2.4 光纖激光器

由于光纖激光器是采用光纖來傳輸光束的，消除了旋轉(zhuǎn)的光學(xué)元件和過程，避免了很多繁瑣的光學(xué)準(zhǔn)（校）直工作，明顯地簡化了過程，既降低了成本，又提高了效率。

光纖激光器原理是由半導(dǎo)體可飽和吸收鏡、泵浦激光二極管、多模泵浦耦合器、光纖、光纖環(huán)形鏡等組成。圖3表示其中一種光纖激光器。

圖3鎖模含銩硅酸鹽玻璃光纖激光器的組成示意圖

圖3表示多模泵浦耦合器將泵浦激光二極管的激光束（波長為798nm）經(jīng)過共振銻化物半導(dǎo)體飽和吸收鏡（SESAM）吸收后，通過雙包層含銩硅酸鹽玻璃光纖（長度為30cm，數(shù)值孔徑為0.22，不同材料的折射率是不同的，所以數(shù)值孔徑是不同的，從而傳送的波長也是不同的），再經(jīng)過光纖環(huán)形鏡的反射，便可得到反射率為90%左右的2μm波長。

與傳統(tǒng)激光器比起來，光纖激光器的主要優(yōu)勢有：
（1）脈沖持續(xù)時間可以加長，因此可簡化為采用單個脈沖進(jìn)行加工；
（2）可穩(wěn)定地進(jìn)行大功率加工；
（3）形成“方形”脈沖，其前沿時間和后延時間極短，沒有拖尾而引起樹脂“焦化”或金屬“重鑄”等現(xiàn)象；
（4）脈沖能量和時間可通過編程而快速改變，使不同材料、位置、厚度等得到最佳化地進(jìn)行加工，不用再進(jìn)行精修；
（5）加工（如鉆孔等）速度比傳統(tǒng)紫外（UV）激光加工高10倍以上，每秒可加工（50~100）孔。

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單純的紫外（UV）激光器要采用提升激光脈沖重復(fù)頻率來提高激光的加工速度是不可能的，因為:
（1）紫外（UV）激光器的平均功率和脈沖能量是隨著激光脈沖重復(fù)頻率的增加而迅速降低；（2）激光脈沖寬度、脈沖與脈沖之間能量的變化會隨著脈沖重復(fù)頻率增加而明顯增加變化。這些因素的變化會影響激光加工速度、特征尺寸和加工精度，因此簡單通過增加激光脈沖重復(fù)頻率來提升加工效率是無法保證加工效果的。
因此，采用紫外（UV）混合光纖激光器，提高光纖的作用來得到更高的脈沖重復(fù)頻率的同時，又達(dá)到更高的加工功率。

總之，采用紫外（UV）混合光纖激光器和某些軟件的調(diào)整技術(shù)，達(dá)到輸出波長為355nm，輸出功率超過40W，脈沖重復(fù)評論為250kHz，消除了脈沖寬度依賴脈沖重復(fù)頻率的關(guān)系，實現(xiàn)了增加脈沖重復(fù)頻率而增加激光加工速度的同時，保持紫外（UV）混合光纖激光器的其他輸出特性穩(wěn)定而不變化，可明顯提高紫外激光的性能、質(zhì)量和生產(chǎn)率。

2.5 飛秒激光器

如果采用較長時間脈沖，如納（10~9）秒級或皮（10~12）秒級進(jìn)行脈沖加工，由于激光脈沖的上升延時間長而在加工時產(chǎn)生大量的電子碰撞和熱擴(kuò)散，導(dǎo)致所加工的零部件區(qū)域出現(xiàn)熱影響（樹脂焦化或金屬重鑄）區(qū)現(xiàn)象而帶來加工質(zhì)量和修整問題。
由于激光加工的熱擴(kuò)散是通過激光加工時產(chǎn)生的電子和離子等與其鄰近的物質(zhì)（粒子）之間的能量交換而形成的，而這種能量（熱）交換是需要一定時間的，如果激光的每個脈沖加工時間非常短，使熱交換來不及進(jìn)行或極少發(fā)生，這樣，就可以消除熱影響（樹脂焦化或金屬重鑄）區(qū)現(xiàn)象。因此，關(guān)鍵是使每個脈沖在加工時間內(nèi)所有激光能量比材料受熱影響（或吸收熱）來得快，或者說，只要每個激光的加工時間快到只有激光束所聚焦的區(qū)域吸收能量，而相鄰區(qū)域來不及發(fā)生熱擴(kuò)散，這樣的激光加工便可以得到十分優(yōu)美的高精度加工效果。實
驗表明:采用飛（10~15）秒時間的激光脈沖是可以達(dá)到這種目的的。

飛（10~15）秒激光脈沖的時間極短，是一種高能量、高方向性的電磁波，其波長通常是紫外、可見光、紅外的波段。因此這種極高強(qiáng)度和極短激光束所聚焦的材料區(qū)域能蒸發(fā)掉被沖擊的材料，由于極其快速加工而來不及進(jìn)行熱擴(kuò)散，所以不會影響激光束區(qū)域外的材料。這是因為高速激光能量沖擊部位的吸收能量比熱擴(kuò)散響應(yīng)更快，來不及進(jìn)行熱擴(kuò)散（熱擴(kuò)散是通過電子、離子等與相鄰的表面之間的連續(xù)熱交換而產(chǎn)生的），所以采用飛秒（10~15）激光加工的區(qū)域界面處不會產(chǎn)生材料熔化、焦化、毛刺（結(jié)瘤）或熱影響區(qū)等現(xiàn)象，能夠精確地去除材料，并達(dá)到更高質(zhì)量的產(chǎn)品，還可以加工成高質(zhì)量的孔和形狀等。

飛（10~15）秒激光脈沖除了上述的優(yōu)點外，所用的激光波長既可是紫外的激光波長，還可采用可見光激光波長或紅外激光的波長，只要具有飛秒級脈沖激光加工就行。飛秒激光焊接也更適合用于微型化和微加工，因為它可以實現(xiàn)更小的焊接區(qū)域和更高的精度，這對于一些需要非常精細(xì)焊接的應(yīng)用非常重要。

其次，飛秒激光可以用于更多類型材料的焊接和加工，包括熱敏感性材料、玻璃材料、輕質(zhì)復(fù)合材料、脆弱材料等，因為它的熱輸入更少，更容易控制。而且這種飛秒激光加工的孔，其厚徑比是不受限制的。同時，只要激光源能夠提供每秒高到1百萬個脈沖的話，就可以實現(xiàn)非常快的抗不連續(xù)性程度不斷減小，引起的插入損耗S21的幅度也隨之減小，且最大衰減減小了3.2dB。同時當(dāng)埋孔半徑由0.3mm到0.375mm進(jìn)行變化時，阻抗的變化范圍由10減小到7.5，阻抗不連續(xù)性程度不斷減小，且引起的插入損耗S21的幅度也隨之減小，且最大衰減減小了3dB。

這使得它在微電子、醫(yī)療器械、生物醫(yī)療、半導(dǎo)體制造、航空航天、安防/國防、新能源、生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、科研院所/高校和其他一些高精密度領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如角膜手術(shù)、靶向癌癥治療等。

另外，雖然飛秒焊可以實現(xiàn)微觀加工，并且可以將金屬加工到熔融狀態(tài)，但目前飛秒焊并未被廣泛用于金屬的焊接。這是因為金屬的焊接需要考慮材料的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)以及焊接過程中金屬的液態(tài)流動等因素，而飛秒焊無法保證很好地控制這些因素。

總的來說，飛秒激光焊接相比傳統(tǒng)激光焊接具有更高的精度、更少的熱影響和更廣泛的適用性，使得它在一些高精密度、高要求的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。

3 激光軟釬焊技術(shù)的發(fā)展方向與展望

綜上所述，在焊點的成型，內(nèi)部組織、力學(xué)性能、可靠性等方面，激光軟釬焊技術(shù)都能夠達(dá)到很好的效果。與其他類型的軟釬焊技術(shù)相比，激光軟釬焊能夠使焊點的組織更為細(xì)密均勻，因此具有更好的性能。目前，激光軟釬焊的發(fā)展方向是充分考慮激光功率、激光時間、光斑大小等因素之間的關(guān)聯(lián)，開發(fā)出更完善的生產(chǎn)工藝，使其能與大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)相適應(yīng)，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，提高其生產(chǎn)效率。同時，測溫系統(tǒng)，焊點質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，振鏡掃描與分光系統(tǒng)，PCB板焊盤自動搜索系統(tǒng)等與激光軟釬焊系統(tǒng)的結(jié)合與嵌套能夠在很大程度上促進(jìn)其智能化程度，這也成為激光軟釬焊技術(shù)未來的發(fā)展方向。

4 總結(jié)

總之，激光軟釬焊技術(shù)在SMT領(lǐng)域內(nèi)具有廣闊的應(yīng)用前景，隨著技術(shù)的進(jìn)步和市場需求的推動，其在電子制造業(yè)中的應(yīng)用將越來越廣泛。未來的研究將集中在提高焊接質(zhì)量、實現(xiàn)智能化和自動化、以及適應(yīng)無鉛化和微納尺度連接的需求。

本文由大研智造撰寫，專注于提供智能制造精密焊接領(lǐng)域的最新技術(shù)資訊和深度分析。大研智造是集研發(fā)生產(chǎn)銷售服務(wù)為一體的激光焊錫機(jī)技術(shù)廠家，擁有20年+的行業(yè)經(jīng)驗。想要了解更多關(guān)于激光焊錫機(jī)在智能制造精密焊接領(lǐng)域中的應(yīng)用，或是有特定的技術(shù)需求，請通過大研智造官網(wǎng)與我們聯(lián)系。歡迎來我司參觀、試機(jī)、免費打樣。

審核編輯 黃宇