CN117206615A - 一种用于激光焊接预涂锡工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于激光焊接预涂锡工艺，包括有如下步骤：步骤一：将基材插入对应焊盘，再将锡丝预热至指定温度，焊盘顶部开设有预制孔，预制孔内设有预制锡，预制锡表面添加定量助焊剂；步骤二：将焊盘运输至焊接工位，使用焊枪对准焊盘启动激光，针对不同规格的焊盘，采用不同的预热时间与预热温度；步骤三：持续进行加热，使焊盘与预涂锡温度提高到指定的焊接温度；步骤四：在预涂锡熔融后，控制锡丝的送进速度，使其与熔融的预涂锡接触，同时，激光也会使送入的锡丝熔化，在锡丝送至指定长度后，停止送锡；步骤五：熔融状态的锡丝会与焊盘熔合；步骤六：对焊接处进行保温处理。解决了传统的焊接工艺容易烧毁焊盘的问题，提高了产品质量。

Description

一种用于激光焊接预涂锡工艺

技术领域

本发明属于激光焊接技术领域，更具体地说，特别涉及一种用于激光焊接预涂锡工艺。

背景技术

激光焊接是一种高精度、非接触性的焊接方法，在制造业中被广泛应用。光伏项目中的功率板焊接是一个重要的工艺环节，关系到太阳能电池板的性能和寿命。而传统的烙铁焊接工艺一般通过接触式焊接，需要与焊接物体接触，容易导致产品刮伤，并且使用烙铁焊接需要经常对其进行维护，提高了生产成本。

如202110660570.3的中国发明专利，提供了一种焊接设备及焊接工艺，该焊接设备通过焊枪、冷却腔与滚轧装置的设置，在使用时通过焊枪对物品进行激光焊接，然后通过滚轧装置对焊接产生的熔池进行挤压，提高焊接强度，最后运至冷却腔进行冷却，完成焊接操作。现有技术中，传统的焊接工艺一般通过焊枪对物品进行激光焊接，但是，目前的激光焊接工艺不够成熟，焊枪放出的激光能量过大，容易导致被焊对象的焊盘不能承受瞬间增大的能量，使得焊盘被烧毁，导致焊接物品拿去报废，降低了生产效率。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于激光焊接预涂锡工艺，以解决现有技术中，传统的焊接工艺不够成熟，无法精确控制焊接激光的能量，容易导致焊盘被烧毁与报废，提高了生产成本，降低了生产效率的技术问题。

本发明的一种用于激光焊接预涂锡工艺目的与功效，由以下具体技术手段所达成：

一种用于激光焊接预涂锡工艺，包括有如下步骤：

步骤一：将基材放置在PCB电路板上的对应焊盘位置，再将锡丝准备好，对其进行预加热至指定温度，在焊盘顶部开设有多组预制孔，在多组预制孔内设置预制锡涂层，并于焊盘与预制锡的表面加入助焊剂；

步骤二：将预涂锡的PCB电路板送入激光焊接工位，使用焊枪对准目标焊盘位置。启动焊枪的激光，通过激光针对不同规格的焊盘，采用不同的预热时间与预热温度对其进行进行预热，使焊盘与预涂锡层达到低于熔融温度的预热状态；

步骤三：持续对焊盘与预涂锡进行激光加热，使焊盘与预涂锡层温度提高，达到指定的焊接温度，使得预涂锡完全熔融成液态，与焊盘表面融为一体。此时，达到焊接所需的温度条件；

步骤四：在预涂锡完成熔融后，控制锡丝的送进速度，使其与熔融的预涂锡接触，同时，持续激光照射也使送入的锡丝部分熔化，待锡丝送至指定长度后，停止送锡；

步骤五：熔融状态的锡丝会与焊盘上已熔融的预涂锡进行混合并扩散，完成焊盘位置的焊接连接；

步骤六：在激光焊接工作完成后，进行恒温保持，使焊点冷却固化的同时，保持融合。

作为本发明的进一步方案，在步骤一中，所述预热锡丝的指定温度为75～100℃。

作为本发明的进一步方案，在步骤一中，所述焊盘与所述预制锡表面的助焊剂加入量为3.5～4mg/drop。

作为本发明的进一步方案，在步骤二中，所述焊盘为二铜层焊盘，所述预热时间为300～500ms，所述预热温度为300～360℃。

作为本发明的进一步方案，在步骤二中，所述焊盘为四铜层焊盘，所述预热时间为300～500ms，所述预热温度为300～360℃。

作为本发明的进一步方案，在步骤二中，所述焊盘为零铜层焊盘，所述预热时间为450～550ms，所述预热温度为260～300℃。

作为本发明的进一步方案，在步骤三中，所述焊盘与所述预涂锡加热的指定温度为70～90℃。

作为本发明的进一步方案，：在步骤四中，所述锡丝的送进速度为15～20mm/s。

作为本发明的进一步方案，在步骤四中，所述锡丝停止送锡的的指定长度为12～17mm。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.与现有技术相比，通过预制孔与预制锡的设置，在焊盘的顶部开设多组预制孔，并在各个预制孔内预先填充易熔预制锡，再利用回流焊的热作用将预制锡与焊盘底部表面预融合。这种预处理方式一方面极大地增强了焊盘与预制锡的热传导效果，另一方面也起到了缓冲和能量分散的作用。再将预涂锡的PCB电路板送入激光焊接工位，利用焊枪射出激光加热来进行焊接，而预涂锡可以将发射激光时的瞬间高能量吸收，使焊盘实际承受的激光照射功率降低，从而避免了焊盘被高能量激光烧坏。解决了传统的焊接工艺不够成熟，无法精确控制焊接激光的能量，容易导致焊盘被烧毁与报废的问题，减少了报废数量，降低了生产成本和资源浪费。

2.通过助焊剂的设置，在激光焊接的过程中能够辅助热量在焊盘、预涂锡与基材之间的传导，降低热阻，加快焊盘与基材的温度上升，有利于焊料的熔融流动。其次，助焊剂中的活性成分可以主动去除焊盘和预制锡表面的氧化物，保证两者间的金属接触，避免氧化膜对焊接质量的影响。最后，在焊接完成后，残留的助焊剂还可以降低焊接部位的表面张力，去除表面油污，扩大焊接面积，并防止其再度氧化，这进一步提高了焊点质量和可靠性。

3.通过锡丝预热、送锡速度与送锡长度的设置，进一步优化了激光焊接的质量；首先，在激光焊接前先将锡丝预热到一定了温度，降低锡丝与焊接激光之间的温度差距，避免冷锡丝引起的热应力和锡珠产生，同时预热也可防止堵丝情况发生；其次，通过制定锡丝的送丝速度，使其与预涂锡熔融后的液态扩散速度相适应，防止堵丝。送丝速度也影响焊接的产量；最后，通过设定锡丝的送丝长度，这样可以确保焊盘的覆盖率，防止焊接激光长时间加热焊盘，使其被焊接激光烧毁，同时送丝长度也决定单个焊点的加工时间，实现了高效稳定的激光焊接工艺。

4.通过焊接的预热温度与预热时间的设置，以确保焊接质量；过高的预热温度或过长的预热时间都会导致焊盘及预涂锡过烧，造成焊盘损毁。同时预热过度也会减慢焊接节拍，降低生产效率。而预热温度过低或预热时间过短，会使焊盘与预涂锡未完全预热熔化，从而造成冷焊现象的发生，降低焊点质量。为此，根据不同规格焊盘的热容量特性，设定一个充分而不过度的预热温度和预热时间值，使焊盘与预涂锡恰好达到充分熔融的状态，既防止焊盘损坏，也防止冷焊现象，从而确保了焊点质量。

5.通过使用焊枪来进行激光焊接，激光束能够准确照射在焊盘局部区域，对电路板其他元器件无影响，避免了过量加热可能造成的损坏；同时，激光焊接响应速度快，单点焊接时间短，整体焊接产量和效率较高；激光属于非接触式加工，焊枪不直接接触基材，避免了机械接触造成基材表面划伤的问题，提高了产品质量，同时，焊枪激光聚焦斑径小，可以在狭小空间中进行焊接，提高了适用范围；并且，激光焊接无需更换烙铁头等焊材，节省了生产成本。

附图说明

图1是本发明一种用于激光焊接预涂锡工艺的工艺流程图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合附图与实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例一：

请参阅如图1所示，本发明提供了一种用于激光焊接预涂锡工艺，包括有如下步骤：

步骤一：将需要焊接的基材置于PCB板上对应的焊盘位置，完成定位。再将锡丝准备好，对其进行预加热至指定温度，预加热可以缩短后续激光加热时间，提高焊接效率。在焊盘的顶部开设有多组预制孔，这些预制孔作为预留的锡料储存区域。将易熔焊锡制成锡膏状，充填到各预制孔内，形成预制锡涂层。在焊盘表面以及预制锡涂层上，用细针管涂抹适量的助焊剂。助焊剂可提高激光吸收率，并去除氧化层。

步骤二：将预涂锡的PCB电路板送入激光焊接工位，在激光焊接工位中，使用带有精密定位系统的焊枪，将其激光头准确对准目标焊盘的位置。然后启动焊枪的激光输出，发出的激光会照射在焊盘及其周边预制锡涂层区域，进行预热操作。根据不同规格的焊盘，采用事先编制好的匹配参数，设置不同的预热时间与预热温度对其进行预热，通过这种针对性的预热，使焊盘及预制锡涂层实现的温度提升，充分考虑了不同焊盘的热容差异，使预热更精确有效。

步骤三：在对焊盘及预制锡进行一定时间的预热后，将继续维持激光的照射，以进一步提升其温度，随着激光的持续加热，焊盘及预制锡的温度会逐步升高，最终达到事先配置的精确焊接温度值。在该温度下，预制锡层会完全熔融成液态，流动性增强。与此同时，焊盘表面也会获得足够的熔融态，与液态预制锡层充分融合。至此，焊盘与预制锡层已全部转化为熔融状态，混合均匀在一起，作为整体达到了激光焊接所需的温度条件和物理状态。

步骤四：在预涂锡完全熔融后，需要精确控制锡丝的送进速度，以确保它与熔融的预涂锡接触。同时，在锡丝送入的过程中，持续进行激光照射，以促使锡丝部分熔化，确保二者之间的牢固粘接。待锡丝送至指定长度后，停止送锡；

步骤五：当熔融状态的锡丝与预涂锡接触时，由于温度的影响，两者之间的物质开始相互融合和扩散。这种融合和扩散过程使得锡丝和预涂锡的材料得以充分混合，形成一个均匀的焊料。这种均匀的焊料能够填充焊盘和锡丝之间的间隙，并与两者紧密结合，能够承受更高的机械和热应力，完成焊盘位置的焊接连接；

步骤六：在激光焊接工作完成后，需要进行恒温保持，它可以在焊接完成后保持焊点处于适当的温度范围内，让焊点充分固化。通过恒温保持，可以减少焊接过程中产生的热应力和热变形，从而提高焊接质量和可靠性，确保焊接工艺的成功实施。

在步骤一中，降低所述锡丝与焊接激光之间的温度差距，避免冷锡引起的热应力和锡珠产生，同时预热也可防止堵丝情况发生；堵丝是锡丝在针头口处受激光能量的波及，熔化后卡死针头口，使后面的锡线不能顺畅送出，从而造成设备“堵丝”报警。通过对锡丝温度的验证，我们最终采用的锡丝预热温度的范围：75～100℃。不同的预热温度对锡珠的产生与是否堵锡丝的影响对照具体参见下表1：

表1锡丝温度对焊接后锡珠产生的验证

锡丝温度(℃)	锡珠的产生	是否堵锡丝
			常温	产生锡珠多，直径在0.1～0.5mm之间	否
25～50	产生锡珠较多，直径在0.1～0.5mm之间	否
			50～75	产生锡珠较少，直径在0.1～0.35mm之间	否
75～100	几乎没有锡珠	几乎不堵丝
			100～125	没有锡珠	容易堵丝

在步骤一中，通过添加助焊剂可以辅助热量在焊盘、预涂锡与基材之间的传导，加快焊盘与基材的温度上升。其次，助焊剂可以去除焊盘和预制锡表面的氧化物，避免氧化膜对焊接质量的影响。在焊接完成后，残留的助焊剂还可以降低焊接部位的表面张力，去除表面油污，扩大焊接面积，并防止其再度氧化。通过对助焊剂的验证，我们最终采用的用量范围：3.5～4mg/drop。在此范围内可以达到最优效果。不同的助焊剂用量对焊接的影响对照具体参见下表2：

表2锡丝温度对焊接后锡珠产生的验证

在步骤二中，所述焊盘为二铜层焊盘，所述预热时间为300～500ms，所述预热温度为300～360℃。

在步骤二中，所述焊盘为四铜层焊盘，所述预热时间为300～500ms，所述预热温度为300～360℃。

在步骤二中，所述焊盘为零铜层焊盘，所述预热时间为450～550ms，所述预热温度为260～300℃。

针对不同规格型号的焊盘，对应设置了不同的预热时间与预热温度，防止焊盘损坏，也防止冷焊现象，从而确保了焊点质量。具体的预热时间与预热温度对焊接的影响对照具体参见下表3：

表3预热温度与预热时间对焊盘及焊锡影响的验证

在步骤三中，为使得助焊剂保持活性，同时为降低电子板与焊接激光的温差，使得更容易焊接，通过对电子板温度的验证，我们最终采用的电子板温度的范围：70～90℃。不同的电子板温度对焊接的影响对照具体参见下表4：

表4电子板温度对焊接影响的验证

在步骤四中，通过制定锡丝的送丝速度，使其与预涂锡熔融后的液态扩散速度相适应，防止堵丝，送丝速度也影响焊接的产量。送锡速度受气缸伸出速度与破锡机构送锡速度的影响，破锡机构的送锡速度若超过20mm/，受锡线卷的拉扯力及已送锡线的阻力影响，容易造成打滑，从而影响送锡量。通过对送锡速度的验证，我们最终采用的是在调速阀的配合下，使用15～20mm/s的范围内的送锡速度。不同的送锡速度对锡珠的产生与是否堵锡丝的影响对照具体参见下表5：

表5锡丝温度对焊接后锡珠产生的验证

在步骤四中，通过设定锡丝的送丝长度，这样可以确保焊盘的覆盖率，防止焊接激光长时间加热焊盘，使其被焊接激光烧毁，同时送丝长度也决定单个焊点的加工时间，实现了高效稳定的激光焊接工艺。通过对送锡长度的验证，我们综合考虑后送锡长度范围定为12～17mm，这样对焊锡良率及UPH都有帮助。其他的送锡长度对焊接的影响对照具体参见下表6：

表6送锡长度对焊锡影响的验证

本实施例通过设置助焊剂用量、送锡速度、预热时间与送锡长度；提高了生产效率，具体的优化参数对照具体参见下表7：

表7优化焊接参数

实施例二：

基于本申请的第一实施例提供的一种用于激光焊接预涂锡工艺，本申请的第二实施例提出一种用于激光焊接预涂锡工艺。第二实施例仅仅是第一实施例的优选的方式，第二实施例的实施对第一实施例的单独实施不会造成影响。下面将对本发明的第二实施例做进一步说明。

在步骤二中，所述焊盘为四铜层焊盘，所述预热时间为300～500ms，所述预热温度为300～360℃，具体的预热时间与预热温度的影响，请参阅如表3所示。

本实施例二与实施例一的区别在于将二铜层焊盘改为四铜层焊盘，在实施例一中，焊盘采用了普通的双层铜结构，第一层为沉铜，第二层为阻焊。而在本实施例二中，焊盘的配铜改为四层结构，即从底至顶依次为:沉铜层、阻焊层、信号层、阻焊层。采用四层铜结构后，中间设置了额外的信号层，这一独立的信号层可以减少沉铜层的厚度，降低焊盘的热容量。同时，也增加了焊盘与PCB板之间的黏附强度。因此，四层铜焊盘的应用可以加快焊盘的热传导速率，减少焊盘对激光功率的需求。与双层铜焊盘相比，四层铜焊盘可以实现更精确、更高效的激光焊接，有利于提高产量和焊接质量，这是与实施例一相比的主要区别和优势。

实施例三：

在本实施例中，所述焊盘为零铜层焊盘，所述预热时间为450～550ms，所述预热温度为260～300℃。具体的预热时间与预热温度的影响，请参阅如表3所示。

本实施例三与实施例一的区别在于；在保证充分预热的前提下，将焊盘的铜层数从双层结构改为零层结构，即去除了焊盘的铜层。在实施例一中，采用了普通的双铜层焊盘，包括沉铜层和阻焊层。但通过优化的预热和控制参数，可以在去除铜层的情况下也获得良好的激光焊接质量。因此在本实施例三中，在严格控制预热温度、时间和能量密度的前提下，使用无铜层的环氧板料作为焊盘，与实施例一形成对比。该无铜层焊盘结构简单，去除铜层也降低了焊盘的热容量。采用无铜层焊盘，有利于提升激光功率的利用效率，缩短单点焊接时间，从而可以进一步提高生产效率。其余条件与实施例一一致，故本实施例不再赘述。

由于优化后的预热温度与预热时间已经可以满足无铜层情况下良好焊接质量的获得，因此将双层铜焊盘改为零铜层环氧板焊盘，可以降低焊盘的热容量，缩短单点焊接时间，提高了生产效率。这种无铜层焊盘结构设计，在不影响焊接质量的前提下，优化了焊盘的结构和工艺流程，降低了制作成本。它展示了仅通过精确的工艺控制参数优化，就可以获得结构和工艺的进一步简化。该种无铜层焊盘的应用，证明了针对激光焊接，仅通过预热和其他参数的精确控制就可以实现焊接质量的保证。这种结构和工艺的优化设计，在不影响焊接效果的前提下，提高了该激光焊接工艺方案的经济实用性。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (9)

1.一种用于激光焊接预涂锡工艺，其特征在于：包括有如下步骤：

步骤一：将基材放置在PCB电路板上的对应焊盘位置，再将锡丝准备好，对其进行预加热至指定温度，在焊盘顶部开设有多组预制孔，在多组预制孔内设置预制锡涂层，并于焊盘与预制锡的表面加入助焊剂；

步骤二：将预涂锡的PCB电路板送入激光焊接工位，使用焊枪对准目标焊盘位置,启动焊枪的激光，通过激光针对不同规格的焊盘，采用不同的预热时间与预热温度对其进行进行预热，使焊盘与预涂锡层达到低于熔融温度的预热状态；

步骤三：持续对焊盘与预涂锡进行激光加热，使焊盘与预涂锡层温度提高，达到指定的焊接温度，使得预涂锡完全熔融成液态，与焊盘表面融为一体，此时，达到焊接所需的温度条件；

步骤四：在预涂锡完全熔融后，控制锡丝的送进速度，使其与熔融的预涂锡接触，同时，持续激光照射也使送入的锡丝部分熔化，待锡丝送至指定长度后，停止送锡；

步骤五：熔融状态的锡丝会与焊盘上已熔融的预涂锡进行充分混合并扩散，完成焊盘位置的焊接连接；

步骤六：在激光焊接工作完成后，进行恒温保持，使焊点冷却固化，保持融合。

2.根据权利要求1所述的一种用于激光焊接预涂锡工艺，其特征在于：在步骤一中，所述预热锡丝的指定温度为75～100℃。

3.根据权利要求2所述的一种用于激光焊接预涂锡工艺，其特征在于：在步骤一中，所述焊盘与所述预制锡表面的助焊剂加入量为3.5～4mg/drop。

4.根据权利要求1所述的一种用于激光焊接预涂锡工艺，其特征在于：在步骤二中，所述焊盘为二铜层焊盘，所述预热时间为300～500ms，所述预热温度为300～360℃。

5.根据权利要求1所述的一种用于激光焊接预涂锡工艺，其特征在于：在步骤二中，所述焊盘为四铜层焊盘，所述预热时间为300～500ms，所述预热温度为300～360℃。

6.根据权利要求1所述的一种用于激光焊接预涂锡工艺，其特征在于：在步骤二中，所述焊盘为零铜层焊盘，所述预热时间为450～550ms，所述预热温度为260～300℃。

7.根据权利要求1所述的一种用于激光焊接预涂锡工艺，其特征在于：在步骤三中，所述焊盘与所述预涂锡加热的指定温度为70～90℃。

8.根据权利要求1所述的一种用于激光焊接预涂锡工艺，其特征在于：在步骤四中，所述锡丝的送进速度为15～20mm/s。

9.根据权利要求8所述的一种用于激光焊接预涂锡工艺，其特征在于：在步骤四中，所述锡丝停止送锡的的指定长度为12～17mm。