接触式锡球焊接装置及其焊接工艺的制作方法

本发明属于激光焊接领域，尤其涉及于一种锡球焊接机构及其焊接工艺。

背景技术：

锡焊在工业生产中非常普及，主要采用的手工烙铁焊虽然焊接工艺简单、建立生产线成本较低。但是手工烙铁焊操作不当容易引起漏焊、虚焊等焊接不良，特别在较精密的电子部件的焊接过程中，操作不良时可能会因烙铁距离过近、温度过高而引起焊件受热变形、材质劣化，人手触碰等还可能会导致电子元器件的污染。因此，传统的手工烙铁焊一方面对操作人员的焊接技能有较高的要求，另一方面其焊接品质过多依赖操作人员的技能而使得焊接品质不稳定，不能够满足现代工业的生产需求。

因此，需要一种新型的焊接装置替代传统的手工烙铁焊，以满足尺寸较小的精密电子元器件的焊接。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种新型的焊接装置替代传统的手工烙铁焊，以满足尺寸较小的精密电子元器件的焊接。

为了实现上述目的，本发明公开了一种接触式锡球焊接装置，包括焊头、气压检测机构、激光机构、及动力机构，所述焊头具有焊腔，所述焊腔连通有压缩气体供应机构以对所述焊腔内提供加压气体，所述焊腔还连通有锡球供应机构以使单一锡球进入所述焊腔，所述气压检测机构用于检测所述焊腔内的气压，所述动力机构用于控制焊头上下移动，所述焊头的下端开设有锡球出口，且所述激光机构的激光射出方向正对所述锡球出口，所述锡球出口的内径大于所述锡球的直径。

与现有技术相比，本发明提供的接触式锡球焊接装置，在应用过程中，依靠动力机构驱动焊头向下移动至工件待焊接部位后，锡球在重力作用下移动至锡球出口内，并为工件所限无法脱离锡球出口，在此过程中，锡球对锡球出口有一定的封堵作用，引起持续通入加压气体的焊腔内的气压增大，检测到气压增大的气压检测机构触发激光机构，使得在被工件和锡球出口所限位的锡球被命中而迅速液化，熔融的锡液脱离锡球出口并直接来到与之抵接的工件待焊接部位处，从而实现焊接。根据本发明提供的接触式锡球焊接装置，焊锡过程中锡球和待焊接的工件相抵接，一方面使得锡球封堵锡球出口进而出发激光机构发生激光熔锡，另一方面锡球和工件待焊接部位直接接触使得焊锡位置准确可靠、锡液不会发生溅射。

较佳的，所述锡球出口的内径和所述锡球的直径之比大于等于1.05且小于等于1.2；该尺寸范围，使得锡球对锡球出口有明显的封堵作用，同时不影响锡球脱离焊头。

较佳的，所述焊腔下侧呈自上向下内径逐渐减小的锥形结构，且所述锡球出口连通于所述锥形结构的下端；焊腔下侧的锥形结构的设置，使得进入焊腔内的锡球在重力作用下顺利进入锡球出口内。

较佳的，所述焊头还包括可拆卸地连接于焊头主体的焊嘴，所述锡球出口开设于所述焊嘴内；可拆卸的焊嘴的设置，可以当锡球出口处发生堵塞时方便地将焊嘴拆下以对焊头进行维修或直接置换新的焊嘴，以使得本发明接触式锡球焊接装置快速恢复作业。

较佳的，所述加压气体为氮气。

为实现上述目的，本发明还提供了一种用于接触式锡球焊接装置的焊头，所述焊头包括焊腔、及分别连通所述焊腔的锡球进入通道和气体通道，所述焊腔的下端竖向设置有连通所述焊腔的锡球出口，所述锡球出口的内壁呈圆柱状，所述锡球出口的内径大于所述锡球的直径。

与现有技术相比，本发明提供的接触式锡球焊接装置的焊头，在应用过程中，依靠动力机构驱动焊头向下移动至工件待焊接部位后，锡球在重力作用下移动至锡球出口内，并为工件所限无法脱离锡球出口，在此过程中，锡球对锡球出口有一定的封堵作用，引起持续通入加压气体的焊腔内的气压增大，检测到气压增大的气压检测机构触发激光机构，使得在被工件和锡球出口所限位的锡球被命中而迅速液化，熔融的锡液脱离锡球出口并直接来到与之抵接的工件待焊接部位处，从而实现焊接。

较佳的，所述锡球出口的内径和所述锡球的直径之比大于等于1.05且小于等于1.2。

具体的，所述焊腔下侧呈自上向下内径逐渐减小的锥形结构，且所述锡球出口连通于所述锥形结构的下端。

为实现上述目的，本发明还提供了一种接触式锡球焊接工艺，包括步骤：a、动力机构驱动焊头向下移动至工件上方，且焊头和工件待焊接部位的距离小于锡球直径；b、锡球供应机构驱使单一锡球进入焊头的焊腔内，直径小于锡球出口的内径的锡球在重力作用下进入锡球出口，并为锡球出口和工件所限位，使得焊腔内因加压气体供应机构提供的加压气体而发生气压变化；c、检测到焊腔内气压变化的气压检测机构触发激光机构，激光机构对锡球出口射出激光融化锡球；d、融化的锡球脱离锡球出口，动力机构驱动焊头向上移动远离工件。

与现有技术相比，本发明提供的接触式锡球焊接工艺，依靠动力机构驱动焊头向下移动至工件待焊接部位后，锡球在重力作用下移动至锡球出口内，并为工件所限无法脱离锡球出口，在此过程中，锡球对锡球出口有一定的封堵作用，引起持续通入加压气体的焊腔内的气压增大，检测到气压增大的气压检测机构触发激光机构，使得在被工件和锡球出口所限位的锡球被命中而迅速液化，熔融的锡液脱离锡球出口并直接来到与之抵接的工件待焊接部位处，从而实现焊接。根据本发明提供的接触式锡球焊接焊接工艺，焊锡过程中锡球和待焊接的工件相抵接，一方面使得锡球封堵锡球出口进而出发激光机构发生激光熔锡，另一方面锡球和工件待焊接部位直接接触使得焊锡位置准确可靠、锡液不会发生溅射。

较佳的，步骤a中，焊头和工件待焊接部位的距离和锡球直径之比为0.4～0.6；该位置限定，使得锡球在被锡球出口和工件所限位的过程中，锡球能够封堵锡球出口较多的出口面积，同时亦不会因锡球出口和工件距离过近而导致工件对锡球出口产生封堵作用。

附图说明

图1为本发明接触式锡球焊接装置的立体图。

图2为本发明接触式锡球焊接装置的正视图。

图3为图1中A-A方向的剖视图。

图4为图3中B部的放大图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

如图1所示，本发明提供的接触式锡球焊接装置100，包括焊头110、气压检测机构(图中未示)、激光机构(图中未示)、及动力机构(图中未示)，焊头110具有焊腔111，焊腔111连通有压缩气体供应机构以对焊腔111内提供加压气体、焊腔111还连通有锡球供应机构以使单一锡球200进入焊腔111，气压检测机构用于检测焊腔111内的气压，动力机构用于控制焊头110上下移动。焊头110的下端开设有锡球出口114，且激光机构的激光S射出方向正对锡球出口114，锡球出口114的内径大于锡球200的直径。结合图2-图4所示，更具体的：

如图1和图2所示，焊头110设置于接触式锡球焊接装置100的相对下端，且焊头110在接触式锡球焊接装置100的驱动机构的驱动下，可以上下移动，以使得焊头110向下移动靠近待焊接工件300，或向上移动远离焊接完成的工件300。

请参阅图3所示，焊头110具有竖向设置的焊腔111，且加压气体供应机构和锡球供应机构分别连通于焊腔111，以便对焊腔111内供以加压气体和单一锡球200。具体的：焊头110内还分别设置有连通焊腔111的锡球进入通道112和气体通道(图中未示)，其中，锡球进入通道112用于连通锡球供应机构，而气体通道用于连通加压气体供应机构。可以理解的，焊腔111内大致为一封闭环境，仅锡球出口通道114构成焊腔111与外界的气体交换口，气体通道用于对焊腔111内供给加压气体，而用于供给锡球200的锡球进入通道112亦不会造成焊腔111内的大量气体泄漏。因此，在焊腔111内，加压气体供应机构对焊腔111内通入加压气体，使得焊腔111内的气压常时亦大于大气压，锡球进入通道112应呈略微向下地倾斜设置，以便脱离锡球供应机构的锡球200能够在重力作用下抵抗焊腔111内的气压自动进入焊腔111内，当然，亦可以由锡球供应机构对锡球200提供以较大的初速度，以将锡球200弹射进入焊腔111内。另一方面，与锡球进入通道112不同的，气体通道的角度和部位均无限制，只要能够对焊腔111内通入加压气体即可。

再请参阅图3和图4所示，焊头110的出口，应当相对焊腔111呈直线型地设置，以便激光机构能够对焊头110的出口方向射出激光S。具体的：锡球出口114设置于焊腔111的下端，且锡球出口114和焊腔111呈同心地设置；激光机构设置于焊腔111的上侧，且激光机构的激光S射出方向正对锡球出口114。优选的，焊腔111下侧呈自上向下内径逐渐减小的锥形结构111a，且锡球出口114连通于锥形结构111a的下端；焊腔111下侧的锥形结构111a的设置，使得进入焊腔111内的锡球200在重力作用下顺利进入锡球出口114内。

进一步的，本发明提供的接触式锡球焊接装置100，其核心点在于：锡球200进入焊腔111后，在重力作用下移动至锡球出口114内，并为锡球出口114下方的待焊接工件300所限而无法脱离锡球出口114。如此，使得在此过程中，锡球200对锡球出口114有一定的封堵作用，引起持续通入加压气体的焊腔111内的气压增大，检测到气压增大的气压检测机构触发激光机构，使得在被工件300和锡球出口114所限位的锡球200被命中而迅速液化，熔融的锡液脱离锡球出口114并直接来到与之抵接的工件300待焊接部位处，从而实现焊接。

本发明接触式锡球焊接装置100，由于锡球200被锡球出口114和正对锡球出口114的工件300所定位，直至锡球200被激光机构射出的激光S命中而融化。因此，锡球200的落下时间不会影响到本发明接触式锡球焊接装置100的性能，而锡球200对锡球出口114的封堵作用，以及焊腔111内在焊接过程中的气压变化量才是决定本发明接触式锡球焊接装置100性能的核心要素。

可以理解的，锡球出口114的内径大于锡球200，以使得锡球200能够由锡球出口114中顺利脱离。而为使得锡球200对锡球出口114起到封堵作用、以使得焊腔111内因锡球200而产生气压变化，锡球出口114的尺寸亦不宜过大，优选的，锡球出口114的内径和锡球200的直径之比大于等于1.05且小于等于1.2。

在一实施例中，焊腔111下侧呈自上向下内径逐渐减小的锥形结构111a，且锡球出口通道114连通于锥形结构111a的下端；焊腔111下侧的锥形结构111a的设置，使得进入焊腔111内的锡球200在重力作用下顺利进入锡球出口通道114内。

较佳的，如图3和图4所示，焊头110还包括可拆卸地连接于焊头110本体的焊嘴115，锡球出口通道114开设于焊嘴115内；可拆卸的焊嘴115的设置，使得当焊头110内发生如锡球200堵塞、焊锡封堵锡球出口通道114等故障时，可以方面的将焊嘴115拆下以对焊头110进行维修，并当焊嘴115处不敷使用时，更可以通过置换焊嘴115而使得焊头110的本体得以重复使用。优选的，焊嘴115内包括呈自上向下内径逐渐减小的锥形结构115a和设置于锥形结构111a下端的锡球出口通道114。

可以理解的，本发明对压缩气体供应机构供给的加压气体，只是利用其压力变化，而没有应用到加压气体的性能，故加压气体可以为任意气体，只要其性能稳定、无污染、不影响焊接过程即可。优选的，加压气体为性能稳定且价格低廉的氮气。

与现有技术相比，本发明提供的接触式锡球焊接装置100，在应用过程中，依靠动力机构驱动焊头110向下移动至工件300待焊接部位后，锡球200在重力作用下移动至锡球出口114内，并为工件300所限无法脱离锡球出口114，在此过程中，锡球200对锡球出口114的封堵引起持续通入加压气体的焊腔111内的气压增大，检测到气压增大的气压检测机构触发激光机构，使得在被工件和锡球出口所限位的锡球200被激光S命中而迅速液化，熔融的锡液脱离锡球出口114并直接来到与之抵接的工件待焊接部位处，从而实现焊接。根据本发明提供的接触式锡球焊接装置，焊锡过程中锡球200和待焊接的工件300相抵接，一方面使得锡球200封堵锡球出口114进而出发激光机构发生激光S熔锡，另一方面锡球200和工件300待焊接部位直接接触使得焊锡位置准确可靠、锡液不会发生溅射。

结合图1-图4所示，本发明提供的接触式锡球焊接工艺，包括步骤：

a、动力机构驱动焊头110向下移动至工件300上方，且焊头110和工件300待焊接部位的距离小于锡球直径；具体的，焊头110设置于接触式锡球焊接装置100的相对下端，且焊头110在接触式锡球焊接装置100的驱动机构的驱动下，向下移动靠近待焊接工件300，并使得焊头110和工件300待焊接部之间距离和锡球200直径之比为0.4～0.6，使得锡球200在被锡球出口114和工件300所限位的过程中，锡球200能够封堵锡球出口114较多的出口面积，同时亦不会因锡球出114口和工件300距离过近而导致工件300对锡球出口114产生封堵作用。

b、锡球供应机构驱使单一锡球200进入焊头110的焊腔111内，直径小于锡球出口114的内径的锡球200在重力作用下向下移动并沿锥形结构111a的导向作用下来到锡球出口114内，使得焊腔111内因加压气体供应机构提供的加压气体而发生气压变化；此时，锡球200的下侧面被工件300所限，锡球200的周缘被锡球出口114所限制，锡球200虽然能够在锡球出口114的内径范围内些微移动，但是锡球出口114的内径和锡球200的直径之比大于等于1.05且小于等于1.2的设置，亦使得锡球200无论如何移动亦不会离开锡球出口114的中心处；

c、检测到焊腔内气压变化的气压检测机构触发激光机构，激光机构对锡球出口射出激光S融化锡球200；

d、融化的锡球200脱离锡球出口，动力机构驱动焊头110向上移动远离工件300；具体的，锡球200被激光S命中而熔融形成的锡液脱离锡球出口114，并直接来到与之抵接的工件300待焊接部位处，从而实现焊接，而动力机构驱动焊头110向上移动远离工件300，以便对下一工件进行焊接。

与现有技术相比，本发明提供的接触式锡球焊接工艺，依靠动力机构驱动焊头110向下移动靠近工件300待焊接部位，且焊头110下端的锡球出口114锡球出口114和工件300的距离为0.4～0.6个锡球200的直径；锡球200在重力作用和锥形结构111a的作用下迅速移动至锡球出口114内，并被正对锡球出口114的工件300所限制，锡球出口114的内径和锡球200的直径之比处于1.05～1.2之间，使得锡球200不能脱离锡球出口114的中心线；在此过程中，锡球200对锡球出口114有一定的封堵作用，引起持续通入加压气体的焊腔111内的气压增大，检测到气压增大的气压检测机构触发激光机构，使得在被工件300和锡球出口114所限位的锡球200被命中而迅速液化，熔融的锡液脱离锡球出口114并直接来到与之抵接的工件300待焊接部位处，从而实现焊接。根据本发明提供的接触式锡球焊接工艺，焊锡过程中锡球200和待焊接的工件300相抵接，一方面使得锡球200封堵锡球出口114进而出发激光机构发生激光熔锡，另一方面锡球200和工件300待焊接部位直接接触使得焊锡位置准确可靠、锡液不会发生溅射。此外，本发明提供的接触式锡球焊接工艺，虽然锡球200在熔融前与待焊接工件300有接触，但焊头110和待焊接工件300并无直接接触，从而避免焊接过程中对待焊接工件300造成污染。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。