原创 激光点焊技术浅析

激光点焊技术浅析

    目前PCBA生产中所使用的点焊方式大多为电阻点焊，它易于实现自动化和机械化，PCBA生产效率高。但是也存在很多问题，比如无损检测困难，接头强度低等。随着各种焊接方式的不断产生和发展，点焊方式也呈现多样化。目前已经应用于PCBA生产的就有电阻点焊、电弧点焊、激光点焊和胶接点焊等多种点焊方法 。 

    激光点焊作为一种新的点焊方式，与传统的电阻点焊相比具有其特有的优势。由于采用激光作热源，点焊速度快、精度高，热输入量小，工件变形小；激光的可达性较好，可以减少点焊时位置与结构上的限制；激光点焊属于无接触焊接，焊点之间的距离、搭接量等参数的调节范围大；不需要大量的辅助设备，能够较快的适应产品变化，满足市场需求。激光点焊所具有的高精度、高柔性的特点使其在实际PCBA生产，特别是航空工业的应用中能够取代传统的电阻点焊和铆接等工艺。 目前激光点焊技术多应用在大批量自动化PCBA生产的微小元件的组焊中，采用高频率、低功率的脉冲激光器，所得焊点热影响区小，焊点无污染，焊接质量高。 

     激光焊点分析：

    激光焊点表面存在金属堆积，焊点中心则呈现不同程度的下塌，这主要是由于金属来不及回填产生的。当激光功率达到一定值时，熔池中的液态金属急剧蒸发形成匙孔，并产生一个反冲力，把液态金属推向熔池的边缘，堆积在焊点周围。当激光停止作用时，金属不再蒸发，反冲力消失，堆积的金属在重力的作用下重填匙孔，同时液态金属冷却凝固。如果金属在没有完全回填匙孔的情况下凝固，就会在焊点表面形成下塌。相对于连续焊来说，由于激光点焊加热时间短，金属的冷却凝固速度很快，所以下塌现象更明显。另外，在点焊过程中还存在着金属的损失，这种损失一方面是由于激光点焊时金属急剧蒸发，另一方面是金属蒸发时产生的反冲压力造成金属的飞溅。 在未熔透情况下焊点表面均无下塌现象，且功率变化对熔深的影响较大。焊点完全熔透，此时表面出现明显下塌，甚至在焊点的表面中心形成凹坑，激光功率越大，凹坑现象越明显。气孔现象要比熔透情况下明显。气孔位置一般出现在熔合面附近，这可能是由于激光功率较小时熔池的搅动不够剧烈，熔池中的气泡无法很快的上浮，从而形成气孔。 

    离焦量对焊点焊的影响

    离焦量的变化直接改变了光斑直径与能量密度的大小，离焦量向负方向和正方向增大时，都意味着光斑直径的增大和能量密度的减小。在激光点焊过程中，光斑直径与激光入射在试件上所形成的初始匙孔大小存在一定的对应关系，而能量密度则决定了熔池的扩展速度。当离焦量绝对值较小时，激光光斑直径小，激光功率密度大，焊点熔池扩展的速度较快，但初始匙孔的直径小；相反情况下，离焦量较大，初始匙孔的直径大，但是熔池扩展速度变慢，得到的焊点尺寸不一定很大，故在离焦量的变化过程当中光斑直径和焊点表面功率密度的综合作用决定了焊点尺寸的大小。 

    激光点焊具有的特性：

    (1) 随着激光功率的增加，焊点表面直径出现上下波动，熔合面直径和下表面直径增长缓慢。焊点截面形态的变化不明显。而随着持续时间的增加，焊点尺寸增长很快，熔合面直径的变化速率要大于上下表面直径的变化速率。离焦量的变化对焊点尺寸的影响很大。它直接改变了光斑直径和激光功率密度，这两者的综合作用决定焊点尺寸的大小。 

    (2) 在熔透情况下，激光点焊的焊点表面存在明显的下塌。随着激光功率和持续时间的增加，焊点表面的下塌深度增大，在持续时间或者间隙尺寸较大的情况下，下表面还会出现内凹。 

    (3) 随着间隙的增加，焊点整体变形，中心的下塌和内凹都很明显，且熔合面出现收缩现象，强度下降很快。 目前在焊接电阻、电池及电子领域常用同时焊接两个点的工艺，通常采用两个激光光源设计。 

    奥华双光点激光焊接机是激光束经过分光镜分为两束相同的激光束，经镜片组聚为两个光点.应用高能脉冲激光对物件进行焊接，激光脉冲的高能量、高密度可使焊接平整、焊缝宽度小热影响区小，能完成传统工艺无法实现的精密焊接。此机型具有两个光点同步运行，效率提高两倍，两光点距离可自由调节。