CN103909185B - 一种铜线焊接设备及焊接铜线的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及LED焊接技术领域，特别是涉及一种铜线焊接设备及焊接铜线的工艺，铜线焊接设备包括打火杆和换能器，换能器的端部设置有供铜线穿过的瓷嘴，还包括吹气装置；打火杆和吹气装置分别设置于瓷嘴的两侧；瓷嘴包括供铜线穿过的通孔，以及用于将烧熔的铜线按压于焊接面的下表面，以及侧面；通孔由上而下包括相互连通的圆柱形通孔和圆台形通孔；瓷嘴的下表面的粗糙度为2μm~5μm；瓷嘴的下表面和侧面之间的连接处为弧面。焊接铜线的工艺，使用的保护气体的组分为：氮气93%~97%，氢气3%~7%，使在压合焊接的过程中，铜线的抗氧化效果好。本发明的瓷嘴能够防止在压合焊接时铜球打滑，使得焊点规则对称且焊点结合度好。
Description
技术领域
本发明涉及LED焊接技术领域，特别是涉及一种铜线焊接设备及焊接铜线的工艺。
背景技术
现有的LED焊接技术中，使用铜线焊接的过程容易出现以下问题：（1）铜线容易氧化，铜线在焊接时，首先需要将铜线烧熔成球，而在烧熔成球的过程中产生的高温会迅速将铜线氧化，形成氧化铜，而氧化铜在与LED电极上的金或铝结合度差，后期应用中会出现开路死灯的不良情况；（2）因铜线较硬，焊接过程中，焊头上输出的超声波传输到瓷嘴，会使瓷嘴发生震动，而在压合过程因震动使得瓷嘴不能很好地将铜线压合住，从而出现焊点不对称和结合不好的不良情况。
针对上述缺陷，现有技术中利用保护气体对焊接过程进行保护，但是，由于保护气体的成分设计不够合理，导致铜线的抗氧化效果不理想。另外，现有技术对瓷嘴的设计不够合理，容易造成焊点偏离，从而导致焊点不对称（见图3）和结合不好的缺陷。
发明内容
本发明的目的之一在于针对现有技术中的不足之处而提供一种铜线焊接设备。
本发明的目的之二在于针对现有技术中的不足之处而提供一种焊接铜线的工艺。
为达到上述目的之一，本发明通过以下技术方案来实现。
提供一种铜线焊接设备，包括打火杆、换能器和氮氢气保护供应设备，所述换能器的端部设置有供铜线穿过的瓷嘴，所述铜线焊接设备还包括吹气装置；所述打火杆和所述吹气装置分别设置于所述瓷嘴的两侧；
所述瓷嘴包括供铜线穿过的通孔，以及用于将烧熔的铜线按压于焊接面的下表面，以及侧面；
所述通孔由上而下包括相互连通的圆柱形通孔和圆台形通孔；
所述瓷嘴的下表面的粗糙度为2μm~5μm；
所述瓷嘴的下表面和侧面之间的连接处为弧面。
所述圆台形通孔沿中轴线的纵截面为等腰梯形，所述等腰梯形的两条腰之间的夹角为90°。
所述弧面与水平面之间的夹角为8°。
所述弧面沿中轴线的纵截面的弧半径为20μm~38μm。
所述圆柱形通孔的孔径为25μm~33μm。
所述圆台形通孔的最大内径为40μm~60μm；所述圆台形通孔的高度为5μm~7μm。
所述瓷嘴的外径为165μm~203μm。
为达到上述目的之二，本发明通过以下技术方案来实现。
提供一种焊接铜线的工艺，使用上述所述的铜线焊接设备进行铜线的焊接，其焊接工艺包括以下步骤：
步骤一：启动所述吹气装置，吹送保护气体；所述保护气体的包括如下体积百分比的组分：氮气93%~97%，氢气3%~7%；
步骤二：启动换能器和打火杆，利用打火杆将穿过瓷嘴的铜线烧熔成球；
步骤三：以一定压力将瓷嘴向下按压于焊接面一定时间，使得烧熔成球的铜线焊接于焊接面，得到第一个焊接点；
步骤四：提起瓷嘴，又以一定压力将瓷嘴向下按压于另一焊接面一定时间，以使得烧熔成球的铜线焊接于另一焊接面，得到第二个焊接点。
上述技术方案中，所述步骤三中，在焊接第一个焊接点时，按压的压力为20g~70g，按压的时间为8ms~15ms，换能器的功率为30DAC~80DAC。
上述技术方案中，所述步骤四中，在焊接第二个焊接点时，按压的压力为70g~150g，按压的时间为8ms~15ms，换能器的功率为60DAC~130DAC。
本发明的有益效果：
（1）本发明的一种铜线焊接设备，由于通孔由上而下包括相互连通的圆柱形通孔和圆台形通孔，且圆台形通孔的高度为5μm~7μm，且圆台形通孔沿中轴线的纵截面为等腰梯形，等腰梯形的两条腰之间的夹角为90°，从而当铜线烧熔成球时，铜球能够很好地被瓷嘴抓住，且能够使铜球很好地对称于所述瓷嘴的中轴线，使得在压合焊接时，焊点规则对称且焊点结合度好。
（2）本发明的一种铜线焊接设备，由于瓷嘴的下表面的粗糙度为2μm~5μm，在焊接铜线的过程中，该瓷嘴能够提供合适的接触面积，使得瓷嘴能够很好地将铜球抓住，并能够防止在压合焊接时铜球打滑，配合自行所研制的保护气体配方使其在烧球时焊球不易氧化及保证烧球圆滑和一致性，从而使得焊点规则对称且焊点结合度好。
（3）本发明的一种铜线焊接设备，由于瓷嘴的下表面和侧面之间的连接处为弧面，该弧面能够使得在压合焊接时，瓷嘴的下表面向下压向焊接面的过程中，使得下表面与焊接面之间的压强不会变化太大，且由于弧面向上，能够减少下表面与焊接面之间的接触面积，同时能够减少焊头上的输出超声波传输到瓷嘴使瓷嘴发生震动的影响，并能够避免铜球打滑，最终使得焊点规则对称且焊点结合度好。
（4）本发明的一种焊接铜线的工艺，由于在焊接铜线时使用了结构设计合理的瓷嘴，以及吹送93%~97%氮气和3%~7%氢气的保护气体，使得在压合焊接的过程中，铜线的抗氧化效果好，且焊点规则对称且焊点结合度好。
（5）利用本发明提供的铜线焊接设备以及焊接铜线的工艺，所制得的铜线焊接产品的各项性能优异，使用寿命达到10万小时，极大地延长了产品的使用寿命。
附图说明
图1是本发明的一种铜线焊接设备的结构示意图。
图2是本发明的一种铜线焊接设备的瓷嘴的结构示意图。
图3是现有技术中焊点不规则和不对称的效果图。
图4是利用本发明的一种铜线焊接设备以及焊接铜线的工艺所形成的焊点规则对称的效果图。
在图1至图4中包括有：
1——打火杆、
2——换能器、
3——瓷嘴、31——通孔、32——下表面、33——侧面、301——圆柱形通孔、302——圆台形通孔、303——弧面、
4——吹气装置。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步说明。
实施例1。
见图1和图2。本实施例的一种铜线焊接设备，包括打火杆1、换能器2和氮氢气保护供应设备，换能器2的端部设置有供铜线穿过的瓷嘴3，该铜线焊接设备还包括吹气装置4；打火杆1和吹气装置4分别设置于瓷嘴3的两侧；瓷嘴3包括供铜线穿过的通孔31，以及用于将烧熔的铜线按压于焊接面的下表面32，以及侧面33；通孔31由上而下包括相互连通的圆柱形通孔301和圆台形通孔302；本实施例中，圆台形通孔302的高度为6μm。
本实施例中，瓷嘴3的下表面32的粗糙度为3μm，在焊接铜线的过程中，具有该粗糙度的瓷嘴3能够提供足够大的接触面积，使得瓷嘴3能够很好地将铜球抓住，并能够防止在压合焊接时铜球打滑，从而使得焊点规则对称（见图4）且焊点结合度好。
其中，瓷嘴3的下表面32和侧面33之间的连接处为弧面303，由于瓷嘴3的下表面32和侧面33之间的连接处为弧面303，本实施例中，弧面303与水平面之间的夹角FA为8°，弧面303沿中轴线的纵截面的弧半径OR为28μm，该弧面303能够使得在压合焊接时，瓷嘴3的下表面32向下压向焊接面的过程中，使得下表面32与焊接面之间的压强不会变化太大，且由于弧面303向上，能够减少下表面32与焊接面之间的接触面积，同时能够减少焊头上的输出超声波传输到瓷嘴3使瓷嘴3发生震动的影响，并能够避免铜球打滑，最终使得焊点对称（见图4）且焊点结合度好。
本实施例中，圆台形通孔302沿中轴线的纵截面为等腰梯形，等腰梯形的两条腰之间的夹角CA为90°。由于通孔31由上而下包括相互连通的圆柱形通孔301和圆台形通孔302，且圆台形通孔302的高度为6μm，且圆台形通孔302沿中轴线的纵截面为等腰梯形，等腰梯形的两条腰之间的夹角CA为90°，从而当铜线烧熔成球时，铜球能够很好地被瓷嘴抓住，且能够使铜球很好地对称于瓷嘴3的中轴线，使得在压合焊接时，焊点规则对称（见图4）且焊点结合度好。
本实施例中，圆柱形通孔301的孔径H为30μm，且圆台形通孔302的最大内径CD为50μm，且瓷嘴3的外径T为185μm，从而能够使得焊点的大小适中，便于焊接。
实施例2。
本发明的一种铜线焊接设备的实施例2，本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中，圆台形通孔302的高度为5μm，从而当铜线烧熔成球时，铜球能够很好地被瓷嘴抓住，且能够使铜球很好地对称于瓷嘴3的中轴线，使得在压合焊接时，焊点对称且焊点结合度好。本实施例中，圆柱形通孔301的孔径H为25μm，且圆台形通孔302的最大内径CD为40μm，瓷嘴的外径T为165μm，从而能够使得焊点的大小适中，便于焊接。本实施例中，瓷嘴3的下表面的粗糙度为2μm，且弧面303沿中轴线的纵截面的弧半径OR为20μm，在焊接铜线的过程中，具有该粗糙度的瓷嘴3能够提供合适的接触面积，使得瓷嘴3能够很好地将铜球抓住，并能够防止在压合焊接时铜球打滑，从而使得焊点规则对称且焊点结合度好。本实施例的其它结构及工作原理与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例3。
本发明的一种铜线焊接设备的实施例3，本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中，圆台形通孔302的高度为7μm，从而当铜线烧熔成球时，铜球能够很好地被瓷嘴抓住，且能够使铜球很好地对称于瓷嘴3的中轴线，使得在压合焊接时，焊点对称且焊点结合度好。本实施例中，圆柱形通孔301的孔径H为33μm，且圆台形通孔302的最大内径CD为60μm，瓷嘴的外径T为203μm，从而能够使得焊点的大小适中，便于焊接。本实施例中，瓷嘴3的下表面的粗糙度为5μm，且弧面303沿中轴线的纵截面的弧半径OR为38μm，在焊接铜线的过程中，具有该粗糙度的瓷嘴3能够提供合适的接触面积，使得瓷嘴3能够很好地将铜球抓住，并能够防止在压合焊接时铜球打滑，从而使得焊点规则对称且焊点结合度好。本实施例的其它结构及工作原理与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例4。
本发明的一种焊接铜线的工艺，使用上述实施例1的铜线焊接设备进行铜线的焊接，其焊接工艺包括以下步骤：
步骤一：启动吹气装置4，吹送保护气体；保护气体的包括如下体积百分比的组分：氮气93%，氢气7%；
步骤二：启动换能器2和打火杆1，利用打火杆1将穿过瓷嘴3的铜线烧熔成球；
步骤三：以20g的压力将瓷嘴3向下按压于焊接面15ms，以使得烧熔成球的铜线焊接于焊接面，得到第一个焊接点；其中，换能器2的功率为80DAC。
步骤四：提起瓷嘴3，又以70g的压力将瓷嘴3向下按压于另一焊接面15ms，以使得烧熔成球的铜线焊接于另一焊接面，得到第二个焊接点；其中，换能器的功率为130DAC。
由于在焊接铜线时使用了结构设计合理的瓷嘴3，以及吹送93%氮气和7%氢气的保护气体，使得在压合焊接的过程中，铜线的抗氧化效果好，并且由于本实施例中压合压力、压合时间和换能器2的功率设置合理，从而使得焊点对称且焊点结合度好。
实施例5。
本发明的一种焊接铜线的工艺，使用上述实施例1的铜线焊接设备进行铜线的焊接，其焊接工艺包括以下步骤：
步骤一：启动吹气装置4，吹送保护气体；保护气体的包括如下体积百分比的组分：氮气97%，氢气3%；
步骤二：启动换能器2和打火杆1，利用打火杆1将穿过瓷嘴3的铜线烧熔成球；
步骤三：以70g的压力将瓷嘴3向下按压于焊接面8ms，以使得烧熔成球的铜线焊接于焊接面，得到第一个焊接点；其中，换能器2的功率为30DAC。
步骤四：提起瓷嘴3，又以150g的压力将瓷嘴3向下按压于另一焊接面8ms，以使得烧熔成球的铜线焊接于另一焊接面，得到第二个焊接点；其中，换能器的功率为60DAC。
由于在焊接铜线时使用了结构设计合理的瓷嘴3，以及吹送97%氮气和3%氢气的保护气体，使得在压合焊接的过程中，铜线的抗氧化效果好，并且由于本实施例中压合压力、压合时间和换能器2的功率设置合理，从而使得焊点对称且焊点结合度好。
实施例6。
本发明的一种焊接铜线的工艺，使用上述实施例1的铜线焊接设备进行铜线的焊接，其焊接工艺包括以下步骤：
步骤一：启动吹气装置4，吹送保护气体；保护气体的包括如下体积百分比的组分：氮气95%，氢气5%；
步骤二：启动换能器2和打火杆1，利用打火杆1将穿过瓷嘴3的铜线烧熔成球；
步骤三：以45g的压力将瓷嘴3向下按压于焊接面11ms，以使得烧熔成球的铜线焊接于焊接面，得到第一个焊接点；其中，换能器2的功率为55DAC。
步骤四：提起瓷嘴3，又以110g的压力将瓷嘴3向下按压于另一焊接面11ms，以使得烧熔成球的铜线焊接于另一焊接面，得到第二个焊接点；其中，换能器的功率为95DAC。
由于在焊接铜线时使用了结构设计合理的瓷嘴3，以及吹送95%氮气和5%氢气的保护气体，使得在压合焊接的过程中，铜线的抗氧化效果好，并且由于本实施例中压合压力、压合时间和换能器2的功率设置合理，从而使得焊点对称且焊点结合度好。
产品性能测试：
表1 产品性能测试表
由表1的测试数据可知，利用本发明提供的铜线焊接设备以及焊接铜线的工艺，所制得的铜线焊接产品的各项性能优异，使用寿命达到10万小时，极大地延长了产品的使用寿命。
最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (9)
1.一种铜线焊接设备，包括打火杆、换能器和氮氢气保护供应设备，所述换能器的端部设置有供铜线穿过的瓷嘴，其特征在于：所述铜线焊接设备还包括吹气装置；所述打火杆和所述吹气装置分别设置于所述瓷嘴的两侧；所述瓷嘴包括供铜线穿过的通孔，以及用于将烧熔的铜线按压于焊接面的下表面，以及侧面；所述通孔由上而下包括相互连通的圆柱形通孔和圆台形通孔，所述圆台形通孔的高度为5μm～7μm；所述瓷嘴的下表面的粗糙度为2μm～5μm；所述瓷嘴的下表面和侧面之间的连接处为弧面。
2.根据权利要求1所述的一种铜线焊接设备，其特征在于：所述圆台形通孔沿中轴线的纵截面为等腰梯形，所述等腰梯形的两条腰之间的夹角为90°。
3.根据权利要求1所述的一种铜线焊接设备，其特征在于：所述弧面与水平面之间的夹角为8°。
4.根据权利要求1所述的一种铜线焊接设备，其特征在于：所述弧面沿中轴线的纵截面的弧半径为20μm～38μm。
5.根据权利要求1所述的一种铜线焊接设备，其特征在于：所述圆柱形通孔的孔径为25μm～33μm。
6.根据权利要求1所述的一种铜线焊接设备，其特征在于：所述瓷嘴的外径为165μm～203μm。
7.一种焊接铜线的工艺，其特征在于：使用权利要求1至6任意一项所述的铜线焊接设备进行铜线的焊接，其焊接工艺包括以下步骤：
步骤一：启动所述吹气装置，吹送保护气体；所述保护气体的包括如下体积百分比的组分：氮气93%～97%，氢气3%～7%；
步骤二：启动换能器和打火杆，利用打火杆将穿过瓷嘴的铜线烧熔成球；
步骤三：以20g～70g的压力将瓷嘴向下按压于焊接面8ms～15ms，使得烧熔成球的铜线焊接于焊接面，得到第一个焊接点；
步骤四：提起瓷嘴，又以70g～150g的压力将瓷嘴向下按压于另一焊接面8ms～15ms，以使得烧熔成球的铜线焊接于另一焊接面，得到第二个焊接点。
8.根据权利要求7所述的一种焊接铜线的工艺，其特征在于：所述步骤三中，在焊接第一个焊接点时，换能器的功率为30DAC～80DAC。
9.根据权利要求7所述的一种焊接铜线的工艺，其特征在于：所述步骤四中，在焊接第二个焊接点时，换能器的功率为60DAC～130DAC。
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