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激光在電子加工行業中的應用

[ 作者:佚名 | 轉貼自:本站原創 | 點擊數:2078 | 更新時間:2015/9/10 10:59:40 | 文章錄入:admin ]

  激光是在有理論準備和生產實踐迫切需要的背景下應運而生的,它一問世,就獲得了異乎尋常的飛快發展。激光的發展不僅使古老的光學科學和光學技術獲得了新生,而且導致整個一門新興科學技術的出現—  激光技術。目前,激光技術的應用已廣泛深入到工業、農業、軍事、醫學乃至社會的各個方面,對人類社會的進步正在起著越來越重要的作用,已成為當今新技術革命的“帶頭技術”之一。   

    1 激光加工技術的優勢  

    加工領域是激光技術應用的最大領域。激光加工技術,是利用激光束與物質相互作用的特性對材料進行切割、焊接、表面處理、打孔、微加工,以及作為光源識別物體等的一門技術,已成為工業生產自動化的關鍵技術。激光具有的寶貴特性— 相干性好、單色性好、方向性好、亮度高,決定了激光在加工領域存在的優勢:   

    ①無接觸加工,對工件無直接沖擊,因此無機械變形,并且高能量激光束的能量及其移動速度均可調,因此可以實現多種加工的目的;   

    ②可以對多種金屬、非金屬加工,特別是可以加工高硬度、高脆性、及高熔點的材料;   

    ③可以通過透明介質對密閉容器內的工件進行各種加工;    

    ④激光加工過程中,激光束能量密度高,加工速度快,并且是局部加工,對非激光照射部位沒有或影響極小,因此,其熱影響區小,工件熱變形小,后續加工量小;   

    ⑤激光加工過程中無”刀具’.磨損,無‘’切削力”作用于工件;  

    ⑥激光束易于導向、聚焦實現作各方向變換,極易與數控系統配合、對復雜工件進行加工,因此它是一種極為靈活的加工方法;   

    ⑦使用激光加工,生產效率高,質量可靠,經濟效益好。  

    2 激光加工技術在電子工業中的應用   

    激光加工技術屬于非接觸性加工方式,所以不產生機械擠壓或機械應力,特別符合電子行業的加工要求。另外,還由于激光加工技術的高效率、無污染、高精度、熱影響區小,因此在電子工業中得到廣泛應用。   

    2.1 激光微調   

    激光微調技術可對指定電阻進行自動精密微調,精度可達0.01%一0.002%,比傳統方法的精度和效率高,成本低。集成電路、傳感器中的電阻是一層電阻薄膜,制造誤差達上15一20%,只有對之進行修正,才能提高那些高精度器件的成品率。激光可聚焦成很小的光斑,能量集中,加工時對鄰近的元件熱影響極小,不產生污染,又易于用計算機控制,因此可以滿足快速微調電阻使之達到精確的預定值的目的。加工時將激光束聚焦在電阻薄膜上,將物質汽化。微調時首先對電阻進行測量,把數據傳送給計算機,計算機根據預先設計好的修調方法指令光束定位器使激光按一定路徑切割電阻,直至阻值達到設定值,同樣可以用激光技術進行片狀電容的電容量修正及混合集成電路的微調。優越的定位精度,使激光微調系統在小型化精密線形組合信號器件方面提高了產量和電路功能。 
    2.2 激光劃片   

    激光劃技術是生產集成電路的關鍵技術,其劃線細、精度高(線寬為15-25μm,槽深5-200μm)、加工速度快(可達200mm/s),成品率達 99.5%以上。集成電路生產過程中,在一塊基片上要制備上千個電路,在封裝前要把它們分割成單個管芯。傳統的方法是用金剛石砂輪切割,硅片表面因受機械力而產生輻射狀裂紋。用激光劃線技術進行劃片,把激光束聚焦在硅片表面,產生高溫使材料汽化而形成溝槽。通過調節脈沖重疊量可精確控制刻槽深度,使硅片很容易沿溝槽整齊斷開,也可進行多次割劃而直接切開。由于激光被聚焦成極小的光斑,熱影響區極小,切劃50μm深的溝槽時,在溝槽邊25μm的地方溫升不會影響有源器件的性能。激光劃片是非接觸加工,硅片不會受機械力而產生裂紋。因此可以達到提高硅片利用率、成品率高和切割質量好的目的。還可用于單晶硅、多晶硅、非晶硅太陽能電池的劃片以及硅、鍺、砷化稼和其他半導體襯底材料的劃片與切割。   

    2.3 激光精密焊接   

    激光焊接是用激光束照射材料使之熔化而不汽化,在冷卻后成為一塊連續的固體結構。焊接速度快、深度/寬度比高、工件變形小;不受電磁場影響,激光在室溫、真空、空氣及某種氣體環境中均能施焊,并能通過玻璃或對光束透明的材料進行焊接;可焊接難熔材料如欽、石英等,并能對異性材料施焊;可進行微型焊接;可對難以接近的部位,施行非接觸遠距離焊接,具有很大的靈活性;激光束易實現光束按時間與空間分光,能進行多光束同時加工及多工位加工,為更精密的焊接提供了條件。電子元器件制造過程中需要點焊、密封焊、疊焊,由于元器件不斷向小型化發展,要求焊點小、焊接強度高、焊接時對周圍熱影響區小。傳統的焊接工藝難以滿足需要,而激光焊接可以實現。顯像管電子槍組裝采用激光點焊工藝后,質量大大提高,目前彩色顯像管生產線幾乎都裝備了脈沖激光點焊機。計算機鍵盤的字鍵簧片采用激光點焊工藝可使擊打壽命超過2千萬次。小型航空繼電器采用激光密封焊工藝后,其泄露率降低。光通訊中有許多同軸器件,如光隔離器、光纖禍合器等,為了保證光信號衰減小于0.ldb,要求在焊接時器件的圓周畸變量小于1μm,中心偏移量小于0.2μm。因此必須采用沿圓周多點同步焊接,激光很容易經過分束后通過光纖傳輸實現多點同步加工,能量可精密控制,解決了傳統加工方法難以解決的問題。    

    2.4 激光精細打孔    
    激光打孔技術的原理簡單,做法方便,利用激光的相干性,用光學系統把它聚焦成很微小的光點(直徑小于1微米),這相當于“微型鉆頭”。其次,激光在聚焦的焦點上的激光能量密度很高,普通激光器產生的能量可達109J/cm2,足以在材料上留下小孔。打出的小孔孔壁規整,沒有什么毛刺。質量不僅非常好,特別是在打大量同樣的小孔時,還能保證多個小孔的尺寸形狀統一,而且鉆孔速度快,生產效率高。微電子電路集成度不斷提高,為了提高電路板布線密度,要使用多層印刷電路板,在板上鉆成千上萬個小孔,層間互連的微通道技術顯露出越來越高的重要性。通道的直徑一般為0.025-0.25mm,用傳統的機械鉆孔或沖孔工藝不僅價格昂貴,難以保證質量,更不可能加工盲孔。用激光不但可以加工出高質量的小孔和盲孔,而且可以加工任意形狀的孔或進行電路板外形輪廓切割。全固化的紫外波段激光器,可在計算機控制下通過掃描振鏡系統對電路板進行鉆孔、刻線或切割等精細加工,在50μ厚的聚酞亞胺薄膜上打直徑30μ的孔,每秒可以打約250個孔。   

    2.5 激光打標   

    激光打標是利用高能量密度的激光對工件進行局部照射,使表層材料汽化或發生顏色變化的化學反應,從而留下永久性標記的一種打標方法。激光打標有雕刻和掩模成像兩種方式:掩模式打標用激光把模版圖案成像到工件表面而燒蝕出標記。雕刻式打標是一種高速全功能打標系統。激光束經二維光學掃描振鏡反射后經平場光學鏡頭聚焦到工件表面,在計算機控制下按設定的軌跡使材料汽化,可以打出各種文字、符號和圖案等,字符大小可以從毫米到微米量級,激光標記是永久性的,不易磨損,這對產品的防偽有特殊的意義。已大量用在給電子元器件、集成電路打商標型號、給印刷電路板打編號等。近年來紫外波段激光技術發展很快,由于材料在紫外波激光作用下發生電子能帶躍遷,打破或削弱分子間的結合鍵,從而實現剝蝕加工,加工邊緣十分齊整,因此在激光標記技術中異軍突起,尤其受到微電子行業的重視。準分子激光打標是近年來發展起來的一項新技術,可實現亞微米打標,已廣泛用于微電子領域。

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