CN101308981A - 一种运用红外线加热的焊接工艺及焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接工艺及焊接设备技术领域，特指一种运用红外线加热的焊接工艺及焊接装置，运用红外线加热的焊接装置包括基架、能够发射红外线的灯管和用于聚集红外线的凸透镜，灯管和凸透镜固定在基架上，凸透镜位于灯管的下方，它通过凸透镜将灯管发射出的红外线聚集并照射在锡膏上，加热速度快，熔化后的锡膏形成的焊点无缺陷，焊点电学性能好，且耗能低，节约能源；运用红外线加热的焊接工艺是在组装电连接器、上锡膏、将电连接器固定在输送带之后，利用本发明的焊接装置进行焊接，电连接器通过焊接装置的加热区域后即自动完成电连接器上各个芯线与端子接线端的焊接，焊接速度快，能实现连续生产，不会出现假焊，且耗能低，节约能源。

Description

一种运用红外线加热的焊接工艺及焊接装置

技术领域：

本发明涉及焊接工艺及焊接设备技术领域，特指一种运用红外线加热的焊接工艺及焊接装置。

背景技术：

对于各种电连接器，如HDMI/Micro USB/Displayport/UDI等多媒体接口，这些接口都是业界高频接口，HDMI可以提供高达10.2Gbps的数据传输带宽，Micro USB可以达到5.1Gbps，UDI更高可达21Gpbs。HDMI可以传送无压缩的音频信号及高分辨率视频信号，同时无需在信号传送前进行数/模或者模/数转换，可以保证高质量的影音信号传送。

然而，这些接口内芯线与端子之间的焊接都是通过人工进行焊接的，一次焊接只能焊接一个芯线，作业效率低，质量不稳定，且焊接形成的各锡点大小不一；另外，由于接口上的端子接线端间距较小，不容易焊接，易出现电连接器短路、胶芯烫伤等现象，电连接器高频传输性能不稳定，良品率低。

为解决这一问题，目前有公告号为“CN1841857”、专利名称为“一种高清晰度数字接口及其加工工艺”提供了一种实现自动焊接电连接器的工艺，它是先将电连接器组装好，再刷上锡膏，然后再将电连接器置于压线治具，接着再加热压线治具，压线治具温度升高，从而使锡膏熔化，锡膏熔化后将芯线和电连接器上相应的端子接线端电连接，从而实现电连接器的自动焊接。然而，压线治具传递热量的速度慢，加工效率低下，焊接效果不理想，焊接时需加热整个压线治具，耗能高，生产成本高，不符合目前生产对节能降耗的需求，且不能连续生产，生产效率低下。

另有一公告号为“CN1976421”、专利名称为“高清晰度数字接口的加工工艺”的中国专利提出了一种全新的全自动焊接工艺，专利申请人同时提供了一种自动焊接机器，电连接器通过自动焊接机器实现全自动焊接。它是先将电连接器组装好，再在端子接线端处刷上锡膏，然后再用“C”形固定夹夹住各芯线，接着再将电连接器固定在送料带的夹具上，通过送料带将各个电连接器输送到自动焊接区域进行焊接加工；自动焊接机器的自动焊接区域处设置有能发射出加热光线的灯管，自动焊接机器内的加热光线从小缝内射出，照射到电连接器的端子接线端，从而使锡膏熔化，锡膏熔化后将芯线和相应的端子接线端电连接。然而，由于灯管发射出的加热光线(红外线)是散射出去的，因此，为了防止红外线对电连接器以外不该进行加热的区域进行加热，自动焊接机器采用了阻隔的方法来阻挡红外线照射下来，自动焊接机器上设置有能够吸收红外线的遮挡器，遮挡器预留出一个小缝隙，只有极少的一部分光线能从该缝隙中照射出来，大部分的光线照射在用于形成缝隙的遮挡器上，浪费了大部分的能源，不节能。

由于从缝隙处照射下来的红外线仅是灯管发射出来的光线中极少的一部分，而照射在锡膏上的光线量更少，光线量严重不足，因此必须延长加热时间，因此，该工艺还有下述缺点：

1、在红外线照射过程中，红外线加热不均匀，锡膏受热不均匀，易出现熔锡不良的现象，焊点上会出现锡球，降低焊点的电学性能。

2、电连接器受热不均匀还特别体现在电连接器左右两侧的焊点，由于电连接器的左右两侧接受热量少，极易出现熔锡不良的现象，特别是假焊现象。

3、在该焊接加工过程中，锡膏被缓慢加热至熔化，再缓慢冷却凝固，熔化后的锡膏所形成的焊点的内部结构也存在多方面的缺陷；由于锡膏中存在或多或少的水分，没有先将锡膏内的水分完全烘干，因此在完成焊接加工后，焊点内会留下气孔，致使焊点阻抗大，焊点电学性能差，且容易出现假焊。

4、自动焊接机器加热缓慢，再加上夹子和芯线导体为金属材质，夹子和芯线导体吸热快，夹子和芯线导体的温度高，容易烫伤胶芯和芯线绝缘。

5、红外线照射不集中，电连接器上该加热的区域没有接收到足够的红外线，例如焊杯区域，对电连接器焊杯内的锡膏加热不够，而不该对其进行加热的区域却受到红外线的照射，例如胶芯，胶芯在经过红外线加热后会熔化而影响电连接器的品质和外观，亦容易出现不良品。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有技术的不足提供一种运用红外线加热的焊接装置，它通过凸透镜将灯管发射出的红外线聚集并照射在锡膏上，加热速度快，熔化后的锡膏形成的焊点无缺陷，焊点电学性能好，且耗能低，节约能源。

本发明的另一目的在于针对现有技术的不足提供一种运用红外线加热的焊接工艺，焊接速度快，不会出现假焊等熔锡不良现象，能实现连续生产，且节约能源。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种运用红外线加热的焊接装置，它包括基架、能够发射红外线的灯管，灯管固定在基架上，它还包括用于聚集红外线的凸透镜，凸透镜固定在基架上，凸透镜位于灯管的下方。

所述灯管的两端分别固定在一个位置调节板上，位置调节板上开设有直槽，螺丝穿过直槽螺接在基架上而将位置调节板固定在基架上。

所述基架上开设有两个平行的竖槽，竖槽上设置有用于将基架固定在设备上的螺丝。

所述灯管的上半部的内表面镀有一层反射面。

所述凸透镜为长条状，所述凸透镜的横向截面为椭圆形或半椭圆形。

一种运用红外线加热的焊接工艺，它包括以下步骤，

第1步，组装电连接器，将电连接器组装好，使各个芯线置于与其相对应的焊杯内；

第2步，上锡膏，在电连接器的焊杯内刷上锡膏；

第3步，将电连接器固定在输送带上；

第4步，自动焊接，输送带将电连接器输送到权利要求1所述的焊接装置的凸透镜下方，凸透镜聚集下来的红外线集中照射在电连接器上的焊杯区域，锡膏熔化；电连接器离开焊接装置的加热区域，对电连接器进行快速冷却，锡膏冷却凝固形成焊点，将电连接器上的芯线和相应的端子接线端电性连接；

第5步，成品。

在自动焊接加工中，灯管发射出波长在3微米以下的红外线，焊接装置的加热温度为150～250℃，焊接装置对一个电连接器加热时间为10～30秒。

为使凸透镜具有更好的聚集效应，在自动焊接加工中，灯管与凸透镜之间的距离等于或大于凸透镜的1倍焦距，电连接器的焊杯位于灯管的成像位置处。

为了对锡膏进行预热，在焊接前将锡膏内的水分蒸发出来，在焊接装置前增加一个水分烘干装置，在进行自动焊接前，通过水分烘干装置对锡膏进行预热，烘干锡膏，蒸发锡膏内的水分，水分烘干装置的加热温度为60～120℃，水分烘干装置对一个电连接器加热时间为5～15秒。

本发明的有益效果：运用红外线加热的焊接装置包括基架、能够发射红外线的灯管和用于聚集红外线的凸透镜，灯管和凸透镜固定在基架上，凸透镜位于灯管的下方，它通过凸透镜将灯管发射出的红外线聚集并照射在锡膏上，加热速度快，熔化后的锡膏形成的焊点无缺陷，焊点电学性能好，且耗能低，节约能源；焊接装置亦适用于贴片式电子元件(SMT)的焊接。

运用红外线加热的焊接工艺是在组装电连接器，上锡膏，将电连接器固定在输送带后，利用本发明的焊接装置进行焊接，凸透镜使灯管发射出的红外线聚集并集中照射下来，热量集中，电连接器通过焊接装置的加热区域后即自动完成电连接器上各个芯线与端子接线端的焊接，焊接速度快，能实现连续生产，不会出现假焊等熔锡不良现象，且节约能源。

附图说明：

附图1为本发明的焊接装置的结构示意图；

附图2为附图1中AA截面的剖视图；

附图3为本发明的焊接装置的分解示意图；

附图4为本发明的工艺的流程框图。

具体实施方式：

运用红外线加热的焊接装置见附图1至3，它包括基架1、能够发射红外线的灯管2和用于聚集红外线的凸透镜3，灯管2固定在基架1上，凸透镜3固定在基架1上，凸透镜3位于灯管2的下方，为使凸透镜3具有良好的聚集作用，本实施例中使凸透镜3位于灯管2的正下方，灯管2发射出的红外线首先照射到凸透镜3上，利用凸透镜3对光线的聚集效应，红外线通过凸透镜3后，红外线被凸透镜3聚集起来并集中照射下来，热量集中。

为使红外线更加集中地照射下来，照射在锡膏上的光线越集中，加热更集中，加热温度更高，使锡膏升温的速度更快，焊接的时间更短，本实施例中，使灯管2与凸透镜3的距离等于或大于凸透镜3的1倍焦距，凸透镜3具有良好的聚集效应，通过凸透镜3后照射下来的红外线更加集中。且锡膏受热均匀，不会出现熔锡不良的现象，焊点上不会出现锡球，保证焊点的电学性能。另外，由于红外线加热集中，电连接器左右两侧的受热亦更加均匀，由于电连接器的左右两侧接受热量与电连接器中部所接收的热量基本一致，电连接器左右两侧的锡膏不会出现熔锡不良的现象。也正因为红外线集中照射，红外线不会对设备或电连接器的其它区域进行加热，避免胶芯出现熔胶的现象，保证电连接器的品质。

当然，所述灯管2与凸透镜3的距离亦可以小于凸透镜3的1倍焦距，只是凸透镜3对红外线的聚集效应没有灯管2在1倍焦距以外的聚集效应好。

所述灯管2的上半部的内表面镀有一层反射面，该层反射面可以为镀金反射面或镀银反射面，而镀金反射面具有较高的熔点，能够承受更高的温度，在焊接温度较高的情况下，更适宜选择镀金反射面，当然，亦可以选择其它材质或其它类型的反射面，只要能达到反射红外线的目的即可。灯管2照射到反射面上的红外线经反射面反射生向灯管2的下方反射出去，使灯管2发射出来的所有红外线经反射后形成多股平行光线，再照射到凸透镜3上，具有更好的聚集效应，使灯管2发射出的红外线的利用率提高。反射面将灯管2向上半部方向照射的红外线也利用起来，进一步利用灯管2发射出来的红外线，提高能源利用效率，节约能源，降低生产成本。因此，焊接装置不需使用高功率的灯管2，焊接装置能够选择更低功率的灯管2，符合现代对生产节能降耗的要求。

所述灯管2的两端分别固定在一个位置调节板4上，位置调节板4上开设有直槽5，两个螺丝4a分别穿过相应的直槽5螺接在基架1上而将位置调节板4固定在基架1上。通过位置调节板4及螺丝4a能够调节灯管2与凸透镜3之间的距离，使灯管2处于适当的位置上。灯管2处于凸透镜3的1倍焦距以外的任何位置，使大部分的红外线被聚集在凸透镜3的下方，使红外线具有更加良好的聚集效应，最大程度利用灯管2发射出来的红外线来加热锡膏。当然，亦可以通过其它类型的调节装置或调节机构来调节灯管2的位置，例如螺杆结构、丝杆结构。当然，还可以在凸透镜3上设置相应的调节机构，使凸透镜3的位置也能够进行调节。

所述基架1上开设有两个平行的竖槽6，竖槽6上设置有用于将基架1固定在设备上的螺丝6a。松开螺丝6a即能够调节基架1的上下位置，在基架1的位置调节完毕后，拧紧螺丝6a即可将基架1牢固地固定在设备上。通过竖槽6和螺丝6a能够调节基架1的上下位置，从而实现调节凸透镜3与待进行焊接的电连接器之间的距离，使聚集后的红外线的最佳加热点或线状的光带落在电连接器的焊杯内的锡膏上，使红外线能够快速加热锡膏，使锡膏快速熔化，然后快速冷却。

所述凸透镜3为长条状，凸透镜3的横向截面为椭圆形。灯管2发射出来的红外线通过凸透镜3后，聚集成一个线状的光带，聚集成光带的红外线能够快速加热并熔化锡膏，红外线照射集中，加热速度快，加工效率高。同时，锡膏形成的焊点内部结构更加良好，不会出现锡球，无气孔等缺陷，具有良好的电学性能，不会出现假焊等现象。

焊接装置配合输送带即可实现连续批量生产，各个电连接器通过输送带进行输送，使各个电连接器沿着凸透镜3下方的光带前行，通过调节输送带的速度，即调节灯管2对电连接器上的锡膏的加热时间。另外，本发明的焊接装置亦适用于贴片式电子元件(SMT)的焊接。

当然，所述凸透镜3的横向截面亦可以为半椭圆形，或者，所述凸透镜3是由两个横向截面均为半椭圆形的长条状透光镜组装而成，当然，所述凸透镜3亦可以为其它形状，本发明并不限定凸透镜3只能是横向截面为椭圆形的形状，也不限定凸透镜3只能是长条状的形状，也不限定凸透镜3的数量，其仅仅是本发明的较佳实施方式，只要能达到聚集红外线的目的即可。

一种运用红外线加热的焊接工艺，见附图4，它包括以下步骤：

第1步，组装电连接器，将电连接器组装好，使各个芯线置于与其相对应的焊杯内，步骤、方法与现有技术相同。

第2步，上锡膏，在电连接器的焊杯内刷上锡膏，步骤、方法与现有技术相同。

第3步，将电连接器固定在输送带上，步骤、方法与现有技术相同。

第4步，本实施例中，在焊接装置前增加一个水分烘干装置，在进行自动焊接前，通过水分烘干装置对电连接器上的锡膏进行预热，烘干锡膏，蒸发锡膏内的水分，水分烘干装置的加热温度为60～120℃，水分烘干装置对一个电连接器加热时间为5～15秒。

所述水分烘干装置可以为光线加热装置，水分烘干装置可以为本发明的焊接装置，亦可以为本发明的焊接装置取消凸透镜3简化而成的加热装置。水分烘干装置用于烘干锡膏内的水分，在本步骤的预热阶段中，锡膏并未熔化，而锡膏内的水分却在此步骤中被烘干，在后续的焊接加工中，锡膏熔化后所形成的焊点内部则不会出现气孔，焊点的内部结构无缺陷，形成的焊点上亦不会出现锡球，焊点的导通阻抗小，焊点电学性能好，且不会出现假焊。

第5步，自动焊接，输送带将电连接器输送到上述的焊接装置的凸透镜3下方，灯管2与凸透镜3之间的距离等于或大于凸透镜3的1倍焦距，电连接器的焊杯位于灯管2的成像位置处，当然，电连接器的焊杯亦可以根据实际情况而决定其位置，电连接器的焊杯所在的位置并不仅限于灯管2的成像位置；凸透镜3聚集下来的红外线形成一条线状的光带，输送带带着各个电连接器沿着光带前行，由红外线聚集形成的光带落在电连接器的焊杯区域，即是说通过凸透镜3聚集下来的红外线集中照射在电连接器上的焊杯区域，使锡膏快速熔化；在电连接器离开光带的照射区域，电连接器则离开焊接装置的加热区域，此时再对电连接器进行快速冷却，快速冷却可以采用风扇吹风的方法，只要能达到使熔化后的锡膏快速冷却的目的即可；锡膏快速冷却凝固形成焊点，将电连接器上的芯线和相应的端子接线端电性连接。

在自动焊接加工中，灯管2发射出波长在3微米以下的红外线，焊接装置的加热温度为150～250℃，焊接装置对一个电连接器加热时间为10～30秒。

由于红外线集中照射，使焊接装置加热均匀，加热温度高，不会出现熔锡不良的现象，焊点上也不会出现锡球，焊点的电学性能好。本发明通过凸透镜3对红外线进行引导，使红外线集中照射，对红外线不需进行阻隔，与现有技术相比较，本发明能够选用更低功率的灯管2，且能在短时间内熔化锡膏，节能降耗，效率更高。

由于，红外线集中照射，热量集中，加热温度高，对电连接器的焊杯区域加热均匀，特别是电连接器左右两侧的焊点，电连接器的左右两侧能够接收到足够的热量快速熔化锡膏，电连接器左右两侧的焊点不会出现熔锡不良的现象，不会出现假焊。

另外，由于红外线集中照射，红外线不会照射电连接器的其它不需要加热的区域，亦不会照射到设备上不需要加热的区域，不会出现该加热的区域加热不够，不该进行加热的区域却受到加热的现象。

由于锡膏在上一步聚经过预热和烘干，因此在本步骤中，锡膏经过本发明的焊接装置加热，锡膏快速熔化，接着再使熔化的锡膏快速冷却形成焊点，因此，冷却后形成焊点不但外表光亮，且内部结构良好，焊点的导通阻抗小，焊点内部无气孔等缺陷，焊点电学性能好，不会出现假焊。

也正由于锡膏经过预热以及红外线的集中照射，因此加热速度快，不会出现夹子和芯线导体吸热快，锡膏吸热慢的现象，不会出夹子和芯线导体温度过高而烫伤胶芯和芯线绝缘的现象。

第6步，成品，完成电连接器的焊接加工。

以上所述仅是本发明的较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (9)

1、一种运用红外线加热的焊接装置，它包括基架(1)、能够发射红外线的灯管(2)，灯管(2)固定在基架(1)上，其特征在于：它还包括用于聚集红外线的凸透镜(3)，凸透镜(3)固定在基架(1)上，凸透镜(3)位于灯管(2)的下方。

2、根据权利要求1所述的一种运用红外线加热的焊接装置，其特征在于：所述灯管(2)的两端分别固定在一个位置调节板(4)上，位置调节板(4)上开设有直槽(5)，螺丝(4a)穿过直槽(5)螺接在基架(1)上而将位置调节板(4)固定在基架(1)上。

3、根据权利要求1所述的一种运用红外线加热的焊接装置，其特征在于：所述基架(1)上开设有两个平行的竖槽(6)，竖槽(6)上设置有用于将基架(1)固定在设备上的螺丝(6a)。

4、根据权利要求1所述的一种运用红外线加热的焊接装置，其特征在于：所述灯管(2)的上半部的内表面镀有一层反射面。

5、根据权利要求1至4任一项所述的一种运用红外线加热的焊接装置，其特征在于：所述凸透镜(3)为长条状，所述凸透镜(3)的横向截面为椭圆形或半椭圆形。

6、一种运用红外线加热的焊接工艺，其特征在于：它包括以下步骤，

第1步，组装电连接器，将电连接器组装好，使各个芯线置于与其相对应的焊杯内；

第2步，上锡膏，在电连接器的焊杯内刷上锡膏；

第3步，将电连接器固定在输送带上；

第4步，自动焊接，输送带将电连接器输送到权利要求1所述的焊接装置的凸透镜(3)下方，凸透镜(3)聚集下来的红外线集中照射在电连接器上的焊杯区域，锡膏熔化；电连接器离开焊接装置的加热区域，对电连接器进行快速冷却，锡膏冷却凝固形成焊点，将电连接器上的芯线和相应的端子接线端电性连接；

第5步，成品。

7、根据权利要求6所述的一种运用红外线加热的焊接工艺，其特征在于：在自动焊接加工中，灯管发射出波长在3微米以下的红外线，焊接装置的加热温度为150～250℃，焊接装置对一个电连接器加热时间为10～30秒。

8、根据权利要求6所述的一种运用红外线加热的焊接工艺，其特征在于：在自动焊接加工中，灯管(2)与凸透镜(3)之间的距离等于或大于凸透镜(3)的1倍焦距，电连接器的焊杯位于灯管(2)的成像位置处。

9、根据权利要求6所述的一种运用红外线加热的焊接工艺，其特征在于：在焊接装置前增加一个水分烘干装置，在进行自动焊接前，通过水分烘干装置对锡膏进行预热，烘干锡膏，蒸发锡膏内的水分，水分烘干装置的加热温度为60～120℃，水分烘干装置对一个电连接器加热时间为5～15秒。

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