高密度互連隨著電子器件和集成電路的微型發展,使得傳(chuan) 統的軟熔焊接方法不斷受到挑戰。如何在高密度相互連接中成功地完成對每個(ge) 細小的焊腳的焊接,而不造成相鄰焊腳間的粘連和電路板的熱損壞,采用激光進行無接觸焊接成為(wei) 解決(jue) 方案之一。以前,能夠提供足夠功率的激光器大多體(ti) 積龐大、日常維護成本高,因此很不實用。但是,隨著高功率半導體(ti) 激光器技術的發展,采用激光進行無接觸焊接已經成為(wei) 實用、高效的重要手段。
事實證明,采用近紅外波長790-900nm、功率8到20W的半導體(ti) 激光器焊接電子元件比傳(chuan) 統的軟熔技術有著更多的優(you) 點:它可以大幅度地減少傳(chuan) 到部件上的熱量;精確定位點焊;在複雜的幾何位置上焊接;還可以一步完成剝線和焊線。由於(yu) 焊點尺寸小,使得在電路板、連接器和柔性印刷電路板的部件焊接厲為(wei) 可能;而且,焊點間潛在的架橋現象大為(wei) 減少。不僅(jin) 如此,激光器還具有輸出功率恒定的能力,這保證了每一個(ge) 焊點的均勻一致,大大提高了焊接質量及可靠性。下麵介紹的就用實例均使用COHERENT公司生產(chan) 的30W帶光纖半導體(ti) 激光器係統。係統內(nei) 集成了一套完整的溫度控製器、驅動電源和帶800µm芯徑耦合光纖的半導體(ti) 激光器,輸出800nm波長、30W功率的激光,光束通過一對焦距為(wei) 31mm的平凸透鏡,1:1成像,聚焦點直徑為(wei) 800µm。具有多種控製界麵的FAP-System,使自動材料處理和計算機數字控製係統的集成得以簡化。
高密集度互連
使用半導體(ti) 激光器係統焊接高密集度互連的焊接麵,工藝要求是將柔性電路固定到100針以上的連接器上。在這項工作中先進行焊接預處理,即將預製焊劑放在焊點上;再用10W的激光以0.5秒/針的速度焊接,使用少量含鬆香的焊劑來降低表麵氧化。密集的幾何形狀、針的長度以有為(wei) 柔性電路的使用,都使傳(chuan) 統的軟熔技術以以施展,而激光卻能無須接觸部件,就使焊料在每根針和焊接位置上軟熔,從(cong) 而減少了熱損壞。
柔性印刷電路
柔性電路的應用很廣,而體(ti) 積也越來越小,加上電路板的材料容易燒焦,使用傳(chuan) 統的焊接方法有一定的困難。 對助聽器中柔性電路的焊接,這種電路是為(wei) 一種助聽器設計的,因此要求結構緊湊、重量輕。焊接點的寬度隻有1mm,每個(ge) 電路有7個(ge) 焊接點,助聽器由5塊電路組成。為(wei) 把分立元件焊接到柔性印刷電路上,每個(ge) 焊點使用標準鬆香焊料,整個(ge) 過程使用10W激光以1秒1個(ge) 焊點的速度完成,高的能量密度及小的聚焦尺寸避免了散逸熱量燒焦柔性電路板材料。
剝線和焊線
使用激光處理某些導線絕緣層,如氨基甲酸乙酯和聚酰亞(ya) 胺,能夠一步完成剝線和焊接。也就是說,上述過程發生在激光輸出的同一工作周期中,隻是要通過使用模擬控製調整FAP-System的輸出波形,使得脈衝(chong) 的前期過程完成剝線,隨後過程完成焊接。氫基甲酸乙酯和聚酰來胺絕緣材料最適合於(yu) 這種處理方式。在激光處理這睦材料的過程 中,絕緣層並沒有被完全清除,而隻是對電線尾端露出裸線進行焊接。焊接完成後,電線表麵幾乎沒有氧化,焊料非常容易地覆蓋表麵,而且焊點十分幹淨。激光的工作周期一般在0.5到2秒,有時更長一些,這取決(jue) 於(yu) 焊線的尺寸、焊接點的尺寸、絕緣材料及其厚度。#p#分頁標題#e#
比較常用的焊接還有加熱槍、微火焰焊接機、石英燈焊接機、全自動焊接機等。加熱槍和微火焰焊接機的輸出熱量難以控製,很容易燒壞集成電路的基體(ti) 材料。石英燈焊接機係統的工作方式和半導體(ti) 激光器焊接係統相類似,但是聚焦點大,而且石英燈容易損壞。雖然燈的價(jia) 格並不貴,但是使用時的噪聲大。最常用的是自動焊接機,但由於(yu) 焊料很容易堵住焊接機。需要經常清理和維護。半導體(ti) 激光器焊接係統采用無接觸焊接方式,能夠把熱量聚焦到非常小的點並精確定位到指定部位進行焊接。不僅(jin) 如此,半導體(ti) 激光器焊接係統還能夠產(chan) 生非常短的光脈衝(chong) 進行無焊料焊接錫或鉛等材料,焊接速度快於(yu) 氧化反應的速度。在自動焊接機無法靠近的場合,半導體(ti) 激光器焊接係統更加顯示出蛇的靈活性,因為(wei) 它工作距離僅(jin) 取決(jue) 於(yu) 價(jia) 格便宜的光路部分。購買(mai) 半導體(ti) 激光器焊接係統的初期投入經費略高於(yu) 其它焊接係統,但由於(yu) 係統易於(yu) 控製,穩定性、可靠性更高。而且半導體(ti) 激光器的壽命高達數千乃至上萬(wan) 小時,所以後期的維護費用低,故障停工時間少,可大幅度降低操作耗費。
總結:
這類半導體(ti) 激光係統輸出功率穩定、與(yu) 元件處理係統集成方便,對最終用戶頗具價(jia) 值。在各種應用中,輸出激光的功率密度高對加工處理十分有利,可能提高生產(chan) 速度。總之,靈活的運動控製係統、精確細小的激光焊點、以及對加工部件極小的熱影響區域,都能有產(chan) 地提高生產(chan) 率,降低廢品率。半導體(ti) 激光器焊接適用於(yu) 表麵元件安裝、柔性印刷電路、高密集度連接器、微型分立元件、以及低熱質電子元件的生產(chan) 廠家。
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