CN117464235A - 一种音叉焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种音叉焊接方法，属于电子制造技术领域，包括以下步骤：S1、在真空状态下经过先升温后降温的退火处理释放音叉晶体应力，达到稳定状态；S2、对释放应力后的音叉晶体的外观进行检测，获得合格的音叉晶体；S3、在真空条件下对合格的音叉晶体进行封焊，封焊前后均采用低真空环境过渡处理；封焊时，对音叉晶体边缘进行平行焊接，依次封焊音叉晶体的长边和短边。本发明通过精确控制退火时间、温度和范围，通过双真空焊接和前后的低真空处理，通过双平行焊接法，有助于提高音叉的性能和稳定性，从而提升整体产品的品质和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于电子制造技术领域，尤其是涉及一种音叉焊接方法。
背景技术
随着电子产品封装小型化的不断发展，产品对于生产环境的要求也在逐步提高。
目前，电子产品的频率，电阻，DLD（激励功率依赖性）等参数的不稳定，给电子产品的合格率带来了不确定性。出现以上现象，使用现有的封焊技术无法提高良率，使生产的产品成本上升，产品的品质和生产效率降低。
而音叉通常是指机械振动器中的一种元件，它由两个叉形振动臂组成。这种振动器可以产生稳定的频率，通常用于调音、检测和实验室测量等领域。
音叉通常包括以下几个结构：
振动臂：音叉的核心部分，由金属材料制成，呈现出一个叉形的结构。振动臂的长度和质量决定了音叉的振动频率。
固定点：音叉的振动臂通常通过一个固定点连接到底座或支撑结构上，以确保振动的稳定性和可控性。
驱动机构：部分音叉配备了驱动机构，用于给振动臂施加激励力，从而产生振动。
在音叉外壳焊接方法中，可能存在以下缺陷：
（1）温度失控导致振动频率偏移：焊接过程中温度的不稳定性可能导致音叉材料的结构变化，进而引起振动频率的偏移。
（2）振动臂变形：高温焊接过程可能导致音叉振动臂的形变，进而影响振动特性和频率稳定性。
（3）现有的封焊一般在氮气环境下封装，不可避免有氧气以及其他气体掺杂在其中，从而产生夹杂物和氧化产物，无法有效避免与外界其他气体隔离。
因此，对音叉焊接方法的改进将有助于提高音叉的性能和稳定性，从而提升整体产品的品质和可靠性。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种音叉焊接方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种音叉焊接方法，包括以下步骤：
S1、在真空状态下经过先升温后降温的退火处理释放音叉晶体应力，达到稳定状态；
S2、对释放应力后的音叉晶体的外观进行检测，获得合格的音叉晶体，不良产品不进行焊接，节约时间；
S3、在真空条件下对合格的音叉晶体进行封焊，封焊前后均采用低真空环境过渡处理；封焊时，对音叉晶体边缘进行平行焊接，依次封焊音叉晶体的长边和短边；
S4、封焊完毕，收纳储存成品。
进一步地，步骤S1包括：
S11、退火处理的退火室抽真空达到3E-2pa后，充氮气至大气压；
S12、加热升温至250℃，加热时间为70min；
S13、在250℃保持10min，开始抽高真空至8E-3pa；
S14、保持250℃高真空状态1h；
S15、降温冷却到80℃充氮气至大气压结束，完成退火工序，降温到60℃出料。
进一步地，在步骤S12中，所述退火室中通过料盘承装音叉晶体，该退火室设置若干层料盘，使用卤素灯将退火室的上部、中部、下部分别加热，分别通过三个固态继电器来控制每层温度，使各层均匀升温，每层之间温度相差小于或等于5℃，这样较为均匀且不会出现某一层温度突出的现象，并通过温控表检测每层温度，根据当前温度控制固态继电器吸合进而控制单层卤素灯启停实现控温，同时通过铠装热电偶监控的形式控制固态继电器吸合进而控制卤素灯在70min内匀速升温至250℃。
进一步地，在步骤S13中，确保每一层温度都抵达250℃。
进一步地，在步骤S2中，对音叉晶体外观进行AOI检测。
进一步地，在步骤S3中，封焊的封焊室包括相连的第一封焊室和第二封焊室，第一封焊室输入侧设置有第一低真空室，第二封焊室输出侧设置有第二低真空室。
第一低真空室充氮气至大气压状态后将音叉晶体送入，然后将第一低真空室抽真空至2.5E-1pa，所述第一低真空室与第一封焊室之间安装有平衡阀和连接门，平衡阀打开使内部气压至平衡状态后，开启连接门，音叉晶体从第一低真空室传送至第一封焊室后连接门关闭；
所述第一封焊室与第二封焊室通过密封门相连，所述第二封焊室和第一封焊室同为真空的条件下，开启中间衔接的密封门，在第一封焊室完成第一步封焊的音叉晶体传送到第二封焊室后关闭密封门，在第二封焊室进行第二步焊接；
所述第二封焊室和第二低真空室之间设置有平衡阀和密封门，第二封焊室封焊完毕后，开启平衡阀和密封门，焊接后的音叉晶体传送到第二低真空室后关闭密封门，第二低真空室充氮气至大气压状态。
进一步地，在步骤S3中，包括第一步焊接和第二步焊接，所述第一步焊接是使用平行焊轮对音叉晶体长边进行封焊；所述第二步焊接是使用平行焊轮对音叉晶体短边进行封焊。
进一步地，第一步焊接和第二步焊接过程中根据AOI检测结果，跳过不良产品。
进一步地，在步骤S4中，将封焊完成后位于第二低真空室的音叉晶体收纳后等待操作员取走，进行下一步测试，到此部完成产品焊接。
由于采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明的退火方法通过精确控制时间、温度和范围，可以更好的去除音叉产品LID表面水分及残留溶剂，减少材料内部应力，避免温度对音叉材料、结构和性能的影响，提高产品质量。
本发明的焊接分为双真空焊接，且焊接前后均存在低真空的过渡环境，防止外界气体进入组件内受到的污染，气体和杂质的含量大大降低，可以有效减少气孔和夹杂物的产生，提高焊接质量和可靠性。
本发明采用双平行焊接法，可以实现快速、均匀、精确的加热焊接，提高焊接效率和质量。
综合来看，本发明有助于提高音叉的性能和稳定性，从而提升整体产品的品质和可靠性。
附图说明
下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：
图1是本发明的方法流程图。
图2是本发明平行焊轮焊接示意图。
图3是本发明长边平行封焊示意图。
图4是本发明短边平行封焊示意图。
图5是本发明平行焊轮增加配重示意图。
图6是本发明焊接点间隔示意图。
图7是本发明焊接行程示意图。
图8是本发明料盘的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种音叉焊接方法，包括以下步骤：
S1、在真空状态下经过先升温后降温的退火处理释放音叉晶体应力，达到稳定状态；
S2、对释放应力后的音叉晶体的外观进行检测，获得合格的音叉晶体，不良产品不进行焊接，节约时间；
S3、在真空条件下对合格的音叉晶体进行封焊，封焊前后均采用低真空环境过渡处理；封焊时，对音叉晶体边缘进行平行焊接，依次封焊音叉晶体的长边和短边；
S4、封焊完毕，收纳储存成品。
其中，步骤S1包括：
S11、退火室抽真空达到3E-2pa后，充氮气至大气压；
S12、加热升温至250℃，加热时间为70min；
S13、在250℃保持10min，开始抽高真空至8E-3pa；
S14、保持250℃高真空状态1h；
S15、降温冷却到80℃充氮气至大气压结束，完成退火工序，降温到60℃出料；
降温时，可以采用水冷方式（启动降温流程开启水阀降温），降温冷却到80℃充氮气至大气压结束，完成退火工序，降温到60℃退火室打开，拉取料盘，进入下一道工序。
在步骤S12中，退火室中通过料盘承装音叉晶体，该退火室可设置若干层料盘（本实施例中设置有36层），使用卤素灯将退火室的上部（12层）、中部（12层）、下部（12层）分别加热，分别通过三个固态继电器来控制每层温度，使各层均匀升温，每层之间温度相差小于或等于5℃，这样较为均匀且不会出现某一层温度突出的现象，并通过温控表检测每层温度，根据当前温度控制固态继电器吸合进而控制单层卤素灯启停实现控温，同时通过铠装热电偶监控的形式控制固态继电器吸合进而控制卤素灯在70min内匀速升温至250℃。
在步骤S13中，确保每一层温度都抵达250℃。
本发明相较于过往的退火设置，能够更好的去除音叉产品LID表面水分及残留溶剂，减少材料内部应力，提高产品结构并改善其性能，以提高产品质量和整机运行的稳定。
其中，在步骤S2中，对音叉晶体外观进行AOI检测（不良产品包括上盖污染，偏盖，划伤等）。
承载音叉晶体的料盘进入AOI检测工位后，为提升拍照效率，可每次检测4颗音叉晶体，PLC向上位机发送定位到待拍照位，开始拍照指令；上位机在设定时间范围内传回检测结果（不良包括上盖污染，偏盖，划伤），定位至下一检测位置，以此循环往复定位拍照完成单盘检测；PLC内部记录上位机拍照反馈结果至下一步骤。
其中，在步骤S3中，封焊的封焊室包括第一封焊室和第二封焊室，第一封焊室输入侧设置有第一低真空室，第二封焊室输出侧设置有第二低真空室。
第一低真空室充氮气至大气压状态（低真空室待机状态机械泵抽至2.5E-1pa）后将音叉晶体送入（开门料盘传送到第一低真空室后关门），然后将第一低真空室抽真空至2.5E-1pa，第一低真空室与第一封焊室之间安装有平衡阀和连接门，平衡阀打开使内部气压至平衡状态后，开启连接门，音叉晶体从第一低真空室传送至第一封焊室后连接门关闭；
第一封焊室与第二封焊室通过密封门相连，第二封焊室和第一封焊室同为真空的条件下，开启中间衔接的密封门，在第一封焊室完成第一步封焊的音叉晶体传送到第二封焊室后关闭密封门，在第二封焊室进行第二步焊接；第二封焊室和第二低真空室之间设置有平衡阀和密封门，第二封焊室封焊完毕后，开启平衡阀（第二低真空室待机状态气压保持为2.5E-1pa）和密封门，焊接后的音叉晶体传送到第二低真空室后关闭密封门，第二低真空室充氮气至大气压状态。
如图2至图4所示，在步骤S3中，包括第一步焊接和第二步焊接。
第一步焊接，使用平行焊轮对音叉晶体长边进行封焊。
在第一封焊室中，当音叉晶体放在料盘上进行焊接时，料盘定位至焊接起始行列，如图8所示，本发明使用两组平行焊轮封焊，以24X32，768工位料盘为例，N列、16+N列同时滚焊，为防止带料情况发生，第一封焊室内的两组平行焊轮使用错位焊接的方式，第一组平行焊轮焊接Z行，第二组平行焊轮焊接Z+1行，首行17-32列使用第二组平行焊轮单独焊接，末行1-16列使用第一组平行焊轮单独焊接；
料盘定位到起始行后，平行焊轮下位压在音叉晶体前端，平行焊轮放电同时，料盘朝X轴方向向前移动一颗产品位置后停止放电，料盘向后回退设定距离，再向前至设定距离为了防止带料，再移动到下一颗产品前端进行焊接，依次循环往复完成单料盘中音叉晶体的长边焊接。封焊过程中根据AOI检测记忆，封焊跳过不良产品。
第二步焊接，使用平行焊轮对音叉晶体短边进行封焊。
在第二封焊室内，料盘定位至起始行列，本发明使用两组平行焊轮封焊，以24X32，768工位料盘为例，N列、16+N列同时滚焊，第二封焊室的两组平行焊轮使用同时焊接的方式，料盘定位到起始行后，平行焊轮下位压在音叉晶体前端，平行焊轮放电同时，料盘朝Y轴方向向前移动一颗产品位置后停止放电，然后料盘向后回退设定距离，再向前至设定距离为了防止带料，再移动到下一颗产品前端进行焊接，依次循环往复完成单料盘中音叉晶体的短边焊接。第二封焊室根据第一封焊室的焊接记录跳过不良产品进行焊接封装。
其中，如图2所示，所述焊轮（平行焊轮）放电封装指的是为封装金属及陶瓷的外壳（PKG），在金属盖子（LID）的边缘部，边运行焊轮的电极边断续流入电流，由电阻发热使周围的Au和Ni熔化进行密封封装的熔接。
如图5至图7所示，焊接有以下几点要求：条件一：配重块（通电部电极部施加的压力）施加压力过小时，电极与工件的接触不稳定会在焊接时容易产生打火现象、焊接结果不稳定；施加压力过大时，电极与工件的接触电阻太小，需要增大焊接电流而致使PKG容易产生龟裂。条件二：焊接点间隔的设定“T”（INTERVAL），两个相邻点数放电的间隔时间，时间越短焊接越密集，时间越长焊接越稀疏，此参数影响焊接痕迹的连续性。条件三：焊接电流放电时间（WELD1）焊接放电时间直接影响焊点的面积，时间越长焊点放电面积越大，对应的焊痕越粗。条件四：设置电流（CURR）的大小，直接影响LID表面的熔化程度，电流越大LID表面熔化幅度变大反之变小。条件五：四角角部的焊接，角部的两次重复的焊接过程不能发生泄漏，导致角部缺焊的情况有：前超出和后超出点数包含不够，对应的焊接距离和点数要匹配覆盖到四个角落区域。前端欠缺通过，增加“前超出”数值弥补。后端欠缺通过：增加“后超出”距离和增大尾端放电点数弥补。条件六：焊接行程，焊接速度，放电点数等。
在步骤S4中，将封焊完成后位于第二低真空室的音叉晶体收纳后等待操作员取走，进行下一步测试，到此部完成产品焊接。
本发明中，高真空达到8E-3pa属于普通产品作业要求数值，低真空是2.5E-1pa，这是作业最低要求，达到这个标准才可以进行下一道工序，随后真空可以一直继续往下抽。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。
Claims (4)
1.一种音叉焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、在真空状态下经过先升温后降温的退火处理释放音叉晶体应力；
S2、对释放应力后的音叉晶体的外观进行检测，获得合格的音叉晶体；
S3、在真空条件下对合格的音叉晶体进行封焊，封焊前后均采用低真空环境过渡处理；封焊时，对音叉晶体边缘进行平行焊接，依次封焊音叉晶体的长边和短边；
步骤S1包括：
S11、退火处理的退火室抽真空达到3E-2pa后，充氮气至大气压；
S12、加热升温至250℃，加热时间为70min；
S13、在250℃保持10min，开始抽高真空至8E-3pa；
S14、保持250℃高真空状态1h；
S15、降温冷却到80℃充氮气至大气压结束，完成退火工序，降温出料；
在步骤S12中，所述退火室中通过料盘承装音叉晶体，该退火室设置若干层料盘，使用卤素灯将退火室的上部、中部、下部分别加热，分别通过三个固态继电器来控制每层温度，使各层均匀升温，每层之间温度相差小于或等于5℃，并通过温控表检测每层温度，根据当前温度控制固态继电器吸合进而控制单层卤素灯启停实现控温，同时通过铠装热电偶监控的形式控制固态继电器吸合进而控制卤素灯在70min内匀速升温至250℃。
2.根据权利要求1所述的音叉焊接方法，其特征在于：在步骤S2中，对音叉晶体外观进行AOI检测。
3.根据权利要求1所述的音叉焊接方法，其特征在于：在步骤S3中，封焊的封焊室包括相连的第一封焊室和第二封焊室，第一封焊室输入侧设置有第一低真空室，第二封焊室输出侧设置有第二低真空室，
第一低真空室充氮气至大气压状态后将音叉晶体送入，然后将第一低真空室抽真空至2.5E-1pa，所述第一低真空室与第一封焊室之间安装有平衡阀和连接门，平衡阀打开使内部气压至平衡状态后，开启连接门，音叉晶体从第一低真空室传送至第一封焊室后连接门关闭；
所述第一封焊室与第二封焊室通过密封门相连，所述第二封焊室和第一封焊室同为真空的条件下，开启中间衔接的密封门，在第一封焊室完成第一步封焊的音叉晶体传送到第二封焊室后关闭密封门，在第二封焊室进行第二步焊接；
所述第二封焊室和第二低真空室之间设置有平衡阀和密封门，第二封焊室封焊完毕后，开启平衡阀和密封门，焊接后的音叉晶体传送到第二低真空室后关闭密封门，第二低真空室充氮气至大气压状态。
4.根据权利要求3所述的音叉焊接方法，其特征在于：在步骤S3中，
包括第一步焊接和第二步焊接，所述第一步焊接是使用平行焊轮对音叉晶体长边进行封焊；所述第二步焊接是使用平行焊轮对音叉晶体短边进行封焊。
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