預置錫線激光焊接法在手機攝像頭自動化生產中的應用

劉清嫦 吳海洋（東莞新科技術研究開發有限公司，廣東 東莞 523087）

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預置錫線激光焊接法在手機攝像頭自動化生產中的應用

劉清嫦 吳海洋
（東莞新科技術研究開發有限公司，廣東 東莞 523087）

摘 要：激光焊接具有焊接速度快、熱影響區域小，焊點無污染等特點，在工業制造中應用廣泛。但在結構緊湊的手機攝像頭生產中遭遇難題。本文提出了預置錫線的激光焊接新方法，并以具體型號的手機攝像頭模組為例，在自行設計的自動化設備中進行實驗研究。研究結果發現在激光功率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，在自動化生產中的合格率達到96%以上。

關鍵詞：激光焊接；錫線；手機攝像頭；自動化

0 引言

熱傳導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向內部擴散，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、熱影響區小，焊接部位靈活等優點，其廣泛應用于微、小型零件焊接中。但在結構緊湊的手機攝像頭模組的應用中，由于焊接部位是熔點較高的厚度只有0.04mm的銅彈片和銅線圈，傳統的熱傳導型激光焊接方法會燒壞薄彈片下面和焊點周圍的塑膠元件，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，在自動化機器中進行實驗研究。

圖1 傳統激光焊接原理圖圖

預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向錫線內部擴散，使錫線和銅線圈表面的錫熔化冷卻后形成焊點，如圖2所示。由于錫的熔點較低，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預置錫線激光焊接示意圖

圖3實驗機器結構圖

1 自動化焊接設備設計

預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→焊點檢測，而要實現這樣的工藝過程，其自動化設備需要包括錫線自動供應系統、激光焊接系統以及自動檢測和控制系統。本文主要設計了錫線自動供應和檢測裝置，并與其他激光焊接裝置進行耦合，形成實驗機器，如圖3所示。

在錫線自動供應系統設計中，錫線位于4個嚙合齒輪間，馬達驅動齒輪旋轉，促使錫線向前送一段固定長度；在機構的底部設計一氣缸，通過氣缸推動切刀切斷錫線；并采用吸嘴來實現吸線、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 焊接成品和焊點斷面圖

2 實驗結果分析與驗證

保證錫線和線圈熔合，同時避免燒傷塑料元件，需要嚴格控制激光的熱輸入量。因此激光焊接工藝參數的合理選擇至關重要。激光焊接主要參數通常包括：光斑、焦距、功率和時間。本文以型號為662的手機攝像頭半成品和φ0.3mm×0.4mm的錫線為原料，在自動化焊接機上進行4因子2水平的全因子實驗，并使用JMP軟件對實驗數據進行分析，找出最優焊接參數。然后在最優參數條件下連續5天每天加工50個產品進行驗證，實驗結果見表1。在此工藝條件下，優率均可以達到96%。在30倍的顯微鏡下觀察，焊點表面成形良好（如圖4所示），而且沒有任何的燒焦現象產生。對焊點進行成分分析發現，焊點里有厚度為0.18μm的錫銅共化物IMC產生（如圖5所示），說明焊點性能良好。

結論

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，解決了塑膠元件被燒焦的問題，而且自動焊接優率高達96%以上。由此可見，本文闡述的激光焊接方法具有高速、優質、對連接材料和周圍結構影響小的優點，非常適合結構緊湊的手機攝像頭模組自動化生產。隨著手機輕薄化的發展趨勢，此工藝方法的優勢越來越明顯。

圖5焊點成分分析譜圖（IMC層）

參考文獻

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中圖分類號：TG409

文獻標識碼：A