WO2023092472A1

WO2023092472A1 - 一种激光焊接用单头喷射头

Info

Publication number: WO2023092472A1
Application number: PCT/CN2021/133586
Authority: WO
Inventors: 罗后勇; 吴朋
Original assignee: 东莞市鸿骐电子科技有限公司
Priority date: 2020-11-27
Filing date: 2021-11-26
Publication date: 2023-06-01
Also published as: CN114559122A

Abstract

本发明公开了一种激光焊接用单头喷射头，包括一喷射头主体，在其内部分别形成有一纵向落料通道、与该纵向落料通道相连通的一进料通道、及一纵向激光通道，且在该喷射头主体上形成有与进料通道相连通的一上料通道，在该喷射头主体上设置有一喷嘴；同时，在该喷射头主体上设置有一落料控制机构，该落料控制机构对应于进料通道与纵向落料通道连通位置处。该激光焊接用单头喷射头能控制锡球在喷射头主体内快速移动并将融化后的锡球有序喷出，锡球及喷射头不易磨损，有效提高焊接的效率与精确度，结构简单、体积小且运行稳定。

Description

一种激光焊接用单头喷射头

技术领域

本发明涉及半导体、电子元器件封装、及电子贴装设备技术领域，尤其涉及一种激光焊接用单头喷射头。

背景技术

现有的用于电路板、晶圆、芯片焊接设备主要有电烙铁、及吸焊机，电烙铁焊头大，焊接效率、及焊接精度很差，无法满足高精密产品焊接要求。

吸焊机主要是将锡球放置在一分离盘的边缘，通过马达带动分离盘按一定角度转动，依次将分离盘上的锡球转动至喷嘴处，然后采用吹气的方式将锡球从喷嘴处吹落至待焊接元件表面上，再通过激光加热使锡球融化，从而完成焊接。为了避免分离盘转动过程中，锡球发生移动，通常在分离盘边缘开设用于放置锡球的定位孔，同时还在分离盘上方该上一个盖板，这样，当马达带动转盘转动时，锡球一直处于定位孔内，从而带动锡球准确的转动至喷嘴处，在焊接时，由于分离盘一直处于转动的状态，在转动时分离盘与上方的盖板发生相对移动，导致分离盘、及锡球出现磨损的现象，导致锡球粒径改变，影响焊接精确度，同时，也经常需要更换分离盘，使用成本高。

因此，现有技术还缺乏一种不易损耗且焊接精度、及焊接效率高的焊接设备。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的在于提供一种激光焊接用单头喷射头，该激光焊接用单头喷射头能控制锡球在喷射头主体内快速移动并将融化后的锡球有序喷出，锡球及喷射头不易磨损，有效提高焊接的效率与精确度，结构简单、体积小且运行稳定。

本发明为达到上述目的所采用的技术方案是：一种激光焊接用单头喷射头，包括一喷射头主体，在其内部分别形成有一纵向落料通道、与该纵向落料通道相连通的一进料通道、及一纵向激光通道，且在该喷射头主体上形成有与进料通道相连通的一上料通道，在该喷射头主体上设置有一喷嘴，所述纵向落料通道、纵向激光通道分别连接于该喷嘴；同时，在该喷射头主体上设置有一落料控制机构，该落料控制机构包括一落料控制气路、一通气通道、及一真空通道，所述落料控制气路、通气通道与真空通道分别连接于一第一电磁阀，所述落料控制气路连通于进料通道与纵向落料通道连通位置处，所述喷射头主体包括：

一下部：所述纵向落料通道形成于下部内，所述进料通道形成于下部的上端，所述喷嘴设置于下部下端；

一上部：其位于下部上方，所述通气通道、真空通道与上料通道均形成于上部；

一基块A：其位于上部与下部间，所述落料控制气路形成于基块A上。

作为本发明的进一步改进，所述落料控制机构还包括形成于基块A上并与进料通道相连通的一缓冲控制气路，该缓冲控制气路、真空通道与通气通道分别连接于一第二电磁阀，所述第二电磁设置于上部上。

作为本发明的进一步改进，所述落料控制机构还包括形成于基块A上并与上料通道相连通的一吹气气路，该吹气气路与通气通道分别连接于一第三电磁阀，所述第三电磁阀设置于上部上。

作为本发明的进一步改进，所述落料控制气路具有对应于纵向落料通道与进料通道连通位置处的第一通气孔；所述缓冲控制气路具有对应于进料通道的一第二通气孔。

作为本发明的进一步改进，所述落料控制气路靠近第一通气孔的一端形成一第一弯折部，该第一弯折部的宽度由弯折处到第一通气孔处逐渐减小；所述缓冲控制气路靠近第二通气孔的一端形成一第二弯折部，该第二弯折部的宽度由弯折处到第二通气孔处逐渐减小。

作为本发明的进一步改进，所述喷射头主体还包括一基块B，其设置于基块A与下部间，所述进料通道形成于该基块B上，在进料通道上形成有与纵向落料通道相对应的一落料口，所述第一通气孔与该落料口连通，所述第二通气孔与靠近落料口的进料通道位置处相连通，所述纵向激光通道由上至下贯穿上部、基块A、基块B、及下部；所述基块B包括一上基块B、及位该上基块B下方的一下基块B，所述上料通道形成于上基块B，在下基块B上形成有位于进料通道下方的一下通道，其中，该下通道沿进料通道长度方向延伸并与落料口连通，且该下通道的宽度比进料通道的宽度小。

作为本发明的进一步改进，在上部上分别形成有连通第一电磁阀与落料控制气路的一第一连通孔、连通第二电磁阀与缓冲控制气路的一第二连通孔、及连通第三电磁阀与吹气通道的一第三连通孔；在上部上还设置有与上料通道连接的一上料管、及与纵向落料通道连接的一透镜。

作为本发明的进一步改进，在所述吹气气路上且位于上料通道下方形成有与上料通道下端配合的一上料堆积槽，该上料堆积槽的横截面具有椭圆结构，进料通道的端部延伸至该上料堆积槽下方并与上料堆积槽的长轴重合。

作为本发明的进一步改进，所述纵向激光通道与纵向落料通道之间形成的角度为2°-15°。

作为本发明的进一步改进，在所述下部内形成有与纵向激光通道相连通的一气压检测通道。

作为本发明的进一步改进，所述喷嘴内形成有一腔体，在喷嘴下端形成有该腔体连通的一喷射口，其中，该喷射口的宽度小于锡球的直径。

本发明激光焊接用单头喷射头的有益效果为：通过在喷射头主体内设置由上料通道、进料通道、及纵向落料通道组成的供锡球移动的一连通通道，同时，通过设置落料控制机构，对锡球由进料通道落入纵向落料通道这个过程进行控制，实现锡球一个个依序、准确、快速的掉落，并在喷嘴内受热熔化后，从喷嘴处喷出，便于提高喷射焊接的精度与效率，锡球及喷射头不易磨损，结构简单，整体体积小；落料控制机构中，落料控制气路、通气通道与真空通道间相互隔离，仅通过第一电磁阀进行连接，不会出现漏气串气现象，利于落料控制机构对锡球的精准控制；且可以通过控制电磁阀的切换频率，快速的对锡球进行吸起和吹落，在进行大面积植球时，也可以快速完成；可以精确控制粒径为0.06mm以上的锡球进行植球，不会出现锡球堆积而漏植球的现象，加工成本低，运行稳定性好。

上述是发明技术方案的概述，以下结合附图与具体实施方式，对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为本发明激光焊接用单头喷射头的爆炸图；

图2为本发明激光焊接用单头喷射头的结构示意图；

图3为图2中位置D的局部放大图；

图4为本发明激光焊接用单头喷射头一位置的剖视图；

图5为图4中位置E的局部放大图；

图6为本发明激光焊接用单头喷射头中喷射头主体在基块A以下部分的连接结构示意图；

图7为本发明激光焊接用单头喷射头中上部的内部结构示意图；

图8为本发明激光焊接用单头喷射头中基块A的底部结构示意图及位置F的局部放大图；

图9为本发明激光焊接用单头喷射头中基块B的结构示意图及位置G的局部放大图；

图10为本发明激光焊接用单头喷射头中基块B的爆炸图；

图11为本发明激光焊接用单头喷射头中上部的底部结构示意图；

图12为本发明激光焊接用单头喷射头俯视图及沿A-A方向的剖视图；

图13为本发明激光焊接用单头喷射头中下部的俯视图及沿B-B方向的剖视图；

图14为本发明激光焊接用单头喷射头中喷嘴的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达到预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明的具体实施方式详细说明。

请参照图1至图4，本发明实施例提供一种激光焊接用单头喷射头，包括一喷射头主体1，在其内部分别形成有一纵向落料通道2、与该纵向落料通道2相连通的一进料通道3、及一纵向激光通道10，且在该喷射头主体1上形成有与进料通道3相连通的一上料通道4，在该喷射头主体1上设置有一喷嘴5，所述纵向落料通道2、纵向激光通道10分别连接于该喷嘴5；同时，在该喷射头主体1上设置有一落料控制机构，该落料控制机构对应于纵向落料通道2与进料通道3连通位置处；

锡球由上料通道4上料，并依次进入进料通道3；接着依次落入纵向落料通道2中，并在自身重力作用下，沿纵向落料通道2掉落到喷嘴5处，然后，激光沿纵向激光通道10照射在锡球上，锡球受热熔化，最后由喷嘴5处喷出并掉落在元件表面，可以精确控制粒径为0.06mm以上的锡球在喷射头主体1内部移动，不存在锡球吸附堆积问题，利于提高植球的精度与效率。

在上述过程中，通过设置落料控制机构，对锡球由进料通道落3入纵向落料通道2这个过程进行控制，实现锡球一个个依序、准确、快速的掉落，且可以控制每个锡球掉入纵向落料通道2的时间，使喷嘴5处每次只有一个锡球，便于提高喷射焊接的精度与速度。

具体的，如图1、图2、图6与图7所示，所述落料控制机构包括一落料控制气路61、一通气通道71、及一真空通道72，所述落料控制气路61、通气通道71与真空通道72分别连接于一第一电磁阀81，所述落料控制气路61连通于进料通道3与纵向落料通道2连通位置处，即下述的落料口31；

所述通气通道71与外界压缩气体连通，所述真空通道72与外界抽真空机连通。

为了防止锡球氧化，所述通气通道71中通入惰性气体，在本实施例中，所述通气通道71中通入氮气。

当第一电磁阀81接通通气通道71，而关断与真空通道72的连接时，由通气通道71向落料控制气路61通入气体，并由落料控制气路61向纵向落料通道2吹气，使得由进料通道3进入落料口31的锡球被快速、准确吹入纵向落料通道2中，相对于依靠锡球自身重量往下掉落，采用吹气的方式，明显提高了锡球掉落的速度，提高工作效率。

接着，下一个锡球移动到落料口31处；与此同时，第一电磁阀81关断与通气通道71的连通，而接通落料控制气路61与真空通道72，通过真空通道72对落料控制气路61进行真空吸附，使得由进料通道3进入落料口31的锡球停止掉落到纵向落料通道2内，直到上一个锡球熔化并从喷嘴5射出。

然后重复上述过程，由真空模式变为吹气模式，控制锡球一个个依次掉落至纵向落料通道2内，在喷嘴5内熔化后一个个喷出，，锡球及喷射头不易磨损，有效提高喷射焊接精确度，可以通过控制电磁阀的切换频率，快速的对锡球进行吸起和吹落，在进行大面积焊接时，也可以快速完成。

本实施例中，所述喷射头主体1包括：

一下部11：所述纵向落料通道2形成于下部11内，所述进料通道2形成于下部11的上端，所述喷嘴5设置于下部11下端，如图1与图4所示；

一上部12：其位于下部11上方，所述通气通道71、真空通道72与上料通4道均形成于上部12，如图1、图4与图7所示；

一基块A13：其位于上部12与下部11间，所述落料控制气路61形成于基块A13上，如图1与图6所示。

这样，落料控制气路61、通气通道71与真空通道72间相互隔离，仅通过第一电磁阀81进行连接，不会出现串气现象，利于落料控制机构对锡球的精准控制，使锡球一个个有序进入纵向落料通道2内，有效提高锡球植球的精确度，结构简单，体积小，加工成本低且运行稳定性好。

由上述过程可知，在纵向落料通道2与进料通道3连通位置处的锡球被抽真空吸附时，为了防止下一个锡球因过快的往前移动而撞击到被吸附的锡球，影响真空吸附，本实施例中，如图1、图2与图6所示，所述落料控制机构还包括形成于基块A13上并与进料通道3相连通的一缓冲控制气路62，该缓冲控制气路62、真空通道72与通气通道71分别连接于一第二电磁阀82，所述第二电磁阀82设置于上部12上。当第二电磁阀81接通缓冲控制气路62与真空通道72时，通过缓冲控制气路62与真空通道72进行抽真空，对落料口31后方的锡球进行抽真空吸附，使得落料口31后方的锡球停止往落料口31移动；而当落料口31上的锡球被吹入纵向落料通道2内时，第二电磁阀82关断缓冲控制气路62与真空通道72的连接，而接通缓冲控制气路62与通气通道71，使得落料口31后方的锡球被吹落，与此同时，第一电磁阀81将落料控制气路61与通气通道71接通，处于真空吸附状态，从而将被吹落的锡球吸附到落料口31处。由此，实现一个个锡球依序往前移动，相互之间无干扰，使得整个动作过程有序稳定的进行，从而提高整个喷射焊接的精确度与效率。

在本实施例中，如图1、图2与图6所示，为了使进料通道3上的锡球能够顺利的往落料口31方向依序移动，所述落料控制机构还包括形成于基块A13上并与上料通道4相连通的一吹气气路63，该吹气气路63与通气通道71分别连接于一第三电磁阀83，所述第三电磁阀83设置于上部11上。

在使用时，还可以将喷射头主体1靠近纵向落料通道2的一端向下倾斜一定角度，这样，进料通道3具有一定的斜度，锡球进入进料通道3后在其自重力的作用下向前滚动。

本实施例中，如图4、图5与图8所示，所述落料控制气路61具有对应于纵向落料通道2与进料通道3连通位置处的一第一通气孔611；所述缓冲控制气路62具有对应于进料通道3的一第二通气孔621。由此，实现落料控制气路61与纵向落料通道2连通，以及缓冲控制气路62与进料通道3连通。

同时，所述第一通气孔611作用于纵向落料通道2的位置与第二通气孔621作用于进料通道3的位置之间的距离大于锡球的直径且小于两个锡球的直径之和，这样，避免第一通气孔611与第二通气孔621间藏球，更好的控制锡球一个一个进入纵向落料通道2中。

如图6所示，所述落料控制气路61靠近第一通气孔611的一端形成一第一弯折部612，该第一弯折部612的宽度由弯折处到第一通气孔611处逐渐减小；将落料控制气路61设计成弯折形状，并且与纵向落料通道2连接的一端具有尖嘴结构，这样，当落料控制气路61与通气通道71相连通时，在落料控制气路61内能形成稳定的气流，当落料控制气路61与真空通道72连通时，则形成稳定的真空状态；与纵向落料通道2连通的一端具有尖嘴结构，使第一通气孔611的吹气与吸气的强度增大，有效对锡球进行吸起与吹落，利于提高植球的精确度与速度。

同理，所述缓冲控制气路62靠近第二通气孔621的一端形成一第二弯折部622，该第二弯折部622的宽度由弯折处到第二通气孔621处逐渐减小；利于缓冲控制气路62内形成稳定的气流或具有稳定的真空状态，同时，增大第二通气孔621对锡球吹气与吸气的强度，实现对锡球的精确控制。

如图1、图9所示，为了方便加工，所述喷射头主体1还包括一基块B14，其设置于基块A13与下部11间，所述进料通道3形成于该基块B14上，在进料通道3上形成有与纵向落料通道2相对应的一落料口31，所述第一通气孔611与该落料口31连通，所述第二通气孔621与靠近落料口31的进料通道3位置处相连通；所述纵向激光通道10由上至下贯穿上部12、基块A13、基块B14、及下部11。

如图10所示，所述基块B14包括一上基块B141、及位该上基块B141下方的一下基块B142，所述上料通道3形成于上基块B141，在下基块B142上形成有位于进料通道3下方的一下通道1421，其中，该下通道1421沿进料通道3长度方向延伸并与落料口31连通，且该下通道1421的宽度比进料通道3的宽度小。具体的，所述进料通道3的宽度大于锡球的直径且小于两个锡球的直径之和，下通道1421的宽度小于锡球的直径，同时，进料通道3的深度大于锡球的直径且小于两个锡球的直径之和。这样，进料通道3的每个位置上仅能容纳一个锡球，不会发生锡球堆积而堵塞的现象，同时，当吹气气路63进行吹气，吹动锡球沿进料通道3移动时，下通道1421对锡球的移动具有导向作用，使锡球在进料通道3内沿直线移动，而且，在锡球的外周充满气体，使锡球悬浮在气体中，降低锡球因接触进料通道3而产生的摩擦力，由此，锡球能更快更顺畅的向前移动，进一步减小锡球在喷射头主体1内部移动的时间，提高喷射焊接效率。

如图11与图12所示，在上部12上分别形成有连通第一电磁阀81与落料控制气路61的一第一连通孔121、连通第二电磁阀82与缓冲控制气路62的一第二连通孔122、及连通第三电磁阀83与吹气通道63的一第三连通孔 123，实现落料控制气路61分别连通于通气通道71与真空通道72，以及缓冲控制气路62分别连通于通气通道71与真空通道72。

本实施例中，在上部12上还分别设置有与上料通道4连接的一上料管9、及与纵向激光通道10连接的一透镜101，通过上料管9进行上料，同时，激光通过透镜101并沿纵向激光通道10准确的照射在锡球上，使锡球受热熔化。

当然，为了便于加工，还可以在上部12与基块A13之间设置一基块C(说明书附图中未显示)，所述第一连通孔121、第一连通孔122、及第三连通孔123均设置在该基块C上。

如图4与图6所示，在所述吹气气路63上且位于上料通道4下方形成有与上料通道4下端配合的一上料堆积槽631，该上料堆积槽631的横截面具有椭圆结构，进料通道3的端部延伸至该上料堆积槽631下方并与上料堆积槽631的长轴重合。在吹气气路63对上料堆积槽631进行吹气时，具有椭圆结构的上料堆积槽631的侧壁对气流有导向的作用，使气体沿两侧壁流动，这样，在上料堆积槽631的中部、及两侧边均形成气流，从而有效的对锡球进行吹气，利于将堆积的锡球吹散并顺利进入进料通道3内，从而提高喷射焊接效率。

如图4所示，所述纵向激光通道10与纵向落料通道2之间形成的角度为2°-15°；优选的，纵向激光通道10与纵向落料通道2之间形成的角度为5°-10°；更优的，纵向激光通道10与纵向落料通道2之间形成的角度为7.5°。采用2°-15°的角度范围，为能让锡球快速顺利进入纵向喷射通道111的最优角度范围，有利于提高锡球掉落与喷射的速度。

本实施例中，如图13所示，在所述下部11内形成有与纵向激光通道10相连通的一气压检测通道112。通过在该气压检测通道内设置压力传感器，可以检测纵向激光通道10内的气压变化，从而判断喷射头5内是否有锡球，进而通过落料控制机构对锡球进行控制，提高喷射焊接精确度。

如图14所示，所述喷嘴5内形成有一腔体51，在喷嘴5下端形成有该腔体连通的一喷射口52，其中，该喷射口52的宽度小于锡球的直径。这样，锡球由纵向落料通道2进入喷嘴5后，被卡在喷射口52处，直到激光对锡球加热融化后，受到来自纵向落料通道2的气压而从喷射口52喷出，使喷射焊接顺利进行。同时，在喷嘴上端且位于所述腔体51外周形成有一环形凹槽53，利于提高喷嘴5与喷射头主体1形成紧密连接，避免在连接处出现漏气现象，使锡球在喷射头主体1内平稳移动，提高喷射焊接的精确度。

为了提高单头植球设备结构的紧凑性，降低制造成本，如图4所示，所述通气通道71与真空通道72并排设置于上部11内并分别沿进料通道3方向延伸，在上部12上形成有供第一电磁阀81插入的一第一插孔组124、供第二电磁阀82插入的一第二插孔组125、及供第三电磁阀83插入的一第三插孔组126，其中，所述第三插孔组126靠近上料通道4一端，所述第一插孔组124靠近纵向落料通道2一端。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故采用与本发明上述实施例相同或近似的技术特征，而得到的其他结构，均在本发明的保护范围之内。

Claims

一种激光焊接用单头喷射头，包括一喷射头主体，在其内部分别形成有一纵向落料通道、与该纵向落料通道相连通的一进料通道、及一纵向激光通道，且在该喷射头主体上形成有与进料通道相连通的一上料通道，在该喷射头主体上设置有一喷嘴，所述纵向落料通道、纵向激光通道分别连接于该喷嘴；同时，在该喷射头主体上设置有一落料控制机构，该落料控制机构包括一落料控制气路、一通气通道、及一真空通道，所述落料控制气路、通气通道与真空通道分别连接于一第一电磁阀，所述落料控制气路连通于进料通道与纵向落料通道连通位置处，其特征在于，

所述喷射头主体包括：

一下部：所述纵向落料通道形成于下部内，所述进料通道形成于下部的上端，所述喷嘴设置于下部下端；

一上部：其位于下部上方，所述通气通道、真空通道与上料通道均形成于上部；

一基块A：其位于上部与下部间，所述落料控制气路形成于基块A上。
根据权利要求1所述的激光焊接用单头喷射头，其特征在于，所述落料控制机构还包括形成于基块A上并与进料通道相连通的一缓冲控制气路，该缓冲控制气路、真空通道与通气通道分别连接于一第二电磁阀，所述第二电磁设置于上部上。
根据权利要求2所述的激光焊接用单头喷射头，其特征在于，所述落料控制机构还包括形成于基块A上并与上料通道相连通的一吹气气路，该吹气气路与通气通道分别连接于一第三电磁阀，所述第三电磁阀设置于上部上。
根据权利要求2所述的激光焊接用单头喷射头，其特征在于，所述落料控制气路具有对应于纵向落料通道与进料通道连通位置处的第一通气孔；所述缓冲控制气路具有对应于进料通道的一第二通气孔；所述落料控制气路靠近第一通气孔的一端形成一第一弯折部，该第一弯折部的宽度由弯折处到第一通气孔处逐渐减小；所述缓冲控制气路靠近第二通气孔的一端形成一第二弯折部，该第二弯折部的宽度由弯折处到第二通气孔处逐渐减小。
根据权利要求4所述的激光焊接用单头喷射头，其特征在于，所述喷射头主体还包括一基块B，其设置于基块A与下部间，所述进料通道形成于该基块B上，在进料通道上形成有与纵向落料通道相对应的一落料口，所述第一通气孔与该落料口连通，所述第二通气孔与靠近落料口的进料通道位置处相连通，所述纵向激光通道由上至下贯穿上部、基块A、基块B、及下部；所述基块B包括一上基块B、及位该上基块B下方的一下基块B，所述上料通道形成于上基块B，在下基块B上形成有位于进料通道下方的一下通道，其中，该下通道沿进料通道长度方向延伸并与落料口连通，且该下通道的宽度比进料通道的宽度小。
根据权利要求3所述的激光焊接用单头喷射头，其特征在于，在上部上分别形成有连通第一电磁阀与落料控制气路的一第一连通孔、连通第二电磁阀与缓冲控制气路的一第二连通孔、及连通第三电磁阀与吹气通道的一第三连通孔；在上部上还分别设置有与上料通道连接的一上料管、及与纵向落料通道连接的一透镜。
根据权利要求3所述的激光焊接用单头喷射头，其特征在于，在所述吹气气路上且位于上料通道下方形成有与上料通道下端配合的一上料堆积槽，该上料堆积槽的横截面具有椭圆结构，进料通道的端部延伸至该上料堆积槽下方并与上料堆积槽的长轴重合。
根据权利要求1所述的激光焊接用单头喷射头，其特征在于，所述纵向激光通道与纵向落料通道之间形成的角度为2°-15°。
根据权利要求1所述的激光焊接用单头喷射头，其特征在于，在所述下部内形成有与纵向激光通道相连通的一气压检测通道。
根据权利要求1所述的激光焊接用单头喷射头，其特征在于，所述喷嘴内形成有一腔体，在喷嘴下端形成有该腔体连通的一喷射口，其中，该喷射口的宽度小于锡球的直径。