工艺者说 | 双光束（环形光斑）激光器在IGBT激光焊接的应用

随着全球对环保和可持续发展的日益关注，新能源汽车行业逐渐成为全球汽车产业的一大重心。新能源汽车具有节能、减排、环保等优势，符合未来绿色出行的发展趋势。在政府政策的大力推动下，新能源汽车行业正迎来前所未有的黄金发展期。

在新能源汽车中，动力电池、电机、电控系统是最重要的核心部件，激光焊接则是这些核心部件的重要工艺。除此之外，车辆电气化还需要额外的电气部件，如逆变器、控制箱和配电装置，这其中也包含了车辆电控系统中的重要成员——IGBT。光纤激光器使部件间连接器和汇流条的焊接能够满足至关重要的电气性能要求，同时还提供了很高的生产速度、很好的可靠性和自动化便利性。

方案概述

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种功率半导体器件，通过在双极型晶体管的基础上结合而成的器件。IGBT激光焊接在新能源汽车电气部件的重要工艺，优势独特，但其难点在于需要在多个技术领域有所突破，包括控制技术、温度管理、稳定性和可靠性等方面。

针对IGBT焊接的痛点，宝辰鑫激光深入研究，聚焦发力，并寻找到最佳的一体化激光焊接解决方案，致力于实现高效、高质量的激光焊接应用。

△焊接方式示意图

应用配置

宝辰鑫针对新能源焊接上有多种方案的工艺选型，IGBT焊接采用DBW环形光斑激光器，外环具有加热清洗母材作用，内环进行深熔焊接，能有效抑制飞溅，得到更高的焊接质量；此外，还具有高功率、高效率、高可靠性的特点，使用寿命长；紧凑，而且扩展了一系列信号接口，实现简易的人机交互。振镜焊接头实现高速扫描焊接，大大提高焊接效率。

应用测试

为了达到最佳的配置方案，我们以0.5mm+0.8mm样品进行测试，从激光功率、焊接速度、焦量等因子出发，得出了符合客户指标要求的测试结果：

在内外环功率测试中，工程师在设定好焊接速度、抖动间距、抖动幅宽、离焦量等定量指标后，开始进行梯度的内外环功率测试，最终得出一个最优的焊接效果：

-焊接完成时间：0.6s

-有效熔深1：0.40mm，有效熔深2：0.57mm

-有效熔宽1：1.30mm，有效熔宽2：2.15mm

-焊缝宽度1：1.45mm，焊缝宽度2：1.84mm

-拉拔力：1629N， 剪切力：3613N

应用数据

经过DOE测试，在焊接内外环功率、速度、离焦量等若干因子中找到最为合适的参数，得到数据分析结果如下：

△焊接外观展示1

△焊接外观展示2

△金相数据图1

△金相数据图2

△拉拔力数据：1629N

△剪切力数据：3613N

通过测试数据以及焊接产品外观，我们发现：

-焊缝饱满，熔池无气孔

-满足过流面积要求

-焊缝表面无炸点，无发黑现象

-激光起始、中部、收尾处熔池形貌稳定

IGBT焊接作为一种高效、环保的金属焊接技术，具有以下优势：

-高质量、低电阻的连接

激光焊接以最小的热输入得出高质量的焊接接头，优化提高了产品的电性能，更适用于铜、铝合金等各种金属材料焊接。

-高产量和吞吐量

激光焊接效率高，焊接速度快，且易于自动化集成，上传关键焊接参数，便于实时监控、调整数据。

-工装简单化

激光焊接单侧接入，极大降低PDU、逆变器等电气部件焊接时的复杂度和工装要求。

随着新能源行业的快速发展和技术进步，IGBT焊接具有巨大的市场潜力，应用前景非常广阔。未来，IGBT将继续发挥重要作用，推动新能源行业的发展。