提升電子接插件可靠性：激光焊接技術(shù)在接插件工藝中的應(yīng)用

在電子制造的復(fù)雜工藝中，接插件焊接技術(shù)扮演著至關(guān)重要的角色，它直接關(guān)系到電子產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。隨著科技的飛速發(fā)展和市場(chǎng)需求的持續(xù)增長(zhǎng)，電子設(shè)備正朝著更小巧、更強(qiáng)大的方向發(fā)展，這對(duì)焊接技術(shù)提出了前所未有的挑戰(zhàn)。在當(dāng)前電子行業(yè)日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和不斷縮小的利潤(rùn)空間中，制造商迫切需要尋找更高效、更經(jīng)濟(jì)的焊接解決方案以保持競(jìng)爭(zhēng)力。

因此，積極尋求和采用創(chuàng)新的接插件焊接技術(shù)，不僅能夠提高生產(chǎn)效率，降低成本，還能顯著提升產(chǎn)品質(zhì)量，這已經(jīng)成為推動(dòng)行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵力量。在這一背景下，激光焊接技術(shù)因其在微小電子領(lǐng)域中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，正逐漸成為焊接技術(shù)革新的核心。它的精密性、靈活性和高效性，使得激光焊接在電子制造領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)于滿足未來(lái)電子設(shè)備對(duì)焊接技術(shù)的需求至關(guān)重要。

一、電子接插件的主要連接方式

電子接插件的連接方式主要有以下幾種：壓接（Crimp），絕緣刺破（Insulation Displacement Connection，IDC），焊接（Welding），繞接（Wrap），螺釘連接（Screw），彈性?shī)A持連接(Spring Clamp)等。其中壓接，絕緣刺破和焊接屬于永久性連接方式，而其它三類屬于可分離性連接方式。

二、焊接的優(yōu)點(diǎn)

焊接與壓接，絕緣刺破，螺釘連接等連接方式相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1） 節(jié)省金屬材料，減輕結(jié)構(gòu)重量，經(jīng)濟(jì)效益好。
（2） 簡(jiǎn)化加工與裝配工序，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)效率高。
（3） 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高（接頭能達(dá)到與母材等強(qiáng)度），接頭密封性好。
（4） 為強(qiáng)度設(shè)計(jì)提供較大的靈活性。例如，按結(jié)構(gòu)的受力情況可優(yōu)化配置材料，按工況需要，在不同部位選用不同強(qiáng)度，不同耐磨性，耐腐蝕性，耐高溫等的材料。
（5）焊接工藝過(guò)程容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。

三、PC 接插件產(chǎn)業(yè)中焊接的方式

焊接（Solder）是個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）主要連接方式。在 PC 接插件產(chǎn)業(yè)中焊接方式有:手工焊接，熱風(fēng)焊接（Hot air），熱棒焊接（Hot bar）和激光焊接(Laser solder)等四種。后三種屬于自動(dòng)焊接，是今后的主要發(fā)展方向。

（一）手工焊接

手工焊接：是一種最基本的焊接方式。其特點(diǎn)是幾乎無(wú)設(shè)備，投資很少。其焊接質(zhì)量完全依靠操作者的熟練程度。手工操作的三個(gè)要素是：第一，預(yù)熱：將待焊母材（金屬）加熱到焊錫能熔化的程度；第二，加助焊劑：帶焊劑的焊錫絲或者涂抹助焊劑；第三，加焊料：將焊錫送到焊接面上，掌握潤(rùn)濕程度時(shí)間和錫量。

（二）熱風(fēng)焊接（Hot air）

熱風(fēng)焊接（Hot air）：是利用熱風(fēng)作為焊接熱源的一種鉛焊方式。廣泛應(yīng)用于電子，機(jī)械，儀表，光電等各個(gè)行業(yè)。在慣性精密器件上，利用風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的氣流，通過(guò)加熱的電熱絲網(wǎng)，由熱風(fēng)口輸出。能夠?qū)Ω鞣N小型精密的儀表膜盒進(jìn)行密封焊接，與通常使用的電烙鐵焊接方法相比，焊接質(zhì)量有明顯提高。

PCB（Printed circuit board 印制電路板)行業(yè)中的熱風(fēng)整平， 在有鉛焊接時(shí)代，80%以上的 PCB 都是采用熱風(fēng)整平的，即使到 2023 年，仍然有 60%的 PCB 產(chǎn)品通過(guò)無(wú)鉛熱風(fēng)整平加工的。在所有保護(hù) PCB 裸板的可焊性的加工中，熱風(fēng)整平仍然有其特點(diǎn)：（1）最好的性價(jià)比；（2）具有好的可焊性；（3）具有良好的保存壽命；（4）熱風(fēng)整平加工后產(chǎn)品具有與廣泛的制造工藝的加工兼容，如波峰焊接，SMT（Surface mount technology 表面粘著技術(shù)），選擇性焊接等。

在半導(dǎo)體光電器件的封裝鉛焊中，工作臺(tái)恒溫在鉛料熔化溫度以下，預(yù)熱芯片，對(duì)管芯噴射熱氣體（N2 80%，H2 20%混合氣體），局部加熱使鉛料熔化，作微小的平移揉動(dòng)。停止噴射熱氣，鉛料立即凝固。

在電子接插件產(chǎn)業(yè)中，從上世紀(jì) 90 年代開(kāi)始熱風(fēng)技術(shù)就一直應(yīng)用在 SMT 的回流焊和波峰焊工藝中。在回流焊的加熱系統(tǒng)中，熱風(fēng)強(qiáng)制對(duì)流技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)逐漸取代了汽相技術(shù)和紅外技術(shù)。強(qiáng)制熱風(fēng)回流焊爐一般采用上，下兩層加熱裝置和多溫區(qū)隧道式全不銹鋼爐腔結(jié)構(gòu)，特殊的熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)使?fàn)t內(nèi)形成一個(gè)多重循環(huán)的熱氣流，從而保證在每個(gè)溫區(qū)周圍氣氛恒溫，溫度穩(wěn)定度可高達(dá)±1℃，同時(shí)使元器件不發(fā)生偏移，整個(gè)加熱過(guò)程利用高精度溫控儀控制。 在波峰焊機(jī)的預(yù)熱工序中，基本上采用熱輻射方式進(jìn)行預(yù)熱。最常用的波峰焊預(yù)熱方法有強(qiáng)制熱風(fēng)對(duì)流，電熱板對(duì)流，電熱棒加熱及紅外線加熱等。預(yù)熱的作用在于提升錫膏助焊性能（潤(rùn)濕性），除去助焊劑中過(guò)多的溶劑，減小波峰焊接時(shí)的熱沖擊。無(wú)鉛（水基）助焊劑揮發(fā)需要更多能量，紅外預(yù)熱技術(shù)對(duì)水基效果較差，強(qiáng)制熱風(fēng)對(duì)流效果最有效，有更好的溫度均勻性。

（三）熱棒焊接（Hot bar）

熱棒焊接（Hot bar）：是接插件領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的另一種自動(dòng)焊接方式。其在學(xué)術(shù)上也被稱之為脈沖加熱回流焊接（Pulse-heated reflow soldering），是指將兩個(gè)預(yù)先涂好助焊劑和焊料的零件加熱到足以使焊錫熔化，流動(dòng)的溫度，待焊料冷卻牢固后，在零件與焊錫之間形成一個(gè)永久的電氣機(jī)械連接的焊接工藝。與傳統(tǒng)的焊接工藝相反，脈沖加熱回流焊接通過(guò)對(duì)每個(gè)連接使用一個(gè)熱電極加熱和冷卻來(lái)焊接。在整個(gè)加熱，回流和冷卻周期內(nèi)要施加壓力。脈沖加熱控制將能量傳送到安裝在焊接頭上的熱電極。附著在熱電極上的熱電偶為可重復(fù)的，持續(xù)的熱源控制提供反饋。

Hot bar 焊接產(chǎn)品使用范圍比較廣泛，特別適合于軟性線材的加工。其優(yōu)點(diǎn)在于優(yōu)越的溫度，時(shí)間，壓力等參數(shù)的再現(xiàn)性控制可以滿足電子行業(yè)大批量生產(chǎn)對(duì)于焊接質(zhì)量恒定性要求；局部瞬時(shí)加熱方式能良好地控制對(duì)周圍元器件的熱影響，滿足電子行業(yè)零件日趨小型化的空間需求。但其焊接頭受所焊接線材外徑的限制，共享性較差，需定制。并且容易臟污，易損壞。

（四）激光焊接(Laser solder)

激光焊接(Laser solder)。近年來(lái)，個(gè)人筆記本有越來(lái)越薄，輕的發(fā)展趨勢(shì)。從而要求我們產(chǎn)品間距也越來(lái)越小，線材導(dǎo)體的 OD（內(nèi)徑）也越來(lái)越細(xì)。在接插件產(chǎn)業(yè)有引進(jìn)激光焊接(Laser solder)的趨勢(shì)。雖然，自從 1974 年開(kāi)始激光焊接就應(yīng)用在 SMT 的高密度引線焊接中，且隨著激光焊接技術(shù)的不斷發(fā)展，已得到了廣泛的研究與應(yīng)用。

SMT 產(chǎn)業(yè)中的激光焊接是以激光為加熱源，輻射加熱引線（或無(wú)引線器件的連接焊盤），通過(guò)焊膏或者預(yù)制焊料向基板傳熱，當(dāng)溫度達(dá)到焊錫溫度時(shí)，焊膏熔化，基板，引線被鉛料潤(rùn)濕，從而形成焊點(diǎn)。

其相對(duì)于傳統(tǒng)的氣相再流焊、熱風(fēng)再流焊以及紅外再流焊等方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)：局部加熱，組件不易產(chǎn)生熱損傷，熱影響區(qū)間小，因此可在熱敏組件附近施行焊錫；用非接觸式加熱，熔化帶寬，不需要任何輔助工具，可在雙面印刷電路板上雙面組件裝配后加工；重復(fù)操作穩(wěn)定性好，鉛劑對(duì)焊接工具污染小，且激光照射時(shí)間和輸出功率易于控制，激光焊錫成品率高；激光束易于實(shí)現(xiàn)分光，可用半透鏡，反射鏡，棱鏡及掃描鏡等光學(xué)組件進(jìn)行時(shí)間與空間分割，能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同時(shí)對(duì)稱焊；以 YAG（Yttrium Aluminum Garnet 釔鋁石榴石）激光或半導(dǎo)體激光作為熱源時(shí)，可用光纖傳輸，因此可在常規(guī)方式不易施焊部位進(jìn)行加工，靈活性好，聚焦性好，易于實(shí)現(xiàn)多任務(wù)位裝置的自動(dòng)化。

在電子接插件線纜與連接器的焊接中，由于連接器的 pin 間距越來(lái)越小，已經(jīng)沒(méi)有辦法再注入焊膏等。業(yè)界傾向于用激光直接焊接引線與連接器，無(wú)需任何焊料，這就必然需要大功率的激光發(fā)生器。目前日本的 Photen 公司走在接插件產(chǎn)業(yè)前列，其采用的 YAG 50W 功率的焊接機(jī)，已在 0.3mm 間距的連接器上成功焊上的 44 AWG(American Wire Gauge 美國(guó)線規(guī)，導(dǎo)體 OD 僅為0.06mm)超極細(xì)同軸線。其良率可以控制在 100%。

這為今后接插件向小間距，小線徑的發(fā)展提供了一種焊接方式。激光焊接的優(yōu)點(diǎn)在于局部加熱，熱影響區(qū)小，無(wú)須焊料。但其設(shè)備投資成本極高，需要逐點(diǎn)焊接。

四、總結(jié)

在電子制造業(yè)的不斷進(jìn)步中，接插件焊接技術(shù)扮演著至關(guān)重要的角色。面對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的嚴(yán)格要求，隨著電子設(shè)備的微型化和性能的增強(qiáng)，傳統(tǒng)的焊接技術(shù)已無(wú)法滿足現(xiàn)代制造的需求。因此，本文詳細(xì)介紹了電子接插件的主要連接方式，包括壓接、絕緣刺破、焊接、繞接、螺釘連接和彈性?shī)A持連接，并分析了焊接方式的優(yōu)勢(shì)，如節(jié)省材料、簡(jiǎn)化工序、提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和設(shè)計(jì)靈活性。

激光焊接以其局部加熱、熱影響區(qū)小、非接觸式加熱等優(yōu)點(diǎn)，在高密度引線焊接中顯示出巨大的潛力。盡管激光焊接設(shè)備的投資成本較高，但其在小間距、小線徑的接插件焊接中提供了一種有效的解決方案，有望在未來(lái)的電子制造中發(fā)揮更加重要的作用。

總體而言，隨著電子行業(yè)的不斷發(fā)展，焊接技術(shù)也在不斷創(chuàng)新。自動(dòng)化、智能化的焊接技術(shù)將成為提升生產(chǎn)效率、降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。激光焊接技術(shù)作為這一趨勢(shì)的代表，其應(yīng)用將越來(lái)越廣泛，為電子制造業(yè)的未來(lái)發(fā)展提供了新的可能性。

本文由大研智造撰寫，專注于提供智能制造精密焊接領(lǐng)域的最新技術(shù)資訊和深度分析。大研智造是集研發(fā)生產(chǎn)銷售服務(wù)為一體的激光焊錫機(jī)技術(shù)廠家，擁有20年+的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)。想要了解更多關(guān)于激光焊錫機(jī)在智能制造精密焊接領(lǐng)域中的應(yīng)用，或是有特定的技術(shù)需求，請(qǐng)通過(guò)大研智造官網(wǎng)與我們聯(lián)系。歡迎來(lái)我司參觀、試機(jī)、免費(fèi)打樣。

審核編輯 黃宇