激光微连接接头设计与质量检验(附件)【字数：16235】
由于焊接精度高、焊接质量好、成本低等优势，近年来 激光钎焊在微电子工业生产中发展迅速，其焊接质量检验也相应发展。查找相关文献对激光软钎焊的发展和理论有了一定的了解后，开始对本课题进行实验和研究。本文针对激光软钎焊在微电子连接中焊接接头的焊接强度进行了实验分析，通过与激光焊接接头的焊接工艺对比得出在进行激光焊接时应根据焊点的大小，对焊料的多少，焊接时间，激光入射角度进行适当的调节，保证能能得到强度良好的接头。在实验之前，由于缺少进行拉伸的实验条件，所以研制了一台小型的焊接接头质量拉伸试验装置。质量检验装置在研制过程中需尽量避免会对拉伸精度产生影响的问题。同时还对激光焊机的原理进行了解，查找并了解了钎焊焊接标准。并制作了激光钎焊焊点形成过程的动画。关键词激光软钎焊；激光焊机；焊接接头；质量检验
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2课题背景及意义 2
1.2.1国内外激光软钎焊对焊接接头强度的影响研究现状 2
1.2.2激光软钎焊的展望 3
1.2.3对本课题研究的意义 4
1.3实验设备与钎焊原理 5
1.3.1激光焊机及其工作原理 5
1.3.2钎焊原理 7
1.4钎焊接头质量检验标准 8
1.5研究内容 10
第二章 焊点形成过程与质量检验装置的研制 11
2.1激光微连接焊点形成动画制作 11
2.1.1动画制作软件的下载与安装 11
2.1.2进行动画制作 11
2.2拉伸质量检验装置的研制 12
2.2.1工具和设备 12
2.2.2设备组装部件 13
2.2.3方法原理 14
2.2.4步骤 14
2.2.5质量检验装置的组装 14
2.3本章小结 16
第三章 接头拉伸强度实验与分析 17
3.1引言 17
3.2焊接接头设计 17
3.3焊点拉伸质量检验 18
3.3.1实验内容 18
3.3.2实验材料 19
3.3.3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
实验设备 20
3.3.4实验步骤 20
3.3.5实验过程与实验结果 21
3.4本章小结 25
结论 27
致谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1引言
当今社会，科学技术在高速发展，钎焊技术在各重要的工业生产领域中所体现的作用也越来越明显，如航空、航天、电子、信息、机械、冶金、能源、交通以及家电等行业都有其一席之地，并且随着社会的进步和发展，其应用范围也越来越广。所以可以预料到，钎焊技术在21世纪必将成为最具发展前景的连接技术之一。
根据钎料的熔点不同，将钎焊分为了软钎焊和硬钎焊。钎料的熔点低于450℃的称之为软钎焊, 其焊接强度一般低于70MN/m2,常用的软钎焊钎料有锡铅钎料、锌锡钎料和锌镉钎料，近年来无铅钎料也随着铅焊料的淘汰应运而生，常见的有SnAgCu钎料。软钎焊焊接时常用的焊剂为松香。软钎焊普遍应用在受力不大且工作时温度不高的工件的焊接，例如微电子元件，半导体电子器件，PCB引线/引脚的焊接等。硬钎焊的钎料熔点高于450℃，接头强度可达500MN/m2。银基材料、铜基材料、镍基材料等是硬钎焊常用到的钎料[1]。其常用到的熔剂是由硼酸、氟化物、硼砂、氯化物等组成的,普遍用在接头强度和工作的环境温度较高的工件的焊接。如硬质合金刀头的焊接等。
根据钎焊方式的不同，钎焊又可分为波峰焊、再流焊、激光钎焊等。波峰焊是通过波峰焊机中的机械泵或者电磁泵不断地将已经熔化了的钎料压成波峰状态，然后将所要焊接的PCB板的焊接面由直线运动方式通过波峰状的熔融钎料，进而完成焊接的一种焊接工艺。因为其液态钎料焊接时呈波峰状，所以称为“波峰焊”。目前通过波峰焊机进行预热的方式通常是热辐射。再流焊也叫回流焊，随着电子产品的微型化的发展，通常的焊接方式无法满足对小型电子产品精度的要求，进而回流焊随之发展起来，其常应用于电子元件的表面连接组装。再流焊常使用的钎料是焊膏。先在要安装元器件的部位处刷上适量的焊膏，然后把将所要连接的SMT器件贴到对应的位置，通过焊膏本身自有的一定粘性，使元器件固定，之后将固定好SMT器件的PCB板放入再流焊焊接设备。通过焊机的传送系统将所要焊接的PCB板传送通过各个温度区域，焊膏在经过干燥、预热、熔化、润湿、冷却后，便可把SMT元器件通过钎料焊接在PPCB板上。激光钎焊是通过激光加热，将钎料熔化进行焊接的一种焊接工艺。由于激光的能量密度高而且激光光束所能照射的区域可以达到微米纳米级别，所以在针对微小元件或微小焊点的焊接有着极为明显的优势。激光钎焊也有一定的缺陷，其对功率分配的要求非常严格。当激光照射在钎料上，若其功率过高，钎料熔化过快，此时基板的温度还不能够使钎料得到很好润湿效果，从而影响钎料填充效果，造成焊缝过大,如果激光照射基板上，钎料不能得到很好的加热，钎料不能顺利熔化，活性降低[2]。并且基板也可能会融化，使焊接失败。
1.2课题背景及意义
1.2.1国内外激光软钎焊对焊接接头强度的影响研究现状
因为激光是电磁波，通过调节焦距使激光进行聚焦，可以使激光在非常小的部位进行加热钎料而不对附近的SMT元器件没有热影响。所以在微电子行业的集成化和微型化发展方面，激光软钎焊技术有着明显的促进作用[3]。
日本大阪大学的Hiroshi Nishikawa与Tadashi Takemoto，通过对SnAgCu材质的接头在非电解NiP/Au镀层上进行等温时效作用实验，发现了在界面共晶化合物（IMC）处，激光软钎焊和再流焊两者对其影响差别很小，而激光软钎焊有强化接头的力学性能作用。相比回流焊之下，无论老化时间如何，通过激光加工在40 W焊接1秒的接头的最大负载和总能量都几乎与回流焊过程相似或更低。 因此，通过激光加工在20W焊接40秒的接头与通过回流焊焊接的接头之间的NiP / Au镀层的接合性能没有太大差异。 结果，与焊接材料不同，通过激光加工在20W焊接40秒的接头的接合特性优于通过常规回流工艺焊接的接头的接合特性[4]。
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2课题背景及意义 2
1.2.1国内外激光软钎焊对焊接接头强度的影响研究现状 2
1.2.2激光软钎焊的展望 3
1.2.3对本课题研究的意义 4
1.3实验设备与钎焊原理 5
1.3.1激光焊机及其工作原理 5
1.3.2钎焊原理 7
1.4钎焊接头质量检验标准 8
1.5研究内容 10
第二章 焊点形成过程与质量检验装置的研制 11
2.1激光微连接焊点形成动画制作 11
2.1.1动画制作软件的下载与安装 11
2.1.2进行动画制作 11
2.2拉伸质量检验装置的研制 12
2.2.1工具和设备 12
2.2.2设备组装部件 13
2.2.3方法原理 14
2.2.4步骤 14
2.2.5质量检验装置的组装 14
2.3本章小结 16
第三章 接头拉伸强度实验与分析 17
3.1引言 17
3.2焊接接头设计 17
3.3焊点拉伸质量检验 18
3.3.1实验内容 18
3.3.2实验材料 19
3.3.3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
实验设备 20
3.3.4实验步骤 20
3.3.5实验过程与实验结果 21
3.4本章小结 25
结论 27
致谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1引言
当今社会，科学技术在高速发展，钎焊技术在各重要的工业生产领域中所体现的作用也越来越明显，如航空、航天、电子、信息、机械、冶金、能源、交通以及家电等行业都有其一席之地，并且随着社会的进步和发展，其应用范围也越来越广。所以可以预料到，钎焊技术在21世纪必将成为最具发展前景的连接技术之一。
根据钎料的熔点不同，将钎焊分为了软钎焊和硬钎焊。钎料的熔点低于450℃的称之为软钎焊, 其焊接强度一般低于70MN/m2,常用的软钎焊钎料有锡铅钎料、锌锡钎料和锌镉钎料，近年来无铅钎料也随着铅焊料的淘汰应运而生，常见的有SnAgCu钎料。软钎焊焊接时常用的焊剂为松香。软钎焊普遍应用在受力不大且工作时温度不高的工件的焊接，例如微电子元件，半导体电子器件，PCB引线/引脚的焊接等。硬钎焊的钎料熔点高于450℃，接头强度可达500MN/m2。银基材料、铜基材料、镍基材料等是硬钎焊常用到的钎料[1]。其常用到的熔剂是由硼酸、氟化物、硼砂、氯化物等组成的,普遍用在接头强度和工作的环境温度较高的工件的焊接。如硬质合金刀头的焊接等。
根据钎焊方式的不同，钎焊又可分为波峰焊、再流焊、激光钎焊等。波峰焊是通过波峰焊机中的机械泵或者电磁泵不断地将已经熔化了的钎料压成波峰状态，然后将所要焊接的PCB板的焊接面由直线运动方式通过波峰状的熔融钎料，进而完成焊接的一种焊接工艺。因为其液态钎料焊接时呈波峰状，所以称为“波峰焊”。目前通过波峰焊机进行预热的方式通常是热辐射。再流焊也叫回流焊，随着电子产品的微型化的发展，通常的焊接方式无法满足对小型电子产品精度的要求，进而回流焊随之发展起来，其常应用于电子元件的表面连接组装。再流焊常使用的钎料是焊膏。先在要安装元器件的部位处刷上适量的焊膏，然后把将所要连接的SMT器件贴到对应的位置，通过焊膏本身自有的一定粘性，使元器件固定，之后将固定好SMT器件的PCB板放入再流焊焊接设备。通过焊机的传送系统将所要焊接的PCB板传送通过各个温度区域，焊膏在经过干燥、预热、熔化、润湿、冷却后，便可把SMT元器件通过钎料焊接在PPCB板上。激光钎焊是通过激光加热，将钎料熔化进行焊接的一种焊接工艺。由于激光的能量密度高而且激光光束所能照射的区域可以达到微米纳米级别，所以在针对微小元件或微小焊点的焊接有着极为明显的优势。激光钎焊也有一定的缺陷，其对功率分配的要求非常严格。当激光照射在钎料上，若其功率过高，钎料熔化过快，此时基板的温度还不能够使钎料得到很好润湿效果，从而影响钎料填充效果，造成焊缝过大,如果激光照射基板上，钎料不能得到很好的加热，钎料不能顺利熔化，活性降低[2]。并且基板也可能会融化，使焊接失败。
1.2课题背景及意义
1.2.1国内外激光软钎焊对焊接接头强度的影响研究现状
因为激光是电磁波，通过调节焦距使激光进行聚焦，可以使激光在非常小的部位进行加热钎料而不对附近的SMT元器件没有热影响。所以在微电子行业的集成化和微型化发展方面，激光软钎焊技术有着明显的促进作用[3]。
日本大阪大学的Hiroshi Nishikawa与Tadashi Takemoto，通过对SnAgCu材质的接头在非电解NiP/Au镀层上进行等温时效作用实验，发现了在界面共晶化合物（IMC）处，激光软钎焊和再流焊两者对其影响差别很小，而激光软钎焊有强化接头的力学性能作用。相比回流焊之下，无论老化时间如何，通过激光加工在40 W焊接1秒的接头的最大负载和总能量都几乎与回流焊过程相似或更低。 因此，通过激光加工在20W焊接40秒的接头与通过回流焊焊接的接头之间的NiP / Au镀层的接合性能没有太大差异。 结果，与焊接材料不同，通过激光加工在20W焊接40秒的接头的接合特性优于通过常规回流工艺焊接的接头的接合特性[4]。
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