浅谈自动封帽机手套箱结构优化设计范文

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【摘要】全自动封帽机设备中手套箱结构的气密性对产品的质量和性能有直接影响。随着市场对全自动封帽机气密性要求的提高，本文设计一种新型的全自动封帽机手套箱结构，主体采用钣金件进行焊接组装，并对原先的手套箱进行优化设计。相较于传统的方钢管焊接型结构手套箱，气密封更好，使设备保持的露点更低，同时质量轻，成本低，装配简单，外观简洁。该结构目前已生产并应用于客户现场，经检验，该手套箱的密封性能良好，设备露点能保持在-50℃以下，生产的器件气密性合格。

【关键词】封帽机；手套箱；气密性；结构优化

1引言

全自动封帽机目前广泛应用于光通讯领域中TO系列元器件的封焊[1]。全自动封帽机设备的好坏主要由封焊产品的同轴度和气密性两个指标来评价[2]。其中同轴度由设备焊接组件保证，而气密性则由全自动封帽机设备的手套箱的密封性来决定[3]。因而，全自动封帽机设备中手套箱结构的密封性对产品的质量和性能有直接影响。针对某客户提出的设备露点要求在-50℃以下，传统的方钢管焊接结构已无法达到客户要求，因而，设计一种具有更高气密性的手套箱结构有着重要的意义和价值。

2全自动封帽机的结构

全自动封帽机主要由电控箱、手套箱、下机架组件、左侧管座进出料仓，右侧管帽进出料仓以及手套箱内部运动组件结构组成。具体见图1。封帽机的工作流程见图2。流程图中方框标注的过程均在手套箱内完成。从图中可以看出，整个产品的焊接过程均在手套箱内完成。手套箱的密封性直接决定了产品的气密性。

3手套箱的功能

从图1和图2可以看出，焊接产品的管帽和管座分别从两侧储存仓通过手套箱密封门进入手套箱内，通过手套箱内部运动部件分别放置在对应待焊接位，由封帽组件进行放电加压焊接。图2流程图中虚线框内标注的整个封焊过程都是在手套箱内部进行的。手套箱承载的功能有三个：（1）进行产品物料的输入输出传递。（2）保证手套箱舱体内的密封性，确保焊接过程中的氮气氛围，防止产品芯片被空气破坏掉。通过不断的将高纯度的惰性气体（市场上目前采用的是纯度99.9%的氮气）确保箱体内充满惰性气体，通过循环过滤掉水汽等活性物质。手套箱内气体杂质的含量可以通过露点来观察。（3）作为人机操作的交互区，方便腔体内外零部件的更换，比如更换上下电极，传感器的调节，首件检验产品的进出等等。

4手套箱的结构优化

传统的手套箱结构如图3所示。手套箱内部采用方钢管焊接，上、下、左、右四面均采用铝板进行拼接，左右两侧通过密封门进行产品管座和管帽的输入输出，前后两侧通过有机玻璃封压，同时在前方的玻璃上开设手套口，前方中间部位设计维修玻璃门，进行平时的维修和日常更换电极等操作。稳定运行时，该结构可以使设备露点维持在-40℃以下。但是经过长期的生产现场跟踪和实践，发现每次开门维修，更换电极，往手套箱内运送小零件等需要开关中间玻璃门，无法保持设备露点，每次开关门后都需重新充气占用生产时间。其次，手套箱整体采用有机玻璃，无法避免静电的产生，从而对产品器件构成威胁。除设备前方中间玻璃维修门采用密封扣形式固定外，设备左侧和右侧，以及后方的玻璃全部用螺钉固定，对相关地方部件进行维修和保养时，需拆装玻璃的螺钉，操作过程繁琐。因而，针对现在的设备状态，进行了升级优化。

4.1主体结构优化

设备手套箱主体结构改用两片钣金折弯焊接在一起，取消了之前的方钢管焊接加左右铝板固定结构，减少了设备的衔接结构，使设备的气密性更好。见图4。

4.2密封玻璃结构优化

设备前后直接改用两块防静电有机玻璃，全部用密封扣固定，既避免了静电对产品器件的伤害，增大了操作人员的视野，又方便设备的维修保养时的拆装，人机交互的更好。

4.3增设小交换箱装置

在正前方的玻璃上增加了小交换箱装置，在小交换箱左侧增加一个进气口，给小交换箱充氮气。方便在设备工作状态下打开小交换箱进行手套箱内外小零部件的取入取出，同时还不影响设备运行下的露点，确保了产品的气密性。如图5所示。

4.4增设手套口数量，加装手套盖

设备前后方玻璃均采用四个手套口，增加了不拆玻璃进行调节传感器等操作的便捷性。同时，加设了手套盖，在不使用手套的时候，将手套盖起来，增加设备外操作人员的活动空间。

4.5优化露点仪安装结构

设备的露点仪原先结构是直接拧在设备上方的铝板上，现在上方是个钣金件，因而设计了一个螺纹套接密封结构来固定露点仪，具体见图6所示。升级后的设备已加工投产，经客户现场反馈，该结构能满足露点-50℃的要求，且封焊产品的气密性合格，同时改进后的设备人机操作更加便捷。

5结论

基于客户和市场的要求，本文设计了一种新型的全自动封帽机手套箱结构，主体采用钣金件折弯焊接在一起，代替了原先的方钢管焊接和铝板拼接结构。经生产线检验，该结构能满足露点-50℃的要求。这种结构比原先的结构气密性更好，同时新结构采用前后两块防静电玻璃板，不仅避免了静电对用户器件的伤害，还增大了操作时的视野空间；同时取消前方的玻璃门结构，改为小交换箱窗口，方便更换电极，往设备内运送小零件，开关门对设备露点的影响变小，同时后方的玻璃板也增加了四个手套口，方便设备后侧的维修与操作。实践证明，这种结构的优化具有实际的意义和生产价值，可以推广。

参考文献

[1]张峻.VCSEL激光器封帽机的开发及其封装工艺研究[D].华中科技大学,2011.

[2]王元仕,郭婷婷.全自动封帽机封帽过程中工艺参数对封装质量影响的研究[J].科技创新与生产力,2019(4):74-75.

[3]阴增光.封帽工艺气动控制系统设计[J].轻工科技,2017(7):65-66.

作者：郭婷婷 王元仕 单位：中国电子科技集团公司第二研究所