提高激光封焊腔體和蓋板的適配性研究

張勇

摘 要：本文針對產(chǎn)業(yè)園激光封焊類腔體蓋板出現(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；激光封焊類腔體與蓋板；圓角配合

隨著科學技術(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，顯示出獨特的優(yōu)越性，得到了廣泛的應(yīng)用。激光焊接機是采用激光器產(chǎn)生的波長為1064nm的脈沖激光束經(jīng)過擴束、反射、聚集后輻射被加工件表面，表面熱量通過熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴散，使工件融化，形成特定的熔池，當熔池冷卻后將熔池兩側(cè)的金屬熔接在一起，從而實現(xiàn)對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)生因素和機加工的精度有關(guān)。

目前，在微波產(chǎn)品對幾何尺寸的技術(shù)要求是在加工尺寸需要滿足封焊要求，對需激光封焊的腔體和蓋板的尺寸，其配合尺寸應(yīng)設(shè)計為：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)測量腔體和蓋板的長度尺寸和圓角尺寸都能滿足公差要求。

通常在加工腔體凹R時，實際的加工軌跡與數(shù)控程序的預(yù)定軌跡并不吻合，這種差異是由機床和刀具的特性造成的。首先機床與刀具的剛度有限，在加工圓角時，刀具會有一定程度的傾斜，造成軌跡偏差；另外，在加工圓角時對于機床是X軸運動轉(zhuǎn)向Y軸運動的過程，實現(xiàn)運動的滾珠絲杠機構(gòu)存在一定的空程差，導(dǎo)致刀具運動與電機轉(zhuǎn)動的不同步，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，同時因機床和刀具不同，超差的情況也有所不同。在加工蓋板凸R時，起始切割點的確定是非常重要的。蓋板的切割路線是封閉圖形，所以起始切割點也是切割的終點。由于加工過程中存在各種工藝因素的影響，電極絲返回到起點時必然存在重復(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。當各相交角相同時，起切點的優(yōu)先順序是：直線與直線的交點、直線與圓弧的交點、圓弧與圓弧的交點。對于工件各切割面無技術(shù)要求的交點的工件，起切點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)控法及自動編程，在對蓋板的切割過程中電極絲的蝕除量、切割的脈沖電流以及電極絲的振動都對蓋板的精度存在一定的影響。

二、提高產(chǎn)品合格的改進方案

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

腔體圓角凹R超差均為偏大，可以通過數(shù)控程序把理論軌跡設(shè)置為負差，與實際加工中出現(xiàn)的向上公差的偏差相疊加，使最終的公差控制在設(shè)計范圍內(nèi)，該方法需要使刀具的半徑小于圓角的半徑，因為當?shù)毒甙霃降扔趫A角 半徑時，無法實現(xiàn)負差，即當圓角為R1.5mm時，使用d2的刀具和數(shù)控程序共同進行控制。同時，把加工圓角的走刀速度由330mm/min降為80mm/min，實際操作結(jié)果表明，出現(xiàn)不合格品的情況有所下降，但仍會出現(xiàn)不合格品。經(jīng)分析，此類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，在配合時蓋板和腔體的間隙不是十分均勻，有的時候還有卡滯現(xiàn)象發(fā)生，尤其是在腔體電鍍后。通過放大可以發(fā)現(xiàn)在微觀情況下，在與之相對應(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，線切割是通過電火花放電產(chǎn)生的熱量來熔解去除金屬的。在加工過程中，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，在該處走絲過程中必然留下電極絲直徑的四分之一圓弧，即R0.10mm，這是個剛性誤差——不能避免的！對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，這個誤差會導(dǎo)致配合間隙的重新分配，會直接影響腔體和蓋板的焊接質(zhì)量。

針對這個問題，提出的改進方法是在加工腔體的直角時，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題。

三、結(jié)論

通過這一改進，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，同時對粘接的蓋板和其他需要封焊的腔體都具有推廣的價值和借鑒的意義。

參考文獻：

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