什么是光子焊接

打印電子技術(shù)（Printed electronics）正不斷發(fā)展，但這項技術(shù)的缺點是像紙這樣的低成本基板不能承受焊膏回流溫度；此外，油墨需要時間固化。紫外線輻射固化使目前阻焊膜或圖例油墨固化方法

現(xiàn)在打印電子技術(shù)的一項創(chuàng)新是使用閃光管對打印油墨進行固化或退火。閃光管可產(chǎn)生高強度、寬光譜白光，如下圖所示。大家熟知的攝影攝像使用的就是電子閃光燈，但是，攝像中使用的閃光燈的體積和功率要大得多。但閃光管燈光照射下的油墨可以固化或退火，但基板依舊保持低溫

從光子固化、退火到光子焊接燒結(jié)，閃光管可以快速傳遞大量能量

使用紅外烘箱固化油墨并且使其達到導(dǎo)電所需溫度，這要求基板（如聚酰亞胺、陶瓷和環(huán)氧玻纖等材料）能夠承受高溫?？捎酶吣芰棵芏鹊碾姶泡椛溥M行干燥，電磁輻射射線深入到待干燥的層中，激發(fā)其中的分子

能量的吸收速度非常快，通常發(fā)生在**之幾秒之內(nèi)，此時的分子活化使得水或溶劑蒸發(fā)。輻射會深入層下，與顏料耦合并從內(nèi)向外干燥顏料，因此基板的表面不會產(chǎn)生氣泡，導(dǎo)致不良影響

通過這項創(chuàng)新技術(shù)，我們可以在幾百毫秒之內(nèi)就可在織物、紙張或塑料等基板上固化高導(dǎo)電性圖形、元件（電容器/電阻器）和絕緣體等

光子燒結(jié)和焊接

如下表所示，表中給出了根據(jù)熱負荷的傳遞方式排列的不同選擇性焊接技術(shù)概況。在這些一般情況下，暴露的區(qū)域僅限于加熱區(qū)域，以確保器件溫度敏感部分的熱負荷較低。由于加熱介質(zhì)受到限制，這就要求我們需要從一個區(qū)域移動到另一個區(qū)域，因此采用這些技術(shù)的處理速度通常較為緩慢

按熱源加熱曲線排列的不同選擇性焊接技術(shù)

光產(chǎn)生（ER）加熱，例如激光焊接，也可以通過閃光管的方式進行加熱，具有焊接元件不在視線內(nèi)的優(yōu)點

這種新型的焊接機器將功率為30-40千瓦的500伏電源連接到高壓儲能電容器組上，并且通過高壓電路來控制，專門設(shè)計的閃光管目前可以在幾秒鐘內(nèi)完成標準無鉛回流焊，并且功耗僅為標準回流焊爐的10%

下圖顯示的光吸收材料在光脈沖期間將被加熱，當光被移除時會立刻冷卻。雖然可以只使用一個脈沖進行焊接，但**使用脈沖序列（具有不同的脈沖持續(xù)時間和功率），以避免過度加熱基板，導(dǎo)致不良發(fā)生

具有廣譜白光的正?；亓骱附优cPulseForge焊接的區(qū)別

該工藝是通過將基于金屬顆粒的油墨燒結(jié)到導(dǎo)電走線中來提高撓性混合電子產(chǎn)品（flexible hybrid electronics）中可制造的組成部分

光子焊接工具依賴于氙氣填充的閃光燈**的平均功率輸出。因此閃光燈的冷卻系統(tǒng)必須是由水冷構(gòu)成的，以防止在高負荷使用下加熱失控和對系統(tǒng)造成損壞。此外，閃光燈系統(tǒng)需要數(shù)字控制器，以便在各種熱條件下對不同尺寸元件的焊接進行調(diào)整

SAC-305焊膏是手動模板印刷在銅接觸焊盤上。所涂布焊膏的厚度約為75μm。使用Rohm Semiconductors公司0603封裝的耐硫片式電阻作為主要測試元件，如下圖所示

工藝開發(fā)：功率密度與時間

吸收部分光譜的區(qū)域比其他區(qū)域能更有效地將光能轉(zhuǎn)換為熱能，導(dǎo)致局部溫度升高。通過改變脈沖的時間（脈沖長度和后續(xù)脈沖之間的延遲），可以控制正在處理材料的溫度。達到的溫度可以高于器件堆疊組成部分的額定溫度而不會導(dǎo)致?lián)p壞，部分原因是加熱時間較短，并且在光照停止后很快將會恢復(fù)到環(huán)境條件

焊接過程（上圖）顯示了光功率密度和閃光持續(xù)時間之間的理想平衡。在1~4秒內(nèi)完成焊接，具體取決于功率密度。從P1到P9的功率設(shè)置將導(dǎo)致回流時間為4.5~8秒，在P9的時間最短，為0.5秒

空間選擇性光子焊接是獨特的工藝，為指定的材料系統(tǒng)（傳導(dǎo)軌道、基板、焊料和元件）提供了一種在正?；亓鳡t中無法復(fù)制的焊接工藝。平均功率是單個光脈沖能量（取決于電容器組充電的電壓和放電的時間長度）和光脈沖入射到材料系統(tǒng)的頻率的函數(shù)。平均功率是對器件堆疊可實現(xiàn)的溫度斜率的關(guān)鍵控制因素。雖然可以以**的升溫率焊接某些器件結(jié)構(gòu)，但其他器件結(jié)構(gòu)需要較慢的升溫率以保證其不受損傷并防止不可控地放氣

如何通過空間選擇性控制溫度范圍：

01 熱敏焊點，如SAC305，在0.375秒內(nèi)回流

02 熱敏感區(qū)域，如BGA下具有傳導(dǎo)加熱的回流區(qū)

03 熱敏基板，如PET上的LED陣列

04 可靠性熱敏無鉛焊點，短加熱時間可**限度地減少金屬間化合物

05 使用帶有激光切割開口的鋁面罩熱敏元件，如電池或顯示器

06 當要求較低的空洞率時，可達到<3%

對于相同的結(jié)構(gòu)，峰值溫度可以通過增加斜率、暴露時間或兩者的組合來控制（如下圖所示）。與標準回流焊的原理一樣，每次更改都為優(yōu)化焊點質(zhì)量提供了不同的結(jié)果。對于所探索的器件結(jié)構(gòu)，在平均射入功率密度為16W/cm2的情況下，從1.5秒開始觀察到焊料的回流，在第3秒時，可以明顯改善焊縫形狀和金屬間化合物形成，以提高焊點質(zhì)量的目的。在第5秒后，開始觀察到撓性電路的機械故障和屈曲。第二張圖顯示了光子焊接設(shè)備的內(nèi)部。該設(shè)備配有批量傳送裝置。一條完整的自動化印刷、檢測、貼裝、焊接生產(chǎn)線只有21英尺長，加工時間只需3至4分鐘

中等功率0603電阻焊點3秒的溫度曲線 高功率下不同脈沖序列下焊點的溫度曲線 具有不同功率設(shè)置的焊點溫度曲線

定制閃光管、反射器、電源、冷卻和曝光控制器，可確保在不加熱底層基本條件下焊接

配備批量傳送裝置的設(shè)備

寫在**

這種新型焊接工藝可焊接300mm×400mm的基板，同時可實現(xiàn)卷對卷。目前可能出現(xiàn)的新機會包括：

1 適用于FR-4和其他傳統(tǒng)電路板，但設(shè)備占地面積較小

2 可使用溫度敏感基板以降低成本：PET、TPU、PVC、PPE、PEI、PVF、PEN等

3 可使用具有同等質(zhì)量的高溫焊料：SAC-305、SnSb等

4 可以焊接多種尺寸的元件

5 可以達到與回流爐相當?shù)男Ч?，但速度要快得?/span>

6 可選氮氣加工區(qū)

7 可卷對卷處理

8 可以在曲面上實現(xiàn)焊接

9 允許在鋁上焊接

10 堆疊的微通孔上無熱應(yīng)力

11 較低的能源需求

12 焊接參數(shù)的選擇性控制

13 提供靈活/可選的產(chǎn)品設(shè)計選項

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