專利名稱：一種用于半導體激光器的錫焊接方法
技術領域：
本發(fā)明涉及焊接，特別是涉及一種用于半導體激光器的錫焊接方法。
背景技術：
現(xiàn)有的連續(xù)半導體激光焊接控制方式較為單一，半導體激光器輸出的是發(fā)散角度差異甚大的兩個發(fā)散方向的光束，其快軸一般為30 50°，慢軸一般小于10°，經后續(xù)光學系統(tǒng)的視場角不均勻，成像也不規(guī)則，特別是半導體激光功率調制往往不適應塑性材料的差異以及工件的個性化和特殊化，在過高的能量密度下易造成低熔點焊錫絲彎曲，或者是焊錫熔化成顆粒狀，產生焊錫飛濺、虛焊或脫焊。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是彌補上述現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種用于半導體激光器的錫焊接方法。本發(fā)明的技術問題通過以下技術方案予以解決。這種用于半導體激光器的錫焊接方法，配合自動化工作臺焊接。這種用于半導體激光器的錫焊接方法的特點是包括以下步驟1)半導體激光光束整形所述半導體激光光束整形包括在半導體激光的自由光路中設置對半導體激光器輸出的發(fā)散角度差異甚大的兩個發(fā)散方向的光束進行矯正整形的柱透鏡，所述柱透鏡的曲率經過光學計算實現(xiàn)精確的數(shù)值化；采用長焦距非球面透鏡進行方形光斑的光纖耦合，消除激光束的像差，降低像放孔徑角，通過設定光纖直徑，以及光纖所能接收的最大入射光角度即數(shù)值孔徑，改變出射光的發(fā)散角度和激光的空間模式，以增加光束形狀的可選擇性，顯著提高錫焊接的適應性和靈活性；還在半導體激光的自由光路中設置對光束進一步整形的激光聚焦單元，所述激光聚焦單元的光學參數(shù)由錫焊接環(huán)境決定。2)半導體激光輸出任意波形控制所述半導體激光輸出任意波形控制，包括以下四個控制階段即四個子步驟2 · 1)升溫在升溫時間內將激光功率提升至峰值功率，使焊錫的溫度從室溫達到其熔點以上，所述升溫時間和峰值功率由焊錫的相應不同熔點決定，例如熔點是175°C ；2 ·2)初次降溫在初次降溫時間內將激光功率降低至小于峰值功率的功率，使焊錫的溫度從熔點降低至熔點附近；2 ·3)保溫在保溫時間內將激光功率維持為小于峰值功率的的功率不變，使焊錫充分熔化或接近全部熔化；
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2 · 4)降溫至零度在降溫至零度時間內將激光功率降低至更小于峰值功率的功率，使焊錫的溫度從熔點溫度緩慢下降到0°c，以有效控制焊錫飛濺、虛焊或脫焊，且使焊錫在熱收縮的過程中避免出現(xiàn)小孔，外觀美觀，所述降溫至零度時間由焊焊接環(huán)境決定。本發(fā)明的技術問題通過以下進一步的技術方案予以解決。在很多實際的錫焊工藝中，只依靠光束整形和波形控制也無法達到理想的焊接效果，例如存儲卡的焊盤和金層之間需要焊接的面積比較大，約12mm2，需要加入更多的焊錫填充焊接位置，單純采用波形控制在某一點位置加熱，焊接位置各點的溫度不均勻，存在溫度梯度，焊錫也無法均勻的焊接在其間，仍然可能產生焊錫飛濺、虛焊或脫焊。為此，這種用于半導體激光器的錫焊接方法的進一步特點是所述自動化工作臺是具有調速功能的自動化工作臺；還包括以下步驟3)采用具有調速功能的自動化工作臺配合半導體激光調速輸出焊接，包括以下三個控制階段即三個子步驟3 · 1)加速運動在勻速運動時間內將激光運動速度由零提升至峰值速度，所述加速運動時間和預熱溫度由錫焊接環(huán)境和要求決定；3 · 2)勻速運動在勻速運動時間內將激光運動速度保持在峰值速度，使焊錫充分熔化；3-3)減速運動在減速運動時間內將激光運動速度由峰值速度減低至零，使焊錫從一工件逐漸吸附在另一工件上，避免產生虛焊。本發(fā)明的技術問題通過以下再進一步的技術方案予以解決。所述錫焊接環(huán)境包括焊錫材料、散熱介質材料、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、自動化工作臺行走精度、激光器功率穩(wěn)定性，以及焊接工件工裝夾具的裝配穩(wěn)定性。例如散熱介質為銅的降溫至零度時間小于散熱介質為鋁的降溫至零度時間所述升溫時間、初次降溫時間、保溫時間與降溫至零度時間之和在0. 6秒鐘以內。所述加速運動時間、勻速運動時間與減速運動時間之和為1 2秒鐘。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的有益效果是本發(fā)明的半導體激光焊接控制方式多樣化，激光功率調制可以適應塑性材料的差異以及工件的個性化和特殊化，不會在過高的能量密度下造成低熔點焊錫絲彎曲，或者是焊錫熔化成顆粒狀，有效避免產生焊錫飛濺、虛焊或脫焊。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發(fā)明進行說明。一種用于半導體激光器的錫焊接方法，配合具有調速功能的自動化工作臺焊接， 半導體激光器相關參數(shù)如下激光波長808nm ；激光功率30W ；激光光斑400 μ m(理論值)；光纖直徑200或 400um/NA0. 17 ；工作距離70 120mm。錫焊接方法包括以下步驟1)半導體激光光束整形，包括在半導體激光的自由光路中設置柱透鏡對半導體激光器輸出的發(fā)散角度差異甚大的兩個發(fā)散方向的光束進行矯正整形，柱透鏡的曲率經過光學計算實現(xiàn)精確的數(shù)值化；采用長焦距非球面透鏡進行方形光斑的光纖耦合，消除激光束的像差，降低像放孔徑角，通過設定光纖直徑，以及光纖所能接收的最大入射光角度即數(shù)值孔徑，改變出射光的發(fā)散角度和激光的空間模式，以增加光束形狀的可選擇性，顯著提高錫焊接的適應性和靈活性；還在半導體激光的自由光路中設置激光聚焦單元對光束進一步整形，激光聚焦單元的光學參數(shù)由錫焊接環(huán)境決定。2)半導體激光輸出任意波形控制，包括以下四個控制階段即四個子步驟2 · 1)升溫在升溫時間tl內將激光功率提升至峰值功率wl，使焊錫的溫度從室溫達到其熔點以上，升溫時間tl和峰值功率wl由焊錫的相應不同熔點決定，例如熔點是 175 0C ；2 · 2)初次降溫在初次降溫時間t2內將激光功率降低至小于峰值功率wl的功率《2，使焊錫的溫度從熔點降低至熔點附近；2 ·3)保溫在保溫時間t3內將激光功率維持為小于峰值功率wl的功率w2不變， 使焊錫充分熔化或接近全部熔化；2 ·4)降溫至零度在降溫至零度時間t3內將激光功率降低至更小于峰值功率wl 的功率w3，使焊錫的溫度從熔點溫度緩慢下降到0°C，以有效控制焊錫飛濺、虛焊或脫焊， 且使焊錫在熱收縮的過程中避免出現(xiàn)小孔，外觀美觀，所述降溫至零度時間t3由錫焊接環(huán)境決定；其中tl+t2+t3+t4 ^ 0. 6 秒鐘。3)采用具有調速功能的自動化工作臺配合半導體激光調速輸出焊接，包括以下三個控制階段即三個子步驟3 · 1)加速運動在勻速運動時間Tl內將激光運動速度由零提升至峰值速度vl， 加速運動時間Tl和預熱溫度由錫焊接環(huán)境和要求決定；3 · 2)勻速運動在勻速運動時間T2內將激光運動速度保持在峰值速度vl，使焊錫充分熔化；3 · 3)減速運動在減速運動時間T3內將激光運動速度由峰值速度Vl減低至零， 使焊錫從一工件逐漸吸附在另一工件上，避免產生虛焊。其中T1+T2+T3 = 1 2 秒鐘。以上內容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應當視為屬于本發(fā)明由所提交的權利要求書確定的專利保護范圍。
權利要求
1.一種用于半導體激光器的錫焊接方法，配合自動化工作臺焊接，其特征在于 包括以下步驟1)半導體激光光束整形所述半導體激光光束整形包括在半導體激光的自由光路中設置對半導體激光器輸出的發(fā)散角度差異甚大的兩個發(fā)散方向的光束進行矯正整形的柱透鏡，所述柱透鏡的曲率經過光學計算實現(xiàn)精確的數(shù)值化；采用長焦距非球面透鏡進行方形光斑的光纖耦合，消除激光束的像差，降低像放孔徑角；還在半導體激光的自由光路中設置對光束進一步整形的激光聚焦單元，所述激光聚焦單元的光學參數(shù)由錫焊接環(huán)境決定；2)半導體激光輸出任意波形控制所述半導體激光輸出任意波形控制包括以下四個控制階段即四個子步驟2· 1)升溫在升溫時間內將激光功率提升至峰值功率，使焊錫的溫度從室溫達到其熔點以上，所述升溫時間和峰值功率由焊錫的相應不同熔點決定；2-2)初次降溫在初次降溫時間內將激光功率降低至小于峰值功率的功率，使焊錫的溫度從熔點降低至熔點附近；2-3)保溫在保溫時間內將激光功率維持為小于峰值功率的的功率不變，使焊錫充分熔化或接近全部熔化；2-4)降溫至零度在降溫至零度時間內將激光功率降低至更小于峰值功率的功率，使焊錫的溫度從熔點溫度緩慢下降到0°C，所述降溫至零度時間由錫焊接環(huán)境決定。
2.如權利要求1所述的用于半導體激光器的錫焊接方法，其特征在于 所述自動化工作臺是具有調速功能的自動化工作臺；還包括以下步驟3)采用具有調速功能的自動化工作臺配合半導體激光調速輸出焊接，包括以下三個控制階段即三個子步驟3· 1)加速運動在勻速運動時間內將激光運動速度由零提升至峰值速度，所述加速運動時間和預熱溫度由錫焊接環(huán)境和要求決定；3 · 2)勻速運動在勻速運動時間內將激光運動速度保持在峰值速度，使焊錫充分熔化；3-3)減速運動在減速運動時間內將激光運動速度由峰值速度減低至零，使焊錫從一工件逐漸吸附在另一工件上，避免產生虛焊。
3.如權利要求1或2所述的用于半導體激光器的錫焊接方法，其特征在于所述錫焊接環(huán)境包括焊錫材料、散熱介質材料、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、自動化工作臺行走精度、激光器功率穩(wěn)定性，以及焊接工件工裝夾具的裝配穩(wěn)定性。
4.如權利要求3所述的用于半導體激光器的錫焊接方法，其特征在于 所述升溫時間、初次降溫時間、保溫時間與降溫至零度時間之和在0. 6秒鐘以內。
5.如權利要求4所述的用于半導體激光器的錫焊接方法，其特征在于 所述加速運動時間、勻速運動時間與減速運動時間之和為1 2秒鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于半導體激光器的錫焊接方法，配合自動化工作臺焊接，其特征在于包括以下步驟1)半導體激光光束整形設置柱透鏡、激光聚焦單元，以及采用長焦距非球面透鏡進行方形光斑的光纖耦合；2)半導體激光輸出任意波形控制。進一步的特征在于所述自動化工作臺是具有調速功能的自動化工作臺；還包括以下步驟3)采用具有調速功能的自動化工作臺配合半導體激光調速輸出焊接。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的有益效果是本發(fā)明的半導體激光焊接控制方式多樣化，激光功率調制可以適應塑性材料的差異以及工件的個性化和特殊化，不會在過高的能量密度下造成低熔點焊錫絲彎曲，或者是焊錫熔化成顆粒狀，有效避免產生焊錫飛濺、虛焊或脫焊。
文檔編號B23K1/005GK102500855SQ20111032789
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月25日 優(yōu)先權日2011年10月25日
發(fā)明者周航 申請人:深圳市聯(lián)贏激光股份有限公司