張勇

摘 要：本文針對(duì)產(chǎn)業(yè)園激光封焊類(lèi)腔體蓋板出現(xiàn)不合格品的情況，分析不合格品產(chǎn)生的原因，提出解決方法及改變加工腔體直角R的方案，提高封焊腔體和蓋板的適配性的合格率。

關(guān)鍵詞：激光焊接；激光封焊類(lèi)腔體與蓋板；圓角配合

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，激光焊接技術(shù)廣泛用于各行各業(yè)，特別是微電子工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。由于激光焊接熱影響區(qū)小、加熱集中迅速、熱應(yīng)力低，因而在集成電路和半導(dǎo)體器件殼體的封裝中，顯示出獨(dú)特的優(yōu)越性，得到了廣泛的應(yīng)用。激光焊接機(jī)是采用激光器產(chǎn)生的波長(zhǎng)為1064nm的脈沖激光束經(jīng)過(guò)擴(kuò)束、反射、聚集后輻射被加工件表面，表面熱量通過(guò)熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴(kuò)散，使工件融化，形成特定的熔池，當(dāng)熔池冷卻后將熔池兩側(cè)的金屬熔接在一起，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被加工件的激光焊接，因此要求激光焊接位置需非常精確，務(wù)必在激光束的聚焦范圍內(nèi)。激光焊接是一種特殊的熔焊過(guò)程。在激光密封焊接中，容易產(chǎn)生兩種典型的缺陷：裂紋和氣孔，其中裂紋的產(chǎn)生因素和機(jī)加工的精度有關(guān)。

目前，在微波產(chǎn)品對(duì)幾何尺寸的技術(shù)要求是在加工尺寸需要滿(mǎn)足封焊要求，對(duì)需激光封焊的腔體和蓋板的尺寸，其配合尺寸應(yīng)設(shè)計(jì)為：腔體尺寸公差0～+0.03mm，蓋板尺寸公差-0.04～-0.07mm。在加工配合中，單邊配合間隙≤0.05mm，轉(zhuǎn)角R允許為0.07mm。

一、激光封焊腔體與蓋板的生產(chǎn)情況

在生產(chǎn)中，腔體的內(nèi)腔由數(shù)銑加工，蓋板外形由線切割加工。加工后經(jīng)測(cè)量腔體和蓋板的長(zhǎng)度尺寸和圓角尺寸都能滿(mǎn)足公差要求。

通常在加工腔體凹R時(shí)，實(shí)際的加工軌跡與數(shù)控程序的預(yù)定軌跡并不吻合，這種差異是由機(jī)床和刀具的特性造成的。首先機(jī)床與刀具的剛度有限，在加工圓角時(shí)，刀具會(huì)有一定程度的傾斜，造成軌跡偏差；另外，在加工圓角時(shí)對(duì)于機(jī)床是X軸運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)向Y軸運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的滾珠絲杠機(jī)構(gòu)存在一定的空程差，導(dǎo)致刀具運(yùn)動(dòng)與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的不同步，也造成了軌跡偏差，這兩方面因素導(dǎo)致了腔體凹R的超差，同時(shí)因機(jī)床和刀具不同，超差的情況也有所不同。在加工蓋板凸R時(shí)，起始切割點(diǎn)的確定是非常重要的。蓋板的切割路線是封閉圖形，所以起始切割點(diǎn)也是切割的終點(diǎn)。由于加工過(guò)程中存在各種工藝因素的影響，電極絲返回到起點(diǎn)時(shí)必然存在重復(fù)位置誤差，造成加工痕跡，導(dǎo)致加工精度和外觀都受到影響。當(dāng)各相交角相同時(shí)，起切點(diǎn)的優(yōu)先順序是：直線與直線的交點(diǎn)、直線與圓弧的交點(diǎn)、圓弧與圓弧的交點(diǎn)。對(duì)于工件各切割面無(wú)技術(shù)要求的交點(diǎn)的工件，起切點(diǎn)盡量選擇在便于鉗工修復(fù)的位置上。在電火花線切割加工的軌跡控制采用數(shù)控法及自動(dòng)編程，在對(duì)蓋板的切割過(guò)程中電極絲的蝕除量、切割的脈沖電流以及電極絲的振動(dòng)都對(duì)蓋板的精度存在一定的影響。

二、提高產(chǎn)品合格的改進(jìn)方案

改變加工參數(shù)。腔體凹R超差是由機(jī)床與刀具的剛度和滾珠絲杠的空程差造成的，當(dāng)走刀速度越高時(shí)，刀具軌跡與理論軌跡偏差越大，所以可以通過(guò)在加工圓角時(shí)降低走刀速度來(lái)減少刀具軌跡的偏差。

腔體圓角凹R超差均為偏大，可以通過(guò)數(shù)控程序把理論軌跡設(shè)置為負(fù)差，與實(shí)際加工中出現(xiàn)的向上公差的偏差相疊加，使最終的公差控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，該方法需要使刀具的半徑小于圓角的半徑，因?yàn)楫?dāng)?shù)毒甙霃降扔趫A角 半徑時(shí)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)負(fù)差，即當(dāng)圓角為R1.5mm時(shí)，使用d2的刀具和數(shù)控程序共同進(jìn)行控制。同時(shí)，把加工圓角的走刀速度由330mm/min降為80mm/min，實(shí)際操作結(jié)果表明，出現(xiàn)不合格品的情況有所下降，但仍會(huì)出現(xiàn)不合格品。經(jīng)分析，此類(lèi)方法只能減小刀具軌跡和理論軌跡的偏差，不能消除兩者之間的偏差；并且不同的機(jī)床、刀具的特性不同，偏差也不同，因此不能完全保證腔體凹R不超差，所以該方法可以降低產(chǎn)品的返修率。

在按照上述的加工要求加工后，在配合時(shí)蓋板和腔體的間隙不是十分均勻，有的時(shí)候還有卡滯現(xiàn)象發(fā)生，尤其是在腔體電鍍后。通過(guò)放大可以發(fā)現(xiàn)在微觀情況下，在與之相對(duì)應(yīng)的蓋板的同一位置在理論上也應(yīng)該是一處直角，但實(shí)際上是一處內(nèi)圓角。這是由于蓋板是線切割加工的，線切割是通過(guò)電火花放電產(chǎn)生的熱量來(lái)熔解去除金屬的。在加工過(guò)程中，線切割的最小角部半徑是有限制的，是電極絲的半徑加上加工間隙，在該處走絲過(guò)程中必然留下電極絲直徑的四分之一圓弧，即R0.10mm，這是個(gè)剛性誤差——不能避免的！對(duì)于上述腔體和蓋板形狀復(fù)雜的配合，蓋板在腔體的直角處相抵，這個(gè)誤差會(huì)導(dǎo)致配合間隙的重新分配，會(huì)直接影響腔體和蓋板的焊接質(zhì)量。

針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，提出的改進(jìn)方法是在加工腔體的直角時(shí)，把腔體的直角加工成R0.09—0.13mm，這樣就可以有效的解決配合的問(wèn)題。

三、結(jié)論

通過(guò)這一改進(jìn)，可以使蓋板和腔體具有良好的適配性，提高了本單位的生產(chǎn)效率和質(zhì)量有利于下工序的激光封焊，提高腔體的焊接質(zhì)量，同時(shí)對(duì)粘接的蓋板和其他需要封焊的腔體都具有推廣的價(jià)值和借鑒的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 激光加工工藝與設(shè)備.機(jī)械工業(yè)出版社.

[2] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社.

[3] 數(shù)控銑工加工中心操作工.機(jī)械工業(yè)出版社.

[4] 電火花線切割工藝.原子能出版社.