激光焊接技术在微电子行业的应用

　　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。

　　金周明; 黄浩远; 赵越， 电子元器件与信息技术 发表时间：2021-04-20

　　关键词：激光;焊接;微电子行业

　　0 引言

　　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。