CN101080962A - 用于表面安装元件的热附连与分离的方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于表面安装元件(SMC)的热附连与分离的方法与系统，其使用响应于电流而产生热量的平面加热器。该加热器的电阻随其温度改变，且其电阻经读取以测定加热器及SMC的温度。提供一夹持SMC之构件，如此使器件的输入/输出接点藉由自平面加热器通过及/或沿SMC侧壁之热传导受到加热。提供电流至平面加热器，如此产生足以将输入/输出接点附连至印刷电路板(PCB)或自PCB分离输入/输出接点的热量。此方法使夹持、加热、电阻监视与SMC温度测量得以同时进行。本发明描述若干种夹持SMC的构件，包括真空、机械、粘合及磁性构件。本发明亦描述使用加热元件加热其上可安装SMC之基板的方法。

Description

用于表面安装元件的热附连与分离的方法与系统

本申请要求Durston等人于2004年11月29日提交的临时专利申请第60/631,913号和Durston等人于2005年5月24日提交的临时专利申请第60/684,539号的优先权。

发明背景

发明领域

本发明涉及表面安装元件处理的领域，尤其涉及用于将表面安装元件(SMC)固持、热附连至基板及自基板热分离SMC的方法与系统。

相关技术的描述

通常利用热制程将部件附连至相等或更大尺寸的其他部件上。相等或更大尺寸的部件被称作基板。可使得一部件附连至一基板上的热制程包括胶合、软焊、压焊、铜焊及熔接。

具体而言，电子工业通过将称作表面安装元件(SMC)之电气器件及集成电路芯片的电输出/输入引脚热附连至聚合物及陶瓷基板之上及之内的导电电路而使这些SMC互连。

两种最常见互连结构之一称作混合电路。这通常由通过将其电输入/输出引脚或电极压焊至一陶瓷基板上的导电电路而互连的SMC组成。输入/输出引脚中之金属是通过超声及热手段而附连至导电电路。

最常见的互连结构--并用于说明本文所述方法与系统的—是由表面安装器件(SMD)(任何带有电输入/输出引脚的SMC)组成，该等SMD通过将其输入/输出引脚软焊至称作印刷电路板(PCB)的聚合基板上的电路而互连。软焊是一种附连方法，其中当加热至适当温度时，金属或金属混合物(称作焊料)与SMD的电输入/输出引脚及PCB上的电路接触点融合，由此将引脚与电路接触点固定在一起。

SMC包括混合电路、集成电路、离散器件(电感器、电容器、二极管、晶体管等)、金属散热片及金属屏蔽遮罩。混合及集成电路SMD通常封装于聚合物之内，且其电输入/输出引脚延伸至位于封装边缘及/或底部之针脚或球脚。

安装于诸如印刷电路板(PCB)之基板上的SMC如SMD之密度增加，SMD内电路的复杂性亦在增加。PCB上更高的SMC密度增加了对用于将SMC固持、软焊至PCB上及自PCB将SMC去焊的方法的要求，且处理方法的精确性与选择性较之以往更为重要，以避免可导致附近SMC受损的热量外溢(heat spillover)。

此外，以具有更高熔融温度的无铅焊料(要求处理温度高达250-260℃)替代熔融温度在183-200℃范围内的铅基焊料进一步降低了误差幅度。对于多芯片模组(MCM)尤其如此，MCM使用较高熔融温度焊料或利用环氧制程进行组装，且因随后曝露于接近组装原始MCM时之温度的环境中而受到不可逆的损坏。

若PCB上的个别SMC失效，有两种选择：丢弃整个PCB，或替换掉该失效SMC。过去，个别PCB的成本足够低，而使丢弃PCB成为较佳选择。然而，在许多情况下不再如此。

目前，SMC制造及再加工中用以将SMC附连至PCB及自PCB移除SMC之加热方法包括：(1)热空气或氮气；(2)焊铁；及(3)红外线加热。该等方法中的每一种皆具有若干缺陷，详见下文。

在经过通常通过电阻加热旋管将热量传递给气体之加热路径之后，热空气或氮气(400-900℃)在压力下喷出。此方法具有若干缺点：

-因气体不是一种非常有效的传热机构，其必须充分高于焊料熔融温度以切实熔化焊料。高温气流对SMC本身以及邻近SMC与PCB均为一种威胁。

-当排放气流冲击元件时，因在SMC/加热器界面处无用于测量的装置，不能对气流温度非常精确地加以控制。因此，不可能精确控制去焊、软焊及再软焊制程，或不可能精确重现最初的回流焊炉附连顺序。

-难以将加热仅限制在目标SMC区域。已设计出复杂的喷嘴及挡板以屏蔽邻近SMC使之不受损坏。然而，它们要求再加工工具针对各个SMC尺寸进行定制，且因此增加了总的再加工成本。

-气体喷射方法不可以独独应用于SMC顶部。归因于气体之相对低传热效率而要求之高温导致最终的曝露时间长于直接加热焊料所需时间，因此对SMC及其内部元件造成威胁。

亦存在与焊铁相关的缺陷。加热SMC的温度难以精确控制，因为：(1)焊铁尖端温度通常是自焊铁上其他地方测测量的温度的推断，及(2)归因于焊铁与热电偶间之热接触改变及热电偶温度响应随时间的改变，以此方式测量温度遭受进一步的不准确度。最终缺点包括：

-可发生焊料的非意欲过量回流，可能破坏SMC内部或PCB上焊盘间之元件。

-焊铁的大热质量使软焊/去焊操作期间不可能建构斜升式温度曲线(temperature ramp)。需要该等斜升式曲线将对PCB之热冲击降至最小，且理想地应模仿用于最初回流焊炉之斜升式温度曲线。

红外(IR)辐射元件以高功率级启动，促使热能自IR元件辐射至待去焊的SMC。然而：

-与IR元件相关的复杂机构必须帮助聚集或导引热量至所需SMC。

-IR系统的效力取决于SMC的IR吸收或IR反射率。由于用于SMC的材料及用于SMC顶部表面的表面涂层的反射率差异很大，IR再加工工具通常亦要求一底部定向加热器。因为许多目前的PCB组件在两侧均具有元件，所以底部加热带来额外的元件损坏威胁。

-对SMC温度之监控是由IR温度传感器件完成，其连至用于IR辐射元件的电脑控制电源。该等器件报导的温度取决于SMC表面的发射率，可随SMC材料及表面性质而大幅改变。

在某些应用中，亦可能需要在附连或移除元件之前加热PCB板本身，以自板上除去湿气及最小化SMC附连及移除期间的热应力。习知此可利用热空气或氮气，或IR辐射元件完成。然而，如上所述，气体是传热效率相对较低之介质；如此，气体温度必须显著高于目标PCB温度。此方面的低效率亦可导致需要延长的曝露时间，从而可使PCB及其元件遭受损坏之危险。气体温度亦可能难以控制。

利用IR辐射元件加热PCB亦存在问题。IR吸收取决于表面发射率，而表面发射率取决于材料及表面粗糙度。由于用于PCB的材料及PCB表面涂层反射率差异很大，可能难以对PCB进行均匀加热及对温度进行精确控制。

发明内容

本发明提出一种用于SMC之热附连与分离的方法与系统，其通过提供一用于同时夹持一SMC、通过热传导加热其输入/输出(I/O)接点与监视且精确控制施加至SMC的加热温度的装置，而克服上述问题。

本方法可用于通过包括软焊、压焊或铜焊的各种方法将SMC热附连至基板及自基板热分离SMC。尽管本方法具有广泛适用性，但本文是以将SMD软焊至PCB及自PCB将SMD去焊的情形加以解释。

本方法使用″平面加热器″加热元件，其响应电流产生热量。加热器的电阻随其温度而变，且其电阻经读取以测定加热器温度及测量SMD温度。提供夹持一SMD的装置，如此SMD的输入/输出接点由自平面加热器通过及/或沿SMD侧壁之热传导受到加热。提供电流至平面加热器，如此产生足以将输入/输出接点软焊至PCB或自PCB去焊输入/输出接点的热量。本方法使夹持、加热及电阻监视与SMD温度测量得以同时进行。

本发明描述若干种夹持SMD的装置，其包括真空、机械、粘合及磁性装置。本发明亦描述使用诸如平面加热器之加热元件加热其上可安装SMC的基板之方法。

自下列详细描述，加之附图，本发明的其他特征及优势对本领域的技术人员不言自明。

附图简述

图1是根据本发明的热附连与分离系统的方块图。

图2是根据本发明的平面加热器的立体图。

图3是根据本发明之平面加热器模组(PHM)与轴组件界面的分解图。

图4是显示图3的连接至柱塞的PHM的立体图，其中使用一压板将平面加热器附至匣。

图5系根据本发明的轴组件及真空罩的立体图。

图6-9是根据本发明的轴组件及真空罩的可能实施例的剖视图，其中在平面加热器及/或压板周围传输真空。

图10是根据本发明的真空罩之剖视图。

图11-14是根据本发明之轴组件及真空罩之可能实施例的剖视图，其中经由平面加热器及/或压板传输真空。

图15是根据本发明的微夹(MG)组件的一个可能实施例的立体图，其中MG组件附着至一匣。

图16是根据本发明的MG组件的另一可能实施例的立体图，其中MG组件附着至一匣。

图17是根据本发明的轴组件及MG的剖视图。

图18是根据本发明的MG组件的另一可能实施例的剖视图，其中MG组件未附连至匣，图中其处于闭合位置。

图19是图18所示的MG组件的立体图，图中其处于打开位置。

图20是根据本发明的粘合预成型体的平面图及相应剖视图。

图21是根据本发明是粘合预成型体的剖视图，图中其与SMD一起使用。

图22是根据本发明是磁性预成型体的平面图及相应剖视图。

图23是根据本发明的磁性预成型体的剖视图，图中其与SMD一起使用。

图24是根据本发明的用于加热基板的平面加热器传导加热方法的一个可能建构方式的平面图及相应剖视图。

图25是图27所示的建构方式的剖视图，图中其与PCB一起使用。

图26是根据本发明的用于加热基板的球浴传导加热方法的另一可能建构方式的平面图及相应剖视图。

图27是图27所示的建构方式的剖视图，图中其与PCB一起使用。

图28是功率控制与监视电子装置(PCME)的方块图，图中其与本发明一起使用。

图29是说明图27中所示的PCME操作的功能性制程流程图。

本发明的详细描述

本发明使SMC得以同时被固持、加热、定位、热附连至基板或自基板热分离及移除，而SMC的温度时时受到测量。基板及PCB自身亦可通过本发明加热，以自PCB除去之前的湿气，且最小化元件附连或移除期间的热应力，或实现元件移除本身。根据本发明的系统可手持或以机器人调度。其可将一平面加热器精确定位于任何尺寸的SMC上，且将一SMC精确定位于一基板上，或抓取及拔出待自基板上移除的SMC。

对依照本发明的基本系统的说明如图1所示。SMC 10待附连至基板12或待自基板12分离。将SMD软焊至PCB及自PCB将SMD去焊被用以在下列描述中解释该基本系统。

熔化焊料所需之热量系由″平面加热器″14提供，即，一响应电流产生热量的薄平面器件，其具有随其温度而改变的电阻。加热器通常附于匣16上，匣16又附于轴组件17上，或者，若轴组件不止包括一轴与一针脚固持模组(见下述)，则附于柱塞18上。控制平面加热器14所需的控制电子装置20经由导线21耦合至平面加热器，导线21经由轴组件17之内部在电子装置与加热器之间布线。

注意，尽管本文仅讨论SMD，本发明亦可应用于任何具有平坦表面的元件。

所有描述的方法中皆有一″平面加热器″元件。此装置之典型建构方式如图2中所示。平面加热器14是一薄膜金属电路，其包括两个电极32及薄膜股线34，制造于称作″管芯″的介电薄片36上。管芯的较佳厚度大于或等于0.015″，以最小化热质量及最大化自股线至SMD的热传递。最小厚度的限制由机械耐久性要求决定。电极及股线较佳地通过丝网印刷；利用蔽荫遮罩的薄膜成长或藉由薄膜成长，后接遮罩及蚀刻而制造。

尽管多种材料可用于管芯36，但以具有高热导率的材料为佳。所使用的材料在平面加热器将操作的温度范围内不应发生氧化，或者加热器及其电极应通过密封保护而免于氧化。两种金属/管芯平面加热器组合为较佳：(1)氮化铝上的钨，及(2)氧化铝上的铂。氮化铝上的钨为较佳，因为此类型管芯较氧化铝上的铂管芯具有更高的热导率及更恒定的温度系数。而且，钨股线的膨胀系数与氮化铝的膨胀系数几乎一样，而铂与氧化铝的膨胀系数相差约25％。

平面加热器在除其边缘外之处为热绝缘，因此几乎其所有热量经由SMD传导至软焊输入/输出接点。控制电子装置20包括一电源，该电源向加热器提供激发电压及电流，自此可测定加热器之电阻，且由此得出其温度。如此，不需要额外温度传感机构。加热通过在股线34中耗散功率来实现。耗散功率为由电子装置20供应的激发电流与沿电极32之间的股线、接触电极32的电连接器针脚(见下述)与电子装置20和连接器针脚之间的导线21的整个长度上的所得电压降的乘积。

平面加热器通常附于一匣以形成一″平面加热器模组″(PHM)；该模组的分解图如图3所示，且其立体图如图4所示。PHM 40包括如图2所示的加热器14，其通过干涉配合于匣16的吊耳41之内或通过压板43(如图4中所示)附于匣16。压板可自任何金属制得，且其厚度小于等于0.020″较佳。该匣是一电、热绝缘的弹性体或陶瓷。其含有弹簧负载电连接器针脚44的馈通路径，针脚44如图1所示自轴组件18延伸至平面加热器电极32。

如图3所示，突起(或支座)45可包括在内，以减少向上经由匣16的热传递。或者，可通过插入低热导率陶瓷或蓝宝石球体，或穿孔/非穿孔陶瓷薄片至平面加热器14与匣16之间，或插入球体与薄片的组合而最小化热传递。

使用时，匣16安装至轴组件17或柱塞18的基底(见下述)。使匣可提供平面加热器14与电子装置20之间的电连续性的一种建构方法如下：电连接器针脚44经由附着至轴基底的电、热绝缘的″针脚固持器模组″46延伸出轴组件的基底。当匣16顶部之空腔滑动至针脚固持器模组46基底时，轴组件的轴线与PHM 40的轴线成一条直线。同时，电连接器针脚44滑入匣16中的孔洞，且向下延伸至平面加热器电极32。

一对压力分散介面连接器47可插入于针脚44的基底与平面加热器电极32之间以将由弹簧负载针脚44施加于电极上的力分散至更大的区域，从而减少电极32上的压力。如此实质上减少电极32上的磨损，且降低平面加热器破裂之可能性。介面连接器47亦用以增加电极32可用于电流的横截面面积。介面连接器47较佳为聚合物或陶瓷块(方块或圆柱体)，覆盖以导电金属以提供针脚44与电极32之间的电连续性。

注意，此配置仅具示例性；PHM 40可有众多实施例，可在平面加热器14与电子装置20之间提供电连续性的方式亦如此。

PHM可通过若干种方法安装至轴或柱塞，下文将描述其中的一些方法。举例而言，如图3所示，扣环49可插入至与针脚固持器模组46紧密配合的匣16中；因此，针脚固持器模组46扣入扣环49中以将PHM 40连接至轴18。

第二种方法可为保持夹片，其具有滑入轴底部附近相应凹槽的上部指状物，及附连至平面加热器匣中相应狭槽的下部指状物。

第三种方法可为使用栓留螺母附件。轴上带螺纹的栓留螺母通过针脚固持器模组或轴上之凸缘保持。栓留螺母附连至平面加热器匣上之配合螺纹，从而允许匣，且因此允许PHM可通过拧两圈栓留螺母而附连至轴或自轴分离。

另一种可能的方法是使用插旋附连结构。使用带有插旋狭槽的栓留螺母将轴组件连接至PHM。栓留螺母置于螺母弹簧上，螺母弹簧由针脚固持器模组或轴上之凸缘支撑。然后向下推栓留螺母，直至插旋狭槽顶部位于插旋突出部顶部之下，且旋转栓留螺母，以使狭槽与突出部调准，藉此将轴锁至PHM。

亦可使用球体-棘爪附连结构。此处，平面加热器匣中的弹簧负载球体与针脚固持器模组中的棘爪配合。球体由棘爪弹簧负载，该棘爪弹簧藉由螺钉保持在匣的孔洞中。当针脚固持器模组棘爪与匣孔洞对准时，球体通过棘爪弹簧被推入棘爪中，藉此将轴组件连接至匣。

又一种可能的方法是使用正闭锁干涉配合附连结构，其中轴上的锥形凸出部分卡入匣中的锥形凹座。柱塞基底处的锥形凸出区域，正好位于针脚固持器模组上方，提供对平面加热器匣的导入及卡入压力。锥形凸出区域可为或可不为针脚固持器模组的一部分。最大凸出部分直径应大到足以提供利落的卡入与脱出功能，但还不应过大而阻碍轻松附连或移除。

夹持一SMD且将其固持至紧邻平面加热器处的若干种方法如下所述，包括真空、机械、粘合附连及磁性装置。以下先讨论真空装置。可1)在平面加热器及/或压板周围或2)经由平面加热器及/或压板，向SMD表面施加真空。

当将在平面加热器及/或压板周围施加真空时，用于固持SMD的力与将平面加热器压在SMD表面上的力由不同的、独立的机构提供。用于此真空方法的平面加热器模组不应具有任何超出其底部表面的突起。夹住或滑过一建于平面加热器匣内的固持表面的压板可有利地用来提供不具突起的底部表面。

现有多种方法可配置根据本发明的系统以在平面加热器及/或压板周围将真空施加至SMD表面。以下描述若干种可能的实施例。在这些设计实例中，平面加热器或压板的表面置于SMD顶部表面上，且一柱塞罩壳(见下述)向SMD压去，促使真空密封表面与SMD接触。然后，打开连接至轴组件上真空口的真空泵，促使真空将SMD固持于平面加热器模组的加热表面上。只要真空打开，轴与SMD将作为单一单元移动。当真空被释放时，SMD被自动释放--因为由平面加热器模组施加于SMD上的压力将真空密封表面推离SMD表面，所以自动释放系可能的；或者，可在真空泵与真空口之间安装一双向开关，其中一个开关位置将真空泵连接至口，而另一位置使口与空气相通。

此真空固持方法的一个可能的建构方式的立体图及剖视图如图5及6所示。注意，图3-29中所述相同或相似之元件使用类似参考数字。在图5及6中，轴组件由九个元件组成：柱塞罩壳50、柱塞52(PHM 40安装于其上)、真空活塞环54、柱塞罩壳活塞部分至真空活塞环真空密封元件(VSC)56、柱塞压缩弹簧58、盖帽60、真空口62、真空罩定位元件(VEPC)64，及位于轴组件基底、柱塞52内部的针脚固持器模组46。

柱塞罩壳50包括一空腔(66、68、70)，柱塞52可在其中滑动及旋转；因此，当向下的力施加至柱塞罩壳50时，轴组件变短，且当扭力施加至柱塞罩壳且柱塞静止时，罩壳独立于柱塞及PHM 40旋转。柱塞压缩弹簧58或者伸缩管在当柱塞罩壳50被推向SMD时可经由柱塞52将力传至SMD表面。自电连接器针脚44至电子装置20的电导线21穿过柱塞52及盖帽60。PHM 40配合于柱塞52底部。真空罩74包括：安装表面76，用于将罩74附于VEPC 64，VEPC 64又附于轴底部；及真空罩基底密封表面78。

O型环凹槽及O型环80位于真空罩74顶部附近，在安装表面76与罩74之间形成真空密封。罩74与安装表面76之间的O型环密封的轴向长度应足够短，从而允许罩轴线关于柱塞罩壳50的轴线摆动，如此允许罩74的基底82校准SMD表面，使之平行于PHM加热表面，从而确保该两个表面之间的良好热接触。

真空活塞环54连接至柱塞52的顶部。该环限制最大柱塞行程，当真空关闭时，传递来自柱塞压缩弹簧58的回复力使柱塞52回复至其最大延伸，且当于柱塞罩壳50的上部与下部体积之间形成真空密封时提供O型环或聚四氟乙烯垫圈的真空密封表面。活塞环54之侧壁较佳地加工成随柱塞上下移动时将O型环真空密封元件56固持于环54与柱塞罩壳部分68内壁之间。

当如此配置时，施加至真空口62的真空经由真空罩基底密封表面78传递至一SMD之表面。由平面加热器模组40施加至SMD表面的力由活塞环54对弹簧58的压力产生，其与由SMD曝露表面上方的真空产生的SMD固持力相反。当SMD悬浮时，该等力必须恰当地平衡，否则PHM 40将″打破″真空罩基底密封表面78与SMD表面间的真空密封状态。

VEPC 64允许真空罩74沿柱塞罩壳50的轴线而被上推，以使PHM可连接至连接器针脚44且PHM可紧固至柱塞52的基底。在罩74又沿安装表面76向下滑至其位于PHM底部附近之操作位置后，VEPC亦阻止罩74沿安装表面76向上滑动。可采用多种VEPC，包括例如：抓斗型夹具、O型环、橡胶带，或夹片。

另一可能的轴组件建构方式如图7所示。此处，轴组件的整个体积用于SMD固持真空。该轴组件类似于图6中所示者，惟有下列改动：

-真空口62位于柱塞罩壳88的上部(其修改自图6所示者)。

-必须增加柱塞罩壳部分66的内径(ID)以提供部分66与柱塞52壁之间的真空路径。提供此真空路径的一较佳方法是在柱塞罩壳部分66ID处钻孔，且插入一或多个干涉配合塑胶导引环91。现有许多其他的提供这些导引表面的方法，但关键要求是为柱塞52提供的导引表面应至少具有沿柱塞罩壳88之内部表面的一个轴向位置。

-柱塞罩壳88现必须允许整个罩壳体积经由真空口抽空。

-真空活塞环54变为活塞挡止环92，其直径必须打开以在柱塞罩壳上部与下部体积之间产生真空路径。由PHM施加至SMD表面之力是由环92对弹簧58的压力产生，其与由SMD曝露表面上方的真空产生的SMD固持力相反。当SMD悬浮时，该等力必须恰当地平衡，否则PHM将会″打破″罩74与SMD表面之间的真空密封状态。

-盖帽60由三向罐90及挡止垫圈93替代。三向罐具有三个口：两个同轴，且第三个垂直于两个同轴口。罐90具有足够大的ID以允许导线21挠曲，如此，当轴组件缩短时，允许导线挠曲于罐内。一个同轴口含有螺纹，且拧入柱塞罩壳88中。此螺纹连接器中的横截面开口减去导线21的横截面面积，应至少与柱塞挡止环92的总横截面开口一般大小，同时仍能提供足够的表面积以为挡止垫圈93提供固持位置。相对的同轴口较佳地含有导线21的真空馈通孔；然而，此可用作真空口。垂直口较佳为真空口62；然而，此可为导线21的真空馈通孔。

另一可能的实施例配置成使真空罩74的真空密封表面与SMD表面紧密接触。当真空泵打开时，通过SMD与罩74的密封表面之间的密封而产生的真空同时固持SMD及迫使平面加热器或压板与SMD表面接触。此实施例利用同一真空固持SMD并将PHM的加热表面固持于SMD的顶部表面上。PHM与SMD的接触力由跨越真空活塞环的压力梯度提供。只要在抽吸真空口62，轴组件与SMD将作为单一单元移动，且施加至PHM上的功率将加热SMD。当口62与空气连通时，PHM将回复至其原始位置且轴组件将释放SMD。

该实施例的两个基本元件系轴组件及真空罩。一可能的建构方式如图8所示，且另一者如图9所示。

图8中所示的轴组件由九个元件组成：柱塞罩壳102、柱塞104、真空活塞环106、柱塞导引环91、柱塞罩壳活塞部分至真空活塞环真空密封元件(VSC)110、真空对抗弹簧112、盖帽114、真空口62、VEPC 64，及位于轴组件基底、柱塞内部的针脚固持器模组46。

柱塞罩壳102是一含有三个内部部分之中空圆柱体：柱塞罩壳活塞部分68、柱塞导引部分66，及真空罩附着部分70。

当归因于压力梯度产生的向下力施加至活塞环106时，超出罩壳102基底之柱塞延伸长度增加，且PHM被压在SMD顶部表面上。罩壳102确保活塞环106顶部表面处的大气压力。这通过活塞环106与盖帽114之间的侧壁上的一或多个排气孔洞116而实现。该等孔洞必须位于活塞环106永远到达不了的轴位置处。

当柱塞罩壳102通气时，真空对抗弹簧112(或伸缩管)可经由活塞环106传递回复力。柱塞罩壳102提供一路径连接SMD顶部表面、真空活塞环106底部表面与真空口62，经由此路径连接至口62之真空泵可于SMD表面在PHM与真空罩/SMD接触表面之间的曝露区域上方产生真空。

如上所述的导引环91可提供柱塞罩壳导引部分66内的真空路径。提供真空路径及导引表面的另一方法是将导引壁钻孔及车螺纹使其ID与其下方的柱塞罩壳ID相同；然后插入一或多个开槽或穿孔的导引环91以引导柱塞，且允许空气在柱塞罩壳的上部与下部体积之间自由流动。现有许多其他的提供这些导引表面的方法；关键要求是柱塞104提供的导引表面应至少具有沿罩壳102的内部表面的一个轴向位置。

柱塞104必须长于上述的柱塞52，或必须缩短部分66的轴向长度并增加部分68的轴向长度，以使柱塞延伸超出罩壳基底足够远以允许PHM附连至柱塞基底。柱塞104提供PHM的安装平台，导线21的馈通路径，及其中可插入针脚固持器模组46的区域。真空活塞环106及部分68的ID必须足够大以确保由跨越活塞环之压力梯度产生的力足以克服反抗力，且将PHM的加热表面稳固地压在SMD表面上。主要的反抗力是：(1)真空对抗弹簧112力常数，及(2)部分68ID壁与真空密封元件110之间的摩擦力。

当连接至柱塞104顶端后，真空活塞环106用以于活塞环与SMD表面之间的体积经由口62抽空时，传递压缩力至弹簧112。活塞环的底部表面利用弹簧之顶端提供限制及回复力，其与由跨越活塞环之压力梯度造成的力相反。该环亦当于柱塞罩壳102的上部与下部体积之间形成真空密封时，提供O型环或聚四氟乙烯垫圈之真空密封表面。

真空活塞环106的侧壁加工成随柱塞上下移动时将O型环真空密封元件110固持于活塞环与柱塞罩壳活塞部分68内壁之间。真空密封元件110是一O型环或聚四氟乙烯垫圈，其形成在部分68的ID与活塞环106之间的真空密封。

当柱塞104被推出柱塞罩壳102的基底时，真空对抗弹簧112提供反(回复)力至柱塞，因此当组件经由口62抽空时，限制了由PHM施加至SMD表面的压力。由PHM施加至SMD表面的力由跨越真空活塞环106的压力梯度产生，其与由SMD曝露表面上方的真空产生的SMD固持力相反。该等力必须恰当地平衡，从而不将SMD压在PCB表面上；否则，PHM会以这样的力推动SMD，从而打破真空罩74与SMD表面之间的真空密封状态。

VEPC 64可为满足以下条件的任何元件：其允许罩74沿柱塞罩壳102的轴线被上推，以使PHM可连接至电连接器针脚且PHM可紧固至柱塞。在罩74又沿安装表面76向下滑至其正好在PHM底部上方的操作位置后，VEPC亦阻止罩74沿安装表面76向上滑动。

在图9所示之实施例中，轴组件由以下元件组成：柱塞罩壳120、柱塞122、真空活塞环106、柱塞罩壳活塞部分至真空活塞环真空密封元件(VSC)110、真空对抗弹簧112、盖帽124、真空口62，及VEPC与位于柱塞122的基底内的针脚固持器模组(未示出)。

柱塞罩壳120是一中空圆柱体，其包括柱塞罩壳活塞部分68及真空罩附连部分70。罩壳120包括一空腔，柱塞122可于其中滑动及旋转；因此，当由跨越真空活塞环106的压力梯度造成的向下力施加至该环时，超出罩壳基底的柱塞延伸长度增加，且PHM之加热表面被压在SMD顶部表面上。罩120确保在环106的顶部表面处有大气压力。这通过环106与盖帽124之间的侧壁上的一或多个排气孔116来实现。该等孔洞必须位于活塞环106永远到达不了的轴向位置处。

罩壳120亦提供一空腔，其中真空对抗弹簧112(或伸缩管)可经由真空活塞环106传递回复力。罩壳提供一连接SMD顶部表面、真空活塞环106底部表面与真空口62的路径，经由此路径连接至口的真空泵可于SMD表面在PHM与真空罩/SMD接触表面之间的曝露区域上方产生真空。

罩壳120在柱塞罩壳活塞部分68内包括真空活塞环导引表面126。盖帽124与导引表面126一起使柱塞122与罩壳120对准。部分68的内壁是导引表面之一，且较佳有至少一个其他导引环108提供另一导引表面。

因柱塞122自PHM延伸至位于盖帽124上方的终止位置，其必定长于图8中的柱塞104。柱塞122提供PHM的安装平台，PHM导线的馈通路径，及基底中的其中可插入针脚固持器模组的位置。真空活塞环106及柱塞罩壳活塞部分68的ID必须足够大以确保由跨越环的压力梯度产生的力足以克服反抗力，且将PHM稳固地压在SMD表面上。主要的反抗力是：(1)弹簧的力常数，及(2)介于部分68的ID及真空密封元件110之间的摩擦力。

真空活塞环106用以于活塞环与SMD表面之间的体积经由口62抽空时，传递压缩力至弹簧112。环的底部表面利用弹簧112的顶端提供限制及回复力，其与由跨越环的压力梯度造成的力相反。该环亦当罩壳120的上部与下部体积之间形成真空密封时，提供O型环或聚四氟乙烯垫圈的真空密封表面。真空活塞环106的侧壁加工成随柱塞122上下移动时将O型环真空密封元件110固持于活塞环与部分68之内壁之间。

垫圈(未示出，较佳为聚四氟乙烯垫圈)可用于取代O型环110。垫圈置于环106与弹簧112之间。垫圈之底部表面形成对环表面的真空密封，且垫圈的外部圆周表面形成对柱塞罩壳活塞部分68内壁的真空密封。

由PHM的加热表面施加至SMD表面的力由跨越活塞环106的压力梯度产生，其与由SMD曝露表面上方的真空产生的SMD固持力相反。该等力必须恰当地平衡，从而不将SMD压在PCB表面上；否则，PHM会″打破″真空罩与SMD表面之间的真空密封状态。

盖帽124提供柱塞122在柱塞罩壳120顶部的导引表面108。盖帽较佳旋入罩壳120中；然而，或者，盖帽可插旋安装至罩壳，或藉由自由旋转垫片(衬套)安装。

此轴组件亦可包括如上所述的VEPC及真空罩，如此允许真空罩沿柱塞罩壳轴线而被上推，以使PHM可连接至电连接器针脚且紧固至柱塞122。

适用于图6-9各展示的组件的真空罩74如图10所示。罩基本上是一由金属、玻璃、陶瓷、复合物或高温塑胶制造的中空盒。基底150是一平坦平面，其可用或可不用减少对罩之热传导的高温弹性体(THE)涂覆。罩顶部含有O型环凹槽(ORG)152的开口含有O型环154，该O型环154形成柱塞罩壳的真空罩安装表面76与ORG之间的真空密封。罩74与安装表面76之间的O型环密封的轴向长度应足够短，从而允许罩轴线关于柱塞罩壳轴线及柱塞轴线摆动；此摆动允许真空罩基底150校准SMD表面，使之平行于PHM加热表面，从而确保该两个表面之间的良好热接触。真空罩顶部处的ORG 152可为含有相反曲面的两片，ORG之的顶部片配合或结合至罩的顶部表面。注意，图10中所示之真空罩仅为示例性；许多其他真空罩实施例是可能的。

上述轴组件使真空由PHM四周到达SMD表面。亦可提供真空通过PHM及/或压板的轴组件。此处，柱塞罩壳及柱塞是单一元件，且PHM设计成既固持又加热SMD。平面加热器可含有或可不含有可将真空施加至SMD表面上的孔洞；各个方法的实例如下所述。

用于固持SMD及将PHM的加热压板--此实施例中称作″真空平面加热器模组″(VPHM)(156)--压在SMD表面上的力由相同机构--通过抽吸真空口产生的真空来提供。用以维持平面加热器与压板之间的接触的力独立于用以固持SMD的真空。压板/SMD界面为真空密封界面。

VPHM与轴组件作为单一单元移动。VPHM的压板表面通过轴组件的x、y、z、θ及Φ运动与SMD表面紧密接触。然后，打开真空泵，且将其切换至在真空口处施加真空。压板含有狭槽或孔洞，VPHM中的真空经由该等狭槽或孔洞将SMD固持于压板表面上。在加热期间，通过将加热器压向压板的弹簧负载针脚维持平面加热器/压板接触。

只要真空口仍受到抽吸，轴组件与SMD将作为单一单元移动，且施加至平面加热器的功率将加热SMD。当口与空气连通时，VPHM将释放SMD。

适用于此方法的一个可能的轴组件实施例如图11所示，图12中可见额外细节描绘。轴组件由电线管道160、真空管道162、真空管道至真空加热器模组连接器组件(VMCA)164、真空三通管166及真空口62。

电线管道160是一中空圆柱体，其提供绝缘引线21的馈通路径，引线21提供系统的控制电子装置与将功率传递给VPHM 156的电连接器针脚44之间的电连续性。电线管道在其基底具有一可插入针脚固持器模组46的位置。管道160亦于其基底提供VCMA 164的安装位置，从而连接电线管道160的基底至真空管道162的基底，且提供VPHM与真空管道之间的路径。真空管道162提供VPHM与真空三通管166之间的真空路径，及一用于固持及定位轴组件的表面。

VMCA 164由挡止螺母167、真空垫片168，及真空管道至VPHM连接螺母170。挡止螺母提供垫片168及螺母170的安装表面。垫片提供挡止螺母167的顶部表面与VPHM螺母170的朝下表面之间的真空密封。VPHM螺母170将VPHM156连接至真空管道162。

真空三通管166含有三个真空馈通口：

-一真空管道口，其提供自真空管道162至三通管166之真空馈通。内壁经改良以使电线管道160居中，同时使真空管道162位于其顶点。

-一绝缘引线口，其提供引线21自三通管166至外部电子装置20的真空馈通。

-一真空口，其为真空口管62提供真空馈通。

VPHM 156包括电线管道至平面加热器端子及导引组件(TGA)、平面加热器14、压板172、压板固持器174、压板固持器至轴组件转接器176，及轴组件转接器连接器组件178。TGA由匣16，及较佳地，减压连接器180组成。匣导引电连接器针脚44，且使其曝露侧壁电隔离。

减压连接器180提供针脚44与平面加热器14之间的电连续性，且将由弹簧负载连接器针脚施加于平面加热器电极上的力分散在大得多的区域范围内。平面加热器14加热压板172。其可含有(如图14)或可不含有(如图12)真空馈通孔洞(参见下述压板)。

压板172用于使平面加热器14居中、将热量自加热器传导至SMD表面、提供与SMD的真空密封界面，且经由狭槽或孔洞提供自SMD表面至VPHM的真空馈通。两种压板/平面加热器组态描述如下：

1.压板172大于平面加热器，如图12及13所示。在此组态中，压板表面积可差不多为平面加热器表面积三倍大小。通过压板中的狭槽182，于平面加热器14周边提供真空馈通路径。

2.如图14所示，除压板之凹座壁外，压板172表面积与平面加热器之表面积大小相同。藉由与压板中的狭槽182对准的平面加热器中的孔洞184提供真空馈通路径。

压板固持器174较佳是提供一开口的高温热塑性塑胶或陶瓷，经由该开口，安装于压板固持器凸边上的压板可与SMD表面直接接触。固持器174亦提供压板172与压板固持器至轴组件转接器176之间的低热导率路径，及与轴组件转接器连接器组件178的真空密封界面。若压板固持器为陶瓷，则垫片(未图示)应包括于固持器174与转接器176的密封表面之间。

轴组件转接器176垂直于轴组件的轴线，且自压板固持器174至转接器连接器组件178的弹簧186具有长方形横截面。在弹簧186所在的表面上方，转接器176具有圆形横截面。转接器176的下部的凸缘与压板固持器174形成真空界面。转接器176的上部被拧紧以配合将VPHM 156固持于真空管道162上且使之居中的VPHM螺母170。转接器176在通过转接器连接器组件178连接至压板固持器174后才连接至VPHM螺母。

转接器连接器组件178将压板固持器174紧紧地固持在轴组件转接器176上。其由两个元件组成：弹簧186及夹片188。夹片在两侧有开口；夹片其他两侧的底部为钩形。压板固持器174至转接器176的连接以如下方式实现：围绕转接器176的圆形横截面插入弹簧186，如图12所示。然后，夹片188顶部的圆形开口置于转接器176上方且于弹簧顶部。接着向弹簧挤压夹片的顶部，且夹片的侧面向外偏离，直至钩延伸至压板固持器174的外部凸边下方。然后释放夹片顶部表面上的压力，从而弹簧将夹片上推，因此将压板固持器与转接器176固持在一起。

本发明亦可应用机械装置固持SMD，使其与PHM的压板或平面加热器表面接触。一种方法是使用本文称作为″微夹(micro-grippers)″(MG)的物件。以下描述两种类型：类型1)″微夹平面加热器模组″(MGPHM)，其中MG附连至匣16，且为PHM匣之部分，及类型2)MG非PHM之部分，且其可独立于PHM移动。以下描述类型1MG的两个实例及类型2MG的一个实例，但诸多其他建构方式系可能的。

类型1MG的一实例如图15所示。一组爪200安装于一对臂201的底部，臂201通过配合穿过PHM中的孔洞的枢杆202安装于PHM 16的相对两侧。爪200包含末端为精度点尖端的小型指状物。爪尖端的小型几何结构允许指状物配合于TQFP类型SMD之间隔很近的针脚之间。爪上的高精度尖端提供强有力的固持或抓取力，且最小化SMD加热期间的热损失。爪200可为任何金属或陶瓷，但其应由具有适合于应用温度及SMD材料的耐磨性的材料制造。对于高温，throatedtungsten或碳化钨可达到最佳耐磨性；然而，仍有众多其他材料亦可用于SMD附连及分离所采用的温度(约260℃)，以及塑胶或聚醯胺SMD。

图15中之微夹设计成通过将向外的力施加至枢转点上方臂201上而进行夹持，如此臂的顶部被推向外，且相对爪被推向一起。例如，这可利用以保持螺钉206固持于相对臂之间的弹簧204来达成。当弹簧受到施加至臂的相反力压缩时，SMD被释放。此相反力可通过多种装置，包括电动、气压或液压致动器来施加。

施加至爪200之力的大小与弹簧204的力常数成比例。施加至SMD侧壁上的力通过替换两个弹簧即可轻易改变。通过施加校准力，致动系统可测定爪何时附连，及施加的力有多大。PHM通过上述方法电连接至外部控制电子装置20，且实体连接至轴的底部。例如，在图15中，保持夹片208将MGPHM紧固至轴210的底部。

第二个类型1MG的实施例如图16所示。此实施例与图15中所示的实施例不同之处在于此实施例中爪200通过轭220的下(开)、上(合)运动来打开及关闭。微夹的臂201及轭的臂222如图所示由针脚224附连。

可用于图16中微夹的实施例之一的可能的轴组件如图17所示。该组件由柱塞52及柱塞罩壳242组成。柱塞52的基底附连至MGPHM以提供与外部电子装置的电连续性；柱塞的顶部终止于盖帽螺母244。柱塞罩壳活塞部分68含有柱塞活塞环246及弹簧58或伸缩管；该等部件通过盖帽螺母244保持于部分68中。

柱塞罩壳导引部分66及柱塞活塞环246的ID足够大，以允许柱塞52及罩242的表面以相反方向移动。中空小体248配合穿过盖帽螺母，且停留在活塞环246上。小体下部的ID足够大，以允许其配合于柱塞52的外壁(OD)上且在之上自由滑动。小体248下部的较大ID的长度长于柱塞穿入其中的轴向长度。此额外长度是弹簧58可由柱塞活塞环246压下的距离。

在停留位置，爪200处于闭合(夹持)位置。当小体248被压下时，柱塞罩壳242通过弹簧58的反压而被下压，直至微夹臂201被推下，且爪处于打开(非夹持)位置。当小体248上的压力释放时，弹簧58将活塞环246推回至部分68的顶部，使爪闭合。

亦可提供能够提供对图16的微夹的空气致动的轴组件。例如，气压缸可连接至耦合至微夹的连接臂的一对致动臂。气压缸内的活塞通过空气压力致动，且可通过分别在活塞下方及上方的口处施加空气来上下移动。一压力转导器较佳地耦合至气压缸，且经配置以将压力信息传递给外部电子装置20。当活塞被下推时，微夹爪打开，且当其被上推时，爪闭合。活塞及轭的运动可经由压力转导器监视，如此可实现微夹的封闭回路自动控制。注意，此致动方法及实施例仅为示例性，可使用多种机制在需要夹持及释放SMD时，操作图16中微夹的轭。

类型2MG的一实施例如图18及19所示。此实施例与图15-17中所示的彼等实施例不同，在于其中爪200并未附连至PHM，亦非PHM的部分。

图18展示轴组件(SA)的横截面，其由六个元件组成：柱塞罩壳249、柱塞18、弹簧250、柱塞延伸限制螺母251、盖帽252及位于SA基底、柱塞18内部的针脚固持器模组46。

柱塞罩壳249是一中空圆柱体，其执行三项功能：1)其提供一空腔，柱塞18可在其中滑动及旋转，2)其提供一空腔，其中当弹簧250因弹簧罩壳被下压而压缩于螺母251与盖帽252之间时，可提供回复力，如此将爪200推至PHM下方(可使用伸缩管代替弹簧250)，及3)其为盖帽252提供一位置，用以经由柱塞罩壳249导出电线21。

柱塞18执行两项功能：1)绝缘引线21的馈通路径，及2)在其基底的一位置，针脚固持器模组46可插入于其中。当柱塞被压入柱塞罩壳249时，弹簧250提供反(回复)力至柱塞18。

盖帽252导引柱塞18顶部穿过柱塞罩壳249之顶端且使其居中。盖帽拧入柱塞罩壳中；然而，盖帽可插旋安装至柱塞罩壳，或者其可藉由自由旋转垫片(衬套)安装。

如图19所示，通过施加向下压力至柱塞罩壳249上，可经由臂253将爪200移动至PHM/SMD界面之下。爪亦可独立于PHM旋转。

在图19中，臂253连接至位于线性气压致动器255内部的轴254。当施加气压使该等轴且因此使该等臂及爪相向移动或互相远离移动时，它们向相反方向移动。致动器255通过安装组件256连接至柱塞罩壳249。经控制及调节的气压经由软管及连接器257供应至致动器。

线性致动器255可连接至柱塞18，而非柱塞罩壳249，或其可连接至完全独立的x、y、z、F及j运动控制器件。在此实施例中，爪臂253且因此爪200独立于PHM移动。

此实施例之所有自由度可经手动、气压、电、磁或液压控制。

SMD亦可使用插入压板或压板加热器与SMD之间的粘合预成型体夹持。粘合预成型体将其自身附连在平面上，且加热后释放相同平面。粘合预成型体之平面图及剖视图如图20所示。粘合预成型体由夹于两片高温转移胶带262之间的载体260组成。载体260较佳的是一片热传导材料，较佳为金属，诸如不锈钢细孔网。如3M产品9499及9882之类的高温转移胶带是滚轧粘合剂薄片264，其曝露侧面覆盖以可移除纸质背衬266。

如本文所述之粘合预成型体可如下制造：

1.将载体260切割成长方形形状，其宽度约等于目标SMD的一边长，且长度足以覆盖SMD另一边长并提供一曝露固持突出部。

2.将两片高温转移胶带262切割成目标SMD的近似尺寸。

3.薄片262带有曝露粘合剂的两个侧面附连至载体260的两个相对侧面。

如何利用粘合预成型体移除SMD如图21所示。纸质背衬266自预成型体之一侧面移除，且该侧面大致居中于且附连至目标SMD 10上。下一步，纸质背衬自另一薄片移除。将压板或平面加热器14(一曝露平面加热器表面用于说明)压在SMD的顶部表面上。平面加热器是连接至含有绝缘引线21的轴组件18的PHM 40的一部分。

将SMD 10去焊及自平面加热器表面分离SMD及粘合预成型体处理进行如下。SMD 10受到加热且自PCB 12去焊后，提升轴组件，从而SMD自PCB移除，然后SMD自平面加热器14的表面分离。接着，粘合预成型体自其仍接触的表面剥离，在平面加热器或目标SMD表面上几乎未残留一点粘合剂，此主要归因于使得两个薄片的粘合剂相互黏结的载体渗透，及曝露于高温后粘合剂黏性变弱且弹性降低的事实。

根据本发明亦可使用磁性装置夹持SMD。此方法利用一磁体及一磁性预成型体将SMD表面附连至压板或平面加热器表面。磁体可为永磁体或电磁体。磁性预成型体黏着至SMD表面，且磁力固持于平面加热器或压板之表面上。磁体可位于PHM顶部表面或PHM内部，或其可为压板自身。

图22展示根据本发明的磁性预成型体268的一个可能实施例的平面图及剖视图。其由在一侧面带有高温转移胶带272的薄片的载体270组成。载体较佳是渗透或非渗透热传导材料(较佳为金属)薄片，其为磁性或以磁性材料涂覆。高温转移胶带272包含滚轧粘合剂薄片274，其曝露侧面覆盖以可移除纸质背衬276。进行SMD移除之前的准备工作包含自粘合剂274移除纸质背衬276，其后磁性预成型体的粘合表面附连至目标SMD。

图23描绘于实际中使用时的磁性预成型体268。在此图解说明中，平面加热器14通过连接至含有绝缘引线21的轴组件18的PHM 40调度，PHM 40具有顶部表面上有中空中心的磁体278。当平面加热器固持于紧邻载体270处时，磁吸引力将其牵引在一起。因为磁场的对称性，永磁体或电磁体不会在PCB 12上的电路中或SMD 10的集成电路中产生感应电流；磁力线280如图23所示。

目标SMD之移除及磁性预成型体268的处理如下。首先，SMD受到加热直至自PCB 12上去焊，且自PCB提升移走。紧接着，附连有SMD的磁性预成型体利用载体270上的突出部，自平面加热器14或压板的表面滑落。再下来，粘合剂274自SMD 10表面剥离，SMD上几乎不残留一点粘合剂。若使用电磁体代替永磁体，当通过电磁体之电流被切断时，SMD将自平面加热器表面释放。

本发明亦可用于加热基板，诸如PCB。此可有助于，例如，除去湿气，及当使用上述SMD再加工方法时，降低PCB中可引发的热应力。下述的基板加热方法可用于达成高达300℃的温度。加热方法是以SMD技术的情形说明的，但其亦可用于其他应用。

以下描述两种传导加热方法：1)平面加热器，及2)球浴加热器。两种方法使用相同控制电路。说明平面加热器传导加热方法的平面图及剖视图如图24及25所示。此方法支持及加热仅在一个表面具有SMD的PCB。该方法要求五个元件：平面加热器300、温度传感器302、压板304、支承组件306，及控制器(未示出)。平面加热器300使用薄或厚膜金属股线图案，且导线308将加热器电极连接至控制器。平面加热器如上述操作，通过电阻功率耗散提供热量。

温度传感器302以高温粘合剂附连至平面加热器300的绝缘材料，或附连至压板304。来自温度传感器的信号经由导线308投送回控制器；控制器经配置以利用温度传感器信号测定平面加热器300达到及维持目标温度所需的功率。可能的温度传感器之实例包括热电偶及电阻温度检测器(RTD)。

如图24所示，压板304附连至平面加热器300，且如图25所示，将热量自平面加热器传导至PCB 12。压板304可与或可不与平面加热器股线及电极接触：若压板与平面加热器电隔离，则其可为金属或高热导率陶瓷；若不，则压板必须为电绝缘、高热导率陶瓷，诸如AlN、氧化铍及碳化硅。压板的表面积较佳地大于平面加热器的表面积。

支承组件306由热绝缘体310及支承基底312组成。热绝缘体310阻止由平面加热器300产生的热量传导出PCB。理想地，热绝缘体310的表面积应等于或大于压板304的表面积，以达成最大PCB加热均匀性及最小平面加热器功率要求。然而，在温度低于300℃时，热绝缘体310的表面积可小于压板304表面积的一半而仍能提供令人满意的加热均匀性。图25描绘通过PCB固持器314固持于压板304上的经预热的PCB 12，其中SMD 10经部署待软焊或刚在去焊后移除。

控制器提供操作及控制平面加热器传导加热系统所需的功率、通信及控制。在操作中，控制器接受来自温度传感器302的随平面加热器温度变化的信号，且经配置以提供达到预期温度所需的电流至平面加热器300。

说明球浴传导加热方法的平面图及剖视图如图26及27所示。此方法可支持及加热在两侧表面均具有SMD的PCB。此方法要求四个元件：至少一个加热元件400、温度传感器402、球浴加热组件404及控制器(未图示)。

加热元件400可为一或多个探针型加热器、一加热旋管、一在其壁中含有加热器之五面罩，或一或多个平面加热器；在此描述中，加热元件400是如上所述的平面加热器。此处，然而，(1)加热元件400加热其嵌入至的多个不锈钢球体，及(2)加热元件不支承PCB。

温度传感器402并不附连至平面加热器或压板；相反，其嵌入受磁场吸引的多个钢球中。来自温度传感器的信号经由导线406传至控制器，控制器利用信号测定平面加热器达到及维持目标温度所需的功率。

球浴加热组件404由包封盒408、磁性基底410、一或多个永磁体或电磁体412，及具有磁性质的导热球体414；球体亦导电较佳。包封盒408含有加热元件400、磁性基底410、温度传感器402、磁体412(除非可自包封盒的壁产生磁场)，及导热球体414。加热元件400插入包封盒的基底处，磁性基底410置于加热元件的顶部，且磁体412排列于磁性基底的顶部。然后包封盒填充以导热球体414。磁性基底410将磁体412固持于预定位置，且磁体将导热球体固持于适当位置，且防止其移动。

导热球体414支承PCB 12并通过传递来自加热元件400的热量加热PCB 12。导热球体通常直径约为0.075″，使其自身顺应不规则表面，如组装有SMD及其他元件的PCB表面，藉此提供对不规则表面的均匀热传递。控制器可类似于上述用于平面加热器传导加热方法者：控制器接受来自温度传感器402随导热球体414温度变化的信号，且经配置以提供达到预期温度所需的电流至加热元件400。

如上所述，用于上述方法中的平面加热器或加热元件与外部电子装置一起操作；该等电子装置以下称作″功率控制与监视电子装置″(PCME)。PCME通常包括一微处理器及程序存储器，且较佳经配置使得可采用(例如)对应于不同SMD尺寸而具有不同尺寸及/或电特性的平面加热器。此较佳通过将参考表功能并入于PCME的程序存储器中而达成，该参考表功能为各个平面加热器尺寸提供特定电流激发曲线。以此方式，平面加热器尺寸可通过经由平面加热器施加已知恒定电流及测量在整个加热器上的所得电压而自动测定。电压已知且电流已知时，平面加热器之电阻即算得。各个平面加热器尺寸具有一合格的室温电阻及校准表，允许PCME中的软件正确地适合于安装的特定平面加热器。加热器类型及校准表亦可随使用者选择。

加热通过在平面加热器的股线中耗散功率来实现。耗散功率为由PCME供应的激发电流与沿电极32之间的股线、导线21与电连接器针脚44的整个长度上的所得电压降的乘积。

在一较佳实施例中，加热期间由PCME供应恒定电流，以避免可由电压控制造成的热过冲不稳定性(thermal overshoot instability)。平面加热器的温度与耗散于其股线中的每单位面积的功率成正比例。因此，大的平面加热器较小的平面加热器需要更多功率耗散以达到同样温度。较佳地各个平面加热器具有一如上述的编程参考表以提供正确的激发电流来将特定平面加热器尺寸加热至预期温度。最高温度高于1000℃是可能的；但是，预计用于SMD的最高温度为约300℃。

PCME较佳地如此配置，使得预程序化的斜升式温度与时间曲线可通过按压一PCME控制器上的按钮或通过压下一脚踏开关而起始。注意，若驱动电路为AC或脉冲DC，股线应经图案化，使得加热器中消除了电流产生的磁场。若未采取此措施，则平面加热器可在目标或邻近SMD中产生潜在破坏性的感应电压。

沿整个股线长度的电压降随温度增加一已知量，由股线金属的电阻温度系数(TCR)定义。TCR信息在微处理器中编程。因PCME控制及读取供应至平面加热器的电流及电压，PCME可连续读取平面加热器的温度及调整其激发电流，如此平面加热器温度受到精确控制。当用于SMD再加工时，受控温度应恰好足够，以使SMD接点足够热而引起将它们固持于PCB上的焊料的流动，或将一个新SMD软焊至一PCB而不引起一个SMD接点的焊料流至另一个接点。

一可能的PCME实施例之方块图如图28所示。主要的PCME元件是微处理器与存储器系统500，其含有程序信息与平面加热器查找表用以进行温度控制管理。程序数据与平面加热器等式查找表经由编程口502输入，且储存于非易失性存储器中。操作经由脚踏开关输入504开始及停止；脚踏开关可为一或多个开关接点或可变电阻器件。

一旦压下脚踏开关，则平面加热器电源506及508被致能；它们可为单一可变电源，或如图所示的分离电源。微处理器向数字-模拟转换器(DAC)510提供控制字，数字-模拟转换器510经由恒定电流控制器512设定平面加热器电流，恒定电流控制器512确保精确调节的电流供应至平面加热器。用于平面加热器温度的封闭回路控制的反馈机构由加热器电压监视器514(通常为差动放大器)及一加热器电流监视器516组成。电路514及516的输出经由模拟-数字转换器(ADC)518传送至微处理器500用于测量。数字电流及电压值为微处理器500所用以计算电阻及功率，且经由用于正在使用的平面加热器类型的适当查找表转化成温度。整个过程由微处理器与存储系统500管理，状态信息较佳提供至显示器500便于使用者监视。过电流停机电路522可用于在导线、平面加热器故障，或其他电路故障的情况下，若电流超过一预定值，通过切断电源来阻止过量电流。

PCME功能性制程流程图如图29所示。使用者起始的步骤为600、602及608。微处理器与存储系统500执行步骤604、606，及610-626。

软焊及去焊制程终止于判定步骤624。若脚踏开关释放，或预定的″去焊结束″事件发生(包括但不限于计时器暂停、检测到温度突然升高，或失去电流控制)，判定步骤路径到″结束去焊″626，其中消去平面加热器14的功率使之冷却。

此功能性描述未包括辅助功能，诸如校准及编程方法、制程测量之数据记录(电压、电流、电阻、温度、功率、时间、平面加热器类型、日历日期、固件版本等)，及用于控制去焊制程的额外使用者界面(语音启动、用于顶部及底部加热的多加热器控制、定制事件程序化等)。

注意，图28及29之方块流程图仅为示例性；有众多方式可建构本发明之方法。

尽管已展示及描述本发明的具体实施例，但本领域的技术人员仍将想到多种变化型式及替代实施例。因此，意欲仅根据附属的权利要求书限制本发明。

Claims (56)

1.一种将一具有一平坦顶部表面的表面安装元件(SMC)热附连至一基板或从一基板热分离的方法，包含：

提供一响应于电流产生热量的平面加热器，所述加热器的电阻随其温度而变；

提供一匣，所述平面加热器附至所述匣；

夹持一SMC，使得它与所述基板的接触界面由自所述平面加热器通过和/或沿所述SMC的侧壁的热传导来加热；

提供至所述平面加热器的电流，使得产生足以引起所述接触界面的附连或分离的热量；

读取所述平面加热器的电阻以确定其温度；以及

基于所述电阻读数确定所述SMC的温度；

使得所述夹持、加热、电阻读取与SMC温度确定步骤同时发生。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SMC包含一表面安装器件(SMD)且所述附连或分离步骤分别包含将所述SMD的输入/输出接点软焊至一印刷电路板(PCB)或从一PCB去焊。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述附连或分离步骤包含将所述SMC压焊至所述基板。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述附连或分离步骤包含将所述SMC铜焊至所述基板。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包含提供所述平面加热器与所述匣之间的低热导率路径。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述平面加热器包括一对电极，所述电流经由所述电极提供，且所述电流经由一对弹簧负载电连接器针脚提供至所述电极，所述方法还包含在所述平面加热器电极与所述电连接器针脚之间提供一压力分散介面连接器，使得所述针脚施加于所述电极上的力的面积增加。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SMC的所述夹持步骤是利用一真空装置来实现的。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包含：

提供一包括真空口的轴；

将所述含有所述平面加热器的匣耦合至所述轴的一端；以及

提供一真空密封元件，它耦合至所述轴，且在所述平面加热器周围延伸，使得在所述平面加热器的侧面与所述真空密封元件之间至少有一些间隙；

使得当一真空被施加至所述真空口且所述真空密封元件位于所述SMC的顶部表面上时，所述真空经由所述轴及所述间隙传输至所述SMC的顶部表面，使得所述SMC的顶部表面被夹持且由自所述平面加热器通过和/或沿所述SMC的侧壁的热传导来加热。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包含将一压板附至所述平面加热器，使得所述压板位于所述加热器与所述SMC之间。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包含：

提供一包括真空口的轴；

将所述含有所述平面加热器的匣耦合至所述轴的一端；以及

提供一真空密封元件，它耦合至所述轴，且在所述平面加热器的周围延伸，所述平面加热器包括所述轴与所述加热器底侧之间的一个或多个通道，使得当一真空被施加至所述真空口且所述真空密封元件位于所述SMC的顶部表面上时，所述真空经由所述轴及所述通道传输至所述SMC的顶部表面，使得所述SMC的顶部表面被夹持且由自所述平面加热器通过和/或沿所述SMC的侧壁的热传导来加热。

11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包含：

提供一包括真空口的轴；

将所述含有所述平面加热器的匣耦合至所述轴的一端；

将一压板附至所述平面加热器，使得所述压板位于所述加热器与所述SMC之间；

提供一真空密封元件，它耦合至所述轴，且在所述平面加热器的周围延伸，所述平面加热器和/或所述压板包括所述轴与所述加热器的底侧之间的一个或多个通道，使得当一真空被施加至所述真空口且所述真空密封元件位于所述SMC的顶部表面上时，所述真空经由所述轴及所述通道传输至所述SMC的顶部表面，使得所述SMC的顶部表面被夹持且由自所述平面加热器通过和/或沿所述SMC的侧壁的热传导来加热。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SMC的所述夹持步骤是利用机械装置来实现的。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述利用机械装置包含：

提供第一及第二组爪，所述爪具有适用于夹持所述SMC的各条边缘的尖端，所述爪被安装在所述匣的相对侧上的相应枢杆上，使得所述爪尖端可被操纵以夹持及释放所述SMC。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包含提供一弹簧，所述弹簧附至所述第一及第二组爪且位于所述第一组爪与所述第二组爪之间，使得所述弹簧在所述爪上施加一引起所述爪尖端夹持所述SMC的力。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，还包含提供一致动装置，它被配置成在所述爪上提供一与所述弹簧的力相反的力，使得当所述装置被致动时，所述SMC从所述爪尖端释放。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述致动装置包含电动、气压或液压致动器。

17.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包含提供一轭，所述轭附至所述第一及第二组爪且位于所述第一组爪与所述第二组爪之间，使得当所述轭朝下向所述匣移动时，所述爪尖端被迫分开，且当所述轭朝上移动离开所述匣时，所述爪尖端彼此相向移动。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括提供一致动装置，所述致动装置被配置成使所述轭上下移动以视需要分别夹持及释放所述SMC。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述致动装置包含气压致动器。

20.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述利用机械装置包含：

提供第一及第二组爪，所述爪具有适用于夹持所述SMC的各条边缘的尖端，所述爪被安装在所述匣的相对侧上的相应臂上且与所述匣分离，使得所述爪尖端可独立于所述匣被操纵以夹持及释放所述SMC。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述方法还包含：

提供一中空圆柱形柱塞罩壳，它具有一空腔，一柱塞可在所述空腔内滑动及旋转，所述臂耦合至所述柱塞罩壳；

在所述柱塞罩壳内提供一中空圆柱形柱塞，所述柱塞耦合至所述匣，使得当所述柱塞罩壳被向下推时，所述爪被向下推至所述匣以下；以及

在所述柱塞罩壳内提供一弹簧或伸缩管，当所述柱塞被推动而滑入所述柱塞罩壳内时，所述弹簧或伸缩管传递一回复力至所述柱塞。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，还包含提供一致动装置，所述致动装置被配置成使所述臂横向移动到一起或分开，使得当所述装置被致动时，所述爪分别夹持或释放所述SMC侧壁。

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述致动装置包含电、气压、磁或液压致动器。

24.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述利用机械装置包含利用粘合装置。

25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述利用所述粘合装置包含：

提供一粘合预成型体，所述粘合预成型体包含：

第一及第二高温双面转移胶带薄片；以及

一粘合在所述第一薄片与所述第二薄片之间的载体；以及

在所述SMC与所述平面加热器之间插入所述粘合预成型体，使得所述第一薄片与所述载体相对的侧面被粘合至所述平面加热器或所述加热器上的压板，且所述第二薄片与所述载体相对的侧面被粘合至所述SMC的顶部表面。

26.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SMC的所述夹持是利用磁性装置来实现的。

27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述利用磁性装置包含：

提供一磁性预成型体，所述磁性预成型体包含：

一载体，它包含一有磁吸引力的材料薄片；以及

一高温双面转移胶带薄片，所述薄片的一个侧面粘合至所述载体，且所述薄片的另一侧面粘合至所述SMC的顶部表面；以及

提供一磁体，它被定位成将所述载体磁吸引向所述平面加热器，使得所述SMC的顶部表面磁性地固持在所述平面加热器或所述加热器上的压板上。

28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述磁体在所述平面加热器的与所述SMC相对的一侧位于所述SMC上方。

29.如权利要求27所述的方法，其特征在于，一磁性压板附至所述平面加热器，使得所述磁体即为所述压板。

30.如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述磁体被定位成使得所得的磁场关于所述SMC对称，使得所述磁体在所述SMC电路中不感生电流。

31.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述平面加热器包含一传导所述电流的薄膜金属迹线。

32.如权利要求1所述的方法，其特征在于，读取所述电阻包含测量所述电流并测量所述电阻两端的电压降。

33.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述匣是热、电绝缘匣。

34.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SMC最初被软焊至所述PCB，所述方法还包含与所述夹持、加热、电阻读取及SMC温度确定同时地牵引所述SMC，使得当所述SMC被去焊后，所述SMC被提升离开所述PCB。

35.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包含：

将读取的电阻与一代表预期平面加热器温度的预设值进行比较；以及

增加或减少所述电流，以使所述电阻与所述预设值之差趋于零。

36.如权利要求35所述的方法，其特征在于，还包含：

提供一已知测试电流至所述平面加热器；以及

提供一参考表，它接收从所述已知测试电流所得的电阻值且作为响应提供一相应的预设值。

37.一种加热一可在其上安装SMC的基板的选定区域的方法，包含：

提供一响应于电流产生热量的平面加热器，所述加热器的电阻随其温度而变；

提供一匣，所述平面加热器附至所述匣；

提供一导热压板；

将所述压板附至所述平面加热器；

将一基板的待加热的选定区域置于与所述压板接触，所述加热器及压板被配置成使得所述压板将所述加热器产生的热量传导至所述选定区域；以及

提供一电流至所述平面加热器，使得产生足以加热所述选定区域的热量。

38.如权利要求37所述的方法，其特征在于，所述基板是印刷电路板(PCB)。

39.如权利要求37所述的方法，其特征在于，还包含：

提供一温度传感器，它提供一随所述平面加热器的温度而变的输出；

将所述传感的温度与一代表预期平面加热器温度的预设值进行比较；以及

增加或减少所述电流，以使所述传感的温度与所述预设值之差趋于零。

40.如权利要求37所述的方法，其特征在于，还包含：

提供一热绝缘支承组件；以及

定位所述支承组件，使得它支承所述平面加热器、压板及基板，且减少原本会传导出所述基板的热量。

41.一种加热可在其上安装集成电路的基板的方法，包含：

提供一响应于电流产生热量的平面加热器，所述加热器的电阻随其温度而变；

提供一匣，所述平面加热器附至所述匣；

提供一包封盒；

将所述基板置于所述包封盒内；

将多个导热球体置于所述包封盒内并置于所述基板上，所述球体的尺寸被设定为符合所述基板的表面中的不规则性；

将所述平面加热器置于所述包封盒之下，使得由所述加热器产生的热量由所述球体均匀分布于所述基板上；以及

提供一电流至所述平面加热器，使得产生足以加热所述基板的热量。

42.如权利要求41所述的方法，其特征在于，还包含形成一阻止所述球体移动的磁场。

43.如权利要求42所述的方法，其特征在于，形成所述磁场包含：

提供一基底；

在所述基底上排列多个磁体；以及

定位所述基底及磁体，以形成所述磁场。

44.如权利要求41所述的方法，其特征在于，还包含：

提供一温度传感器，它提供一随所述平面加热器的温度而变的输出；

将所述测量的温度与一代表预期平面加热器温度的预设值进行比较；以及

增加或减少所述电流，以使所述测量的温度与所述预设值之差趋于零。

45.一种用于将一SMC附连至一基板或自一基板分离的表面安装元件(SMC)附连/分离系统，包含：

一响应于电流产生热量的平面加热器，所述加热器的电阻随其温度而变；

一匣，所述平面加热器附至所述匣；

一用于夹持一SMC，使得所述SMC的输入/输出(I/O)接点由自所述平面加热器通过和/或沿所述SMC的侧壁的热传导来加热的装置；

一用于提供电流至所述平面加热器，使得产生足以将所述SMC的输入/输出针脚附连至一基板或自一基板分离的热量的装置；以及

一用于读取所述加热器的电阻，以确定所述加热器的温度且因此确定所述SMC的温度的装置；

所述系统被配置成使得所述夹持、加热、电阻监视与温度确定同时发生。

46.如权利要求45所述的系统，其特征在于，所述用于夹持所述SMC的装置包含一真空装置。

47.如权利要求45所述的系统，其特征在于，所述用于夹持所述SMC的装置包含一机械装置，所述机械装置包含：

第一及第二组爪，所述爪具有适用于夹持所述SMC的各条边缘的尖端，所述爪被安装在所述匣的相对侧上的相应枢杆上，使得所述爪尖端可被操纵以夹持及释放所述SMC；

一弹簧，它附至所述第一及第二组爪且位于所述第一组爪与所述第二组爪之间，使得所述弹簧在所述爪上施加一引起所述爪尖端夹持所述SMC的力；以及

一致动装置，它被配置成在所述爪上提供一与所述弹簧的力相反的力，使得当所述装置被致动时，所述SMC从所述爪尖端释放。

48.如权利要求45所述的系统，其特征在于，所述用于夹持所述SMC的装置包含一机械装置，所述机械装置包含：

第一及第二组爪，所述爪具有适用于夹持所述SMC的各条边缘的尖端，所述爪被安装在所述匣的相对侧上的相应枢杆上，使得所述爪尖端可被操纵以夹持及释放所述SMC；

一轭，它附至所述第一及第二组爪且位于所述第一组爪与所述第二组爪之间，使得当所述轭朝下向所述匣移动时，所述爪尖端被迫分开，且当所述轭朝上移动离开所述匣时，所述爪尖端彼此相向移动。

49.如权利要求45所述的系统，其特征在于，所述用于夹持所述SMC的装置包含机械装置，所述机械装置包含：

第一及第二组爪，所述爪具有适用于夹持所述SMC的各条边缘的尖端，所述爪被安装在所述匣的相对侧上的相应臂上且与所述匣分离，使得所述爪尖端可独立于所述匣被操纵以夹持及释放所述SMC；以及

一致动装置，它被配置成使所述臂横向移动到一起或分开，使得当所述装置被致动时，所述爪分别夹持或释放所述SMC侧壁。

50.如权利要求45所述的系统，其特征在于，所述用于夹持所述SMC的装置包含一粘合预成型体，所述粘合预成型体包含：

第一及第二高温双面转移胶带薄片；以及

一粘合于所述第一薄片与所述第二薄片之间的载体；

所述粘合预成型体插入在所述SMC与所述平面加热器之间，使得所述第一薄片的与所述载体相对的侧面粘合至所述平面加热器或所述加热器上的压板，且所述第二薄片的与所述载体相对的侧面粘合至所述SMC的顶部表面。

51.如权利要求45所述的系统，其特征在于，所述用于夹持所述SMC的构件包含一磁性预成型体，所述磁性预成型体包含：

一载体，它包含一具有磁吸引力的材料薄片；

一高温双面转移胶带薄片，所述薄片的一个侧面粘合至所述载体，且所述薄片的另一侧面粘合至所述SMC的顶部表面；以及

一磁体，它被定位成将所述载体磁吸引向所述平面加热器，使得所述SMC的顶部表面磁性地固持在所述平面加热器或所述加热器上的压板上。

52.如权利要求45所述的系统，其特征在于，所述SMC最初被软焊至所述PCB，所述系统还包含一用于在所述夹持、加热、电阻监视及温度确定的同时牵引所述SMC，使得当所述SMC被去焊后所述SMC被提升离开所述PCB的装置。

53.如权利要求45所述的系统，其特征在于，还包含：

一用于将所述测量的电阻与一代表预期平面加热器温度的预设值进行比较的装置；以及

一用于增加或减少所述电流，以使所述测量的电阻与所述预设值之差趋于零的装置；

所述用于提供一电流至所述平面加热器的装置包含：

一电流源，它提供一已知测试电流至所述平面加热器；

一用于测量所述平面加热器电阻两端的电压，使得所述电阻可基于所述已知电流及所述测量的电压来确定的装置；以及

一参考表，它接收从所述已知电流所得的电阻值，且提供一相应的预设值。

54.如权利要求45所述的系统，其特征在于，所述SMC包含一表面安装器件(SMD)且所述附连或分离分别包含将所述SMD的输入/输出接点软焊至一印刷电路板(PCB)或从一PCB去焊。

55.一种用于加热一可在其上安装集成电路的基板的选定区域的系统，包含：

一响应于电流产生热量的平面加热器，所述加热器的电阻随其温度而变；

一附至所述平面加热器的导热压板，所述压板被置于与一基板的待加热的选定区域接触，所述加热器及压板被配置成使得所述压板将所述加热器产生的热量传导至所述选定区域；

一用于提供一电流至所述平面加热器，使得产生足以加热所述基板的热量的装置；

一温度传感器，它提供一随所述平面加热器的温度而变的输出；

一用于将所述传感的温度与一代表预期平面加热器温度的预设值进行比较的装置；以及

一用于增加或减少所述电流，以使所述传感的温度与所述预设值之差趋于零的装置。

56.一种用于加热一可在其上安装集成电路的基板的系统，包含：

一响应于电流产生热量的平面加热器，所述加热器的电阻随其温度而变；

一包封盒，一待加热的基板置于其中；

多个导热球体，它们被置于所述包封盒内并置于所述基板上，所述球体的尺寸被设定为符合所述基板的表面中的不规则性；

所述平面加热器位于所述包封盒之下，使得由所述加热器产生的热量由所述球体均匀分布于所述基板上；

一用于提供一电流至所述平面加热器，使得产生足以加热所述基板的热量的装置；

一用于形成一阻止所述球体移动的磁场的装置；

一温度传感器，它提供一随所述平面加热器的温度而变的输出；

一用于将所述测量的温度与一代表预期平面加热器温度的预设值进行比较的装置；以及

一用于增加或减少所述电流，使得所述测量的温度与所述预设值之差趋于零的装置。

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