TWI389620B - A Method and System for Reducing Passive Components on Printed Circuit Boards - Google Patents

Description

印刷電路板上之微小化被動元件之修復方法及其系統

本發明係有關於一種印刷電路板上之微小化被動元件之修復方法及其系統，尤指一種可針對印刷電路板上之微小化被動元件進行更新、修復的修復方法及其系統。

隨著電子應用產業的進步，目前行動通訊裝置最值得關注的焦點，莫過於觸控面板技術的成功，而將行動通訊裝置的應用成功地推向另一新興的市場，世界知名品牌或研發團隊均相繼宣佈積極跨入此領域的研發生產，此市場是一全球性的高科技競賽，根據估計每年約有著3億支產品的需求量，並有逐年升高的趨勢。

然而，從生產成本與效率的角度來看，產品的輕薄短小與觸控螢幕極大化的產品設計原則，將會使生產端面臨極大的技術瓶頸，例如被動元件的尺寸必須更進一步的縮小，將0201(0.02英吋×0.01英吋)之被動元件以01005(0.01英吋×0.005英吋)的被動元件加以取代是可以預見的發展，但隨著元件尺寸的微小化，SMT與PCB生產二大工藝也必須提出更有效的技術方案。

針對SMT產業而言，元件的縮小將出現以下的問題：

一、使用0201元件與元件高密度化的結果，被動元件在SMT的製程中容易發生立碑或錯件等情形，而由於元件高密度化、微小化，上述印刷電路板進行重工的成本非常高，且進行修復的製程也不甚理想。舉例來說，傳統上係以熱風槍或烤箱將印刷電路板進行加熱，待焊錫熔化後，再由印刷電路板上取下立碑或錯件的被動元件，然而上述製程卻同時造成印刷電路板上良好的被動元件或是其他電子元件的熱破壞。

二、若使用01005元件，更出現無法將出現立碑或錯件的被動元件進行重工的問題，使得印刷電路板必須報廢，但印刷電路板上的元件係為高單價的物件，因此，報廢上述印刷電路板實會造成材料元件與成本的重大損失。

緣是，本發明人有感上述缺失之可改善，提出一種設計合理且有效改善上述缺失之本發明。

本發明之主要目的，在於提供一種印刷電路板上之微小化被動元件之修復系統，該系統可針對印刷電路板上的錯件、立碑的被動元件進行更換、修復的作業，以使原本必須報廢的高單價印刷電路板重新進入生產製程，進而出貨，故可大幅提高生產業者的獲利價值。

為了達成上述之目的，本發明係提供一種印刷電路板上之微小化被動元件之修復方法，步驟如下：提供一檢知裝置，其係針對一印刷電路板進行分析；提供一雷射裝置，其係根據一位置資料輸出一雷射光束照射於電氣特性不正確的被動元件之焊墊，以熔化該電氣特性不正確的被動元件的焊接材料；提供一取置裝置，其係根據該位置資料將焊接材料已熔化之該電氣特性不正確的被動元件自該印刷電路板上取下；利用該取置裝置將一正確的被動元件放置於該電氣特性不正確的被動元件的位置；以及關閉該雷射裝置。

本發明亦提供一種印刷電路板上之微小化被動元件之修復系統，包括：一雷射裝置，其係根據一位置資料輸出一雷射光束照射於該電氣特性不正確的被動元件，以熔化該不正確的被動元件的焊接材料；一取置裝置，其係根據該位置資料將焊接材料已熔化之該電氣特性不正確的被動元件自該印刷電路板上取下，並將一正確的被動元件放置於該電氣特性不正確的被動元件的位置。

本發明具有以下有益的效果：本發明提出之修復系統，可以有效率的檢知印刷電路板上錯件、立碑的被動元件，並利用雷射裝置與取置裝置的配合，將錯件、立碑的被動元件自印刷電路板上取下，以更替新的、正確的被動元件於該印刷電路板上，故上述修復系統及方法能應用於微小化之被動元件，以大幅提昇生產端的獲利。另外，由於雷射的特性，本發明之修復系統及方法並不會造成印刷電路板上其他元件的不良影響，以解決傳統利用熱風、烤箱所造成的問題。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

請參閱第一圖至第二B圖，本發明係提供一種印刷電路板上之微小化被動元件之修復方法，該修復方法係利用雷射光束進行局部性加熱的優點，配合取置裝置12將印刷電路板20上之電氣特性不正確的被動元件21′加以取下，並以正確的被動元件21加以更換，以達到修復該印刷電路板20之功效，其修復方法包括如下步驟：步驟S101：提供一檢知裝置10，以分析該印刷電路板20之電氣特性不正確的被動元件21′的位置。如第一圖所示，一印刷電路板20上出現有電氣特性不正確的被動元件21′時，即可利用本發明之修復方法加以修復；在本具體實施例中，該印刷電路板20係被放置於一載送裝置13上，以利後續的自動化作業；而該檢知裝置10係為一影像檢視裝置(AOI)，其可用以擷取該印刷電路板20的影像；或者為一ICT裝置，以電性量測方式判斷被動元件21的電性。

此外，為了達成較佳的分析精準性，該影像檢視裝置可先由一控制系統(圖未示)讀取該印刷電路板20的尺寸等相關資訊，以進行一定位步驟，而在定位步驟之後，再進行擷取及分析印刷電路板20影像的步驟，以得到上述之電氣特性不正確的被動元件21′之位置資料。

另一方面，在分析印刷電路板20之影像的步驟，該影像檢視裝置係主要分析「錯件」或「立碑」之被動元件的位置資料，其中「錯件」係指將錯誤的被動元件焊接於印刷電路板20上；而「立碑」通常係指SMT製程中的迴焊作業，因被動元件翹立而產生脫焊、空焊的缺陷，「立碑現象」的產生是由於被動元件兩端焊墊上的焊膏在迴流熔化時，被動元件兩個焊端的表面張力不平衡，張力較大的一端拉著被動元件沿其底部樞轉而致使動元件翹立，又稱做「tomb stone」現象。但本發明並不以上述為限，例如SMT製程中的其他缺陷，包括橋接、虛焊、偏位等，亦可利用本發明之檢知裝置10加以分析。

步驟S102：提供一雷射裝置11，其係根據一位置資料(例如業界所熟知之CAD檔)，例如根據電氣特性不正確的被動元件之位置資料經資料處理步驟(如CAD)轉換成座標位置，並輸出一雷射光束照射於該電氣特性不正確的被動元件21′，以熔化該電氣特性不正確的被動元件21′的焊接材料210。因此在本步驟中，該印刷電路板20係由該載送裝置13所帶動，以使該印刷電路板20處於該雷射裝置11的照射範圍內，而該雷射裝置11係用以輸出該雷射光束，以照射該電氣特性不正確的被動元件21′的焊墊(即焊接之PAD位置)，而在該雷射光束的照射下，該電氣特性不正確的被動元件21′的區域溫度會上升至該焊接材料210的共晶溫度(即在此溫度以上，焊接材料210由固態轉變為液態，故亦可視為熔點)，以使上述焊接材料210熔化成為液態狀。換言之，本發明係以雷射裝置11作為一種加熱工具，而由於雷射光束的光徑微小，因此可用以局部性、區域性地加熱該電氣特性不正確的被動元件21′的焊墊，使其溫度大於等於該電氣特性不正確的被動元件21′上的焊接材料210的熔點，進而熔化該電氣特性不正確的被動元件21′上的焊接材料210；而在本具體實施例中，該焊接材料210係為無鉛焊錫，而該雷射裝置11則為一種二氧化碳雷射或YAG電射等等，其所提供之雷射光束係用以照射該電氣特性不正確的被動元件21′約20秒至30秒，以區域性地加熱該電氣特性不正確的被動元件21′達236℃至250℃，以熔化該電氣特性不正確的被動元件21′上的無鉛焊錫。

而在本發明之實施例中，係針對非常微小的被動元件進行修復，例如0201(0.02英吋×0.01英吋)之被動元件或01005(0.01英吋×0.005英吋)的被動元件，因此，該雷射裝置11可具有一光纖導管，以輸出小於上述0201或01005被動元件之尺寸的雷射光束，以避免影響到位於電氣特性不正確的被動元件21′周邊的其他正確的被動元件21；再者，上述光纖導管可以進行更換，以針對不同面積尺寸之被動元件21輸出適當光徑的雷射光束。

藉此，本發明所提出的修復方法係利用雷射進行焊接材料210的熔化過程，且應用雷射光束的高度方向性、窄帶寬(narrow bandwidth)等特性以避免熱量影響到周圍的其他正確的被動元件21。

再一方面，在本步驟中，更為了避免過高的雷射功率照射於電氣特性不正確的被動元件21′，故可將雷射光束以間斷性的方式照射於該電氣特性不正確的被動元件21′，例如利用機構式的遮蔽方式或是電子控制式的開關方式控制上述雷射光束，以提供一種間斷照射的該雷射光束於該電氣特性不正確的被動元件21′；而上述的雷射光束的照射時間等等參數條件，均可依據被動元件種類而進行控制。

步驟S103：提供一取置裝置12，其係將焊接材料210已熔化之該電氣特性不正確的被動元件21′自該印刷電路板20上取下。當電氣特性不正確的被動元件21′的焊接材料210熔化之後，該取置裝置12即可根據上述的座標位置，將該電氣特性不正確的被動元件21′自印刷電路板20上取下，同時該已熔化之焊接材料210會殘留於該印刷電路板20上。

在本具體實施例中，該取置裝置12包括一取置頭121、一收料器(圖未示)及一供料器(圖未示)，該取置頭121係用以吸取該電氣特性不正確的被動元件21′，以將其自印刷電路板20上取下，並收集於該收料器。另外，當取置頭121將該電氣特性不正確的被動元件21′取下時，上述已熔化之焊接材料210會因為毛細現象而部分殘留於該印刷電路板20上之該電氣特性不正確的被動元件21′的位置，該殘留的焊接材料210則可用以固接下一步驟之正確的被動元件21。

步驟S104：再利用該取置裝置12將一正確的被動元件21放置於該電氣特性不正確的被動元件21′的位置。因此，在本具體實施例中，該取置裝置12之該供料器係儲放有多種被動元件，該取置裝置12之取置頭121可根據該電氣特性不正確的被動元件21′的位置，由該供料器上選取相對應的、正確的被動元件21，並將其放置於上述該電氣特性不正確的被動元件21′的位置，且該正確的被動元件21之焊接腳位係連接於上述所殘留的部分之熔化的該焊接材料210。

接著步驟S105：關閉該雷射裝置11。故在此步，驟中，係將該雷射裝置11之該雷射光束予以關閉，以固化上述所殘留的部分之熔化的該焊接材料210，進而將該正確的被動元件21固定於該印刷電路板20上，即可完成該印刷電路板20的修復作業。

因此，本發明更提出一種應用於上述方法的修復系統，其包括位於上述檢知裝置10下游之雷射裝置11及位於檢知裝置10下游之取置裝置12，如第二圖所示，待修復之印刷電路板20係放置於一載送裝置13上，先經檢知裝置10進行定位、影像擷取與分析等步驟，再將電氣特性不正確的被動元件之位置資料傳輸至該修復系統；接著，該待修復之印刷電路板20由載送裝置13傳送至對應該雷射裝置11與取置裝置12的位置；再利用雷射裝置11將位置資料經CAD轉換成座標位置(但該資料轉換步驟並不限定由雷射裝置11執行)，並以雷射光束加熱上述該電氣特性不正確的被動元件21′之焊墊，同時利用取置裝置12之取置頭121將電氣特性不正確的被動元件21′由印刷電路板20上取下，並再利用取置裝置12之取置頭121將正確的被動元件21固定於該印刷電路板20上。

再者，為了避免取置裝置12與雷射裝置11在機構上的干涉，該雷射裝置11與該印刷電路板20之間係具有一傾斜的角度，以使取置裝置12可以在垂直方向上進行取件及置件的動作。

另外，當該印刷電路板20上出現多個電氣特性不正確的被動元件21′，本發明所提出之修復系統即可針對每個電氣特性不正確的被動元件21′逐項的進行修復。

綜上所述，本發明具有下列諸項優點：

1、具有相當高的經濟價值。為因應元件的高密度化，被動元件的尺寸已大幅縮減，而若上述小型化被動元件在SMT製程中出現缺陷，將導致高單價的印刷電路板必須報廢無法使用；然而本發明可針對印刷電路板上的錯誤被動元件進行修復及更換，以使原本必須報廢的印刷電路板可被重新生產、出貨，故可大幅提高生產業者的獲利。

2、另一方面，本發明利用雷射所提供的區域性、局部性的熱量，因此僅提高電氣特性不正確的被動元件的溫度，而不會影響到其周圍的正確被動元件。換言之，本發明可完全針對電氣特性不正確的被動元件進行修復、更替的作業，而不會對印刷電路板上其他元件造成不良的影響。

惟以上所述僅為本發明之較佳實施例，非意欲侷限本發明之專利保護範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之等效變化，均同理皆包含於本發明之權利保護範圍內，合予陳明。

10．．．檢知裝置

11．．．雷射裝置

12．．．取置裝置

121．．．取置頭

13．．．載送裝置

20．．．印刷電路板

21．．．正確的被動元件

210．．．焊接材料

21′．．．電氣特性不正確的被動元件

S101～S105．．．流程步驟說明

第一圖係為本發明之修復方法的流程方塊圖。

第二圖係為本發明以雷射裝置照射印刷電路板上之電氣特性不正確之被動元件之示意圖。

第二A圖係為本發明以取置裝置將印刷電路板上之電氣特性不正確之被動元件加以移除之示意圖。

第二B圖係為本發明以取置裝置將正確之被動元件放置於印刷電路板上之示意圖。。

S101～S105．．．流程步驟說明

Claims (15)

1. 一種印刷電路板上之微小化被動元件之修復方法，包括以下步驟：提供一檢知裝置及一修復系統，該修復系統包括一雷射裝置及一取置裝置，該檢知裝置係針對一印刷電路板進行分析，該印刷電路板上至少具有一個電氣特性不正確的被動元件，再將電氣特性不正確的被動元件之位置資料傳輸至該修復系統；利用該雷射裝置根據電氣特性不正確的被動元件之位置資料經資料處理步驟轉換成座標位置，並輸出一雷射光束照射於該電氣特性不正確的被動元件，以熔化該電氣特性不正確的被動元件上的焊接材料；利用該取置裝置根據該座標位置將焊接材料已熔化之該電氣特性不正確的被動元件自該印刷電路板上取下；利用該取置裝置將一正確的被動元件放置於該電氣特性不正確的被動元件的位置；以及關閉該雷射裝置，使該正確的被動元件固接於該印刷電路板上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之印刷電路板上之微小化被動元件之修復方法，其中該電氣特性不正確的被動元件係為錯件或立碑之被動元件。
3. 如申請專利範圍第1項所述之印刷電路板上之微小化被動元件之修復方法，其中該雷射裝置係局部性的照射該電氣特性不正確的被動元件，以區域性地加熱該電氣特性不正確的被動元件，使其溫度大於等於該電氣特性不正確的被動元件上的焊接材料的熔點，進而熔化該電氣特性不正確的被動元件上的焊接材料。
4. 如申請專利範圍第3項所述之印刷電路板上之微小化被動元件之修復方法，其中該焊接材料係為無鉛焊錫，而該雷射裝置之該雷射光束係區域性地加熱該電氣特性不正確的被動元件於236℃至250℃，以熔化該電氣特性不正確的被動元件上的無鉛焊錫。
5. 如申請專利範圍第1項所述之印刷電路板上之微小化被動元件之修復方法，其中在提供一雷射裝置的步驟中，係間斷性地以該雷射光束照射該電氣特性不正確的被動元件。
6. 如申請專利範圍第5項所述之印刷電路板上之微小化被動元件之修復方法，其中該雷射光束係以間斷性的遮蔽方式或以間斷式的開關方式控制，以提供間斷的該雷射光束照射該電氣特性不正確的被動元件，使該電氣特性不正確的被動元件達到預定的工作溫度。
7. 如申請專利範圍第1項所述之印刷電路板上之微小化被動元件之修復方法，其中在提供一取置裝置之步驟中，該電氣特性不正確的被動元件係被該取置裝置所取下，且殘留部分之熔化的該焊接材料於該印刷電路板上之該電氣特性不正確的被動元件的位置。
8. 如申請專利範圍第7項所述之印刷電路板上之微小化被動元件之修復方法，其中在利用該取置裝置將一正確的被動元件放置於該電氣特性不正確的被動元件的位置之步驟中，該正確的被動元件之焊接腳位係連接於上述所殘留的部分之熔化的該焊接材料。
9. 如申請專利範圍第8項所述之印刷電路板上之微小化被動元件之修復方法，其中在關閉該雷射裝置的步驟中，係將該雷射裝置之該雷射光束予以關閉，以固化上述所殘留的部分之熔化的該焊接材料，進而將該正確的被動元件固定於該印刷電路板上。
10. 一種印刷電路板上之微小化被動元件之修復系統，包括：一雷射裝置，其係根據電氣特性不正確的被動元件之位置資料經資料處理步驟轉換成的座標位置以輸出一雷射光束照射於該電氣特性不正確的被動元件，以熔化該電氣特性不正確的被動元件的焊接材料；以及一取置裝置，其係位於該雷射裝置的下游，該取置裝置係根據該座標位置將焊接材料已熔化之該電氣特性不正確的被動元件自該印刷電路板上取下，並將一正確的被動元件放置於該電氣特性不正確的被動元件的位置。
11. 如申請專利範圍第10項所述之印刷電路板上之微小化被動元件之修復系統，其中該取置裝置包括一取置頭、一收料器及一供料器，該取置頭係用以將該電氣特性不正確的被動元件自該印刷電路板上取下，並將該電氣特性不正確的被動元件回收於該收料器，且該供料器上係儲放有多種被動元件，該取置頭係用以將該正確的被動元件自該供料器上取下，並將其放置於該電氣特性不正確的被動元件的位置。
12. 如申請專利範圍第10項所述之印刷電路板上之微小化被動元件之修復系統，其中該雷射裝置與該印刷電路板之間係具有一預定角度，以避免影響該取置裝置的取件及置件的動作。
13. 如申請專利範圍第10項所述之印刷電路板上之微小化被動元件之修復系統，其中該雷射裝置係用以提供一種間斷的該雷射光束。
14. 如申請專利範圍第10項所述之印刷電路板上之微小化被動元件之修復系統，其中該雷射裝置係提供一種雷射光束，以區域性地加熱該電氣特性不正確的被動元件達236℃至250℃，進而熔化該電氣特性不正確的被動元件上的無鉛焊錫。
15. 如申請專利範圍第10項所述之印刷電路板上之微小化被動元件之修復系統，其中該修復系統係搭配有一檢知裝置。