付秀

[摘? ? ? ? ? ?要]? 隨著智能制造時代的來臨，電子行業(yè)所采用的集成電路板和元器件也不斷向小型化及微型化發(fā)展。激光焊接技術(shù)以穩(wěn)定、高效、便捷等特點，被廣泛應(yīng)用在小微型電子元器件和集成電路的點焊、釬焊以及封裝焊接過程中。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 激光;焊接;小微;電子行業(yè)

[中圖分類號]? TG456.7? ? ? ? ? ?[文獻標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2020）47-0162-02

隨著科技的進步以及智能制造時代的來臨，激光以其獨特的優(yōu)點被應(yīng)用在各個領(lǐng)域中。激光熱加工方式中的激光焊接在加工過程中具有純凈焊縫和凈化熔池等功能，用于同種金屬或不同種類金屬材料間的焊接，在小微型電子元器件和集成電路的點焊以及封裝焊接過程中得到了廣泛的應(yīng)用。

一、激光焊接原理與特點

激光焊接是通過調(diào)整激光參數(shù)，使待加工材料的微小區(qū)域在高能量激光束的照射下快速熔化之后又冷卻結(jié)晶形成特定的焊縫或熔池。激光焊接可以通過電腦進行精準(zhǔn)操控，對多種同類或不同類金屬之間及合金材料實現(xiàn)無接觸加工、多種焊接組合加工和自動化加工，具有外觀工藝好、密封性好、精度高等特點。

二、激光焊接技術(shù)在小微電子行業(yè)的應(yīng)用

隨著智能制造時代的來臨，電子行業(yè)所采用的元器件也不斷向小型化及微型化方向發(fā)展，傳統(tǒng)的焊接技術(shù)在焊接光敏元件、熱敏元件、PCB板及柔性電路板時，容易造成脫焊、焊點強度低、電子元件損傷等情況。采用激光焊接技術(shù)，可以使焊接質(zhì)量得到質(zhì)的提升。激光焊接以熔深大、變形小、效率高、熱影響區(qū)小、焊點無污染等特點，在小微電子領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。

（一）激光錫焊在電子行業(yè)的應(yīng)用

激光錫焊是利用激光束的熱能使錫料熔融并與焊件緊密結(jié)合在一起的焊接方法，從而取得電子元件的連接、導(dǎo)通和加固的效果，非常適合小微型電子元器件、結(jié)構(gòu)復(fù)雜電路板及PCB板的焊接。

1.錫絲填充激光焊接應(yīng)用

錫絲填充激光焊接又可稱為激光送絲焊，激光預(yù)熱焊件后，自動送絲機構(gòu)將錫絲送到指定位置后，激光將低于焊件的焊料熔化完成焊接。激光送絲焊接的焊點飽滿，與焊盤潤濕性好，適用性強。如集成電路板及其單一電子元器件錫焊能充分體現(xiàn)出優(yōu)越性。

材料預(yù)熱、送絲熔化及抽絲離開三個步驟的精準(zhǔn)實施是決定激光送絲焊焊接是否完美的關(guān)鍵點。預(yù)熱PCB焊盤時，溫度一定要嚴(yán)格控制，溫度高會對PCB焊盤及現(xiàn)有電子元件造成損傷，溫度低無法起到預(yù)熱效果。送絲和離絲速度要快，送絲速度慢，會產(chǎn)生激光燒灼PCB的現(xiàn)象，離絲速度慢會出現(xiàn)多余焊絲堵住送絲嘴的現(xiàn)象。

2.錫膏填充激光焊接應(yīng)用

錫膏填充激光焊接又可稱為激光錫膏焊，通過設(shè)備和儀器控制錫膏錫量，在焊點被預(yù)熱之后錫膏被激光加熱并徹底潮濕焊盤，從而實現(xiàn)最佳的焊接效果。激光錫膏焊廣泛應(yīng)用在微小型的精密零件、工件的加固以及預(yù)上錫方面，對柔性電路板的焊接效果極佳。

激光錫膏焊盡量采用防飛濺錫膏以避免飛濺的錫珠造成短路。

3.錫球填充激光焊接應(yīng)用

錫球填充激光焊接又稱激光錫球焊，是通過精密設(shè)備控制激光加熱熔化后的錫球，使其墜落到焊盤上并與焊盤潤濕的一種焊接方法。通過精準(zhǔn)控制，可以使焊盤焊點飽滿圓滑，一致性好，焊盤不需要后續(xù)清洗或表面處理等額外工序，有效減少焊接過程中揮發(fā)物對操作人員的傷害和影響，對漆包線錫焊及細(xì)小焊盤焊接展現(xiàn)出優(yōu)越性。

4.激光噴錫焊接應(yīng)用

激光噴錫焊接技術(shù)是一種新興的微電子封裝與互連技術(shù)，利用激光和惰性氣體的相互作用，將具有合適溫度的熔融錫料液滴通過精準(zhǔn)控制噴射到金屬焊盤上之后，在金屬焊盤上形成凸點或?qū)崿F(xiàn)鍵合。與普通釬焊方法相比，具有焊接速度快、非接觸、釬料精確可控等優(yōu)點，因此，激光噴錫焊接技術(shù)在高清攝像頭模組及精密聲控器件、數(shù)據(jù)線焊點組裝焊接等方面展現(xiàn)出了超強的優(yōu)越性。

（二）激光焊接技術(shù)在傳感器封裝上的應(yīng)用

傳感器是一種高精度檢測裝置，在工業(yè)生產(chǎn)中越來越重要，是實現(xiàn)智能制造的基石，受應(yīng)用環(huán)境限制需金屬封裝，采用激光深熔焊接封焊傳感器金屬外殼是當(dāng)下最流行的一種加工方式。如礦井下環(huán)境對傳感器密封性要求很高，采用激光焊接后，金屬外殼表面光滑無缺陷，焊縫硬度與基材相當(dāng)，焊接過程中不會導(dǎo)致傳感器內(nèi)部光敏元件損壞，外觀效果和密封性極佳。

（三）激光焊接技術(shù)在集成電路板上的應(yīng)用

隨著科技進步發(fā)展，小微電子產(chǎn)品的集成電路焊接對精度和質(zhì)量要求也逐步提高，以高能量、高密度的激光束作為熱源，將熔點低于焊件的焊料熔化，從而實現(xiàn)集成電路板元件器或端子的有效焊接的方式在現(xiàn)階段得到了廣泛的應(yīng)用。

1.集成電路引線焊接

集成電路內(nèi)引線焊接時，一般采用激光中心穿透熔化焊接的方式，將激光焊接的光斑大小控制在150tan以內(nèi)，在硅片基底上鍍上薄薄的一層鋁膜，或者是使不同材料的金屬片有序焊接在一起。

集成電路外引線焊接時，一般采用脈沖激光焊接的方式，將扁平引線焊接在硅片的梁式引線接點上。焊接過程中不需要使用任何焊劑，以此減少熱沖擊對電路管芯造成的損傷和影響，從而大大提高了電路的效能和質(zhì)量。

2.集成電路封裝焊接

集成電路封裝的質(zhì)量直接影響到整個電路的穩(wěn)定性和可靠性，采用YAG激光器進行脈沖激光焊接封裝集成電路時，以單點重復(fù)的方式進行焊接，不僅可以提高集成電路封裝的氣密性，還能大大提升產(chǎn)品的合格率和性能。

3.集成電路修補焊接

集成電路在使用過程中，由于操作不當(dāng)、長期外加的電壓電流過大、灰塵過多或溫度過高等原因，會造成集成電路上某些電子元件損壞以及光掩膜損壞，從而出現(xiàn)短路、斷路、漏電等現(xiàn)象，甚至?xí)：Φ讲僮魅藛T的人身安全。如果是集成電路上電子元件損壞時，可采用脈沖激光并配合使用特殊的氣體或者化學(xué)氣象沉積技術(shù)，在原有的集成電路上進行破損元件重連或者重新更改連接線路的方式進行激光修補;如果是光掩模損壞時，就需要對光掩模進行激光修復(fù)。通過上述激光修補技術(shù)，不僅可以提高集成電路的重復(fù)使用率、降低成本，還能提升集成電路的可靠性和安全性。

（四）激光焊接技術(shù)在電池上的應(yīng)用

充電電池以高循環(huán)、高能量和污染小等優(yōu)勢備受關(guān)注，在電池的生產(chǎn)制造過程中也有很多部件和工序用到了激光焊接技術(shù)。

1.紐扣電池的焊接

新型可充電式紐扣電池因其小巧且可儲能的功能，在通訊、醫(yī)療、家用和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。激光焊接技術(shù)在紐扣電池的加工制作過程中，在實現(xiàn)紐扣電池的加工技術(shù)多樣性的同時，還能使產(chǎn)品的一致性得到提高，并且降低加工過程對電池的傷害，特別是在不同種材料焊接上優(yōu)勢明顯，可以有效降低脆性化合物的生成。

2.電池的極耳焊接

現(xiàn)如今的電池極耳焊接基本采用的是超聲波焊接工藝，在極耳的焊接區(qū)域容易出現(xiàn)虛焊、漏焊、極耳破損以及焊縫強度低等缺陷。采用多點激光掃描焊接方式焊接極耳，可有效提高極耳與極片之間的穩(wěn)定性和安全性，還能降低電池電芯內(nèi)阻，有效提升電池性能和焊接效率。

3.電池的極帶焊接

電池極帶采用激光點焊或激光連續(xù)焊接時，在純鋁帶、鎳帶、鋁鎳復(fù)合帶以及少量的銅帶的窄帶電池極帶產(chǎn)生的焊斑很小，以獨特的優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用。

4.電池殼體封裝焊接

在方形電池殼體封裝焊接過程中，通常采用激光連續(xù)焊接的方法以側(cè)焊或者頂焊（立焊）的方式來完成。側(cè)焊對電池內(nèi)部損傷小，但需要四個收口節(jié)點，所以焊接后導(dǎo)致凸起。立焊只需要在一個面完成，所以只有一個收口節(jié)點，避免側(cè)漏，且焊接過程無飛濺、焊縫表面平滑均勻無缺陷、外觀效果和密封性極好，利于量產(chǎn)。

（五）激光焊接技術(shù)在手機上的應(yīng)用

隨著5G技術(shù)和智能制造的發(fā)展，如今的手機在功能方面也越來越豐富，而內(nèi)部結(jié)構(gòu)也是越來越復(fù)雜。手機內(nèi)各金屬零件的焊接制作過程采用激光焊接時，可有效避免元器件損傷，實現(xiàn)手機內(nèi)部零件的完美鑲嵌與貼合。在手機芯片和線路板激光焊接過程中，采用高速全自動耦合激光焊接系統(tǒng)將鍍金鋁、鍍銅鋼、鍍金鋼等材質(zhì)的彈片焊接在導(dǎo)電位或手機上，起到抗氧化、抗腐蝕的作用，能夠便捷地對電子元器件的隨意部位開展平焊和斜焊等組成焊接，有效避免了焊后偏移對產(chǎn)品特性的危害，提升產(chǎn)品的合格率。

激光焊接技術(shù)在小微電子領(lǐng)域的應(yīng)用雖然達到了顯著效果，但也存在很多問題，如會出現(xiàn)焊接系統(tǒng)的投資成本大、占用資源多等因素，而且材料表面狀態(tài)會影響焊接效果。這就要求激光焊接技術(shù)要結(jié)合材料特性及工藝研究，不斷提高激光能量、加工精度及工業(yè)自動化，使激光焊接技術(shù)在向小型化焊接、集成化焊接、智能化焊接及系統(tǒng)化焊接領(lǐng)域發(fā)展的同時，還要朝實用化、高效化及多樣化的方向跟進，以適應(yīng)新材料、新結(jié)構(gòu)、新模式的生產(chǎn)需要，推動激光焊接技術(shù)迅速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

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◎編輯 原琳娜