CN108581110B - 制备高压焊点的电子装联焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种制备高压焊点的电子装联焊接方法，通过将元器件引脚进行搪锡成形处理，并安装于印制板上，在高压焊点引脚部位焊盘涂覆焊膏。将印制板安装于三轴移动平台，将高压焊点焊盘部位送至激光工作区域，坐标定位设备对印制板扫描寻找到定位点并设置为坐标原点，通过印制板电子图纸导入坐标定位设备，进而编辑程序输入坐标定位高压焊点焊盘位置。焊接过程中，激光聚焦头与印制板保持相对角度，并调整聚焦头与印制板间聚焦距离，采用激光对程序中该坐标部位焊盘进行准确聚焦，将激光束的能量传递到引脚焊点部位，焊料获得热量自发熔化为液态，液态焊料填充焊盘部位通孔内与引脚间空隙。

Description

制备高压焊点的电子装联焊接方法

技术领域

本发明涉及一种制备高压焊点的电子装联焊接方法。

背景技术

高压焊点制备是一种新型的电子装联工艺技术，其原理在于通过控制印制板表面焊点的形态，有效克制电子设备高电压负载条件下焊点因高电位差导致的拉弧放电等现象。目前业内广泛采用电烙铁进行二次焊接完成焊点形态修正以制备高压焊点。该方法在焊接过程会对焊点形成二次重熔焊接导致焊点可靠性降低，并使得印制板高压焊点处返修性差，并且电烙铁在焊接过程中始终接触液态焊料，提高了焊料表面能，影响焊料表面成形，容易产生拉尖等缺陷。在电子装联领域中采用激光软钎焊技术，钎料材料在激光束的聚焦作用下获得热量，熔化为液态后在表面张力、润湿力与重力的作用下有效润湿并铺展于不同被焊材料表面，流动填充通孔与引脚间隙及焊盘表面并自发成形，发生冶金结合而形成的固液相连接，完成高质量焊接。相比于传统的电烙铁手动二次焊接形态修正方法相比，激光软钎焊具有无焊点形态干涉、高效一次焊接、焊点高可靠性、焊点力学性能优异等特点，消除二次焊接、烙铁接触带来的缺陷对于高压焊点制备具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备高压焊点的电子装联焊接方法，能够解决电烙铁二次焊接形态修正制备高压焊点方法中焊点可靠性低，返修性差的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种制备高压焊点的电子装联焊接方法，包括：

将元器件的引脚进行搪锡成形处理，并安装于印制板上，在高压焊点的引脚部位焊盘涂覆焊料；

将所述印制板安装于三轴移动平台，将所述高压焊点的焊盘部位送至激光工作区域，坐标定位设备对印制板扫描寻找到定位点并设置为坐标原点，将印制板电子图纸导入坐标定位设备，进而由定位编程计算机输入坐标定位高压焊点的焊盘位置，或采用手动定位的方法定位所述焊盘位置，定位方法包括但不限制于上述的编程法及手动定位的方法；

焊接过程中，将激光聚焦头与印制板保持相对角度，在30°～90°范围内，调整激光聚焦头与水平的夹角，并调整激光聚焦头与印制板间聚焦距离，激光器采用小功率激光对所述定位的焊盘位置进行准确聚焦，将激光束的能量传递到所述高压焊点的引脚部位，引脚部位的焊料获得激光束的热量自发熔化为液态，液态焊料填充焊盘部位通孔内与其所插入的引脚部位间空隙，在液态焊料表面张力作用下发生自发变形呈饱满圆润状态；

在液态焊料成形完成后，激光器停止发生激光，焊料自然冷却凝固。

进一步的，在上述方法中，所述焊接过程采用激光软钎焊的形式，将能量激光束聚焦于印制板的焊盘部位进行电子装联焊接。

进一步的，在上述方法中，所述激光器采用小功率激光，功率在10W～500W之间，焊接时间0.5～10S。

进一步的，在上述方法中，制备的所述印制板焊点符合高压焊点要求，呈饱满圆润形状、无引脚突出、无拉尖、无锐边、100％覆盖焊盘表面。

进一步的，在上述方法中，所述焊料为锡铅共晶焊料、锡银铜焊料、无钎焊料中的一种或任意组合。

进一步的，在上述方法中，所述焊料高度超过所引脚部位伸出所述印制板高度的0.1～5mm。

进一步的，在上述方法中，所述印制板层数为1～20层板，厚度为1～3mm。

进一步的，在上述方法中，所述印制板的高压焊点部位通孔与其所插入的引脚部位之间的间距为0.2～0.4mm。

进一步的，在上述方法中，所述印制板与激光聚焦头之间聚焦范围可调，距离100mm～400mm。

进一步的，在上述方法中，所述激光器包括二氧化碳激光器、光纤激光器。

与现有技术相比具有以下优点：

1.相较于现有技术，高压焊点只可采用电烙铁手工焊接，具有二次焊接步骤，如专利《一种高压焊点高可靠装联方法》所述，但是二次焊接的方法会导致焊接过程中焊点金属间化合物厚度生长，可靠性降低，并使焊盘过热，具有因热膨胀系数等原因造成焊盘脱离印制板的风险，使得印制板高压焊点处焊点强度下降，而激光软钎焊的方法可以有效解决上述二次焊接技术带来的难题。

2.电子装联行业标准中明确，反工焊点不宜超过3次，而高压焊点在一次制备过程中就有两次焊接过程，因此高压焊点的返修性差，采用激光软钎焊的方法则可以有效回避该问题，大大提高了高压焊点的返修性。

3.电烙铁在焊接过程中始终接触液态焊料，提高了焊料表面能，电烙铁脱离焊点时影响焊料表面成形，容易产生拉尖等缺陷。而激光软钎焊具有无焊点形态干涉、焊点高可靠性、焊点力学性能优异等特点，显著提高了高压焊点质量及可靠性。因此激光软钎焊应用于高压焊点制备的方法具有重要意义。

附图说明

图1是本发明一实施例的高压焊点激光软钎焊装置的组成示意图；

图2是本发明一实施例的印制板定位点示意图；

图3是本发明一实施例的高压焊点激光软钎焊过程示意图；

图4是本发明一实施例的印制板上元器件高压焊点示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1～4所示，本发明提供一种制备高压焊点的电子装联焊接方法，包括：

步骤S1，将元器件1的引脚进行搪锡成形处理，并安装于印制板4上，在高压(服役)焊点6的引脚部位焊盘涂覆焊料；

步骤S2，将所述印制板安装于三轴移动平台2，将所述高压焊点的焊盘部位送至激光工作区域，坐标定位设备5对印制板扫描寻找到定位点并设置为坐标原点，将印制板电子图纸导入坐标定位设备5，进而由定位编程计算机8输入坐标定位高压焊点6的焊盘7位置，或采用手动定位的方法定位所述焊盘7位置，定位方法包括但不限制于上述的编程法及手动定位的方法；其中坐标定位设备5可在移动导轨上滑动；

步骤S3，焊接过程中，将激光聚焦头3与印制板保持相对角度，在30°～90°范围内，调整激光聚焦头与水平的夹角，并调整激光聚焦头与印制板间聚焦距离，激光器9采用小功率激光对所述定位的焊盘位置进行准确聚焦，将激光束的能量传递到所述高压(服役)焊点的引脚部位，引脚部位的焊料获得激光束的热量自发熔化为液态，液态焊料填充焊盘部位通孔内与其所插入的引脚部位间空隙，在液态焊料表面张力作用下发生自发变形呈饱满圆润状态；

步骤S4，在液态焊料成形完成后，激光器停止发生激光，焊料自然冷却凝固，完成印制板激光焊接从而制备符合规范，可靠性高的高压焊点。

本发明的制备高压焊点的电子装联焊接方法一实施例中，制备高压焊点的电子装联焊接方法的装置包括由激光器、激光聚焦头3，三轴精密移动平台2、坐标定位设备，其中，激光器、激光聚焦头3和坐标定位设备为一体结构，激光器的功率可调，坐标定位设备用于自动识别印制板定位点11，三轴精密移动平台2用于将印制板高压焊点焊盘移动至激光工作区域，激光聚焦头3安装于坐标定位设备中，并可调整激光聚焦头3与印制板之间的聚焦距离及激光聚焦头与水平的夹角。

本发明的制备高压焊点的电子装联焊接方法一实施例中，所述焊接过程采用激光软钎焊的形式，将能量激光束聚焦于印制板的焊盘部位进行电子装联焊接。

激光软钎焊具有无焊点形态干涉、焊点高可靠性、焊点力学性能优异等特点，可以有效解决现有高压焊点制备技术中二次焊接带来焊点金属间化合物厚度生长，可靠性降低，可返修性差，并使焊盘过热，具有因热膨胀系数等使得印制板高压焊点处焊点强度下降的难题。同时解决现有技术在焊接过程中因电烙铁始终接触液态焊料提高焊料表面能导致焊点拉尖等缺陷，显著提高了高压焊点质量及可靠性。因此激光软钎焊应用于高压焊点制备的方法具有重要意义。

本发明的制备高压焊点的电子装联焊接方法一实施例中，所述激光器采用小功率激光，功率在10W～500W之间，焊接时间0.5～10S。

本发明的制备高压焊点的电子装联焊接方法一实施例中，制备的所述印制板焊点符合高压焊点要求，呈饱满圆润形状、无引脚突出、无拉尖、无锐边、100％覆盖焊盘表面。

本发明的制备高压焊点的电子装联焊接方法一实施例中，所述焊料为锡铅共晶焊料、锡银铜焊料、无钎焊料中的一种或任意组合，焊料包含但不限制于上述几种材料。

本发明的制备高压焊点的电子装联焊接方法一实施例中，所述焊料高度超过所引脚部位伸出所述印制板高度的0.1～5mm。

本发明的制备高压焊点的电子装联焊接方法一实施例中，所述印制板层数为1～20层板，厚度为1～3mm，印制板层数包含但不限制于上述规格。

本发明的制备高压焊点的电子装联焊接方法一实施例中，所述印制板的高压焊点部位通孔与其所插入的引脚部位之间的间距为0.2～0.4mm。

本发明的制备高压焊点的电子装联焊接方法一实施例中，所述印制板与激光聚焦头之间聚焦范围可调，距离100mm～400mm。

本发明的制备高压焊点的电子装联焊接方法一实施例中，所述激光聚焦头与水平的夹角在30°～90°范围内可调，距离与夹角包含上述参数但不限制于上述几种。

本发明的制备高压焊点的电子装联焊接方法一实施例中，所述激光器包括二氧化碳激光器、光纤激光器，包含但不限制于上述几种激光器。

本发明一实施例中，一种制备高压焊点的电子装联焊接方法包括如下步骤：：

(1)将元器件引脚进行搪锡成形处理，并安装于印制板上，印制板层数一般为1～20层，印制板厚度一般为1～3mm，元器件引脚伸出印制板高度不得超过2.3mm，印制板高压焊点部位通孔与插入引脚之间间距0.2～0.4mm，在高压焊点引脚部位焊盘涂覆焊膏，焊膏应全面覆盖焊盘并完全埋没元器件引脚0.1～5mm；

(2)将印制板组件放置于精密三轴移动平台，通过X/Y轴移动旋钮将高压焊点焊盘部位送至激光工作区域。坐标定位设备配备电脑及相应软件，对印制板扫描寻找到定位点并设置为坐标原点，通过印制板电子图纸导入坐标定位设备软件，进而编辑程序输入坐标定位高压焊点焊盘位置，将激光聚焦头移动至该坐标某夹角线路上，可采用目视或其他方法进行待焊焊盘坐标确认，通过精密三轴移动平台的Z轴移动旋钮及聚焦头高度调节旋钮精细调整激光聚焦距离，一般距离为100mm～400mm；

(3)焊接过程中，激光聚焦头与印制板保持相对垂直，并可调整聚焦头与印制板间聚焦距离，设置激光发生器功率在10W～500W之间，焊接时间0.5～10S。采用小功率激光对程序中该坐标部位焊盘进行准确聚焦，将激光束的能量传递到引脚焊点部位，焊料获得热量自发熔化为液态，液态焊料填充焊盘部位通孔内与引脚间空隙，在液态焊料表面张力、润湿力与重力的作用下发生自发变形呈饱满圆润状态；

(4)激光软钎焊在液态成形完成后，激光器停止发生，焊料自然冷却凝固，完成印制板激光焊接从而制备符合规范，质量好，可靠性高的高压焊点。

可靠性高的高压焊点主要是通过激光软钎焊方法的特征来实现的。

本发明提供的一种制备高压焊点的电子装联焊接方法，是一种制备特定服役条件下高压焊点的一种方法，与现有技术相比具有以下优点：

1.相较于现有技术，高压焊点只可采用电烙铁手工焊接，具有二次焊接步骤，如专利《一种高压焊点高可靠装联方法》所述，但是二次焊接的方法会导致焊接过程中焊点金属间化合物厚度生长，可靠性降低，并使焊盘过热，具有因热膨胀系数等原因造成焊盘脱离印制板的风险，使得印制板高压焊点处焊点强度下降，而激光软钎焊的方法可以有效解决上述二次焊接技术带来的难题。

2.电子装联行业标准中明确，反工焊点不宜超过3次，而高压焊点在一次制备过程中就有两次焊接过程，因此高压焊点的返修性差，采用激光软钎焊的方法则可以有效回避该问题，大大提高了高压焊点的返修性。

3.电烙铁在焊接过程中始终接触液态焊料，提高了焊料表面能，电烙铁脱离焊点时影响焊料表面成形，容易产生拉尖等缺陷。而激光软钎焊具有无焊点形态干涉、焊点高可靠性、焊点力学性能优异等特点，显著提高了高压焊点质量及可靠性。因此激光软钎焊应用于高压焊点制备的方法具有重要意义。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种制备高压焊点的电子装联焊接方法，其特征在于，包括：

将元器件的引脚进行搪锡成形处理，并安装于印制板上，在高压焊点的引脚部位焊盘涂覆焊料；

将所述印制板安装于三轴移动平台，将所述高压焊点的焊盘部位送至激光工作区域，坐标定位设备对印制板扫描寻找到定位点并设置为坐标原点，将印制板电子图纸导入坐标定位设备，进而由定位编程计算机输入坐标定位高压焊点的焊盘位置，或采用手动定位的方法定位所述焊盘位置，定位方法包括但不限制于上述的编程法及手动定位的方法；

焊接过程中，将激光聚焦头与印制板保持相对角度，在30°~90°范围内，调整激光聚焦头与水平的夹角，并调整激光聚焦头与印制板间聚焦距离，激光器采用小功率激光对所述定位的焊盘位置进行准确聚焦，将激光束的能量传递到所述高压焊点的引脚部位，引脚部位的焊料获得激光束的热量自发熔化为液态，液态焊料填充焊盘部位通孔内与其所插入的引脚部位间空隙，在液态焊料表面张力作用下发生自发变形呈饱满圆润状态；

在液态焊料成形完成后，激光器停止发生激光，焊料自然冷却凝固；

所述焊料高度超过引脚部位伸出所述印制板高度的0.1~5mm。

2.如权利要求1 所述的制备高压焊点的电子装联焊接方法，其特征在于，所述焊接过程采用激光软钎焊的形式，将能量激光束聚焦于印制板的焊盘部位进行电子装联焊接。

3.如权利要求1 所述的制备高压焊点的电子装联焊接方法，其特征在于，所述激光器采用小功率激光，功率在10W~500W 之间，焊接时间0.5~10S。

4.如权利要求1 所述的制备高压焊点的电子装联焊接方法，其特征在于，制备的所述印制板焊点符合高压焊点要求，呈饱满圆润形状、无引脚突出、无拉尖、无锐边、100%覆盖焊盘表面。

5.如权利要求1 所述的制备高压焊点的电子装联焊接方法，其特征在于，所述焊料为锡铅共晶焊料、锡银铜焊料、无铅焊料中的一种或任意组合。

6.如权利要求1 所述的制备高压焊点的电子装联焊接方法，其特征在于，所述印制板层数为1~20 层，厚度为1~3mm。

7.如权利要求1 所述的制备高压焊点的电子装联焊接方法，其特征在于，所述印制板的高压焊点部位通孔与其所插入的引脚部位之间的间距为0.2~0.4mm。

8.如权利要求1 所述的制备高压焊点的电子装联焊接方法，其特征在于，所述印制板与激光聚焦头之间聚焦范围可调，距离100mm~400mm。

9.如权利要求1 所述的制备高压焊点的电子装联焊接方法，其特征在于，所述激光器包括二氧化碳激光器、光纤激光器。

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