1．引言

从每年的上海慕尼黑光博会，各大光器件展商参展都会升级出速度更快，性能更稳定，光学质量更高，功率更大的新一代激光器无不闪耀展台。

光器件的发展依然推动着各行各业的发展，例如更高质量的激光打标，切割，焊接，除锈等等。纵观各大厂商的推出的以上高端激光器件甚至高端激光成套激光设备，我们发现，除了打标，切割，焊接，除锈等这类应用以外，还有一种新颖的应用方式：激光锡焊

2．激光锡焊的发展及其所面临的问题

众所周知，激光锡焊的发展至今没几年，技术也不太成熟，大部分设备制造商采用的方式和激光打标或者激光焊接原理类似，直接对着需要锡焊的产品开激光，控制激光功率照射焊盘焊料，一般用于需要预先上满焊膏的回流焊范围。

这种方式虽然拥有了非接触性加工的各种优点，但是温度却不可控，烧坏产品时有发生，而电子行业锡焊主要还是要有稳定的温度来锡焊才能得到合格成品。即便如此，很多电子厂处于各种原因仍然选择了这种类型的激光锡焊设备用来替代烙铁焊机器人。

温度不可控的激光锡焊设备在电子厂批量化生产不仅仅难以保障产品焊接的质量，还有发生火灾的危险。

所以企业在为了完成满足激光非接触性焊接的同时，不仅仅要考虑他的可靠性，还要考虑设备的可控性，安全性等等综合性能。

激光技术虽然在飞速发展，激光锡焊设备供应商在更好的服务电子厂的同时，也需要大资金投入研发，将同步技术升级。

让人欣慰的是，最近温控型激光锡焊技术也得到了发展，不少激光设备制造商意识到了温控对电子产品锡焊的重要性，因此也推出了温控型的激光锡焊设备，虽然不太成熟，但给电子产品可控的非接触选择性锡焊带来了福音。

3．温控型激光锡焊的原理

18年以后，宣传拥有温控型的激光锡焊设备逐渐崭露头角，我们先来了解什么是温控型激光锡焊设备。

温度控制原理为：通过红外检测方式，实时检测激光对加工件的红外热辐射，形成激光焊接温度和检测温度的闭环控制，通过PID的计算调节，可以有效控制激光焊接温度在设定范围波动。由上位机将设定的温度指令传给单片机。单片机控制半导体激光器打开激光；通过光学耦合系统将半导体激光器输出的激光照射到指定焊接区域，同时对激光扫射区域进行测温。在这种焊接模式下，测温数据形成对单片机的反馈，构成闭环控制。使焊接区域温度在设定范围，从而达到控温焊接的过程。

通过这样一个原理介绍和图形关系，对于温度控制原理就不难理解了。

4．实验及结果讨论

通过以上原理完成温度控制的激光锡焊设备，我们在某电子OEM厂选取目前比较有名且实力比较优秀供应商，带有温控激光锡焊设备的A型设备做一段激光锡焊的实验演示：

4．1实验

根据公开资料显示，使用的波长为915nm半导体激光器，功率50w，光学器件为复合光学镜头，带温度传感器，400um光纤传输，插针件焊锡：

整个过程焊接没什么问题，但是专业且细心的部分观众可能就有个疑问，这个尖峰到底是什么回事，为什么会在开激光瞬间升到550℃摄氏度，一般的焊盘完全怎么着也用不了这么高的温度，而且是550℃摄氏度没有稳定住，并不符合整个锡焊的过程。

却是，在电子产品锡焊过程中，激光出现突然的尖峰是比较危险的，瞬间温度过高很有可能烧伤甚至击穿焊盘，这是什么原因导致的呢。松尔德科技的研发工程师在产品开发的过程中也遇到过这样的现象，经过严密的分析发现，激光开光瞬间高峰属于激光器的超调现象。超调现象在整个激光行业也比较常见，经常的，激光切割和激光焊接都会有超调现象，对于切割和焊接，这种影响微乎其微，忽略不计，但是到了电子产品锡焊，那就非常致命了。

至此A公司的温控激光锡焊产品温控性能展示实验暂且完毕。

4．2实验

在该电子厂，选取目前同样激光锡焊设备占有一席之地的供应商B型设备做一段激光锡焊的实验：

根据公开资料显示，使用的波长同样为915nm半导体激光器，功率70w，光学器件为复合光学镜头，带温度传感器，400um光纤传输，插针件焊锡：

从上图锡焊过程可以看到，整个锡焊的过程温度控制波动剧烈，从220℃摄氏度到320摄氏度之间波动，温度波动区间较大，温度控制滞后，激光偶尔强闪。虽然焊接过程完成了，但是对于大部分产品而言，温度控制不准，温度控制跳动幅度较大，温度控制有尖峰，都是致命的，电子产品量产的时候，稍微不小心就有烧伤甚至击穿的现象，带来不可挽回的损失。

还有一个问题就是，蓝色采集线之前的部分为空白，没有采集到温度是什么情况，具体情况不好猜测，暂且略过。

至此B公司的温控激光锡焊产品温控性能展示实验暂且完毕。

4．3实验

现在再来看看愿意公开数据的松尔德科技，同样也作为一家温控激光锡焊设备的研发制造商为我们提供的锡焊数据：

使用的波长为940nm半导体激光器，功率80w，光学器件为松尔德科技光学工程师团队自主研发的五光同轴光学镜头，带温度传感器，400um光纤传输。

依然采用插针件作为实验对象。

为了全方位展示自己的温控能力，技术人员故意选择一个大焊盘，并且将温度设定为跳跃式升温，从实验数据上看，花式展示了温控模式下，激光加热的焊盘温度牢牢的被锁定在了所需要达到的温度值，并且误差极小。

焊盘虽然比较大，散热快，但是在温度控制的保驾护航下，曲线并没有出现任何波动，从始至终都保持在设定的温度值直到锡焊完成，焊点实时监控全程记录了焊接的过程，如图11．

5．分析：

先来看看传统锡焊升温过程理论，如图

在来看看同样条件下温度控制下激光升温的理论图（毫秒）

激光对升温速度快，而且有温度控制的激光锡焊设备对电子产品的非接触式锡焊的批量化生产提供了更好的保护。

升温速度快得益于光学质量越好，激光的光密度高，能量越集中，升温速度越快，在快速升温的过程中，温度控制能够抑制超调，温控的稳定性抑制温度上下波动，对电子产品锡焊质量的稳定性有着密切联系， 因此光学设计对本系统的重要性举足轻重。经过分析，列举如下：

 1． 需要能量更加集中，得到更小的光斑。

2需要更高的激光透过率，减少能量损失。

3．需要更小的腰斑直径设计，减少其他器件对激光的遮挡影响。

4．需要更精准的温度控制，需要红外探测光与近红外尽可能的消除色差。

5．需要兼顾可视化实时监控，需要CCD视觉有更清晰的成像光学条件。

6． 需要减少各类光学的反射和吸收，保证光学系统的准确性等。

7． 需要消除阴影的无影光设计，对焊盘的识别更准确。

8．需要有较高的工作距离，防止助焊剂飞溅和烟尘污染对光学器件的损坏等等

6．结论

本文使用市面上比较有实力的提供温控激光锡焊设备的公司做了三个同类激光锡焊对比试验，试验过程均采用了如上所述的温控闭环反馈系统来实时反馈激光对插针件锡焊过程的温度变化过程，分析了温度控制的原理以及温度波动的原因。经过三个实验，将影响最大的因素——光学系统单独剥离出来分析，利用光学系统将激光聚焦到相对高的能量密度（更小的光斑），得到更快的升温速度，利用sensor高强激光温控仪光学器件集成于光学系统，得到更精准更高速的温度控制数据，用高速CCD相机更快的实时捕捉锡焊画面，实时分析锡焊过程。

松尔德科技的整套温控激光锡焊系统集成度高，激光光斑更小，能量密度更高，激光透过率高达90％－95％，温度控制准确，响应速度更快，符合电子器件厂对产品激光锡焊的各项要求，升级后的光学系统附带的屈光调节系统可改变激光折射率，从而改变光学形态，覆盖的锡焊产品范围更广。

随着折叠屏和5G通讯，智能汽车时代的到来，FPC软板锡焊，摄像头焊接，光模块锡焊等高科技配件将供不应求，温控型的激光锡焊设备将随着行业深入发展大放异彩。关注激光锡焊应用，关注研发实力雄厚的武汉松尔德科技有限公司，我们将为客户带来最好用的温控激光锡焊设备。

如有疑问欢迎指正。

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