一种热电半导体器件的自动化焊接方法与流程

1.本发明涉及半导体器件焊接技术领域，具体涉及一种热电半导体器件的自动化焊接方法。


背景技术：

2.热电材料是一类可以将热能直接转换为电能的材料，通过热电材料的peltier效应，可以将材料两端的电势差转换为温度差。目前，基于peltier效应的热电温控材料已成为一种重要应用，被广泛应用于微电子、航空航天等领域。
3.热电半导体器件是热电控温器件的基本单元，它由冷片、热片以及焊接在冷片、热片的元件组成；目前市场对此类器件的需求日趋精密化、小型化、低成本化。
4.现有的热电半导体器件的生产设备，设计较为粗犷，导致自动化程度低、产品尺寸大、产品尺寸精度低；生产的器件，既不利于在狭小空间和精密结构中的应用，并且成品高、产量低。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种热电半导体器件的自动化焊接方法。
6.本发明公开了一种热电半导体器件的自动化焊接方法，包括：
7.热片上下料机构从热片料盒中抓取带有待焊接热片的治具，放置于热片对位机构上；
8.热片对位光学组件对待焊接热片和吸附在热片加压组件上的上瓷片进行拍照、对位；
9.对位完成后，热片加压组件下压上瓷片对待焊接热片进行加压，并通过热片升降温组件进行加热焊接及降温处理；
10.热片完成焊接后，通过热片翻面机构翻面，而后输送并吸附在冷片加压组件上；
11.冷片上下料机构从冷片料盒中抓取带有待焊接冷片的治具，放置于冷片对位机构上；
12.冷片对位光学组件对待焊接冷片和吸附在冷片加压组件上的热片进行拍照、对位；
13.对位完成后，冷片加压组件下压热片对待焊接冷片进行加压，并通过冷片升降温组件进行加热焊接及降温处理；
14.冷片上下料机构对焊接完成的冷热片进行下料。
15.作为本发明的进一步改进，所述热片上下料机构或冷片上下料机构包括地轨、机械手和气缸；
16.热片或冷片原料放置于热片料盒或冷片料盒中，上下片时由气缸夹取原料治具，并通过地轨与机械手运输至热片对位机构或冷片对位机构上。
17.作为本发明的进一步改进，所述热片对位机构或冷片对位机构包括运动模组、下瓷片、对位光学组件和上瓷片；
18.下瓷片置于运动模组上，上瓷片置于所述下瓷片的上方且吸附于热片加压组件上；热片或冷片对位光学组件置于上瓷片和下瓷片之间；
19.其中，
20.在热片工位处上，所述上瓷片固定吸附于热片加压组件上，所述下瓷片为待焊接热片；
21.在冷片工位处上，所述上瓷片为焊接完成的热片，所述下瓷片为待焊接冷片。
22.作为本发明的进一步改进，对位光学组件包括：ccd、镜头和上下转镜，所述上下转镜的上下两侧各安装有一环形光源；
23.工作时上下环形光源先后点亮，分别对上瓷片与下瓷片进行拍照定位，而后以上瓷片位置为基准，通过运动模组的位移，将下瓷片移动到指定位置，完成上下对位。
24.作为本发明的进一步改进，所述热片加压组件或冷片加压组件包括：下压运动模组、弹簧加压机构和用于吸附上瓷片或已焊接热片的真空吸头；
25.上瓷片或已焊接的热片被吸附于真空吸头上，下压运动模组向下移动，使上瓷片与下瓷片贴合，弹簧加压机构中含有测力计，当测力计达到指定压力数值时，下压运动模组停止，并保持位置。
26.作为本发明的进一步改进，所述热片升降温组件或冷片升降温组件包括：由气缸推动的水冷块、由气缸推动的加热头、旋压气缸；
27.下瓷片所在治具放置于工位后，旋压气缸下行将其压住；且在加压组件加压后，气缸推动加热头，到达治具底部，进行高频加热，达到指定温度后，加热头撤出；气缸推动水冷块上行，贴住治具底部，以热传导的方式对其进行降温。
28.作为本发明的进一步改进，所述热片翻面机构包括：工位运输直线模组、旋转气缸、直线微动气缸和手指气缸；
29.当热片焊接完成后，工位运输直线模组运动到热片工位侧，旋转气缸带动手指气缸旋转，并且直线微动气缸下行，使夹爪到达热瓷片位置，抓取热片；而后旋转气缸顺时针旋转180
°
，完成翻面动作，工位运输直线模组运动到冷片工位侧，并且直线微动气缸上行，交接给上方的冷片加压组件的真空吸头。
30.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
31.本发明实现了热电半导体器件的流水线式生产，生产效率高；
32.本发明在同一工位处进行上下瓷片的机器视觉识别对位，对位精度高；
33.本发明通过高效的升降温组件，缩短了焊接工步时间。
附图说明
34.图1为本发明一种实施例公开的热电半导体器件的自动化焊接方法的流程图；
35.图2为本发明一种实施例公开的热电半导体器件的自动化焊接系统的结构示意图；
36.图3为图2的部分结构示意图；
37.图4为图2中热片翻面机构的结构示意图。
38.图中：
39.1、热片上下料机构；2、热片料盒；3、热片加压组件；4、热片对位光学组件；5、热片升降温组件；6、冷片加压组件；7、冷片升降温组件；8、冷片对位光学组件；9、冷片上下料机构；10、冷片料盒；11、热片翻面机构；12、运动模组；13、旋压气缸；14、水冷块；15、下瓷片；16、加热头；17、上下转镜；18、镜头；19、ccd；20、环形光源；21、上瓷片；22、真空吸头；23、弹簧加压机构；24、下压运动模组；25、直线微动气缸；26、旋转气缸；27、手指气缸；28、工位运输直线模组。
具体实施方式
40.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
42.如图1所示，本发明提供一种热电半导体器件的自动化焊接方法，其基于如图2～4所示的自动化焊接系统实现，包括：
43.步骤1、热片上下料机构1从热片料盒2中抓取带有待焊接热片(其包括热片以及需焊接在热片上的元件)的治具，放置于热片对位机构上；
44.具体的：
45.热片上下料机构1包括地轨、机械手和气缸；热片原料放置于热片料盒2中，上热片时由气缸夹取原料治具，并通过地轨与机械手运输至热片对位机构的运动模组12上；
46.热片对位机构包括：运动模组12、下瓷片(待焊接的热片)15、热片对位光学组件4和上瓷片(吸附于热片加压组件3上的固定瓷片)21；下瓷片15置于运动模组12上，上瓷片21置于下瓷片15的正上方且吸附于热片加压组件3上，热片对位光学组件4置于上瓷片15和下瓷片21之间。
47.步骤2、热片对位光学组件4对待焊接热片和吸附在热片加压组件3上的上瓷片进行拍照、对位；
48.具体的：
49.热片对位光学组件包括：ccd 19、镜头18和上下转镜17，上下转镜17的上下两侧各安装有一环形光源20；工作时上下环形光源20先后点亮，由ccd 19、镜头18和上下转镜17构成的光学成像系统分别对上瓷片(吸附于热片加压组件3上的固定瓷片)21与下瓷片(待焊接的热片)15进行拍照定位；而后，基于识别结果，以上瓷片21位置为基准，控制运动模组12将下瓷片15移动到指定位置，完成上下瓷片的上下对位。
50.步骤3、热片对位完成后，热片加压组件下压上瓷片对待焊接热片进行加压，并通过热片升降温组件进行加热焊接及降温处理；
51.具体的：
52.热片加压组件3包括：下压运动模组24、弹簧加压机构23和真空吸头22；上瓷片21被吸附于真空吸头22上；上下瓷片的上下对位后，移出热片对位光学组件4，下压运动模组24向下移动，使上瓷片21与下瓷片15贴合，弹簧加压机构13中含有测力计，当测力计达到指
定压力数值时，下压运动模组24停止，并保持位置。
53.热片升降温组件包括：由气缸推动的水冷块14、由气缸推动的加热头16、旋压气缸13；下瓷片15所在治具放置于对应工位后，旋压气缸13下行将其压住；且在热片加压组件3运动至上瓷片21与下瓷片15贴合后，气缸推动加热头16，到达治具底部，进行高频加热，达到指定温度后，加热头16撤出；气缸推动水冷块14上行，贴住治具底部，以热传导的方式对其进行降温，从而完成热片上元件的焊接及降温冷却。
54.步骤4、热片完成焊接后，通过热片翻面机构11翻面，而后输送并吸附在冷片加压组件6上；
55.具体的：
56.热片翻面机构11包括：工位运输直线模组28、旋转气缸26、直线微动气缸25、手指气缸27；当热片焊接完成后，工位运输直线模组28的动子，运动到热片工位侧，旋转气缸26带动手指气缸27旋转，并且直线微动气缸25下行，使夹爪到达热瓷片位置，进行抓取已焊接的热片；而后旋转气缸26顺时针旋转180
°
，完成翻面动作，工位运输直线模组28的动子，运动到冷片工位侧，并且直线微动气缸25上行，交接给上方的冷片加压组件6的真空吸头22。
57.步骤5、冷片上下料机构9从冷片料盒10中抓取带有待焊接冷片的治具，放置于冷片对位机构上；
58.具体的：
59.冷片上下料机构9的结构以及工作原理与热片上下料机构1一致。
60.步骤6、冷片对位光学组件8对待焊接冷片和吸附在冷片加压组件6上的热片进行拍照、对位；
61.具体的：
62.冷片对位光学组件8的的结构以及工作原理与热片对位光学组件4一致；
63.在冷片工位处上，上瓷片15为焊接完成的热片，下瓷21片为待焊接冷片。
64.步骤7、冷热片对位完成后，冷片加压组件6下压热片对待焊接冷片进行加压，并通过冷片升降温组件进行加热焊接及降温处理；
65.具体的：
66.冷片加压组件6的结构以及工作原理与热片加压组件3一致；
67.冷片升降温组件7的结构以及工作原理与热片升降温组件5一致。
68.步骤8、冷片上下料机构9对焊接完成的冷热片进行下料。
69.本发明的优点为：
70.本发明实现了热电半导体器件的流水线式生产，生产效率高；
71.本发明在同一工位处进行上下瓷片的机器视觉识别对位，对位精度高；
72.本发明通过高效的升降温组件，缩短了焊接工步时间。
73.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。