CN1140162C - 超声激光无钎剂软钎焊方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种超声激光无钎剂软钎焊方法，具体地说，通过作用在液体钎料表面的超声频率的脉冲激光胁迫液态金属超声振动的原理，在液态钎料内产生超声空化效应，并利用超声空化作用破碎金属表面及界面的氧化膜促进钎料在焊盘表面润湿铺展的材料热加工技术。本发明在软钎焊过程中可实现无钎剂钎焊、不需要超声振子产生超声振动源。

Description

超声激光无钎剂软钎焊方法
(一)技术领域：
本发明提出一种用于电子封装及组装互连焊接的超声激光无钎剂软钎焊方法。
(二)背景技术：
国际上自1990年开始研究和开发无钎剂软钎焊方法。目前已经公开发表的技术主要有(1)超声波清洗波峰焊、(2)气体保护激光焊、(3)活性气体及贵金属保护红外焊。第一种方法是在波峰焊的基础上附加超声振子，通过超声空化作用去除金属表面氧化膜，然后进行波峰焊。这种方法因为需要附加超声设备，所以结构复杂相对成本高。第二种方法是在氮气保护下利用激光照射进行软钎焊。这种方法只有保护金属表面防止再氧化作用，没有焊接过程中去除氧化膜作用所以效果不佳。第三种方法由于用活性气体保护或贵金属保护，所以操作不安全且成本太高。另一方面，第一种和第三种方法是属于整体加热方法，不适合用于热敏感器件及静电敏感器件，也不适合高密度引线器件。
(三)发明内容：
本发明的目的针对现有技术存在的不足，提出一种超声激光无钎剂软钎焊方法，应用于电子封装、表面组装及软钎焊过程中无钎剂的条件下形成钎料凸台及焊点接头。
本发明的具体步骤是：(1)在被焊处预置钎料。(2)用低真空或惰性气体对被焊金属及钎料进行防氧化保护。(3)用超声频率的脉冲激光加热钎料及被焊金属，使钎料熔化并在液态钎料内强迫产生超声，通过超声的空化效应，破碎氧化膜使钎料润湿被焊金属表面并铺展。(4)停止脉冲激光加热。上述新方法实现过程中第三步骤是核心内容。产生激光胁迫超声的原理是在非常低的真空保护(真空度为8Pa)或氮气保护下，利用超声频率的脉冲激光照射钎料时，被激光照射的液体钎料表面产生超声频率振荡的温度场。根据物体的热胀冷缩原理，超声振荡的温度场作用下在液态钎料球表面将产生超声机械振动。这种钎料球表面振动传播到液态钎料内部及钎料润湿界面时将产生超声空化作用。通过超声空化作用破碎金属表面氧化膜促进无钎剂钎料在被焊金属表面润湿，最终实现无钎剂软钎焊。本发明铜焊盘表面润湿铺展的可行性试验，实验具体参数及材料如下：钎料：63Sn-37Pb，16mg，焊盘：Cu，尺寸：3×3mm，真空度：8Pa(或氮气保护)，激光功率：5～18W，加热时间：0.3-5s，激光频率：15K-25KHz。
本发明与现有技术相比(1)不需要很高的真空保护，容易用于工业生产；(2)通过超声空化作用破碎金属表面的氧化膜，其超声源是超声频率的脉冲激光胁迫液态钎料球产生的，并不需要超声振子。本发明在电子封装、表面组装及钎焊领域里由于不需要氟利昂清洗焊点钎剂残渣，所以有利于地球环境保护。另一方面，由于焊后焊点处没有钎剂残渣的腐蚀作用，所以有利于提高微细焊点及电子产品的可靠性。
(四)具体实施方式：
(1)在尺寸3×3mm的焊盘上放置16mg、63Sn-37Pb钎料。
(2)把上述试件放入8Pa(或氮气保护气氛)的腔内。
(3)用激光频率为15KHz-25KHz的调制激光(激光功率5-18W)，加热钎料(加热时间0.3-5s)。
(4)停止脉冲激光加热。

Claims (1)

1、一种超声激光无钎剂软钎焊方法，其特征在于按以下步骤实现：(1)在被焊处预置钎料，(2)用低真空或惰性气体对被焊金属及钎料进行防氧化保护，(3)用超声频率的脉冲激光加热钎料及被焊金属，使钎料熔化并在液态钎料内强迫产生超声，通过超声的空化效应，破碎氧化膜使钎料润湿被焊金属表面并铺展，(4)停止脉冲激光加热。
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