激光錫焊中焊點(diǎn)的形成過(guò)程是怎樣的

焊錫絲的焊點(diǎn)是經(jīng)過(guò)對(duì)焊件(被焊金屬或稱(chēng)母材)界面的表面清潔、加熱、潤(rùn)濕、擴(kuò)散和溶解、冷卻凝固幾個(gè)階段。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，焊錫絲焊點(diǎn)的生產(chǎn)包括焊料的潤(rùn)濕過(guò)程、焊料與被焊面之間的選擇性擴(kuò)散以及金屬間化合物生產(chǎn)的合金化過(guò)程。其中最為關(guān)鍵的就是焊料對(duì)母材(被焊面)潤(rùn)濕的過(guò)程，也就是焊料原子在熱以及助焊劑的幫助下達(dá)到與母材原子相互作用的距離的過(guò)程，為接下來(lái)的一步焊料中的原子與母材中的原子相互擴(kuò)散做好準(zhǔn)備。松盛光電來(lái)給大家介紹焊點(diǎn)形成分為哪幾個(gè)步驟。

激光加熱階段

當(dāng)激光束照射到焊錫絲和焊接部位時(shí)，激光的能量被焊錫絲和被焊接的工件吸收。激光能量主要通過(guò)熱傳導(dǎo)的方式傳遞。例如，在焊接電子元件引腳和電路板焊盤(pán)時(shí)，激光束聚焦在引腳和焊盤(pán)之間的焊錫絲上，由于焊錫絲和金屬引腳、焊盤(pán)對(duì)激光有較高的吸收率，它們的溫度開(kāi)始升高。

這個(gè)階段的升溫速度取決于激光功率、光斑尺寸和材料的光學(xué)及熱學(xué)性質(zhì)。如果激光功率高、光斑尺寸小，且材料對(duì)激光吸收良好，那么溫度上升會(huì)非常迅速。以常用的錫銀銅合金焊錫絲為例，在足夠高的激光功率下，其溫度能在幾毫秒內(nèi)上升到熔點(diǎn)以上。

焊錫熔化階段

隨著溫度的升高，焊錫絲達(dá)到熔點(diǎn)后開(kāi)始熔化。熔化過(guò)程是從焊錫絲與激光束接觸最緊密的部分開(kāi)始的，逐漸向周?chē)鷶U(kuò)散。例如，對(duì)于直徑為 0.8mm 的焊錫絲，在激光照射下，其中心部分首先熔化，然后液態(tài)錫在表面張力和重力的共同作用下，向周?chē)鲃?dòng)，包裹住被焊接的引腳或其他金屬部件。

此時(shí)，焊錫內(nèi)部的助焊劑也開(kāi)始發(fā)揮作用。助焊劑會(huì)在熔化的焊錫中分解并去除焊接表面的氧化物。比如，松香基助焊劑會(huì)在高溫下分解，產(chǎn)生的活性成分能夠與金屬表面的氧化物反應(yīng)，使焊接表面更加清潔，有利于焊錫與被焊接部件的良好結(jié)合。

浸潤(rùn)和融合階段

熔化的焊錫會(huì)在被焊接部件表面浸潤(rùn)。浸潤(rùn)程度與焊錫的表面張力、被焊接部件的表面能以及助焊劑的性能等因素有關(guān)。例如，在焊接銅質(zhì)引腳時(shí)，液態(tài)錫會(huì)在引腳表面鋪展開(kāi)來(lái)，這是因?yàn)殂~的表面能較高，能夠使液態(tài)錫很好地浸潤(rùn)。

隨著液態(tài)錫的流動(dòng)，它會(huì)與被焊接部件的金屬原子相互擴(kuò)散。這種擴(kuò)散過(guò)程是在原子尺度上進(jìn)行的，在界面處，錫原子會(huì)向被焊接部件的金屬晶格中擴(kuò)散，同時(shí)被焊接部件的金屬原子也會(huì)向液態(tài)錫中擴(kuò)散。例如，在焊接不銹鋼部件時(shí)，錫原子會(huì)向不銹鋼的晶格間隙擴(kuò)散，從而形成一個(gè)冶金結(jié)合的過(guò)渡區(qū)域，這個(gè)過(guò)程持續(xù)時(shí)間一般在幾毫秒到幾十毫秒不等。

凝固階段

當(dāng)激光停止照射或者激光能量降低到不足以維持焊錫的熔化狀態(tài)時(shí)，焊錫開(kāi)始凝固。凝固過(guò)程是從溫度較低的邊緣部分向中心進(jìn)行的。例如，在焊接一個(gè)小型的芯片引腳時(shí)，焊錫在引腳周?chē)乳_(kāi)始凝固，然后逐漸向引腳與焊盤(pán)之間的中心區(qū)域凝固。

在凝固過(guò)程中，焊錫原子會(huì)重新排列，形成穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)。如果凝固速度過(guò)快，可能會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力和缺陷;而凝固速度過(guò)慢，則可能會(huì)導(dǎo)致焊錫過(guò)度擴(kuò)散，影響焊點(diǎn)的形狀和質(zhì)量。例如，在高功率激光快速焊接后，焊錫快速凝固，可能會(huì)在焊點(diǎn)內(nèi)部產(chǎn)生微小的裂紋;而如果凝固過(guò)程過(guò)慢，在焊接一些對(duì)尺寸精度要求高的部件時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)焊錫溢出等問(wèn)題。

焊點(diǎn)形成和穩(wěn)定階段

焊錫完全凝固后，就形成了一個(gè)完整的焊點(diǎn)。這個(gè)焊點(diǎn)的形狀、大小和質(zhì)量取決于前面幾個(gè)階段的各種因素，如激光功率、焊接時(shí)間、焊錫絲的用量、被焊接部件的形狀和表面狀態(tài)等。例如，一個(gè)良好的焊點(diǎn)應(yīng)該是光滑、飽滿(mǎn)的，并且與被焊接部件之間有良好的電氣連接和機(jī)械連接。

焊點(diǎn)形成后，在后續(xù)的使用過(guò)程中，它需要保持穩(wěn)定。這要求焊點(diǎn)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)合理，沒(méi)有明顯的缺陷，并且能夠承受一定的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力。例如，在電子產(chǎn)品的使用過(guò)程中，焊點(diǎn)要能夠承受電路板在開(kāi)機(jī)和關(guān)機(jī)過(guò)程中的熱循環(huán)，以及在運(yùn)輸和使用過(guò)程中的機(jī)械振動(dòng)等。