激光焊接技術(shù)在微電子行業(yè)的應(yīng)用

　　摘　要：由于焊接技術(shù)的不斷進(jìn)步，電子行業(yè)中出現(xiàn)了元件與電路微型化的趨勢。為此，激光焊接技術(shù)得到了日益廣泛的應(yīng)用。這一技術(shù)以其性能穩(wěn)定、使用方便等優(yōu)點，在各個微小元件與電路的焊接過程中發(fā)揮著重要作用。

　　金周明; 黃浩遠(yuǎn); 趙越， 電子元器件與信息技術(shù) 發(fā)表時間：2021-04-20

　　關(guān)鍵詞：激光;焊接;微電子行業(yè)

　　0 引言

　　在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與信息技術(shù)的推動下，激光的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大，尤其是在微電子與集成電路領(lǐng)域。通常激光加熱技術(shù)實現(xiàn)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(qū)域內(nèi)的材料進(jìn)行照射，導(dǎo)致材料發(fā)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(xiàn)精準(zhǔn)操作的，而且對各類金屬材料或者合金材料進(jìn)行多種方式的加工，實現(xiàn)焊接的無接觸化與自動化，并實現(xiàn)焊接的高密封與高精確度的效果[1] 。

　　2 激光焊接技術(shù)在微電子行業(yè)的應(yīng)用

　　由于激光焊接技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)業(yè)中出現(xiàn)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(jìn)行加工，會產(chǎn)生元器件損壞，或者焊接效果不達(dá)標(biāo)的情況。對此，激光焊接應(yīng)運而生，它能使微區(qū)域內(nèi)的焊接加工得以順利開展，因而受到了市場與技術(shù)界的歡迎[2] 。

　　2.1 激光錫焊在電子行業(yè)的應(yīng)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(jié)合的一種焊接技術(shù)。由于這一技術(shù)可以在連接、加固各類電子元件方面發(fā)揮良好效果，所以在微型電子元件、集中電路等的焊接中應(yīng)用較多[3] 。

　　2.1.1 錫絲填充激光焊接應(yīng)用

　　錫絲填充焊接指的是，通過激光對焊件進(jìn)行預(yù)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(xiàn)焊接。這一技術(shù)通常用于集成電路板之中。

　　這一技術(shù)要發(fā)揮了良好的效果，離不開三個環(huán)節(jié)的密切配合，即用激光預(yù)熱材料、自動送絲、多余錫絲的抽離。比如在地PCB板進(jìn)行焊接時，要精確地控制溫度，如果溫度高于標(biāo)準(zhǔn)值，則會對整個PCB構(gòu)成損害;反之溫度低于標(biāo)準(zhǔn)值則達(dá)不到預(yù)熱的目的。另外，將錫絲進(jìn)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(yīng)用

　　錫膏填充技術(shù)是指，借助于一定的設(shè)備對錫膏的用量進(jìn)行控制，在預(yù)熱了焊點之后，激光對錫膏進(jìn)行加熱，并使焊盤完全潮濕，由此完成焊接。這一技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)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(shù)的效果更為突出。在應(yīng)用這一技術(shù)時，要防止錫珠發(fā)生飛濺，以免形成電路短路。

　　2.1.3 激光噴錫焊接應(yīng)用

　　激光噴錫是一種最近興起的焊接技術(shù)，主要用于微電子的互連與封裝領(lǐng)域。它借助于激光對惰性氣體的照射，實現(xiàn)對錫料的熔融，并用精準(zhǔn)的控制技術(shù)將其噴射于焊盤上，從而完成鍵合。這一技術(shù)的優(yōu)點在于速度快，精確性強且無須接觸等，所以它在數(shù)據(jù)線、聲控元件、攝像頭模組等元器件的組裝與焊接中應(yīng)用效果較好[5] 。

　　2.2 激光焊接技術(shù)在傳感器封裝上的應(yīng)用

　　傳感器是精密度較高的裝置，由于其應(yīng)用環(huán)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(shù)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(yè)環(huán)境中，傳感器要有較強的保護，而使用激焊接技術(shù)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(dǎo)致內(nèi)部元件受損，從而保證傳感器功能正常。

　　2.3 激光焊接技術(shù)在集成電路板上的應(yīng)用

　　微電子領(lǐng)域?qū)τ诤附蛹夹g(shù)的要求日益提高，集成電路中的焊接通過要以激光進(jìn)行熱量傳送，把熔點較低的焊料進(jìn)行熔化，進(jìn)而電路板上各個器件的精確焊接。這一做法是電子產(chǎn)業(yè)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(jìn)行操作。把激光光斑設(shè)置在150tan的大小之內(nèi)，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(huán)節(jié)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(zhì)量的高低直接決定了電路整體的安全性與穩(wěn)定性。封裝時使用YAG激光發(fā)生器完成激光焊接。焊接方式為單點重復(fù)，其結(jié)果是氣密性增強，另外可以提高產(chǎn)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(dāng)操作，以及長期使用造成的損耗，或者環(huán)境中溫度及空氣微粒不達(dá)標(biāo)，會導(dǎo)致集成電路的損壞，具體表現(xiàn)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(xiàn)金屬物質(zhì)的沉積，從而實現(xiàn)對元器件的修補，或者另行線路的設(shè)置。在光掩膜受損的情況下，可以用激光技術(shù)對光掩膜進(jìn)行修復(fù)。通過激光技術(shù)，可以讓集成電路的使用壽命延長，從而實現(xiàn)了成本降低、可靠性提高的目的[6] 。

　　2.4 激光焊接技術(shù)在電池上的應(yīng)用

　　充電電法具有循環(huán)使用的特點，在重視環(huán)境保護的今天備受人們的關(guān)注。在生產(chǎn)充電電池的多道環(huán)節(jié)中，激光焊接的應(yīng)用也是較為常見的。

　　2.4.1 紐扣電池的焊接

　　在生產(chǎn)紐扣電池時，激光焊裝技術(shù)不僅為為紐扣電池的生產(chǎn)工藝得以復(fù)雜化，而且能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品性能的高度一致性，提高產(chǎn)品的合格率;另外由于激光技術(shù)的精確性，電池內(nèi)部材料不會受到損傷。在對不同電池組成材料進(jìn)行焊接時，激光技術(shù)的優(yōu)點更為突出，能夠很好的減少脆性物質(zhì)的形成。

　　2.4.2 電池的極耳焊接

　　現(xiàn)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(qū)域容易出現(xiàn)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(chǎn)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(cè)焊：焊接形成四個收口，會造成突起，優(yōu)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(xiàn)量產(chǎn)的通常做法。

　　2.5 激光焊接技術(shù)在手機上的應(yīng)用

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

　　3 結(jié)語

　　激光焊接盡管在微電子領(lǐng)域中獲得了較廣泛的應(yīng)用，但不足之處也是存在的。比如，激光焊接系統(tǒng)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(tài)會導(dǎo)致激光焊接效果穩(wěn)定。對此，要深入研究，完善工藝，持續(xù)提升激光攜帶的能量值，實現(xiàn)智能化操作，以應(yīng)對電子產(chǎn)業(yè)中各類新材料、新模式提出的挑戰(zhàn)，實現(xiàn)激光焊接更為廣泛的應(yīng)用。