所有箔片及耳片24。藉由中心光束之此鎔融作用形成銲接34，其聯結堆疊22之所有箔片及耳片24。聚焦中心光束較佳地形成一鎖孔在鎔融材料中，該鎖孔穿透所有箔片及耳片。環狀光束之功率被下降至第三功率P3，且同時，中心光束之功率被提升至第二功率P2。第三功率P3係選擇成足以使鎖孔之開口處於廣闊打開，以允許金屬蒸氣從該鎖孔散逸且最小化銲濺物之形成。在第二時間T2期間，中心光束之功率較佳地被限制在鎔穿所有箔片及耳片所需之最小功率，同時，環狀光束之功率較佳地被限制在防止銲濺物所需的最小功率。最小化施加於工件之總功率，使完成之銲接周邊之受熱影響區減少，且防止在該被銲接工件中形成不想要之任何缺陷。

圖3A係使用圖2之方法50銲接之示範工件的平面視圖影像。圖3B係相同銲接工件之較高放大率平面視圖影像。該工件係將25個銅箔片之堆疊壓至鍍鎳之銅耳片上。各箔片具有6微米之厚度，且銅耳片具有300微米之厚度。

參照圖1A及圖1B，雷射源12為Highlight^TM FL8000-ARM雷射，提供高達4千瓦之功率，以1070奈米之波長獨立地穿過光纖14之各芯。中心芯40具有100微米之直徑，且環狀芯44具有290微米之外直徑。雷射處理頭32為SCANLAB intelliSCAN 30之掃描頭，可自德國普海姆市之SCANLAB公司取得。聚焦透鏡16提供1.4倍之放大率，使得聚焦中心光束具有約140微米之直徑，且聚焦環狀光束具有約405微米之外直徑。在銲接期間，氮遮蔽氣體被引導向工件上之欲銲接位置。如圖式中所描繪，聚焦光束18以約略法線之入射角(90度)施加至堆疊之表面。已確定80度到90度間之入射角即有效益。夾具26係自一單一金屬塊料機械加工製成，且在欲銲接位置處附近將該夾具壓至該工件上。聚焦光束18被引導穿過該夾具中之缺口達至工件上。

圖3A及圖3B顯示堆疊之一表面，該表面為暴露於聚焦光束之該工件的前部表面，且因此為在鎖孔型銲接期間之進入表面。該工件在42個位置沿著兩錯置列接受銲接。在所描繪範例中，該兩列藉由引導該聚焦光束至沿著一列之連續位置處而接續地被銲接。在各位置處，功率如圖2所描繪地被施加穿越環狀芯及中心芯，以建立一銲接。此處，第一功率P1等於1500瓦特(W)，第二功率P2等於1450瓦特，第三功率P3等於1000瓦特，第一時間T1等於1毫秒(ms)，且第二時間T2等於1毫秒。

在本文中，「終止功率」係指在延長暴露於聚焦光束之期間，太低而無法鎔融工件之表面，及太低以至於無法損壞工件的功率。在所描繪之此例中的終止功率為0瓦特。環狀光束之功率歷時約3毫秒自終止功率被提升至第一功率P1。中心光束之功率歷時約1毫秒自終止功率被提升至第二功率P2，且同時環狀光束之功率同時自第一功率P1被降至第三功率P3。中心光束中之功率自第二功率P2被調降至終止功率，且環狀光束中之功率歷時約1毫秒，同時地自第三功率P3被調降至終止功率。功率被施加在各位置處達約7毫秒之總時間，及其耗費約0.54秒之全部時間來完成所有42處之銲接。此全部時間包括在該等位置間平移聚焦光束的時間。

在第一時間T1期間由聚焦環狀光束所提供之預熱，減少了由聚焦中心光束所提供用以更深鎔融及銲接所需之近紅外功率。此預熱藉此使施加於工件的雷射能量減少及使受熱影響區縮減。預熱使聚焦中心光束能更深地穿透至該工件內，更進一步改善銲接品質。

在圖3A及圖3B之實例中應用之雷射銲接方法50中，中心光束之功率被提升至第二功率P2，環狀光束之功率則同時被調降至第三功率P3。然而，此同時升降對形成成功銲接並非必需條件。在堆疊之表面達到1100克氏度之後中心光束達到第二功率P2，且兩聚焦光束一起保持至少此溫度直到該中心光束達到第二功率P2，即已足夠。同樣地，使兩光束同時下降至終止功率，對形成成功銲接亦非必需條件。對於某些工件，維持環狀光束之功率直到中心光束之功率被調降至鎖孔塌陷之功率，可能有益。

雷射銲接方法50具有在約1350瓦特及約1650瓦特間的典型第一功率P1，在約1300瓦特及約1600瓦特間的典型第二功率P2，及在約700瓦特及約1300瓦特間的典型第三功率P3。在持續時間上，第一時間T1通常係在約0.2毫秒及約10毫秒間，及第二時間T2通常係在約0.1毫秒及約5毫秒間。

圖4針對依據本發明之用以銲接複數個箔片至耳片上的雷射銲接方法60的另一個較佳實施例，示意地繪示相對於時間的中心芯之功率及環狀芯之功率。此處，箔片及耳片係由鋁或鋁合金構成。再次地，箔片初始地被裝配成一堆疊，且將箔片之堆疊藉由夾具壓至該耳片上。該工件之前部表面被暴露於聚焦光束18下，光束被引導至前部表面上的欲銲接位置處。環狀光束之功率被提升至第一功率P1，同時，中心光束之功率被提升至第二功率P2。環狀光束之功率被維持達第一時間T1，然後被調降。中心光束之功率被維持達第二時間T2，該時間係少於第一時間T1，然後被調降。第二時間T2係選擇為足夠長以鎔穿堆疊22之所有箔片及耳片24。藉由中心光束之此鎔融形成一銲接34，其聯結堆疊22之所有箔片及耳片24。第一時長T1係選擇成足夠長以允許鎖孔之受控崩塌及鎔池之受控收縮。此受控崩塌及收縮允許金屬蒸氣逸散鎔池，藉此防止銲接工件中之空洞，以及提供退火來最小化任何裂縫之形成。

圖5A及圖5B係使用如圖4之方法60所銲接之範例工件的平面視圖影像。該工件係將24個鋁箔片之堆疊壓至鋁耳片上。各鋁箔片具有12微米之厚度且耳片具有400微米之厚度。雷射源、光纖、雷射處理頭、聚焦透鏡、遮蔽氣體及夾具係與圖3A及圖3B之實例相同。圖5A顯示堆疊之表面，該表面係暴露於聚焦光束之工件的前部表面，且因此係在鎖孔形銲接期間之進入表面。圖5B顯示耳片之後部表面。該工件在42個位置沿著兩錯置列接受銲接，該兩列係接續地被銲接。在各位置處，功率如圖4描繪地穿越環狀芯及中心芯施加以建立銲接。此處，第一功率P1等於1500瓦特(W)，第二功率P2等於1600瓦特，第一時間T1等於5毫秒且第二時間T2等於1毫秒。

所描繪實例中之終止功率為0瓦特。環狀光束之功率歷時約3毫秒自終止功率被提升至第一功率P1，且中心光束之功率同時自終止功率被提升至第二功率P2。中心光束中之功率歷時約1毫秒自第二功率P2被調降至終止功率。環狀光束中之功率歷時約1毫秒自第一功率P1被調降至該終止功率。功率被施加在各位置達約9毫秒之總時間，且其耗費約2.06秒之全部時間以完成所有42處之銲接。在此實例中，同時將環狀光束之功率提升至第一功率P1，且將中心光束提升至第二功率P2，已確認有益於防止噴濺。

圖6係使用圖4之方法60銲接之另一範例工件的平面視圖影像。此處之工件係為壓至24個鋁箔片之堆疊上的鋁耳片。各箔片具有12微米之厚度及耳片具有400微米之厚度。雷射源、光纖、遮蔽氣體及夾具係與上述實例相同。雷射處理頭32為可自德國Kleinmachnow市之II-VI公司取得的RLSK 3d遠端雷射銲接頭 (3d Remote Laser Welding Head)。聚焦透鏡16提供3倍之放大率，使得聚焦中心雷射具有約300微米之直徑，且聚焦環狀光束具有約870微米之外直徑。該圖式顯示耳片之表面，此表面係暴露於聚焦光束下之工件前部表面，且因此係為鎖孔型銲接期間之進入表面。該工件在40個位置沿著兩錯置列接受銲接，該兩列係接續地被銲接。此處，第一功率P1等於1500瓦特(W)，第二功率P2等於1600瓦特，第一時間T1等於6毫秒及第二時間T2等於1毫秒。

所描繪實例中之終止功率為0瓦特。環狀光束之功率歷時約8毫秒自終止功率被提升至第一功率P1，且中心光束之功率同時自終止功率被提升至第二功率P2。中心光束中之功率歷時約1毫秒自第二功率P2被調降至該終止功率。環狀光束中之功率歷時約2毫秒自第一功率P1被調降至終止功率。功率被施加在各位置達約16毫秒之總時間，且其耗費約1.07秒之全部時間來完成所有40處之銲接。

用於雷射銲接方法50及雷射銲接方法60之典型工件具有數量在20到100個間之欲焊接於耳片上的個別箔片。各箔片具有在約5微米及約15微米間之典型厚度。典型耳片具有在約100微米及約500微米間之厚度。典型聚焦中心光束之直徑在約100微米及400微米間，及典型聚焦環狀光束之直徑在約300毫米及約1200毫米間。雷射銲接方法60具有在約1350瓦特及約1650瓦特間之典型第一功率P1，及在約1450瓦特及約1750瓦特間之典型第二功率P2。在持續時間上，第一時間T1典型地在約0.5毫秒及約20毫秒間，且第二時間T2典型地在約0.1毫秒及約5毫秒間。

圖5A、圖5B及圖6一起展示本發明之銲接方法，以入射在堆疊22之外部表面或者入射在耳片24之相對立外部表面上的聚焦光束18來運作。大體來說，製作複數個銲接以穩固地聯結箔片之堆疊至耳片，是需要的。更大數量及更高密度之銲接將提供帶有更高電導性之更堅固接合。然而，本領域中技術人員可意識到在完成所有銲接總體時間與銲接的總數量之間可有折衷，因此銲接的數量及密度將取決於特定的應用。藉由更改個別銲接之數量，即可輕易地改變銲接工件之整體面積大小。本發明方法可應用來將箔片之堆疊聯結至電池槽內之陰極耳片或陽極耳片。本發明方法亦可應用來把電氣連接電池內之電池槽的箔片聯結起來。

光束掃描儀30在工件上之多個欲焊接位置處間橫向移動聚焦光束18。藉由傳遞雷射輻射的脈衝通過光纖的各芯，通過聚焦透鏡，及傳遞至工件上，便在這些位置處的各一處製作成銲接。圖2及圖4分別描繪用於雷射銲接方法50及雷射銲接方法60中，製作各銲接之脈衝對的功率輪廓曲線圖。儘管在本案中，為了簡潔地例示及描述，線性功率升降變化被顯示及討論，但可藉由施加其他類型的功率升降變化在中心光束及/或環狀光束中，來最佳化本發明之銲接方法。舉例來說，指數型之功率升降變化。

儘管環狀光束及中心光束在本案之實例中係分別地維持在固定功率，即第一功率P1及第二功率P2，仍可藉由在第一時間T1及第二時間T2的持續時間內調變這些光束之功率，來進一步最佳化本發明之銲接方法。舉例來說，圖4之雷射銲接方法60中，藉由快速地使環狀光束在第一功率P1及低許多之功率間循環以排開金屬蒸氣，且藉此防止銲接中形成空洞。或者，在鎖孔關閉之後，藉由將功率自第一功率P1降至較低功率以退火冷卻金屬，且藉此防止銲接中形成裂縫。其關鍵要件係在鎖孔形銲接期間，提供環狀光束之足夠功率以擴展該鎖孔之開口，穩定鎔池，及接著允許鎖孔之受控崩塌及鎔池之受控收縮。

總結來說，上述一種發明方法使用聚焦雷射光束用於銲接金屬箔片之堆疊至金屬耳片上，該光束包括中心光束及環狀光束。該聚焦環狀光束具有足夠把欲焊接位置處加熱達到金屬之大約鎔點溫度的功率。聚焦中心光束具有足夠之額外功率且維持該功率達足夠時間以形成鎖孔型焊接，該鎖孔型焊接聯結所有箔片及耳片。環狀光束被維持達一較長時間，從而為高熱導性金屬(諸如銅)提供預加熱，且為易於蒸氣捕獲的金屬(諸如鋁)提供後加熱。本方法重複施行以在足夠數量及密度之位置處形成銲接，以提供特定應用所需之機械強度及電氣傳導性。

本發明於上文係就一較佳實施例及其他實施例 加以描述。惟本發明不限於本文描述及描繪之此等實施例。更準確的說，本發明僅受到後附申請專利範圍所限制。

10:設備 12:雷射源 14:光纖 16:聚焦透鏡 18:聚焦光束 20:焦點 22:堆疊 24:耳片 26:夾具 28:平移台 30:光束掃描儀 32:雷射處理頭 34:銲接 40:中心芯 42:包覆層 44:環狀芯 46:低折射率包覆層 50,60:雷射銲接方法 P1:第一功率 P2:第二功率 T1:第一時間 T2:第二時間

併入說明書中且構成說明書一部份的隨附圖式，示意地例示本發明之較佳實施方式，且與上文所作廣義描述及下文所作較佳實施方式的詳細描述，一起用來解釋本發明之原理。

圖1A係一部份剖面之側視圖，示意地例示用以實施本發明之雷射銲接方法的雷射銲接設備的一較佳實施方式，該設備包括發出至少兩道雷射輻射光束的雷射源、光纖及聚焦透鏡。

圖1B係示意地例示圖1A之光纖的細節之一剖面視圖，該光纖具有一用以引導中心光束之中心芯及用以引導環狀光束之環狀芯。

圖2係光束功率對時間之一圖表，示意地例示依據本發明之雷射銲接方法，使用圖1A及圖1B之設備來銲接銅箔片堆疊至銅耳片。

圖3A係一平面視圖，及圖3B係在銅工件中使用圖2之發明方法製作之若干銲接的一放大平面圖，影像顯示箔片之堆疊的表面，其為銲接期間之前部表面。

圖4係一光束功率對時間之圖表，示意地例示依據本發明之雷射銲接方法，使用圖1A及圖1B之設備來銲接鋁箔片堆疊至鋁耳片。

圖5A係一在鋁工件中使用圖4之發明方法製作之銲接的平面視圖，影像顯示箔片之堆疊的表面，其為銲接期間之前部表面。

圖5B係一在圖5A之工件中之銲接的平面視圖，影像顯示耳片之表面，其係在銲接期間之後部表面。

圖6係一在鋁工件中使用圖4之發明方法製作之銲接的平面視圖，影像顯示耳片之表面，其為銲接期間之前部表面。

10:設備

12:雷射源

14:光纖

16:聚焦透鏡

18:聚焦光束

20:焦點

22:堆疊

24:耳片

26:夾具

28:平移台

30:光束掃描儀

32:雷射處理頭

34:銲接

Claims (32)

1. 一種用於將多個銅箔片雷射銲接至一銅耳片上之方法，該方法包含以下步驟： 裝配該等箔片成一堆疊，且將該等箔片之該堆疊及該耳片壓緊以形成一工件； 引導雷射輻射之一聚焦光束至該工件之一表面的一欲銲接位置處，該聚焦光束包括一中心光束及一同心環狀光束； 將該環狀光束之功率調升至一第一功率； 維持該環狀光束之該功率達一第一時間，該第一時間係足以將該工件之該表面於該欲銲接位置加熱到至少1100克氏度(kelvin)； 將該中心光束之功率調升至一第二功率，該中心光束在該工件之該表面的該欲銲接位置達到1100克氏度之後，達到該第二功率；及 維持該中心光束之該功率達一第二時間，該第二時間係足以鎔穿所有該等箔片及該耳片，藉此形成聯結所有該等箔片及該耳片的一銲接。
2. 如請求項1之方法，其中，在維持該環狀光束之該功率的該步驟期間，該環狀光束之該功率係維持在該第一功率。
3. 如請求項1之方法，其中，在維持該環狀光束之該功率的該步驟期間，該環狀光束之該功率受調變。
4. 如請求項1之方法，在維持該中心光束之該功率的該步驟期間，其中該中心光束之該功率維持在該第二功率。
5. 如請求項1之方法，其中，在維持該中心光束之該功率之該步驟期間，該中心光束之該功率被調製。
6. 如請求項1之方法，其中，在該中心光束之該功率調升之步驟期間，該環狀光束之該功率被調降至一第三功率。
7. 如請求項6之方法，其中在該第二時間期間，該環狀光束之該功率維持在該第三功率。
8. 如請求項6之方法，其中在該第二時間期間，該環狀光束之該功率被調變。
9. 如請求項6之方法，其中該第三功率係在約700瓦特及約1300瓦特之間。
10. 如請求項1之方法，其中該第一功率係在約1350瓦特及約1650瓦特之間。
11. 如請求項1之方法，其中該第二功率係在約1300瓦特及約1600瓦特之間。
12. 如請求項1之方法，其中該第一時間之持續時間係在約0.2毫秒及約10毫秒之間。
13. 如請求項1之方法，其中該第二時間之持續時間係在約0.1毫秒及約5毫秒之間。
14. 如請求項1之方法，其中該聚焦光束以一個在80度及90度間之入射角被引導至該工件之該表面上。
15. 如請求項1之方法，其中係將數量在20及100之間之箔片銲接到該耳片上。
16. 如請求項1之方法，其中各箔片具有介於約5微米及約15微米間之一厚度。
17. 如請求項1之方法，其中引導該聚焦光束、將該環狀光束之該功率調升、維持該環狀光束之該功率、將該中心光束之該功率調升及維持該中心光束之該功率的該等步驟，在多個位置處重複多次以形成多個銲接。
18. 如請求項1之方法，其中該中心光束在該工件之該表面上具有介於約100微米及約400微米間之一直徑，及該環狀光束在該工件之該表面上具有介於約300微米及約1200微米間之一直徑。
19. 一種用於將多個鋁箔片雷射銲接至一鋁耳片上之方法，該方法包含以下步驟： 裝配該等箔片成一堆疊，且將該等箔片之該堆疊及該耳片壓緊以形成一工件； 引導雷射輻射之一聚焦光束至該工件之一表面的一欲銲接位置處，該聚焦光束包括一中心光束及一同心環狀光束； 將該環狀光束之功率調升至一第一功率，同時將該中心光束之功率調升至一第二功率； 維持該環狀光束之該功率達一第一時間；及 維持該中心光束之該功率達一第二時間，然後將該中心光束之該功率調降，該第一時間係長於該第二時間； 其中該第二時間係足以鎔穿所有該等箔片及該耳片，藉此形成聯結所有該等箔片及該耳片之一銲接。
20. 如請求項19之方法，其中在維持該環狀光束之該功率的該步驟期間，該環狀光束之該功率維持在該第一功率。
21. 如請求項19之方法，其中，在維持該環狀光束之該功率的該步驟期間，該環狀光束之該功率被調變。
22. 如請求項19之方法，其中在維持該中心光束之該功率的該步驟期間，該中心光束之該功率維持在該第二功率。
23. 如請求項19之方法，其中，在維持該中心光束之該功率之該步驟期間，該中心光束之該功率受調變。
24. 如請求項19之方法，其中該第一功率係在約1350瓦特及約1650瓦特之間。
25. 如請求項19之方法，其中該第二功率係在約1450瓦特及約1750瓦特之間。
26. 如請求項19之方法，其中該第一時間之持續時間係在約0.5毫秒及約20毫秒之間。
27. 如請求項19之方法，其中該第二時間之持續時間係在約0.1毫秒及約5毫秒之間。
28. 如請求項19之方法，其中該聚焦光束以一個在80度及90度間之入射角被引導至該工件之該表面上。
29. 如請求項19之方法，其中將數量在20及100之間之多個箔片銲接到該耳片上。
30. 如請求項19之方法，其中各箔片具有介於約5微米及約15微米間之一厚度。
31. 如請求項19之方法，其中引導該聚焦光束、調升該環狀光束及該中心光束之該功率、維持該環狀光束之該功率、及維持該中心光束之該功率的該等步驟，在多個位置處重複多次以形成多個銲接。
32. 如請求項19之方法，其中該中心光束在該工件之該表面上具有介於約100微米及約400微米間之一直徑，及該環狀光束在該工件之該表面上具有介於約300微米及約1200微米間之一直徑。

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