激光焊锡,又称激光钎焊或激光软钎焊,是利用激光对连接部位加热、熔化钎料,实现连接。

Laser Soldering Equipment

激光软钎焊设备(激光焊锡机)

Laser Soldering Equipment

图 1 激光软钎焊设备的基本原理图

图1是激光软钎焊设备的基本原理图。激光器多采用连续 YAG 激光,波长 1.06μm。近年来半导体激光器(波长 808nm、980nm)和光纤激光器(波长 1.0μm)受到关注,因为其波长更短,有利于被金属吸收,获得更大的加热效率;同时体积小且控制性能也更好。

为了监测和控制软钎焊的质量,先进的激光软钎焊设备配备有温度检测单元,将接合部的温度通过红外传感器实时检测出来,模数转换送入控制计算机,通过温度的变化情况监测焊点的形成过程,或实时改变激光功率控制焊点的形成和质量。温度上升过快时,可立即切断激光输出,保证不烧毁器件的引线。图象监视器可以观察激光与引线的对准情况以及焊接的过程。激光器的输出功率由控制计算机设定并可程序控制,保证加热能量的精确性。


The Theory of the Laser Soldering

激光焊锡工作原理


激光焊锡,又称激光钎焊或激光软钎焊(Laser Soldering),根据其用途又有:激光再流焊(Laser Reflow Soldering)、激光钎料键合(Laser Solder Bonding)、激光钎料植球(Laser Solder Bumping)等称谓,但基本连接的原理是一致的。利用激光对连接部位加热、熔化钎料,实现连接。其特点非常显著:只对连接部位局部加热,对元器件本体没有任何的热影响;加热速度和冷却速度快,接头组织细密、可靠性高;非接触加热;可根据元器件引线的类型实施不同的加热规范以获得一致的接头质量;可以进行实时质量控制等。

激光软钎焊在微电子封装和组装中已经用于高密度引线表面贴装器件的再流焊、热敏感和静电敏感器件的再流焊、选择性再流焊、BGA 外引线的凸点制作、Flip chip 的芯片上凸点制作、BGA 凸点的返修、TAB 器件封装引线的连接等。

激光软钎焊的缺点在于设备价格较高;需逐点焊接,生产效率较热风、红外等再流焊方法低。因而适合于对质量要求特别高的产品和必须采用局部加热的产品。


The Quality Control of the Laser Soldering

激光软钎焊的质量控制



激光加热的特点是速度极快,在正常的情况下可以获得细密的接头组织,但当存在污染、钎料量过少、引线与钎料接触不良等情况时,加热温度会很快上升,甚至达到引线被熔化烧毁的程度。连接过程和质量的检测与控制是非常必要的,而多数的系统用温度作为监测质量的参数。

图 1-2 是红外检测单元的大致结构,特殊设计的滤光片 R 起着多重作用:将 YAG 激光(波长 1.06μm)全部反射,然后被聚焦到被焊接点;焊点上由于温度上升产生的红外辐射(波长 3~81μm)可以透过 R,聚焦后到达红外传感器;YAG 激光在焊点表面的反射被 R 全部阻挡,保证不对温度检测产生干扰。

图1-3 是激光软钎焊过程中焊点上红外辐射信号。为了分析信号各转折点的意义,同时利用高速摄影记录了焊点的形成过程,如图 1-4 所示。