激光焊锡机在光模块PCBA上的焊接工艺

光通信器件又称光器件（Optical device），主要指应用在光通信领域，利用光电转换效应制成的具备各种功能的光电子器件，实现光信号的产生、调制、探测、连接、波长复用和解复用、光路转换、信号放大、光电转换等功能。光通信器件是光模块的主要组成部分，其性能主导着光通信网络的升级换代。

光模块封装的基本结构为光发射器模块(TOSA)和驱动电路，光接收器模块(ROSA)和接收电路。TOSA、ROSA中的技术壁垒主要在于两方面：光芯片和封装技术。一般ROSA中封装有分光器、光电二极管(将光信号转换成电压)和跨阻放大器(放大电压信号)，TOSA中封装有激光驱动器、激光器和复用器。TOSA、ROSA的封装工艺主要有：TO-CAN同轴封装、蝶形封装、BOX封装和COB(Chip On Board)封装四种。下面随着紫宸激光了解一下COB封装及光模块在PCBA上的焊接工艺。

COB封装也是板上芯片封装、有线印制板封装，是直接在印制电路板上安装裸芯片，用金线或铜线将芯片引脚与印制电路板的接触点连接起来的封装工艺。COB封装可以将芯片封装在极小的体积内，不需要外壳或支架等附加配件，具有尺寸小、重量轻、可靠性高、成本低等优点，广泛用于微型电子设备和便携式电子产品中。

在光模块生产工艺的流程中，封装和焊接都是必不可少的一环，而在芯片的封装中还有一个环节，即芯片的植球贴装，是一种将芯片上的凸点或倒装焊球覆盖或嵌入到基板或模块上的过程。激光植球焊接机在芯片的植球率可以达到99.9%，植球范围70~2000um；适用于SnPb（铅锡）、SnAgCu（锡银铜）、AuSn（金锡合金）等多种焊料的焊球；可支持单件上料或阵列上料。

光模块在PCBA上的焊接工艺

在光模块的焊接工艺中包括激光焊接、热压焊接（hot bar）、烙铁焊接、热风焊接、回流焊接、波峰焊接、电子压焊等。气密密封焊接需要在填充惰性气体环境中进行，通常采用的惰性气体是纯氮气或氩气。而激光焊接中的锡焊技术主要应用在光模块的pcba上，相比于烙铁和热压焊，非接触激光焊锡焊接精度更高，可在微小区域及烙铁无法触及的区域内完成焊接作业。例如在单模类的光模块中，一般使用激光锡焊工艺将Receptacle和Box或TO-can焊接起来，这种焊接工艺自动化程度较高，除了上下料需要人工操作外其他步骤基本可以由激光焊锡设备完成。

多模类光模块集成度高，大量使用FPC软板，焊接需使FPC软板和PCBA板形成电气互联。目前行业内主要用热压焊和激光锡焊来完成软板焊接。由于激光焊锡是近几年的新技术，加上激光焊锡机的价格比热压焊高，目前的行业接受度不高，激光焊锡机最大的特点是焊接时不接触焊盘，效率和良率都较高，对高密度pin软板焊接有着明显的优势。

激光焊锡机在光通讯行业的优势

一、焊接速度快：激光焊锡机采用高精度的激光束作为热源，能够快速地将焊料熔化并渗透到被焊接的缝隙中。与传统的烙铁焊接相比，激光焊锡机的焊接速度更快，能够大大提高生产效率。

二、焊接强度高：激光焊锡机通过将激光束聚焦在被焊接的部位，产生高温使焊料熔化并渗透到被焊接的缝隙中，待焊料冷却后形成高强度的焊接接头。相比之下，传统的烙铁焊接容易受到操作人员的技术水平、温度和压力等因素的影响，导致焊接强度不够稳定。

三、热影响区小：激光焊锡机的激光束具有高能量密度和精确的控制能力，能够将热影响区限制在最小的范围内。这意味着在焊接过程中，对周围元件和材料的影响较小，有利于保护电路板和其他敏感元件。

四、可焊接材料范围广：激光焊锡机可以用于焊接各种不同类型的材料，包括金属、合金、塑料等。在光通讯行业中，需要将各种不同类型的元件和材料连接在一起，如光纤连接器、光芯片、滤波器等，激光焊锡机的这一优势能够满足多种材料的焊接需求。

五、高度自动化：随着自动化技术的不断发展，激光焊锡机 已经实现了高度自动化。自动化操作可以减少人为因素对焊接质量的影响，提高生产效率和质量稳定性。同时，还可以降低工人的劳动强度和工作环境的影响。

激光焊接技术在微电子行业中的广泛应用和挑战

　　微电子行业 是指以集成电路为核心，涉及电子元器件、电路板、电子设备等的制造和应用的行业。微电子行业对焊接工艺的要求非常高，因为微电子产品的尺寸越来越小，结构越来越复杂，对焊接精度和质量的要求越来越高。

　　激光焊接具有加热速度快、热影响区小、焊缝质量高、自动化程度高等特点，适用于各种金属和非金属材料的焊接。在微电子行业中激光焊接主要有两种方式：激光直接焊接和激光锡焊。激光直接焊接是指将两个或多个金属材料直接用激光加热熔化后连接在一起的工艺，适用于金属间的互连和封装。激光锡焊是指利用激光加热锡料(锡膏、锡丝或锡球)使其熔化后与基材连接在一起的工艺，适用于金属与非金属互连和封装。

　　激光焊接技术是20世纪60年代随着激光器的发明而诞生的。它们具有输出功率高、波长短、效率高等特点，适合于精密加工和泵浦源。近年来，随着半导体技术的发展，出现了半导体激光器，如GaAs激光器和InGaAsP激光器，它们具有输出功率低、波长可调、体积小等特点，适合于集成化和微型化。

　　激光焊接技术在微电子行业中的应用始于20世纪70年代。最初主要用于集成电路芯片的互连和封装，如金线键合、铝线键合、TAB键合等。随着微电子产品的发展，激光焊接技术也不断创新和改进，逐渐应用于各种电子元器件、电路板、电子设备等的焊接，如PCB焊接、FPCB焊接、晶振元件焊接、倒装芯片焊接、光通讯元器件焊接、传感器焊接、医疗器械焊接等。

　　激光焊接技术在微电子行业中具有以下优势：

　　1.能量密度高，加热速度快，热影响区小，焊缝质量高，变形小，应力小 ;

　　2.非接触加工，无电极和工具的磨损，无污染，不受电场磁场干扰 ;

　　3.可以焊接难于接触的部位，高熔点、高脆性和异种材料;

　　4.焊缝质量高，性能好，工艺稳定;

　　5.易于与机器人配合，实现自动化和智能化 ;

　　6.激光束易实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工。

　　激光焊接技术在微电子行业中主要应用于以下几个领域和产品：

　　1、光通讯元器件： 如光发射器件TOSA、光接收器件ROSA、光收发模块接口组件BOSA等，主要采用激光直接焊接或激光锡球喷射焊接等方式，实现高速率、高稳定性、高集成度的互连和封装。

　　2、传感器： 如MEMS压力传感器、扩散硅压力传感器、膜片压力传感器、温度传感器、氧传感器、压力变送器、称重传感器等，主要采用激光直接焊接或激光锡球喷射焊接等方式，实现高灵敏度、高精度、高可靠性的互连和封装。

　　3、医疗器械： 如内窥镜、手术钳、导管、斑马导丝、一次性使用取石网篮、一次性气道导丝、鼻胆引流导管等，主要采用激光直接焊接或激光锡球喷射焊接等方式。

　　总之，激光焊接技术在微电子行业中已经成为一种成熟和先进的工艺，具有广阔的市场前景和发展空间。随着激光器的性能提升、成本降低、集成化和智能化的实现，激光焊接技术将更好地满足微电子行业对焊接工艺的需求，为微电子产品的创新和发展提供强有力的支撑。

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