用于表面安装元件的热附连与分离的方法与系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于表面安装元件（ＳＭＣ）的热附连与分离的方法与系统，其使用响应于电流而产生热量的平面加热器。该加热器的电阻随其温度改变，且其电阻经读取以测定加热器及ＳＭＣ的温度。提供一夹持ＳＭＣ之构件，如此使器件的输入／输出接点藉由自平面加热器通过及／或沿ＳＭＣ侧壁之热传导受到加热。提供电流至平面加热器，如此产生足以将输入／输出接点附连至印刷电路板（ＰＣＢ）或自ＰＣＢ分离输入／输出接点的热量。此方法使夹持、加热、电阻监视与ＳＭＣ温度测量得以同时进行。本发明专利技术描述若干种夹持ＳＭＣ的构件，包括真空、机械、粘合及磁性构件。本发明专利技术亦描述使用加热元件加热其上可安装ＳＭＣ之基板的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请要求Durston等人于2004年11月29日提交的临时专利申请第60/631,913号和Durston等人于2005年5月24日提交的临时专利申请第60/684,539号的优先权。
技术介绍
专利
本专利技术涉及表面安装元件处理的领域，尤其涉及用于将表面安装元件(SMC)固持、热附连至基板及自基板热分离SMC的方法与系统。相关技术的描述通常利用热制程将部件附连至相等或更大尺寸的其他部件上。相等或更大尺寸的部件被称作基板。可使得一部件附连至一基板上的热制程包括胶合、软焊、压焊、铜焊及熔接。具体而言，电子工业通过将称作表面安装元件(SMC)之电气器件及集成电路芯片的电输出/输入引脚热附连至聚合物及陶瓷基板之上及之内的导电电路而使这些SMC互连。两种最常见互连结构之一称作混合电路。这通常由通过将其电输入/输出引脚或电极压焊至一陶瓷基板上的导电电路而互连的SMC组成。输入/输出引脚中之金属是通过超声及热手段而附连至导电电路。最常见的互连结构--并用于说明本文所述方法与系统的—是由表面安装器件(SMD)(任何带有电输入/输出引脚的SMC)组成，该等SMD通过将其输入/输出引脚软焊至称作印刷电路板(PCB)的聚合基板上的电路而互连。软焊是一种附连方法，其中当加热至适当温度时，金属或金属混合物(称作焊料)与SMD的电输入/输出引脚及PCB上的电路接触点融合，由此将引脚与电路接触点固定在一起。SMC包括混合电路、集成电路、离散器件(电感器、电容器、二极管、晶体管等)、金属散热片及金属屏蔽遮罩。混合及集成电路SMD通常封装于聚合物之内，且其电输入/输出引脚延伸至位于封装边缘及/或底部之针脚或球脚。安装于诸如印刷电路板(PCB)之基板上的SMC如SMD之密度增加，SMD内电路的复杂性亦在增加。PCB上更高的SMC密度增加了对用于将SMC固持、软焊至PCB上及自PCB将SMC去焊的方法的要求，且处理方法的精确性与选择性较之以往更为重要，以避免可导致附近SMC受损的热量外溢(heat spillover)。此外，以具有更高熔融温度的无铅焊料(要求处理温度高达250-260℃)替代熔融温度在183-200℃范围内的铅基焊料进一步降低了误差幅度。对于多芯片模组(MCM)尤其如此，MCM使用较高熔融温度焊料或利用环氧制程进行组装，且因随后曝露于接近组装原始MCM时之温度的环境中而受到不可逆的损坏。若PCB上的个别SMC失效，有两种选择丢弃整个PCB，或替换掉该失效SMC。过去，个别PCB的成本足够低，而使丢弃PCB成为较佳选择。然而，在许多情况下不再如此。目前，SMC制造及再加工中用以将SMC附连至PCB及自PCB移除SMC之加热方法包括(1)热空气或氮气；(2)焊铁；及(3)红外线加热。该等方法中的每一种皆具有若干缺陷，详见下文。在经过通常通过电阻加热旋管将热量传递给气体之加热路径之后，热空气或氮气(400-900℃)在压力下喷出。此方法具有若干缺点-因气体不是一种非常有效的传热机构，其必须充分高于焊料熔融温度以切实熔化焊料。高温气流对SMC本身以及邻近SMC与PCB均为一种威胁。-当排放气流冲击元件时，因在SMC/加热器界面处无用于测量的装置，不能对气流温度非常精确地加以控制。因此，不可能精确控制去焊、软焊及再软焊制程，或不可能精确重现最初的回流焊炉附连顺序。-难以将加热仅限制在目标SMC区域。已设计出复杂的喷嘴及挡板以屏蔽邻近SMC使之不受损坏。然而，它们要求再加工工具针对各个SMC尺寸进行定制，且因此增加了总的再加工成本。-气体喷射方法不可以独独应用于SMC顶部。归因于气体之相对低传热效率而要求之高温导致最终的曝露时间长于直接加热焊料所需时间，因此对SMC及其内部元件造成威胁。亦存在与焊铁相关的缺陷。加热SMC的温度难以精确控制，因为(1)焊铁尖端温度通常是自焊铁上其他地方测测量的温度的推断，及(2)归因于焊铁与热电偶间之热接触改变及热电偶温度响应随时间的改变，以此方式测量温度遭受进一步的不准确度。最终缺点包括-可发生焊料的非意欲过量回流，可能破坏SMC内部或PCB上焊盘间之元件。-焊铁的大热质量使软焊/去焊操作期间不可能建构斜升式温度曲线(temperature ramp)。需要该等斜升式曲线将对PCB之热冲击降至最小，且理想地应模仿用于最初回流焊炉之斜升式温度曲线。红外(IR)辐射元件以高功率级启动，促使热能自IR元件辐射至待去焊的SMC。然而-与IR元件相关的复杂机构必须帮助聚集或导引热量至所需SMC。-IR系统的效力取决于SMC的IR吸收或IR反射率。由于用于SMC的材料及用于SMC顶部表面的表面涂层的反射率差异很大，IR再加工工具通常亦要求一底部定向加热器。因为许多目前的PCB组件在两侧均具有元件，所以底部加热带来额外的元件损坏威胁。-对SMC温度之监控是由IR温度传感器件完成，其连至用于IR辐射元件的电脑控制电源。该等器件报导的温度取决于SMC表面的发射率，可随SMC材料及表面性质而大幅改变。在某些应用中，亦可能需要在附连或移除元件之前加热PCB板本身，以自板上除去湿气及最小化SMC附连及移除期间的热应力。习知此可利用热空气或氮气，或IR辐射元件完成。然而，如上所述，气体是传热效率相对较低之介质；如此，气体温度必须显著高于目标PCB温度。此方面的低效率亦可导致需要延长的曝露时间，从而可使PCB及其元件遭受损坏之危险。气体温度亦可能难以控制。利用IR辐射元件加热PCB亦存在问题。IR吸收取决于表面发射率，而表面发射率取决于材料及表面粗糙度。由于用于PCB的材料及PCB表面涂层反射率差异很大，可能难以对PCB进行均匀加热及对温度进行精确控制。
技术实现思路
本专利技术提出一种用于SMC之热附连与分离的方法与系统，其通过提供一用于同时夹持一SMC、通过热传导加热其输入/输出(I/O)接点与监视且精确控制施加至SMC的加热温度的装置，而克服上述问题。本方法可用于通过包括软焊、压焊或铜焊的各种方法将SMC热附连至基板及自基板热分离SMC。尽管本方法具有广泛适用性，但本文是以将SMD软焊至PCB及自PCB将SMD去焊的情形加以解释。本方法使用″平面加热器″加热元件，其响应电流产生热量。加热器的电阻随其温度而变，且其电阻经读取以测定加热器温度及测量SMD温度。提供夹持一SMD的装置，如此SMD的输入/输出接点由自平面加热器通过及/或沿SMD侧壁之热传导受到加热。提供电流至平面加热器，如此产生足以将输入/输出接点软焊至PCB或自PCB去焊输入/输出接点的热量。本方法使夹持、加热及电阻监视与SMD温度测量得以同时进行。本专利技术描述若干种夹持SMD的装置，其包括真空、机械、粘合及磁性装置。本专利技术亦描述使用诸如平面加热器之加热元件加热其上可安装SMC的基板之方法。自下列详细描述，加之附图，本专利技术的其他特征及优势对本领域的技术人员不言自明。附图简述附图说明图1是根据本专利技术的热附连与分离系统的方块图。图2是根据本专利技术的平面加热器的立体图。图3是根据本专利技术之平面加热器模组(PHM)与轴组件界面的分解图。图4是显示图3的连接至柱塞的PHM的立体图，其中使用一压板将平面加热器附至匣。图5系根据本专利技术的轴组件及真空罩的立体图。图6-9是根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将一具有一平坦顶部表面的表面安装元件（ＳＭＣ）热附连至一基板或从一基板热分离的方法，包含：提供一响应于电流产生热量的平面加热器，所述加热器的电阻随其温度而变；提供一匣，所述平面加热器附至所述匣；夹持一ＳＭＣ，使得它与所述基板的接触界面由自所述平面加热器通过和／或沿所述ＳＭＣ的侧壁的热传导来加热；提供至所述平面加热器的电流，使得产生足以引起所述接触界面的附连或分离的热量；读取所述平面加热器的电阻以确定其温度；以及基于所述电阻读数确定所述ＳＭＣ的温度；使得所述夹持、加热、电阻读取与ＳＭＣ温度确定步骤同时发生。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：TW杜斯顿，RP拉金，JD帕森斯，A迪威，A普洛柯，
申请(专利权)人：希脱鲁尼克斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]