一种激光焊接TEC基板与导线的方法及设备

技术领域

本发明涉及TEC焊接技术领域，具体涉及一种激光焊接TEC基板与导线的方法及设备。

背景技术

随着客户需求的多样化，传统的TEC(半导体制冷片)的两侧出线逐渐不能满足客户需求；目前TEC焊接导线的方式大多是烙铁头手工焊接，常规TEC如需满足客户在制冷片中间出线位置要求，TEC的下基板尺寸需长于上基板，因烙铁头温度较高，TEC尺寸较小，内部半导体颗粒间距较近，在焊接时易造成灼伤从而无法焊接；为了应对客户部分定制化产品的设计，满足客户特殊安装结构的要求，运用激光技术可以在TEC上下基板尺寸一致时进行四周任意位置出线，且不受烙铁头烧伤半导体的限制。

在中国专利文献上公开的“一种用于窄间隙焊接的半导体激光光源”，其公开号为CN105945424A，提出了一种窄间隙焊接的方法以及用于窄间隙焊接的半导体激光光源，半导体激光光源包括半导体激光器和准直镜组；激光光束经准直镜组整形后，快轴发散角<5度，慢轴发散角在5～60度之间。但是其并未涉及具体的焊接方法，且无法解决上述问题。

发明内容

本发明解决了目前TEC焊接导线的方式采用烙铁头手工焊接无法满足客户多样化需求的问题，提出一种激光焊接TEC基板与导线的方法及设备，通过激光热导焊接，通过非接触式的加热基板焊盘与导线焊接，焊接区域小，焊接效率高，可以在TEC上下基板尺寸一致时进行四周任意位置出线，满足客户多样化需求。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种激光焊接TEC基板与导线的方法，包括以下步骤：

S1，将未焊接导线的TEC以及需要焊接的导线和焊料放置完毕后，将激光焊接头对准焊接位置；TEC包括尺寸大小相同的上基板和下基板，焊接位置为TEC侧面的任意位置；

S2，启动激光焊接设备，激光产生器产生的激光形成激光束后照射焊接装置，并沿预设焊接轨迹进行焊接，焊接形成的熔池随着焊接轨迹移动，并凝固成为焊缝；

S3，对焊接位置进行冷却处理，焊接完成的TEC直接进入下道工序。

本发明中，首先将TEC以及需要焊接的导线和焊料准备好并且放置完成之后，把激光焊接头与焊接位置为准，完成预备工作后；开始启动激光焊接设备，该设备根据预设焊接轨迹进行焊接，焊接完成后马上进行冷却处理；本发明使用的TEC为尺寸大小相同的上下基板，能够减少瓷片材料损耗；增加冷却功能，提高工作效率。

作为优选，所述未焊接导线的TEC具体放置在焊接底座上，所述需要焊接的导线和焊料放置于焊接位置。

本发明中，在需要对TEC进行激光焊接时，将对应的TEC设置在焊接底座上，焊接底座能够为激光焊接提供焊接角度。

作为优选，所述激光产生器产生的激光形成激光束之后，在激光束照射下，被焊接的导线以及铜粒受热升温，并熔化形成熔池；随着激光束沿预设焊接轨迹移动，熔池在焊接线上移动，并凝固成焊缝。

本发明中，激光焊接焊缝小，平滑无气孔且对周围区域温度影响小，可从TEC四周侧面焊接导线，不再受工艺限制，满足客户特殊结构的焊线需求，在TEC上设计中也可以进行优化结构，充分利用空间。

作为优选，所述步骤S2还包括：利用温度检测传感器实时监测焊接温度，在焊接温度过高时触发报警操作。

本发明中。温度检测传感器能够实时监测焊接温度，避免温度过高焊接完成后熔池过深，对导线焊接强度造成不良影响。

作为优选，所述步骤S3具体包括：采用冷却装置对焊接位置进行冷却处理，所述冷却装置设置在激光焊接头的两侧。

本发明中，冷却装置具体采用冷风枪对准焊接位置进行冷却处理。

一种焊接TEC基板与导线的设备，适用上述的一种激光焊接TEC基板与导线的方法，包括激光发生器，所述激光发生器生成激光，激光经过成像集光装置后形成激光束并照射在焊接位置，所述成像集光装置的两侧分别设置有冷却装置和温度检测传感器。

本发明中，采用本发明的焊接TEC基板与导线的设备，由于激光束具有高精度、高集中度和高能量密度的优点，并且焊接速度快、焊接效率高、焊点质量好、热影响小，TEC的出线方式可以不局限于两侧出线，可以中心及特殊位置的出线。

作为优选，还包括焊接底座，所述焊接底座包括具有一定倾角的上端面，所述上端面的底部设置有用于定位的固定端。

本发明中，焊接底座具有一定的斜度，且在上端面的底部设置有固定端，固定端能够实现对于待焊接的TEC的定位作用。

本发明具有如下的有益效果：

1、本发明中，由于激光束具有高精度、高集中度和高能量密度的优点，并且焊接速度快、焊接效率高、焊点质量好、热影响小，半导体制冷片的出线方式可以不局限于两侧出线，可以中心及特殊位置的出线；

2、考虑到焊接对周围的影响，激光焊接时能够保持上基板和下基板大小一致，减少瓷片材料损耗，单个TEC瓷片材料使用量降低10％；

3、增加冷却功能，提高工作效率。

附图说明

图1是传统的TEC两侧出线的示意图；

图2是本发明一种激光焊接TEC基板与导线的方法中TEC中心及特殊位置的出线的示意图；

图3是本发明一种焊接TEC基板与导线的设备的结构示意图；

图4是本发明一种激光焊接TEC基板与导线的方法中激光焊接熔池的示意图；

其中，1、激光发生器2、成像集光装置3、冷却装置4、温度检测传感器5、焊接底座6、TEC基板7、导线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅是本发明的一种最佳实施例，仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

参考图1，为传统的TEC的两侧出线方式的示意图，TEC基板6和导线7焊接而成；常规的TEC如需满足客户在制冷片中间出线位置要求，其下基板的尺寸需要长于上基板，因烙铁头温度较高，TEC尺寸较小，内部半导体颗粒间距较近，在焊接时易造成灼伤从而无法焊接；因此，面对客户需求的多样化，这种出线方式已经不能满足客户需求。

本实施例提出一种激光焊接TEC基板与导线的方法，参考图2、图3和图4，包括有如下的步骤。

步骤S1，将未焊接导线的TEC以及需要焊接的导线和焊料放置完毕后，将激光焊接头对准焊接位置；TEC包括尺寸大小相同的上基板和下基板，焊接位置为TEC侧面的任意位置；更为具体的，将未焊接导线的TEC放置到焊接底座之上，将需要焊接的导线和焊料放置在焊接位置上。

本实施例中，在需要对TEC进行激光焊接时，将对应的TEC设置在焊接底座上，焊接底座能够为激光焊接提供焊接角度。

步骤S2，启动激光焊接设备，激光产生器产生的激光形成激光束后照射焊接装置，并沿预设焊接轨迹进行焊接，焊接形成的熔池随着焊接轨迹移动，并凝固成为焊缝；更为具体的，激光产生器产生的激光形成激光束之后，在激光束照射下，被焊接的导线以及铜粒受热升温，并熔化形成熔池；随着激光束沿预设焊接轨迹移动，熔池在焊接线上移动，并凝固成焊缝。

步骤S2还包括：利用温度检测传感器实时监测焊接温度，在焊接温度过高时触发报警操作；本实施例中，增加实时焊接温度的监测，避免焊接温度过高或者过低造成导线烧毁或者虚焊的现象发生。

本实施例中，激光焊接焊缝小，平滑无气孔且对周围区域温度影响小，可从TEC四周侧面焊接导线，不再受工艺限制，满足客户特殊结构的焊线需求，在TEC上设计中也可以进行优化结构，充分利用空间。

步骤S3，对焊接位置进行冷却处理，焊接完成的TEC直接进入下道工序；更为具体的，采用冷却装置对焊接位置进行冷却处理，冷却装置设置在激光焊接头的两侧。

本实施例中，首先将TEC以及需要焊接的导线和焊料准备好并且放置完成之后，把激光焊接头与焊接位置为准，完成预备工作后；开始启动激光焊接设备，该设备根据预设焊接轨迹进行焊接，焊接完成后马上进行冷却处理；本发明使用的TEC为尺寸大小相同的上下基板，能够减少瓷片材料损耗；增加冷却功能，提高工作效率。

参考图3和图4，本实施例还提出一种焊接TEC基板与导线的设备，适用上述的一种激光焊接TEC基板与导线的方法，包括有激光发生器1、成像集光装置2、冷却装置3、温度检测传感器4以及焊接底座5，激光发生器能够形成相应的激光，激光经过成像集光装置后形成有激光束，并且照射在焊接装置，成像集光装置的两侧分别设置冷却装置和温度检测传感器；本实施例中，在成像集光装置中，经过透镜折射成像集光形成相应的激光束，激光束照射在焊接位置上，将焊料加热和熔化；温度检测传感器实时监测焊接温度，避免温度过高导致焊接完成后熔池过深，对导线焊接强度造成不良影响；冷却装置对焊接部位进行适当的冷却处理，具体的，冷却装置采用冷风枪，冷却处理之后直接进入下一道工序，进一步提高工作效率。

对于焊接底座，是为了放置未焊接导线的TEC特意设置的，焊接底座包括有一定倾角的上端面；本实施例中，该倾角的最佳角度为30度至60度；在上端面的底部设置有固定端，该固定端用于定位，固定端能够实现对于待焊接的TEC的定位作用。

本实施例中，采用本发明的焊接TEC基板与导线的设备，由于激光束具有高精度、高集中度和高能量密度的优点，并且焊接速度快、焊接效率高、焊点质量好、热影响小，TEC的出线方式可以不局限于两侧出线，可以中心及特殊位置的出线。

本实施例还具有如下的技术效果：

1、由于激光束具有高精度、高集中度和高能量密度的优点，并且焊接速度快、焊接效率高、焊点质量好、热影响小，半导体制冷片的出线方式可以不局限于两侧出线，可以中心及特殊位置的出线；

2、考虑到焊接对周围的影响，激光焊接时能够保持上基板和下基板大小一致，减少瓷片材料损耗，单个TEC瓷片材料使用量降低10％；

3、增加冷却功能，提高工作效率。

对于本发明所涉及的结构原理，在此进行说明，激光焊接技术主要分为热导焊接和深熔焊接，因TEC通常尺寸较小，基板焊盘相对较薄，故选用热导焊接，本发明的激光焊接均指热导焊接。

激光热导焊接的特点是激光的入射深度小，熔深浅，深宽比＜1，适合TEC基板铜层薄件的焊接；在焊接过程中，激光沿着需要焊接的轨迹照射在基板焊盘上，被金属表面吸收转化为热能，利用此处的发热，融化焊锡进行焊接。此激光焊接使用的光束功率密度低，工件吸收激光后，温度只要达到表面熔点，然后依靠热传导向工件内部传递热量形成熔池，因此经济性好。