在電子組裝工藝中，激光焊錫帶來(lái)的挑戰(zhàn)2024-01-17
隨著IC(IntegratedCircuits)芯片設(shè)計(jì)水平和制造技術(shù)的提高，SMT(Surface Mounting Technology)正朝著高密度、高可靠性的微型化方向發(fā)展，這也對(duì)傳統(tǒng)的焊接方式提出了挑戰(zhàn)，新型激光錫焊機(jī)將成為焊接領(lǐng)域的新武器?，F(xiàn)在，QFP(Quad Flat Package)引腳中心距達(dá)到0.3mm，單一器件的引腳數(shù)量可達(dá)576條以上。這使得傳統(tǒng)的焊接方法，如氣相再流焊、熱風(fēng)再流焊、紅外再流焊等。，在焊接這種細(xì)間距元件時(shí)，很容易發(fā)生相鄰引線焊點(diǎn)的“橋連”。
因此，越來(lái)越多的人研究了新的焊接技術(shù)。其中，激光錫焊技術(shù)以其獨(dú)特的熱源性能、極細(xì)的光斑大小和局部加熱特性，在很大程度上有助于解決這類(lèi)問(wèn)題。因此，越來(lái)越多的制造商傾向于激光焊錫機(jī)。
眾所周知，Sn-Pb錫廣泛應(yīng)用于電子組裝技術(shù)，這與其諸多優(yōu)點(diǎn)和低成本密不可分。然而，事實(shí)上，Sn-Pb錫具有很大的毒性，對(duì)人體和環(huán)境都有很大的危害。近年來(lái)，隨著人們環(huán)保意識(shí)和環(huán)境整治力度的加強(qiáng)，無(wú)鉛錫的研發(fā)日益成為激光錫焊和電子組裝領(lǐng)域的問(wèn)題。
激光焊錫無(wú)鉛化給傳統(tǒng)的電子組裝技術(shù)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。與傳統(tǒng)的Sn-Pb錫材料組裝技術(shù)相比，無(wú)鉛化電子組裝技術(shù)具有以下兩個(gè)基本特征:
(1)目前廣泛使用的無(wú)鉛錫材料，其熔點(diǎn)大多在220℃左右，比傳統(tǒng)的Sn-Pb錫材料熔點(diǎn)高30~40℃。為了保證錫材料熔化后具有良好的潤(rùn)濕性，激光錫焊的峰值溫度一般要求高于熔點(diǎn)20~40℃，導(dǎo)致無(wú)鉛化錫焊的峰值溫度高達(dá)250℃左右。激光焊接工藝曲線發(fā)生變化，預(yù)熱溫度和激光焊接峰值溫度相應(yīng)升高。因此，電子組裝設(shè)備、電子元器件和印刷電路板的耐熱性必然會(huì)提出更高的要求。
(2)幾乎所有無(wú)鉛錫的潤(rùn)濕性都弱于傳統(tǒng)的Sn-Pb錫。此外，高溫對(duì)焊盤(pán)和高含Sn量無(wú)鉛錫的氧化作用很容易導(dǎo)致焊點(diǎn)潤(rùn)濕不良，產(chǎn)生很多焊后缺陷，影響焊點(diǎn)的質(zhì)量和可靠性。通過(guò)提高峰值焊接或激光焊接設(shè)備的加熱溫度，可以解決無(wú)鉛錫熔化所需的高溫問(wèn)題。然而，高溫帶來(lái)的錫潤(rùn)濕性差、氧化容易是電子組裝行業(yè)的一大挑戰(zhàn):
a)焊接后采用無(wú)鉛錫材料，焊點(diǎn)表面氧化嚴(yán)重；
b)在無(wú)鉛裝配工藝中，熔融釬焊材料在空氣氛圍中具有較大的潤(rùn)濕角，降低了潤(rùn)濕力，使圓角過(guò)渡不光滑，增加了出現(xiàn)空洞的概率；
c)與傳統(tǒng)的Sn-Pb釬焊相比，無(wú)鉛釬焊種類(lèi)繁多，性能差異較大，表面裝配工藝差異較大。
與傳統(tǒng)的HotBar焊接和電烙鐵焊接相比，激光焊接具有以下優(yōu)點(diǎn):
a)激光器加工精度高，光斑可達(dá)微米級(jí)，加工時(shí)間程序控制，精度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)工藝方法；
b)非接觸加工，不存在接觸焊接引起的應(yīng)力；
c)用較小的激光束代替烙鐵頭，在加工件表面有其它干擾物時(shí)，同樣方便加工；
d)局部加熱，熱影響區(qū)小；
e)無(wú)靜電威脅；
f)激光器是最干凈的加工方法，無(wú)耗材料，維護(hù)簡(jiǎn)單，操作方便；
g)當(dāng)使用YAG激光或半導(dǎo)體激光作為熱源時(shí)，可以通過(guò)光纖傳輸，因此可以在常規(guī)方法不易焊接的部位進(jìn)行加工，具有良好的靈活性和良好的聚焦性，容易實(shí)現(xiàn)多工位裝置的自動(dòng)化。
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