專利名稱：一種激光軟釬焊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于纖焊領(lǐng)域，具體地講，是涉及一種利用激光作為熱源、錫絲作為釬料的
激光軟釬焊方法。
背景技術(shù)：
隨著人類環(huán)保意識(shí)的日益增強(qiáng)，目前在世界范圍內(nèi)已開(kāi)始禁止使用含鉛釬料，這 給電子行業(yè)的傳統(tǒng)組裝工藝帶來(lái)了很多問(wèn)題和挑戰(zhàn)。激光送絲焊工藝包括有激光硬釬焊、 激光軟釬焊和激光填絲焊幾種。目前廣泛應(yīng)用的幾種無(wú)鉛釬料熔點(diǎn)比傳統(tǒng)的Sn-Pb釬料熔 點(diǎn)高出30°C 4(TC左右，為保證釬料具有良好的潤(rùn)濕性，一般要求釬焊峰值溫度高出釬料 熔點(diǎn)20°C 40°C，因而導(dǎo)致無(wú)鉛釬料的釬焊峰值溫度達(dá)到25(TC以上，極易使電子元器件 受到熱損傷。另外，若用手工焊，則由于錫量不易控制，焊點(diǎn)大小不均，并且由于焊接熱輸入 量大，焊接時(shí)間長(zhǎng)，所以表面出現(xiàn)熱氧化，沒(méi)有光澤。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于一種激光軟釬焊方法，其具有局部加熱、快速加
熱、快速冷卻等特點(diǎn)，可有效降低元件的熱損傷，極大地提高焊接合格率。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的 —種激光軟釬焊方法，其特征在于該方法包括以下步驟 (1)半導(dǎo)體激光以設(shè)定的能量輻射PCB焊盤，使其表面達(dá)到一定的預(yù)熱溫度；
(2)通過(guò)送絲機(jī)構(gòu)將錫絲以一定的送絲參數(shù)送到PCB焊盤表面；
(3)在激光輻射作用下，錫絲熔化，熔融的錫向待焊工件表面輔展?jié)櫇瘢?(4)錫絲回抽，脫離焊盤； (5)半導(dǎo)體激光繼續(xù)輻射，使錫絲在焊盤表面充分輔展；
(6)關(guān)閉激光，錫自然冷卻，開(kāi)成錫焊點(diǎn)。 上述步驟是通過(guò)焊接機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊，該焊接機(jī)包括有工作平臺(tái)、控制機(jī)構(gòu)、進(jìn)絲機(jī) 構(gòu)及激光器，所述的進(jìn)絲機(jī)構(gòu)能在控制機(jī)構(gòu)的控制下進(jìn)行送絲；所述的控制機(jī)構(gòu)能控制所 述的激光器發(fā)光，所述的激光器所發(fā)出來(lái)的激光作為所述點(diǎn)焊機(jī)的熱源，所述的工作平臺(tái) 上放置有需焊接的工件。 在步驟(1)中，所述半導(dǎo)體激光能量隨焊盤銅箔厚度及面積的增大而增大。
在步驟(2)中，所述的送絲參數(shù)包括送絲量、送絲速度、抽絲量、抽絲速度、中斷時(shí) 間。 在步驟(3)中，要保證錫絲端部到達(dá)焊盤表面時(shí)被迅速熔化而不與被焊工件產(chǎn)生
碰撞，這取決于錫絲的直徑、送絲速度和激光功率的大小。 在步驟(4)中，錫絲回抽速度要快，以防止出現(xiàn)拉尖的現(xiàn)象。 在步驟(5)中，要保證熔融的錫能夠在焊盤表面實(shí)現(xiàn)輔展，應(yīng)確保焊盤有足夠的 預(yù)熱溫度。
在步驟(6)中，要對(duì)激光的能量，即激光功率及激光波形進(jìn)行精確控制，激光功率 過(guò)大或加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致錫中包含的助焊劑過(guò)度揮發(fā)而產(chǎn)生氧化。 激光能量調(diào)節(jié)有兩部分。 一部分是激光峰值功率的調(diào)節(jié)；另一部分是激光波形的 調(diào)節(jié)。激光器的功率取決于錫絲直徑和送絲速度，激光器的功率的設(shè)置要保證錫絲能夠在 焊盤處熔化并鋪展。激光波形則包含預(yù)熱區(qū)、焊接區(qū)和冷卻區(qū)。預(yù)熱是為了使工件升溫， 達(dá)到錫的浸潤(rùn)溫度，當(dāng)工件預(yù)熱完成后，錫絲端部到達(dá)焊盤處開(kāi)始焊接，焊接完成后錫絲抽 回，激光繼續(xù)對(duì)焊盤加熱，以保證熔融的錫在焊盤上充分潤(rùn)濕。激光能量的大小從根本上 取決于焊盤面積的大小，焊盤面積越大需要的功率越大，在實(shí)際調(diào)試時(shí)，激光能量要與送絲 量、送絲速度等參數(shù)協(xié)同調(diào)節(jié)。 使用時(shí)，本發(fā)明利用激光作為焊接熱源，錫絲作為釬料，錫絲由送絲機(jī)進(jìn)行輸送， 通過(guò)對(duì)激光對(duì)錫絲及PCB焊盤的輻射作用，實(shí)現(xiàn)激光送絲錫焊。由于通過(guò)本方法進(jìn)行釬焊 具有局部加熱、快速加熱、快速冷卻等特點(diǎn)，可有效降低元件的熱損傷，極大地提高焊接合 格率。 另外由于激光錫焊屬非觸式加熱、焊接能量可精確控制、加熱集中、定位精準(zhǔn)。因 此對(duì)于散熱很快、元件密集要求定位精度高的焊盤及由于結(jié)構(gòu)特殊手工難以施焊的產(chǎn)品， 該焊接方法具有很大優(yōu)勢(shì)。


圖1是本發(fā)明所用的送絲機(jī)構(gòu)外觀示意圖； 圖2是本發(fā)明所用的送絲機(jī)構(gòu)的剖視圖； 圖3是本發(fā)明所用的激光錫焊機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明激光波形示意圖； 圖5是本發(fā)明焊接流程圖； 圖6為激光能量參數(shù)表。
具體實(shí)施例方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。 如圖1 、2所示，本發(fā)明采用了一種送絲機(jī)構(gòu)1 ，其包括殼體11 、進(jìn)絲嘴12、送絲裝置 13及出絲嘴14。 使用時(shí)，通過(guò)單片機(jī)控制電機(jī)131轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制齒輪1321、1322轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)對(duì)電 機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度及轉(zhuǎn)動(dòng)角度的調(diào)節(jié)，可對(duì)錫絲的送絲速度、送絲量、中斷時(shí)間、抽絲速度、抽絲量 等參數(shù)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)錫焊所需的錫絲的整套送絲及抽絲動(dòng)作；而錫絲通過(guò)進(jìn)絲嘴2后直 接進(jìn)入到兩個(gè)齒輪1321、1322的中間，齒輪1321、1322將錫絲壓成齒輪狀向前輸送，通過(guò)這 種方式，一方向可精確控制送絲精度，另一方面，錫絲熔化時(shí)，其中心的且焊劑容易從壓痕 處流出，更有助于熔融錫料向母材的鋪展，提高焊接合格率。 參考圖3所示，提供了一種采用激光錫焊方法進(jìn)行焊接的焊接裝置的結(jié)構(gòu)，為了 便于說(shuō)明，僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分，詳述如下
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該焊接裝置包括有圖1、2所示的送絲機(jī)構(gòu)l，還包括有工作平臺(tái)和半導(dǎo)體激光器 其中 錫絲通過(guò)送絲機(jī)構(gòu)1進(jìn)行傳輸；錫絲從出絲嘴14出來(lái)后，通過(guò)送絲軟管15送達(dá) PCB焊盤3。 PCB焊盤3設(shè)置在工作平臺(tái)上。 激光器4有現(xiàn)有技術(shù)，其為半導(dǎo)體連續(xù)激光焊接機(jī)，激光功率最大可以達(dá)到120W， 該激光器4可設(shè)置六段波形，通過(guò)對(duì)每段波形的精細(xì)調(diào)整，能夠更精確地控制激光在釬料 融化焊接階段的能量輸出。配合圖3所示，其包括有帶CCD準(zhǔn)直聚直聚焦頭41及激光束 42。 本發(fā)明公開(kāi)了一種激光軟釬焊方法，在進(jìn)行軟釬焊之前，首先要完成以下工作
1、選擇試驗(yàn)材料 在本實(shí)施例中，本發(fā)明所選材料為插件式雙面PCB板，該板焊盤尺寸較大且導(dǎo)熱
很快，可充分體現(xiàn)激光錫焊能量集中預(yù)熱速度快的優(yōu)勢(shì)。
2、選擇錫絲直徑及成份 錫絲成份考慮到環(huán)保要求，選用了成份為SnCu無(wú)鉛錫絲； 錫絲直徑錫絲直徑的選擇主要取決于預(yù)上錫焊盤面積的大小，一般焊盤越大，所 需要的錫絲直徑就越大，本發(fā)明所選焊盤面積較大，約為7mm2，所以選擇較粗的4 0. 8錫 絲； 3、選擇焊接機(jī) 激光波長(zhǎng)越短，越容易被釬料吸收，因此選用波長(zhǎng)為980nm的半導(dǎo)體連續(xù)激光焊 接機(jī)。激光功率最大可達(dá)120W，該激光器4可設(shè)置六段波形，通過(guò)對(duì)每段波形的精細(xì)調(diào)整， 能夠更精確地控制激光在釬料融化焊接階段的能量輸出。 然后，開(kāi)始進(jìn)行本激光軟釬焊，配合圖3、5所示， 一種激光軟釬焊方法，其包括以 下步驟 步驟(1)半導(dǎo)體激光以設(shè)定的能量輻射PCB焊盤，使其表面達(dá)到一定的預(yù)熱溫度。
激光能量調(diào)節(jié)有兩部分。 一部分是激光峰值功率的調(diào)節(jié)；另一部分是激光波形的 調(diào)節(jié)。如圖4及圖6所示，激光器4的功率取決于錫絲直徑和送絲速度，激光器4的功率的 設(shè)置要保證錫絲能夠在焊盤處熔化并鋪展。激光波形則包含預(yù)熱區(qū)、焊接區(qū)和冷卻區(qū)。預(yù) 熱是為了使工件升溫，達(dá)到錫的浸潤(rùn)溫度，當(dāng)工件預(yù)熱完成后，錫絲端部到達(dá)焊盤處開(kāi)始焊 接，焊接完成后錫絲抽回，激光繼續(xù)對(duì)焊盤加熱，以保證熔融的錫在焊盤上充分潤(rùn)濕。激光 能量的大小從根本上取決于焊盤面積的大小，焊盤面積越大需要的功率越大，在實(shí)際調(diào)試 時(shí)，激光能量要與送絲量、送絲速度等參數(shù)協(xié)同調(diào)節(jié)。 步驟(2):通過(guò)送絲機(jī)構(gòu)將錫絲以一定的送絲參數(shù)送到PCB焊盤表面；
送絲參數(shù)包括送絲量、送絲速度、中斷時(shí)間，以下對(duì)各參數(shù)功能進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
1)送絲量送絲量的大小取決于PCB上的焊盤面積，焊盤面積越大，需要的送絲量 也越大。 2)送絲速度取決于單點(diǎn)焊接時(shí)間及所采用的焊接能量，激光能量增加時(shí)，送絲 速度要相應(yīng)增大，焊接時(shí)間增加時(shí)，送絲速度相應(yīng)減少。 3)中斷時(shí)間這里的中斷時(shí)間是指送絲與抽絲動(dòng)作的間隔時(shí)間，因?yàn)殄a絲在焊盤 處熔化鋪展需要一定的時(shí)間，所以錫絲送達(dá)焊盤后不能馬上抽回，需要停頓一下等錫絲在焊盤上鋪展后方能抽回，如果不停頓馬上抽回，錫絲可能會(huì)將未鋪展的熔融的錫球帶回而 不能完成焊接。 作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，送絲量為5.5mm，送絲速度為6mm/s，中斷時(shí)間高為 0. ls。
步驟(3)在激光輻射作用下，錫絲熔化，熔融的錫向待焊工件表面輔展?jié)櫇瘢?
步驟(4)錫絲回抽，脫離焊盤； 抽絲參數(shù)包括抽絲量、抽絲速度，以下對(duì)各參數(shù)功能進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
1)抽絲量抽絲的作用有兩個(gè)。 一是防止焊點(diǎn)凝固后錫絲與焊點(diǎn)沾連；二是保證
焊后錫絲端部回到焊前位置位置，以保證連續(xù)自動(dòng)焊接時(shí)每次錫絲的送絲量一致。
2)抽絲速度一般抽絲速度盡量快些，必須保證焊點(diǎn)凝固前將錫絲抽回，以防止
拉尖缺陷產(chǎn)生。 作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，抽絲量為3. 5mm，抽絲速度為15mm/s。
步驟(5)半導(dǎo)體激光繼續(xù)輻射，使錫絲在焊盤表面充分輔展； 錫絲熔化會(huì)吸收熱量，所以在此階段需增加激光能量，以維持錫絲持續(xù)熔化并向 焊盤輔展所需能量，激光波形為如圖4所示的焊接部分。
步驟(6)關(guān)閉激光，錫自然冷卻，開(kāi)成焊點(diǎn)。 通過(guò)上述參數(shù)經(jīng)調(diào)試確定后，通過(guò)圖5所示的焊接流程，即可完成單點(diǎn)焊接。 實(shí)施后，采用激光錫焊，由于送絲量可精確控制，焊點(diǎn)成型一致，又可避免釬料的
浪費(fèi)，而且由于激光加熱、冷卻時(shí)間很快，焊點(diǎn)光亮，無(wú)氧化痕跡，而且由于熱影響小，結(jié)晶
后的晶粒比傳統(tǒng)烙鐵焊后晶粒更加細(xì)小，所以焊點(diǎn)強(qiáng)度優(yōu)于傳統(tǒng)的烙鐵錫焊。 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精
神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種激光軟釬焊方法，其特征在于該方法包括以下步驟步驟(1)半導(dǎo)體激光以設(shè)定的能量輻射PCB焊盤，使其表面達(dá)到一定的預(yù)熱溫度；步驟(2)通過(guò)送絲機(jī)構(gòu)將錫絲以一定的送絲參數(shù)送到PCB焊盤表面；步驟(3)在激光輻射作用下，錫絲熔化，熔融的錫向待焊工件表面輔展?jié)櫇?；步驟(4)錫絲回抽，脫離焊盤；步驟(5)半導(dǎo)體激光繼續(xù)輻射，使錫絲在焊盤表面充分輔展；步驟(6)關(guān)閉激光，錫自然冷卻，形成焊點(diǎn)。上述步驟是通過(guò)焊接機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊，該焊接機(jī)包括有工作平臺(tái)、控制機(jī)構(gòu)、進(jìn)絲機(jī)構(gòu)及激光器，所述的進(jìn)絲機(jī)構(gòu)能在控制機(jī)構(gòu)的控制下進(jìn)行送絲；所述的控制機(jī)構(gòu)能控制所述的激光器發(fā)光，所述的激光器所發(fā)出來(lái)的激光作為所述點(diǎn)焊機(jī)的熱源，所述的工作平臺(tái)上放置有需焊接的工件。
2. 如權(quán)利要求l所述的激光軟釬焊方法，其特征在于在步驟(2)中，所述的送絲參數(shù)包括送絲量、送絲速度、抽絲量、抽絲速度、中斷時(shí)間。
3. 如權(quán)利要求2所述的激光軟釬焊方法，其特征在于所述的中斷時(shí)間是指送絲與抽絲動(dòng)作的間隔時(shí)間。
4. 如權(quán)利要求l所述的激光軟釬焊方法，其特征在于在步驟(1)中，所述的激光能量的調(diào)節(jié)包括兩部分， 一部分是激光峰值功率的調(diào)節(jié)，另一部分是激光波形的調(diào)節(jié)。
5. 如權(quán)利要求4所述的激光軟釬焊方法，其特征在于；所述的激光波形包括預(yù)熱區(qū)、焊接區(qū)和冷卻區(qū)。
6. 如權(quán)利要求1 5任一所述的激光軟釬焊方法，其特征在于所設(shè)置的焊接流程包括以下步驟31) 移動(dòng)工件到焊接位置；32) 通過(guò)控制機(jī)構(gòu)觸發(fā)激光器發(fā)光；33) 設(shè)置延時(shí);34) 通過(guò)控制機(jī)構(gòu)觸發(fā)所述的送絲機(jī)構(gòu)送絲及抽絲；35) 關(guān)閉激光。
7. 如權(quán)利要求6所述的激光軟釬焊方法，其特征在于所述的步驟33)中，設(shè)置延時(shí)為0. 15S。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種激光軟釬焊方法，包括以下步驟(1)半導(dǎo)體激光以設(shè)定的能量輻射PCB焊盤，使其表面達(dá)到一定的預(yù)熱溫度；(2)通過(guò)送絲機(jī)構(gòu)將錫絲以一定的送絲參數(shù)送到PCB焊盤表面；(3)在激光輻射作用下，錫絲熔化，熔融的錫向PCB焊盤表面輔展?jié)櫇瘢?4)錫絲回抽，脫離焊盤；(5)半導(dǎo)體激光繼續(xù)輻射，使錫絲在焊盤表面充分輔展；(6)關(guān)閉激光，錫自然冷卻，開(kāi)成焊點(diǎn)。使用時(shí)，本發(fā)明利用激光作為焊接熱源，錫絲作為釬料，錫絲由送絲機(jī)進(jìn)行輸送，通過(guò)激光對(duì)錫絲及PCB焊盤的輻射作用，實(shí)現(xiàn)錫焊連接。由于通過(guò)本方法進(jìn)行釬焊具有局部加熱、快速加熱、快速冷卻等特點(diǎn)，可有效降低元件的熱損傷，極大地提高焊接合格率。
文檔編號(hào)B23K26/00GK101745711SQ200910189069
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者冷孝宇, 劉維波, 張勇, 王楊, 高云峰 申請(qǐng)人:深圳市大族激光科技股份有限公司