激光焊接技术在微电子的应用

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摘要：由于焊接技术的不断进步，电子行业中出现了元件与电路微型化的趋势。为此，激光焊接技术得到了日益广泛的应用。这一技术以其性能稳定、使用方便等优点，在各个微小元件与电路的焊接过程中发挥着重要作用。

关键词：激光；焊接；微电子行业

在互联网技术与信息技术的推动下，激光的应用领域日益扩大，尤其是在微电子与集成电路领域。通常激光加热技术实现的焊接工艺，具有焊缝纯净等特性，可用于各类金属材料之间的焊接操作。

1激光焊接原理与特点

激光焊接的原理是利用高能量的激光束，对指定区域内的材料进行照射，导致材料发生迅速地熔化并在冷却后形成焊缝。这一焊接方式是在计算机的控制下实现精准操作的，而且对各类金属材料或者合金材料进行多种方式的加工，实现焊接的无接触化与自动化，并实现焊接的高密封与高精确度的效果[1]。

2激光焊接技术在微电子行业的应用

由于激光焊接技术的发展，电子产业中出现了微型化的趋势，各类元器件的体积日益变小。对此，原有的焊接方式无法适用，比如在对光敏、热敏器件或者柔性电板进行加工，会产生元器件损坏，或者焊接效果不达标的情况。对此，激光焊接应运而生，它能使微区域内的焊接加工得以顺利开展，因而受到了市场与技术界的欢迎[2]。

2.1激光锡焊在电子行业的应用

激光锡焊是通过激光携带的高能量，将锡料加以融化，并紧密地与焊接相结合的一种焊接技术。由于这一技术可以在连接、加固各类电子元件方面发挥良好效果，所以在微型电子元件、集中电路等的焊接中应用较多[3]。2.1.1锡丝填充激光焊接应用锡丝填充焊接指的是，通过激光对焊件进行预热之后，通过一个自动装置将锡丝传送到需要焊接的位置，其低于焊件的部分将被激光熔化，从而实现焊接。这一技术通常用于集成电路板之中。这一技术要发挥了良好的效果，离不开三个环节的密切配合，即用激光预热材料、自动送丝、多余锡丝的抽离。比如在地PCB板进行焊接时，要精确地控制温度，如果温度高于标准值，则会对整个PCB构成损害；反之温度低于标准值则达不到预热的目的。另外，将锡丝进行推送要迅速，如果动作慢了，就会使激光直接照射到PCB板上的问题。抽回锡丝的动作也要迅速，否则送丝口会被堵住[4]。2.1.2锡膏填充激光焊接应用锡膏填充技术是指，借助于一定的设备对锡膏的用量进行控制，在预热了焊点之后，激光对锡膏进行加热，并使焊盘完全潮湿，由此完成焊接。这一技术的应用领域是微型的精密元件的加固方面，特别是在焊接柔性电路板时，这一技术的效果更为突出。在应用这一技术时，要防止锡珠发生飞溅，以免形成电路短路。2.1.3激光喷锡焊接应用激光喷锡是一种最近兴起的焊接技术，主要用于微电子的互连与封装领域。它借助于激光对惰性气体的照射，实现对锡料的熔融，并用精准的控制技术将其喷射于焊盘上，从而完成键合。这一技术的优点在于速度快，精确性强且无须接触等，所以它在数据线、声控元件、摄像头模组等元器件的组装与焊接中应用效果较好[5]。

2.2激光焊接技术在传感器封装上的应用

传感器是精密度较高的装置，由于其应用环境常常较为恶劣，所以在封闭时要采用金属材料。对此，运用激光焊接技术给传感器加上坚实的金属外壳是常用处理方法。比如在井下作业环境中，传感器要有较强的保护，而使用激焊接技术之后，其金属保护层外表光滑且焊缝与基材在硬度上相差不多；另外激光焊接有精确性的特点，在焊接时不会导致内部元件受损，从而保证传感器功能正常。

2.3激光焊接技术在集成电路板上的应用

微电子领域对于焊接技术的要求日益提高，集成电路中的焊接通过要以激光进行热量传送，把熔点较低的焊料进行熔化，进而电路板上各个器件的精确焊接。这一做法是电子产业中较为普遍的。2.3.1集成电路引线焊接焊接集成电路的引线过程中，通常使用激光中心穿透的办法进行操作。把激光光斑设置在150tan的大小之内，将一层薄铝层镀在基底上。在焊接外引线时，通常使用脉冲激光，中间环节无须使用焊剂，从而降低了对电路管芯的破坏，提升电路的安全性与性能。2.3.2集成电路封装焊接封装质量的高低直接决定了电路整体的安全性与稳定性。封装时使用YAG激光发生器完成激光焊接。焊接方式为单点重复，其结果是气密性增强，另外可以提高产品整体的性能。2.3.3集成电路修补焊接使用集成电路过程上，因为不当操作，以及长期使用造成的损耗，或者环境中温度及空气微粒不达标，会导致集成电路的损坏，具体表现为元件受损，或者光掩膜破坏。对此，都可以用激光焊接的方法加以维修。比如在电子元件受损的情况下，用激光与惰性气体互相作用实现金属物质的沉积，从而实现对元器件的修补，或者另行线路的设置。在光掩膜受损的情况下，可以用激光技术对光掩膜进行修复。通过激光技术，可以让集成电路的使用寿命延长，从而实现了成本降低、可靠性提高的目的[6]。

2.4激光焊接技术在电池上的应用

充电电法具有循环使用的特点，在重视环境保护的今天备受人们的关注。在生产充电电池的多道环节中，激光焊接的应用也是较为常见的。2.4.1纽扣电池的焊接在生产纽扣电池时，激光焊装技术不仅为为纽扣电池的生产工艺得以复杂化，而且能够实现产品性能的高度一致性，提高产品的合格率；另外由于激光技术的精确性，电池内部材料不会受到损伤。在对不同电池组成材料进行焊接时，激光技术的优点更为突出，能够很好的减少脆性物质的形成。2.4.2电池的极耳焊接现如今的电池极耳焊接基本采用的是超声波焊接工艺，在极耳的焊接区域容易出现虚焊、漏焊、极耳破损以及焊缝强度低等缺陷。采用多点激光扫描焊接方式焊接极耳，有效提升电池性能和焊接效率。2.4.3电池壳体封装焊接方形电池是目前电子产品中常见的电源形式，对其封装一般使用激光焊接的方法。具体的做法有两种，一是侧焊：焊接形成四个收口，会造成突起，优点是对电池的损伤较少；二是立焊：只形成一个收口，表面平滑，密封性较佳，是实现量产的通常做法。

2.5激光焊接技术在手机上的应用

由于5G时代的来临，手机终端上出现了越来越复杂的应用，手机内部的构成也日益繁杂。对手机的内部零件进行加工组合时，如果采用了激光焊接技术，则可以对各种零件进行较好的保护，并实现各个部件的高效组装。在用激光技术对芯片与线路板进行焊接时，使用全自动高速耦合控制技术，可以将各类由合金材料制成的弹片通过激光焊接连到导电位置上，从而产生防止氧化，避免腐蚀的效果。另外，激光焊接技术无须对元器件进行移动就可以实现焊接，从而保证了产品的质量，提升了最后的合格率[7]。

3结语

激光焊接尽管在微电子领域中获得了较广泛的应用，但不足之处也是存在的。比如，激光焊接系统的建立要花费大量的资金，成本消耗过大；另外，材料表面的不同状态会导致激光焊接效果稳定。对此，要深入研究，完善工艺，持续提升激光携带的能量值，实现智能化操作，以应对电子产业中各类新材料、新模式提出的挑战，实现激光焊接更为广泛的应用。

参考文献

[1]刘思寒,许君,马大力,等.服装焊接工艺的关键技术及在服装领域应用进展[J].纺织导报,2020(04):76-79.

[2]李志红,黄博,罗志伟.激光焊接技术的研究现状及应用[J].中国设备工程,2020(23):178-181.

[3]张飙,胡旭东.激光焊接技术在船舶制造中的应用[J].船舶物资与市场,2020(08):42-43.

[4]汪健坤,李强,黄磊,等.激光焊接技术最新研究进展及应用现状[J].金属加工(热加工),2020(03):4-10.

[5]崔云龙.浅析激光焊接技术特征及实践应用[J].广西农业机械化,2019(06):53.

[6]周乾.不锈钢材料与电磁纯铁焊接质量的影响性研究[J].电子元器件与信息技术,2020,4(01):8-10.

[7]邓汨方.卧式压力容器焊接自动化技术与应用框架[J].电子元器件与信息技术,2019,3(02):22-24+30.

作者：金周明 黄浩远 赵越 单位：上海航天电子技术研究所