高频逆变直流点焊机对于非接触式智能卡生产线焊接技术的改进作用

　　采用UNITEK公司提供的HF25型电流发生器（我司精源牌焊接电源单输出和双输出也已给国内几大自动化厂商提供配套www.gzbe.net）进行非接触式智能卡的焊接。调试过程中使用台湾飞信半导体生产的镀银铜质芯片，线圈型号为38.00awg,直径0.1mm，焊片采用航天工业总公司北京通大高技术公司生产的国内焊片，焊接机为美国太平洋航空技术有限公司（AMPAC）生产。压力值50psi——80psi,双脉冲电阻焊中第一、第二脉冲分别为恒定功率和恒定电压模式，连续焊接焊点不合格率在0.5%左右（洁净度影响）。拉力试验、弯扭试验等均达国际标准。该项技术已经稳定运行并已投入正式生产。

 

　　近年来，随着信息产业部“金卡工程”的实施，在全国范围内迅速掀起了智能卡生产、读写器设计制造、系统集成的开发应用等等热潮。各种卡片的投入，不仅在使用中极大的方便了用户，提高了工作效率，而且从某种意义上，卡片将在未来的几年里，逐步在网络、电子商务等高科技领域担任重要的角色。而在这一系列的研究和开发中，尤其值得注意的，就是非接触智能卡生产线的投入。

目前国内非接触式智能卡的生产仍处于一个较为尴尬的局面，。一方面，在使用过程中，与接触式卡相比，非接触式卡的方便性、高效性和保密性等等优势正在逐步体现出来；而另一方面，困扰非接触式卡片推广的各种因素也制约了它的发展，如在某些行业如银行、电力、超市等，接触式卡基础设施的投入规模较大且日渐成熟，非接触式智能卡的介入有很大的困难。其他象非接触式芯片生产厂家少，难以保证生产数量；双界面卡几乎同时与非接触卡出现，并肩发展等等，都使得非接触式智能卡的发展受到制约和挑战。但是随着人民生活水平和质量的不断提高，人们对关系到自己日常生活的各方面方便性和高效性将会提出越来越高的要求，基于此种因素，非接触式卡片的发展应该说符合当前的形势要求。（我司精源牌焊接电源单输出和双输出也已给国内几大自动化厂商提供配套www.gzbe.net）

 

非接触式智能卡的生产，目前主要有冲孔、填装、埋线、焊接、层压和冲卡等六道工序。而在这六道工序中，尤其重要的，就是焊接工序，焊接工序担负着从导线、芯片和PVC位置的立体布置完成（冲孔、填装和埋线工序），到PVC热压将卡片完全封装保护起来（层压工序）的衔接任务，这个衔接任务，就是既将导线和芯片牢固可靠的连接起来，使芯片能够有效的和外界实现交易和通话；又不能使芯片和PVC出现过大的变形，以免影响层压工序，对芯片的表面质量造成影响。同时，焊接环节也是最容易受之前工序影响的工序。而在具体生产过程中，一方面要求焊接效果要好，另一方面还要求尽量的降低焊片的磨损，以达到降低原材料消耗的目的。一般影响焊接效果和焊片磨损程度的因素，主要是焊接压力、焊接时间、焊接参数的类型、大小和这几个因素之间的相互配合，以及工件的洁净度等等。

 

　　焊接时的压力是影响焊接效果的一个很重要的因素，在焊片从刚刚使用到结束使用的整个过程中，焊接压力的具体数值也不同。当一个新焊片刚开始使用时，由于焊片的电阻比较小，电流通过电流通路产生的热量也比较小，这时选用较高一些的压力值会得到比较满意的效果；当焊片经一定时间的使用后到达焊片的使用末期，此时因为焊片的电阻随着温度的升高而变大，如果还是采用比较高的压力参数，那么将会造成芯片的变形过大，甚至造成导线被压断的情况出现，同时还会对焊片造成较大的磨损。所以此时益采用较小的压力参数来完成焊接。同时再具体结合芯片金属部分使用的材料和导线具体的不同型号，整个过程中的压力参数一般在80psi—50psi之间即可。

　　焊接时间的选用与焊接参数类型、大小的选用有十分密切的关系，所以，在此将这三种因素合在一起阐述。

　　A．焊接参数类型。现在非接触式智能卡生产过程中所使用的焊接，一般都是双脉冲电阻焊。即将数量受控制的电流通过两部分压合在一起的金属，并在接面处产生热量。第一个脉冲的任务是利用产生的热量将导线表面的电镀层和氧化物烧掉，第二个脉冲的任务是将导线和芯片的金属部分热压在一起。产生热量的多少可由以下公式表现：

Q=I²Rt

其中：Q为产生的热量，单位焦尔；

I为焊接电流，单位安培；

R为工件电阻，单位欧姆；

t为电流通过时间，单位秒。

a.第一个脉冲。

　　现今国内对非接触式智能卡的焊接参数，多采用电流恒定的反馈模式。笔者在具体生产过程中通过大量的试验发现，选取参数的形式应根据不同的焊接情况采用不同的反馈模式，而不可拘泥与一种。在双脉冲电阻焊的应用中，因为第一个脉冲的主要任务是将漆包线外面的电镀层和氧化物烧掉，那么在这段过程中电流发生器所探测到的电阻数值有一个较大的变化，大体如图一所示。

 

图一.第一个焊接脉冲过程中焊接电阻的变化

　　在这个具体的变化过程中，由于热量的增加，将导致漆包线上的电镀层逐渐被破坏，当漆包线与焊头接触的部分（称为上部）的电镀层被烧开，电流发生器此时探测到的为焊头部分与导线部分并联的电阻；随着过程的深入，漆包线与芯片接触的部分（称为下部）的电镀层被烧开，此时电流发生器探测到的为焊头、导线和芯片共同并联的电阻。由于击穿漆包线上部绝缘层之后到击穿漆包线下部绝缘层之间的时间非常短暂（即上图过渡时间），所以也可以将上图理解为一条平滑下降的曲线。同时，由于漆包线的圆形截面受压力发生变化，也会造成电阻的降低。如图二所示。

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　　由于焊头部分电阻变化较大，此时若采用电流恒定的反馈方式，由以上公式我们不难发现，由于电流恒定不变，而电阻却有一个较大的变化过程，那么这个过程中得到的热量将是很不稳定的，且呈下降趋势。由于热量的不断下降，很容易造成电镀层燃烧不充分，对焊接的牢固性和可靠性造成影响。同时，当氧化较严重或电镀层较厚时，此时采用恒定电流模式，电源将电压提升到很高以获取初始电流，电流的快速输入以及同时较高的电压很可能引起爆焊。如果采用恒定电压模式，虽然可以解决由于电阻变化而造成对热量方面的影响，但是在焊接圆形工件时，电压达不到击穿厚的氧化层或电镀层所需要的值。如果是新芯片和薄电镀层的漆包线还可以，但是在具体的生产中，如果因为特殊原因使得芯片在空气中暴露时间过长，或者选用的漆包线电镀层过厚或不均匀，那么电压就很难达到要求了。而采用恒定功率方式则会避免这种情况出现。首先恒定功率保证了I²R乘积的不变，从而使得产生的热量保持恒定，可以有持续和充足的热量来处理氧化层和电镀层；其次，恒定功率模式还可以有效的防止爆焊。功率是电流和电压的乘积，当采用恒定功率模式焊接时，电压最初很高，因为电流被电镀层和氧化层的高电阻限制的很小；当氧化层消失或绝缘层被击穿时，通过的电流增多，而电压随之降低。电压和电流不会同时达到最高值，则避免了爆焊。所以采用恒定功率模式，在去除氧化层，击穿电镀层，建立电流通路方面更加安全和方便。

b.第二个脉冲。

　　第二个脉冲的主要任务，是将烧去电镀层的导线和芯片的金属部分焊接在一起，建立起芯片和外界通话的渠道；同时又要考虑到不能让芯片出现较大的变形，以免对下一道层压工序造成影响。在芯片的焊接过程中，由于焊头、导线与芯片金属部分吸收热量不断增加，使得金属的电阻也随之增加。由公式Q=I²Rt可以看出，如果此时采用恒定电流模式，金属电阻的增加又进一步使得热量增大，造成了焊接过程中电阻与热量的相互促进的现象，热量越来越大，则会造成焊接强度过大、芯片出现异常变形的结果。采用恒定电流模式的解决办法，只有利用人工来将电流调小，以达到降低热量的目的，增加了劳动强度。如果继续象第一个脉冲一样采用恒定功率模式自然也可以，仍由公式Q=I²Rt可知，由于I²R乘积的不变，可以维持整个Q值的不变，即热量恒定。但是这种不变却没有改变由于温度升高带来的R的升高，为了维持功率不变，只有靠电流发生器自己不断降低电流，提升电压来实现，整个系统处在一个开环控制系统中，使得R、I、U都处于一个单向发展的情况下。

此时如果采用恒定电压模式则完全不同了。由Q=U²/R·t可得到，。整个系统处于一个自我调节的闭环控制系统中。这不仅仅使得系统稳定了许多，遏制了焊头电阻的不断升高，延长了焊片的使用寿命；而且在具体的生产过程

中，大大降低了人工调节的频度，减少了工人的劳动量。

　　选定焊接参数的类型固然十分重要，而在焊接参数应用时，焊接时间和焊接参数的大小选择也时影响焊接质量和焊片寿命的重要因素。在整订时间时，首先要明确双脉冲图形中各段的作用。如图三所示。

 

　　明确了各时间段的作用，还要知道，当电镀层被击穿后，仅仅是金属与金属之间的焊接时（一般为铜和镀银铜或铜和含金铜），需要的热量并不是太多。热量大部分用于将电镀层击穿和烧掉氧化层。所以，第一个脉冲中发出的热量将会远远大于第二个脉冲的热量。那么在第一个脉冲完成之后的冷却时间就显得尤其重要，适当的延长冷却时间，对延长焊片的使用寿命有非常重要的作用（即适当延长上图中5的时间）。其他各段的时间，依据不同的参数值来具体选择，可以利用在显微镜下观察的方法来获取具体值，在这里不再赘述。需要指出的是，在每个脉冲到达恒定值之前，必须要有一定的上升时间，否则由于焊片接受热量过快，很容易造成爆焊。

　　UNITEK提供的HF25型的电流发生器内部装有检测装置，用于观测在双脉冲过程中的电流、电压、电阻的变化情况。第一个脉冲过程中的电流波形最初应很低，之后显著上升，逐渐变成水平。若电流波形上升太快或出现爆焊，则须将功率降低；若电流未升到足够大，则须调大功率。当电流波形恰好到达水平时，此时的功率也就是我们想要的恒定功率值。可以经过简单的计算得出功率的范围值。在此过程中也可使用观察法，即当第一个脉冲发生完之后，在显微镜下观察，如果漆包线电镀层燃烧或液体流走不充分，则将功率升高（或时间延长）；如果漆包线电镀层燃烧过大使得PVC变色，或芯片出现较大变形，则将功率降低（或时间缩短）。第二个脉冲值可用同一个参考值（如电流或电压）与第一个脉冲相比较，大小与第一个脉冲基本相同即可，经简单计算即可得出。时间可以是第一个脉冲的1/3即可。

　　需要注意的是，在第一个脉冲过程中，由于在焊接过程中焊片温度的升高，使得焊片电阻也随之升高，此时观察焊接时的火花，如果过大，可将功率适当调小，一片焊片大约须十几个参数；而第二个脉冲由于可以实现自我调节，则不须频繁下调，只须两、三个参数即可。

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　　由以上原则得到的参数举例如下：

 

　　以上参数为焊片到达使用中期时的稳定参数，可以作为较经典的参数值。

　　具体的参数选择第一个脉冲为0.080KW——0.055KW范围内，根据不同的焊接对象和焊接时间选择几个或十几个不同的值即可。第二个脉冲则由0.600V——0.500V之间，由于它的自我调节的功能，选择两、三个值即可。压力的选择主要以芯片变形的程度和拉力试验为依据。时间段的选择可与参数值大小的选择相互配合，当然，由于焊片、漆包线或芯片的材料变化，也要相应的变化参数值。一般在检测出工件电阻值之后，依据U=IR、I=U/R、W=I²R=U²/R等几个经典公式即可得出参数范围，再经简单试验，配合观察法和拉力试验即可得出具体值。在这里不再详细阐述。

　　以上参数已经笔者大量的实验证明了它的可靠性，并且已经被某非接触式智能卡厂家使用到正式生产中，一片焊片从新投入到使用结束只须几组或十几组参数就可以完成，大大降低了工人的劳动强度。焊点绝大多数可以达到100克力以上，而且尤其重要的是，此种参数的使用，大大延长了焊片的使用寿命，降低了生产成本。用国内生产的焊片一般都可以达到每片焊接7000张卡片，与一般成型的参数相比，在相同焊片的情况下，接近双倍的焊接能力。当然，焊片的使用寿命与平时操作工人的维护也有很大关系，笔者在某工厂调试参数时，曾经见到由两名操作工人用以上的参数操作，用一片焊片焊接了9600张卡片，而且焊接拉力抽检符合正常的生产工艺标准。但是经笔者观察，焊点的面积明显小了许多（焊片打磨氧化层及正常磨损的原因），所以建议使用以上参数时，以7000张做为焊片极限即可。

　　当然，参数的选定固然重要，在具体生产过程中的操作也会对焊接成功率造成影响。在这里简单提几点注意事项：

　　1. 尽量防止因芯片的缺少或摆放不正造成焊片与PVC或Platen的直接接触放热；

　　2. 打磨焊片不宜过于频繁，一般以焊接200张卡片打磨一次即可；

　　3. 焊接完成后的PVC中张在交接过程、运输过程或做试验过程中，必须严格保持水平，以防焊点崩裂；

　　4. 严格控制焊接前各工序的操作，避免因芯片上杂物过多或漆包线摆放不正而造成的焊接失败；

　　5. 当一片新的焊片投入使用时，安装过程中尽量保证焊片底部与Platen保持水平，且注意焊片两侧受力均匀。

　　这几点注意事项只是为了避免在生产过程中因人为因素出现不合格产品，与参数本身没有关系。（我司精源牌焊接电源单输出和双输出也已给国内几大自动化厂商提供配套www.gzbe.net）

　　

总之，利用以上原则所获得的焊接参数，在焊接质量、操作的方便性、可靠性以及延长焊片使用寿命、降低焊片使用数量方面，都可以达到一个非常满意的效果。

 

　　以上所阐述的焊接参数只是笔者在使用UNITEK提供的HF25型电流发生器时偶有所得，在此提出与大家交流。对于HF25型电流发生器来说，应该还有更多更方便的功能可以开发和利用。相信在非接触式智能卡业的同仁们会有更加丰富和权威的经验，希望能够得到大家的批评和指教。也相信经过我们的努力，将会有更多更先进的技术革新出现在非接触式智能卡甚至双界面卡的生产过程中。

 

 

型号	JYD-005S	JYD-01S	JYD-02S	JYD－03S
输入电压（V）	220V	220V	220V	220V
负载持续率（％）	10	10	10	10
额定功率(kVA)	2	4	6	10
最大输出电流(DCA)	500	1000	2000	3000
逆变频率(kHz)	4	4	4	4
焊接循环时段	10	10	10	10
焊接脉冲数	3	3	3	3
电流缓升缓降控制	有	有	有	有
存储焊接规范数	4组	4组	4组	4组
外形尺寸(mm)(L*B*H)	320*220*340	430*300*250	430*300*250	430*300*250
重量(kg)	13	15	20	22