CN107138846B - 应用于rfid磁卡金属铜线的超声微焊接方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于RFID磁卡金属铜线的超声微焊接方法及其装置，其包括底座、龙门架、超声发生器、X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴加压装置、加热装置、夹持架、超声换能器和焊条；本发明提供的应用于RFID磁卡金属铜线的超声微焊接装置的结构设计巧妙，合理将磁卡金属铜线在超声发生器的超声振动能量、Z轴加压装置的压力能量和加热装置的温度能量相结合，并共同作用于磁卡金属铜线上，实现铜材料的互溶，形成金属间化合物，从而产生焊接强度，进而实现将磁卡金属铜线的焊接目的，且焊接效果好，连接牢固，有效保证加工效果，提升产品质量；另外整体结构简单，操作简易，利于广泛推广应用。

Description

应用于RFID磁卡金属铜线的超声微焊接方法及其装置

技术领域

本发明涉及超声微焊接技术领域，具体涉及一种应用于RFID磁卡金属铜线的超声微焊接方法及其装置。

背景技术

磁卡是人们日常生活中必不可少的用品，如银行磁卡、门禁卡、作业卡等。磁卡内部是由感应芯片、以及其连接铜导线等关键部件组成，如图1所示。目前、随着磁卡往小型化、轻量化等趋势发展，其内部铜导线与芯片之间的互连就存在很多问题与挑战。比如，目前铜线直径已经小型到50mm，如何将如此微小直径的铜导线焊接到芯片，是行业内目前面临的困难。传统的电烙铁焊接方法，是不可能实现批量化的工业生产。电阻焊方法是使用大电流通过焊接界面，产生的高温以融化被焊接的两种材料，从而达到互连的目的，这种方法在焊接比较大直径的铜线是可行的，但在铜线微焊接方面，就存在过焊、焊点焊烂等问题。传统的钎焊、压力焊接等方式，也无法满足这种小线径铜线的精细焊接。

发明内容

针对上述不足，本发明目的之一在于，提供一种结构设计巧妙、合理，能实现磁卡小线径铜线焊接，且焊接效果好的应用于RFID磁卡金属铜线的超声微焊接装置；

本发明目的还在于，提供一种易于实现，效率高，焊接牢固的应用于RFID磁卡金属铜线的超声微焊接装置的焊接方法。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：一种应用于RFID磁卡金属铜线的超声微焊接装置，其包括底座、龙门架、超声发生器、X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴加压装置、加热装置、夹持架、超声换能器和焊条，所述加热装置通过X轴移动机构设置在底座的中间位置，所述龙门架的两垂直端脚设置在底座的两侧，Y轴移动机构设置在龙门架的横梁上，所述Z轴加压装置通过转接板设置在Y轴移动机构，夹持架通过直线导轨设置在转接板上，并受Z轴加压装置的驱动作上下动作，所述超声换能器设置在夹持架上，且与所述超声发生器相连接；所述焊条固定在超声换能器上，并朝向所述加热装置。

所述超声发生器是用于驱动超声换能器的硬件电路与软件，可产生一定功率与频率的正弦波电压与电流信号，而且功率与频率都是线性可调与设置。

作为本发明的一种改进，所述超声换能器的输出机械振动幅值为0～10mm，该超声换能器的安装位置为0的节点。最大限度地抑制了外界干扰对超声能量传递的影响。

作为本发明的一种改进，所述超声换能器包括变幅杆、压电陶瓷和预紧螺丝组件，变幅杆的前端部设有焊条夹头，所述工具头插入焊条夹头，所述变幅杆的尾端部径向凸起形成一安装节环，该安装节环为所述的安装位置；所述压电陶瓷通过预紧螺丝组件设置在变幅杆的尾端面。

作为本发明的一种改进，所述Z轴加压装置为能产生压力值为0～100gf的音圈直线电机，其所施加的压力是线性可调的。

作为本发明的一种改进，所述夹持架包括套接板、固定座和安装环，固定座通过滑座活动设置在直线导轨上，所述套接板通过螺丝固定在固定座的上表面，该套接板上设有与所述Z轴加压装置相适配的套接轴筒，所述安装环套接在安装节环上，且该安装环上设有用来安装固定在固定座的下表面上的安装块。

作为本发明的一种改进，对应安装块的一侧位置于固定座上设有定位相机。

作为本发明的一种改进，所述超声发生器包括单片机模块、DDS信号生成模块、功率放大模块、阻抗匹配模块、信号采集与控制模块和电路保护模块；所述DDS信号生成模块、功率放大模块、阻抗匹配模块和超声换能器依次相连接，该超声换能器与信号采集与控制模块相连接，所述单片机模块分别与DDS信号生成模块、电路保护模块和信号采集与控制模块相连接。

作为本发明的一种改进，所述加热装置包括放置面板、设置在放置面板底面的加热棒及与该加热棒相连接，并能控制加热棒发热至250～350℃的控温器。

一种上述的应用于RFID磁卡金属铜线的超声微焊接装置的焊接方法，其包括如下步骤：

（1）将需磁卡金属铜线和芯片一并放置在加热装置上，并使磁卡金属铜线的连接端头恰好位于芯片的需焊接位置上；

（2）由定位相机对芯片的需焊接位置进行坐标分析，然后通过X轴移动机构和Y轴移动机构相配合，使焊条移至芯片的需焊接位置的正上方；

（3）Z轴加压装置驱动焊条下行并顶压在磁卡金属铜线的连接端头上，使该连接端头紧贴在芯片的需焊接位置上；

（4）超声发生器带动焊条作55-70kHz频率的振动，同时打开加热装置，磁卡金属铜线在超声发生器的超声振动能量、Z轴加压装置的压力能量和加热装置的温度能量共同作用下，实现铜材料的互溶，形成金属间化合物，从而产生焊接强度，进而实现将磁卡金属铜线的连接端头焊接在芯片的需焊接位置上。

本发明的有益效果为：本发明提供的应用于RFID磁卡金属铜线的超声微焊接装置的结构设计巧妙，合理将磁卡金属铜线在超声发生器的超声振动能量、Z轴加压装置的压力能量和加热装置的温度能量相结合，并共同作用于磁卡金属铜线上，从而实现铜材料的互溶，形成金属间化合物，从而产生焊接强度；整体结构简单，操作简易，焊接效果好，保证加工效果，提升产品质量，利于广泛推广应用。

下面结合附图与实施例，对本发明进一步说明。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明中Z轴加压装置的结构示意图。

图3是本发明中超声换能器的结构示意图。

具体实施方式

参见图1、图2和图3，本实施例提供的一种应用于RFID磁卡金属铜线的超声微焊接装置，其包括底座1、龙门架2、超声发生器、X轴移动机构3、Y轴移动机构4、Z轴加压装置5、加热装置6、夹持架7、超声换能器8和焊条9，所述加热装置6通过X轴移动机构3设置在底座1的中间位置，所述龙门架2的两垂直端脚设置在底座1的两侧，Y轴移动机构4设置在龙门架2的横梁上，所述Z轴加压装置5通过转接板10设置在Y轴移动机构4，夹持架7通过直线导轨设置在转接板10上，并受Z轴加压装置5的驱动作上下动作，所述超声换能器8设置在夹持架7上，且与所述超声发生器相连接；所述焊条9固定在超声换能器8上，并朝向所述加热装置6。

所述超声发生器是用于驱动超声换能器8的硬件电路与软件，可产生一定功率与频率的正弦波电压与电流信号。具体的，所述超声发生器包括单片机模块、DDS信号生成模块、功率放大模块、阻抗匹配模块、信号采集与控制模块和电路保护模块；所述DDS信号生成模块、功率放大模块、阻抗匹配模块和超声换能器8依次相连接，该超声换能器8与信号采集与控制模块相连接，所述单片机模块分别与DDS信号生成模块、电路保护模块和信号采集与控制模块相连接。

所述超声发生器是用于驱动超声换能器8的硬件电路与软件，可产生一定功率与频率的正弦波电压与电流信号，而且功率与频率都是线性可调与设置。

较佳的，所述超声换能器8的输出机械振动幅值为0～10mm，该超声换能器8的安装位置为0的节点。最大限度地抑制了外界干扰对超声能量传递的影响。

所述Z轴加压装置5为能产生压力值为0～100gf的音圈直线电机，其所施加的压力是线性可调的。

具体的，所述超声换能器8包括变幅杆81、压电陶瓷82和预紧螺丝组件83，变幅杆81的前端部设有焊条夹头84，所述工具头插入焊条夹头84，所述变幅杆81的尾端部径向凸起形成一安装节环811，该安装节环811为所述的安装位置；所述压电陶瓷82通过预紧螺丝组件83设置在变幅杆81的尾端面。

所述夹持架7包括套接板71、固定座72和安装环73，固定座72通过滑座活动设置在直线导轨上，所述套接板71通过螺丝固定在固定座72的上表面，该套接板71上设有与所述Z轴加压装置5相适配的套接轴筒，所述安装环73套接在安装节环811上，且该安装环73上设有用来安装固定在固定座72的下表面上的安装块74。对应安装块74的一侧位置于固定座72上设有定位相机。工作时，由定位相机识别焊点，通过坐标转换，将最终的距离及方向信息传递给控制系统。

所述加热装置6包括放置面板、设置在放置面板底面的加热棒及与该加热棒相连接，并能控制加热棒发热至250～350℃的控温器。

一种上述的应用于RFID磁卡金属铜线的超声微焊接装置的焊接方法，其包括如下步骤：

（1）将需磁卡金属铜线和芯片一并放置在加热装置6上，并使磁卡金属铜线的连接端头恰好位于芯片的需焊接位置上；

（2）由定位相机对芯片的需焊接位置进行坐标分析，然后通过X轴移动机构3和Y轴移动机构4相配合，使焊条9移至芯片的需焊接位置的正上方；

（3）Z轴加压装置5驱动焊条9下行并顶压在磁卡金属铜线的连接端头上，使该连接端头紧贴在芯片的需焊接位置上；

（4）超声发生器带动焊条9作55-70kHz频率的振动，同时打开加热装置6，磁卡金属铜线在超声发生器的超声振动能量、Z轴加压装置5的压力能量和加热装置6的温度能量共同作用下，实现铜材料的互溶，形成金属间化合物，从而产生焊接强度，进而实现将磁卡金属铜线的连接端头焊接在芯片的需焊接位置上，且焊接效果好，连接牢固，有效保证加工效果，提升产品质量。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制，如本发明上述实施例所述，采用与其相同或相似结构而得到的其它焊接装置及其焊接方法，均在本发明保护范围内。

Claims (5)

1.一种应用于RFID磁卡金属铜线的超声微焊接装置，其特征在于：其包括底座、龙门架、超声发生器、X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴加压装置、加热装置、夹持架、超声换能器和焊条，所述加热装置通过X轴移动机构设置在底座的中间位置，所述龙门架的两垂直端脚设置在底座的两侧，Y轴移动机构设置在龙门架的横梁上，所述Z轴加压装置通过转接板设置在Y轴移动机构，夹持架通过直线导轨设置在转接板上，并受Z轴加压装置的驱动作上下动作，所述超声换能器设置在夹持架上，且与所述超声发生器相连接；所述焊条固定在超声换能器上，并朝向所述加热装置；

所述超声换能器的输出机械振动幅值为0～10mm，该超声换能器的安装位置为0的节点；

所述超声换能器包括变幅杆、压电陶瓷和预紧螺丝组件，变幅杆的前端部设有焊条夹头，工具头插入焊条夹头，所述变幅杆的尾端部径向凸起形成一安装节环，该安装节环为所述的安装位置；所述压电陶瓷通过预紧螺丝组件设置在变幅杆的尾端面；

所述夹持架包括套接板、固定座和安装环，固定座通过滑座活动设置在直线导轨上，所述套接板通过螺丝固定在固定座的上表面，该套接板上设有与所述Z轴加压装置相适配的套接轴筒，所述安装环套接在安装节环上，且该安装环上设有用来安装固定在固定座的下表面上的安装块；

所述Z轴加压装置为能产生压力值为0～100gf的音圈直线电机。

2.根据权利要求1所述的应用于RFID磁卡金属铜线的超声微焊接装置，其特征在于，对应安装块的一侧位置于固定座上设有定位相机。

3.根据权利要求1所述的应用于RFID磁卡金属铜线的超声微焊接装置，其特征在于，所述超声发生器包括单片机模块、DDS信号生成模块、功率放大模块、阻抗匹配模块、信号采集与控制模块和电路保护模块；所述DDS信号生成模块、功率放大模块、阻抗匹配模块和超声换能器依次相连接，该超声换能器与信号采集与控制模块相连接，所述单片机模块分别与DDS信号生成模块、电路保护模块和信号采集与控制模块相连接。

4.根据权利要求1所述的应用于RFID磁卡金属铜线的超声微焊接装置，其特征在于，所述加热装置包括放置面板、设置在放置面板底面的加热棒及与该加热棒相连接，并能控制加热棒发热至250～350℃的控温器。

5.一种权利要求1-4中之一所述的应用于RFID磁卡金属铜线的超声微焊接装置的焊接方法，其特征在于，其包括如下步骤：

（1）将需磁卡金属铜线和芯片一并放置在加热装置上，并使磁卡金属铜线的连接端头恰好位于芯片的需焊接位置上；

（2）由定位相机对芯片的需焊接位置进行坐标分析，然后通过X轴移动机构和Y轴移动机构相配合，使焊条移至芯片的需焊接位置的正上方；

（3）Z轴加压装置驱动焊条下行并顶压在磁卡金属铜线的连接端头上，使该连接端头紧贴在芯片的需焊接位置上；

（4）超声发生器带动焊条作55-70kHz频率的振动，同时打开加热装置，磁卡金属铜线在超声发生器的超声振动能量、Z轴加压装置的压力能量和加热装置的温度能量共同作用下，实现铜材料的互溶，形成金属间化合物，从而产生焊接强度，进而实现将磁卡金属铜线的连接端头焊接在芯片的需焊接位置上。

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