一种激光焊接方法及锡焊机与流程

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种激光焊接方法及锡焊机。

背景技术：

在3c电子行业中，常常需要采用激光焊接工艺对相关元器件进行焊接。传统的焊接方法为：由激光器发射出一道激光熔化焊料，并通过气体将熔化的焊料喷射到焊接位置形成焊点，从而完成焊接。

然而，传统的焊接方法存在有如下问题：

1.目前的激光焊接工艺为一道激光焊接，容易造成由于激光能量密度高而使产品被击穿，破坏产品内外部结构；或者容易造成由于激光能量密度低，焊料落在产品上未熔开，导致产品导通不良；或者容易造成由于激光能量密度低，熔化后的焊料渗入焊接位置的量少，而影响产品外观。

2.激光能量参数可选的调节范围窄，参数的微调极易引起产品的外观或者功能不良。

3.增加现场维护人员的工作难度，出现产品批量不良时，需要现场维护人员根据投线产品的实际情况微调参数。

4.增加复制流水线的难度，由于可选参数范围窄，无法在其他流水线上通用，需要根据每台机器的情况调试并定义不同的标准。

5.目前的激光焊接工艺，在焊接时需要使用助焊剂来辅助焊接，而助焊剂的使用会对待焊接元器件造成污染。

技术实现要素：

基于以上所述，本发明的目的在于提供一种激光焊接方法及锡焊机，以解决现有激光焊接工艺中存在的上述问题。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种激光焊接方法，包括如下步骤：

s1：激光器发出第一激光熔化焊料；

s2：气体将熔化的所述焊料喷射到焊接位置，形成临时焊点；

s3：所述激光器发出第二激光，射到所述临时焊点，使落在待焊接件上的所述焊料熔化。

作为一种激光焊接方法的优选方案，所述步骤s1之前还包括：

s11：通过视觉撷取机构获取所述待焊接件的焊接位置信息；

s12：通过视觉引导系统使喷嘴移动至所述焊接位置。

作为一种激光焊接方法的优选方案，所述步骤s11之前还包括：

s100：通过载具将所述待焊接件移动至焊接工位上；

s200：通过定位机构将所述待焊接件的位置固定。

作为一种激光焊接方法的优选方案，所述待焊接件包括第一元件和第二元件，所述步骤s100之前还包括：

s101：在所述第一元件上设置粘接件；

s102：通过所述粘接件将所述第二元件粘贴在所述第一元件上。

作为一种激光焊接方法的优选方案，所述第一激光的能量密度小于所述第二激光的能量密度。

作为一种激光焊接方法的优选方案，所述第一激光的喷射时长小于所述第二激光的喷射时长。

作为一种激光焊接方法的优选方案，所述第二激光和所述第一激光发射的时间间隔为50ms～60ms。

作为一种激光焊接方法的优选方案，所述步骤s3中，所述第二激光的落点与所述待焊接件的侧边的距离为70±20μm。

本发明还提供一种锡焊机，使用以上任一方案所述的激光焊接方法进行焊接，所述锡焊机包括：

架体，

载台，设置于所述架体内，所述载台具有焊接工位；

喷嘴，设置于所述架体内，所述喷嘴对应所述焊接工位；

送料机构，与所述喷嘴连接，用于向所述喷嘴内提供焊料；

供气机构，与所述喷嘴连接，用于向所述喷嘴内输送气体；

激光器，设置于所述架体，所述激光器被配置为发出第一激光和第二激光，使所述焊料熔化；

控制器，分别与所述送料机构、所述供气机构和所述激光器电连接。

作为一种锡焊机的优选方案，所述锡焊机还包括：

载具，设置于所述架体内，被配置为将所述待焊接件移动至焊接工位上；

定位机构，设置于所述架体内，被配置为将所述待焊接件的位置固定；

视觉撷取机构，设置于所述架体，被配置为获取所述待焊接件的焊接位置信息；

视觉引导系统，设置于所述架体，被配置为使所述喷嘴移动至所述焊接位置。

本发明的有益效果为：

1.本发明的激光焊接工艺为两道激光焊接，将焊料落点和焊料熔化效果拆分成两段，第一段决定焊料的落点位置，第二段保证焊料的熔锡效果，从而避免调节参数时为了达到较好的熔化效果而导致焊料落点位置不稳定的问题。

2.本发明可选参数范围较广，微调参数不会直接引起产品的功能或者外观不良，降低产线维护人员的操作难度。

3.通过两道激光焊接，相对于现有的一道激光焊接，能够降低每道激光的能量密度；第二道激光位置与待焊接件焊盘的距离，能保证焊接时不会因为激光反射或者温度传导而导致产品烫伤及溢胶。

4.焊接参数统一，复制流水线的难度大幅度降低，产品焊接良率从95％提升到99.7％。

5.该焊接过程无需使用助焊剂，从而避免对元器件造成污染，同时也能保证焊接时焊料的投放位置精度良好。

6.两道激光焊接程序之间的间隔时间可使喷嘴有效冷却，从而延长了喷嘴的使用寿命。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的激光焊接方法的流程图；

图2是本发明实施例二提供的激光焊接方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的第一激光将焊料喷射到待焊接件的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的第二激光将待焊接件上的焊料熔化的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的待焊接件焊接完成的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的锡焊机的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的喷嘴的剖面结构示意图。

图中：

1-第一元件；11-第一焊盘；2-第二元件；21-第二焊盘；3-焊料；4-第二激光的落点；

100-架体；200-载台；300-喷嘴；400-送料机构；500-供气机构；600-激光器；700-载具；800-定位机构；900-视觉撷取机构；901-视觉引导系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

实施例一

图1是本实施例提供的激光焊接方法的流程图。图3是本实施例提供的第一激光将焊料3喷射到待焊接件的结构示意图；图4是本实施例提供的第二激光将待焊接件上的焊料3熔化的结构示意图；图5是本实施例提供的待焊接件焊接完成的结构示意图。图7是实施例提供的喷嘴300的剖面结构示意图。

参考图1、图3、图4、图5和图7，本实施例提供一种激光焊接方法，该方法包括如下步骤：

s1：激光器600发出第一激光熔化焊料3。

本实施例中，焊料3优选采用锡球。锡球由不含铅的以锡为主要成分的钎焊材料构成，本实施例的锡球的直径为0.35mm，而喷嘴300的内径为0.335mm，亦即锡球的直径大于喷嘴300的直径，从而在照射激光前可使锡球保持在喷嘴300内。待第一激光熔化焊料3后，由于锡球部分被熔化而移动至喷嘴300的开口处。

s2：气体将熔化的焊料3喷射到焊接位置，形成临时焊点。

具体而言，在步骤s1中先将焊料3放置在喷嘴300内，当焊料3位于喷嘴300的入口时，激光器600开始对焊料3加热，当焊料3被加热熔化后，焊料3会移动至喷嘴300的开口处，此时向熔化的焊料3喷射具有一定压力的气体，使焊料3离开喷嘴300从而使熔化的焊料3从喷嘴300的出口喷射到焊接位置。

本实施例中，激光器600可以为半导体激光器或红外线激光器；气体优选为氮气。步骤s1和步骤s2的主要目的是对焊料3的落点位置进行定位，因此第一激光的能量密度无需太大，照射时间也无需太长，只要能将焊料3熔化即可。本步骤中焊接参数的调节范围较宽，能够避免激光能量密度较高而导致产品被击穿或破坏产品内外部结构的问题。进一步地，本实施例通过将熔化的焊料3喷射在焊接位置，实现了对焊料3的精确定位，避免了因使用助焊剂而给待焊接件所带来的污染。

s3：激光器600发出第二激光，射到临时焊点，使落在待焊接件上的焊料3熔化。

本实施例中第二激光的作用是将焊料3充分熔化，以使焊接位置达到较好的熔锡效果，使待焊接件导通良好、外观美观。因此，本实施例第二激光的能量密度应大于第一激光的能量密度，而且第二激光的喷射时长也大于第一激光的喷射时长。此外，为保证焊料3定位准确，并防止烫伤产品，第二激光应晚于第一激光一定时间发射。优选地，本实施例中第二激光和第一激光发射的时间间隔为50ms～60ms。如此，喷嘴300可得到适当的冷却，因而可延长喷嘴300的使用寿命。详细而言，在传统工艺中所使用的喷嘴约为1万次，而本实施例使用的喷嘴300的寿命可以达到60万次。

进一步地，本实施例步骤s3中，第二激光的落点4与待焊接件的侧边(如图4所示的第二元件2的侧边)的距离d为70±20μm。如此，可避免激光烫伤待焊接件。

综上，本实施例通过两道激光焊接，相对于现有的一道激光焊接，能够降低每道激光的能量密度；第二道激光位置与待焊接件焊盘的距离可调范围大，能保证焊接时不会因为激光反射或者温度传导而导致产品烫伤及溢胶。而且本实施例将焊接过程分为两段工序，每一段工序的可选参数范围较广，微调参数不会直接引起产品的功能或者外观不良，降低了产线维护人员的操作难度。本实施例焊接参数统一，复制流水线的难度大幅度降低，产品焊接良率从95％提升到99.7％。另一方面，本实施例也可以有效提升喷嘴的使用寿命。

实施例二

图2是本实施例提供的激光焊接方法的流程图。参考图2-图5，本实施例的待焊接件包括第一元件1和第二元件2，本实施例的激光焊接方法用于对第一元件1和第二元件2进行焊接。该激光焊接方法包括如下步骤：

s101：在第一元件1上设置粘接件。

s102：通过粘接件将第二元件2粘贴在第一元件1上，并使第二元件2上的第二焊盘21与第一元件1上的第一焊盘11位置相对。

本实施例在焊接开始前，通过粘接件先将第一元件1和第二元件2固定连接，避免在焊接时，第一元件1相对于第二元件2发生位置移动，从而影响焊接效果。可选地，本实施例的第一元件1为支架，第二元件2为柔性电路板。进一步地，本实施例的粘接件可以为热硬化性粘接剂、uv硬化性粘接剂或导电性粘接剂等，本实施例优选采用压敏胶实现支架和柔性电路板的连接。

s100：通过载具700将待焊接件移动至焊接工位上；

本步骤中，待焊接件是指粘接在一起的第一元件1和第二元件2的组合体。

s200：通过定位机构800将待焊接件的位置固定。

本步骤中，定位机构800优选包括盖板，通过盖板的下压实现对待焊接件的夹紧定位。当然，在其它实施例中，也可以采用其它定位方式对待焊接件进行固定。

s11：通过视觉撷取机构900获取待焊接件的焊接位置信息；

本实施例中，通过例如ccd的视觉撷取机构900对待焊接件的焊接位置进行拍摄，以获取焊接位置的信息，便于后续调整喷嘴300位置。此处，焊接位置是指待焊接件上第一焊盘11和第二焊盘21所在的位置。

s12：通过视觉引导系统901使喷嘴300移动至焊接位置。

本实施例的锡焊机包括视觉引导系统901，通过视觉引导系统901实现喷嘴300的移动，其定位精确，工作效率高。

需要说明的是，本实施例可以通过焊锡机自动定位，将喷嘴300移动至待焊接件的焊接位置，也可以通过人工操作进行定位，使喷嘴300对准待焊接件的焊接位置。本实施例优选采用焊锡机对喷嘴300的位置自动定位，能够提高该焊接工艺的自动化程度和焊接效率。

s1：激光器600发出第一激光熔化焊料3。

该步骤s1与实施例一中的步骤s1相同，本实施例不再赘述。

s2：气体将熔化的焊料3喷射到焊接位置，形成临时焊点。

该步骤s2与实施例一中的步骤s2相同，本实施例不再赘述。

s3：激光器600发出第二激光，射到临时焊点，使落在待焊接件上的焊料3熔化。

该步骤s3与实施例一中的步骤s3相同，本实施例不再赘述。

进一步地，如图3-图5所示，为提高激光焊接的效果，本实施例的待焊接件优选包括三个焊接位置，即第一元件1上设有三个第一焊盘11，第二元件2上设有三个第二焊盘21，三个第一焊盘11与三个第二焊盘21的位置一一相对应设置。本实施例在焊接时，按照上述步骤s101～s3，依次对每个焊接位置进行焊接，以完成对整个待焊接件的焊接。

实施例三

图6是本发明实施例提供的锡焊机的结构示意图。如图6所示，本实施例提供一种锡焊机，该锡焊机包括架体100、载台200、喷嘴300、送料机构400、供气机构500、激光器600和控制器(图中未显示)，其中载台200设置于架体100内，载台200具有焊接工位；喷嘴300设置于架体100内，喷嘴300用于对应焊接工位；送料机构400与喷嘴300连接，用于向喷嘴300内提供焊料3；供气机构500与喷嘴300连接，用于向喷嘴300内输送气体；激光器600设置于架体100，激光器600被配置为发出第一激光和第二激光，使焊料3熔化；控制器分别与送料机构400、供气机构500和激光器600电连接，用于控制送料机构400、供气机构500和激光器600的工作。具体地，喷嘴300包括设有空腔的喷嘴本体，该空腔分别与供气口、送料口和喷射口连通，其中供气口与供气机构500连接，送料口与送料机构400连接。

进一步地，该锡焊机还包括载具700、定位机构800、视觉撷取机构900和视觉引导系统901，其中载具700设置于架体100内，能承载待焊接件并将待焊接件移动至焊接工位上；定位机构800设置于架体100内，用于将待焊接件固定在焊接工位上；视觉撷取机构900设置于架体100内，用于获取待焊接件的焊接位置信息，并将焊接位置信息反馈至控制器；视觉引导系统901设置于架体100内，控制器能控制视觉引导系统901工作，使喷嘴300沿设定路线移动至焊接位置。

进一步地，本实施例的锡焊机使用上述实施例一或实施例二中的激光焊接方法进行焊接。本实施例由于采用两道激光焊接，将焊料3落点和熔化效果拆分成两段，第一段决定焊料3的落点位置，第二段保证焊料3的熔化效果，从而避免调节参数时为了达到较好的熔化效果而导致焊料3落点位置不稳定的问题。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。