4 6458 4 A7 B7___ 五、發明説明（j ) 〔發明之技術領域〕 本發明係有關一種與熔接比較係在低溫下進行之焊接 方法及其裝置，尤指一種使用不含鉛，且熔點高之焊料線 材的場合有其效果之焊接方法及其裝置。 〔習用技術之說明〕 近年，環境問題已成爲一重大問題，不拘是否令人喜 憂，重視環境之製品的製造，正爲人所要求。其中，工業 製品之接合部份所使用的焊料中所含之鉛，已因係環境污 染的要因而遭受指出批判，開發不使用鉛之接合部件的呼 聲正日益高漲。 上述習用之焊料係錫與鉛之合金，熔點低，自古以來 即作爲接合用材料廣用於例如將電子零件固定於印刷基板 ，或將電線間彼此接合。然而，基於前述理由，若鉛的使 用受到限制，作爲鉛之代用品，鉍之使用開始被硏討，作 爲鉛-錫合金之代用焊料線材，錫-鉍合金、錫-銀-銅 -鉍合金等已廣受注目。 又，特別是將電子零性緊密裝配於印刷基板之場合， 由於無法對電子零件通電，在將上述習用之錫-鉛合金作 爲接合用材料使用之場合，一般係將採用由電熱加熱之焊 接烙件抵接於接合部位，而將接合部位充份加熱，而後， 再令烙件接觸於焊料合金令接觸部位熔化，又再令熔融之 金屬液滴滴流至接合部位令其冷卻•固化，而達成接合之 方法。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS") A4规格（210X297公釐） ---------裝------訂------線 - . * ' ί請先閎讀背面之注意事項再埼木頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -4- 46458 4 A7 B7 五、發明説明& ) ml mu i m in t請先閲讀背希-注意事項存崦/本頁) 此種錫-鉛之焊料合金的熔點係低至1 8 0〜2 0 〇 °c，因此’利用烙件之熔融簡單，但是，錫一鉍合金、錫 一銀-銅一鉍合金等之焊料線材的熔點高至210〜 2 3 0 °C ’會有（1 )利用烙件之加熱•熔融過於耗費時 間，（2)由於係利用來自焊料烙件之熱傳導作焊接，因 此，若爲半導體裝置般之易受熱影響之物體，焊料溫度之 上昇，會造成半導體裝置之劣化，（3)使用烙件時之本 質性問題係燃燒之助熔體或熔化之焊料屑附著於烙件造成 該焊料烙件受污染，而必須不時中斷作業將焊料烙件之表 面淸潔等問題。 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其他方面’第（4)個問題是，半導體裝置不消說， 即是其他之必須焊接之工件（例如，迴轉體之迴轉部份等 ，例如小型馬達之轉子的焊接用端部。若焊接部之焊料量 有變動，將成爲迴轉不一致之原因），伴隨著小型化或高 集成化，焊接部位也逐漸微細化且密集化，以致有施行焊 料量經嚴密管理之精密焊接的要求。爲此，必須極正確地 控制加於焊料線材之電能量，而控制熔融量。然而，習用 之利用烙件之加熱方式，究竟是無法作嚴密之熱管理，以 致無法因應精密焊接此一要求。 第（5 )個問題是，利用上述刮子之加熱方式，雖然 可作溫度低之焊接，但是接合溫度高之硬焊則不可能，在 硬焊時，必須以其他之裝置或方法（例如利用燃燒器加熱 )實施，作業會變得繁雜。而且，不只於此*此一場合下 ，上述精密之接合完全無法期待。針對以上之問題點，目 本紙張尺度適用中國闺家揉準（CNS )A4規格（210X297公釐） -5- A7 46458 4 B7_ 五、發明説明^ ) 前開發新的焊接方法及其裝置，已是當務之急。 除此之外，工業製品之接合部份，特別是將電子零件 固定於印刷基板、或將電線間接合之大量生產現場，導入 有軟熔等自動機械，爲了謀求大量生產所帶來的成本降低 ，焊接過程之自動化已強力地被導引前進。 然而，如前所述，作爲不使用鉛之焊料，迄今爲止已 採用錫-鉍合金、錫-銀-銅-鉍合金等，但是渠等之溶 點係較習用錫一鉛之焊料合金的熔點爲高，不只在焊接時 耗費時間，同時也易於發生接合不良，在自動化之場合， 苦於接合不良之問題的情形增多。 特別是將電子零件緊密裝配於印刷基板之場合，焊接 部位非常之多，其中若有一個部位接合不良，則包含電子 零件，其印刷基板整體也會成爲不良品，若予廢棄，將會 成爲製品產率大幅降低之原因。 上述印刷基板又會接受以通電試驗爲首之各種試驗， 最終若有必要，還由作業者作一片一片之目視檢查，有不 良部份之印刷基板係於抽出，但爲防止上述之產率降低， 必須由作業者發現該不良部位除去各焊接不良部位’再以 手作業進行再焊接，努力於各不良部位之解除。如此’只 爲了發現一部之焊接不良予以除去即配置人員’在防止產 率低落上雖有某種程度之效果，但反之會有人事費提高之 問題，對於總成本降低並無幫助，是爲其問題。 〔發明之解決課題〕 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐) ---------^------1T------m 羞 - _ 」 (請先閲讀背面之注意事項再本頁) _ , 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -6- 4 6458 4 A7 ___B7____ 五、發明説明Q ) 本發明之課題，係在開發一種（1 )焊接速度快、且 投入能量之控制容易，適於精密焊接，（2)不僅是習用 之錫-鉛焊料合金，同時還可適用於代替其之高熔點焊料 線材，更可適用於硬焊之汎用性優異，（3 )不會如烙件 般之污染，（4 )少對工件有熱影響，（5 )可將焊接不 良之發現、焊接不良部位之除去、再焊接以自動生產程序 實行之焊接方法及其裝置。 〔課題之解決手段〕 申請專利範圍第1項中所記載之方法，其特徵在於： 朝接合部位9給送焊料線材1，在焊料線材1之前端部份 的附近所配設之電極棒2 a與焊料線材1的前端部份1 a 之間產生電弧3a ，令焊料線材1的前端部份la熔融， 並令滴下至接.合部位9之上述熔融金屬液滴4固化，而進 行接合部位9之接合。 根據此一構成，由於係以電弧3 a熔融焊料線材1之 前端部份1 a ，因此，即使使用較習用鉛-錫合金熔點爲 高之例如錫一鉍合金、錫-銀一銅-鉍合金或熔點更高之 硬焊料（銀焊料、金焊料、白焊料等）等高熔點線材1， 其前端部份1 a會在短時間熔融成爲熔融金屬液滴4。同 時，因出自上述電弧3 a或上述溶融金屬液滴4之輻射熱 ，接合部位9係經加熱。該熔融金屬液滴4係由焊料線材 1滴落，濡濕接合部位9並冷卻固化，將接合部位9接合 。此時，如前所述，由於接合部位9也因電弧3 a或上述 ¥纸張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210父297公釐^ 一 ---------1------,-ST------0 * - - <請先閲讀背面之注意事項再埤 '本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 6 4 5 8 4 A7 B7 五、發明説明^ ) 熔融液滴4之輻射熱被瞬間加熱，因此，與滴落之高溫熔 融金屬液滴4親和而形成強固之接合面。 此處重要的是，焊料線材1之前端部份1 a由電弧 3 a所熔融。亦即，焊料線材1之前端部份1 a的熔融量 可由投入電能量來控制。是以，藉由控制投入之電能量 可以一定之熔融量重複進行焊接，可作極高品質之焊接作 業。特別是具有複數個待焊接部位之迴轉體，有必要將各 焊接部位之焊接量作嚴密之控制，若焊接量有變動，則會 成爲迴轉不一致之原因，因此，如前所述，若可作焊料量 之精密控制，則可有效地抑制迴轉不一致之情形。 又，焊料線材1中有含助熔劑2 2者或不含助熔劑 2 2者，後者之場合，可因應必要另行供給助熔劑2 2。 助熔劑2 2之供給方法請容後述。 申請專利範圍第2項係將第1項限定，係以「焊料線 材1與電極棒2 a係非接觸，且其間隔在5mm以下」爲 其特徵，如此，安定之電弧3 a將可在焊料線材1之前端 部份與吸嘴2之電極棒2 a之間形成，當焊料線材1之前 端部份1 a與電極棒2 a之間隔在5mm以上時，電弧 3 a有消滅的可能，無法獲得安定之電弧3 a。 申請專利範圍第3項係有關接合電流値之限定，係以 「電極棒2 a與焊料線材1之間施加的接合電流値係1〜 5 0 A」爲特徵。右爲1 A以下之場合》供給電流値會過 小，電弧3 a易於變得不安定，反之，若爲5 0A以上， 則作爲本發明之用途電流値會過大，有損害電極棒2 a之 本紙張尺度適用中國圉家揉準（CNS ) A4規格（21〇X；297公釐） 一 ' ---------^------1T-------^ . . - (請先閲讀背面之注f項再铢本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -8 - 4 6 4 5 8 4 A7 _______ B7 五、發明説明g ) 虞’而且焊料線材1之熔融量的控制困難。 甲請專利範圍第4項係有關接合電流之施加方法，係 以「在接合電流施加前，係將較接合電流爲弱之電流施力D 於電極與焊料線材之間，而後再將脈衝接合電流施加於電 極與焊料線材之間」爲特徵。 接合電流施加前1藉由將較接合電流爲弱之電流施加 於電極棒2 a與焊料線材1之間，可容易地在電極棒2 a 與焊料線材1之間產生電弧，藉由將而後實施之電極棒 2 a與焊料線材1之間施加之接合用電流設爲脈衝電流（ 甚至高頻脈衝電流），可容易地作接合電流之電流控制， 而可嚴密地管理投入焊料線材1前端部份1 a之電能量， 可將焊料線材1之瑢融量正確地控制。是以，對於例如如 半導體裝置之對基板的焊接接合般之在密集的部位被要求 作極正確之焊接的用途，或是如迴轉體般之各接合部位9 的焊料量對迴轉不一致之發生有大影響的用途，最爲適合 〇 申請專利範圍第5項之焊料除去，係在申請專利範圍 第1項之焊接方法中，係自動除去焊接不良、再焊接之方 法，其係（i )確認接合部位9之焊料8的固著狀態之良 窳，（Π)當判斷爲焊接不良時，在上述電極棒2a與除 去用電極3 1之間產生電弧3 b熔融不良焊料8b’ ( iii )而後再除去熔融焊料8 c ’ （iv)之後再將該接合部位 C再焊接者。 藉此，如申請專利範圍第1項所述，焊料線材1之前 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------^------1T------Φ . . . - (‘诗先¾讀背面之注意事項再5 本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -9- A7 B7 五、發明説明+ ) 端部份1 a的熔融量，可由投入電能控制，因此可作非常 高品質之自動焊接作業。除此之外，本項最重要的點爲， 在自動焊接過程中，確認接合部位9之焊料8固著狀態之 良疏’若判斷爲焊接不良時，除去不良部位之焊料8 b ， 將同接合部位9再焊接，因此，完成之製品均爲良品，不 僅產率提高’也無須不良處理用之作業者，可大幅降低總 成本。 申請專利範圍第6項係有關上述方法之良窳判定方法 ’其特徵爲該焊料之固著狀態的良窳判定，係以預先輸入 之焊接良品部位8 a之圖像資料爲基準，藉由與新輸入之 接合部位9的焊料之圖像資料比較而實施者。 上述焊接8之良窳的判定，例如係以C C D攝像機 3 6般之攝像機構將焊料8攝像，將接合部位9之凝固焊 料8的潤濕狀態、表面光澤、焊料8之量或形狀等之映像 ’作爲數位資料採入，並與作爲基準資料採入之良品焊料 8 a的資料比較，而判斷是否要再度重作焊接。若判斷有 重作之必要，則在電極棒2 a與除去用電極3 1之間產生 電弧3 b ’藉由其輻射熱熔融固著於接合部位9之不良焊 料8b ’而後，可以吸嘴33將熔解之焊料8c吸除。而 後’於相同之接合部位9再作焊接，再度作良.不良之判 定，判定爲良時，移動至其次之接合部位9。 藉此*焊接、良品檢查及不良部份之再焊接，可以一 個自動焊接線達成，無須在焊接作業現場配置人員，可大 幅減少焊接作業之總成本。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------¢II (請先|».讀背面之注意事項再碑本頁) 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -10- a b 4 5 8 4 Α7 Β7 五、發明説明Q ) 申請專利範圍第7項係實施申請專利範圍第1項方法 之裝置，係以 「由：朝接合部位9給送焊料線材1之給送機構5， 配設於焊料線材1之前端部份1 a附近，與給送之上 述焊料線材1之間產生電弧3 a而將焊料線材1的前端部 份熔融之電極棒2 a，及 接合電流供給用之控制裝置6。 所構成」爲特徵。 申請專利範圍第8項係有關適用於上述裝置之焊料線 材1 ，以「焊料線材1不含鉛作爲其成分」爲其特徵。藉 此，即使將以焊料線材1作爲接合部件8使用之製品或零 件拋棄，也不會發生自接合部件8鉛溶出於自然界而引起 鉛污染之情事，與鉛相較，可保環境淸淨。 申請專利範圍第9項係有關給送機構5之出口，以「 給送機構5之焊料線材1之出口 16，係由耐熱性電絕緣 部件所構成」爲其特徵。藉此，與從出口 1 6突出之焊料 線材1之前端部份1 a間，形成電弧3 a 。因此，藉由控 制從出口 1 6之焊料線材1的突出量S，可控制熔融量。 申請專利範圍第1 0項，係用以實施第5項方法之裝 置，其特徵在於： 此鍚焊裝置係由： (i )朝接合部位9給送焊料線材1之給送機構5， (U )配設於上述焊料線材1之前端部份1 a附近， 與上述焊料線材1間產生電弧3a ，而將焊料線材1的前 本紙银尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X2W公釐） "~ fls·先閱1*背面之注意事項再5 /本頁) -訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -11 - 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 6 4 5 8 4 A7 _ B7 五、發明説明^ ) 端部份la熔融之電極棒2 a， (iii )識別接合部位9的焊料8狀態之C C D攝像機 3 6， (iv)與上述電極棒間2 a間產生電弧3 b，而熔融 接合部位9的不良焊料8b之除去用電極31， (v )將熔融之焊料8 c除去之吸嘴3 3 , (vi )電弧產生用電流之電流控制裝置6，及 (vfi)將C CD攝像機3 6所收錄之接合部位的焊料 8之圖像資料與預先輸入的焊接良品部位8 a之基準圖像 資料比較， 而判斷良窳之判定裝置6 a 所構成者。 〔發明之實施形態〕 以下，茲依圖示實施例將本發明說明之。圖1係本發 明裝置之實施例，主要係由：一在接合部位9之上方朝接 合部位9給送焊料線材1之給送機構5，一配設於焊料線 材1之前端部份1 a，具有與給送之上述焊料線材1的前 端部份之間產生電弧3a ，而令焊料線材1之前端部份熔 融的電極棒2 a之噴燈2，以及一接合電流供給用之控制 裝置6所構成。 給送機構本體5 a之上面之設有支柱7，其前端有一 捲軸1 9迴轉自如地樞接於捲軸支持軸1 9 a ，該捲軸 1 9上捲繞有焊料線材1。沿上述支柱7在給送機構本體 本紙張尺度適用中菌國家標準（CNS ) A4说格（2丨0X297公 I;..· I I I I 訂！線 • . - · (請先閱讀背面之注意事項再气7本頁) -12- 4 b 458 4 A7 B7 _ 五、發明説明h ) 5 a之中段部份配設有入口用引導筒2 4，其正下方上下 配設有由設成鋸齒狀之複數個矯正輥11 a、 12 a所構 成之第一矯正部1 1、第二矯正部1 2。上述第一矯正部 1 1與第二矯正部1 2，以焊料線材1之輸送線爲軸係成 迴轉（換言之扭轉）之位置關係，具有將由捲軸1 9捲曲 拉出之焊料線材1矯正成直線狀態之機能。 下側之第二矯正部12的正下方倂設有大小二個拉出 輥13、 14，可將焊料線材1自兩側夾入拉出，上述拉 出用大輥1 3上設有迴轉驅動用馬達1 5 ，可將拉出用大 輥1 3迴轉驅動。 上述拉出輥13、 14之正下方，設有焊料線材1之 出口 1 6 ’該出口 1 6例如係陶瓷般之耐熱性優異且具有 絕緣性表。若將出口 1 6預先以電絕緣材料構成，電弧 3 a將會在出口 1 6之前端受到限制，不會有電弧3 a進 入出口 1 6中將必要以上之焊料線材1熔融之情事，可實 現正確之熔融量控制。又，熔融量控制包括後述般之焊料 線材1連續給送時之給送速度控制、或是間歇給送之場合 的突出量控制。 又’上述出口 1 6之出口形狀可爲任意形狀，在本實 施例中’係形成爲細筒狀，因此，本實施例中，係將出口 1 6以出口用引導筒說明。上述焊料線材1之拉出端部係 插通於該出口用引導筒1 6，朝接合部位9突出。 又’自給送機構本體5 a之側面，突設有臂部1 7， 將噴燈2之突設部2 e固定。上述突設部2 e係設於噴燈 本紙浪尺度適用中囯國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） ---------装--；----—ΪΓ1：-----^ (請先W讀背面之注意事項再济本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -13- 4 6 4 5 8 4 A7 B7 五、發明説明（m ) 2之噴燈本體2 c的後側端面，其中插通有連通於噴燈本 體2c內之氣體供給孔2b。 噴燈本體2 c之前端，安裝有電絕緣與耐熱用之陶瓷 製前端部份2 d，其中插通有前端尖銳之棒狀鎢電極棒 2a ，其係安裝成自前端部份2d突出。上述電極棒2 a 之突出量可調整，例如，可調整於0〜7mm之範圍內。 作爲鎢電極棒2 a ，可單單由鎢所製成表，但爲放電容易 ，也可爲塗布或摻雜有钍者，也可以含有钍之鎢（氧化钍 摻雑鎢）形成。 又，上述前端部份2 d之上述電極棒2 a的周圍，形 成有氣體供給孔2 b ，惰性氣體（1 )(例如氬氣或氫氣 或氦氣等）噴出，以惰性氣體氛圍包圍電極棒2 a之周圍 *防止通電時電極棒2 a之氧化。本發明中，例如係供給 每分鐘0〜5升之惰性氣體I 。上述氣體供給孔2b，也 可爲電極棒2 a直接插通於氣體供給孔2 b之形式，也可 爲與插通有電極棒2 a之電極插通孔獨立在其周圍穿設。 成爲控制裝置6，直流或交流或高頻電源，係可依用 途使用。直流電源之場合，有（1 )將焊料線材1側連續 地設定成正，將電極棒2 a側連續設定爲負之場合，（2 )與其相反之場合，可爲任一種情況。（1)之場合，在 電弧產生時，正極係較負極爲高溫，因此，可將焊料線材 1設於高溫側令其急速熔融，而將電極棒2 a移至低溫側 ，謀求電極棒2 a之保護。此一場合下，熔融對象之焊料 線材1，以熔點高的材料較爲適合。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------裝-- (請先閲讀背面之注f項再Y ,本頁)
11T 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 14- 4 6 458 4 a7 _______B7_ 五、發明説明L ) 相對於此’當爲焊料線材1之熔點低的材料時，反之 係如（2 )所示’可使焊料線材1之熔融與前者相較遜色 。因此’將焊料線材1與電極棒2 a之極性配合材料之種 類或使用條件切換即可。 又’將控制裝置6以交流電源設置之場合，由於焊料 線材1與電極棒2 a之間係週期性地作極性切換，因此， 交流電弧3 a生成。交流電弧3 a具有極性一定之直流電 弧3 a的中間性質。亦即，極性係週期性地切換，因此， 焊料線材1之溫度爲令焊料線材1連續爲正極之場合或連 續爲負極之場合的中間値。 當控制裝置6以高頻電源設置之場合，高頻電壓之使 用對引起氣體放電有利。頻率係選擇數10 kHz ( 13 .56kHz或20kHz附近之高頻數有效）。本 發明中所使用之控制裝置，係使用單相2 0 0 V、 AC50/60Hz、 DC30A之高頻電源。 作爲控制裝置6之例，如圖4所示，係由C P U控制 部2 5、功率控制部2 6、電弧起動部2 7、操作儀表板 2 8、電流感測器2 9所構成。操作儀表板2 8係連接於 C P U控制部2 5，操作員係可自外部對於C P U控制部 2 5輸入資料等。此外，定序等之外部控制機器3 0也可 連接於C P U控制部2 5。 C P U控制部2 5處，形成有焊接時施加之電流的基 準波形。上述基準波形係可由操作儀表板2 8自由變更， 可自外部控制機器3 0輸入。功率控制部2 6 ，首先係相 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS } A4規格（210X297公釐) ---------f------IT------.^ • - (請先閲讀背面之注$項再峽V本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -15- A7 B7 4d458 4 五、發明説明<!3 ) 對上述基準波形作頻率變換之後，輸入放大器2 6 a之基 極，而有基準波形之N倍的輸出經輸出》輸出波形係將基 準波形N倍而成。 輸出波形，例如係由在電極棒2 a與焊料線材1之間 以低電流値（例如1〜1 5A)謀求通電之預熱通電區域 P〔電流値例如爲1〜5 0 A，一般係3 Ο A前後〕、自 預熱通電區域P到達焊料通電區域h爲止之上昇通電區域 r、頻率經變換之焊料通電區域h、自焊料通電區域h令 電流値漸減之下降通電區域f所構成，藉由操作儀表板 28，可任意設定預熱通電區域p、上昇通電區域r、焊 接通電區域、下降通電區域ί之長或強度，或上昇通電區 域r或下降通電區域f之斜率。 在焊接時，特別是將上昇通電區域r之斜率設成陡峭 >令加熱速度過快，或是相對焊料線材1之粗細或供給量 ，焊接通電區域h之電流量過多的場合，熔融之焊料液滴 4會沸騰飛散，因此，爲使此一現象不產生，係配合焊料 線材1之粗細或供給量設定基準波形。 圖5係焊接步驟之次序的一例，茲說明其大略。首先 ，基於電弧起動部2 b之焊接開始信號之輸入，焊接作業 準備終了之信號T 1時間後係輸出，同時，定序機會作動 ，而惰性氣體I會自電極棒2 a之周圍作爲前置氣體作 T2時間之噴出，將電極棒2 a之周圍以惰性氣體籠罩》 此惰性氣體I在焊接終了後仍會持續流過一定時間，依焊 接終了信號而停止。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) ---------1------tr------^ • * * (請先閲讀背面之注意事項再",本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -16- 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 ΐ 6458 4 Α7 __Β7_五、發明説明（j4 ) 而後’自連續令惰性氣體I噴出之氣體連續噴出開始 信號T 3時間後*氣體連續噴出準備終了輸出、焊接輸出 及基準波形起動’連續於前置氣體，惰性氣體會連續噴出 ，並開始通電焊接。焊接信號之輸出時間中，標準波形輸 出。此一標準波形如前所述，在經過預熱通電區域p、上 昇通電區域r後，到達焊接通電區域h，在此作頻率變換 ，而後再由放大器放大輸出，而施加於電極棒2 a與焊料 線材1之間形成電弧3 a。上述施加電流之輸出係由電流 感測器2 9被感測到，再回授到功率控制部2 6。 在焊接輸出成爲0之時點，與基準波形之休止點一致 ’自焊接輸出成爲0之時點開始T 4時間後，焊接準備終 了輸出與氣體連續噴出準備終了輸出成爲1，惰性氣體I 之噴出終了。與此同時，焊接終了信號輸出，焊接終了。 作爲本發明中所使用之焊料線材1 ，除了一般之錫_ 合金焊料之外，還包含不含鉛之錫-鉍合金、錫-銀-銅 -鉍合金、銀焊料、白焊料或金焊料等各種焊材。因此， 本發明之焊料槪念當然包含硬焊料。本發明特別是以不含 鉛之錫—鉍合金（熔點180 °C〜200 1)、錫—銀— 銅-鉍合金（熔點2 1 0 °C〜2 3 0 °C )爲對象=又，焊 料線材1之粗細由細到粗，可因應用途而有各種。 又，焊料線材1包含混入有助熔劑2 2者或不具助熔 劑者’後者之場合，有助熔劑2 2必須另行供給之情況， 或將接合部位9表面之氧化皮膜灰化除去用之灰化氣體（ 壓縮空氣或氦或氮與氧之混合氣體）供給於接合部位9之 請 先 閲 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 裝 頁 訂 線 本紙張尺度適用中國囷家樣準（CNS > A4规格（210X297公釐） -17- 4 6458 4 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明h ) 情況，或以蝕除爲目的時，將氨氣或壓縮空氣與氟碳化物 (與C F4、C F6等之混合氣體）供袷於接合部位9之情 況，或是在將臭氧（〇3)供給於接合部位的同時，又，例 如將發光波長爲1 7 2 nm之單色紫外線（UV光）照射 分解臭氧〇3，而以該時所發生之活性氧將氧化皮膜分解之 情況等等。在本實施例中，係以使用助熔劑2 2之場合作 爲代表例說明。 又，本裝置可設置於進行焊接作業之主裝置的機台 2 1使用，但在本實施例中，係以安裝固定於多關節機器 人之機械手2 0的情形爲例說明》 對象工件W，可適用以（軟）焊接（包含硬焊）爲必 要之任何工件，本實施例中，係以對工件（W )不通電者 ，例如半導體裝置般之工件緊密裝配於印刷基板1 0上之 情況爲代表例。 其次，茲就實施例1裝置之作用說明之。首先，將捲 有焊料線材1之捲軸1 9安裝於支柱7之前端，拉出焊料 線材1。拉出之焊料線材1係導入入口用引導筒24，而 後再通過第一矯正部1 1、第二矯正部1 2，將自捲軸 1 9彎曲拉出之焊料線材1矯正成直線狀。 經矯正成直線狀之焊料線材1係插入大小兩個拉出輥 13、 14間’並由旋轉驅動用馬達15以定速連續或間 歇地拉出。作爲上述馬達1 5，可爲一般之感應式馬達， 但也可使用例如可作回授控制或轉數控制之步進馬達或伺 服馬達。連續給送之場合，爲確保正確之送出速度，間歇 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4规格（210X297公釐） " 11 ϊί 11 n I 111 ^ I I 線 , - · (請先閲讀背面之注意事項再^-本頁) ( -18- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 6 4 5 8 4 A7 B7 五、發明説明（16 ) 給送之場合，爲確保正確之突出置，宜使用步進馬達或伺 服馬達。 拉出之焊料線材1係經插入出口用引導筒1 6，自其 前端突出。另一方面，自噴燈2前端突出之電極棒2 a , 係臨於自出口用引導筒16突出之焊料線材1的前端部份 la 〇 此一狀態下，作動機械手2 0使上述前端部份1 a移 動來到工件W之接合部位9 (此處係安裝於基板1 0之半 導體裝置W的引線）的正上方，且使電極棒2 a位於與接 合部位9非接觸且最大隔以5 m m間隔之位置。焊料線材 1之前端部份1 a，若爲不易受通電影響之工件w的場合 ，係可與接合部位9接觸或預先離開。若爲易受通電影響 般之工件W的場合，宜預先自接合部位9離開。 此一狀態下，若作動控制裝置6令電極棒2 a與焊料 線材1之前端部份1 a之間產生電弧3 a ，則在短時間內 ，自出口用引導筒1 6突出之前端部份1 a熔化而成爲熔 融金屬液滴4，並與上述電弧3 a接近，依條件至2 0 0 乞左右爲止以其輻射射滴下至上升之接合部位9上，終了 焊接作業。上述電弧3 a係將熔化之焊料液滴4控制成以 不飛散之方式成爲淚滴或球狀。 在上述焊接作業中，作爲焊料線材1之給送方法，如 前所述係包括連續給送或間歇給送，連續給送之場合，自 出口用引導筒1 6以定速連續送出之上述前端部份1 a ， 係由投入電能經嚴密回授控制之電弧3 a ，連續地熔解製 本紙張尺度適用中國躅家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ^ I 1 H ί ^ n i n n u n I ^ i · (请先閲讀背面之注$項再4本頁) 「 -19- 4 ο 4 5 8 4 a7 _B7_ 五、發明説明Q ) 成液滴4，並附著於接合部位9。附著量係配合焊料線材 1之供給量增加，逐漸形成半球狀之接合部件8。 在投入一定之電能後，藉由消弧或宁止焊料線材1之 給送，附著於接合部位9之半球狀接合部件8的量確定。 藉由重複此舉，各接合部位9的接合部件8的量成爲一定 〇 相對於此，間歇供給之場合，係將待熔融量之全量或 其N分之1的焊料線材1自出口用引導筒1 6突出，將突 出部份1 a以電弧3 a熔融。當突出量爲N分之1之場合 ，係令N次焊料線材1自出口用引導筒16突出並依次熔 融。 在以上之焊接作業中，由於出口用引導筒1 6係由耐 熱性電絕緣材所形成，只有突出部份1 a熔融，電弧3 a 不會進入出口 .用引導筒1 6內將內部之焊料線材1熔化， 可作正確之熔融。 又，此時，在焊料線材1內混有助熔劑2 2之場合， 其會同時混入熔融金屬液滴4內，在將熔融金屬液滴4球 狀化的同時，除去接合部位9表面之氧化皮膜，在接合部 位9形成完全之焊接。當焊接終了，將機械手2 0移動至 其次之接合部位9。 在上述焊接中，若施加電流爲高頻脈衝電流時，投入 電能之控制非常正確，且焊料線材1熔融量之微細控制也 屬可能。此將可在特別是接合部位9彼此接近密集之場合 ’只於特定部分作焊接，可成爲一非常有效之焊接手段。 i紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) A4洗格（210X297公着) (請先閲讀背面之注$項再务&本頁) -裝_ 訂1 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -20 · 4 〇 458 4 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（18 ) 在上述之場合，若未混入助熔劑2 2於焊料線材1中 時，（1)可另行準備助熔劑點23，在焊接前，操作機 械手20將焊料線材1之前端部份1 a浸漬於助熔劑2 2 中，將助熔劑2 2塗布於上述前端部份1 a。 (2 )，作爲其他例，係預先在印刷基板1 0之接合 部位9上塗布助熔劑2 2，在熔化之焊料液滴4落於接合 部位9之同時，混入焊料液滴4內。 其次，茲將本發明之實施例二佐以圖6〜1 2說明之 。爲了避免煩雜，與實施例一重複之部份的說明盡可能省 略，只就不同之部份作中心式之說明。實施例二裝置之基 本部份係與實施例一相同，不同的點是在於配備有：具有 用以熔融不良焊料8 b之除去用電極3 1的電極筒3 2， 將熔融之焊料8 c吸引之吸嘴3 3 ，以及將由C CD攝像 機3 6所收錄之接合部份9的焊料8之圖像資料與輸入之 焊接良品部位8 a的基準圖像資料比較，而判定良窳之判 定裝置6 a。以下，茲以不同點爲中心說明之。 自給送機構本體5 a之下面，絕緣體之電極筒3 2係 朝下方安裝，貫通其電極筒3 2之內側，突出縮入自如地 配記有細棒狀之鎢製除去用電極31。上述除去用電極 31，係由倂設之大小兩個夾持輥37、 38所夾持，藉 由將接續於大夾持輥3 7之迴轉驅動用馬達3 9正反轉’ 進行除去用電極3 1之突出縮入動作。與電流控制裝置6 之連接，係將延長線連接2 7除去用電極3 1 ，或是將延 長線連接於夾持輥37、 38。 η 先 聞 讀 背 項 再 冬 頁 裝 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標牟（CNS ) Α4说格（210 X 297公釐） -21 - A7 B7 4 6 4 58 4 五、發明説明（19 ) 除去用電極3 1係自電極筒3 2突出，但如前所述， 由於可突出、縮入，故其突出長度可自由決定。係在此除 去用電極3 1與上述電極棒2 a之間產生電弧3 b，利用 電弧3 b之輻射熱將引起焊接不良之不良焊料8 b熔融。 電極筒3 2也可爲可進退者，通常爲了不造成焊接之障礙 ，宜朝上方縮入，此時，除去用電極3 1也是納於電極筒 3 2內。 如前所述，電極棒2 a與除去用電極3 1均是鎢製。 作爲二電極棒2 a、3 1，可爲只由鎢製成者，爲了放電 容易，也可爲塗布或摻雜钍者，也可以含钍之鎢（氧化钍 摻雜鎢）。 又，上述兩個電極棒2 a、3 1之周圍分別形成有氣 體供給孔2 b、3 1 b，惰性氣體I (例如氬氣、氮氣或 氯氣等）係自其噴出以惰性氣體氣氛包圍電極棒2 a、 3 1之周圍，而防止通電時電極棒2a、3 1之氧化。 另，給送機構本體5 a上安裝有CD攝像機3 6，其 係朝接合部位9配設，以能拍攝焊接之良窳狀態。在圖示 實施例中，C CD攝像機3 6係固定設置，但其也可設置 成可迴轉以自任何角度均能確認接合部位9之焊料8，或 設置成接近。離開自如以正確地確認接合部位9之焊料8 的狀態。經拍攝之圖像係由判定裝置6 a作圖像處理及良 窳判定，而後再將資料送至後述之C PU控制部2 5及 C R T 3 4。 又，自給送機構本體5 a之下面，朝下方之接合部位 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公着) ---------^II (請先閲讀背面之注意事項再/〜本瓦) -» 線 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 -22- 4 6 458 4 a? _B7 _ 五、發明説明（2〇 ) 9 1與電極筒3 2並設有吸嘴3 3。吸嘴3 3因具有將熔 融之焊料8 c吸入除去之作用，係成中空狀，其係連接於 圖未示之真空源，且經加熱以使吸引之焊料8 c在內部不 凝固。 上述吸嘴3 3也是由併設之大小兩個夾持輥4 0、 4 1所夾持，藉由將連接於大夾持輥4 0之迴轉驅動用馬 達4 2正反轉，可朝下方之接合部位9接近或離開= 控制裝置6之基本機能係如實施例一如述，但其因設 有除去用電極3 1之故，只就此點說明之。此一場合下也 是，也是有直流型、交流型或高頻型之分。與前述之場合 相同，不同點係在於極棒2 a、31均係由鎢棒構成》 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 直流型之場合，由於電子經常衝撞作爲陽極之一方電 極，因此，陽極之損耗劇烈，係採用陽極較陰極爲粗之方 法。直流型之場合，電極棒2 a不只用於焊接，還用於不 良焊料8 b之除去，而另一除去用電極3 1之場合，由於 只用於不良焊料8 b之除去，作爲電極之使用頻度，以電 極棒2 a爲壓倒性地多。是以，由於電極棒2 a之損耗激 烈，故宜將電極棒2 a作爲成低溫之陰極使用。相對於此 ，交流型之場合，由於陽極與陰極係交替變換，故陽極與 陰極之大小相同即可。 又，也可不設置熔融焊料8 c除去用吸嘴3 3，而使 具有除去用電極3 1之電極筒3 2兼具有該吸嘴3 3之機 能，此在圖中未示。此一場合下，可以上述除去用電極 3 1之周圍的空隙吸引不良焊料8 c。 i紙張尺度逍用中國國家標率（CNS ) A4規格（210X297公釐） " -23- 4 6 4 5 8 4 A7 B7 五、發明説明（21 ) 其次，茲就實施例二之作用說明之，焊接作用係與實 施例一相同，在此省略，只從焊接不良之角度說明。焊接 係如實施例一所示，當焊接終了，係就焊料8之良窳作判 定。如圖8所示’利用CCD攝像機36，固著於接合部 位9之焊料8係被拍攝，其資料係送至判定裝置6 a。上 述資料由判定裝置6 a作A / D變換後，經判定良窳。又 ，上述資料係在CRT中放映出。 良窳判定方法之一例，係預先將良品焊料8 a以 C CD攝像機3 6拍攝，並送至判定裝置6 a作A/D變 換，作爲良品資料予以事先記億。檢查項目可舉的是例如 焊料8 a之濡溼狀態、光澤、量、形狀、針孔之狀態。此 均作爲基準圖像資料記憶。另一方面，將新取入之被檢查 對象的焊料8如前所述以C C D攝像機3 6拍攝，將其資 料與基準資料比較，較不一致部份預先決定之臨限値爲大 時，判斷爲不良，爲臨限度値內，則判定爲良品。又，對 解析必要之設定條件，係由鍵盤3 5以手輸入設定。 藉由將焊料8在C RT 3 4中放映出，作業者可作目 視檢查，作基本之機械判定。當焊料8被判定爲良品，機 械手作動，將本裝置移至次一接合部位。 反之，若判定焊料8不良之場合，必須除去不良焊料 8b。爲了除去不良焊料8b，首先如圖9所示，作動上 述控制裝置6，令收納於電極筒3 2內之除去用電極3 1 自電極筒3 2突出。又，施加於兩電極2 a、31間之電 流，在自電極筒3 2突出之除去用電極3 1與上述電極棒 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS)A4规格（210X297公釐）
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-.1T 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -24- 4 6 458 4 A7 B7 五、發明説明（22 ) 2 a之間產生電弧3 b，藉由其輻射熱熔融不良焊料8 b 。此時，爲了不成爲電極棒2 a與除去用電極3 1之間所 產生的電弧3b之妨礙，使用於焊接之焊料線材1，係縮 入出口用引導筒1 6之內側。 其次，若藉由一定時間之通電令不良焊料8 b熔融（ 以C C D攝像機3 6也可確認不良焊料8 b之熔融），如 圖9所示，除去用電極3 1係上昇到原位置納於電極筒 3 2內。而後，對準熔融之焊料8 c突出吸嘴3 3，以吸 嘴33吸入焊料8c，藉此可除去不良焊料8b。又，在 將不良焊料8 b吸引除去後，吸嘴3 3也自接合部位離開 ，回到原來之位置，不良焊料之除去作業終了。 又，在將不良焊料8 b熔融後，雖係以吸嘴3 3將熔 融之焊料8 c吸引，但若不良焊料8 b之熔融與吸引之時 間差過大時，熔融之焊料8 c有再凝固之虞。是以，以不 良焊料8 b之熔融以至吸引爲止之時間差較短者爲佳，也 可與熔融同時進行吸引。 作爲實施例二之不良焊料8 b的除去作業，當焊料8 之判定爲不良時，同樣係作動控制裝置，在自電極筒3 2 突出之除去用電極3 1與電極棒2 a之間通電，熔融不良 焊料8b、不良焊料8b若熔融，藉由除去用電極3 1周 圍所形成之吸引孔3 1 c ，吸引熔融之焊料8 c。將不良 焊料8 b熔融時，惰性氣體不會自電極筒3 2噴射，而只 自噴燈噴射。 於實施例二中，係藉除去用電極3 1與電極棒2 a之 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------^-- (#先聞讀背面之注意事項再4^本頁) 訂 線 經濟部智蒽財產局員工消費合作社印製 -25- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 6 4 5 8 4 a7 B7五、發明説明（23 ) 通電熔融不良焊料8 b，同時又以 引孔3 1 C吸入熔融之焊料8 c。 ，若使電極筒3 2接近接合部位9 近於接合部位9，因此並無對準熔 迅速且容易地吸引熔融之焊料8 c 而後，依同於圖2之要領，在 1之間產生電弧3 a ，在已吸引除 9再作焊接。當再焊接之焊料8被 次一接合部位9。如此，在可自動 及不良焊料8 b之除去及再焊接， 作業員。 又，於本實施例中，圖中所示 用引導筒16、吸嘴3 3、除去用 機3 6等之部件配設成直線上之狀 位置關係並不限於直線上。例如， ，或其全部朝向位於圓中心之接合 等部件之圓形台之迴轉，而使各部 構成。 根據本發明，由於係以電弧令 融，因此不消說是習用的鉛一錫合 形成於電極 爲了熔融不 ，吸引孔3 融焊料8 c 電極棒2 a 去不良焊料 判定爲良品 焊接程序內 完全不用不 的是電極棒 電極3 1、 態，但此等 此等部件可 部位，或藉 件可朝向接 焊料線材之 金，較其熔 -鉍合金、錫_銀-銅-鉍合金或更高之硬焊 ，可以電流控制精密控制:疫入ΐ ，將..熔融量' 制。特別是就施加電流使用脈衝電流，可將上 確地達成。又，如前所述，也沒有烙件遭助熔 筒3 2之吸 良焊料8 c 1 c也會接 之必要，可 與焊料線材 8 b之部位 時，移動至 作良品判定 良焊接修補 2 a、出口 C C D攝像 部件之配設 配設成圓狀 由固著有此 合部位9之 前端部份熔 點爲高之鎮 材也可使用 作嚴密之控 述控制更正 劑或焊料屑 诗 先 閲 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 頁 裝 訂 線 本紙張尺度適用中國困家標準（CNS > A4规格（210X297公釐） -26- 經濟部智慧財產局員工消f合作杜印製 k b 4 5 8 4 A7 __B7_ 五、發明説明（24 ) 污染之情事。 又，若使本發明所使用之焊料線材的成份中不含鉛， 則可防患鉛污染於未然，可常保環境淸淨。 再者，若使給送機構之焊料線材的出口由耐熱性電絕 緣部件所構成，則只有自出口突出之前端部份熔融，因此 藉由控制自出口之焊料線材的突出量，即可控制熔融量。 再者，根據本發明，藉由在焊接裝置中納入可作焊接 良窳判定、除去引起焊接不良之焊料、再度焊接之機構’ 而在自動焊接程序上快速發現焊接不良，且可容易地在不 費手續下除去不良焊料並自動進行再焊接，如此，可使製 成之製品全爲良品，完全不用作不良焊料之修補。藉此’ 無須配置習用所不可避免之修補人員，可實現焊接過程之 大幅成本降低。 〔圖式之簡單說明〕 圖1係本發明裝置之實施例一之正視圖。 圖2係圖1裝置接合前之要部擴大正視圖。 圖3係圖1裝置接合時之要部擴大正視圖。 圖4係圖1裝置中所使用的控制裝置之方塊電路圖。 圖5係圖1裝置之時序圖。 圖6係本發明裝置之實施例二之正視圖。 圖7係圖6裝置接合前之要部擴大正視圖。 圖8係圖6裝置之以不良焊料爲中心之要部擴大正視 圖。 本I張尺度適用中國國家樣CNS ) A4規格（210X297公釐) ---------^--------ij·：-----^ _Γ (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) -27- 464584 五、發明説明（25 ) 圖9係圖6裝置之不良焊料加熱熔融時之要部擴大正 視圖。 圖1 0係圖6裝置之熔融焊料的吸引狀態之要部擴大 正視圖。 圖1 1係圖6裝置之方塊電路圖。 圖12係圖6裝置的焊接作業時之順序圖。 〔元件符號之說明〕 1 焊料線材 2 噴燈 2 a 電極 3 電弧 4 熔融金屬液滴 5 給送機構 6 控制裝置 8 接合部件 (請先閲讀背面之注意事項再j本頁) 裝· 用 '線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -28-