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半导体激光器在电子焊接领域的应用

2019-09-18 16:15:20

高密度互连随着电子器件和集成电路的微型发展,使得传统的软熔焊接方法不断受到挑战。如何在高密度相互连接中成功地完成对每个细小的焊脚的焊接,而不造成相邻焊脚间的粘连和电路板的热损坏,采用激光进行无接触焊接成为解决方案之一。

  高密度互连随着电子器件和集成电路的微型发展,使得传统的软熔焊接方法不断受到挑战。如何在高密度相互连接中成功地完成对每个细小的焊脚的焊接,而不造成相邻焊脚间的粘连和电路板的热损坏,采用激光进行无接触焊接成为解决方案之一。以前,能够提供足够功率的激光器大多体积庞大、日常维护成本高,因此很不实用。但是,随着高功率半导体激光器技术的发展,采用激光进行无接触焊接已经成为实用、高效的重要手段。


  事实证明,采用近红外波长790-900nm、功率8到20W的半导体激光器焊接电子元件比传统的软熔技术有着更多的优点:它可以大幅度地减少传到部件上的热量;精确定位点焊;在复杂的几何位置上焊接;还可以一步完成剥线和焊线。由于焊点尺寸小,使得在电路板、连接器和柔性印刷电路板的部件焊接厉为可能;而且,焊点间潜在的架桥现象大为减少。不仅如此,激光器还具有输出功率恒定的能力,这保证了每一个焊点的均匀一致,大大提高了焊接质量及可靠性。


  下面介绍的就用实例均使用COHERENT公司生产的30W带光纤半导体激光器系统。系统内集成了一套完整的温度控制器、驱动电源和带800?m芯径耦合光纤的半导体激光器,输出800nm波长、30W功率的激光,光束通过一对焦距为31mm的平凸透镜,1:1成像,聚焦点直径为800?m。具有多种控制界面的FAP-System,使自动材料处理和计算机数字控制系统的集成得以简化。


  使用半导体激光器系统焊接高密集度互连的焊接面,工艺要求是将柔性电路固定到100针以上的连接器上。在这项工作中先进行焊接预处理,即将预制焊剂放在焊点上;再用10W的激光以0.5秒/针的速度焊接,使用少量含松香的焊剂来降低表面氧化。密集的几何形状、针的长度以有为柔性电路的使用,都使传统的软熔技术以以施展,而激光却能无须接触部件,就使焊料在每根针和焊接位置上软熔,从而减少了热损坏。


  柔性电路的应用很广,而体积也越来越小,加上电路板的材料容易烧焦,使用传统的焊接方法有一定的困难。 对助听器中柔性电路的焊接,这种电路是为一种助听器设计的,因此要求结构紧凑、重量轻。焊接点的宽度只有1mm,每个电路有7个焊接点,助听器由5块电路组成。为把分立元件焊接到柔性印刷电路上,每个焊点使用标准松香焊料,整个过程使用10W激光以1秒1个焊点的速度完成,高的能量密度及小的聚焦尺寸避免了散逸热量烧焦柔性电路板材料。


  使用激光处理某些导线绝缘层,如氨基甲酸乙酯和聚酰亚胺,能够一步完成剥线和焊接。也就是说,上述过程发生在激光输出的同一工作周期中,只是要通过使用模拟控制调整FAP-System的输出波形,使得脉冲的前期过程完成剥线,随后过程完成焊接。氢基甲酸乙酯和聚酰来胺绝缘材料最适合于这种处理方式。


  在激光处理这睦材料的过程 中,绝缘层并没有被完全清除,而只是对电线尾端露出裸线进行焊接。焊接完成后,电线表面几乎没有氧化,焊料非常容易地覆盖表面,而且焊点十分干净。激光的工作周期一般在0.5到2秒,有时更长一些,这取决于焊线的尺寸、焊接点的尺寸、绝缘材料及其厚度。


  这类半导体激光系统输出功率稳定、与元件处理系统集成方便,对最终用户颇具价值。在各种应用中,输出激光的功率密度高对加工处理十分有利,可能提高生产速度。总之,灵活的运动控制系统、精确细小的激光焊点、以及对加工部件极小的热影响区域,都能有产地提高生产率,降低废品率。半导体激光器焊接适用于表面元件安装、柔性印刷电路、高密集度连接器、微型分立元件、以及低热质电子元件的生产厂家。

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