张 伟

（中国电子科技集团公司第三十八研究，合肥 230031）

我们研究的再流焊技术和激光软钎焊技术，各有不同的优点和特性，如冷却速度方面；局部加热速度方面这些因素，在高密度基板上速热、速冷能在钎焊时产生良好的显微组织视角。焊点测试，有效的提高了焊点的抗疲劳性能方面。再就是半导体激光焊接技术要比CO2激光和Nd：YAG激光焊接技术的波长会显得更短一些、结构方面也是更紧凑一些，维护更加方便。我们针对高效率电光转换、小微型电子元器件的“无铅”组装技术的试验研究与分析，得出结论是激光钎焊时间固定（如0.5s）时间内，在随着激光输出功率的增加的时候，（Sn-Ag-Cu无铅钎料）会明显的改善钎焊性能和质量，在让激光输出功率到达17.5W左右时是最佳的焊接阶段，随着激光输出功率的增大后，（无铅钎料）的钎焊性能变差开始出现。由此得出激光输出功率的大小，将会严重影响钎焊性能和最佳质量。随着激光钎焊在不同的时间内焊接，得出激光输出功率越高的时候，激光钎焊的最佳时间就会更短的结论。在激光输出功率过低（P≤13W）或过高（P≥19W）的时时候，尽管调整激光钎焊的长短时间过程，（无铅钎料）在Cu基体板上的润湿铺展都会显示出较差的效果。实验证明激光软钎焊获得比红外再流焊的钎焊性能是更佳的，它具有快热快冷的特性，从而改变了液态金属表面扩展力度和性能质量诸多方面。

我们在分析试验片式电阻元件的半导体激光无铅软钎焊工艺的过程时候，采用半导体“激光软钎焊系统”工艺，用在PCB基板上，发现成型良好。焊点表面光亮，无氧化等等这些优特点。从而证明出使用半导体激光软钎焊的方法“钎焊片式电阻元件”得到的焊点接头成型的性能的最佳的，与红外再流焊方法相比得出焊点力学性能是更佳的。根据数字分析半导体激光钎焊，在片式电阻元件Sn-Ag-Cu无铅焊点过程中的强度与红外再流焊对比，最佳效益能够提高达18.15%附近。然而半导体激光钎焊焊接在片式电阻元件Sn-Pb焊点强度比较，红外再流焊最佳值能够接近38.79%。我们继续观察发现激光软钎焊过程的结果，它比红外再流焊技术的结果会得出更加优异的钎料/基体的显微组织性能和质量。我们如果在半导体激光软钎焊方法焊接微小片式电阻元件时，观察到激光软钎焊钎料在焊盘金属Cu和片式电阻金属融化端的润湿性，显得更佳的效果。接头、焊点、成型都有最佳的直观性，焊点强度提高显著。再显微组织的观察分析焊点的断口发现，这样的断口显现典型的剪切伸长韧窝形状，这些焊点的塑性变形也达到质量效果的最佳值。

我们对半导体激光软钎焊工艺在PCB基板上进行QFP器件的组装研究过程中，从QFP器件半导体激光无铅软钎焊工艺的分析观察，在目前无桥连、无钎料球等外观缺陷的焊点是最佳的。通过焊点力学性能结果的测试，得出半导体激光钎焊QFP32器件Sn-Ag-Cu无铅焊点，显现的强度比红外再流焊提高接近10.37%，而半导体激光钎焊的无铅焊点强度与比红外再流焊焊点强度相比，明显看到提高12.62%，试验结果得出半导体激光钎焊能显著改善钎料的钎焊性能。我们再看优化焊点的显微组织（包括宏观、微观组织）的分析，我们明显看到钎料/焊盘和钎料/引线之间都出现细小较为平缓的金属化合物覆盖层面，我们看到的这些“金属间化合物层”，对焊点的保护起到具有良好的焊点力学性能，它使得半导体激光软钎焊焊点的韧性拉伸断裂显现韧性更佳。

我们在试验过程中发现Nd：YAG激光的波长与CO2激光的波长相比得到的波长更短，得到结论是半导体激光被钎料金属吸收的效果是最佳的；再就是快速加热、冷却的效果显现也是较为特别。这样的快速加热、冷却的全部操作，对微电子元器件的激光软钎焊点的润湿性，韧性拉伸断裂强度都会显著改善得到最佳的理想的效果。

接下来再对无铅焊点热循环试验我们得出激光钎焊无铅焊点的可靠性优于红外再流焊焊点的结论。我们再对焊点显微组织进行系统观察过程中发现到，半导体激光快速加热、快速冷却在焊点内部获得均匀细小的钎料组织和薄而平缓的界面金属间化合物表面层组织形成冶金结合效果是最佳的。再看焊点显微组织的系统观察研究结果，我们发现在相同的热循环次数的时候，观察到半导体激光软钎焊技术的无铅焊点（中钎料/Cu焊盘界面上的金属间化合物）厚度小于红外再流焊无铅焊点；得出片式电阻元件Sn-Pb激光软钎焊无铅焊点中钎料内部的金属间化合层颗粒要比红外再流焊无铅焊点组织结构更细小均匀而且效果质量更佳。

结论

通过我们实验和数字分析，从理论上阐明了一点，微电子元器件半导体激光软钎焊技术，对于组件批量制造技术和多芯片系统组装，采用半导体激光软钎焊技术提高产品合格率是肯定的、对使用寿命的延长提供了理论依据和实验结果的最佳化，值得发展和肯定。