激光焊接技術在微電子的應用

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摘要：由于焊接技術的不斷進步，電子行業中出現了元件與電路微型化的趨勢。為此，激光焊接技術得到了日益廣泛的應用。這一技術以其性能穩定、使用方便等優點，在各個微小元件與電路的焊接過程中發揮著重要作用。

關鍵詞：激光；焊接；微電子行業

在互聯網技術與信息技術的推動下，激光的應用領域日益擴大，尤其是在微電子與集成電路領域。通常激光加熱技術實現的焊接工藝，具有焊縫純凈等特性，可用于各類金屬材料之間的焊接操作。

1激光焊接原理與特點

激光焊接的原理是利用高能量的激光束，對指定區域內的材料進行照射，導致材料發生迅速地熔化并在冷卻后形成焊縫。這一焊接方式是在計算機的控制下實現精準操作的，而且對各類金屬材料或者合金材料進行多種方式的加工，實現焊接的無接觸化與自動化，并實現焊接的高密封與高精確度的效果[1]。

2激光焊接技術在微電子行業的應用

由于激光焊接技術的發展，電子產業中出現了微型化的趨勢，各類元器件的體積日益變小。對此，原有的焊接方式無法適用，比如在對光敏、熱敏器件或者柔性電板進行加工，會產生元器件損壞，或者焊接效果不達標的情況。對此，激光焊接應運而生，它能使微區域內的焊接加工得以順利開展，因而受到了市場與技術界的歡迎[2]。

2.1激光錫焊在電子行業的應用

激光錫焊是通過激光攜帶的高能量，將錫料加以融化，并緊密地與焊接相結合的一種焊接技術。由于這一技術可以在連接、加固各類電子元件方面發揮良好效果，所以在微型電子元件、集中電路等的焊接中應用較多[3]。2.1.1錫絲填充激光焊接應用錫絲填充焊接指的是，通過激光對焊件進行預熱之后，通過一個自動裝置將錫絲傳送到需要焊接的位置，其低于焊件的部分將被激光熔化，從而實現焊接。這一技術通常用于集成電路板之中。這一技術要發揮了良好的效果，離不開三個環節的密切配合，即用激光預熱材料、自動送絲、多余錫絲的抽離。比如在地PCB板進行焊接時，要精確地控制溫度，如果溫度高于標準值，則會對整個PCB構成損害；反之溫度低于標準值則達不到預熱的目的。另外，將錫絲進行推送要迅速，如果動作慢了，就會使激光直接照射到PCB板上的問題。抽回錫絲的動作也要迅速，否則送絲口會被堵住[4]。2.1.2錫膏填充激光焊接應用錫膏填充技術是指，借助于一定的設備對錫膏的用量進行控制，在預熱了焊點之后，激光對錫膏進行加熱，并使焊盤完全潮濕，由此完成焊接。這一技術的應用領域是微型的精密元件的加固方面，特別是在焊接柔性電路板時，這一技術的效果更為突出。在應用這一技術時，要防止錫珠發生飛濺，以免形成電路短路。2.1.3激光噴錫焊接應用激光噴錫是一種最近興起的焊接技術，主要用于微電子的互連與封裝領域。它借助于激光對惰性氣體的照射，實現對錫料的熔融，并用精準的控制技術將其噴射于焊盤上，從而完成鍵合。這一技術的優點在于速度快，精確性強且無須接觸等，所以它在數據線、聲控元件、攝像頭模組等元器件的組裝與焊接中應用效果較好[5]。

2.2激光焊接技術在傳感器封裝上的應用

傳感器是精密度較高的裝置，由于其應用環境常常較為惡劣，所以在封閉時要采用金屬材料。對此，運用激光焊接技術給傳感器加上堅實的金屬外殼是常用處理方法。比如在井下作業環境中，傳感器要有較強的保護，而使用激焊接技術之后，其金屬保護層外表光滑且焊縫與基材在硬度上相差不多；另外激光焊接有精確性的特點，在焊接時不會導致內部元件受損，從而保證傳感器功能正常。

2.3激光焊接技術在集成電路板上的應用

微電子領域對于焊接技術的要求日益提高，集成電路中的焊接通過要以激光進行熱量傳送，把熔點較低的焊料進行熔化，進而電路板上各個器件的精確焊接。這一做法是電子產業中較為普遍的。2.3.1集成電路引線焊接焊接集成電路的引線過程中，通常使用激光中心穿透的辦法進行操作。把激光光斑設置在150tan的大小之內，將一層薄鋁層鍍在基底上。在焊接外引線時，通常使用脈沖激光，中間環節無須使用焊劑，從而降低了對電路管芯的破壞，提升電路的安全性與性能。2.3.2集成電路封裝焊接封裝質量的高低直接決定了電路整體的安全性與穩定性。封裝時使用YAG激光發生器完成激光焊接。焊接方式為單點重復，其結果是氣密性增強，另外可以提高產品整體的性能。2.3.3集成電路修補焊接使用集成電路過程上，因為不當操作，以及長期使用造成的損耗，或者環境中溫度及空氣微粒不達標，會導致集成電路的損壞，具體表現為元件受損，或者光掩膜破壞。對此，都可以用激光焊接的方法加以維修。比如在電子元件受損的情況下，用激光與惰性氣體互相作用實現金屬物質的沉積，從而實現對元器件的修補，或者另行線路的設置。在光掩膜受損的情況下，可以用激光技術對光掩膜進行修復。通過激光技術，可以讓集成電路的使用壽命延長，從而實現了成本降低、可靠性提高的目的[6]。

2.4激光焊接技術在電池上的應用

充電電法具有循環使用的特點，在重視環境保護的今天備受人們的關注。在生產充電電池的多道環節中，激光焊接的應用也是較為常見的。2.4.1紐扣電池的焊接在生產紐扣電池時，激光焊裝技術不僅為為紐扣電池的生產工藝得以復雜化，而且能夠實現產品性能的高度一致性，提高產品的合格率；另外由于激光技術的精確性，電池內部材料不會受到損傷。在對不同電池組成材料進行焊接時，激光技術的優點更為突出，能夠很好的減少脆性物質的形成。2.4.2電池的極耳焊接現如今的電池極耳焊接基本采用的是超聲波焊接工藝，在極耳的焊接區域容易出現虛焊、漏焊、極耳破損以及焊縫強度低等缺陷。采用多點激光掃描焊接方式焊接極耳，有效提升電池性能和焊接效率。2.4.3電池殼體封裝焊接方形電池是目前電子產品中常見的電源形式，對其封裝一般使用激光焊接的方法。具體的做法有兩種，一是側焊：焊接形成四個收口，會造成突起，優點是對電池的損傷較少；二是立焊：只形成一個收口，表面平滑，密封性較佳，是實現量產的通常做法。

2.5激光焊接技術在手機上的應用

由于5G時代的來臨，手機終端上出現了越來越復雜的應用，手機內部的構成也日益繁雜。對手機的內部零件進行加工組合時，如果采用了激光焊接技術，則可以對各種零件進行較好的保護，并實現各個部件的高效組裝。在用激光技術對芯片與線路板進行焊接時，使用全自動高速耦合控制技術，可以將各類由合金材料制成的彈片通過激光焊接連到導電位置上，從而產生防止氧化，避免腐蝕的效果。另外，激光焊接技術無須對元器件進行移動就可以實現焊接，從而保證了產品的質量，提升了最后的合格率[7]。

3結語

激光焊接盡管在微電子領域中獲得了較廣泛的應用，但不足之處也是存在的。比如，激光焊接系統的建立要花費大量的資金，成本消耗過大；另外，材料表面的不同狀態會導致激光焊接效果穩定。對此，要深入研究，完善工藝，持續提升激光攜帶的能量值，實現智能化操作，以應對電子產業中各類新材料、新模式提出的挑戰，實現激光焊接更為廣泛的應用。

參考文獻

[1]劉思寒,許君,馬大力,等.服裝焊接工藝的關鍵技術及在服裝領域應用進展[J].紡織導報,2020(04):76-79.

[2]李志紅,黃博,羅志偉.激光焊接技術的研究現狀及應用[J].中國設備工程,2020(23):178-181.

[3]張飆,胡旭東.激光焊接技術在船舶制造中的應用[J].船舶物資與市場,2020(08):42-43.

[4]汪健坤,李強,黃磊,等.激光焊接技術最新研究進展及應用現狀[J].金屬加工(熱加工),2020(03):4-10.

[5]崔云龍.淺析激光焊接技術特征及實踐應用[J].廣西農業機械化,2019(06):53.

[6]周乾.不銹鋼材料與電磁純鐵焊接質量的影響性研究[J].電子元器件與信息技術,2020,4(01):8-10.

[7]鄧汨方.臥式壓力容器焊接自動化技術與應用框架[J].電子元器件與信息技術,2019,3(02):22-24+30.

作者：金周明 黃浩遠 趙越 單位：上海航天電子技術研究所