激光錫焊時(shí)為什么會(huì)燒傷pcb板

激光錫焊已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在電子行業(yè)，很多廠(chǎng)家的PCB板是通過(guò)激光錫焊的方式焊接的，有時(shí)候激光焊接的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)燒板的情況，松盛光電來(lái)介紹激光焊接時(shí)燒板的原因及其相應(yīng)的解決方案。

1. 激光參數(shù)設(shè)置不合理

激光功率過(guò)高

激光功率是決定焊接熱量輸入的關(guān)鍵因素。如果功率設(shè)置得過(guò)高，激光能量在短時(shí)間內(nèi)大量聚集在焊點(diǎn)部位，產(chǎn)生的熱量就會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)焊錫熔化所需的熱量。例如，在焊接微小的貼片元件時(shí)，若原本只需要 3 - 5W 的功率就能實(shí)現(xiàn)良好焊接，但實(shí)際設(shè)置為 8 - 10W，多余的熱量就會(huì)傳導(dǎo)至 PCB 板，導(dǎo)致其燒傷。

不同的 PCB 板材料和厚度對(duì)激光功率的承受能力也不同。對(duì)于較薄的 PCB 板或者熱敏感性高的材料(如某些高頻高速 PCB 板材料)，過(guò)高的功率更容易引起燒傷。

脈沖寬度和頻率不當(dāng)

激光脈沖寬度決定了每次脈沖作用時(shí)間的長(zhǎng)短。如果脈沖寬度過(guò)長(zhǎng)，激光在每個(gè)脈沖周期內(nèi)與 PCB 板和焊料的作用時(shí)間增加，使得熱量積累過(guò)多。例如，在脈沖寬度設(shè)置為幾十毫秒時(shí)，相比合理的幾毫秒的脈沖寬度，熱量傳遞到 PCB 板的深度和廣度都會(huì)增加，從而可能造成燒傷。

激光頻率也很關(guān)鍵。頻率過(guò)高意味著單位時(shí)間內(nèi)激光脈沖次數(shù)增加，總的熱量輸入也就增多。例如，在焊接精細(xì)間距的元件時(shí)，過(guò)高的頻率會(huì)導(dǎo)致相鄰焊點(diǎn)之間的區(qū)域溫度升高，進(jìn)而燒傷 PCB 板。

2. PCB 板自身特性

材料的熱性能差

PCB 板材料的熱導(dǎo)率較低時(shí)，熱量在材料內(nèi)部的傳導(dǎo)速度慢，焊接時(shí)產(chǎn)生的熱量容易集中在焊點(diǎn)附近。例如，一些采用特殊有機(jī)材料作為絕緣層的 PCB 板，其熱導(dǎo)率可能只有 0.2 - 0.3W/(m?K)，而普通 FR - 4 材料的熱導(dǎo)率約為 0.3 - 0.4W/(m?K)，這種低熱導(dǎo)率材料在激光焊接時(shí)更容易出現(xiàn)局部過(guò)熱和燒傷。

材料的比熱容也是一個(gè)因素。比熱容小的材料，在吸收相同熱量時(shí)溫度上升更快。如果 PCB 板材料的比熱容較小，在激光焊接過(guò)程中就更容易達(dá)到高溫而被燒傷。

表面處理和質(zhì)量問(wèn)題

PCB 板的表面處理方式會(huì)影響激光焊接效果。例如，一些表面有油污、氧化層或者雜質(zhì)的 PCB 板，激光照射時(shí)，這些污染物會(huì)吸收部分激光能量，產(chǎn)生額外的熱量，并且可能改變激光能量的分布，增加燒傷的風(fēng)險(xiǎn)。

另外，如果 PCB 板在制造過(guò)程中存在內(nèi)部缺陷，如分層、空洞等，在激光焊接時(shí)，熱量在這些缺陷處的分布和傳導(dǎo)會(huì)出現(xiàn)異常，導(dǎo)致局部過(guò)熱而燒傷。

　3. 焊接過(guò)程中的熱積累

連續(xù)焊接或焊接點(diǎn)密集

在連續(xù)進(jìn)行多個(gè)焊點(diǎn)的激光焊接時(shí)，前一個(gè)焊點(diǎn)產(chǎn)生的熱量還來(lái)不及散發(fā)，后續(xù)焊點(diǎn)的焊接又會(huì)引入新的熱量，熱量不斷積累就會(huì)導(dǎo)致 PCB 板溫度逐漸升高。例如，在焊接密集排列的芯片引腳時(shí)，如果沒(méi)有合理的散熱措施，很容易因?yàn)闊岱e累而燒傷 PCB 板。

對(duì)于一些大型的 PCB 板或者復(fù)雜的電路板，由于焊接點(diǎn)數(shù)量眾多，在焊接過(guò)程中也容易出現(xiàn)熱積累現(xiàn)象。而且，如果焊接順序不合理，也會(huì)加劇這種情況，例如從電路板的中心區(qū)域開(kāi)始焊接，熱量會(huì)向四周擴(kuò)散，使得整個(gè)電路板的溫度升高。

4. 缺乏有效的散熱措施

散熱路徑受阻

PCB 板上的散熱路徑主要通過(guò)銅箔、過(guò)孔等結(jié)構(gòu)將熱量傳導(dǎo)出去。如果這些散熱路徑被破壞或者設(shè)計(jì)不合理，熱量就無(wú)法有效散發(fā)。例如，在 PCB 板設(shè)計(jì)中，若銅箔被蝕刻得過(guò)于狹窄或者過(guò)孔數(shù)量過(guò)少，在激光焊接時(shí)熱量就會(huì)在焊點(diǎn)附近積聚，導(dǎo)致 PCB 板燒傷。

當(dāng) PCB 板安裝在設(shè)備中時(shí)，如果設(shè)備的外殼或者其他部件阻擋了 PCB 板的散熱通道，也會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似的問(wèn)題。

沒(méi)有輔助散熱裝置

在一些高精度或者高功率的激光焊接場(chǎng)景下，沒(méi)有使用輔助散熱裝置，如散熱風(fēng)扇、散熱片或者熱沉等。例如，對(duì)于一些大功率的激光焊接設(shè)備，焊接過(guò)程中產(chǎn)生的熱量較大，如果沒(méi)有及時(shí)通過(guò)散熱風(fēng)扇將熱量帶走，PCB 板就很容易被燒傷。

PCB燒板相應(yīng)的解決方案

　　1. 優(yōu)化激光參數(shù)

功率調(diào)整

進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn)，通過(guò)逐步降低激光功率找到合適的焊接功率值?？梢詮妮^低功率開(kāi)始嘗試，每次增加較小的功率幅度(如 0.5 - 1W)，觀(guān)察焊錫的熔化狀態(tài)和 PCB 板的受熱情況。例如，對(duì)于常規(guī)的 SMT(表面貼裝技術(shù))元件焊接，起始功率可以設(shè)置為 2 - 3W，直到找到既能使焊錫良好熔化，又不會(huì)燒傷 PCB 板的功率范圍。

根據(jù) PCB 板的材料和厚度來(lái)調(diào)整功率。對(duì)于較薄的 PCB 板(厚度小于 1mm)，功率應(yīng)適當(dāng)降低;對(duì)于熱敏感性高的材料，如聚酰亞胺柔性 PCB 板，功率可能需要控制在較低水平，一般不超過(guò) 4 - 5W。

脈沖寬度和頻率優(yōu)化

縮短脈沖寬度，減少每次脈沖的熱量輸入。通?？梢詫⒚}沖寬度從幾十毫秒降低到幾毫秒。在保證焊錫能夠充分熔化的前提下，盡量縮短脈沖寬度，以降低熱量積累。

合理調(diào)整頻率，避免頻率過(guò)高導(dǎo)致熱量過(guò)度積累。對(duì)于間距較大的焊點(diǎn)，頻率可以設(shè)置在較低水平，如 10 - 50Hz;對(duì)于間距較小但焊點(diǎn)數(shù)量較多的情況，頻率可以適當(dāng)提高，但一般不超過(guò) 100 - 200Hz，同時(shí)要密切關(guān)注 PCB 板的溫度變化。

2. 改善 PCB 板性能

選擇合適的材料

優(yōu)先選用熱導(dǎo)率高、比熱容大的 PCB 板材料，以提高熱量在材料內(nèi)部的傳導(dǎo)和擴(kuò)散能力。例如，使用陶瓷基 PCB 板，其熱導(dǎo)率可以達(dá)到 2 - 3W/(m?K) 以上，相比傳統(tǒng)的 FR - 4 材料能夠更好地散熱，降低燒傷風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)于有特殊要求的 PCB 板，如高頻高速應(yīng)用場(chǎng)景，在考慮電氣性能的同時(shí)，也要兼顧材料的熱性能?？梢赃x擇添加了高導(dǎo)熱填料(如氧化鋁、氮化硼等)的復(fù)合材料，提高其熱導(dǎo)率。

加強(qiáng)表面處理質(zhì)量

在焊接前，對(duì) PCB 板進(jìn)行清潔處理，使用專(zhuān)用的電子清潔劑去除表面的油污、氧化層和雜質(zhì)?？梢圆捎贸暡ㄇ逑吹姆绞?，將 PCB 板放入含有清潔劑的超聲波清洗槽中，清洗時(shí)間一般為 3 - 5 分鐘，以確保表面清潔。

對(duì)于 PCB 板的表面處理工藝，如鍍金、鍍錫等，要確保鍍層的質(zhì)量和厚度符合要求。良好的鍍層可以提高激光的反射率，減少激光能量的吸收，降低燒傷的可能性。

3. 控制焊接過(guò)程中的熱積累

優(yōu)化焊接順序和間隔

對(duì)于有多個(gè)焊點(diǎn)的 PCB 板，設(shè)計(jì)合理的焊接順序，盡量從 PCB 板的邊緣向中心或者從溫度敏感區(qū)域的外圍開(kāi)始焊接。這樣可以利用周?chē)h(huán)境的散熱，減少熱量在電路板內(nèi)部的集中。

在連續(xù)焊接多個(gè)焊點(diǎn)時(shí)，適當(dāng)增加焊點(diǎn)之間的間隔時(shí)間，讓前一個(gè)焊點(diǎn)的熱量有足夠的時(shí)間散發(fā)。例如，每個(gè)焊點(diǎn)焊接后等待 1 - 2 秒再進(jìn)行下一個(gè)焊點(diǎn)的焊接，以避免熱量積累。

采用分步焊接方法

對(duì)于大型或復(fù)雜的 PCB 板，采用分步焊接的策略。例如，將整個(gè) PCB 板的焊接過(guò)程分為幾個(gè)階段，每個(gè)階段完成一部分焊點(diǎn)的焊接后，先對(duì) PCB 板進(jìn)行冷卻，然后再進(jìn)行下一階段的焊接?？梢允褂蔑L(fēng)扇或者自然冷卻的方式，使 PCB 板溫度降低到安全范圍(如 40 - 50℃)后再繼續(xù)焊接。

　4. 增強(qiáng)散熱措施

優(yōu)化 PCB 板散熱設(shè)計(jì)

在 PCB 板設(shè)計(jì)階段，合理規(guī)劃銅箔的布局和尺寸，確保足夠的散熱通道。例如，對(duì)于功率較大的元件周?chē)?，增加大面積的接地銅箔，銅箔寬度可以設(shè)計(jì)為 3 - 5mm，以提高熱量的傳導(dǎo)能力。

適當(dāng)增加過(guò)孔的數(shù)量和尺寸，使熱量能夠通過(guò)過(guò)孔在 PCB 板的不同層之間傳導(dǎo)。過(guò)孔的直徑可以設(shè)計(jì)為 0.3 - 0.5mm，間距可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置為 1 - 2mm。

使用輔助散熱設(shè)備

安裝散熱風(fēng)扇，將熱空氣從焊接區(qū)域周?chē)鷰ё?。可以根?jù)焊接區(qū)域的大小和熱功率選擇合適的風(fēng)扇，例如對(duì)于小型的 PCB 板焊接區(qū)域，選擇直徑為 40 - 60mm、風(fēng)量為 10 - 20CFM(立方英尺 / 分鐘)的風(fēng)扇。

對(duì)于高功率的激光焊接或者對(duì)溫度控制要求嚴(yán)格的場(chǎng)合，使用散熱片或熱沉。將散熱片直接安裝在 PCB 板的背面或者元件上，通過(guò)熱傳導(dǎo)將熱量傳遞到散熱片上，再通過(guò)自然對(duì)流或強(qiáng)制對(duì)流的方式散熱。散熱片的材質(zhì)可以選擇鋁或銅，其表面積要根據(jù)熱功率和允許的溫度升高范圍來(lái)確定。