CN107087352A - 一种在电路板上贴焊元器件的方法 - Google Patents

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范醉风
陈克胜
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高云峰
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Abstract

本发明公开了一种在电路板上贴焊元器件的方法，包括：将锡膏熔接在电路板的待焊接位置上；将待焊的元器件和电路板的待焊接位置固定，使待焊接元器件的脚位和电路板待焊接位置贴合在一起；控制激光器出光将待焊接位置上的锡膏熔化，将元器件和电路板焊接在一起。本发明通过首先将锡膏熔接在电路板的待焊接位置上，然后将待焊接元器件的脚位和电路板待焊接位置固定贴合在一起，最后控制激光器出光将待焊接位置上的锡膏熔化，进行精准的激光局部加热，将元器件和电路板焊接在一起，从而不仅有效避免了高温烘烤焊接对精密元器件的损坏，而且能够实现自动焊接，显著提高了生产效率，降低了生产成本。

Description

一种在电路板上贴焊元器件的方法
技术领域
本发明涉及激光焊接技术领域，尤其涉及一种在电路板上贴焊元器件的方法。
背景技术
目前在电路板上贴焊精密元器件大部分都是仅采取回流焊或波峰焊的方式，但是也有一部分不适合这种整体烘烤式的焊接方式，原因是有些精密元器件不能经受回流焊或波峰焊焊接过程中的高温烘烤。针对这部分无法用回流焊等方式进行贴焊的精密元器件，现有技术主要是是靠人工在显微镜下进行焊接。这样的生产方式不仅效率低，而且人力成本较高。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种在电路板上贴焊元器件的方法，从而克服现有技术中的精密元器件主要靠人工在显微镜下焊接，效率低，成本高的问题。
本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种在电路板上贴焊元器件的方法，包括：
步骤A、将锡膏熔接在电路板的待焊接位置上；
步骤B、将待焊的元器件和电路板的待焊接位置固定，使待焊接元器件的脚位和电路板待焊接位置贴合在一起；
步骤C、控制激光器出光将待焊接位置上的锡膏熔化，将元器件和电路板焊接在一起。
所述的在电路板上贴焊元器件的方法，其中，所述步骤A具体包括：
步骤A1、在电路板上的待焊接位置预先涂上锡膏；
步骤A2、将锡膏加热进行首次熔化后，熔接在待焊接位置上。
所述的在电路板上贴焊元器件的方法，其中，所述步骤A2中：采用回流焊或波峰焊将锡膏加热进行首次熔化。
所述的在电路板上贴焊元器件的方法，其中，所述步骤A之前还包括：将电路板和待焊元器件上的待焊接位置清理干净。
所述的在电路板上贴焊元器件的方法，其中，所述步骤B中：采用仿形夹具将待焊的元器件和电路板的待焊接位置固定。
所述的在电路板上贴焊元器件的方法，其中，所述步骤C具体包括：
步骤C1、捕捉待焊接位置并发送给激光控制系统，控制激光器将激光出光位置匹配到待焊接位置上；
步骤C2、控制激光器在匹配的待焊接位置上出光，将待焊接位置上的锡膏进行再次熔化，将元器件和电路板焊接在一起。
所述的在电路板上贴焊元器件的方法，其中，所述步骤C1具体包括：
步骤C11、预先采集待焊接位置的图像，提取待焊接位置的待焊接脚位的特征并制作成图像模板；
步骤C12、当捕捉待焊接位置时，将捕捉到的图像和图像模板进行比对，判断是否捕捉到待焊接位置，当是时，将待焊接位置的待焊接脚位的坐标发送给激光控制系统；
步骤C13、激光控制系统根据待焊接脚位的坐标，控制激光器将激光出光位置匹配到待焊接位置上。
所述的在电路板上贴焊元器件的方法，其中，所述步骤C1中，采用200～1000万像素CCD工业相机捕捉待焊接位置。
所述的在电路板上贴焊元器件的方法，其中，所述步骤C2中，控制激光器在匹配的待焊接位置上出光时，控制激光的脉宽为100～300ns。
所述的在电路板上贴焊元器件的方法，其中，所述步骤C2中，控制激光器在匹配的待焊接位置上出光时，控制激光的光斑大小为微米级。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种在电路板上贴焊元器件的方法，通过首先将锡膏熔接在电路板的待焊接位置上，然后将待焊接元器件的脚位和电路板待焊接位置固定贴合在一起，最后控制激光器出光将待焊接位置上的锡膏熔化，进行精准的激光局部加热，将元器件和电路板焊接在一起，从而不仅有效避免了高温烘烤焊接对精密元器件的损坏，而且替代人工焊接，能够实现自动焊接，显著提高了生产效率，降低了生产成本。
附图说明
图1是本发明所述激光焊接设备的结构示意图。
图2为本发明在电路板上贴焊元器件的方法的流程图。
具体实施方式
本发明提供一种在电路板上贴焊元器件的方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所述在电路板上贴焊元器件的方法基于一激光焊接设备。如图1所示，本发明所述激光焊接设备包括：激光控制系统1、激光器2、扩束镜3、振镜系统4、视觉定位系统5、光学聚焦镜6、工作台7。
本实施例中，所述激光控制系统1也即是电气控制部，其用于对激光器提供能量电源，控制激光光束的输出方式。所述激光器2可以为10～30W红外光纤激光器(例如20w)，光束质量因子M2小于1.5，脉冲波长为1064nm；激光器用于为激光加工材料提供光源。所述扩束镜3可以为1～3倍扩束镜，其用于将激光源发出的光进行扩大，提高激光的传输特性以使其更好地被汇聚到材料表面。所述振镜系统4由扫描电机和光学反射镜片组合而成，包括X振镜和Y振镜，两振镜片尺寸可选用10mm或20mm，镜片尺寸越大，可承接的光斑尺寸也越大；振镜系统用于利用扫描电机带动光学镜片进行偏转式运动，将激光按照控制软件给定的指定位置进行定位输出。
本实施例中，所述视觉定位系统5用于捕捉待焊位置并将该位置匹配激光出光的位置，可以选用CCD工业相机捕捉待焊位置，相机像素越大，采集图像越清晰。所述光学聚焦镜6为f-theta透镜，其标称焦距可以为160mm或254mm，或使用更大标称焦距的聚焦透镜，透镜焦距越大，加工范围越大，聚焦光斑也越大，但是光斑太大，加热面积越大，不宜焊接精密元器件，因此本发明优选标称焦距小于254mm的f-theta透镜；光学聚焦镜用于将激光束在整个加工范围内形成均匀大小的聚焦光斑，保证在加工范围内激光能量输出的一致性。所述工作平台7用于产品作激光加工时放置的地方。
基于以上所述的激光焊接设备，本发明提供的一种在电路板上贴焊元器件的方法，如图2所示，包括：
步骤S100、将锡膏熔接在电路板的待焊接位置上；
步骤S200、将待焊的元器件和电路板的待焊接位置固定，使待焊接元器件的脚位和电路板待焊接位置贴合在一起；
步骤S300、控制激光器出光将待焊接位置上的锡膏熔化，将元器件和电路板焊接在一起。
进一步的，本实施例中，所述步骤S100也即是进行预上锡，其具体包括：
步骤S110、在电路板上的待焊接位置预先涂上锡膏；所述锡膏可以为铅锡膏或无铅锡膏。
步骤S120、将锡膏加热进行首次熔化后，熔接在待焊接位置上。具体实施时，将电路板上待焊接位置预上锡膏后先将锡膏加热熔化，然后紧紧熔接在待焊位置上。由于锡膏首次融化时并未有固定元器件，而仅仅是融化锡膏，因此可以采用回流焊或波峰焊将锡膏加热进行首次熔化。当采用回流焊时，先利用回流焊设备在待焊电路板位置上进行印锡，并根据锡膏特性设置相应的回流焊温度曲线进行加热，将锡膏熔接在电路板待焊接的位置上。其中，温度曲线的最高温度可以设置为不超过280度。
进一步的，本实施例中，所述步骤S100之前还包括：将电路板和待焊元器件上的待焊接位置清理干净；此清洁步骤可以避免杂质对焊接效果的影响。
进一步的，本实施例中，所述步骤S200也即是进行固定位置。优选的，可以采用相应的仿形夹具将待焊的元器件和电路板的待焊接位置固定，并进行保压，以使待焊接元器件的脚位和电路板待焊位置紧紧贴合在一起，其中需要注意的是，仿形夹具不能遮挡住需要焊接的位置。
进一步的，本实施例中，所述步骤S300具体包括：
步骤S310、捕捉待焊接位置并发送给激光控制系统，控制激光器将激光出光位置匹配到待焊接位置上；此步骤也即是进行视觉定位，具体实施时，优选采用200～1000万像素CCD工业相机捕捉待焊接位置，例如可以采用200w、500w或者1000w像素的CCD相机。
步骤S320、控制激光器在匹配的待焊接位置上出光，将待焊接位置上的锡膏进行再次熔化，将元器件和电路板焊接在一起；此步骤也即是进行激光焊接，具体实施时，预先设置合适的激光参数，激光控制系统根据视觉定位系统发送过来的坐标进行出光，从而二次熔化锡膏，使元器件和电路板焊接在一起。
优选的，所述步骤S320中，控制激光器在匹配的待焊接位置上出光时，控制激光的脉宽为100～300ns。经大量测试发现，激光脉宽越大，激光热效应越明显，焊接越容易调试，因此本发明优选控制激光的脉宽为100～300ns，例如，可以为100ns、200ns、300ns等。
优选的，所述步骤S320中，控制激光器在匹配的待焊接位置上出光时，控制激光的光斑大小为微米级。本发明可选用不同光斑大小的激光器作为加热源，但是由于光斑越小，局部加热的范围就越小，可允许焊接的元器件就越小，相比整体烘烤的焊接方式，局部加热不会损伤元器件的其他部位，因此在面对精密元器件时，优选采用微米级大小的光斑。例如可以为30um、60um等。又由于聚焦镜头焦距越大，聚焦光斑也越大，当使用160mm焦距的聚焦镜头时光斑为30um，当使用254mm焦距的聚焦镜头光斑为60um，因此本发明优选标称焦距小于254mm的f-theta透镜。
进一步的，所述步骤S310具体包括：
步骤S311、预先采集待焊接位置的图像，提取待焊接位置的待焊接脚位的特征并制作成图像模板；具体实施时，预先通过CCD工业相机采集待焊接位置的图像，通过视觉软件提取待焊接位置的待焊接元器件的脚位的特征并制作成图像模板。
步骤S312、当捕捉待焊接位置时，将捕捉到的图像和图像模板进行比对，判断是否捕捉到待焊接位置，当是时，将待焊接位置的待焊接脚位的坐标发送给激光控制系统；具体实施时，当捕捉待焊接位置时，通过视觉软件将CCD工业相机采集到的图像和图像模板进行比对，判断是否捕捉到待焊接位置，当是时，将待焊接位置的待焊接元器件的脚位的坐标发送给激光控制系统；当否时，进行再次捕捉待焊接位置，直至判定捕捉到预定的待焊接位置。
步骤S313、激光控制系统根据待焊接脚位的坐标，控制激光器将激光出光位置匹配到待焊接位置上。
更具体的，预先调节相机焦距，使待焊接平面在CCD工业相机下成清晰的像，随后对视觉软件进行标定校正(三点标定法或六点标定法)，使相机坐标系(像素坐标系)映射到激光运动坐标系(物理坐标系)上，随后在成像视野中选择性规定图像处理区域，以提取待焊接脚位的特征(灰度值或轮廓线)，并制作成图像模板，然后当捕捉待焊接位置时，通过视觉软件将采集到的图像和图像模板进行特征对比分析和判断，从而抓取待焊接脚位的中心坐标(X、Y坐标)，并将该坐标映射转换成激光运动坐标发送给激光控制系统。
本发明所述在电路板上贴焊元器件的方法也即是一种激光焊锡方法，其不仅可以用来焊接对热影响比较敏感的元器件，同时由于该方法可以使用很小的激光光斑作为加热源，并配套CCD工业相机自动捕捉定位焊接位置，因此可以实现精准焊接和自动焊接，相比于人工焊接，该方法可以焊接更精密的元器件和提高焊接效率，从而在生产中显著提高生产效率和降低生产成本。
综上，本发明提供的一种在电路板上贴焊元器件的方法，通过首先将锡膏熔接在电路板的待焊接位置上，然后将待焊接元器件的脚位和电路板待焊接位置固定贴合在一起，最后控制激光器出光将待焊接位置上的锡膏熔化，进行精准的激光局部加热，将元器件和电路板焊接在一起，从而不仅有效避免了高温烘烤焊接对精密元器件的损坏，而且替代人工焊接，能够实现自动焊接，显著提高了生产效率，降低了生产成本。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种在电路板上贴焊元器件的方法，其特征在于，包括：
步骤A、将锡膏熔接在电路板的待焊接位置上；
步骤B、将待焊的元器件和电路板的待焊接位置固定，使待焊接元器件的脚位和电路板待焊接位置贴合在一起；
步骤C、控制激光器出光将待焊接位置上的锡膏熔化，将元器件和电路板焊接在一起。
2.根据权利要求1所述的在电路板上贴焊元器件的方法，其特征在于，所述步骤A具体包括：
步骤A1、在电路板上的待焊接位置预先涂上锡膏；
步骤A2、将锡膏加热进行首次熔化后，熔接在待焊接位置上。
3.根据权利要求1所述的在电路板上贴焊元器件的方法，其特征在于，所述步骤A2中：采用回流焊或波峰焊将锡膏加热进行首次熔化。
4.根据权利要求1所述的在电路板上贴焊元器件的方法，其特征在于，所述步骤A之前还包括：将电路板和待焊元器件上的待焊接位置清理干净。
5.根据权利要求1所述的在电路板上贴焊元器件的方法，其特征在于，所述步骤B中：采用仿形夹具将待焊的元器件和电路板的待焊接位置固定。
6.根据权利要求2所述的在电路板上贴焊元器件的方法，其特征在于，所述步骤C具体包括：
步骤C1、捕捉待焊接位置并发送给激光控制系统，控制激光器将激光出光位置匹配到待焊接位置上；
步骤C2、控制激光器在匹配的待焊接位置上出光，将待焊接位置上的锡膏进行再次熔化，将元器件和电路板焊接在一起。
7.根据权利要求6所述的在电路板上贴焊元器件的方法，其特征在于，所述步骤C1具体包括：
步骤C11、预先采集待焊接位置的图像，提取待焊接位置的待焊接脚位的特征并制作成图像模板；
步骤C12、当捕捉待焊接位置时，将捕捉到的图像和图像模板进行比对，判断是否捕捉到待焊接位置，当是时，将待焊接位置的待焊接脚位的坐标发送给激光控制系统；
步骤C13、激光控制系统根据待焊接脚位的坐标，控制激光器将激光出光位置匹配到待焊接位置上。
8.根据权利要求6所述的在电路板上贴焊元器件的方法，其特征在于，所述步骤C1中，采用200～1000万像素CCD工业相机捕捉待焊接位置。
9.根据权利要求6所述的在电路板上贴焊元器件的方法，其特征在于，所述步骤C2中，控制激光器在匹配的待焊接位置上出光时，控制激光的脉宽为100～300ns。
10.根据权利要求6所述的在电路板上贴焊元器件的方法，其特征在于，所述步骤C2中，控制激光器在匹配的待焊接位置上出光时，控制激光的光斑大小为微米级。
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