一文帶你了解什么是激光錫焊

什么是激光錫焊

激光錫焊是一種先進(jìn)的焊接技術(shù)，它通過激光作為熱源，精確控制并快速加熱低熔點(diǎn)焊料，使之熔化后流入并填充待焊接金屬部件間的微小間隙，形成牢固的焊接接頭。與傳統(tǒng)的電烙鐵焊接技術(shù)相區(qū)別，激光錫焊采用非接觸式加工方式，利用激光的高強(qiáng)度能量集中作用于很小的區(qū)域，實(shí)現(xiàn)高效、精準(zhǔn)的焊接效果。

奧萊光電激光錫焊的主要特點(diǎn)包括：

高精度與無接觸性：激光能夠聚焦到極微小的點(diǎn)上，適合精密電子器件的焊接，避免了物理接觸可能引起的損傷或污染。

快速加熱與冷卻：激光加熱速度快，焊點(diǎn)周圍的熱影響區(qū)域小，有助于保護(hù)敏感元件，同時(shí)加速生產(chǎn)流程。

恒溫焊接高良率：獨(dú)創(chuàng)PID在線溫度調(diào)節(jié)反饋系統(tǒng)，能有效的控制恒溫焊錫，確保焊錫良品率與精密度。

優(yōu)異的一致性與重復(fù)性：便于自動(dòng)化控制，保證每次焊接的質(zhì)量穩(wěn)定，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

廣泛適用性：適合多種材料和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的焊接，尤其適用于高熔點(diǎn)材料或需要深度焊接的場(chǎng)合。

與電烙鐵焊接的對(duì)比：

激光錫焊的優(yōu)勢(shì)：

更高的焊接精度和速度，適合精密零件。

減少熱損傷風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)周邊元件。

自動(dòng)化程度高，適合大批量生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量一致性。

電烙鐵焊接的優(yōu)勢(shì)：

成本較低，設(shè)備簡(jiǎn)單，易于操作和維護(hù)。

適合小規(guī)模生產(chǎn)、維修或DIY項(xiàng)目，靈活性高。

技術(shù)門檻低，無需復(fù)雜培訓(xùn)即可上手。

各自的局限性：

激光錫焊初期投資較大，對(duì)操作和維護(hù)要求較高。

電烙鐵焊接效率較低，焊接質(zhì)量受操作者技能影響，不適合高精度需求。

綜上，激光錫焊以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在追求高精度、高效率和自動(dòng)化生產(chǎn)的領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著的應(yīng)用價(jià)值，而電烙鐵焊接則在成本敏感、小規(guī)模作業(yè)或需要手工靈活性的場(chǎng)景下依然具有實(shí)用性。

激光錫焊的核心在于精密調(diào)控激光功率及其在焊點(diǎn)上的能量分布。理想的能量分配需確保錫料與母材同時(shí)達(dá)到最適合焊接的溫度區(qū)間，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)焊點(diǎn)的形成。具體而言：

避免錫料過熱：若激光主要能量集中于錫料，雖可快速熔化錫料，但可能導(dǎo)致“瞬時(shí)高溫”，使得錫料過快熔融而母材溫度滯后，造成錫料無法充分潤(rùn)濕母材表面。這種情況下，焊料可能形成球狀或無法充分填充間隙，導(dǎo)致焊點(diǎn)形態(tài)不良，強(qiáng)度和可靠性降低。

平衡母材與錫料加熱：將激光能量適中地分配至母材，可以促進(jìn)母材表面溫度的均勻上升，與錫料熔化速率相匹配。這樣既能保證錫料保持良好的流動(dòng)性和活性，又能使母材表面清潔并充分激活，有利于錫料與母材之間的冶金結(jié)合，形成堅(jiān)固、無空洞且形態(tài)飽滿的焊點(diǎn)。

精確控制激光功率：關(guān)鍵在于根據(jù)材料特性、焊點(diǎn)尺寸及所需焊接深度，精確調(diào)節(jié)激光功率及其脈沖寬度、頻率等參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接區(qū)域的精準(zhǔn)加熱，既保證熱量的有效傳輸，又控制熱影響區(qū)最小化，從而達(dá)到理想的焊接效果。

總之，激光錫焊的成功實(shí)施依賴于對(duì)激光功率及其能量分布的精細(xì)調(diào)控，確保錫料與母材之間的熱平衡，以獲得高質(zhì)量的焊接接頭，避免因加熱不均引發(fā)的各種焊接缺陷。

激光錫焊的種類有哪些

目前激光錫焊主要分為4種，分別為錫絲激光焊接、錫膏激光焊接、錫球激光焊接以及振鏡激光焊接。

錫絲激光焊接

錫絲激光焊接技術(shù)是一種精密的焊接方法，其運(yùn)作機(jī)理如下：首先，精確控制的激光束聚焦于待焊接的金屬焊盤上，溫和而高效地加熱直至焊盤達(dá)到理想的預(yù)熱溫度。這一過程確保了熱量分布均勻，為后續(xù)焊接創(chuàng)造最佳條件。隨后，將錫絲精確送至已被預(yù)熱的焊盤表面，激光隨即調(diào)整至適宜功率，瞬間熔化接觸焊盤的錫絲部分。熔融的錫在表面張力和毛細(xì)作用的共同驅(qū)動(dòng)下，順暢地浸潤(rùn)并填充焊盤與元件引腳或連接部位之間的微小間隙，形成牢固而光滑的焊接接頭。此過程不僅極大地提高了焊接質(zhì)量和可靠性，還通過精確的能量管理，有效減少了熱影響區(qū)域，保護(hù)了周圍敏感元件，是現(xiàn)代精密電子組裝和高密度封裝應(yīng)用中的優(yōu)選方案。

送絲激光焊錫作為激光錫焊技術(shù)的一種主流應(yīng)用形式，集成了高自動(dòng)化與精密控制的優(yōu)勢(shì)。它通過智能化的送絲機(jī)構(gòu)與自動(dòng)工作平臺(tái)的默契配合，采用模塊化控制系統(tǒng)，確保了焊錫絲的精準(zhǔn)輸送與激光能量的精確釋放，整個(gè)過程一體化操作，不僅提升了作業(yè)效率，還保證了焊接結(jié)果的一致性和高質(zhì)量。

該技術(shù)的一大革新在于其“一氣呵成”的作業(yè)模式，無需多次裝夾或調(diào)整，自始至終保持材料的穩(wěn)固定位，直至焊接任務(wù)自動(dòng)完成。這種設(shè)計(jì)大大擴(kuò)展了其在多領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，從精密電子器件到復(fù)雜結(jié)構(gòu)組件，皆能應(yīng)對(duì)自如。

與傳統(tǒng)焊接技術(shù)相比較，送絲激光焊錫尤為突出的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)包括：

無額外耗材損耗：簡(jiǎn)化了焊接過程，無需焊劑或其他輔助材料，降低了成本。

高效滲透焊接：憑借激光的高能量密度，實(shí)現(xiàn)深度焊接，焊接強(qiáng)度高，無虛假焊縫。

零應(yīng)力焊接：對(duì)焊接件施加的熱應(yīng)力極小，保護(hù)了焊接結(jié)構(gòu)的完整性。

焊點(diǎn)美觀耐用：形成的焊點(diǎn)飽滿光亮，邊緣平滑無毛刺，且無焊渣殘留，提升了成品的外觀品質(zhì)和長(zhǎng)期可靠性。

該技術(shù)廣泛應(yīng)用于各類高新技術(shù)產(chǎn)品的制造中，諸如PCB電路板上的通孔插針焊接、精密線圈的連接、5G通訊天線組件的組裝等，充分展現(xiàn)了其在現(xiàn)代精密制造領(lǐng)域的獨(dú)特價(jià)值與適應(yīng)性。

錫膏激光焊接

錫膏激光焊接是一種精密而高效的焊接工藝，其核心步驟如下：

預(yù)置錫膏：首先，將適量的錫膏精確地點(diǎn)涂于待焊接的焊盤上。錫膏含有合金粉末、助焊劑及其它添加劑，能在激光的作用下迅速熔化并流動(dòng)，確保良好的潤(rùn)濕性和焊接質(zhì)量。

激光精準(zhǔn)加熱：隨后，利用高能量密度的激光束精確照射在涂有錫膏的焊盤上。激光能量被錫膏及焊盤有效吸收，迅速而局部地加熱至焊料熔點(diǎn)以上，同時(shí)控制熱影響區(qū)域，減少對(duì)周邊敏感元件的熱損傷。

合金化與冷卻：隨著溫度的升高，錫膏中的合金粉末與焊盤表面材料發(fā)生冶金反應(yīng)，形成牢固的合金層，這一過程稱為合金化。隨后，焊接區(qū)域自然或通過輔助手段快速冷卻，固化焊點(diǎn)，完成焊接過程。

該工藝的優(yōu)勢(shì)在于：

精確控制：激光的精確聚焦能力確保了熱量的精確傳輸，適合高密度、微細(xì)焊點(diǎn)的焊接需求。

非接觸加工：避免了傳統(tǒng)焊接工具的物理接觸，減少了對(duì)焊點(diǎn)及周邊元件的機(jī)械應(yīng)力損傷。

高效快速：激光加熱速度快，焊接周期短，適合大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)。

焊點(diǎn)質(zhì)量高：形成的焊點(diǎn)均勻、強(qiáng)度高，焊后表面光潔，有助于提升產(chǎn)品整體的可靠性和美觀度。

錫膏激光焊接的工藝流程圖通常包括錫膏印刷、激光照射、冷卻固化等關(guān)鍵步驟，直觀展示從準(zhǔn)備到完成的整個(gè)焊接流程，為實(shí)際操作提供清晰指導(dǎo)。

錫膏激光焊錫技術(shù)，在增強(qiáng)零部件的連接強(qiáng)度與預(yù)鍍錫處理上展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，比如通過精確控制的激光能量熔化錫膏，以加固屏蔽蓋邊緣或確保磁頭觸點(diǎn)的牢固焊接。此技術(shù)尤其擅長(zhǎng)于柔性電路板的焊接，例如塑料天線座的裝配，其無復(fù)雜的電路布局使得錫膏焊接得以高效施展，成就平整光滑、連接可靠的焊點(diǎn)。

針對(duì)精密微型組件的焊接挑戰(zhàn)，錫膏激光焊錫更凸顯其精確控制與填充能力，優(yōu)化了焊接質(zhì)量，即便在空間極為受限的情況下亦能表現(xiàn)出色。

與傳統(tǒng)焊接方式相比較，錫膏激光焊錫的幾大顯著優(yōu)點(diǎn)包括：

精確定位與局部加熱：能夠精確控制加熱區(qū)域，減小熱影響范圍，這對(duì)于高密度布線的PCB尤其重要，最小焊接間距可縮至0.12毫米，大大提升了在密集焊盤環(huán)境下的焊接效率。

增強(qiáng)通孔穿透力：激光能量的集中使通孔焊盤的焊接滲透性顯著提高，確保深層焊接的完整性和可靠性。

然而，激光焊錫過程中，由于能量高度集中，錫膏加熱若不均勻，可能會(huì)導(dǎo)致錫膏破裂甚至飛濺，存在短路風(fēng)險(xiǎn)。因此，采用高品質(zhì)、專為激光焊接設(shè)計(jì)的防濺型錫膏顯得尤為重要，以減少飛濺現(xiàn)象，保障焊接質(zhì)量與安全。

錫膏激光焊接技術(shù)廣泛應(yīng)用于多個(gè)高科技領(lǐng)域的產(chǎn)品制造中，涵蓋了光通訊模塊的FPC連接、PCB與FPC的結(jié)合、插針組件、貼片元件固定、線纜與PCB的接合、乃至精密馬達(dá)線圈的焊接等，體現(xiàn)了其在現(xiàn)代電子制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用價(jià)值與適應(yīng)性。

錫球激光焊接

錫球激光焊接原理是將錫球顆粒通過送球機(jī)構(gòu)送到噴嘴處，然后激光照射，熔化錫球，通過氮?dú)鈱⒁簯B(tài)的錫噴射在產(chǎn)品表面。其工藝流程圖。

錫球激光焊接是一種精密高效的焊接技術(shù)，采用預(yù)置的純錫小顆粒(錫球)作為焊接材料。這些錫球在受到激光精準(zhǔn)加熱后均勻熔化，過程中幾乎不產(chǎn)生飛濺，熔融后迅速冷卻固化，形成飽滿平滑的焊點(diǎn)，無需額外的清潔或表面處理步驟，極大簡(jiǎn)化了工藝流程，保證了焊接區(qū)的整潔度和焊點(diǎn)的美觀性。

相較于傳統(tǒng)焊接方法，錫球激光焊接展現(xiàn)出眾多顯著優(yōu)勢(shì)：

卓越效率與清潔性：無需使用助焊劑，焊接過程更為環(huán)保清潔，同時(shí)，憑借激光的高效能量轉(zhuǎn)換，焊接速度快，整體效率顯著提升。

一致的焊接質(zhì)量：激光的精確控制確保了每個(gè)焊點(diǎn)的加熱均勻，從而獲得外觀一致、穩(wěn)定性極高的焊接效果，非常適合高精度、高密度的焊接需求。

極小熱影響：激光聚焦的精確性將熱影響區(qū)域限制在最小，有效保護(hù)了周邊敏感元件和材料結(jié)構(gòu)，降低了熱變形和損傷的風(fēng)險(xiǎn)。

錫球激光焊接技術(shù)因其上述優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于各類高技術(shù)含量的產(chǎn)品制造中，包括但不限于：

精密電子組件連接：如攝像頭模組內(nèi)部的細(xì)微焊盤連接，確保圖像傳感器等關(guān)鍵部件的穩(wěn)定安裝。

柔性電路板焊接：在FPC與FPC或FPC與PCB之間的高密度連接中，提供可靠而美觀的焊接解決方案。

半導(dǎo)體封裝：如晶圓級(jí)芯片封裝、球柵陣列(BGA)等高端集成電路的焊接，滿足了高性能電子產(chǎn)品對(duì)焊接可靠性的嚴(yán)苛要求。

綜上，錫球激光焊接憑借其高效、清潔、穩(wěn)定且熱影響小的特點(diǎn)，成為諸多精密電子制造領(lǐng)域不可或缺的先進(jìn)焊接手段。

振鏡激光焊接

振鏡掃描式焊接原理是將錫膏事先點(diǎn)在或涂抹在焊盤上，再通過激光來回掃描，加熱錫膏和產(chǎn)品焊盤，使其達(dá)到焊接的溫度，從而達(dá)到焊接的目的，是點(diǎn)錫膏焊接的補(bǔ)充。其工藝原理。

振鏡掃描式焊接能夠?qū)崿F(xiàn)在不同形狀規(guī)則的焊盤區(qū)域進(jìn)行匹配焊接，可點(diǎn)焊也可面焊。常見焊接產(chǎn)品有FPC與PCB&FPC、插針件、貼片元器件、線材與線&PCB、馬達(dá)線圈等。

奧萊光電振鏡恒溫視覺同軸加工系統(tǒng)專為滿足高精度定位要求的振鏡掃描加工而設(shè)計(jì)，CCD觀測(cè)的圖像與激光光束焦點(diǎn)完全同軸，與F-日鏡頭及黑明光源配套可實(shí)現(xiàn)“所見即所得”的激光加工。校正后的激光加工絕對(duì)位置精度可達(dá)到0.02mm以下，與軟件配合使用幾乎可以克服振鏡溫漂帶來的加工位置誤差。

掃描物鏡采用遠(yuǎn)心設(shè)計(jì)，消除了一般掃描物鏡帶來的居多問題，使標(biāo)刻范圍內(nèi)均勻統(tǒng)一。一體化的設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，采用內(nèi)同軸的CCD光學(xué)系統(tǒng)，使得成像質(zhì)量更好，與傳統(tǒng)模式相比軟件更容易識(shí)別。專為精密焊接準(zhǔn)備，通過待加工件上的標(biāo)記點(diǎn)，可以控制十字工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)到指定位置，避免工件的誤差帶來的焊接問題。同時(shí)視覺定位系統(tǒng)也可作為監(jiān)視裝置，CCD成像可實(shí)時(shí)觀察工作情況。

帶溫度反饋的直接半導(dǎo)體激光焊接系統(tǒng)：溫度反饋的功能可對(duì)焊接進(jìn)行溫度控制，可以對(duì)直徑1mm的微小區(qū)域進(jìn)行溫度控制，溫度精度為±2℃，通過對(duì)溫度的精確控制，可以充分把握焊接效果和避免焊接工件受損。

一體化設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，包含振鏡，紅外同軸測(cè)溫、CCD同軸成像系統(tǒng)，激光同軸傳輸系統(tǒng)以及掃描物鏡系列等。

微電子應(yīng)用與激光錫焊

微電子技術(shù)是隨著集成電路，尤其是超大型規(guī)模集成電路而發(fā)展起來的一門新的技術(shù)。其發(fā)展的理論基礎(chǔ)是19世紀(jì)末到20世紀(jì)30年代期間建立起來的現(xiàn)代物理學(xué)。從本質(zhì)上來看，微電子技術(shù)的核心在于集成電路，它是在各類半導(dǎo)體器件不斷發(fā)展過程中所形成的。在信息化時(shí)代下，微電子技術(shù)對(duì)人類生產(chǎn)、生活都帶來了極大的影響。

生活應(yīng)用

隨著信息化時(shí)代的到來，在信息知識(shí)爆炸的年代，微電子技術(shù)下的產(chǎn)品影響著我們生活的方方面面(圖10)，如我們最為常用的通信工具—手機(jī)，上下班坐公交車使用的IC卡，洗衣服用的全自動(dòng)洗衣機(jī)，做飯用的電飯煲，燒水用的電水壺，茶余飯后的欣賞電視節(jié)目。這些和我們生活息息相關(guān)的電子產(chǎn)品都采用了微電子技術(shù)處理而完成其功能性的發(fā)揮，給我們的生活帶來了便捷，帶來了高品質(zhì)的享受。

工業(yè)制造應(yīng)用

為了能夠快速地適應(yīng)新時(shí)代工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，目前許多的工業(yè)制造企業(yè)都積極地引進(jìn)微電子技術(shù)支持下的設(shè)備來提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的精準(zhǔn)度，以此提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。比如，在汽車制造行業(yè)，通過微電子的融入研發(fā)了電子引擎監(jiān)控系統(tǒng)，有效地解決了引擎不容易控制的問題;將微電子技術(shù)融入汽車的監(jiān)控系統(tǒng)中，一旦汽車遭遇被盜情況，電子防盜系統(tǒng)會(huì)立即發(fā)出警報(bào)。

軍工產(chǎn)業(yè)應(yīng)用

微電子技術(shù)不僅在生活、工業(yè)等產(chǎn)業(yè)中得以廣泛應(yīng)用，而且在軍工產(chǎn)業(yè)中也扮演著重要的角色。眾所周知，在信息化時(shí)代，現(xiàn)代軍事力量的強(qiáng)大與否主要體現(xiàn)在軍事裝備信息化程度的高低。如果一個(gè)國家軍事裝備中融入的現(xiàn)代微電子信息技術(shù)較多，就會(huì)在戰(zhàn)爭(zhēng)中取得先機(jī)。例如，依靠微電子技術(shù)通過遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制的無人戰(zhàn)斗機(jī)，就是很好應(yīng)用微電子技術(shù)的例子。

此外，偵察機(jī)上的數(shù)字地圖裝置能夠?yàn)橐巴庥?xùn)練的士兵提供準(zhǔn)確的天氣、情報(bào)、敵軍位置以及周邊地形等準(zhǔn)確信息數(shù)據(jù)。通過無線計(jì)算機(jī)網(wǎng)路技術(shù)將搜集到的信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)街笓]中心，為軍事方案的制定提供了重要的支持[2]。

時(shí)下，電子行業(yè)是國家戰(zhàn)略性發(fā)展產(chǎn)業(yè)，消費(fèi)電子行業(yè)存量市場(chǎng)空間依然非常大。一方面，個(gè)人電腦、平板電腦、智能手機(jī)都已經(jīng)開始進(jìn)入紅海的競(jìng)爭(zhēng)格局，隨之而來的將是各自產(chǎn)品在技術(shù)創(chuàng)新上的突破，從而帶來新的技術(shù)應(yīng)用和工藝變革。另外，隨著技術(shù)進(jìn)一步的創(chuàng)新，在消費(fèi)電子領(lǐng)域也涌現(xiàn)出一批新產(chǎn)品，如智能手表、智能手環(huán)為代表的可穿戴設(shè)備、AR/VR、消費(fèi)無人機(jī)等，這些新興的消費(fèi)電子產(chǎn)品發(fā)展迅猛。

隨著電子產(chǎn)品越來越微型化及單件元器件引腳數(shù)目不斷增加，集成電路QFP元件的引腳間距也不斷縮小，并朝著更精密的方向發(fā)展。作為彌補(bǔ)傳統(tǒng)焊接方式不足的新型焊接工藝，非接觸式激光錫焊技術(shù)以其高精度、高效率和高可靠性等優(yōu)點(diǎn)正逐步替代傳統(tǒng)烙鐵焊，已成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。

可以預(yù)見，未來電子產(chǎn)品將面臨如下變革：

1)客戶產(chǎn)品越來越小型化、智能化、復(fù)雜化、個(gè)性化;

2)接觸式的電烙鐵焊接工藝焊點(diǎn)粗大、一致性差;

3)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備難以適應(yīng)多樣性、柔性化的生產(chǎn)環(huán)境。

當(dāng)下，市場(chǎng)正朝著縱向數(shù)量的增長(zhǎng)和橫向應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，隨之而來的是市場(chǎng)對(duì)電子元器件需求的增長(zhǎng)，錫焊是其生產(chǎn)工藝中必不可少的環(huán)節(jié)，因此，包括上游產(chǎn)業(yè)鏈也相繼尋找激光錫焊工藝解決方案。