SMT激光软钎焊自动焊接系统的研究1111

SMT激光软钎焊自动焊接系统的研究

激光软舒悍有动悍接系统的研究哈尔滨工业大学焊接教研室梁旭文王春青

姜以宏

钱乙余

摘要

本文研制成功激光软钎焊焊点示教系统并且实现了激光器电源的计算机控制,。

,

能对激光输出功率和加热时间进行精密调节同时对几种典型元件的激光软钎焊工艺规,

范进行了探索关键词

。

激光软钎焊

自动化

钎焊工艺,

引言激光软钎焊是表面组装焊接技术中一个很有前途的发展方向近年来西方一些主要工业国家如美,,

既考虑焊点位置也考虑了焊点类型使示教功能得,,

到较好的完善

。

焊点注人能量的控制则是保证组装焊接质量的

国

、

日本前西德都对其工艺和方法进行了许多研,

、

关键

。

在

丁

激光软钎焊过程中可控参数主要包,,

,

究其中美国

,

引,

公司的激光软。

括激光输出功率和加热时间目前西方工业国家采用的能量控制方法是激光输出功率维持定值改变,

钎焊料设备已经产品化和系列化走在世界的前列,,

国内的研究则与他们有较明显的差距目前完成的主要是一些基础性研究如焊点热过程数值模拟母,

焊点加热时间从而相对不同类型的焊点采用不同的焊点输人能量比,,

,

,

。,二

这种方法控制简单有一定。

,

材在钎料中的溶解及焊点温度实时检测等尚没有,,

适用性但也有其固有的缺陷当焊点类型发生变化时若选用恒定的激光输出功率则对某些类型焊,,

涉及激光软钎焊的过程自动控制和焊点质量实时控制川在激光软钎焊过程中由于热源的特殊性焊点加热只能是逐点方式效率极低不能满足实际生产的需要实现过程自动化是使该技术产业化的唯一,,,,,

点其加热时间的可选范围很狭窄焊点质量难以保

,

,

证同时功率恒定对克服焊点飞溅没有很好的解决办法一般采用基板预热效延长氢灯寿命陷。

。

,

,

也不利于节约能源和有

。

本文采用激光输出功率和加热时,

途径

。

间协调控制的方法能有效克服上述控制方法的缺

实现激光软钎焊过程自动化需要解决两个问

题焊点如何精确定位焊点注人能量如何控制础,,。

激光软钎焊自动焊接系统的研制图

为

激光软钎

焊自动焊接系统结构示、

意图、

。

激光软钎焊焊点精确定位是实现过程控制的基目前定位方法可以有两种示教法

图中激光器为连续可调额定功率丫

的机激光,

法

。

激光器,

。

微型计算机为旧

一

法是利用印刷电路板

图形文件来进行焊图形文件时的焊,

器的输出功率由计算机通过接口电路控制氢灯工作电流而实现激光加热时间的控制则由控制开关完

点定位的方法它适用于存在确定焊点

,

点定位示教法是通过键盘控制工作平台的移动来

成激光输出稳定性,

。

一丫坐标的定位方法这种方法用于所。

激光软钎焊示教系统图

有类型的印刷电路板本文采用示教法示教过程中《电子工艺技术》

,

为示教系统原理图它包括两部分··

,

年第

期

SMT激光软钎焊自动焊接系统的研究

激光器

快门

辐合透镜

过调节可控硅的导通时间来改变电源主电路电流

,

从而控制激光输出功率控制原理图微型计算机。

。

图

为激光电源的计算机,

计算机通过并行体视显

。

接口输出控制信号该信号经,,

聚焦透

隔离后与电流反馈信号比较放大得到控制电压

它与同步电压叠加控制触发电路的移相从而控制激光输出功率,。

橄镜

镜组

由于系统

转换器为

位分辨

率激光输出功率的线性范围对应电流变化区间为,

因此电流控制灵敏度可按下式计算鱼旦吕,,

电流控制精度示教系统

折合成能量尺度约为

该分辨率已,

完全能满足控制要求步进电机图

。

一工作平台

因为激光氢灯点燃时存在瞬间高压其幅值高

激光软舒焊示教焊接系统

达数千伏为避免其藕合至控制电压输入端采取了,

,

结构示意图步进电机驱动电路及其附属电路

月一仁诬洲。,流峥闷、一以一分一器丁七

传感答饭

示教系统与主控计算机的接口

。

数器提供步进电机可点动也可连续行走行走速,,

—,

丫

步进电机行走脉冲由

定时器计,

机计算

隔离

下

月

汽月

单片权与名

步致显不

激光输出能量控制原理方框图一一控制电压一一同步电压一一电流反馈电压一一触发电路

件

时序变换电路

甲

行

步进电帆抓动

一一可控硅主回路

旧

一

卜

步进电帆

隔离措施

。

图

示教系统原理图

本文采用电磁

藕合隔离放大器,。

。

它的线

性和稳定性好隔离电压和共模抑制比高度可调调节范围为,

步一,

。

步秒

作平台行程为,

定位精度为。

拼

—。

丫

工,

,

,

应用电路简单放大器增益可。

,

调最适用于此处的过程控制

示教方法随焊点类型的不同而不同

对于表面,

电流检测采用霍尔电流传感器

丫

。

其可

阻容元件只需示教该焊点位置和类型号并存人示教系统,

区即可对

于

元件则需示教,。

两点固点和元件的四个元件

极限位置如图机控制

所示

。

激光电源的计算激光器电源主回路为三相可控硅全控桥式图尸

元件示教方法

整流电路因此可以通,

图

控制信号与氮灯电流的关系《电子工艺技术》

年第

期

SMT激光软钎焊自动焊接系统的研究

试验前用丙酮清先树脂基板焊膏开

,

始

采用金属掩模印刷元件贴装时把元件,

本体同基板粘固以防激光加热时变形,

而影响良好接触接收示机查询串行口教得到的焊点位置类型信息,

。

激光束经光纤引导聚。

开启激光特控制功率

,

焦后直接对焊点加热斑点直径。

翰出和加热时间

试验结果、

试验发现所有的元件钎焊时都有一个或大或小的规范区间能满足良好接

,

孩据整理

璐径优化

碑

沪川

合的条件图,

为三种元件的规范区间,,

画于同一张图中的情形可以看出激光工作平

台回零

输出功率和加热时间协调控制的方法是合适的而维持激光输出功率恒定只改,,

发送焊点位置

变加热时间的控制方法不能满足焊点质量要求。

结论图测电流范围为线性度蕊士图,

自动焊接系统软件流程图,

。一。

对应输出电压

。一

,

输出八曰八”

为计算机,。

输出信号与氢灯电流的关,

)曰李铃

系图从图上可以看出两者成很好的线性关系控

制效果好图

为自动焊接系统的软件流程图,

。

工艺试验

焊点类型的多样化使钎焊规范的合理选择成为自动焊接过程中保证焊点质量的关键之一本文,

通过工艺试验确定了几种典型焊点的激光软钎焊

,

图

加热时间

规范

。

本文研制成功

激光软钎焊示教焊接系,

试验方案影响激光软钎焊焊点质量的因素很多但从过,

统焊点定位精度为足激光软钎焊要求

‘

拜

对激光电源实现了计

算机控制控制精度满完成了激光软钎焊过程自动化参数协调控制最大组装焊接速度达,

程控制本身来考虑激光输出功率和加热时间是两个主要因素试验时采用双因素优选法即对激光功,。

,

率

、

照射时间。

各选出一个好点以此为参考进行

,

点秒

。

下一步的试验

参考文献,

试验材料和试验方法试验材料元器件为表面贴片元件包括片状元件,、、

,

岛

,

,

圆柱状元件,

又中

,

又中

。

,

,

一,

基板为树脂基板厚度“,

导体为拜。

厚度,

,

一,

上镀

一内

合金镀层厚度镇,。

,

,

,

钎料选用膏状钎料合金成分为,

一

一

一,,

内含松香钎剂试验方法

下转

页

《电子工艺技术》

年第

期

SMT激光软钎焊自动焊接系统的研究

一次一,

变换电路,

其带来的高可靠性与稳定性相比是合算的图。

。

电路如丁

型电磁成形设备采用了一种新型简单、、

的可控硅触发电路并与光电祸合技术相结合实现了自动移相使电路在稳定性可靠性低耗电和低,

控制开关晶体管基极的方波电路我们采用一

,

脉宽调制型器适当调整,,,。

和

可控

成本等方面体现了很大的优越性,

。

三相触发电路所

制振荡器频率也即方波频率调整空比符合要求的方波。

可获得占,

控制的三相半控整流桥可无级控制输出直流电压

本电路还设计有对功率模块,

的保护电路当通过功率模块的电流高于设定值由

扮片目杀

詹

八讯

二

采样电阻上得到的信号经过光藕

经放大后{门匕一堆波厂,

」

门门

门二

·

罗土

图从,

一次

变换电路

图。一,

工作电流从。

。一

,

型控制电路脚使一

完成一次

变送至搜,

换电路如图作状态此时,

的

,

洲停止工作开关晶体管电路如图。

,

当工作电流在

。

之间,

一

处于放大工

关闭从而保护结束语一

功率模块

犯的集电极则叠加了

个由工作

电流负反馈回来的直流信号而此信号的任何变化

型电磁成形设备由于采用无工频变压。。火。

都将随时改变可控硅的触发延迟角从而实现自动移相对输出直流起着可调节输出电压根据调试,

,

器开关直流稳压电源外形尺寸为。。,

丫乙

,

,

分明显的稳流作用

。

调节

,

比现有的国内外产品要小重量也轻,

,

调正

。

便能量易于控制这对

成片,,,

牛日质量勺,

有很大的提。

,

述简单触发线路保证三相对称输。

高由于没有工频变压器噪声也小有助于改善工作环境为发展无污染冲压生产打下了基础,

出易于调整对三只可控硅无特殊的苛刻要求功

,

率因数的变化或倒相影响。

均不会对线路工作产生明显

参考文献张占松编高频开关稳压电源广东科技出版社,

二次一

变换电路及控制电路型电磁成形设备采用调宽型。

全,

叶治政等开关稳压电源高等教育出版社

,

桥式他激式开关电源电路大功率开关晶体管我们

采用了二只林顿管电路它能通过的要求,,

型功率模块类似于达,

曹儒明激光与红外

十

、

十一·

型氨氢离子多用激光电源

·

的大电流满足大功率,

,

而且较为稳定缺点就是成本较高但这与

编高能成形》写小组高能成形国防工业出版社铃木秀雄等电磁成形法己基础上工业利用及己

日封

汀}

口人

戈

曰叮

阵匡

实际塑性上加工

,

,

,

卜

卜巴

}

专中专令夕专专中令令专中令专中专专中专专上接,

页吕,,

,

,

一,

末永直行,

卜

一丫七夕

付溶接技术

,

。

一

图

二次

变换电路

《电子工艺技术》

年第

期

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ogae.html