激光焊接在气密封装组件的应用

航空航天、军事以及医疗等行业都大量使用气密封装组件，以使内部精密器件免受环境因素的影响，提高关键电子设备的可靠性和使用寿命。通常情况下，气密封装是整个制造过程中最后一个关键步骤，一旦发生质量缺陷，整个产品可能报废，虽然有部分可以返工，但是成本高昂。设计这些行业的产品时，选择合适的密封封装非常关键。环氧树脂胶合、电阻焊接、电子束焊接和激光焊接是可用于气密封装的几种常用技术，下面我们来细说这几种技术的优缺点。

1.环氧树脂胶合

使用环氧树脂封装方便快捷，适用于大批量生产，成本低，生产效率高，对壳体和盖板的加工精度要求低，但缺点是它不能形成有效的气密密封，水分能通过环氧树脂迁移，破坏其气密性。

2.电阻焊接

电阻平行缝焊是一种已经存在多年的可靠工艺，但它有几个缺点：一方面，该工艺要求被焊材料具有高电阻率(如可伐)，因此不能用于焊接铝或铜等材料;其次，在开始焊接生产之前，新电极需要预热，必须采用试样将电极进行磨合;此外，电阻平行缝焊只能用于搭焊接头，设计产品结构时会受限制。

3.电子束焊接

电子束焊接具有许多与激光焊接相同的优点，但电子束系统需要建立真空室在真空环境下焊接;焊接过程会产生X射线辐射需要做好屏蔽;若焊接后需要填充惰性气体，还需再通过其他方法进行另一次密封焊接操作。

4.激光焊接

激光焊接相对于其他焊接工艺，具有可靠性高、热量集中、热影响区小、热变形小、加工速度高、非接触式焊接以及灵活性的CNC编程等优势。为了适应激光气密性焊接，在产品设计中需要考虑几个比较重要的因素，以使设计人员能够最大限度地利用激光焊接工艺进行气密封装。

激光焊接系统

激光器发出的激光光束通过标准光学器件(硬光路)或通过光纤传输到出射头或扫描振镜。当使用标准光学器件时，激光器通常位于出射头或振镜的顶部，一个45°的反射镜将光束向下引导穿过聚焦透镜到达工件，目前已不常用。常见的是通过灵活的光纤将光束传送到出射头或振镜，从而使激光器远离加工区域。通过同时分光和分时分光技术可将一个激光器出光分配给多个出射头或振镜使用，以降低成本，提高效率。

通常情况下，激光焊接系统通常需要闭路电视视频监控系统CCTV，CCD镜头可以采用与出射头激光光束同轴采集焊接区域的图像，也可以单独布置CCD镜头采用侧方采集图像的方式。十字光标在显示器上以电子方式生成，并和激光焊点中心重合，然后可以通过移动部件来精确定位焊缝的焊接位置，使焊缝的焊接位置(图像)与十字光标对齐。通过激光焊接控制系统控制工件的运动，或者控制扫描振镜的偏转来实现焊接，主要包含焊缝轨迹、激光焊接参数、快门控制和保护气体控制的设置。每种类型的待焊接零件的程序都可以存储在控制系统中，一旦工艺试验确定，切换产品几乎不需要再做调整。

通常气密封装焊接熔深控制在0.3~ 1.5mm，具体取决于壳体、盖板的尺寸、封装连接方式和材料的配置。由于激光能够聚焦到非常精确的位置，因此部件的热影响区可以控制在较小的范围。同时，激光也会发生反射损失，特别是在铝、铜和金等高反材料中。高反材料初始焊接阶段反射损失很高，但材料随着表面温度的上升逐渐形成熔池，熔化状态的材料激光吸收率比固态高几倍到数十倍，可以顺利完成焊接。

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焊接工艺

在激光封焊之前，一般都需要将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小时，所以烘箱的容积需要和激光封焊的生产效率提前进行匹配。当烘烤完成时，将烘箱内充满惰性气体以平衡内外压差，将零件转移到手套箱主箱体中，进一步组装或立即进行激光焊接。

将零件装夹在焊接夹具中，并根据产品启动相应的焊接程序。夹具可以是一个矩阵，以便容纳多组零件，提高焊接效率。在进行缝焊之前，复杂的零件通常需要进行点焊，将盖板固定到位。焊接周期可以持续几秒钟到几分钟，具体取决于焊缝的长度和焊接的零件数量。

焊接工艺设计，还要根据盖板和壳体的材料熔点、厚度、镀层、焊缝大小等确定使用的激光光斑大小，根据散热能力和材料反射率，确定光斑的偏向比例，一般光斑覆盖焊缝后要偏向散热性好、反射率高的材料，从而使两种材料达到热平衡，保证良好的焊接效果。

总结

气密封装激光焊接技术设计一般都依赖于实际经验的不断积累，设计人员在进行产品设计时，要根据不同的产品要求来选择不同的材料和镀层，并确定连接结构，充分发挥出激光焊接的速度、可靠性和灵活性等优势。