半導(dǎo)體恒溫同軸激光錫焊解決方案

激光錫焊已經(jīng)在國內(nèi)應(yīng)用了很多年，最早的方案是在大功率激光熔深焊接上升級的原始方案，即直接半導(dǎo)體激光器和焊接頭(激光器準(zhǔn)直加聚焦光學(xué)系統(tǒng))，然后在焊接頭旁再加一個CCD相機(jī)用于觀察和定位，替代傳統(tǒng)的自動化烙鐵焊。傳統(tǒng)的烙鐵焊接痛點(diǎn)，烙鐵頭是易耗品，高端的烙鐵頭只能焊接20000個點(diǎn)就必須要更換。在更換烙鐵頭后需要矯正CCD定位，這里需要浪費(fèi)很多時間。如果更換成激光焊接，非接觸加工，無設(shè)備上部件的損耗。

激光錫焊是以激光為熱源加熱焊盤，融化錫絲或者錫膏從而完成焊錫的激光焊接技術(shù)，激光錫焊的主要特點(diǎn)是利用激光的高能量實(shí)現(xiàn)局部或微小區(qū)域快速加熱完成錫焊的過程，相對于傳統(tǒng)的熱風(fēng)槍錫焊和電烙鐵錫焊，激光錫焊有以下幾個方面的優(yōu)點(diǎn)：

1.激光加工精度較高，光斑點(diǎn)徑最小0.1mm，可實(shí)現(xiàn)微間距貼裝器件，Chip部品的焊接。

2.短時間的局部加熱，對基板與周邊部件的熱影響最少，可根據(jù)元器件引線的類型實(shí)施不同的加熱規(guī)范獲得一致的焊接質(zhì)量。

3.無烙鐵頭的消耗，不需要更換加熱器，實(shí)現(xiàn)高效率連續(xù)作業(yè)。

4.激光加工精度高，激光光斑可以達(dá)到微米級別，加工時間/功率程序控制，加工精度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)烙鐵?？梢栽?mm以下的空間進(jìn)行焊接。

5.六種光路同軸，CCD定位 所見即所得，不需要反復(fù)矯正視覺定位。

6.非接觸性加工，不存在接觸焊接導(dǎo)致的應(yīng)力，無靜電。

7.激光為綠色能源，最潔凈的加工方式，無耗品，維護(hù)簡單，操作方便;

8.進(jìn)行無鉛焊接時，無焊點(diǎn)裂紋。

半導(dǎo)體激光作為熱源時，利用的是光纖傳輸，因此可在常規(guī)方式不易施焊部位進(jìn)行加工，靈活性好，聚焦性好，易于實(shí)現(xiàn)多工位裝置的自動化等等優(yōu)點(diǎn)。

焊接方式：用激光對錫焊部位進(jìn)行照射------被照射的部分表面發(fā)熱------使周圍導(dǎo)熱至熔錫溫度------提供焊錫(錫膏是提前提供)。

這里從預(yù)熱到焊接結(jié)束激光始終不與工件接觸，使得工件表面更干凈。很多細(xì)小工件烙鐵頭不能加工的激光錫焊都可以完成。

這種方案雖然滿足的激光錫焊以上所述的幾項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，CCD定位觀察+激光非接觸錫焊解決了精準(zhǔn)焊接的問題，上位機(jī)控制軟件利用對激光器的功率控制也能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的焊接過程中的熱源輸出，避免了激光功率瞬間過高導(dǎo)致的產(chǎn)品燒壞、擊穿，這種方式的優(yōu)點(diǎn)既造價低廉，滿足粗糙的低端加工。但其缺點(diǎn)非常明顯，往往一個產(chǎn)品的工藝測試需要從低功率到高功率分段測試，來找某個點(diǎn)功率對應(yīng)加工件的合適焊接功率。這里面考驗(yàn)的就是激光器的穩(wěn)定，但目前市場上激光器的不穩(wěn)定導(dǎo)致經(jīng)常有產(chǎn)品燒傷、擊穿基板，為此設(shè)備廠商不僅僅疲于奔命售后，信譽(yù)的損失才是企業(yè)無法彌補(bǔ)的傷痛。

奧萊光電在2013年就開始設(shè)計(jì)激光錫焊成套方案，最開始給客戶配套上述方式的光學(xué)部分，由于上述方案的激光器存在重大隱患。而后公司開始給用戶設(shè)計(jì)恒溫激光器，并通過我公司自主研發(fā)設(shè)計(jì)的全封閉式五路光同軸的焊接頭，對激光加工點(diǎn)溫度實(shí)時檢測，內(nèi)部閉環(huán)控制，激光電源和恒溫控制盒之間采用的PID算法，二者之間全閉環(huán)控制方式，溫度采集范圍從100℃到400℃之間，調(diào)節(jié)的響應(yīng)在時間在：20us，避免人工整定的PID參數(shù)造成控制不良。可以在上位控制軟件內(nèi)建焊接模型，根據(jù)焊接模型進(jìn)行控制優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)理想曲線錫焊。激光功率在線實(shí)時功率檢測，讓激光器功率輸出達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。最終實(shí)現(xiàn)錫焊在線焊接良率高、穩(wěn)定性高，自適應(yīng)性強(qiáng)。