你了解激光焊接金屬間化合物的演變嗎-深圳福英達
你了解激光焊接金屬間化合物的演變嗎-深圳福英達
隨著後摩爾時代的到來，電子元器件逐漸向小型化，結構複雜化，功能集成化方向發展。激光焊接以其非接觸，選擇性局部加熱和高精度的獨特優(you) 勢而成為(wei) 改進焊接工藝的寵兒(er) 。可以知道的是激光焊接可以解決(jue) 傳(chuan) 統回流焊中精度難以提高，小批量生產(chan) 成本高的問題。由於(yu) 金屬間化合物對焊點可靠性起到至關(guan) 重要影響，因此研究者們(men) 急於(yu) 發現激光焊接對焊點金屬間化合物演變的影響。
實驗設計
為(wei) 了了解激光焊接對IMC形態的影響，Zhao等人（2023）使用0.64 mm直徑的SAC305焊線進行激光焊接實驗。測試所用的Cu焊盤直徑為(wei) 3mm，厚度為(wei) 35μm。測試的焊接係統由半導體(ti) 激光器（λ=915nm），紅外溫度計，CCD同軸定位係統，送絲(si) 裝置（送絲(si) 角度45°）和X-Y-Z定位平台組成。激光焊接利用激光能量（15.3-24.3W）將SAC305焊線熔化並使其在焊盤上擴散。
圖1. 實驗儀(yi) 器和測試方法。(a)激光焊接係統；(b)焊接過程；(c)焊點外觀；(d)焊點潤濕角；（d）IMC輪廓。
實驗結果
可以發現當激光功率為(wei) 15.3W時無法形成焊點。當激光功率增加到17.1W時才形成小焊點。當激光功率較低時，熱輸入較低，焊料吸收的能量未能超過克服表麵張力的能量閾值。因此，焊料球需要很長時間才能克服表麵張力並擴散到周圍。隨著激光功率的增加，焊點的潤濕麵積增加。然而，當激光功率過高時（24.3W）時，焊點開始燃燒變色且潤濕麵積迅速減小。通過實驗發現當激光功率為(wei) 22.5W時，焊點的潤濕性最佳，潤濕麵積百分比和潤濕角分別約為(wei) 96.5%和34.4°。
圖2. 焊點潤濕角。
采用不同激光功率（P）會(hui) 對IMC產(chan) 生不同影響。例如，當激光功率為(wei) 17.1W時，IMC屬於(yu) 穩定階段，厚度非常薄。在功率進一步提高後IMC開始呈現針狀晶體(ti) 。此外，隨著激光功率增加到24.3W，針狀IMC大量生長到焊料中，其寬度和長度分別為(wei) 5.06μm和32.30μm。
圖3. 焊點IMC微觀結構。(a)P=17.1W；(2)P=20.8W；(c)P=22.5W；(d)P=24.3W。
通過觀察激光功率所對應的IMC厚度可以發現，IMC厚度隨著功率增加而呈階梯狀增長，且和焊料內(nei) 部最高溫度密切相關(guan) 。在穩定階段時，由於(yu) IMCs反應生長的活化能低於(yu) 擴散生長的活化能，因此能量主要用於(yu) IMCs水平方向的生長。 與(yu) 此同時，已經形成IMC的區域增長緩慢，導致IMC厚度變化慢。同時，由於(yu) 輸入能量主要用於(yu) 焊料的擴散和金屬間化合物的形成，因此熔池溫度隨著激光功率的增加而緩慢升高。
圖4. 激光功率與(yu) IMC厚度和焊料溫度的階梯關(guan) 係。
福英達焊料
福英達致力於(yu) 電子級焊料的研發和銷售，能為(wei) 客戶提供超微級別的焊錫膏和焊粉（T6及以上）。福英達焊料涵蓋低溫到高溫，粒徑集中，氧含量低，焊後殘留物少可靠性高。歡迎客戶與(yu) 我們(men) 聯係了解更多信息。
參考文獻
Zhao, S.N., Gong, M.C, Jiang, L.H.G, Cen, L. & Gao, M. (2023). Step phenomenon of intermetallic compounds thickness during laser soldering dependence on laser power. Journal of Manufacturing Processes, vol.107.
返回列表
