劉清嫦 吳海洋（東莞新科技術(shù)研究開發(fā)有限公司，廣東 東莞 523087）

?

預(yù)置錫線激光焊接法在手機(jī)攝像頭自動化生產(chǎn)中的應(yīng)用

劉清嫦 吳海洋
（東莞新科技術(shù)研究開發(fā)有限公司，廣東 東莞 523087）

摘 要：激光焊接具有焊接速度快、熱影響區(qū)域小，焊點(diǎn)無污染等特點(diǎn)，在工業(yè)制造中應(yīng)用廣泛。但在結(jié)構(gòu)緊湊的手機(jī)攝像頭生產(chǎn)中遭遇難題。本文提出了預(yù)置錫線的激光焊接新方法，并以具體型號的手機(jī)攝像頭模組為例，在自行設(shè)計的自動化設(shè)備中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)在激光功率5.3W，光斑大小為Φ0.3mm，焦距為51mm，焊接時間為200ms的工藝條件下，彈片和線圈能形成性能良好的焊點(diǎn)，在自動化生產(chǎn)中的合格率達(dá)到96%以上。

關(guān)鍵詞：激光焊接；錫線；手機(jī)攝像頭；自動化

0 引言

熱傳導(dǎo)型激光焊接的原理是激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴(kuò)散，使工件熔化，形成特定的熔池，如圖1所示。由于其具有焊接速度快、熱影響區(qū)小，焊接部位靈活等優(yōu)點(diǎn)，其廣泛應(yīng)用于微、小型零件焊接中。但在結(jié)構(gòu)緊湊的手機(jī)攝像頭模組的應(yīng)用中，由于焊接部位是熔點(diǎn)較高的厚度只有0.04mm的銅彈片和銅線圈，傳統(tǒng)的熱傳導(dǎo)型激光焊接方法會燒壞薄彈片下面和焊點(diǎn)周圍的塑膠元件，造成100%的壞品。本文針對上述存在的問題，提出了一種預(yù)置錫線的激光焊接方法，并以662型號攝像頭為對象，在自動化機(jī)器中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

圖1 傳統(tǒng)激光焊接原理圖圖

預(yù)置錫線激光焊接是在母材銅彈片中開一個0.3mm×0.4mm的方形孔，在方孔中放置Φ0.3×0.4mm的錫線段，焊接時，激光束輻射至錫線表面，表面熱量通過熱傳導(dǎo)向錫線內(nèi)部擴(kuò)散，使錫線和銅線圈表面的錫熔化冷卻后形成焊點(diǎn)，如圖2所示。由于錫的熔點(diǎn)較低，焊接需要的激光能量較少，與銅片和線圈接觸的塑料透鏡座吸收的熱量和輻射非常弱，甚至幾乎為零，從而避免了燒傷。

圖2預(yù)置錫線激光焊接示意圖

圖3實(shí)驗(yàn)機(jī)器結(jié)構(gòu)圖

1 自動化焊接設(shè)備設(shè)計

預(yù)置錫線自動激光焊接的工藝過程：切錫線→吸嘴吸錫線→檢測吸嘴→放置錫線→指定打激光位置→激光照射→焊點(diǎn)檢測，而要實(shí)現(xiàn)這樣的工藝過程，其自動化設(shè)備需要包括錫線自動供應(yīng)系統(tǒng)、激光焊接系統(tǒng)以及自動檢測和控制系統(tǒng)。本文主要設(shè)計了錫線自動供應(yīng)和檢測裝置，并與其他激光焊接裝置進(jìn)行耦合，形成實(shí)驗(yàn)機(jī)器，如圖3所示。

在錫線自動供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計中，錫線位于4個嚙合齒輪間，馬達(dá)驅(qū)動齒輪旋轉(zhuǎn)，促使錫線向前送一段固定長度；在機(jī)構(gòu)的底部設(shè)計一氣缸，通過氣缸推動切刀切斷錫線；并采用吸嘴來實(shí)現(xiàn)吸線、放線的功能。整個過程由PLC自動控制，并有CCD檢測吸嘴是否吸線、放線成功。

表1

圖4 焊接成品和焊點(diǎn)斷面圖

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與驗(yàn)證

保證錫線和線圈熔合，同時避免燒傷塑料元件，需要嚴(yán)格控制激光的熱輸入量。因此激光焊接工藝參數(shù)的合理選擇至關(guān)重要。激光焊接主要參數(shù)通常包括：光斑、焦距、功率和時間。本文以型號為662的手機(jī)攝像頭半成品和φ0.3mm×0.4mm的錫線為原料，在自動化焊接機(jī)上進(jìn)行4因子2水平的全因子實(shí)驗(yàn)，并使用JMP軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出最優(yōu)焊接參數(shù)。然后在最優(yōu)參數(shù)條件下連續(xù)5天每天加工50個產(chǎn)品進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。在此工藝條件下，優(yōu)率均可以達(dá)到96%。在30倍的顯微鏡下觀察，焊點(diǎn)表面成形良好（如圖4所示），而且沒有任何的燒焦現(xiàn)象產(chǎn)生。對焊點(diǎn)進(jìn)行成分分析發(fā)現(xiàn)，焊點(diǎn)里有厚度為0.18μm的錫銅共化物IMC產(chǎn)生（如圖5所示），說明焊點(diǎn)性能良好。

結(jié)論

在激光功率5.3W，光斑大小為φ0.3mm，焦距為51mm，焊接時間為200ms的工藝條件下，彈片和線圈能形成性能良好的焊點(diǎn)，解決了塑膠元件被燒焦的問題，而且自動焊接優(yōu)率高達(dá)96%以上。由此可見，本文闡述的激光焊接方法具有高速、優(yōu)質(zhì)、對連接材料和周圍結(jié)構(gòu)影響小的優(yōu)點(diǎn)，非常適合結(jié)構(gòu)緊湊的手機(jī)攝像頭模組自動化生產(chǎn)。隨著手機(jī)輕薄化的發(fā)展趨勢，此工藝方法的優(yōu)勢越來越明顯。

圖5焊點(diǎn)成分分析譜圖（IMC層）

參考文獻(xiàn)

［1］李春峰.特種成形與連接技術(shù)［M］.北京：高等教育出版社，2005.

［2］張國順.現(xiàn)代激光制造技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

［3］陳武柱.激光焊接與切割質(zhì)量控制［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［4］沈邦興.實(shí)驗(yàn)設(shè)計及工程應(yīng)用［M］.北京：中國計量出版社，2005.

［5］ Wei Huang， Olgierd A. Palusinski etc. Effect of Randomness of Cu-Sn Intermetallic Compound Layer Thickness on Reliability of Surface Mount Solder Joints［J］.IEEE TRANSACTIONS ON ADVANCED PACKAGING， VOL. 23， NO. 2， MAY 2000.

中圖分類號：TG409

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A