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激光软钎焊原理详解

时间:2023-06-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:激光软钎焊工艺中主要的钎焊材料由所用的合金和钎剂组成。激光软钎焊中使用的典型激光为CO2激光、Nd:YAG激光和高能二极管激光。但是,激光软钎焊应用时需要很不同的功率密度区域,高的束流质量没有任何益处。激光软钎焊过程中要求避免蒸发,只需钎料熔化和周围区域加热到能够满足基板的润湿即可[21]。而波长10.6μm的CO2激光需要通过光学系统才能传播。

激光软钎焊原理详解

微电子封装和组装领域,根据其应用可将激光钎焊分为激光再流焊、激光植球键合和激光钎料球凸点制作。以上提及的工艺原理是相同的,即高能量密度激光束短时间内直接照射待焊的微小区域。如果照射时间和能量足够,那么钎料和元件的局部区域达到钎料的熔化温度,致使钎料熔化和流动,一旦激光束被去除,钎料即冷却凝固形成所需的固态冶金焊点。

微电子封装和组装中,激光软钎焊材料包括钎料膏、钎料球、钎料丝、钎剂、预先涂敷或镀在基板(焊盘)上的薄膜或元件侧边的金属化层等。激光软钎焊工艺中主要的钎焊材料由所用的合金和钎剂组成。

激光软钎焊中使用的典型激光为CO2激光、Nd:YAG激光和高能二极管激光。

CO2激光主要应用在需要高功率密度和高束流质量情况下。但是,激光软钎焊应用时需要很不同的功率密度区域,高的束流质量没有任何益处。激光软钎焊过程中要求避免蒸发,只需钎料熔化和周围区域加热到能够满足基板的润湿即可[21]。(www.xing528.com)

对于波长1.06μm的Nd∶YAG激光而言,由于印制电路板(PCB)基体对Nd∶YAG激光吸收率低,而钎料合金对Nd∶YAG激光吸收率高,Nd∶YAG激光比波长10.6μm的CO2激光更有优势。因此,Nd∶YAG激光能够提供高的热效率而不损坏PCB基板。另外,Nd∶YAG能够通过光纤传输,使激光更加灵活的传播到待焊部位。而波长10.6μm的CO2激光需要通过光学系统才能传播。

近年来,波长为0.8μm的半导体二极管激光器在微电子的选择性钎焊中受到了关注,由于这个波长的激光能量能够有效地被金属吸收,而很少被普通的PCB材料吸收,因此其可以提供高的电转换率和有效的光纤能量传输[11,22,23]

激光软钎焊工艺主要取决于时间而不是总能量,这是因为需要时间使高度集中的能量在钎料上传播并将元件加热到足够高的温度产生钎料润湿。形成良好钎焊焊点所需的能量取决于质量和焊点的热传导性能,与元件的类型密切相关。精确的能量与焊盘和引线的物理形状以及是否使用钎料膏或合金密切相关。由于热量能被直接应用到待焊区域,通过结构冷却部位的导热将产生一定数量的热损失。激光束传递的热能必须能够弥补这些损失。由于所有的热量从激光束的加热区域通过结构向外流动,如果不严格控制热能的输入,在此部位容易产生“穿透”。因此准确模拟目标区域的热损失非常重要。

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