CN117359037A - 一种激光植球缺陷修复去锡一体化装置及激光焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及激光焊接技术领域，公开了一种激光植球缺陷修复去锡一体化装置及激光焊接方法，包括支架，用作整个装置的支撑；三个多轴平台，其中一个所述多轴平台外侧安装有激光器，所述激光器底端安装有锡球喷射装置，所述锡球喷射装置一侧安装有氮气输送装置；其中两个所述多轴平台分别固定连接在所述支架两端，另一个所述多轴平台通过滑动组块和顶部所述多轴平台相连。通过激光器发射红外光加热熔化锡球，再由氮气将熔化后的锡球吹落至焊盘上，冷却后形成完整焊点；对于焊接不合格的缺陷焊点可由激光二次加热熔化，再通过氮气吹离焊料，从而实现二次植球焊接，极大地提高了植球焊接的精度与效率。
Description
技术领域
本发明涉及激光焊接技术领域，具体为一种激光植球缺陷修复去锡一体化装置及激光焊接方法。
背景技术
激光植球技术因具有局部加热、非接触加热、快速加热、快速冷却等特殊优点而被广泛应用于电子制造业中。在修复集成电路(I C)球缺陷和去除球上的锡时，该技术使用激光器作为能量源，结合适当的装置和方法，实现了对I C球进行精确修复和去锡的操作。
但是传统电子装联设备存在焊接效率低，加工精度不够的问题，并且焊接过程中存在不少缺陷问题导致电路板损坏甚至报废，浪费量巨大，为此本发明提出一种激光植球缺陷修复去锡一体化装置及激光焊接方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种激光植球缺陷修复去锡一体化装置及激光焊接方法，解决了现有技术中设备存在焊接效率低，加工精度不够和焊接过程中存在不少缺陷问题导致电路板损坏的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种激光植球缺陷修复去锡一体化装置，包括：
支架，用作整个装置的支撑；
三个多轴平台，其中一个所述多轴平台外侧安装有激光器，所述激光器底端安装有锡球喷射装置，所述锡球喷射装置一侧安装有氮气输送装置；
其中两个所述多轴平台分别固定连接在所述支架两端，另一个所述多轴平台通过滑动组块和顶部所述多轴平台相连。
优选的，所述多轴平台包括三个移动平台支架，底部所述移动平台支架顶部固定连接有纵向导轨，中部所述移动平台支架远离所述滑动组块的一侧固定连接有垂直导轨，顶部所述移动平台支架顶部固定连接有横向导轨，所述纵向导轨、所述垂直导轨和所述横向导轨一端均固定连接有驱动电机，所述驱动电机输出端固定连接有联轴器，所述联轴器一端固定连接有滚珠丝杠，所述滚珠丝杠外侧安装有加工平台。
优选的，所述激光器包括激光发生装置，所述激光发生装置中部安装有光斑调节器，所述光斑调节器外侧安装有旋钮，所述激光发生装置内部从上到下依次开设有光束入口、导光腔、光束出口和出光通道。
优选的，三个所述加工平台分别滑动连接在所述横向导轨、所述垂直导轨和所述纵向导轨外侧，三个所述滚珠丝杠两端分别转动连接在所述横向导轨、所述垂直导轨和所述纵向导轨内部。
优选的，所述滑动组块顶部固定连接在顶部所述加工平台一侧，中部所述移动平台支架后侧固定连接在所述滑动组块前侧。
优选的，所述光斑调节器位于所述光束入口和所述导光腔之间。
优选的，所述锡球喷射装置包括焊接接头，所述焊接接头底端固定连接有喷嘴，所述焊接接头内部底端安装有密封光学镜片，所述焊接接头外部两端均固定连接有固定套筒，所述喷嘴底部安装有锡球盛放盘，所述锡球盛放盘为光学镜片，且盘中心小孔小于锡球的直径，所述喷嘴内壁一侧开设有锡球出料口，所述喷嘴内壁另一侧开设有气体通口，所述锡球出料口外壁固定连接有锡球输送通道，所述锡球输送通道内部远离所述喷嘴的一侧安装有分料碟片，所述锡球输送通道一端固定连接有储球室，所述储球室顶部固定连接有锡球进料口，所述储球室靠近所述锡球输送通道的一侧开设有储球室小孔。
优选的，所述氮气输送装置包括卡槽壳，所述卡槽壳内部两侧均设置有导管，前侧所述导管一端固定连接有气体喷头，所述卡槽壳内部远离所述气体喷头的一侧安装有旋转节，前侧所述导管外侧安装在所述旋转节内侧，后侧所述导管外侧固定连接在所述卡槽壳内部，两个所述导管远离所述气体喷头的一端均安装有阀门。
优选的，所述焊接接头顶端和所述出光通道底端之间固定连接，所述储球室小孔和所述锡球输送通道之间连通，所述气体通口外壁和后侧所述导管之间连通。
一种激光植球缺陷修复去锡一体化装置的激光焊接方法，包括以下步骤：
步骤一、关闭锡球分料碟片，排空锡球盛放盘上的锡球；
步骤二、调整喷嘴的位置，使其对准缺陷焊点；
步骤三、调节前侧导管的位置，使气体喷头对准焊点，调节与前侧导管连接的氮气阀门，控制氮气进量；
步骤四、打开激光器，调节合适的光斑尺寸，激光加热熔化焊点至液态时，由气体喷头喷出的氮气将焊料吹离；
步骤五、打开锡球分料碟片，添加锡球；
步骤六、关闭前侧导管连接的阀门，将前侧导管收回卡槽壳内，调整后侧导管阀门冲入氮气；
步骤七、调整喷嘴的位置，使其对准焊盘；
步骤八、打开激光器，调节合适的光斑尺寸，激光加热熔化锡球，由后侧导管通入的氮气将熔融状态的焊料吹落至焊盘上经过冷却形成焊点。
本发明提供了一种激光植球缺陷修复去锡一体化装置及激光焊接方法。具备以下有益效果：
本发明通过支架，多轴平台，激光器，锡球喷射装置及氮气输送装置的设置，储球室的锡球通过锡球输送管道停留在喷嘴底部的锡球盛放碟片上，通过激光器发射红外光加热熔化锡球，再由氮气将熔化后的锡球吹落至焊盘上，冷却后形成完整焊点；对于焊接不合格的缺陷焊点可由激光二次加热熔化，再通过氮气吹离焊料，从而实现二次植球焊接，极大地提高了植球焊接的精度与效率。
附图说明
图1为本发明的立体图；
图2为本发明的多轴平台结构示意图；
图3为本发明的横向导轨结构示意图；
图4为本发明的垂直导轨结构示意图；
图5为本发明的激光发生装置结构示意图；
图6为本发明的焊接接头结构示意图；
图7为本发明的锡球输送通道结构示意图；
图8为本发明的锡球盛放盘示意图；
图9为本发明的储球室结构示意图；
图10为本发明的卡槽壳结构示意图；
图11为本发明的工作流程图。
其中，1、支架；2、多轴平台；201、移动平台支架；202、横向导轨；203、垂直导轨；204、纵向导轨；205、滚珠丝杠；206、联轴器；207、驱动电机；208、加工平台；3、激光器；301、激光发生装置；302、导光腔；303、出光通道；304、光束入口；305、光束出口；306、光斑调节器；307、旋钮；4、锡球喷射装置；401、焊接接头；402、喷嘴；403、储球室；404、锡球输送通道；405、固定套筒；406、密封光学镜片；407、锡球盛放盘；408、锡球出料口；409、气体通口；4010、分料碟片；4011、锡球进料口；4012、储球室小孔；5、氮气输送装置；501、气体喷头；502、导管；503、卡槽壳；504、旋转节；6、滑动组块。
具体实施方式
下面将结合本发明说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
实施例：
请参阅附图1-附图11，本发明实施例提供一种激光植球缺陷修复去锡一体化装置，包括：
支架1，用作整个装置的支撑；
三个多轴平台2，其中一个多轴平台2外侧安装有激光器3，可实现激光器3沿着Z轴的方向运动，便于激光器3位置的调整。激光器3底端安装有锡球喷射装置4，用于添加激光焊接的锡球焊料。锡球喷射装置4一侧安装有氮气输送装置5，用于对激光焊接和去锡时的保护；
其中两个多轴平台2分别固定连接在支架1两端，另一个多轴平台2通过滑动组块6和顶部多轴平台2相连，通过三个多轴平台2的配合，实现焊盘的位置能够沿着Y轴的方向移动，同时激光器3的位置能够沿着X轴和Z轴组成的平面进行移动，调整激光器3的位置。
多轴平台2包括三个移动平台支架201，底部移动平台支架201顶部固定连接有纵向导轨204，中部移动平台支架201远离滑动组块6的一侧固定连接有垂直导轨203，顶部移动平台支架201顶部固定连接有横向导轨202，通过三个方向的导轨设置能够保证激光器3和焊盘之间能够灵活的调整，方便后续的去锡、焊接修复的操作。纵向导轨204、垂直导轨203和横向导轨202一端均固定连接有驱动电机207，驱动电机207输出端固定连接有联轴器206，联轴器206一端固定连接有滚珠丝杠205，滚珠丝杠205外侧安装有加工平台208，通过驱动电机207带动联轴器206转动，从而使得联轴器206能够带动滚珠丝杠205运行，继而使得滚珠丝杠205能够带动其上安装的加工平台208活动。
激光器3包括激光发生装置301，激光发生装置301用于产生激光束，激光发生装置301中部安装有光斑调节器306，用于改变激光束的空间分布和形状，以实现特定的光学目标。它可以对激光光斑进行调节，改变光斑的尺寸、形状、聚焦性质和能量分布等，从而满足特定应用的需求。光斑调节器306外侧安装有旋钮307，旋转旋钮307便可调节光斑调节器306的工作状态，激光发生装置301内部从上到下依次开设有光束入口304、导光腔302、光束出口305和出光通道303。
三个加工平台208分别滑动连接在横向导轨202、垂直导轨203和纵向导轨204外侧，通过三个导轨对加工平台208的限位，使得三个滚珠丝杠205在运行时能够带动加工平台208活动，调整激光焊接修复或去锡的位置。三个滚珠丝杠205两端分别转动连接在横向导轨202、垂直导轨203和纵向导轨204内部。使得滚珠丝杠205在转动时能够带动顶部的加工平台208活动。
滑动组块6顶部固定连接在顶部加工平台208一侧，中部移动平台支架201后侧固定连接在滑动组块6前侧，通过顶部的多轴平台2带动滑动组块6平移，从而带动激光器3平移。
光斑调节器306位于光束入口304和导光腔302之间，使得激光发生装置301发出激光时，激光会穿过预先调节好的光斑调节器306，进而对锡球进行熔融。
锡球喷射装置4包括焊接接头401，焊接接头401为圆柱筒体结构。焊接接头401底端固定连接有喷嘴402，喷嘴402能够将熔融后的锡喷出进行焊接修复电路板。焊接接头401内部底端安装有密封光学镜片406，防止氮气逸出的同时可使激光束顺利通过焊接接头401作用于锡球。焊接接头401外部两端均固定连接有固定套筒405，固定套筒405为圆柱筒体结构，筒体内部与焊接接头401外表面贴合紧固，进一步的避免氮气出现泄露。喷嘴402底部安装有锡球盛放盘407，锡球盛放盘407为光学镜片，且盘中心小孔小于锡球的直径，只需保证小孔尺寸略小于锡球的直径即可，经激光加热的锡球熔化后可沿小孔滴落。喷嘴402内壁一侧开设有锡球出料口408，锡球通过锡球出料口408进入到锡球盛放盘407上。喷嘴402内壁另一侧开设有气体通口409，气体通口409可以让氮气进入喷嘴402内部，进而裹挟着熔融的锡喷在下方的电路板上，进行修复。锡球出料口408外壁固定连接有锡球输送通道404，用于将锡球输送至锡球盛放盘407内。锡球输送通道404内部远离喷嘴402的一侧安装有分料碟片4010，通过控制分料碟片4010每次保证一颗锡球通过。锡球输送通道404一端固定连接有储球室403，锡球输送通道404与水平面形成的角度为15°，以便于锡球顺利通过抵达锡球盛放盘407中心。储球室403顶部固定连接有锡球进料口4011，通过锡球进料口4011将锡球加入储球室403内部，储球室403靠近锡球输送通道404的一侧开设有储球室小孔4012，储球室403内部的锡球可通过储球室小孔4012进入锡球输送通道404内部，并在分料碟片4010的作用下保证一次通过一颗锡球。
氮气输送装置5包括卡槽壳503，卡槽壳503内部两侧均设置有导管502，前侧导管502为吹离去锡加工时使用的氮气输送管道，后侧导管502为焊接植球时加工的氮气输送管道。前侧导管502一端固定连接有气体喷头501，通过气体喷头501将喷出的氮气精准地引导至电路板上融化的焊锡处，进行去锡操作。卡槽壳503内部远离气体喷头501的一侧安装有旋转节504，旋转节504可调节范围设定为0°-60°，更好地保证气体喷头501对准焊盘位置。前侧导管502外侧安装在旋转节504内侧，后侧导管502外侧固定连接在卡槽壳503内部，两个导管502均为软管，能够适应氮气输送装置5随着激光器3的移动而移动。两个导管502远离气体喷头501的一端均安装有阀门，更加便于控制氮气输送。
焊接接头401顶端和出光通道303底端之间固定连接，同时焊接接头401顶端的通孔和出光通道303底部的通孔连通，使得激光束能够进入喷嘴402内部。储球室小孔4012和锡球输送通道404之间连通，使得锡球能够进入锡球输送通道404，从而进入锡球盛放盘407上。气体通口409外壁和后侧导管502之间连通，使得氮气输送装置5产生的氮气能进入喷嘴402内部，将熔融的锡球吹出，进行修复。
一种激光植球缺陷修复去锡一体化装置的激光焊接方法，包括以下步骤：
步骤一、关闭锡球分料碟片4010，排空锡球盛放盘407上的锡球；
步骤二、调整喷嘴402的位置，使其对准缺陷焊点；
步骤三、调节前侧导管502的位置，使气体喷头501对准焊点，调节与前侧导管502连接的氮气阀门，控制氮气进量；
步骤四、打开激光器3，调节合适的光斑尺寸，激光加热熔化焊点至液态时，由气体喷头501喷出的氮气将焊料吹离；
步骤五、打开锡球分料碟片4010，添加锡球；
步骤六、关闭前侧导管502连接的阀门，将前侧导管502收回卡槽壳503内，调整后侧导管502阀门冲入氮气；
步骤七、调整喷嘴402的位置，使其对准焊盘；
步骤八、打开激光器3，调节合适的光斑尺寸，激光加热熔化锡球，由后侧导管502通入的氮气将熔融状态的焊料吹落至焊盘上经过冷却形成焊点。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种激光植球缺陷修复去锡一体化装置，其特征在于，包括：
支架(1)，用作整个装置的支撑；
三个多轴平台(2)，其中一个所述多轴平台(2)外侧安装有激光器(3)，所述激光器(3)底端安装有锡球喷射装置(4)，所述锡球喷射装置(4)一侧安装有氮气输送装置(5)；
其中两个所述多轴平台(2)分别固定连接在所述支架(1)两端，另一个所述多轴平台(2)通过滑动组块(6)和顶部所述多轴平台(2)相连。
2.根据权利要求1所述的一种激光植球缺陷修复去锡一体化装置，其特征在于，所述多轴平台(2)包括三个移动平台支架(201)，底部所述移动平台支架(201)顶部固定连接有纵向导轨(204)，中部所述移动平台支架(201)远离所述滑动组块(6)的一侧固定连接有垂直导轨(203)，顶部所述移动平台支架(201)顶部固定连接有横向导轨(202)，所述纵向导轨(204)、所述垂直导轨(203)和所述横向导轨(202)一端均固定连接有驱动电机(207)，所述驱动电机(207)输出端固定连接有联轴器(206)，所述联轴器(206)一端固定连接有滚珠丝杠(205)，所述滚珠丝杠(205)外侧安装有加工平台(208)。
3.根据权利要求1所述的一种激光植球缺陷修复去锡一体化装置，其特征在于，所述激光器(3)包括激光发生装置(301)，所述激光发生装置(301)中部安装有光斑调节器(306)，所述光斑调节器(306)外侧安装有旋钮(307)，所述激光发生装置(301)内部从上到下依次开设有光束入口(304)、导光腔(302)、光束出口(305)和出光通道(303)。
4.根据权利要求2所述的一种激光植球缺陷修复去锡一体化装置，其特征在于，三个所述加工平台(208)分别滑动连接在所述横向导轨(202)、所述垂直导轨(203)和所述纵向导轨(204)外侧，三个所述滚珠丝杠(205)两端分别转动连接在所述横向导轨(202)、所述垂直导轨(203)和所述纵向导轨(204)内部。
5.根据权利要求1、2所述的一种激光植球缺陷修复去锡一体化装置，其特征在于，所述滑动组块(6)顶部固定连接在顶部所述加工平台(208)一侧，中部所述移动平台支架(201)后侧固定连接在所述滑动组块(6)前侧。
6.根据权利要求3所述的一种激光植球缺陷修复去锡一体化装置，其特征在于，所述光斑调节器(306)位于所述光束入口(304)和所述导光腔(302)之间。
7.根据权利要求1所述的一种激光植球缺陷修复去锡一体化装置，其特征在于，所述锡球喷射装置(4)包括焊接接头(401)，所述焊接接头(401)底端固定连接有喷嘴(402)，所述焊接接头(401)内部底端安装有密封光学镜片(406)，所述焊接接头(401)外部两端均固定连接有固定套筒(405)，所述喷嘴(402)底部安装有锡球盛放盘(407)，所述锡球盛放盘(407)为光学镜片，且盘中心小孔小于锡球的直径，所述喷嘴(402)内壁一侧开设有锡球出料口(408)，所述喷嘴(402)内壁另一侧开设有气体通口(409)，所述锡球出料口(408)外壁固定连接有锡球输送通道(404)，所述锡球输送通道(404)内部远离所述喷嘴(402)的一侧安装有分料碟片(4010)，所述锡球输送通道(404)一端固定连接有储球室(403)，所述储球室(403)顶部固定连接有锡球进料口(4011)，所述储球室(403)靠近所述锡球输送通道(404)的一侧开设有储球室小孔(4012)。
8.根据权利要求1所述的一种激光植球缺陷修复去锡一体化装置，其特征在于，所述氮气输送装置(5)包括卡槽壳(503)，所述卡槽壳(503)内部两侧均设置有导管(502)，前侧所述导管(502)一端固定连接有气体喷头(501)，所述卡槽壳(503)内部远离所述气体喷头(501)的一侧安装有旋转节(504)，前侧所述导管(502)外侧安装在所述旋转节(504)内侧，后侧所述导管(502)外侧固定连接在所述卡槽壳(503)内部，两个所述导管(502)远离所述气体喷头(501)的一端均安装有阀门。
9.根据权利要求3、7、8所述的一种激光植球缺陷修复去锡一体化装置，其特征在于，所述焊接接头(401)顶端和所述出光通道(303)底端之间固定连接，所述储球室小孔(4012)和所述锡球输送通道(404)之间连通，所述气体通口(409)外壁和后侧所述导管(502)之间连通。
10.一种激光植球缺陷修复去锡一体化装置的激光焊接方法，其特征在于，依据权利要求1-9任意一项所述的一种激光植球缺陷修复去锡一体化装置，包括以下步骤：
步骤一、关闭锡球分料碟片(4010)，排空锡球盛放盘(407)上的锡球；
步骤二、调整喷嘴(402)的位置，使其对准缺陷焊点；
步骤三、调节前侧导管(502)的位置，使气体喷头(501)对准焊点，调节与前侧导管(502)连接的氮气阀门，控制氮气进量；
步骤四、打开激光器(3)，调节合适的光斑尺寸，激光加热熔化焊点至液态时，由气体喷头(501)喷出的氮气将焊料吹离；
步骤五、打开锡球分料碟片(4010)，添加锡球；
步骤六、关闭前侧导管(502)连接的阀门，将前侧导管(502)收回卡槽壳(503)内，调整后侧导管(502)阀门冲入氮气；
步骤七、调整喷嘴(402)的位置，使其对准焊盘；
步骤八、打开激光器(3)，调节合适的光斑尺寸，激光加热熔化锡球，由后侧导管(502)通入的氮气将熔融状态的焊料吹落至焊盘上经过冷却形成焊点。
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| CN202311416300.3A CN117359037A (zh) | 2023-10-27 | 2023-10-27 | 一种激光植球缺陷修复去锡一体化装置及激光焊接方法 |
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| CN117583688A (zh) * | 2024-01-19 | 2024-02-23 | 湖南健坤精密科技有限公司 | 一种可清渣节能型的激光锡球焊接机 |
| CN117583688B (zh) * | 2024-01-19 | 2024-04-02 | 湖南健坤精密科技有限公司 | 一种可清渣节能型的激光锡球焊接机 |
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