科普:微电子行业必不可少的激光锡焊

科普:微电子行业必不可少的激光锡焊,第1张

随着电子元器件的精、薄、短、小、差异化发展,传统的工艺已经越来越无法满足超细小化电子基板、多层化的点状零件焊接需求。激光锡焊以「非接触焊接、无静电、可实时质量控制」等技术优势逐渐成为弥补传统焊接工艺不足的新技术,并得到了行业的广泛应用。随着市场的要求更多,激光锡焊技术也为电子产业带来更多的发展空间。

激光锡焊原理是利用激光作为加热光源,传输光纤与激光焊接头相互配合,将激光聚焦于焊接区域,激光辐射能转换成热能,熔化锡材,完成焊接。

激光焊接按照锡料状态分为锡膏、锡丝以及锡球激光焊。相比传统波峰焊、回流焊、手工烙铁锡焊等锡焊工艺, 激 光 锡 焊  的 激 光 光 源 主 要 为 半 导 体 光 源(808-980nm)。由于半导体光源属近红外波段,具有良好热效应,其特有的光束均匀性与激光能量的持续性,对焊盘的均匀加热、快速升温效果显著,具有焊接效率高、焊接位置可精确控制、焊点一致性好等优势, 非常适合小微型电子元器件、结构复杂电路板及 PCB 板等微小复杂结构零件的精密焊接。

电子行业是国家战略性发展产业,时下,消费电子行业存量市场空间依然非常大;一方面,个人电脑、平板电脑、智能手机都已经开始进入红海的竞争格局,随之而来的将是各自产品在技术创新上的突破,从而带来新的技术应用和工艺变革。另外,随着技术进一步的创新,在消费电子领域也涌现出一批新产品。如智能手表、智能手环为代表的可穿戴设备、AR/VR、消费无人机等,这些新兴的消费电子产品发展迅猛。

锡联万物。当下,市场正朝着纵向数量的增长和横向应用领域的扩展,随之而来的是市场对电子元器件需求的增长, 锡焊是其生产工艺中必不可少的环节, 因此,包括上游产业链也相继寻找激光锡焊工艺解决方案。相信激光锡焊在目前及未来很长的时间将会有惊人的爆发式增长和较为庞大的市场体量。

1.激光锡膏焊

激光锡膏焊是以激光为热源加热锡膏融化的激光焊接技术。通过将锡膏涂覆在焊盘上,采用激光加热将锡膏熔化然后凝固形成焊点, *** 作比较简单。但由于锡膏是由小颗粒锡珠组合成,在激光光斑作用的边缘由于热量较低导致部分锡珠没有完全熔化而形成残留,对电路板有造成短路的风险,因此,激光锡膏焊尽量采用防飞溅锡膏以避免飞溅的锡珠造成短路。

激光锡膏焊一般应用在微小型的精密零件、工件的加固以及预上锡方面,此外,也适用于电路导通焊接,对于柔性电路板的焊接效果非常好,比如塑料天线座,因其不存在复杂电路,通过锡膏焊往往能达到不错的效果。

2.激光锡丝焊接

激光预热焊件后,自动送丝机构将锡丝送到指定位置后,激光将低于焊件的焊料熔化完成焊接。

激光送丝焊接具有结构紧凑、一次性作业的特点,焊点饱满,与焊盘润湿性好,尤其适合PCB电路板、光学元器件、声学元器件、半导体制冷元器件等集成电路板及其单一电子元器件锡焊。

联赢激光自主研发的 PCB 锡焊倒挂焊接台 是专为 SMT 行业相关 PCB 板激光送丝锡焊工序定制,既支持上下游工序设备的无缝衔接自动生产,也支持手动人工上下料,实现焊接工位的精确快速定位和激光功率的稳定输出,送锡精准且与激光加热协调运作。该设备整机效率高、维护少、焊点质量牢固可靠、成形美观,能帮助客户有效提高焊接质量及效率。

另外,UW这里也要提醒大家, 材料预热、送丝熔化及抽丝离开三个步骤的精准实施是决定激光送丝焊焊接是否完美的关键点。 比方说,预热 PCB 焊盘时,温度一定要严格控制,温度高会对 PCB 焊盘及现有电子元件造成损伤,温度低无法起到预热效果。送丝和离丝速度要快,送丝速度慢,会产生激光烧灼 PCB 的现象,离丝速度慢则会出现多余焊丝堵住送丝嘴的现象。

3. 激光锡球焊

激光锡球焊分为喷球焊接和植球焊接,是一种全新的锡焊贴装工艺。这种工艺的主要优点是能实现极小尺寸的互连,熔滴大小可小至几十微米。能将容器中的锡球通过特制的单锡珠分球系统转移至喷射头,通过激光的高脉冲能量,瞬间熔化置于喷射头上的锡球,再利用惰性气体压力将熔化后的锡料,喷射到焊点表面,形成互联焊点。

由于锡球内不含助焊剂,激光加热熔融后不会造成飞溅,凝固后饱满圆滑,对焊盘不存在后续清洗或表面处理等附加工序。且锡量恒定,分球焊接速度快、精度高, 尤其适合高清摄像头模组及精密声控器件、数据线焊点组装等细小焊盘及漆包线锡焊。

联赢激光自主研发的锡球喷射焊接台采用双工位工作模式,最大限度利用锡球出射头提高焊接效率, 出球速度最快达 3 球/s 。焊接部分搭载直线电机结合送料研磨模组实现短距离平稳启停、长间距快速响应。高标准的重复定位精度保证产品焊接一致性、稳定性。此外,该设备 *** 作简便,焊接过程中无需工具接触,避免了工具与器件表面接触而造成器件表面损伤, 满足精密电子元器件焊接要求的同时,能帮助客户极大程度提高产能。

时下,国内微电子企业PCB、FPCB板主件、晶振元件、倒装芯片等制造过程已经越来越多地使用激光锡焊。具体表现在微电子封装和组装中,激光锡焊已经用于高密度引线表面贴装器件的回流焊、热敏感和静电敏感器件的回流焊、选择性再流焊、BGA 外引线的凸点制作、Flip chip 的芯片上凸点制作、BGA 凸点的返修、TAB 器件封装引线的连接、摄像头模组、VCM音圈马达、CCM、FPC、连接器、天线、传感器、电感、硬盘磁头、扬声器、喇叭、光通讯元器件、热敏元件、光敏元件等传统方式难以焊接的产品上。

在锡焊领域,联赢激光将同轴温度反馈、异形光斑等核心技术应用到其中,拥有激光锡焊实验平台能力、激光锡焊焊后检测能力及DOE验证能力,拥有锡膏焊接头、锡球焊接头、锡丝焊接头、温控仪、送丝机、点胶阀、锡丝(0.3-1.2mm)、锡球(0.1-2.0mm)、锡膏(低、中、高温)等激光锡焊专用焊接部件,并积累大量应用案例。

目前,联赢激光锡焊设备及相关解决方案已广泛应用到汽车制造、消费电子、光通讯、五金家用、航天航空、传感器等行业。

作为智能激光焊接专家,联赢激光自创立以来,始终坚持从实际产业需求出发,紧紧围绕激光焊接开发系列设备及自动化产线,经过16年潜心研发与技术积淀,在动力电池、汽车制造、光通讯、锡焊、塑料焊等近三十个应用领域新工艺、新技术层出不穷,能针对客户不同需求,为客户提供量身定制的激光焊接及自动化解决方案。

您好,在回答这个问题之前首先得知道什么是激光熔覆和激光焊接

熔覆工艺:激光熔覆按熔覆材料的供给方式大概可分为两大类,即预置式激光熔覆和同步式激光熔覆。

预置式激光熔覆是将熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位,然后采用激光束辐照扫描熔化,熔覆材料以粉、丝、板的形式加入,其中以粉末的形式最为常用。

同步式激光熔覆则是将熔覆材料直接送入激光束中,使供料和熔覆同时完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入,有的也采用线材或板材进行同步送料。

预置式激光熔覆的主要工艺流程为:基材熔覆表面预处理---预置熔覆材料---预热---激光熔化---后热处理。

同步式激光熔覆的主要工艺流程为:基材熔覆表面预处理---送料激光熔化---后热处理。

按工艺流程,与激光熔覆相关的工艺主要是基材表面预处理方法、熔覆材料的供料方法、预热和后热处理。

激光器工作原理:

激光熔覆成套设备组成:激光器、冷却机组、送粉机构、加工工作台等。

激光器的选用:应用广泛的有CO2激光器,固体激光器。

CO2激光器是应用最广、种类最多的一种激光器,在汽车工业、钢铁工业、造船工业、航空及宇航业、电机工业、机械工业、冶金工业、金属加工等领域广泛应用。约占全球工业激光器销售额40%,北美更高达70%。

1.功率高。CO2激光器是目前输出功率达到最高级区的激光器之一,其最大连续输出功率可达几十万瓦

2.效率高。光电转换率可达30%以上,比其它加工用激光器的效率高得多。

3.光束质量高。模式好,相干性好,线宽窄,工作稳定。

传统的固体激光器通常采用高功率气体放电灯泵浦,其泵浦效率约为3%到6%。泵浦灯发射出的大量能量转化为热能,不仅造成固体激光器需采用笨重的冷却系统,而且大量热能会造成工作物质不可消除的热透镜效应,使光束质量变差。加之泵浦灯的寿命约为400小时, *** 作人员需花很多时间频繁地换灯,中断系统工作,使自动化生产线的效率大大降低。与传统灯泵浦激光器比较,固体激光器(光纤激光器、碟片激光器、二极管激光器)具有以下优点:

(1) 转换效率高:由于半导体激光的发射波长与固体激光工作物质的吸收峰相吻合,

加之泵浦光模式可以很好地与激光振荡模式相匹配,从而光光转换效率很高,已达50%以上,整机效率也可以与二氧化碳激光器相当,比灯泵固体激光器高出一个量级,因而二极管泵浦激光器体积小、重量轻,结构紧凑。

(2) 性能可靠、寿命长:激光二极管的寿命大大长于闪光灯,达

15000小时,泵浦光的能量稳定性好,比闪光灯泵浦优一个数量级,性能可靠,为全固化器件,是至今为止唯一无需维护的激光器,尤其适用于大规模生产线。

(3) 输出光束质量好:由于二极管泵浦激光的高转换效率,减少了激光工作物质的热透镜效应, 大

大改善了激光器的输出光束质量,激光光束质量已接近极限。

(4)速度快、深度大、无变形、熔覆层无夹渣、熔池细腻无气孔。

(5)可以在室温或者特殊的条件下进行工作,比如激光经过磁场之后光束不会发生偏转吗,在真空情况下都能够进行使用,通过玻璃和透明的材料进行熔覆。

(6)可进行薄壁激光熔覆,基体无变形。

但如果熔覆的材料,包括粉末和母材,为高反射材料,则光纤激光器、二极管激光器由于其自身设计的特点,就显得不太适合了,而碟片激光器则比较适合焊接(包括熔覆)、切割反射率比较高的材料。


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