蘇 茜，喻定新，于海春，廖劍斌

（1.廣西機電職業(yè)技術學院，廣西南寧530007；2.東莞新科技術研究開發(fā)有限公司，廣東東莞523087）

激光與回流復合焊接技術的研究與應用

蘇 茜1，喻定新2，于海春1，廖劍斌1

（1.廣西機電職業(yè)技術學院，廣西南寧530007；2.東莞新科技術研究開發(fā)有限公司，廣東東莞523087）

介紹了激光與回流復合焊接技術進行可行性及工藝流程研究，樣機試驗數據表明激光與回流焊的復合技術使得兩種先進的焊接技術能充分發(fā)揮了各自的優(yōu)勢，在硬盤行業(yè)形成了一種全新高效的焊接方法。

激光；回流；復合焊接

隨著硬盤各種性能指標不斷提高，HSA磁頭臂組件中導通HGA Pad位和AFA Pad位的焊點數目急劇上升，傳統的焊接方法已不能適應需要，企業(yè)迫切需要開發(fā)一種高效率、低成本的能滿足磁頭臂組件多焊點快速焊接要求的自動化設備，對于提高企業(yè)生產效率、降低直接生產成本具有重要的現實意義。

近年來，隨著高功率激光器以及光纖傳輸技術的完善，激光焊接成為最有朝氣的焊接方法之一。當前應用于硬盤行業(yè)比較熱門的是自動錫球焊接設備，用光導纖維將激光束引入聚焦透鏡聚集光束，將錫球快速加熱到220℃以上，使熔化的錫球導通HGA Pad位和FPC Pad位，形成所要求的焊點，缺點是每次只能熔化一個錫球，完成一個焊點焊接。

回流焊技術在電子制造領域并不陌生，它通過加熱電路將氮氣加熱到足夠高的溫度后吹向已經貼好元件的線路板，讓元件兩側的焊料融化后與主板粘結。這種工藝的優(yōu)勢是通過足夠高的溫度能融化整片整面的焊料，達到快速多點焊接的目的。缺點是加熱電路將氮氣加熱到足夠高的溫度時間較長，且需大型專用加熱設備才能完成，不利于小型自動拉大面積推廣應用。

本文重點對校企合作開展的激光與回流復合焊接技術研究成果及應用情況進行介紹。該復合技術能將激光焊與回流焊技術各自的優(yōu)勢結合于一體，同時很好地避免了單獨采取其中一種焊接技術所產生的不足。

1 激光與回流復合焊接技術的研究與應用

1.1 激光與回流復合焊接技術的構想

廣西機電職業(yè)技術學院數控技術專業(yè)與東莞新科磁電技術開發(fā)有限公司二者結合各自的技術特長開展了激光與回流復合焊接技術的探討，期望以FPC多焊接點為研究對象，應用激光能量同時對多焊接點實現一次快速高效的焊接。具體構想如圖1所示，基于已開發(fā)的激光焊接設備，通過激光束對多焊接點一次激發(fā)，實現一次焊接。

圖1 復合焊接構想

1.2 激光與回流復合焊接技術的可行性研究

為了驗證激光與回流復合焊接技術的可行性，課題組搭建了激光與回流復合焊接試驗平臺，如圖2所示。其由激光發(fā)生器、光釬、PLC控制板、傳動支架及工裝夾具組成。FPC Pad刷錫工序由FPC供應商作為來料工序完成。焊接后效果如圖3所示，完全符合質量要求，數據證明激光與回流復合焊接技術真實可行。

圖2 試驗平臺

圖3 焊接后效果

1.3 激光與回流復合焊接技術的工藝流程研究

1.3.1 回流焊技術的工藝流程

（1）焊接準備。焊接前將粉末狀焊料、焊劑、粘合劑制作成糊狀焊膏。

（2）點膏。使用手工、半自動或自動絲網印刷機，如同油印一樣將焊膏印到FPC Pad位上。這是焊膏的第一次流動。

（3）加熱、再流。根據焊膏的熔化溫度，使用激光加熱的方式加熱焊膏，使FPC Pad位上的焊膏熔化而在被焊工件HGA Pad的焊接面再次流動，達到將HGA Pad焊接到FPC Pad上的目的。由于焊膏在印刷過程已流動過一次，焊接時的這次熔化流動是第二次流動，稱為再流焊。再流焊區(qū)的最高溫度應控制在使焊膏熔化，且使焊膏中的焊劑和粘合劑氣化并排掉。

1.3.2 氮氣激光回流復合焊的特點

隨著組裝密度的提高，精細間距（Pad pitch）越來越小，在設備上還考慮了充氮保護功能，改善了回流焊的質量和成品率。氮氣激光回流復合焊有以下優(yōu)點：

（1）防止減少氧化；

（2）提高焊接潤濕力，加快潤濕速度；

（3）減少錫球的產生，避免橋接，得到好的焊接質量，更重要的是，可以使用更低活性助焊劑的錫膏，同時也能提高焊點的性能，減少基材的變色，盡管產生了氮氣成本，最終的成本收益分析顯示氮氣引入并沒有增加最終成本，相反，更有助于品質的改善，返工或維修費的降低。

1.4 激光與回流復合焊接樣機實際驗證

激光與回流復合焊接試驗樣機系統包括激光發(fā)生器、旋轉工作臺及相關工裝夾具、PLC控制箱、觸摸屏、焊接控制系統以及焊接報警系統。樣機外觀如圖4.

圖4 樣機外觀

該樣機具備自動焊接功能，將工件放好后，由導軌將工件傳送到指定位置，然后啟動激光發(fā)生器焊接，焊接完成后發(fā)送焊接完成信號，PLC控制導軌滑出。整個系統很好地處理了PLC和激光發(fā)生器之間的相互通信，做到穩(wěn)定可靠，避免意外事故發(fā)生。焊接工裝夾具主要滿足工件的定位、裝夾，確保工件準確定位，減小焊接錯位，主要由氣缸來控制夾抓，氣缸的動作由PLC控制。旋轉工作臺主要滿足焊接工裝夾具的安裝和定位，工件上好以后由導軌滑至焊接工位，檢測到到位信號后激發(fā)激光開始焊接。整個系統由PLC作為主控單元，由PLC來控制激光發(fā)生器和夾具的協調運動。人機界面觸摸屏為參數設置和監(jiān)控單元，在全自動模式下只需操作相關按鈕即可。

整個系統的生產過程穩(wěn)定性好，設備操作簡單；焊接準備工作量和焊接后焊縫處理工作量小；焊接生產工時短、生產效率特別高，與其他焊接方法的詳細比較如表1所示。

TG456

A

1672-545X（2016）11-0159-02

2016-08-03

廣西高校科研”新型全自動磁頭臂激光焊接系統的研究與開發(fā)“項目資助（項目編號:LX2014564）

蘇茜（1978-），女，副教授，主要從事機械設計、數控技術等方面的研究工作。