激光焊接技術(shù)在小微電子行業(yè)的應(yīng)用

付秀

[摘? ? ? ? ? ?要]? 隨著智能制造時(shí)代的來(lái)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(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在小微型電子元器件和集成電路的點(diǎn)焊、釬焊以及封裝焊接過(guò)程中。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 激光;焊接;小微;電子行業(yè)

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

隨著科技的進(jìn)步以及智能制造時(shí)代的來(lái)臨，激光以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)被應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中。激光熱加工方式中的激光焊接在加工過(guò)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(diǎn)焊以及封裝焊接過(guò)程中得到了廣泛的應(yīng)用。

一、激光焊接原理與特點(diǎn)

激光焊接是通過(guò)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(guò)電腦進(jìn)行精準(zhǔn)操控，對(duì)多種同類或不同類金屬之間及合金材料實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸加工、多種焊接組合加工和自動(dòng)化加工，具有外觀工藝好、密封性好、精度高等特點(diǎn)。

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(shí)代的來(lái)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(shí)，容易造成脫焊、焊點(diǎn)強(qiáng)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(diǎn)無(wú)污染等特點(diǎn)，在小微電子領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)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(dòng)送絲機(jī)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(diǎn)飽滿，與焊盤(pán)潤(rùn)濕性好，適用性強(qiáng)。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(kāi)三個(gè)步驟的精準(zhǔn)實(shí)施是決定激光送絲焊焊接是否完美的關(guān)鍵點(diǎn)。預(yù)熱PCB焊盤(pán)時(shí)，溫度一定要嚴(yán)格控制，溫度高會(huì)對(duì)PCB焊盤(pán)及現(xiàn)有電子元件造成損傷，溫度低無(wú)法起到預(yù)熱效果。送絲和離絲速度要快，送絲速度慢，會(huì)產(chǎn)生激光燒灼PCB的現(xiàn)象，離絲速度慢會(huì)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(guò)設(shè)備和儀器控制錫膏錫量，在焊點(diǎn)被預(yù)熱之后錫膏被激光加熱并徹底潮濕焊盤(pán)，從而實(shí)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(duì)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(guò)精密設(shè)備控制激光加熱熔化后的錫球，使其墜落到焊盤(pán)上并與焊盤(pán)潤(rùn)濕的一種焊接方法。通過(guò)精準(zhǔn)控制，可以使焊盤(pán)焊點(diǎn)飽滿圓滑，一致性好，焊盤(pán)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(guò)程中揮發(fā)物對(duì)操作人員的傷害和影響，對(duì)漆包線錫焊及細(xì)小焊盤(pán)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(guò)精準(zhǔn)控制噴射到金屬焊盤(pán)上之后，在金屬焊盤(pán)上形成凸點(diǎn)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(diǎn)，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(diǎn)組裝焊接等方面展現(xiàn)出了超強(qiáng)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(cè)裝置，在工業(yè)生產(chǎn)中越來(lái)越重要，是實(shí)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?jìng)鞲衅鹘饘偻鈿な钱?dāng)下最流行的一種加工方式。如礦井下環(huán)境對(duì)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(wú)缺陷，焊縫硬度與基材相當(dāng)，焊接過(guò)程中不會(huì)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(jìn)步發(fā)展，小微電子產(chǎn)品的集成電路焊接對(duì)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(diǎn)低于焊件的焊料熔化，從而實(shí)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(shí)，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(shí)，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(diǎn)上。焊接過(guò)程中不需要使用任何焊劑，以此減少熱沖擊對(duì)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(gè)電路的穩(wěn)定性和可靠性，采用YAG激光器進(jìn)行脈沖激光焊接封裝集成電路時(shí)，以單點(diǎn)重復(fù)的方式進(jìn)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(bǔ)焊接

集成電路在使用過(guò)程中，由于操作不當(dāng)、長(zhǎng)期外加的電壓電流過(guò)大、灰塵過(guò)多或溫度過(guò)高等原因，會(huì)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(shí)，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(jìn)行破損元件重連或者重新更改連接線路的方式進(jìn)行激光修補(bǔ);如果是光掩模損壞時(shí)，就需要對(duì)光掩模進(jìn)行激光修復(fù)。通過(guò)上述激光修補(bǔ)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(shì)備受關(guān)注，在電池的生產(chǎn)制造過(guò)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(chǔ)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(guò)程中，在實(shí)現(xiàn)紐扣電池的加工技術(shù)多樣性的同時(shí)，還能使產(chǎn)品的一致性得到提高，并且降低加工過(guò)程對(duì)電池的傷害，特別是在不同種材料焊接上優(yōu)勢(shì)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(qiáng)度低等缺陷。采用多點(diǎn)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(diǎn)焊或激光連續(xù)焊接時(shí)，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(dú)特的優(yōu)勢(shì)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(guò)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(lái)完成。側(cè)焊對(duì)電池內(nèi)部損傷小，但需要四個(gè)收口節(jié)點(diǎn)，所以焊接后導(dǎo)致凸起。立焊只需要在一個(gè)面完成，所以只有一個(gè)收口節(jié)點(diǎn)，避免側(cè)漏，且焊接過(guò)程無(wú)飛濺、焊縫表面平滑均勻無(wú)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(jī)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(jī)在功能方面也越來(lái)越豐富，而內(nèi)部結(jié)構(gòu)也是越來(lái)越復(fù)雜。手機(jī)內(nèi)各金屬零件的焊接制作過(guò)程采用激光焊接時(shí)，可有效避免元器件損傷，實(shí)現(xiàn)手機(jī)內(nèi)部零件的完美鑲嵌與貼合。在手機(jī)芯片和線路板激光焊接過(guò)程中，采用高速全自動(dòng)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(jī)上，起到抗氧化、抗腐蝕的作用，能夠便捷地對(duì)電子元器件的隨意部位開(kāi)展平焊和斜焊等組成焊接，有效避免了焊后偏移對(duì)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(dá)到了顯著效果，但也存在很多問(wèn)題，如會(huì)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(huì)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(dòng)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(shí)，還要朝實(shí)用化、高效化及多樣化的方向跟進(jìn)，以適應(yīng)新材料、新結(jié)構(gòu)、新模式的生產(chǎn)需要，推動(dòng)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