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常州高凱精密技術股份有限公司

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淺析激光錫焊在電子互連領域中的應用

淺析激光錫焊在電子互連領域中的應用

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隨著科技發展,電子、電氣、數碼類產品日益成熟并風靡全球,該領域所涵蓋的產品其所包含的任何元器件都或許會涉及到錫焊工藝,大到PCB板主件,小到晶振元件,絕大多數的焊接需要在300℃以下完成。
現在電子工業的芯片級封裝(IC封裝)和板卡級的組裝均大量采用錫基合金填充金屬進行焊接,完成器件的封裝與卡片的組裝。例如,在倒片芯片工藝中,釬料直接把芯片連接到基板上;在電子組裝制造中,利用釬料把器件焊接到電路基板上。
錫焊工藝包括波峰焊和回流焊等,波峰焊是利用熔融的釬料循環流動的波峰面,與插裝有元器件的PCB焊接面相接觸完成焊接過程;回流焊則是將釬料膏或焊片事先放置在PCB焊盤之間,加熱后通過釬料膏或焊片的熔化將元件與PCB連接起來。
激光錫焊是以激光作為熱源,熔融錫使焊件達到緊密貼合的一種釬焊方法。
相比傳統錫焊工藝,該方法具有加熱速度快,熱輸入量及熱影響小;焊接位置可精確控制;焊接過程自動化;可精確控制釬料的量,焊點一致性好;可大幅減少釬焊過程中的揮發物對操作人員的影響;非接觸式加熱;適合復雜結構零件焊接等優點。
激光錫焊以激光熱源為主體,對錫料填充熔融固化達到連接、導通、加固的工藝效果。按錫材料狀態來劃分可以歸納為三種主要形式:錫絲填充、錫膏填充、錫球填充。
 
錫絲填充激光錫焊應用
 
送絲激光焊是激光錫焊的一種主要形式,送絲機構與自動化工作臺配套使用,通過模塊化控制方式實現自動送錫絲及出光焊接,具有結構緊湊、一次性作業的特點,相比于其他幾種錫焊方式,其明顯優勢在于一次性裝夾物料,自動完成焊接,具有廣泛的適用性。
主要應用領域有PCB電路板、光學元器件、聲學元器件、半導體制冷元器件及其他電子元器件錫焊。圖1為激光送絲錫焊產品圖,可以看到,焊點飽滿,與焊盤潤濕性好。
 
錫膏填充激光錫焊應用
 
錫膏激光焊一般應用于零配件加固或者預上錫方面,比如屏蔽罩邊角通過錫膏在高溫熔融加固,磁頭觸點的上錫熔融;
也適用于電路導通焊接,對于柔性電路板的焊接效果非常好,比如塑料天線座,因其不存在復雜電路,通過錫膏焊往往達到不錯的效果。對于精密微小型的工件,錫膏填充焊能充分體現其優勢。
由于錫膏的受熱均勻性較好,當量直徑相對較小,通過精密點膠設備可以精確的控制微小點錫量,錫膏不容易飛濺,達到良好的焊接效果。
基于激光能量高度集中,錫膏受熱不均爆裂飛濺,濺落的錫珠易造成短路,因此對錫膏的質量要求非常高,可采用防飛濺錫膏以避免飛濺。
 
錫球填充激光錫焊應用
 
激光錫球焊是把錫球放置到錫球嘴里,通過激光加熱熔化后墜落到焊盤之上并與焊盤潤濕的一種焊接方法。
錫球為無分散的純錫小顆粒,激光加熱熔融后不會造成飛濺,凝固后飽滿圓滑,對焊盤不存在后續清洗或表面處理等附加工序。
通過該焊接方法焊接細小焊盤及漆包線錫焊可以達到很好的焊接效果。
 
激光錫焊技術應用難點
 
傳統的錫焊,包括波峰焊、回流焊、手工烙鐵錫焊能解決的焊錫工藝問題激光錫焊可以逐漸取代,但像貼片錫焊(主要為回流焊),目前激光焊工藝還不適用,由于激光自身的一些特點,也使得激光錫焊工藝更加復雜,具體歸納為:
1)對于精密細微錫焊,工件定位裝夾困難,焊樣及量產存在難度;
2)激光高能量密度易導致工件損傷,尤其對于PCB板錫焊,基板及金屬嵌層結構不好極容易燒板,樣品不良率高以致成本高昂使客戶無法接受;
3)激光的能量高度集中易造成錫膏的飛濺,在PCB板錫焊中極易造成短路導致產品報廢;
4)對于軟線材類,裝夾定位一致性不好,焊樣飽滿度及外觀差異性大;
5)精密錫焊往往有送絲填充錫料的要求,0.4 mm線徑以下的錫絲自動送絲困難。
 
激光錫焊市場需求概況
 
激光錫焊在國內國外都有不同程度的發展,盡管經過這些年的發展,始終沒有大的跨越和應用拓展,不得不說這是焊接應用的一個軟肋。
然而市場需求不斷變化,不但存在縱向數量的增長,而且橫向的應用領域也在不斷的擴展,以電子數碼類產品相關零部件錫焊工藝需求為主導。
涵蓋其他各行業零部件錫焊工藝需求,包括汽車電子、光學元器件、聲學元器件、半導體制冷器件、安防產品、LED照明、精密接插件、磁盤存儲元件等;
就客戶群來說,其中以蘋果客戶產品相關零部件衍生出相關錫焊工藝需求為主導,包括其上游產業鏈也相繼尋找激光錫焊工藝解決方案,總體來看,激光錫焊在目前及未來很長的時間將會有驚人的爆發式增長和較為龐大的市場體量。
全球經濟疲軟的當下,蘋果公司一枝獨秀,其數碼電子產品的龐大市場占有量及全球巨量大規模采購帶動了一大批企業的業務增長,這些企業主要的產品就是電子元器件,錫焊是其生產工藝中必不可少的環節。
 
亟待工藝突破性需求
 
包括蘋果公司供應商這樣的企業,由于生產的產品是最新最高端的設計,在量產過程中會碰到棘手的工藝問題,亟需改進和完善。
一個很典型的領域就是存儲元器件行業,磁頭是一種極其精密和工藝要求非常高的存儲零部件,磁頭的數據排線一般為柔性PCB,貼敷在鋼構體上,其一端陣列排布的微細點需預先上錫,微小上錫量只能顯微鏡觀察下完成,并且對焊接的效果要求極其嚴格。
 
 
傳統的焊接方式是手工焊,對操作人員的焊接水平要求非常高,勞動力資源的稀缺及流動性給生產造成極大不確定性,況且也無法量化工藝標準(沒有工藝參數,完全依靠人為感官判斷焊后效果),因此亟需新的焊接工藝來克服技術壁壘。
 
工藝升級及拓展性需求
 
激光錫焊能量化工藝參數、提升良品率、降低成本,保證生產作業標準化。
隨著中國市場勞動力成本的提升以及技能型人才的稀缺,對傳統錫焊領域人工需求慢慢轉化為機械化作業需求,激光錫焊將突破傳統工藝,引領風騷。從目前客戶焊樣的情況看,激光錫焊普及也是大勢所趨。
 
結論
 
由于激光錫焊具有傳統錫焊無可比擬的優勢,必將在電子互聯領域得到更加廣泛的應用,具有巨大的市場潛能。
 
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