研發(fā)實(shí)驗(yàn)室丨簡述激光錫焊在電子電路焊接中的應(yīng)用
作者：武漢松爾德科技????? 發(fā)布日期：2019-03-19?
隨著科技發(fā)展,電子、電氣、數(shù)碼類產(chǎn)品日益成熟并風(fēng)靡全球,該領(lǐng)域所涵蓋的產(chǎn)品其所包含的任何元器件都或許會涉及到錫焊工藝,大到PCB板主件,小到晶振元件,絕大多數(shù)的焊接需要在300℃以下完成。
現(xiàn)在電子工業(yè)的芯片級封裝(IC封裝)和板卡級的組裝均大量采用錫基合金填充金屬進(jìn)行焊接,完成器件的封裝與卡片的組裝。例如,在倒片芯片工藝中,釬料直接把芯片連接到基板上;在電子組裝制造中,利用釬料把器件焊接到電路基板上。
錫焊工藝包括波峰焊和回流焊等,波峰焊是利用熔融的釬料循環(huán)流動的波峰面,與插裝有元器件的PCB焊接面相接觸完成焊接過程;回流焊則是將釬料膏或焊片事先放置在PCB焊盤之間,加熱后通過釬料膏或焊片的熔化將元件與PCB連接起來。
相比傳統(tǒng)錫焊工藝,該方法具有加熱速度快,熱輸入量及熱影響小;焊接位置可精確控制;焊接過程自動化;可精確控制釬料的量,焊點(diǎn)一致性好;可大幅減少釬焊過程中的揮發(fā)物對操作人員的影響;非接觸式加熱;適合復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件焊接等優(yōu)點(diǎn)。
激光錫焊以激光熱源為主體,對錫料填充熔融固化達(dá)到連接、導(dǎo)通、加固的工藝效果。按錫材料狀態(tài)來劃分可以歸納為三種主要形式:錫絲填充、錫膏填充、錫球填充。
錫絲填充激光錫焊應(yīng)用
送絲激光焊是激光錫焊的一種主要形式,送絲機(jī)構(gòu)與自動化工作臺配套使用,通過模塊化控制方式實(shí)現(xiàn)自動送錫絲及出光焊接,具有結(jié)構(gòu)緊湊、一次性作業(yè)的特點(diǎn),相比于其他幾種錫焊方式,其明顯優(yōu)勢在于一次性裝夾物料,自動完成焊接,具有廣泛的適用性。如下圖
錫膏激光焊一般應(yīng)用于零配件加固或者預(yù)上錫方面,比如屏蔽罩邊角通過錫膏在高溫熔融加固,磁頭觸點(diǎn)的上錫熔融;
也適用于電路導(dǎo)通焊接,對于柔性電路板的焊接效果非常好,比如塑料天線座,因其不存在復(fù)雜電路,通過錫膏焊往往達(dá)到不錯的效果。對于精密微小型的工件,錫膏填充焊能充分體現(xiàn)其優(yōu)勢。
由于錫膏的受熱均勻性較好,當(dāng)量直徑相對較小,通過精密點(diǎn)膠設(shè)備可以精確的控制微小點(diǎn)錫量,錫膏不容易飛濺,達(dá)到良好的焊接效果。
基于激光能量高度集中,錫膏受熱不均爆裂飛濺,濺落的錫珠易造成短路,因此對錫膏的質(zhì)量要求非常高,可采用防飛濺錫膏以避免飛濺。如下圖
激光錫球焊是把錫球放置到錫球嘴里,通過激光加熱熔化后墜落到焊盤之上并與焊盤潤濕的一種焊接方法。如下圖
通過該焊接方法焊接細(xì)小焊盤及漆包線錫焊可以達(dá)到很好的焊接效果。如下圖
傳統(tǒng)的錫焊,包括波峰焊、回流焊、手工烙鐵錫焊能解決的焊錫工藝問題激光錫焊可以逐漸取代,較難的貼片錫焊(主要為回流焊),目前激光高速回流焊也成熟應(yīng)用,由于激光自身的一些特點(diǎn),也使得部分激光錫焊工藝更加復(fù)雜,具體歸納為:
1)對于精密細(xì)微錫焊,工件定位裝夾困難,焊樣及量產(chǎn)存在難度;
2)無控溫保護(hù)，激光高能量密度易導(dǎo)致工件損傷,尤其對于PCB板錫焊,基板及金屬嵌層結(jié)構(gòu)不好極容易燒板,樣品不良率高以致成本高昂使客戶無法接受;
3)激光的能量高度集中易造成錫膏的飛濺,在PCB板錫焊中極易造成短路導(dǎo)致產(chǎn)品報廢;
4)對于軟線材類,裝夾定位一致性不好,焊樣飽滿度及外觀差異性大;
5)精密錫焊往往有送絲填充錫料的要求,0.4 mm線徑以下的錫絲自動送絲困難。
激光錫焊市場需求概況
激光錫焊在國內(nèi)國外都有不同程度的發(fā)展,盡管經(jīng)過這些年的發(fā)展,始終沒有大的跨越和應(yīng)用拓展,不得不說這是焊接應(yīng)用的一個軟肋。
然而市場需求不斷變化,不但存在縱向數(shù)量的增長,而且橫向的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷的擴(kuò)展,以電子數(shù)碼類產(chǎn)品相關(guān)零部件錫焊工藝需求為主導(dǎo)。
涵蓋其他各行業(yè)零部件錫焊工藝需求,包括汽車電子、光學(xué)元器件、聲學(xué)元器件、半導(dǎo)體制冷器件、安防產(chǎn)品、LED照明、精密接插件、磁盤存儲元件等;
就客戶群來說,其中以蘋果客戶產(chǎn)品相關(guān)零部件衍生出相關(guān)錫焊工藝需求為主導(dǎo),包括其上游產(chǎn)業(yè)鏈也相繼尋找激光錫焊工藝解決方案,總體來看,激光錫焊在目前及未來很長的時間將會有驚人的爆發(fā)式增長和較為龐大的市場體量。
全球經(jīng)濟(jì)疲軟的當(dāng)下,蘋果公司一枝獨(dú)秀,其數(shù)碼電子產(chǎn)品的龐大市場占有量及全球巨量大規(guī)模采購帶動了一大批企業(yè)的業(yè)務(wù)增長,這些企業(yè)主要的產(chǎn)品就是電子元器件,錫焊是其生產(chǎn)工藝中必不可少的環(huán)節(jié)。
亟待工藝突破性需求
包括蘋果公司供應(yīng)商這樣的企業(yè),由于生產(chǎn)的產(chǎn)品是最新最高端的設(shè)計,在量產(chǎn)過程中會碰到棘手的工藝問題,亟需改進(jìn)和完善。
一個很典型的領(lǐng)域就是存儲元器件行業(yè),磁頭是一種極其精密和工藝要求非常高的存儲零部件,磁頭的數(shù)據(jù)排線一般為柔性PCB,貼敷在鋼構(gòu)體上,其一端陣列排布的微細(xì)點(diǎn)需預(yù)先上錫,微小上錫量只能顯微鏡觀察下完成,并且對焊接的效果要求極其嚴(yán)格。
傳統(tǒng)的焊接方式是手工焊,對操作人員的焊接水平要求非常高,勞動力資源的稀缺及流動性給生產(chǎn)造成極大不確定性,況且也無法量化工藝標(biāo)準(zhǔn)(沒有工藝參數(shù),完全依靠人為感官判斷焊后效果),因此亟需新的焊接工藝來克服技術(shù)壁壘。
工藝升級及拓展性需求
激光錫焊能量化工藝參數(shù)、提升良品率、降低成本,保證生產(chǎn)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化。
隨著中國市場勞動力成本的提升以及技能型人才的稀缺,對傳統(tǒng)錫焊領(lǐng)域人工需求慢慢轉(zhuǎn)化為機(jī)械化作業(yè)需求,激光錫焊將突破傳統(tǒng)工藝,引領(lǐng)風(fēng)騷。從目前客戶焊樣的情況看,激光錫焊普及也是大勢所趨。
現(xiàn)在電子工業(yè)的芯片級封裝(IC封裝)和板卡級的組裝均大量采用錫基合金填充金屬進(jìn)行焊接,完成器件的封裝與卡片的組裝。例如,在倒片芯片工藝中,釬料直接把芯片連接到基板上;在電子組裝制造中,利用釬料把器件焊接到電路基板上。
錫焊工藝包括波峰焊和回流焊等,波峰焊是利用熔融的釬料循環(huán)流動的波峰面,與插裝有元器件的PCB焊接面相接觸完成焊接過程;回流焊則是將釬料膏或焊片事先放置在PCB焊盤之間,加熱后通過釬料膏或焊片的熔化將元件與PCB連接起來。
相比傳統(tǒng)錫焊工藝,該方法具有加熱速度快,熱輸入量及熱影響小;焊接位置可精確控制;焊接過程自動化;可精確控制釬料的量,焊點(diǎn)一致性好;可大幅減少釬焊過程中的揮發(fā)物對操作人員的影響;非接觸式加熱;適合復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件焊接等優(yōu)點(diǎn)。
激光錫焊以激光熱源為主體,對錫料填充熔融固化達(dá)到連接、導(dǎo)通、加固的工藝效果。按錫材料狀態(tài)來劃分可以歸納為三種主要形式:錫絲填充、錫膏填充、錫球填充。
錫絲填充激光錫焊應(yīng)用
送絲激光焊是激光錫焊的一種主要形式,送絲機(jī)構(gòu)與自動化工作臺配套使用,通過模塊化控制方式實(shí)現(xiàn)自動送錫絲及出光焊接,具有結(jié)構(gòu)緊湊、一次性作業(yè)的特點(diǎn),相比于其他幾種錫焊方式,其明顯優(yōu)勢在于一次性裝夾物料,自動完成焊接,具有廣泛的適用性。如下圖
主要應(yīng)用領(lǐng)域有PCB電路板、光學(xué)元器件、聲學(xué)元器件、半導(dǎo)體制冷元器件及其他電子元器件錫焊。圖1為激光送絲錫焊產(chǎn)品圖,可以看到,焊點(diǎn)飽滿,與焊盤潤濕性好。如下圖
錫膏填充激光錫焊應(yīng)用
錫膏激光焊一般應(yīng)用于零配件加固或者預(yù)上錫方面,比如屏蔽罩邊角通過錫膏在高溫熔融加固,磁頭觸點(diǎn)的上錫熔融;
也適用于電路導(dǎo)通焊接,對于柔性電路板的焊接效果非常好,比如塑料天線座,因其不存在復(fù)雜電路,通過錫膏焊往往達(dá)到不錯的效果。對于精密微小型的工件,錫膏填充焊能充分體現(xiàn)其優(yōu)勢。
由于錫膏的受熱均勻性較好,當(dāng)量直徑相對較小,通過精密點(diǎn)膠設(shè)備可以精確的控制微小點(diǎn)錫量,錫膏不容易飛濺,達(dá)到良好的焊接效果。
基于激光能量高度集中,錫膏受熱不均爆裂飛濺,濺落的錫珠易造成短路,因此對錫膏的質(zhì)量要求非常高,可采用防飛濺錫膏以避免飛濺。如下圖
錫球填充激光錫焊應(yīng)用
激光錫球焊是把錫球放置到錫球嘴里,通過激光加熱熔化后墜落到焊盤之上并與焊盤潤濕的一種焊接方法。如下圖
通過該焊接方法焊接細(xì)小焊盤及漆包線錫焊可以達(dá)到很好的焊接效果。如下圖
傳統(tǒng)的錫焊,包括波峰焊、回流焊、手工烙鐵錫焊能解決的焊錫工藝問題激光錫焊可以逐漸取代,較難的貼片錫焊(主要為回流焊),目前激光高速回流焊也成熟應(yīng)用,由于激光自身的一些特點(diǎn),也使得部分激光錫焊工藝更加復(fù)雜,具體歸納為:
1)對于精密細(xì)微錫焊,工件定位裝夾困難,焊樣及量產(chǎn)存在難度;
2)無控溫保護(hù)，激光高能量密度易導(dǎo)致工件損傷,尤其對于PCB板錫焊,基板及金屬嵌層結(jié)構(gòu)不好極容易燒板,樣品不良率高以致成本高昂使客戶無法接受;
3)激光的能量高度集中易造成錫膏的飛濺,在PCB板錫焊中極易造成短路導(dǎo)致產(chǎn)品報廢;
4)對于軟線材類,裝夾定位一致性不好,焊樣飽滿度及外觀差異性大;
5)精密錫焊往往有送絲填充錫料的要求,0.4 mm線徑以下的錫絲自動送絲困難。
激光錫焊市場需求概況
激光錫焊在國內(nèi)國外都有不同程度的發(fā)展,盡管經(jīng)過這些年的發(fā)展,始終沒有大的跨越和應(yīng)用拓展,不得不說這是焊接應(yīng)用的一個軟肋。
然而市場需求不斷變化,不但存在縱向數(shù)量的增長,而且橫向的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷的擴(kuò)展,以電子數(shù)碼類產(chǎn)品相關(guān)零部件錫焊工藝需求為主導(dǎo)。
涵蓋其他各行業(yè)零部件錫焊工藝需求,包括汽車電子、光學(xué)元器件、聲學(xué)元器件、半導(dǎo)體制冷器件、安防產(chǎn)品、LED照明、精密接插件、磁盤存儲元件等;
就客戶群來說,其中以蘋果客戶產(chǎn)品相關(guān)零部件衍生出相關(guān)錫焊工藝需求為主導(dǎo),包括其上游產(chǎn)業(yè)鏈也相繼尋找激光錫焊工藝解決方案,總體來看,激光錫焊在目前及未來很長的時間將會有驚人的爆發(fā)式增長和較為龐大的市場體量。
全球經(jīng)濟(jì)疲軟的當(dāng)下,蘋果公司一枝獨(dú)秀,其數(shù)碼電子產(chǎn)品的龐大市場占有量及全球巨量大規(guī)模采購帶動了一大批企業(yè)的業(yè)務(wù)增長,這些企業(yè)主要的產(chǎn)品就是電子元器件,錫焊是其生產(chǎn)工藝中必不可少的環(huán)節(jié)。
亟待工藝突破性需求
包括蘋果公司供應(yīng)商這樣的企業(yè),由于生產(chǎn)的產(chǎn)品是最新最高端的設(shè)計,在量產(chǎn)過程中會碰到棘手的工藝問題,亟需改進(jìn)和完善。
一個很典型的領(lǐng)域就是存儲元器件行業(yè),磁頭是一種極其精密和工藝要求非常高的存儲零部件,磁頭的數(shù)據(jù)排線一般為柔性PCB,貼敷在鋼構(gòu)體上,其一端陣列排布的微細(xì)點(diǎn)需預(yù)先上錫,微小上錫量只能顯微鏡觀察下完成,并且對焊接的效果要求極其嚴(yán)格。
傳統(tǒng)的焊接方式是手工焊,對操作人員的焊接水平要求非常高,勞動力資源的稀缺及流動性給生產(chǎn)造成極大不確定性,況且也無法量化工藝標(biāo)準(zhǔn)(沒有工藝參數(shù),完全依靠人為感官判斷焊后效果),因此亟需新的焊接工藝來克服技術(shù)壁壘。
工藝升級及拓展性需求
激光錫焊能量化工藝參數(shù)、提升良品率、降低成本,保證生產(chǎn)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化。
隨著中國市場勞動力成本的提升以及技能型人才的稀缺,對傳統(tǒng)錫焊領(lǐng)域人工需求慢慢轉(zhuǎn)化為機(jī)械化作業(yè)需求,激光錫焊將突破傳統(tǒng)工藝,引領(lǐng)風(fēng)騷。從目前客戶焊樣的情況看,激光錫焊普及也是大勢所趨。
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