激光焊接折射率对于焊料有什么影响？

随着表面组装技术向高密度，小尺寸方向发展，传统的回流焊工艺可能会对热敏感的器件产生损害，因此需要一种能对特定区域器件加热焊接的工艺。激光焊接是一种新型的焊接工艺，该技术可以局部非接触加热且加热时间非常短，能够快速的形成可靠的焊点。然而，在激光焊接过程中仍然存在一个令人不安的现象，即焊点周围热敏元件的随机烧坏。这种情况主要是在激光喷射焊球结合过程中，焊盘和焊球的激光反射(LR)所造成。因此需要了解激光反射率与焊料之间的关系。

实验设计

Zhao等人(2022)使用了尺寸为60×60的FR4镀铜板和绿油板。实验前用无水酒精对板材表面进行清洗。所使用的焊料为WTO-LF2000免洗SAC305锡膏。Zhao等人采用了低激光功率进行焊接实验。

实验结果

在使用激光照射焊料时，激光照射与SAC305锡膏熔融扩散相互作用时会形成反射，并产生耀眼的白光。大量形成的热辐射会加热周围的元器件并烧坏元器件。

图1. (a)激光反射和(b)元器件烧坏。

为了能让低功率激光将SAC305锡膏融化，陶瓷加热板被用于辅助焊料融化。陶瓷加热板首先将锡膏加热到200°C，然后激光照射并逐渐将锡膏熔化。激光焊接期间的激光反射基本可以分为五个阶段。初始阶段(0-0.3s)的特点是低激光反射和焊料快速升温。 在这个阶段中，激光反射从23%缓慢增加到28%，焊料吸收大量热量，温度迅速从200℃升至249℃。第二阶段(0.3-0.4s)是激光反射的快速上升时刻且温度保持在247-249℃。第三阶段(0.4-0.7s)的特点是激光反射下降。激光反射在第四阶段(0.7-2.3s)再次增加。 由于惯性效应，温度先上升到257°C，并由于激光反射的不断增加而下降到220℃。激光反射在最后阶段(2.3-5.0s)基本保持稳定，温度在225℃左右。

图2. 激光焊接过程中激光反射和温度变化。

图3. 焊料润湿和激光反射变化。

初始阶段时激光照射在锡膏上并被SAC305粉末多次反射吸收。 激光反射是由焊膏本身决定。随着照射的继续，一些区域熔融，导致激光被液体反射，激光反射缓慢增加。随着焊料熔融程度增加，激光反射大幅度增加。但是由于持续时间短，并不会造成元器件损伤。在第三阶段，由于上部高温液体与下部未熔化粉末之间的温差，热量向下传导。同时，上层熔化的焊料需要吸收更多的激光能量来提高或维持温度，导致激光反射迅速下降。在第四阶段，越来越多的粉末熔化成液体，温差和热传导的效果减小，激光反射增加。但激光被球体径向反射，不会直接损害元件。最后，由于焊料完全熔化，焊料与外部环境之间的热交换达到平衡，因此激光反射稳定保持在较高水平，大部分激光被集中反射到周围的部件并造成损害。

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