CN111855819A - 一种无损探伤检测阵列超声探头及其焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无损探伤检测阵列超声探头，包括定位模具、晶片块和多个弹性伸缩顶针，定位模具的中部设有顶针容置腔，定位模具的底部设有容置孔，晶片块处于容置孔中；针座上设有多个通孔，晶片块的上表面上设有多个探头晶片，各个弹性伸缩顶针分别处于相应的通孔中，各个弹性伸缩顶针的伸缩端分别与相应的探头晶片接触配合；定位模具的侧壁上设有浇注孔，浇注孔与腔体下部连通，往浇注孔注入胶水，针座的下表面、各个弹性伸缩顶针的伸缩端、晶片块的上表面及其上的探头晶片通过胶水固化后连成一体。本发明还提供上述无损探伤检测阵列超声探头的一种焊接方法。本发明的加工工艺简单，定位精准，大大提高成品率，能够保证探头晶片安装的精度。

Description

一种无损探伤检测阵列超声探头及其焊接方法

技术领域

本发明涉及超声检测技术领域，特别涉及一种无损探伤检测阵列超声探头及其焊接方法。

背景技术

目前，超声波探伤是检测工件内部缺陷最常见的方法，根据得到的探伤结果来判定产品是否合格。在检测工件内部缺陷的时候，一般采用人工检测方法，检测人员手持超声探头通过耦合剂与工件端面或外圆面直接接触。目前工件的外形尺寸规格不一、奇形怪状，不同工件的外形需要不同外形体积的超声探头来检测。为了满足探头外形体积的要求，需要加工制作单元面积内小间距、高密度晶片排列的阵列超声探头。但是，这类阵列超声探头往往受限于探头晶片外形尺寸过小的制约，其加工难度大、成品率低，难以焊接定位，对检测人员技术的依赖性较高，很难保证这类阵列超声探头的精度。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种无损探伤检测阵列超声探头，这种无损探伤检测阵列超声探头能够解决单元面积内小间距、高密度晶片排列的问题，加工工艺简单，定位精准，大大提高成品率，减少对检测人员技术的依赖性，能够保证探头晶片安装的精度。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种无损探伤检测阵列超声探头，其特征在于：包括定位模具、晶片块和多个弹性伸缩顶针，定位模具的中部设有上下贯通的顶针容置腔，顶针容置腔内设有能够沿顶针容置腔的内侧壁移动的针座，针座将顶针容置腔分隔成腔体上部和腔体下部；定位模具的底部设有能够容纳晶片块的容置孔，容置孔与腔体下部的下端出口连通，晶片块处于容置孔中；针座上设有多个上下走向的通孔，各个通孔呈阵列式分布；晶片块的上表面上设有多个阵列式分布的探头晶片，探头晶片的数量、弹性伸缩顶针的数量与通孔的数量相同且一一对应；各个弹性伸缩顶针分别处于相应的通孔中，各个弹性伸缩顶针的固定端均露出在通孔的上方且从腔体上部伸出，各个弹性伸缩顶针的伸缩端均露出在通孔的下方且处于腔体下部中，各个弹性伸缩顶针的伸缩端分别与相应的探头晶片接触配合；定位模具的侧壁上设有浇注孔，浇注孔与腔体下部连通，往浇注孔注入胶水，针座的下表面、各个弹性伸缩顶针的伸缩端、晶片块的上表面及其上的探头晶片通过胶水固化后连成一体。

通常，上述容置孔的形状大小与晶片块的形状大小一致，能够使晶片块安装在容置孔中。

制作时，先在针座上设置阵列式分布的通孔；然后将弹簧伸缩顶针安装在对应的通孔中，使得弹簧伸缩顶针呈阵列式分布在针座上；接着将针座安装在定位模具中部的顶针容置腔中，使针座将顶针容置腔分隔成腔体上部和腔体下部，各个弹性伸缩顶针的固定端均露出在通孔的上方且从腔体上部伸出，各个弹性伸缩顶针的伸缩端均露出在通孔的下方且处于腔体下部中；紧接着，将晶片块放置在平整的工作台面上，使晶片块上表面上的各个探头晶片朝上设置，再将定位模具的下端套装在晶片块上，使晶片块处于容置孔中，各个弹性伸缩顶针的伸缩端分别与相应的探头晶片接触配合并且向下抵压住相应的探头晶片；由于针座能够沿顶针容置腔的内侧壁进行上下移动，制作人员能够对外露在通孔下方的弹性伸缩顶针的伸缩端长度进行调节，即调节针座下表面与晶片块上表面之间的距离；再接着，利用现有的注胶装置将胶水从浇注孔注入到腔体下部中，等到胶水固化之后，针座的下表面、各个弹性伸缩顶针的伸缩端、晶片块的上表面及其上的探头晶片连成一体，使探头晶片与弹簧伸缩顶针实现固定连接，并将探头晶片的相对位置固定住；最后将针座及其上的弹性伸缩顶针、晶片块及其上的探头晶片从定位模具的顶针容置腔内拆卸下来，即完成这种阵列超声探头的制作。制作出来的这种阵列超声探头其实只是探头的内部元件集成，如果要将这种阵列超声探头应用于检测工作上，需要在针座的外侧套上外壳，以及在弹性伸缩顶针的固定端上连接相应电线即可。

作为本发明的优选方案，所述弹性伸缩顶针包括针筒、压缩弹簧和顶针，针筒的上端封闭，针筒竖直设置在所述通孔中并且针筒的外侧壁与通孔的孔壁固定连接，顶针的上半段处于针筒中，压缩弹簧处于针筒的上端与顶针的上端之间。上述针筒的上端为上述弹性伸缩顶针的固定端，上述顶针的下端为上述弹性伸缩顶针的伸缩端。上述压缩弹簧可以调节外露在通孔下方的顶针长度以及顶针向下抵压住探头晶片的压力。

作为本发明进一步的优选方案，所述压缩弹簧的上端与所述针筒的上端接触配合，压缩弹簧的下端与所述顶针的上端接触配合。

作为本发明更进一步的优选方案，所述压缩弹簧的下端与所述顶针的上端固定连接。

作为本发明的优选方案，所述针座的外侧壁与所述顶针容置腔的内侧壁接触配合。通过这种设置，使针座能够沿顶针容置腔的内侧壁进行上下滑动，实现针座的可拆卸安装。

作为本发明的优选方案，所述定位模具包括第一夹壳模具和第二夹壳模具，第一夹壳模具与第二夹壳模具对称设置，第一夹壳模具上设有至少一个横向通孔，第二夹壳模具上设有至少一个横向螺孔，横向螺孔与横向通孔的数量相同且一一对应，横向螺孔中安装有锁紧螺钉，锁紧螺钉的杆部穿过对应的横向通孔，锁紧螺钉的头部与第二夹壳模具的前侧面共同将第一夹壳模具夹紧。通过这种设置，利用锁紧螺钉穿过第一夹壳模具上对应的横向通孔锁紧在第二夹壳模具上的横向螺孔中，将第一夹壳模具固定安装在第二夹壳模具上。

作为本发明的优选方案，所述胶水包括熔融环氧树脂胶和环氧树脂固化剂。上述环氧树脂胶一般是指以环氧树脂为主体所制得的胶粘剂，需配合环氧树脂固化剂这种环氧树脂胶才会固化。将熔融环氧树脂胶与环氧树脂固化剂装入到注胶装置中并使其混合，利用注胶装置将胶水从浇注孔注入到腔体下部中，等熔融环氧树脂胶与环氧树脂固化剂充分反应后，使得胶水固化。

本发明还提供一种无损探伤检测阵列超声探头的焊接方法，其特征在于包括下述步骤：

（1）在针座上设置多个上下走向的通孔，使各个通孔呈阵列式分布，通孔的数量与弹性伸缩顶针的数量相同且一一对应，将各个弹性伸缩顶针分别设置在相应的通孔中；

（2）在定位模具中部的顶针容置腔中安装上针座，使针座将顶针容置腔分隔成腔体上部和腔体下部，各个弹性伸缩顶针的固定端均露出在通孔的上方且从腔体上部伸出，各个弹性伸缩顶针的伸缩端均露出在通孔的下方且处于腔体下部中；

（3）将晶片块放置在平整的工作台面上，使晶片块上表面上的各个探头晶片朝上设置，再将定位模具的下端套装在晶片块上，使晶片块处于容置孔中，各个弹性伸缩顶针的伸缩端分别与相应的探头晶片接触配合并且向下抵压住相应的探头晶片；

（4）定位模具的侧壁上设有浇注孔，浇注孔与腔体下部连通，往浇注孔注入胶水，针座的下表面、各个弹性伸缩顶针的伸缩端、晶片块的上表面及其上的探头晶片通过胶水固化后连成一体；

（5）将针座及其上的弹性伸缩顶针、晶片块及其上的探头晶片从顶针容置腔内拆卸下来，即完成这种阵列超声探头的制作。

作为本发明的优选方案，所述步骤（5）中得到的阵列超声探头其实只是探头的内部元件集成，如果要将这种阵列超声探头应用于检测工作上，需要在针座的外侧套上外壳，以及在弹性伸缩顶针的固定端上连接相应电线即可。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

这种无损探伤检测阵列超声探头能够解决单元面积内小间距、高密度晶片排列的问题，只需冷压接即可完成弹性伸缩顶针与探头晶片的连接，无需使用高温焊接，加工工艺简单，定位精准，大大提高了成品率，减少对检测人员技术的依赖性，能够保证探头晶片安装的精度。

附图说明

图1是本发明具体实施例的结构示意图；

图2是本发明具体实施例中定位模具未安装上晶片块的结构示意图；

图3是图2中A-A的剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行具体描述。

如图1-3所示，本实施例中的无损探伤检测阵列超声探头，包括定位模具1、晶片块2和多个弹性伸缩顶针3，定位模具1的中部设有上下贯通的顶针容置腔11，顶针容置腔11内设有能够沿顶针容置腔11的内侧壁移动的针座4，针座4将顶针容置腔11分隔成腔体上部111和腔体下部112；定位模具1的底部设有能够容纳晶片块2的容置孔12，容置孔12与腔体下部112的下端出口连通，晶片块2处于容置孔12中；针座4上设有多个上下走向的通孔41，各个通孔41呈阵列式分布；晶片块2的上表面上设有多个阵列式分布的探头晶片21，探头晶片21的数量、弹性伸缩顶针3的数量与通孔41的数量相同且一一对应；各个弹性伸缩顶针3分别处于相应的通孔41中，各个弹性伸缩顶针3的固定端均露出在通孔41的上方且从腔体上部111伸出，各个弹性伸缩顶针3的伸缩端均露出在通孔41的下方且处于腔体下部112中，各个弹性伸缩顶针3的伸缩端分别与相应的探头晶片21接触配合；定位模具1的侧壁上设有浇注孔13，浇注孔13与腔体下部112连通，往浇注孔13注入胶水5，针座4的下表面、各个弹性伸缩顶针3的伸缩端、晶片块2的上表面及其上的探头晶片21通过胶水5固化后连成一体。

通常，上述容置孔12的形状大小与晶片块2的形状大小一致，能够使晶片块2安装在容置孔12中。

弹性伸缩顶针3包括针筒31、压缩弹簧32和顶针33，针筒31的上端封闭，针筒31竖直设置在通孔41中并且针筒31的外侧壁与通孔41的孔壁固定连接，顶针33的上半段处于针筒31中，压缩弹簧32处于针筒31的上端与顶针33的上端之间，压缩弹簧32的上端与针筒31的上端接触配合，压缩弹簧32的下端与顶针33的上端固定连接。上述针筒31的上端为上述弹性伸缩顶针3的固定端，上述顶针33的下端为上述弹性伸缩顶针3的伸缩端。上述压缩弹簧32可以调节外露在通孔41下方的顶针33长度以及顶针33向下抵压住探头晶片21的压力。

针座4的外侧壁与顶针容置腔11的内侧壁接触配合，使针座4能够沿顶针容置腔11的内侧壁进行上下滑动，实现针座4的可拆卸安装。

定位模具1包括第一夹壳模具14和第二夹壳模具15，第一夹壳模具14与第二夹壳模具15对称设置，第一夹壳模具14上设有横向通孔141，第二夹壳模具15上设有横向螺孔151，横向螺孔151中安装有锁紧螺钉152，锁紧螺钉152的杆部穿过对应的横向通孔141，锁紧螺钉152的头部与第二夹壳模具15的前侧面共同将第一夹壳模具14夹紧。通过这种设置，利用锁紧螺钉152穿过第一夹壳模具14上对应的横向通孔141锁紧在第二夹壳模具15上的横向螺孔151中，将第一夹壳模具14固定安装在第二夹壳模具15上。

胶水5包括熔融环氧树脂胶和环氧树脂固化剂。上述环氧树脂胶一般是指以环氧树脂为主体所制得的胶粘剂，需配合环氧树脂固化剂这种环氧树脂胶才会固化。将熔融环氧树脂胶与环氧树脂固化剂装入到注胶装置中并使其混合，利用注胶装置将胶水5从浇注孔13注入到腔体下部112中，等熔融环氧树脂胶与环氧树脂固化剂充分反应后，使得胶水5固化。

上述无损探伤检测阵列超声探头的焊接方法，包括下述步骤：

（1）在针座4上设置多个上下走向的通孔41，使各个通孔41呈阵列式分布，通孔41的数量与弹性伸缩顶针3的数量相同且一一对应，将各个弹性伸缩顶针3分别设置在相应的通孔41中；

（2）在定位模具1中部的顶针容置腔11中安装上针座4，使针座4将顶针容置腔11分隔成腔体上部111和腔体下部112，各个弹性伸缩顶针3的固定端均露出在通孔41的上方且从腔体上部111伸出，各个弹性伸缩顶针3的伸缩端均露出在通孔41的下方且处于腔体下部112中；

（3）将晶片块2放置在平整的工作台面6上，使晶片块2上表面上的各个探头晶片21朝上设置，再将定位模具1的下端套装在晶片块2上，使晶片块2处于容置孔12中，各个弹性伸缩顶针3的伸缩端分别与相应的探头晶片21接触配合并且向下抵压住相应的探头晶片21；

（4）定位模具1的侧壁上设有浇注孔13，浇注孔13与腔体下部112连通，往浇注孔13注入胶水5，针座4的下表面、各个弹性伸缩顶针3的伸缩端、晶片块2的上表面及其上的探头晶片21通过胶水5固化后连成一体；

（5）将针座4及其上的弹性伸缩顶针3、晶片块2及其上的探头晶片21从顶针容置腔11内拆卸下来，即完成这种阵列超声探头的制作。

步骤（5）中得到的阵列超声探头其实只是探头的内部元件集成，如果要将这种阵列超声探头应用于检测工作上，需要在针座4的外侧套上外壳，以及在弹性伸缩顶针3的固定端上连接相应电线即可。

由于针座4能够沿顶针容置腔11的内侧壁进行上下移动，制作人员能够对外露在通孔41下方的弹性伸缩顶针3的伸缩端长度进行调节，即调节针座4下表面与晶片块2上表面之间的距离。

这种无损探伤检测阵列超声探头能够解决单元面积内小间距、高密度晶片排列的问题，只需冷压接即可完成弹性伸缩顶针3与探头晶片21的连接，无需使用高温焊接，加工工艺简单，定位精准，大大提高了成品率，减少对检测人员技术的依赖性，能够保证探头晶片21安装的精度。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其各部分名称等可以不同，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种无损探伤检测阵列超声探头，其特征在于：包括定位模具、晶片块和多个弹性伸缩顶针，定位模具的中部设有上下贯通的顶针容置腔，顶针容置腔内设有能够沿顶针容置腔的内侧壁移动的针座，针座将顶针容置腔分隔成腔体上部和腔体下部；定位模具的底部设有能够容纳晶片块的容置孔，容置孔与腔体下部的下端出口连通，晶片块处于容置孔中；针座上设有多个上下走向的通孔，各个通孔呈阵列式分布；晶片块的上表面上设有多个阵列式分布的探头晶片，探头晶片的数量、弹性伸缩顶针的数量与通孔的数量相同且一一对应；各个弹性伸缩顶针分别处于相应的通孔中，各个弹性伸缩顶针的固定端均露出在通孔的上方且从腔体上部伸出，各个弹性伸缩顶针的伸缩端均露出在通孔的下方且处于腔体下部中，各个弹性伸缩顶针的伸缩端分别与相应的探头晶片接触配合；定位模具的侧壁上设有浇注孔，浇注孔与腔体下部连通，往浇注孔注入胶水，针座的下表面、各个弹性伸缩顶针的伸缩端、晶片块的上表面及其上的探头晶片通过胶水固化后连成一体。

2.如权利要求1所述的无损探伤检测阵列超声探头，其特征在于：所述弹性伸缩顶针包括针筒、压缩弹簧和顶针，针筒的上端封闭，针筒竖直设置在所述通孔中并且针筒的外侧壁与通孔的孔壁固定连接，顶针的上半段处于针筒中，压缩弹簧处于针筒的上端与顶针的上端之间。

3.如权利要求2所述的无损探伤检测阵列超声探头，其特征在于：所述压缩弹簧的上端与所述针筒的上端接触配合，压缩弹簧的下端与所述顶针的上端接触配合。

4.如权利要求3所述的无损探伤检测阵列超声探头，其特征在于：所述压缩弹簧的下端与所述顶针的上端固定连接。

5.如权利要求1所述的无损探伤检测阵列超声探头，其特征在于：所述针座的外侧壁与所述顶针容置腔的内侧壁接触配合。

6.如权利要求1所述的无损探伤检测阵列超声探头，其特征在于：所述定位模具包括第一夹壳模具和第二夹壳模具，第一夹壳模具与第二夹壳模具对称设置，第一夹壳模具上设有至少一个横向通孔，第二夹壳模具上设有至少一个横向螺孔，横向螺孔与横向通孔的数量相同且一一对应，横向螺孔中安装有锁紧螺钉，锁紧螺钉的杆部穿过对应的横向通孔，锁紧螺钉的头部与第二夹壳模具的前侧面共同将第一夹壳模具夹紧。

7.如权利要求1所述的无损探伤检测阵列超声探头，其特征在于：所述胶水包括熔融环氧树脂胶和环氧树脂固化剂。

8.一种无损探伤检测阵列超声探头的焊接方法，其特征在于包括下述步骤：

（1）在针座上设置多个上下走向的通孔，使各个通孔呈阵列式分布，通孔的数量与弹性伸缩顶针的数量相同且一一对应，将各个弹性伸缩顶针分别设置在相应的通孔中；

（2）在定位模具中部的顶针容置腔中安装上针座，使针座将顶针容置腔分隔成腔体上部和腔体下部，各个弹性伸缩顶针的固定端均露出在通孔的上方且从腔体上部伸出，各个弹性伸缩顶针的伸缩端均露出在通孔的下方且处于腔体下部中；

（3）将晶片块放置在平整的工作台面上，使晶片块上表面上的各个探头晶片朝上设置，再将定位模具的下端套装在晶片块上，使晶片块处于容置孔中，各个弹性伸缩顶针的伸缩端分别与相应的探头晶片接触配合并且向下抵压住相应的探头晶片；

（4）定位模具的侧壁上设有浇注孔，浇注孔与腔体下部连通，往浇注孔注入胶水，针座的下表面、各个弹性伸缩顶针的伸缩端、晶片块的上表面及其上的探头晶片通过胶水固化后连成一体；

（5）将针座及其上的弹性伸缩顶针、晶片块及其上的探头晶片从顶针容置腔内拆卸下来，即完成这种阵列超声探头的制作。

9.如权利要求8所述的无损探伤检测阵列超声探头的焊接方法，其特征在于：所述步骤（5）中得到的阵列超声探头其实只是探头的内部元件集成，如果要将这种阵列超声探头应用于检测工作上，需要在针座的外侧套上外壳，以及在弹性伸缩顶针的固定端上连接相应电线即可。

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