1.引言

從每年的上海慕尼黑光博會(huì)，各大光器件展商參展都會(huì)升級(jí)出速度更快，性能更穩(wěn)定，光學(xué)質(zhì)量更高，功率更大的新一代激光器無(wú)不閃耀展臺(tái)。

光器件的發(fā)展依然推動(dòng)著各行各業(yè)的發(fā)展，例如更高質(zhì)量的激光打標(biāo)，切割，焊接，除銹等等?？v觀各大廠商的推出的以上高端激光器件甚至高端激光成套激光設(shè)備，我們發(fā)現(xiàn)，除了打標(biāo)，切割，焊接，除銹等這類應(yīng)用以外，還有一種新穎的應(yīng)用方式：激光錫焊

2.激光錫焊的發(fā)展及其所面臨的問題

眾所周知，激光錫焊的發(fā)展至今沒幾年，技術(shù)也不太成熟，大部分設(shè)備制造商采用的方式和激光打標(biāo)或者激光焊接原理類似，直接對(duì)著需要錫焊的產(chǎn)品開激光，控制激光功率照射焊盤焊料，一般用于需要預(yù)先上滿焊膏的回流焊范圍。

這種方式雖然擁有了非接觸性加工的各種優(yōu)點(diǎn)，但是溫度卻不可控，燒壞產(chǎn)品時(shí)有發(fā)生，而電子行業(yè)錫焊主要還是要有穩(wěn)定的溫度來(lái)錫焊才能得到合格成品。即便如此，很多電子廠處于各種原因仍然選擇了這種類型的激光錫焊設(shè)備用來(lái)替代烙鐵焊機(jī)器人。

溫度不可控的激光錫焊設(shè)備在電子廠批量化生產(chǎn)不僅僅難以保障產(chǎn)品焊接的質(zhì)量，還有發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)。

所以企業(yè)在為了完成滿足激光非接觸性焊接的同時(shí)，不僅僅要考慮他的可靠性，還要考慮設(shè)備的可控性，安全性等等綜合性能。

激光技術(shù)雖然在飛速發(fā)展，激光錫焊設(shè)備供應(yīng)商在更好的服務(wù)電子廠的同時(shí)，也需要大資金投入研發(fā)，將同步技術(shù)升級(jí)。

讓人欣慰的是，最近溫控型激光錫焊技術(shù)也得到了發(fā)展，不少激光設(shè)備制造商意識(shí)到了溫控對(duì)電子產(chǎn)品錫焊的重要性，因此也推出了溫控型的激光錫焊設(shè)備，雖然不太成熟，但給電子產(chǎn)品可控的非接觸選擇性錫焊帶來(lái)了福音。

3.溫控型激光錫焊的原理

18年以后，宣傳擁有溫控型的激光錫焊設(shè)備逐漸嶄露頭角，我們先來(lái)了解什么是溫控型激光錫焊設(shè)備。

溫度控制原理為：通過(guò)紅外檢測(cè)方式，實(shí)時(shí)檢測(cè)激光對(duì)加工件的紅外熱輻射，形成激光焊接溫度和檢測(cè)溫度的閉環(huán)控制，通過(guò)PID的計(jì)算調(diào)節(jié)，可以有效控制激光焊接溫度在設(shè)定范圍波動(dòng)。由上位機(jī)將設(shè)定的溫度指令傳給單片機(jī)。單片機(jī)控制半導(dǎo)體激光器打開激光；通過(guò)光學(xué)耦合系統(tǒng)將半導(dǎo)體激光器輸出的激光照射到指定焊接區(qū)域，同時(shí)對(duì)激光掃射區(qū)域進(jìn)行測(cè)溫。在這種焊接模式下，測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)形成對(duì)單片機(jī)的反饋，構(gòu)成閉環(huán)控制。使焊接區(qū)域溫度在設(shè)定范圍，從而達(dá)到控溫焊接的過(guò)程。

通過(guò)這樣一個(gè)原理介紹和圖形關(guān)系，對(duì)于溫度控制原理就不難理解了。

4.實(shí)驗(yàn)及結(jié)果討論

通過(guò)以上原理完成溫度控制的激光錫焊設(shè)備，我們?cè)谀畴娮覱EM廠選取目前比較有名且實(shí)力比較優(yōu)秀供應(yīng)商，帶有溫控激光錫焊設(shè)備的A型設(shè)備做一段激光錫焊的實(shí)驗(yàn)演示：

4.1實(shí)驗(yàn)

根據(jù)公開資料顯示，使用的波長(zhǎng)為915nm半導(dǎo)體激光器，功率50w，光學(xué)器件為復(fù)合光學(xué)鏡頭，帶溫度傳感器，400um光纖傳輸，插針件焊錫：

整個(gè)過(guò)程焊接沒什么問題，但是專業(yè)且細(xì)心的部分觀眾可能就有個(gè)疑問，這個(gè)尖峰到底是什么回事，為什么會(huì)在開激光瞬間升到550℃攝氏度，一般的焊盤完全怎么著也用不了這么高的溫度，而且是550℃攝氏度沒有穩(wěn)定住，并不符合整個(gè)錫焊的過(guò)程。

卻是，在電子產(chǎn)品錫焊過(guò)程中，激光出現(xiàn)突然的尖峰是比較危險(xiǎn)的，瞬間溫度過(guò)高很有可能燒傷甚至擊穿焊盤，這是什么原因?qū)е碌哪?。松爾德科技的研發(fā)工程師在產(chǎn)品開發(fā)的過(guò)程中也遇到過(guò)這樣的現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的分析發(fā)現(xiàn)，激光開光瞬間高峰屬于激光器的超調(diào)現(xiàn)象。超調(diào)現(xiàn)象在整個(gè)激光行業(yè)也比較常見，經(jīng)常的，激光切割和激光焊接都會(huì)有超調(diào)現(xiàn)象，對(duì)于切割和焊接，這種影響微乎其微，忽略不計(jì)，但是到了電子產(chǎn)品錫焊，那就非常致命了。

至此A公司的溫控激光錫焊產(chǎn)品溫控性能展示實(shí)驗(yàn)暫且完畢。

4.2實(shí)驗(yàn)

在該電子廠，選取目前同樣激光錫焊設(shè)備占有一席之地的供應(yīng)商B型設(shè)備做一段激光錫焊的實(shí)驗(yàn)：

根據(jù)公開資料顯示，使用的波長(zhǎng)同樣為915nm半導(dǎo)體激光器，功率70w，光學(xué)器件為復(fù)合光學(xué)鏡頭，帶溫度傳感器，400um光纖傳輸，插針件焊錫：

從上圖錫焊過(guò)程可以看到，整個(gè)錫焊的過(guò)程溫度控制波動(dòng)劇烈，從220℃攝氏度到320攝氏度之間波動(dòng)，溫度波動(dòng)區(qū)間較大，溫度控制滯后，激光偶爾強(qiáng)閃。雖然焊接過(guò)程完成了，但是對(duì)于大部分產(chǎn)品而言，溫度控制不準(zhǔn)，溫度控制跳動(dòng)幅度較大，溫度控制有尖峰，都是致命的，電子產(chǎn)品量產(chǎn)的時(shí)候，稍微不小心就有燒傷甚至擊穿的現(xiàn)象，帶來(lái)不可挽回的損失。

還有一個(gè)問題就是，藍(lán)色采集線之前的部分為空白，沒有采集到溫度是什么情況，具體情況不好猜測(cè)，暫且略過(guò)。

至此B公司的溫控激光錫焊產(chǎn)品溫控性能展示實(shí)驗(yàn)暫且完畢。

4.3實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)在再來(lái)看看愿意公開數(shù)據(jù)的松爾德科技，同樣也作為一家溫控激光錫焊設(shè)備的研發(fā)制造商為我們提供的錫焊數(shù)據(jù)：

使用的波長(zhǎng)為940nm半導(dǎo)體激光器，功率80w，光學(xué)器件為松爾德科技光學(xué)工程師團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的五光同軸光學(xué)鏡頭，帶溫度傳感器，400um光纖傳輸。

依然采用插針件作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。

為了全方位展示自己的溫控能力，技術(shù)人員故意選擇一個(gè)大焊盤，并且將溫度設(shè)定為跳躍式升溫，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上看，花式展示了溫控模式下，激光加熱的焊盤溫度牢牢的被鎖定在了所需要達(dá)到的溫度值，并且誤差極小。

焊盤雖然比較大，散熱快，但是在溫度控制的保駕護(hù)航下，曲線并沒有出現(xiàn)任何波動(dòng)，從始至終都保持在設(shè)定的溫度值直到錫焊完成，焊點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控全程記錄了焊接的過(guò)程，如圖11.

5.分析：

先來(lái)看看傳統(tǒng)錫焊升溫過(guò)程理論，如圖

在來(lái)看看同樣條件下溫度控制下激光升溫的理論圖（毫秒）

激光對(duì)升溫速度快，而且有溫度控制的激光錫焊設(shè)備對(duì)電子產(chǎn)品的非接觸式錫焊的批量化生產(chǎn)提供了更好的保護(hù)。

升溫速度快得益于光學(xué)質(zhì)量越好，激光的光密度高，能量越集中，升溫速度越快，在快速升溫的過(guò)程中，溫度控制能夠抑制超調(diào)，溫控的穩(wěn)定性抑制溫度上下波動(dòng)，對(duì)電子產(chǎn)品錫焊質(zhì)量的穩(wěn)定性有著密切聯(lián)系， 因此光學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)本系統(tǒng)的重要性舉足輕重。經(jīng)過(guò)分析，列舉如下：
    1. 需要能量更加集中，得到更小的光斑。

2需要更高的激光透過(guò)率，減少能量損失。

3.需要更小的腰斑直徑設(shè)計(jì)，減少其他器件對(duì)激光的遮擋影響。

4.需要更精準(zhǔn)的溫度控制，需要紅外探測(cè)光與近紅外盡可能的消除色差。

5.需要兼顧可視化實(shí)時(shí)監(jiān)控，需要CCD視覺有更清晰的成像光學(xué)條件。

6. 需要減少各類光學(xué)的反射和吸收，保證光學(xué)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性等。

7. 需要消除陰影的無(wú)影光設(shè)計(jì)，對(duì)焊盤的識(shí)別更準(zhǔn)確。

8.需要有較高的工作距離，防止助焊劑飛濺和煙塵污染對(duì)光學(xué)器件的損壞等等

6.結(jié)論

本文使用市面上比較有實(shí)力的提供溫控激光錫焊設(shè)備的公司做了三個(gè)同類激光錫焊對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程均采用了如上所述的溫控閉環(huán)反饋系統(tǒng)來(lái)實(shí)時(shí)反饋激光對(duì)插針件錫焊過(guò)程的溫度變化過(guò)程，分析了溫度控制的原理以及溫度波動(dòng)的原因。經(jīng)過(guò)三個(gè)實(shí)驗(yàn)，將影響最大的因素——光學(xué)系統(tǒng)單獨(dú)剝離出來(lái)分析，利用光學(xué)系統(tǒng)將激光聚焦到相對(duì)高的能量密度（更小的光斑），得到更快的升溫速度，利用sensor高強(qiáng)激光溫控儀光學(xué)器件集成于光學(xué)系統(tǒng)，得到更精準(zhǔn)更高速的溫度控制數(shù)據(jù)，用高速CCD相機(jī)更快的實(shí)時(shí)捕捉錫焊畫面，實(shí)時(shí)分析錫焊過(guò)程。

松爾德科技的整套溫控激光錫焊系統(tǒng)集成度高，激光光斑更小，能量密度更高，激光透過(guò)率高達(dá)90%-95%，溫度控制準(zhǔn)確，響應(yīng)速度更快，符合電子器件廠對(duì)產(chǎn)品激光錫焊的各項(xiàng)要求，升級(jí)后的光學(xué)系統(tǒng)附帶的屈光調(diào)節(jié)系統(tǒng)可改變激光折射率，從而改變光學(xué)形態(tài)，覆蓋的錫焊產(chǎn)品范圍更廣。

隨著折疊屏和5G通訊，智能汽車時(shí)代的到來(lái)，F(xiàn)PC軟板錫焊，攝像頭焊接，光模塊錫焊等高科技配件將供不應(yīng)求，溫控型的激光錫焊設(shè)備將隨著行業(yè)深入發(fā)展大放異彩。關(guān)注激光錫焊應(yīng)用，關(guān)注研發(fā)實(shí)力雄厚的武漢松爾德科技有限公司，我們將為客戶帶來(lái)最好用的溫控激光錫焊設(shè)備。

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