TWI435674B - 焊接插件式元件於電路板之方法及焊接系統 - Google Patents

Description

焊接插件式元件於電路板之方法及焊接系統

本發明係有關於一種焊接插件式元件於電路板之方法，尤指一種於插件製程中以熱輻射方式提高電路板之表面溫度藉以輔助焊接插件式元件於電路板之方法及焊接系統。

電子代工廠的的電子印刷電路板總成(Print Circuit Board Assembly,PCBA)製程主要可分為表面黏著技術(Surface Mount Technology,SMT)與插件製程(Direct Insertion Process,DIP)兩種，其中插件製程係將插件式元件插件於電路板上，並經由軌道輸送以分別經過噴塗助焊劑、預熱、與錫爐焊接的流程。於傳統的插件製程中，在電路板進入錫爐焊接前，會使用預熱器對電路板進行預熱。預熱器可為一紅外線式預熱器或一熱對流式預熱器。預熱器係用來提高電路板14之溫度，而電路板係於完成預熱後始進入錫爐內進行焊接。一般來說，電路板面對錫爐之一端面可稱為焊接面，而相對焊接面之另一端面則可稱為散熱面。當錫爐之錫液通過電路板之焊接面而流入插件式元件與電路板之間時，電路板會從其散熱面流失大量熱能。電路板之兩端面的溫度差異越大，會造成錫液無法深入插件式元件與電路板之間的縫隙，意即其上錫率較差，進而降低插件製程的焊接品質，因此如何保持電路板兩端面之溫度維持等溫恆定，即為電子印刷電路板總成製程的重要課題。

本發明係提供一種於插件製程中以熱輻射方式提高電路板之表面溫度藉以輔助焊接插件式元件於電路板之方法及焊接系統，以解決上述之問題。

本發明之申請專利範圍係揭露一種於插件製程焊接插件式元件於電路板之方法，其包含有將一插件式元件穿設於一電路板；噴塗助焊劑於該電路板上，該電路板之一第一面通過一錫爐以使該錫爐輸出之錫液透過該電路板之該第一面流至該插件式元件與該電路板之間；以及於該電路板之該第一面通過該錫爐時，利用一熱輻射式加熱裝置對該電路板相異該第一面之一第二面加熱藉以提高該第二面之表面溫度。

本發明之申請專利範圍另揭露該方法另包含有於該熱輻射式加熱裝置對該電路板之該第二面加熱時，設置一遮蔽幕於該熱輻射式加熱裝置與該電路板之間。

本發明之申請專利範圍另揭露該方法另包含有利用一位置感應器偵測該電路板相對於該錫爐之位置，以及依據該位置感應器之偵測結果，利用一驅動裝置驅動該遮蔽幕以及該熱輻射式加熱裝置相對該電路板移動。

本發明之申請專利範圍另揭露利用該熱輻射式加熱裝置對該電路板之該第二面加熱包含有該熱輻射式加熱裝置係藉由該遮蔽幕之一破孔對該電路板之該第二面上鄰近該插件式元件之一區域加熱。

本發明之申請專利範圍另揭露該方法另包含有於該電路板之該第一面通過該錫爐時，啟動一吸煙塵器來排出該錫爐所產生之煙塵。

本發明之申請專利範圍另揭露該方法另包含有於該電路板通過該錫爐前，啟動一預熱器對該電路板進行預熱。

本發明之申請專利範圍另揭露該預熱器對該電路板之預熱溫度係低於該熱輻射式加熱裝置對該電路板之加熱溫度。

本發明之申請專利範圍另揭露一種應用於插件製程之焊接系統，其包含有一輸送軌道，其係用來傳輸一電路板。該電路板係穿設有至少一插件式元件。該焊接系統另包含有一噴塗裝置，其係設置於該輸送軌道之一第一區段。該噴塗裝置係用來噴塗助焊劑於該電路板上。該焊接系統另包含有一錫爐，其係設置於該輸送軌道之一第二區段。該錫爐係用來輸出錫液，以使該錫液於該電路板之一第一面通過該錫爐時透過該電路板之該第一面流至該插件式元件與該電路板之間。該焊接系統另包含有一熱輻射式加熱裝置，其係設置於該輸送軌道之該第二區段且位於相對該錫爐之一側。該熱輻射式加熱裝置係用來加熱該電路板相異該第一面之一第二面，藉以提高該第二面之表面溫度。

本發明之申請專利範圍另揭露該焊接系統另包含有一吸煙塵器，其係設置於該輸送軌道之該第二區段，該吸煙塵器係用來排出該錫爐所產生之煙塵。

本發明之申請專利範圍另揭露該焊接系統另包含有一遮蔽幕，其係設置於該熱輻射式加熱裝置與該電路板之間，該遮蔽幕上係形成有至少一破孔。該焊接系統另包含有一傳輸軸，其係設置於該遮蔽幕之一側，該傳輸軸係用來依據該輸送軌道之傳輸速度驅動該遮蔽幕旋轉。

本發明之申請專利範圍另揭露該遮蔽幕之該破孔之形狀與尺寸係對應於該插件式元件之形狀與尺寸。

本發明之申請專利範圍另揭露該焊接系統另包含有一位置感應器，其係設置於該輸送軌道之一側，該位置感應器係用來感應該電路板於該輸送軌道上相對該錫爐之位置。

本發明之申請專利範圍另揭露該焊接系統另包含有一驅動裝置，其係電連接於該位置感應器，該驅動裝置係用來依據該位置感應器之偵測結果驅動該遮蔽幕以及該熱輻射式加熱裝置相對該電路板移動。

本發明之焊接系統係利用熱輻射式加熱裝置於錫爐焊接電路板時以直線輻射之方式輸出熱能，通過遮蔽幕之破孔精準地針對正面電路板之元件周圍區域之進行加熱，且利用位置感應器與驅動裝置驅動熱輻射式加熱裝置與遮蔽幕之組合相對電路板移動，以使熱輻射式加熱裝置可持續地對電路板之上錫區域加熱，有效地提高本發明之焊接系統的上錫效率。

請參閱第1圖，第1圖為本發明之實施例用於插件製程之焊接系統10之示意圖。焊接系統10係用來將一插件式元件12焊接於一電路板14上。焊接系統10包含有一輸送軌道16、一噴塗裝置18、一預熱器20、一錫爐22、以及一熱輻射式加熱裝置24。請參閱第2圖，第2圖為本發明之實施例插件式元件12穿設於電路板14之剖視圖。輸送軌道16係可為與水平面約夾5~7度的傾斜輸送帶，其用來運送電路板14至錫爐22上錫，其中電路板14於進入焊接製程前係已穿設有至少一插件式元件12。噴塗裝置18係設置於輸送軌道16之一第一區段S1，當插件式元件12穿設於電路板14後，且輸送軌道16將電路板14輸送至第一區段S1時，噴塗裝置18係用來噴塗助焊劑於電路板14上，藉以使焊錫與插件式元件12之接腳更容易接合。接著，電路板14將通過可選擇性設置之預熱器20，預熱器20係可為一熱對流式預熱器或一紅外線式預熱器等，其係用來預熱電路板14以提高後續製程之上錫率。

焊接系統10之錫爐22係設置於輸送軌道16相異第一區段S1之一第二區段S2。當電路板14完成預熱後，輸送軌道16將電路板14輸送至第二區段S2，且電路板14之一第一面141通過錫爐22。錫爐22係用來輸出錫液，以使錫液透過電路板14之第一面141流至插件式元件12與電路板14之間。熱輻射式加熱裝置24係設置於輸送軌道16之第二區段S2且位於相對錫爐22之一側，因此當電路板14位於輸送軌道16之第二區段S2時，熱輻射式加熱裝置24係用來加熱電路板14相異第一面141之一第二面143，用來提高第二面143之表面溫度以提昇錫液於電路板14內部之上錫率。其中，預熱器20係設置於輸送軌道16之第一區段S1與第二區段S2之間，預熱器20係針對電路板14進行預熱，其預熱溫度上限約為攝氏120度，而熱輻射式加熱裝置24係針對電路板14上鄰近插件式元件12之區域進行加熱，其加熱溫度上限約為攝氏268度，因此預熱器20對電路板14之預熱溫度係低於熱輻射式加熱裝置24對電路板14之加熱溫度。

焊接系統10另可包含有一吸煙塵器26，其係設置於輸送軌道16之第二區段S2。吸煙塵器26係用來排出錫爐22所產生之煙塵。除此之外，焊接系統10另可包含有一遮蔽幕28，其係設置於熱輻射式加熱裝置24與電路板14之間。遮蔽幕28上係可形成有至少一破孔281，破孔281之形狀與尺寸係對應於插件式元件12之形狀與尺寸，舉例來說，當插件式元件12之頂端為圓形時，破孔281係為圓形造型且其尺寸略大於插件式元件12之頂端，以使插件式元件12可受到遮蔽幕28之保護而不被熱輻射式加熱裝置24加熱，而熱輻射式加熱裝置24僅透過破孔281對電路板14上插件式元件12之非塑膠本體部分(例如外露於電路板14的金屬製接腳)加熱或是對非耐熱元件加熱，意即熱輻射式加熱裝置24的加熱範圍可以是插件式元件12之可耐熱部分(如金屬製接腳)或是插件式元件12周圍的電路板14之區域(如第1圖所示中圍繞插件式元件12之環形區域)。焊接系統10另可包含有一傳輸軸29，其係設置於遮蔽幕28之一側。傳輸軸29係用來依據輸送軌道16傳輸電路板14之速度而驅動遮蔽幕28往復轉動，以使遮蔽幕28之破孔281可隨時對正至電路板14上鄰近插件式元件12之區域。請參閱第3圖與第4圖，第3圖為本發明之實施例熱輻射式加熱裝置24與遮蔽幕28之組合示意圖，第4圖為本發明之實施例熱輻射式加熱裝置24之外觀示意圖。如第3圖與第4圖所示，破孔281係可由複數個半圓環型孔洞(或是複數個方形環狀孔洞)所組成，該孔洞之形狀可不限於前述實施例所述，端視實際需求而定。遮蔽幕28係可直接安裝於熱輻射式加熱裝置24之外側，熱輻射式加熱裝置24可為一紅外線式熱源，其可透過遮蔽幕28之破孔281輸出熱能。焊接系統10另可包含有一位置感應器30，其係設置於輸送軌道16之一側。位置感應器30係用來感應電路板14於輸送軌道16上相對錫爐22之位置。焊接系統10另可包含有一驅動裝置32，其係電連接於位置感應器30。當電路板14被運送至輸送軌道16之第二區段S2時，位置感應器30係可感應到電路板14，而驅動裝置32係用來依據位置感應器30之偵測結果驅動遮蔽幕28與熱輻射式加熱裝置24相對電路板14移動，因此熱輻射式加熱裝置24係可藉由遮蔽幕28之破孔281針對電路板14之第二面143上插件式元件12之區域進行加熱。

請參閱第5圖，第5圖為本發明之實施例以插件製程焊接插件式元件12於電路板14之流程示意圖。該方法係包含有下列步驟：

步驟100：將插件式元件12穿設於電路板14。

步驟102：輸送軌道16輸送電路板14至第一區段S1以噴塗助焊劑於電路板14上。

步驟104：於電路板14離開第一區段S1時，啟動預熱器20對電路板14進行預熱。

步驟106：於電路板14進入第二區段S2前，啟動吸煙塵器26。

步驟108：輸送電路板14進入第二區段S2，以使電路板14之第一面141通過錫爐22。

步驟110：於電路板14進入第二區段S2時，利用位置感應器30偵測電路板14相對錫爐22之位置。

步驟112：依據位置感應器30之偵測結果，利用驅動裝置32驅動遮蔽幕28以及熱輻射式加熱裝置24相對電路板14移動，以使熱輻射式加熱裝置24透過遮蔽幕28之破孔281對電路板14上鄰近插件式元件12之區域加熱。

步驟114：錫爐22之錫液透過電路板14之第一面141流至插件式元件12與電路板14之間，而完成上錫動作。

於此針對上述步驟分別進行詳細說明。使用者可利用自動機械裝置或人工方式將插件式元件12穿設於電路板14上，接著輸送軌道16輸送電路板14進入第一區段S1，以便於噴塗裝置18噴塗助焊劑於電路板14上。在電路板14進入錫爐22進行焊接前(意即電路板14離開輸送軌道16之第一區段S1且未進入第二區段S2時)，預熱器20對電路板14預熱，其功用在於提高後續焊接製程的上錫率。一般來說，預熱器20係可為一紅外線式預熱器或一熱風對流式預熱器。由於插件式元件12的耐熱溫度上限約為攝氏150度，而當電路板14被預熱至超過攝氏120度時，插件式元件12之溫度即可能會大於其耐熱值(攝氏150度)，因此預熱器20對電路板14之預熱溫度一般係不超過攝氏120度。

接下來，當電路板14進入第二區段S2進行焊接時，吸煙塵器26係會被啟動以用來排出電路板14通過錫爐22時所產生之煙塵。接著電路板14被輸送軌道16導引進入第二區段S2，以使電路板14之第一面141通過錫爐22，此時錫爐22之錫液會透過電路板14之第一面141流至插件式元件12與電路板14之間。為了提高錫液於電路板14內之上錫率，本發明之焊接系統10包含有熱輻射式加熱裝置24，其係用來加熱電路板14之第二面143，藉以提高第二面143之表面溫度以避免第一面141與第二面143之溫差過大。

當錫液自電路板14之第一面141進入插件式元件12與電路板14之間時，若電路板14之第一面141與第二面143間的溫差過大，錫液會快速地冷卻而無法深入插件式元件12與電路板14之間。反之來說，若電路板14之第一面141與第二面143間的溫度差異較小，錫爐22之錫液即可在其固化前有效地深入電路板14內用以穿設插件式元件12之管道，其上錫效率相較於未使用熱輻射式加熱裝置24之傳統焊接製程可提高百分之五十以上，故可有效提昇本發明之插件式元件12於電路板14上的焊接品質。因此，本發明之熱輻射式加熱裝置24即可於電路板14進入第二區段S2，且利用錫爐22對插件式元件12進行焊接時，加熱電路板14相對錫爐22之另一側(意即散熱面之第二面143)，以保持電路板14之兩端面(意即焊接面之第一面141與第二面143)的溫度相近。

值得一提的是，錫爐22之錫液的溫度約為攝氏268度，故熱輻射式加熱裝置24需將電路板14之第二面143加熱至攝氏268度左右，以確保電路板14之第一面141與第二面143之溫度相近。然而，由於插件式元件12的耐熱溫度上限僅達到攝氏150度，故焊接系統10另包含有遮蔽幕28、傳輸軸29、位置感應器30、與驅動裝置32，其係用來協助熱輻射式加熱裝置24針對電路板14之第二面143上鄰近插件式元件12之區域進行加熱。首先，遮蔽幕28表面所形成破孔281之數量、形狀與尺寸係對應於穿設電路板14之插件式元件12之數量、形狀與尺寸。遮蔽幕28設置於熱輻射式加熱裝置24與電路板14之間，以使得熱輻射式加熱裝置24所產生以直線行進之輻射熱源可通過破孔281準確地加熱電路板14上之預設區域(意即如第1圖所示中鄰近插件式元件12之區域)，而不會影響到電路板14之第二面143上非插件式元件12之區域。

此外，由於電路板14係沿著輸送軌道16移動，故位置感應器30可用來感應電路板14於輸送軌道16上相對錫爐22之位置，且驅動裝置32係可依據位置感應器30之偵測結果，驅動傳輸軸29以帶動遮蔽幕28與熱輻射式加熱裝置24之組合相對電路板14移動，遮蔽幕28往復轉動之速度係對應於輸送軌道16傳輸電路板14之速度，以使熱輻射式加熱裝置24可透過遮蔽幕28之破孔281持續地對電路板14之預設區域(如第1圖所示中鄰近插件式元件12之區域)進行加熱，而達到加熱第二面143之表面溫度以縮小電路板14兩端面溫差之目的，藉以提高錫液於電路板14內之上錫率。

相較於先前技術，本發明之焊接系統係利用熱輻射式加熱裝置於電路板之焊接面(第一面)通過錫爐時對電路板之散熱面(第二面)加熱，藉以降低電路板之兩端面溫差以提昇焊接品質。由於熱輻射式加熱裝置的加熱溫度高於插件式元件的耐熱溫度，故本發明之焊接系統係設置遮蔽幕於熱輻射式加熱裝置與電路板之間，用以保護電路板之非上錫區域。熱輻射式加熱裝置的熱能係以直線輻射之方式輸出，因此熱輻射式加熱裝置可藉由遮蔽幕之破孔精準地針對上錫區域(正面電路板之插件式元件周圍區域)進行加熱，而不會破壞到位於非上錫區域的電子元件。此外，焊接系統之位置感應器與驅動裝置可依據電路板相對錫爐之位置變化，驅動熱輻射式加熱裝置與遮蔽幕之組合相對電路板移動，以使熱輻射式加熱裝置可於電路板位於輸送軌道之第二區段時持續地對電路板之上錫區域進行加熱，藉以有效地提高本發明之焊接系統的上錫效率。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10．．．焊接系統

12．．．插件式元件

14．．．電路板

141．．．第一面

143．．．第二面

16．．．輸送軌道

18．．．噴塗裝置

20．．．預熱器

22．．．錫爐

24．．．熱輻射式加熱裝置

26．．．吸煙塵器

28．．．遮蔽幕

29．．．傳輸軸

281．．．破孔

30．．．位置感應器

32．．．驅動裝置

S1．．．第一區段

S2．．．第二區段

100、102、104、106、108、110、112、114．．．步驟

第1圖為本發明之實施例之焊接系統之示意圖。

第2圖為本發明之實施例插件式元件設置於電路板之剖視圖。

第3圖為本發明之實施例熱輻射式加熱裝置與遮蔽幕之組合示意圖。

第4圖為本發明之實施例熱輻射式加熱裝置之外觀示意圖。

第5圖為本發明之實施例之插件製程之流程示意圖。

10．．．焊接系統

12．．．插件式元件

14．．．電路板

141．．．第一面

143．．．第二面

16．．．輸送軌道

18．．．噴塗裝置

20．．．預熱器

22．．．錫爐

24．．．熱輻射式加熱裝置

26．．．吸煙塵器

28．．．遮蔽幕

29．．．傳輸軸

281．．．破孔

30．．．位置感應器

32．．．驅動裝置

S1．．．第一區段

S2．．．第二區段

Claims (9)

1. 一種於插件製程(Direct Insertion Process,DIP)焊接插件式元件於電路板之方法，其包含有：將一插件式元件穿設於一電路板；噴塗助焊劑(Fluxer)於該電路板上；該電路板之一第一面通過一錫爐，以使該錫爐輸出之錫液透過該電路板之該第一面流至該插件式元件與該電路板之間；設置一遮蔽幕於一熱輻射式加熱裝置與該電路板之間；利用一位置感應器偵測該電路板相對於該錫爐之位置；依據該位置感應器之偵測結果，利用一驅動裝置轉動該遮蔽幕且驅動該遮蔽幕與該熱輻射式加熱裝置相對該電路板移動，其中該遮蔽幕之轉動速度係對應於該電路板之傳輸速度，以使該遮蔽幕之一破孔持續地對位於該電路板上相異於該第一面之一第二面之鄰近該插件式元件之一區域，其中該遮蔽幕之該破孔之形狀與尺寸係對應於該插件式元件之形狀與尺寸；以及於該電路板之該第一面正通過該錫爐且該錫爐輸出之錫液正透過該電路板之該第一面流至該插件式元件與該電路板間之同時，利用該熱輻射式加熱裝置藉由該遮蔽幕之該破孔對該電路板上相異該第一面之該 第二面之鄰近該插件式元件之該區域持續加熱，藉以提高該第二面之表面溫度，以保持該電路板之該第一面與該第二面的溫度相近，以使該錫爐之錫液於其固化前深入該電路板內用以穿設該插件式元件之管道。
2. 如請求項1所述之方法，其另包含有：於該電路板之該第一面通過該錫爐時，啟動一吸煙塵器來排出該錫爐所產生之煙塵。
3. 如請求項1所述之方法，其另包含有：於該電路板通過該錫爐前，啟動一預熱器對該電路板進行預熱。
4. 如請求項3所述之方法，其中該預熱器對該電路板之預熱溫度係低於該熱輻射式加熱裝置對該電路板之加熱溫度。
5. 一種應用於插件製程之焊接系統，其包含有：一輸送軌道，其係用來傳輸一電路板，該電路板係穿設有至少一插件式元件；一噴塗裝置，其係設置於該輸送軌道之一第一區段，該噴塗裝置係用來噴塗助焊劑於該電路板上；一錫爐，其係設置於該輸送軌道之一第二區段，該錫爐係用來輸出錫液，以使該錫液於該電路板之一第一面通過該錫爐時透過該電路板之該第一面流至該插件式元件與該電路板之間； 一遮蔽幕，其上係形成有至少一破孔，其中該遮蔽幕之該破孔之形狀與尺寸係對應於該插件式元件之形狀與尺寸；一傳輸軸，其係設置於該遮蔽幕之一側，該傳輸軸係用來依據該輸送軌道之傳輸速度驅動該遮蔽幕轉動；一位置感應器，其係設置於該輸送軌道之一側，該位置感應器係用來感應該電路板於該輸送軌道上相對該錫爐之位置；一熱輻射式加熱裝置，其係設置於該輸送軌道之該第二區段且位於相對該錫爐之一側，該遮蔽幕係設置於該熱輻射式加熱裝置與該電路板之間，該熱輻射式加熱裝置係用來於該電路板之該第一面正通過該錫爐且該錫爐輸出之錫液正透過該電路板之該第一面流至該插件式元件與該電路板間之同時，藉由該遮蔽幕之該破孔持續加熱該電路板上相異該第一面之一第二面之鄰近該插件式元件之一區域，藉以提高該第二面之表面溫度，以保持該電路板之該第一面與該第二面的溫度相近，以使該錫爐之錫液於其固化前深入該電路板內用以穿設該插件式元件之管道；以及一驅動裝置，其係電連接於該位置感應器，該驅動裝置係用來依據該位置感應器之偵測結果驅動該傳輸軸轉動該遮蔽幕且驅動該遮蔽幕與該熱輻射式加熱裝 置相對該電路板移動，其中該遮蔽幕之轉動速度係對應於該輸送軌道之傳輸速度，以使該遮蔽幕之該破孔持續地對位於該電路板上相異於該第一面之該第二面之鄰近該插件式元件之該區域。
6. 如請求項5所述之焊接系統，其另包含有：一預熱器，其係設置於該輸送軌道之該第一區段與該第二區段之間，該預熱器係用來於該電路板通過該錫爐前預熱該電路板。
7. 如請求項6所述之焊接系統，其中該預熱器係為一熱對流式預熱器。
8. 如請求項6所述之焊接系統，其中該預熱器對該電路板之預熱溫度係低於該熱輻射式加熱裝置對該電路板之加熱溫度。
9. 如請求項5所述之焊接系統，其另包含有：一吸煙塵器，其係設置於該輸送軌道之該第二區段，該吸煙塵器係用來排出該錫爐所產生之煙塵。