激光錫焊中激光與工件角度對焊接有什么影響

電子制造工藝持續(xù)邁向精密化、微型化的進程中，激光錫焊技術(shù)憑借其局部加熱、非接觸操作及高精度定位等突出優(yōu)勢，已成為現(xiàn)代電子生產(chǎn)線上不可或缺的關(guān)鍵工藝。松盛光電作為行業(yè)的領(lǐng)軍者，其激光錫球焊標(biāo)準(zhǔn)機以卓越的性能，在解決微小間距與復(fù)雜結(jié)構(gòu)焊接難題方面發(fā)揮著重要作用。而在激光錫焊的眾多關(guān)鍵要素中，激光與工件的角度對焊接效果有著至關(guān)重要且多元的影響，這一因素在實際生產(chǎn)中值得深入探究。?

一、激光錫焊的行業(yè)背景與技術(shù)優(yōu)勢?

　(一)行業(yè)背景?

隨著 5G 通信、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的蓬勃發(fā)展，電子設(shè)備正以前所未有的速度向小型化、輕量化、高性能化方向演進。從智能手機、可穿戴設(shè)備到工業(yè)控制主板、醫(yī)療設(shè)備，各類電子產(chǎn)品對內(nèi)部電子元件的集成度與焊接精度提出了近乎嚴(yán)苛的要求。傳統(tǒng)焊接技術(shù)，如烙鐵焊、波峰焊等，在面對微小尺寸的焊點、復(fù)雜的電路板結(jié)構(gòu)以及對熱敏感的元件時，逐漸顯得力不從心。據(jù)統(tǒng)計，在 0.2mm 以下焊盤間距的焊接任務(wù)中，傳統(tǒng)焊接方法的良品率僅能維持在 70% - 80%，難以滿足大規(guī)模生產(chǎn)的高質(zhì)量需求。而激光錫焊技術(shù)的出現(xiàn)，為這一困境提供了有效的解決方案，其市場應(yīng)用規(guī)模正以每年 20% - 25% 的速度增長。?

　(二)技術(shù)優(yōu)勢?

局部加熱與熱影響區(qū)?。杭す忮a焊能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)的局部加熱，將熱量集中在焊接部位，熱影響區(qū)可控制在極小范圍，一般能低至 0.2mm2。這對于保護周邊對溫度敏感的電子元件，如集成電路芯片、熱敏電阻等具有重要意義，有效避免了因過熱導(dǎo)致的元件性能劣化或損壞。?

非接觸式操作：采用非接觸式的焊接方式，避免了傳統(tǒng)接觸式焊接中因機械壓力或摩擦對工件造成的損傷，特別適用于微小、脆弱的電子元件焊接。例如，在焊接 0.15mm 以下的超精細(xì)芯片引腳時，非接觸式的激光錫焊能夠確保引腳不受外力影響，保證焊接質(zhì)量和元件的完整性。?

高精度定位：松盛光電的激光錫球焊標(biāo)準(zhǔn)機定位精度高達(dá) 0.15mm，能夠精確地將激光能量聚焦在目標(biāo)焊點上，實現(xiàn)高精度的焊接。在高密度互連(HDI)電路板的焊接中，可精準(zhǔn)處理最小焊盤尺寸為 0.15mm、焊盤間距僅 0.25mm 的復(fù)雜焊接任務(wù)，有效提高了電路板的電氣連接可靠性和信號傳輸穩(wěn)定性。?

二、激光與工件角度對能量吸收與反射的影響?

(一)垂直入射時的能量吸收?

當(dāng)激光垂直于工件表面入射時，根據(jù)光學(xué)原理，此時激光能量的反射損失相對最小，能夠最大程度地被錫料或焊點吸收。以常見的銅質(zhì)焊盤為例，銅具有較高的反射率，但在激光垂直入射時，更多的能量能夠穿透表面，作用于錫膏，使其迅速熔化。通過實驗數(shù)據(jù)對比，在垂直入射條件下，對于 975nm 波長的激光，約 80% - 85% 的能量能夠被有效吸收用于焊接，為形成良好的焊點提供了充足的能量基礎(chǔ)。?

　(二)傾斜入射時的能量反射與吸收變化?

當(dāng)激光與工件表面存在一定夾角，如 30° 時，根據(jù)菲涅爾反射定律，反射光的比例會隨著入射角的增大而顯著增加。這意味著實際用于焊接的有效激光能量大幅減少。實驗表明，在 30° 夾角下，激光能量的反射率可從垂直入射時的 15% - 20% 上升至 35% - 40%，導(dǎo)致用于熔化錫膏的能量不足。為了達(dá)到與垂直入射時相同的焊接效果，需要延長焊接時間或提高激光功率。然而，延長焊接時間可能會導(dǎo)致熱影響區(qū)擴大，對周邊元件造成潛在風(fēng)險;提高激光功率則可能引發(fā)其他問題，如錫料飛濺、焊點過熱等。?

三、能量分布對焊點形態(tài)與質(zhì)量的影響?

　(一)垂直照射下的均勻能量分布與焊點形態(tài)?

垂直照射時，激光能量在焊點區(qū)域呈現(xiàn)相對均勻的分布狀態(tài)。這種均勻的能量輸入使得錫膏能夠在合適的溫度和能量下均勻熔化，與工件表面的金屬充分融合，從而有助于形成規(guī)則、飽滿的焊點。在顯微鏡下觀察垂直焊接的焊點，可發(fā)現(xiàn)焊點的輪廓清晰、邊緣整齊，錫料在焊點周圍均勻分布，與焊盤和元件引腳之間形成良好的冶金結(jié)合，焊點的強度和電氣性能都能得到有效保障。?

　(二)傾斜照射下的能量分布不均與焊點缺陷?

當(dāng)激光以 30° 角入射時，能量分布呈現(xiàn)明顯的不均勻性。激光在焊點上產(chǎn)生傾斜的能量分布，導(dǎo)致焊點一側(cè)吸收的能量過多，出現(xiàn)熔化過度的現(xiàn)象，而另一側(cè)則由于能量不足，熔化不充分，甚至可能出現(xiàn)虛焊。在焊接微小電子元件引腳時，這種不均勻的能量分布可能導(dǎo)致引腳一側(cè)的錫堆積過高，形成較大的錫瘤，影響元件的電氣性能和后續(xù)組裝;而另一側(cè)則可能因虛焊導(dǎo)致連接不可靠，在產(chǎn)品使用過程中出現(xiàn)斷路等故障。通過對傾斜焊接焊點的 X 射線檢測發(fā)現(xiàn)，與垂直焊接相比，傾斜焊接的焊點內(nèi)部氣孔率增加了 3 - 5 倍，嚴(yán)重影響了焊點的質(zhì)量和可靠性。

四、對焊接精度與一致性的影響?

(一)垂直焊接對高精度控制的優(yōu)勢?

垂直焊接在精確控制激光焦點位置方面具有顯著優(yōu)勢。在電路板等對焊接精度要求極高的工件焊接中，確保激光焦點準(zhǔn)確作用在焊點處是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。松盛光電激光錫焊通過先進的光學(xué)聚焦系統(tǒng)和高精度的運動控制機構(gòu)，能夠在垂直焊接時將焦點位置的偏差控制在極小范圍內(nèi)，一般可達(dá) ±0.01mm。這種高精度的焦點控制使得激光能量能夠精準(zhǔn)地作用在焊點上，精確控制錫膏的熔化范圍和深度，對于焊接芯片引腳等微小元件，能夠有效保證焊接的準(zhǔn)確性和一致性，大幅提高產(chǎn)品的良品率。?

(二)傾斜焊接時焦點控制難度與焊接精度挑戰(zhàn)?

當(dāng)激光與工件夾角為 30° 時，焦點位置的控制難度大幅增加。由于激光束的傾斜，焦點在工件上的位置與垂直入射時存在明顯差異，且在焊接過程中，微小的位移或振動都可能導(dǎo)致焦點偏離焊點。例如，在進行高精度的表面貼裝元件(SMD)焊接時，焦點位置的偏差可能導(dǎo)致焊接短路或開路等嚴(yán)重問題。據(jù)實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在傾斜 30° 焊接 SMD 元件時，焊接缺陷率比垂直焊接時增加了 15% - 20%，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。為了克服這一問題，需要更加復(fù)雜的焦點補償算法和高精度的實時監(jiān)測系統(tǒng)，增加了設(shè)備的成本和技術(shù)復(fù)雜性。?

五、特殊工藝需求下的角度應(yīng)用與參數(shù)優(yōu)化?

(一)特殊形狀元件焊接的角度選擇?

在一些特殊的工藝需求下，如對特殊形狀的電子元件進行焊接時，可能需要激光與工件保持一定的夾角。例如，對于一些具有傾斜引腳或異形結(jié)構(gòu)的元件，垂直焊接可能無法滿足焊接要求，此時選擇合適的傾斜角度能夠使激光能量更好地作用于焊接部位。但在這種情況下，需要充分考慮角度對能量吸收、分布和焦點控制的影響，并通過調(diào)整激光功率、焊接時間、光斑大小等參數(shù)來彌補角度帶來的不利影響。?

(二)參數(shù)優(yōu)化實例與效果?

以焊接一種具有 45° 傾斜引腳的傳感器元件為例，松盛光電技術(shù)團隊通過大量實驗，對激光功率、焊接時間和光斑大小進行了優(yōu)化。在激光與工件夾角為 45° 時，將激光功率從垂直焊接時的 80W 提高到 120W，焊接時間從 0.2s 延長至 0.3s，并適當(dāng)增大光斑直徑，從 0.3mm 調(diào)整為 0.4mm。經(jīng)過優(yōu)化后，焊點質(zhì)量得到顯著改善，與垂直焊接的效果相當(dāng)，良品率從初始的 60% 提升至 90% 以上。這一實例表明，在特殊工藝需求下，通過合理的參數(shù)優(yōu)化，能夠在一定程度上克服激光與工件角度對焊接的不利影響，實現(xiàn)良好的焊接效果。?

六、結(jié)論與展望?

激光與工件的角度在激光錫焊過程中對焊接效果有著多方面的深刻影響。垂直焊接在能量吸收、能量分布均勻性、焦點控制以及焊接精度等方面具有明顯優(yōu)勢，是大多數(shù)常規(guī)焊接任務(wù)的首選方式。然而，在面對特殊形狀元件或復(fù)雜結(jié)構(gòu)的焊接需求時，通過合理調(diào)整激光與工件的角度，并對焊接參數(shù)進行優(yōu)化，也能夠?qū)崿F(xiàn)良好的焊接效果。隨著電子制造技術(shù)的不斷發(fā)展，對激光錫焊技術(shù)的精度、效率和可靠性要求將持續(xù)提高。松盛光電將繼續(xù)深耕激光錫焊技術(shù)領(lǐng)域，不斷優(yōu)化設(shè)備性能和焊接工藝，為電子制造行業(yè)提供更加先進、高效、可靠的焊接解決方案，助力行業(yè)邁向更高的發(fā)展階段。