激光與回流復(fù)合焊接技術(shù)的研究與應(yīng)用

蘇 茜，喻定新，于海春，廖劍斌

（1.廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西南寧530007；2.東莞新科技術(shù)研究開發(fā)有限公司，廣東東莞523087）

激光與回流復(fù)合焊接技術(shù)的研究與應(yīng)用

蘇 茜1，喻定新2，于海春1，廖劍斌1

（1.廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西南寧530007；2.東莞新科技術(shù)研究開發(fā)有限公司，廣東東莞523087）

介紹了激光與回流復(fù)合焊接技術(shù)進(jìn)行可行性及工藝流程研究，樣機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明激光與回流焊的復(fù)合技術(shù)使得兩種先進(jìn)的焊接技術(shù)能充分發(fā)揮了各自的優(yōu)勢(shì)，在硬盤行業(yè)形成了一種全新高效的焊接方法。

激光；回流；復(fù)合焊接

隨著硬盤各種性能指標(biāo)不斷提高，HSA磁頭臂組件中導(dǎo)通HGA Pad位和AFA Pad位的焊點(diǎn)數(shù)目急劇上升，傳統(tǒng)的焊接方法已不能適應(yīng)需要，企業(yè)迫切需要開發(fā)一種高效率、低成本的能滿足磁頭臂組件多焊點(diǎn)快速焊接要求的自動(dòng)化設(shè)備，對(duì)于提高企業(yè)生產(chǎn)效率、降低直接生產(chǎn)成本具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

近年來，隨著高功率激光器以及光纖傳輸技術(shù)的完善，激光焊接成為最有朝氣的焊接方法之一。當(dāng)前應(yīng)用于硬盤行業(yè)比較熱門的是自動(dòng)錫球焊接設(shè)備，用光導(dǎo)纖維將激光束引入聚焦透鏡聚集光束，將錫球快速加熱到220℃以上，使熔化的錫球?qū)℉GA Pad位和FPC Pad位，形成所要求的焊點(diǎn)，缺點(diǎn)是每次只能熔化一個(gè)錫球，完成一個(gè)焊點(diǎn)焊接。

回流焊技術(shù)在電子制造領(lǐng)域并不陌生，它通過加熱電路將氮?dú)饧訜岬阶銐蚋叩臏囟群蟠迪蛞呀?jīng)貼好元件的線路板，讓元件兩側(cè)的焊料融化后與主板粘結(jié)。這種工藝的優(yōu)勢(shì)是通過足夠高的溫度能融化整片整面的焊料，達(dá)到快速多點(diǎn)焊接的目的。缺點(diǎn)是加熱電路將氮?dú)饧訜岬阶銐蚋叩臏囟葧r(shí)間較長(zhǎng)，且需大型專用加熱設(shè)備才能完成，不利于小型自動(dòng)拉大面積推廣應(yīng)用。

本文重點(diǎn)對(duì)校企合作開展的激光與回流復(fù)合焊接技術(shù)研究成果及應(yīng)用情況進(jìn)行介紹。該復(fù)合技術(shù)能將激光焊與回流焊技術(shù)各自的優(yōu)勢(shì)結(jié)合于一體，同時(shí)很好地避免了單獨(dú)采取其中一種焊接技術(shù)所產(chǎn)生的不足。

1 激光與回流復(fù)合焊接技術(shù)的研究與應(yīng)用

1.1 激光與回流復(fù)合焊接技術(shù)的構(gòu)想

廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控技術(shù)專業(yè)與東莞新科磁電技術(shù)開發(fā)有限公司二者結(jié)合各自的技術(shù)特長(zhǎng)開展了激光與回流復(fù)合焊接技術(shù)的探討，期望以FPC多焊接點(diǎn)為研究對(duì)象，應(yīng)用激光能量同時(shí)對(duì)多焊接點(diǎn)實(shí)現(xiàn)一次快速高效的焊接。具體構(gòu)想如圖1所示，基于已開發(fā)的激光焊接設(shè)備，通過激光束對(duì)多焊接點(diǎn)一次激發(fā)，實(shí)現(xiàn)一次焊接。

圖1 復(fù)合焊接構(gòu)想

1.2 激光與回流復(fù)合焊接技術(shù)的可行性研究

為了驗(yàn)證激光與回流復(fù)合焊接技術(shù)的可行性，課題組搭建了激光與回流復(fù)合焊接試驗(yàn)平臺(tái)，如圖2所示。其由激光發(fā)生器、光釬、PLC控制板、傳動(dòng)支架及工裝夾具組成。FPC Pad刷錫工序由FPC供應(yīng)商作為來料工序完成。焊接后效果如圖3所示，完全符合質(zhì)量要求，數(shù)據(jù)證明激光與回流復(fù)合焊接技術(shù)真實(shí)可行。

圖2 試驗(yàn)平臺(tái)

圖3 焊接后效果

1.3 激光與回流復(fù)合焊接技術(shù)的工藝流程研究

1.3.1 回流焊技術(shù)的工藝流程

（1）焊接準(zhǔn)備。焊接前將粉末狀焊料、焊劑、粘合劑制作成糊狀焊膏。

（2）點(diǎn)膏。使用手工、半自動(dòng)或自動(dòng)絲網(wǎng)印刷機(jī)，如同油印一樣將焊膏印到FPC Pad位上。這是焊膏的第一次流動(dòng)。

（3）加熱、再流。根據(jù)焊膏的熔化溫度，使用激光加熱的方式加熱焊膏，使FPC Pad位上的焊膏熔化而在被焊工件HGA Pad的焊接面再次流動(dòng)，達(dá)到將HGA Pad焊接到FPC Pad上的目的。由于焊膏在印刷過程已流動(dòng)過一次，焊接時(shí)的這次熔化流動(dòng)是第二次流動(dòng)，稱為再流焊。再流焊區(qū)的最高溫度應(yīng)控制在使焊膏熔化，且使焊膏中的焊劑和粘合劑氣化并排掉。

1.3.2 氮?dú)饧す饣亓鲝?fù)合焊的特點(diǎn)

隨著組裝密度的提高，精細(xì)間距（Pad pitch）越來越小，在設(shè)備上還考慮了充氮保護(hù)功能，改善了回流焊的質(zhì)量和成品率。氮?dú)饧す饣亓鲝?fù)合焊有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）防止減少氧化；

（2）提高焊接潤(rùn)濕力，加快潤(rùn)濕速度；

（3）減少錫球的產(chǎn)生，避免橋接，得到好的焊接質(zhì)量，更重要的是，可以使用更低活性助焊劑的錫膏，同時(shí)也能提高焊點(diǎn)的性能，減少基材的變色，盡管產(chǎn)生了氮?dú)獬杀荆罱K的成本收益分析顯示氮?dú)庖氩]有增加最終成本，相反，更有助于品質(zhì)的改善，返工或維修費(fèi)的降低。

1.4 激光與回流復(fù)合焊接樣機(jī)實(shí)際驗(yàn)證

激光與回流復(fù)合焊接試驗(yàn)樣機(jī)系統(tǒng)包括激光發(fā)生器、旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)及相關(guān)工裝夾具、PLC控制箱、觸摸屏、焊接控制系統(tǒng)以及焊接報(bào)警系統(tǒng)。樣機(jī)外觀如圖4.

圖4 樣機(jī)外觀

該樣機(jī)具備自動(dòng)焊接功能，將工件放好后，由導(dǎo)軌將工件傳送到指定位置，然后啟動(dòng)激光發(fā)生器焊接，焊接完成后發(fā)送焊接完成信號(hào)，PLC控制導(dǎo)軌滑出。整個(gè)系統(tǒng)很好地處理了PLC和激光發(fā)生器之間的相互通信，做到穩(wěn)定可靠，避免意外事故發(fā)生。焊接工裝夾具主要滿足工件的定位、裝夾，確保工件準(zhǔn)確定位，減小焊接錯(cuò)位，主要由氣缸來控制夾抓，氣缸的動(dòng)作由PLC控制。旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)主要滿足焊接工裝夾具的安裝和定位，工件上好以后由導(dǎo)軌滑至焊接工位，檢測(cè)到到位信號(hào)后激發(fā)激光開始焊接。整個(gè)系統(tǒng)由PLC作為主控單元，由PLC來控制激光發(fā)生器和夾具的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。人機(jī)界面觸摸屏為參數(shù)設(shè)置和監(jiān)控單元，在全自動(dòng)模式下只需操作相關(guān)按鈕即可。

整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)過程穩(wěn)定性好，設(shè)備操作簡(jiǎn)單；焊接準(zhǔn)備工作量和焊接后焊縫處理工作量小；焊接生產(chǎn)工時(shí)短、生產(chǎn)效率特別高，與其他焊接方法的詳細(xì)比較如表1所示。

TG456

A

1672-545X（2016）11-0159-02

2016-08-03

廣西高校科研”新型全自動(dòng)磁頭臂激光焊接系統(tǒng)的研究與開發(fā)“項(xiàng)目資助（項(xiàng)目編號(hào):LX2014564）

蘇茜（1978-），女，副教授，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)、數(shù)控技術(shù)等方面的研究工作。