CN108284261A - 一种定量上锡装置及定量上锡方法 - Google Patents

一种定量上锡装置及定量上锡方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种定量上锡装置及定量上锡方法，定量上锡装置包括三维运动台、具有吸嘴和激光器的执行机构以及一个恒温加热台；锡珠在吸嘴内真空的作用下被吸取，之后被送往恒温加热台，利用三维运动台的向下运动，使锡珠接触恒温加热台，并使其受热变形，底部被制成平面状，再移动至被焊接线端子上方，通过切换吸嘴内气路压力的方式将锡珠吹离吸嘴，落于接线端子之上表面，实现锡珠的放置，随后激光出光完成焊接。本发明利用锡珠尺寸精度高，质量一致性好的特点，实现了精度很高的锡量控制。通过激光焊接，助焊剂可按最低使用量进行人工或自动化涂抹，大大减少了焊接后的析出物和人工清理的工作量。

Description

一种定量上锡装置及定量上锡方法
技术领域
本发明涉及一种定量上锡装置及定量上锡方法，属于仪器仪表焊接领域。
背景技术
导电游丝是一种特殊的导线，它是连接活动部件和固定部件的输电装置，其与接线端子的可靠焊接为仪表活动部件中诸项电器部件的正常电能输入和电信号输出提供有力的保证。导电游丝的尺寸非常细，在陀螺仪表上连接端子使用的导电游丝的尺寸为微米级，各焊点的焊接质量一致性难以保证。此外，有些仪表对导电游丝与接线端子焊接时的用锡量有严格控制，需确保各接线端子上锡量的均匀分布。
目前，导电游丝与仪表接线端子的焊接有传统人工焊接和激光软钎焊接两种。前者为大家所熟知，即使用传统电烙铁，通过锡丝和适量助焊剂实现焊接；后者为焊接前先由点锡膏器对焊接部位实施点注锡膏，然后由能量激光照射，锡膏在激光的辐照下融化实现焊接。人工焊接时锡量的控制全凭操作者的水平和经验，无法实现精准控制；激光焊接时，出锡量由点锡膏器控制，原理是控制锡膏桶的挤出压力和作用时间，但由于锡膏是由90％锡珠和10％的助焊剂组成，而助焊剂包括60％的松香和40％的溶剂、触变剂、活性剂等，这些物质混合后形成膏状锡膏，其实际出锡膏量仍受其自身粘度和温度等诸多因素的影响。此外，锡膏焊接还有一个缺点，就是锡膏的助焊剂含量相对较高，焊接后会有大量多余物析出，对仪表造成较大污染，焊后必须进行人工清理，由此带来清理工作量大、时间长、残留多余物会给仪表可靠性带来隐患等一系列问题。
如何实现更精确的锡量控制，同时减少助焊剂的使用，是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种定量上锡装置及定量上锡方法，能够减少助焊剂的使用，解决人工焊接和激光焊接时上锡量精度不高的问题。
本发明目的通过如下技术方案予以实现：
提供一种定量上锡装置，包括吸嘴、激光器、锡珠容器和加热台；
所述锡珠容器用于承纳多个均匀的锡珠；
所述吸嘴能够吸取单个锡珠，并带动锡珠移动至加热台，加热台将锡珠加热整形后，吸嘴将锡珠放置在待焊接部位，激光器将锡珠熔化。
优选的，还包括三维运动台，所述吸嘴和激光器设置在执行机构上，三维运动台控制所述执行机构三维运动。
优选的，所述吸嘴形状为喇叭口形状。
优选的，加热整形的过程为：所述执行机构控制锡珠在加热台上加热至软化，向下移动，使得锡珠底面制为平面。
优选的，锡珠底面制为平面后锡珠呈半球状。
优选的，所述执行机构具有压力可变换的真空吸取装置，通过吸嘴在真空作用下吸取锡珠，需要放置在待焊接部位时，真空吸取装置切换为输出压力气体，将锡珠吹至待焊接部位。
优选的，锡珠尺寸与待焊接部位所需的容锡量匹配。
优选的，所述待焊接部位为接线端子，接线端子上具有焊接凹槽，内部放置导电游丝，锡珠熔化后落入焊接凹槽。
提供一种利用所述定量上锡装置进行定量上锡的方法，包括如下步骤：
(1)所述吸嘴吸取单个锡珠，并带动锡珠移动至加热台；
(2)执行机构控制锡珠接触加热台并下降使得锡珠软化底部制为平面；
(3)执行机构将锡珠放置在待焊接部位，激光器将锡珠熔化，完成焊接。
优选的，步骤(3)中执行机构将锡珠放置在待焊接部位，并将真空切换为压力气体输出，将锡珠吹离吸嘴。
优选的，步骤(2)中锡珠软化底部制为平面后，执行机构控制锡珠水平移动便于与加热台脱离。
优选的，所述待焊接部位为接线端子，接线端子上具有焊接凹槽，内部放置导电游丝，锡珠熔化后落入焊接凹槽。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明利用锡珠尺寸精度高，质量一致性好的特点，实现了精度很高的锡量控制，本发明通过定量上锡装置操作完成，解决了人工操作对技能的依赖。
(2)本发明通过激光焊接，助焊剂可按最低使用量进行人工或自动化涂抹，大大减少了焊接后的析出物和人工清理的工作量。
(3)本发明的定量上锡装置能够完成毫克级的焊锡量准确上锡。
附图说明
图1为本发明定量上锡装置结构示意图；
图2a为本发明吸嘴结构示意图；图2b为本发明吸嘴吸取锡珠示意图；
图3a为锡球接触加热台示意图；图3b为锡球被软化底部做平示意图；图3c为锡球做平后离开加热台示意图；
图4a为锡球对准待焊接部位示意图；图4b为锡球放置在待焊接部位示意图；图4c为激光熔锡过程示意图。
具体实施方式
本发明提供一种利用定量上锡装置及上锡方法，利用锡珠直径尺寸精度高，质量一致性好的特点实现锡量的精确控制的方法。
众所周知，锡珠已广泛用于半导体IC封装工艺,如BGA,DIP,TSOP等。锡珠的生产制造工艺已相当成熟，尺寸(直径)精度可达到0.01mm或更高，因此质量精度一致性好，其锡量控制精度是人工上锡和点锡膏器无法比拟的。问题的关键是：锡珠为球形状，如何在焊接之前将其固定在待焊的接线端子上。
结合图1，本发明定量上锡装置包括执行机构2、锡珠容器5、加热台6和三维运动台1；
所述锡珠容器5用于承纳多个均匀的锡珠10，锡珠10尺寸与待焊接部位所需的容锡量匹配。
三维运动台1控制所述执行机构2三维运动。
所述执行机构2包括吸嘴3和激光器4，吸嘴3能够吸取单个锡珠10)并带动锡珠10移动至加热台6，控制锡珠10在加热台6上加热至软化，向下移动，使得锡珠10底面制为平面，然后吸嘴3带动锡珠10水平移动，之后吸嘴3带动锡珠上升，脱离加热台台面；所述执行机构2具有压力可变换的真空吸取装置，在放置到待焊接部位时，真空吸取装置切换为输出压力气体，将锡珠10吹至待焊接部位。激光器4将锡珠10熔化。
本发明创新性地在三维位移台的基础上，利用真空和恒温加热技术，将锡珠底部做成平面后(类似于馒头状)，将其稳定放置在接线端子上端，然后实施能量激光照射实现焊接。
本发明的吸嘴3和激光器4设置在执行机构2上，通过三维运动台1控制一体运动，本领域技术人员能够理解，激光器4可以设置单独的三维运动控制平台，该方案也在本发明的保护范围内。
进行定量上锡的方法，包括如下步骤：
(1)所述执行机构2的吸嘴3吸取单个锡珠10，并带动锡珠10移动至加热台6；结合图2，一个用于吸取锡珠的倒锥喇叭形口真空吸嘴，当其内部充满真空时进入装有锡珠的容器后，自然会有一个锡珠在真空的作用下被吸附，该吸嘴含着锡珠移出锡珠容器后，在三维滑台的控制下来到一个恒温加热台上方。
(2)执行机构2控制锡珠10接触加热台6并下降使得锡珠10底部软化制为平面；结合图3，恒温控制台上表面的温度设定为刚好可以将锡珠软化，此时吸嘴向下缓慢运动，锡球接触到恒温控制台上表面时，锡珠底部受热被软化，随着吸嘴继续向下运动，锡珠底部被软化的面积逐渐加大，底面被制成平面。此时，吸嘴停止下降运动，做一个水平运动，防止锡珠粘连在加热台表面，然后再做上升运动。
(3)结合图4，执行机构2将锡珠10放置在待焊接部位，激光器4将锡珠10熔化，完成焊接；吸嘴3含着底部已成平面的锡珠10离开加热台6，再移至接线端子表面上方，准确对准接线端子后，吸嘴内的真空切换为压力气体输出，亦即将功能“吸”切换为“吹”，锡球在压力气体的作用下被吹离吸嘴，锡球落在接线端子上表面，实现了锡珠的放置。
实施例
图1为本发明的系统立体图，其中1是三维运动台，执行机构2被固定在该运动台上个可作XYZ三个方向的运动，吸嘴3被固定在执行机构2上可随其作三维移动。
在程序控制下，吸嘴3运动到装有锡珠10的容器5的上方，之后下降一定高度，使吸嘴3进入容器5内并与众多锡珠10接触，此时吸嘴3内管路压力切换为真空，吸嘴3周围的锡珠在负压的作用下必定有一个锡珠会被吸住，如图2b所示，这时执行机构2做上升运动离开容器4，并运动至恒温加热器5上方，之后作下降运动，当锡珠10接近加热器6上表面(此时该上表面已被加温至规定温度)时，下降速度放缓，当锡珠10接触到加热台上表面时，见图3a，锡珠10遇热被软化，随后执行机构2继续下降一定距离，锡珠10底部因持续受热而继续变形，最终变成图3b所示的半球状。随后执行机构作一小量横向移动，带动锡珠一起移动，其目的是防止锡珠10粘接在加热台表面，接下来执行机构2上升，锡珠10随着吸嘴离开加热台，参见图3c，并移动至待焊仪表的接线端子8上方，再缓慢下移，当锡球10底部的接近接线端子8上表面到达规定距离时，参见图4a，被焊接仪表7接线端子8上具有焊接凹槽，内部已经放置导电游丝9；吸嘴3管路内的真空切换为压力空气，锡球10被“吹离”吸嘴，落于接线端子上端面，参见图4b，完成锡球的放置；随后激光器4移至接线端子8上方，发出激光，熔化锡珠，完成导电游丝9和接线端子8的焊接，参见图4c。
本例中三维滑台的运动控制、真空及压力等气路控制为一般工程领域技术人员所熟知，与本发明内容无关，故在此不作详细说明。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种定量上锡装置，其特征在于：包括吸嘴(3)、激光器(4)、锡珠容器(5)和加热台(6)；
所述锡珠容器(5)用于承纳多个均匀的锡珠(10)；
所述吸嘴(3)能够吸取单个锡珠(10)，并带动锡珠(10)移动至加热台(6)，加热台(6)将锡珠(10)加热整形后，吸嘴(3)将锡珠(10)放置在待焊接部位，激光器(4)将锡珠(10)熔化。
2.根据权利要求1所述定量上锡装置，其特征在于，还包括三维运动台(1)，所述吸嘴(3)和激光器(4)设置在执行机构(2)上，三维运动台(1)控制所述执行机构(2)三维运动。
3.根据权利要求1或2所述定量上锡装置，其特征在于，所述吸嘴(3)形状为喇叭口形状。
4.根据权利要求2所述定量上锡装置，其特征在于，加热整形的过程为：所述执行机构(2)控制锡珠(10)在加热台(6)上加热至软化，向下移动，使得锡珠(10)底面制为平面。
5.根据权利要求4所述定量上锡装置，其特征在于，锡珠(10)底面制为平面后锡珠(10)呈半球状。
6.根据权利要求2所述定量上锡装置，其特征在于，所述执行机构(2)具有压力可变换的真空吸取装置，通过吸嘴(3)在真空作用下吸取锡珠(10)，需要放置在待焊接部位时，真空吸取装置切换为输出压力气体，将锡珠(10)吹至待焊接部位。
7.根据权利要求1或2所述定量上锡装置，其特征在于，锡珠(10)尺寸与待焊接部位所需的容锡量匹配。
8.根据权利要求1或2所述定量上锡装置，其特征在于，所述待焊接部位为接线端子，接线端子上具有焊接凹槽，内部放置导电游丝(9)，锡珠(10)熔化后落入焊接凹槽。
9.一种利用权利要求2所述定量上锡装置进行定量上锡的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)所述吸嘴(3)吸取单个锡珠(10)，并带动锡珠(10)移动至加热台(6)；
(2)执行机构(2)控制锡珠(10)接触加热台(6)并下降使得锡珠软化(10)底部制为平面；
(3)执行机构(2)将锡珠(10)放置在待焊接部位上，激光器(4)将锡珠(10)熔化，完成焊接。
10.根据权利要求9所述进行定量上锡的方法，其特征在于，步骤(3)中执行机构(2)将锡珠(10)放置在待焊接部位，并将真空切换为压力气体输出，将锡珠(10)吹离吸嘴(3)。
11.根据权利要求9或10所述进行定量上锡的方法，其特征在于，步骤(2)中锡珠软化(10)底部制为平面后，执行机构(2)控制锡珠(10)水平移动便于与加热台脱离。
12.根据权利要求9或10所述进行定量上锡的方法，其特征在于，所述待焊接部位为接线端子，接线端子上具有焊接凹槽，内部放置导电游丝(9)，锡珠(10)熔化后落入焊接凹槽。
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