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激光锡焊丨论光学形态对电子产品焊接的影响

当今的电子行业围绕着互联网的高速通讯和超级计算,对电子产品的要求越来越高,大量的微精密电子产品不断在市场上考验着各大企业的反应速度和研发水平。总的来说,这无疑就是一场电子行业的的一次产业升级。

由于市场风云变化不断细分,不管是代工能力及其出众的OEM大厂,还是专注于更符合时代发展的研发型设备开发企业,都对新的制程,新的工艺提出了挑战,传统OEM厂需要更高质量,更高效的全新工艺解决企业所面临的问题,研发型企业要对市场新需求做出快速反应来保持自己企业的科技领先优势。科技行业的发展也给有实力,有准备的企业带来了更多的机会。

熟悉松尔德科技的朋友都知道,松尔德科技专注于全新的激光锡焊工艺研究,致力于电子产品激光非接触性焊接产品的研发多年,松尔德实验室盛产锡焊黑科技,在科研上的投入不遗余力,发表的技术类文章也有许多,并不定时公布了部分科研成果,新来的朋友可以通过网络查询松尔德实验室发表的部分文章。

闲话多不多,今天松尔德实验室的主题是:激光光学形态对电子产品激光锡焊的影响。

我们都知道,激光泵浦出来的光通过光纤耦合传输,并透射到一个平面,一般都是圆形形态,大部分光学组合透镜将激光整形至需要的大小进行某些场合的应用,例如打标、切割、焊接等领域。

而对于激光锡焊来说,很多时候也是利用这种光学形态对电子产品温控焊接。

单点焊对于不规则焊点来说是比较好的选择,因为不规则的焊点排布主要靠的是设备的机动性。

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对于规则排布的焊点,虽然单点焊也是一个不错的选择,但是在产量和质量要求比较高的情况下,如果能够有阵列光出现无疑会增加一倍的效率。

比如,产品的焊点为成对出现时,将光学系统组合透镜进行一些列的改变,光纤出射出来发散的光经过透镜的一些列整形,将一束光分成两束单独的光束,通过机构的精调系统,调节透镜的间距,以此来调节两个光斑的间距。

初始条件的确立

在光学设计开始确立初始条件,并且设计光学镜头的初始结构,透镜组材料选择为优质光学玻璃 , 材料增透处理,透光率为99%+, 折射率=1.51630 色散=0.00806 阿贝数=64.06。激光光源为940半导体激光器

模型的建立

透镜3D模型建立的基础就是针对透镜中光学表面的设计, 一般有偏微分方程和试错法两种。偏微分方程是根据Snell定律和能量守恒建立多项式求解反射折射的曲面面型, 通过编程计算出离散点的坐标, 再导入软件中成型;试错法是在软件中直接建立相应的曲面, 再通过模拟光线追迹出结果, 根据结果与实际要求的偏差修改曲面。本文采用第二种方法直接在Solid Works软件中建立模型。

经过zemax仿真模拟可以获得其中一支光斑的2d平面光照度分布图。

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在实验室对产生的两束裸露光斑分析仪下分析光学形态如下图:

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实际上获得的光斑与理论光斑存在一定的微小差异,但这样的差异本身是实验设计所允许的范围内,所以我们定义为此种光学形态是符合实验要求的。

案例实验

选取双引脚线束进行双光斑焊接,使得激光的两束光束照射至两个焊盘上,焊料覆盖于两个焊点,通过一系列参数设定后,观察激光锡焊效果,如图1,图2,图3,可以看见熔锡的状态:

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由于两束光斑最终的落点并不在红色十字中心点,因此十字中心点的pcb板无需担心会被烧伤,再加上松尔德科技本身实验的机台带有温度控制系统,对焊盘和PCB板的保护是比较周全,则我们此次的重心直接观察两个焊点的焊接效果即可。以上实验可以看出,双光点设计对于规则成对出现的焊点比用单光点焊接效率更高。

为了更加全面了解单个光点的光学形态分布情况,调取理论计算里面的FFT LINE/EDGE SPREAD 光学边缘响应关系谱图,如下图

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