专利名称：一种手机移动支付卡焊接设备及方法
技术领域：
本发明属于手机支付卡领域，更具体地，涉及一种手机移动支付卡焊接设备及方法。
背景技术：
具有非接触功能的手机支付卡由SIM卡和天线线圈两部分组成，其中SIM卡实现与移动信号网络的通讯，天线线圈完成账户信息的非接触式识别，两者之间保持信号互连实现完整的移动支付功能。具有非接触功能的手机支付卡中，SIM卡上具有焊盘，天线线圈中具有焊接铜环，两者一般通过粘结的方法固定及对位，再由加热融化焊料的焊料互连方式实现信号连接，整个互连过程对表面平整度和变形度有很高的要求。由于手机支付卡特殊的焊接结构，传统回流焊接方法难以满足工艺的要求:将钎料层直接制备在SIM卡焊盘上，会导致粘结对位过程中SIM卡与天线线圈之间存在间隙，焊接完成后难以得到良好的表面平整度；而在粘结完成后的铜环表面制备钎料层，则天线线圈铜环及焊盘之间密封的间隙结构会导致虚焊、冷焊、未焊上等问题的出现，同时，在长时间高温焊接环境下粘胶也会发生老化甚至脱落失效。因此，目前SIM卡与天线线圈的焊接具有效率低、可靠性及稳定性差的缺点，难以满足工业化生产的要求。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种手机移动支付卡焊接设备，旨在解决现有焊接技术效率低 、可靠性及稳定性差的问题。本发明提供了一种手机移动支付卡焊接设备，包括支撑梁、传动机构、卡夹具、底板、可编程逻辑控制器、伺服电机、载具、光电传感器、焊机和焊机夹具；支撑梁固定在底板上，伺服电机用于带动载具运动，载具边缘对称分布有多个装夹槽，卡夹具固定于所述装夹槽中；焊机夹具固定于传动机构上；焊机装夹在焊机夹具并位于所述装夹槽的上方；传动机构固定于支撑梁上，用于带动焊机沿着垂直于载具方向移动；光电传感器固定在底板上，用于检测卡夹具中是否有手机支付卡，并将采集的信息传输给可编程控制器；可编程控制器通过电线与传动机构、载具、光电传感器及焊机进行控制和通信，可编程控制器根据光电传感器采集的信息判断卡夹具中是否有手机支付卡，若是，则可编程控制器控制传动机构压下焊机并启动焊机对位于卡夹具中的手机支付卡进行焊接。更进一步地,所述卡夹具包括顶板、底板和后板,所述顶板、底板和后板形成凹槽结构，用于夹持手机支付卡，所述顶板用于限制手机支付卡高度方向位移，所述后板用于限制手机支付卡径向位移，所述底板与顶板共同限制手机支付卡水平方向位移。更进一步地，所述载具为法兰转盘，所述法兰转盘以额定角度转动，所述额定角度为360°除以夹具数。
更进一步地，所述载具为传送带，所述传送带以额定步长运动，所述额定步长为焊机的间距。更进一步地，所述焊机为数字化控制的焊枪，焊机的焊接温度为200°C 400°C。更进一步地，焊嘴可以为钨制或钛制焊嘴，形状可以为平头或圆头或马蹄头或尖头。更进一步地，所述传动机构为汽缸或直流电机；所述支撑梁为龙门架，所述传动机构固定在龙门架的侧梁或顶梁上。本发明实施例提供的手机支付卡的焊接设备可夹持不同类型的手机移动支付卡，并可根据焊盘的位置调整焊枪的位置，因此可适用于各种手机支付卡中SIM卡与天线线圈的焊接；焊接过程中，高温焊嘴从上方压在焊盘上熔化焊料完成焊接，焊接过程中不粘锡，因此:热影响区小，钎料与能源的利用率高，焊接质量稳定；加热加压下，焊料与焊盘的润湿好，焊接可靠性高；焊接完成后表面平整度好、无变形，满足了手机移动支付卡的生产要求；同时，焊接过程由PLC可编程逻辑控制器自动化控制，封装效率高，提高了焊接质量稳定性，降低了生产成本。本发明还提供了一种基于上述的焊接设备的焊接方法，包括下述步骤:S1:通过调整卡夹具的位置将手机支付卡的N个焊盘朝上并装夹在卡夹具中，N为2或3 ;S2:通过调整N个焊机的位置使一个焊机的焊嘴对准手机支付卡的一个焊盘的中心位置；S3:可编程控制器启动焊机加热，控制伺服电机带动载具运动并将手机支付卡送至第一个焊机下方；
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S4:光电传感器实时采集卡夹具中是否有手机支付卡的信息；S5:当卡夹具中有手机支付卡时，可编程控制器控制传动机构压下焊机并对手机支付卡的一个焊盘进行焊接；S6:可编程控制器控制伺服电机将手机支付卡依次送至其余(N-1)个焊机下方并完成手机支付卡的N个焊盘的焊接。更进一步地，步骤SI具体为:调整卡夹具中凹槽的宽度为:手机支付卡的宽度+d2, d2的范围为0.3mm 0.5mm;调整顶板高度为:手机支付卡厚度+d3，d3的范围为0.3mm 0.5mm0更进一步地，步骤S5中，焊接时间为I 2秒，焊接温度为240°C 330°C。本发明提供的方法通过自动送锡机构优化了上锡工艺，可在生产的同时对送锡量进行调节，进一步提闻了生广效率和焊接质量的稳定性。
图1是本发明实施例中采用法兰转盘的手机支付卡焊接设备的结构示意图；图2是本发明实施例中天线线圈及其上焊接铜环的结构俯视图；图3是本发明实施例中带有焊盘的SIM卡的结构俯视图；图4是本发明实施例中SIM卡夹具的结构示意图，其中(a)为俯视图，(b)为主视图5是本发明实施例中焊机夹具的结构示意图；图6是本发明实施例中带有凹槽的法兰转盘的结构俯视图；图7是本发明实施例中带有自动送锡机构的焊机的结构主视图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明涉及手机支付卡中SIM卡与天线的焊接领域，提供的手机支付卡的焊接设备可以实现SIM卡与天线线圈的高可靠性互连，减少焊接热影响，满足表面平整度和变形的要求；同时，通过采用可编程逻辑控制器实现手机支付卡的工业化生产，提高生产率，降低成本。如图1所示，手机移动支付卡焊接设备包括支撑梁1、传动机构2、卡夹具3、底板
4、可编程逻辑控制器5、伺服电机6、载具7、光电传感器8、焊机9和焊机夹具10 ;支撑梁I固定在底板4上，伺服电机6用于带动载具7运动，载具7边缘对称分布有多个装夹槽14，卡夹具3固定于所述装夹槽14中；焊机夹具10固定于传动机构2上；焊机9装夹在焊机夹具10并位于所述装夹槽14的上方；传动机构2固定于支撑梁I上，用于带动焊机9沿着垂直于载具7方向移动；光电传感器8固定在底板4上，用于检测卡夹具3中是否有手机支付卡，并将采集的信息传输给可编程控制器5 ;可编程控制器5通过电线与传动机构2、载具
7、光电传感器8及焊机9进行控制和通信，可编程控制器5根据光电传感器8采集的信息判断卡夹具3中是否有手机支付卡，若是，则可编程控制器5控制传动机构2压下焊机9并启动焊机9对位于卡夹具3中的手机支付卡进行焊接。
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本发明提供的手机支付卡焊接设备能够适用于各种尺寸的手机支付卡的自动化焊接；热影响区小，钎料和能源的利用率高；焊点形貌平整，可靠性高。如图2和图3所示，手机支付卡包括天线线圈11和SIM卡13，天线线圈11带有铜环112，SM卡13带有焊盘12，焊接前天线线圈11与SIM卡13通过粘结的方式对位固定
在一起。在本发明实施例中，支撑梁I为龙门架结构，通过螺钉或焊接固定在底板4上，两者组成主要机械结构；载具7固定在伺服电机6上，载具7为法兰或传送带结构，载具7的边缘对称分布有多个装夹槽14 ;夹具3固定在载具7的装夹槽14处，根据产品及工艺的不同，可装载多组夹具；传动机构2固定在支撑梁I的侧梁或顶梁上，用于带动焊机9沿着垂直于载具7方向移动；焊机夹具10为L形状的金属板并带有装夹孔101，通过螺钉孔102固定在传动机构2上；焊机9装夹在焊机夹具10上，其位置处于装夹槽14的上方；光电传感器8固定在底板4上，位于凹槽的正下方，用于检测卡夹具3中是否有手机支付卡，并将采集的信息传输给可编程控制器5;可编程控制器5位于底板内部，并通过电线与传动机构2、载具7、光电传感器8及焊机9进行控制和通信；可编程控制器5根据光电传感器8采集的信息判断卡夹具3中是否有手机支付卡，若是，则可编程控制器5控制传动机构2压下焊机并启动焊机对位于卡夹具3中的手机支付卡进行焊接。其中，传动机构2可以为汽缸或直流电机。
在本发明实施例中，如图4(a)和(b)卡夹具3包括顶板31、底板33和后板35，所述顶板31、底板33和后板35形成凹槽结构，用于夹持手机支付卡，所述顶板31用于限制手机支付卡高度方向位移，所述后板35用于限制手机支付卡径向位移，所述底板33与顶板31共同限制手机支付卡水平方向位移。在本发明实施例中，载具7可以为法兰转盘，也可以为传送带；当载具7为法兰转盘时，如图6所示，载具7的边缘对称分布有多个装夹槽14 ;法兰转盘以额定角度转动，所述额定角度为360°除以夹具数。当载具7为传送带时，传送带以额定步长运动，所述额定步长为焊机的间距。载具7不局限于上述两种结构，还可以为其它结构。在本发明实施例中，可以采用多焊机结构，一台焊机负责一个焊点，且位置及高度可通过排孔或位移平台进行调节。如图7所示，焊机可以为数字化控制的焊枪，焊机的焊接温度为200°C 400°C。焊枪的焊嘴可以为钨制或钛制焊嘴。焊嘴形状可以为平头或圆头或马蹄头或尖头。本发明实施例提供的手机支付卡的焊接设备可夹持不同类型的手机移动支付卡，并可根据焊盘的位置调整焊枪的位置，因此可适用于各种手机支付卡中SIM卡与天线线圈的焊接；焊接过程中，高温焊嘴从上方压在焊盘上熔化焊料完成焊接，焊接过程中不粘锡，因此:热影响区小，钎料与能源的利用率高，焊接质量稳定；加热加压下，焊料与焊盘的润湿好，焊接可靠性高；焊接完成后表面平整度好、无变形，满足了手机移动支付卡的生产要求；同时，焊接过程由PLC可编程逻辑控制器自动化控制，封装效率高，提高了焊接质量稳定性，降低了生产成本。本发明还提供了一种基于上述焊接设备的焊接方法，包括下述步骤:S1:通过调整卡夹具的位置将手机支付卡的N个焊盘朝上并装夹在卡夹具中，N为2或3 ; S2:通过调整N个焊机的位置使一个焊机的焊嘴对准手机支付卡的一个焊盘的中心位置；S3:可编程控制器5启动焊机加热，控制伺服电机带动载具运动并将手机支付卡送至第一个焊机下方；S4:光电传感器8实时采集卡夹具3中是否有手机支付卡的信息；S5:当卡夹具3中有手机支付卡时，可编程控制器5控制传动机构2压下焊机并对手机支付卡的一个焊盘进行焊接；S6:可编程控制器5控制伺服电机将手机支付卡依次送至其余(N-1)个焊机下方并完成手机支付卡的N个焊盘的焊接。作为本发明的一个实施例，步骤SI具体为:调整卡夹具中凹槽的宽度为:手机支付卡的宽度+d2, d2的范围为0.3mm 0.5mm ;调整顶板高度为:手机支付卡厚度+d3, d3的范围为0.3mm 0.5mm。作为本发明的一个实施例，步骤S5中，焊接时间为I 2秒，焊接温度240°C 330。。。本发明实施例提供的方法通过自动送锡机构优化了上锡工艺，可在生产的同时对送锡量进行调节，进一步提高了生产效率和焊接质量的稳定性。为了更进一步的说明本发明实施例提供的MEMS器件的封装方法，下面以具体实例并结合附图详述如下:实施例1:手机支付卡焊接设备中，采用双焊机结构、法兰转盘并装夹有6个夹具；使用SnAgCu焊球完成上锡工艺，焊嘴加热后由传动机构压下，完成焊盘11与铜环112的焊接，实现手机支付卡的信号互连。主要工艺步骤包括:(I)在天线焊盘12上涂覆助焊剂，并放置SnPb焊球，利用助焊剂的粘性，将焊球固定在焊12盘中心；(2)调节夹具及焊机位置，使凹槽宽度为手机支付卡的宽度+0.5mm，顶板高度为支付卡厚度+0.3_，将放置好焊锡珠的手机支付卡焊盘朝上装夹在夹具中，并使焊嘴对准焊盘12的中心；(3)PLC控制伺服电机带动载具运动，将手机支付卡送至焊机下方；光电传感器确认来料后反馈信号，PLC控制汽缸压下焊机，焊嘴熔化焊料，完成手机支付卡一个焊点的焊接，加热时间2秒，焊接温度300°C;之后，PLC控制伺服电机带动载具移动，将手机支付卡送至另一焊机处完成第二焊点的焊接。实施例2:手机支付卡焊接过程中，通过丝网印刷工艺在粘结后的焊盘上涂覆一层SnAgCu钎料层，厚度约1mm，完成上锡工艺。该方法与传统表面贴装工艺(SMT)完全兼容，上锡效率高，稳定性好，助焊剂混合充分，可进一步提高焊接效率及质量。其他步骤与实施例I相同。实施例3:手机支付卡焊接过程中，通过自动送锡机构在焊接同时输送SnPb焊锡丝，完成上锡工作。自动送锡机构包括:紧固螺钉15、控制器、固定板16、送锡嘴17 ;其中，固定板16上带有排孔结构以调节位置，送锡嘴17通过紧固螺钉15与固定板16装夹在焊机9上，控制器固定于底板内部，根据焊盘尺寸的不同，可调节送锡速度和时间以控制焊锡量。主要工艺步骤如下:(I)调节夹具及焊机位置,使凹槽宽度为手机支付卡的宽度+0.5mm,顶板凸块的高度为支付卡厚度+0.3mm，将手机支付卡焊盘朝上装夹在夹具中避免损伤，并使焊嘴对准焊盘位置的中心；(2)PLC控制伺服电机带动载具运动，将手机支付卡送至焊机下方；光电传感器确认来料并反馈信号；PLC控制电动马达运动，通过送锡嘴17输送焊丝，同时驱动直流电机压下焊机，焊嘴18熔化焊料，完成手机支付卡第一个焊点的焊接，加热时间I秒，焊接温度2500C ；PLC控制伺服电机带动载具运动，将手机支付卡送至另一焊机处，完成第二焊点的焊接。本领域的技 术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种手机移动支付卡焊接设备，其特征在于，包括支撑梁(I)、传动机构(2)、卡夹具(3)、底板⑷、可编程逻辑控制器(5)、伺服电机(6)、载具(7)、光电传感器⑶、焊机(9)和焊机夹具(10)； 支撑梁⑴固定在底板⑷上，伺服电机(6)用于带动载具(7)运动，载具(7)边缘对称分布有多个装夹槽(14)，卡夹具(3)固定于所述装夹槽(14)中；焊机夹具(10)固定于传动机构⑵上；焊机(9)装夹在焊机夹具(10)并位于所述装夹槽(14)的上方；传动机构(2)固定于支撑梁(I)上，用于带动焊机(9)沿着垂直于载具(7)方向移动； 光电传感器(8)固定在底板(4)上，用于检测卡夹具(3)中是否有手机支付卡，并将采集的信息传输给可编程控制器(5);可编程控制器(5)通过电线与传动机构(2)、载具(7)、光电传感器(8)及焊机(9)进行控制和通信，当卡夹具(3)中有手机支付卡时，可编程控制器(5)控制传动机构(2)压下焊机(9)并启动焊机(9)对位于卡夹具(3)中的手机支付卡进行焊接。
2.如权利要求1所述的焊接设备，其特征在于，所述卡夹具(3)包括顶板(31)、底板(33)和后板(35)，所述顶板(31)、底板(33)和后板(35)形成凹槽结构，用于夹持手机支付卡，所述顶板(31)用于限制手机支付卡高度方向位移，所述后板(35)用于限制手机支付卡径向位移，所述底板(33)与顶板(31)共同限制手机支付卡水平方向位移。
3.如权利要求1所述的焊接设备，其特征在于，所述载具(7)为法兰转盘或传送带，所述法兰转盘以额定角度转动，所述额定角度为360°除以法兰上的夹具数；所述传送带以额定步长运动，所述额定步长为传送带上焊机的间距。
4.如权利要求1-4任一项所述的焊接设备，其特征在于，所述焊机(9)为数字化控制的焊枪，焊机的焊接温度为200°C 400°C。`
5.如权利要求4所述的焊接设备，其特征在于，所述焊枪的焊嘴为钨制或钛制焊嘴。
6.如权利要求4所述的焊接设备，其特征在于，所述焊枪的焊嘴的形状为平头或圆头或马蹄头或尖头。
7.如权利要求1所述的焊接设备，其特征在于，所述传动机构(2)为汽缸或直流电机；所述支撑梁⑴为龙门架，所述传动机构⑵固定在龙门架的侧梁或顶梁上。
8.一种基于权利要求1-7任一项所述的焊接设备的焊接方法，其特征在于，包括下述步骤: 51:通过调整卡夹具的位置将手机支付卡的N个焊盘朝上并装夹在卡夹具中，N为2或3； 52:通过调整N个焊机的位置使一个焊机的焊嘴对准手机支付卡的一个焊盘的中心位置； S3:可编程控制器启动焊机加热，控制伺服电机带动载具运动并将手机支付卡送至第一个焊机下方； 54:光电传感器实时采集卡夹具中是否有手机支付卡的信息； 55:当卡夹具中有手机支付卡时，可编程控制器控制传动机构压下焊机并对手机支付卡的一个焊盘进行焊接； 56:可编程控制器控制伺服电机将手机支付卡依次送至其余(N-1)个焊机下方并完成手机支付卡的N个焊盘的焊接。
9.如权利要求8所述的焊接方法，其特征在于，步骤SI具体为:调整卡夹具中凹槽的宽度为:手机支付卡的宽度+d2,d2的范围为0.3mm 0.5mm ;调整顶板高度为:手机支付卡厚度+d3, d3的范围为0.3mm 0.5mm。
10.如权利要求8所述的焊接方法 ，其特征在于，步骤S5中，焊接时间为I 2秒，焊接温度为240°C 330°C。
全文摘要
本发明公开了一种手机移动支付卡焊接设备及方法，焊接设备包括支撑梁、传动机构、卡夹具、底板、可编程逻辑控制器、伺服电机、载具、光电传感器、焊机和焊机夹具；支撑梁固定在底板上，载具边缘对称分布有多个装夹槽，卡夹具固定于所述装夹槽中；焊机夹具固定于传动机构上；焊机装夹在焊机夹具并位于所述装夹槽的上方；传动机构用于带动焊机沿着垂直于载具方向移动；可编程控制器通过电线与传动机构、载具、光电传感器及焊机进行控制和通信，控制传动机构压下焊机并启动焊机对位于卡夹具中的手机支付卡进行焊接。本发明能够适用于各种尺寸的手机支付卡的自动化焊接，热影响区小、钎料和能源的利用率高、焊点形貌平整和可靠性高。
文档编号B23K3/00GK103240479SQ20131012716
公开日2013年8月14日 申请日期2013年4月12日 优先权日2013年4月12日
发明者吴丰顺, 祝温泊, 夏卫生, 严蓉, 刘辉 申请人:华中科技大学