激光錫焊中焊點(diǎn)形狀不規(guī)則是什么原因？怎么解決？

激光錫焊發(fā)展多年，工藝已經(jīng)非常成熟了，但是由于激光錫焊工藝操作復(fù)雜，如果處理不當(dāng)就會(huì)造成一些焊接問題。松盛光電來給大家介紹分享激光錫焊中焊點(diǎn)不規(guī)則的成因和注意事項(xiàng)，來了解一下吧。

激光錫焊中焊點(diǎn)形狀不規(guī)則的原因

激光功率問題

當(dāng)激光功率過高時(shí)，錫料會(huì)過度熔化。由于錫的表面張力在高溫下無法有效約束液態(tài)錫，錫液會(huì)向四周飛濺。例如，在一些精細(xì)的電子元件焊接中，如芯片引腳焊接，如果激光功率過高，多余的錫可能會(huì)濺到旁邊的引腳或者芯片表面，導(dǎo)致焊點(diǎn)周圍有錫珠，形狀不規(guī)則。而且過高的功率還可能使錫料過度蒸發(fā)，焊點(diǎn)內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)空洞，影響焊點(diǎn)的完整性。

相反，激光功率過低時(shí)，錫料不能充分熔化。部分錫料只是表面受熱軟化，無法與焊接部件形成良好的融合。這會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)不飽滿，形狀可能會(huì)出現(xiàn)凹陷或者殘缺，像在焊接小型的傳感器引腳時(shí)，功率不足會(huì)使引腳與電路板之間的焊點(diǎn)無法完全包裹引腳，形成干癟的不規(guī)則形狀。

脈沖寬度和頻率影響

不合適的脈沖寬度會(huì)影響錫料的熔化和凝固過程。如果脈沖寬度過長，錫料在激光作用下長時(shí)間處于液態(tài)，會(huì)因?yàn)橐簯B(tài)錫的流動(dòng)而改變焊點(diǎn)形狀。例如，在激光錫焊柔性電路板(FPC)時(shí)，過長的脈沖寬度會(huì)使錫在 FPC 的軟質(zhì)材料上過度流淌，導(dǎo)致焊點(diǎn)拉長成不規(guī)則的形狀。

頻率過高或過低也會(huì)有問題。頻率過高可能導(dǎo)致錫料在還沒來得及凝固時(shí)又受到下一個(gè)激光脈沖的作用，使錫料的流動(dòng)和凝固過程紊亂，從而形成不規(guī)則形狀的焊點(diǎn)。頻率過低則可能使焊接過程不連貫，錫料在凝固過程中受到外界因素(如輕微振動(dòng))的干擾，也會(huì)影響焊點(diǎn)形狀。

工件表面平整度和粗糙度

工件表面不平整會(huì)使錫料在熔化后不能均勻地鋪展。例如，在焊接金屬外殼時(shí)，如果外殼表面有凸起或凹陷，熔化的錫料會(huì)順著這些不平整的地方流動(dòng)，而不是按照理想的形狀凝固。粗糙的工件表面會(huì)增加錫料與工件之間的接觸面積，但也會(huì)影響錫料的流動(dòng)方向。如果表面粗糙度差異較大，錫料在凝固時(shí)可能會(huì)形成高低不平的焊點(diǎn)形狀。

工件間的間隙和相對位置

焊接部件之間的間隙過大或過小都會(huì)影響焊點(diǎn)形狀。間隙過大時(shí)，錫料在填充過程中可能會(huì)因?yàn)樽陨淼闹亓ψ饔枚^度下沉，導(dǎo)致焊點(diǎn)底部過厚，頂部過薄，形狀不規(guī)則。間隙過小時(shí)，錫料的流動(dòng)空間受限，可能無法充分填充間隙，使焊點(diǎn)中間出現(xiàn)空洞或者形狀扭曲。而且如果兩個(gè)工件在焊接過程中有相對位移，熔化的錫料會(huì)受到干擾，無法形成規(guī)則的形狀，比如在焊接活動(dòng)關(guān)節(jié)處的電子元件時(shí)，輕微的活動(dòng)就可能使焊點(diǎn)形狀改變。

振動(dòng)和氣流干擾

焊接過程中的振動(dòng)會(huì)使液態(tài)錫料的流動(dòng)方向改變。例如，在工廠車間里，如果設(shè)備放置在靠近大型沖壓設(shè)備或者有頻繁人員走動(dòng)的區(qū)域，地面振動(dòng)傳遞到焊接工作臺(tái)上，會(huì)導(dǎo)致正在形成的焊點(diǎn)中的液態(tài)錫晃動(dòng)，使焊點(diǎn)形狀變得不規(guī)則。氣流也是一個(gè)因素，尤其是在使用保護(hù)氣體時(shí)，如果氣流不穩(wěn)定或者有外部氣流干擾，會(huì)影響錫料周圍的溫度場和壓力場，進(jìn)而影響錫料的熔化和凝固，導(dǎo)致焊點(diǎn)形狀改變。

溫度和濕度變化

環(huán)境溫度對錫料的熔化和凝固過程有影響。在較低的溫度環(huán)境下，錫料凝固速度會(huì)加快，可能會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)在還沒有完全形成規(guī)則形狀時(shí)就凝固。而在較高的溫度環(huán)境下，錫料的流動(dòng)性可能會(huì)增強(qiáng)，容易出現(xiàn)流淌現(xiàn)象。濕度主要是通過影響錫料和工件表面的氧化程度來間接影響焊點(diǎn)形狀。高濕度環(huán)境可能會(huì)使工件表面和錫料更快地氧化，氧化層會(huì)影響錫料的熔化和融合，從而使焊點(diǎn)形狀不規(guī)則。

激光錫焊中焊點(diǎn)形狀不規(guī)則解決方案

功率優(yōu)化

對于每種特定的錫料和焊接工件組合，需要通過實(shí)驗(yàn)來確定最佳激光功率。可以先進(jìn)行小批量的焊接測試，從較低功率開始逐步增加，觀察焊點(diǎn)的成型情況。例如，在焊接 0.5mm 引腳的電子元件時(shí)，最初可以設(shè)置功率為 5W，然后以 0.5W 的增量逐步增加，直到找到既能使錫料充分熔化，又不會(huì)產(chǎn)生飛濺的功率值，一般可能在 7 - 8W 左右。

還可以采用功率反饋控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測錫料的熔化狀態(tài)，根據(jù)熔化程度自動(dòng)調(diào)整激光功率。例如，通過檢測錫料反射的激光信號強(qiáng)度變化來判斷熔化情況，當(dāng)反射信號顯示錫料開始過度熔化(信號強(qiáng)度突然下降)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)降低功率，以確保焊點(diǎn)形狀規(guī)則。

脈沖寬度和頻率調(diào)整

根據(jù)錫料的熔點(diǎn)和工件的材質(zhì)特性來設(shè)置脈沖寬度。對于熔點(diǎn)較低的錫料，如含鉍的低溫錫料(熔點(diǎn)約 138℃)，在焊接小型電子元件時(shí)，脈沖寬度可以設(shè)置在 1 - 2ms。而對于高熔點(diǎn)錫料，脈沖寬度可能需要延長到 3 - 5ms。

頻率的調(diào)整要考慮錫料的凝固時(shí)間和焊接速度。一般來說，為了保證錫料在凝固前不受下一個(gè)脈沖的干擾，頻率應(yīng)該設(shè)置為使每個(gè)脈沖結(jié)束后錫料有足夠的時(shí)間凝固。例如，在焊接速度為每秒 5 個(gè)焊點(diǎn)的情況下，根據(jù)錫料的凝固時(shí)間(假設(shè)為 0.2s)，頻率可以設(shè)置為 4Hz 左右，這樣可以避免錫料流動(dòng)紊亂，形成規(guī)則的焊點(diǎn)。

表面處理

對工件表面進(jìn)行打磨和平整處理。對于平整度要求較高的工件，如精密儀器的金屬外殼，可以使用砂紙或研磨設(shè)備將表面粗糙度降低到一定程度，例如 Ra(輪廓算術(shù)平均偏差)值小于 0.8μm。

采用化學(xué)清洗或物理清洗方法去除工件表面的油污、氧化層等雜質(zhì)。例如，使用酸性清潔劑對金屬工件進(jìn)行酸洗，然后用清水沖洗并干燥。或者使用超聲波清洗設(shè)備，通過高頻振動(dòng)去除工件表面的微小顆粒和油污，確保錫料能在干凈、平整的表面上形成規(guī)則焊點(diǎn)。

間隙和位置控制

在設(shè)計(jì)焊接部件時(shí)，要合理確定工件之間的間隙。對于一般的電子元件焊接，間隙控制在 0.1 - 0.3mm 較為合適。可以使用精密夾具來固定工件，保證焊接過程中工件之間的相對位置不變。例如，在焊接多層印刷電路板(PCB)時(shí)，使用專門的 PCB 夾具，將各層板精確固定，使錫料能夠均勻地填充間隙，形成規(guī)則的焊點(diǎn)。

抗振措施

將焊接設(shè)備放置在穩(wěn)定的工作臺(tái)上，工作臺(tái)可以安裝減震墊或減震支架。例如，使用橡膠減震墊，其減震效果可以有效減少外界振動(dòng)的傳遞。對于高精度焊接設(shè)備，還可以采用主動(dòng)減震系統(tǒng)，通過傳感器檢測振動(dòng)信號，然后利用電磁或液壓裝置產(chǎn)生反向振動(dòng)來抵消外界振動(dòng)，確保液態(tài)錫料在穩(wěn)定的環(huán)境中凝固。

對車間內(nèi)的大型設(shè)備進(jìn)行合理布局，避免將振動(dòng)源(如沖床、大型電機(jī)等)放置在焊接設(shè)備附近，減少振動(dòng)干擾。

氣流和溫濕度控制

在焊接區(qū)域設(shè)置防風(fēng)罩，減少外部氣流對焊接過程的影響。防風(fēng)罩可以采用透明的塑料或玻璃材質(zhì)，方便操作人員觀察。同時(shí)，要確保保護(hù)氣體的流量穩(wěn)定，可以使用氣體流量控制器來精確調(diào)節(jié)保護(hù)氣體(如氮?dú)?的流量，保持錫料周圍的環(huán)境穩(wěn)定。

對于溫濕度敏感的焊接工藝，要控制車間的環(huán)境溫濕度。可以安裝空調(diào)和除濕設(shè)備，將溫度控制在 20 - 25℃，相對濕度控制在 40% - 60%，這樣有利于錫料的熔化和凝固，減少因溫濕度變化導(dǎo)致的焊點(diǎn)形狀不規(guī)則問題。