CN106735840A - 超声波焊头和焊接设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超声波焊头。包括呈行列状相互连接并对称设置的若干焊点，所述焊点的数量为A，其中4≤A≤16。由于焊点的数量不超过16个，焊点的数量相对减少，在总压力减少的情况下，每个焊点上所获得的压力变得更加均匀和恒定。因此，工件上与各焊点相对应的焊接位处的焊接强度相同，其拉拨测试结果相同，保证了工件的点焊质量。同时，焊头上的焊点保持整体对称，各焊点处振动频率一致，相同时间内产生的热量相同，不会因热量过高而导致焊点损坏，延长了焊头的使用寿命。

Description

超声波焊头和焊接设备

技术领域

本发明涉及超声波焊接技术领域，特别是涉及一种超声波焊头和包含该超声波焊头的焊接设备。

背景技术

超声波焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦产生热量而形成分子层之间的熔合。一般的，当采用传统的超声波焊接头对工件焊接时，焊接头与工件之间的接触面积大，施加的压力也增大，进而导致工件的受力不均匀，影响工件的焊接质量，同时减少焊头的使用寿命。

发明内容

基于此，有必要提供一种能提高焊接质量和焊头使用寿命的超声波焊头和包含该超声波焊接头的焊接设备。

一种超声波焊头，包括呈行列状相互连接并对称设置的若干焊点，所述焊点的数量为A，其中4≤A≤16。

在其中一个实施例中，所述焊点的数量为偶数个。

在其中一个实施例中，所述焊点的数量为16个，所述焊点之间呈四行和四列排列。

在其中一个实施例中，所述焊点呈圆柱状，或棱台状，或圆台状。

在其中一个实施例中，所述焊点呈正四棱台状，所述焊点包括顶面，与所述顶面平行设置的底面，及连接在所述顶面和所述底面之间的四个侧面。

在其中一个实施例中，所述底面的边长为0.375mm。

在其中一个实施例中，所述顶面的边长为0.06mm。

在其中一个实施例中，所述焊点的高度为0.128mm。

在其中一个实施例中，同一个所述焊点上相对两个所述侧面之间的夹角为θ，其中θ的值为90°。

一种焊接设备，包括上述任一的超声波焊头。

本发明提供的超声波焊头和包含该超声波焊头的焊接设备，由于焊点的数量不超过16个，焊点的数量相对减少，在总压力减少的情况下，每个焊点上所获得的压力变得更加均匀和恒定。因此，工件上与各焊点相对应的焊接位处的焊接强度相同，其拉拨测试结果相同，保证了工件的点焊质量。同时，焊头上的焊点保持整体对称，各焊点处振动频率一致，相同时间内产生的热量相同，不会因热量过高而导致焊点损坏，延长了焊头的使用寿命。

附图说明

图1为一实施例所提供的超声波焊头的平面结构示意图；

图2为一实施例所提供的超声波焊头的横截面结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“内”、“外”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

参阅图1，一种超声波焊头10，包括若干焊点100，若干焊点100之间呈行列状连接在一起，焊点100的数量为A，其中，其中4≤A≤16。

超声波焊接的原理是：通过焊点100将超声能量传送到工件焊接位，由于焊接位处声阻大，因此焊接位处会产生局部高温。高温产生的热量无法在短时间内散发，热量聚集在工件焊接位，致使工件之间的接触面迅速熔化，加上一定压力后，两个工件会融合成一体。当超声波停止作用后，压力持续一段时间(即保压)，最终使焊接位处凝固成型，这样就形成一个坚固的分子链，达到点焊的目的。

对于超声波焊接的工件，例如，将铜箔焊接到手机壳的电路板上等。一般的，工件的焊接质量与焊头10的振幅、压力和作用时间等参数有密切，当焊头10振幅增大时，对工件产生的熔融温度增大。焊接压力和时间必须设计合理值，不能偏大和偏小，以确保工件的点焊质量。

在焊头10总面积不变的情况下，当焊头10上的焊点100越多时，每个焊点100与工件之间形成相应的接触面积，各个焊点100与工件接触面积的总和构成了焊头10与工件的接触面积，一般的，根据实际情况的需要，不同大小的工件对应不同面积大小的焊头10。

焊点100增多时，焊头10与工件之间的接触面积增大，应当保证每个焊点100与工件之间形成一定的压力，以确保当工件的焊接处熔融时，在压力的作用下直到熔融处冷却成型。因此，压力随着焊点100数量的增多而增大。当压力过小时，工件点焊处的焊接强度不够，不能满足焊接强度拉拨测试。

当焊点100数量增多而导致焊头10对工件的压力增大时，会导致各个焊点100对工件产生的压力不均匀，即焊点100对工件的压力有大小之分。其中某些焊点100对工件的压力过大，工件在过大的压力作用下会产生裂痕，从而影响焊接质量，也会缩短焊头10的使用寿命。也存在某些对工件压力过小的焊点100，在工件焊接处冷却成型的过程中，工件点焊处分子之间的结合力不够，即工件焊接强度不够，同样影响工件的焊接质量。

在一些实施例中，焊点100的数量为偶数个，例如四个、八个、十二个等。当然，可以理解，焊点100的数量也可以为奇数个，例如九个。九个焊点100呈三行和三列的形式排列。

在本实施例中，考虑到铜箔的整体轮廓机器面积的大小，焊头10所包括的焊点100的数量为16个，16个焊点100呈四行和四列的形式排列。在点焊过程中，焊头10始终处于高频振动的状态，因此，焊头10上各个焊点100之间的排列保持对称的设计，以避免声波传递的非对称性所导致的不均衡应力及横向应力，当焊头10振动不均衡时，振动频率较高的焊点100将因发热过多而损坏。因此，16焊点100采用四行和四列的排列方式，刚好构成一个正方形，很好的确保各焊点100振动均衡。

参阅图1和图2，具体的，焊点100呈圆柱状，或棱台状，或圆台状等，在本实施例中，焊点100呈正四棱台状。焊点100包括顶面110，底面120和四个侧面130。顶面110和底面120相互平行设置，四个侧面130连接在顶面110和底面120之间。显然，底面120和顶面110均为正方形，四个侧面130均为全等的等腰梯形。

在铜箔的超声波焊接中，焊点100的顶面110与铜箔接触，由于粗糙的顶面110会对铜箔产生破坏，焊点100的顶面110必须越光滑，因此，顶面110的粗糙度值越小。在焊头10的往复运动过程中，焊头10压力过大可能会导致铜箔损伤，同时，铜箔可能在压力的作用下产生翘曲，影响铜箔与手机壳电路板之间的焊接质量，甚至会导致点焊后的电路板出现故障。

在一些实施例中，焊点100上设置有吹风孔。由于超声波频率高，振动产生的能量大，焊接位产生的温度会过高，由于吹风孔的作用，可以对焊点100进行冷却，避免因温度过高而影响其使用寿命。

在一些实施例中，焊点100采用铝合金材料支撑，在焊点100的顶面110上再镀硬质合金，以确保顶面110的耐磨性。在本实施例中，焊点100采用钛合金制成，钛合金焊头10的抗疲劳强度明显增大，具有硬度高，热传导形强和韧性佳的优点。

具体的，焊点100顶面110的边长为底面120的边长b为0.375mm，当四个焊点100排列成一行时，四个焊点100上的其中一边首尾连接构成焊头10的边长c，因此，焊头10的边长c为1.5mm。顶面110的边长a为0.06mm，焊点100的高度h为0.128mm。在同一个焊点100中，相对两个侧面130之间的夹角为θ，其中，θ的值为90°，即相对的两个侧面130相互垂直。当然，可以理解，改变顶面110的边长和焊点100的高度，同样可以改变相对的两个侧面130之间的夹紧，从而得到不同外形尺寸的焊点100结构。

事实上，对于整体尺寸为1.5mm×1.5mm的焊头10，当改变焊点100的数量时，例如在现有技术中，焊点100的数量的25个，25个焊点100之间采用五行和五列的方式排列，焊点100顶面110的边长同样为0.06mm，但是，相对本发明中的焊头10，其焊点100的数量增加了九个。因此，其与工件接触的面积明显增加，难以保证每个焊点100与工件之间形成相等的压力。

在本发明中，焊点100的数量减少，每个焊点100与工件接触的面积不变，但是，16个焊点100构成的焊头10与工件的接触面积将减少(即焊头10与工件的接触面积取决于焊点100的数量)。在总压力减少的情况下，每个焊点100上所获得的压力变得更加均匀，每个焊点100对工件产生的压力恒定。因此，工件上与各焊点100相对应的焊接位处的焊接强度相同，其拉拨测试结果相同，保证了工件的点焊质量。同时，各焊点100处振动频率一致，相同时间内产生的热量相同，不会因热量过高而导致焊点100损坏，延长了焊头10的使用寿命。

在本实施例中，相邻两个焊点100之间的交界处设置过渡曲面140，即焊点100的底面120上相邻两边之间连接有过渡曲面140，这样能避免焊点100因高频振动在交界处形成应力集中，从而损坏焊点100，进一步延长了焊点100的使用寿命。

在焊头10的加工过程中，对于焊头10的下料，可以采用CNC加工的方(Computernumerical control，数控加工)，将焊点100的顶面110、底面120和四个侧面130加工成型。或者采用模具使焊头10一体成型。当然，可以理解，焊点100还可以采用液体射流的方式加工成型，即将液体加压，加压后的液体从特制喷嘴喷出，利用高速流体产生上的切削力对焊点100进行加工成型，该方法加工速度快，不会产生热量。

本发明还提供一种焊接设备，该焊接设备包括超声波发生器、换能器、变幅器、以及上述的超声波焊头10。由于采用上述超声波焊头10，该焊接设备能提高对工件的焊接质量，同时延长了设备本身的使用寿命。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种超声波焊头，其特征在于，包括呈行列状相互连接并对称设置的若干焊点，所述焊点的数量为A，其中4≤A≤16。

2.根据权利要求1所述的超声波焊头，其特征在于，所述焊点的数量为偶数个。

3.根据权利要求2所述的超声波焊头，其特征在于，所述焊点的数量为16个，所述焊点之间呈四行和四列排列。

4.根据权利要求3所述的超声波焊头，其特征在于，所述焊点呈圆柱状，或棱台状，或圆台状。

5.根据权利要求4所述的超声波焊头，其特征在于，所述焊点呈正四棱台状，所述焊点包括顶面，与所述顶面平行设置的底面，及连接在所述顶面和所述底面之间的四个侧面。

6.根据权利要求5所述的超声波焊头，其特征在于，所述底面的边长为0.375mm。

7.根据权利要求5所述的超声波焊头，其特征在于，所述顶面的边长为0.06mm。

8.根据权利要求5所述的超声波焊头，其特征在于，所述焊点的高度为0.128mm。

9.根据权利要求5所述的超声波焊头，其特征在于，同一个所述焊点上相对两个所述侧面之间的夹角为θ，其中θ的值为90°。

10.一种焊接设备，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的超声波焊头。