المعلمات النموذجية لليزر في لحام رقائق النحاس الرقيقة
لحام الليزر لرقائق النحاس الرقيقة هو عملية متقنة تتطلب تحكمًا دقيقًا في معلمات الليزر نظرًا لانعكاسية النحاس العالية والتوصيل الحراري. توضح هذه المقالة إعدادات الليزر الشائعة المستخدمة في لحام رقائق النحاس التي يتراوح سمكها عادةً من حوالي 50 إلى 500 ميكرومتر.
طول موجة الليزر ومصدر الليزر
تتمتع ليزرات الأشعة تحت الحمراء التقليدية (حوالي 1000 نانومتر من الطول الموجي) بمعدلات امتصاص منخفضة في النحاس (حوالي 5-6٪)، مما يجعل لحام الرقائق الرقيقة أمرًا صعبًا. في المقابل، توفر ليزرات الديود الزرقاء التي تعمل بالقرب من 445-450 نانومتر امتصاصًا أعلى بكثير (~ 60-65٪)، مما يتيح اقترانًا فعالًا للطاقة وانصهار رقائق النحاس. تعتبر الليزرات الخضراء عند حوالي 515-532 نانومتر فعالة أيضًا، حيث توفر امتصاصًا أفضل وتحكمًا في إدخال الحرارة مقارنة بليزرات الأشعة تحت الحمراء.
طاقة الليزر
بالنسبة للحام رقائق النحاس الرقيقة، تتراوح مستويات الطاقة عادةً من 50 إلى 300 واط باستخدام ليزرات الديود الزرقاء. أظهرت الدراسات أن استخدام حوالي 200 إلى 275 واط يكفي للحام الرقائق التي يصل سمكها إلى 500 ميكرومتر. يعني التحسن في الامتصاص باستخدام الليزرات الزرقاء أنه يمكن للطاقة الأقل تحقيق اختراق كامل مع تشوه حراري أقل.
سرعة اللحام
تختلف سرعات اللحام اختلافًا كبيرًا اعتمادًا على سمك الرقاقة وطاقة الليزر، ولكنها تتراوح بشكل عام بين 1 مم / ثانية و 100 مم / ثانية. على سبيل المثال، تم تحقيق لحام ثقب المفتاح واللحام بالتوصيل المستقر للنحاس بسمك 0.2 مم بسرعات تتراوح من 1 مم / ثانية إلى 5 مم / ثانية باستخدام ليزر أزرق بقدرة 200 واط. كما أن السرعات الأعلى التي تبلغ عدة مئات من مم / دقيقة ممكنة أيضًا في الأنظمة المحسنة.
حجم بقعة الشعاع والتركيز
تتراوح أقطار بقعة شعاع الليزر النموذجية للحام رقائق النحاس من 50 إلى 200 ميكرومتر، مما يتيح منطقة متأثرة بالحرارة ضيقة وتقليل التلف الحراري. يضمن الحفاظ على الموضع البؤري الدقيق حوض انصهار مستقر وجودة لحام متسقة.
وضع الليزر وتعديل الطاقة
تُستخدم ليزرات الموجة المستمرة (CW) بشكل شائع، ولكن يمكن أن يؤدي خرج الليزر المعدل أو النبضي إلى تحسين جودة اللحام عن طريق التحكم في إدخال الحرارة وتقليل العيوب. يسهل التعديل السريع لطاقة الليزر الأزرق في غضون أجزاء من الثانية التكيف مع اختلافات حالة السطح، مما يقلل من تكوين الأكسيد والتناثر.
غاز التدريع
تُستخدم الغازات الخاملة مثل الأرجون أو النيتروجين كغازات تدريع لمنع الأكسدة أثناء اللحام، مما يضمن خطوط لحام نظيفة وسلسة.
ملخص للمعلمات النموذجية
| المعلمة | النطاق النموذجي | ملاحظات |
|---|---|---|
| طول موجة الليزر | 445 - 450 نانومتر (ليزر ديود أزرق) | امتصاص عالي، انصهار فعال |
| طاقة الليزر | 50 - 275 واط | يعتمد على سمك الرقاقة |
| سرعة اللحام | 1 - 100 مم / ثانية | متغير حسب الطاقة والرقاقة |
| حجم بقعة الشعاع | 50 - 200 µm | ضيق للحام الدقيق |
| وضع الليزر | موجة مستمرة، معدلة | يحسن التعديل الاتساق |
| غاز التدريع | أرجون، نيتروجين | منع الأكسدة |
مزايا استخدام ليزرات الديود الزرقاء
تعمل الليزرات الزرقاء على تحسين استقرار العملية وجودة اللحام بشكل كبير عند العمل مع رقائق النحاس الرقيقة. يؤدي امتصاصها الأعلى إلى اقتران أفضل للطاقة والانصهار، مما ينتج عنه خطوط لحام ذات قوة ميكانيكية وتوصيل كهربائي ممتازين. علاوة على ذلك، تقلل الليزرات الزرقاء من التشوه الحراري والمناطق المتأثرة بالحرارة، مما يؤدي إلى جودة سطح عالية مع الحد الأدنى من التناثر وتكوين الأكسيد. تعتبر هذه الميزات بالغة الأهمية للموصلات الكهربائية ومكونات البطاريات وتطبيقات الصفائح الرقيقة.
الخلاصة
يتم أداء اللحام بالليزر لرقائق النحاس الرقيقة على أفضل وجه باستخدام ليزرات الديود الزرقاء أو الخضراء نظرًا لخصائص الامتصاص الفائقة في النحاس. يتيح تحسين المعلمات الرئيسية مثل طاقة الليزر (50-275 واط)، وسرعة اللحام (1-100 مم / ثانية)، وحجم بقعة الشعاع (50-200 µm)، والحفاظ على غاز التدريع المناسب، إجراء لحامات خالية من العيوب وعالية الجودة مع الحد الأدنى من التلف الحراري. تستمر التطورات المستمرة في تكنولوجيا ليزر الديود الأزرق في توسيع التطبيقات والموثوقية في لحام رقائق النحاس، وهو أمر بالغ الأهمية لصناعات مثل الإلكترونيات وتصنيع البطاريات.
يوفر هذا الدليل الموجز مرجعًا عمليًا للمهندسين والفنيين الذين يهدفون إلى استخدام اللحام بالليزر على مواد النحاس الرقيقة باستخدام مصادر الليزر الحديثة.