CN112091427A - 一种真空激光焊接方法、焊接治具及真空激光焊接系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种真空激光焊接方法、焊接治具及真空激光焊接系统。本发明方法包括步骤：将待焊接晶振件置入焊接腔体内；通过透明盖封闭所述焊接腔体，并对所述焊接腔体抽真空，使所述焊接腔体中的真空度压强高于预设的第一真空压强阈值；通过穿过所述玻璃盖的激光焊接所述待焊接晶振件的预设焊接区的第一焊接部位；对所述焊接腔体以及所述待焊接晶振件的待抽真空腔抽真空，以使得所述焊接腔体以及所述待抽真空腔的真空度压强低于预设的第二真空压强阈值，其中，所述第二真空压强阈值小于第一真空压强阈值；焊接所述待焊接晶振件的预设焊接区的第二焊接部位，以密封所述待抽真空腔。本发明提高了晶振件焊接效率和节省材料成本。

Description

一种真空激光焊接方法、焊接治具及真空激光焊接系统
技术领域
本发明属于晶振焊接技术领域，特别是涉及一种真空激光焊接方法，还涉及实现所述真空激光焊接方法的焊接治具及真空激光焊接系统。
背景技术
随着晶振产业的发展，晶振件向着小型化、高端化的趋势前进，现有的晶振焊接使用的是电阻滚焊设备，电阻滚焊设备价格昂贵、生产效率低、有材料的损耗。伴随国内激光技术的日益成熟，激光焊接越来越多地应用于焊接晶振件，相比于通过电阻滚焊设备进行电阻焊，激光焊接不仅大大提升了生产率，并且无需耗材，此外，还可节省待进行焊接的晶振件的上下材料之间的金属环，大大降低材料成本。
在现有技术中对晶振件进行激光焊接主要存在以下不足之处：由于晶振件内部安装有芯片，芯片必须安装在真空环境里下，才能保证其震荡频率，故晶振件的焊接必须在一定的真空条件下进行，且真空度压强越高，晶振件的特性越好；但由于激光焊接属于熔焊的一种，激光焊接的过程中伴随金属的熔化，熔融的金属颗粒在高真空中做无规则运动，容易附着在真空环境的内壁上，形成焊接烟尘，进而使得附着在内壁上的烟尘影响激光与材料的相互作用，从而存在激光焊接晶振件的焊接效率低和焊接质量差等问题。
发明内容
为解决现有技术中的晶振在真空激光焊接技术下存在激光焊接晶振件的焊接效率低和焊接质量差等问题，本发明提供一种真空激光焊接方法，还提供一种实现所述真空激光焊接方法的焊接治具及真空激光焊接系统。
本发明真空激光焊接方法包括包括如下步骤：
步骤S10：将待焊接晶振件置入焊接腔体内；
步骤S20：通过透明盖封闭所述焊接腔体，并对所述焊接腔体抽真空，使所述焊接腔体中的真空度压强高于预设的第一真空压强阈值；
步骤S30：通过穿过所述透明盖的激光焊接所述待焊接晶振件的预设焊接区的第一焊接部位；
步骤S40：对所述焊接腔体以及所述待焊接晶振件的待抽真空腔抽真空，以使得所述焊接腔体以及所述待抽真空腔的真空度压强低于预设的第二真空压强阈值，其中，所述第二真空压强阈值小于第一真空压强阈值；
步骤S50：通过穿过所述透明盖的激光焊接所述待焊接晶振件的预设焊接区的第二焊接部位，以密封所述待抽真空腔。
本发明作进一步改进，所述第一真空压强阈值的取值范围为100Pa至100000Pa，所述第二真空压强阈值的取值范围为0.1Pa至0.00001Pa。
本发明作进一步改进，所述第二焊接部位的面积小于所述第一焊接部位的面积，所述第一焊接部位的面积为所述预设焊接区的总面积的99.0％至99.9％。
本发明作进一步改进，所述第一焊接部位的面积为所述预设焊接区的总面积的99.8％。
本发明作进一步改进，步骤S10的处理方法为：
通过焊接治具上的定位结构将待焊接晶振件固定在所述焊接治具的焊接腔体内；所述焊接治具上凹陷形成所述焊接腔体，所述定位结构设置在所述焊接腔体的底部，与所述焊接腔体的开口相对应。
本发明还提供一种实现所述真空激光焊接方法的焊接治具，包括治具本体，所述治具本体上设有焊接腔体，所述焊接治具上还设有用于一端与真空抽取装置相连的抽真空端口，所述抽真空端口另一端与所述焊接腔体连通，所述焊接腔体上设有开口，所述开口上设有透明盖。
本发明作进一步改进，所述焊接腔体内设有用于固定所述待焊接晶振件的定位结构。
本发明作进一步改进，所述定位结构为定位槽，或所述待焊接晶振件设有能够被磁性件吸附的金属体，所述定位结构为设置在所述焊接腔体底部的磁性件。
本发明还提供一种包括所述焊接治具的真空激光焊接系统，还包括抓取装置、控制模块、真空抽取装置以及激光器，所述抓取装置、真空抽取装置与激光器分别与所述控制模块相连，所述控制模块用于：
控制抓取装置将待焊接晶振件置入焊接腔体内，所述待焊接晶振件包含待抽真空腔以及设置在所述待抽真空腔的开口处的焊缝；
控制所述抓取装置将所述透明盖覆盖在所述焊接腔体开口上，并控制所述真空抽取装置对所述焊接腔体抽真空，使所述焊接腔体中的真空度压强高于预设的第一真空压强阈值；
控制激光器透过透明盖焊接所述待焊接晶振件的预设焊接区的第一焊接部位；
控制真空抽取装置对所述焊接腔体以及所述待抽真空腔抽真空，以使得所述焊接腔体以及所述待抽真空腔的真空度压强高于预设的第二真空压强阈值，其中，所述第二真空压强阈值小于第一真空压强阈值；
控制激光器焊接所述待焊接晶振件的预设焊接区的第二焊接部位，以密封所述待抽真空腔。
本发明作进一步改进，所述第一真空压强阈值的取值范围为100Pa至100000Pa，所述第二真空压强阈值的取值范围为0.1Pa至0.00001Pa；所述第二焊接部位的面积小于所述第一焊接部位的面积，所述第一焊部位的面积为所述预设焊接区的总面积的99.0％至99.9％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过两步激光焊接的方法来完成待焊接晶振件的焊接，第一步激光焊接完成所述待焊接晶振件的绝大部分焊接区的焊接工作，该步骤焊接过程中产生的大量烟尘，会通过第二步激光焊接中的真空抽取装置将所述大量烟尘抽离所述焊接腔体，从而保证了供激光穿过的玻璃盖和焊接腔体的清洁度；进一步地，由于第二步激光焊接是在高真空状态下进行，但此步骤只需焊接所述带焊接晶振件的很小的一部分，即在高真空状态下激光焊接时间极短且产生的烟尘几乎可以忽略不计，故进一步地保证了所述玻璃盖和所述焊接腔体的清洁度。透明盖的高清洁度有利于所述激光器产生的激光穿过所述玻璃盖在所述带焊接晶振件上进行激光焊接，所述焊接腔体内的高清洁度可以保证所述焊接腔体内的所述待焊接晶振件的质量，即该真空激光焊接方法保证了所述待晶振件焊接的质量的同时，也提高了激光焊接的效率。
附图说明
图1为本发明一实施例真空激光焊接方法流程图；
图2为一实施例待焊接晶振件的结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的待焊接晶振件的预设焊接区的结构示意图；
图4为本发明一实施例提供的真空激光焊接系统的结构示意图，
附图标记：
1、待焊接晶振件；11、待抽真空腔；12、可吸附上盖；13、下基座；2、焊接腔体；21、玻璃盖；3、预设焊接区；31、第一焊接部位；32、第二焊接部位；4、焊接治具；41、磁性件；42、抽真空端口；5、激光。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“中部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是是为了便于描述发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为本发明的限制。
如图1-图4所示，本发明实施例提供的一种真空激光焊接方法，包括如下步骤：
步骤S10：将待焊接晶振件1通过焊接腔体2上表面的开口置入焊接腔体2内；所述待焊接晶振件1包含待抽真空腔11以及设置在所述待抽真空腔11的开口处的焊缝。可以理解地，所述待焊接晶振件1的待抽真空腔11内安装有芯片(晶体)，该芯片必须安装在真空状态下，才能保证其震荡频率以及精度，因此所述待抽真空腔11的开口处的焊缝焊接完成后待抽真空腔11必须保持在真空状态下，即所述焊接晶振件1需在真空条件下进行焊接，以保证焊接之后的待抽真空腔11中保持真空状态。
步骤S20：将与所述焊接腔体2开口适配的玻璃盖21覆盖在所述焊接腔体2上，密封所述焊接腔体21，并令覆盖所述玻璃盖21的所述焊接腔体2中的真空度压强高于预设的第一真空压强阈值。该步骤是为了保证所述焊接腔体2在大气压下或者在低真空度的条件下完成步骤S30中第一焊接部位31的激光5焊接。
在一实施例中，所述第一真空压强阈值的取值范围为100Pa至100000Pa，即所述焊接腔体2是在大气压下或者在低真空度的条件下进行激光焊接，例如所述焊接腔体2在大气压的压强下(100000Pa)完成S30步骤的激光5焊接，又如所述焊接腔体2是在压强为在100Pa、1000Pa、10000Pa等低真空度状态下完成S30步骤的激光5焊接。
步骤S30：激光器发出的激光，穿过所述玻璃盖21，然后焊接所述待焊接晶振件1的预设焊接区3的第一焊接部位31。可以理解地，所述第一焊接部位31(如图3所示)的焊接路径是通过电脑等终端上的绘图软件绘制后通过程序进行焊接的，即终端(电脑等)控制所述激光器发射的激光5沿所述第一焊接部位31所在的焊接路径进行扫描焊接，如此来完成所述带待焊接晶振件1的所述第一焊接部位31的焊接。
在一优选实施例中，所述第一焊接部位31的面积远大于第二焊接部位32，为所述预设焊接区3的总面积的99.0％至99.9％，例如第一焊部位的面积为所述预设焊接区3的总面积的99.3％、99.6％、99.8％等；作为优选，所述第一焊部位的面积为所述预设焊接区3的总面积的99.8％。可以理解地，所述焊接区为细长的长条的焊接区，所述第一焊接部位31焊接完时所述待焊接晶振件1的所述待抽真空腔11并没有完全密封，留有一个小缺口与所述焊接腔体2相通。
步骤S40：通过真空抽取装置第二次对所述焊接腔体2以及所述待抽真空腔11抽真空，以使得所述焊接腔体2以及所述待抽真空腔11的真空度压强低于预设的第二真空压强阈值，其中，所述第二真空压强阈值小于第一真空压强阈值。可以理解地，所述真空抽取装置可以为真空泵(柱塞泵、活塞泵等)，利用所述真空抽取装置将所述待焊接晶振件1的所述待抽真空腔11和所述焊接腔体2全都抽成高真空状态，所述待焊接晶振件1的所述待抽真空腔11内的芯片(晶体)在该真空状态下能够保证其震荡频率及精度。
在一实施例中，所述第二真空压强阈值的取值范围为0.1Pa至0.00001Pa。即所述述焊接腔体2在高真空度压强的状态下完成S50步骤中第二焊接部位32的激光5焊接，例如所述焊接腔体2的压强为在0.1Pa、0.01Pa、0.001Pa、0.0001Pa等高真空状态下完成S50步骤的激光5焊接。
步骤S50：通过穿过所述玻璃盖21的激光5焊接所述待焊接晶振件1的预设焊接区3的第二焊接部位32，以密封所述待抽真空腔11；所述第二焊接部位32的面积小于所述第一焊接部位31的面积。可以理解地，所述第二焊接部位32(如图3所示)的面积要远小于所述第一焊接部位31的面积，将所述预设焊接区3剩余的第二焊接部位32焊接完成后，所述待焊接晶振件1的所述待抽真空腔11达到完全密封，并保持在高真空的状态下；所述第二焊接部位32同样也是在电脑等终端上的绘图软件进行精密控制的。
在一实施例中，所述第二焊接32部位的面积为所述预设焊接区3的总面积的0.1％至1.0％，例如：所述第二焊接32部位的面积为所述预设焊接区3的总面积的0.2％、0.5％、0.8％等；更优地，所述第二焊接部位32的面积为所述预设焊接区3的总面积的0.2％。可以理解地，所述第二焊接部位32的面积越小，步骤S50中激光5焊接时产生的烟尘就会越少。
本发明实施例提供的真空激光焊接方法，通过两步激光5焊接的方法来完成所述待焊接晶振件1的焊接工作；第一步激光5焊接(即步骤S30)为：在所述焊接腔体2中的真空度压强高于预设的第一真空压强阈值(即所述焊接腔体2是在大气压或者低真空度的状态下)，完成所述待焊接晶振件1的预设焊接区3的第一焊接部位31(约占所述预设焊接区3的99.0％至99.9％)的焊接工作；第二步激光5焊接(即步骤S50)为：在所述焊接腔体2中的真空度压强低于预设的第二真空压强阈值(即所述焊接腔体2是在高真空度的状态下)，完成所述待焊接晶振件1的预设焊接区3剩余的第二焊接部位32(约占所述预设焊接区3的0.1％至1.0％)的焊接工作。第一步激光5焊接完成所述待焊接晶振件1的绝大部分焊接区的焊接，在该焊接过程中会产生大量的烟尘，烟尘在残留空气的阻力下动能不足，无法溅射与吸附到玻璃内壁，再通过第二步激光5焊接步骤(即步骤S50)中的真空抽取装置将所述大量烟尘抽离出所述焊接腔体2，从而保证了所述玻璃盖21和所述焊接腔体2的清洁度；进一步地，由于第二步激光5焊接(即步骤S50)是在高真空状态下进行，但此步骤只需焊接所述待焊接晶振件1预设焊接区3中的很小的一部分(激光在高真空状态下焊接，产生的烟尘会漂浮在所述焊接腔体2内，烟尘粘在所述玻璃盖21上会影响所述激光5穿过所述玻璃盖21的激光加工精度，同时所述烟尘也会漂浮在所述待焊接晶振件1的所述待抽真空腔11内，影响所述真空腔11内芯片的振动精度)，故第二步激光5焊接时间极短且产生的烟尘几乎可以忽略不计，则进一步地保证了所述玻璃盖21和所述焊接腔的清洁度。相比于所述待焊接晶振件1在高真空状态下一次焊接完成焊接工作，所述焊接腔体2内会产生大量的烟尘，烟尘在高真空的状态下会漂浮附着在玻璃盖21板上和所述待焊接腔的内壁上，所述玻璃盖21板和所述焊接腔体2内壁需要多次擦拭其清洁度；玻璃盖21的高清洁度有利于所述激光器产生的激光5穿过所述玻璃盖21在所述待焊接晶振件1上激光5焊接的精度，所述焊接腔体2内的高清洁度同时也可以保证所述焊接腔体2内的所述待焊接晶振件1的焊接质量，即该真空激光焊接方法保证了所述待焊接晶振件1焊接的质量的同时，也提高了激光5焊接的效率。
如图4所示，本发明提供了一种实现所述真空激光焊接方法的真空激光焊接系统，包括焊接治具4，抓取装置、控制模块、真空抽取装置以及激光器，所述抓取装置、真空抽取装置与激光器分别与所述控制模块相连。
为了更好的对待焊接晶振件定位，便于焊接，本例的焊接腔体2内设有用于固定所述待焊接晶振件1的定位结构41。
本例通过的焊接治具4上的定位结构41将待焊接晶振件1固定在所述焊接治具4的焊接区内；所述焊接治具4上凹陷形成所述焊接腔体2，所述定位结构41设置在所述焊接腔体2的底部。本例焊接治具4包括所述焊接腔体2和围成所述焊接腔体2的四壁和底部，所述焊接治具4面上凹陷形成的所述焊接区用于安装所述待焊接晶振件1，所述待焊接晶振件1固定在所述焊接治具4凹陷形成的所述焊接腔体2内，所述定位结构41可以是所述焊接治具4底部的凹槽，通过所述凹槽与所述待焊接晶振件1配合，用于将所述待焊接晶振件1固定在所述焊接腔体2内。
在本实施例中，如图4所示，所述定位结构41为设置在所述焊接腔体2底部的磁性件；如图2和图4所示，本例待焊接晶振件1包括下基座13和可吸附上盖12；通过所述可吸附上盖12与所述磁性件41之间的吸附力，所述下基座13被固定在所述磁性件41上。可以理解地，通过所述磁性件41与所述可吸附上盖12的吸引力可进一步地将所述可吸附上盖12连接在所述下基座13上。作为优选，所述可吸附上盖12为可被所述磁性件41吸附的金属材料，也可以将金属体设置在可吸附上盖12内，所述下基座13为陶瓷材料。可以理解地，所述下基座13也不一定全为陶瓷材料，也可以为玻璃等材料制成；所述上盖可以由锌、铁等金属或者合金材料制成。进一步地，所述磁性件41也可以为电磁件，与控制模块连接，通过控制模块控制所述磁性件41的通电和断电，从而控制所述下基座13和可吸附上盖12的吸附和松开，进而确保了所述待焊接晶振件1的焊接时气密封装的可靠性。
本例的焊接治具4上还设有用于一端与真空抽取装置相连的抽真空端口42，所述抽真空端口42另一端与所述焊接腔体2连通。本例的焊接腔体2与真空抽取装置之间是用波纹管连接，抽真空端口42、真空抽取装置一侧均留有与波纹管同等直径的开孔，孔的截面处也是加工一圈凹槽，密封圈塞进去形成过盈配合，同理，波纹管截面、抽真空装置截面亦如此，然后用波纹管卡箍(或称固定夹)把两两对齐锁紧。
本发明的控制模块用于：
控制预设的抓取装置将待焊接晶振件1置入焊接腔体2内；所述待焊接晶振件1包含待抽真空腔11以及设置在所述待抽真空腔11的开口处的焊缝；
控制所述抓取装置将与所述焊接腔体2适配的玻璃盖21覆盖在所述焊接腔体2上，并令覆盖所述玻璃盖21的所述焊接腔体2中的真空度压强低于预设的第一真空压强阈值；
控制穿过所述玻璃盖21的激光5焊接所述待焊接晶振件1的预设焊接区3的第一焊接部位31；
控制真空抽取装置对所述焊接腔体2以及所述待抽真空腔11抽真空，以使得所述焊接腔体2以及所述待抽真空腔11的真空度压强高于预设的第二真空压强阈值，其中，所述第二真空压强阈值小于第一真空压强阈值；
控制穿过所述玻璃盖21的激光5焊接所述待焊接晶振件1的预设焊接区3的第二焊接部位32，以密封所述待抽真空腔11；所述第二焊接部位32的面积小于所述第一焊接部位31的面积。
本例控制模块可以使所述真空激光焊接系统更加智能化、自动化，提高了激光5焊接的效率。可以理解地，所述控制模块控制的步骤中也可以通过人工来完成。
在一实施例中，所述第一真空压强阈值的取值范围为100Pa至100000Pa，所述第二真空压强阈值的取值范围为0.1Pa至0.00001Pa；和/或所述第一焊部位的面积为所述预设焊接区3的总面积的99.0％至99.9％。可以理解地，所述控制模块控制所述真空抽取装置(真空泵等)来控制所述焊接腔体2内的压强。所述焊接腔体2内的压强状态在前文已经叙述，在此就不再赘述。
以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种真空激光焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S10：将待焊接晶振件置入焊接腔体内；
步骤S20：通过透明盖封闭所述焊接腔体，并对所述焊接腔体抽真空，使所述焊接腔体中的真空度压强高于预设的第一真空压强阈值；
步骤S30：通过穿过所述透明盖的激光焊接所述待焊接晶振件的预设焊接区的第一焊接部位；
步骤S40：对所述焊接腔体以及所述待焊接晶振件的待抽真空腔抽真空，以使得所述焊接腔体以及所述待抽真空腔的真空度压强低于预设的第二真空压强阈值，其中，所述第二真空压强阈值小于第一真空压强阈值；
步骤S50：通过穿过所述透明盖的激光焊接所述待焊接晶振件的预设焊接区的第二焊接部位，以密封所述待抽真空腔。
2.根据权利要求1所述的真空激光焊接方法，其特征在于，所述第一真空压强阈值的取值范围为100Pa至100000Pa，所述第二真空压强阈值的取值范围为0.1Pa至0.00001Pa。
3.根据权利要求1所述的真空激光焊接方法，其特征在于，所述第二焊接部位的面积小于所述第一焊接部位的面积，所述第一焊接部位的面积为所述预设焊接区的总面积的99.0％至99.9％。
4.根据权利要求3所述的真空激光焊接方法，其特征在于，所述第一焊接部位的面积为所述预设焊接区的总面积的99.8％。
5.根据权利要求1所述的真空激光焊接方法，其特征在于，步骤S10的处理方法为：通过焊接治具上的定位结构将待焊接晶振件固定在所述焊接治具的焊接腔体内；所述焊接治具上凹陷形成所述焊接腔体，所述定位结构设置在所述焊接腔体的底部，与所述焊接腔体的开口相对应。
6.一种实现权利要求1-5任一项所述的真空激光焊接方法的焊接治具，其特征在于，包括治具本体，所述治具本体上设有焊接腔体，所述焊接治具上还设有用于一端与真空抽取装置相连的抽真空端口，所述抽真空端口另一端与所述焊接腔体连通，所述焊接腔体上设有开口，所述开口上设有透明盖。
7.根据权利要求6所述的真空激光焊接系统，其特征在于，所述焊接腔体内设有用于固定所述待焊接晶振件的定位结构。
8.根据权利要求7所述的真空激光焊接系统，其特征在于，所述定位结构为定位槽，或所述待焊接晶振件设有能够被磁性件吸附的金属体，所述定位结构为设置在所述焊接腔体底部的磁性件。
9.一种真空激光焊接系统，包括权利要求6-8任一项所述的焊接治具，其特征在于，
还包括抓取装置、控制模块、真空抽取装置以及激光器，所述抓取装置、真空抽取装置与激光器分别与所述控制模块相连，所述控制模块用于：
控制抓取装置将待焊接晶振件置入焊接腔体内，所述待焊接晶振件包含待抽真空腔以及设置在所述待抽真空腔的开口处的焊缝；
控制所述抓取装置将所述透明盖覆盖在所述焊接腔体开口上，并控制所述真空抽取装置对所述焊接腔体抽真空，使所述焊接腔体中的真空度压强高于预设的第一真空压强阈值；
控制激光器透过透明盖焊接所述待焊接晶振件的预设焊接区的第一焊接部位；
控制真空抽取装置对所述焊接腔体以及所述待抽真空腔抽真空，以使得所述焊接腔体以及所述待抽真空腔的真空度压强高于预设的第二真空压强阈值，其中，所述第二真空压强阈值小于第一真空压强阈值；
控制激光器焊接所述待焊接晶振件的预设焊接区的第二焊接部位，以密封所述待抽真空腔。
10.根据权利要求9所述的真空激光焊接系统，其特征在于，所述第一真空压强阈值的取值范围为100Pa至100000Pa，所述第二真空压强阈值的取值范围为0.1Pa至0.00001Pa；所述第二焊接部位的面积小于所述第一焊接部位的面积，所述第一焊部位的面积为所述预设焊接区的总面积的99.0％至99.9％。
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