一种电子封装用电磁脉冲焊接工艺及设备

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种电子封装用电磁脉冲焊接工艺及设备。

背景技术：

电磁成形利用电磁力使金属坯料变形，是一种高速高能的材料加工工艺，电磁成形的成形速度高达50-300m/s，其与传统金属成形工艺最大的特点在于磁压力大，压力的持续作用时间短，工件变形速度快。另外电磁成形的成形系统与传统的成形方法也有较大区别，前者工件的成形不需要凸模，只需要一个凹模，因此在多个领域获得了广泛的使用，在电子封装领域，由于涉及到的焊接部位较多，且多是采用热熔焊接的方式来进行，容易在材料中积攒大量的热应力，而对于电子封装中平板件的连接多是通过粘接实现，电子产品的工作环境温度通常较高，粘结剂在高温下寿命减少从而影响连接的稳定性，而采用焊接的方式又容易产生热变形，因此在焊接过程中不需要大量高温的电磁脉冲焊接在电子封装领域也得到了广泛使用。

电磁成形的原理如下：储能电容通过变压电源充电，待电容充满后，关闭高压开关，此时电容对工作线圈放电，工作线圈中产生强脉冲电流，也即时变电流，强脉冲电流在线圈周围产生强的脉冲磁场，当线圈周围的磁场中有工件时，变化的磁场在工件中产生强的涡流，带涡流的工件在磁场中受到强大的脉冲磁场力，使工件发生塑性变形。

通常在使用电磁脉冲焊接时，还需要设置集磁器，通过集磁器将线圈产生的磁场集中，提高使用效果，但是集磁器的厚度较薄，加工成盘状结构之后，其边缘的强度显著降低，使用时受到电磁力的作用很容易发生变形，加之集磁器上还设置有狭缝，狭缝周围的部分更容易发生形变，而狭缝不能被堵塞或是取消，否则集磁器将不能够起到集磁的效果，而且狭缝尺寸变化，也会影响磁场力的大小，因此在工业生产中，需要频繁进行更换。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种电子封装用电磁脉冲焊接设备，能够提高集磁器的强度，减少变形，同时还能够稳定狭缝的大小，避免受力导致狭缝尺寸变化。

为实现上述目的，本申请采用如下技术方案：

一种电子封装用电磁脉冲焊接设备，包括：电源、电容、开关、线圈，电源将电容、开关、线圈连通成电流通路，储能电容通过变压电源充电，待电容充满后，关闭高压开关，此时电容对工作线圈放电，工作线圈中产生强脉冲电流，还包括：集磁器、外固环，所述集磁器是轴线位置设置有圆柱形通孔的圆台，所述集磁器上还设置有狭缝，狭缝在底面的投影方向沿集磁器底面的径向设置；

所述外固环包括：连接杆、环管，所述环管是环形半径大于集磁器底面半径的环形圆管，环管位于集磁器外侧，所述连接杆位于环管与集磁器之间，将环管与集磁器的边缘连接起来。

进一步地，所述环管同一位置至少有两根连接杆与集磁器不同位置连接，两根连接杆之间呈锐角。

进一步地，所述环管的中空部分设置有磁环。

进一步地，所述磁环与环管之间的空隙还填充有缓冲材料。

进一步地，所述集磁器的狭缝中还设置有支撑条，所述支撑条包括：条块、卡紧凸条、铰接块、绝缘杆，所述条块是平直的条带，条块的厚度小于狭缝的尺寸，位于狭缝的两侧，所述条块一侧设置有卡紧凸条，与狭缝两侧对应设置的凹槽形状相配合，通过卡紧配合固定在狭缝两侧；

所述绝缘杆两两一组，两个绝缘杆的中部铰接，形成一个剪式结构，该剪式结构的四个端点分别与狭缝两侧的条块铰接，绝缘杆与条块铰接的位置设置有铰接块。

进一步地，处理、工装准备、焊接、热处理、性能及质量检查，其特征在于：所述焊接步骤中使用的设备是权利要求1~5所述的电磁脉冲焊接设备。

进一步地，对电磁脉冲焊设备中的集磁器的形状进行修磨，修复前次加工出现的形变。

本申请至少具有以下有益效果：

（1）外固环通过绝缘的连接杆设置在集磁器的边缘，对集磁器的边缘进行支撑，减少变形，同时绝缘的连接杆也能避免分散感应电流，不影响集磁器的正常使用。

（2）外固环中设置的磁环还能够产生与线圈方向相同的磁场，线圈的磁场受到磁环磁场的作用，磁场向内集中，提高了集磁效果。

（3）外固环产生的磁场靠近线圈产生的磁场，由于磁环的磁力大于外周磁场的磁力，原本会作用到线圈磁场的外周磁场会与磁环的磁场相互作用而抵消，从而减少外周磁场对线圈磁场的影响。

（4）狭缝中设置有支撑条，通过支撑条将狭缝两侧连接成一个整体，进而提高狭缝的强度，不容易被压力压变形。

（5）支撑条之间的间隙尺寸可调，可以适用于不同尺寸的狭缝，在实际成产中不需要频繁更换，稍事调整即可使用，更加方便、高效。

附图说明

构成本申请一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

附图中：

图1示意性示出了本发明的结构示意图；

图2示意性示出了本发明中集磁器的结构示意图；

图3示意性示出了本发明中集磁器俯视角度的结构示意图；

图4示意性示出了图1中a部分的局部放大图；

图5示意性示出了本发明中支撑条与狭缝连接的结构示意图；

图6示意性示出了本发明中支撑条的结构示意图；

其中，上述附图包括以下附图标记：

1-线圈，2-基板，3-集磁器，31-底面，32-顶面，33-狭缝；

41-连接杆，42-环管，43-磁环；

51-条块，52-卡紧凸条，53-铰接块，54-绝缘杆。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明；除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式；如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系；应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。

实施例

如图1所示的是一种电子封装用电磁脉冲焊接设备，用于解决其中的集磁器3容易变形、使用寿命较短的问题，而且还能够减少周围磁场对线圈1磁场的干扰，其结构包括：电源、电容、开关、线圈1、集磁器3，电源将电容、开关、线圈1连通成电流通路，储能电容通过变压电源充电，待电容充满后，关闭高压开关，此时电容对工作线圈1放电，工作线圈1中产生强脉冲电流，也即时变电流，强脉冲电流在线圈1周围产生强的脉冲磁场，当线圈1周围的磁场中有基板2时，变化的磁场在基板2中产生强的涡流，带涡流的基板2在磁场中受到强大的脉冲磁场力，使基板2发生塑性变形；所述集磁器3位于线圈1与基板2之间，将线圈1磁场进行收束，提高局部的电磁力，集磁器3的边缘设置有外固环，外固环与集磁器3连接，提高抗变形能力，所述外固环中设置有磁环43，磁环43的磁场方向与线圈1磁场相同，能够减少外周磁场对线圈1磁场的影响。

如图2所示，所述集磁器3是轴线位置设置有圆形通孔的圆台，所述集磁器3上设置有狭缝33，狭缝33在底面31的投影方向沿集磁器3底面31径向设置；集磁器3的工作原理是，当线圈1通过瞬间电流时，在集磁器3中会感应出涡流，因为集磁器3沿径向有一条狭缝33，所以集磁器3中的电流为由上表面流向下表面的感应电流，集磁器3中的瞬时电流又在板料中产生感应电流，也就是涡流，涡流、线圈1电流产生的磁场线性叠加，在集磁器3凸台与板料间加强，产生局部强磁场，使板料产生变形。

所述集磁器3的外缘还设置有外固环，所述外固环包括：连接杆41、环管42，所述环管42是环形半径大于集磁器3底面31半径的环形圆管，所述连接杆41位于环管42与集磁器3之间，连接杆41是直杆，将环管42与集磁器3的边缘连接起来，作用在集磁器3上的力会通过连接杆41传递到环管42，由环管42来承受，环管42相对与面积大且薄的集磁器3，强度更大，因此能够对集磁器3进行支撑，减少集磁器3变形的发生，而且环管42是硬脆材料，延展性低，受到较大的力后会发生断裂而不是变形，断裂后再行更换。

需要说明的是：所述环管42是不会屏蔽磁场的高分子材料，在本实施例中，使用的是pvc材料，质量相对较轻，且不会过度阻挡磁环43的磁场。

进一步地，如图3~4所示，对环管42同一位置至少有两根连接杆41连接，两根连接杆41之间呈锐角。

环管42的中空部分设置有磁环43，所述磁环43非电磁体，不需要通电即存在磁场，但是磁环43的磁场强度远小于线圈1通电后产生的磁场强度，两个磁场的磁场方向相同，如图1所示，其中的箭头代表的是磁感线，用于标识磁场力的方向，所述线圈1通电后产生磁场，磁环43靠近线圈1磁场一侧的磁感线方向都是从下向上的，且磁环43的磁场小于线圈1磁场，对线圈1磁场起到收束的作用，线圈1的磁场向内侧集中；另外，由于生产环境中不可避免的会存在其他磁场，这些磁场统称为外周磁场，这些外周磁场可能会对线圈1磁场进行干扰，而设置磁环43以后，原本会作用在线圈1磁场的力直接作用在磁环43磁场，相当于用一个磁场来挡住外周磁场，从而起到净化加工位置外周磁场的作用。

进一步地，磁环43放置在环管42中，且磁环43与环管42之间的空隙还填充有缓冲材料，比如海绵等，能够避免作用在环管42上的力作用到磁环43中导致磁环43损坏。

所述集磁器3的狭缝33中还设置有支撑条，所述支撑条包括：条块51、卡紧凸条52、铰接块53、绝缘杆54，如图6所示，所述条块51是平直的条带，条块51的厚度小于狭缝33的尺寸，使用时两个条块51配合使用，所述条块51一侧设置有卡紧凸条52，对应的，所述狭缝33两侧的集磁器3上相应设置有凹槽，卡紧凸条52与凹槽配合实现条块51与狭缝33的可拆卸连接，所述条块51的另一侧设置有铰接块53，所述铰接块53与绝缘杆54铰接，如图5所示，所述绝缘杆54两两一组，两个绝缘杆54的中部铰接，形成一个剪式结构，两个绝缘杆54能够以中部铰接位置为转动中心发生转动，该剪式结构的四个端点分别设置在狭缝33两侧的铰接块53上，将狭缝33的两侧连接起来，能够保证使用过程中狭缝33尺寸不变，同时加强了狭缝33部分的强度。

进一步地，所述剪式结构位于同一个条块51上的两个铰接部中，位于较高位置的铰接部是可拆卸安装在条块51上的，因此可以改变该铰接部在条块51的上的位置，对两个条块51之间的距离进行调整，提高适用范围。

需要说明的是，所述支撑条均是绝缘材料，磁场在集磁器3上形成的感应电流不会流过，不影响集磁器3的使用。

一种电子封装用电磁脉冲焊接工艺，主要包括：待焊面的表面处理→工装准备→焊接→热处理→性能及质量检查，其中基板2材料应具有良好的导电性和耐冲击性能；为了有利于射流的形成，应设置初始接触角。

所述表面处理后应立即进行焊接，否则会因处理过的表面上重新形成吸附层和氧化层，而增加焊接难度，甚至无法焊接。

在工装准备阶段，需要对电磁脉冲焊设备中的集磁器3的形状进行修整，集磁器3受到电磁力的作用，其外缘薄弱的部分可能出现形变，由于集磁器3通过外固环进行支撑，外固环受力过大会发生断裂，所以可以直接检查外固环断裂的位置，对外固环更换的同时检查可能出现的形变，相比于直接肉眼检查集磁器3，这种效率更高；另外，所述支撑条保持狭缝33间隙，只要支撑条的连接没有受到破坏，这里的连接指的是绝缘杆54与条块51的连接、条块51与集磁器3的连接，就能够说明狭缝33的尺寸没有变化，提高检查的效率。

在本实施例中，所述线圈、电源、电容、开关均为成熟的现有技术，这些元件之间的连接方式也是本领域技术人员通常采用的，因此，不做详细说明。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。