CN110280862A - 一种器件管脚的焊接系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光通讯领域，具体涉及一种器件管脚的焊接系统及其方法。所述焊接系统包括激光发射装置，用于产生激光；温度检测模块，用于检测每一所述管脚所在区域的温度；透镜模组，所述透镜模组设有多个且分别与一管脚对应的透镜结构；主控模块，分别与激光发射装置和温度检测模块连接，设置有所述管脚所在区域的温度预设值；其中，所述主控模块获取温度检测模块检测的温度数据，将其与温度预设值进行比较，并根据比较结果，控制调整激光发射装置的激光能量，激光经透镜模组照射至每一所述管脚所对应的焊盘进行焊接。本发明能实现具有小间距管脚的器件的精准对位，快速焊接，温度可控，保证器件焊接质量，且占用空间小，可量产，提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及光通讯领域，具体涉及一种器件管脚的焊接系统及其方法。
背景技术
目前光电子行业里的蝶形器件都有排状引/管脚，这些排状引/管脚需要和PCB板表面对应金属焊盘通过钎焊焊接，形成稳定牢固的电气连接。
随着通信速率的飞速提升，同样物理空间内需要承载和传输的信号带宽越来越大，光器件的小型化和低功耗化已经成为业界必然趋势，而且要求越来越苛刻，小型化发展同时在不断地挑战传统的焊接工艺。器件小型化后，引脚越来越细，间距越来越小，和相邻的器件和电子元件也越来越近，需要在不影响相邻电子元件器件，而且器件主体不承受高温的前提下，实现引脚的可靠焊接。
现有中，采用HOTBAR(热压焊接)工艺和手工焊接方法对排状引/管脚进行焊接。采用传统的HOTBAR工艺在对排状引/管脚进行焊接时，需要将焊接器件整体加热；而手工焊接方法由于烙铁头物理尺寸的限制必需要一定的操作空间。
上述两种方法都存在管脚间距工艺极限，无法解决小于间距极限的情况，对小间距管脚焊接的焊接质量差，无法量产，生产效率低，且容易因温度过高损坏器件。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种器件管脚的焊接系统及其方法，克服现有焊接小间距器件管脚焊接质量差，无法量产，生产效率低，且容易因温度过高损坏器件的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种器件管脚的焊接系统，器件包括排状设置的多个管脚，所述焊接系统包括：
激光发射装置，用于产生激光；
温度检测模块，用于检测每一所述管脚所在区域的温度；
透镜模组，所述透镜模组设有多个且分别与一管脚对应的透镜结构；
主控模块，分别与激光发射装置和温度检测模块连接，设置有所述管脚所在区域的温度预设值；
其中，所述主控模块获取温度检测模块检测的温度数据，将其与温度预设值进行比较，并根据比较结果，控制调整激光发射装置的激光能量，激光经透镜模组照射至每一所述管脚所对应的焊盘进行焊接。
本发明的更进一步优选方案是：所述温度检测模块包括多个且分别与一管脚对应设置，获取对应管脚所在区域温度的红外测温单元。
本发明的更进一步优选方案是：所述焊接系统还包括用于提供气体冷却器件的供气装置。
本发明的更进一步优选方案是：所述焊接系统还包括用于抽取气体的抽气装置，所述抽气装置和供气装置一体化设置。
本发明的更进一步优选方案是：所述焊接系统还包括分别与主控模块和透镜模组连接的红外发射装置，所述主控模块控制红外发射装置产生红外光经透镜模组照射至每一所述管脚以观察光斑大小位置来确定焊接位置。
本发明的更进一步优选方案是：所述焊接系统还包括与主控模块连接用于拍摄捕获管脚所在区域图像的CCD装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种器件管脚的焊接方法，器件包括排状设置的多个管脚，所述焊接方法应用于上述所述的焊接系统对器件管脚进行焊接，所述焊接方法包括步骤：
对器件每一所述管脚对应的焊盘进行预上锡操作；
检测获取每一所述管脚所在区域的温度；
将获取的温度数据与预设的温度预设值进行比较；
根据比较结果调整激光能量；
激光照射至每一所述管脚对应的焊盘，将焊盘上的焊锡熔融，完成管脚的焊接。
本发明的更进一步优选方案是：所述焊接方法还包括步骤：
在预上锡操作前，根据器件的属性预设随时间变化的焊接温度曲线。
本发明的更进一步优选方案是：所述焊接方法还包括步骤：
在完成管脚的焊接后，提供氮气对器件进行冷却。
本发明的更进一步优选方案是：所述焊接方法还包括步骤：在焊锡熔融过程中提供微流量的氮气。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，通过设置激光发射装置，温度检测模块，与激光发射装置连接的透镜模组，以及分别与激光发射装置和温度检测模块连接的主控模块，主控模块获取温度检测模块检测的每一所述管脚所在区域的温度数据，将其与管脚所在区域的温度预设值进行比较，并根据比较结果，控制调整激光发射装置的激光能量，激光经透镜模组中对应每一管脚的透镜结构照射至对应的焊盘上，完成管脚与焊盘的焊接，应用本发明的焊接系统和焊接方法能实现具有小间距管脚的器件的精准对位，快速焊接，保证器件的焊接质量，且占用空间小，可实现量产，极大提高生产效率，以及利用PID温度反馈，实现焊接温度的可控。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明的器件管脚的焊接系统的结构示意图；
图2是本发明的器件管脚的焊接方法的流程框图；
图3是本发明的器件管脚的焊接方法的具体流程框图。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
如图1所示，本发明提供一种器件管脚的焊接系统的优选实施例。
器件A包括排状设置的多个管脚a。所述焊接系统包括：
激光发射装置10，用于产生激光；
温度检测模块20，用于检测每一所述管脚所在区域的温度；
透镜模组30，所述透镜模组30设有多个且分别与一管脚a对应的透镜结构31；
主控模块40，分别与激光发射装置10和温度检测模块20连接，设置有所述管脚所在区域的温度预设值；
其中，所述主控模块40获取温度检测模块20检测的温度数据，将其与温度预设值进行比较，并根据比较结果，控制调整激光发射装置10的激光能量，激光经透镜模组30照射至每一所述管脚a所对应的焊盘B进行焊接。
通过设置激光发射装置10，温度检测模块20，透镜模组30，以及分别与激光发射装置10和温度检测模块20连接的主控模块40，主控模块40获取温度检测模块20检测的每一所述管脚所在区域的温度数据，将其与温度预设值进行比较，并根据比较结果，控制调整激光发射装置10的激光能量，激光经透镜模组30中对应每一管脚a的透镜结构31照射至对应的焊盘B上，完成管脚a与焊盘B的焊接，透镜模组30的每一透镜结构31对应一管脚a，应用本发明的焊接装置能实现具有小间距管脚a的器件A的精准对位，快速焊接，保证器件A的焊接质量，且占用空间小，可实现量产，极大提高生产效率，以及利用PID温度反馈，实现焊接温度的可控。
其中，管脚所在区域的温度是激光照射于管脚a上，激光光斑打在管脚a上，光斑周围区域的温度。
其中，多个透镜结构31并排设置且相互连接，形成透镜模组30，对激光发射装置10发射的激光光束进行整形，且通过透镜模组30对光斑的大小进行调整，每一个透镜结构31对应器件A的一个管脚a,激光发射装置10产生的激光经透镜模组30对应照射至每一个管脚a，激光能量光斑均匀，定位精准，对对应的管脚a进行快速焊接，管脚a上锡一致性好，上锡量均匀。
其中，透镜结构31可以是由单个透镜，或者由两个或两个以上透镜组成。
本实施例中，所述温度检测模块20包括多个且分别与一管脚a对应设置，获取对应管脚所在区域温度的红外测温单元。
通过每一管脚a对应设置一红外测温单元，检测对应管脚所在区域的温度，对管脚a周围温度进行监控、反馈，将检测获取的温度数据传输至主控模块40，主控模块40判断获取的温度数据是否超过温度预设值，在超过温度预设值时，调整激光能量，降低激光加工功率，或者停止激光发射装置10产生激光，从而降低管脚所在区域的温度，形成闭环反馈控制，避免温度过高损坏管脚a，保护器件A，且不影响相邻的器件。
进一步地，所述焊接系统还包括用于提供气体冷却器件A的供气装置50。具体地，激光照射在管脚a和对应的焊盘B，使焊盘B上焊锡熔融，完成管脚a焊接后，供气装置50提供大量的氮气，使器件A得到迅速的冷却。以及，在进行激光焊接过程中，供气装置50可提供微流量的氮气，防止焊锡被氧化，使焊锡外表光亮，进一步提高焊接质量。
进一步地，所述焊接系统还包括用于抽取气体的抽气装置60，所述抽气装置60和供气装置50一体化设置。设置抽气装置60，可抽取焊接过程中产生的有毒有害气体，提高生产环境的质量。供气装置50和抽气装置60一体化设置，使用一个装置便可完成抽气和供气功能，节省整体焊接系统的占用空间。
进一步地，所述焊接系统还包括分别与主控模块40和透镜模组30连接的红外发射装置70，所述主控模块40控制红外发射装置70产生红外光经透镜模组30照射至每一所述管脚a以观察光斑大小位置来确定焊接位置。焊接前，操作人员可通过主控模块40控制红外发射装置70发射红外光，红外光为可见光，可通过发射的红外光观察调试光斑的大小，使其适应所需要焊接管脚a的大小。
进一步地，所述焊接系统还包括与主控模块40连接用于拍摄捕获管脚所在区域图像的CCD装置80。主控模块40控制CCD装置80工作拍摄捕获管脚所在区域图像，对器件管脚的焊接进行实时监控。以及，焊接前，监控调试时激光焦点是否能聚焦与所需要焊接的管脚a。
本实施例中，所述焊接系统还可包括移动平台90，器件A和具有焊盘B的PCB板放置于移动平台90上，在光斑大小调试和位置调整过程中，可通过移动平台90带动器件A和PCB板在X，Y，Z方向上移动，使器件A处于合适的焊接位置，操作方便。
本发明的焊接装置采用激光阵列焊接，结合工装自动化设计和工艺参数试验结果，和SMT(表面贴装技术)相比，可以有效的保护器件A主体不用承受太高温度，和手工焊接相比，能够克服狭小操作空间限制；管脚a焊接一致性好，上锡量均匀，易于实现自动化，可大批量生产，极大提高生产效率。
以及，本发明通过激光发射装置10提供激光光源、透镜模组30调整光斑大小，移动平台90辅助器件A的定位，抽气装置60，供气装置50冷却器件A等的协同作业，实现器件管脚在预定位置上的焊接，快速达到设定温度将预制焊盘B上的锡层熔化填充到管脚a和管脚a对应焊盘B之间及周围，形成包裹或半包裹的牢固焊点，然后快速冷却完成焊接，保护焊接的器件A以及相邻的电子元件。
如图2和图3所示，本发明还提供一种器件管脚的焊接方法的优选实施例。
器件A包括排状设置的多个管脚a。所述焊接方法应用于上述所述的焊接系统对器件管脚进行焊接，所述焊接方法包括步骤：
S20、对器件A每一所述管脚a对应的焊盘B进行预上锡操作；
S30、检测获取每一所述管脚所在区域的温度；
S40、将获取的温度数据与预设的温度预设值进行比较；
S50、根据比较结果调整激光能量；
S60、激光照射至每一所述管脚a对应的焊盘B，将焊盘B上的焊锡熔融，完成管脚a的焊接。
通过对应获取器件A每一所述管脚所在区域的温度，根据获取的温度数据与其预设温度值的比较结果调整激光能量，将每一所述管脚a对应焊盘B上的焊锡熔融，完成管脚a的焊接，实现具有小间距管脚a的器件A的精准对位，快速焊接，温度可控，保证器件A的焊接质量，且占用空间小，可实现量产，极大提高生产效率。
其中，上述的预上锡操作可以是通过镀锡的方式，或者是通过在线点锡膏的方式进行预上锡。
进一步地，在步骤S20之前，所述焊接方法还包括步骤：
S10、在预上锡操作前，根据器件A的属性预设随时间变化的焊接温度曲线。
其中，器件A的属性是指器件A的类型，器件A的材质，器件A后续的加工工艺需求等，这些都会影响器件A所需的焊接温度。根据器件A的属性来预设其焊接温度曲线，在某个时间段内，调整激光能量进行加工使管脚所在区域的温度处于某一范围内，对管脚a的焊接温度进行控制，避免温度过高损坏器件A，提高小间距管脚a焊接的焊接质量。以及，焊接温度曲线中随时间变化的温度值对应于上述所述的温度预设值。
进一步地，在步骤S60之后，所述焊接方法还包括步骤：
S70、在完成管脚a的焊接后，提供氮气对器件A进行冷却。
具体地，通过提供大流量的氮气，在管脚a焊接后将器件A迅速冷却下来，对器件A起保护作用，且不影响相邻电子元件。
本实施例中，在步骤S60中，所述焊接方法还包括步骤：
在焊锡熔融过程中提供微流量的氮气。
激光照射至焊盘B上，将焊盘B上的焊锡熔融，通过提供微流量的氮气，防止焊锡氧化，使焊锡外表光亮。
应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而所有这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种器件管脚的焊接系统，器件包括排状设置的多个管脚，其特征在于，所述焊接系统包括：
激光发射装置，用于产生激光；
温度检测模块，用于检测每一所述管脚所在区域的温度；
透镜模组，所述透镜模组设有多个且分别与一管脚对应的透镜结构；
主控模块，分别与激光发射装置和温度检测模块连接，设置有所述管脚所在区域的温度预设值；
其中，所述主控模块获取温度检测模块检测的温度数据，将其与温度预设值进行比较，并根据比较结果，控制调整激光发射装置的激光能量，激光经透镜模组照射至每一所述管脚所对应的焊盘进行焊接。
2.根据权利要求1所述的焊接系统，其特征在于，所述温度检测模块包括多个且分别与一管脚对应设置，获取对应管脚所在区域温度的红外测温单元。
3.根据权利要求1所述的焊接系统，其特征在于，所述焊接系统还包括用于提供气体冷却器件的供气装置。
4.根据权利要求3所述的焊接系统，其特征在于，所述焊接系统还包括用于抽取气体的抽气装置，所述抽气装置和供气装置一体化设置。
5.根据权利要求1所述的焊接系统，其特征在于，所述焊接系统还包括分别与主控模块和透镜模组连接的红外发射装置，所述主控模块控制红外发射装置产生红外光经透镜模组照射至每一所述管脚以观察光斑大小位置来确定焊接位置。
6.根据权利要求1所述的焊接系统，其特征在于，所述焊接系统还包括与主控模块连接用于拍摄捕获管脚所在区域图像的CCD装置。
7.一种器件管脚的焊接方法，器件包括排状设置的多个管脚，其特征在于，所述焊接方法应用于权利要求1-6任一所述的焊接系统对器件管脚进行焊接，所述焊接方法包括步骤：
对器件每一所述管脚对应的焊盘进行预上锡操作；
检测获取每一所述管脚所在区域的温度；
将获取的温度数据与预设的温度预设值进行比较；
根据比较结果调整激光能量；
激光照射至每一所述管脚对应的焊盘，将焊盘上的焊锡熔融，完成管脚的焊接。
8.根据权利要求7所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接方法还包括步骤：在预上锡操作前，根据器件的属性预设随时间变化的焊接温度曲线。
9.根据权利要求7所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接方法还包括步骤：在完成管脚的焊接后，提供氮气对器件进行冷却。
10.根据权利要求7所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接方法还包括步骤：在焊锡熔融过程中提供微流量的氮气。
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