TWI806524B - 電子裝置的焊接設備 - Google Patents

Abstract

本發明的電子裝置的焊接設備包括一基座、一焊接裝置、一取放裝置及一支撐裝置。基座包括一頂面、一底面、一通口及二軌道。二軌道位在頂面並配置於通口的二相對側。焊接裝置位在底面，並用以對通口投射一焊接光束。取放裝置位在頂面，並用以拾取及轉置半導體元件。支撐裝置位在頂面，且包括一中空座體及一支撐台。中空座體連接二軌道。支撐台連接中空座體，且包括一工作窗。工作窗用以承載一電路基板，且允許焊接光束穿透。取放裝置將半導體元件轉置接觸電路基板的導電線路，並透過焊接光束使導電線路與半導體元件焊接在一起。

Description

電子裝置的焊接設備

本發明與焊接設備有關，特別是指一種電子裝置的焊接設備。

傳統電子裝置的焊接製程通常是採用過錫爐的方式，以讓被焊接元件(例如半導體元件)焊接到電路基板上。但隨著半導體製程進步，半導體元件的尺寸逐步縮減，過錫爐的方式恐不易形成良好的焊接結果，甚至造成半導體元件短路。

此外，另一種焊接製程是以雷射光束進行焊接，但受限於承載基座的表面是不透光結構，因此，雷射光束焊接技術通常是從基板的頂面投射雷射光束在電路基板及半導體元件的接合處以使兩者焊接在一起。但隨著相鄰半導體元件的間隙越來越窄，無可避免的，當雷射光束對電路基板上半導體元件進行焊接，雷射光束會穿過半導體元件才照射在電路基板，如此，半導體元件可能受到雷射光束影響而被損壞，導致產品良率被降低。

此外，當取放裝置的取放平面與晶圓或料盤存在傾斜角度偏差時，會造成取放裝置平面與料盤有區域性的相對高度差異，同理當取放裝置的取放平面與電路基板存在角度差異時，會造成導電線路位置相較於取放裝置拾取的半導體元件的電極位置存在區域性的相對高度差異，即使微小相對的高度差異，對於微尺寸的半導體元件進行大量轉移、貼合或焊接會發生顯著的影響， 例如拾取時，相對高度較低的半導體元件被拾取，而相對高度較高的半導體元件未被拾取，或者，貼合時，半導體元件與導電線路表面之間的相對高度較小者已被貼合，而導電線路表面與半導體元件之間相對高度較大者卻未被貼合，導致最終產品良率仍然偏低。

有鑑於上述缺失，本發明的電子裝置的焊接設備可有效率地減少各裝置(模組)移動地次數，進而達到縮短移動時間。再者，本發明的電子裝置的焊接設備是從電路基板的底部進行焊接，因此，焊接光束不會穿過半導體元件，來避免半導體元件損壞。

為了解決上述缺失，本發明的電子裝置的焊接設備包括一基座、一焊接裝置、一取放裝置及一支撐裝置。基座包括一頂面、一底面、一通口及二軌道。通口貫穿頂面及底面。二軌道位在頂面並配置於通口的二相對側。焊接裝置連接基座，且位在底面，並用以對通口投射一焊接光束。取放裝置連接基座，且位在頂面，並用以拾取及轉置半導體元件。支撐裝置位在基座的頂面，且包括一中空座體及一支撐台。中空座體連接二軌道，且包括連通通口的中空通道。支撐台連接中空座體，且包括一工作窗。工作窗用以承載一電路基板，且允許焊接光束穿透。其中，電路基板包括一導電線路。取放裝置將半導體元件轉置到電路基板的導電線路上，以使半導體元件與導電線路接觸，焊接光束穿透中空通道及工作窗，使導電線路與半導體元件焊接在一起。

如此，本發明的電子裝置的焊接設備可透過工作窗承載電路基板，並透過位在基座的頂面的取放裝置來取得半導體元件及將被取得的半導體 元件轉移到電路基板，接著透過位在基座的底面的焊接設備對電路基板投射焊接光束，以使半導體元件及電路基板焊接在一起。其中，工作窗除了承載電路基板外也允許焊接光束穿透，因此，焊接光束只要對電路基板的導電線路或半導體元件的電極加熱即可讓貼合在導電線路的半導體元件產生焊接效果，進而讓貼合半導電線路的導體元件焊接在一起，並可避免半導體元件損壞。

10:焊接設備

11:基座

111:頂面

113:底面

115:軌道

117:來料軌道

119:通口

13:焊接裝置

15:取放裝置

151:升降模組

153:力感測模組

155:中繼模塊

1551:頂面

1553:底面

157:取放頭

1571:取放面

159:調整件

1591:固定螺絲

15911:頭部

15913:連接部

1593:中空墊片

1595:調整單元

15951:螺紋段

15953:中空管體

17:支撐裝置

171:中空座體

1711:中空框

1713:延伸部

1715:中空通道

173:支撐台

1731:工作窗

1733:本體

1735:中空安裝部

1737:結合部

1739:調整件

175:轉軸

177:驅動模組

1771:氣壓缸

1773:馬達

19:來料裝置

191:料盤

30:電子裝置

31:電路基板

311:導電線路

33:半導體元件

有關修補設備的詳細構造、特點與其製作方法將於以下的實施例予以說明，然而，應能理解的是，以下將說明的實施例以及圖式僅只作為示例性地說明，其不應用來限制本發明的申請專利範圍，其中：圖1是本發明的焊接裝置的立體示意圖。

圖2是圖1中本發明的焊接裝置的前視圖。

圖3是圖1中的基座及支撐裝置的爆炸示意圖。

圖4是圖1中支撐裝置的後側視圖，以顯示驅動模組的配置。

圖5是圖1中支撐裝置的俯視圖。

圖6是圖1中取放裝置的局部放大圖。

圖7是圖6中取放裝置的中繼模塊、取放頭及調整件的剖視示意圖。

圖8是透過本發明焊接裝置將電路基板及半導體元件焊接完成的產品示意圖。

為了清楚地說明本發明實施例或習知技術中的技術方案，隨後對照附圖說明本發明的具體實施例。顯而易見地，隨後描述中的附圖僅僅是本發 明的一些實施例，對於本領域通常知識者來講能輕易根據這些附圖獲得其他的附圖，並獲得其他的實施例。

為使圖面簡潔，各圖式中只示意性地表示出了與發明相關的部分，它們並不代表其作為產品的實際結構。另外，為使圖面簡潔便於理解，在有些圖中具有相同結構或功能的部件，僅示意性地繪示了其中的一個，或僅標出了其中的一個。在本文中，“一個”不僅表示“僅此一個”，也可以表示“多於一個”的情形。

在本文中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的通常技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

如圖1及圖2所示，本發明的電子裝置的焊接設備10包括一基座11、一焊接裝置13、一取放裝置15及一支撐裝置17。焊接裝置13、取放裝置15及支撐裝置17被安裝在基座11上，其中，圖中為了清楚識別各裝置的配置，因此，基座11的部分結構被省略。

基座11包括一頂面111、一底面113及二軌道115。二軌道115設置在頂面111，且間隔並排。

焊接裝置13連接基座11，且位在底面113，並用以自基座11的底面113向上投射一焊接光束。焊接裝置13可相對底面113運行前、後、左、右移動及升降移動。本實施例中，焊接光束是選用雷射光。

取放裝置15連接基座11，且位在頂面111。本實施例中，取放裝置15是藉由龍門連接基座11，取放裝置15可在頂面111上左右移動。其他實施例中，取放裝置15可藉由其他裝置來移動，例如龍門可以前後移動，來擴大取放裝置可移動的範圍。

支撐裝置17位在基座11的頂面111，且包括一中空座體171及一支撐台173。中空座體171連接第二軌道115。支撐台173連接中空座體171，且包括一工作窗1731。工作窗1731用以承載一電路基板(圖中未繪示)，且允許焊接光束穿透，以對電路基板進行焊接。工作窗1731的材質選用自玻璃、石英、藍寶石等透明材料，以供焊接光束穿透，穿透率較佳是大於80%，以提高焊接效率及減少能源損耗。其他實施例中，工作窗1731會隨著選用的焊接光束特性來選用對應的材料，以維持較高的穿透率。

電路基板包括導電線路及形成在導電線路的銲墊，取放裝置15將半導體元件的電極對應接觸銲墊，焊接光束通過工作窗對導電線路加熱，以使銲墊及電極焊接在一起。

焊接光束對導電線路加熱包括二種方式，一種是直接加熱銲墊的位置，另一種是加熱銲墊附近的導電線路，以使熱能傳遞至銲墊來進行焊接。

本實施例中，電子裝置的焊接設備10還包括一來料裝置19。基座11包括二來料軌道117，設置在頂面111。來料裝置19連接來料軌道117，並可沿著來料軌道117前後移動。來料裝置19用以承載半導體元件。

如圖3所示，電路基板是以玻璃基板為例，半導體元件是以LED為例，LED的尺寸可以是微型結構，本實施例的電子裝置是以自發光面板為例。基板需要紅色、藍色、綠色三種顏色光線的半導體元件。因此，來料裝置19會有 三個料盤191，以承載產生不同顏色光線的LED。其他實施例中，來料裝置19的料盤191可以較少，例如一個或兩個。

基座11包括一通口119，通口119貫通頂面111及底面113。二軌道115被配置在通口119的二相對側，且從頂面111的前側邊延伸至後側邊。中空座體171包括中空框1711及自中空框1711向外側延伸的一延伸部1713，延伸部1713位在軌道115上。本實施例中，中空框1711的俯視形狀概成矩形。中空框1711具有與通口119相連通的一中空通道1715。

支撐台173包括一本體1733及一中空安裝部1735。中空安裝部1735設置於本體1733上，且供固定設置工作窗1731。其中，焊接光束是穿過通口119、中空通道1715及工作窗1731，以對電路基板及半導體元件進行焊接作業。

支撐裝置17包括一轉軸175及一驅動模組177。轉軸175連接中空座體171及支撐台173的本體1733，且位在中空框1711的一側邊。驅動模組177連接中空座體171，且位在中空框1711的另一側邊。該側邊與該另一側邊是垂直關係。支撐台173包括結合部1737，本實施例中，共有六個結合部1737，該圖的其中三個結合部1737是被遮擋，而未顯示於圖中。結合部1737連接本體1733，且分別間隔面對中空座體171的中空框1711，結合部1737位在中空框1711的外側。驅動模組177連接其中一結合部1737，以帶動被連接的結合部1737而使支撐台173以轉軸175為軸轉動。本實施例中，支撐台173是以小幅度轉動，以調整支撐台173上的電路基板的定位，來順應取放裝置所取得的半導體元件的電極位置。

如圖4所示，驅動模組177包括一氣壓缸1771及一馬達1773。馬達1773連接被連接的結合部1737，且位在被連接的結合部1737的一側，以推或拉被 連接的結合部1737，氣壓缸1771透過氣體驅動，用以推抵被連接的結合部1737的另一側。結合部1737的一側及另一側是相背對。

在本實施例中，當馬達1773沒有出力時，馬達1773支撐結合部1737的力量與氣壓缸1771的推力平衡，支撐台173是保持不動。當馬達1773產生向右的推力時，氣壓缸1771的推力小於馬達1773的推力，致使支撐台173是向右位移轉動。當馬達1773產生向左的拉力時，氣壓缸1771的推力順勢將結合部1737向左推，致使支撐台173是向左位移轉動。馬達1773的力是透過運轉產生。

如圖5所示，支撐台173包括四個調整件1739，四調整件1739連接本體1733及中空安裝部1735，且分別位在中空安裝部1735的四個側邊，每個調整件1739可以個別調整本體1733及中空安裝部1735的相對位置。換言之，透過調整件1739來改變中空安裝部1735相對本體1733的傾斜狀態，進而間接改變工作窗1731的傾斜度。

其他實施例中，調整件1739也可以連接工作窗1731及中空安裝部1735，而實現直接調整工作窗1731的傾斜度。

如圖6所示，取放裝置15包括一升降模組151、一力感測模組153、一中繼模塊155、一取放頭157及多個調整件159。升降模組151是沿著軌道向上或向下移動。力感測模組153連接升降模組151及中繼模塊155。升降模組151用以對力感測模組153及中繼模塊155施力，力感測模組153用以感測施力的力量。調整件159連接取放頭157及中繼模塊155。取放頭157包括一取放面1571，取放面1571可以是平面、或起伏表面，取放頭157用以拾取半導體元件，拾取的方式可透過真空吸力、靜電力、黏貼力。調整件159用以調整取放面1571的傾斜度。其中，在取放面1571接觸半導體元件時透過力感測模組153感應力量的結果來調整升降 模組151給予力量或壓力，以取得被接觸的半導體元件，或者，半導體元件接觸電路基板時透過力感測模組153感應力量的結果來調整升降模組151給予力量或壓力，以讓半導體元件的電極確實貼合電路基板的導電線路。其他實施例中，取放裝置15為了正確拿取及放置半導體元件通常會透過視覺模組(例如CCD)來進行對位，以提高製程效率。

本實施例中，圖5中調整件1739及圖6中調整件159是相同結構及組成，且可調整的距離是微小的，約在0-200微米(um)。隨後以圖6的其中一調整件159的剖視圖來做說明，如圖7所示。中繼模塊155包括一頂面1551及一底面1553。調整件159包括一固定螺絲1591、一中空墊片1593及一調整單元1595。固定螺絲1591包括一頭部15911及一連接部15913。連接部15913自頭部15911向外徑向突伸。調整單元1595包括一螺紋段15951及一中空管體15953。外螺紋段15951形成於中空管體15953的外表面，且螺接中繼模塊155。

頭部15911及中空墊片1593位在中繼模塊155的頂面1551。連接部15913穿過中空墊片1593及調整單元1595的中空管體15953，並連接取放頭157。中空管體15953的末端抵靠取放頭157。中空墊片1593位在固定螺絲1591的頭部15911及中繼模塊155之間。連接部15913的尾段有外螺紋，以與取放頭157連接，來鎖緊中繼模塊155及取放頭157。

如此，透過調整各中空管體15953的末端突伸的長度就能調整中繼模塊155及取放頭157的相對位置，進而實現調整取放頭157的取放面1571傾斜，以使取放面1571的傾斜狀態與料盤或電路基板的傾斜狀態一致。因此，在拾取料盤中的半導體元件時，可順應半導體元件的排列及元件的厚度分布高度情況來改變取放面的傾斜，而實現較正確的拾取。

相同地，支撐台173也可透各調整件1739的中空管體來改變本體1733及中空安裝部1735的相對位置，進而實現調整工作窗1731傾斜。其中，對應圖7，本體1733可對應中繼模塊155的位置，中空安裝部1735可對應取放頭157。

本發明的電子裝置的焊接設備可透過上述的組成將半導體元件放置於來料裝置上，並將電路基板放置於支撐裝置的工作窗上，接著，來料裝置沿著來料軌道移至取放裝置下方，以供取放裝置取得半導體元件，然後，支撐裝置沿著軌道移至取放裝置下方，隨後，取放裝置回到電路基板上方，並向下移動以使取得的半導體元件與電路基板接觸，接著，焊接裝置開始投射焊接光束，以將電路基板31的導電線路311及半導體元件33焊接在一起而形成電子裝置30，如圖8所示。

其中，當取料階段中取料盤存在傾斜角度偏差時，可透過取放裝置的調整件來調整修正取放面的傾斜角度，來讓取放裝置的取放面與料盤的傾斜角度保持一致。如此，取放頭的取放面能有效地拾取料盤上的半導體元件。

相同地，延續取料階段，當貼合焊接階段中取放裝置的取放面存在傾斜角度偏差時，透過支撐台的調整件來調整修正傾斜角度，及透過支撐裝置的轉軸來調整支撐台的水平角度，來讓取放裝置的取放面與工作窗的傾斜角度與水平角度保持一致。如此，電路基板的導電線路位置與被拾取的半導體元件的電極實際位置或整體傾斜狀態相對應，來讓取放裝置上每個半導體元件都能確實接觸電路基板的導電線路，而提高結合良率。

如此，本發明的電子裝置的焊接設備可在單一設備上完成半導體元件的取放及焊接作業，而實現一站完成來提高生產效率，並且透過從電路基板的背面進行焊接，以避免焊接能量穿過LED，而造成LED損壞。

10:焊接設備

11:基座

111:頂面

113:底面

115:軌道

117:來料軌道

13:焊接裝置

15:取放裝置

17:支撐裝置

171:中空座體

173:支撐台

1731:工作窗

19:來料裝置

Claims (10)

1. 一種電子裝置的焊接設備，包括：一基座，包括一頂面、一底面、一通口及二軌道，該通口貫穿該頂面及該底面，該二軌道位在該頂面，並配置於該通口的二相對側；一焊接裝置，連接該基座，且位在該底面，並用以對該通口投射一焊接光束；一取放裝置，連接該基座，且位在該頂面，並用以拾取及轉置一半導體元件；及一支撐裝置，位在該基座的頂面，且包括一中空座體及一支撐台，該中空座體連接該二軌道，且包括連通該通口的一中空通道，該支撐台連接該中空座體，且包括一工作窗，該工作窗用以承載一電路基板，且允許該焊接光束穿透，其中，該電路基板包括一導電線路，該取放裝置將該半導體元件轉置到該電路基板的導電線路上，以使該半導體元件與該導電線路接觸，該焊接光束穿透該中空通道及該工作窗使該導電線路及該半導體元件焊接在一起。
2. 如請求項1所述的電子裝置的焊接設備，其中，該支撐台可相對該中空座體轉動。
3. 如請求項2所述的電子裝置的焊接設備，其中，該支撐裝置包括一驅動模組及一轉軸，該轉軸連接該中空座體及該支撐台，該驅動模組用以帶動該支撐台以該轉軸為軸轉動。
4. 如請求項3所述的電子裝置的焊接設備，其中，該中空座體包括一中空框及自該中空框向外延伸的一延伸部，該延伸部位在該軌道上，該轉軸位在該中空框的一側邊，該驅動模組位在該中空框的另一側邊，該側邊及該另一側邊是垂直關係。
5. 如請求項3所述的電子裝置的焊接設備，其中，該支撐裝置包括一結合部，連接該支撐台，且包括一第一側及一第二側，該第一側及該第二側相背對，該驅動模組包括一氣壓缸及一馬達，該氣壓缸用以推抵該結合部的第一側，該馬達連接該結合部，且位在該第二側。
6. 如請求項3所述的電子裝置的焊接設備，其中，該支撐台包括一本體、一中空安裝部、及多個調整件，該本體連接該轉軸，該中空安裝部連接該本體，且供設置該工作窗，該多個調整件連接該工作窗及該中空安裝部，且用以調整該工作窗的傾斜度。
7. 如請求項1所述的電子裝置的焊接設備，其中，該取放裝置包括一升降模組、一力感測模組、一中繼模塊、一取放頭及多個調整件，該力感測模組連接該升降模組及該中繼模塊，且用以感測該升降模組對該中繼模塊施力，該取放頭包括一取放面，用以拾取該半導體元件，該取放裝置的多個調整件連接該中繼模塊及該取放頭，並用以調整該取放面的傾斜度。
8. 如請求項1所述的電子裝置的焊接設備，還包括一來料裝置，該基座包括二來料軌道，該二來料軌道設置該頂面，該來料裝置連接該二來料軌道，且用以放置該半導體元件。
9. 如請求項8所述的電子裝置的焊接設備，其中，該來料裝置包括三料盤。
10. 如請求項1所述的電子裝置的焊接設備，其中，該工作窗的材質包括玻璃、藍寶石或石英。

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