專利名稱：一種半導(dǎo)體激光焊接方法
一種半導(dǎo)體激光焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光焊接技術(shù)，尤其涉及一種半導(dǎo)體激光焊接方法。 [背景技術(shù)]
半導(dǎo)體激光焊接是目前應(yīng)用較為前沿的一種激光焊接技術(shù)，其主 要特點(diǎn)是光束質(zhì)量好，光電轉(zhuǎn)換效率高，而且具有設(shè)備體積小，維護(hù) 簡單等特點(diǎn)，其在低熔點(diǎn)材料焊接(如錫焊，塑料焊接)中，具有廣
泛的應(yīng)用基礎(chǔ)M展前景。
目前，半導(dǎo)體激光焊接方式多是采用帶"漸進(jìn)漸出"的連續(xù)激光 焊接方式，其特點(diǎn)在于消除半導(dǎo)體瞬間加壓時(shí)，由于電流驟變而產(chǎn)生
"耀斑"；同時(shí)有利于提高半導(dǎo)體激光器的壽命。
但這種控制方式較為單一，在實(shí)際應(yīng)用中，由于材料的差異以及 工件的個(gè)性化和特殊化，造成焊接效果遠(yuǎn)無法達(dá)到理想需求。例如， 在錫焊過程中由于激光功率調(diào)制不當(dāng)，經(jīng)常造成錫絲彎曲，或者是錫 絲熔化成珠狀而無法焊接，在其他單晶體材料焊接中也會(huì)出現(xiàn)類似現(xiàn) 象。
因此，需要一種方便、易于實(shí)現(xiàn)的激光焊接工藝方法，以解決上 述問題。
下面結(jié)合附圖
和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。 圖l是本發(fā)明半導(dǎo)體激光焊接方法實(shí)施例的工藝曲線圖。 圖2是本發(fā)明實(shí)施例使用的焊接設(shè)備原理框圖。 [具體實(shí)施方式
]
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合 附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描 述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
心思想在于基于樣品本身材料特性，建立被焊材料的熔點(diǎn)曲線與焊 點(diǎn)曲線，最大焊點(diǎn)附著力為目標(biāo)，對(duì)半導(dǎo)體激光機(jī)焊接工藝進(jìn)行了改 進(jìn)。
如圖l所示，本發(fā)明實(shí)施例的焊接工藝按照以下步驟制定步驟A、建立熔點(diǎn)特性曲線
步驟B、基于所建立的熔點(diǎn)特性曲線與焊接工藝要求建立焊點(diǎn)特 性曲線
步驟C 、以焊接效果最佳為目標(biāo)對(duì)上述特性曲線進(jìn)行修正。 其中，對(duì)于步驟A:根據(jù)上升段時(shí)間tl (0. 30s>tl>0. 10s，)，
和焊料由室溫單次焊接至臨界熔點(diǎn)所需熱量Ql,建立熔點(diǎn)特性曲線公
式
Wl=2 x Ql x tl
式中Wl為上升^:時(shí)間末時(shí)刻的激光功率，Ql為每個(gè)焊盤的焊料 由室溫加熱至臨界熔點(diǎn)所需熱量。Wl值允許上差，下差各5%。
在實(shí)際操作中，發(fā)現(xiàn)采用此熔點(diǎn)特性進(jìn)行悍接，在出激光末時(shí)刻 可使被焊工件被激發(fā)為臨界液態(tài)(具備固態(tài)與液態(tài)特性的狀態(tài))。但由 于空氣導(dǎo)熱，為了使該工件長處于該狀態(tài)，因此需要維持一定激光功 率。在實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)維持功率采用上升段時(shí)間末時(shí)刻的激光功率W1可 以實(shí)現(xiàn)。至于維持時(shí)間，則取決于生產(chǎn)具體需要。由此，熔點(diǎn)特性曲 線建立。
因此，在步驟A中包括了 2個(gè)階段，其中，升溫階段，激光功率 從零逐漸上升，焊料的溫度從室溫升至熔點(diǎn)或接近熔點(diǎn)，升溫階^:所 需的時(shí)間為tl， tl為0. 1至0. 3秒；維持階段的激光功率按升溫階 段末的激光功率W1維持不變或略有上升，維持階段所需的時(shí)間為t2, t2為0.1至0. 4秒。維持階段末的功率W2不超出升溫階段末的激光功 率Wl的10y。， 一般可以采用W2=W1;維持階段結(jié)束時(shí)，液相與固相的比例大于20%,小于50%。
其中對(duì)于步驟B:建立基于熔點(diǎn)特性曲線之上焊點(diǎn)特性曲線的方 法以t3作為特性曲線上升時(shí)間(0. 30s>t3>0. 10s，可以取t3-tl), 根據(jù)焊料的熔化熱Q2建立坪點(diǎn)特性曲線^^式
W3=2xQ2x t3 + Wl，
式中W3為基于熔點(diǎn)特性曲線之上的焊點(diǎn)特性曲線上升段時(shí)間末 時(shí)刻的激光功率。W3的值的允許下差為15%, 其中，Q2為每個(gè)焊盤焊料的由臨界熔點(diǎn)至熔化成液態(tài)所需熱量。
在實(shí)際操作中，發(fā)現(xiàn)采用此基于熔點(diǎn)特性的焊點(diǎn)特性進(jìn)行焊接，
在出激光末時(shí)刻可使被焊工件被徹底熔化為液態(tài)。但由于液體表面具 有一定的張力，造成被焊工件可能會(huì)形成一水珠狀態(tài)。為了克服該過 程，因此需要添加一定激光功率。
因此，在步驟B中也包括了 2個(gè)階段，其中，熔化階段，激光功 率在維持階段末的基礎(chǔ)上繼續(xù)上升，至焊料全部熔化或接近全部熔化， 熔化階段所需的時(shí)間為t3, t3為0. l至O. 3秒；后續(xù)階段，后續(xù)階段 所需的時(shí)間t4,在實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)后續(xù)階^:添加功率必須不小于末時(shí)刻 激光功率W3，添加時(shí)間t4不低于0. ls,并不大于0. 4s (過大會(huì)造成焊 料汽化)，所以后續(xù)階段的激光功率可以按熔化階段末的激光功率W3 維持不變，至焊接完成。
由此，焊點(diǎn)特性曲線建立。
焊點(diǎn)特性曲線與焊點(diǎn)特性曲線組合成本發(fā)明激光焊接方法的工藝 曲線。對(duì)于步驟C:以焊接效果最佳為目標(biāo)對(duì)上述特性曲線進(jìn)行f^正。 即以所需焊接效果為導(dǎo)向，對(duì)變量Wl, W3進(jìn)行修改，使之Ql, Q2對(duì) 于變化，從而對(duì)焊接效果產(chǎn)生影響。
為理解方便，本發(fā)明以錫焊(無鉛) 一個(gè)焊盤為實(shí)施例進(jìn)^f亍描述。
請(qǐng)參閱圖B
A)錫焊一個(gè)焊盤熔點(diǎn)特性建立 純錫的熔點(diǎn)為231. 9°C 錫的平均比熱為226 J/ (kg*K) 由此可推算每克錫由室溫加熱至臨界熔點(diǎn)所需熱量為 (231.9-25 ) x 226 + 1000 47 (J) 在(J) 6Gmi 1上每個(gè)焊盤需焊錫重量為0. 02g左右 由此可推算每個(gè)焊盤焊錫至臨界熔點(diǎn)所需熱量Ql為 47Jx 0. 02 = 0. 94 (J) 在本實(shí)施例中，tl= 0.14s 由7>式界1=2 x Ql x tl 可計(jì)算出W1 13W。
維持功率也采用Wl，維持階段的時(shí)間為t2為0. 2s, 至此錫焊一個(gè)焊盤熔點(diǎn)特性曲線建立。 錫焊一個(gè)焊盤焊點(diǎn)特性建立
錫的熔化熱為7.08 kJ/mol (合59. 7J/g),即每克錫由臨界熔化 到完全熔化成液態(tài)所需熱量為59. 7J
在本發(fā)明實(shí)際例中可推算每個(gè)焊盤焊錫由臨界熔點(diǎn)至熔化成液態(tài)所需熱量Q2約為
59. 7 x 0. 02g = 1. 194J在本實(shí)施例中，t3為0. 14s 由公式W3:2xQ2x t3 + Wl
可計(jì)算出熔化階^a末時(shí)刻之激光功率為W3=17 + 13=30W 后續(xù)階^史的添加功率為W3,添加時(shí)間t4為0. 2s， 至此錫焊一個(gè)焊盤焊點(diǎn)特性曲線建立。 錫焊一個(gè)焊盤特性曲線^^正
通過對(duì)錫焊的該焊盤進(jìn)行導(dǎo)電性測試，以導(dǎo)電性能最佳為目標(biāo)進(jìn) 行特性曲線的修正。修正方法亦為上述特性曲線之建立方法，至此， 錫焊一個(gè)焊盤實(shí)施例焊接工藝曲線建立。
本發(fā)明實(shí)施例的有益效果在于通過工藝參數(shù)優(yōu)化可使工件，樣 品達(dá)到焊點(diǎn)附著力最優(yōu)焊接，消除了諸如錫絲彎曲，或錫絲熔化成珠 狀而無法焊接的缺陷，對(duì)于錫焊， 一次焊接成功率可達(dá)到100°/。，無出 現(xiàn)虛焊，漏焊，脫焊等情況并且能夠有效避免焊料氧化現(xiàn)象。對(duì)于塑 料焊接能夠達(dá)到連續(xù)焊接無首末點(diǎn)重點(diǎn)現(xiàn)象發(fā)生，并且焊點(diǎn)的強(qiáng)度能 夠?qū)崿F(xiàn)超過本身材料的強(qiáng)度。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例使用的硬件實(shí)施方案框圖。 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明， 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等， 均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種半導(dǎo)體激光焊接方法，其特征在于，所述焊接方法包括以下4個(gè)階段101)升溫階段，激光功率從零逐漸上升，焊料的溫度從室溫升至熔點(diǎn)或接近熔點(diǎn)，升溫階段所需的時(shí)間為t1；102)維持階段，激光功率按升溫階段末的激光功率W1維持不變或略有上升，維持階段所需的時(shí)間為t2；103)熔化階段，激光功率在維持階段末的基礎(chǔ)上繼續(xù)上升，至焊料全部熔化或接近全部熔化，熔化階段所需的時(shí)間為t3；104)后續(xù)階段，激光功率按熔化階段末的激光功率W3維持不變，至焊接完成，后續(xù)階段所需的時(shí)間t4。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體激光焊接方法，其特征在于，升溫階 段所需的時(shí)間tl為0. 1至0. 3秒，維持階段所需的時(shí)間t2為0. 1 至0. 4秒，熔化階段所需的時(shí)間t3為0. 1至0. 3秒，后續(xù)階^R所 需的時(shí)間t4為0. 1至0. 4秒。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體激光焊接方法，其特征在于，維持階 段末的功率W2不超出升溫階段末的激光功率Wl的10%;維持階段 結(jié)束時(shí)，液相與固相的比例大于20%，小于50%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體激光坪接方法，其特征在于，升溫階 段所需的時(shí)間tl等于熔化階段所需的時(shí)間t3。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體激光焊接方法，其特征在于，升溫階2段末的激光功率Wl符合以下規(guī)律Wl=2xQlxtl,允許上差，下差各5%, 其中，Ql為每個(gè)焊盤的焊料由室溫加熱至臨界熔點(diǎn)所需熱量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體激光焊接方法，其特征在于，熔化階 段末的激光功率W3符合以下規(guī)律W3=2xQ2x t3 + Wl，允許的下差為15%, 其中，Q2為每個(gè)焊盤焊料的由臨界熔點(diǎn)至熔化成液態(tài)所需熱量。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體激光焊接方法， 其特征在于，總焊接時(shí)間均不超過O. 8秒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體激光焊接方法，所述焊接方法包括以下4個(gè)階段升溫階段，激光功率從零逐漸上升，焊料的溫度從室溫升至熔點(diǎn)或接近熔點(diǎn)；維持階段，激光功率按升溫階段末的激光功率W1維持不變或略有上升；熔化階段，激光功率在維持階段末的基礎(chǔ)上繼續(xù)上升，至焊料全部熔化或接近全部熔化；后續(xù)階段，激光功率按熔化階段末的激光功率W3維持不變，至焊接完成。本發(fā)明通過工藝參數(shù)優(yōu)化可使工件，樣品達(dá)到焊點(diǎn)附著力大為提高，其中對(duì)于錫焊，一次焊接成功率達(dá)到100％，無出現(xiàn)虛焊，漏焊，脫焊等情況并且能夠有效避免被焊工件的氧化現(xiàn)象。對(duì)于塑料焊接能夠達(dá)到連續(xù)焊接無首末點(diǎn)重點(diǎn)現(xiàn)象發(fā)生，并且焊點(diǎn)的強(qiáng)度能夠超過本身材料的強(qiáng)度。
文檔編號(hào)B23K26/40GK101428372SQ20081021766
公開日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2008年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月26日
發(fā)明者倪明生, 鈞 姜, 陸業(yè)釗, 陳玩林, 高云峰 申請(qǐng)人:深圳市大族激光科技股份有限公司