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激光錫焊丨論光學(xué)形態(tài)對電子產(chǎn)品焊接的影響
2020-06-18
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當(dāng)今的電子行業(yè)圍繞著互聯(lián)網(wǎng)的高速通訊和超級計算,對電子產(chǎn)品的要求越來越高,大量的微精密電子產(chǎn)品不斷在市場上考驗(yàn)著各大企業(yè)的反應(yīng)速度和研發(fā)水平??偟膩碚f,這無疑就是一場電子行業(yè)的的一次產(chǎn)業(yè)升級。

由于市場風(fēng)云變化不斷細(xì)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(fā)展的研發(fā)型設(shè)備開發(fā)企業(yè),都對新的制程,新的工藝提出了挑戰(zhàn),傳統(tǒng)OEM廠需要更高質(zhì)量,更高效的全新工藝解決企業(yè)所面臨的問題,研發(fā)型企業(yè)要對市場新需求做出快速反應(yīng)來保持自己企業(yè)的科技**優(yōu)勢??萍夹袠I(yè)的發(fā)展也給有實(shí)力,有準(zhǔn)備的企業(yè)帶來了更多的機(jī)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(chǎn)品激光非接觸性焊接產(chǎn)品的研發(fā)多年,松爾德實(shí)驗(yàn)室盛產(chǎn)錫焊黑科技,在科研上的投入不遺余力,發(fā)表的技術(shù)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(wǎng)絡(luò)查詢松爾德實(shí)驗(yàn)室發(fā)表的部分文章。

閑話多不多,今天松爾德實(shí)驗(yàn)室的主題是:激光光學(xué)形態(tài)對電子產(chǎn)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(tài),大部分光學(xué)組合透鏡將激光整形至需要的大小進(jìn)行某些場合的應(yīng)用,例如打標(biāo)、切割、焊接等領(lǐng)域。

而對于激光錫焊來說,很多時候也是利用這種光學(xué)形態(tài)對電子產(chǎn)品溫控焊接。

單點(diǎn)焊對于不規(guī)則焊點(diǎn)來說是比較好的選擇,因?yàn)椴灰?guī)則的焊點(diǎn)排布主要靠的是設(shè)備的機(jī)動性。

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

比如,產(chǎn)品的焊點(diǎn)為成對出現(xiàn)時,將光學(xué)系統(tǒng)組合透鏡進(jìn)行一些列的改變,光纖出射出來發(fā)散的光經(jīng)過透鏡的一些列整形,將一束光分成兩束單獨(dú)的光束,通過機(jī)構(gòu)的精調(diào)系統(tǒng),調(diào)節(jié)透鏡的間距,以此來調(diào)節(jié)兩個光斑的間距。

初始條件的確立

在光學(xué)設(shè)計開始確立初始條件,并且設(shè)計光學(xué)鏡頭的初始結(jié)構(gòu),透鏡組材料選擇為優(yōu)質(zhì)光學(xué)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(shù)=64.06。激光光源為940半導(dǎo)體激光器

模型的建立

透鏡3D模型建立的基礎(chǔ)就是針對透鏡中光學(xué)表面的設(shè)計, 一般有偏微分方程和試錯法兩種。偏微分方程是根據(jù)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(diǎn)的坐標(biāo), 再導(dǎo)入軟件中成型;試錯法是在軟件中直接建立相應(yīng)的曲面, 再通過模擬光線追跡出結(jié)果, 根據(jù)結(jié)果與實(shí)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(jīng)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(shí)驗(yàn)室對產(chǎn)生的兩束裸露光斑分析儀下分析光學(xué)形態(tài)如下圖:

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實(shí)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(shí)驗(yàn)設(shè)計所允許的范圍內(nèi),所以我們定義為此種光學(xué)形態(tài)是符合實(shí)驗(yàn)要求的。

案例實(shí)驗(yàn)

選取雙引腳線束進(jìn)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(diǎn),通過一系列參數(shù)設(shè)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(tài):

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由于兩束光斑*終的落點(diǎn)并不在紅色十字中心點(diǎn),因此十字中心點(diǎn)的pcb板無需擔(dān)心會被燒傷,再加上松爾德科技本身實(shí)驗(yàn)的機(jī)臺帶有溫度控制系統(tǒng),對焊盤和PCB板的保護(hù)是比較周全,則我們此次的重心直接觀察兩個焊點(diǎn)的焊接效果即可。以上實(shí)驗(yàn)可以看出,雙光點(diǎn)設(shè)計對于規(guī)則成對出現(xiàn)的焊點(diǎn)比用單光點(diǎn)焊接效率更高。

為了更加全面了解單個光點(diǎn)的光學(xué)形態(tài)分布情況,調(diào)取理論計算里面的FFT LINE/EDGE SPREAD 光學(xué)邊緣響應(yīng)關(guān)系譜圖,如下圖

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