2.4 光纖激光器

由于光纖激光器是采用光纖來(lái)傳輸光束的，消除了旋轉(zhuǎn)的光學(xué)元件和過(guò)程，避免了很多繁瑣的光學(xué)準(zhǔn)（校）直工作，明顯地簡(jiǎn)化了過(guò)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(zhǎng)為798nm）經(jīng)過(guò)共振銻化物半導(dǎo)體飽和吸收鏡（SESAM）吸收后，通過(guò)雙包層含銩硅酸鹽玻璃光纖（長(zhǎng)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(zhǎng)也是不同的），再經(jīng)過(guò)光纖環(huán)形鏡的反射，便可得到反射率為90%左右的2μm波長(zhǎng)。

與傳統(tǒng)激光器比起來(lái)，光纖激光器的主要優(yōu)勢(shì)有：
（1）脈沖持續(xù)時(shí)間可以加長(zhǎng)，因此可簡(jiǎn)化為采用單個(gè)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(shí)間和后延時(shí)間極短，沒(méi)有拖尾而引起樹(shù)脂“焦化”或金屬“重鑄”等現(xiàn)象；
（4）脈沖能量和時(shí)間可通過(guò)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(lái)提高激光的加工速度是不可能的，因?yàn)?
（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(huì)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(huì)影響激光加工速度、特征尺寸和加工精度，因此簡(jiǎn)單通過(guò)增加激光脈沖重復(fù)頻率來(lái)提升加工效率是無(wú)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(lái)得到更高的脈沖重復(fù)頻率的同時(shí)，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(zhǎng)為355nm，輸出功率超過(guò)40W，脈沖重復(fù)評(píng)論為250kHz，消除了脈沖寬度依賴(lài)脈沖重復(fù)頻率的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了增加脈沖重復(fù)頻率而增加激光加工速度的同時(shí)，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(zhǎng)時(shí)間脈沖，如納（10~9）秒級(jí)或皮（10~12）秒級(jí)進(jìn)行脈沖加工，由于激光脈沖的上升延時(shí)間長(zhǎng)而在加工時(shí)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(shù)脂焦化或金屬重鑄）區(qū)現(xiàn)象而帶來(lái)加工質(zhì)量和修整問(wèn)題。
由于激光加工的熱擴(kuò)散是通過(guò)激光加工時(shí)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(shí)間的，如果激光的每個(gè)脈沖加工時(shí)間非常短，使熱交換來(lái)不及進(jìn)行或極少發(fā)生，這樣，就可以消除熱影響（樹(shù)脂焦化或金屬重鑄）區(qū)現(xiàn)象。因此，關(guān)鍵是使每個(gè)脈沖在加工時(shí)間內(nèi)所有激光能量比材料受熱影響（或吸收熱）來(lái)得快，或者說(shuō)，只要每個(gè)激光的加工時(shí)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(lái)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(shí)
驗(yàn)表明:采用飛（10~15）秒時(shí)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(shí)間極短，是一種高能量、高方向性的電磁波，其波長(zhǎng)通常是紫外、可見(jiàn)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(lái)不及進(jìn)行熱擴(kuò)散，所以不會(huì)影響激光束區(qū)域外的材料。這是因?yàn)楦咚偌す饽芰繘_擊部位的吸收能量比熱擴(kuò)散響應(yīng)更快，來(lái)不及進(jìn)行熱擴(kuò)散（熱擴(kuò)散是通過(guò)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(huì)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(diǎn)外，所用的激光波長(zhǎng)既可是紫外的激光波長(zhǎng)，還可采用可見(jiàn)光激光波長(zhǎng)或紅外激光的波長(zhǎng)，只要具有飛秒級(jí)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?yàn)樗梢詫?shí)現(xiàn)更小的焊接區(qū)域和更高的精度，這對(duì)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(lèi)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?yàn)樗臒彷斎敫伲菀卓刂?。而且這種飛秒激光加工的孔，其厚徑比是不受限制的。同時(shí)，只要激光源能夠提供每秒高到1百萬(wàn)個(gè)脈沖的話(huà)，就可以實(shí)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(shí)當(dāng)埋孔半徑由0.3mm到0.375mm進(jìn)行變化時(shí)，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(guó)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(shí)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?yàn)榻饘俚暮附有枰紤]材料的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)以及焊接過(guò)程中金屬的液態(tài)流動(dòng)等因素，而飛秒焊無(wú)法保證很好地控制這些因素。

總的來(lái)說(shuō)，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(diǎn)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(lèi)型的軟釬焊技術(shù)相比，激光軟釬焊能夠使焊點(diǎn)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(shí)間、光斑大小等因素之間的關(guān)聯(lián)，開(kāi)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，提高其生產(chǎn)效率。同時(shí)，測(cè)溫系統(tǒng)，焊點(diǎn)質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，振鏡掃描與分光系統(tǒng)，PCB板焊盤(pán)自動(dòng)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(lái)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(chǎng)需求的推動(dòng)，其在電子制造業(yè)中的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。未來(lái)的研究將集中在提高焊接質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)智能化和自動(dòng)化、以及適應(yīng)無(wú)鉛化和微納尺度連接的需求。

本文由大研智造撰寫(xiě)，專(zhuān)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(xiāo)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(yàn)。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(qǐng)通過(guò)大研智造官網(wǎng)與我們聯(lián)系。歡迎來(lái)我司參觀、試機(jī)、免費(fèi)打樣。

審核編輯 黃宇