激光锡焊机为什么选用半导体激光器

激光焊锡机为什么选择半导体激光器

激光二极管的优点是效率高、体积小、重量轻且价格低。尤其是多重量子井型的效率有20~40%，总而言之能量效率高是其较大特色。另外，它的连续输出波长涵盖了红外线到可见光范围，而光脉冲输出达50W(带宽100ns)，用在激光焊锡上半导体激光器是非常理想的选择。

什么是半导体激光器

半导体激光作为热源时，利用的是光纤传输，因此可在常规方式不易施焊部位进行加工，灵活性好，聚焦性好，易于实现多工位装置的自动化等等优点。其工作原理是激励方式。利用半导体物质，即利用电子在能带间跃迁发光，用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈、产生光的辐射放大，输出激光。半导体激光器在基本构造上，它属于半导体的P-N接面，但激光二极管是以金属包层从两边夹住发光层(有源层)，是“双异质结接合构造”。而且在激光二极管中，将界面作为发射镜(谐振腔)使用。在使用材料方面，有镓(Ga)、砷(As)、铟(In)、磷(P)等。此外在多量子阱型中，也使用Ga·Al·As等。

半导体激光器的优点

一、波长与材料吸收特性匹配

锡焊的核心是通过激光能量使锡(熔点约 232℃)快速熔化，而半导体激光器的波长(常见 808nm、915nm、980nm 等近红外波段)能被锡及助焊剂高效吸收。

二、高电光转换效率，降低能耗与散热压力

半导体激光器的电光转换效率可达 30%-50%(部分高端型号更高)，远高于 CO₂激光器(约 10%)、固体激光器(约 15%-20%)。

三、体积小巧，易于集成自动化系统

半导体激光器由半导体芯片直接发光，无需复杂的泵浦源(如固体激光器的闪光灯 / 二极管泵浦)或谐振腔结构，因此体积仅为传统激光器的 1/10-1/100.重量轻(仅几十克到数千克)。

四、参数可调性强，适配多样化焊点需求

锡焊场景中，焊点大小(从 0.1mm 到数毫米)、锡量(微焊点到较大焊盘)、基材(PCB 板、芯片引脚等)差异极大，需精准控制激光能量输出。

半导体激光器的输出功率(毫瓦级到百瓦级)、脉冲宽度(纳秒到毫秒)、重复频率均可快速调节(响应速度达纳秒级)，能实现：

五、低成本与长寿命，符合工业量产需求

成本优势：半导体激光器基于成熟的半导体工艺批量生产(类似芯片制造)，规模化后单价远低于固体激光器(需晶体、泵浦源等昂贵元件)或光纤激光器，降低设备整体成本，适合消费电子等大规模量产场景。

长寿命与高可靠性：半导体激光器的工作寿命可达 1 万 - 10 万小时(远超固体激光器的数千小时)，且抗震性强(无精密光学元件易损问题)，减少维护更换频率，降低工业生产的停机损失。

六、热影响区(HAZ)小，保护敏感电子元件

电子锡焊的核心挑战是避免高温损伤周边元件(如电容、芯片等耐温性差的器件)。

半导体激光器的能量集中且可控，配合短脉冲模式，可实现 “局部瞬时加热”—— 仅熔化锡料，而基材(如 PCB 板、金属引脚)的热影响区(HAZ)极小(通常小于 100μm)，有效保护敏感元件。

这一特性是传统热风焊、烙铁焊难以实现的，也是激光锡焊在精密电子制造中不可替代的核心原因。

闭环激光焊锡机的优点

采用闭环控制系统是为了监测和控制焊锡的质量，先进的激光焊锡设备配备有实时温度检测单元，将焊点的温度通过红外传感器实时检测出来，模数转换送入控制计算机，通过温度的变化情况监测焊点的形成过程，或实时改变激光功率控制焊点的形成和质量。温度上升过快时，可立即切断激光输出，保证不烧毁器件的引线。图像监视器可以观察激光与引线的为位置情况以及焊接的过程，可对焊锡过程录像或拍照。激光器的输出功率由控制计算机设定并可程序控制，保证加热能量的精确性。

目前，国内大部分激光焊锡模组可以实现温度闭环控制，测温单元可以在每秒较多检查 1000次事实温度，系统可以根据实测温度的变化来实时改变激光功率，每秒可以较多反应200次。但对应高精密、高要求的产品焊锡建议采用测温单元采集频率大于8000次/s、反应速度大于5000次/s的前端激光焊锡模组设备来确保焊锡的可靠性。

半导体激光器凭借波长匹配性好、效率高、体积小、参数可调、成本低、热影响区小等优势，完美适配了激光锡焊对 “精准、高效、低损伤、易集成” 的需求，因此成为主流选择。其性能特性与电子制造业(如 5G 设备、新能源汽车电子、半导体封装)的精密焊接需求高度契合，推动了激光锡焊技术的普及与发展。