本發(fā)明涉及激光加工軟釬焊技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種紅外激光對有色金屬的焊接方法。

背景技術(shù)：

隨著電子工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計水平和制造技術(shù)的提高，激光軟釬焊技術(shù)不斷發(fā)展，已在電子工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。近年來，隨著電子產(chǎn)品向著多功能、微型化方向的發(fā)展，PCBA（將各種電子器件通過表面封裝工藝組裝在線路板上）加工技術(shù)和電子器件組裝密度的不斷提高，高焊盤數(shù)、超細pin腳間距的高密度、微型化電子元器件的出現(xiàn)，互連焊點的尺寸不斷減小，互連焊點可靠性也要求越來越高，使得電子元器件的互連技術(shù)面臨著越來越多的挑戰(zhàn)。與此同時，出于環(huán)境保護的需要，釬料的“無鉛化”正在世界范圍內(nèi)推行，由于適用的無鉛釬料（如Sn-Ag-Cu釬料）的熔點比Sn-Pb釬料通常高出30-40℃，因而導(dǎo)致無鉛釬料的釬焊峰值溫度達到250℃以上，極易使電子元器件受到熱損傷。不僅進一步加劇了高密度封裝器件引線焊點的“橋連”問題，還對釬焊工藝、基板材料，以及不同材料間的相互影響規(guī)律提出了新的要求。

目前，QFP(Quad flat package)的pin腳中心間距最小已達到了0.2mm，單一器件上的pin腳數(shù)目可達到80個以上。傳統(tǒng)的波峰焊、紅外再流焊等方法焊接這類細間距pin腳時，極易發(fā)生相鄰pin腳焊點的“橋連”，很難達到穩(wěn)定的良品率?，F(xiàn)在也出現(xiàn)了類似激光軟釬焊的加工方法，專利號為200910189069的一種激光軟釬焊方法，對于加工PCBA插裝引腳、線材與PCBA的焊接尚無明顯缺陷，但對于PCBA與電鍍pin腳的激光軟釬焊會造成焊接不穩(wěn)定的現(xiàn)象，由于激光軟釬焊采用連續(xù)或者高重頻激光焊接，電鍍pin腳與PCBA上的預(yù)上錫焊盤緊密接觸，電鍍pin腳一般采用銅質(zhì)鍍金件和合金鍍鎳件，對上述兩種激光具有高反射性，pin腳吸收激光能量不穩(wěn)定導(dǎo)致熱傳導(dǎo)給預(yù)上錫焊盤能量不一致影響焊接良品率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種紅外激光對有色金屬的焊接方法。特別適用于PCBA與pin腳的激光軟釬焊領(lǐng)域。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：包括：利用視覺對位技術(shù)精確定位，將連接器上電鍍pin腳利用低頻率激光進行毛化預(yù)處理，再利用高頻率激光對pin腳毛化區(qū)域進行加熱。

上述方案中，采用高重頻光纖激光器。

具體包括以下步驟：

(1)、首先調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)使激光焦點在加工表面上方1-5mm，使CCD的焦點與加工表面重合；

(2)、將待焊接PCBA焊盤預(yù)上錫安裝好帶pin腳連接器之后，整體固定在治具中，治具固定在二維平臺上；

(3)、采用計算機控制板卡和視覺對位焊接軟件，調(diào)節(jié)二維平臺和升降平臺使PCBA上的“mark”點，在CCD視場中心顯示清晰，做好“mark”點的模版；

(4)、根據(jù)PCBA焊盤尺寸在視覺對位焊接軟件中做好pin腳毛化圖形，設(shè)定合適的激光脈寬、低頻率、焊接速度、加工遍數(shù)；

(5)、調(diào)節(jié)視覺對位“mark”點的模版屬性和pin腳毛化圖形坐標，運用視覺對位使激光精確打在pin腳中間對pin腳進行毛化；

(6)、根據(jù)PCBA焊盤尺寸在視覺對位焊接軟件中做好pin腳焊接圖形與毛化圖形重合，設(shè)定合適的激光脈寬、高頻率、焊接速度、加工遍數(shù)；

(7)、觸發(fā)激光，運用視覺對位在激光輻射作用下，預(yù)上錫熔化，熔融的錫向PCBA焊盤和pin腳接觸面間輔展?jié)櫇瘢?/p>

(8)、關(guān)閉激光，錫料自然冷卻，形成焊接面。

上述技術(shù)方案中，所述的高重頻光纖激光器產(chǎn)生的光能，激光參數(shù)為波長1055—1070nm、平均功率20W、最高單脈沖能量1.2mJ、光束質(zhì)量M2因子小于等于1.3、最小脈沖寬度2nm。

進一步地，上述步驟(1)中，所述激光焦點在加工表面上方1-5mm，使激光光斑為70-90um，同軸視覺對位系統(tǒng)CCD的焦點與加工表面重合。

進一步地，上述步驟(2)中，PCBA焊盤尺寸為0.4X0.2mm—2.0X1.5mm，間距0.2—1mm，雙面共有10—80個焊盤，帶pin腳連接器雙面共有10-80個pin腳，寬0.2—1.5mm。

進一步地，上述步驟(4)中，參數(shù)為激光脈寬1—5um、頻率13—50KHZ、激光次數(shù)2—8遍、激光速度30—100mm/s。該步驟的作用是利用低頻率、窄脈寬、慢速的將pin腳進行毛化，毛化后的電鍍pin腳氧化物很容易的吸收光能。

進一步地，上述步驟(5)中，調(diào)節(jié)“mark”點的模版屬性，使整體定位精度為±0.02mm。該步驟的作用是使激光精確定位，提高焊接品質(zhì)。

進一步地，上述步驟(6)中，設(shè)定參數(shù)為激光脈寬10—50um、頻率100—1000KHZ、激光次數(shù)10—20遍、激光速度100—1200mm/s。該步驟的作用是利用高頻率、長脈寬、快速的使預(yù)上錫熔化，熔融的錫向PCBA焊盤和pin腳接觸面間輔展?jié)櫇瘛?/p>

進一步地，上述步驟(7)或(11)中，激光發(fā)射過程中二維平臺保持靜止狀態(tài)。

進一步地，上述步驟(8)后，包括以下步驟：

(1)、如果是整版PCBA是多個，移動二維平臺使下一個PCBA上的“mark”點進入CCD視場中心；

(2)、重新調(diào)節(jié)pin腳毛化和焊接圖形和參數(shù)，設(shè)定合適的激光脈寬、頻率、焊接速度、加工遍數(shù)；

(3)、重新觸發(fā)激光，運用視覺對位使PCBA焊盤預(yù)上錫在焊盤與pin腳接觸面間充分輔展；

(4)、關(guān)閉激光，液態(tài)錫自然冷卻，形成焊接面；

(5)、將PCBA翻面后重復(fù)上述步驟完成焊接加工。

本發(fā)明根據(jù)有色金屬對紅外激光吸收率原理，利用視覺對位技術(shù)精確定位，采用高重頻光纖激光器將連接器上電鍍pin腳用低頻率激光進行毛化預(yù)處理減少反射增加吸收率，再利用高頻率激光對pin腳毛化區(qū)域進行加熱，隨著激光能量的增加，pin腳在高密度、高能量的激光作用下通過熱傳導(dǎo)使pin腳與焊盤接觸面的預(yù)錫產(chǎn)生更多的紊流和擾動，從而提供了足夠的熱力學(xué)條件，促使界面處錫料融化分散，完成錫焊加工。

選擇激光源，是選擇紅外激光光源，利用高重頻光纖激光器產(chǎn)生的低頻率和高重頻光能及其激光參數(shù)：波長1055--1070nm、平均功率20W、最高單脈沖能量1.2mJ、光束質(zhì)量M2因子小于等于1.3、最小脈沖寬度2nm。高重頻光纖激光器產(chǎn)生的光能可以很好的被毛化后的電鍍pin腳氧化物吸收，通過熱傳導(dǎo)使pin腳能量傳導(dǎo)到焊盤預(yù)錫上，同時高重頻光纖激光器很容易做到通過控制脈寬和重復(fù)頻率實現(xiàn)激光輻射能量的精確控制。

本發(fā)明的有益效果:由于通過本方法進行錫焊具有反射小、局部加熱、快速加熱、快速冷卻等特點，可有效降低pin腳元件的熱損傷，并且能夠解決錫料爬越的問題，極大地提高焊接合格率。與傳統(tǒng)的波峰焊、紅外再流焊、Hotbar釬焊等焊接方法相比，徹底的消除了細間距時相鄰pin腳焊點的“橋連”問題，安裝在電路板上的許多元器件也不易受靜電放電的影響，靜電放電感生的損傷可能使元器件部分或全部損壞，降低了成品率，從而提高了制造成本。用激光系統(tǒng)進行釬焊時，因為激光系統(tǒng)是種非接觸熱源，不會對元器件有太大的熱影響，從而減少靜電放電損傷的危險。與傳統(tǒng)的激光焊接方法相比，解決了電鍍pin腳對激光具有高反射性，pin腳吸收激光能量不穩(wěn)定，導(dǎo)致熱傳導(dǎo)給預(yù)上錫焊盤能量不一致影響焊接良品率問題。

在傳統(tǒng)的激光焊接機設(shè)備中可以很容易的應(yīng)用本工藝方法，無需對現(xiàn)有的設(shè)備進行大幅度的技術(shù)改造。利用在低能量密度、低頻率、短時間的光纖激光器的激光輻射下對電鍍pin腳進行預(yù)先毛化，增加pin腳對激光能量的吸收率；在高能量密度、高頻率、短時間的光纖激光器的激光輻射pin腳預(yù)毛化區(qū)域，預(yù)上錫熔化，熔融的錫向PCBA焊盤和pin腳接觸面間輔展?jié)櫇?，完成焊接。該工藝方法適用于Type-c連接器的pin腳焊接。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例Type-c連接器的示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例PCBA的示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例Type-c連接器安裝PCBA后的示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例pin腳被低頻率激光進行毛化后的示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例Type-c連接器和PCBA焊接好之后的示意圖；

圖6是本發(fā)明實施例Type-c連接器和PCBA焊接好之后的pin腳的示意圖。

圖中：1-Type-c連接器的固定殼體；2-Type-c連接器上安裝PCBA的卡口；3-Type-c連接器上的pin腳；4-PCBA上的預(yù)上錫焊盤；5-PCBA上的“mark”點；6-PCBA；7-激光毛化區(qū)域；8-激光焊接區(qū)域。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明，便于清楚地了解本發(fā)明，但它們不對本發(fā)明構(gòu)成限定。

如圖1—圖6所示，本發(fā)明加工對象為Type-c連接器，PCBA焊盤尺寸為1X0.22mm(長X寬)，間距0.2mm，雙面共有20個焊盤，帶pin腳連接器雙面共有20個pin腳，寬0.2mm。首先調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)使激光焦點在加工表面上方1-5mm（正離焦），使激光光斑為70-90um，然后調(diào)節(jié)同軸視覺對位系統(tǒng)，使CCD的焦點與加工表面重合，按照以下步驟進行：

第一步：將待焊接PCBA焊盤預(yù)上錫安裝好帶pin腳連接器之后，整體固定在治具中，治具固定在二維平臺上。PCBA焊盤尺寸為1X0.22mm(長X寬)，間距0.2mm，雙面共有20個焊盤，帶pin腳連接器雙面共有20個pin腳，寬0.2mm。

第二步：采用計算機控制板卡和視覺對位焊接軟件，調(diào)節(jié)二維平臺和升降平臺使PCBA上的“mark”點，在CCD視場中心顯示清晰，做好“mark”點的模版。

第三步：根據(jù)PCBA焊盤尺寸在視覺對位焊接軟件中做好pin腳毛化圖形，設(shè)定參數(shù)為激光脈寬1—5um、頻率13—50KHZ、激光次數(shù)2—8遍、激光速度30—100mm/s。

第四步：調(diào)節(jié)視覺對位“mark”點的模版屬性和pin腳毛化圖形坐標，運用視覺對位使激光精確打在pin腳中間對pin腳進行毛化。

第五步：根據(jù)PCBA焊盤尺寸在視覺對位焊接軟件中做好pin腳焊接圖形與毛化圖形重合，設(shè)定參數(shù)為激光脈寬10—50um、頻率100—1000KHZ、激光次數(shù)10—20遍、激光速度100—1200mm/s。

第六步：觸發(fā)激光，運用視覺對位在激光輻射作用下，預(yù)上錫熔化，熔融的錫向PCBA焊盤和pin腳接觸面間輔展?jié)櫇瘛?/p>

第七步：關(guān)閉激光，錫料自然冷卻，形成焊接面，激光發(fā)射過程中二維平臺保持靜止狀態(tài)。

第八步：如果是整版PCBA是多個，移動二維平臺使下一個PCBA上的“mark”點進入CCD視場中心。

第九步：重新調(diào)節(jié)pin腳毛化和焊接圖形和參數(shù)，設(shè)定合適的激光脈寬、頻率、焊接速度、加工遍數(shù)。

第十步：重新觸發(fā)激光，運用視覺對位使PCBA焊盤預(yù)上錫在焊盤與pin腳接觸面間充分輔展。

第十一步：關(guān)閉激光，液態(tài)錫自然冷卻，形成焊接面，激光發(fā)射過程中二維平臺保持靜止狀態(tài)。

第十二步：將PCBA翻面后重復(fù)上述步驟完成焊接加工。

本說明書未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。