影响激光清洗的因素

激光清洗，在锂电池组装中，已经是一个不可缺少的工序，特别是在密封钉的封口焊接中，是决定密封钉焊接好坏和稳定的决定性因素。

清洗，顾名思义，主要作用是清洗杂质或污染物。那么激光清洗到底是怎么样发挥它的作用的呢？
在传统的清洗方式，多采用溶剂清洗和超声波清洗法，但溶剂清洗无法完全清除电池注液时残留的电解液，超声波容易对电池造成损伤。
激光为什么能够用来清洗？为什么对被清洗物体不会造成损害呢？
简单来说，激光器产生稳定且适合的激光，而激光通过聚焦之后，对被加工件表面，进行激光烧蚀（激光清洗学名）或光烧蚀，通过用激光束照射从固体（或有时为液体）表面去除材料的过程。
在低激光通量下，材料被吸收的激光能量加热并蒸发或升华。在高激光通量下，材料通常会转换为等离子体。
通常，激光烧蚀是指用脉冲激光去除材料，但是如果激光强度足够高，则可以用连续波激光束烧蚀材料。
吸收激光能量的深度以及单个激光脉冲去除的材料量取决于材料的光学特性以及激光波长和脉冲长度。
每个激光脉冲从靶标烧蚀的总质量通常称为烧蚀率。激光束扫描速度和扫描线覆盖率等激光辐射特征会显着影响烧蚀过程。
对于锂电池，随着激光技术的发展激光清洗技术诞生，经过大量测试，激光清洗被证明是目前除污清洗最佳方法，现在锂电池生产中已大量使用。

锂电池注液口的清洗中，基底材料为金属铝以及其他的参杂金属，需要清洗的污染物为电解液、DMC、其他污染物等，当这些物质黏附在注液口位置时，厚度尺寸在几十纳米到几百微米之间，若不及时去除这些污染物，则在后续的密封焊接时，容易产生炸点、黑斑等不良现象。

为了确保在后续的焊接中，提高生产的良率以及焊接的品质，在清洗作业前需要弄明白一些激光的相关参数以及这些参数带来的影响，才能确保清洗效果。而对清洗有主要影响的参数包括：激光能量密度、激光波长、脉冲宽度、脉冲次数、激光入射角等。

1.激光能量密度

激光能量密度是激光清洗中最重要的一个参数。激光能量密度是一个精确的数据，它的取值范围在一个狭小的空间中。激光能量密度是单位是J/cm2（焦每平方厘米)，激光能量刚刚能清除污染物的阈值叫清洗阈值，激光能量刚刚损伤基底材料的阈值叫损伤阈值，激光能量密度需处在清洗阈值和损伤阈值之间，最佳取值为损伤阈值的80%。
有研究人员做过一个实验，目的是为了确定清洗阈值和损伤阈值。利用波长为248nm的准分子激光器对半导体抛光硅片上的微粒进行清洗，微粒主要是直径1微米左右的三氧化二铝。选择脉冲宽度30nm，频率5hz，实验过程中不断调高频率，随着频率不断提升，从5hz-30hz，激光能量从0-350mj/cm2，清洗效率不断上升，当超过30mj/cm2时候，有清洗效果，当激光能量密度超过350mj/cm2时，基底材料就会损伤，所以清洗阈值为30焦每平方厘米，损伤阈值为350焦每平方厘米。

2.激光波长

不同的激光波长只对不同的材料起作用，要先确定电池注液口上的污染物是什么，然后选择污染物吸收最强的激光波长。
不同的激光波长对导体、半导体、绝缘体差异非常显著，如果同为绝缘体，但是不同的材料，则它们吸收峰值接近但不相同。根据激光波粒二象性原理，激光波长越长，越容易发生衍射，波长越短，材料对激光的吸收率越高，清洗效率也越高。

为了验证不同波长对清洗的影响，研究人员做了一个简单小实验。用激光清洗石英基底上的铜微粒、硅树脂混合物，分别采用波长为248nm的准分子激光器、波长为1064nm的YAG激光器、波长为352nm的YAG激光器，波长为355nm的YAG激光器，测试得到波长为248nm的激光清洗阈值为20mj/cm2，波长为355nm的激光清洗阈值为92mj/cm2，波长为532nm的激光清洗阈值为122mj/cm2，波长为1064nm的激光清洗阈值为540mj/cm²。可见清洗阈值随着激光波长的增大而增大。

3.脉冲宽度

也叫脉冲持续时间，是激光脉冲上升和下降到它10%峰值功率点之间的时间间隔，单位为s。
脉冲宽度影响材料的热扩散深度和作用时间，它对瞬时温度影响较大。脉冲宽度越小，微粒获得的加速度越大，微粒越容易清除。微粒的加速度与脉冲宽度的平方成反比，脉冲宽度小二分之一,激光能量增加4倍，脉宽越短，能量越容易聚集。

4.脉冲次数

一个激光脉冲所辐射的能量叫脉冲能量，单位为j。
脉冲次数 对清洗效果影响巨大，开始清洗时，清洗效率随着脉冲次数增加而增加，但脉冲次数有一个饱和值，后面的清洗效率降低，脉冲达到一定量后不再具有清洗效果。在清洗过程中50%的时间清洗90%的污染物，50%的时间清洗剩余的10%的污染物。

5.激光入射角

在激光清洗过程中，激光光斑面积和能量不变的情况下，增大激光入射角、清洗效率会显著提高。
激光垂直入射时，若微粒对激光不透明，微粒正下方会被遮盖，不能被激光直接照射，增大入射角，
可以让激光束之间照射微粒，从而在微粒和基底的交界面发挥作用。入射角的指导原则是激光直射基底材料和污染物的接触点，入手角度选择10-90度都可以。

6.清洗的速度

速度越快，能量密度减小，速度降低，能量密度增加。