提高激光封焊腔体和盖板的适配性研究

张勇

摘 要：本文针对产业园激光封焊类腔体盖板出现不合格品的情况，分析不合格品产生的原因，提出解决方法及改变加工腔体直角R的方案，提高封焊腔体和盖板的适配性的合格率。

关键词：激光焊接；激光封焊类腔体与盖板；圆角配合

随着科学技术的发展，激光焊接技术广泛用于各行各业，特别是微电子工业中得到了广泛的应用。由于激光焊接热影响区小、加热集中迅速、热应力低，因而在集成电路和半导体器件壳体的封装中，显示出独特的优越性，得到了广泛的应用。激光焊接机是采用激光器产生的波长为1064nm的脉冲激光束经过扩束、反射、聚集后辐射被加工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，使工件融化，形成特定的熔池，当熔池冷却后将熔池两侧的金属熔接在一起，从而实现对被加工件的激光焊接，因此要求激光焊接位置需非常精確，务必在激光束的聚焦范围内。激光焊接是一种特殊的熔焊过程。在激光密封焊接中，容易产生两种典型的缺陷：裂纹和气孔，其中裂纹的产生因素和机加工的精度有关。

目前，在微波产品对几何尺寸的技术要求是在加工尺寸需要满足封焊要求，对需激光封焊的腔体和盖板的尺寸，其配合尺寸应设计为：腔体尺寸公差0～+0.03mm，盖板尺寸公差-0.04～-0.07mm。在加工配合中，单边配合间隙≤0.05mm，转角R允许为0.07mm。

一、激光封焊腔体与盖板的生产情况

在生产中，腔体的内腔由数铣加工，盖板外形由线切割加工。加工后经测量腔体和盖板的长度尺寸和圆角尺寸都能满足公差要求。

通常在加工腔体凹R时，实际的加工轨迹与数控程序的预定轨迹并不吻合，这种差异是由机床和刀具的特性造成的。首先机床与刀具的刚度有限，在加工圆角时，刀具会有一定程度的倾斜，造成轨迹偏差；另外，在加工圆角时对于机床是X轴运动转向Y轴运动的过程，实现运动的滚珠丝杠机构存在一定的空程差，导致刀具运动与电机转动的不同步，也造成了轨迹偏差，这两方面因素导致了腔体凹R的超差，同时因机床和刀具不同，超差的情况也有所不同。在加工盖板凸R时，起始切割点的确定是非常重要的。盖板的切割路线是封闭图形，所以起始切割点也是切割的终点。由于加工过程中存在各种工艺因素的影响，电极丝返回到起点时必然存在重复位置误差，造成加工痕迹，导致加工精度和外观都受到影响。当各相交角相同时，起切点的优先顺序是：直线与直线的交点、直线与圆弧的交点、圆弧与圆弧的交点。对于工件各切割面无技术要求的交点的工件，起切点尽量选择在便于钳工修复的位置上。在电火花线切割加工的轨迹控制采用数控法及自动编程，在对盖板的切割过程中电极丝的蚀除量、切割的脉冲电流以及电极丝的振动都对盖板的精度存在一定的影響。

二、提高产品合格的改进方案

改变加工参数。腔体凹R超差是由机床与刀具的刚度和滚珠丝杠的空程差造成的，当走刀速度越高时，刀具轨迹与理论轨迹偏差越大，所以可以通过在加工圆角时降低走刀速度来减少刀具轨迹的偏差。

腔体圆角凹R超差均为偏大，可以通过数控程序把理论轨迹设置为负差，与实际加工中出现的向上公差的偏差相叠加，使最终的公差控制在设计范围内，该方法需要使刀具的半径小于圆角的半径，因为当刀具半径等于圆角 半径时，无法实现负差，即当圆角为R1.5mm时，使用d2的刀具和数控程序共同进行控制。同时，把加工圆角的走刀速度由330mm/min降为80mm/min，实际操作结果表明，出现不合格品的情况有所下降，但仍会出现不合格品。经分析，此类方法只能减小刀具轨迹和理论轨迹的偏差，不能消除两者之间的偏差；并且不同的机床、刀具的特性不同，偏差也不同，因此不能完全保证腔体凹R不超差，所以该方法可以降低产品的返修率。

在按照上述的加工要求加工后，在配合时盖板和腔体的间隙不是十分均匀，有的时候还有卡滞现象发生，尤其是在腔体电镀后。通过放大可以发现在微观情况下，在与之相对应的盖板的同一位置在理论上也应该是一处直角，但实际上是一处内圆角。这是由于盖板是线切割加工的，线切割是通过电火花放电产生的热量来熔解去除金属的。在加工过程中，线切割的最小角部半径是有限制的，是电极丝的半径加上加工间隙，在该处走丝过程中必然留下电极丝直径的四分之一圆弧，即R0.10mm，这是个刚性误差——不能避免的！对于上述腔体和盖板形状复杂的配合，盖板在腔体的直角处相抵，这个误差会导致配合间隙的重新分配，会直接影响腔体和盖板的焊接质量。

针对这个问题，提出的改进方法是在加工腔体的直角时，把腔体的直角加工成R0.09—0.13mm，这样就可以有效的解决配合的问题。

三、结论

通过这一改进，可以使盖板和腔体具有良好的适配性，提高了本单位的生产效率和质量有利于下工序的激光封焊，提高腔体的焊接质量，同时对粘接的盖板和其他需要封焊的腔体都具有推广的价值和借鉴的意义。

参考文献：

[1] 激光加工工艺与设备.机械工业出版社.

[2] 机械设计手册.机械工业出版社.

[3] 数控铣工加工中心操作工.机械工业出版社.

[4] 电火花线切割工艺.原子能出版社.