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激光锡焊丨论光学形态对电子产品焊接的影响

以此类推,通过光学设计还可以用以上方法设计出3-4光点的光学系统,如果遇到更多阵列焊点,可以引用光栅阵列光焊接方法,将一束光通过特殊的光栅光学元器件分成间距相等的若干个光斑,对于多个焊点同时焊接的方式等,原理如图下所示:

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可以利用特殊的光栅器件组合成多光点点阵列焊接,如上图ABCDEF....聚焦点。

矩形光斑设计及应用

通过以上双光斑设计的方法,还可以进行矩形光斑设计。

透镜出光表面建立微型阵列结构, 由图4可以看出, 单个透镜组出光为圆形光斑, 为改变光斑形状需要在表面增加矩形阵列结构以获取矩形光斑, 矩形阵列通过自由曲面旋转挤压而成;在此建立不同的微型结构可以得到不同形状的初始光斑。

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图4

实际上得到的初始光斑并不能满足我们的实验要求,更不能满足实际生产要求,因此需要再组合其他透镜进行多次光学整形,尽可能的接近我们需要的理想光学形态。

在经过多次实验后基本上可以得到满足要求的矩形光斑。如图5:

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图5

此时矩形光斑形态对于矩形焊点加热填充效果将会更加均匀。比如,方形镀金焊盘,如果用圆形光斑加热,焊盘周边容易脱落,因为热量的不均匀性,可能导致镀金焊盘整个脱落。

矩形光斑通过调节矩形长宽变化,可以对矩形周围均匀加热,温度控制更加得心应手。

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实际得到的矩形光斑

实验案例:

如图7,细长的矩形焊盘与线束产品的焊接,如果使用圆形光斑,线材和焊盘都无法均匀加热,导致局部温度较高,要么烧毁产品,要么熔锡不彻底,无法覆盖整个焊盘。图6采用的光学形态为矩形光斑形态,通过调节矩形长宽比,得到满足焊接此产品的光学形态,可以在焊接的过程截图中看出,整个焊盘在加热过程让锡条首位同时受热,因此不会产生锡条变形扭曲而导致的无方位翘曲,熔锡的整个过程一蹴而就,顺利覆盖了整个焊盘,焊点结晶过程非常饱满圆润。

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图7

改用圆形光斑,如图8,同样参数焊接则锡熔锡缓慢,熔融的锡因为焊盘热量不均匀,并不流向温度较低的位置,再到后面锡丝直接翘曲,对产品分析有泛黄现象,焊接品质NG。

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图8

矩形光斑还有一种光学形态就是,细长比更高,几乎程一字型条形光斑,一般细长比越高,需要的镜片系统就越复杂,在焊接微小焊盘时,如果微小焊盘排列成长长的一排时,不管圆形光斑还是矩形光斑效率都比较低。此时就需要用到一字型光斑。

一字型光斑设计是偏微分方程是根据Snell定律和能量守恒建立多项式求解反射折射的曲面面型, 通过编程计算出离散点的坐标, 再导入软件中成型计算。

前面讲的激光发射的光通过光纤传输至某一个平面端面,一般程圆形状态,此时的激光光束虽然在你平面上呈现的是圆形状态,但是其本身的光束是处于发散状态的,要得到一字型细长光斑,首先需要对光斑的发射状态进行均匀的整形,利用多个镜片组和非常规镜片组合得到一条细长的光斑形态如图8:

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对一字型细长光斑,可以观察zemax点列图的分布情况判断光的落点密度情况,增加光线的密度可大致看出一字型形态的光斑的光束分布情况还比较平均,如下图

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通过软件采集条形光的边缘特性曲线(line/edge spread)如下图:

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