激光回流焊接的应用
业界评估了众多实际案例以确定最佳的激光加热方法。现已确定了其关键的工艺问题，并对涉及的各种加热系统不同的加热效果进行了筛选。
Vivar—EFD Inc.，Alex Kasman—Leister Technologies USA
激光焊接算不上是新技术。自20世纪70年代以来，制造商们一直在尝试利用激光来加热回流。早期的二氧化碳（CO2）和钕—钇铝石榴 石（Nd：YAG）激光系统既笨重又价格不菲。和低功率加热用途完全相反，这两种系统是专门被设计用来进行高功率切割和打标的。从当时至到直到现在，焊接材料还不能 适应一般激光加热所造成的极高的升温速率。因为助焊剂 成分蒸发得太快并引起“爆炸”，会将助焊剂和焊料合金 从加热区域溅开。
随着欧盟RoHS法规去年在欧洲的实施，许多制造商已发现，由于更高的回流温度要求，用现有的加热方法会损害他们的产品。在微电子应用领域，有些器件由于太小或 者太轻，无法使用接触式加热方法来焊接。在这两种情况下，当其他的焊接方法不适用时，激光能成功地完成非接触式选择性焊接。
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激光器类型 • 二氧化碳（CO2）激光器
二氧化碳（CO2）激光器是在1964年开发出来的， 它是目前可用的最强的连续波激光器。二氧化碳激光 器可以产生波长约10,600nm的红外光和20%的功率。 CO2激光器多用于金属切割和焊接。
• 钕—钇铝石榴石（Nd：YAG）激光器
另一种较常用的激光器类型是和二氧化碳激光器在同一年开发出来的。它是由钇铝石榴石掺杂钕金属制成 的，通常称之为Nd：YAG激光器。Nd：YAG激光器能产 生高能量，在红外光谱图中波长为1,064nm。和CO2激 光器类似，它们主要被应用在切割和焊接金属，另外还 用于在金属和其他材料上打标。
• 二极管激光器
高功率二极管激光器(HDL)主要是依靠GaAs半导体条(semiconductor bar)。它们是在1999年进入市场的，能 提供范围790～980nm的波长和每条50瓦的输出功率。在过去几年里，以保持二极管温度为目标的二极管冷却技 术的进步，显著地增加了二极管的功率、寿命和效率。
在940 nm的模块中，高功率二极管激光器的功 率可以达到63%。目前，商用的高功率二极管激光器 (HDLs)能够提供功率高达400W的激光，并且激光开启的预期寿命超过一万小时。市场上HDLs最常应用的波长范围为810～980nm ，尽管它们可以达到630～1900nm。
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应用述评
一些用户选择用激光加热，是因为在众多手段中它是最佳选项；而另外一些用户则发现，由于可行的加热手段非常受限，激光将是解决他们所面对的加热难题时的（唯 一）方案。
使用激光加热最直接的原因是希望进行非接触的局部 加热。虽然动机各不相同，但目的是一样的：回流的仅限于某个位置而不会波及其它区域，并要在极短的时间内完成，从而有效地避免产品的其它部位被传导更多的热量。
• 触摸屏
工艺因素：自动光学检测（AOI）将用于视觉检查焊点，因为在系统完成安装之前电气测试是不可行的。但安装的额外成本高。对于AOI来说，需要一致的焊点视觉特 征，这样才能有一个合理的测试通过率。
产品因素：带状电缆线长度是0.4米
材料因素：如果浸润时间超过10秒，镀银厚膜将充分溶解到熔融焊料中。由于热膨胀的原因，在较大面积范围 内加热不均匀时玻璃基板会爆裂，而均匀或者极小的局部加热都是最安全的。
激光焊接解决方案：电缆线放置之前焊膏被点在所有的焊盘上。激光加热是紧随点焊膏工艺之后，在一条线上完成的，而所加的热量刚好形成焊点。焊料处于熔融态的时间不超过3秒钟。在加热时传导到玻璃基板表面的热量是很少的，可以防止热膨胀爆裂。而焊点的外观则满足一致性要求。
• 防抱死制动传感器
工艺因素：每个部件的焊接时间必须在4秒钟以内。专用系统无需换线，停线时间必须减少到最低限度。目前的 回流方法主要是靠热空气传导，而增加任何新的装置必须 重新改造现有设备。
产品因素：引脚是凹进外壳的，并接近外缘。元件离引脚很近使空间受到限制。这些引脚类似于散热片，会将 热量从焊接区域散出。焊点必须是无铅的。
材料因素：热塑性塑料目前不符合无铅焊接的温度要求。如果需要满足4秒的回流焊接时间，外壳顶部离引脚比 较近的塑料就会软化和变形。由于引脚的散热性和需要更 高的回流温度，在相对安全的温度下，热风加热时间需增 加至8秒才能完成焊接。
激光焊接解决方案：同之前的工艺一样，在每个引脚 部位分别点焊膏，再单独用激光加热每个引脚，由于导热的 原因，第一个引脚要比第四个引脚的加热时间长一些。局部的加热温度是足够的，而总热量对于塑料件是安全的。
• 大批量PCB上QFP的返修
工艺因素：必须能应用于各种各样的产品设计。产品换线会比较频繁，因此所需的时间必须减少到最低限度。 每个引脚的总返修费用也必须降至最低。
产品因素：产品的双面都是完全组装好的，而且使用的是混合技术，包括大的电解电容器。由于存在有较高的元件，因此板上许多区域的空间受限。
材料因素：由于热敏感性的塑料和元件的存在，对产 品整体加热是不可能的。局部加热必须在非常小的范围内进行，以避免损坏电解电容器和其他类似的热敏感元件。
激光焊接解决方案：贴装QFP之前在所有焊盘上呈一条直线上点焊膏，随后激光加热同样也是沿着这条线完成， 而所加的热量刚好形成焊点。熔融焊料依次焊接到每个引脚上，有效防止了桥接。而换线仅仅只需要选择更换程序而已。焊点很高的一致性不会因操作员的不同而受影响。
在上述所有实际生产线上的产品案例中，二极管激光 器的固有特点就是解决了原本很困难的焊接问题。通过结 合了点焊膏工艺和激光加热回流，这些产品都能够在规定 的生产周期内完成，而且首次直通率很高。尽管这项工作用其它的现行加热方式也可以完成，但其缺点却使得他们 的操作成本更加昂贵，即操作员培训的费用、耗材和其他 维护项目等，需要增加重复的生产岗位和员工的配置，以满足产量和良率的目标。
结论
二极管激光器是一种精密的工具。结合完善的点焊膏系统，它可以根据不同产品的加热需求，使用各种各样的 技术方法来完成焊点的焊接。和其他加热方法类似，误用 激光能量很容易烧坏零件。激光加热器充分利用激光能量 的传输和吸收的特点，根据焊膏的回流特性创建出一个回 流的环境，这能够使得非常困难的焊接任务可以以极高的 直通率完成。
用样品来做回流试验已经是一个成熟的方法来确定激 光回流是否适合于该产品，以及为了完成预期的焊点质量 所必须加以控制的工艺参数。理论分析研究激光如何工作是一回事，但实际应用却又是另一回事。如果在一个产品 上，焊膏的回流用激光来完成被确定为一个可行的方法， 那么就可以与焊膏及激光设备系统供应商合作，产品的材料和设备的最佳组合。
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