光通讯模块封装-浅谈激光锡焊技术的应用

近年来，大数据、云计算、5G、物联网以及人工智能等应用市场快速发展，将要来临的无人驾驶应用市场，给数据流量带来了爆炸性增长，数据中心互联逐渐发展成为光通信的研究热点，其中自然也就包括了光模块的封装焊接 。

什么是光模块的封装？

简单来说光模块的封装就是指光模块的外形，随着技术的进步，光模块也在不断的更新换代，从外形来看的话是在不断的变小，当然除了外形，光模块的各方面性能也有了很大变化，包括速率、传输距离、输出功率、灵敏度以及工作温度等。

根据光模块外观（封装）可分为以下形式：QSFP28、 CFP4、 CFP2、 CFP、QSFP+、 SFP28、SFP+、 XFP、 X2、 Xenpak、 CSFP、 GBIC、GBIC Copper、 SFP、 SFP Copper、 SFF、 1 x 9 等，因为中间有些类型已经很少在使用，下面我们就几种熟知的类型做个简单的介绍。

光器件封装——SFP封装

SFP（Small Form-factor Pluggable）可以简单的理解为GBIC的升级版本,是最晚出现，但也是目前应用最广泛的光模块产品。

SFP光模块继承了GBIC的热插拔特性，也借鉴了SFF小型化的优势。采用LC(SC接头仅适用于单纤双向）光接头，其体积仅为GBIC模块的1/2, 极大增加了网络设备的端口密度（可以在相同的面板上配置多出一倍以上的端口数量），适应了网络快速发展的趋势。主要设备厂商，无一例外摒弃了GBIC产品，转而采用SFP光模块。可选波长为850nm，1310nm，1490nm，1550nm，CWDM，DWDM；速率为0－10Gbit/s；符合RoHS 标准、符合SFF-8472协议。

光器件封装——XFP封装

XFP（10 Gigabit Small Form Factor Pluggable），“X”是罗马数字10的缩写，表示10G的意思，所有的XFP模块都是10G光模块。XFP是一种可热插拔的，独立于通信协议的光收发模块，XFP用于10G bps的SONET/SDH，光纤通道，gigabit Ethernet，10 gigabit Ethernet和其他应用中，也包括CWDM, DWDM 链路,遵循XFP MSA协议。可选波长：850nm,1310nm,1270nm,1330nm,CWDM,DWDM；速率：10Gbit/s。

光器件封装——SFP+封装

从2002年标准推出，到2010年SFP+已经取代XFP成为10G 市场主流产品。遵循IEEE 802.3ae、SFF-8431、SFF-8432协议。SFP+保留了基本的电光、光电转换功能,减少了原有XFP设计中的SerDes, CDR（Clock and Data Recover, EDC, MAC（Media Access Control）等信号控制功能,从而简化了10G光模块的设计,功耗也因而更小。比XFP光模块外观尺寸缩小了约30%,和普通的SFP光模块外观一样。SFP+按照ANSI T11协议,可以满足光纤通道的8.5G和以太网10G的应用，具有高密度、低功耗、更低系统构造成本等显著优点SFP+的屏蔽要求比SFP更严格,要求具备更好的屏蔽效果。

光器件封装——QSFP+封装

QSFP(Quad Small Form-factor Pluggable)，四通道小型可插拔光模块，具有四个独立的全双工收发通道。是为了满足市场对更高密度的高速可插拔解决方案的需求而诞生的。QSFP +收发器可以取代4标准SFP +收发器，结果是更大的端口密度和整个系统的成本节约超过传统SFP +产品，这种光模块主要有两种接口：LC和MTP/MPO。

光模块封装的焊接工艺

在行业内，传统的光通讯器件封装技术，一般是通过UV胶将器件在结合面处粘接固定起来，先是将UV胶点到器件结合处，再通过紫外线灯照射固化。这种器件连接方式，存在许多缺陷，比如，固化深度有限；受器件几何形状限制；紫外线灯照射不到的地方胶不会固化。既要有点胶装置，又要设置紫外灯，使得整个系统机构变得比较复杂，最主要的是在器件实际使用时，由于受热等因素，会存在上下器件在结合处出现微量的位置偏移，导致器件耦合功率值失常，精度下降，影响产品质量，还有生产节拍长，效率不高。

激光锡膏焊是一种在光通讯模块上应用非常成熟的焊接技术。通过将锡膏涂覆在焊盘上，采用激光加热将锡膏熔化然后凝固形成焊点，操作比较简单。其所具备的焊接牢固、变形极小、精度高、速度快、易实现自动控制等优点，使之成为光通讯器件封装技术的重要手段之一。

科普：微电子行业必不可少的激光锡焊

随着电子元器件的精、薄、短、小、差异化发展，传统的工艺已经越来越无法满足超细小化电子基板、多层化的点状零件焊接需求。激光锡焊以「非接触焊接、无静电、可实时质量控制」等技术优势逐渐成为弥补传统焊接工艺不足的新技术，并得到了行业的广泛应用。随着市场的要求更多，激光锡焊技术也为电子产业带来更多的发展空间。

壹 激光锡焊的定义

激光锡焊原理是利用激光作为加热光源，传输光纤与激光焊接头相互配合，将激光聚焦于焊接区域，激光辐射能转换成热能，熔化锡材，完成焊接。

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激光焊接按照锡料状态分为锡膏、锡丝以及锡球激光焊。相比传统波峰焊、回流焊、手工烙铁锡焊等锡焊工艺，激 光 锡 焊 的 激 光 光 源 主 要 为 半 导 体 光 源（808-980nm）。由于半导体光源属近红外波段，具有良好热效应，其特有的光束均匀性与激光能量的持续性，对焊盘的均匀加热、快速升温效果显著，具有焊接效率高、焊接位置可精确控制、焊点一致性好等优势，非常适合小微型电子元器件、结构复杂电路板及 PCB 板等微小复杂结构零件的精密焊接。

激光锡焊对比 （提示：点击图片放大查看）

贰 激光锡焊市场体量

电子行业是国家战略性发展产业，时下，消费电子行业存量市场空间依然非常大；一方面，个人电脑、平板电脑、智能手机都已经开始进入红海的竞争格局，随之而来的将是各自产品在技术创新上的突破，从而带来新的技术应用和工艺变革。另外，随着技术进一步的创新，在消费电子领域也涌现出一批新产品。如智能手表、智能手环为代表的可穿戴设备、AR/VR、消费无人机等，这些新兴的消费电子产品发展迅猛。

数据来源： 电子信息行业联合会

锡联万物。当下，市场正朝着纵向数量的增长和横向应用领域的扩展，随之而来的是市场对电子元器件需求的增长，锡焊是其生产工艺中必不可少的环节， 因此，包括上游产业链也相继寻找激光锡焊工艺解决方案。相信激光锡焊在目前及未来很长的时间将会有惊人的爆发式增长和较为庞大的市场体量。

叁 激光锡焊应用

激光锡焊适合材料 （提示：点击图片放大查看）

1.激光锡膏焊

激光锡膏焊是以激光为热源加热锡膏融化的激光焊接技术。通过将锡膏涂覆在焊盘上，采用激光加热将锡膏熔化然后凝固形成焊点，操作比较简单。但由于锡膏是由小颗粒锡珠组合成，在激光光斑作用的边缘由于热量较低导致部分锡珠没有完全熔化而形成残留，对电路板有造成短路的风险，因此，激光锡膏焊尽量采用防飞溅锡膏以避免飞溅的锡珠造成短路。

激光锡膏焊接原理 （提示：点击图片放大查看）

激光锡膏焊一般应用在微小型的精密零件、工件的加固以及预上锡方面，此外，也适用于电路导通焊接，对于柔性电路板的焊接效果非常好，比如塑料天线座，因其不存在复杂电路，通过锡膏焊往往能达到不错的效果。

UW激光锡膏焊接应用案例 （提示：点击图片放大查看）

2. 激光锡丝焊接

激光预热焊件后，自动送丝机构将锡丝送到指定位置后，激光将低于焊件的焊料熔化完成焊接。

激光锡丝焊接原理 （提示：点击图片放大查看）

激光送丝焊接具有结构紧凑、一次性作业的特点，焊点饱满，与焊盘润湿性好，尤其适合PCB电路板、光学元器件、声学元器件、半导体制冷元器件等集成电路板及其单一电子元器件锡焊。

联赢激光自主研发的PCB 锡焊倒挂焊接台 是专为 SMT 行业相关 PCB 板激光送丝锡焊工序定制，既支持上下游工序设备的无缝衔接自动生产，也支持手动人工上下料，实现焊接工位的精确快速定位和激光功率的稳定输出，送锡精准且与激光加热协调运作。该设备整机效率高、维护少、焊点质量牢固可靠、成形美观，能帮助客户有效提高焊接质量及效率。

另外，UW这里也要提醒大家，材料预热、送丝熔化及抽丝离开三个步骤的精准实施是决定激光送丝焊焊接是否完美的关键点。 比方说，预热 PCB 焊盘时，温度一定要严格控制，温度高会对 PCB 焊盘及现有电子元件造成损伤，温度低无法起到预热效果。送丝和离丝速度要快，送丝速度慢，会产生激光烧灼 PCB 的现象，离丝速度慢则会出现多余焊丝堵住送丝嘴的现象。

UW激光锡丝焊接应用案例 （提示：点击图片放大查看）

3. 激光锡球焊

激光锡球焊分为喷球焊接和植球焊接，是一种全新的锡焊贴装工艺。这种工艺的主要优点是能实现极小尺寸的互连，熔滴大小可小至几十微米。能将容器中的锡球通过特制的单锡珠分球系统转移至喷射头，通过激光的高脉冲能量，瞬间熔化置于喷射头上的锡球，再利用惰性气体压力将熔化后的锡料，喷射到焊点表面，形成互联焊点。

激光锡球焊接原理 （提示：点击图片放大查看）

由于锡球内不含助焊剂，激光加热熔融后不会造成飞溅，凝固后饱满圆滑，对焊盘不存在后续清洗或表面处理等附加工序。且锡量恒定，分球焊接速度快、精度高，尤其适合高清摄像头模组及精密声控器件、数据线焊点组装等细小焊盘及漆包线锡焊。

联赢激光自主研发的锡球喷射焊接台采用双工位工作模式，最大限度利用锡球出射头提高焊接效率，出球速度最快达 3 球/s 。焊接部分搭载直线电机结合送料研磨模组实现短距离平稳启停、长间距快速响应。高标准的重复定位精度保证产品焊接一致性、稳定性。此外，该设备操作简便，焊接过程中无需工具接触，避免了工具与器件表面接触而造成器件表面损伤，满足精密电子元器件焊接要求的同时，能帮助客户极大程度提高产能。

UW激光锡球焊接应用案例 （提示：点击图片放大查看）

时下，国内微电子企业PCB、FPCB板主件、晶振元件、倒装芯片等制造过程已经越来越多地使用激光锡焊。具体表现在微电子封装和组装中，激光锡焊已经用于高密度引线表面贴装器件的回流焊、热敏感和静电敏感器件的回流焊、选择性再流焊、BGA 外引线的凸点制作、Flip chip 的芯片上凸点制作、BGA 凸点的返修、TAB 器件封装引线的连接、摄像头模组、VCM音圈马达、CCM、FPC、连接器、天线、传感器、电感、硬盘磁头、扬声器、喇叭、光通讯元器件、热敏元件、光敏元件等传统方式难以焊接的产品上。

肆 UW激光锡焊实力

在锡焊领域，联赢激光将同轴温度反馈、异形光斑等核心技术应用到其中，拥有激光锡焊实验平台能力、激光锡焊焊后检测能力及DOE验证能力，拥有锡膏焊接头、锡球焊接头、锡丝焊接头、温控仪、送丝机、点胶阀、锡丝（0.3-1.2mm）、锡球（0.1-2.0mm）、锡膏（低、中、高温）等激光锡焊专用焊接部件，并积累大量应用案例。

UW激光锡焊配合客户产线能力 （提示：点击图片放大查看）

目前，联赢激光锡焊设备及相关解决方案已广泛应用到汽车制造、消费电子、光通讯、五金家用、航天航空、传感器等行业。

作为智能激光焊接专家，联赢激光自创立以来，始终坚持从实际产业需求出发，紧紧围绕激光焊接开发系列设备及自动化产线，经过16年潜心研发与技术积淀，在动力电池、汽车制造、光通讯、锡焊、塑料焊等近三十个应用领域新工艺、新技术层出不穷，能针对客户不同需求，为客户提供量身定制的激光焊接及自动化解决方案。

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