CN115740746A - 一种vcsel激光焊接设备及焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种VCSEL激光焊接设备，包括工位、设置于工位上方的VCSEL激光器，VCSEL激光器的辐射方向朝向所述工位，VCSEL激光器的辐射面尺寸不小于所述工位尺寸。焊接方法包括以下步骤：对PCB板进行前处理，在待焊接的PCB板上涂覆锡膏、摆放电子元件；将经过前处理的PCB板放置于输送带上；启动输送带和VCSEL激光器，输送带上的PCB板逐渐通过VCSEL激光器的辐照区域完成焊接。上述VCSEL激光焊接设备由于采用了VCSEL激光器进行焊接，能够减小设备体积90％左右，产出相同单位的产品时能耗降低大约一半，并且VCSEL激光器能够做到立即停止、瞬间开启，不存在传统回流焊设备高温损坏物料的风险，能做到在线完美配合，真正做到LED(MINILED和灯条)整条线无缝衔接，无需等待和产品缓冲。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊接设备及焊接方法，尤其是一种VCSEL激光焊接设备及焊接方法。
背景技术
miniLED是指芯片尺寸介于50-200μm之间的LED器件。由miniLED像素阵列、驱动电路组成且像素中心间距为0.3-1.5mm的单元，在miniLED的焊接工艺上，现有技术一般是通过回流焊实现，回流焊设备一般体积较大，能耗高，在出现突然断电等情况时，还容易导致元件长时间在炉内受到高温，导致材料损耗。
VCSEL(垂直腔面发射激光器)，又译垂直共振腔面射型激光，是一种半导体，其激光垂直于顶面射出，与一般用切开的独立芯片制程，激光由边缘射出的边射型激光有所不同，目前对于该技术一般应用于消费电子3D成像、物联网、数据中心/云计算、自动驾驶等领域上。
本申请要解决的技术问题在于：如何将VCSEL激光应用于miniLED或者小间距LED的焊接领域。
发明内容
鉴于上述状况，有必要提供一种解决上述至少一种问题的VCSEL激光焊接设备及焊接方法。
一种VCSEL激光焊接设备，包括工位、设置于所述工位上方的VCSEL激光器，所述VCSEL激光器的辐射方向朝向所述工位，所述VCSEL激光器的辐射面尺寸不小于所述工位尺寸。
作为本发明的进一步方案：所述VCSEL激光器自上至下包括连接件、水冷件、VCSEL激光源、光学玻璃和固定框；
所述VCSEL激光源和光学玻璃被所述水冷件和固定框夹在中间，所述连接件连接于所述水冷件。
作为本发明的进一步方案：所述水冷件上设置有水路入口和水路出口以及连通两者的流道，所述水冷件与连接件和固定框三者均为铜制或铝制且相互之间紧密贴合。
作为本发明的进一步方案：所述工位为输送带，所述输送带两侧各设置有一根定位条，两根所述定位条之间的距离与待焊接的物料的宽度相同，所述VCSEL激光器的辐射面宽度不小于所述物料的宽度。
作为本发明的进一步方案：在所述输送带旁，对应所述VCSEL激光器的下游位置处设置有CCD相机。
本发明还提供了一种VCSEL激光焊接方法，包括以下步骤：
对PCB板进行前处理，在待焊接的PCB板上涂覆锡膏、摆放电子元件；
将经过前处理的PCB板放置于输送带上；
启动输送带和VCSEL激光器，输送带上的PCB板逐渐通过VCSEL激光器的辐照区域完成焊接。
上述VCSEL激光焊接设备由于采用了VCSEL激光器进行焊接，能够减小设备体积90％左右，产出相同单位的产品时能耗降低大约一半，并且VCSEL激光器能够做到立即停止、瞬间开启，不存在传统回流焊设备高温损坏物料的风险，能做到在线完美配合，真正做到LED(MINI LED和灯条)整条线无缝衔接，无需等待和产品缓冲。
附图说明
图1是本发明实施例的设备总装示意图；
图2是本发明实施例的设备工作部分的结构示意图；
图3是本发明实施例的激光器的分解图；
图4是本发明实施例的水冷件的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明一种VCSEL激光焊接设备及焊接方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参见图1-图2所示，本发明提供了一种VCSEL激光焊接设备，包括机架100，机架100包括底部的机柜110和上部的机罩120，工作部分设置于机柜110上并笼罩于机罩120内，工作部分包括基板600，激光器200、输送带300等组件设置于基板600上。
具体的，参见图2所示，输送带300横置于基板600上，激光器200通过支架悬吊于输送带300的正上方，激光器200向输送带300上的PCB板发射激光进行焊接。其中，激光器200为VCSEL激光器，与普通激光焊接的方式不同的是，其发射的激光呈面状向外辐射，不像传统激光焊接一次只能焊接一个点，VCSEL激光器能够对一片区域输出能量，进行加热。在miniLED焊接领域，传统的回流焊设备体积大、能耗高，采用VCSEL激光器进行焊接能够减小设备体积90％左右，产出相同单位的产品时能耗降低大约一半，并且VCSEL激光器能够做到立即停止、瞬间开启，不存在传统回流焊设备高温损坏物料的风险，能做到在线完美配合，真正做到LED(MINI LED和灯条)整条线无缝衔接，无需等待和产品缓冲。
更进一步地，如图3所示，激光器200自上到下包括了连接件210、水冷件220、VCSEL激光源230、光学玻璃240和固定框250，连接件210与支架连接，将整个激光器固定在支架上；水冷件220与连接件210装配，在水冷件220上，设置有冷水槽223，对应的，在水冷件220的侧边上，设置有与冷水槽223连通的进水孔221和出水孔222，具体的，如图4所示，冷水槽223的开口在水冷件220的一面上，水冷件220的这面与连接件210装配。水冷件220上的水冷槽223与设置在机柜110中的冷水机(图中未示出)连通，实现循坏水冷。进一步的，为了提升冷却效率，将连接件210、水冷件220和固定框250的材料选用铜或者铝。
连接件210与水冷件220装配后，组成完整的VCSEL激光源230背面的冷却模块；容易理解的是，VCSEL激光源230固定于水冷件220上，且其背面与水冷件230的表面紧贴。
固定框250与水冷件220的边缘直接连接，在固定框250上设置一块光学玻璃240，VCSEL激光源230产生的激光通过光学玻璃240的光学纠正后再照射到PCB板上。
更进一步地，在输送带300运送方向的两侧，各设置有一个定位条400，两根定位条400之间的距离与PCB板的宽度相同，用于将PCB板限制在中间，避免其在输送过程中发生输送带300宽度方向上的窜动，保证其能够完整地从激光照射的区域中通过。
更进一步地，在输送带300一旁，且在激光器200相对下游的位置处，设置有CCD相机500(图2中仅示出CCD支架)，用于对焊接后的PCB板进行机器视觉检测，进一步地，在机罩120上设置有显示器，显示器与CCD相机500信号连接，当设备工作时，能够通过显示器直观地看到焊接效果。
本发明还提供了一种VCSEL激光焊接方法，包括以下步骤：
对PCB板进行前处理，在待焊接的PCB板上涂覆锡膏、摆放电子元件；
将经过前处理的PCB板放置于输送带200上；
启动输送带200和激光器300，输送带上的PCB板逐渐通过激光器300的辐照区域完成焊接；
CCD相机500对完成焊接的PCB板进行检测，排查是否存在未焊接好的LED。
实施例一
在本实施例中，VCSEL激光器采用了光功率2-3W型号的VCSEL芯片，一个模块的芯片数量为70颗，四个模块总输出功率为280瓦，同时使用四个或更多模块，模块的面积可以进行拼接。激光照射面积为100mm*120mm，针对120MM宽尺寸的miniLED或者小间距LED进行焊接，能耗为1KW/小时，相对于能耗为3KW的传统回流焊设备，有着极大的性能提升。此设备占用面积只有回流焊的1/5。
实施例二
在本实施例中，VCSEL激光器采用了光功率2-3W型号的VCSEL芯片，一个模块的芯片数量为70颗，六个模块总输出功率为420瓦，同时使用六个或更多模块，模块的面积可以进行拼接。激光照射面积为240mm*240mm，针对240MM宽以内尺寸的LED软灯条进行焊接，能耗为1.2KW/小时，相对于能耗为3KW的传统回流焊设备，有着极大的性能提升。此设备占用面积只有回流焊的1/5。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种VCSEL激光焊接设备，其特征在于：包括工位、设置于所述工位上方的VCSEL激光器，所述VCSEL激光器的辐射方向朝向所述工位，所述VCSEL激光器的辐射面尺寸不小于所述工位尺寸。
2.如权利要求1所述的VCSEL激光焊接设备，其特征在于：所述VCSEL激光器自上至下包括连接件、水冷件、VCSEL激光源、光学玻璃和固定框；
所述VCSEL激光源和光学玻璃被所述水冷件和固定框夹在中间，所述连接件连接于所述水冷件。
3.如权利要求2所述的VCSEL激光焊接设备，其特征在于：所述水冷件上设置有水路入口和水路出口以及连通两者的流道，所述水冷件与连接件和固定框三者均为铜制或铝制且相互之间紧密贴合。
4.如权利要求1所述的VCSEL激光焊接设备，其特征在于：所述工位为输送带，所述输送带两侧各设置有一根定位条，两根所述定位条之间的距离与待焊接的物料的宽度相同，所述VCSEL激光器的辐射面宽度不小于所述物料的宽度。
5.如权利要求4所述的VCSEL激光焊接设备，其特征在于：在所述输送带旁，对应所述VCSEL激光器的下游位置处设置有CCD相机。
6.一种VCSEL激光焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：
对PCB板进行前处理，在待焊接的PCB板上涂覆锡膏、摆放电子元件或芯片；
将经过前处理的PCB板放置于输送带上；
启动输送带和VCSEL激光器，输送带上的PCB板逐渐通过VCSEL激光器的辐照区域完成焊接。
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