焊料修復設備及修復焊料的方法

2023-05-31 10:05:16

專利名稱：焊料修復設備及修復焊料的方法
技術領域：
本發明涉及所謂焊料修復設備以及修復焊料的方法。
背景技術：
在印刷電路板單元中兩個或更多部件安裝在印刷線路板上。利用焊料來 將電子部件安裝在印刷線路板上。焊料會偶然將印刷線路板上的兩個或更多 電極墊橋接。在印刷線路板上的電路中會建立短路。上述印刷電路板單元不 能被運出工廠。
需要消除印刷電路板單元的電路中的上述短路。從印刷線路板去除相應 的電子部件以消除上述短路。然後將新的電子部件安裝在印刷線路板上。因 此對焊料的修復需要提花電子部件。
需要操作者通過其手動操控電子部件以拆卸或安裝電子部件。操作者通 常會使用焊烙鐵來加熱電子部件。在對電子部件進行加熱時去除電子部件。 需要熟練的技巧來使用焊烙鐵以拆卸並安裝小尺寸的電子部件。工作效率會 降低。此外，會不可避免地浪費電子部件。希望儘可能地避免對電子部件的 浪費。

發明內容
因此，本發明的目的在於提供一種焊料修復設備以及修復焊料的方法， 以通過相對便利的方式來消除電路中的短路，而無論電子部件的尺寸是否較 小。
根據本發明的第一方面，提供了一種焊料修復設備，包括載臺，其設 計用於沿基準面將目標的至少具體一部分的表面布置在於所述載臺上界定的 具體斑內；加熱單元，其向於所述載臺上界定的所述具體斑提供熱量；以及 分割板，其設計用於沿與所述基準面垂直的豎直高度運動進入所述具體斑，
所述分割板顯示出較低的焊料浸潤性。
該焊料修復設備用於將焊料布置在載臺上的具體斑處。焊料響應於使用 熱量而熔化。當分割板沿豎直高度進入具體斑時，分割板進入焊料。因為分 割板顯示出較低的焊料浸潤性，故分割板排斥焊料。由此將焊料分割為兩部 分。對焊料的分割可靠地消除了電路的短路。
所述加熱單元可包括發出能量束的輻射源。能量束引起非物理力。因此 在焊料熔化時不會有力作用至安裝部件。因此可防止安裝部件從預定安裝位 置偏移。例如在常規加熱處理中使用熱空氣。熱空氣通常使安裝部件無意地 從預定安裝位置偏移。
所述熱加單元可包括布置在所述輻射源與所述具體斑之間的屏蔽，所述 屏蔽界定有窗開口，使得來自所述輻射源的所述能量束部分地穿過所述窗開 口。屏蔽允許在目標上形成具有特定輪廓的光斑。屏蔽因此用於限制能量束 的斑。可以可靠地防止光束外部的環境的溫度上升。
所述能量束可沿與所述基準面垂直的豎直方向發射至所述具體斑。沿豎 直方向向具體斑發出能量束可實現更高密度的熱能。使用能量以髙效率來加 熱焊料。
焊料修復設備還可包括分割板支撐機構，其設計用於支撐所述分割板以 圍繞垂直於所述基準面的旋轉軸而相對旋轉。允許分割板圍繞轉軸旋轉。由 此允許分割板相對於目標圍繞轉軸呈適當的姿態。替代分割板支撐機構，焊 料修復設備還可包括載臺支撐機構，其設計用於支撐所述載臺以圍繞與所述 基準面垂直的旋轉軸而相對旋轉。
焊料修復設備還可包括控制電路，其輸出控制信號以在所述分割板己經 通過預定推力而與所述具體部分接觸之後開始應用所述熱量。允許焊料的熔 化來利用分割板使焊料分開。無需設置裝置來以特定方式專門檢測焊料的熔 化。由此可簡化焊料修復設備的結構。
根據本發明的第二方面，提供了一種修復焊料的方法，包括將焊料布 置在預定基準面上，所述焊料在印刷線路板上的至少兩個電極墊上擴散；向
所述焊料使用熱量使得所述焊料熔化以提供熔化焊料；並且利用沿與所述基
準面垂直的豎直高度設定的分割板將所述熔化焊料分割為兩部分。對焊料的
分割可靠地消除了電路中的短路。
該方法可使得助熔劑被應用於所述分割板的表面。助熔劑使得當焊料熔 化時焊料活化。熔化焊料的活化使得能夠更方便地利用分割板來分割熔化焊 料。
該方法可使得從輻射源發出能量束以使用所述熱量。如上所述能量束引 起非物理力。因此不會有力在焊料熔化時施加至安裝部件。因此可防止安裝 部件從預定安裝位置偏離。
所述能量束優選地沿與所述預定基準面垂直的豎直方向被發出至所述焊 料。沿豎直方向向具體斑發出能量束可獲得高密度熱能。使用能量來以較高 效率加熱焊料。
所述分割板可圍繞與所述預定基準面垂直的轉軸旋轉。或者，載臺可圍 繞與所述預定基準面垂直的轉軸旋轉。在任何情況下，都允許分割板相對於 目標圍繞轉軸呈適當的姿態。
該方法還包括使所述分割板從被分割之後已經硬化的所述焊料分離。該 方法可靠地防止熔化焊料的分開部分重新結合。


結合附圖，通過以下對優選實施例的描述，本發明的上述及其他目的、 特徵及優點將變的更加清楚，其中
圖1是示意性地示出根據本發明的實施例的焊料修復設備的正視圖； 圖2是示意性地示出焊料修復設備的包含部分剖視圖的正視圖； 圖3是示意性地示出焊料修復設備的控制系統的框圖； 圖4是示意性地示出印刷線路板上的焊料的放大平面圖； 圖5是示意性地示出照相機捕獲的二維影像的視圖6是焊料修復設備的部分剖視圖，用於示意性地示出與焊料接觸的分 割板；
圖7是焊料修復設備的部分剖視圖，用於示意性地閉出加熱單元的操
圖8是用於示意性地示出分割的焊料的印刷電路板單元的側視圖; 圖9是用於示意性地示出分割板的向上運動的印刷電路板單元的側視
圖10是用於示意性地示出在印刷線路板與分割板之間建立的預定旋轉 角的部分放大平面圖；而
圖11是示意性地示出連接至分割板的脈衝電動機的立體圖。
具體實施例方式
如圖l所示，焊料修復設備包括可運動載臺12。可運動載臺12界定有 沿水平面(即基準面)延伸的支撐表面13。允許支撐表面13沿在水平面內 相互垂直的X軸及Y軸運動。X軸載臺14及Y軸載臺15結合在可運動載臺 12內以實現支撐表面13的運動。驅動X軸載臺14以在水平面內沿X軸方 向運動。驅動Y軸載臺15以在水平面內沿Y軸方向運動。可以採用滾珠螺 杆機構或直線電動機機構來實現沿X軸及Y軸方向的運動。
焊料修復設備ll包括載臺支撐機構16。載臺支撐機構16被設計以支撐 可運動載臺12繞豎直軸(即Z軸)進行相對旋轉。由此允許可運動載臺12 上的支撐表面13圍繞豎直軸旋轉。例如將諸如步進電動機的驅動源結合在 載臺支撐機構16中以實現旋轉。將驅動源的驅動力例如通過齒輪機構轉換 為可運動載臺12的旋轉。
助熔劑槽17結合在焊料修復設備11中。呈膠狀的一定量助熔劑存儲在 助熔劑槽17中。助熔劑例如具有較高耐熱性。這種助熔劑例如在200攝氏度 或更高溫度下熔化。如果焊料的熔點例如被設定在約220攝氏度，則允許助 熔劑在焊料熔化之前就熔化。在這裡，助熔劑槽17以及載臺支撐機構16被 支撐在單一可運動構件18上。助熔劑槽17及可運動載臺12可以此方式被交 替地設置在預定操作位置。
分割板21在豎直高度上與可運動載臺12的支撐表面13相對。採用臂 構件22來定位分割板21。臂構件22被設計以沿與支撐表面13平行的水平 方向延伸。臂構件22的寬度例如被設定為約1.5mm。沿與臂構件22的縱向 方向垂直的水平方向來測量臂構件22的寬度。支撐軸23固定至臂構件22的 末端。支撐軸23被設計以從臂構件22的重力方向延伸。分割板21安裝至支
撐軸23的末端或下端。支撐軸23例如可與分割板21 —體成形。分割板21 可由諸如鋼、黃銅或紫銅的金屬材料製成。在這裡，硬鉻鍍膜形成在諸如 鋼、黃銅或紫銅的金屬材料的表面上。這種硬絡鍍膜例如表現出足夠低的焊 料可浸潤性(wettability)。這裡，"足夠低的焊料可浸潤性"指可浸潤性足 夠低以即使在分割板21與熔化焊料發生接觸時也可防止熔化焊料的附著。
分割板21包括板體24及刀片25。刀片25連接至板體24的下端。板體 24的下端位於水平面內。隨著刀片25的位置接近刀片25的下端，刀片25 的厚度從板體24的厚度逐步減小。刀片25的下端界定沿與板體24的下端平 行的直線延伸的邊緣。板體24的最大厚度例如被設定為約0.5mm。
豎直運動機構26連接至臂構件22。豎直運動機構26用於沿豎直方向實 現臂構件22的向上及向下運動。由此將臂構件22沿豎直方向布置。這裡， 在豎直運動機構26與臂構件22之間沿豎直方向設置預定間隙。上述間隙允 許臂構件22即使在豎直運動機構26操作期間也可停留在預定位置。換言 之，即使在豎直運動機構26保持靜止時，也允許臂構件22在間隙內沿豎直 方向運動。
加熱單元27布置在分割板21上方的位置。加熱單元27與可運動載臺 12的支撐表面13相對。加熱單元27包括如圖2所示的輻射源，即滷素燈 28。滷素燈28用於向界定在可運動載臺12上的支撐表面13發出一定能量射 束，即熱射束。加熱單元27例如可移除地固定至支撐軸29。
準直透鏡31與滷素燈28相關。準直透鏡31用於沿徑向方向匯聚發出的 熱射束。上述徑向熱射束被轉換為平行光。以此方式允許可運動載臺12上 的支撐表面13接收沿與支撐表面13垂直的豎直方向的平行光。
屏蔽32被布置在準直透鏡31與可運動載臺12的支撐表面13之間的位 置。窗開口 33形成在屏蔽32中。屏蔽32用於阻擋平行光。允許平行光穿過 窗開口 33。以此方式基於窗開口 33在支撐表面13上形成預定光斑。例如可 將窗開口33形成為圓形。已經證實，當在從光斑中心具有3mm的半徑的圓 形斑中產生235-240攝氏度的溫度時，在從光斑中心具有5mm的半徑的圓形 斑中在支撐表面13上的光斑處會產生220-225攝氏度的溫度。例如可以準備 不同類型的屏蔽32以提供不同直徑的光斑。可為各個屏蔽32分別準備加熱
單元27。在此情況下，可取決於希望的光斑直徑來更換加熱單元27。
照相機34結合在焊料修復設備11中。利用照相機34來捕獲支撐表面 13的二維影像。沿與支撐表面13垂直的豎直方向來設定照相機34的光軸。 未示出的監視器連接至照相機34。在監視器上顯示支撐表面13的二維影 像。分割板21的投影影像被插入監視器上支撐表面13的二維影像。操作者 可在監視器的屏幕上觀察到支撐表面13與分割板21之間的位置關係。
非接觸式溫度傳感器35可結合在焊料修復設備11中。例如可使用紅外 溫度計作為非接觸式溫度傳感器35。例如可將非接觸式溫度傳感器35支撐 在支撐軸29上。使用非接觸式溫度傳感器35來測量上述光斑內的溫度。
如圖3所示，控制電路36結合在焊料修復設備11中。控制電路36連接 至分配至X軸載臺14的X軸運動機構37、分配至Y軸載臺15的Y軸運動 機構38、分配至載臺支撐機構16的轉動機構39、分配至可運動構件18的驅 動機構41、分配至臂構件22的豎直運動機構26、滷素燈28、照相機34以 及非接觸式溫度傳感器35。控制電路36分別向X軸載臺14的X軸運動機 構37以及Y軸載臺15的Y軸運動機構38提供預定控制信號。由此將可運 動載臺12上的目標定位在載臺支撐機構16上的具體斑處。可將支撐表面13 的二維影像從照相機34供應至控制電路36以對目標進行定位。控制電路36 向載臺支撐機構16的轉動機構39提供預定控制信號。由此圍繞豎直軸在可 運動載臺12上的目標與分割板21之間產生特定旋轉角。控制電路36向可運 動構件18的驅動機構41提供預定控制信號。由此分割板21與可運動載臺 12及助熔劑槽17其中一者相對。控制電路36向臂構件22的豎直運動機構 26提供預定控制信號。分割板21由此沿豎直方向接近或遠離支撐表面13。 控制電路36還用於控制滷素燈28的打開/關閉以及照相機34的操作。控制 電路36被設計用於響應於從非接觸式溫度傳感器35提供的溫度檢測信號來 執行預定處理。在溫度檢測信號中規定具體斑內的溫度。
現在，假定將印刷電路板單元45設定在可運動載臺12的支撐表面13 上。如圖4所示，己經將兩個或更多部件47安裝在印刷電路板單元45的印 刷線路板46上。部件47可以是晶片電容器、晶片電阻器以及其他具有 1005、 0603或0402晶片尺寸的晶片類電子部件、以及扁平電纜的端子。成
對電極墊48為各個部件47形成在印刷線路板46的表面上。部件47安裝在 相應成對電極墊48上。利用焊料51來將部件47安裝在印刷線路板46上。 這裡，焊料51a、 51b橋接相鄰的成對電極墊48。
在設定印刷電路板單元45之前，替代可運動載臺12，分割板21與助熔 劑槽17相對。在此情況下，控制電路36向可運動構件18的驅動機構41提 供控制信號。可運動載臺12被迫移動離開分割板21下方的空間。允許操作 者將印刷電路板單元45設定在支撐表面13上而不受分割板21的阻礙。然後 控制電路36工作以命令使用助熔劑。控制電路36向豎直運動機構26提供控 制信號。豎直運動機構26使臂構件22沿重力方向運動。分割板21的末端浸 入助熔劑槽17中的助熔劑。以此方式將助熔劑應用於分割板21。臂構件22 根據控制電路36的命令向上運動。控制電路36然後向驅動機構41提供控制 信號。由此可運動載臺12與分割板21相對。
從照相機34向控制電路36供應影像信號。控制電路36工作以根據影像 信號產生支撐表面13的二維影像。如圖5所示，分割板21的投影影像被插 入二維影像。操作者觀察上述二維影像來操作焊料修復設備11以移動可運 動載臺12。控制電路36被設計以從輸入裝置接收命令以移動可運動載臺 12。目標焊料51a以及相應部件47以此方式被布置在載臺支撐機構16上的 具體斑處。在分割板21的正下方位置界定該具體斑。或者，控制電路36可 執行影像識別處理而非上述操作者的手動操作。在此情況下，控制電路36 通過影像識別處理在二維影像上確定分割板21的位置。根據確定的分割板 21的位置將控制信號提供至X軸運動機構37以及Y軸運動機構38。可以此 方式將焊料51a以及相應部件47布置在載臺支撐機構16上的具體斑處。
控制電路36然後執行焊料51a的分割處理。控制電路36首先向豎直運 動機構26提供控制信號。驅動分割板21以向下運動。如圖6所示，當刀片 25與具體斑內的目標焊料51a發生接觸時，豎直運動機構26使分割板21停 止向下運動。在此情況下，豎直運動機構26使臂構件22在預定間隙內保持 向下運動。目標焊料51a用於支撐分割板21以在間隙的上限處定位分割板 21。基於分割板21、支撐軸23以及臂構件22的重量，抵抗焊料51a向刀片 25施加推力。
控制電路36向滷素燈28提供控制信號。如圖7所示，滷素燈28開始發 出熱射束。在支撐表面13上具體斑中形成圓形光斑。儘管在熱射束的路徑 上存在臂構件22以及分割板21，但允許從中心具有3mm直徑的圓內的整個 斑的溫度都充分地升高。以此方式在具體斑處提高溫度。此外，熱射束沿豎 直方向到達印刷線路板46的表面。熱量密度在光斑處達到最大。由此有效 地加熱具體斑。
當具體斑的溫度達到焊料51、 51a的熔點時，焊料51、 51a熔化。當焊 料51a熔化時，如圖8所示，重力使得分割板21下落。因為分割板21顯示 對焊料51、 51a的較低浸潤性，故分割板21排斥熔化的焊料51a。由此將熔 化的焊料51a分割為兩部分。在刀片25與印刷線路板46的表面之間建立特 定間隙。當刀片25下落時，防止刀片25與印刷線路板46碰撞。具體而言， 刀片25的下落被限制在間隙的下限以防止刀片25與印刷線路板46之間的接 觸或碰撞。
當熔化焊料51a被分割為兩部分時，熔化的焊料51a的分割部分被迫基 於其自身表面張力而向相應的電極墊48運動。兩個電極墊48上的焊料51允 許實現相應部件47的自對準。如圖9所示，以此方式通過簡單地分割焊料 51a，可以較高精度將部件47布置在設計位置處。
在實現部件47的自對準之後，控制電路36向滷素燈28提供控制信號。 滷素燈28受控以停止發出熱射束。具體斑的溫度開始下降。當溫度下降至 焊料51的熔點以下時，焊料51凝固或硬化。完成對焊料51的修復。控制電 路36然後向豎直運動機構26提供控制信號。豎直運動機構26強迫可運動載 臺12向上運動。因為在焊料51已經凝固或硬化之後分割板21向上運動，故 可可靠地防止焊料51在分割部分之間重新結合。可使用上述非接觸式溫度 傳感器35來測量具體斑處的溫度以使分割板21向上運動。在此情況下，測 量溫度用於表明完成了焊料51的固化。或者，在分割板21下落之後經過了 特定時段時，可驅動分割板21以向上運動。在此情況下，可預先估計當滷 素燈28停止發出熱射束時的時間點與當焊料51凝固或硬化時的時間點之間 的時間長度。
現在，假定如圖10所示部件47圍繞豎直軸在印刷線路板46上轉動。當
已經以上述方式定位了部件47時，控制電路36向分配至載臺支撐機構16的 轉動機構39提供預定控制信號。驅動可運動載臺12以圍繞豎直軸旋轉。以 此方式圍繞豎直軸在可運動載臺12上的印刷電路板單元45與分割板21之間 建立預定旋轉角。分割板21的方向與部件47之間的縫隙對準。隨後為焊料 51b執行上述分割處理。焊料51b被分割為兩部分。熔化焊料51用於實現部 件47的自對準。即使部件47圍繞豎直軸在印刷線路板46上旋轉，也以此方 式防止了部件47與分割板21之間的接觸。
這裡，替代可運動載臺12的旋轉，可驅動分割板21以圍繞豎直軸旋 轉。在此情況下，臂構件22可支撐支撐軸23以圍繞豎直軸相對轉動。例如 可採用脈衝電動機52來圍繞豎直軸驅動支撐軸23。如圖11所示，例如可採 用帶54來連接支撐軸23與脈衝電動機52的驅動軸53。例如可替代帶54而 採用齒輪機構。
權利要求
1.一種焊料修復設備，包括載臺，其設計用於沿基準面將目標的至少具體一部分的表面布置在所述載臺上界定的具體斑內；加熱單元，其向所述載臺上界定的所述具體斑提供熱量；以及分割板，其設計用於沿與所述基準面垂直的豎直姿勢運動進入所述具體斑，所述分割板顯示出較低的焊料浸潤性。
2. 根據權利要求1所述的焊料修復設備，其中 所述加熱單元包括發出能量束的輻射源。
3. 根據權利要求2所述的焊料修復設備，其中所述熱加單元包括布置在所述輻射源與所述具體斑之間的屏蔽，所述屏 蔽界定有窗開口，使得來自所述輻射源的所述能量束部分地穿過所述窗開□。
4. 根據權利要求2所述的焊料修復設備，其中 所述能量束沿與所述基準面垂直的豎直方向發射至所述具體斑。
5. 根據權利要求1所述的焊料修復設備，還包括分割板支撐機構，其設計用於支撐所述分割板以圍繞垂直於所述基準面 的旋轉軸而相對旋轉。
6. 根據權利要求1所述的焊料修復設備，還包括載臺支撐機構，其設計用於支撐所述載臺以圍繞與所述基準面垂直的旋 轉軸而相對旋轉。
7. 根據權利要求1所述的焊料修復設備，還包括控制電路，其輸出控制信號以在所述分割板己經通過預定推力而與所述 具體部分接觸之後開始應用所述熱量。
8. —種修復焊料的方法，包括將焊料布置在預定基準面上，所述焊料在印刷線路板上的至少兩個電極 墊上擴散；向所述焊料施加熱量使得所述焊料熔化以提供熔化焊料；並且利用沿與所述基準面垂直的豎直姿勢設定的分割板將所述熔化焊料分割 為兩部分。
9. 根據權利要求8所述的方法，其中 助熔劑被施加於所述分割板的表面。
10. 根據權利要求8所述的方法，其中 從輻射源發出能量束以施加所述熱量。
11. 根據權利要求IO所述的方法，其中 所述能量束在所述輻射源與所述焊料之間被部分地阻擋。
12. 根據權利要求10所述的方法，其中所述能量束沿與所述預定基準面垂直的豎直方向被發出至所述焊料。
13. 根據權利要求8所述的方法，其中 所述分割板圍繞與所述預定基準面垂直的轉軸旋轉。
14. 根據權利要求8所述的方法，其中 載臺圍繞與所述預定基準面垂直的轉軸旋轉。
15. 根據權利要求8所述的方法，還包括 使所述分割板從被分割之後已經硬化的所述焊料分離。
全文摘要
本發明提供一種焊料修復設備及修復焊料的方法。焊料修復設備包括載臺，其設計用於將目標的至少具體一部分的表面沿基準面布置在於載臺上界定的具體斑內。加熱單元向具體斑提供熱量。分割板被設計用於沿與基準面垂直的豎直高度運動進入具體斑。所述分割板顯示出較低的焊料浸潤性。焊料響應於熱量的使用而熔化。當分割板沿豎直高度進入具體斑時，分割板進入焊料。因為分割板顯示出較低的焊料浸潤性，故分割板排斥焊料。焊料被分割為兩部分。對焊料的分割可靠地消除了電路的短路。
文檔編號H05K3/34GK101370359SQ20081013124
公開日2009年2月18日 申請日期2008年8月1日 優先權日2007年8月16日
發明者岡田徹, 山本敬一 申請人:富士通株式會社