CN109014476A - 金属与pcb板铜箔焊盘的锡焊方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光锡焊技术领域，提供了一种金属与PCB板铜箔焊盘的锡焊方法，包括S1‑S3三个步骤。还提供了一种金属与PCB板铜箔焊盘的锡焊系统，包括用于搁置PCB板铜箔焊盘的机台，还包括驱动装置、激光发射装置以及路径设定装置；所述激光发射装置，用于发射激光；所述路径设定装置，用于根据需要锡焊的部位的形状预先设定激光行走的路径；所述驱动装置，用于控制所述激光发射装置发射的激光按照所述路径设定装置设定的路径往返高速移动并作用到所述锡料上。本发明通过采用驱动装置控制激光按照预先设定的路径高速往返移动，可保证锡料整体受热均匀并融化，以达到极好的钎焊效果。

Description

金属与PCB板铜箔焊盘的锡焊方法及系统

技术领域

本发明涉及激光锡焊技术领域，具体为一种金属与PCB板铜箔焊盘的锡焊方法及系统。

背景技术

锡焊是利用低熔点的金属焊料加热熔化后，渗入并充填金属件连接处间隙的焊接方法。

现有技术中，激光锡焊最常规的方式通常有点焊和连续送丝焊。然而，采用激光点焊的方式来进行焊接时，很容易爆锡，不适合异型焊盘，或者焊盘面积比较大的点焊；采用连续送丝焊接时，送锡丝无法做成长条形的钎焊，在焊接时，由于金属件受热不均匀，对于点面积的加热散热又快，所以锡丝融化以后无法附着在金属件上，而直接成了球状，另外送丝焊接在边运动边送锡的情况下很难去控制锡料的融化状态与运动轨迹的配合，因此，这两种方式均无法达到优异的焊接效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属与PCB板铜箔焊盘的锡焊方法及系统，通过采用驱动装置控制激光按照预先设定的路径高速往返移动，可保证锡料整体受热均匀并融化，以达到极好的钎焊效果。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种金属与PCB板铜箔焊盘的锡焊方法，包括如下步骤：

S1，根据需要锡焊的部位的形状预先设定激光行走的路径；

S2，在需要焊接的所述部位上放置锡料；

S3，采用驱动装置控制所述激光按照预先设定的行走路径往返高速移动并作用到所述锡料上，直至所述锡料融化，将金属和PCB板铜箔焊盘焊接起来。

进一步，在所述S1步骤中，根据需要锡焊的部位的形状在控制软件上进行图形绘制，并将绘制的图形储存在所述控制软件中。

进一步，所述S3步骤中，所述驱动装置包括振镜，采用所述振镜在按照预先设定的行走路径高速匀速移动，并输出激光作用到所述锡料上，以使得所述锡料整体受热均匀，并同时融化。

进一步，采用激光器发射激光并通过光纤传递至所述振镜中，采用工控机协调所述振镜以及所述激光器的工作。

进一步，采用所述工控机协调所述振镜以及所述激光器的工作具体为：

选择预先设定的路径，并将该路径指令发送至工控机中；

所述工控机接收到所述路径指令后给所述振镜的控制电路发送运动指令，并同时给激光器控制板发送出光指令；

所述激光器控制板接收到所述出光指令后控制激光器发出激光，并通过所述振镜射出，所述振镜的控制电路接收到所述运动指令后控制所述振镜按照选择的路径进行高速运动。

进一步，采用所述激光器控制板调控激光输出的能量，以控制所述锡料融化的速率。

进一步，采用CCD监测仪对激光焊接情况进行监测。

本发明实施例提供另一种技术方案：一种金属与PCB板铜箔焊盘的锡焊系统，包括用于搁置PCB板铜箔焊盘的机台，还包括驱动装置、激光发射装置以及路径设定装置；

所述激光发射装置，用于发射激光；

所述路径设定装置，用于根据需要锡焊的部位的形状预先设定激光行走的路径；

所述驱动装置，用于控制所述激光发射装置发射的激光按照所述路径设定装置设定的路径往返高速移动并作用到所述锡料上。

进一步，所述驱动装置包括振镜以及驱使所述振镜高速运动的驱动件，所述振镜通过光纤与所述激光发射装置连接。

进一步，还包括工控机，所述工控机用于协调所述驱动装置以及所述激光发射装置的工作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过采用驱动装置控制激光按照预先设定的路径高速往返移动，可保证锡料整体受热均匀并融化，以达到极好的钎焊效果。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种金属与PCB板铜箔焊盘的锡焊方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种金属与PCB板铜箔焊盘的锡焊系统的结构示意图；

附图标记中：1-机台；2-机柜；30-振镜；31-焊接头；40-操作按钮盒；41-17寸显示器；50-第一振镜电机；51-第二振镜电机；6-15寸监视器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

请参阅图1，本发明实施例提供一种金属与PCB板铜箔焊盘的锡焊方法，包括如下步骤：S1，根据需要锡焊的部位的形状预先设定激光行走的路径；S2，在需要焊接的所述部位上放置锡料；S3，采用驱动装置控制所述激光按照预先设定的行走路径往返高速移动并作用到所述锡料上，直至所述锡料融化，将金属和PCB板铜箔焊盘焊接起来。在本实施例中，采用激光进行锡焊，利用激光便于调整输出功率的特性，使其可以用在较为精密的焊接中，例如PCB板的焊接。在进行焊接前，首先要根据锡焊的部位的形状来预先设定激光行走的路径，例如，需要锡焊的部位是长方形，则将该路径设定为一条直线，或者是长方形框框，再如，需要锡焊的部位是圆形，那么可将该路径设定为环形。接着将焊接所需要的锡料放置在焊接的部位上，采用驱动装置控制激光按照预先设定的行走路径高速往返移动，由于此时为高速运动，例如速度在1000mm/s，或者是5000mm/s，速度范围可在1000-5000mm/s中根据实际情况选择。往返的次数可以定在100-10000次，例如选择10000次。在此高速状态来回的作用下，基本可以认为激光作用在锡料各个部位上的能量是均匀的，那么被激光照射的锡料就可以整体融化，而并非是局部先融化，避免了现有技术中因为受热不均而导致的锡中间断开、呈现蜂窝状的焊缝或者是其他不良的焊接结果的发生。

作为本发明实施例的优化方案，在所述S1步骤中，根据需要锡焊的部位的形状在控制软件上进行图形绘制，并将绘制的图形储存在所述控制软件中。在本实施例中，采用在控制软件上绘制图形，然后再由控制软件给出驱动装置按照其绘制的图形进行移动，是较为便捷的方式，它只需要技术人员采用与驱动装置匹配的软件绘制出与需要锡焊的部位的形状相同的图形即可，而且可以一次性将常见的图形绘制出来，并储存起来，在需要时直接选取即可，可提高工作效率。在绘制图形的过程中，需要考虑需要锡焊部位的实际尺寸，以保证绘制的图形与其完全相同，实现精准焊接。

作为本发明实施例的优化方案，所述S3步骤中，所述驱动装置包括振镜30，采用所述振镜30在按照预先设定的行走路径高速匀速移动，并输出激光作用到所述锡料上，以使得所述锡料整体受热均匀，并同时融化。在本实施例中，采用振镜30高速移动，并输出激光，因此激光能够跟随照射在需要焊接的部位。振镜30高速移动具体为：振镜30采用振镜电机(特制的一种非旋转电机，运动方式类似于机械式的电压表)带动镜片做非圆周的旋转运动。所述振镜30包括第一振镜电机50和第二振镜电机51，其中，所述第一振镜电机50负责X轴方向(即图2中的左右方向)的直线运动，所述第二振镜电机51负责Y轴方向(即图2中的上下方向)上的直线运动，所述第一振镜电机50和所述第二振镜电机51互相配合即可带动振镜30扫描一个规定范围内的平面。激光通过第一振镜电机50携带的特制镜片反射，经过平面场镜的聚焦，最终可以焊接一个平面范围内的物体。该振镜30的运动轨迹由控制软件预先绘制的图形而定。实际控制中，控制软件将图形转换为振镜30的两个电机能够识别的信号，并通过通信的方式将信号传递给两个振镜电机的驱动板，这两块驱动板在得到信号以后就分别控制其对应的振镜电机做相应的运动。当然除了采用振镜30以外，其他能够高速移动的物品也行，并不限定只能采用振镜30。

进一步优化上述方案，采用激光器发射激光并通过光纤传递至所述振镜30中，采用工控机协调所述振镜30以及所述激光器的工作。在本实施例中，激光由激光器提供，它通过传输光纤将激光传输到振镜30头部发射而出。在本实施中还采用工控机来协调振镜30以及激光器的工作，方便了操作人员的工作。

进一步优化上述方案，采用所述工控机协调所述振镜30以及所述激光器的工作具体为：a，选择预先设定的路径，并将该路径指令发送至工控机中；b，所述工控机接收到所述路径指令后给所述振镜30的控制电路发送运动指令，并同时给激光器控制板发送出光指令；c，所述激光器控制板接收到所述出光指令后控制激光器发出激光，并通过所述振镜30射出，所述振镜30的控制电路接收到所述运动指令后控制所述振镜30按照选择的路径进行高速运动。在本实施例中，先选择预先设定好的路径，即在控制软件上选择与需要焊接的部位形状相同的图形，点击焊接按钮，此时工控机就能够得到路径指令，并给振镜30的控制电路发送运动指令，实现振镜30的运动动作，并同时给激光器控制板发送出光指令，当其得到出光指令后即控制激光器发出激光，此时振镜30移动和振镜30发射出激光器传来的激光是同时进行的，如此即可进行焊接动作。

进一步优化上述方案，采用所述激光器控制板调控激光输出的能量，以控制所述锡料融化的速率。在本实施例中，当激光输出的能量高时，锡料融化的速度快，激光输出的能量低时，锡料融化的速度慢。激光焊接时锡料的融化速度的快慢所需要的激光能量，可根据具体的锡膏用量以及焊盘大小做工艺优化，最终确定一个比较合适的焊接激光能量参数。

作为本发明实施例的优化方案，采用CCD监测仪对激光焊接情况进行监测。在本实施例中，通过CCD检测仪可以对激光焊接情况进行监测，它包括一个15寸监视器6来对焊接情况进行监测，工作人员可以直观地看到当时的焊接情况。为了精准的焊接物件，也可以把CCD监视的摄像机更换为可以做视觉校正补偿的相机，根据相机拍摄的工件的具体位置，给振镜30运动的坐标进行偏移补偿，来校正补偿振镜30焊接的位置。

作为本发明实施例的优化方案，在焊接头31(在图2中为透镜，激光发射装置产生的激光由此射出)的位置增加激光能量检测装置，可精确控制激光的发射能量，从而对激光器实时反馈输出能量，校正发射的能量，保证激光器输出的能量的稳定性。

实施例2：

本发明实施例提供一种金属与PCB板铜箔焊盘的锡焊系统，实施例1中的方法能够用在本系统中。请参阅图2，本系统包括用于搁置PCB板铜箔焊盘的机台1，驱动装置，激光发射装置以及路径设定装置；其中，所述激光发射装置用于发射激光；所述路径设定装置用于根据需要锡焊的部位的形状预先设定激光行走的路径；所述驱动装置用于控制所述激光发射装置发射的激光按照所述路径设定装置设定的路径往返高速移动并作用到所述锡料上。在本实施例中，激光发射装置安装在机台1下方的机柜2内，采用激光进行锡焊，利用激光便于调整输出功率的特性，使其可以用在较为精密的焊接中，例如PCB板的焊接。在进行焊接前，首先要根据锡焊的部位的形状来预先设定激光行走的路径，例如，需要锡焊的部位是长方形，则将该路径设定为一条直线，或者是长方形框框，再如，需要锡焊的部位是圆形，那么可将该路径设定为环形。接着将焊接所需要的锡料放置在焊接的部位上，采用驱动装置控制激光按照预先设定的行走路径高速往返移动，由于此时为高速运动，例如速度在1000mm/s，或者是5000mm/s，速度范围可在1000-5000mm/s中根据实际情况选择。往返的次数可以定在100-10000次，例如选择10000次。在此高速状态来回的作用下，基本可以认为激光作用在锡料各个部位上的能量是均匀的，那么被激光照射的锡料就可以整体融化，而并非是局部先融化，避免了现有技术中因为受热不均而导致的锡中间断开、呈现蜂窝状的焊缝或者是其他不良的焊接结果的发生。

作为本发明实施例的优化方案，所述驱动装置包括振镜30以及驱使所述振镜30高速运动的驱动件，所述振镜30通过光纤与所述激光发射装置连接。在本实施例中，激光发射装置包括激光器和激光器控制板，激光器能够产生激光，并通过传输光纤传递至振镜30的头部，激光器控制板调控激光输出的能量，以控制所述锡料融化的速率。当激光输出的能量高时，锡料融化的速度快，激光输出的能量低时，锡料融化的速度慢。激光焊接时锡料的融化速度的快慢所需要的激光能量，可根据具体的锡膏用量以及焊盘大小做工艺优化，最终确定一个比较合适的焊接激光能量参数。采用振镜30高速移动，并输出激光，因此激光能够跟随照射在需要焊接的部位。振镜30高速移动具体为：振镜30采用振镜电机(特制的一种非旋转电机，运动方式类似于机械式的电压表)，带动镜片做非圆周的旋转运动。所述振镜30包括第一振镜电机50和第二振镜电机51，其中，所述第一振镜电机50负责X轴方向(即图2中的左右方向)的直线运动，所述第二振镜电机51负责Y轴方向(即图2中的上下方向)上的直线运动，所述第一振镜电机50和所述第二振镜电机51互相配合即可带动振镜30扫描一个规定范围内的平面。激光通过第一振镜电机50携带的特制镜片反射，经过平面场镜的聚焦，最终可以焊接一个平面范围内的物体。该振镜30的运动轨迹由控制软件预先绘制的图形而定。实际控制中，控制软件将图形转换为振镜30的两个电机能够识别的信号，并通过通信的方式将信号传递给两个振镜电机的驱动板，这两块驱动板在得到信号以后就分别控制其对应的振镜电机做相应的运动。当然除了采用振镜30以外，其他能够高速移动的物品也行，并不限定只能采用振镜30。

作为本发明实施例的优化方案，本系统还包括工控机，所述工控机用于协调所述驱动装置以及所述激光发射装置的工作。在本实施例中，采用工控机来协调振镜30以及激光器的工作，方便了操作人员的工作。工控机也跟激光发射装置一样安装在机柜2中。

作为本发明实施例的优化方案，所述路径设定装置可采用控制软件，根据需要锡焊的部位的形状在控制软件上进行图形绘制，并将绘制的图形储存在所述控制软件中。在本实施例中，路径设定装置包括操作按钮盒40以及17寸显示器41，操作按钮盒40内置控制软件，采用在控制软件上绘制图形，然后在17寸显示器41上选择需要的图形，点击操作按钮，给出驱动装置按照其绘制的图形进行移动的指令，是较为便捷的方式，它只需要技术人员采用与驱动装置匹配的软件绘制出与需要锡焊的部位的形状相同的图形即可，而且可以一次性将常见的图形绘制出来，并储存起来，在需要时直接选取即可，可提高工作效率。在绘制图形的过程中，需要考虑需要锡焊部位的实际尺寸，以保证绘制的图形与其完全相同，实现精准焊接。除此以外，也可以采用逻辑控制器通过编程控制驱动装置运行的轨迹。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种金属与PCB板铜箔焊盘的锡焊方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，根据需要锡焊的部位的形状预先设定激光行走的路径；

S2，在需要焊接的所述部位上放置锡料；

S3，采用驱动装置控制所述激光按照预先设定的行走路径往返高速移动并作用到所述锡料上，直至所述锡料融化，将金属和PCB板铜箔焊盘焊接起来。

2.如权利要求1所述的一种金属与PCB板铜箔焊盘的锡焊方法，其特征在于：在所述S1步骤中，根据需要锡焊的部位的形状在控制软件上进行图形绘制，并将绘制的图形储存在所述控制软件中。

3.如权利要求1所述的一种金属与PCB板铜箔焊盘的锡焊方法，其特征在于：所述S3步骤中，所述驱动装置包括振镜，采用所述振镜在按照预先设定的行走路径高速匀速移动，并输出激光作用到所述锡料上，以使得所述锡料整体受热均匀，并同时融化。

4.如权利要求3所述的一种金属与PCB板铜箔焊盘的锡焊方法，其特征在于，采用激光器发射激光并通过光纤传递至所述振镜中，采用工控机协调所述振镜以及所述激光器的工作。

5.如权利要求4所述的一种金属与PCB板铜箔焊盘的锡焊方法，其特征在于，采用所述工控机协调所述振镜以及所述激光器的工作具体为：

选择预先设定的路径，并将该路径指令发送至工控机中；

所述工控机接收到所述路径指令后给所述振镜的控制电路发送运动指令，并同时给激光器控制板发送出光指令；

所述激光器控制板接收到所述出光指令后控制激光器发出激光，并通过所述振镜射出，所述振镜的控制电路接收到所述运动指令后控制所述振镜按照选择的路径进行高速运动。

6.如权利要求5所述的一种金属与PCB板铜箔焊盘的锡焊方法，其特征在于：采用所述激光器控制板调控激光输出的能量，以控制所述锡料融化的速率。

7.如权利要求1所述的一种金属与PCB板铜箔焊盘的锡焊方法，其特征在于：采用CCD监测仪对激光焊接情况进行监测。

8.一种金属与PCB板铜箔焊盘的锡焊系统，包括用于搁置PCB板铜箔焊盘的机台，其特征在于：还包括驱动装置、激光发射装置以及路径设定装置；

所述激光发射装置，用于发射激光；

所述路径设定装置，用于根据需要锡焊的部位的形状预先设定激光行走的路径；

所述驱动装置，用于控制所述激光发射装置发射的激光按照所述路径设定装置设定的路径往返高速移动并作用到所述锡料上。

9.如权利要求8所述的一种金属与PCB板铜箔焊盘的锡焊系统，其特征在于：所述驱动装置包括振镜以及驱使所述振镜高速运动的驱动件，所述振镜通过光纤与所述激光发射装置连接。

10.如权利要求8所述的一种金属与PCB板铜箔焊盘的锡焊系统，其特征在于：还包括工控机，所述工控机用于协调所述驱动装置以及所述激光发射装置的工作。