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摘要：激光微焊接技術在近年來的發展炙手可熱，被廣泛應用在一些高精密器材的焊接上，是國內外院校和企業的研究熱點。為了研究激光微焊接專利技術在國內外的發展情況，筆者對激光微焊接領域的全球專利申請數據進行檢索和統計分析，中文數據庫選擇中國專利摘要數據庫（CNABS），外文數據庫選擇德溫特世界專利索引數據庫（DWPI）和世界專利文摘數據庫（SIPOABS），從而獲得進行統計分析的專利樣本，檢索時間截止到 2020 年 8 月 10 日。本文對激光點焊微連接技術領域的專利申請進行分析，從國內外專利申請量、申請人的分布等多方面統計分析，闡述了激光點焊微連接技術領域的專利申請發展趨勢，追蹤了激光點焊微連接技術領域的發展脈絡，對其技術方向和技術手段的發展脈絡進行了梳理。

1.激光微焊接技術專利全球申請量趨勢分析

激光微焊接的專利申請最早出現在 20 世紀 70 年代，相距 1960 年第一束激光被人類科學家獲得、世界上第一臺激光器誕生，只有十余年的時間，這說明自激光器產生以來，其應用的領域發展是很快的，雖然當時的申請量極少。在 2000 年之前，激光微焊接方面的國外專利申請量一直處于低速發展階段，每年的申請總量基本保持平穩狀態，增量極少。2000 年之后，國外的申請總量保持穩步增長，進入穩步發展階段。由于我國的《專利法》實施時間較晚，在《專利法》實施之后，國內相繼出現了激光微焊接方面的專利申請，并且在 2008 年之后，國內在激光微焊接領域的專利申請量大幅增長，申請量遠超國外在該領域的專利申請量，激光微焊接技術在國內呈現蓬勃發展的趨勢。（1）萌芽期（1987 年之前）在 1977 年，專利 JPS5454937A 便公開了一種激光微焊接技術，在 1987 年之前，該技術發展處于萌芽期，總體申請量較少。（2）低速增長期（1988~1995 年）由圖 1 中可以看出，在 1988~1995 年之間，關于激光微焊接的專利申請量一直處于低速發展階段，申請總量保持平穩。（3）平穩增長期（1996 年之后）由圖 1 中可以看出，在 1996 年之后，關于激光微焊接的專利申請量處于平穩增長期，申請總量保持平穩。激光微焊接領域的申請國較為集中，主要集中在中國、美國、歐洲、日本、德國，其他國家所占申請量比例極小。申請量排名前十的申請人分別為：江蘇大學、大族激光科技產業集團、SCIMED LIFE、SYSTEMS INC、電子科技大學、華南理工大學、哈爾濱工業大學、蘇州潤昇精密機械有限公司等，中國近年來的申請人相對于國外的較多，在排名前 10的申請人多數為中國申請人。

2.激光微焊接領域專利技術發展路線

在檢索分析過程中發現專利庫中有關激光微焊接的申請主要集中在醫療器件和電子器件兩個領域，而醫療器件又集中在鈦鎳形狀記憶合金和不銹鋼材料的微焊接，因此，下面就加工對象中的醫療器件和電子器件兩方面的激光微焊接進行技術發展路線的分析。

2.1 激光微焊接技術在醫療器件焊接中的技術發展

1996 年 DE19634245A1 提及了采用激光微焊接的方式焊接醫療用血管支架，血管支架具有圓柱形管狀形狀，并且在保持固定在適當位置時，通過塑性變形擴展到其功能直徑，并被送入血管腔中。支架的主體包括彼此相鄰并平行定位的多個圓形線帶，通過在不同位置進行激光微焊接形成激光焊接點將條帶連接在一起。當向主體施加徑向力時，支架會變形以產生在焊接點處接合的格子狀結構。1998 年專利文獻 US6036725A 提及了另外一種采用激光微焊接制造血管支架的方法，焊接的支架（10）包括曲折線（12），其端部（32，34）被焊接（36）在一起以形成管狀形狀（14）。等距分布的矩形薄板（16）沿支架周向放置，并在 2 個位置（38，40）焊接到金屬絲上。當支架擴張以在它們之間留下間隙（22）時，這些板沿徑向運動，這些板具有抗凝結涂層。針對網狀鏤空結構的支架，在國內外均嘗試使用激光進行切割或雕刻以形成網狀鏤空結構，但使用該方法制備出的支架脆性大、柔韌性差，且由于成本和管材制備技術的限制，難以制造更細或者更復雜的支架。針對該問題，太原理工大學的專利申請 CN108213704A 通過在圓柱形模具上固定NiTi 形狀記憶合金絲；然后將裝配有 NiTi 形狀記憶合金絲的圓柱形模具固定在激光器的工作平臺上，將接觸點的一側水平朝上放置，惰性氣體保護下啟動激光器，依次對一側的接觸點進行激光微連接，然后調整圓柱形模具的方向，將未進行激光微連接的另一側接觸點水平朝上放置，啟動激光器，依次對另一側的接觸點進行激光微連接。其針對微小尺寸的人體血管支架，通過飛秒激光微連接技術將 Ni Ti 形狀記憶合金絲加工成鏤空支架的技術。在飛秒超快激光下，材料的連接通過原子共振產熱的形式進行原子間的連接，沒有熔化金屬，接頭表面均勻光滑，成型良好。

2.2 激光微焊接技術在電子器件焊接中的技術發展

1977 年 JPS5454937A 提出了一種激光微焊接方法，其通過在兩個部分的激光束焊接中，可以將激光束沿深度方向引導或轉移到另一個方向，以獲得更好的焊接效果。由于光束直徑大，激光焊接工藝對于焊接微零件非常有效。隨著接頭處的焊接熔深的增加，焊接強度也增加，從而防止了在后期熱處理過程中出現烘烤裂紋。此外，當基礎材料是純鐵和高碳鐵時，純鐵比高碳鐵熔化的更多，因此碳被充分稀釋，這提供了更好的附著力，因此提高了質量。2007 年專利申請 CN101053995A 提出了一種熱塑性塑料的微焊接方法，根據焊接輪廓線的形狀調整激光二極管陣列的位置，使激光二極管陣列產生的激光束與焊接輪廓線形狀完全相同，激光源發出的光束經分光系統分為等強度的多束光，激光波長為 800nm~1064nm，然后每束光經光纖傳輸到激光二極管陣列，經激光二極管陣列垂直照射全部的焊接線，對整個焊接輪廓線同時加熱，從而把兩個重疊的熱塑性塑料制品焊接在一起。這種焊接方式加工時間短、激光束與待焊接零件之間不需要做任何相對移動、熱變形量小、適合大批量生產，克服了掃描焊接中焊接線的熱變形量不均勻性。2008 年專利申請 CN201002157Y 提出了一種用于電子封裝微釬焊的基于振鏡掃描的選擇性激光微釬焊系統，其通過在兩路激光光路中分別設置一個反饋式掃描振鏡，經過兩個反饋式掃描振鏡的激光通過同一個 F-θ 鏡聚焦在工件表面，從而實現了大面積微點的瞬時焊接。

2.3 激光微焊接技術在提高接頭焊接性能上的改進分析

2008 年江蘇大學的專利申請 CN101239418A 提出了一種飛片驅動式激光微焊接方法及裝置，其適用于同種和異種金屬材料間的快速焊接，利用計算機精確控制的單脈沖激光作用于飛片正面，產生爆炸等離子體，等離子體驅動飛片高速運動的同時帶動貼緊在飛片背面的工件一起高速運動，飛行一段距離后工件與基體碰撞，在碰撞界面產生高溫高壓，實現工件與基體之間的焊接。該專利將激光誘發應力波和飛片技術融入微焊接工藝，確保微焊接后工件的表面質量，能夠對塑性相同或不同的材料進行焊接，也適用于不同材料間的微焊接，解決了常規微焊接方法容易損傷工件的問題，也實現了微器件焊接的低成本和高效率，工藝簡單，一致性好，適于自動化生產。2016 年大族激光科技產業集團股份有限公司的專利申請 CN106735894A 提出了一種金屬微焊接方法，將納秒級激光器或微秒激光器搭配高速掃描振鏡頭，高速掃描振鏡頭控制激光對鋁合金板與不銹鋼板進行掃描焊接，使鋁合金板與不銹鋼之間形成焊點，焊點根部呈“齒”狀嵌入鋁合金板內；其中，所述高速掃描振鏡頭采用螺旋漸進高速掃描方式：用螺旋的方式繞中心點掃描一圈形成焊點，焊點根部呈“齒”狀嵌入鋁合金板內。利用納秒級激光器或微秒激光器脈沖寬度極短，能量較低的優勢，同時采用高速掃描方式，以精確控制熱輸入來減小鋁合金板與不銹鋼板之間（Fe，Al）金屬間化合物的生成，避免焊縫產生微裂紋。同時焊點根部呈“齒”狀嵌入鋁合金板內，（Fe，Al）金屬間化合物沿著“齒”根間斷分布，尺寸也變小，裂紋較傳統焊接方式明顯減少，焊接強度明顯提高。同時，為了提高鎳鈦合金的焊接質量，寶雞文理學院的專利申請 CN109570762A 提出了一種鎳鈦形狀記憶合金與不銹鋼異質接頭連接方法，在鎳鈦形狀記憶合金與不銹鋼間加入兩層中間層焊料，并通過兩次焊接完成，所述的兩層中間層焊料為 V 金屬層與 Nb 金屬層，其中不銹鋼與 V 金屬層結合界面為界面 1，V 金屬層與 Nb 金屬層結合界面為界面2，Nb 金屬層與鎳鈦形狀記憶合金結合界面為界面 3，第一次焊接時，焊接熱源焦點位于不銹鋼上，第二次焊接時，焊接熱源焦點位于 V 金屬層上，其產生的熱量經過 Nb 金屬層傳導到界面 3 時，高于 Nb 金屬層與鎳鈦形狀記憶合金的共晶反應溫度，且靠近界面 3 附近有未熔化 Nb 金屬層，并且經熱傳導到界面 3 的溫度高于 Nb/NiTi 共晶溫度；最終在界面 1 和界面 2 處形成熔化焊焊縫，而在界面 3 處形成接觸反應釬焊焊縫。

3.結語

從國內外申請總量的逐年變化趨勢可以看出，雖然國內在激光微焊接技術方面的起步較晚，但國內近幾年的申請總量較國外申請更高，并且申請量排名前十的申請人中，基本上都是專門從事激光加工方面的公司、科研院所，個人申請極少。國外申請中申請量排名前十的申請人中多為日本公司和美國公司。此外，通過激光微焊接技術重要技術分支的技術發展的分析可見，隨著激光微焊接技術逐步發展成熟，專利申請的聚焦點多在如何提高微焊接接頭性能，如采用控制激光輸出能量、激光掃描軌跡、添加中間層，技術改進的趨勢愈加明顯。

作者：李遠遠 顏敏 單位：國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心