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1、10申请公布号CN104191091A43申请公布日20141210CN104191091A21申请号201410426107222申请日20140827B23K26/21201401B23K1/005200601B23K101/3620060171申请人武汉凌云光电科技有限责任公司地址430205湖北省武汉市武汉东湖高新技术开发区东一产业园高新三路6号72发明人韩小平林卿王锋74专利代理机构武汉楚天专利事务所42113代理人孔敏54发明名称柔性电路板堆栈式激光焊接装置及方法57摘要本发明提供一种柔性电路板堆栈式激光焊接装置,包括垂直叠阵激光器、位于垂直叠阵激光器下方的掩膜板、驱动垂直叠阵激光。
2、器平面内二维运动和竖直方向上下移动的第一驱动机构以及驱动掩膜板上升和下降运动的第二驱动机构,掩膜板上设有对应柔性电路板上焊接区域的开槽,垂直叠阵激光器发出的激光穿经所述开槽照射柔性电路板上的焊接区域进行焊接。本发明还提供一种柔性电路板堆栈式激光焊接方法。本发明采用垂直叠阵激光器来进行柔性电路板的焊接,可以在极短的时间内完成瞬间全区域的同时焊接,提高焊接工效;而且本发明对受体的热影响区极小,对柔性电路板的基板和覆铜箔都能做到无损害,同时加速了焊锡的浸润速度,可以提高焊接品质。51INTCL权利要求书2页说明书5页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图。
3、3页10申请公布号CN104191091ACN104191091A1/2页21一种柔性电路板堆栈式激光焊接装置,其特征在于包括垂直叠阵激光器1、位于垂直叠阵激光器1下方的掩膜板2、驱动垂直叠阵激光器1平面内二维运动和竖直方向上下移动的第一驱动机构以及驱动掩膜板2上升和下降运动的第二驱动机构,掩膜板2上设有对应柔性电路板上32焊接区域的开槽,垂直叠阵激光器1发出的激光穿经所述开槽照射柔性电路板上32的焊接区域进行焊接。2如权利要求1所述的柔性电路板堆栈式激光焊接装置,其特征在于所述第一驱动机构包括立柱411及滑动安装于立柱411上的纵向滑块49,纵向滑块49的两侧分别横向设有一个侧滑板47,每一。
4、侧滑板47的前端设有固定垂直叠阵激光器1的二维调整镜架42,所述二维调整镜架42用于带动垂直叠阵激光器1做二维调整。3如权利要求2所述的柔性电路板堆栈式激光焊接装置,其特征在于侧滑板47前端固定有半螺母滑块43,二维调整镜架42固定在半螺母滑块43上,半螺母滑块43与侧滑板47之间的空腔内镶嵌有微调螺钉44,微调螺钉44用于垂直叠阵激光器1Z向的微调。4如权利要求2所述的柔性电路板堆栈式激光焊接装置,其特征在于二维调整镜架42的镜架动板42A内安装有激光器水冷块41,垂直叠阵激光器1安装在激光器水冷块41的前端,激光器水冷块41中设有供冷却水通过的进出水道41A。5如权利要求4所述的柔性电路板。
5、堆栈式激光焊接装置,其特征在于激光器水冷块41用连接螺纹42B安装在二维调整镜架42的镜架动板42A内,连接螺纹42B用于实现垂直叠阵激光器1的角度偏转,并由紧定螺钉42C固定锁紧。6如权利要求15任一权利要求所述的柔性电路板堆栈式激光焊接装置,其特征在于所述第二驱动机构包括固定掩膜板2的悬臂414、驱动悬臂414上升和下降的凸轮盘410。7如权利要求6所述的柔性电路板堆栈式激光焊接装置,其特征在于掩膜板2的下面设置紧密贴合的导光晶体416,导光晶体416的两侧设有用于夹持导光晶体416的晶体夹板417,加持有导光晶体417以及掩膜板2的两块晶体夹板417从下至上安装在悬臂414的前端下方。8。
6、如权利要求6所述的柔性电路板堆栈式激光焊接装置,其特征在于悬臂414的一端与升降座413连接,凸轮盘410内设有位于升降座413下方的凸轮410A,凸轮410A与升降座413尾端的升降臂413A连接,转动凸轮410A可带动升降座413上下移动进而带动悬臂414一同升降。9如权利要求8所述的柔性电路板堆栈式激光焊接装置,其特征在于升降座413滑动设于纵向导轨48,升降座413的上下移动受限于纵向导轨48。10一种柔性电路板堆栈式激光焊接方法,其特征在于应用权利要求19中任一项所述激光焊接装置进行焊接,包括如下步骤一将待焊接的柔性电路板上32放置在掩膜板2下方的夹具5上;二调节第二驱动机使得掩膜板。
7、2下方的导光晶体416压住柔性电路板32的非焊接部分;三调节第一驱动机构使得垂直叠阵激光器1发出的激光可以穿经所述掩膜板2上的开槽以照射柔性电路板上32的焊接区域;权利要求书CN104191091A2/2页3四开启垂直叠阵激光器1,使垂直叠阵激光器1发出的激光依次穿经所述掩膜板2上的开槽、导光晶体416后照射在柔性电路板上32的焊接区域进行焊接。权利要求书CN104191091A1/5页4柔性电路板堆栈式激光焊接装置及方法技术领域0001本发明涉及电子电路板焊接技术领域,具体是一种柔性电路板堆栈式激光焊接装置及方法。背景技术0002柔性电路板是将铜箔附在柔性塑料基板上构成的,为了保有一定的柔软。
8、特性,塑料基板、铜箔一般都做得很薄,主要用于打印机中打印头的信号传输、手机及其其它数字终端例如固定电话、MP4、计算器、各类家电例如洗衣机、微波炉、电冰箱、抽油烟机、智能电饭煲、智能扫地机、各类医疗仪器、家用理疗设备、各类工业控制屏点钞机、门禁机的主板与显示屏的信号传输等。0003对于柔性电路板的焊接,传统的焊接方法一直在使用手工锡焊、或者是自动烙铁锡焊也称之为HOTBAR焊接的方式来完成的,但是,随着科学技术的进步,各类电器日趋小型化、微型化,如手机、以及其它数字终端等,因此,内部所用的导线,其直径必然趋向细小化、微细化,使用HOTBAR对柔性电路板进行焊接将越来越困难,同时,还因HOTBA。
9、R的热影响区过大,将会导致柔性电路板的基板过热而损坏,另外,HOTBAR产生的压力,也将会对导线、柔性电路板基板、以及柔性基板上的铜箔等造成机械损坏,因此,HOTBAR基本上做不了比较精细的焊接。0004另外,HOTBAR焊接的原理,用的是热传导原理,即HOTBAR烙铁头的高温必须要通过紧密接触被焊物体,并将高温以热传导的方式加热被焊物体,由于热传导的原理,是分子间的热运动碰撞,并热传导的形成还必须有一个必要条件,那就是,存在温度梯度,即HOTBAR烙铁头的温度一定高于被焊工件,而且是远高于被焊工件,这样才能提高焊接速度,于是,在被焊工件上会形成较大的热影响区,这将是破坏性的。发明内容0005。
10、本发明提供一种无接触、热影响区小、全面积场效应的柔性电路板堆栈式激光焊接装置及方法,可以快速而高质量的解决柔性电路板的无损焊接问题。0006一种柔性电路板堆栈式激光焊接装置,包括垂直叠阵激光器、位于垂直叠阵激光器下方的掩膜板、驱动垂直叠阵激光器平面内二维运动和竖直方向上下移动的第一驱动机构以及驱动掩膜板上升和下降运动的第二驱动机构,掩膜板上设有对应柔性电路板上焊接区域的开槽,垂直叠阵激光器发出的激光穿经所述开槽照射柔性电路板上的焊接区域进行焊接。0007进一步的,所述第一驱动机构包括立柱及滑动安装于立柱上的纵向滑块,纵向滑块的两侧分别横向设有一个侧滑板,每一侧滑板的前端设有固定垂直叠阵激光器的。
11、二维调整镜架,所述二维调整镜架用于带动垂直叠阵激光器1做二维调整。0008进一步的,侧滑板前端固定有半螺母滑块,二维调整镜架固定在半螺母滑块上,半螺母滑块与侧滑板之间的空腔内镶嵌有微调螺钉,微调螺钉用于垂直叠阵激光器Z向的微说明书CN104191091A2/5页5调。0009进一步的,二维调整镜架的镜架动板内安装有激光器水冷块,垂直叠阵激光器安装在激光器水冷块的前端,激光器水冷块中设有供冷却水通过的进出水道。0010进一步的,激光器水冷块用连接螺纹安装在二维调整镜架的镜架动板内,连接螺纹用于实现垂直叠阵激光器的角度偏转,并由紧定螺钉固定锁紧。0011进一步的,所述第二驱动机构包括固定掩膜板的悬。
12、臂、驱动悬臂上升和下降的凸轮盘。0012进一步的,掩膜板的下面设置紧密贴合的导光晶体,导光晶体的两侧设有用于夹持导光晶体的晶体夹板,加持有导光晶体以及掩膜板的两块晶体夹板从下至上安装在悬臂的前端下方。0013进一步的,悬臂的一端与升降座连接,凸轮盘内设有位于升降座下方的凸轮,凸轮与升降座尾端的升降臂连接,转动凸轮可带动升降座上下移动进而带动悬臂一同升降。0014进一步的,升降座滑动设于纵向导轨,升降座的上下移动受限于纵向导轨。0015一种柔性电路板堆栈式激光焊接方法,其应用上述激光焊接装置进行焊接,包括如下步骤0016将待焊接的柔性电路板上放置在掩膜板下方的夹具上;0017调节第二驱动机使得掩。
13、膜板下方的导光晶体压住柔性电路板的非焊接部分;0018调节第一驱动机构使得垂直叠阵激光器发出的激光可以穿经所述掩膜板上的开槽以照射柔性电路板上的焊接区域;0019开启垂直叠阵激光器,使垂直叠阵激光器发出的激光依次穿经所述掩膜板上的开槽、导光晶体后照射在柔性电路板上的焊接区域进行焊接。0020本发明的有益效果00211、本发明采用垂直叠阵激光器来进行柔性电路板的焊接,应用的是场效应辐射加热的原理,并非HOTBAR所用的热传导加热,其在特定区域内形成瞬间场效应,在极短的时间内完成瞬间全区域的同时焊接,后者是前者效率的数倍,大大提高了工效。00222、辐射加热能快速的加热受体的特定区域柔性电路板的焊。
14、接区域,因此,受体的热影响区极小,而且快速的瞬间加热,对柔性电路板无论是基板,还是覆铜箔都能做到无损害。00233、本发明采用场效应辐射加热原理,能迅速的让受体特定区域的全面积迅速的升温到同一个温度,不会产生HOTBAR传导式加热时形成的温度梯度,因此,机构中不会有过热部件,也不会对柔性电路板造成不必要的热损坏,而且不会给浸润环节增加困难。00244、在场效应辐射加热原理在钎焊过程中,因为能让受体特定区域的全面积迅速的升温到同一个温度,因而能很好的保证了焊锡从融化浸润固化的过程,特别是加速了焊锡的浸润速度,充分而良好的浸润是保证良好焊接必要条件,因此,用场效应辐射加热的方法,可以提高焊接品质。。
15、附图说明0025图1是本发明柔性电路板堆栈式激光焊接方法的原理示意图;0026图2是本发明柔性电路板堆栈式激光焊接装置的侧面剖视图;说明书CN104191091A3/5页60027图3是图2中AA视图;0028图4是图2中BB视图;0029图5是本发明柔性电路板堆栈式激光焊接装置的俯视图。0030图中1垂直叠阵激光器,2掩膜板,3柔性电路板焊接总成,31显示屏,32柔性电路板,41激光器水冷块,41A进出水道,42二维调整镜架,42A镜架动板,42B连接螺纹,42C紧定螺钉,43半螺母滑块,44微调螺钉,45调压螺栓,46弹簧导杆,47侧滑板,48纵向导轨,49纵向滑块,410凸轮盘,410A。
16、凸轮,410B操纵手柄,411立柱,412弹簧,413升降座,413A升降臂,414悬臂,415冷却水道,416导光晶体,417晶体夹板,5夹具。具体实施方式0031下面将结合本发明中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。0032请参考图1,本发明柔性电路板堆栈式激光焊接方法是采用垂直叠阵激光器1结合掩膜板的使用对柔性电路板进行焊接。0033所述垂直叠阵激光器1也称作堆栈式激光器可以看成是由无数条激光束形成的激光矩阵,这是激光技术发展到今天的一个技术性进步,它发出的激光不再是一条细细的激光束,而是整个矩形区域的激光能量斑,这将带给受体的是整个矩形区域的辐射热场效应。0034利用垂直。
17、叠阵激光器1对柔性电路板进行锡焊操作时,一般都用不了整矩形的巨大热场,因此,本发明在垂直叠阵激光器1与柔性电路板3之间设置了一个掩膜板2,掩膜板2上设有对应柔性电路板上32需要加热焊接区域的开槽,而掩膜板2上没有开槽的区域,将会遮掩多余热能对柔性电路板32非焊接区域的加热。0035本发明采用的是场效应辐射加热的原理,并非HOTBAR所用的热传导加热,因此,对柔性电路板的焊接,不会在受体上产生温度的梯度,只会是在特定区域的全面积内产生具有场效应的同一温度,这将很好的保证焊料在融化浸润固化的过程中,有着良好的浸润环节,从而提高焊接品质。0036钎焊过程中的浸润俗称爬锡,也就是融化的焊料能不能快速的。
18、摊展开来,布满整个需要焊接的焊盘需要沾锡的铜箔、铜板的表面,热传导钎焊,由于温度梯度的存在,焊料的浸润性能是一定要受到影响的,为了减少温度梯度的对钎焊的影响,一般情况下,HOTBAR多采用提高温度的方法来提高浸润环节的速度,这将导致HOTBAR烙铁头的过高温度会灼伤柔性电路板非焊接区域,导致柔性电路板损坏,降低HOTBAR烙铁头的温度,则会影响焊接品质,这需要找到一个平衡点。而本发明堆叠式激光焊接,所采用的是具有场效应的辐射加热,能够在瞬间将特定区域全面积加热到同一温度,绝不会有温度梯度的产生。0037本发明利用了堆栈式激光器的性能,将其运用到柔性电路板的精细焊接中,这将会改变精细焊接的一般模。
19、式,即将热传导式焊接改为辐射加热式焊接,后者将是前者效率的数倍,且焊接品质有着良好的保障。0038请一并参考图2,本发明柔性电路板堆栈式激光焊接装置包括垂直叠阵激光器1、位于垂直叠阵激光器1下方的掩膜板2、驱动垂直叠阵激光器1平面内二维运动和竖直方向上下移动的第一驱动机构以及驱动掩膜板2上升和下降运动的第二驱动机构。说明书CN104191091A4/5页70039所述掩膜板2是一个带有开槽的金属薄片,掩膜板2的下面设置紧密贴合的导光晶体416如图4所示,导光晶体416的作用有两个,其一,让激光能穿透下去照射受体,其二,能压制焊接部分的非焊接部分,保证焊接的位置可靠。导光晶体416的两侧设有用于。
20、夹持导光晶体416晶体夹板417。0040请结合参考图3,所述第一驱动机构包括立柱411及滑动安装于立柱411上的纵向滑块49,纵向滑块49的两侧分别横向设有一个侧滑板47,每一侧滑板47的前端设有固定垂直叠阵激光器1的二维调整镜架42,所述二维调整镜架42用于带动垂直叠阵激光器1做二维调整,保证激光能准确对准焊接区域。0041由于纵向滑块49固定在立柱411上,可以在大范围内进行垂直叠阵激光器1Z向也就是上下方向的粗调,此处的粗调是为了适应不同工件包括相应的制具的不同高度所预留的Z向调整。较佳的,侧滑板47前端固定有半螺母滑块43,二维调整镜架42固定在半螺母滑块43上,半螺母滑块43与侧滑。
21、板47之间的空腔内镶嵌有微调螺钉44,微调螺钉44用于垂直叠阵激光器1Z向也就是上下方向的微调。0042较佳的,二维调整镜架42的镜架动板42A内安装有激光器水冷块41,垂直叠阵激光器1安装在激光器水冷块41的前端。0043请参考图5,在其中一个实施例中,激光器水冷块41用连接螺纹42B安装在二维调整镜架42的镜架动板42A内。垂直叠阵激光器1的角度偏转,将由二维调整镜架42上的连接螺纹42B实现偏转,并由紧定螺钉42C固定锁紧。二维调整镜架42的调整,将直接带动二维调整镜架42的调整,将直接带动垂直叠阵激光器1做二维摆动的微调整。0044冷却水将通过激光器水冷块41中的进出水道41A流经垂直。
22、叠阵激光器1,从而给垂直叠阵激光器1降温。激光水冷块41除了承担垂直叠阵激光器1的机械固定之外,还起到了一个电器绝缘子的作用,因为系统需要给垂直叠阵激光器1机械固定外,同时也必须要保证垂直叠阵激光器1与机体绝缘。0045请一并参考图2,所述第二驱动机构包括固定掩膜板2的悬臂414、驱动悬臂414上升和下降的凸轮盘410,加持有导光晶体416以及掩膜板2的两块晶体夹板417从下至上安装在悬臂414的前端下方。悬臂414的一端与升降座413连接,凸轮盘410内设有位于升降座413下方的凸轮410A,凸轮410A与升降座413尾端的升降臂413A连接,转动凸轮410A可带动升降座413上下移动进而带。
23、动悬臂414一同升降。具体的,所述凸轮410A可由设置在凸轮410A下方的操纵手柄410B带动旋转,操纵手柄410B将凸轮410A旋转的结果是将会抬起或放下升降座413,凸轮410A抬起或放下升降座413是由于凸轮托举着升降座413上的升降臂413A。0046导光晶体416两侧的晶体夹板417,连同导光晶体416、掩膜板2一同固定在悬臂414的前端下面,于是,升降座413在做上下运动时,将一同带动悬臂414、导光晶体416、晶体夹板417、掩膜板2一起上下运动,这个动作将使得导光晶体416压住柔性电路板的非焊接区域,实施激光焊接,焊接完成后,抬起操纵手柄410B,也就是抬起了导光晶体416,此。
24、时,便可以拿取和安放工件了。0047较佳的,升降座413滑动设于纵向导轨48,升降座413的上下移动是受限于纵向导轨48,因此,升降座413只能做精密的纵向滑动。纵向导轨48保障了悬臂414在做Z向升降时的精密性,也就是保障了导光晶体416上下运动的精密性,说明书CN104191091A5/5页80048悬臂414上升下降的目的是使导光晶体416压住和放开柔性电路板的非焊接部分,以实施焊接的固定需要。0049升降座413的上方设有与调压螺栓45连接的调压螺栓45,导光晶体416对柔性电路板的压力由弹簧412施加,其压力大小将由调压螺栓45进行调节。0050悬臂414的中端设置有冷却水道415,。
25、通过冷却水带走激光焊接过程中所产生的多余热能,从而保护导光晶体416以及掩膜板2。0051在本发明中运用了两个垂直叠阵激光器1,这是因为垂直叠阵激光器1实际上出来的矩形光斑细分下来,是由多条条状的光斑所构成,条状光斑的间隙处,将会有能量盲点,于是,设置两个垂直叠阵激光器1进行光斑的叠加,利用二维调整镜架42的调整来交替弥合条形光斑的缝隙,便能保证整个大的矩形光斑的能量均匀性。0052本发明还提供一种柔性电路板堆栈式激光焊接方法,应用上述激光焊接装置进行焊接,包括如下步骤0053一将待焊接的柔性电路板上32放置在掩膜板2下方的夹具5上。0054二调节第二驱动机使得掩膜板2下方的导光晶体416压住。
26、柔性电路板32的非焊接部分。具体的,可转动凸轮410A带动升降座413上下移动进而带动悬臂414一同升降,由于导光晶体416两侧的晶体夹板417,连同导光晶体416、掩膜板2一同固定在悬臂414的前端下面,这样升降座413在做上下运动时,将一同带动悬臂414、导光晶体416、晶体夹板417、掩膜板2一起上下运动,这个动作将使得导光晶体416压住柔性电路板的非焊接区域。0055三调节第一驱动机构使得垂直叠阵激光器1发出的激光可以穿经所述掩膜板2上的开槽以照射柔性电路板上32的焊接区域。具体的,可通过调节纵向滑块49在立柱411上的位置,实现垂直叠阵激光器1Z向也就是上下方向大范围内的粗调。然后,。
27、可通过微调螺钉44实现垂直叠阵激光器1Z向也就是上下方向的微调。旋动二维调整镜架42上的连接螺纹42B实现偏转,直接带动垂直叠阵激光器1做二维摆动的微调整,并由紧定螺钉42C固定锁紧。0056四开启垂直叠阵激光器1,使垂直叠阵激光器1发出的激光依次穿经所述掩膜板2上的开槽、导光晶体416后照射在柔性电路板上32的焊接区域进行焊接。0057可以理解的是,还可以包括开启激光器水冷块41的冷却水输送,以实现给垂直叠阵激光器1降温的目的。0058以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。说明书CN104191091A1/3页9图1图2说明书附图CN104191091A2/3页10图3图4说明书附图CN104191091A103/3页11图5说明书附图CN104191091A11。