一种动力电池铜片激光焊接的方法与流程

1.本发明属于激光焊接技术领域，具体涉及一种动力电池铜片激光焊接的 方法。


背景技术：

2.激光是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后的又一重大发明。原子受 激辐射的光，故名“激光”：原子中的电子吸收能量后从低能级跃迁到高能级， 再从高能级回落到低能级的时候，所释放的能量以光子的形式放出。被引诱 (激发)出来的光子束(激光)，其中的光子光学特性高度一致。这使得激 光比起普通光源，激光的单色性好，亮度高，方向性好。激光应用很广泛， 有激光打标、激光焊接、激光切割、光纤通信、激光测距、激光雷达、激光 武器、激光唱片、激光矫视、激光美容、激光扫描、激光灭蚊器、lif无损检 测技术等。
3.激光在pcb中的应用，由21世纪初兴起hdi中的激光钻孔，到近几年埋嵌 技术中对金属基的激光切割，可以说在pcb中的应用也越来越广泛。传统的动 力电池铜片焊接方式，抗拉能力较小，且铜基位置导热较快，不利于传统方 式焊接；而采用攻丝和套丝的方式制作，抗拉能力虽然符合要求，但生产效 率极低，自动化程度极差，大规模生产时效受限。有鉴于此，在动力电池铜 片激光焊接在pcb中的应用已崭露头角。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种动力电池铜片激光焊接的方法，以解决上述 背景技术中提出现有技术中的问题。为实现上述目的，本发明采用了如下技 术方案：
5.一种动力电池铜片激光焊接的方法，包括：
6.制作动力电池pcb；
7.将所述动力电池pcb与待焊接镀锌铜片对应固定在预先制作好的工装冶 具中，进行激光焊接。
8.进一步地，所述制作动力电池pcb包括：开料、内层图形转移、层压、 钻孔、沉铜板电、图形转移、蚀刻、阻焊文字、成型工序对应制作动力电池 pcb，且在pcb上不接触焊接弹片的位置做控深铣。
9.进一步地，所述工装冶具中设置有用于固定动力电池pcb的开槽和用于 固定待焊接镀锌铜片的按压式装置。
10.进一步地，所述激光焊接包括：
11.将所述动力电池pcb放置在工装冶具的开槽中，同时将待焊接镀锌铜片 通过所述按压式装置进行固定，且使待焊接镀锌铜片位于所述开槽上方，调 节按压式装置使待焊接镀锌铜片与动力电池pcb上所需焊接的位置对应；
12.调好激光点聚焦，以横排三行的方式焊接铜片，保持焊点间距0.4
‑
0.5mm。
13.进一步地，焊接后通过目视检查焊点大小、焊点间距及板外观。
14.进一步地，将焊接后的镀锌铜片与夹具相连，分别项两侧拉铜片，测量 铜片与pcb的拉脱力值，如拉力值大于200n时，铜片仍未脱落，则判定拉 力测试合格。
15.进一步地，所述镀锌铜片厚度为0.3mm
±
0.015mm，长、宽、折弯位置等 尺寸公差
±
0.1mm。
16.进一步地，所述激光焊接对应的设备功率为600
‑
1500w。
17.进一步地，在所述控深铣的尺寸为空出待焊接弹片位置并缩小0.1mm， 控深铣深度要求0.5mm
±
0.1mm。
18.与现有技术相比，具有以下优点：
19.本发明提出了动力电池铜片激光焊接的方法，提出了激光焊接时物料、 工装的准备，机台的性能，激光焊接品质要求，提出了激光焊接的焊点排列 和生产参数，本发明操作方便且可靠性高，加强了动力电池铜片的抗拉能力， 保证了动力电池铜片的焊接质量。。
附图说明
20.图1为本发明的结构示意图；
21.图2为本发明的竖排焊点方式的示意图；
22.图3为本发明的横排焊点方式的示意图；
23.图4为本发明的s型焊点方式的示意图；
24.图5为本发明的熔深与拉力测试的关系示意图；
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用 于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创 造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.本发明提供了如图1
‑
4所示的一种动力电池铜片激光焊接的方法，
27.激光焊接对原材的要求
28.待激光焊接的pcb1，在成型之后需增加控深铣流程，对不接触焊接弹片 的位置做控深铣，控深铣的尺寸参照空出待焊接弹片位置并缩小0.1mm以上， 控深铣深度要求0.5mm+0.1mm/
‑
0mm。完成控深铣之后待焊接位置与不需焊接 位置形成小台阶，然后做化镍金的表面处理，以此保证焊接弹片2与pcb1焊点 的密合性，pcb1的待焊接位置要求镀层平整，化镍金层结合力良好。镀锌铜 片2干净平整，厚度为0.3mm
±
0.015mm，长、宽、折弯位置等尺寸公差
±
0.1mm。
29.激光焊接的品质要求
30.外观检查：激光焊接后目视检查焊点大小、焊点间距及板外观良好，激 光焊接后无焊渣及黑渍，焊点的背面pcb1阻焊层应完好无损伤，镀锌铜片2 无磕碰弯折。激光焊接后镀锌铜片2凹槽方向向上放置。
31.拉力测试：把镀锌铜片2与夹具相连，采用打孔、夹具或焊接均可，以 图片所示方向为基准，左侧铜片向左侧方向拉，右侧铜片向右侧方向拉，分 别测量各铜片与pcb的拉脱力值，如果拉力值大于200n时，铜片仍未脱落， 实验停止，判定拉力测试合格。
32.设备要求：
33.工装冶具3，激光焊接要在一个稳定的状态下焊接，提高激光焊接的加工 效率，提高整体精确程度，并且适应各种类型的pcb焊接，就需要一个合适 的模具，模具开槽固定pcb，并有按压式装置固定待焊接的镀锌铜片，达到 每次激光焊接的一致性和准确性。
34.机械设备性能，激光焊接设备的功率在600
‑
1500w，机台型号: mgl
‑
bevmz
‑
3p4s
‑
3704100具体使用参数及如表1；
35.表1激光焊接设备参数表
36.焦距mm功率w脉宽ms频率hz焊接速度mm/s焊接长度mm25080010104.02.5
37.铜片焊接方法
38.把pcb1放在工装上，同时凹槽向上放置铜片，压好工装，调好激光点聚 焦，焊接方向：确认不同焊接方向的焊接效果，以横排、竖排、s型三种方向 做测试，受焊接位置影响，横排只能焊接两排；
39.三种焊接方式各做拉力测试，从拉力测试的结果观察，竖排和s型焊接 的拉力测试相近150
‑
200n，而横排拉力测试结果较差，因s型焊接无进一步 提升拉力的空间，故选择竖排焊接方式，从焊接排数、焊接点数、焊接长度 等影响因素做doe实验，获取最佳焊接方式。
40.影响因子分别设为焊接排数(2排、3排)、焊接点数(6、7、8、9)、 焊接长度(5.0mm、4.5mm、4.0mm)，三种因子做不同水平配置，如表2：
41.表2相关影响因子设计
[0042][0043]
这里解释一下焊接长度的水平因子选取,镀锌弹片的总宽度是5.5mm，如 果焊接长度按照5.5mm实施，其受力位置仅为第一排，后面两排无法受力， 其拉力测试效果较差，故选择5.5mm以下的以0.5mm为水平因子设置，做正 交实验全因子实验设计每种方案制作25set,将拉力测试标准提高到220n确认 不良数量，如表3：
[0044]
表3相关影响因子正交实验设计及实验结果
[0045][0046][0047]
由上可知，焊接3排的拉力测试结果明显优于焊接2排的拉力测试结果， 受焊接位置影响，最多只能焊接3排。焊点数表现较为明显，焊点数在7
‑
8个效 果较佳。焊接长度体现为长度越短拉力效果越好，其原因在于长度变短时， 第1排所承受的拉力，更易转移到第2
排、第3排，以增大拉力测试结果，焊接 长度应该未找到最佳因子，可进一步做更短的焊接长度实验，确认其最佳焊 接长度。
[0048]
再次选择焊接长度为3.5mm、3.0mm、2.5mm做实验，确认焊接长度在 3.0mm时效果最佳，实验的25set拉力测试结果皆在220n以上，完全可满足拉 力测试200n的品质要求，拉力测试效果与拉力测试设备如图1，焊接切片，焊 点熔深切片确认，熔深≥0.3mm为合格。
[0049]
熔深对拉力的影响
[0050]
如图5，前面对焊接排数、焊接点数、焊接长度做了研究分析，在客户标 准中，客户对熔深的要求是≥0.3mm，凭主观看法：应该是熔深越深其可承受 的拉力越大，为证明此观点是否成立，做焊接长度在3.0mm时横排7个点的三 排资料，以不同激光能量来控制熔深，测试不同熔深时拉力的表化。从测试 结果观察，熔深并非越深越好，而是在超过0.35mm到达拉力最强，随后又逐 渐下降，可以解释为熔深能承受拉力的大小和镀锌铜片厚度有关，当熔深大 于铜片厚度时其拉力已到达顶点，过度熔深时激光焊接的焊接接触面不再增 加，能承受的拉力也不再增加，也进一步验证了客户对熔深要求的合理性。
[0051]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限 制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的 技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或 者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作 的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。