TWI705866B

TWI705866B - 焊錫裝置及其系統控制器

Info

Publication number: TWI705866B
Application number: TW108130062A
Authority: TW
Inventors: 丁仁峰; 陳鴻文
Original assignee: 台達電子工業股份有限公司
Priority date: 2019-08-22
Filing date: 2019-08-22
Publication date: 2020-10-01
Also published as: TW202108276A

Abstract

本案係關於一種焊錫裝置，包括光源、焊錫模組、光學導引組件、感測器及迴授控制器。光源發出波段光。焊錫模組導引波段光至待焊區域加熱進行焊錫動作。光學導引組件設置於光源及焊錫模組之間並導引波段光至焊錫模組。感測器相對焊錫模組設置於光學導引組件之另一側以接收感測光束，並根據對感測光束之感測結果產生感測訊號，感測光束受光學導引組件導引至感測器。迴授控制器與感測器及光源相連接以接收感測訊號，並根據感測訊號控制光源。光學導引組件、感測器及迴授控制器整合為一系統控制器，藉此使光路同軸並緊緻焊錫模組的體積與重量。

Description

焊錫裝置及其系統控制器

本案係關於一種焊錫裝置，尤指一種焊錫模組及其系統控制器。

焊錫製程為生產電子產品的必要作業之一，隨著產品的緊緻化，以及傳統焊錫設備於機構或動作上的限制，傳統接觸式焊錫工法已無法滿足現今的需求，業界遂開發出非接觸式焊錫工法。

一般而言，現有的非接觸式焊錫工法，係以光源對待焊區域進行加熱，並以與光源同軸或非同軸之方式收集感測光束，並以感測結果及/或迴授控制對光源進行控制。

然而，不論以同軸或非同軸之方式收集感測光束，以往的焊錫模組皆是由光學組件以及焊錫相關元件一同構成，往往使得整體的體積龐大，無法使產品緊緻或微型化。其中，若以同軸收集感測光束方式，其對於光路以及光點等光學特性的調校十分複雜，需要花費相當多的時間與人力成本；而若以非同軸收集感測光束方式，其光學組件的體積會更為龐大。此外，不論以同軸或非同軸方式，因光源與焊接模組為分別獨立安裝，於長時間的運作後，便需要調校，也容易因公差或組裝問題使精度降低；此外，因焊錫模組安裝於移動載具(如機械手臂)上，使得光路系統時常因位置移動而需要相應地進行調校，十分不便。

故此，如何發展一種能改善前述習知技術缺點之焊錫模組及其系統控制器，實為目前尚待解決的問題。

本案之主要目的為提供一種焊錫模組及其系統控制器，俾解決並改善前述先前技術之問題與缺點。

本案之另一目的為提供一種焊錫模組及其系統控制器，藉由將光學導引組件、感測器及迴授控制器整合為一系統控制器，可使整體焊錫裝置更為緊緻，並使光路系統同軸，同時縮減了焊錫模組的體積與重量。

本案之另一目的為提供一種焊錫模組及其系統控制器，透過將主要元件整合為靜態之系統控制器以及動態之焊錫模組，可減低動態部分可能造成的不穩定狀況以及載具的負載，進而提升整體模組的精準度。

本案之另一目的為提供一種焊錫模組及其系統控制器，由於光學導引組件係整合至系統控制器內部，可減少移動或振動造成的光學導引組件異常移位，且因感測器受系統控制器屏蔽保護，可減少電磁干擾，增加訊號訊雜比。

為達上述目的，本案之一較佳實施態樣為提供一種焊錫裝置，包括：一光源，發出一波段光；一焊錫模組，導引該波段光至一待焊區域加熱進行一焊錫動作；一光學導引組件，設置於該光源及該焊錫模組之間，並導引該波段光至該焊錫模組；一感測器，相對該焊錫模組設置於該光學導引組件之另一側，用以接收一感測光束，並根據對該感測光束之感測結果產生一感測訊號，其中該感測光束係受該光學導引組件導引至該感測器；以及一迴授控制器，與該感測器及該光源相連接，以接收該感測訊號，並根據該感測訊號控制該光源；其中，該光學導引組件、該感測器及該迴授控制器係整合為一系統控制器。

為達上述目的，本案之另一較佳實施態樣為提供一種系統控制器，適用於與一焊錫模組進行一焊錫動作，包括：一光源，發出一波段光；一光學導引組件，設置於該光源及該焊錫模組之間，並導引該波段光至該焊錫模組，其中一待焊區域受該波段光加熱進行該焊錫動作；一感測器，相對該焊錫模組設置於該光學導引組件之另一側，用以接收一感測光束，並根據對該感測光束之感測結果產生一感測訊號，其中該感測光束係受該光學導引組件導引至該感測器；以及一迴授控制器，與該感測器及該光源相連接，以接收該感測訊號，並根據該感測訊號控制該光源。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非架構於限制本案。

請參閱第1圖及第2圖，其中第1圖係顯示本案一實施例之焊錫裝置之架構方塊圖，以及第2圖係顯示第1圖所示之焊錫裝置及其系統控制器之架構方塊圖。如第1圖及第2圖所示，根據本案之一實施例，焊錫裝置1包括光源11、焊錫模組12、光學導引組件13、感測器14及迴授控制器15，其中光學導引組件13、感測器14及迴授控制器15係整合為系統控制器16。光源11發出波段光，此處所謂之波段光係指具有一特定波長之光，該特定波長可依待焊區域17之實際需求選用之，例如雷射，但不以此為限。焊錫模組12導引波段光至待焊區域17加熱進行焊錫動作。光學導引組件13設置於光源11及焊錫模組12之間，並導引波段光至焊錫模組12。感測器14相對焊錫模組12設置於光學導引組件13之另一側，例如光學導引組件13與感測器14之間的一直線與光學導引組件13與焊錫模組12之間的另一直線相互垂直，但不以此為限。感測器14係用以接收感測光束，並根據對感測光束之感測結果產生感測訊號，其中感測光束係受光學導引組件13導引至感測器14。迴授控制器15與感測器14及光源11相連接，以接收感測訊號，並根據感測訊號控制光源11。藉此，可使光路系統同軸並縮減體積與重量。

在此實施例中，由於光學導引組件13、感測器14及迴授控制器15係整合為系統控制器16，故本案之焊錫裝置1實質上可視為僅有光源11、焊錫模組12及系統控制器16，但不以此為限。由於光源11係獨立設置於系統控制器16之外，光源11具有易於維修並更換零件之功效。

在另一些實施例中，光源亦可整合於系統控制器中。請參閱第3圖及第4圖，其中第3圖係顯示本案一實施例之焊錫裝置之架構方塊圖，以及第4圖係顯示第3圖所示之焊錫裝置及其系統控制器之架構方塊圖。如第3圖及第4圖所示，根據本案之一實施例，焊錫裝置2包括光源21、焊錫模組22、光學導引組件23、感測器24及迴授控制器25，其中光源21、焊錫模組22、光學導引組件23、感測器24及迴授控制器25係與前述實施例之光源11、焊錫模組12、光學導引組件13、感測器14及迴授控制器15相仿，於此不再贅述。惟於此實施例中，光源21、光學導引組件23、感測器24及迴授控制器25係整合為系統控制器26。透過將主要元件，即光源21、光學導引組件23、感測器24及迴授控制器25整合為靜態部分之系統控制器26以及動態部分之焊錫模組22，可減低動態部分可能造成的不穩定狀況以及降低載具的負載，進而提升整體模組的精準度。

根據本案之構想，由於光源21、光學導引組件23、感測器24及迴授控制器25係整合為單一的系統控制器26，故本案之焊錫裝置2實質上可視為僅有焊錫模組22及系統控制器26，但不以此為限。光源21及光學導引組件23可整合至系統控制器26，或是另一靜態部分的模組或裝置中，只要是可以達成與動態部分之焊錫模組分離，皆應包含在本案的構想中。正是因為光源21及光學導引組件23整合至靜態部分的系統控制器26，故可減少移動或振動造成的光學導引組件23異常移位，且因感測器24受系統控制器26屏蔽保護，可減少電磁干擾，增加訊號訊雜比 (Signal-to-noise ratio, SNR)。

請參閱第5圖，其中第5圖係顯示本案一實施例之焊錫裝置之細部架構方塊圖。如第5圖所示，根據本案之一實施例，焊錫裝置3包括光源31、焊錫模組37、光學導引組件33、感測器34及迴授控制器35，其中光源31、焊錫模組37、光學導引組件33、感測器34及迴授控制器35之基本連接關係及功能係與第3圖及第4圖所示之實施例之光源21、焊錫模組22、光學導引組件23、感測器24及迴授控制器25相仿，於此不再贅述。惟於此實施例中，光學導引組件33包括第一准直鏡331、第一耦合器332及分光元件333。其中，第一准直鏡331於波段光L之光路徑上鄰設於光源31。第一耦合器332於波段光L之光路徑上鄰設於焊錫模組37。分光元件333係設置於第一准直鏡331與第一耦合器332之間。在此實施例中，波段光L係依序受第一准直鏡331、分光元件333及第一耦合器332導引至焊錫模組37。具體而言，波段光L係受第一准直鏡331導引為平行光束，平行光束係穿透分光元件333，第一耦合器333為一准直鏡耦合器，且平行光束係受第一耦合器332聚光並導引至焊錫模組37。

在一些實施例中，焊錫模組37包括第二准直鏡371及聚焦透鏡372，且第二准直鏡371可為例如但不限於一雷射准直鏡，以及聚焦透鏡372可為例如但不限於一凸透鏡，當光源31所發出之波段光L為雷射光時，第二准直鏡371係以雷射准直鏡為較佳；另一方面，波段光亦可為X光、紫外光，且感測光束可為紅外線。在另一些實施例中，若焊錫裝置並非為光學焊錫裝置，光源亦可採用兆赫波或微波等電磁波，但不以此為限。聚焦透鏡372係鄰設於第二准直鏡371，第二准直鏡371係鄰設於第一耦合器332並設置於第一耦合器332及聚焦透鏡372之間，且波段光L係受第二准直鏡371導引及受聚焦透鏡372聚焦，對元件針腳4加熱進行焊錫動作。進一步地，待焊區域32上可包括焊盤321，焊盤321係設置於電路板5之部分表面，並於焊盤321受波段光L加熱進行焊錫動作時將元件針腳4與電路板5連接。

以下針對焊錫模組37之工作流程進行說明。在波段光L進行加熱的過程中，係先對元件針腳4及焊盤321預熱，接著因為熱的關係產生感測光束S，例如紅外線（IR），感測光束S受到導引並傳遞至感測器34。然後，感測器34回饋感測訊號至迴授控制器35，並設定目標溫度。再來，透過調整光源31的輸出功率或波長，使待焊區域32之焊料，例如焊盤321，達到熔點溫度，使元件針腳4透過焊料結合於電路板5上。

在一些實施例中，本案之光學導引組件33更包括第二耦合器334，且第二耦合器334係設置於分光元件333及感測器34之間。具體而言，本案之分光元件333係可以被設計或製造為使特定波長的光穿透，並使另一特定波長的光反射，其可以例如鍍覆多層高低折射率相間之介電層或反射層之方式實現，但不以此為限。在本案中，分光元件333係以使波段光L穿透、並反射感測光束S為佳。感測光束S係進一步受第二耦合器334聚光導引至感測器34。感測器34在接收到感測光束S後，係產生感測訊號並傳遞至迴授控制器35，且迴授控制器35根據感測訊號控制光源31。

根據本案之構想，光源31與光學導引組件33之間係以光纖連接。光學導引組件33與焊錫模組37之間係以光纖連接，且波段光與感測光束係同軸共用光學導引組件33與焊錫模組37之間之該光纖。另一方面，光學導引組件33與感測器34之間係以光纖連接為佳，但不以此為限。進一步地，感測器34與迴授控制器35之間係以訊號線連接，且迴授控制器35與光源31之間係以訊號線連接為佳，但不以此為限。

綜上所述，本案焊錫裝置提供一種焊錫模組及其系統控制器，藉由將光學導引組件、感測器及迴授控制器整合為系統控制器，可使整體裝置更為緊緻，並使光路系統同軸，同時縮減了焊錫模組的體積與重量。此外，透過將主要元件整合為靜態之系統控制器以及動態之焊錫模組，可減低動態部分可能造成的不穩定狀況以及載具的負載，進而提升整體模組的精準度。同時，由於光學導引組件係整合至系統控制器內部，可減少移動或振動造成的光學導引組件異常移位，且因感測器受系統控制器屏蔽保護，可減少電磁干擾，增加訊號訊雜比。

縱使本發明已由上述之實施例詳細敘述而可由熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

1:焊錫裝置 11:光源 12:焊錫模組 13:光學導引組件 14:感測器 15:迴授控制器 16:系統控制器 2:焊錫裝置 21:光源 22:焊錫模組 23:光學導引組件 24:感測器 25:迴授控制器 26:系統控制器 3:焊錫裝置 31:光源 32:待焊區域 321:焊盤 33:光學導引組件 331:第一准直鏡 332:第一耦合器 333:分光元件 334:第二耦合器 34:感測器 35:迴授控制器 36:系統控制器 37:焊錫模組 371:第二准直鏡 372:聚焦透鏡 4:元件針腳 5:電路板 L:波段光 S:感測光束

第1圖係顯示本案一實施例之焊錫裝置之架構方塊圖。第2圖係顯示第1圖所示之焊錫裝置及其系統控制器之架構方塊圖。第3圖係顯示本案一實施例之焊錫裝置之架構方塊圖。第4圖係顯示第3圖所示之焊錫裝置及其系統控制器之架構方塊圖。第5圖係顯示本案一實施例之焊錫裝置之細部架構方塊圖。

3:焊錫裝置

31:光源

32:待焊區域

321:焊盤

33:光學導引組件

331:第一准直鏡

332:第一耦合器

333:分光元件

334:第二耦合器

34:感測器

35:迴授控制器

36:系統控制器

37:焊錫模組

371:第二准直鏡

372:聚焦透鏡

4:元件針腳

5:電路板

L:波段光

S:感測光束

Claims

一種焊錫裝置，包括：一光源，發出一波段光；一焊錫模組，導引該波段光至一待焊區域加熱進行一焊錫動作；一光學導引組件，設置於該光源及該焊錫模組之間，並導引該波段光至該焊錫模組；一感測器，相對該焊錫模組設置於該光學導引組件之另一側，用以接收一感測光束，並根據對該感測光束之感測結果產生一感測訊號，其中該感測光束係受該光學導引組件導引至該感測器；以及一迴授控制器，與該感測器及該光源相連接，以接收該感測訊號，並根據該感測訊號控制該光源；其中，該光學導引組件、該感測器及該迴授控制器係整合為一系統控制器。
如申請專利範圍第1項所述之焊錫裝置，其中該光源、該光學導引組件、該感測器及該迴授控制器係整合為該系統控制器。
如申請專利範圍第1項所述之焊錫裝置，其中該光學導引組件包括：一第一准直鏡，於該波段光之光路徑上鄰設於該光源；一第一耦合器，於該波段光之光路徑上鄰設於該焊錫模組；以及一分光元件，設置於該第一准直鏡與該第一耦合器之間。
如申請專利範圍第3項所述之焊錫裝置，其中該波段光係依序受該第一准直鏡、該分光元件及該第一耦合器導引至該焊錫模組。
如申請專利範圍第4項所述之焊錫裝置，其中該波段光係受該第一准直鏡導引為平行光束，該平行光束係穿透該分光元件，該第一耦合器為一准直鏡耦合器，且該平行光束係受該第一耦合器聚光並導引至該焊錫模組。
如申請專利範圍第4項所述之焊錫裝置，其中該焊錫模組包括一第二准直鏡及一聚焦透鏡，該聚焦透鏡係鄰設於該第二准直鏡，該第二准直鏡係鄰設於該第一耦合器並設置於該第一耦合器及該聚焦透鏡之間，且該波段光係受該第二准直鏡導引及受該聚焦透鏡聚焦，以對一元件針腳加熱進行該焊錫動作。
如申請專利範圍第6項所述之焊錫裝置，其中該第二准直鏡為一雷射准直鏡，且該聚焦透鏡為一凸透鏡。
如申請專利範圍第6項所述之焊錫裝置，其中該光學導引組件更包括一第二耦合器，且該第二耦合器係設置於該分光元件及該感測器之間。
如申請專利範圍第8項所述之焊錫裝置，其中該分光元件係使該波段光穿透、並反射該感測光束，且該感測光束係受該第二耦合器聚光導引至該感測器。
如申請專利範圍第9項所述之焊錫裝置，其中該波段光為雷射光、X光或紫外光，且該感測光束為紅外線。
如申請專利範圍第6項所述之焊錫裝置，其中該待焊區域更包括一焊盤，該焊盤係設置於一電路板之部分表面，並於該焊盤受該波段光加熱進行該焊錫動作時將該元件針腳與該電路板連接。
如申請專利範圍第1項所述之焊錫裝置，其中該光源與該光學導引組件之間係以一光纖連接。
如申請專利範圍第1項所述之焊錫裝置，其中該光學導引組件與該焊錫模組之間係以一光纖連接，且該波段光與該感測光束係同軸共用該光纖。
如申請專利範圍第1項所述之焊錫裝置，其中該光學導引組件與該感測器之間係以一光纖連接。
如申請專利範圍第1項所述之焊錫裝置，其中該感測器與該迴授控制器之間係以一訊號線連接。
如申請專利範圍第1項所述之焊錫裝置，其中該迴授控制器與該光源之間係以一訊號線連接。
一種系統控制器，適用於與一焊錫模組進行一焊錫動作，包括：一光源，發出一波段光；一光學導引組件，設置於該光源及該焊錫模組之間，並導引該波段光至該焊錫模組，其中一待焊區域受該波段光加熱進行該焊錫動作；一感測器，相對該焊錫模組設置於該光學導引組件之另一側，用以接收一感測光束，並根據對該感測光束之感測結果產生一感測訊號，其中該感測光束係受該光學導引組件導引至該感測器；以及一迴授控制器，與該感測器及該光源相連接，以接收該感測訊號，並根據該感測訊號控制該光源。
如申請專利範圍第17項所述之系統控制器，其中光學導引組件包括：一第一准直鏡，於該波段光之光路徑上鄰設於該光源；一第一耦合器，於該波段光之光路徑上鄰設於該焊錫模組；一分光元件，設置於該第一准直鏡與該第一耦合器之間；以及一第二耦合器，設置於該分光元件及該感測器之間。
如申請專利範圍第18項所述之系統控制器，其中該焊錫模組包括一第二准直鏡與一聚焦透鏡，該聚焦透鏡係鄰設於該第二准直鏡，且該第二准直鏡係鄰設於該第一耦合器並設置於該第一耦合器及該聚焦透鏡之間。
如申請專利範圍第19項所述之系統控制器，其中該波段光係受該第一准直鏡導引為平行光束，該平行光束係穿透該分光元件，該平行光束係受該第一耦合器聚光並導引至該焊錫模組，該感測光束係受該分光元件反射，且該感測光束係受該第二耦合器聚光導引至該感測器。