激光焊接和自动化技术在光通信器件封装中的应用

1.应用背景在工业中，传统的光通信设备封装技术通常通过UV胶将设备粘合并固定在粘合表面上。首先，将UV胶施加到器件接头上，然后通过紫外线固化。这种类型的装置连接存在许多缺点，例如有限的固化深度，受装置几何形状的限制，胶水在UV灯不能到达的地方不能固化。胶水装置和UV灯都需要使整个系统机构更复杂。最重要的是，当实际使用该装置时，由于热量和其他因素，在上部和下部装置之间的接合处将存在轻微的位置偏移。结果，装置的耦合功率值异常，精度降低，产品质量受到影响，生产周期长，效率不高。采用激光焊接的新焊接技术具有焊接强度大，变形小，精度高，速度快，易于自动控制等优点，是光通信器件封装技术的重要手段之一。为此，汉祖激光精密焊接事业部自主研发了一套高速自动耦合激光焊接系统，该系统集激光焊接，工艺技术和自动化控制技术于一体。 2.自动化技术应用2.1设备自动调平技术通过传感器控制技术和电弧摆机构，组装光通信设备的调节环（Z环）和适配器接触面，即设备自动调平。通常要求将两个面间隙控制在0.01和0.03mm之间。根据耦合装置的工作机理和包装过程的要求，调节环（Z形环）与适配器的接触面必须是平的，以满足装置的要求。调节环（Z形环）夹在上卡盘上，上卡盘仅上下移动，不能摆动，并设定为基准面。因此，如果要求调节环（Z形环）和适配器接触面有效地变平，则必须使适配器与调节环（Z形环）的接触环自动对齐。适配器夹在下卡盘上，下卡盘安装在滑块上，当Z轴向下移动时，滑块可平滑滑动通过顶缸，调节环（Z形环）按下适配器，下夹头下部运动（Z轴的力大于上部顶部气缸的力，上部顶部气缸通道配有精密减压阀，可通过精确减压调节阀）。当滑块上下移动时，高精度位移传感器检测位移量的变化，同时，电弧摆动机构根据设定的运动轨迹摆动。当位移传感器检测到位移量最小且值不变时，调节环（Z环）与适配器平齐，上面是装置的自动调平机构。自动调平机制的细节如下：2.2设备自动耦合技术我们在2.1中讨论了设备调平原理。接下来，根据处理顺序，设备应自动耦合以找到光，即找到目标光功率值并找到目标光功率值。激光器自动焊接后，设备的封装完成。针对光通信器件焊接的特殊工艺要求，我们采用三轴联动精密控制技术，根据指定的螺旋耦合轨迹寻找光线。由于光线发现精度极高，我们采用进口超高精度移动元件实现设备的自动耦合和光接收，即通过XY轴和Z轴差分补偿运动，并采取螺旋轨道找到上下设备的目标光功率值。自动耦合控制技术具有以下特点：a。耦合使用高性能和高精度运动元件，结合我们自己先进的控制软件耦合算法，实现高耦合效率，b。用于调平和耦合过程的实时显示分布曲线，目的是可以直观地显示调平和耦合过程。只有当出现标准，完整，平滑的正态分布曲线时，才表示调平或耦合达到预期目标值c。分别操作各轴的移动和调试很方便。测量的耦合参数，d。友好的软件操作界面，可以根据不同设备的过程自动编写不同的程序（F-Basic编程，简单易学），并且可以保存，方便客户下次调用，e。耦合参数设置简单方便，耦合模式可选（耦合模式包括X轴，Y轴，Z轴独立耦合，XY双轴同时耦合，XYZ三轴同时耦合），耦合过程自动完成了，f。焊头自动调节，自动实现不同焊接高度和不同直径的装置，g。 CCD图像实时监控每个焊点方便客户实时观察焊点。自动耦合机制的细节如下：无论是设备自动调平技术还是设备自动耦合技术，都是通过自动控制技术和相关的思维策略来实现的。为实现自动耦合光寻靶，我们精心设计了精密运动机构。 ，实现六轴联动。该机构还具有一定的柔性功能，通过快速切换相应的焊接夹具，可实现不同装置的自动耦合焊接。 2.3耦合算法技术为了满足光通信设备的精细要求，根据设备的运动机制，有必要研究一种运动轨迹，可以快速找到由设备耦合的目标光功率值。为此，我们使用螺旋路径运动的算法，从某一点开始，XY轴用于产生差异运动，细分的螺旋运动轨迹从内向外移动。螺旋运动直到找到目标。光功率值。利用这种方法，可以快速准确地找到耦合目标光功率值。直观的耦合效应通过耦合曲线实时显示（如下所示）。 3，激光焊接技术的应用激光焊接作为一种高质量，高精度，高效率，高速度的焊接方法，受到越来越多的关注和应用。由于激光能量密度高，激光焊接速度快，焊接深度深，热影响区小，可实现自动精密焊接。 3.1激光焊接机光通信装置的激光封装技术对焊机的能量分布和能量稳定性有很高的要求。它需要三路光（或六路光）能量偏差值，0.03J。为了满足这一要求，我们自主研发了一种特殊的激光焊接机WF80。 3.2焊接工艺研究a。焊点分布：可同时焊接3个焊枪，焊接点在圆周方向9个位置（穿透焊接和平焊接头具有相同的分布）。此外，可以通过修改程序来改变焊点分布。湾它可以同时用于平焊和熔焊。要求平焊和穿透焊接直径和穿透参数是一致的。 C。它具有修复焊接的功能，即焊接时可以直接修复（设备具有此功能，但如果是可选的则可以选择）。 d。焊接完成后，5％的功率偏差的直通率要求大于90％，老化试验后的直通率要求不变。即焊点直径为0.4至0.7 mm，焊点的穿透深度为0.3至0.6 mm，剪切力为ge，42 Kg。 F。通过调整能量焊接机，焊枪的入射角和精细变焦，火花的亮度和激光器在设备上的声音被观察，以判断焊接效果。最后，通过测试光斑尺寸和穿透深度来判断该装置是否满足要求。 4.应用分析激光焊接技术在光通信行业的应用并不是特别新颖。在这个领域，韩国和台湾已经有市场上的自动耦合装置。但是，由于设备价格高，很多国内用户很难适应。再加上对光通信设备的精密和激光焊接工艺的要求越来越高，设备需要更精细，更稳定，可靠且易于操作。因此，进口设备也面临着诸多挑战。因此，为了满足市场需求，基于韩氏激光精密焊接事业部激光焊接和自动化控制技术的前沿，我们开发了一种高速自动耦合激光焊接系统。从焊接加工性的角度来看，激光焊接技术在光通信器件封装中的应用相对比较成熟，但从自动耦合技术到焊接工艺仍有很大的提升空间。如何使耦合机构更简单，更可靠，如何快速切换钳夹装置，精确定位，耦合算法更简洁？这些需要不断改进和改进，以提高整个系统的稳定性，可靠性和机器。调试可操作性。预计通过不断提高研发能力，先进技术将融入研发设计，确保机器的领先性能。