β，入射光束I以δ角入射到第二矩形反光板3第一表面部分透射，第二表面全透射则有I X T的激光输出，并在焊接面形成第一个光斑，另有功率为I X (1-T)被第二矩形反光板3第一表面反射，反射光束传输到第一矩形反光板2第二表面上发生全反射，反射回的激光又在第二矩形反光板3第一表面部分透射，透过激光在第二矩形反光板3第二表面全部透射，输出的激光功率为IX(1-T) ΧΤ，并在焊接面形成第二个光斑，两次透射光斑发生了偏移。就这样激光在第一矩形反光板2和第二矩形反光板3构成的导光通道内不断的反射，每次传输到第二矩形反光板3时就有IX (1-T)mXT的激光输出(N是入射到第二矩形反光板3的次数)，同时光斑发生偏移，从而在焊接面形成了一系列能量不同的激光光斑。
[0049]为了更为清楚描述光斑在焊接面上特性，图9将焊接面上光斑进行编号，光斑沿第一方向依次为a、b、c、d、e、f...，由于光束存在一定发散角β，光斑大小会不断增大，如图9所示，光斑a、b、c、d、e、f…的大小依次增大，通过改变入射光束发散角β，可以改变光斑强度的分布特性。
[0050]本发明实施例4提供的基于渐变能量带拼接的激光焊接设备中，3个焊接设备拼接，根据所需要的元器件焊接曲线，一个设备焊接可能达不到要求，通过三个焊接设备的拼接，可使温升曲线更加多变，从而达到要求。如图10所示，参数相同的3套图2所示的激光焊接设备串接，第一个焊接设备与第二个焊接设备对称放置，第二个焊接设备与第三个焊接设备也对称放置，3个焊接设备的第一矩形反光板2和第二矩形反光板3相对放置且相互平行，控制3个焊接设备之间的距离使得光斑之间的间距相等为Λ =2XkXtanS，第一个焊接设备光斑能量沿第二方向依次增加，电子元件沿第二方向依次经过光斑时，由于光斑能量增加，温升速率增加，温升曲线先缓慢上升后急剧上升。第二个焊接设备光斑能量沿第一方向依次降低，电子元件沿第一方向依次经过光斑时，由于光斑能量减小，则温升速率减小，温升曲线先继续急剧上升后缓慢上升，第三个焊接设备光斑能量沿第二方向依次增加，电子元件沿第二方向依次经过光斑时，由于光斑能量减小，则温升速率减小，温升曲线先继续缓慢上升后急剧上升。因此焊接温升曲线如图11所示，温升速率先增大后下降然后又上升，温度先缓慢上升后急剧上升再缓慢上升最后又急剧上升，根据功能不同将其分为三个区，开始是预热区，大约占整个加热通道长度的40%，温度上升较快，此区用来将元件的温度从环境温度提升到活性温度。其后活性区，一般占整个加热通道长度34%，温升很小，约为一度每秒，其用途第一使得不同质量的元件在温度上同质，减小它们的相对温差。第二使得挥发性的物质从助焊剂中挥发，一般活性温度的范围120?150度，曲线要求相当平稳。最后是回流区，大约占整个加热通道长度的26%，温升较快，此区用来将元件温度从活性区提升到推荐的峰值温度，典型的峰值温度范围205?230度。
[0051]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于渐变能量带拼接的激光焊接设备，其特征在于，包括第一矩形反光板(2)，第二矩形反光板(3)和反光板支架(5); 所述第一矩形反光板(2)与所述第二矩形反光板(3)相对放置，并安装在所述反光板支架(5)上，所述第二矩形反光板(3)的第一表面镀有对激光有一定透过率T的膜，所述第二矩形反光板(3)的第二表面镀有对激光的高增透膜，所述第一矩形反光板(2)的第二表面镀有对激光的全反膜； 入射光束(I)以入射角δ入射到所述第二矩形反光板(3)的第一表面后，一部分被反射，另一部分透射；透射的部分又透过所述第二矩形反光板(3)的第二表面后在焊接面形成第一个光斑，反射的部分传输至所述第一矩形反光板(2)的第二表面并发生全反射后又在所述第二矩形反光板(3)的第一表面发生部分透射，透射的激光在第二矩形反光板(3)的第二表面全部透射，并在焊接面形成第二个光斑，两次透射的光斑发生了偏移；以此类推，激光在第一矩形反光板(2)和第二矩形反光板(3)构成的导光通道内不断的反射，每次传输到第二矩形反光板(3)时就有部分激光输出，同时光斑发生偏移，从而在焊接面形成了一系列能量不同的激光光斑。
2.如权利要求1所述的激光焊接设备，其特征在于，还包括焊接平台(7)和传送装置(8);所述焊接平台(7)与所述第二矩形反光板(3)平行放置； 焊接时，电子元件(6)放置在所述焊接平台(7)的表面，通过传送装置(8)进行移动并依次穿越能量不同的激光光斑，从而完成电子元件的焊接。
3.如权利要求1所述的激光焊接设备，其特征在于，所述入射角δ的范围为0< δ <45°，所述透过率T的范围为5%彡T彡40%。
4.如权利要求1-3任一项所述的激光焊接设备，其特征在于，所述第一矩形反光板(2)与所述第二矩形反光板(3)平行放置。
5.如权利要求1-3任一项所述的激光焊接设备，其特征在于，所述第一矩形反光板(2)与所述第二矩形反光板(3)之间具有夹角α，夹角α的范围为-10° < α < 10°。
6.如权利要求1-3任一项所述的激光焊接设备，其特征在于，所述入射光束具有发散角β，通过改变所述发散角β的大小来改变光斑强度的分布。
7.一种基于渐变能量带拼接的激光焊接系统，其特征在于，包括3个串联连接焊接设备; 每一个焊接设备为如权利要求1所述的焊接设备； 第一个焊接设备和第二个焊接设备对称放置，第二个焊接设备和第三个焊接设备对称放置； 每一个焊接设备中的所述第一矩形反光板(2)和所述第二矩形反光板(3)相对放置且相互平行，通过控制3个焊接设备之间的距离使得光斑之间的间距相等且为Λ =2XkX tan δ ； 第一个焊接设备的光斑能量沿着第二方向依次增加，电子元件沿第二方向依次经过光斑时，由于光斑能量增加，温升速率增加，温升曲线先缓慢上升后急剧上升；其中第一方向指光束入射一侧到光束出射一侧，第二方向是指从光束出射一侧到光束入射一侧； 第二个焊接设备的光斑能量沿第一方向依次降低，电子元件沿第一方向依次经过光斑时，由于光斑能量减小，则温升速率减小，温升曲线先继续急剧上升后缓慢上升； 第三个焊接设备的光斑能量沿第二方向依次增加，电子元件沿第二方向依次经过光斑时，由于光斑能量增加，则温升速率增加，温升曲线先继续缓慢上升后急剧上升； 其中，k为第二矩形反光板(3)上第一入射点沿入射光束法线方向到第一矩形反光板(2)第二表面的距离，δ为入射光束入射角。
8.一种基于权利要求1所述的焊接设备进行激光焊接的方法，其特征在于，包括下述步骤: 通过控制第一反光板(2)的旋转来改变第一矩形反光板(2)与第二矩形反光板(3)之间的夹角α ;通过控制第一反光板(2)或第二矩形反光板(3)的平移来改变第二矩形反光板3上第一入射点沿入射光束法线方向到第一矩形反光板2第二表面的距离k ;从而实现不同曲线的焊接。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述夹角α的范围为-10°< α <10°。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述距离k的范围为0cm〈k( 20cm。
【专利摘要】本发明公开了一种基于渐变能量带拼接的激光焊接设备，包括激光光源、第一矩形反光板、第二矩形反光板。第一矩形反光板与第二矩形反光板相对放置，对第一反光板和第二反光板表面进行镀膜处理，使得入射光束以入射角δ入射到第二矩形反光板时一部分被反射，另一部分透射，透射的部分在焊接面形成第一个光斑，反射的部分传输至第一矩形反光板上全反射后又在第二矩形反光板发生部分透射，并在焊接面形成第二个光斑，激光在第一矩形反光板和第二矩形反光板构成的导光通道内不断的反射，每次传输到第二矩形反光板时就有部分激光输出，从而在焊接面形成了一系列能量不同的激光光斑。电子元件穿越能量不同的激光光斑，实现所需要的温升曲线，从而完成电子元件的焊接。
【IPC分类】B23K3-00, B23K3-08, B23K1-005
【公开号】CN104816060
【申请号】CN201510160342
【发明人】朱广志, 朱晓, 周业波, 朱长虹, 王海林, 郭飞, 齐丽君
【申请人】华中科技大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月4日