激光錫膏焊接原理是什么？

點(diǎn)錫膏激光焊接已經(jīng)是非常成熟的一項(xiàng)工藝，已經(jīng)有很多的電子產(chǎn)品都是采用激光錫焊的方式進(jìn)行的。那么激光錫焊的原理是什么呢?松盛光電來(lái)給大家介紹分享。

一、基本原理概述

激光錫膏焊接是利用激光作為熱源，通過(guò)對(duì)錫膏進(jìn)行加熱，使其熔化后實(shí)現(xiàn)電子元件與電路板等之間的連接。錫膏在焊接過(guò)程中起到填充金屬的作用，當(dāng)激光能量被錫膏吸收后，錫膏溫度迅速升高達(dá)到熔點(diǎn)并熔化，冷卻凝固后就形成了牢固的電氣連接和機(jī)械連接。

二、能量吸收過(guò)程

激光與材料相互作用

當(dāng)激光束照射到錫膏表面時(shí)，錫膏中的金屬顆粒(主要是錫等成分)對(duì)激光能量有吸收作用。激光的能量被錫膏中的微粒吸收后，通過(guò)熱傳導(dǎo)使錫膏整體溫度升高。不同波長(zhǎng)的激光對(duì)錫膏的穿透深度和吸收效率不同。例如，常用的近紅外激光(如波長(zhǎng)為 915nm 或 1064nm)可以較好地被金屬錫顆粒吸收。

激光光斑大小也會(huì)影響能量的分布。較小的光斑能產(chǎn)生較高的能量密度，適合對(duì)微小焊點(diǎn)進(jìn)行焊接。這就好比用放大鏡將太陽(yáng)光聚焦在一個(gè)小區(qū)域，可以使該區(qū)域的溫度快速升高，激光光斑處的錫膏就類(lèi)似于被聚焦陽(yáng)光照射的小區(qū)域。

三、熔化與流動(dòng)過(guò)程

錫膏熔化

隨著激光能量的持續(xù)輸入，錫膏溫度升高到熔點(diǎn)(錫的熔點(diǎn)約為 231.93℃)。此時(shí)，錫膏從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)。在熔化過(guò)程中，錫膏中的助焊劑也開(kāi)始發(fā)揮作用。助焊劑可以去除焊接表面的氧化物，清潔焊接界面，為錫與被焊接材料之間形成良好的冶金結(jié)合創(chuàng)造條件。

液態(tài)錫膏流動(dòng)

液態(tài)錫膏在表面張力和重力的共同作用下流動(dòng)。表面張力使得錫膏盡量保持在焊點(diǎn)區(qū)域，防止其過(guò)度擴(kuò)散。同時(shí)，重力會(huì)促使錫膏在垂直方向上有一定的鋪展，以填充元件引腳與電路板焊盤(pán)之間的間隙。例如，在焊接表面貼裝元件(SMT)時(shí)，液態(tài)錫膏會(huì)在引腳和焊盤(pán)之間形成均勻的連接層。

四、凝固過(guò)程與焊點(diǎn)形成

冷卻凝固

當(dāng)激光停止照射后，液態(tài)錫膏開(kāi)始冷卻。在冷卻過(guò)程中，錫膏中的液態(tài)金屬原子逐漸失去能量，其運(yùn)動(dòng)速度減慢。當(dāng)溫度降低到熔點(diǎn)以下時(shí)，液態(tài)錫膏重新凝固成固態(tài)，形成焊點(diǎn)。這個(gè)過(guò)程類(lèi)似于水在低溫下結(jié)成冰，原子的排列從無(wú)序的液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行虻墓虘B(tài)結(jié)構(gòu)。

焊點(diǎn)質(zhì)量

凝固后的焊點(diǎn)質(zhì)量取決于多個(gè)因素。首先是錫膏的成分和質(zhì)量，優(yōu)質(zhì)的錫膏能夠保證焊點(diǎn)有良好的機(jī)械強(qiáng)度和電氣性能。其次是焊接過(guò)程中的參數(shù)，如激光功率、焊接時(shí)間等。合適的激光功率可以使錫膏充分熔化而不過(guò)熱，合適的焊接時(shí)間能確保錫膏熔化和凝固過(guò)程的順利進(jìn)行，從而形成高質(zhì)量的焊點(diǎn)，保證焊接的可靠性和穩(wěn)定性。

激光錫膏焊接的應(yīng)用

電子制造領(lǐng)域

印刷電路板(PCB)焊接：在 PCB 制造中，可實(shí)現(xiàn)高精度焊接小尺寸焊點(diǎn)，能達(dá)到較小的焊接間距和較高的焊接密度，提高電子設(shè)備的集成度，比如手機(jī)、電腦等電子產(chǎn)品的 PCB 板上的各種微小電子元件的焊接。

電子元件封裝：對(duì)微芯片引腳進(jìn)行精確焊接，大大提高了微電子封裝的可靠性和穩(wěn)定性，確保芯片與引腳之間的良好電氣連接和機(jī)械固定，保障電子產(chǎn)品的高性能和長(zhǎng)壽命。

消費(fèi)電子產(chǎn)品制造：廣泛應(yīng)用于攝像頭模塊、VCM 音圈電機(jī)、CCM、FPC、連接器、天線(xiàn)、傳感器、電感器、硬盤(pán)磁頭、揚(yáng)聲器、光通信元件、熱敏元件、光敏元件等精密電子元件的焊接，如藍(lán)牙耳機(jī)中的耳機(jī)芯片、線(xiàn)圈、電容等的焊接，以及手機(jī)天線(xiàn)的焊接，能夠滿(mǎn)足消費(fèi)電子產(chǎn)品不斷向小型化、高性能化發(fā)展對(duì)焊接技術(shù)的嚴(yán)格要求。

汽車(chē)制造領(lǐng)域

汽車(chē)電子控制單元(ECU)制造：能實(shí)現(xiàn)對(duì)電子元件的快速、精確焊接，提高汽車(chē)電子制造的效率和質(zhì)量，確保 ECU 的可靠性和穩(wěn)定性，從而保障汽車(chē)的整體性能和安全性。

汽車(chē)電子設(shè)備維修與更換：可對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行精確修復(fù)，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，降低維修成本，對(duì)于汽車(chē)中一些復(fù)雜的電子系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí)具有重要意義。

新能源汽車(chē)零部件制造：在新能源汽車(chē)的 DCDC 轉(zhuǎn)換器等核心部件的生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用，其高精度、高效率和優(yōu)秀的焊接質(zhì)量，能夠滿(mǎn)足新能源汽車(chē)對(duì)電氣系統(tǒng)可靠性的嚴(yán)格要求。

航空航天領(lǐng)域

航空電子設(shè)備制造：用于飛機(jī)上的各種精密電子儀器、設(shè)備的焊接，如飛行控制系統(tǒng)、通信導(dǎo)航系統(tǒng)等中的電子元件焊接，保障航空電子設(shè)備在復(fù)雜的飛行環(huán)境下的高可靠性和穩(wěn)定性。

航天器零部件制造：在航天器的電子部件、傳感器等的制造和組裝中，激光錫膏焊接能夠滿(mǎn)足其對(duì)焊接精度和質(zhì)量的極高要求，確保航天器在太空環(huán)境中的正常運(yùn)行。

醫(yī)療器械領(lǐng)域

醫(yī)療設(shè)備制造：如醫(yī)用傳感器、微型醫(yī)療器械等的生產(chǎn)中，激光錫膏焊接可以實(shí)現(xiàn)微小、精密的焊接，保證醫(yī)療器械的高精度和高可靠性，滿(mǎn)足醫(yī)療行業(yè)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和安全性的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。

醫(yī)療電子產(chǎn)品維修：對(duì)于一些昂貴的醫(yī)療電子設(shè)備，在需要維修或更換電子元件時(shí)，激光錫膏焊接能夠進(jìn)行精確的焊點(diǎn)修復(fù)，減少對(duì)設(shè)備的損壞，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。