[发明专利]一种锡球焊接的自动化出锡装置及方法

说明书

本发明涉及激光加工技术领域，特别是一种锡球焊接的自动化出锡装置及方法。包括激光光源B、聚焦镜片B、喷嘴、锡球传输器和电控三维调节台，所述激光光源B用于发射融化锡球的激光，所述聚焦镜片B用于将激光光源B发射的激光聚焦至喷嘴中心，所述电控三维调节台用于控制聚焦镜片B三向移动，所述锡球传输器用于传输锡球至喷嘴，其特征在于，还包括气压传感器：用于检测喷嘴内部的气压；激光能量计：用于测量激光通过喷嘴后所剩余的能量；电控比例阀：用于为喷嘴提供可控气体压力。通过检测喷嘴内的气压可以有效区分出工作状态从而确定喷嘴内有球还是无球；是否有焊渣残留。

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，特别是一种锡球焊接的自动化出锡装置及方法。

背景技术

激光锡球焊接方法已经在多年前开始广泛应用与磁头焊接、摄像头焊接、连接器焊接等微电子应用。锡球传输装置是焊接设备中的核心器件它一般由如下装置组成(专利公开号CN202114398U)如附图1和附图2就是一种转盘式的单锡球传输装置它主要由主轴101、窗口保护片102、上盖体103、下盖体104、碟片105、喷嘴106、油封107、密封圈108组成。上盖提103和下盖体104的接触面通过研磨配合可以做到较好的气密性，窗口片103与上盖体103之间通常加装有密封圈108进行密封；喷嘴106与下盖体104之间一般加装有膨胀环密封因此在以上装置的共同作用下可以认为上盖提103和下盖体104之间的空腔是一个密闭的空腔，喷嘴106内部气压与上盖体103、下盖体104之间的空腔气压相等。

激光束130通过窗口片102在聚焦装置131的作用下通过喷嘴106后照射到锡球132上，由于喷嘴内径孔最大仅有0.8mm因此对于激光照射的角度、位置、高低特别敏感稍微的位置偏差都有可能使激光照射在喷嘴内壁中而不是照射在锡球上(如附图3)。同时锡球传输器的整个材料为非透明无法从外部观察激光的调节位置；焊接激光常选用红外激光束肉眼不可见、红色指示激光通过聚焦系统后由于色差的问题焦点也与实际的工作激光焦点有偏差，这些综合因素都造成了人工调节激光束的位置困难也缺乏定量的评判标准，多依靠人工经验调节无法形成自动化控制。

在实际焊接过程中焊接激光需要精确照射到锡球中心，激光焦点也需要稍微离焦使部分激光能量照射到喷嘴上，避免喷嘴温度过低时锡球再次附着的概率。喷嘴106在使用过程中难免会出现有锡渣残留或激光束位置发生偏离(附图4所示)当出现此问题时锡球132将不能正确喷射或喷射角度发生变化，为解决该问题一般都需要人工停机检查喷嘴和清理，极大的影响了工作效率同时这些步骤无法形成自动化控制。

为解决上述问题传统的方法是这样的：在喷嘴106下增加一个摄像机，调节摄像机镜头与喷嘴之间的距离可以清晰的观察到激光传输光纤的端面和喷嘴内孔。通过这种方法人工将光纤中心对齐到喷嘴中心从而保证了激光焦点正好照射在锡球中心；当喷嘴出现锡渣残留时依旧使用该摄像机进行观察发现问题并人工清除。传统方法存在以下不足：只能用于多模光纤传输的激光器如灯泵浦激光器、半导体激光器；对于光纤激光器、固体泵浦激光器或单模激光器作为焊接光源时无能为力。因为单模光纤芯径仅10um而喷嘴内孔约为0.8mm两者相差接近80倍用同一个倍率的摄像机镜头无法同时兼顾两者的清晰成像，固体激光器可能就没有使用光纤进行传输更是无法观察到光纤中心。为提高生产良品率减少锡球熔化后在喷出过程中与封嘴重复发生粘连现象，需要将一部分激光能量照射到喷嘴上提高喷嘴温度，使用传统方法无法定量评判多少能量被喷嘴吸收。当喷嘴内出现锡渣残留时由于激光焦点的位置原因造成仅有少部分能量被喷嘴吸收，直接利用该激光照射熔化残留锡渣非常困难，同时也无法自动进行该操作必须依赖人工。传统方法已经不适应全自动化生产或无人工厂的需要。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种能自动将激光焦点调节到喷嘴中心，判断锡球是否正常发射以及实现锡渣自动清理的锡球焊接的自动化出锡装置及方法。