激光锡膏焊接原理是什么？

点锡膏激光焊接已经是非常成熟的一项工艺，已经有很多的电子产品都是采用激光锡焊的方式进行的。那么激光锡焊的原理是什么呢?松盛光电来给大家介绍分享。

一、基本原理概述

激光锡膏焊接是利用激光作为热源，通过对锡膏进行加热，使其熔化后实现电子元件与电路板等之间的连接。锡膏在焊接过程中起到填充金属的作用，当激光能量被锡膏吸收后，锡膏温度迅速升高达到熔点并熔化，冷却凝固后就形成了牢固的电气连接和机械连接。

二、能量吸收过程

激光与材料相互作用

当激光束照射到锡膏表面时，锡膏中的金属颗粒(主要是锡等成分)对激光能量有吸收作用。激光的能量被锡膏中的微粒吸收后，通过热传导使锡膏整体温度升高。不同波长的激光对锡膏的穿透深度和吸收效率不同。例如，常用的近红外激光(如波长为 915nm 或 1064nm)可以较好地被金属锡颗粒吸收。

激光光斑大小也会影响能量的分布。较小的光斑能产生较高的能量密度，适合对微小焊点进行焊接。这就好比用放大镜将太阳光聚焦在一个小区域，可以使该区域的温度快速升高，激光光斑处的锡膏就类似于被聚焦阳光照射的小区域。

三、熔化与流动过程

锡膏熔化

随着激光能量的持续输入，锡膏温度升高到熔点(锡的熔点约为 231.93℃)。此时，锡膏从固态转变为液态。在熔化过程中，锡膏中的助焊剂也开始发挥作用。助焊剂可以去除焊接表面的氧化物，清洁焊接界面，为锡与被焊接材料之间形成良好的冶金结合创造条件。

液态锡膏流动

液态锡膏在表面张力和重力的共同作用下流动。表面张力使得锡膏尽量保持在焊点区域，防止其过度扩散。同时，重力会促使锡膏在垂直方向上有一定的铺展，以填充元件引脚与电路板焊盘之间的间隙。例如，在焊接表面贴装元件(SMT)时，液态锡膏会在引脚和焊盘之间形成均匀的连接层。

四、凝固过程与焊点形成

冷却凝固

当激光停止照射后，液态锡膏开始冷却。在冷却过程中，锡膏中的液态金属原子逐渐失去能量，其运动速度减慢。当温度降低到熔点以下时，液态锡膏重新凝固成固态，形成焊点。这个过程类似于水在低温下结成冰，原子的排列从无序的液态转变为有序的固态结构。

焊点质量

凝固后的焊点质量取决于多个因素。首先是锡膏的成分和质量，优质的锡膏能够保证焊点有良好的机械强度和电气性能。其次是焊接过程中的参数，如激光功率、焊接时间等。合适的激光功率可以使锡膏充分熔化而不过热，合适的焊接时间能确保锡膏熔化和凝固过程的顺利进行，从而形成高质量的焊点，保证焊接的可靠性和稳定性。

激光锡膏焊接的应用

电子制造领域

印刷电路板(PCB)焊接：在 PCB 制造中，可实现高精度焊接小尺寸焊点，能达到较小的焊接间距和较高的焊接密度，提高电子设备的集成度，比如手机、电脑等电子产品的 PCB 板上的各种微小电子元件的焊接。

电子元件封装：对微芯片引脚进行精确焊接，大大提高了微电子封装的可靠性和稳定性，确保芯片与引脚之间的良好电气连接和机械固定，保障电子产品的高性能和长寿命。

消费电子产品制造：广泛应用于摄像头模块、VCM 音圈电机、CCM、FPC、连接器、天线、传感器、电感器、硬盘磁头、扬声器、光通信元件、热敏元件、光敏元件等精密电子元件的焊接，如蓝牙耳机中的耳机芯片、线圈、电容等的焊接，以及手机天线的焊接，能够满足消费电子产品不断向小型化、高性能化发展对焊接技术的严格要求。

汽车制造领域

汽车电子控制单元(ECU)制造：能实现对电子元件的快速、精确焊接，提高汽车电子制造的效率和质量，确保 ECU 的可靠性和稳定性，从而保障汽车的整体性能和安全性。

汽车电子设备维修与更换：可对焊点进行精确修复，延长设备的使用寿命，降低维修成本，对于汽车中一些复杂的电子系统的维护和升级具有重要意义。

新能源汽车零部件制造：在新能源汽车的 DCDC 转换器等核心部件的生产中发挥重要作用，其高精度、高效率和优秀的焊接质量，能够满足新能源汽车对电气系统可靠性的严格要求。

航空航天领域

航空电子设备制造：用于飞机上的各种精密电子仪器、设备的焊接，如飞行控制系统、通信导航系统等中的电子元件焊接，保障航空电子设备在复杂的飞行环境下的高可靠性和稳定性。

航天器零部件制造：在航天器的电子部件、传感器等的制造和组装中，激光锡膏焊接能够满足其对焊接精度和质量的极高要求，确保航天器在太空环境中的正常运行。

医疗器械领域

医疗设备制造：如医用传感器、微型医疗器械等的生产中，激光锡膏焊接可以实现微小、精密的焊接，保证医疗器械的高精度和高可靠性，满足医疗行业对产品质量和安全性的严格标准。

医疗电子产品维修：对于一些昂贵的医疗电子设备，在需要维修或更换电子元件时，激光锡膏焊接能够进行精确的焊点修复，减少对设备的损坏，延长设备的使用寿命。