激光焊接技術在微電子行業的應用

　　摘　要：由于焊接技術的不斷進步，電子行業中出現了元件與電路微型化的趨勢。為此，激光焊接技術得到了日益廣泛的應用。這一技術以其性能穩定、使用方便等優點，在各個微小元件與電路的焊接過程中發揮著重要作用。

　　金周明; 黃浩遠; 趙越， 電子元器件與信息技術 發表時間：2021-04-20

　　關鍵詞：激光;焊接;微電子行業

　　0 引言

　　在互聯網技術與信息技術的推動下，激光的應用領域日益擴大，尤其是在微電子與集成電路領域。通常激光加熱技術實現的焊接工藝，具有焊縫純凈等特性，可用于各類金屬材料之間的焊接操作。

　　1 激光焊接原理與特點

　　激光焊接的原理是利用高能量的激光束，對指定區域內的材料進行照射，導致材料發生迅速地熔化并在冷卻后形成焊縫。這一焊接方式是在計算機的控制下實現精準操作的，而且對各類金屬材料或者合金材料進行多種方式的加工，實現焊接的無接觸化與自動化，并實現焊接的高密封與高精確度的效果[1] 。

　　2 激光焊接技術在微電子行業的應用

　　由于激光焊接技術的發展，電子產業中出現了微型化的趨勢，各類元器件的體積日益變小。對此，原有的焊接方式無法適用，比如在對光敏、熱敏器件或者柔性電板進行加工，會產生元器件損壞，或者焊接效果不達標的情況。對此，激光焊接應運而生，它能使微區域內的焊接加工得以順利開展，因而受到了市場與技術界的歡迎[2] 。

　　2.1 激光錫焊在電子行業的應用

　　激光錫焊是通過激光攜帶的高能量，將錫料加以融化，并緊密地與焊接相結合的一種焊接技術。由于這一技術可以在連接、加固各類電子元件方面發揮良好效果，所以在微型電子元件、集中電路等的焊接中應用較多[3] 。

　　2.1.1 錫絲填充激光焊接應用

　　錫絲填充焊接指的是，通過激光對焊件進行預熱之后，通過一個自動裝置將錫絲傳送到需要焊接的位置，其低于焊件的部分將被激光熔化，從而實現焊接。這一技術通常用于集成電路板之中。

　　這一技術要發揮了良好的效果，離不開三個環節的密切配合，即用激光預熱材料、自動送絲、多余錫絲的抽離。比如在地PCB板進行焊接時，要精確地控制溫度，如果溫度高于標準值，則會對整個PCB構成損害;反之溫度低于標準值則達不到預熱的目的。另外，將錫絲進行推送要迅速，如果動作慢了，就會使激光直接照射到PCB板上的問題。抽回錫絲的動作也要迅速，否則送絲口會被堵住[4] 。

　　2.1.2 錫膏填充激光焊接應用

　　錫膏填充技術是指，借助于一定的設備對錫膏的用量進行控制，在預熱了焊點之后，激光對錫膏進行加熱，并使焊盤完全潮濕，由此完成焊接。這一技術的應用領域是微型的精密元件的加固方面，特別是在焊接柔性電路板時，這一技術的效果更為突出。在應用這一技術時，要防止錫珠發生飛濺，以免形成電路短路。

　　2.1.3 激光噴錫焊接應用

　　激光噴錫是一種最近興起的焊接技術，主要用于微電子的互連與封裝領域。它借助于激光對惰性氣體的照射，實現對錫料的熔融，并用精準的控制技術將其噴射于焊盤上，從而完成鍵合。這一技術的優點在于速度快，精確性強且無須接觸等，所以它在數據線、聲控元件、攝像頭模組等元器件的組裝與焊接中應用效果較好[5] 。

　　2.2 激光焊接技術在傳感器封裝上的應用

　　傳感器是精密度較高的裝置，由于其應用環境常常較為惡劣，所以在封閉時要采用金屬材料。對此，運用激光焊接技術給傳感器加上堅實的金屬外殼是常用處理方法。比如在井下作業環境中，傳感器要有較強的保護，而使用激焊接技術之后，其金屬保護層外表光滑且焊縫與基材在硬度上相差不多;另外激光焊接有精確性的特點，在焊接時不會導致內部元件受損，從而保證傳感器功能正常。

　　2.3 激光焊接技術在集成電路板上的應用

　　微電子領域對于焊接技術的要求日益提高，集成電路中的焊接通過要以激光進行熱量傳送，把熔點較低的焊料進行熔化，進而電路板上各個器件的精確焊接。這一做法是電子產業中較為普遍的。

　　2.3.1 集成電路引線焊接

　　焊接集成電路的引線過程中，通常使用激光中心穿透的辦法進行操作。把激光光斑設置在150tan的大小之內，將一層薄鋁層鍍在基底上。在焊接外引線時，通常使用脈沖激光，中間環節無須使用焊劑，從而降低了對電路管芯的破壞，提升電路的安全性與性能。

　　2.3.2 集成電路封裝焊接

　　封裝質量的高低直接決定了電路整體的安全性與穩定性。封裝時使用YAG激光發生器完成激光焊接。焊接方式為單點重復，其結果是氣密性增強，另外可以提高產品整體的性能。

　　2.3.3 集成電路修補焊接

　　使用集成電路過程上，因為不當操作，以及長期使用造成的損耗，或者環境中溫度及空氣微粒不達標，會導致集成電路的損壞，具體表現為元件受損，或者光掩膜破壞。對此，都可以用激光焊接的方法加以維修。比如在電子元件受損的情況下，用激光與惰性氣體互相作用實現金屬物質的沉積，從而實現對元器件的修補，或者另行線路的設置。在光掩膜受損的情況下，可以用激光技術對光掩膜進行修復。通過激光技術，可以讓集成電路的使用壽命延長，從而實現了成本降低、可靠性提高的目的[6] 。

　　2.4 激光焊接技術在電池上的應用

　　充電電法具有循環使用的特點，在重視環境保護的今天備受人們的關注。在生產充電電池的多道環節中，激光焊接的應用也是較為常見的。

　　2.4.1 紐扣電池的焊接

　　在生產紐扣電池時，激光焊裝技術不僅為為紐扣電池的生產工藝得以復雜化，而且能夠實現產品性能的高度一致性，提高產品的合格率;另外由于激光技術的精確性，電池內部材料不會受到損傷。在對不同電池組成材料進行焊接時，激光技術的優點更為突出，能夠很好的減少脆性物質的形成。

　　2.4.2 電池的極耳焊接

　　現如今的電池極耳焊接基本采用的是超聲波焊接工藝，在極耳的焊接區域容易出現虛焊、漏焊、極耳破損以及焊縫強度低等缺陷。采用多點激光掃描焊接方式焊接極耳，有效提升電池性能和焊接效率。

　　2.4.3 電池殼體封裝焊接

　　方形電池是目前電子產品中常見的電源形式，對其封裝一般使用激光焊接的方法。具體的做法有兩種，一是側焊：焊接形成四個收口，會造成突起，優點是對電池的損傷較少;二是立焊：只形成一個收口，表面平滑，密封性較佳，是實現量產的通常做法。

　　2.5 激光焊接技術在手機上的應用

　　由于5G時代的來臨，手機終端上出現了越來越復雜的應用，手機內部的構成也日益繁雜。對手機的內部零件進行加工組合時，如果采用了激光焊接技術，則可以對各種零件進行較好的保護，并實現各個部件的高效組裝。在用激光技術對芯片與線路板進行焊接時，使用全自動高速耦合控制技術，可以將各類由合金材料制成的彈片通過激光焊接連到導電位置上，從而產生防止氧化，避免腐蝕的效果。另外，激光焊接技術無須對元器件進行移動就可以實現焊接，從而保證了產品的質量，提升了最后的合格率[7] 。

　　3 結語

　　激光焊接盡管在微電子領域中獲得了較廣泛的應用，但不足之處也是存在的。比如，激光焊接系統的建立要花費大量的資金，成本消耗過大;另外，材料表面的不同狀態會導致激光焊接效果穩定。對此，要深入研究，完善工藝，持續提升激光攜帶的能量值，實現智能化操作，以應對電子產業中各類新材料、新模式提出的挑戰，實現激光焊接更為廣泛的應用。