CN101370359B - 焊料修复设备及修复焊料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种焊料修复设备及修复焊料的方法。焊料修复设备包括载台，其设计用于将目标的至少具体一部分的表面沿基准面布置在于载台上界定的具体斑内。加热单元向具体斑提供热量。分割板被设计用于沿与基准面垂直的竖直高度运动进入具体斑。所述分割板显示出较低的焊料浸润性。焊料响应于热量的使用而熔化。当分割板沿竖直高度进入具体斑时，分割板进入焊料。因为分割板显示出较低的焊料浸润性，故分割板排斥焊料。焊料被分割为两部分。对焊料的分割可靠地消除了电路的短路。

Description

焊料修复设备及修复焊料的方法

技术领域

本发明涉及所谓焊料修复设备以及修复焊料的方法。

背景技术

在印刷电路板单元中两个或更多部件安装在印刷线路板上。利用焊料来将电子部件安装在印刷线路板上。焊料会偶然将印刷线路板上的两个或更多电极垫桥接。在印刷线路板上的电路中会建立短路。上述印刷电路板单元不能被运出工厂。

需要消除印刷电路板单元的电路中的上述短路。从印刷线路板去除相应的电子部件以消除上述短路。然后将新的电子部件安装在印刷线路板上。因此对焊料的修复需要提花电子部件。

需要操作者通过其手动操控电子部件以拆卸或安装电子部件。操作者通常会使用焊烙铁来加热电子部件。在对电子部件进行加热时去除电子部件。需要熟练的技巧来使用焊烙铁以拆卸并安装小尺寸的电子部件。工作效率会降低。此外，会不可避免地浪费电子部件。希望尽可能地避免对电子部件的浪费。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种焊料修复设备以及修复焊料的方法，以通过相对便利的方式来消除电路中的短路，而无论电子部件的尺寸是否较小。

根据本发明的第一方面，提供了一种焊料修复设备，包括：载台，其设计用于沿基准面将目标的至少具体一部分的表面布置在于所述载台上界定的具体斑内；加热单元，其向于所述载台上界定的所述具体斑提供热量；以及分割板，其设计用于沿与所述基准面垂直的竖直高度运动进入所述具体斑，所述分割板显示出较低的焊料浸润性。

该焊料修复设备用于将焊料布置在载台上的具体斑处。焊料响应于使用热量而熔化。当分割板沿竖直高度进入具体斑时，分割板进入焊料。因为分割板显示出较低的焊料浸润性，故分割板排斥焊料。由此将焊料分割为两部分。对焊料的分割可靠地消除了电路的短路。

所述加热单元可包括发出能量束的辐射源。能量束引起非物理力。因此在焊料熔化时不会有力作用至安装部件。因此可防止安装部件从预定安装位置偏移。例如在常规加热处理中使用热空气。热空气通常使安装部件无意地从预定安装位置偏移。

所述热加单元可包括布置在所述辐射源与所述具体斑之间的屏蔽，所述屏蔽界定有窗开口，使得来自所述辐射源的所述能量束部分地穿过所述窗开口。屏蔽允许在目标上形成具有特定轮廓的光斑。屏蔽因此用于限制能量束的斑。可以可靠地防止光束外部的环境的温度上升。

所述能量束可沿与所述基准面垂直的竖直方向发射至所述具体斑。沿竖直方向向具体斑发出能量束可实现更高密度的热能。使用能量以高效率来加热焊料。

焊料修复设备还可包括分割板支撑机构，其设计用于支撑所述分割板以围绕垂直于所述基准面的旋转轴而相对旋转。允许分割板围绕转轴旋转。由此允许分割板相对于目标围绕转轴呈适当的姿态。替代分割板支撑机构，焊料修复设备还可包括载台支撑机构，其设计用于支撑所述载台以围绕与所述基准面垂直的旋转轴而相对旋转。

焊料修复设备还可包括控制电路，其输出控制信号以在所述分割板已经通过预定推力而与所述具体部分接触之后开始应用所述热量。允许焊料的熔化来利用分割板使焊料分开。无需设置装置来以特定方式专门检测焊料的熔化。由此可简化焊料修复设备的结构。

根据本发明的第二方面，提供了一种修复焊料的方法，包括：将焊料布置在预定基准面上，所述焊料在印刷线路板上的至少两个电极垫上扩散；向所述焊料使用热量使得所述焊料熔化以提供熔化焊料；并且利用沿与所述基准面垂直的竖直高度设定的分割板将所述熔化焊料分割为两部分。对焊料的分割可靠地消除了电路中的短路。

该方法可使得助熔剂被应用于所述分割板的表面。助熔剂使得当焊料熔化时焊料活化。熔化焊料的活化使得能够更方便地利用分割板来分割熔化焊料。

该方法可使得从辐射源发出能量束以使用所述热量。如上所述能量束引起非物理力。因此不会有力在焊料熔化时施加至安装部件。因此可防止安装部件从预定安装位置偏离。

所述能量束优选地沿与所述预定基准面垂直的竖直方向被发出至所述焊料。沿竖直方向向具体斑发出能量束可获得高密度热能。使用能量来以较高效率加热焊料。

所述分割板可围绕与所述预定基准面垂直的转轴旋转。或者，载台可围绕与所述预定基准面垂直的转轴旋转。在任何情况下，都允许分割板相对于目标围绕转轴呈适当的姿态。

该方法还包括使所述分割板从被分割之后已经硬化的所述焊料分离。该方法可靠地防止熔化焊料的分开部分重新结合。

附图说明

结合附图，通过以下对优选实施例的描述，本发明的上述及其他目的、特征及优点将变的更加清楚，其中：

图1是示意性地示出根据本发明的实施例的焊料修复设备的正视图；

图2是示意性地示出焊料修复设备的包含部分剖视图的正视图；

图3是示意性地示出焊料修复设备的控制系统的框图；

图4是示意性地示出印刷线路板上的焊料的放大平面图；

图5是示意性地示出照相机捕获的二维影像的视图；

图6是焊料修复设备的部分剖视图，用于示意性地示出与焊料接触的分割板；

图7是焊料修复设备的部分剖视图，用于示意性地闭出加热单元的操作；

图8是用于示意性地示出分割的焊料的印刷电路板单元的侧视图；

图9是用于示意性地示出分割板的向上运动的印刷电路板单元的侧视图；

图10是用于示意性地示出在印刷线路板与分割板之间建立的预定旋转角的部分放大平面图；而

图11是示意性地示出连接至分割板的脉冲电动机的立体图。

具体实施方式

如图1所示，焊料修复设备包括可运动载台12。可运动载台12界定有沿水平面(即基准面)延伸的支撑表面13。允许支撑表面13沿在水平面内相互垂直的X轴及Y轴运动。X轴载台14及Y轴载台15结合在可运动载台12内以实现支撑表面13的运动。驱动X轴载台14以在水平面内沿X轴方向运动。驱动Y轴载台15以在水平面内沿Y轴方向运动。可以采用滚珠螺杆机构或直线电动机机构来实现沿X轴及Y轴方向的运动。

焊料修复设备11包括载台支撑机构16。载台支撑机构16被设计以支撑可运动载台12绕竖直轴(即Z轴)进行相对旋转。由此允许可运动载台12上的支撑表面13围绕竖直轴旋转。例如将诸如步进电动机的驱动源结合在载台支撑机构16中以实现旋转。将驱动源的驱动力例如通过齿轮机构转换为可运动载台12的旋转。

助熔剂槽17结合在焊料修复设备11中。呈胶状的一定量助熔剂存储在助熔剂槽17中。助熔剂例如具有较高耐热性。这种助熔剂例如在200摄氏度或更高温度下熔化。如果焊料的熔点例如被设定在约220摄氏度，则允许助熔剂在焊料熔化之前就熔化。在这里，助熔剂槽17以及载台支撑机构16被支撑在单一可运动构件18上。助熔剂槽17及可运动载台12可以此方式被交替地设置在预定操作位置。

分割板21在竖直高度上与可运动载台12的支撑表面13相对。采用臂构件22来定位分割板21。臂构件22被设计以沿与支撑表面13平行的水平方向延伸。臂构件22的宽度例如被设定为约1.5mm。沿与臂构件22的纵向方向垂直的水平方向来测量臂构件22的宽度。支撑轴23固定至臂构件22的末端。支撑轴23被设计以从臂构件22的重力方向延伸。分割板21安装至支撑轴23的末端或下端。支撑轴23例如可与分割板21一体成形。分割板21可由诸如钢、黄铜或紫铜的金属材料制成。在这里，硬铬镀膜形成在诸如钢、黄铜或紫铜的金属材料的表面上。这种硬铬镀膜例如表现出足够低的焊料可浸润性(wettability)。这里，“足够低的焊料可浸润性”指可浸润性足够低以即使在分割板21与熔化焊料发生接触时也可防止熔化焊料的附着。

分割板21包括板体24及刀片25。刀片25连接至板体24的下端。板体24的下端位于水平面内。随着刀片25的位置接近刀片25的下端，刀片25的厚度从板体24的厚度逐步减小。刀片25的下端界定沿与板体24的下端平行的直线延伸的边缘。板体24的最大厚度例如被设定为约0.5mm。

竖直运动机构26连接至臂构件22。竖直运动机构26用于沿竖直方向实现臂构件22的向上及向下运动。由此将臂构件22沿竖直方向布置。这里，在竖直运动机构26与臂构件22之间沿竖直方向设置预定间隙。上述间隙允许臂构件22即使在竖直运动机构26操作期间也可停留在预定位置。换言之，即使在竖直运动机构26保持静止时，也允许臂构件22在间隙内沿竖直方向运动。

加热单元27布置在分割板21上方的位置。加热单元27与可运动载台12的支撑表面13相对。加热单元27包括如图2所示的辐射源，即卤素灯28。卤素灯28用于向界定在可运动载台12上的支撑表面13发出一定能量射束，即热射束。加热单元27例如可移除地固定至支撑轴29。

准直透镜31与卤素灯28相关。准直透镜31用于沿径向方向汇聚发出的热射束。上述径向热射束被转换为平行光。以此方式允许可运动载台12上的支撑表面13接收沿与支撑表面13垂直的竖直方向的平行光。

屏蔽32被布置在准直透镜31与可运动载台12的支撑表面13之间的位置。窗开口33形成在屏蔽32中。屏蔽32用于阻挡平行光。允许平行光穿过窗开口33。以此方式基于窗开口33在支撑表面13上形成预定光斑。例如可将窗开口33形成为圆形。已经证实，当在从光斑中心具有3mm的半径的圆形斑中产生235-240摄氏度的温度时，在从光斑中心具有5mm的半径的圆形斑中在支撑表面13上的光斑处会产生220-225摄氏度的温度。例如可以准备不同类型的屏蔽32以提供不同直径的光斑。可为各个屏蔽32分别准备加热单元27。在此情况下，可取决于希望的光斑直径来更换加热单元27。

照相机34结合在焊料修复设备11中。利用照相机34来捕获支撑表面13的二维影像。沿与支撑表面13垂直的竖直方向来设定照相机34的光轴。未示出的监视器连接至照相机34。在监视器上显示支撑表面13的二维影像。分割板21的投影影像被插入监视器上支撑表面13的二维影像。操作者可在监视器的屏幕上观察到支撑表面13与分割板21之间的位置关系。

非接触式温度传感器35可结合在焊料修复设备11中。例如可使用红外温度计作为非接触式温度传感器35。例如可将非接触式温度传感器35支撑在支撑轴29上。使用非接触式温度传感器35来测量上述光斑内的温度。

如图3所示，控制电路36结合在焊料修复设备11中。控制电路36连接至分配至X轴载台14的X轴运动机构37、分配至Y轴载台1 5的Y轴运动机构38、分配至载台支撑机构16的转动机构39、分配至可运动构件18的驱动机构41、分配至臂构件22的竖直运动机构26、卤素灯28、照相机34以及非接触式温度传感器35。控制电路36分别向X轴载台14的X轴运动机构37以及Y轴载台15的Y轴运动机构38提供预定控制信号。由此将可运动载台12上的目标定位在载台支撑机构16上的具体斑处。可将支撑表面13的二维影像从照相机34供应至控制电路36以对目标进行定位。控制电路36向载台支撑机构16的转动机构39提供预定控制信号。由此围绕竖直轴在可运动载台12上的目标与分割板21之间产生特定旋转角。控制电路36向可运动构件18的驱动机构41提供预定控制信号。由此分割板21与可运动载台12及助熔剂槽17其中一者相对。控制电路36向臂构件22的竖直运动机构26提供预定控制信号。分割板21由此沿竖直方向接近或远离支撑表面13。控制电路36还用于控制卤素灯28的打开/关闭以及照相机34的操作。控制电路36被设计用于响应于从非接触式温度传感器35提供的温度检测信号来执行预定处理。在温度检测信号中规定具体斑内的温度。

现在，假定将印刷电路板单元45设定在可运动载台12的支撑表面13上。如图4所示，已经将两个或更多部件47安装在印刷电路板单元45的印刷线路板46上。部件47可以是芯片电容器、芯片电阻器以及其他具有1005、0603或0402芯片尺寸的芯片类电子部件、以及扁平电缆的端子。成对电极垫48为各个部件47形成在印刷线路板46的表面上。部件47安装在相应成对电极垫48上。利用焊料51来将部件47安装在印刷线路板46上。这里，焊料51a、51b桥接相邻的成对电极垫48。

在设定印刷电路板单元45之前，替代可运动载台12，分割板21与助熔剂槽17相对。在此情况下，控制电路36向可运动构件18的驱动机构41提供控制信号。可运动载台12被迫移动离开分割板21下方的空间。允许操作者将印刷电路板单元45设定在支撑表面13上而不受分割板21的阻碍。然后控制电路36工作以命令使用助熔剂。控制电路36向竖直运动机构26提供控制信号。竖直运动机构26使臂构件22沿重力方向运动。分割板21的末端浸入助熔剂槽17中的助熔剂。以此方式将助熔剂应用于分割板21。臂构件22根据控制电路36的命令向上运动。控制电路36然后向驱动机构41提供控制信号。由此可运动载台12与分割板21相对。

从照相机34向控制电路36供应影像信号。控制电路36工作以根据影像信号产生支撑表面13的二维影像。如图5所示，分割板21的投影影像被插入二维影像。操作者观察上述二维影像来操作焊料修复设备11以移动可运动载台12。控制电路36被设计以从输入装置接收命令以移动可运动载台12。目标焊料51a以及相应部件47以此方式被布置在载台支撑机构16上的具体斑处。在分割板21的正下方位置界定该具体斑。或者，控制电路36可执行影像识别处理而非上述操作者的手动操作。在此情况下，控制电路36通过影像识别处理在二维影像上确定分割板21的位置。根据确定的分割板21的位置将控制信号提供至X轴运动机构37以及Y轴运动机构38。可以此方式将焊料51a以及相应部件47布置在载台支撑机构16上的具体斑处。

控制电路36然后执行焊料51a的分割处理。控制电路36首先向竖直运动机构26提供控制信号。驱动分割板21以向下运动。如图6所示，当刀片25与具体斑内的目标焊料51a发生接触时，竖直运动机构26使分割板21停止向下运动。在此情况下，竖直运动机构26使臂构件22在预定间隙内保持向下运动。目标焊料51a用于支撑分割板21以在间隙的上限处定位分割板21。基于分割板21、支撑轴23以及臂构件22的重量，抵抗焊料51a向刀片25施加推力。

控制电路36向卤素灯28提供控制信号。如图7所示，卤素灯28开始发出热射束。在支撑表面13上具体斑中形成圆形光斑。尽管在热射束的路径上存在臂构件22以及分割板21，但允许从中心具有3mm直径的圆内的整个斑的温度都充分地升高。以此方式在具体斑处提高温度。此外，热射束沿竖直方向到达印刷线路板46的表面。热量密度在光斑处达到最大。由此有效地加热具体斑。

当具体斑的温度达到焊料51、51a的熔点时，焊料51、51a熔化。当焊料51a熔化时，如图8所示，重力使得分割板21下落。因为分割板21显示对焊料51、51a的较低浸润性，故分割板21排斥熔化的焊料51a。由此将熔化的焊料51a分割为两部分。在刀片25与印刷线路板46的表面之间建立特定间隙。当刀片25下落时，防止刀片25与印刷线路板46碰撞。具体而言，刀片25的下落被限制在间隙的下限以防止刀片25与印刷线路板46之间的接触或碰撞。

当熔化焊料51a被分割为两部分时，熔化的焊料51a的分割部分被迫基于其自身表面张力而向相应的电极垫48运动。两个电极垫48上的焊料51允许实现相应部件47的自对准。如图9所示，以此方式通过简单地分割焊料51a，可以较高精度将部件47布置在设计位置处。

在实现部件47的自对准之后，控制电路36向卤素灯28提供控制信号。卤素灯28受控以停止发出热射束。具体斑的温度开始下降。当温度下降至焊料51的熔点以下时，焊料51凝固或硬化。完成对焊料51的修复。控制电路36然后向竖直运动机构26提供控制信号。竖直运动机构26强迫可运动载台12向上运动。因为在焊料51已经凝固或硬化之后分割板21向上运动，故可可靠地防止焊料51在分割部分之间重新结合。可使用上述非接触式温度传感器35来测量具体斑处的温度以使分割板21向上运动。在此情况下，测量温度用于表明完成了焊料51的固化。或者，在分割板21下落之后经过了特定时段时，可驱动分割板21以向上运动。在此情况下，可预先估计当卤素灯28停止发出热射束时的时间点与当焊料51凝固或硬化时的时间点之间的时间长度。

现在，假定如图10所示部件47围绕竖直轴在印刷线路板46上转动。当已经以上述方式定位了部件47时，控制电路36向分配至载台支撑机构16的转动机构39提供预定控制信号。驱动可运动载台12以围绕竖直轴旋转。以此方式围绕竖直轴在可运动载台12上的印刷电路板单元45与分割板21之间建立预定旋转角。分割板21的方向与部件47之间的缝隙对准。随后为焊料51b执行上述分割处理。焊料51b被分割为两部分。熔化焊料51用于实现部件47的自对准。即使部件47围绕竖直轴在印刷线路板46上旋转，也以此方式防止了部件47与分割板21之间的接触。

这里，替代可运动载台12的旋转，可驱动分割板21以围绕竖直轴旋转。在此情况下，臂构件22可支撑支撑轴23以围绕竖直轴相对转动。例如可采用脉冲电动机52来围绕竖直轴驱动支撑轴23。如图11所示，例如可采用带54来连接支撑轴23与脉冲电动机52的驱动轴53。例如可替代带54而采用齿轮机构。

Claims (15)

1.一种焊料修复设备，包括：

载台，其设计用于沿基准面将目标的至少具体一部分的表面布置在所述载台上界定的具体斑内；

加热单元，其向所述载台上界定的所述具体斑提供热量；

分割板，其设计用于沿与所述基准面垂直的竖直姿势运动进入所述具体斑，所述分割板显示出较低的焊料浸润性；

支撑轴，其连接至所述分割板；

臂构件，其固定至所述支撑轴；以及

竖直运动机构，其连接至所述臂构件，在所述竖直运动机构和所述臂构件之间沿竖直方向具有间隙，从而基于所述分割板、所述支撑轴以及所述臂构件的重量，抵抗物体向所述分割板施加推力。

2.根据权利要求1所述的焊料修复设备，其中

所述加热单元包括发出能量束的辐射源。

3.根据权利要求2所述的焊料修复设备，其中

所述热加单元包括布置在所述辐射源与所述具体斑之间的屏蔽，所述屏蔽界定有窗开口，使得来自所述辐射源的所述能量束部分地穿过所述窗开口。

4.根据权利要求2所述的焊料修复设备，其中

所述能量束沿与所述基准面垂直的竖直方向发射至所述具体斑。

5.根据权利要求1所述的焊料修复设备，还包括

分割板支撑机构，其设计用于支撑所述分割板以围绕垂直于所述基准面的旋转轴而相对旋转。

6.根据权利要求1所述的焊料修复设备，还包括

载台支撑机构，其设计用于支撑所述载台以围绕与所述基准面垂直的旋转轴而相对旋转。

7.根据权利要求1所述的焊料修复设备，还包括

控制电路，其输出控制信号以在所述分割板已经通过预定推力而与所述具体部分接触之后开始应用所述热量。

8.一种修复焊料的方法，包括：

将焊料布置在预定基准面上，所述焊料在印刷线路板上的至少两个电极垫上扩散；

向所述焊料施加热量使得所述焊料熔化以提供熔化焊料；并且

利用沿与所述基准面垂直的竖直姿势设定的分割板将所述熔化焊料分割为两部分。

9.根据权利要求8所述的方法，其中

助熔剂被施加于所述分割板的表面。

10.根据权利要求8所述的方法，其中

从辐射源发出能量束以施加所述热量。

11.根据权利要求10所述的方法，其中

所述能量束在所述辐射源与所述焊料之间被部分地阻挡。

12.根据权利要求10所述的方法，其中

所述能量束沿与所述预定基准面垂直的竖直方向被发出至所述焊料。

13.根据权利要求8所述的方法，其中

所述分割板围绕与所述预定基准面垂直的转轴旋转。

14.根据权利要求8所述的方法，其中

载台围绕与所述预定基准面垂直的转轴旋转。

15.根据权利要求8所述的方法，还包括

使所述分割板从被分割之后已经硬化的所述焊料分离。

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