CN112453616A - 一种高频聚焦感应焊接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高频聚焦感应焊接装置，包括喷嘴装置、焊料输送装置、惰性气体输入装置，所述喷嘴装置包括电磁感应线圈、铁氧体，所述铁氧体上设有融化焊料的喷嘴腔体，所述铁氧体的底部设有喷注焊料的喷嘴，所述喷嘴与所述喷嘴腔体相连通，所述焊料输送装置、惰性气体输入装置的输出口分别与所述喷嘴腔体对接。本发明的有益效果是：首先，本发明成本约是激光焊接喷头的百分之一；其次，高频聚焦感应加热头具有相对温和的加热效果；而且，高频聚焦感应加热头可以实现与焊料之间有物体阻隔情况下的焊接。因此，本发明具有强大的应用潜力，有助于我国微电子封装领域微纳尺寸焊接的设计和技术开发。

Description

一种高频聚焦感应焊接装置
技术领域
本发明涉及焊接装置，尤其涉及一种高频聚焦感应焊接装置。
背景技术
当前激光焊接喷头的设计和技术能很好的满足微尺寸的焊接，但其也有自身的缺点，首先激光器成本较高；其次，其能量密度集中，容易烧坏电路板；而且，激光焊接时，要求激光与焊料之间不能有物体阻隔等。这些缺点极大地限制了激光焊接技术在相关领域的应用和普及。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种高频聚焦感应焊接装置。
本发明提供了一种高频聚焦感应焊接装置，包括喷嘴装置、向所述喷嘴装置输送焊料的焊料输送装置、通过压力将所述喷嘴装置内融化的焊料喷注到焊接对象的惰性气体输入装置，所述喷嘴装置包括电磁感应线圈、铁氧体，所述铁氧体上设有融化焊料的喷嘴腔体，所述电磁感应线圈环绕在所述喷嘴腔体的四周，所述铁氧体的底部设有喷注焊料的喷嘴，所述喷嘴与所述喷嘴腔体相连通，所述焊料输送装置、惰性气体输入装置的输出口分别与所述喷嘴腔体对接。
作为本发明的进一步改进，所述电磁感应线圈的内部设置有循环冷却水。
作为本发明的进一步改进，所述高频聚焦感应焊接装置还包括测量焊接位置温度的测温装置。
作为本发明的进一步改进，所述测温装置为红外测温装置。
作为本发明的进一步改进，所述高频聚焦感应焊接装置还包括外环铁氧体，所述铁氧体、外环铁氧体同轴设置，所述铁氧体位于所述外环铁氧体的内环。
作为本发明的进一步改进，所述外环铁氧体的上表面与所述铁氧体的上表面在同一高度，所述外环铁氧体的下表面较所述铁氧体的下表面不在同一高度。
作为本发明的进一步改进，所述焊料输送装置为锡球输送装置或者锡丝输送装置或者焊膏输送装置。
作为本发明的进一步改进，所述锡球输送装置包括储存有锡球的上料桶、分锡球盘和送料通道，所述分锡球盘上设有分锡球孔，所述分锡球盘设置在所述上料桶、送料通道之间，所述锡球经上料桶、分锡球孔、送料通道输入到所述喷嘴腔体之内。
作为本发明的进一步改进，所述惰性气体输入装置为氮气输入装置。
作为本发明的进一步改进，所述铁氧体为锥形铁氧体。
作为本发明的进一步改进，所述铁氧体为空心铁氧体或者实心铁氧体。
本发明的有益效果是：首先，本发明成本约是激光焊接喷头的百分之一；其次，高频聚焦感应加热头具有相对温和的加热效果；而且，高频聚焦感应加热头可以实现与焊料之间有物体阻隔情况下的焊接。因此，本发明具有强大的应用潜力，有助于我国微电子封装领域微纳尺寸焊接的设计和技术开发。
附图说明
图1是本发明一种高频聚焦感应焊接装置的剖面示意图。
图2是本发明一种高频聚焦感应焊接装置的立体示意图。
图3是本发明空心铁氧体与线圈组合结构剖面图。
图4是本发明实心铁氧体与线圈组合结构剖面图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1至图4所示，一种高频聚焦感应焊接装置，包括喷嘴装置1、向所述喷嘴装置1输送锡球的圆盘分锡球装置2、通过压力将所述喷嘴装置1内融化的焊料喷注到焊盘402的氮气输入装置3和红外测温装置5。
喷嘴装置1包含空心的感应线圈102(即电磁感应线圈)和铁氧体，铁氧体优选为锥形空心铁氧体101，感应线圈102围绕着锥形空心铁氧体101，且感应线圈102内通有循环冷却水103以保证感应线圈102的散热及其可靠性,所述锥形空心铁氧体101上设有融化焊料的喷嘴腔体104。
感应线圈102与锥形空心铁氧体101不接触。
所述的圆盘分锡球装置2包括上料桶201、锡球202、分锡球盘203、分锡球孔204和送料孔205，圆盘分锡球装置2可将盛放在上料桶201里的锡球202，通过分锡球盘203上对应锡球直径的分锡球孔204和送料孔205，将锡球一颗一颗送入的高频焊接的喷嘴装置1内。
所述的氮气输入装置3是氮气输入孔301，惰性气体主要是提供吹力，同时也可以减少焊料氧化，氮气的作用是利用惰性气体的压力将融化的锡球从喷嘴内喷注到焊盘上，完成喷球动作。
所述的红外测温装置5是红外测温仪501，实时测温为焊接工艺的监测和改善提供帮助，测温范围为-50℃～1500℃，其测量值可实时显示在与之连接的计算机屏幕上。
在本实施例中，一种高频聚焦感应焊接装置的工作过程如下：
(1)送料：圆盘分锡球装置2可将盛放在上料桶201里的锡球202，通过分锡球盘203上对应锡球直径的分锡球孔204和送料孔205，将锡球一颗一颗送入的喷嘴装置1内。上料桶201由塑料制成透管，分锡球盘203由不锈钢或合金材料制成，送料孔205由不锈钢或其他金属材料制成。
(2)高频聚焦感应加热锡球：通过对空心的感应线圈102施加电压和设定交变频率、感应线圈102产生的交变磁场在锥形空心铁氧体101的尖端汇集。这使得锥形空心铁氧体101尖端处的锡球202被加热融化。同时感应线圈102内通有循环冷却水103以保证感应线圈102的散热及其可靠性。
(3)氮气施压：氮气输入装置3将惰性气体N2通过氮气输入孔301施加到锥形空心铁氧体101喷嘴腔内，将融化的锡球202沿锥形空心铁氧体101尖端下方喷出。
(4)完成焊接：喷出的熔融的锡球，落在待焊接基板401的焊盘402上表面，形成焊点403，完成焊接。
锥形空心铁氧体101可以将感应线圈102产生的磁场有效的聚焦，聚焦于锥形空心铁氧体101的圆锥尖端，从而使锥形空心铁氧体101的圆锥近端位置的磁通密度大大增强，可以使落于此处的锡球融化，在氮气作用下将融化的锡球喷出。
在本实施例中，所述一种高频聚焦感应焊接装置还包括另一种案例，即铁氧体为实心铁氧体(如图4所示)，这种实心铁氧体结构的高频聚焦感应焊接装置的工作过程如下：
(1)上料：将焊料(即锡膏)锡膏通过点胶或丝网印刷等方式提前涂敷在焊盘上。
(2)高频聚焦感应加热锡球：高频聚焦感应焊接装置通过对空心铜线圈施加电压和设定交变频率、空心铜线圈产生的交变磁场在实心铁氧体的尖端汇集。这使得实心铁氧体下方的焊料(即锡膏)被加热融化，完成焊接。同时线圈内通有循环冷却水以保证线圈的散热及其可靠性。
所述的铁氧体，可以采用空心铁氧体或者实心铁氧体。空心铁氧体包含锥形、环形、管形和多边形等含有中空结构的铁氧体。以锥铁氧体为例，上表面外直径主要在0.5mm—50mm范围内，高度根据实际工艺需求主要在2mm-50mm范围内。
所述的铁氧体材料由铁的氧化物和一种或几种其它金属氧化物组成的复合氧化物(如BaO·6Fe2O3、MnO·Fe2O3·ZnO·Fe2O3等)等加工制成。
所述的电磁感应线圈，线圈材料包括铜、金等导电材料。
所述的电磁感应线圈截面形状包括圆环、三角环、椭圆环等各种形状的环形几何形状。以圆环截面形状为例，截面圆环的内外直径均在5mm以内。如图1中所示，空心线圈环绕在圆锥形铁氧体的外部位置。
所述的电磁感应线圈匝数为1-1000。对于直径较大的线圈，匝数在5匝以内，对于直径较小的线圈，匝数在5匝以上。
所述的铁氧体与电磁感应线圈的结构设计，在本发明中，仅代表性的例出了4个系列，每个系列又包含4种结构，共16种铁氧体与线圈的组合结构设计。如第一系列为例，如图3(a)是图1的一部分，仅展示了焊接头的结构图,图3(b)是在图3(a)铁氧体外再增加一个铁氧体锥形环，图3(b)中，外环铁氧体的上表面与内环铁氧体的上表面在同一高度，但外环铁氧体的下表面比内环铁氧体的下表面更低；而在图3(c)中，外环铁氧体的下表面比内环铁氧体的下表面更高；最后在图3(d)中，本发明提出了双高频感应焊接头的设计，下侧焊接头与上策焊接头共同作用于待焊接区域，实现更高能量密度的加热目的和更高效的焊接目的，以及实现了焊接头与焊料之间有物体阻隔情况下的焊接。
所述的铁氧体与电磁感应线圈的结构设计，在本发明中，仅代表性的例出了4个系列，每个系列又包含4种结构，共16种铁氧体与线圈的组合结构设计。以第二系列为例，如图3(e)是图3(a)的一种变形，感应线圈被设计在铁氧体内,图3(f)是在图3(e)铁氧体外再增加一个铁氧体锥形环，图3(f)中，外环铁氧体的上表面与内环铁氧体的上表面在同一高度，但外环铁氧体的下表面比内环铁氧体的下表面更低；而在图3(g)中，外环铁氧体的下表面比内环铁氧体的下表面更高；最后在图3(h)中，本发明提出了双高频感应焊接头的设计，下侧焊接头与上策焊接头共同作用于待焊接区域，实现更高能量密度的加热目的和更高效的焊接目的，以及实现了焊接头与焊料之间有物体阻隔情况下的焊接。
所述的铁氧体与电磁感应线圈的结构设计，在本发明中，仅代表性的例出了4个系列，每个系列又包含4种结构，共16种铁氧体与线圈的组合结构设计。以第三系列为例，如图3(i)是图3(a)的一种变形，感应线圈被设计在铁氧体空腔内,图3(j)是在图3(i)铁氧体外再增加一个铁氧体锥形环，图3(j)中，外环铁氧体的上表面与内环铁氧体的上表面在同一高度，但外环铁氧体的下表面比内环铁氧体的下表面更低；而在图3(k)中，外环铁氧体的下表面比内环铁氧体的下表面更高；最后在图3(l)中，本发明提出了双高频感应焊接头的设计，下侧焊接头与上策焊接头共同作用于待焊接区域，实现更高能量密度的加热目的和更高效的焊接目的，以及实现了焊接头与焊料之间有物体阻隔情况下的焊接。
所述的循环冷却水冷却温度在100℃以下。
所述的焊料包括锡球、锡丝、焊膏等不同形式。当焊料是锡球时，可以通过上料桶上料；当焊料是锡丝时，可以由送丝机构上料；当焊料是锡膏时，焊料可以通过点胶机或丝网印刷上料，无论何种形式的焊料，都可以在本发明的焊接装置下焊接。
本发明提供的一种高频聚焦感应焊接装置，具有以下优点：
首先，本发明成本约是激光焊接喷头的百分之一；
其次，高频聚焦感应加热头具有相对温和的加热效果；而且，高频聚焦感应加热头可以实现与焊料之间有物体阻隔情况下的焊接。
因此，本发明具有强大的应用潜力，有助于我国微电子封装领域微纳尺寸焊接的设计和技术开发。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高频聚焦感应焊接装置，其特征在于：包括喷嘴装置、向所述喷嘴装置输送焊料的焊料输送装置、通过压力将所述喷嘴装置内融化的焊料喷注到焊接对象的惰性气体输入装置，所述喷嘴装置包括电磁感应线圈、铁氧体，所述铁氧体上设有融化焊料的喷嘴腔体，所述电磁感应线圈环绕在所述喷嘴腔体的四周，所述铁氧体的底部设有喷注焊料的喷嘴，所述喷嘴与所述喷嘴腔体相连通，所述焊料输送装置、惰性气体输入装置的输出口分别与所述喷嘴腔体对接。
2.根据权利要求1所述的高频聚焦感应焊接装置，其特征在于：所述电磁感应线圈的内部设置有循环冷却水。
3.根据权利要求1所述的高频聚焦感应焊接装置，其特征在于：所述高频聚焦感应焊接装置还包括测量焊接位置温度的测温装置。
4.根据权利要求1所述的高频聚焦感应焊接装置，其特征在于：所述高频聚焦感应焊接装置还包括外环铁氧体，所述铁氧体、外环铁氧体同轴设置，所述铁氧体位于所述外环铁氧体的内环。
5.根据权利要求4所述的高频聚焦感应焊接装置，其特征在于：所述外环铁氧体的上表面与所述铁氧体的上表面在同一高度，所述外环铁氧体的下表面较所述铁氧体的下表面不在同一高度。
6.根据权利要求1所述的高频聚焦感应焊接装置，其特征在于：所述焊料输送装置为锡球输送装置或者锡丝输送装置或者焊膏输送装置。
7.根据权利要求6所述的高频聚焦感应焊接装置，其特征在于：所述锡球输送装置包括储存有锡球的上料桶、分锡球盘和送料通道，所述分锡球盘上设有分锡球孔，所述分锡球盘设置在所述上料桶、送料通道之间，所述锡球经上料桶、分锡球孔、送料通道输入到所述喷嘴腔体之内。
8.根据权利要求1所述的高频聚焦感应焊接装置，其特征在于：所述惰性气体输入装置为氮气输入装置。
9.根据权利要求1所述的高频聚焦感应焊接装置，其特征在于：所述铁氧体为锥形铁氧体。
10.根据权利要求1所述的高频聚焦感应焊接装置，其特征在于：所述铁氧体为空心铁氧体或者实心铁氧体。
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