一种基于渐变能量带的双面焊接激光设备

摘要

本发明公开了一种基于渐变能量带的双面焊接激光设备，包括反光板支架以及依次平行放置且安装在反光板支架上的第一矩形反光板，第二矩形反光板和第三矩形反光板；第一矩形反光板和第三矩形反光板关于第二矩形反光板对称；第二矩形反光板的第一表面镀有对激光具有透过率为T的膜，第二矩形反光板的第二表面镀有对激光的全透膜；第一矩形反光板的第二表面镀有对激光的全反膜，第三矩形反光板的第一表面镀有对激光的全反膜。本发明巧妙地利用三块相对放置的反光板，通过光束在三块相对放置反光板内不断的反射、分光与合束实现一带能量渐变的加热光斑；同时能够一次焊接双面，提升焊接质量和效率，极大地减少了耗电量、设备的成本更为低廉。

权利要求

1.一种基于渐变能量带的双面焊接激光设备，其特征在于，包括第一矩形反光板，第二矩形反光板，第三矩形反光板和反光板支架；

所述第一矩形反光板，所述第二矩形反光板和所述第三矩形反光板依次平行放置且安装在所述反光板支架上，所述第一矩形反光板和所述第三矩形反光板关于所述第二矩形反光板对称；

所述第二矩形反光板的第一表面镀有对激光具有透过率为T的膜，所述第二矩形反光板的第二表面镀有对激光的全透膜；

所述第一矩形反光板的第一表面不做处理，所述第一矩形反光板的第二表面镀有对激光的全反膜，所述第三矩形反光板的第一表面镀有对激光的全反膜，所述第三矩形反光板的第二表面不做处理；

所述第二矩形反光板的第一表面是指与所述第一矩形反光板的第二表面相对的那个面，所述第二矩形反光板的第二表面是指与所述第三矩形反光板的第一表面相对的那个面；当入射光束以入射角δ入射到所述第二矩形反光板的第一表面时，所述入射光束中的一部分被反射，另一部分被透射；反射的部分经过所述第一矩形反光板第二表面全反射后又在第二矩形反光板第一表面部分透射部分反射；透射的部分经过所述第三矩形反光板第一表面全反射后又在所述第二矩形反光板的第一表面发生部分透射部分反射；

先经过所述第一矩形反光板第二表面全反射后再经过所述第二矩形反光板第一表面透射的激光和先经过所述第三矩形反光板第一表面全反射后再经过所述第二矩形反光板第一表面反射的激光重合；

先经过所述第一矩形反光板第二表面全反射后再经过所述第二矩形反光板第一表面反射的激光和先经过所述第三矩形反光板第一表面全反射后再经过所述第二矩形反光板透射的激光重合；

以此类推，激光在所述第一矩形反光板与所述第二矩形反光板之间构成的导光通道中不断地反射，每次传输到所述第二矩形反光板上就会有部分反射和部分透射；同样激光在所述第二矩形反光板和所述第三矩形反光板之间构成的导光通道中不断地反射，每次传输到所述第二矩形反光板就有部分激光在所述第一矩形反光板和所述第二矩形反光板构成的导光通道中不断的反射，每次传输到所述第二矩形反光板时就有部分反射和部分透射。

2.如权利要求1所述的双面焊接激光设备，其特征在于，所述入射角δ的范围为0<δ<

45°。

3.如权利要求1所述的双面焊接激光设备，其特征在于，焊接时，焊接元件经过第一导光通道或第二导光通道，先正面受到激光光束照射，再反面受到激光光束照射，不断交错，实现一次焊接双面；

其中，第一导光通道指第一矩形反光板与第二矩形反光板之间构成的导光通道；第二导光通道指第二矩形反光板与第三矩形反光板之间构成的导光通道。

4.如权利要求1-3任一项所述的双面焊接激光设备，其特征在于，所述第二矩形反光板的厚度尽量薄从而使得经过所述第二矩形反光板第一表面的透射光和反射光重合。

5.如权利要求1所述的双面焊接激光设备，其特征在于，所述透过率T的范围为：0

50％。

说明书

一种基于渐变能量带的双面焊接激光设备

技术领域

[0001] 本发明属于电子元器件激光焊接技术领域，更具体地，涉及一种基于能量空间分布可控的激光焊接设备。

背景技术

[0002] 随着电子微电子行业的快速发展，电子元器件(电容、电阻)的引脚焊接以及电子元器件与PCB的焊接等相关工艺和装备成为电子器件封装行业的核心技术，并推动微电子技术及应用快速发展。

[0003] 根据电子元器件的不同焊接工艺，对应的焊接设备也不尽相同，从手工焊枪、波峰焊设备、到隧道炉、真空回流焊接炉等焊接设备均可提供所需要的焊机工艺来完成相应电子元器件的焊接。然而，这些焊接设备均是采用电子发热管、红外加热管等电控发热元件进行加热，通过温控系统进行焊接温升曲线的控制，电子元件依次进入焊接设备中完成焊接的过程。此方法耗电量惊人，热损耗非常大，用电成本已经成为电子元器件封装企业主要的生产成本。

[0004] 另一方面，随着激光技术的快速发展，激光焊接设备逐步成为微电子企业的主要焊接设备之一，然而，现有的微电子行业激光焊接设备主要常用于单点焊接，或者只能实现单面的焊接，对于需要两面同时焊接的电子元器件(电容，电阻的两个引脚)等这样的焊接设备很难实现一次性的焊接。若采用两次分别焊接的工艺，不仅焊接效率大幅度降低而还会引起第一焊接面的再熔虚焊现象，甚至导致脱落，严重影响焊接质量。

发明内容

[0005] 针对现有微电子器件焊接设备中缺陷，本发明的目的在于提供一种基于渐变能量带的双面焊接激光设备，旨在解决若采用现有技术中的焊接设备进行两次分别焊接，不仅焊接效率大幅度降低且还会引起第一焊接面的再熔虚焊现象，甚至导致脱落，严重影响焊接质量的问题。

[0006] 本发明提供了一种基于渐变能量带的双面焊接激光设备，包括第一矩形反光板，第二矩形反光板，第三矩形反光板和反光板支架；所述第一矩形反光板，所述第二矩形反光板和所述第三矩形反光板依次平行放置且安装在所述反光板支架上，所述第一矩形反光板和所述第三矩形反光板关于所述第二矩形反光板对称；所述第二矩形反光板的第一表面镀有对激光具有透过率为T的膜，所述第二矩形反光板的第二表面镀有对激光的全透膜；

[0007] 所述第一矩形反光板的第一表面不做处理，所述第一矩形反光板的第二表面镀有对激光的全反膜，所述第三矩形反光板的第一表面镀有对激光的全反膜，所述第三矩形反光板的第二表面不做处理；所述第二矩形反光板的第一表面是指与所述第一矩形反光板的第二表面相对的那个面，所述第二矩形反光板的第二表面是指与所述第三矩形反光板的第一表面相对的那个面。

[0008] 更进一步地，当入射光束以入射角δ入射到所述第二矩形反光板的第一表面时，所述入射光束中的一部分被反射，另一部分被透射；反射的部分经过所述第一矩形反光板第二表面全反射后又在第二矩形反光板第一表面部分透射部分反射；透射的部分经过所述第三矩形反光板第一表面全反射后又在所述第二矩形反光板的第一表面发生部分透射部分反射；

[0009] 先经过所述第一矩形反光板第二表面全反射后再经过所述第二矩形反光板第一表面透射的激光和先经过所述第三矩形反光板第一表面全反射后再经过所述第二矩形反光板第一表面反射的激光重合；

[0010] 先经过所述第一矩形反光板第二表面全反射后再经过所述第二矩形反光板第一表面反射的激光和先经过所述第三矩形反光板第一表面全反射后再经过所述第二矩形反光板透射的激光重合；

[0011] 以此类推，激光在所述第一矩形反光板与所述第二矩形反光板之间构成的导光通道中不断地反射，每次传输到所述第二矩形反光板上就会有部分反射和部分透射；同样激光在所述第二矩形反光板和所述第三矩形反光板之间构成的导光通道中不断地反射，每次传输到所述第二矩形反光板就有部分激光在所述第一矩形反光板和所述第二矩形反光板构成的导光通道中不断的反射，每次传输到所述第二矩形反光板时就有部分反射和部分透射。

[0012] 更进一步地，所述入射角δ的范围为0＜δ＜45°。

[0013] 更进一步地，焊接时，焊接元件经过第一导光通道或第二导光通道，先正面受到激光光束照射，再反面受到激光光束照射，不断交错，实现一次焊接双面；其中，第一导光通道指第一矩形反光板与第二矩形反光板之间构成的导光通道；第二导光通道指第二矩形反光板与第三矩形反光板之间构成的导光通道。

[0014] 更进一步地，所述第二矩形反光板的厚度尽量薄从而使得经过所述第二矩形反光板第一表面的透射光和反射光重合。

[0015] 更进一步地，所述透过率T的范围为：0＜T≤50％。

[0016] 本发明的优点在于：

[0017] (1)焊接元器件双面都会受到激光的照射可以一次焊接双面，提高焊接效率，同时防止多次焊接造成虚焊，提升了焊接质量。

[0018] (2)该激光焊接设备具有结构简单，抗失调能力强，维护方便，功耗小的特点。

[0019] (3)通过改变第二反光板的透过率，有效控制带状光斑能量空间分配，实现不同的焊接温升曲线，可以对不同类型的电子元器件进行焊接。

附图说明

[0020] 图1是本发明实施例1焊接元件在第一区域沿第一方向运动示意图；

[0021] 图2是本发明实施例1焊接元件在第一区域沿第一方向运动的照射功率曲线图；

[0022] 图3是本发明实施例1焊接元件在第一区域沿第一方向运动示意图；

[0023] 图4是本发明实施例1焊接元件在第一区域沿第一方向运动的照射功率曲线图；

[0024] 图5是本发明实施例2焊接元件在第二区域沿第二方向运动示意图；

[0025] 图6是本发明实施例2焊接元件在第二区域沿第二方向运动的照射功率曲线图；

[0026] 图7是本发明实施例2焊接元件在第二区域沿第一方向运动示意图；

[0027] 图8是本发明实施例2焊接元件在第二区域沿第一方向运动的照射功率曲线图；

[0028] 图9是本发明实施例3中两个焊接元件运动示意图。

[0029] 在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1为入射光束，2为第一矩形反光板，3为第二矩形反光板，4为第三矩形反光板，5为焊接元件。

具体实施方式

[0030] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0031] 本发明提供了一种基于渐变能量带拼接的激光焊接设备，包括第一矩形反光板，第二矩形反光板，第三矩形反光板和反光板支架；第一矩形反光板，第二矩形反光板和第三矩形反光板平行放置，第一矩形反光板和第三矩形反光板关于第二矩形反光板对称并安装在反光板支架上，第二矩形反光板的第一表面镀有对激光有一定透过率T的膜，第二矩形反光板的第二表面镀有对激光的全透膜，第一矩形反光板的第二表面镀有对激光的全反膜，第二矩形反光板的尽量薄使厚度可以忽略不计，从而使得透射光与反射光能够重合。第三矩形反光板的第一表面镀有对激光的全反膜，第二表面不做处理；入射光束以入射角δ入射到第二矩形反光板的第一表面后，一部分被反射，另一部分被透射；反射的部分经过第一矩形反光板第二表面全反射后又在第二矩形反光板第一表面部分透射部分反射；透射的部分经过第三矩形反光板第一表面全反射后又在第二矩形反光板的第一表面并发生部分透射部分反射。因此经过第一矩形反光板第二表面全反射后经过第二矩形反光板第一表面透射的激光和经过第三矩形反光板第一表面全反射后经过第二矩形反光板第一表面反射的激光重合；经过第一矩形反光板第二表面全反射后经过第二矩形反光板第一表面反射的激光和经过第三矩形反光板全反射后经过第二矩形反光板透射的激光重合；以此类推，激光在第一矩形反光板与第二矩形反光板之间构成的导光通道不断地反射，每次传输到第二矩形反光板上就会有部分反射和部分透射；同样激光在第二矩形反光板和第三矩形反光板之间构成的导光通道不断地反射，每次传输到第二矩形反光板就有部分激光在第一矩形反光板和第二矩形反光板构成的导光通道内不断的反射，每次传输到第二矩形反光板时就有部分反射和部分透射。第一导光通道的激光经第二矩形反光板部分反射的激光将和第二导光通道内经第二矩形反光板部分透射的激光重合；第一导光通道的激光经第二矩形反光板部分透射的激光将和第二导光通道内经过第二矩形反光板透射的激光重合。这样激光就在第一导光通道和第二导光通道之间不断反射透射重合。

[0032] 焊接时，焊接元件经过第一导光通道或第二导光通道，首先，正面将受到光束照射，然后反面受到照射，如此不断交错。因此可以一次焊接双面，提高焊接效率，提升焊接质量。其中第一导光通道指第一矩形反光板与第二矩形反光板之间构成的导光通道；第二导光通道指第二矩形反光板与第三矩形反光板之间构成的导光通道。第一方向指光束入射侧到光束出射侧，第二方向指光束出射侧到光束入射侧。

[0033] 在本发明实施例中，入射角δ的范围为0＜δ＜45°，透过率0＜T≤50％。

[0034] 本发明提出的一种基于渐变能量带拼接的激光焊接设备，不仅便于实现不同焊接需求所用的焊接温升曲线的激光光斑的设计，可以实现双面焊接，而且分光灵活、控制简单，能耗低，具有更为广泛的应用空间。具体而言，本发明的优点在于：

[0035] (1)焊接元器件双面都会受到激光的照射可以一次焊接双面，提高焊接效率，同时防止多次焊接造成虚焊，提升了焊接质量。

[0036] (2)该激光焊接设备具有结构简单，抗失调能力强，维护方便，功耗小的特点。

[0037] (3)通过改变第二反光板的透过率，有效控制带状光斑能量空间分配，实现不同的焊接温升曲线，对不同类型的电子元器件进行焊接。

[0038] 本发明的目的在于提供一种高效的电子元器件的焊接设备，主要利用激光的热辐照效应对电子元件进行加热，采用光束在三块平行放置的矩形反光板内多次反射、透射与合束的原理，每次传输到第二矩形反光板时就有部分激光输出，得到一带能量渐变的加热光斑，实现所需要的温升曲线，完成高质量电子元器件的焊接。

[0039] 本发明巧妙地利用三块相对放置的反光板，其中两块镀有全反膜，另一块镀有一定透过率T的膜和高增透膜，通过光束在三块相对放置反光板内不断的反射、分光与合束实现一带能量渐变的加热光斑。该方案能量控制更为简单、耗能量约为传统电控发热焊接设备的5％，极大地减少了耗电量、设备的成本更为低廉，同时能够一次焊接双面，提升焊接质量和效率。

[0040] 本发明提供了一种基于三块相对放置的矩形反光板的能量渐变激光焊接设备，它包括矩形反光板对和入射光束，矩形反光板对由三块矩形反光板构成，两块表面镀有对激光的全反膜，实现激光的全反射，另一块镀有对激光一定透过率T的膜和高增透膜，用来控制透过和反射激光能量的多少。入射光束按照设定好的发散角进入到两块相对放置矩形反光板内，入射光束的入射角为δ(0＜δ＜45°)。

[0041] 本发明提供的基于两块相对放置的矩形反光板的能量渐变激光焊接设备，如图1所示，包括入射光束1，第一矩形反光板2，第二矩形反光板3，第三矩形方光板4，焊接元件5第一矩形反光板2、第二矩形反光板3和第三矩形反光板4相对放置，三块矩形反光板平行且对称放置，焊接元件5依次穿越能量不同的激光光斑，完成电子元件的焊接。

[0042] 应用本发明提供的激光焊接设备，包括激光光源和在三块平行放置的矩形反光板。光束在三块相对放置反光板内不断的反射、分光与合束实现一带能量渐变的加热光斑，实现对电子元器件的焊接。

[0043] 本发明提供的激光焊接方法通过改变入射光束入射角δ，有效控制带状光斑能量空间分配，实现不同的温升曲线，可以实现对不同类型的电子元器件进行焊接。

[0044] 其中，入射角δ的范围为0＜δ＜45°。

[0045] 入射激光照射焊接元件表面，光能转化为热能，温度达到200～230度，使焊锡熔化。

[0046] 为了更进一步的说明本发明实施例提供的基于渐变能量带拼接的激光焊接设备，现结合具体实例详述如下：

[0047] 实施例1：

[0048] 第一矩形反光板，第二矩形反光板和第三矩形反光板平行放置，第一反矩形光板和第三矩形反光板关于第二矩形反光板对称并安装在反光板支架上，第二矩形反光板的第一表面镀有对激光有一定透过率的膜，第二矩形反光板的第二表面镀有对激光的高增透膜，第一矩形反光板的第二表面镀有对激光的全反膜，第三矩形反光板的第一表面镀有对激光的全反膜，第二表面不做处理。

[0049] 首先功率为I的激光入射到透过率为T第二矩形反光板上，透过率0＜T＜50％，将有功率为I*T的激光透射，功率为I*(1-T)的激光反射；透射激光经过第一矩形反光板全反射后又入射到第二矩形反光板上，此时又发生透射和反射，透过功率为I*(1-T)*T，反射功率为I*(1-T)2；同时反射激光经过第三矩形反光板全反射后也入射到第二矩形反光板班上并发生透射和反射，透过功率为I*T2,反射功率为I*T*(1-T)。这样，第一矩形反光板与第二矩形反光板之间经过第二矩形反光板透射的光将于第三矩形反光板与第二矩形反光板之间经过第二矩形反光板反射的光合束，功率为2I*(1-T)*T；第一矩形反光板与第二矩形反光板之间经过第二矩形反光板反射的光将于第三矩形反光板与第二矩形反光板之间经过第二矩形反光板透射的光合束，功率为I*(1-T)2+I*T2。激光在在三块相对放置反光板内不断的反射、分光与合束，第一矩形反光板与第二矩形反光板之间功率不断趋于0.5I。同样在第二矩形反光板与第三矩形反光板之间随着反射透射次数功率也不断趋于0.5I，最后稳定为0.5I，功率不再发生变化。

[0050] 如图1所示，焊接元器件沿第一方向进入第二矩形反光板与第三矩形反光之间，可以得到图2所示的功率不断上升趋于0.5I的功率照射曲线，并且焊接元器件运动时首先是正面受到激光照射，然后是反面，接着又是正面，如此不断交错，因此可一次将电子元器件的正反面全部焊接上，提高焊接效率和质量。如图3所示，焊接元器件沿第一方向进入第一矩形反光板与第二矩形反光板之间，可以得到图4所示的功率不断下降趋于0.5I的功率照射曲线。同样焊接元器件运动时首先是正面受到激光照射，然后是反面，如此不断交错，一次将焊接元器件焊接上。

[0051] 实施例2

[0052] 第一矩形反光板，第二矩形反光板和第三矩形反光板平行放置，第一反矩形光板和第三矩形反光板关于第二矩形反光板对称并安装在反光板支架上，第二矩形反光板的第一表面镀有对激光有一定透过率的膜，第二矩形反光板的第二表面镀有对激光的高增透膜，第一矩形反光板的第二表面镀有对激光的全反膜，第三矩形反光板的第一表面镀有对激光的全反膜，第二表面不做处理；

[0053] 0＜T＜50％，首先功率为I的激光入射到第二矩形反光板上，将有I*T的激光透射，I*(1-T)的激光反射；透射激光经过第一矩形反光板全反射后又入射到第二矩形反光板上，此时又发生透射和反射，透过功率为I*(1-T)*T，反射功率为I*(1-T)2；同时反射激光经过第三矩形反光板全反射后也入射到第二矩形反光板班上并发生透射和反射，透过功率为I*T2，反射功率为I*T*(1-T)。这样，第一矩形反光板与第二矩形反光板之间经过第二矩形反光板透射的光将于第三矩形反光板与第二矩形反光板之间经过第二矩形反光板反射的光合束，功率为2I*(1-T)*T；第一矩形反光板与第二矩形反光板之间经过第二矩形反光板反射的光将于第三矩形反光板与第二矩形反光板之间经过第二矩形反光板透射的光合束，功率为I*(1-T)2+I*T2。激光在在三块相对放置反光板内不断的反射、分光与合束，第一矩形反光板与第二矩形反光板之间功率不断趋于0.5I，同样在第二矩形反光板与第三矩形反光板之间功率也不断趋于0.5I，最后都为0.5I，功率不再发生变化。

[0054] 如图5所示，焊接元器件沿第二方向进入第一矩形反光板与第二矩形反光之间，可以得到图6所示的功率不断加速上升到0.5I的功率照射曲线，并且焊接元器件运动时首先是正面受到激光照射，然后是反面，接着又是正面，如此不断交错，因此可一次将电子元器件的正反面全部焊接上，提高焊接效率和质量。如图7所示，焊接元器件沿第二方向进入第二矩形反光板与第三矩形反光板之间，可以得到图8所示的功率从0.5I不断下降的功率照射曲线。同样焊接元器件运动时首先是正面受到激光照射，然后是反面，如此不断交错，一次将焊接元器件焊接上。

[0055] 实施例3

[0056] 第一矩形反光板，第二矩形反光板和第三矩形反光板平行放置，第一反矩形光板和第三矩形反光板关于第二矩形反光板对称并安装在反光板支架上，第二矩形反光板的第一表面镀有对激光有一定透过率的膜，第二矩形反光板的第二表面镀有对激光的高增透膜，第一矩形反光板的第二表面镀有对激光的全反膜，第三矩形反光板的第一表面镀有对激光的全反膜，第二表面不做处理；

[0057] 首先功率为I的激光入射到第二矩形反光板上，将有I*T的激光透射，I*(1-T)的激光反射；透射激光经过第一矩形反光板全反射后又入射到第二矩形反光板上，此时又发生透射和反射，透过功率为I*(1-T)*T，反射功率为I*(1-T)2；同时反射激光经过第三矩形反光板全反射后也入射到第二矩形反光板班上并发生透射和反射，透过功率为I*T2,反射功率为I*T*(1-T)。这样，第一矩形反光板与第二矩形反光板之间经过第二矩形反光板透射的光将于第三矩形反光板与第二矩形反光板之间经过第二矩形反光板反射的光合束，功率为2I*(1-T)*T；第一矩形反光板与第二矩形反光板之间经过第二矩形反光板反射的光将于第三矩形反光板与第二矩形反光板之间经过第二矩形反光板透射的光合束，功率为I*(1-T)2+I*T2。激光在在三块相对放置反光板内不断的反射、分光与合束，第一矩形反光板与第二矩形反光板之间功率不断趋于0.5I，同样在第二矩形反光板与第三矩形反光板之间功率也不断趋于0.5I，一个从高到低，一个从低到高，最后都为0.5I，功率不再发生变化。

[0058] 当T＝0.5时，第一矩形反光板与第二矩形反光板之间的功率始终恒定在0.5I，第二矩形反光板与第三矩形反光板之间功率也始终恒定在0.5I。如图9所示两个电容从第二方向分别交错进入矩形反光板中，其中一个电容被光束照射时另外一个没有被照射。如此可以一次焊接两个电容，提高效率。同时，也可以一次焊接双面。

[0059] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。