專利名稱：錫爐及應(yīng)用該錫爐的焊錫制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種焊接裝置及其應(yīng)用，特別是有關(guān)一種使用于印刷電路板組件(printed circuit board assembly；PCBA)的錫爐及使用上述錫爐的焊錫制備工藝。
背景技術(shù)：
請參考圖1，引腳插入型(Pin-Through-Hole；PTH)組件110分別自基板100的第一表面101裝設(shè)于其上，PTH組件110的引腳111分別自第一表面101貫穿基板100，而突出于其第二表面102，并通過軟焊材(solder)115固定并電性連接于基板100。另外，在基板100的第二表面102，又可能裝設(shè)有表面粘貼型(surface mount technology；SMT)組件120，與突出的引腳111間隔配置。
而PTH組件110與基板100電性連接的制備工藝，是將PTH組件110連同助焊劑(未繪示)以插件的方式裝設(shè)于貫穿孔116中，再將基板100的表面102浸入熔融的軟焊材液體中，使熔融的軟焊材填入貫穿孔116中，再將基板100自熔融的軟焊材液體中移出，貫穿孔116中的熔融的軟焊材便冷卻、固化成軟焊材115，將PTH組件110與基板100電性連接。
上述的制備工藝，目前是使用連續(xù)式的自動錫爐來完成。通常是將完成插件的基板100依序放置在輸送帶上，由輸送帶將基板100導(dǎo)引至上述自動錫爐中，承裝熔融的軟焊材的錫浴槽中，使基板100的表面102浸入熔融的軟焊材液體中，再將其帶離錫浴槽，而完成上述的電性連接的制備工藝，其優(yōu)點在于可連續(xù)性、大量地生產(chǎn)。
然而，隨著市場上對電子產(chǎn)品要輕、薄、短、小的需求，基板100上各PTH組件110與SMT組件120的間距愈來愈小。在上述連續(xù)式的自動錫爐制備中，特別在SMT組件120附近的PTH組件110，特別容易因SMT組件120阻隔熔融的軟焊材液體的進入或排出、及焊點過密的影響，使得所形成的軟焊材115容易發(fā)生空焊、短路、錫橋(相鄰的軟焊材115之間的橋接)等缺陷。但是，上述連續(xù)式的自動錫爐制備工藝中，由于使用輸送帶的因素，基板100進出錫浴槽時，其與槽內(nèi)軟焊材液體的液面的夾角通常為固定；因此其制備工藝可調(diào)整的參數(shù)不多，通常僅有輸送帶的速度(可調(diào)整表面102浸入熔融的軟焊材液體中的時間)等，造成使用連續(xù)式的自動錫爐制備時，難以用工藝手段解決上述問題。
雖然除了自動錫爐制備工藝以外，還可以人工的方式執(zhí)行上述將PTH組件110與基板100電性連接的制備工藝，便可以手動調(diào)整基板100進出錫浴槽時，其與槽內(nèi)軟焊材液體的液面的夾角，并可調(diào)整基板100進出錫浴槽的速度、及浸泡時間等，并可以及時修補缺陷。然而人工操作的再現(xiàn)性差，而使產(chǎn)品品質(zhì)的變異性高；且錫浴槽中軟焊料液體的溫度通常在250℃以上，稍有操作不慎則容易造成人員的傷害。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種錫爐及使用上述錫爐的焊錫制備工藝，在電性連接PTH組件與基板時，可視基板上組件的分布情形，無段調(diào)整制備工藝的參數(shù)，且可自動化、連續(xù)地生產(chǎn)，制備工藝的再現(xiàn)性佳，因而提升產(chǎn)品的優(yōu)良率，降低產(chǎn)品品質(zhì)的變異程度，并降低制備的成本。
為達到本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供一種錫爐，包含一錫浴槽；以及一機械手臂，位于上述錫浴槽的一側(cè)，其末端具有一基板承載裝置，承載并固定一基板于其上時，暴露上述基板的待焊接部分，上述機械手臂的延伸范圍包括上述錫浴槽內(nèi)外，并在其延伸范圍內(nèi)無段變化上述基板承載裝置的位置，并控制上述基板與水平面的夾角。
根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思，該機械手臂還包含一傳動裝置于其末端與該基板承載裝置之間，控制該基板與水平面的夾角。
根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思，該機械手臂還包含一擺蕩器于其末端與該基板承載裝置之間，無段擺蕩該基板承載裝置。
根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思，該錫爐還包含一基板傳輸裝置，該基板傳輸裝置設(shè)置于該錫浴槽旁，控制該基板進出該基板承載裝置。
本發(fā)明又提供一種焊錫制備工藝，包含提供上述錫爐；提供一基板，固定于上述基板承載裝置，其上插設(shè)有待焊接的一引腳插入型(Pin-Through-Hole；PTH)組件，該PTH組件具有一引腳貫穿上述基板，并突出于該基板的一待焊接表面，且上述待焊接表面為上述基板承載裝置所暴露；操作上述機械手臂，使上述基板與上述軟焊材液體的液面成一第一角度，并使上述基板以相對于上述軟焊材液體的一第一相對速度，將上述待焊接表面浸入上述軟焊材液體中一既定時間；以及操作上述機械手臂，使上述基板與上述軟焊材液體的液面成一第二角度，使上述基板以相對于上述軟焊材液體的一第二相對速度，將上述待焊接表面脫離上述軟焊材液體。
根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思，該待焊接表面浸于該軟焊材液體時，還包含擺蕩該基板。
根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思，該機械手臂還包含一傳動裝置于其末端與該基板承載裝置之間，控制該基板與水平面的夾角。
根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思，該機械手臂還包含一擺蕩器于其末端與該基板承載裝置之間，無段擺蕩該基板承載裝置。
根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思，該錫爐還包含一基板傳輸裝置，該基板傳輸裝置設(shè)置于該錫浴槽旁，控制該基板進出該基板承載裝置。
本發(fā)明的特征之一，使用一機械手臂，利用其在三度空間內(nèi)可移動位置、控制移動速度、且再現(xiàn)性佳的特性，應(yīng)用在電性連接PTH組件與基板的制備時，可依據(jù)基板上PTH組件的分布情形，無段變化、調(diào)整相關(guān)的制備工藝參數(shù)。


圖1為一剖面圖，顯示組裝有PTH組件的基板。
圖2為一前視圖，顯示本發(fā)明第一實施例的錫爐的結(jié)構(gòu)。
圖3為一前視圖，顯示制造本發(fā)明第二實施例的焊錫制備工藝的起始步驟。
圖4和圖5分別為一前視圖與左側(cè)視圖，接續(xù)圖3所示步驟，顯示第二實施例的焊錫制備工藝的制備步驟。
圖6和圖7分別為一前視圖與左側(cè)視圖，接續(xù)圖4和圖5所示步驟，顯示第二實施例的焊錫制備工藝的制備步驟。
圖8和圖9分別為一前視圖與左側(cè)視圖，接續(xù)圖6和圖7所示步驟，顯示第二實施例的焊錫制備工藝的制備步驟。
圖10和圖11分別為一前視圖與左側(cè)視圖，接續(xù)圖8和圖9所示步驟，顯示第二實施例的焊錫制備工藝的制備步驟。
圖12為一前視圖，顯示將已完成本發(fā)明的焊錫制備的基板送至下一制備工藝站。
其中，附圖標(biāo)記說明如下100～基板；101～第一表面；102～第二表面；110～PTH組件；111～引腳；115～軟焊材；116～貫穿孔；120～SMT組件；201～主體基座；202～臂體基座；211～臂體；212～臂體；213～基板承載裝置；220～機械手臂；221～傳動裝置；222～傳動裝置；223～傳動裝置；224～傳動裝置；240～錫浴槽；241～內(nèi)容量；250～軟焊材液體；251～液面；260～輸送帶。
具體實施例方式
第一實施例請參考圖2，為一前視圖，是顯示本發(fā)明第一實施例的錫爐。圖2為一簡化的附圖，其僅以示意方式顯示出與本發(fā)明有關(guān)的結(jié)構(gòu)單元，而上述結(jié)構(gòu)單元不一定是以具體實施時的實際數(shù)目、形狀、及尺寸比例而繪制。
本發(fā)明第一實施例的錫爐包含兩大主要部分，錫浴槽240與機械手臂220。
錫浴槽240的內(nèi)容量241，可在其中承裝軟焊材液體250，通常為錫基合金，并具有與水平面平行的液面251。錫浴槽240通常也具有加熱、保溫的裝置(未繪示)，使軟焊材液體250維持在液態(tài)，也可視需要加上擾動器(未繪示)，在液面251制造擾動波、平面波等，以幫助焊接的制備。
機械手臂220，位于錫浴槽240的一側(cè)，其末端225具有一基板承載裝置213，承載并固定基板100于其上時，可暴露基板100的待焊接部分(表面102)，機械手臂100的延伸范圍可包括錫浴槽240內(nèi)外，而可以在接收基板100后，將其浸入錫浴槽240內(nèi)的軟焊材液體250，再將基板100移出軟焊材液體250，而形成圖1中的軟焊材115，電性連接PTH組件110與基板100，而完成焊錫的制備。
而機械手臂220必須在其延伸范圍內(nèi)無段變化基板承載裝置213的位置，并可以控制該基板100與液面251的夾角。為達到上述需求，因此在本實施例中，機械手臂220具有一主體基座201、臂體基座202、臂體211、212、及傳動裝置221、222、223、224。而機械手臂220的選擇，并不限于圖2中所繪示的，熟悉此技術(shù)的人員也可以視其需求，選擇其它已知的機械手臂。
主體基座201用以固定整個機械手臂220的位置；主體基座201上的傳動裝置221主要可控制基板承載裝置213在圖中X方向的位置；而臂體基座202分隔傳動裝置221與222，并在操作傳動裝置221時，支撐、穩(wěn)定其上的臂體211與212；傳動裝置222、223與臂體211、222可共同控制、變化基板承載裝置213在圖中Y與Z方向的位置。因此，機械手臂220在臂體211、212的延伸范圍內(nèi)，可無段變化基板承載裝置213的位置。另外，傳動裝置224連接基板承載裝置213與機械手臂220的末端225，可在基板承載裝置213承載基板100時，無段變化并控制基板100與水平面也就是軟焊材液體250的液面251的夾角。而傳動裝置224還可以依據(jù)制備工藝需求，加上控制基板承載裝置213在水平方向(圖中的X、Y方向)、甚至垂直方向(圖中的Z方向)小幅擺動的功能。
此外，本發(fā)明的第一實施例的錫爐也可以視制備工藝需要，加上基板輸入/輸出(load/unload)的裝置，例如圖2中的輸送帶260，可將基板100從前一制備工藝輸送到本發(fā)明的第一實施例的錫爐；并可以將完成制備的基板100輸送到下一制備工藝。
在本發(fā)明的第一實施例的錫爐的作動方面，請一并參考下列第二實施例。
第二實施例接下來請參考圖3～圖12，為一系列的前視圖與左側(cè)視圖，顯示本發(fā)明第二實施例的焊錫制備工藝。下列的制備工藝可以全自動的方式使用本發(fā)明的錫爐一次完成，也可以使用半自動的方式一步一步地操作，其再現(xiàn)性佳。請注意以下所稱焊錫為此業(yè)界的通稱，并不代表所使用的軟焊材液體250的成分就是錫，熟悉此技術(shù)者可以在所有已知的軟焊材中選用。
首先，請參考圖3，將基板100固定于基板承載裝置213上?？刹僮鳈C械手臂220將基板承載裝置213移動至輸送帶260，接收已完成插件的基板100，插設(shè)有PTH組件110與SMT組件120。其中，基板100的待焊接面為表面102，為基板承載裝置213所暴露。
接下來，請參考圖4和圖5，操作機械手臂220，將基板100向錫浴槽240內(nèi)的軟焊材液體250移動。此時，可以使用傳動裝置224將基板100傾斜一既定角度θ1如前視圖的圖4所示，也可以傾斜一既定角度θ2如左側(cè)視圖的圖5所示，也可以同時傾斜如前視圖的圖4所示的既定角度θ1、與如左側(cè)視圖的圖5所示的既定角度θ2。θ1、θ2為基板100與液面251(水平面)的法線向量的夾角，依據(jù)基板100上PTH組件110與SMT組件120的分布關(guān)系，以試誤法、或已知的實驗計劃法例如田口氏實驗計劃法來決定，以降低公知技術(shù)所敘述的陰影效應(yīng)對制備優(yōu)良率的不良影響。熟悉此技術(shù)的人員也可以在基板100接近液面251時，才將基板100傾斜(例如后續(xù)圖6和圖7所示的位置)。其中在圖5及后續(xù)的各左側(cè)視圖中，為簡化附圖，臂體211、傳動裝置221、222、223、臂體基座202、與主體基座201均省略不繪示。另外，熟悉此技術(shù)的人員也可以視其制備工藝需求，決定是否在液面251制造擾動波及/或平面波等擾動。此時，已完成前制備工藝的另一基板100可被送至輸送帶260上。
接下來，請參考圖6和圖7，分別為一前視圖與左側(cè)視圖，顯示基板100即將浸入軟焊材液體250的瞬間。此時基板100與軟焊材液體250的液面251的夾角為θ1及/或θ2，以既定的V1的垂直相對速度將基板100的表面102浸入軟焊材液體250中。垂直相對速度V1，是依據(jù)基板100上PTH組件110與SMT組件120的分布關(guān)系，以試誤法、或已知的實驗計劃法例如田口氏實驗計劃法來決定，以降低公知技術(shù)所敘述的陰影效應(yīng)對制備工藝優(yōu)良率的不良影響接下來，請參考圖8和圖9，分別為一前視圖與左側(cè)視圖，顯示已浸入軟焊材液體250的基板100。此時，熟悉此技術(shù)的人員可視其需求決定此時基板100與液面251的夾角，而在本實施例中，基板100與液面251平行。此時軟焊材液體250進入貫穿孔116(請參考圖1)及/或SMT組件120與基板100的接點之間(未繪示)。此時熟悉此技術(shù)的人員也可以視制備需要，使基板承載裝置213帶動基板100以圖8及/或圖9的雙箭號方向擺動，還能降低公知技術(shù)所述的陰影效應(yīng)對制備工藝優(yōu)良率的不良影響。上述使基板100擺動的功能，可以設(shè)計在傳動裝置224上，也可以另外加上一組件來控制。
接下來，請參考圖10和圖11，分別為一前視圖與左側(cè)視圖，顯示基板100脫離軟焊材液體250的瞬間。將基板100浸入軟焊材液體250后，經(jīng)過一既定時間后，可以使用傳動裝置224將基板100傾斜一既定角度Φ1如圖10所示，也可以傾斜一既定角度Φ2如圖11所示，亦可以同時傾斜如圖10所示的既定角度Φ1、與如圖11所示的既定角度Φ2后(Φ1、Φ2為基板100與液面251(水平面)的法線向量的夾角)，以既定的V2的垂直相對速度使基板100脫離軟焊材液體250。上述的既定時間、Φ1、Φ2、與V2，是依據(jù)基板100上PTH組件110與SMT組件120的分布關(guān)系，以試誤法、或已知的實驗計劃法例如田口氏實驗計劃法來決定，以降低公知技術(shù)所敘述的陰影效應(yīng)對制備工藝優(yōu)良率的不良影響。基板100脫離軟焊材液體250后，進入貫穿孔116(請參考圖1)及/或SMT組件120與基板100的接點之間(未繪示)的軟焊材液體250遇冷而固化，分別形成軟焊材115(請參考圖1)及SMT組件120與基板100之間的接合物(未繪示)，使PTH組件110與SMT組件120分別電性連接于基板100上，而完成本發(fā)明的焊錫制備。
最后，請參考圖12，將已完成本發(fā)明的焊錫制備的基板100送至下一制備工藝站例如剪腳制備工藝。
如上所述，本發(fā)明的錫爐及使用上述錫爐的焊錫制備工藝，使用一機械手臂220，利用其在三維空間內(nèi)可移動位置、控制移動速度、且再現(xiàn)性佳的特性，應(yīng)用在電性連接PTH組件110與基板100的制備時，可依據(jù)基板100上PTH組件110的分布情形，無段變化、調(diào)整相關(guān)的制備工藝參數(shù)，達到上述本發(fā)明的目的。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技術(shù)的人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)以本發(fā)明的權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種錫爐，其中包含一錫浴槽；以及一機械手臂，位于該錫浴槽的一側(cè)，其末端具有一基板承載裝置，承載并固定一基板于其上，暴露該基板的待焊接部分，該機械手臂的延伸范圍包括該錫浴槽內(nèi)外，并在其延伸范圍內(nèi)無段變化該基板承載裝置的位置，并控制該基板與水平面的夾角。
2.如權(quán)利要求1所述的錫爐，其特征是該機械手臂還包含一傳動裝置于其末端與該基板承載裝置之間，控制該基板與水平面的夾角。
3.如權(quán)利要求1所述的錫爐，其特征是該機械手臂還包含一擺蕩器于其末端與該基板承載裝置之間，無段擺蕩該基板承載裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的錫爐，其特征是還包含一基板傳輸裝置，該基板傳輸裝置設(shè)置于該錫浴槽旁，控制該基板進出該基板承載裝置。
5.一種焊錫制備工藝，其中包含提供一錫爐，具有一錫浴槽、一軟焊材液體、與一機械手臂，其中該軟焊材液體承裝于該錫浴槽內(nèi)，該機械手臂位于該錫浴槽的一側(cè)，其末端具有一基板承載裝置，而該機械手臂的延伸范圍包括該錫浴槽內(nèi)外；提供一基板固定于該基板承載裝置，其上插設(shè)有待焊接的一引腳插入型組件，該引腳插入型組件具有一引腳貫穿該基板，并突出于該基板的一待焊接表面，且該待焊接表面為該基板承載裝置所暴露；操作該機械手臂，使該基板與該軟焊材液體的液面成一第一角度，并使該基板以相對于該軟焊材液體的一第一相對速度，將該待焊接表面浸入該軟焊材液體中一既定時間；以及操作該機械手臂，使該基板與該軟焊材液體的液面成一第二角度，使該基板以相對于該軟焊材液體的一第二相對速度，將該待焊接表面脫離該軟焊材液體。
6.如權(quán)利要求5所述的焊錫制備工藝，其特征是該待焊接表面浸于該軟焊材液體時，還包含擺蕩該基板。
7.如權(quán)利要求5所述的焊錫制備工藝，其特征是該機械手臂還包含一傳動裝置于其末端與該基板承載裝置之間，控制該基板與水平面的夾角。
8.如權(quán)利要求5所述的焊錫制備工藝，其特征是該機械手臂還包含一擺蕩器于其末端與該基板承載裝置之間，無段擺蕩該基板承載裝置。
9.如權(quán)利要求5所述的焊錫制備工藝，其特征是還包含一基板傳輸裝置，該基板傳輸裝置設(shè)置于該錫浴槽旁，控制該基板進出該基板承載裝置。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種錫爐及使用上述錫爐的焊錫制備工藝，其中上述錫爐包含一錫浴槽；以及一機械手臂，位于上述錫浴槽的一側(cè)，其末端具有一基板承載裝置，承載并固定一基板于其上時，暴露上述基板的待焊接部分，上述機械手臂的延伸范圍包括上述錫浴槽內(nèi)外，并在其延伸范圍內(nèi)無段變化上述基板承載裝置的位置，并控制上述基板與水平面的夾角。本發(fā)明提供的錫爐及使用上述錫爐的焊錫制備工藝，在電性連接PTH組件與基板時，可視基板上組件的分布情形，無段調(diào)整制備工藝的參數(shù)，且可自動化、連續(xù)地生產(chǎn)，制備工藝的再現(xiàn)性佳，因而提升產(chǎn)品的優(yōu)良率，降低產(chǎn)品品質(zhì)的變異程度，并降低制備的成本。
文檔編號B23K3/04GK1689748SQ20041004202
公開日2005年11月2日 申請日期2004年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月29日
發(fā)明者何永華, 方敬仰, 傅維仁 申請人:意訊永焱股份有限公司