TWI747767B - 自動熔焊系統及其加熱裝置 - Google Patents

Abstract

本發明為一種自動熔焊系統及其加熱裝置，其包括一載台上方設有一加熱裝置，其包括連接供電器之感應線圈，及磁指向套筒包覆感應線圈外圍，以對準電路板的焊料，當供電器供電至感應線圈時，感應線圈產生磁通導向焊料產生感應電流，磁指向套筒則提供限縮磁場範圍，縮小磁場所產生之感應電流範圍，以利指向小範圍的焊料。一搬移裝置穿設於感應線圈內，以搬移解焊的電子元件。一控制裝置連接並控制加熱裝置及搬移裝置，以執行上述預設之動作。本發明之發熱裝置指向性高且搭配電磁感應，能使單一電子元件進行解焊或焊接新的電子元件，能有效提升整體效益。

Description

自動熔焊系統及其加熱裝置

本發明有關一種涉及焊接之技術，特別是指一種自動熔焊系統及其加熱裝置。

隨著半導體技術的日益進展，半導體的技術除了令智慧型手機或多種感測器等電子產品的使用性能加提升之外，體積也被縮得越來越小，相對的在對這些電子產品進行電子元件的焊接或解焊等處理時，就需要更加細心。

然而這些電子產品的廠商在出貨前，必須對電子產品中的電子元件，如積體電路（integrated circuit，IC）進行測試，當電子元件有受損或與電路板接合不全的情況產生時，就需將其電子元件解焊，以將電子元件移除或重新焊接。

過去在對電路板上的電子元件進行解焊時，係直接手持焊槍對電子元件的焊錫加熱。焊錫融化後，再利用吸錫器將焊錫由電子元件移出，藉此將電子元件由電路板上取走。

但傳統的焊槍所產生的溫度範圍可達攝氏300度至1000度，範圍相當廣泛，且目前也沒有有效的方式可以控制焊槍的溫度，因此對於溫度較敏感的電子元件，可能因為溫度過高而受損，無疑提高了廠商的成本負擔。且焊槍發熱尖端的直徑至少有1釐米（mm），完全無法適用小至奈米的積體電路。

因此傳統手動解焊的方式，不但耗費人力，且所花費時間長，精準度低，也無法有效控制解焊的溫度，使整體效率相對較低。

有鑑於此，本發明遂針對上述習知技術之缺失，提出一種自動熔焊系統及其加熱裝置，以有效克服上述之該等問題。

本發明之主要目的在提供一種自動熔焊系統及其加熱裝置，其導磁的指向性高，同時搭配電磁感應之技術，能僅令單一小面積的焊料融化，以進行自動化熔焊或移除解焊之電子元件。

本發明之另一目的在提供一種自動熔焊系統及其加熱裝置，其磁指向套筒之導磁性佳，能有效提升電磁感應之效益，且磁指向套筒的電阻高，可避免磁指向套筒的溫度過高，避免磁指向套筒因受溫度影響導致材質脆化及喪失磁性。

為達上述之目的，本發明係提供一種自動熔焊系統，適用於加熱電路板上的焊料，以移除電路板上的電子元件。自動熔焊系統包括一載台、一加熱裝置、一搬移裝置以及一控制裝置。載台可供承載電路板，載台之一側設有加熱裝置。加熱裝置包括一供電器、一感應線圈及一磁指向套筒。供電器連接感應線圈，磁指向套筒則包覆感應線圈外圍，磁指向套筒對準電路板之焊料，當供電器供電至感應線圈時，磁指向套筒可令感應線圈產生之磁通集中於磁指向套筒前端開口範圍，以導磁至焊料產生感應電流，以加熱焊料。搬移裝置穿設於感應線圈內側，以搬移電子元件。控制裝置連接並控制加熱裝置、搬移裝置，並執行上述預設之動作。

在本實施例中，載台設置在一第一移動裝置上，第一移動裝置連接並接收控制裝置之控制移動載台。搬移裝置設置在一第二移動裝置上，第二移動裝置連接並接收控制裝置之控制移動搬移裝置。

在本實施例中，加熱裝置更包括一導磁片同軸磁指向套筒，且位於載台相對於加熱裝置的另一側。

本發明之再一目的在提供一種自動熔焊系統，其能自動化檢測出受損的電子元件，並自動對該電子元件進行解焊及移除之動作。

為達上述之目的，在本實施例中，自動熔焊系統更包括一取像裝置設置於一第三移動裝置上，且取像裝置連接並接收控制裝置之控制。取像裝置可擷取電路板影像並傳遞至控制裝置，令控制裝置根據電路板影像辨識出受損的電子元件，控制裝置並擷取電子元件之電子元件位置資訊以及電子元件固定方向資訊，以根據電子元件位置資訊控制第一移動裝置移動載台，令加熱裝置及搬移裝置對準受損的電子元件之位置，以對受損的電子元件進行解焊。

本發明之又一目的在提供一種自動熔焊系統，能將新的電子元件焊回，可大幅提升晶片良率檢測及電路板修補的效率，相對的也提升了出貨的效率。

為達上述之目的，在本實施例中，自動熔焊系統更包括一修復模組，包括一電子元件供應裝置，連接控制裝置，以供應新電子元件。一元件轉正相機連接控制裝置。一元件調整裝置連接控制裝置，以接收控制裝置之控制擷取新電子元件至元件轉正相機之鏡頭前，令元件轉正相機拍攝新電子元件，產生一新電子元件影像至控制裝置，控制裝置比對新電子元件影像與電子元件固定方向資訊，以根據電子元件固定方向資訊，產生方向調整訊號至元件調整裝置，使其調整新電子元件之轉向。一第四移動裝置連接控制裝置，以接收控制裝置之控制移動元件調整裝置，控制裝置根據電子元件位置資訊控制第四移動裝置，將新電子元件安裝到受損電子元件的位置。

在本實施例中，加熱裝置更包括一導磁片設置於載台相對於加熱裝置的另一側，且同軸磁指向套筒。

在本實施例中，自動熔焊系統更包括一距離感測器，相鄰加熱裝置設置，且連接控制裝置，以接收控制裝置之控制量測與電子元件的相對距離，產生一距離資訊，當距離資訊小於一預設距離資訊時，控制裝置控制第二移動裝置停止接近電子元件。

在本實施例中，第二移動裝置、加熱裝置及搬移裝置設置在第三移動裝置上。

在本實施例中，磁指向套筒為鐵基非晶體磁指向套筒或軟性鐵氧體磁指向套筒。

在本實施例中，磁指向套筒為錐狀磁指向套筒，其尖端的直徑至少2公厘(mm)。

在本實施例中，感應線圈為銅管感應線圈。

在本實施例中，搬移裝置為真空吸嘴。

在本實施例中，感應線圈為螺旋狀感應線圈。

在本實施例中，自動熔焊系統更包括一噴氣裝置連接控制裝置，噴氣裝置連通搬移裝置的吸嘴管，噴氣裝置接收控制裝置噴出惰性氣體至搬移裝置的吸嘴管。

另外，本發明更提供一種加熱裝置，適用於加熱電路板上的焊料，加熱裝置包括一供電器、一感應線圈以及一磁指向套筒。供電器連接感應線圈，磁指向套筒包覆感應線圈外圍，磁指向套筒對準電路板上的焊料，當供電器供電至感應線圈時，磁指向套筒集中感應線圈產生之磁通，以導磁至該焊料產生電磁感應，以加熱焊料進行解焊。

在本實施例中，磁指向套筒可為鐵基非晶體磁指向套筒或軟性鐵氧體磁指向套筒。

在本實施例中，磁指向套筒為錐狀磁指向套筒，且該磁指向套筒尖端的直徑為至少2公厘(mm)。

在本實施例中，感應線圈為銅管感應線圈。

在本實施例中，加熱裝置更包括一導磁片同軸磁指向套筒設置。

在本實施例中，感應線圈為螺旋狀感應線圈。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

首先說明本發明之自動熔焊系統1之結構，請參照第一圖至第三圖，自動熔焊系統1包括一機台10上設有一載台20、一加熱裝置30、一搬移裝置40、一控制裝置50、一取像裝置60、一距離感測器70、一修復模組80以及一噴氣裝置90。機台10上且位於載台20前方設有複數個廢料桶12，用以容置受損的電子元件。控制裝置50可為電腦，其可應用可程式化邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）操控，以連接載台20、加熱裝置30、搬移裝置40、取像裝置60、距離感測器70、修復模組80以及噴氣裝置90，並控制載台20、加熱裝置30、搬移裝置40、取像裝置60、距離感測器70以及修復模組80之作動。

請持續參照第一圖至第三圖，載台20為一平台可供承載電路板22，電路板22為可焊接電子元件的電路板，如印刷電路板（Printed circuit board，PCB）。載台20設置在一第一移動裝置24上，第一移動裝置24包括x軸移動軌道240及y軸移動軌道242，透過控制裝置50的控制，能令載台20在x軸及y軸上任意移動。

請配合參照第一圖至第五圖，加熱裝置30設置於載台20之一側，在本實施例中，加熱裝置30位於載台20的上方，且加熱裝置30設置在一第三移動裝置62上，第三移動裝置62包括一z軸移動軌道620，以控制加熱裝置30在載台20的上方相對於載台20上下移動。如第四圖與第五圖所示，加熱裝置30包括一供電器32、一感應線圈34以及一磁指向套筒36。供電器32連接控制裝置50，供電器32接收控制裝置50之控制。感應線圈34連接供電器32，在本實施例中，感應線圈34為螺旋狀感應線圈，材質為銅管感應線圈。磁指向套筒36包覆感應線圈34，且磁指向套筒36為錐狀磁指向套筒，錐狀磁指向套筒尖端對準電路板22上的焊料，當供電器32供電至感應線圈34時，磁指向套筒36可集中感應線圈34產生之磁通，以導磁至焊料產生電磁感應，以加熱焊料使焊料熔化。在本實施例中，錐狀磁指向套筒的尖端開口之直徑為至少2公厘(mm)，當然尖端開口之直徑可隨加熱目標範圍更動，並不僅以上述至少2公厘(mm)為限制。錐狀磁指向套筒36的設計可準確對準電路板20中的其中一微米大小焊孔上的焊料加熱，以集中並限制感應線圈34之磁通的範圍，能提升對準焊料的精準度。除此之外，磁指向套筒36為鐵基非晶體磁指向套筒或軟性鐵氧體磁指向套筒等具有高電阻率，高導磁性的材料，並不僅以上述鐵基非晶體或軟性鐵氧體的材料，只要導磁率介於1500μ~2500μ之間，就能有效提升電磁感應之效益，且使用鐵基非晶體磁指向套筒或軟性鐵氧體磁指向套筒等電阻高的材料，可避免磁指向套筒36溫度過高，最高工作溫度僅達攝氏160℃上下度，能避免電子元件溫度過高而受損。

請持續配合參照第四圖與第五圖。搬移裝置40穿設於感應線圈34內側，搬移裝置40可為真空吸嘴，其包括有一吸嘴管44，搬移裝置40提供搬移電子元件。如圖所示，搬移裝置40設置在第二移動裝置31上，第二移動裝置31包括一z軸移動軌道310，以控制搬移裝置40移動在載台20的上方相對於載台20上下移動。在本實施例中，搬移裝置40上提供套設有一緩衝彈簧42，可在電子元件因加熱裝置30受熱膨脹而觸碰到搬移裝置40時，緩衝彈簧42能給予緩衝的作用，避免搬移裝置40強壓電子元件，以致電子元件損壞。

請配合參照第三圖，其中搬移裝置40的吸嘴管44更連通噴氣裝置90，在未繪製的實施例中，噴氣裝置90可安裝在供電器32之一側，並使噴氣裝置90的排氣口連通搬移裝置40的吸嘴管44，令噴氣裝置90接收控制裝置50的控制，以噴出惰性氣體至搬移裝置40的吸嘴管44。

請持續配合參照第三圖至第五圖，取像裝置60可為攝影機。取像裝置60連接並接收控制裝置50之控制，且取像裝置60與加熱裝置30一併設置在一第三移動裝置62上，第三移動裝置62接收控制裝置50的控制，令取像裝置60在載台20的上方在z軸上下移動。除此之外，在本實施例中，第二移動裝置31亦設置在第三移動裝置62上。

距離感測器70相鄰加熱裝置30設置，距離感測器70亦設置在第三移動裝置62上，且連接控制裝置50，以接收控制裝置50之控制量測與電子元件的相對距離，產生一距離資訊，當距離資訊小於一預設距離資訊，如小於100微米（µm）時，控制裝置50控制第三移動裝置62，令加熱裝置30停止接近電子元件。

請回復參照第一圖至第三圖，修復模組80包括一電子元件供應裝置82、一元件轉正相機84、一元件調整裝置86以及一第四移動裝置88。電子元件供應裝置82連接控制裝置50，以接收控制裝置50的控制供應新電子元件。元件轉正相機84為攝影裝置，連接控制裝置50，以接收控制裝置50之控制進行拍攝。元件調整裝置86為可轉向的真空吸嘴，元件調整裝置86連接控制裝置50，以接收控制裝置50之控制擷取新電子元件至元件轉正相機84之鏡頭前，令元件轉正相機84拍攝新電子元件，產生一新電子元件影像至控制裝置50，使控制裝置50比對新電子元件影像調整新電子元件之轉向，以吻合安裝新電子元件所需的方向。第四移動裝置88設置在機台10上且連接控制裝置50，以接收控制裝置50之控制移動元件調整裝置86，第四移動裝置88包括一x軸移動軌道880，以提供元件調整裝置86進行x軸向的移動，令控制裝置50控制第四移動裝置88，將新電子元件安裝到受損電子元件的位置。

上述實施例係用以應用在印刷電路板（Printed circuit board，PCB）的解焊，但當電路板為柔性和輕質聚酯（PET）基板時，則無法透過本實施例的加熱裝置30產生導磁加熱。此時可在載台20相對於加熱裝置30的另一側，也就是載台20的下方設置一導磁片（圖中未示）。在本實施例中，導磁片固定在機台10上，並同軸磁指向套筒36，以強制引導磁力線通過電子元件，以加熱焊料。其餘結構與上述實施例相同，故不再重複敘述。

在敘述完本實施例自動熔焊系統1之結構，為使能更了解自動熔焊系統1，接續說明本實施例之自動熔焊系統1之使用狀態，以及如何達到解焊將電子元件搬移，或將新電子元件焊回進行自動修復之功效。

請持續參照第一圖至第五圖，以說明自動熔焊系統1之在進行解焊的狀態。首先控制裝置50控制第一移動裝置24將載台20移動至取像裝置60的下方的位置。

接著控制裝置50控制第三移動裝置62的z軸移動軌道620，調整令取像裝置60相對於載台20上下移動，藉此調整取像裝置60的焦距後，控制裝置50即可控制取像裝置60拍攝載台20上電路板22的電路板影像，取像裝置60將電路板影像傳遞給控制裝置50，令控制裝置50根據電路板影像辨識出受損的電子元件，使控制裝置50擷取受損的電子元件之電子元件位置資訊以及電子元件固定方向資訊。

控制裝置50再控制第一移動裝置24，以根據電子元件位置資訊調整載台20的位置，令加熱裝置30對準受損的電子元件，此時控制裝置50即可控制第三移動裝置62之z軸移動軌道620將加熱裝置30往下移動，以接近受損的電子元件。由於第三移動裝置62上設有距離感測器70，因此距離感測器70能持續偵測與電子元件的相對距離，產生一距離資訊，當距離資訊小於一預設距離資訊如500微米(um)或以下至0微米(um)以上時，控制裝置控制第三移動裝置62，以停止加熱裝置30接近電子元件。此時控制裝置50再控制加熱裝置30之供電器32發電，使感應線圈34產生一高頻磁場，發出電磁波，同時搭配磁指向套筒36，能與電子元件上的可導磁性焊料產生感應電流，如錫焊料產生電磁感應，使焊料加熱融化。

最後控制裝置50控制第二移動裝置31，移動搬移裝置40擷取解焊的受損電子元件，並移動至機台10上的廢料桶12將受損的電子元件丟棄，以完成解焊的工作。

除此之外，自動熔焊系統1更可自動將新的電子元件焊回，以進行修復的動作。在焊回電子元件時，控制裝置50控制修復模組之電子元件供應裝置82，以供應新電子元件。接著控制裝置50控制第四移動裝置88，以將元件調整裝置86移動至電子元件供應裝置82，以擷取新電子元件至元件轉正相機84之鏡頭前，提供元件轉正相機84拍攝新電子元件，產生一新電子元件影像至控制裝置50。控制裝置50比對新電子元件影像與電子元件固定方向資訊，以根據電子元件固定方向資訊，產生方向調整訊號至元件調整裝置86，使其調整新電子元件之轉向。簡單來說，就是將調整新電子元件的方向，使新電子元件的方向與受損電子元件的安裝方向相同。最後控制裝置50並根據電子元件位置資訊控制第四移動裝置88的x軸移動軌道880，使元件調整裝置86移動，控制裝置50再根據電子元件位置資訊控制第一移動裝置24，移動載台20的y軸位置，以將新電子元件安裝到受損電子元件的位置，並控制第三移動裝置62移動加熱裝置30接近新電子元件的焊料進行焊接，以完成修復的動作。在安裝新電子元件的同時，控制裝置50同時控制噴氣裝置90噴出惰性氣體，如噴出氮氣至搬移裝置40的吸嘴管44，令氮氣由吸嘴管44排出，以穩定安裝電子元件的環境。

綜上所述，本發明能自動化檢測出受損的電子元件，並自動對該電子元件進行解焊及移除之動作，同時能將新的電子元件焊回，可大幅提升晶片良率檢測及電路板修補的效率，相對的也提升了出貨的效率。除此之外，本發明加熱裝置的導磁指向性高，同時搭配電磁感應之技術，能僅令單一小面積的焊料融化，以進行焊接或能自動移除解焊之電子元件。尤其磁指向套筒之導磁性佳，能有效提升電磁感應之效益，且電阻高可避免磁指向套筒溫度過高，避免磁指向套筒因受溫度影響導致材質脆化及喪失磁性。

唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

1:自動熔焊系統

10:機台

12:廢料桶

20:載台

22:電路板

24:第一移動裝置

240:x軸移動軌道

242:y軸移動軌道

30:加熱裝置

31:第二移動裝置

310:z軸移動軌道

32:供電器

34:感應線圈

36:磁指向套筒

40:搬移裝置

42:緩衝彈簧

44:吸嘴管

50:控制裝置

60:取像裝置

62:第三移動裝置

620:z軸移動軌道

70:距離感測器

80:修復模組

82:電子元件供應裝置

84:元件轉正相機

86:元件調整裝置

88:第四移動裝置

880:x軸移動軌道

90:噴氣裝置

第一圖係為本發明自動熔焊系統立體圖。 第二圖係為本發明自動熔焊系統側視圖。 第三圖係為本發明自動熔焊系統方塊圖。 第四圖係為本發明加熱裝置立體圖。 第五圖係為本發明加熱裝置剖視圖。

1:自動熔焊系統

10:機台

12:廢料桶

24:第一移動裝置

30:加熱裝置

31:第二移動裝置

40:搬移裝置

50:控制裝置

60:取像裝置

62:第三移動裝置

70:距離感測器

80:修復模組

Claims (18)

1. 一種自動熔焊系統，適用於加熱電路板上的焊料，以移除該電路板上的電子元件，該自動熔焊系統包括：一載台，以承載該電路板；一加熱裝置，設置於該載台之一側，該加熱裝置包括：一供電器；一感應線圈，連接該供電器；及一磁指向套筒，包覆該感應線圈，該磁指向套筒對準該電路板上的該焊料，該供電器供電至該感應線圈時，該磁指向套筒集中該感應線圈產生之磁通，以導磁至該焊料產生電磁感應，以加熱該焊料；一搬移裝置，穿設於該感應線圈內側，以搬移該電子元件；一控制裝置，連接並控制該加熱裝置及該搬移裝置，並執行上述之動作；一第三移動裝置，連接並接受該控制裝置之控制；以及一取像裝置，設置於該第三移動裝置上，且該取像裝置連接並接收該控制裝置之控制，該取像裝置可擷取該電路板以獲得一電路板影像，並傳遞該電路板影像至該控制裝置；其中，該控制裝置根據該電路板影像辨識出受損的該電子元件；該控制裝置辨識受損的該電子元件之電子元件位置資訊以及電子元件固定方向資訊；該控制裝置根據該電子元件位置資訊，控制該第一移動裝置移動該載台，令該加熱裝置及該搬移裝置對準受損的該電子元件之位置，以對受損的該電子元件進行解焊。
2. 如請求項1所述之自動熔焊系統，其中該載台設置在一第一移動裝置上，該第一移動裝置連接並接收該控制裝置之控制，以移動該載台；其 中該搬移裝置設置在一第二移動裝置上，該第二移動裝置連接並接收該控制裝置之控制，以移動該搬移裝置。
3. 如請求項1所述之自動熔焊系統，更包括一修復模組，包括：一電子元件供應裝置，連接該控制裝置，以供應新電子元件；一元件轉正相機，連接該控制裝置；一元件調整裝置，連接該控制裝置，以接收該控制裝置之控制並據以擷取該新電子元件至該元件轉正相機之鏡頭前，該控制裝置控制該元件轉正相機拍攝該新電子元件，產生一新電子元件影像至該控制裝置，該控制裝置比對該電子元件影像與該電子元件固定方向資訊，以根據該電子元件固定方向資訊，產生方向調整訊號至該元件調整裝置，使其調整該新電子元件之轉向；及一第四移動裝置，連接該控制裝置及該元件調整裝置，以接收該控制裝置之控制，以移動該元件調整裝置，該控制裝置根據該電子元件位置資訊控制該第四移動裝置，將該新電子元件安裝到受損該電子元件的位置。
4. 如請求項2所述之自動熔焊系統，其中該第二移動裝置、該加熱裝置及該搬移裝置設置在該第三移動裝置上。
5. 如請求項1所述之自動熔焊系統，更包括一距離感測器設置在該第三移動裝置上，相鄰該加熱裝置設置，且連接該控制裝置，以接收該控制裝置之控制，並量測該距離感測器與該電子元件的相對距離，產生一距離資訊，當該距離資訊小於一預設距離資訊時，該控制裝置控制該第三移動裝置，令該加熱裝置停止接近該電子元件。
6. 如請求項1所述之自動熔焊系統，其中該加熱裝置更包括一導磁片設置於該載台相對於該加熱裝置的另一側，且該導磁片同軸該磁指向套筒。
7. 如請求項1所述之自動熔焊系統，其中該磁指向套筒為鐵基非晶體磁指向套筒或軟性鐵氧體磁指向套筒。
8. 如請求項1所述之自動修復解焊系統，其中該磁指向套筒為錐狀磁指向套筒，其尖端的直徑為至少2公厘(mm)。
9. 如請求項1所述之自動熔焊系統，其中該感應線圈為銅管感應線圈。
10. 如請求項1所述之自動熔焊系統，其中該搬移裝置為真空吸嘴，其包括一吸嘴管。
11. 如請求項1所述之自動熔焊系統，其中該感應線圈為螺旋狀感應線圈。
12. 如請求項10所述之自動熔焊系統，更包括一噴氣裝置連接該控制裝置，該噴氣裝置連通該搬移裝置的該吸嘴管，該噴氣裝置接收該控制裝置噴出惰性氣體至該吸嘴管。
13. 一種加熱裝置，適用於加熱電路板上的焊料，該加熱裝置包括：一供電器；一感應線圈，連接該供電器；以及一磁指向套筒，包覆該感應線圈外圍，磁指向套筒對準該電路板上的該焊料，在該供電器供電至該感應線圈時，該磁指向套筒集中該感應線圈產生之磁通，以導磁至該焊料產生電磁感應，以加熱該焊料。
14. 如請求項13所述之加熱裝置，其中該磁指向套筒為鐵基非晶體磁指向套筒或軟性鐵氧體磁指向套筒。
15. 如請求項13所述之加熱裝置，其中該磁指向套筒為錐狀磁指向套筒，其尖端的直徑可為至少2公厘(mm)。
16. 如請求項13所述之加熱裝置，其中該感應線圈為銅管感應線圈。
17. 如請求項13所述之加熱裝置，更包括一導磁片同軸該磁指向套筒設置。
18. 如請求項13所述之加熱裝置，其中該感應線圈為螺旋狀感應線圈。

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