一种自动送锡激光焊接方法
【专利摘要】本发明涉及激光焊接领域，尤其涉及一种自动送锡激光焊接方法。激光器输出激光对被焊工件采用正离焦方式进行预热，然后输出锡丝至激光焦点处融化，融成锡球后下移锡丝至被焊工件处，持续激光照射使锡球浸润焊接点，最后上移锡丝回到初始位置。本发明能够保证锡丝的出丝稳定，锡丝接触焊接点后能够迅速融化，而激光的焦点不直接与焊接点接触，保证焊盘附近的热敏元器件不受焊接时的高温影响。
【专利说明】一种自动送锡激光焊接方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及激光焊接领域，尤其涉及一种自动送锡激光焊接方法。
【背景技术】
[0002] 传统的自动送锡激光焊接方法是通过控制激光与送锡机构而完成，它能完成3C 电子产品的焊接，对于温度要求不高的热敏元器件的焊接也能胜任。
[0003] 如图2所示为传统的焊接方法流程，它分为以下步骤：⑴把将要被焊接的工件移 动到预定的焊接位置；⑵激光器以预定的电流或能量发射激光，使其照射焊接点；⑶设置 一个送锡机构的送丝延时，使激光能充分预热焊点；⑷送锡机构把锡丝送往焊点处，在激光 辐射的作用下锡丝熔化并浸润焊盘；(5)送锡机构退丝使未熔化的锡丝脱离焊盘，而激光器 仍然出光使已熔化的锡能完全浸润焊焊盘；(6)激光器停止出光；(7)没有了激光的照射，锡 自然凝固，形成焊点，完成焊接。
[0004] 由于传统方法中锡丝直接在焊接点处出丝，锡丝容易受焊接点的阻碍导致锡丝弯 折、堵丝以及焊接前后锡丝起始点位置的变化，这一系列的因素导致锡丝的状态不可控，导 致锡量的多少不可控，若锡量少焊则盘热量依然过剩，造成焊盘烧伤，若锡量过多则焊盘热 量不够，造成锡熔化后成球却不浸润焊盘，形成虚焊。此外，由于锡丝吸收热量，还有焊盘吸 收热量，焊盘上的引针引线也会吸收热量，除了锡丝散热较为稳定可控，焊盘和引针引线 的散热千差万别，要使锡丝能顺利熔化且不对焊盘和元器件造成伤害，这一系列因素进一 步增加了锡丝状态合理控制的难度。而除此之外，焊接时激光焦点是直接照射焊点处，这对 热敏元器件有很大的潜在损伤。在现有的情况下，要避免激光焦点长时间作用焊盘和解决 锡丝状态不可控问题以实现可连续性焊接，用传统的方法方式难以实现。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种自动送锡激光焊接方法和焊接装置。它能够保证锡丝 状态可控，锡丝接触焊盘后能够迅速融化，而激光的焦点不直接与焊盘接触，保证焊盘附近 的热敏元器件不受焊接时的高温影响。
[0006] 对于本发明的一种自动送锡激光焊接方法来说，上述技术问题是这样加以解决 的：
[0007] 包括以下步骤：
[0008] a、将载有被焊工件的焊接工作台移到指定焊接位；
[0009] b、激光器发出激光，采用正离焦方式对被焊工件进行预热；
[0010] c、自动送锡机开始送丝，将锡丝送到激光器发出的激光焦点处，锡丝前端融化形 成锡球；
[0011] d、自动送锡机不断运送锡丝，锡球逐渐变大；
[0012] e、自动送锡机将锡丝下移到被焊工件上，锡球与被焊工件的焊接点接触；
[0013]f、锡球在激光的照射下进一步融化，直至浸润被焊工件的焊接点；
[0014] g、自动送锡机上移，锡丝与焊接点和锡球脱离；
[0015] h、激光器停止出光；
[0016]I、自动送锡机回到初始位置。
[0017] 进一步的，步骤b中，激光正离焦方式照射时的离焦量为1?5_。
[0018] 进一步的，步骤b中，激光器发射激光对被焊工件进行预热的时间在0?0. 5s之 间。
[0019] 进一步的，步骤b中，激光器预热时其内部的电流为最大电流的50%?90%。
[0020] 进一步的，步骤c一e中，锡球始终位于被焊工件的焊接点正上方。
[0021] 进一步的，步骤e中，自动送锡机将锡丝下移到被焊工件上的整个过程中，自动送 锡机依旧保持送锡动作。
[0022] 进一步的，步骤e中，锡球与被焊工件的焊接点接触一段时间后自动送锡机停止 送丝。
[0023] 进一步的，所述的一段时间为0? 01?0? 5s之间。
[0024] 进一步的，步骤f?中，自动送锡机停止送丝后，激光器以最大电流输出激光照射锡 球，直至锡球浸润焊盘。
[0025] 进一步的，焊接过程中激光器出光时间t与所述激光预热焊接工件的预热时间 tl、自动送锡机开始送丝到自动送锡机开始下降前的时间t2、自动送锡机下降到被焊工件 处的下降时间t3、自动送锡机下降到被焊工件处后至其离开被焊工件的焊接时间t4和自 动送锡机上升过程中的照射延迟时间t5之间的关系为：t=tl+t2+t3+t4+t5。
[0026] 更进一步的，自动送锡机送丝时间At与所述自动送锡机开始送丝到自动送锡 机开始下降前的时间t2、自动送锡机下降到被焊工件处的下降时间t3、自动送锡机下降到 被焊工件处后至其离开被焊工件的焊接时间t4的关系为：t2+t3〈At〈t2+t3+t4。
[0027] 本发明应用在3C电子产品的焊接时，焊接点即为PC电路板的焊盘，本发明自动送 锡机送丝时间At的起始时刻是将锡丝送到激光器发出的激光焦点处。
[0028] 本发明的有益效果是：本发明对被焊工件采用正离焦方式进行预热，保证了被焊 工件的温度，避免了焊接时被焊工件吸收热量导致焊接温度下降焊接不牢。预热后将锡丝 传送至在焦点处进行融化，锡丝融化温度能够达到，又不至于使下方的被焊工件温度过高。 锡丝形成锡球后再送至焊盘处继续用激光照射，可以在焊盘不受激光高温损坏的情况下使 锡球迅速浸润焊盘，形成快速焊接，同时将锡丝出丝与焊接点分开，整个出丝过程不受焊接 点的阻碍，防止了锡丝的弯折和堵丝现象，保证了锡丝状态的可控性，确保了锡量的稳定。 随着焊接的进度激光器采用不同的电流输出激光，即保护了热敏元件不受损坏，又使锡丝 能够融化焊接。自动送锡机下降过程中锡丝保持输出，保证了用于焊接的锡量稳定；停止出 丝后再采大功率电流输出激光，保证用于焊接的锡量不至于过剩；而等锡球浸润焊接点后 自动送锡机才上升，保证了焊接均匀牢靠；自动送锡机开始上升后激光器的照射才停止，避 免了焊接处冷却导致的锡丝无法脱离或锡丝带动焊点一起运动导致焊接失败。采用导丝软 管和锡丝夹持装置送丝，保证了锡丝的传送稳定，也保证了锡丝前端能够正好处于激光的 焦点处，从而保证了锡丝的融化过程顺利进行。
【专利附图】
【附图说明】
[0029] 图1为本发明装置的结构示意图；
[0030] 图2为传统自动送锡激光焊接的流程图；
[0031] 图3为本发明流程图；
[0032] 图4为本发明激光器、自动送锡机的工作时序图；
[0033] 图中：1一激光器，2-自动送锡机，3-焊接工作台，4一升降轴，5-导丝软管，6- 锡丝传送机构，7-锡丝夹持装置，8-锡丝。
【具体实施方式】
[0034] 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。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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间 未构成冲突就可以相互组合。
[0035] 如图1所示，本发明包括自动送锡机2、激光器1和焊接工作台3,焊接工作台3上 端面位于激光器1输出激光的焦点以下（图中所示虚线为输出激光，两条虚线的交点即为 激光的输出焦点），自动送锡机包括升降轴4,锡丝夹持装置7、导丝软管5和锡丝传送机构 6。升降轴4上端固定在激光器1的侧面，可沿激光器1侧面上下移动，下端与锡丝夹持装 置7固定连接，导丝软管5连接在锡丝传送机构6与锡丝夹持装置7之间，其出丝口与锡丝 夹持装置7的出口相对应，锡丝8通过锡丝传送机构6从导丝软管5中传送到锡丝夹持装 置7中，并从锡丝夹持装置7的出口导出。
[0036] 如图3和图4所示，图中送丝延时即激光对被焊工件进行预热的时间，升降轴下 降延时为激光对处于焦点处的锡丝进行融化的时间，从图中可以看出本发明焊接的步骤如 下：
[0037] a、将载有被焊工件的焊接工作台移到指定焊接位；
[0038] b、激光器发出激光，采用正离焦方式对被焊工件进行预热；
[0039] c、自动送锡机开始送丝，将锡丝送到激光器发出的激光焦点处，锡丝前端融化形 成锡球；
[0040]d、自动送锡机不断运送锡丝，锡球逐渐变大；
[0041] e、自动送锡机将锡丝下移到被焊工件上，锡球与被焊工件的焊接点接触；
[0042] f、锡球在激光的照射下进一步融化，直至浸润被焊工件的焊接点；
[0043] g、自动送锡机上移，锡丝与焊接点和锡球脱离；
[0044] h、激光器停止出光；
[0045]I、自动送锡机回到初始位置。
[0046] 焊接过程中激光器出光时间t与所述激光预热焊接工件的预热时间tl、自动送锡 机开始送丝到自动送锡机开始下降前的时间t2、自动送锡机下降到被焊工件处的下降时间 t3、自动送锡机下降到被焊工件处后至其离开被焊工件的焊接时间t4和自动送锡机上升 过程中的照射延迟时间t5之间的关系为：t=tl+t2+t3+t4+t5。
[0047] 更进一步的，自动送锡机送丝时间At与所述自动送锡机开始送丝到自动送锡机 开始下降前的时间t2、自动送锡机下降到被焊工件处的下降时间t3、自动送锡机下降到 被焊工件处后至其离开被焊工件的焊接时间t4的关系为：t2+t3〈At〈t2+t3+t4。
[0048] 其中，在形成锡球到锡球落在焊接点处这整个过程中，锡球均位于焊接点的正上 方。在焊接开始时，首先对设备进行定位，定位要求为使得激光聚焦点位于焊盘正上方1? 5mm处，本实施例中为2mm处，然后使自动送锡机2的升降轴4向上提高2mm。对当前所需 焊接的焊接点大小进行估算，然后找出焊接该焊接点所需的锡丝长度L。为了更高效率的 焊接，需要把送丝时间控制在2s以内，本实施例采用1. 5s内，即送丝速度V数值通常设置 为锡丝长度数值的一半或更多。根据设置的送丝速度来决定最大出光电流I的大小，最大 出光电流I的大小以采用该送丝速度时能迅速使锡丝熔化的最小电流为准。整个焊接过 程中，激光器的电流是呈曲线变化的，在本发明的预热阶段，激光器的电流为最大电流的 50%?90%，而在锡球接触到焊盘到锡球浸润焊盘的过程中采用最大电流输出激光进行照 射。而本实施例电流随时间变化的具体参数如表一所示：
[0049]表一：
[0050]
【权利要求】
1. 一种自动送锡激光焊接方法，其特征在于，包括以下步骤： a、 将载有被焊工件的焊接工作台移到指定焊接位； b、 激光器发出激光，采用正离焦方式对被焊工件进行预热； c、 自动送锡机开始送丝，将锡丝送到激光器发出的激光焦点处，锡丝前端融化形成锡 球； d、 自动送锡机不断运送锡丝，锡球逐渐变大； e、 自动送锡机将锡丝下移到被焊工件上，锡球与被焊工件的焊接点接触； f、 锡球在激光的照射下进一步融化，直至浸润被焊工件的焊接点； g、 自动送锡机上移，锡丝与焊接点和锡球脱离； h、 激光器停止出光；
1. 自动送锡机回到初始位置。
2. 如权利要求1所述的一种自动送锡激光焊接方法，其特征在于：步骤b中，激光正离 焦方式照射时的离焦量为1?5mm。
3. 如权利要求1所述的一种自动送锡激光焊接方法，其特征在于：步骤b中，激光器发 射激光对被焊工件进行预热的时间在0. 01?0. 5s之间。
4. 如权利要求1所述的一种自动送锡激光焊接方法，其特征在于：步骤b中，激光器预 热时其内部的电流为最大电流的50 %?90%。
5. 如权利要求1所述的一种自动送锡激光焊接方法，其特征在于：步骤c+e中，锡球 始终位于被焊工件的焊接点正上方。
6. 如权利要求1所述的一种自动送锡激光焊接方法，其特征在于：步骤e中，自动送锡 机将锡丝下移到被焊工件上的整个过程中，自动送锡机依旧保持送锡动作。
7. 如权利要求1所述的一种自动送锡激光焊接方法，其特征在于：步骤e中，锡球与被 焊工件的焊接点接触一段时间后自动送锡机停止送丝。
8. 如权利要求7所述的一种自动送锡激光焊接方法，其特征在于：所述的一段时间为 0? 01?0? 5s之间。
9. 如权利要求1所述的一种自动送锡激光焊接方法，其特征在于：步骤f?中，自动送锡 机停止送丝后，激光器以最大电流输出激光照射锡球，直至锡球浸润焊接点。
10. 如权利要求1所述的一种自动送锡激光焊接方法，其特征在于：焊接过程中激光器 出光时间t与所述激光预热焊接工件的预热时间tl、自动送锡机开始送丝到自动送锡机开 始下降前的时间t2、自动送锡机下降到被焊工件处的下降时间t3、自动送锡机下降到被焊 工件处后至其离开被焊工件的焊接时间t4和自动送锡机上升过程中的照射延迟时间t5之 间的关系为：t = tl+t2+t3+t4+t5。
11. 如权利要求10所述的一种自动送锡激光焊接方法，其特征在于：自动送锡机送丝 时间At与所述自动送锡机开始送丝到自动送锡机开始下降前的时间t2、自动送锡机下降 到被焊工件处的下降时间t3、自动送锡机下降到被焊工件处后至其离开被焊工件的焊接时 间 t4 的关系为：t2+t3〈At〈t2+t3+t4。
【文档编号】B23K3/06GK104400168SQ201410553979
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年10月17日 优先权日:2014年10月17日
【发明者】罗桥, 杨明, 王 锋 申请人:武汉凌云光电科技有限责任公司