提升電子接插件可靠性：激光焊接技術(shù)在接插件工藝中的應(yīng)用

在電子制造的復(fù)雜工藝中，接插件焊接技術(shù)扮演著至關(guān)重要的角色，它直接關(guān)系到電子產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。隨著科技的飛速發(fā)展和市場需求的持續(xù)增長，電子設(shè)備正朝著更小巧、更強(qiáng)大的方向發(fā)展，這對焊接技術(shù)提出了前所未有的挑戰(zhàn)。在當(dāng)前電子行業(yè)日益激烈的市場競爭和不斷縮小的利潤空間中，制造商迫切需要尋找更高效、更經(jīng)濟(jì)的焊接解決方案以保持競爭力。

因此，積極尋求和采用創(chuàng)新的接插件焊接技術(shù)，不僅能夠提高生產(chǎn)效率，降低成本，還能顯著提升產(chǎn)品質(zhì)量，這已經(jīng)成為推動行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵力量。在這一背景下，激光焊接技術(shù)因其在微小電子領(lǐng)域中的獨(dú)特優(yōu)勢，正逐漸成為焊接技術(shù)革新的核心。它的精密性、靈活性和高效性，使得激光焊接在電子制造領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，對于滿足未來電子設(shè)備對焊接技術(shù)的需求至關(guān)重要。

一、電子接插件的主要連接方式

電子接插件的連接方式主要有以下幾種：壓接（Crimp），絕緣刺破（Insulation Displacement Connection，IDC），焊接（Welding），繞接（Wrap），螺釘連接（Screw），彈性夾持連接(Spring Clamp)等。其中壓接，絕緣刺破和焊接屬于永久性連接方式，而其它三類屬于可分離性連接方式。

二、焊接的優(yōu)點(diǎn)

焊接與壓接，絕緣刺破，螺釘連接等連接方式相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1） 節(jié)省金屬材料，減輕結(jié)構(gòu)重量，經(jīng)濟(jì)效益好。
（2） 簡化加工與裝配工序，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)效率高。
（3） 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高（接頭能達(dá)到與母材等強(qiáng)度），接頭密封性好。
（4） 為強(qiáng)度設(shè)計提供較大的靈活性。例如，按結(jié)構(gòu)的受力情況可優(yōu)化配置材料，按工況需要，在不同部位選用不同強(qiáng)度，不同耐磨性，耐腐蝕性，耐高溫等的材料。
（5）焊接工藝過程容易實現(xiàn)機(jī)械化和自動化。

三、PC 接插件產(chǎn)業(yè)中焊接的方式

焊接（Solder）是個人計算機(jī)（PC）主要連接方式。在 PC 接插件產(chǎn)業(yè)中焊接方式有:手工焊接，熱風(fēng)焊接（Hot air），熱棒焊接（Hot bar）和激光焊接(Laser solder)等四種。后三種屬于自動焊接，是今后的主要發(fā)展方向。

（一）手工焊接

手工焊接：是一種最基本的焊接方式。其特點(diǎn)是幾乎無設(shè)備，投資很少。其焊接質(zhì)量完全依靠操作者的熟練程度。手工操作的三個要素是：第一，預(yù)熱：將待焊母材（金屬）加熱到焊錫能熔化的程度；第二，加助焊劑：帶焊劑的焊錫絲或者涂抹助焊劑；第三，加焊料：將焊錫送到焊接面上，掌握潤濕程度時間和錫量。

（二）熱風(fēng)焊接（Hot air）

熱風(fēng)焊接（Hot air）：是利用熱風(fēng)作為焊接熱源的一種鉛焊方式。廣泛應(yīng)用于電子，機(jī)械，儀表，光電等各個行業(yè)。在慣性精密器件上，利用風(fēng)扇轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的氣流，通過加熱的電熱絲網(wǎng)，由熱風(fēng)口輸出。能夠?qū)Ω鞣N小型精密的儀表膜盒進(jìn)行密封焊接，與通常使用的電烙鐵焊接方法相比，焊接質(zhì)量有明顯提高。

PCB（Printed circuit board 印制電路板)行業(yè)中的熱風(fēng)整平， 在有鉛焊接時代，80%以上的 PCB 都是采用熱風(fēng)整平的，即使到 2023 年，仍然有 60%的 PCB 產(chǎn)品通過無鉛熱風(fēng)整平加工的。在所有保護(hù) PCB 裸板的可焊性的加工中，熱風(fēng)整平仍然有其特點(diǎn)：（1）最好的性價比；（2）具有好的可焊性；（3）具有良好的保存壽命；（4）熱風(fēng)整平加工后產(chǎn)品具有與廣泛的制造工藝的加工兼容，如波峰焊接，SMT（Surface mount technology 表面粘著技術(shù)），選擇性焊接等。

在半導(dǎo)體光電器件的封裝鉛焊中，工作臺恒溫在鉛料熔化溫度以下，預(yù)熱芯片，對管芯噴射熱氣體（N2 80%，H2 20%混合氣體），局部加熱使鉛料熔化，作微小的平移揉動。停止噴射熱氣，鉛料立即凝固。

在電子接插件產(chǎn)業(yè)中，從上世紀(jì) 90 年代開始熱風(fēng)技術(shù)就一直應(yīng)用在 SMT 的回流焊和波峰焊工藝中。在回流焊的加熱系統(tǒng)中，熱風(fēng)強(qiáng)制對流技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢逐漸取代了汽相技術(shù)和紅外技術(shù)。強(qiáng)制熱風(fēng)回流焊爐一般采用上，下兩層加熱裝置和多溫區(qū)隧道式全不銹鋼爐腔結(jié)構(gòu)，特殊的熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計使?fàn)t內(nèi)形成一個多重循環(huán)的熱氣流，從而保證在每個溫區(qū)周圍氣氛恒溫，溫度穩(wěn)定度可高達(dá)±1℃，同時使元器件不發(fā)生偏移，整個加熱過程利用高精度溫控儀控制。 在波峰焊機(jī)的預(yù)熱工序中，基本上采用熱輻射方式進(jìn)行預(yù)熱。最常用的波峰焊預(yù)熱方法有強(qiáng)制熱風(fēng)對流，電熱板對流，電熱棒加熱及紅外線加熱等。預(yù)熱的作用在于提升錫膏助焊性能（潤濕性），除去助焊劑中過多的溶劑，減小波峰焊接時的熱沖擊。無鉛（水基）助焊劑揮發(fā)需要更多能量，紅外預(yù)熱技術(shù)對水基效果較差，強(qiáng)制熱風(fēng)對流效果最有效，有更好的溫度均勻性。

（三）熱棒焊接（Hot bar）

熱棒焊接（Hot bar）：是接插件領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的另一種自動焊接方式。其在學(xué)術(shù)上也被稱之為脈沖加熱回流焊接（Pulse-heated reflow soldering），是指將兩個預(yù)先涂好助焊劑和焊料的零件加熱到足以使焊錫熔化，流動的溫度，待焊料冷卻牢固后，在零件與焊錫之間形成一個永久的電氣機(jī)械連接的焊接工藝。與傳統(tǒng)的焊接工藝相反，脈沖加熱回流焊接通過對每個連接使用一個熱電極加熱和冷卻來焊接。在整個加熱，回流和冷卻周期內(nèi)要施加壓力。脈沖加熱控制將能量傳送到安裝在焊接頭上的熱電極。附著在熱電極上的熱電偶為可重復(fù)的，持續(xù)的熱源控制提供反饋。

Hot bar 焊接產(chǎn)品使用范圍比較廣泛，特別適合于軟性線材的加工。其優(yōu)點(diǎn)在于優(yōu)越的溫度，時間，壓力等參數(shù)的再現(xiàn)性控制可以滿足電子行業(yè)大批量生產(chǎn)對于焊接質(zhì)量恒定性要求；局部瞬時加熱方式能良好地控制對周圍元器件的熱影響，滿足電子行業(yè)零件日趨小型化的空間需求。但其焊接頭受所焊接線材外徑的限制，共享性較差，需定制。并且容易臟污，易損壞。

（四）激光焊接(Laser solder)

激光焊接(Laser solder)。近年來，個人筆記本有越來越薄，輕的發(fā)展趨勢。從而要求我們產(chǎn)品間距也越來越小，線材導(dǎo)體的 OD（內(nèi)徑）也越來越細(xì)。在接插件產(chǎn)業(yè)有引進(jìn)激光焊接(Laser solder)的趨勢。雖然，自從 1974 年開始激光焊接就應(yīng)用在 SMT 的高密度引線焊接中，且隨著激光焊接技術(shù)的不斷發(fā)展，已得到了廣泛的研究與應(yīng)用。

SMT 產(chǎn)業(yè)中的激光焊接是以激光為加熱源，輻射加熱引線（或無引線器件的連接焊盤），通過焊膏或者預(yù)制焊料向基板傳熱，當(dāng)溫度達(dá)到焊錫溫度時，焊膏熔化，基板，引線被鉛料潤濕，從而形成焊點(diǎn)。

其相對于傳統(tǒng)的氣相再流焊、熱風(fēng)再流焊以及紅外再流焊等方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)：局部加熱，組件不易產(chǎn)生熱損傷，熱影響區(qū)間小，因此可在熱敏組件附近施行焊錫；用非接觸式加熱，熔化帶寬，不需要任何輔助工具，可在雙面印刷電路板上雙面組件裝配后加工；重復(fù)操作穩(wěn)定性好，鉛劑對焊接工具污染小，且激光照射時間和輸出功率易于控制，激光焊錫成品率高；激光束易于實現(xiàn)分光，可用半透鏡，反射鏡，棱鏡及掃描鏡等光學(xué)組件進(jìn)行時間與空間分割，能實現(xiàn)多點(diǎn)同時對稱焊；以 YAG（Yttrium Aluminum Garnet 釔鋁石榴石）激光或半導(dǎo)體激光作為熱源時，可用光纖傳輸，因此可在常規(guī)方式不易施焊部位進(jìn)行加工，靈活性好，聚焦性好，易于實現(xiàn)多任務(wù)位裝置的自動化。

在電子接插件線纜與連接器的焊接中，由于連接器的 pin 間距越來越小，已經(jīng)沒有辦法再注入焊膏等。業(yè)界傾向于用激光直接焊接引線與連接器，無需任何焊料，這就必然需要大功率的激光發(fā)生器。目前日本的 Photen 公司走在接插件產(chǎn)業(yè)前列，其采用的 YAG 50W 功率的焊接機(jī)，已在 0.3mm 間距的連接器上成功焊上的 44 AWG(American Wire Gauge 美國線規(guī)，導(dǎo)體 OD 僅為0.06mm)超極細(xì)同軸線。其良率可以控制在 100%。

這為今后接插件向小間距，小線徑的發(fā)展提供了一種焊接方式。激光焊接的優(yōu)點(diǎn)在于局部加熱，熱影響區(qū)小，無須焊料。但其設(shè)備投資成本極高，需要逐點(diǎn)焊接。

四、總結(jié)

在電子制造業(yè)的不斷進(jìn)步中，接插件焊接技術(shù)扮演著至關(guān)重要的角色。面對激烈的市場競爭和對產(chǎn)品質(zhì)量的嚴(yán)格要求，隨著電子設(shè)備的微型化和性能的增強(qiáng)，傳統(tǒng)的焊接技術(shù)已無法滿足現(xiàn)代制造的需求。因此，本文詳細(xì)介紹了電子接插件的主要連接方式，包括壓接、絕緣刺破、焊接、繞接、螺釘連接和彈性夾持連接，并分析了焊接方式的優(yōu)勢，如節(jié)省材料、簡化工序、提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和設(shè)計靈活性。

激光焊接以其局部加熱、熱影響區(qū)小、非接觸式加熱等優(yōu)點(diǎn)，在高密度引線焊接中顯示出巨大的潛力。盡管激光焊接設(shè)備的投資成本較高，但其在小間距、小線徑的接插件焊接中提供了一種有效的解決方案，有望在未來的電子制造中發(fā)揮更加重要的作用。

總體而言，隨著電子行業(yè)的不斷發(fā)展，焊接技術(shù)也在不斷創(chuàng)新。自動化、智能化的焊接技術(shù)將成為提升生產(chǎn)效率、降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。激光焊接技術(shù)作為這一趨勢的代表，其應(yīng)用將越來越廣泛，為電子制造業(yè)的未來發(fā)展提供了新的可能性。

本文由大研智造撰寫，專注于提供智能制造精密焊接領(lǐng)域的最新技術(shù)資訊和深度分析。大研智造是集研發(fā)生產(chǎn)銷售服務(wù)為一體的激光焊錫機(jī)技術(shù)廠家，擁有20年+的行業(yè)經(jīng)驗。想要了解更多關(guān)于激光焊錫機(jī)在智能制造精密焊接領(lǐng)域中的應(yīng)用，或是有特定的技術(shù)需求，請通過大研智造官網(wǎng)與我們聯(lián)系。歡迎來我司參觀、試機(jī)、免費(fèi)打樣。

審核編輯 黃宇