Система за дистанционно лазерно запояване на електронни компоненти

 

 

Гледайте нашата 3 мнутна видео презентация от конференцията ASSL/LAC, Декeмви, 2022, JW3B.13

 

Финансиране: Частна компания.

 

Цел на проекта: Проектиране и конструиране на система за дистаницйонно лазерно запоявана на базата на комерсиален непрекъснат диоден лазер. 

Основната цел беше, проектирането на система която да позволява нагряване и охлаждане на точката на запояване по определена, предварително зададена температурна крива. За целта, първо трябваше да се снемат, данни за поведението на отражателната способност на използваните сплави.

В рамките на проекта бяха, проведени изследвания за отражателната способност, включително и точката на фазов преход, от твърдо в течно състояние, за две различни дължини на вълните (450 [nm] и 808 [nm]). За експеримента бяха използвани, комерсиални лазерни източници, налични в лабораториите на физическият факултет. Основната работа по тази точка беше свързана с разработване на нагревател с прецизна регулация на температурата, за целите на експеримента, както и постановка за измерване на отражението. Подобен нагревател, беше използван и за характеризиране на повърхностните свойства на сплавите.

След като поведението на отражателната способност на използваните сплави, беше известно, следващата стъпка беше, проектирането на лазерна система която да позволява оптично, дистанционно, нагряване и съответно охлаждане на точката на запояване, по предварително зададена температурна крива. За целта, управлението (софтуерно и хардуерно) на захранващият модул на комерсиалният лазерен диод, с дължина на вълната 450 [nm], беше модифицирано, така че да позволява генерация на светлинни импулси с произволна форма.

Разработен е и термодинамичен модел, който позволява, пресмятане на необходимата форма на оптичният импулс за получаване на специфичен температурен профил в точката на запояване.

 

Първите експерименти бяха проведени с правоъгълни импулси. Генерираният температурен профил е показан с черната крива на картинката по-долу и има типично поведение. По време на лазерният импулс температурата нараства почти линейно, след което образецът започва да се охлажда посредством конвекция. Червена крива показва теоретично предвиденият профил, без да се отчитат загубите при нагряването. Наблюдава се само малко отклонение на експерименталните данни от тези предвидени от модела, и то при високи температури. Също така, модела предвижда малко по-висока максимална температура, което може да се очаква, след като не се отчитат загубите.

Ако загубите могат да се пренебрегната по време на нагряването, това със сигърност не важи за периода за който искаме да задържим постоянна темпратура. На фигурата в по-долу в лявао са показани иамерените загуби в J/s като функция на температурата. Ако изключим областта около фазовият преход, тази зависимост е почти линейна. Въвеждайки тези данни в теоретичният модел, беше възможно реконструирането на желаният температурн профил. Картинката от дясно показва експериментално измереният температурен профил (черната крива), и реконструираният от модела профл (червената крива).

 

По темата вече има две публикации на международни научни конференции, една от които (1) е една от най-големите конференции в областта на лазерните технологии и техните приложения.

 

Публикации по темата:

1. H. Iliev and N. Gorunski, Laser Soldering Based on CW 450 nm Diode Lasers, АSSL/LAC, December, 2022, paper JW3B.13,

2. H. Iliev, P. Petkov, N. Gorunski, D. Lyutov, Adaptive Laser Soldering Technology Based on Commercial CW 450 nm Diode Lasers, 2021, International Webinar on LASER, OPTICS & PHOTONICS, July 26-27, 2021, Coalesce Research Group.