柔性電路板堆棧式激光焊接裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種柔性電路板堆棧式激光焊接裝置，包括垂直疊陣激光器、位于垂直疊陣激光器下方的掩膜板、驅(qū)動垂直疊陣激光器平面內(nèi)二維運動和豎直方向上下移動的第一驅(qū)動機構(gòu)以及驅(qū)動掩膜板上升和下降運動的第二驅(qū)動機構(gòu)，掩膜板上設(shè)有對應(yīng)柔性電路板上焊接區(qū)域的開槽，垂直疊陣激光器發(fā)出的激光穿經(jīng)所述開槽照射柔性電路板上的焊接區(qū)域進行焊接。本實用新型采用垂直疊陣激光器來進行柔性電路板的焊接，可以在極短的時間內(nèi)完成瞬間全區(qū)域的同時焊接，提高焊接工效；而且本實用新型對受體的熱影響區(qū)極小，對柔性電路板的基板和覆銅箔都能做到無損害，同時加速了焊錫的浸潤速度，可以提高焊接品質(zhì)。
【專利說明】柔性電路板堆棧式激光焊接裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實用新型涉及電子電路板焊接【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種柔性電路板堆棧式激光焊接裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]柔性電路板是將銅箔附在柔性塑料基板上構(gòu)成的，為了保有一定的柔軟特性，塑料基板、銅箔一般都做得很薄，主要用于打印機中打印頭的信號傳輸、手機及其其它數(shù)字終端(例如固定電話、MP4、計算器)、各類家電(例如洗衣機、微波爐、電冰箱、抽油煙機、智能電飯煲、智能掃地機)、各類醫(yī)療儀器、家用理療設(shè)備、各類工業(yè)控制屏(點鈔機、門禁機)的主板與顯示屏的信號傳輸?shù)取?br> [0003]對于柔性電路板的焊接，傳統(tǒng)的焊接方法一直在使用手工錫焊、或者是自動烙鐵錫焊(也稱之為hot bar焊接)的方式來完成的，但是，隨著科學(xué)技術(shù)的進步，各類電器日趨小型化、微型化，如手機、以及其它數(shù)字終端等，因此，內(nèi)部所用的導(dǎo)線，其直徑必然趨向細(xì)小化、微細(xì)化，使用Hot bar對柔性電路板進行焊接將越來越困難，同時,還因Hot bar的熱影響區(qū)過大，將會導(dǎo)致柔性電路板的基板過熱而損壞，另外，Hot bar產(chǎn)生的壓力，也將會對導(dǎo)線、柔性電路板基板、以及柔性基板上的銅箔等造成機械損壞，因此，Hot bar基本上做不了比較精細(xì)的焊接。
[0004]另外，Hot bar焊接的原理,用的是熱傳導(dǎo)原理，即:Hot bar烙鐵頭的高溫必須要通過緊密接觸被焊物體，并將高溫以熱傳導(dǎo)的方式加熱被焊物體，由于熱傳導(dǎo)的原理，是分子間的熱運動碰撞，并熱傳導(dǎo)的形成還必須有一個必要條件，那就是，存在溫度梯度，即:Hot bar烙鐵頭的溫度一定高于被焊工件，而且是遠高于被焊工件，這樣才能提高焊接速度，于是，在被焊工件上會形成較大的熱影響區(qū)，這將是破壞性的。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型提供一種無接觸、熱影響區(qū)小、全面積場效應(yīng)的柔性電路板堆棧式激光焊接裝置，可以快速而高質(zhì)量的解決柔性電路板的無損焊接問題。
[0006]一種柔性電路板堆棧式激光焊接裝置，包括垂直疊陣激光器、位于垂直疊陣激光器下方的掩膜板、驅(qū)動垂直疊陣激光器平面內(nèi)二維運動和豎直方向上下移動的第一驅(qū)動機構(gòu)以及驅(qū)動掩膜板上升和下降運動的第二驅(qū)動機構(gòu)，掩膜板上設(shè)有對應(yīng)柔性電路板上焊接區(qū)域的開槽，垂直疊陣激光器發(fā)出的激光穿經(jīng)所述開槽照射柔性電路板上的焊接區(qū)域進行焊接。
[0007]進一步的，所述第一驅(qū)動機構(gòu)包括立柱及滑動安裝于立柱上的縱向滑塊，縱向滑塊的兩側(cè)分別橫向設(shè)有一個側(cè)滑板，每一側(cè)滑板的前端設(shè)有固定垂直疊陣激光器的二維調(diào)整鏡架，所述二維調(diào)整鏡架用于帶動垂直疊陣激光器I做二維調(diào)整。
[0008]進一步的，側(cè)滑板前端固定有半螺母滑塊，二維調(diào)整鏡架固定在半螺母滑塊上，半螺母滑塊與側(cè)滑板之間的空腔內(nèi)鑲嵌有微調(diào)螺釘，微調(diào)螺釘用于垂直疊陣激光器Z向的微調(diào)。
[0009]進一步的，二維調(diào)整鏡架的鏡架動板內(nèi)安裝有激光器水冷塊，垂直疊陣激光器安裝在激光器水冷塊的前端，激光器水冷塊中設(shè)有供冷卻水通過的進出水道。
[0010]進一步的，激光器水冷塊用連接螺紋安裝在二維調(diào)整鏡架的鏡架動板內(nèi)，連接螺紋用于實現(xiàn)垂直疊陣激光器的角度偏轉(zhuǎn)，并由緊定螺釘固定鎖緊。
[0011]進一步的，所述第二驅(qū)動機構(gòu)包括固定掩膜板的懸臂、驅(qū)動懸臂上升和下降的凸輪盤。
[0012]進一步的，掩膜板的下面設(shè)置緊密貼合的導(dǎo)光晶體，導(dǎo)光晶體的兩側(cè)設(shè)有用于夾持導(dǎo)光晶體的晶體夾板，加持有導(dǎo)光晶體以及掩膜板的兩塊晶體夾板從下至上安裝在懸臂的前端下方。
[0013]進一步的，懸臂的一端與升降座連接，凸輪盤內(nèi)設(shè)有位于升降座下方的凸輪，凸輪與升降座尾端的升降臂連接，轉(zhuǎn)動凸輪可帶動升降座上下移動進而帶動懸臂一同升降。
[0014]進一步的，升降座滑動設(shè)于縱向?qū)к?，升降座的上下移動受限于縱向?qū)к墶?br> [0015]本實用新型的有益效果:
[0016]1、本實用新型采用垂直疊陣激光器來進行柔性電路板的焊接，應(yīng)用的是場效應(yīng)輻射加熱的原理，并非hot bar所用的熱傳導(dǎo)加熱，其在特定區(qū)域內(nèi)形成瞬間場效應(yīng)，在極短的時間內(nèi)完成瞬間全區(qū)域的同時焊接，后者是前者效率的數(shù)倍，大大提高了工效。
[0017]2、輻射加熱能快速的加熱受體的特定區(qū)域(柔性電路板的焊接區(qū)域)，因此，受體的熱影響區(qū)極小，而且快速的瞬間加熱，對柔性電路板無論是基板，還是覆銅箔都能做到無損害。
[0018]3、本實用新型采用場效應(yīng)輻射加熱原理，能迅速的讓受體特定區(qū)域的全面積迅速的升溫到同一個溫度，不會產(chǎn)生Hot bar傳導(dǎo)式加熱時形成的溫度梯度，因此，機構(gòu)中不會有過熱部件，也不會對柔性電路板造成不必要的熱損壞，而且不會給浸潤環(huán)節(jié)增加困難。
[0019]4、在場效應(yīng)輻射加熱原理在釬焊過程中，因為能讓受體特定區(qū)域的全面積迅速的升溫到同一個溫度，因而能很好的保證了焊錫從融化-浸潤-固化的過程，特別是加速了焊錫的浸潤速度，充分而良好的浸潤是保證良好焊接必要條件，因此，用場效應(yīng)輻射加熱的方式，可以提聞焊接品質(zhì)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型柔性電路板堆棧式激光焊接裝置的原理示意圖；
[0021]圖2是本實用新型柔性電路板堆棧式激光焊接裝置的側(cè)面剖視圖；
[0022]圖3是圖2中A-A視圖；
[0023]圖4是圖2中B-B視圖；
[0024]圖5是本實用新型柔性電路板堆棧式激光焊接裝置的俯視圖。
[0025]圖中:1 一垂直疊陣激光器,2—掩膜板，3—柔性電路板焊接總成，3_1—顯不屏，
3-2—柔性電路板，4-1 一激光器水冷塊，4-la—進出水道，4_2—二維調(diào)整鏡架，4_2a—鏡架動板，4-2b—連接螺紋，4-2c—緊定螺釘，4-3—半螺母滑塊，4-4 一微調(diào)螺釘，4_5—調(diào)壓螺栓，4-6—彈簧導(dǎo)桿，4-7—側(cè)滑板，4-8—縱向?qū)к墸?-9—縱向滑塊，4-10—凸輪盤，4-1 Oa-凸輪，4-10b—操縱手柄，4-11 一立柱，4-12—彈簧，4-13—升降座，4-13a—升降臂，4-14 一懸臂，4-15—冷卻水道，4-16—導(dǎo)光晶體，4-17—晶體夾板，5—夾具。

【具體實施方式】
[0026]下面將結(jié)合本實用新型中的附圖，對本實用新型中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。
[0027]請參考圖1，本實用新型柔性電路板堆棧式激光焊接方法是采用垂直疊陣激光器I結(jié)合掩膜板的使用對柔性電路板進行焊接。
[0028]所述垂直疊陣激光器I (也稱作堆棧式激光器)可以看成是由無數(shù)條激光束形成的激光矩陣，這是激光技術(shù)發(fā)展到今天的一個技術(shù)性進步，它發(fā)出的激光不再是一條細(xì)細(xì)的激光束，而是整個矩形區(qū)域的激光能量斑，這將帶給受體的是整個矩形區(qū)域的輻射熱場效應(yīng)。
[0029]利用垂直疊陣激光器I對柔性電路板進行錫焊操作時，一般都用不了整矩形的巨大熱場，因此，本實用新型在垂直疊陣激光器I與柔性電路板3之間設(shè)置了一個掩膜板2，掩膜板2上設(shè)有對應(yīng)柔性電路板上3-2需要加熱焊接區(qū)域的開槽，而掩膜板2上沒有開槽的區(qū)域，將會遮掩多余熱能對柔性電路板3-2非焊接區(qū)域的加熱。
[0030]本實用新型采用的是場效應(yīng)輻射加熱的原理，并非hot bar所用的熱傳導(dǎo)加熱，因此，對柔性電路板的焊接，不會在受體上產(chǎn)生溫度的梯度，只會是在特定區(qū)域的全面積內(nèi)產(chǎn)生具有場效應(yīng)的同一溫度，這將很好的保證焊料在融化-浸潤-固化的過程中，有著良好的浸潤環(huán)節(jié)，從而提聞焊接品質(zhì)。
[0031]釬焊過程中的浸潤俗稱爬錫，也就是融化的焊料能不能快速的攤展開來，布滿整個需要焊接的焊盤(需要沾錫的銅箔、銅板的表面)，熱傳導(dǎo)釬焊，由于溫度梯度的存在，焊料的浸潤性能是一定要受到影響的，為了減少溫度梯度的對釬焊的影響，一般情況下，hotbar多采用提高溫度的方法來提高浸潤環(huán)節(jié)的速度，這將導(dǎo)致hot bar烙鐵頭的過高溫度會灼傷柔性電路板非焊接區(qū)域，導(dǎo)致柔性電路板損壞，降低hot bar烙鐵頭的溫度，則會影響焊接品質(zhì)，這需要找到一個平衡點。而本實用新型堆疊式激光焊接，所采用的是具有場效應(yīng)的輻射加熱，能夠在瞬間將特定區(qū)域全面積加熱到同一溫度，絕不會有溫度梯度的產(chǎn)生。
[0032]本實用新型利用了堆棧式激光器的性能，將其運用到柔性電路板的精細(xì)焊接中，這將會改變精細(xì)焊接的一般模式，即:將熱傳導(dǎo)式焊接改為輻射加熱式焊接，后者將是前者效率的數(shù)倍，且焊接品質(zhì)有著良好的保障。
[0033]請一并參考圖2，本實用新型柔性電路板堆棧式激光焊接裝置包括垂直疊陣激光器1、位于垂直疊陣激光器I下方的掩膜板2、驅(qū)動垂直疊陣激光器I平面內(nèi)二維運動和豎直方向上下移動的第一驅(qū)動機構(gòu)以及驅(qū)動掩膜板2上升和下降運動的第二驅(qū)動機構(gòu)。
[0034]所述掩膜板2是一個帶有開槽的金屬薄片，掩膜板2的下面設(shè)置緊密貼合的導(dǎo)光晶體4-16 (如圖4所示)，導(dǎo)光晶體4-16的作用有兩個，其一，讓激光能穿透下去照射受體，其二，能壓制焊接部分的非焊接部分，保證焊接的位置可靠。導(dǎo)光晶體4-16的兩側(cè)設(shè)有用于夾持導(dǎo)光晶體4-16晶體夾板4-17。
[0035]請結(jié)合參考圖3，所述第一驅(qū)動機構(gòu)包括立柱4-11及滑動安裝于立柱4-11上的縱向滑塊4-9，縱向滑塊4-9的兩側(cè)分別橫向設(shè)有一個側(cè)滑板4-7，每一側(cè)滑板4-7的前端設(shè)有固定垂直疊陣激光器I的二維調(diào)整鏡架4-2，所述二維調(diào)整鏡架4-2用于帶動垂直疊陣激光器I做二維調(diào)整，保證激光能準(zhǔn)確對準(zhǔn)焊接區(qū)域。
[0036]由于縱向滑塊4-9固定在立柱4-11上，可以在大范圍內(nèi)進行垂直疊陣激光器IZ向(也就是上下方向)的粗調(diào)，此處的粗調(diào)是為了適應(yīng)不同工件(包括相應(yīng)的制具)的不同高度所預(yù)留的Z向調(diào)整。較佳的，側(cè)滑板4-7前端固定有半螺母滑塊4-3，二維調(diào)整鏡架4-2固定在半螺母滑塊4-3上，半螺母滑塊4-3與側(cè)滑板4-7之間的空腔內(nèi)鑲嵌有微調(diào)螺釘4-4，微調(diào)螺釘4-4用于垂直疊陣激光器IZ向(也就是上下方向)的微調(diào)。
[0037]較佳的，二維調(diào)整鏡架4-2的鏡架動板4_2a內(nèi)安裝有激光器水冷塊4_1，垂直疊陣激光器I安裝在激光器水冷塊4-1的前端。
[0038]請參考圖5，在其中一個實施例中，激光器水冷塊4-1用連接螺紋4_2b安裝在二維調(diào)整鏡架4-2的鏡架動板4-2a內(nèi)。垂直疊陣激光器I的角度偏轉(zhuǎn)，將由二維調(diào)整鏡架4_2上的連接螺紋4-2b實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)，并由緊定螺釘4-2c固定鎖緊。二維調(diào)整鏡架4-2的調(diào)整，將直接帶動二維調(diào)整鏡架4-2的調(diào)整，將直接帶動垂直疊陣激光器I做二維擺動的微調(diào)整。
[0039]冷卻水將通過激光器水冷塊4-1中的進出水道4-la流經(jīng)垂直疊陣激光器1，從而給垂直疊陣激光器I降溫。激光水冷塊4-1除了承擔(dān)垂直疊陣激光器I的機械固定之外，還起到了一個電器絕緣子的作用，因為系統(tǒng)需要給垂直疊陣激光器I機械固定外，同時也必須要保證垂直疊陣激光器I與機體絕緣。
[0040]請一并參考圖2，所述第二驅(qū)動機構(gòu)包括固定掩膜板2的懸臂4-14、驅(qū)動懸臂4-14上升和下降的凸輪盤4-10，加持有導(dǎo)光晶體4-16以及掩膜板2的兩塊晶體夾板4-17從下至上安裝在懸臂4-14的前端下方。懸臂4-14的一端與升降座4-13連接，凸輪盤4_10內(nèi)設(shè)有位于升降座4-13下方的凸輪4-10a，凸輪4_10a與升降座4_13尾端的升降臂4_13a連接，轉(zhuǎn)動凸輪4-10a可帶動升降座4-13上下移動進而帶動懸臂4-14 一同升降。具體的，所述凸輪4-10a可由設(shè)置在凸輪4-10a下方的操縱手柄4_10b帶動旋轉(zhuǎn)，操縱手柄4_10b將凸輪4-10a旋轉(zhuǎn)的結(jié)果是將會抬起或放下升降座4-13，凸輪4_10a抬起或放下升降座4_13是由于凸輪托舉著升降座4-13上的升降臂4-13a。
[0041]導(dǎo)光晶體4-16兩側(cè)的晶體夾板4-17,連同導(dǎo)光晶體4_16、掩膜板2 —同固定在懸臂4-14的前端下面，于是，升降座4-13在做上下運動時，將一同帶動懸臂4-14、導(dǎo)光晶體4-16、晶體夾板4-17、掩膜板2—起上下運動，這個動作將使得導(dǎo)光晶體4-16壓住柔性電路板的非焊接區(qū)域，實施激光焊接，焊接完成后，抬起操縱手柄4-10b，也就是抬起了導(dǎo)光晶體
4-16，此時，便可以拿取和安放工件了。
[0042]較佳的，升降座4-13滑動設(shè)于縱向?qū)к?-8，升降座4_13的上下移動是受限于縱向?qū)к?-8，因此，升降座4-13只能做精密的縱向滑動?？v向?qū)к?-8保障了懸臂4-14在做Z向升降時的精密性，也就是保障了導(dǎo)光晶體4-16上下運動的精密性，
[0043]懸臂4-14上升下降的目的是使導(dǎo)光晶體4-16壓住和放開柔性電路板的非焊接部分，以實施焊接的固定需要。
[0044]升降座4-13的上方設(shè)有與調(diào)壓螺栓4-5連接的調(diào)壓螺栓4-5，導(dǎo)光晶體4-16對柔性電路板的壓力由彈簧4-12施加，其壓力大小將由調(diào)壓螺栓4-5進行調(diào)節(jié)。
[0045]懸臂4-14的中端設(shè)置有冷卻水道4-15，通過冷卻水帶走激光焊接過程中所產(chǎn)生的多余熱能，從而保護導(dǎo)光晶體4-16以及掩膜板2。
[0046]在本實用新型中運用了兩個垂直疊陣激光器1，這是因為垂直疊陣激光器I實際上出來的矩形光斑細(xì)分下來，是由多條條狀的光斑所構(gòu)成，條狀光斑的間隙處，將會有能量盲點，于是，設(shè)置兩個垂直疊陣激光器I進行光斑的疊加，利用二維調(diào)整鏡架4-2的調(diào)整來交替彌合條形光斑的縫隙，便能保證整個大的矩形光斑的能量均勻性。
【權(quán)利要求】
1.一種柔性電路板堆棧式激光焊接裝置，其特征在于:包括垂直疊陣激光器(I)、位于垂直疊陣激光器(I)下方的掩膜板(2)、驅(qū)動垂直疊陣激光器(I)平面內(nèi)二維運動和豎直方向上下移動的第一驅(qū)動機構(gòu)以及驅(qū)動掩膜板(2)上升和下降運動的第二驅(qū)動機構(gòu)，掩膜板(2)上設(shè)有對應(yīng)柔性電路板上(3-2)焊接區(qū)域的開槽，垂直疊陣激光器(I)發(fā)出的激光穿經(jīng)所述開槽照射柔性電路板上(3-2)的焊接區(qū)域進行焊接。
2.如權(quán)利要求1所述的柔性電路板堆棧式激光焊接裝置，其特征在于:所述第一驅(qū)動機構(gòu)包括立柱(4-11)及滑動安裝于立柱(4-11)上的縱向滑塊(4-9)，縱向滑塊(4-9)的兩側(cè)分別橫向設(shè)有一個側(cè)滑板(4-7)，每一側(cè)滑板(4-7)的前端設(shè)有固定垂直疊陣激光器(I)的二維調(diào)整鏡架(4-2)，所述二維調(diào)整鏡架(4-2)用于帶動垂直疊陣激光器I做二維調(diào)整。
3.如權(quán)利要求2所述的柔性電路板堆棧式激光焊接裝置，其特征在于:側(cè)滑板(4-7)前端固定有半螺母滑塊(4-3)，二維調(diào)整鏡架(4-2)固定在半螺母滑塊(4-3)上，半螺母滑塊(4-3)與側(cè)滑板(4-7)之間的空腔內(nèi)鑲嵌有微調(diào)螺釘(4-4)，微調(diào)螺釘(4-4)用于垂直疊陣激光器(I)Z向的微調(diào)。
4.如權(quán)利要求2所述的柔性電路板堆棧式激光焊接裝置，其特征在于:二維調(diào)整鏡架(4-2)的鏡架動板(4-2a)內(nèi)安裝有激光器水冷塊(4-1)，垂直疊陣激光器(I)安裝在激光器水冷塊(4-1)的前端，激光器水冷塊(4-1)中設(shè)有供冷卻水通過的進出水道(4-la)。
5.如權(quán)利要求4所述的柔性電路板堆棧式激光焊接裝置，其特征在于:激光器水冷塊(4-1)用連接螺紋(4-2b)安裝在二維調(diào)整鏡架(4-2)的鏡架動板(4-2a)內(nèi)，連接螺紋(4-2b)用于實現(xiàn)垂直疊陣激光器(I)的角度偏轉(zhuǎn)，并由緊定螺釘(4-2c)固定鎖緊。
6.如權(quán)利要求1-5任一權(quán)利要求所述的柔性電路板堆棧式激光焊接裝置，其特征在于:所述第二驅(qū)動機構(gòu)包括固定掩膜板(2)的懸臂(4-14)、驅(qū)動懸臂(4-14)上升和下降的凸輪盤(4-10)。
7.如權(quán)利要求6所述的柔性電路板堆棧式激光焊接裝置，其特征在于:掩膜板(2)的下面設(shè)置緊密貼合的導(dǎo)光晶體(4-16)，導(dǎo)光晶體(4-16)的兩側(cè)設(shè)有用于夾持導(dǎo)光晶體(4-16)的晶體夾板(4-17)，加持有導(dǎo)光晶體(4-17)以及掩膜板(2)的兩塊晶體夾板(4-17)從下至上安裝在懸臂(4-14)的前端下方。
8.如權(quán)利要求6所述的柔性電路板堆棧式激光焊接裝置，其特征在于:懸臂(4-14)的一端與升降座(4-13)連接，凸輪盤(4-10)內(nèi)設(shè)有位于升降座(4-13)下方的凸輪(4_10a)，凸輪(4-10a)與升降座(4-13)尾端的升降臂(4_13a)連接，轉(zhuǎn)動凸輪(4_10a)可帶動升降座(4-13)上下移動進而帶動懸臂(4-14) 一同升降。
9.如權(quán)利要求8所述的柔性電路板堆棧式激光焊接裝置，其特征在于:升降座(4-13)滑動設(shè)于縱向?qū)к?4-8)，升降座(4-13)的上下移動受限于縱向?qū)к?4-8)。
【文檔編號】B23K101/36GK203992821SQ201420485754
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】韓小平, 林卿, 王 鋒 申請人:武漢凌云光電科技有限責(zé)任公司