淺談自動封帽機手套箱結構優(yōu)化設計范文

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【摘要】全自動封帽機設備中手套箱結構的氣密性對產(chǎn)品的質(zhì)量和性能有直接影響。隨著市場對全自動封帽機氣密性要求的提高，本文設計一種新型的全自動封帽機手套箱結構，主體采用鈑金件進行焊接組裝，并對原先的手套箱進行優(yōu)化設計。相較于傳統(tǒng)的方鋼管焊接型結構手套箱，氣密封更好，使設備保持的露點更低，同時質(zhì)量輕，成本低，裝配簡單，外觀簡潔。該結構目前已生產(chǎn)并應用于客戶現(xiàn)場，經(jīng)檢驗，該手套箱的密封性能良好，設備露點能保持在-50℃以下，生產(chǎn)的器件氣密性合格。

【關鍵詞】封帽機；手套箱；氣密性；結構優(yōu)化

1引言

全自動封帽機目前廣泛應用于光通訊領域中TO系列元器件的封焊[1]。全自動封帽機設備的好壞主要由封焊產(chǎn)品的同軸度和氣密性兩個指標來評價[2]。其中同軸度由設備焊接組件保證，而氣密性則由全自動封帽機設備的手套箱的密封性來決定[3]。因而，全自動封帽機設備中手套箱結構的密封性對產(chǎn)品的質(zhì)量和性能有直接影響。針對某客戶提出的設備露點要求在-50℃以下，傳統(tǒng)的方鋼管焊接結構已無法達到客戶要求，因而，設計一種具有更高氣密性的手套箱結構有著重要的意義和價值。

2全自動封帽機的結構

全自動封帽機主要由電控箱、手套箱、下機架組件、左側管座進出料倉，右側管帽進出料倉以及手套箱內(nèi)部運動組件結構組成。具體見圖1。封帽機的工作流程見圖2。流程圖中方框標注的過程均在手套箱內(nèi)完成。從圖中可以看出，整個產(chǎn)品的焊接過程均在手套箱內(nèi)完成。手套箱的密封性直接決定了產(chǎn)品的氣密性。

3手套箱的功能

從圖1和圖2可以看出，焊接產(chǎn)品的管帽和管座分別從兩側儲存?zhèn)}通過手套箱密封門進入手套箱內(nèi)，通過手套箱內(nèi)部運動部件分別放置在對應待焊接位，由封帽組件進行放電加壓焊接。圖2流程圖中虛線框內(nèi)標注的整個封焊過程都是在手套箱內(nèi)部進行的。手套箱承載的功能有三個：（1）進行產(chǎn)品物料的輸入輸出傳遞。（2）保證手套箱艙體內(nèi)的密封性，確保焊接過程中的氮氣氛圍，防止產(chǎn)品芯片被空氣破壞掉。通過不斷的將高純度的惰性氣體（市場上目前采用的是純度99.9%的氮氣）確保箱體內(nèi)充滿惰性氣體，通過循環(huán)過濾掉水汽等活性物質(zhì)。手套箱內(nèi)氣體雜質(zhì)的含量可以通過露點來觀察。（3）作為人機操作的交互區(qū)，方便腔體內(nèi)外零部件的更換，比如更換上下電極，傳感器的調(diào)節(jié)，首件檢驗產(chǎn)品的進出等等。

4手套箱的結構優(yōu)化

傳統(tǒng)的手套箱結構如圖3所示。手套箱內(nèi)部采用方鋼管焊接，上、下、左、右四面均采用鋁板進行拼接，左右兩側通過密封門進行產(chǎn)品管座和管帽的輸入輸出，前后兩側通過有機玻璃封壓，同時在前方的玻璃上開設手套口，前方中間部位設計維修玻璃門，進行平時的維修和日常更換電極等操作。穩(wěn)定運行時，該結構可以使設備露點維持在-40℃以下。但是經(jīng)過長期的生產(chǎn)現(xiàn)場跟蹤和實踐，發(fā)現(xiàn)每次開門維修，更換電極，往手套箱內(nèi)運送小零件等需要開關中間玻璃門，無法保持設備露點，每次開關門后都需重新充氣占用生產(chǎn)時間。其次，手套箱整體采用有機玻璃，無法避免靜電的產(chǎn)生，從而對產(chǎn)品器件構成威脅。除設備前方中間玻璃維修門采用密封扣形式固定外，設備左側和右側，以及后方的玻璃全部用螺釘固定，對相關地方部件進行維修和保養(yǎng)時，需拆裝玻璃的螺釘，操作過程繁瑣。因而，針對現(xiàn)在的設備狀態(tài)，進行了升級優(yōu)化。

4.1主體結構優(yōu)化

設備手套箱主體結構改用兩片鈑金折彎焊接在一起，取消了之前的方鋼管焊接加左右鋁板固定結構，減少了設備的銜接結構，使設備的氣密性更好。見圖4。

4.2密封玻璃結構優(yōu)化

設備前后直接改用兩塊防靜電有機玻璃，全部用密封扣固定，既避免了靜電對產(chǎn)品器件的傷害，增大了操作人員的視野，又方便設備的維修保養(yǎng)時的拆裝，人機交互的更好。

4.3增設小交換箱裝置

在正前方的玻璃上增加了小交換箱裝置，在小交換箱左側增加一個進氣口，給小交換箱充氮氣。方便在設備工作狀態(tài)下打開小交換箱進行手套箱內(nèi)外小零部件的取入取出，同時還不影響設備運行下的露點，確保了產(chǎn)品的氣密性。如圖5所示。

4.4增設手套口數(shù)量，加裝手套蓋

設備前后方玻璃均采用四個手套口，增加了不拆玻璃進行調(diào)節(jié)傳感器等操作的便捷性。同時，加設了手套蓋，在不使用手套的時候，將手套蓋起來，增加設備外操作人員的活動空間。

4.5優(yōu)化露點儀安裝結構

設備的露點儀原先結構是直接擰在設備上方的鋁板上，現(xiàn)在上方是個鈑金件，因而設計了一個螺紋套接密封結構來固定露點儀，具體見圖6所示。升級后的設備已加工投產(chǎn)，經(jīng)客戶現(xiàn)場反饋，該結構能滿足露點-50℃的要求，且封焊產(chǎn)品的氣密性合格，同時改進后的設備人機操作更加便捷。

5結論

基于客戶和市場的要求，本文設計了一種新型的全自動封帽機手套箱結構，主體采用鈑金件折彎焊接在一起，代替了原先的方鋼管焊接和鋁板拼接結構。經(jīng)生產(chǎn)線檢驗，該結構能滿足露點-50℃的要求。這種結構比原先的結構氣密性更好，同時新結構采用前后兩塊防靜電玻璃板，不僅避免了靜電對用戶器件的傷害，還增大了操作時的視野空間；同時取消前方的玻璃門結構，改為小交換箱窗口，方便更換電極，往設備內(nèi)運送小零件，開關門對設備露點的影響變小，同時后方的玻璃板也增加了四個手套口，方便設備后側的維修與操作。實踐證明，這種結構的優(yōu)化具有實際的意義和生產(chǎn)價值，可以推廣。

參考文獻

[1]張峻.VCSEL激光器封帽機的開發(fā)及其封裝工藝研究[D].華中科技大學,2011.

[2]王元仕,郭婷婷.全自動封帽機封帽過程中工藝參數(shù)對封裝質(zhì)量影響的研究[J].科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力,2019(4):74-75.

[3]陰增光.封帽工藝氣動控制系統(tǒng)設計[J].輕工科技,2017(7):65-66.

作者：郭婷婷 王元仕 單位：中國電子科技集團公司第二研究所