激光錫焊中焊點形狀不規(guī)則是什么原因？怎么解決？

激光錫焊發(fā)展多年，工藝已經(jīng)非常成熟了，但是由于激光錫焊工藝操作復雜，如果處理不當就會造成一些焊接問題。松盛光電來給大家介紹分享激光錫焊中焊點不規(guī)則的成因和注意事項，來了解一下吧。

激光錫焊中焊點形狀不規(guī)則的原因

激光功率問題

當激光功率過高時，錫料會過度熔化。由于錫的表面張力在高溫下無法有效約束液態(tài)錫，錫液會向四周飛濺。例如，在一些精細的電子元件焊接中，如芯片引腳焊接，如果激光功率過高，多余的錫可能會濺到旁邊的引腳或者芯片表面，導致焊點周圍有錫珠，形狀不規(guī)則。而且過高的功率還可能使錫料過度蒸發(fā)，焊點內(nèi)部會出現(xiàn)空洞，影響焊點的完整性。

相反，激光功率過低時，錫料不能充分熔化。部分錫料只是表面受熱軟化，無法與焊接部件形成良好的融合。這會導致焊點不飽滿，形狀可能會出現(xiàn)凹陷或者殘缺，像在焊接小型的傳感器引腳時，功率不足會使引腳與電路板之間的焊點無法完全包裹引腳，形成干癟的不規(guī)則形狀。

脈沖寬度和頻率影響

不合適的脈沖寬度會影響錫料的熔化和凝固過程。如果脈沖寬度過長，錫料在激光作用下長時間處于液態(tài)，會因為液態(tài)錫的流動而改變焊點形狀。例如，在激光錫焊柔性電路板(FPC)時，過長的脈沖寬度會使錫在 FPC 的軟質(zhì)材料上過度流淌，導致焊點拉長成不規(guī)則的形狀。

頻率過高或過低也會有問題。頻率過高可能導致錫料在還沒來得及凝固時又受到下一個激光脈沖的作用，使錫料的流動和凝固過程紊亂，從而形成不規(guī)則形狀的焊點。頻率過低則可能使焊接過程不連貫，錫料在凝固過程中受到外界因素(如輕微振動)的干擾，也會影響焊點形狀。

工件表面平整度和粗糙度

工件表面不平整會使錫料在熔化后不能均勻地鋪展。例如，在焊接金屬外殼時，如果外殼表面有凸起或凹陷，熔化的錫料會順著這些不平整的地方流動，而不是按照理想的形狀凝固。粗糙的工件表面會增加錫料與工件之間的接觸面積，但也會影響錫料的流動方向。如果表面粗糙度差異較大，錫料在凝固時可能會形成高低不平的焊點形狀。

工件間的間隙和相對位置

焊接部件之間的間隙過大或過小都會影響焊點形狀。間隙過大時，錫料在填充過程中可能會因為自身的重力作用而過度下沉，導致焊點底部過厚，頂部過薄，形狀不規(guī)則。間隙過小時，錫料的流動空間受限，可能無法充分填充間隙，使焊點中間出現(xiàn)空洞或者形狀扭曲。而且如果兩個工件在焊接過程中有相對位移，熔化的錫料會受到干擾，無法形成規(guī)則的形狀，比如在焊接活動關(guān)節(jié)處的電子元件時，輕微的活動就可能使焊點形狀改變。

振動和氣流干擾

焊接過程中的振動會使液態(tài)錫料的流動方向改變。例如，在工廠車間里，如果設(shè)備放置在靠近大型沖壓設(shè)備或者有頻繁人員走動的區(qū)域，地面振動傳遞到焊接工作臺上，會導致正在形成的焊點中的液態(tài)錫晃動，使焊點形狀變得不規(guī)則。氣流也是一個因素，尤其是在使用保護氣體時，如果氣流不穩(wěn)定或者有外部氣流干擾，會影響錫料周圍的溫度場和壓力場，進而影響錫料的熔化和凝固，導致焊點形狀改變。

溫度和濕度變化

環(huán)境溫度對錫料的熔化和凝固過程有影響。在較低的溫度環(huán)境下，錫料凝固速度會加快，可能會導致焊點在還沒有完全形成規(guī)則形狀時就凝固。而在較高的溫度環(huán)境下，錫料的流動性可能會增強，容易出現(xiàn)流淌現(xiàn)象。濕度主要是通過影響錫料和工件表面的氧化程度來間接影響焊點形狀。高濕度環(huán)境可能會使工件表面和錫料更快地氧化，氧化層會影響錫料的熔化和融合，從而使焊點形狀不規(guī)則。

激光錫焊中焊點形狀不規(guī)則解決方案

功率優(yōu)化

對于每種特定的錫料和焊接工件組合，需要通過實驗來確定最佳激光功率?？梢韵冗M行小批量的焊接測試，從較低功率開始逐步增加，觀察焊點的成型情況。例如，在焊接 0.5mm 引腳的電子元件時，最初可以設(shè)置功率為 5W，然后以 0.5W 的增量逐步增加，直到找到既能使錫料充分熔化，又不會產(chǎn)生飛濺的功率值，一般可能在 7 - 8W 左右。

還可以采用功率反饋控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測錫料的熔化狀態(tài)，根據(jù)熔化程度自動調(diào)整激光功率。例如，通過檢測錫料反射的激光信號強度變化來判斷熔化情況，當反射信號顯示錫料開始過度熔化(信號強度突然下降)時，系統(tǒng)自動降低功率，以確保焊點形狀規(guī)則。

脈沖寬度和頻率調(diào)整

根據(jù)錫料的熔點和工件的材質(zhì)特性來設(shè)置脈沖寬度。對于熔點較低的錫料，如含鉍的低溫錫料(熔點約 138℃)，在焊接小型電子元件時，脈沖寬度可以設(shè)置在 1 - 2ms。而對于高熔點錫料，脈沖寬度可能需要延長到 3 - 5ms。

頻率的調(diào)整要考慮錫料的凝固時間和焊接速度。一般來說，為了保證錫料在凝固前不受下一個脈沖的干擾，頻率應(yīng)該設(shè)置為使每個脈沖結(jié)束后錫料有足夠的時間凝固。例如，在焊接速度為每秒 5 個焊點的情況下，根據(jù)錫料的凝固時間(假設(shè)為 0.2s)，頻率可以設(shè)置為 4Hz 左右，這樣可以避免錫料流動紊亂，形成規(guī)則的焊點。

表面處理

對工件表面進行打磨和平整處理。對于平整度要求較高的工件，如精密儀器的金屬外殼，可以使用砂紙或研磨設(shè)備將表面粗糙度降低到一定程度，例如 Ra(輪廓算術(shù)平均偏差)值小于 0.8μm。

采用化學清洗或物理清洗方法去除工件表面的油污、氧化層等雜質(zhì)。例如，使用酸性清潔劑對金屬工件進行酸洗，然后用清水沖洗并干燥。或者使用超聲波清洗設(shè)備，通過高頻振動去除工件表面的微小顆粒和油污，確保錫料能在干凈、平整的表面上形成規(guī)則焊點。

間隙和位置控制

在設(shè)計焊接部件時，要合理確定工件之間的間隙。對于一般的電子元件焊接，間隙控制在 0.1 - 0.3mm 較為合適?？梢允褂镁軍A具來固定工件，保證焊接過程中工件之間的相對位置不變。例如，在焊接多層印刷電路板(PCB)時，使用專門的 PCB 夾具，將各層板精確固定，使錫料能夠均勻地填充間隙，形成規(guī)則的焊點。

抗振措施

將焊接設(shè)備放置在穩(wěn)定的工作臺上，工作臺可以安裝減震墊或減震支架。例如，使用橡膠減震墊，其減震效果可以有效減少外界振動的傳遞。對于高精度焊接設(shè)備，還可以采用主動減震系統(tǒng)，通過傳感器檢測振動信號，然后利用電磁或液壓裝置產(chǎn)生反向振動來抵消外界振動，確保液態(tài)錫料在穩(wěn)定的環(huán)境中凝固。

對車間內(nèi)的大型設(shè)備進行合理布局，避免將振動源(如沖床、大型電機等)放置在焊接設(shè)備附近，減少振動干擾。

氣流和溫濕度控制

在焊接區(qū)域設(shè)置防風罩，減少外部氣流對焊接過程的影響。防風罩可以采用透明的塑料或玻璃材質(zhì)，方便操作人員觀察。同時，要確保保護氣體的流量穩(wěn)定，可以使用氣體流量控制器來精確調(diào)節(jié)保護氣體(如氮氣)的流量，保持錫料周圍的環(huán)境穩(wěn)定。

對于溫濕度敏感的焊接工藝，要控制車間的環(huán)境溫濕度?？梢园惭b空調(diào)和除濕設(shè)備，將溫度控制在 20 - 25℃，相對濕度控制在 40% - 60%，這樣有利于錫料的熔化和凝固，減少因溫濕度變化導致的焊點形狀不規(guī)則問題。