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激光錫焊丨論光學形態對電子產品焊接的影響
2020-06-18
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當今的電子行業圍繞著互聯網的高速通訊和超級計算,對電子產品的要求越來越高,大量的微精密電子產品不斷在市場上考驗著各大企業的反應速度和研發水平??偟膩碚f,這無疑就是一場電子行業的的一次產業升級。

由于市場風云變化不斷細分,不管是代工能力及其出眾的OEM大廠,還是專注于更符合時代發展的研發型設備開發企業,都對新的制程,新的工藝提出了挑戰,傳統OEM廠需要更高質量,更高效的全新工藝解決企業所面臨的問題,研發型企業要對市場新需求做出快速反應來保持自己企業的科技**優勢??萍夹袠I的發展也給有實力,有準備的企業帶來了更多的機會。

熟悉松爾德科技的朋友都知道,松爾德科技專注于全新的激光錫焊工藝研究,致力于電子產品激光非接觸性焊接產品的研發多年,松爾德實驗室盛產錫焊黑科技,在科研上的投入不遺余力,發表的技術類文章也有許多,并不定時公布了部分科研成果,新來的朋友可以通過網絡查詢松爾德實驗室發表的部分文章。

閑話多不多,今天松爾德實驗室的主題是:激光光學形態對電子產品激光錫焊的影響。

我們都知道,激光泵浦出來的光通過光纖耦合傳輸,并透射到一個平面,一般都是圓形形態,大部分光學組合透鏡將激光整形至需要的大小進行某些場合的應用,例如打標、切割、焊接等領域。

而對于激光錫焊來說,很多時候也是利用這種光學形態對電子產品溫控焊接。

單點焊對于不規則焊點來說是比較好的選擇,因為不規則的焊點排布主要靠的是設備的機動性。

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對于規則排布的焊點,雖然單點焊也是一個不錯的選擇,但是在產量和質量要求比較高的情況下,如果能夠有陣列光出現無疑會增加一倍的效率。

比如,產品的焊點為成對出現時,將光學系統組合透鏡進行一些列的改變,光纖出射出來發散的光經過透鏡的一些列整形,將一束光分成兩束單獨的光束,通過機構的精調系統,調節透鏡的間距,以此來調節兩個光斑的間距。

初始條件的確立

在光學設計開始確立初始條件,并且設計光學鏡頭的初始結構,透鏡組材料選擇為優質光學玻璃 , 材料增透處理,透光率為99%+, 折射率=1.51630 色散=0.00806 阿貝數=64.06。激光光源為940半導體激光器

模型的建立

透鏡3D模型建立的基礎就是針對透鏡中光學表面的設計, 一般有偏微分方程和試錯法兩種。偏微分方程是根據Snell定律和能量守恒建立多項式求解反射折射的曲面面型, 通過編程計算出離散點的坐標, 再導入軟件中成型;試錯法是在軟件中直接建立相應的曲面, 再通過模擬光線追跡出結果, 根據結果與實際要求的偏差修改曲面。本文采用第二種方法直接在Solid Works軟件中建立模型。

經過zemax仿真模擬可以獲得其中一支光斑的2d平面光照度分布圖。

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在實驗室對產生的兩束裸露光斑分析儀下分析光學形態如下圖:

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實際上獲得的光斑與理論光斑存在一定的微小差異,但這樣的差異本身是實驗設計所允許的范圍內,所以我們定義為此種光學形態是符合實驗要求的。

案例實驗

選取雙引腳線束進行雙光斑焊接,使得激光的兩束光束照射至兩個焊盤上,焊料覆蓋于兩個焊點,通過一系列參數設定后,觀察激光錫焊效果,如圖1,圖2,圖3,可以看見熔錫的狀態:

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由于兩束光斑*終的落點并不在紅色十字中心點,因此十字中心點的pcb板無需擔心會被燒傷,再加上松爾德科技本身實驗的機臺帶有溫度控制系統,對焊盤和PCB板的保護是比較周全,則我們此次的重心直接觀察兩個焊點的焊接效果即可。以上實驗可以看出,雙光點設計對于規則成對出現的焊點比用單光點焊接效率更高。

為了更加全面了解單個光點的光學形態分布情況,調取理論計算里面的FFT LINE/EDGE SPREAD 光學邊緣響應關系譜圖,如下圖

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