紫宸激光锡球焊接工艺在PCB制造中的应用

在智能手机、可穿戴设备、航空航天电子等高端领域，PCB(印制电路板)上的元器件越来越小，引脚间距日益精密。传统焊接方式在面对这些毫米甚至微米级的小焊点时，常常显得力不从心：热风枪可能损伤周边元件，烙铁头则根本无处下脚。

此时，激光锡球焊锡工艺 凭借其高精度、非接触、热影响区小的特点，成为了微电子焊接领域的“明星技术”。然而，掌握了利器不等于掌握了工艺。如何才能驾驭这道“光”，在方寸之间焊接出饱满、光亮、可靠的完美焊点呢?今天，跟着从业激光焊锡技术已有十多年的紫宸激光，来深入探讨激光锡球焊接的“完美秘诀”。

一、 什么是激光锡球焊锡？先理解其精髓

激光锡球焊锡是一种将预成型的锡球通过激光加热熔化，精准地喷射到焊盘上形成焊点的技术。其核心流程可以简化为：

01送球：微型锡球(直径通常为0.05mm - 0.76mm)通过送球机构特制的分球盘，输送到喷嘴下方。

02定位：通过CCD视觉使喷嘴精确定位至PCB，使锡球悬停在需要焊接的焊盘正上方。

03照射：激光束(通常是半导体或光纤激光器)瞬间照射锡球，使其熔化。

04坠落与成型：熔化的锡球在惰性气体和表面张力作用下，自动喷射到焊盘上，并迅速冷却凝固，形成一个独立的、近乎完美的球状焊点。

这个过程看似简单，但“魔鬼在细节中”。要得到完美焊点，必须对以下四个关键环节进行精细调控。

二、 常见缺陷分析与对策

焊点不饱满/坍塌：锡球直径过小、激光功率不足、焊盘或锡球氧化、助焊剂活性不够。

焊点偏位：视觉对位不准、设备振动、锡球在喷嘴中卡滞。

飞溅：激光功率过高、加热过快、锡球或焊盘上有水分/污染物。

气孔：助焊剂挥发气体被困、冷却过快、焊盘设计不合理(通孔排气不畅)。

焊点暗淡无光：焊接过程中氧化严重，检查保护气体流量和纯度。

三、打造完美焊点的四大核心要素

要素一

锡球与焊盘的“门当户对”

1、锡球选择是基础：

根据产品需求选择，如SAC305(无铅)、Sn63Pb37(有铅)等。要确保其熔点与元件和PCB的耐热性匹配。其次锡球直径通常略大于焊盘直径，以确保形成足够的连接和良好的弧度。例如，0.25mm的焊盘可选用0.3mm的锡球。过大易桥连，过小则焊点不饱满。然后使用新鲜的、低氧含量的锡球。轻微氧化都可能导致焊点出现裂纹、气孔或润湿不良。

2、焊盘处理是关键：

清洁度：焊盘必须绝对洁净，无氧化、无污染。任何油污、指纹或氧化物都会严重阻碍焊锡的润湿铺展。

表面镀层：常见的ENIG(化学沉金)、OSP(防氧化)等镀层需保持完好，为焊接提供良好的表面。

助焊剂：虽然激光焊接热输入小，但对于高可靠性要求或稍有氧化的焊盘，预涂覆微量、均匀的助焊剂是至关重要的一步。它能有效去除氧化物，降低表面张力，促进焊料流动。

要素二

激光参数的“精准拿捏”

激光是能量的来源，其参数设置直接决定了焊接质量和热影响。

激光功率：功率过低，锡球无法完全熔化或内部分层，形成“冷焊”;功率过高，则可能瞬间汽化部分焊料，产生飞溅，甚至烧伤PCB基材或元件。需要找到刚刚能使锡球完全、均匀熔化的“甜蜜点”。

照射时间：时间太短，熔化不充分;时间太长，热量过度积累，可能损害元件。通常与功率配合调整，采用“高功率短时间”或“低功率长时间”的策略，以控制总热输入。

光斑大小与形状：光斑应能完全覆盖锡球，但不宜过大，以免热量散失到周围区域。圆形光斑最为常见，能量分布均匀。

要素三

运动与对位的“分毫不差”

定位精度：微米级的对位精度是基本要求。视觉定位系统(CCD)必须清晰、准确，确保锡球每次都能被送到焊盘正中心。

稳定性：设备在高速运动中的振动必须最小化，否则会导致锡球投放位置漂移，形成偏斜的焊点。

要素四

氛围与后处理的“精心呵护”

保护气体：在焊接区域吹扫惰性气体(如氮气)，可以创造一个局部无氧环境，有效防止熔融锡球在高温下的二次氧化，这是获得光亮、饱满焊点的关键一步。

冷却过程：一个自然、平稳的冷却过程有助于焊点内部晶粒结构细化，提高机械强度。避免急冷急热。

四、紫宸激光：激光锡球焊接技术的创新者

在激光锡球焊接领域，紫宸激光通过持续的技术研发投入，取得了多项突破性进展。其自主研发的高精度激光植球机技术，实现了最小70μm锡球的稳定焊接，且球径高度差控制在±10%以内。设备配备双工位交互系统，大理石稳定平台，上料、下料、自动定位、焊接同步进行，实现高效自动焊接，极大提高了生产效率。

在激光植球喷嘴设计方面，紫宸激光针对传统焊锡喷嘴清洗频率高、使用寿命短的问题，经过多年研发提供了一种创新的激光锡球焊接喷嘴方案，减少了锡球与本体内壁之间的接触面积。配合CCD视觉定位实时补偿偏差，效率高达7200点/小时。自适应工艺参数可动态调整，兼容60μm-2000μm锡球及多种基板尺寸。

在日益激烈的市场竞争中，紫宸激光的植球机产品展现出多方面的竞争优势，能够满足精密级元器件比如BGA芯片、晶元、通讯器件、摄像头CCM模组、VCM漆包线圈模组和触点盆架等加锡焊接需求，其激光植球微小程度可达70um，在光电子芯片领域有着成熟的高效应用。

五、结语：引领精密焊接新纪元

激光锡球焊接并非简单的“点一下”了事。它是一项系统工程，其核心在于找到一个稳定、可重复的 “工艺窗口”。这个窗口由材料(锡球/焊盘)、参数(激光)、精度(运动)和环境(气体) 四大支柱共同构成。任何一个环节的疏忽，都可能导致焊点缺陷。对于微电子制造企业而言，投资先进的激光锡球焊接设备和技术，不仅是解决当前微焊点挑战的方案，更是为未来产品微型化、高性能化趋势做好准备的选择。