CN114501978B - 用于移除和/或重新定位连接于电路板的电子部件的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于移除和/或重新定位连接于电路板的电子部件的方法和设备。在显示技术领域中，经常需要更换或移除缺陷LED或者重新定位被错误布置的LED。移除/重新定位方法包括：通过激光束选择性地加热缺陷或错误布置的电子部件及其与电路板的接触区域的步骤。与加热步骤同时地向待移除的或待重新定位的电子部件施用真空吸入。当由于激光加热和真空吸入从电路板释放待移除的或待重新定位的电子部件时，电子部件被吸走。在重新定位的情况下，待重新定位在电路板上的电子部件被保持在真空吸入喷嘴的尖端并且然后可以重新定位并且安装在电路板上。利用激光束的加热和利用真空喷嘴的移除均只需在x‑y平面内定位，即无需在z平面内移动。

Description

用于移除和/或重新定位连接于电路板的电子部件的方法和 设备
技术领域
本发明涉及用于从电路板移除电子部件和/或在电路板上重新定位电子部件的方法及设备。
背景技术
在平面电路板上矩阵式地排列有多个Mini LED(迷你LED)或μLED(微LED)的显示技术领域中，经常需要更换或移除缺陷LED，或者在电路板上重新定位或重新布置被错误定位或布置的LED。这通常通过加热缺陷LED，然后利用抓取工具机械地移除缺陷LED或进行重新定位来完成。加热通过热氮或接触发热来实现。
从KR101890934 B1中已知一种用于移除缺陷μLED的方法，该方法使用激光束加热缺陷LED，并通过类似真空移液器的抓取工具移除缺陷LED。这种系统的缺点在于，加热激光器需要在x-y平面进行定位，而抓取工具需要在x-y-z空间进行定位。这导致处理速度下降。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种用于从电路板移除电子部件和/或在电路板上重新定位电子部件的方法及装置，从而能够提高处理速度并使用简单的工具设计。
该目的通过利用根据本发明的一方面的方法和根据本发明的另一方面的设备来解决。
移除/重新定位方法包括：通过激光束选择性地加热缺陷电子部件或错误定位的电子部件及其与电路板的接触区域的步骤。与加热步骤同时地，向待移除的或待重新定位的电子部件施用真空吸入。当由于激光加热和真空吸入从所述电路板释放待移除的或待重新定位的电子部件时，所述电子部件被从该电路板吸走。这通过采用用于移除缺陷电子部件的真空吸入喷嘴和通过真空吸入喷嘴将加热激光束导向缺陷部件的激光束发射器来实现。在进行重新定位的情况下，待重新定位的电子部件被保持在真空吸入喷嘴的尖端，然后重新定位并重新安装在该电路板上。
利用激光束的加热和利用真空吸入喷嘴的移除均只需在x-y平面内进行定位，即，无需在z平面内移动。从而，提高处理速度。
优选地，通过所述真空吸入喷嘴引导激光束。因此，通过定位所述真空吸入喷嘴，同时可以使激光束位于正确的位置上。
作为可选方案，将激光束安装于真空吸入喷嘴的外部，以将激光束从侧面引向所述真空喷嘴的吸入口下方的缺陷部件或错误定位的部件的位置。同样地，为了移除部件，只需使一个装置在x-y平面内进行定位。
与传统的修理工序相比，工具的孔径大于部件的外轮廓，以使所释放的部件能够通过真空通道。
在进行重新定位的情况下，真空吸入喷嘴的外部轮廓被调整为使得电子部件被保持在该真空吸入喷嘴的尖端。这可以通过真空吸入喷嘴的孔径小于电子部件的直径和/或被调整为电子部件的外部轮廓来实现。为了使用真空吸入喷嘴来进行移除和重新定位两者，可以手动地或自动地使转换器置于用于移除电子部件的真空吸入喷嘴之上。替代地，用于保持或抓取电子部件的网格或其他装置可以位于用于移除电子部件的真空吸入喷嘴的尖端。
然后，通过使在其尖端处保持电子部件的真空吸入喷嘴接近电路板，电子部件被重新定位在电路板上。为此，真空吸入喷嘴优选地可以是能够相对于其纵向轴线旋转的。替代地，电路板可以是能够相对于真空吸入喷嘴的纵向轴线旋转的。
进一步，根据本发明的装置可以包括用于在电路板上重新安装电子部件的装置，诸如用于施加焊料或粘合剂的装置。替代地，可以使用已经存在于电子部件的接触区域并且在加热电子部件期间液化的焊料，并且电子部件被保持在接触区域直至液化的焊料固化为止。由此，错误布置的电子部件可以被重新定位然后重新安装在电路板上。
优选地，在加热步骤期间，测量缺陷电子部件或错误布置的电子部件的温度及其位置处的温度，以便在加热步骤期间利用激光束来控制温度。从而，避免在缺陷部件的位置的过热和过温度，并避免缺陷部件的位置处的电路板的破坏性的烧毁。
根据一优选实施例，当所测量的温度发生变化时，停止加热。温度的这一显著变化表明已通过真空吸入从电路板分离缺陷部件，因为电子部件的热能可能不再耗散到电路板。通过停止激光束加热，避免对板的损伤。
优选地，由具有适当的光学器件的IR(红外)传感器在不接触加热点的情况下测量温度。所述IR传感器可以位于激光相互作用区域之外或使用分束器成为光学激光路径的一部分。
可选地，所述温度传感器设置有光导纤维，光导纤维的自由端位于加热点附近。从而，可以再次测量加热点处的温度。
根据优选实施例，工艺气体被动地或主动地施加于加热点，以避免焊料的氧化和/或积极地影响从电路板分离缺陷部件的工序。
根据另一优选实施例，该设备可以包括图像识别装置，该图像识别装置可以能够检测电子部件是缺陷还是被错误布置在电子设备上。为此，该图像识别装置可以在如下情况下将电子部件识别为缺陷：电子部件正确位于其接触区域上，即电子部件相对于电子部件的预期接触区域未发生偏移或旋转，或者电子部件的触点(诸如引线的接头)位于电路板上的预期接触焊盘上。在电子部件未正确位于电路板上的情况下，即电子部件相对于电子部件的预期接触区域发生偏移或旋转，或者电子部件的触点不是位于电路板的预期接触焊盘上的情况下，电子部件被识别为被错误布置。
在电路板上的电子部件是LED或μLED的情况下，可以通过点亮LED或μLED阵列来由图像识别装置预先识别待移除或待重新定位的LED或μLED。然后，未发光的LED或μLED被识别为缺陷或错误布置。
进一步的从属权利要求针对进一步的优选实施例。
附图说明
下面参照附图对本发明的优选实施例进行说明。
图1是示出本发明第一实施例的包括缺陷μLED或错误布置的μLED的μLED矩阵和移除/重新定位工具的示意图。
图2是示出通过真空吸入喷嘴引导激光束的本发明的第一实施例的细节的剖视图。
图3是表示将激光束从侧面引向吸入喷嘴口下方的位置的本发明的第二实施例的剖视图。
图4是表示具有IR温度传感器的第三实施例的示意图，其中的IR温度传感器具有引向加热点的光学器件。
图5是表示具有设置有自由端位于加热点附近的光导纤维的IR温度传感器的第四实施例的示意图。
图6是表示具有通过分束单元耦合于激光路径中的IR温度传感器第五实施例的示意图。
图7示出图示本发明的第一和第三实施例中的各种部件的互连的示意图。
图8是表示包括由相机和处理单元组成的图像识别装置的第六实施例的示意图。
图9示意性示出根据本发明的第七实施例的用于在电路板上重新定位电子部件的方法步骤。
附图标记
2：移除/重新定位工具，4：μLED，4x：待移除的缺陷μLED，5：接触区域，6：电路板，8：真空吸入喷嘴，10：吸入口，11：激光束发射器，12：激光束，14：控制及驱动装置，16：IR温度传感器，18：光学器件，20：单丝光导纤维，22：工艺气体喷嘴，24：工艺气体，25：分束器，26：图像识别装置，28：相机，30：处理单元，31：接触焊盘，32：焊料。
具体实施方式
图1和图2示出本发明的第一实施例。图2是本发明的第一实施例的细节的剖视图。电子部件移除/重新定位工具2位于待移除的缺陷μLED 4x或待重新定位的错误布置的μLED4x的上方。如图1所示，缺陷μLED 4x和多个其他μLED 4以矩阵式排列位于电路板6上的接触区域5，并且，例如通过焊料安装于电路板6。在μLED 4x被错误布置的情况下，μLED 4x未正确位于电路板6上的预期接触区域5，使得在向电路板6供电时该μLED 4x未被点亮。
移除工具2包括真空吸入喷嘴8，该真空吸入喷嘴8具有将要定位于待移除的或待重新定位的μLED 4的上方的吸入口10。此外，移除/重新定位工具2包括激光束发射器11，该激光束发射器11使加热激光束12通过真空吸入喷嘴8的中心并通过所述吸入口10照向待移除的或待重新定位的μLED 4x。来自激光束12的热量从电路板6释放μLED 4x，释放的μLED4x被吸入真空吸入喷嘴8，由此从电路板6移除该μLED 4x。在进行重新定位的情况下，真空吸入喷嘴8的尖端被设计为μLED 4x被保持且不被吸入真空吸入喷嘴8中。为此，可以手动地或自动地使转换器(adapter)置于真空吸入喷嘴8之上，或者可以使用另一喷嘴。移除/重新定位工具2的定位、激光束发射器11的控制和真空吸入通过控制及驱动装置14来实现。优选地，控制及驱动装置14能够使保持于真空吸入喷嘴8的尖端处的μLED 4x旋转。由于激光束12的直径较小，并且可以聚焦，因而可以仅加热缺陷μLED 4x或错误布置的μLED 4x及其接触区域5。从而，避免对相邻μLED 4的烧毁损伤。在移除工序期间，移除工具2仅在x-y平面内进行定位，而无需在z方向上移动。从而，提升移除速度。然而，在保持于真空吸入喷嘴8的尖端处的μLED 4x将要被重新定位在电路板6上的情况下，真空吸入喷嘴8接近电路板6并且使μLED 4x正确地重新布置在预期的接触区域5上。然后，例如通过施加焊料将重新定位的μLED 4x重新安装在电路板6上。替代地，已经存在于接触区域5并且在加热μLED 4x期间液化的焊料可以用于重新安装，并且该μLED 4x被保持在接触区域处直至液化的焊料固化为止。
图3是类似于图2中的剖视图的剖视图，示出本发明的第二实施例。在根据图3的第二实施例中，激光束12从真空吸入喷嘴8的外部被导向吸入口10下方的区域。这通过将激光束发射器11刚性地安装于移除工具2的外部，使得激光束12照向吸入口10下方的区域来实现。从而，将真空吸入喷嘴8进行定位的同时使激光束12位于待移除的缺陷μLED 4x或待重新定位的错误布置的μLED 4x上。所有其他特征与第一实施例的特征相同。
图4是示出本发明的第三实施例的示意图。除了第一实施例的特征外，还设置有IR温度传感器16，该IR温度传感器16包括用于非接触式测量缺陷μLED 4x或错误布置的μLED4x及其附近的温度的IR光学器件18。通过在加热步骤期间测量缺陷μLED 4x或错误布置的μLED 4x的温度，可以由控制及驱动装置14通过控制激光束发射器11发出的热能来控制移除工序期间的温度。
在根据图5的第四实施例中，代替IR光学器件18，单丝光导纤维20连接于IR温度传感器16，并且光导纤维20的自由端位于靠近加热后的μLED 4x的位置。
已经发现，当缺陷μLED 4x与液体焊料一同从电路板6被释放时，IR温度传感器16测量的温度显著变化。由于热能不再从μLED 4x耗散到电路板而出现这种温度的急剧变化，这种温度的急剧变化被用作停止加热工序的指示，即，在几毫秒之内停止激光束12的发射，从而避免电路板6或非缺陷μLED 4的烧毁。
优选地，利用具有适当的光学器件18的IR传感器16在不接触加热点的情况下测量温度，其中加热点即为待移除的或待重新定位的μLED4x。IR传感器16位于移除工具2的外部，并且IR辐射如图3、图4和图5所示从移除工具2的外部被导向IR传感器，或如图6所示利用分束单元25从真空吸入喷嘴8的内部被导出激光束12。
图6是表示第四实施例的示意图，其中，IR温度传感器通过分束单元25耦合于激光路径中，而不是利用真空吸入喷嘴8外部的光学器件18将IR辐射照向吸入口10下方的待移除的μLED 4x。分束器单元25对来自激光束的IR辐射进行滤波，并利用适当的光学器件18将其反射至IR温度传感器16。
图7示出图示本发明的第一和第三实施例中的各种部件的互连的示意图。另外，在图7中，示出工艺气体喷嘴22将工艺气体24引向加热后的待移除的μLED 4x。工艺气体有助于避免在加热步骤期间的液化焊料的氧化，并且可以支持加热步骤期间的加热动力学。工艺气体的施加同样由控制及驱动装置14控制。所使用的工艺气体可以是氮气、氩气、氦气或合成气体。
图8示出包括由通信地连接的相机28和处理单元30组成的图像识别装置26的根据本发明的第六实施例。需要注意的是，处理单元30控制相机28，并且处理单元30也可以包括在控制及驱动装置14中。特别地，图像识别单元26可以区分缺陷μLED 4x和错误布置的μLED4x。为了该目的，可以向电路板6供电，并且缺陷μLED 4x或错误布置的μLED 4x可以被识别为未点亮的μLED。然后，图像识别装置26执行图像识别处理，在图像识别处理中，如果μLED4x相对于预期接触区域5偏移或旋转，或者如果μLED 4x的触点没有位于预期接触焊盘上，则μLED 4x被识别为错误布置。在μLED 4x正确布置的情况下，图像识别处理将μLED 4x识别为缺陷。
图9示出了用于将错误布置的μLED 4x重新定位在电路板6上的第七实施例。在图9的a)中，μLED 4x未布置在电路板6上的专用接触焊盘31上，使得在向电路板6供电的情况下μLED 4x可能未被点亮。在图9的b)中，重新定位工具2位于μLED 4x上方，并且激光束12被施加到μLED 4x以使μLED4x下方的焊料32液化。同时，真空吸入喷嘴8向上吸取μLED 4x(见图9的b)中的箭头)。如图9的b)所示，真空吸入喷嘴8的吸入口10被调整为将μLED4x保持在真空吸入喷嘴8的尖端。特别地，吸入口10的直径被设计为小于μLED 4x的直径，即小于μLED 4x外壳的直径。因此，μLED 4x和焊料32未被吸入到真空吸入喷嘴8内。
然后，μLED 4x被定位为μLED 4的触点位于专用的接触焊盘32正上方。为此，μLED4可以被重新布置在平行于电路板6的平面并且可以相对于电路板6进行旋转。优选地，焊料32保留在μLED 4x下方并且可以在μLED 4x重新定位之后重复用来将μLED 4x固定到电路板6。在图9的c)中，μLED 4x略微向左侧偏移。应注意的是，在图9的c)期间，μLED 4x仍然被真空吸入喷嘴8吸住。当μLED 4x正确定位时，真空吸入喷嘴8以及被吸住的μLED 4x朝向电路板6靠近(见图9的d)中的箭头)。在焊料32再次固化之后，μLED4x正确布置在电路板6上并且通过固化的焊料32固定在电路板6上。
虽然在图9中未示出，但是在没有使真空吸入喷嘴8朝向电路板6接近电路板6的情况下μLED 4x也可以被定位在电路板6上。这可以通过停止吸入以使μLED 4x朝向电路板6落下来实现。替代地，真空吸入喷嘴8中的流动方向可以反向以使μLED 4x可能朝向电路板6吹动或射出。
在另外的实施例中，接触焊盘31可以定位在μLED 4x一侧，并且在μLED4x的重新定位之前，可以加热接触焊盘31并且液化的焊料32可以被吸入真空吸入喷嘴8中。根据该实施例，移除/重新定位工具2可以包括施加焊料以便将重新定位的μLED 4x重新安装到电路板6上。
通常将μLED 4、4x焊接于电路板6。类似地，可以使用粘合剂将μLED 4、μLED 4x或其他电子部件安装于电路板6。
多种多样的实施例可以相组合。不同的温度测量设置可以与将激光束12导向待移除的μLED 4x的不同方式相结合。同样地，工艺气体的施加可以与上述组合相结合。类似地，图像识别可以与不同的其他实施例进行组合。

Claims (20)

1.一种用于移除和/或重新定位在接触区域(5)连接于电路板(6)的电子部件(4x)的方法，包括以下步骤：
a)利用激光束(12)选择性地加热待移除的或待重新定位的电子部件(4x)及其与所述电路板(6)的接触区域(5)；和
b)从所述电路板(6)移除所述电子部件(4x)或者在所述电路板(6)上重新定位所述电子部件(4x)，
其中，
步骤b)包括使真空排气喷嘴(8)位于所述电子部件(4x)的附近，以通过真空吸入来移除或重新定位所述电子部件(4x)；
其特征在于，
所述真空排气喷嘴(8)的吸入口(10)大于所述电子部件(4x)的外轮廓，
在移除步骤b)期间，所述电子部件(4x)被吸入所述真空排气喷嘴(8)中；以及
在重新定位步骤b)期间，通过使用置于所述真空排气喷嘴(8)之上的转换器或者通过使用具有比所述电子部件(4x)的外轮廓小的吸入口(10)的另一个真空排气喷嘴(8)，将所述电子部件(4x)保持在所述真空排气喷嘴(8)的尖端。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述激光束(12)通过所述真空排气喷嘴(8)照向待移除的或待重新定位的电子部件(4x)。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：在步骤a)期间测量温度以便控制加热步骤a)期间的温度的步骤。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，当所测量的温度变化时，停止步骤a)中的加热。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中，使待移除的或待重新定位的电子部件(4x)及其接触区域(5)暴露于工艺气体。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中，所述接触区域(5)设置有接触焊盘，所述接触焊盘被所述激光束(12)加热。
7.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中，待移除的或待重新定位的电子部件(4x)焊接于所述电路板(6)。
8.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中，在重新定位步骤b)期间，所述电子部件(4x)被保持在所述真空排气喷嘴(8)的尖端并且接着正确定位在其接触区域(5)或接触焊盘上。
9.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中，在加热步骤a)之前，执行图像识别处理以识别电子部件(4x)是要被移除还是要被重新定位。
10.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中，所述待移除的或待重新定位的电子部件是LED或μLED(4x)。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，LED或μLED(4x)与其他的LED或μLED(4)一起排列成阵列，并且在加热步骤a)之前，向所述电路板(6)供电以识别待移除或待重新定位的LED或μLED(4x)。
12.一种用于执行根据前述权利要求中的任一项所述的方法的设备，包括：
激光束发射器(11)；
移除和/或重新定位装置(2)，其用于从所述电路板(6)移除电子部件(4x)和/或重新定位电子部件(4x)；和
控制及驱动装置(14)，其用于将所述激光束(12)从所述激光束发射器(11)照向待移除的或待重新定位的电子部件(4x)以加热所述待移除的或待重新定位的电子部件(4x)，并控制所述移除和/或重新定位装置(2)从所述电路板(6)移除加热后的电子部件(4x)或在所述电路板(6)上重新定位加热后的电子部件(4x)，
所述设备的特征在于，
所述移除和/或重新定位装置(2)是包括吸入口(10)的真空排气喷嘴(8)，所述吸入口(10)大于所述电子部件(4x)的外轮廓，使得当移除所述电子部件(4x)时，所述电子部件(4x)能够被吸入所述真空排气喷嘴(8)中；并且
所述设备还包括能够置于所述真空排气喷嘴(8)之上的转换器，或者具有比所述电子部件(4x)的外轮廓小的吸入口(10)的另一个真空排气喷嘴(8)，使得当重新定位所述电子部件(4x)时，将所述电子部件(4x)保持在所述真空排气喷嘴(8)的尖端。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，来自所述激光束发射器(11)的所述激光束(12)通过所述真空排气喷嘴(8)和所述吸入口(10)照向所述待移除的或待重新定位的电子部件(4x)。
14.根据权利要求12所述的设备，其中，所述激光束发射器(11)刚性地安装于所述真空排气喷嘴(8)的外部。
15.根据权利要求12至14中的任一项所述的设备，还包括：温度传感器(16)，其用于测量所述待移除的或待重新定位的电子部件(4x)的温度和接触区域(5)处的温度，所述温度传感器(16)与所述控制及驱动装置(14)连接。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述温度传感器是红外温度传感器(16)。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述红外温度传感器(16)包括终止于所述待移除的或待重新定位的电子部件(4x)的附近的光导纤维(20)。
18.根据权利要求12至14中的任一项所述的设备，其中，所述控制及驱动装置(14)用于使所述真空排气喷嘴(8)和所述激光束(12)在平面中定位。
19.根据权利要求12至14中的任一项所述的设备，其中，所述设备还包括用于识别电子部件(4)是要被移除还是要被重新定位的图像识别装置(26)。
20.根据权利要求12至14中的任一项所述的设备，其中，所述设备还包括用于向所述电路板(6)供电的装置。
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