激光區(qū)域回流焊接（AREA LASER PROCESS）工藝介紹

摘要

隨著激光錫焊這種新工藝被應(yīng)用，如何使焊接達(dá)到最佳的效果，錫膏如何更好的回流。關(guān)鍵參數(shù)比如激光光斑的照射方式和輻射時(shí)間，以及焊料的涂敷方式。如何根據(jù)產(chǎn)品需求確定哪些流程選擇是正確的，來保證最大限度地提高效率和產(chǎn)量。

點(diǎn)錫&激光的注意項(xiàng)

首先需要設(shè)計(jì)合適的夾具來固定產(chǎn)品，以方便更好 固定產(chǎn)品來保證錫膏的涂敷和激光的照射。要得到一致的錫膏出錫量，每個(gè)零件需要與 Z 軸的針頭保持相同的相對(duì)位置。從分配尖端底部的距離需要介于針頭直徑的1/4到1/6之間，以確保從針頭一致，并避免出錫時(shí)如果間隙太小，可以阻止尖端。如果間隙過大， 可能會(huì)粘在針頭上。

通常激光光斑在照射產(chǎn)品時(shí)，如果激光光斑由于 X 或Y定位錯(cuò)誤而偏離目標(biāo)，則該區(qū)域可能會(huì)過熱并損壞。

這是因?yàn)椴煌牧蠈?duì)激光吸收能力不同造成，所以使用帶溫度保護(hù)的系統(tǒng)也變得至關(guān)重要。

焊接一致性問題

由于助焊劑和合金在回流過程中吸收的熱量，焊膏點(diǎn)膠工藝的一致性對(duì)于加熱過程的一致性至關(guān)重要。如果焊料不足，則可能導(dǎo)致過熱，因?yàn)閷?duì)通量蒸發(fā)和合金液化的熱含量較低。如果存在過多的焊膏，則可能發(fā)生不完全回流，因?yàn)闆]有足夠的熱量來回流所有焊膏。每個(gè)產(chǎn)品是差異，將有多余的焊膏殘留下來，激光照射來保持焊點(diǎn)溫度，使焊點(diǎn)飽滿。當(dāng)在某些熱敏產(chǎn)品由于錫焊的涂敷較少，同時(shí)需要激光保持的溫度不會(huì)太久，所以不會(huì)導(dǎo)致過熱產(chǎn)生。因此，必須評(píng)估每種產(chǎn)品，以確定最佳的點(diǎn)錫方式和涂敷量，包括過程控制的方式。

對(duì)于不允許一致物理目標(biāo)進(jìn)行點(diǎn)膠和激光回流的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，零件與零件的物理變化過大會(huì)導(dǎo)致分配體積不一致，并導(dǎo)致錯(cuò)誤點(diǎn)的激光加熱。例如，如果端子上的導(dǎo)線是目標(biāo)，則導(dǎo)線位置的變化會(huì)導(dǎo)致粘附到零件的方式以及導(dǎo)線是否被激光點(diǎn)充分加熱。使用較大的點(diǎn)尺寸可以在一定程度上補(bǔ)償激光位置的不準(zhǔn)確性。

錫膏回流的原則

首先，我們知道當(dāng)錫膏受熱后，它會(huì)變得更薄，更容易擴(kuò)散。這將導(dǎo)致它優(yōu)先流向熱點(diǎn)。越接近，越熱，它流動(dòng)得越快。錫膏另外一個(gè)特性，大約一半的助焊劑在加熱過程 中會(huì)蒸發(fā)，剩余的物質(zhì)是由不會(huì)蒸發(fā)的固體組成，這些氣體是易燃的，如果過熱就會(huì)點(diǎn)燃。它們通過在接頭上方形成超飽和蒸汽層來減緩助焊劑的蒸發(fā)過程。為了最大限度地增加助焊劑蒸發(fā)并盡可能減少爆燃機(jī)會(huì)，在回流區(qū)域保持中度至強(qiáng)氣流。適當(dāng)?shù)呐艢膺€可以保護(hù)激光光學(xué)元件免受可能的助焊劑的沉積，因?yàn)橹竸┱舭l(fā)后會(huì)附著在激光光學(xué)元件上。

由于助焊劑蒸發(fā)爆燃機(jī)會(huì)的存在，因此在消除蒸發(fā)物的能力對(duì)于激光回流時(shí)間很重要。一旦蒸發(fā)物質(zhì)碳化，變成灰燼并落在產(chǎn)品表面，它吸收激光的比例要高得多，因?yàn)樗呛谏?。被灰燼覆蓋并暴露在激光下的部分會(huì)迅速過熱，燃燒對(duì)溫度敏感的材料，如電路上的塑料材料。

激光的應(yīng)用

應(yīng)用激光的最佳位置在哪里。激光作為加熱方法的主要特征是非接觸性、位置精度和加熱量。激光每次在空間的一個(gè)點(diǎn)上投射一致數(shù)量的光?？赡艿哪繕?biāo)選擇包括焊膏沉積本身、要焊接的部分區(qū)域，最初沒有焊膏，以及兩者的組合。在許多應(yīng)用中，粘貼將分配在要焊接的區(qū)域，激光可以針對(duì)焊膏本身。激光被助焊劑和合金吸收，蒸發(fā)助焊劑部分，液化合金，并通過熔融金屬將熱量轉(zhuǎn)導(dǎo)到要焊接的表面。這種熱質(zhì)量成分在相對(duì)較低的熱質(zhì)量成分上工作良好，并且與熱敏材料非常接近，因?yàn)閷鲗?dǎo)熱傳輸?shù)浇宇^以外的區(qū)域時(shí)，可以最大限度地減少。

更多的熱質(zhì)量組件，散熱良好的組件，更大的區(qū)域需要更多的熱量來實(shí)現(xiàn)潤濕。使用這些類型的零件時(shí)， 必須將部分或全部激光聚焦應(yīng)用于組件和/或基板，以實(shí)現(xiàn)更均勻的加熱。如果熱量分布不當(dāng)，有兩種現(xiàn)象會(huì)干擾潤濕：

如果所有的熱量都直接進(jìn)入焊膏，則在組件達(dá)到回流溫度和潤濕開始之前，可用助焊劑可以完全消耗。

焊料合金可以在部件上滾起，因?yàn)樗鼈兊臏囟炔粔蚋撸瑹o法潤濕。在這種情況下，接觸區(qū)域變得相對(duì)較小，焊料成為不良的導(dǎo)熱。完美光滑的熔融焊料球變成更多的反射面而不是吸收面，并將激光反射到其他地方，導(dǎo)致灼傷不良發(fā)生。

在某些產(chǎn)品上，在需要傳播的任何地方分發(fā)焊膏是不現(xiàn)實(shí)的。應(yīng)用，如針孔，它更容易在一個(gè)點(diǎn)分配和加熱產(chǎn)品的方式，使焊膏完全濕繞針是主要例子。用于此類接頭的技術(shù)會(huì)因周圍材料的熱質(zhì)量和熱靈敏度而異。

大多數(shù)選項(xiàng)之一都使用良好：

聚焦激光點(diǎn)，同時(shí)加熱焊料區(qū)域和針腳?；亓魉俣群芸?，助焊劑和合金很容易在加熱針腳后從通孔浸潤下來。這種方式對(duì)于比較大的焊點(diǎn)不太可靠，因?yàn)檩^大焊點(diǎn)比較散 熱，通孔的遠(yuǎn)端溫度遠(yuǎn)低于激光聚焦的一面在這種情況下，可能需要在引腳的兩側(cè)進(jìn)行點(diǎn)膠。

2. 從粘貼端將激光點(diǎn)聚焦在針腳的另一側(cè)，加熱針腳和環(huán)形焊盤。如果周圍的材料對(duì)溫度過于敏感，此過程通常需要更長的時(shí)間，因?yàn)榧訜崴俾时仨氉銐蚵?，以便光斑在不損壞周圍材料的情況下回流焊膏。當(dāng)引腳和環(huán)達(dá)到回流溫度并運(yùn)行到激光聚焦的最高溫度區(qū)域時(shí)，焊料將回流。

光斑大小

光斑尺寸是由光學(xué)元件和目標(biāo)點(diǎn)的距離決定的，為了使得焊盤的加熱一致性更好，激光光斑的尺寸就十分重要，如果一個(gè)光斑較小，所有的加熱需要依靠光斑中心點(diǎn)的熱傳導(dǎo)來完成，如果光斑更大一些，加熱效率就會(huì)更高，而且對(duì)于助焊劑流動(dòng)會(huì)更有幫助。光斑尺寸具體取決于所使用的光學(xué)元件。不同光斑尺寸由于光能量分布的不同，需要調(diào)整激光系統(tǒng)的功率輸出以保持能量密度。

選擇終端光學(xué)器件的注意事項(xiàng)如下。

·熱加工區(qū)域的大小：對(duì)于具有小焊點(diǎn)設(shè)計(jì)的應(yīng)用，保持足夠小的點(diǎn)尺寸，以保持激光能量遠(yuǎn)離接頭以外的區(qū)域，以避免損壞周圍材料至關(guān)重要。

·間隙：激光頭安裝在特定高度或角度以避免撞到夾具或其他物體的應(yīng)用需要使用具有適當(dāng)工作距離的透鏡。

·避讓：激光形成圓錐形，在焊接較高元件附近時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)一些干涉影響，這時(shí)需要選擇具有較小角度的光學(xué)元件。

激光拖焊

在拖焊方式中，光斑按照線性路徑完成焊盤的焊接。在光斑加熱焊點(diǎn)時(shí)，預(yù)涂的錫膏通過激光能量吸收后潤濕每個(gè)焊點(diǎn)。

審核編輯 黃宇