柔性电路板堆栈式激光焊接装置及方法
【专利摘要】本发明提供一种柔性电路板堆栈式激光焊接装置，包括垂直叠阵激光器、位于垂直叠阵激光器下方的掩膜板、驱动垂直叠阵激光器平面内二维运动和竖直方向上下移动的第一驱动机构以及驱动掩膜板上升和下降运动的第二驱动机构，掩膜板上设有对应柔性电路板上焊接区域的开槽，垂直叠阵激光器发出的激光穿经所述开槽照射柔性电路板上的焊接区域进行焊接。本发明还提供一种柔性电路板堆栈式激光焊接方法。本发明采用垂直叠阵激光器来进行柔性电路板的焊接，可以在极短的时间内完成瞬间全区域的同时焊接，提高焊接工效；而且本发明对受体的热影响区极小，对柔性电路板的基板和覆铜箔都能做到无损害，同时加速了焊锡的浸润速度，可以提高焊接品质。
【专利说明】柔性电路板堆栈式激光焊接装置及方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电子电路板焊接【技术领域】，具体是一种柔性电路板堆栈式激光焊接装置及方法。
【背景技术】
[0002]柔性电路板是将铜箔附在柔性塑料基板上构成的，为了保有一定的柔软特性，塑料基板、铜箔一般都做得很薄，主要用于打印机中打印头的信号传输、手机及其其它数字终端(例如固定电话、MP4、计算器)、各类家电(例如洗衣机、微波炉、电冰箱、抽油烟机、智能电饭煲、智能扫地机)、各类医疗仪器、家用理疗设备、各类工业控制屏(点钞机、门禁机)的主板与显示屏的信号传输等。
[0003]对于柔性电路板的焊接，传统的焊接方法一直在使用手工锡焊、或者是自动烙铁锡焊(也称之为hot bar焊接)的方式来完成的，但是，随着科学技术的进步，各类电器日趋小型化、微型化，如手机、以及其它数字终端等，因此，内部所用的导线，其直径必然趋向细小化、微细化，使用Hot bar对柔性电路板进行焊接将越来越困难，同时,还因Hot bar的热影响区过大，将会导致柔性电路板的基板过热而损坏，另外，Hot bar产生的压力，也将会对导线、柔性电路板基板、以及柔性基板上的铜箔等造成机械损坏，因此，Hot bar基本上做不了比较精细的焊接。
[0004]另外，Hot bar焊接的原理,用的是热传导原理，即:Hot bar烙铁头的高温必须要通过紧密接触被焊物体，并将高温以热传导的方式加热被焊物体，由于热传导的原理，是分子间的热运动碰撞，并热传导的形成还必须有一个必要条件，那就是，存在温度梯度，即:Hot bar烙铁头的温度一定高于被焊工件，而且是远高于被焊工件，这样才能提高焊接速度，于是，在被焊工件上会形成较大的热影响区，这将是破坏性的。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种无接触、热影响区小、全面积场效应的柔性电路板堆栈式激光焊接装置及方法，可以快速而高质量的解决柔性电路板的无损焊接问题。
[0006]一种柔性电路板堆栈式激光焊接装置，包括垂直叠阵激光器、位于垂直叠阵激光器下方的掩膜板、驱动垂直叠阵激光器平面内二维运动和竖直方向上下移动的第一驱动机构以及驱动掩膜板上升和下降运动的第二驱动机构，掩膜板上设有对应柔性电路板上焊接区域的开槽，垂直叠阵激光器发出的激光穿经所述开槽照射柔性电路板上的焊接区域进行焊接。
[0007]进一步的，所述第一驱动机构包括立柱及滑动安装于立柱上的纵向滑块，纵向滑块的两侧分别横向设有一个侧滑板，每一侧滑板的前端设有固定垂直叠阵激光器的二维调整镜架，所述二维调整镜架用于带动垂直叠阵激光器I做二维调整。
[0008]进一步的，侧滑板前端固定有半螺母滑块，二维调整镜架固定在半螺母滑块上，半螺母滑块与侧滑板之间的空腔内镶嵌有微调螺钉，微调螺钉用于垂直叠阵激光器Z向的微调。
[0009]进一步的，二维调整镜架的镜架动板内安装有激光器水冷块，垂直叠阵激光器安装在激光器水冷块的前端，激光器水冷块中设有供冷却水通过的进出水道。
[0010]进一步的，激光器水冷块用连接螺纹安装在二维调整镜架的镜架动板内，连接螺纹用于实现垂直叠阵激光器的角度偏转，并由紧定螺钉固定锁紧。
[0011]进一步的，所述第二驱动机构包括固定掩膜板的悬臂、驱动悬臂上升和下降的凸轮盘。
[0012]进一步的，掩膜板的下面设置紧密贴合的导光晶体，导光晶体的两侧设有用于夹持导光晶体的晶体夹板，加持有导光晶体以及掩膜板的两块晶体夹板从下至上安装在悬臂的前端下方。
[0013]进一步的，悬臂的一端与升降座连接，凸轮盘内设有位于升降座下方的凸轮，凸轮与升降座尾端的升降臂连接，转动凸轮可带动升降座上下移动进而带动悬臂一同升降。
[0014]进一步的，升降座滑动设于纵向导轨，升降座的上下移动受限于纵向导轨。
[0015]一种柔性电路板堆栈式激光焊接方法，其应用上述激光焊接装置进行焊接，包括如下步骤:
[0016]将待焊接的柔性电路板上放置在掩膜板下方的夹具上；
[0017]调节第二驱动机使得掩膜板下方的导光晶体压住柔性电路板的非焊接部分；
[0018]调节第一驱动机构使得垂直叠阵激光器发出的激光可以穿经所述掩膜板上的开槽以照射柔性电路板上的焊接区域；
[0019]开启垂直叠阵激光器，使垂直叠阵激光器发出的激光依次穿经所述掩膜板上的开槽、导光晶体后照射在柔性电路板上的焊接区域进行焊接。
[0020]本发明的有益效果:
[0021]1、本发明采用垂直叠阵激光器来进行柔性电路板的焊接，应用的是场效应辐射加热的原理，并非hot bar所用的热传导加热，其在特定区域内形成瞬间场效应，在极短的时间内完成瞬间全区域的同时焊接，后者是前者效率的数倍，大大提高了工效。
[0022]2、辐射加热能快速的加热受体的特定区域(柔性电路板的焊接区域)，因此，受体的热影响区极小，而且快速的瞬间加热，对柔性电路板无论是基板，还是覆铜箔都能做到无损害。
[0023]3、本发明采用场效应辐射加热原理，能迅速的让受体特定区域的全面积迅速的升温到同一个温度，不会产生Hot bar传导式加热时形成的温度梯度，因此，机构中不会有过热部件，也不会对柔性电路板造成不必要的热损坏，而且不会给浸润环节增加困难。
[0024]4、在场效应辐射加热原理在钎焊过程中，因为能让受体特定区域的全面积迅速的升温到同一个温度，因而能很好的保证了焊锡从融化-浸润-固化的过程，特别是加速了焊锡的浸润速度，充分而良好的浸润是保证良好焊接必要条件，因此，用场效应辐射加热的方法，可以提闻焊接品质。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是本发明柔性电路板堆栈式激光焊接方法的原理示意图；
[0026]图2是本发明柔性电路板堆栈式激光焊接装置的侧面剖视图；
[0027]图3是图2中A-A视图；
[0028]图4是图2中B-B视图；
[0029]图5是本发明柔性电路板堆栈式激光焊接装置的俯视图。
[0030]图中:1 一垂直叠阵激光器,2—掩膜板，3—柔性电路板焊接总成，3_1—显不屏，
3-2—柔性电路板，4-1 一激光器水冷块，4-la—进出水道，4_2—二维调整镜架，4_2a—镜架动板，4-2b—连接螺纹，4-2c—紧定螺钉，4-3—半螺母滑块，4-4 一微调螺钉，4_5—调压螺栓，4-6—弹簧导杆，4-7—侧滑板，4-8—纵向导轨，4-9—纵向滑块，4-10—凸轮盘，4-1 Oa-凸轮，4-10b—操纵手柄，4-11 一立柱，4-12—弹簧，4-13—升降座，4-13a—升降臂，4-14一悬臂，4-15—冷却水道，4-16—导光晶体，4-17—晶体夹板，5—夹具。
【具体实施方式】
[0031 ] 下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0032]请参考图1，本发明柔性电路板堆栈式激光焊接方法是采用垂直叠阵激光器I结合掩膜板的使用对柔性电路板进行焊接。
[0033]所述垂直叠阵激光器I (也称作堆栈式激光器)可以看成是由无数条激光束形成的激光矩阵，这是激光技术发展到今天的一个技术性进步，它发出的激光不再是一条细细的激光束，而是整个矩形区域的激光能量斑，这将带给受体的是整个矩形区域的辐射热场效应。
[0034]利用垂直叠阵激光器I对柔性电路板进行锡焊操作时，一般都用不了整矩形的巨大热场，因此，本发明在垂直叠阵激光器I与柔性电路板3之间设置了一个掩膜板2，掩膜板2上设有对应柔性电路板上3-2需要加热焊接区域的开槽，而掩膜板2上没有开槽的区域，将会遮掩多余热能对柔性电路板3-2非焊接区域的加热。
[0035]本发明采用的是场效应辐射加热的原理，并非hot bar所用的热传导加热，因此，对柔性电路板的焊接，不会在受体上产生温度的梯度，只会是在特定区域的全面积内产生具有场效应的同一温度，这将很好的保证焊料在融化-浸润-固化的过程中，有着良好的浸润环节，从而提闻焊接品质。
[0036]钎焊过程中的浸润俗称爬锡，也就是融化的焊料能不能快速的摊展开来，布满整个需要焊接的焊盘(需要沾锡的铜箔、铜板的表面)，热传导钎焊，由于温度梯度的存在，焊料的浸润性能是一定要受到影响的，为了减少温度梯度的对钎焊的影响，一般情况下，hotbar多采用提高温度的方法来提高浸润环节的速度，这将导致hot bar烙铁头的过高温度会灼伤柔性电路板非焊接区域，导致柔性电路板损坏，降低hot bar烙铁头的温度，则会影响焊接品质，这需要找到一个平衡点。而本发明堆叠式激光焊接，所采用的是具有场效应的辐射加热，能够在瞬间将特定区域全面积加热到同一温度，绝不会有温度梯度的产生。
[0037]本发明利用了堆栈式激光器的性能，将其运用到柔性电路板的精细焊接中，这将会改变精细焊接的一般模式，即:将热传导式焊接改为辐射加热式焊接，后者将是前者效率的数倍，且焊接品质有着良好的保障。
[0038]请一并参考图2，本发明柔性电路板堆栈式激光焊接装置包括垂直叠阵激光器1、位于垂直叠阵激光器I下方的掩膜板2、驱动垂直叠阵激光器I平面内二维运动和竖直方向上下移动的第一驱动机构以及驱动掩膜板2上升和下降运动的第二驱动机构。
[0039]所述掩膜板2是一个带有开槽的金属薄片，掩膜板2的下面设置紧密贴合的导光晶体4-16 (如图4所示)，导光晶体4-16的作用有两个，其一，让激光能穿透下去照射受体，其二，能压制焊接部分的非焊接部分，保证焊接的位置可靠。导光晶体4-16的两侧设有用于夹持导光晶体4-16晶体夹板4-17。
[0040]请结合参考图3，所述第一驱动机构包括立柱4-11及滑动安装于立柱4-11上的纵向滑块4-9，纵向滑块4-9的两侧分别横向设有一个侧滑板4-7，每一侧滑板4-7的前端设有固定垂直叠阵激光器I的二维调整镜架4-2，所述二维调整镜架4-2用于带动垂直叠阵激光器I做二维调整，保证激光能准确对准焊接区域。
[0041]由于纵向滑块4-9固定在立柱4-11上，可以在大范围内进行垂直叠阵激光器IZ向(也就是上下方向)的粗调，此处的粗调是为了适应不同工件(包括相应的制具)的不同高度所预留的Z向调整。较佳的，侧滑板4-7前端固定有半螺母滑块4-3，二维调整镜架4-2固定在半螺母滑块4-3上，半螺母滑块4-3与侧滑板4-7之间的空腔内镶嵌有微调螺钉4-4，微调螺钉4-4用于垂直叠阵激光器IZ向(也就是上下方向)的微调。
[0042]较佳的，二维调整镜架4-2的镜架动板4_2a内安装有激光器水冷块4_1，垂直叠阵激光器I安装在激光器水冷块4-1的前端。
[0043]请参考图5，在其中一个实施例中，激光器水冷块4-1用连接螺纹4_2b安装在二维调整镜架4-2的镜架动板4-2a内。垂直叠阵激光器I的角度偏转，将由二维调整镜架4_2上的连接螺纹4-2b实现偏转，并由紧定螺钉4-2c固定锁紧。二维调整镜架4-2的调整，将直接带动二维调整镜架4-2的调整，将直接带动垂直叠阵激光器I做二维摆动的微调整。
[0044]冷却水将通过激光器水冷块4-1中的进出水道4-la流经垂直叠阵激光器1，从而给垂直叠阵激光器I降温。激光水冷块4-1除了承担垂直叠阵激光器I的机械固定之外，还起到了一个电器绝缘子的作用，因为系统需要给垂直叠阵激光器I机械固定外，同时也必须要保证垂直叠阵激光器I与机体绝缘。
[0045]请一并参考图2，所述第二驱动机构包括固定掩膜板2的悬臂4-14、驱动悬臂4-14上升和下降的凸轮盘4-10，加持有导光晶体4-16以及掩膜板2的两块晶体夹板4-17从下至上安装在悬臂4-14的前端下方。悬臂4-14的一端与升降座4-13连接，凸轮盘4_10内设有位于升降座4-13下方的凸轮4-10a，凸轮4_10a与升降座4_13尾端的升降臂4_13a连接，转动凸轮4-10a可带动升降座4-13上下移动进而带动悬臂4-14 一同升降。具体的，所述凸轮4-10a可由设置在凸轮4-10a下方的操纵手柄4_10b带动旋转，操纵手柄4_10b将凸轮4-10a旋转的结果是将会抬起或放下升降座4-13，凸轮4_10a抬起或放下升降座4_13是由于凸轮托举着升降座4-13上的升降臂4-13a。
[0046]导光晶体4-16两侧的晶体夹板4-17,连同导光晶体4_16、掩膜板2 —同固定在悬臂4-14的前端下面，于是，升降座4-13在做上下运动时，将一同带动悬臂4-14、导光晶体4-16、晶体夹板4-17、掩膜板2—起上下运动，这个动作将使得导光晶体4-16压住柔性电路板的非焊接区域，实施激光焊接，焊接完成后，抬起操纵手柄4-10b，也就是抬起了导光晶体4-16，此时，便可以拿取和安放工件了。
[0047]较佳的，升降座4-13滑动设于纵向导轨4-8，升降座4_13的上下移动是受限于纵向导轨4-8，因此，升降座4-13只能做精密的纵向滑动。纵向导轨4-8保障了悬臂4-14在做Z向升降时的精密性，也就是保障了导光晶体4-16上下运动的精密性，
[0048]悬臂4-14上升下降的目的是使导光晶体4-16压住和放开柔性电路板的非焊接部分，以实施焊接的固定需要。
[0049]升降座4-13的上方设有与调压螺栓4-5连接的调压螺栓4_5，导光晶体4_16对柔性电路板的压力由弹簧4-12施加，其压力大小将由调压螺栓4-5进行调节。
[0050]悬臂4-14的中端设置有冷却水道4-15，通过冷却水带走激光焊接过程中所产生的多余热能，从而保护导光晶体4-16以及掩膜板2。
[0051]在本发明中运用了两个垂直叠阵激光器1，这是因为垂直叠阵激光器I实际上出来的矩形光斑细分下来，是由多条条状的光斑所构成，条状光斑的间隙处，将会有能量盲点，于是，设置两个垂直叠阵激光器I进行光斑的叠加，利用二维调整镜架4-2的调整来交替弥合条形光斑的缝隙，便能保证整个大的矩形光斑的能量均匀性。
[0052]本发明还提供一种柔性电路板堆栈式激光焊接方法，应用上述激光焊接装置进行焊接，包括如下步骤:
[0053](一 )将待焊接的柔性电路板上3-2放置在掩膜板2下方的夹具5上。
[0054]( 二)调节第二驱动机使得掩膜板2下方的导光晶体4-16压住柔性电路板3-2的非焊接部分。具体的，可转动凸轮4-10a带动升降座4-13上下移动进而带动悬臂4_14 一同升降，由于导光晶体4-16两侧的晶体夹板4-17，连同导光晶体4-16、掩膜板2 —同固定在悬臂4-14的前端下面，这样升降座4-13在做上下运动时，将一同带动悬臂4-14、导光晶体4-16、晶体夹板4-17、掩膜板2 —起上下运动，这个动作将使得导光晶体4-16压住柔性电路板的非焊接区域。
[0055](三)调节第一驱动机构使得垂直叠阵激光器I发出的激光可以穿经所述掩膜板2上的开槽以照射柔性电路板上3-2的焊接区域。具体的，可通过调节纵向滑块4-9在立柱
4-11上的位置，实现垂直叠阵激光器IZ向(也就是上下方向)大范围内的粗调。然后，可通过微调螺钉4-4实现垂直叠阵激光器IZ向(也就是上下方向)的微调。旋动二维调整镜架4-2上的连接螺纹4-2b实现偏转，直接带动垂直叠阵激光器I做二维摆动的微调整，并由紧定螺钉4-2c固定锁紧。
[0056](四)开启垂直叠阵激光器1，使垂直叠阵激光器I发出的激光依次穿经所述掩膜板2上的开槽、导光晶体4-16后照射在柔性电路板上3-2的焊接区域进行焊接。
[0057]可以理解的是，还可以包括开启激光器水冷块4-1的冷却水输送，以实现给垂直叠阵激光器I降温的目的。
[0058]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种柔性电路板堆栈式激光焊接装置，其特征在于:包括垂直叠阵激光器(I)、位于垂直叠阵激光器(I)下方的掩膜板(2)、驱动垂直叠阵激光器(I)平面内二维运动和竖直方向上下移动的第一驱动机构以及驱动掩膜板(2)上升和下降运动的第二驱动机构，掩膜板(2)上设有对应柔性电路板上(3-2)焊接区域的开槽，垂直叠阵激光器(I)发出的激光穿经所述开槽照射柔性电路板上(3-2)的焊接区域进行焊接。
2.如权利要求1所述的柔性电路板堆栈式激光焊接装置，其特征在于:所述第一驱动机构包括立柱(4-11)及滑动安装于立柱(4-11)上的纵向滑块(4-9)，纵向滑块(4-9)的两侧分别横向设有一个侧滑板(4-7)，每一侧滑板(4-7)的前端设有固定垂直叠阵激光器(I)的二维调整镜架(4-2)，所述二维调整镜架(4-2)用于带动垂直叠阵激光器I做二维调整。
3.如权利要求2所述的柔性电路板堆栈式激光焊接装置，其特征在于:侧滑板(4-7)前端固定有半螺母滑块(4-3)，二维调整镜架(4-2)固定在半螺母滑块(4-3)上，半螺母滑块(4-3)与侧滑板(4-7)之间的空腔内镶嵌有微调螺钉(4-4)，微调螺钉(4-4)用于垂直叠阵激光器(I)Z向的微调。
4.如权利要求2所述的柔性电路板堆栈式激光焊接装置，其特征在于:二维调整镜架(4-2)的镜架动板(4-2a)内安装有激光器水冷块(4-1)，垂直叠阵激光器(I)安装在激光器水冷块(4-1)的前端，激光器水冷块(4-1)中设有供冷却水通过的进出水道(4-la)。
5.如权利要求4所述的柔性电路板堆栈式激光焊接装置，其特征在于:激光器水冷块(4-1)用连接螺纹(4-2b)安装在二维调整镜架(4-2)的镜架动板(4-2a)内，连接螺纹(4-2b)用于实现垂直叠阵激光器(I)的角度偏转，并由紧定螺钉(4-2c)固定锁紧。
6.如权利要求1-5任一权利要求所述的柔性电路板堆栈式激光焊接装置，其特征在于:所述第二驱动机构包括固定掩膜板(2)的悬臂(4-14)、驱动悬臂(4-14)上升和下降的凸轮盘(4-10)。
7.如权利要求6所述的柔性电路板堆栈式激光焊接装置，其特征在于:掩膜板(2)的下面设置紧密贴合的导光晶体(4-16)，导光晶体(4-16)的两侧设有用于夹持导光晶体(4-16)的晶体夹板(4-17)，加持有导光晶体(4-17)以及掩膜板(2)的两块晶体夹板(4-17)从下至上安装在悬臂(4-14)的前端下方。
8.如权利要求6所述的柔性电路板堆栈式激光焊接装置，其特征在于:悬臂(4-14)的一端与升降座(4-13)连接，凸轮盘(4-10)内设有位于升降座(4-13)下方的凸轮(4_10a)，凸轮(4-10a)与升降座(4-13)尾端的升降臂(4_13a)连接，转动凸轮(4_10a)可带动升降座(4-13)上下移动进而带动悬臂(4-14) 一同升降。
9.如权利要求8所述的柔性电路板堆栈式激光焊接装置，其特征在于:升降座(4-13)滑动设于纵向导轨(4-8)，升降座(4-13)的上下移动受限于纵向导轨(4-8)。
10.一种柔性电路板堆栈式激光焊接方法，其特征在于:应用权利要求1-9中任一项所述激光焊接装置进行焊接，包括如下步骤: (一)将待焊接的柔性电路板上(3-2)放置在掩膜板(2)下方的夹具(5)上； (二)调节第二驱动机使得掩膜板(2)下方的导光晶体(4-16)压住柔性电路板(3-2)的非焊接部分； (三)调节第一驱动机构使得垂直叠阵激光器(I)发出的激光可以穿经所述掩膜板(2)上的开槽以照射柔性电路板上(3-2)的焊接区域； (四)开启垂直叠阵激光器(I)，使垂直叠阵激光器(I)发出的激光依次穿经所述掩膜板(2)上的开槽、导光晶体(4-16)后照射在柔性电路板上(3-2)的焊接区域进行焊接。
【文档编号】B23K26/21GK104191091SQ201410426107
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月27日 优先权日:2014年8月27日
【发明者】韩小平, 林卿, 王 锋 申请人:武汉凌云光电科技有限责任公司