一种新型陶瓷金属化定位焊接金属器件的方法与流程

本发明属于电子元器件加工制造的技术领域，具体涉及一种新型陶瓷金属化定位焊接金属器件的方法，尤其涉及一种通过CCD影像定位，利用瞬时电阻焊实现定点焊接精密尺寸金属零件的生产新技术。

背景技术：

随着通信发展和制造技术的发展，陶瓷金属化产品从军事领域发展到民用频标或时标等各个领域。陶瓷金属化产品主要由于其优良的抗侵蚀性、介电性及合适的热膨胀系数主要用于LED散热基板，陶瓷封装，电子电路基板等。

由于陶瓷材料表面结构与金属材料表面结构不同，金属与陶瓷难以达到润湿，不能与之作用而形成牢固的黏结，因而陶瓷与金属器件的封接是通过在陶瓷表面牢固的黏附一层金属薄膜，通过金属薄膜易与金属器件润湿的原理进行连接。

为了适应更小、更微型的产品，陶瓷金属化产品的尺寸不断缩小，逐渐发展为精密微型化的产品。因此在陶瓷金属化产品上，对定位金属器件的定位精度及连接技术的要求也越来越高。

目前国内外生产的陶瓷金属化产品中，对精密金属器件的固定连接主要有通过模具固定或胶粘固定两种方式。其中，模具固定金属器件存在以下问题：（1）需要陶瓷片的生产具有较强的稳定型，要求陶瓷板烧结后具有统一的尺寸，金属器件尺寸越小，则对模具与陶瓷板匹配尺寸的要求越高，以保证模具中金属器件都能与陶瓷板上的金属镀层相对应；（2）对模具精度要求较高，模具制造成本高；（3）产品具有局限性，一种模具只能应用与其对应尺寸的陶瓷金属化产品。胶粘固定方式存在以下问题：（1）对胶水性能要求较高；（2）胶粘固定容易受到气氛温度等影响；（3）容易对后续工艺及产品的性能造成影响。

目前，国内外并没有一种方便快捷、广泛适用及低成本的陶瓷金属化产品连接精密金属器件的工艺方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种新型陶瓷金属化定位焊接金属器件的方法，能够实现精密金属器件在陶瓷金属化产品上的精准、牢固的连接固定，且操作简单，不影响陶瓷金属化产品的后续处理。

本发明采用如下技术方案：一种新型陶瓷金属化定位焊接金属器件的方法，包括以下步骤：

1)将陶瓷金属化产品固定在搭载台上；

2)负压活动吸头将金属器件从供料槽中吸出，金属器件的上表面左侧部与负压活动吸头的表面接触，负压活动吸头可在第一运动支撑臂的作用下运动；

3)负压活动吸头将金属器件移动至CCD设备的第一影像采集区，CCD设备的第一影像采集单元对金属器件的待焊接面进行影像采集，金属器件的待焊接面上具有一层均匀的焊料；

4)陶瓷金属化产品的上表面具有金属镀层区，CCD设备的第二影像采集单元对陶瓷金属化产品上的金属镀层区进行影像采集；

5)CCD设备对采集到的金属器件待焊接面的影像数据和金属镀层区的影像数据进行匹配处理，负压活动吸头将金属器件移动至陶瓷金属化产品的金属镀层区的上方，通过移动负压活动吸头修正金属器件的位置和/或通过移动搭载台修正陶瓷金属化产品的位置，使金属器件待焊接面的位置与金属镀层区的位置上下相匹配对应；

6)负压活动吸头向下移动，将金属器件下压，并使金属器件紧固在金属镀层区表面上，使金属器件待焊接面与金属镀层区挤压接触；

7)焊头可在第二运动支撑臂的作用下运动，第二运动支撑臂将焊头移动至金属器件的上表面右侧部的上方；

8)焊头向下移动，下压并紧固在金属器件上表面右侧部的表面上，并使在焊头位置处，金属器件待焊接面与金属镀层区挤压接触；

9)在焊头上通电压，使金属器件待焊接面上的焊料熔融；

10)冷却特定时间，焊料凝固，使金属器件焊接在金属镀层区上，实现金属器件与陶瓷金属化产品的固定连接；

11)负压活动吸头真空放松，负压活动吸头与金属器件分离，负压活动吸头与焊头分别恢复原位。

金属器件具有规则结构或不规则结构，金属器件的待焊接面和所述金属镀层区焊接面均分别为平面。

所述焊头包括正极焊头和负极焊头，在所述步骤9）中，焊接所用的电流波形为缓升缓降的脉冲波形。

所述步骤8）和步骤9）的焊接过程包括焊头下压阶段、焊接延时阶段和焊接阶段。

在所述步骤6）中，金属器件与陶瓷金属化产品接触时，所述负压活动吸头向下压金属器件的下压压力为第一下压压力，在所述步骤8）中，所述焊头下压阶段、焊头向下压金属器件的下压压力为第二下压压力，所述第一下压压力不小于所述第二下压压力。

在所述步骤9）中，在焊接阶段，在所述待焊接面上，与所述焊头位置相对应的位置处的焊料熔融。

所述焊头下压阶段时间为300~500ms，焊接延时阶段时间为0~150ms，焊接阶段时间为30~100ms。

在所述步骤6）中，所述第一下压压力为0.01~0.05MPa，在所述步骤8）中，所述第二下压压力为0.01~0.05MPa。

所述负压活动吸头在吸附金属器件及在带动金属器件移动过程中的真空度为-200~ -60 KPa。

所述正极焊头和负极焊头之间的间距为0.05mm，正极焊头和负极焊头的面积分别为1×0.4mm，所述焊头的通电电压为0.5~3 V。

本发明的有益效果如下：

（1）采用CCD定位和电阻焊工艺，实现精密金属器件与陶瓷金属化产品的精准、可靠的固定连接；

（2）适用范围广，能够适用于各种精密金属器件与陶瓷金属化产品的连接固定；

（3）本工艺焊接速度快、成本低、无污染、定位精度高，对陶瓷金属化产品的后续加工处理无影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明金属器件待焊接面与陶瓷金属化产品上的金属镀层区位置匹配后的结构示意图；

图3是本发明焊接阶段的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作出进一步的说明。

如图1至图3所示，本发明利用CCD定位技术和电阻焊工艺原理，将金属器件1焊接在陶瓷金属化产品2上，金属器件1的下表面为待焊接面，待焊接面上具有均匀的焊料，陶瓷金属化产品2上表面具有金属镀层区3，焊接生产过程涉及到的装置包括：搭载台4，CCD设备，吸头5和焊头6。

其中，搭载台4可在控制器的作用下水平移动，从而对陶瓷金属化产品的位置进行校正；CCD设备包括第一影像采集单元7和第二影像采集单元8，第一影像采集单元7用于采集金属器件1待焊接面的影像信息，第二影像采集单元8用于采集金属镀层区3的影像信息；吸头5连接在第一运动支撑臂51上，第一运动支撑臂51可带动吸头5运动；焊头6连接在第二运动支撑臂61上，第二运动支撑臂61可带动焊头6运动，焊头6包括正极焊头62和负极焊头63。

新型陶瓷金属化定位焊接金属器件的方法，包括以下步骤：

1)将陶瓷金属化产品2固定在搭载台4上；

2)负压活动吸头5将金属器件1从供料槽中吸出，并将金属器件1紧吸在负压活动吸头5上，金属器件1的上表面左侧部11与负压活动吸头5的表面接触，负压活动吸头5可在第一运动支撑臂51的作用下运动；

3)负压活动吸头5将金属器件1移动至CCD设备的第一影像采集区，CCD设备的第一影像采集单元7（如CCD第一摄像机）对金属器件1的待焊接面进行影像采集（本实施例为光学影像采集），第一影像采集单元7根据金属器件1的待焊接面的反光率，识别金属器件1的待焊接面反光区域的范围，确定金属器件1的待焊接面的外观形状、尺寸，并确定金属器件1的待焊接面的中心坐标，金属器件1的待焊接面上具有一层均匀的焊料；

4)陶瓷金属化产品2的上表面具有金属镀层区3，CCD设备的第二影像采集单元8（如CCD第二摄像机）对陶瓷金属化产品2上的金属镀层区3进行影像采集（本实施例为光学影像采集，搜索金属镀层感光区），第二影像采集单元8根据金属镀层区3的反光率，识别金属镀层区3反光区域的范围，确定金属镀层区3的外观形状、尺寸，并确定金属镀层区3的中心坐标；

5)CCD设备对采集到的金属器件1的待焊接面的影像数据和金属镀层区3的影像数据进行匹配处理，一方面是对金属器件1的待焊接面的外观形状、尺寸和金属镀层区3的外观形状、尺寸进行匹配处理，另一方面是对金属器件1的待焊接面的中心坐标和金属镀层区3的中心坐标进行匹配处理，接着，控制装置根据上述数据，控制负压活动吸头5将金属器件1移动至陶瓷金属化产品2的金属镀层区3的上方，并通过移动负压活动吸头5修正金属器件1的位置和/或通过移动搭载台4修正陶瓷金属化产品2的位置，使金属器件1待焊接面的位置与金属镀层区3的位置上下相匹配对应；

6)负压活动吸头5向下移动，将金属器件1下压，并使金属器件1紧固在金属镀层区3表面上，使金属器件1的待焊接面与金属镀层区3挤压接触；

7)焊头6可在第二运动支撑臂61的作用下运动，第二运动支撑臂61将焊头6移动至金属器件1上表面右侧部12的上方，金属器件上表面右侧部12与上表面左侧部11相对设置，且金属器件上表面右侧部12与上表面左侧部11不重叠；

8)焊头6向下移动，下压并紧固在金属器件上表面右侧部12的表面上，并使在焊头6的位置处，金属器件1的待焊接面与金属镀层区3挤压接触；

9)在焊头6上通电压，使金属器件1的待焊接面上的焊料熔融；

10)冷却特定时间，焊料凝固，使金属器件1焊接在金属镀层区3上，实现金属器件1与陶瓷金属化产品2的固定连接；

11)负压活动吸头5真空放松，负压活动吸头5与金属器件1分离，负压活动吸头5与焊头6分别恢复原位。

本实施例中，金属器件1可以具有规则的结构或不规则的结构，但金属器件1的待焊接面和所述金属镀层区3的焊接面均需分别为平面，以保证金属器件1的待焊接面和所述金属镀层区3的焊接面充分接触，以实现焊接效果。

金属器件1的形状可以为环形、正方形、圆形等各种形状，金属镀层区3的形状也可以为环形、正方形、圆形等各种形状。

CCD设备对采集到的金属器件1的待焊接面的影像数据和金属镀层区3的影像数据进行匹配处理，自动化设备对金属器件1的位置和陶瓷金属化产品2的位置进行修正匹配，搭载台4在水平方向上自动调整位置，以调整陶瓷金属化产品2的位置，从而调整修正金属镀层区3的位置，负压活动吸头5将金属器件1移动至金属镀层区3上方，负压活动吸头5还可以顺时针或逆时针转动以修正金属器件1的位置，如图2所示，从而达到金属器件1的位置与金属镀层区3的位置上下相匹配。位置匹配后，负压活动吸头5下压，使得所述金属器件1以一定压力与金属镀层区3接触。

本实施例中，焊接所用的电流波形为缓升缓降的脉冲波形，以保证焊接不影响金属器件产品性能，保证焊接无裂痕脆化。

所述步骤8）和步骤9）的焊接过程包括焊头下压阶段、焊接延时阶段和焊接阶段。如图3所示，焊头6将金属器件1下压，并使金属器件1与金属镀层区3以一定压力接触后，经一定时间延迟后，在执行焊接，焊接延时能够保证金属器件1与金属镀层区3充分接触，使金属器件1的待焊接面与金属镀层区3之间的压力分布均匀，之后再执行焊接，保证焊接顺利完成，保证焊接质量。

金属器件1与陶瓷金属化产品2接触时，所述负压活动吸头5向下压金属器件1的下压压力为第一下压压力，所述焊头6下压阶段、焊头6向下压金属器件1的下压压力为第二下压压力，所述第一下压压力不小于所述第二下压压力。

第一下压压力与第二下压压力可以根据不同金属器件的硬度设定为不同值，第二下压压力设计为较小，以保证在瞬间焊接时产生的高温等，不会对金属器件造成损伤。

在焊接阶段，给焊头6通电，电流的流动路径为正极焊头62—金属器件1—负极焊头63，金属器件1具有电阻，电流流过时电阻产生的瞬间高温使金属器件1底面上较易熔融的焊料发生融化。活动焊头瞬时、高电压下压熔融焊料，实现精密金属器件的焊接。

本实施例中，在所述步骤9）中，在焊接阶段，在所述待焊接面上，与所述焊头位置相对应的位置处的焊料熔融。焊头位置附近的待焊接面上的焊料熔融、凝固后，完成金属器件1的待焊接面与金属镀层区3之间的焊接，实现所述金属器件1与陶瓷金属化产品2的连接固定。

本实施例中，金属镀层区3的面积大于金属器件1的待焊接面的面积，保证金属器件1的待焊接面能够与金属镀层区3充分接触。

本实施例中，所述焊头下压阶段时间为300~500ms，焊接延时阶段时间为0~150ms，焊接阶段时间为30~100ms。

本实施例中，所述第一下压压力为0.01~0.05MPa，所述第二下压压力为0.01~0.05MPa。

本实施例中，所述负压活动吸头在吸附金属器件及在带动金属器件移动过程中的真空度为-200~ -60 KPa，以保证金属器件1在被负压活动吸头5吸住的过程中及金属器件1在移动过程中不造成偏移，保证金属器件1在负压活动吸头5上的位置的稳定性。可以根据金属器件1的形状、质量设定真空度值。

本实施例中，所述正极焊头和负极焊头之间的间距为0.05mm，所述焊头的通电电压为0.5~3 V。

本实施例中，陶瓷金属化产品金属镀层区与金属器件待焊接面的连接区小于3.5×3.0mm，金属镀层区面积小于3.0×2.2mm，金属器件大小可小于2.5×2.0mm。电阻焊焊接面积达到1.0×1.0mm，可以焊接固定边长范围为1.0 ~ 5.0 mm、厚度范围为0.1~2.0mm的金属器件，实现精密金属器件、小型金属器件与陶瓷金属化产品的焊接。

具体实施例一：

将分布有正方形金属镀层区的陶瓷金属化产品（3.0×2.2mm）至于搭载台上并固定，负压活动吸头吸取正方体形金属器件（2.8×2.0×0.15mm）的真空泵压力为-85KPa（由金属器件的形状和质量确定），CCD设备进行影像采集并匹配定位后，负压活动吸头下压放置产品时间为600ms，负压活动吸头下压后经100ms焊头下压，经50ms焊接延时后，焊头通1.5V高压，焊接50ms，再经100ms焊料凝固，最后，负压活动吸头与焊头上升离开金属器件，焊接固定结束。

此工艺从取料到金属器件安装固定结束所用时为2.4s，固定强度达到0.07MPa。

具体实施例二：

如图2和图3所示，将分布有圆环形金属镀层区的陶瓷金属化产品（2.0×1.8mm）至于搭载台上并固定，负压活动吸头吸取金属圆环器件（内径1.0mm，外径1.4mm，高0.15mm）的真空泵压力为-55KPa，CCD设备进行影像采集并匹配定位后，负压活动吸头下压放置产品时间为600ms，负压活动吸头下压后经100ms焊头下压，经50ms焊接延时后，焊头（包括正极焊头62和负极焊头63）通1.0V高压，焊接35ms，再经100ms焊料凝固，最后，负压活动吸头与焊头上升离开金属器件，焊接固定结束。

此工艺从取料到金属器件安装固定结束所用时为1.3s，固定强度达到0.1MPa。

本发明中，创新地把电阻焊技术用于陶瓷金属化层与金属器件的焊接工艺中，在放置精密金属器件的过程中更方便、直接的焊接在陶瓷金属化层上，不仅具有较低的成本，同时也有较强的固定强度。

本发明中，实现了精密金属器件与陶瓷金属化产品的焊接，进一步改善了金属器件固定连接的技术。通过引入电阻焊技术，在连接过程中控制设备的优化组合、合理的定位、设备间运行时间的精确控制，调节合理的焊接电压、时间和焊接压力，设计制备出一种新型陶瓷金属化焊接工艺。

本发明中，选用了相对便宜且易操作的CCD定位和电阻焊工艺作为精密金属器件的固定，与制作消耗性石墨模具固定焊接相比显著降低了材料的生产成本，与点胶固定相比则更加方便无污染。本工艺无需模具支持，焊接后产品的剪切强度较大，金属器件固定稳定不易产生偏移，对陶瓷金属化产品的后续加工处理无影响。

本发明工艺所制得的产品与目前国内外工艺相比，可以应用于各种陶瓷金属化表面焊接产品，而且具有焊接速度快、成本低、无污染、定位精度高等优点。

最后所应说明的是：上述实施例仅用于说明而非限制本发明的技术方案，任何对本发明进行的等同替换及不脱离本发明精神和范围的修改或局部替换，其均应涵盖在本发明权利要求保护的范围之内。