當(dāng)今，電子設(shè)備已演變成多功能、高密度、小型化，造成部件與部、部件與焊盤(pán)之間的空間越來(lái)越小。目前，全世界使用手機(jī)的人數(shù)已超過(guò)21億，另外，混合動(dòng)力為代表的汽車電子裝置占的比例越來(lái)越大，在未來(lái)5年會(huì)占到車載部品的40%左右。隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的意識(shí)增強(qiáng)，EU RoHs指今的實(shí)施，對(duì)真正的無(wú)鉛化的追求，在這樣的情況下，我們有必要對(duì)電子設(shè)備焊接方式的重要性進(jìn)行再認(rèn)識(shí)，這意味著綜合的實(shí)裝技術(shù)提高到怎樣水平和能做出怎樣高品質(zhì)的電子產(chǎn)品。本文集JAPAN UNIX三十多年的SOLDERING ROBOT制造經(jīng)驗(yàn)，對(duì)自動(dòng)激光焊接機(jī)器人發(fā)展歷程及當(dāng)今的最新技術(shù)和應(yīng)用狀況進(jìn)行闡述，希望能對(duì)從事電子設(shè)備，部件生產(chǎn)的相關(guān)人員得到啟發(fā)。
1． 焊接機(jī)器人的發(fā)展歷程
產(chǎn)業(yè)機(jī)器人的實(shí)用化是在1970年開(kāi)始的，焊接用的機(jī)器人要更遲些，遲后的原因它需多學(xué)科的技術(shù)進(jìn)行會(huì)集，如：機(jī)器人工程學(xué)、機(jī)械、電子電器、物理、化學(xué)、熱力學(xué)、材料學(xué)等綜合科學(xué)和技術(shù)。八十年代開(kāi)始有關(guān)公司（JAPAN UNIX）就開(kāi)發(fā)對(duì)應(yīng)電子組裝用的焊接機(jī)器人，當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)理念是“用一種自動(dòng)烙鐵方式來(lái)代替手工烙鐵焊接”因人存在很多的不確定性，當(dāng)時(shí)機(jī)器人的往復(fù)精度為+/-0.5mm,速度也很低，而目前的機(jī)器人的往復(fù)精度為+/-0.01mm，速度也是原來(lái)的幾十倍，（見(jiàn)圖1）
2．激光焊接機(jī)器人系統(tǒng)的誕生
在使用以往焊接機(jī)器人對(duì)被焊工件進(jìn)行焊接時(shí)（見(jiàn)圖2），必須留有一定空間讓烙鐵頭能伸入至被焊部位進(jìn)行焊接，另焊接過(guò)程烙鐵頭存在損耗，而且目前的部件引腳間距越來(lái)越?。?.3mm間距），業(yè)內(nèi)人士始終想突破這瓶頸，尋找新的焊接方式，在這狀況下一種非接觸式，細(xì)小直徑加熱方式的激光焊接機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生， JAPAN UNIX在20年前已經(jīng)開(kāi)始探討激光焊接機(jī)器人系統(tǒng)的題目，而且經(jīng)歷了YAG，CO2的時(shí)代，由于當(dāng)時(shí)的方式激光器壽命短、體積大、控制精度低、成本高等諸多問(wèn)題，使其實(shí)用化較為困難。自2001年開(kāi)始我們采用了半導(dǎo)體（LD）激光發(fā)生器，使得小型化，高性能的激光焊接機(jī)器人系統(tǒng)（圖3）實(shí)用化變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)，當(dāng)今這種新型系統(tǒng)在日本，歐美，韓國(guó)，臺(tái)灣地區(qū)，中國(guó)已應(yīng)用于電子裝置生產(chǎn)制造的多個(gè)領(lǐng)域，解決細(xì)微焊接這一難題。
1． 激光焊接機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域
如以上闡述的那樣，當(dāng)今的電子裝置已向多功能化，高集成化，小型化方向發(fā)展，以前的生產(chǎn)方式考慮比較多的制品的品質(zhì)和實(shí)裝技術(shù)的提高，但隨著移動(dòng)電話的小型化和多功能化以及3G手機(jī)的導(dǎo)入，小型化的趨勢(shì)在加速，集成電路QFP元件的引腳間距也從當(dāng)初的1.0mm發(fā)展為0.8mm, 0.65mm, 0.5mm，而且現(xiàn)在以0.4mm，0.3mm都很為普遍(圖4)，并且部件之間的空間也越來(lái)越小。激光焊接機(jī)器人系統(tǒng)則被應(yīng)用于手機(jī)的CCD素子（攝像頭）部件（圖5），LCD部件，手機(jī)的微型受話器，手?jǐn)y電腦的HDD部件，LCD部件以及微型馬達(dá)，微型變壓器等，還被應(yīng)用液晶TV，高端數(shù)字相機(jī)，航空航天軍工制造，高端汽車部件制造等領(lǐng)域。
4．激光加熱方式的特點(diǎn)：
激光焊接機(jī)器人系統(tǒng)是以激光二極管（LD）為熱源，通過(guò)激光實(shí)行局部非接觸加熱，它具有非接觸性，無(wú)需更換烙鐵頭，激光光束直徑小等優(yōu)點(diǎn)（圖6)。
在無(wú)鉛化組裝制造中，有部分不適用波峰，回流的部品，只能通過(guò)后裝工序，利用局部加熱方法來(lái)完成整個(gè)產(chǎn)品的組裝，激光加熱方式的獨(dú)特性正逐步被業(yè)界推崇，其主要特征：
(1).微細(xì)的點(diǎn)直徑(Spor):激光形成的點(diǎn)徑最小可以到0.1mm,送錫裝置最小可以到0.2mm,可實(shí)現(xiàn)微間距貼裝器件,Chip部品的焊接。
(2).因?yàn)槭嵌虝r(shí)間的局部加熱，對(duì)基板與周邊部品的熱影響很少，焊點(diǎn)品質(zhì)良好。
(3).無(wú)烙鐵頭消耗，不需更換加熱器，連續(xù)作業(yè)時(shí)，具有很高的作業(yè)效率。
(4).進(jìn)行無(wú)鉛焊接時(shí)，不易發(fā)生焊點(diǎn)裂紋。
(5)對(duì)焊料的表面溫度用非接觸測(cè)定方式，而不能用實(shí)際接觸焊頭的溫度測(cè)定方法。
(一)激光焊接機(jī)器人系統(tǒng)裝置說(shuō)明如下：
(1).裝置內(nèi)藏同軸CCD攝像頭與監(jiān)視裝置（見(jiàn)圖7），并可視覺(jué)圖像位置較正系統(tǒng)。
由示教圖像(指示圖像)顯示焊接狀態(tài)，通過(guò)顯示器同步顯示（見(jiàn)圖8）。視覺(jué)圖像位置較正系統(tǒng)(見(jiàn)圖9)則通過(guò)CCD視覺(jué)圖像攝像頭對(duì)工件上的標(biāo)記點(diǎn)照射后進(jìn)行自動(dòng)位置較正。
（2）.通過(guò)對(duì)激光控制單元的液晶觸摸屏（見(jiàn)圖10）可對(duì)輸出功率，激光照射時(shí)間，焊接溫度曲線等進(jìn)行工藝設(shè)定。
（3）.激光頭上配有防煙霧的光學(xué)透鏡及保護(hù)系統(tǒng),維修時(shí)只要更換透鏡前端保護(hù)玻璃即可, 更換方式十分簡(jiǎn)便（見(jiàn)圖11）。
（4）系統(tǒng)中的體積緊湊的強(qiáng)力激光發(fā)生器，可以選擇與點(diǎn)徑相合適的Fibre，激光功率最大為30W/50W(空氣冷卻)二種并連續(xù)可調(diào)，從而達(dá)到最佳功率焊接。Fibre直徑：0.4mm, 0.6mm, 0.8mm（標(biāo)準(zhǔn)為0.6mm）。
（5）激光焊接機(jī)器人系統(tǒng)裝置的應(yīng)用例：如（圖12）中對(duì)0.3mm的BGA的焊球進(jìn)行激光焊接，能做到保持上部球狀不變形而下部已與焊盤(pán)良好連接，如用其他方式焊接是難以達(dá)到這樣的效果，另我們通過(guò)用X光(焊點(diǎn)X-Ray) 測(cè)試儀觀察到激光焊接焊后良好的透錫效果（見(jiàn)圖13）。
5．激光加熱方式的發(fā)展：
對(duì)應(yīng)表面貼裝微細(xì)間距焊接，特殊激光束的最小點(diǎn)徑要達(dá)到0.05mm以下，激光發(fā)射形狀目前使用圓形外，根據(jù)焊盤(pán)形狀還開(kāi)發(fā)出環(huán)形（JAPAN UNIX已開(kāi)發(fā)成功，如圖14，圖15），目前正在開(kāi)發(fā)長(zhǎng)方形，三角形，橢圓形，甚至可向焊接位置發(fā)射自由Figure Head的激光束（如圖16），以適應(yīng)各種不同焊盤(pán)的焊接。
細(xì)小間距部品的無(wú)鉛化焊接會(huì)增加烙鐵頭的更換次數(shù)，目前日本，韓國(guó)，臺(tái)灣地區(qū)對(duì)中等間距程度部品，要求采用激光進(jìn)行焊接的呼聲在逐步升高，因此開(kāi)發(fā)更高性能的激光焊接機(jī)器人系統(tǒng)已列入開(kāi)發(fā)制造商議事日程。按照無(wú)鉛組裝的工藝要求，激光焊接機(jī)器人系統(tǒng)作為新的加熱源會(huì)被更多的生產(chǎn)商所采用。 #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
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