CN110814458B - 锡球熔融喷射激光焊接装置及焊接方法 - Google Patents

锡球熔融喷射激光焊接装置及焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种锡球熔融喷射激光焊接装置及焊接方法，装置包括：柱塞腔、锥形喷口、锡球进料通道、柱塞、激光照射通道、激光发射器。通过锡球进料通道输送锡球至柱塞腔内，并通过柱塞推动锡球至柱塞腔底部，通过设置于激光照射通道端部的激光发射器发射激光以加热柱塞腔底部的锡球，得到已熔化的锡球，并通过柱塞推动另一锡球向下挤压已熔化的锡球，使已融化的锡球从锥形喷口喷出，并完成对待焊接部位的焊接，熔融锡受到挤压而从锥形喷口高速喷出，可确保熔融锡在锥形喷口内无残留、无粘连，可避免焊接喷口堵塞，从而大幅提升了焊接效率，同时避免因焊接喷口大量废弃而增加企业的生产成本，在实际应用过程中取得了良好的使用效果。

Description

锡球熔融喷射激光焊接装置及焊接方法
技术领域
本发明涉及电子元器件装配焊接技术领域，尤其涉及一种锡球熔融喷射激光焊接装置及焊接方法。
背景技术
对电子元器件的焊盘进行焊接时，通常采用焊接装置将熔融状态的锡喷射至焊盘上，传统技术方法均是先通过对锡球进行加热以使锡球熔化，再利用一定压力的惰性保护气体(如氮气、氩气等)将熔融状态的锡喷射到焊盘上，以对焊盘进行焊接。然而使用气体产生压力将锡喷出后，喷嘴的喷口处会因熔融状态的锡粘连而导致喷口逐渐变小，从而对焊接效率产生较大影响，更严重时会导致喷口被堵塞而无法使用，因喷嘴大量废弃也导致企业需增加大量的生产成本。因而，现有技术中存在因焊接喷口堵塞而影响焊接效率的问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种锡球熔融喷射激光焊接装置及焊接方法，旨在解决现有技术中所存在的因焊接喷口堵塞而影响焊接效率的问题。本发明是通过以下技术方案来实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种锡球熔融喷射激光焊接装置，其中，所述装置包括：
柱塞腔，用于容纳锡球；所述柱塞腔下端设置有锥形喷口；
锡球进料通道，所述锡球进料通道与所述柱塞腔的侧壁固定连接，用于将所述锡球通过所述锡球进料通道输送至所述柱塞腔内；
柱塞，所述柱塞设置于所述柱塞腔内，所述柱塞在所述柱塞腔内沿所述柱塞腔的内壁进行竖直运动；
激光照射通道，所述激光照射通道倾斜向下与所述柱塞腔的侧壁固定连接，用于激光倾斜向下射入所述柱塞腔内；
激光发射器，所述激光发射器固定设置于所述激光照射通道端部，用于发射激光。
所述的锡球熔融喷射激光焊接装置，其中，锡球进料通道的内径大于所述锡球的外径，所述柱塞腔的内径小于所述锡球的外径。
所述的锡球熔融喷射激光焊接装置，其中，所述锡球进料通道与所述柱塞腔呈“T”形连接。
所述的锡球熔融喷射激光焊接装置，其中，所述柱塞通过连接杆与直线运动机构相连接，以通过所述直线驱动组件驱动所述柱塞沿所述柱塞腔的内壁进行竖直运动。
所述的锡球熔融喷射激光焊接装置，其中，所述柱塞的最小运动行程大于2倍锡球的外径。
所述的锡球熔融喷射激光焊接装置，其中，所述直线驱动组件为直线气缸、音圈电机、压电驱动直线运动装置或伺服电机。
所述的锡球熔融喷射激光焊接装置，其中，所述激光照射通道与所述柱塞腔之间的夹角为5-75°。
所述的锡球熔融喷射激光焊接装置，其中，所述激光发射器的功率为10-120W。
第二方面，本发明实施例提供了一种焊接方法，其中，所述方法包括：
驱动所述柱塞向上运动，以使第一锡球在外部挤压力的作用下沿所述锡球进料通道输送至所述柱塞腔内；
驱动所述柱塞向下运动，以将所述第一锡球压入所述柱塞腔底部；
移动所述柱塞腔至待焊接部位正上方；
所述激光发射器发射激光至所述第一锡球表面，以使所述第一锡球熔化；
驱动所述柱塞向上运动，以使第二锡球在外部挤压力的作用下沿所述锡球进料通道输送至所述柱塞腔内；
所述激光发射器停止发射激光，并驱动所述柱塞向下运动，通过所述第二锡球向下挤压已熔化的所述第一锡球，使所述第一锡球从所述锥形喷口喷出对所述待焊接部位进行焊接。
所述的焊接方法，其中，所述激光发射器每次发射激光的时长为10-500ms。
与现有的技术相比，本发明具有以下突出优点和效果：通过锡球进料通道输送锡球至柱塞腔内，并通过柱塞推动锡球至柱塞腔底部，通过设置于激光照射通道端部的激光发射器发射激光以加热柱塞腔底部的锡球，得到已熔化的锡球，并通过柱塞推动另一锡球向下挤压已熔化的锡球，使已融化的锡球从锥形喷口喷出，并完成对待焊接部位的焊接，熔融锡受到挤压而从锥形喷口高速喷出，可确保熔融锡在锥形喷口内无残留、无粘连，可避免焊接喷口堵塞，从而大幅提升了焊接效率，同时避免因焊接喷口大量废弃而增加企业的生产成本，在实际应用过程中取得了良好的使用效果。
附图说明
图1为本发明的锡球熔融喷射激光焊接装置的整体结构示意图。
图2为本发明的锡球熔融喷射激光焊接装置的局部结构示意图。
图3为本发明的锡球熔融喷射激光焊接装置的使用状态示意图。
图4为本发明的焊接方法的流程示意图。
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他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
本发明提供一种锡球熔融喷射激光焊接装置，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下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。
请参阅图1-图2，图1为本发明的锡球熔融喷射激光焊接装置的整体结构示意图；图2为本发明的锡球熔融喷射激光焊接装置的局部结构示意图。如图所示，一种锡球熔融喷射激光焊接装置，其中，所述装置包括：柱塞腔10，用于容纳锡球100；所述柱塞腔10下端设置有锥形喷口101；锡球进料通道20，所述锡球进料通道20与所述柱塞腔10的侧壁固定连接，用于将所述锡球100通过所述锡球进料通道20输送至所述柱塞腔10内；柱塞30，所述柱塞30设置于所述柱塞腔10内，所述柱塞30在所述柱塞腔10内沿所述柱塞腔10的内壁进行竖直运动；激光照射通道40，所述激光照射通道40倾斜向下与所述柱塞腔10的侧壁固定连接，用于激光倾斜向下射入所述柱塞腔10内；激光发射器50，所述激光发射器50固定设置于所述激光照射通道40端部，用于发射激光。
激光发射器可用于发射激光照射锡球，锡球被激光照射而升温熔化，得到处于熔融状态的锡，也即是熔融锡。激光照射通道倾斜向下与柱塞腔的侧壁固定连接，则柱塞腔底部的锡球上侧的锡球不会被激光照射而熔化，柱塞腔底部的锡球则会被激光照射而熔化，同时在未被熔化的锡球挤压熔融锡时，熔融锡不会飞溅进入激光照射通道而将其堵塞。
在更具体的实施例中，锡球进料通道20的内径大于所述锡球100的外径，所述柱塞腔10的内径小于所述锡球100的外径。锡球进料通道的内径大于锡球的外径，以使锡球在外部挤压力的作用下可顺利从锡球进料通道内输送至柱塞腔，柱塞腔的内径小于锡球的外径，则锡球进入柱塞腔后被柱塞腔的内壁卡住无法上下滑动，此时只有通过柱塞向下运动才能将锡球压入柱塞腔底部。由于锡球被柱塞快速推至柱塞腔底部，且柱塞腔的内径小于锡球的外径，被向下推动的锡球也可作为一个密封塞挤压熔融锡，熔融锡受到未熔化的锡球的快速挤压作用，当未熔化的锡球的挤压速度到达一定值时，对熔融锡产生的挤压力大于熔融锡与锥形喷口内壁的阻力，熔融锡即可从锥形喷口喷出到指定位置，并被外部空气快速冷却，即可完成对指定位置进行焊接。熔融锡受到未熔化的锡球的快速挤压作用从锥形喷口高速喷出，不同于使用气体产生压力将熔融锡喷出，这一过程可避免焊接喷口堵塞，从而大幅提升了焊接效率，同时避免因焊接喷口大量废弃而增加企业的生产成本。
例如，若锡球的外径为0.25mm，则进料口的内径可设置为0.28-0.32mm，柱塞腔的内径可设置为0.245-0.249mm。
在更具体的实施例中，所述锡球进料通道20与所述柱塞腔10呈“T”形连接。锡球进料通道与柱塞腔的连接形状为“T”形，柱塞腔的径向保持竖直，则锡球进料通道的径向保持水平，以使锡球在在锡球进料通道内保持水平方向运动。
在更具体的实施例中，所述柱塞30通过连接杆31与直线驱动组件(图中未示出)相连接，以通过所述直线驱动组件驱动所述柱塞30沿所述柱塞腔10的内壁进行竖直运动；所述直线驱动组件为可驱动所述柱塞进行竖直运动的直线驱动组件，例如直线气缸、音圈电机、压电驱动直线运动装置或伺服电机。
在更具体的实施例中，所述柱塞30的最小运动行程大于2倍锡球100的外径。柱塞的最小运动行程大于2倍锡球的外径，可确保熔融锡在锥形喷口内无残留、无粘连，并形成喷射状。柱塞的运动行程还可根据熔融锡的喷射形态进行调整，熔融锡需以一个整体形态从锥形喷口喷出，若熔融锡从锥形喷口喷出后分散成多个部分，则表明熔融锡的喷射状态不满足要求，可适当缩小柱塞的运动行程。
在更具体的实施例中，所述激光照射通道40与所述柱塞腔10之间的夹角为5-75°。激光照射通道与柱塞腔之间呈一定夹角，可确保激光准确照射到柱塞腔底部的锡球。在更具体的实施例中，所述激光发射器50的功率为10-120W。
一种焊接方法，应用于上述的锡球熔融喷射激光焊接装置。请参阅图4，图4为本发明的焊接方法的流程示意图，如图所示，方法包括步骤S110-S160。
S110、驱动所述柱塞向上运动，以使第一锡球在外部挤压力的作用下沿所述锡球进料通道输送至所述柱塞腔内。可通过直线驱动组件驱动柱塞向上运动，则第一锡球在外部挤压力的作用下沿锡球进料通道输送至柱塞腔内，外部挤压力可通过弹簧、弹片等弹性组件产生。
图3为本发明的锡球熔融喷射激光焊接装置的使用状态示意图。第一锡球即对应图3中编号为“1”的锡球，图3-a至图3-b的变化过程即与本步骤相对应。
S120、驱动所述柱塞向下运动，以将所述第一锡球压入所述柱塞腔底部。通过柱塞向下运动即可将第一锡球压入柱塞腔底部，图3-b至图3-c的变化过程即与本步骤相对应。
S130、移动所述柱塞腔至待焊接部位正上方。可将柱塞腔安装于移动平台中，移动平台可驱动柱塞腔沿X轴、Y轴及Z轴移动，柱塞腔可沿X轴、Y轴从电子元器件的一个待焊接部位平移至下一个待焊接部位，柱塞腔还可沿Z轴上下运动，以越过电子元器件上的超高零件。此外还可通过人力驱动所述柱塞腔移动，例如可通过人手握持柱塞腔并将其移动至待焊接部位上方。
S140、所述激光发射器发射激光至所述第一锡球表面，以使所述第一锡球熔化。激光发射器发射激光，照射于第一锡球表面，通过激光对第一锡球进行加热，以使第一锡球熔化。图3-d即与本步骤相对应。
S150、驱动所述柱塞向上运动，以使第二锡球在外部挤压力的作用下沿所述锡球进料通道输送至所述柱塞腔内。此过程与第一锡球进入柱塞腔内的过程相同，第二锡球即对应图3中编号为“2”的锡球，图3-d至图3-e的变化过程即与本步骤相对应。
S160、所述激光发射器停止发射激光，并驱动所述柱塞向下运动，通过所述第二锡球向下挤压已熔化的所述第一锡球，使所述第一锡球从所述锥形喷口喷出对所述待焊接部位进行焊接。使第一锡球熔化，并得到熔融锡后，即可驱动激光发射器停止发射激光，激光发射器每次发射激光的时长为10-500ms，若激光发射器功率较大，则可缩短发射激光的时长。图3-e至图3-f的变化过程即与本步骤相对应。
执行完步骤S160后，可驱动柱塞腔移动至下一个待焊接部位，并依次执行后续焊接步骤，这一过程也即是重复上述S130-S160的步骤，循环执行上述S130-S160的步骤即可完成对多个待焊接部位的焊接。
本发明的锡球熔融喷射激光焊接装置及焊接方法，通过锡球进料通道输送锡球至柱塞腔内，并通过柱塞推动锡球至柱塞腔底部，通过设置于激光照射通道端部的激光发射器发射激光以加热柱塞腔底部的锡球，得到已熔化的锡球，并通过柱塞推动另一锡球向下挤压已熔化的锡球，使已融化的锡球从锥形喷口喷出，并完成对待焊接部位的焊接，熔融锡受到挤压而从锥形喷口高速喷出，可确保熔融锡在锥形喷口内无残留、无粘连，可避免焊接喷口堵塞，从而大幅提升了焊接效率，同时避免因焊接喷口大量废弃而增加企业的生产成本，在实际应用过程中取得了良好的使用效果。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
应当理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种用于锡球熔融喷射激光焊接方法，应用于锡球熔融喷射激光焊接装置中，其特征在于，所述装置包括：
柱塞腔，用于容纳锡球；所述柱塞腔下端设置有锥形喷口；
锡球进料通道，所述锡球进料通道与所述柱塞腔的侧壁固定连接，用于将所述锡球通过所述锡球进料通道输送至所述柱塞腔内；
柱塞，所述柱塞设置于所述柱塞腔内，所述柱塞在所述柱塞腔内沿所述柱塞腔的内壁进行竖直运动；
激光照射通道，所述激光照射通道倾斜向下与所述柱塞腔的侧壁固定连接，用于激光倾斜向下射入所述柱塞腔内；
激光发射器，所述激光发射器固定设置于所述激光照射通道端部，用于发射激光；所述柱塞腔的内径小于所述锡球的外径；
所述激光照射通道与所述柱塞腔之间的夹角为5-75°；
所述方法包括：
驱动所述柱塞向上运动，以使第一锡球在外部挤压力的作用下沿所述锡球进料通道输送至所述柱塞腔内；
驱动所述柱塞向下运动，以将所述第一锡球压入所述柱塞腔底部；
移动所述柱塞腔至待焊接部位正上方；
所述激光发射器发射激光至所述第一锡球表面，以使所述第一锡球熔化；
驱动所述柱塞向上运动，以使第二锡球在外部挤压力的作用下沿所述锡球进料通道输送至所述柱塞腔内；
所述激光发射器停止发射激光，并驱动所述柱塞向下运动，通过所述第二锡球向下挤压已熔化的所述第一锡球，使所述第一锡球从所述锥形喷口喷出对所述待焊接部位进行焊接。
2.如权利要求1所述的用于锡球熔融喷射激光焊接方法，其特征在于，所述激光发射器每次发射激光的时长为10-500ms。
3.如权利要求1或2所述的用于锡球熔融喷射激光焊接方法，其特征在于，锡球进料通道的内径大于所述锡球的外径。
4.如权利要求1或2所述的用于锡球熔融喷射激光焊接方法，其特征在于，所述锡球进料通道与所述柱塞腔呈“T”形连接。
5.如权利要求1所述的用于锡球熔融喷射激光焊接方法，其特征在于，所述柱塞通过连接杆与直线驱动组件相连接，以通过所述直线驱动组件驱动所述柱塞沿所述柱塞腔的内壁进行竖直运动。
6.如权利要求1或5所述的用于锡球熔融喷射激光焊接方法，其特征在于，所述柱塞的最小运动行程大于2倍锡球的外径。
7.如权利要求5所述的用于锡球熔融喷射激光焊接方法，其特征在于，所述直线驱动组件为直线气缸、音圈电机、压电驱动直线运动装置或伺服电机。
8.如权利要求1所述的用于锡球熔融喷射激光焊接方法，其特征在于，所述激光发射器的功率为10-120W。
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