CN112077407A - 一种基于蓝光激光器的焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光焊接领域，具体涉及一种基于蓝光激光器的焊接方法，所述焊接方法具体包括以下步骤：将具有金属层的待焊接引脚放置在焊接位置；打开蓝光激光器，并设置蓝光激光器的输出能量；调整激光光斑的大小，使其与待焊接引脚的引脚宽度相匹配，以完成初始定位；对待焊接引脚进行加热焊接；与现有技术相比，本发明将蓝光激光器应用到激光焊锡工艺中，克服了使用业内激光焊锡设备对具有镀金层引脚的搭接引脚焊接时极易出现引脚烧伤、焊锡发黑以及炸锡等缺陷，从而使得焊接可靠性增加，同时，使用蓝光激光器焊接，为小间距引脚的搭接焊接提供了一种新的焊接方法，使得激光焊锡工艺得到了更加广泛的应用。

Description

一种基于蓝光激光器的焊接方法

技术领域

本发明涉及激光焊接领域，具体涉及一种基于蓝光激光器的焊接方法。

背景技术

随着光通信和电子行业向密集化、小型化发展，需要焊锡焊接的引脚间距也越来越小；常规手动焊接或者热压焊最小间距只能做到0.2mm，对于更小间距的引脚焊接，行业内一般使用激光进行焊接；在业内激光焊锡设备中所使用的激光光源基本都在红外800-1000nm波段，其中808nm、915nm、940nm、980nm这几种波段由于半导体工艺非常成熟应用最为广泛。

行业内常规插孔式或者接触式引脚焊接使用红外波段激光焊锡设备焊接工艺已经非常成熟，焊接外观和可靠性方面都能满足行业要求，这种类型引脚焊接是激光直接作用到锡膏上，锡膏融化成焊锡完成焊接过程；但是，对于引脚搭接类型的焊接，激光是无法直接作用到引脚底部的锡膏，激光需要通过加热引脚来间接加热锡膏，而光器件、光电子行业引脚表面一般是镀金的，镀金层对红外波段激光的吸收率只有5％左右，也就是说镀金层对红外波段激光的反射率非常高，因此，需要提高激光能量才能完成这种引脚搭接类型的焊接，然而，虽然提高激光能量可以完成这种搭接类型引脚的焊接，但是随着锡膏熔融镀金层会被焊锡覆盖，引脚对激光的吸收率会剧增，这样一来，高激光能量就非常容易造成引脚烧伤或者焊锡发黑现象，另外，部分高能量激光作用到锡膏上会出现炸锡现象；也就是说，在使用业内常用的激光焊锡设备来完成搭接类型引脚的焊接时，如果激光能量低，则会造成外观和焊接强度都不能满足要求；如果激光能量高，则容易造成引脚烧伤或者焊锡发黑现象，甚至部分高能量激光作用到锡膏上会出现炸锡现象，由此可见，业内常用的激光焊锡设备并不适用于搭接类型引脚的焊接。

由于蓝光激光器(455±20nm)的激光对常见金属(AU CU)吸收率可达50％以上，在进行搭接类型引脚的焊接时，相对于常用的红外波段激光器来说，可以很大程度的降低激光输出能量，并且锡膏对蓝光波段的吸收率与对红外波段的吸收率无明显差异，也就是说激光直接作用到锡膏上时，使用蓝光激光器或者红外激光器在能量方面无明显差异，因此，把蓝光激光器应用到激光焊锡工艺中，对本领域来说具有重大意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于蓝光激光器的焊接方法，克服了现有技术中使用常用激光焊锡设备很难满足对搭接类型引脚的焊接要求的缺陷。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于蓝光激光器的焊接方法，其优选方案在于，所述焊接方法具体包括以下步骤：

将具有金属层的待焊接引脚放置在焊接位置；

打开蓝光激光器，并设置蓝光激光器的输出能量；

调整激光光斑的大小，使其与待焊接引脚的引脚宽度相匹配，以完成初始定位；

激光对待焊接引脚进行加热焊接。

其中，较佳方案为所述焊接方法还包括以下步骤：

将待焊接引脚放置在焊接位置前，在待焊接引脚上下两面点涂锡膏，以形成锡膏层。

其中，较佳方案为所述锡膏层的厚度小于或等于20um。

其中，较佳方案为所述待焊接引脚与焊接位置之间的间隙小于或等于30um。

其中，较佳方案为所述蓝光激光器的能量输出可调且最大能量可超过第一能量数值，所述第一能量数值为4W至6W。

其中，较佳方案为所述激光光斑直径小于或等于引脚宽度。

其中，较佳方案为所述激光光斑的能量密度可调，其调节范围为70w/mm2-150w/mm2。

其中，较佳方案为所述引脚为正方形结构，所述焊接方法还包括以下步骤：

激光对正方形的待焊接引脚进行加热焊接，且焊接时间小于或等于3s。

其中，较佳方案为所述引脚为正方形结构，所述焊接方法还包括以下步骤：

激光以预设移动速度对长方形的待焊接引脚进行焊接，所述预设速度为0.2mm/s-0.5mm/s。

其中，较佳方案为所述焊接方法还包括以下步骤：

使用镜头设有蓝光衰减膜的CCD监控整个焊接过程，并在激光焊接结束后发出结束指令，以关闭激光输出，且通过CCD检查焊接外观。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明通过设计一种基于蓝光激光器的焊接方法，将蓝光激光器应用到激光焊锡工艺中，克服了使用业内激光焊锡设备对具有镀金层引脚的搭接引脚焊接时极易出现引脚烧伤、焊锡发黑以及炸锡等缺陷，从而使得焊接可靠性增加，同时，使用蓝光激光器焊接，为小间距引脚的搭接焊接提供了一种新的焊接方法，使得激光焊锡工艺得到了更加广泛的应用。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明中的一种基于蓝光激光器的焊接方法的流程示意图一；

图2是本发明中的一种基于蓝光激光器的焊接方法的流程示意图二；

图3是本发明中的一种基于蓝光激光器的焊接方法的流程示意图三；

图4是本发明中的一种基于蓝光激光器的焊接方法的流程示意图四；

图5是本发明中的对比实验一的实验数据图；

图6是本发明中的对比实验二的实验数据图。

具体实施方式

现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。

参考图1-图4，本发明提供一种基于蓝光激光器的焊接方法的最佳实施例。

一种基于蓝光激光器的焊接方法，参考图1，所述焊接方法具体包括以下步骤：

S1、将具有金属层的待焊接引脚放置在焊接位置；

S2、打开蓝光激光器，并设置蓝光激光器的输出能量；

S3、调整激光光斑的大小，使其与待焊接引脚的引脚宽度相匹配，以完成初始定位；

S4、激光对待焊接引脚进行加热焊接。

进一步地，并参考图2，所述焊接方法还包括以下步骤：

S0、将待焊接引脚放置在焊接位置前，在待焊接引脚上下两面点涂锡膏，以形成锡膏层。

具体的，首先，在具有金属层的待焊接引脚上下两面点涂锡膏，已形成锡膏层，其中，所述锡膏层的厚度小于或等于20um，其中，该锡膏层的厚度越小越好，如果厚度过厚会导致高频信号的传输质量降低；进一步地，将点涂锡膏后的引脚放置在焊接位置，需要说明的是，所述待焊接的带有锡膏层的引脚与焊接位置之间的间隙需要控制在30um以内，该距离越小越好，距离太远会导致高频信号的传输质量降低，同时也会影响器件的整体装配结构；进一步地，打开蓝光激光器，所述蓝光激光器使用光纤准直输出，首先设置输出能量为0.1W左右进行初始定位，其中，需要说明的是，所述蓝光激光器的能量输出可调且最大能量可超过第一能量数值，所述第一能量数值为4W至6W，一般来说最大能量都可以设置在5W以上；进一步地，所述蓝光激光器的激光光斑根据引脚宽度进行调整，一般要求激光光斑直径小于或等于引脚宽度，以防止激光损伤其他位置；其中，在设置能量输出对引脚进行加热的过程中，所述蓝光激光器的激光光斑的能量密度也可调，其调节范围为70w/mm2-150w/mm2，通常来说，会将能量密度设置为70w/mm2-100w/mm2左右，但是，如果引脚或者搭接位置散热太快的话，可以适当提高激光输出能量的能量密度，需要说明的是，其激光输出的最大能量密度不能超过150w/mm2，能量密度越大越容易造成焊锡发黑或者烧伤引脚等问题。

进一步地，并参考图3，所述引脚为正方形结构，所述焊接方法还包括以下步骤：

S41、激光对正方形的待焊接引脚进行加热焊接，且焊接时间小于或等于3s。

具体的，当待焊接引脚为正方形结构时，则激光只需对引脚位置进行焊接，且焊接时间控制在3S以内。

进一步地，并参考图4，所述引脚为长方形结构，所述焊接方法还包括以下步骤：

S42、激光以预设移动速度对长方形的待焊接引脚进行焊接，所述预设速度为0.2mm/s-0.5mm/s。

具体的，当待焊接引脚为长方形结构时，则激光需要按照一定的速度移动以完成整个长方形结构的焊接，其移动速度一般控制为0.2mm/s-0.5mm/s左右。

进一步地，所述焊接方法还包括以下步骤：

S5、使用镜头设有蓝光衰减膜的CCD监控整个焊接过程，并在激光焊接结束后发出结束指令，以关闭激光输出，且通过CCD检查焊接外观。

具体的，当焊接完成后，需要关闭激光输出并检查焊接外观；其中，由于蓝光是可见光，因此，可以通过CCD监控整个焊接过程，但是为了保护操作人员的眼睛安全，需要在CCD镜头上粘贴蓝光衰减膜，并且，当观察监控焊接过程时，操作人员还需佩戴防护镜。

如图5-图6所示，本发明提供使用蓝光激光器与使用业内常用激光焊锡设备分别对引脚具有镀金层的搭接引脚进行激光焊接的实验过程及实验数据对比。

对比实验一、镀金层对蓝光(455nm)波段和业内常用激光(940nm)波段吸收率对比：

1)取带有镀金层的薄片，并将热电偶通过导热胶固定在薄片底部；

2)将455nm波段激光器和940nm波段激光器调整为相同光斑大小(约0.2mm)照射到薄片表面相同位置；

3)不同激光能量下记录10S后的温度升高数值。

对比两种激光器在相同温升下对应不同输出激光能量的结果如图3所示。

参考图5，其数据显示，相同温升下，使用940nm波段激光器所需能量要比使用455nm波段的蓝光激光器所需能量高4倍左右，因此，可以认为镀金层对455nm波段的吸收率要比940nm波段的吸收率高4倍左右，而针对引脚搭接类型的激光焊锡工艺中，大部分激光时直接作用在镀金层上的，根据数据显示，使用455nm波段的蓝光激光器作为激光光源可以很大程度的降低激光输出能量，可以有效防止出现锡膏炸锡或者引脚烧伤现象。

对比实验二、将镀金层表面进行上锡，上锡厚度控制在20um之内，按照相同方法对比两种激光器在相同的温升下输出的激光能量，其结果数据如图6所示。

薄片上锡后，在相同温升下使用940nm波段激光器所需能量要比455nm波段激光器能量高1.2倍左右，因此可以认为焊锡对455nm波段的吸收率与940nm波段的吸收率无明显差异。这也就间接证明了对于插孔式或者接触式引脚焊接，激光直接作用到锡膏上，此时使用蓝光激光器或者红外激光器在能量方面无明显差异。

通过以上两个实验可以得知，将蓝光激光器应用到激光焊锡工艺中，在激光输出能量相同的情况下，可以大幅度提高镀金层对激光的吸收率，克服了使用业内激光焊锡设备对镀金层引脚搭接焊接工艺中极易出现的焊接可靠性差，锡膏易炸锡以及烧伤引脚的问题，进一步地，该基于蓝光激光器的焊接方法为小间距引脚的搭接焊接提供一种新的焊接方法，可以使激光焊锡工艺得到更加广泛的应用。

以上所述者，仅为本发明最佳实施例而已，并非用于限制本发明的范围，凡依本发明申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本发明所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于蓝光激光器的焊接方法，其特征在于，所述焊接方法具体包括以下步骤：

将具有金属层的待焊接引脚放置在焊接位置；

打开蓝光激光器，并设置蓝光激光器的输出能量；

调整激光光斑的大小，使其与待焊接引脚的引脚宽度相匹配，以完成初始定位；

激光对待焊接引脚进行加热焊接。

2.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接方法还包括以下步骤：

将待焊接引脚放置在焊接位置前，在待焊接引脚上下两面点涂锡膏，以形成锡膏层。

3.根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于：所述锡膏层的厚度小于或等于20um。

4.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：所述待焊接引脚与焊接位置之间的间隙小于或等于30um。

5.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：所述蓝光激光器的能量输出可调且最大能量可超过第一能量数值，所述第一能量数值为4W至6W。

6.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：所述激光光斑直径小于或等于引脚宽度。

7.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：所述激光光斑的能量密度可调，其调节范围为70w/mm2-150w/mm2。

8.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述引脚为正方形结构，所述焊接方法还包括以下步骤：

激光对正方形的待焊接引脚进行加热焊接，且焊接时间小于或等于3s。

9.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述引脚为正方形结构，所述焊接方法还包括以下步骤：

激光以预设移动速度对长方形的待焊接引脚进行焊接，所述预设速度为0.2mm/s-0.5mm/s。

10.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接方法还包括以下步骤：

使用镜头设有蓝光衰减膜的CCD监控整个焊接过程，并在激光焊接结束后发出结束指令，以关闭激光输出，且通过CCD检查焊接外观。

Images