CN110326096A - 激光回流焊装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可缩短对一个对焊接对象物的节拍时间(tact time)以及实现对多个焊接对象物整体的焊接作业的高速化的激光回流焊装置，其包括：焊接对象物移送部，包括对焊接对象物进行支撑的工作台，用于移送上述焊接对象物；激光照射部及激光照射部移送部，激光照射部将激光转换为面光源形态来向焊接对象物照射，激光照射部移送部用于使激光照射部向照射位置或等待位置移动；以及激光束透射板及激光束透射板移送部，激光束透射板与激光照射部分离来独立设置，并使面光源形态的激光束透射，激光束透射板移送部用于使激光束透射板向作业位置或等待位置移动。

Description

激光回流焊装置

技术领域

本发明涉及激光回流焊装置，更详细地，涉及可缩短对一个对焊接对象物的节拍时间(tact time)，实现对多个焊接对象物整体的焊接作业的高速化及对因层叠或者翘曲(Warpage)严重而需要施加压力的焊接对象物的焊接作业的高速化的激光回流焊装置。

背景技术

通常，加压方式的回流焊装置通过在被加热至规定温度的头部接近硅片来向硅片施加压力和温度的方式在基板焊接薄的硅片。其中，一个头部与一个硅片相接触，且利用被加热的头部的导热来向硅片下部的回流焊部分照射热量，最少需要数秒至数十秒的导热时间。

另一方面，通常所知的激光回流焊装置为按压焊接对象物数秒钟并照射激光的焊接装置。半导体芯片或集成电路(IC)虽然极小，但是具有规定尺寸。激光回流焊装置照射与半导体芯片或集成电路尺寸相对应的面光源形态的激光来执行焊接。

在韩国授权专利第10-1245356号(以下，称之为“现有技术文献”)中公开了利用面光源形态的激光的焊接装置的加压头部。参照图6，记述了包括通过真空吸附半导体芯片50并向半导体芯片50照射面光源形态的激光的吸附模块45和包括上述吸附模块45的加压头部40的结构。

根据现有技术文献，加压头部和激光照射部通过一个模块制造并驱动。在半导体条等焊接多个半导体芯片的情况下，需要将对一个半导体芯片施加压力并照射面光源形态的激光的动作反复执行与多个半导体芯片数量相对应的次数。这种机械机制成为限定用于焊接多个半导体芯片的整个工作时间的因素。

为了减少用于焊接多个半导体芯片的整体工作时间，在以往的一部分企业使用利用4个加热头部，最多利用8个加热头部来处理多个半导体芯片焊接的焊接装置。如上所述，若使用多个加热头部，则焊接装置的整体价格也会很大程度上升，通常，利用这种加热头部的加压方式的回流焊装置最少为达到8亿韩元至25亿韩元的高价装置。

对此，需要比以往加热头部方式或激光和加压部一体型头部方式可大幅度减少装置的价格和节拍时间的激光回流焊装置。并且，在上述以往方式中，通常由一个头部按压一个硅片来对其施加压力及加热，以此进行回流焊工作，但是，需要在分离加热部和激光照射部来施加压力之后，一次性对多个硅片照射面光源形态的激光来使生产性极大化的激光回流焊装置。并且，在以往方式的情况下，局限于加热部头部大小来传递激光或热量，但是，需要能够以多种方式改变作为热源的激光束的大小来使用的激光回流焊装置。

另一方面，本申请的发明人员在对基板施加压力的状态下进行激光焊接时，发现了激光焊接粘结材料在熔融/再次凝固过程中发生烟尘(fumes)。这种烟尘附着在加压物体的底面，若照射激光，则上述烟尘会引发燃烧(burning)。对此，为了提高焊接质量和加压物体的耐久性，需要防止当进行激光焊接时所发生的烟尘附着在加压物体的底面或者去除上述烟尘的技术。

以往激光回流焊装置中，加压头部与激光照射部形成为一体，因此，若加压头部被破损，则激光照射部也无法使用。并且，为了更换破损的加压头部，需要分解加压头部和激光照射部整体，因此，需要很长的更换时间。

发明内容

技术问题

本发明为了解决上述问题而提供，本发明的目的在于，提供如下的激光回流焊装置，即，可缩短因层叠或翘曲严重而需要施加压力的焊接对象物的节拍时间以及实现对多个焊接对象物整体的焊接作业的高速化。

并且，本发明的目的在于，提供通过减少焊接所需的面光源形态的激光损失来提高焊接质量的激光回流焊装置。

并且，本发明的目的在于，提供可提高按压焊接对象物的物体的耐久性的激光回流焊装置。

本发明的其他目的可通过以下实施例的说明简单理解。

技术方案

用于解决上述技术问题的激光回流汗装置包括：焊接对象物移送部，包括对焊接对象物进行支撑的工作台，用于移送上述焊接对象物；激光照射部及激光照射部移送部，上述激光照射部将激光转换为面光源形态来向上述焊接对象物照射，上述激光照射部移送部用于使上述激光照射部向照射位置或等待位置移动；以及激光束透射板及激光束透射板移送部，上述激光束透射板与上述激光照射部分离来独立设置，由使面光源形态的激光束透射的材质形成，且对上述焊接对象物施加压力，上述激光束透射板移送部用于使上述激光束透射板向作业位置或等待位置移动。

本发明的激光回流焊装置还包括保护膜移送部，上述保护膜移送部用于向上述激光束透射板的下部移送保护膜，上述保护膜防止当进行激光焊接时所发生的烟尘附着在上述激光束透射板的底面。

本发明的激光回流焊装置的激光束透射板移送部还包括：一个以上的致动器，用于对上述激光束透射板施加压力；以及一个以上的压力检测传感器，用于检测通过上述致动器向上述激光束透射板施加的压力。上述激光束透射板移送部还包括用于检测上述激光束透射板的高度的一个以上的高度传感器。

向激光束透射板施加压力的致动器体现为一个以上的加压部，可通过一个以上的压力检测传感器执行实时反馈控制及监控功能来控制向激光束透射板施加的压力。

在向激光束透射板施加压力的致动器设置有高度传感器，从而可确认施加压力的高度和进行焊接瞬间的焊接对象物的位置，并可执行与焊接对象物维持规定高度的间隔的功能。

激光束透射板的母材可以为石英(Quarts)、蓝宝石(sapphire)、熔融石英玻璃(Fused Silica Glass)或金钢石中的一种。

在激光束透射板的底面可形成薄膜涂层。

在本发明的激光回流焊装置中，可在上述激光束透射板的底面形成有用于向外部排除当进行激光焊接时所发生的烟尘的通道。

发明的效果

根据上述本发明的激光回流焊装置，本发明具有如下效果。

第一，按压焊接对象物的激光束透射板和向焊接对象物照射面光源形态的激光的激光照射部相互独立分离来形成，由此，在通过激光束透射板按压焊接对象物的状态下，将激光照射部向焊接对象物的多个照射位置移动之后，通过进行驱动来缩短对一个焊接对象物的节拍时间以及实现多个焊接对象物整体的焊接作业的高速化，并且可通过对层叠或翘曲严重的焊接对象物施加压力或者维持规定高度来防止翘曲。

并且，激光束透射板和激光照射部相互独立分离来形成，由此，根据需要，可迅速更换激光束透射板，可减少因更换激光束透射板所引起的焊接作业等待时间来提高生产性。

第二，可通过保护膜保护激光束透射板的下部，从而可防止当进行激光焊接时所发生的烟尘附着在激光束透射板的下部，以此可提高焊接质量和激光束透射板的耐久性。

第三，激光束透射板移送部检测对激光束透射板产生的压力并控制基于大面积加压的规定压力，可对能够维持规定高度间隔的高度进行控制，由此，可调节焊接对象物与激光束透射板之间的平坦度，从而可减少焊接不良率。

第四，在激光束透射板的底面形成通道，由此，通过上部的吸附(suction)装置，可沿着通道迅速排出当进行激光焊接时发生并引发激光束透射板的破损的烟尘。

附图说明

在说明书中附加的以下附图例示本发明的优选实施例，与后述发明的详细说明一同起到进一步理解本发明的技术思想的作用，因此，本发明不应局限于附图中所记载的事项而限定地进行解释。

图1和图2为用于说明本发明的激光回流焊装置的例示图。

图3简要示出本发明的激光回流焊装置的整体结构。

图4示出可用于本发明的激光回流焊装置的激光束透射板。

图5为用于说明本发明的激光回流焊装置的激光照射部的例示图。

图6为示出公开的倒装焊接机的加压头部结构的剖视图。

11：焊接对象物

111：工作台

120：激光照射部

121：光纤维

122：激光束整形器

123：光学部

130：激光束透射板

140：激光束透射板移送部

150：支撑部

210：保护膜移送部

211：保护膜

具体实施方式

在本说明书中使用的术语仅用于说明特定实施例，而并非用于限定本发明。只要在文脉上并未明确表示，单数的表达包括复数的表达。在本说明书中，“包括”或“具有”等的术语用于指定在本说明书中记载的特征、数字、步骤、动作、结构要素、部件或这些组合的存在，而并非预先排除一个或一个以上的其他特征或数字、步骤、动作、结构要素、部件或这些组合的存在或附加可能性。

除非另有定义，包括技术或科学术语在内的本说明书中所使用的所有术语的含义与本发明所属技术领域的普通技术人员一般理解的含义相同。通常使用的词典定义的术语具有与相关技术的文脉所具有的含义相同的含义，只要在本说明书中并未明确定义，不应以理想性或过于形式性的含义来解释。

以下，参照附图，详细说明本发明的优选实施例。

如图1所示，本发明的激光回流焊装置可包括：激光照射部120，用于向下方焊接对象物11照射面光源形态的激光，上述焊接对象物11被具有可施加热量的结构的多孔性物质或形成有真空孔的工作台111所支撑并移送；激光束透射板130，与激光照射部120分离来独立设置，用于使面光源形态的激光透射；激光束透射板移送部140，向作业位置或等待位置移动激光束透射板130；以及支撑部150，以使激光束透射板移送部140能够移动的方式对其进行支撑。

激光照射部120将在激光振荡器中发生并通过光纤维121传递的激光转换为面光源来向焊接对象物11照射。激光照射部120可包括：激光束整形器122，用于将点(spot)形态的激光转换为面光源形态；光学部123，配置于激光束整形器122的下部，多个镜头模块以相互隔着适当间隔隔开安装于镜筒的内部，使得从激光束整形器122发出的面光源向焊接对象物11的照射区域照射。

激光照射部120为了与焊接对象物11对准以及为了调节与焊接对象物11和激光束透射板130之间的平坦度及高度，沿着z轴上升或下降或者沿着x轴左右移动或者沿着y轴移动。

在本发明的激光回流焊装置中，按压焊接对象物11的激光束透射板130和向焊接对象物11照射面光源形态的激光的激光照射部120相互独立分离来形成，由此，在通过激光束透射板130按压焊接对象物11的状态下，使激光照射部120向多个照射位置移动之后，可通过驱动来缩短对一个焊接对象物11的节拍时间以及实现对多个焊接对象物11整体的焊接作业的高速化。

本发明的激光回流焊装置可包括：一个以上的致动器，对激光束透射板130施加压力；至少一个压力检测传感器，用于检测向激光束透射板130施加的压力；以及一个以上的高度传感器，用于检测激光束透射板的高度。通过压力检测传感器调节对焊接对象物施加的压力，在大面积的情况下，通过多个致动器和多个压力检测传感器，来向焊接对象物传递相同的压力，并且，通过一个以上或多个高度传感器确认焊接对象物焊接瞬间的高度位置值或者提供可找出更准确的焊接高度的数值的技术数据，在执行维持规定高度的间隔的工序的情况下，执行可控制准确高度的功能。作为一例，压力检测传感器可体现为一个或多个称重传感器。高度传感器可体现为线性编码器或起到类似功能的装置。

激光束透射板130可通过透射从激光照射部120输出的激光的母材来实现。激光束透射板130的母材可通过所有激光束透射性材料来实现。例如，激光束透射板130的母材可体现为石英、蓝宝石、熔融石英玻璃或金钢石中的一种。但是，通过石英材料形成的激光束透射板的物理特性与通过蓝宝石体现的激光束透射板的物理特性不相同。例如，在照射980nm的激光的情况下，通过石英材质体现的激光束透射板的透射率为85％-99％，在焊接对象物中测定的温度为100℃。相反，通过蓝宝石体现的激光束透射板的透射率为80％-90％，在焊接对象物中测定的温度为60℃。

即，在光透射率和用于焊接的热量损失侧面，石英的性能比蓝宝石的性能更优秀。但是，本申请人员开发激光回流焊装置并反复测试激光束透射板130的结果，通过石英材料体现的激光束透射板130在进行激光焊接时发生裂痕(crack)或者在底面发生燃烧，从而导致焊接质量不良的问题。分析出其原因在于，当进行激光焊接时所发生的烟尘附着于激光束透射板130的底面，激光的热源集中在附着烟尘的部分，从而提高热量负担。

为了防止通过石英材质体现的激光束透射板的损伤并提高耐久性，在通过石英材料提现的激光束透射板的底面可形成薄膜涂层。形成于激光束透射板的底面的薄膜涂层可通过作为通常的光学涂层的介电涂层、SiC涂层或金属物质涂层来实现。

激光束透射板移送部140使激光束透射板130向作业位置或等待位置移动。作为一例，激光束透射板移送部140使激光束透射板130下降或上升或向左右移动之后使其下降或上升。

激光束透射板移送部140可包括：至少一个压力传感器，用于检测对激光束透射板130施加的压力；以及高度传感器，用于检测激光束透射板的高度。作为一例，压力检测传感器可通过至少一个称重传感器来实现。高度传感器可通过线性编码器来实现。

如图2所示，本发明的激光回流焊装置还可包括保护膜移送部210，上述保护膜移送部210向激光束透射板130的下部移送保护膜211，上述保护膜用于防止当进行激光焊接时所发生的烟尘附着在激光束透射板130的底面。

保护膜移送部210可通过对以辊形态卷绕的保护膜进行释放并向一侧移送的卷对卷方式实现。作为一例，保护膜211的最高使用温度为300℃以上，连续最高使用温度为260℃以上，优选地，由耐热性优秀的材料形成。例如，保护膜211可通过聚四氟乙烯树脂(通常，被称为铁氟龙树脂(Polytetrafluoroethylene，PTFE))或全氟烷氧基树脂实现。全氟烷氧基树脂(Per Fluoro Alkylvinyether copolymer，PFA)为改善氟化乙烯丙烯树脂的耐热性的产品，连续最高使用温度为与聚四氟乙烯树脂相同的260℃，从而为高功能性树脂。

图3示出本发明的激光回流焊装置的整体结构。参照图3，本发明的激光回流焊装置可包括焊接对象物移送部110、激光照射部120、激光束透射板130、激光束透射板移送部140、支撑部150及保护膜移送部210。

焊接对象物移送部110包括支撑焊接对象物的工作台111，并移送焊接对象物。可在工作台111形成有具有向下部施加热量的结构的多孔性物质或真空孔。对焊接对象物进行支撑的工作台111可体现为包括以规定间隔隔开的多个驱动辊的输送机方式或呈附着有精密的驱动要素和可承受大压力的引导件的机械结构的形态，根据材料种类，可通过X、Y、Theta精密地调节位置。

激光照射部120将在发生激光振动器中发生并通过光纤维121传递的点形态的激光转换为面光源形态来向焊接对象物照射。激光照射部120可包括：激光束整形器122，用于将点(spot)形态的激光转换为面光源形态；光学部123，配置于激光束整形器122的下部，多个镜头模块以相互隔着适当间隔隔开安装于镜筒的内部，使得从激光束整形器122发出的面光源向焊接对象物的照射区域照射。

作为一例，激光照射部120还可包括镜筒驱动部，上述镜筒驱动部使多个镜头模块单独上升或下降来调节面光源的照射区域的范围和加热温度。根据上述实施例，可选择性地向焊接对象物照射激光来进行焊接。

虽然未在图3示出，但本发明的激光回流焊装置包括利用从压力检测传感器和高度传感器输入的数据来控制激光束透射板移送部140的动作的控制部。压力检测传感器和高度传感器可设置于对激光束透射板130、激光束透射板移送部140及焊接对象物进行支撑的工作台111。例如，控制部从压力检测传感器接收数据来控制激光束透射板移送部140，使得压力达到目标值，并从高度传感器接收数据来控制激光束透射板移送部140，使得高度达到目标值。

支撑部150以能够使激光束透射板移送部140进行移动的方式对其进行支撑。作为一例，支撑部150可体现为与工作台111并排延伸而成的一对镜筒架。但是，支撑部150应当解释为包括以能够使激光束透射板移送部140向x轴、y轴或z轴移动的方式对其进行支撑的结构。

图4示出可用于本发明的激光回流焊装置的激光束透射板。参照图4，在本发明的激光回流焊装置中，可在激光束透射板410的底面形成有向外部排出当进行激光焊接时所发生的烟尘的通道411。可在激光束透射板410的底面形成有以规定间隔隔开而成的多个突出部412。多个突出部412可呈压纹形态。

图5为用于说明用于本发明的激光回流焊装置的激光照射部的例示图。

在本发明中，为了将高斯形式的激光转换为具有均匀的能量分布的面光源而使用激光束整形器(beam shaper)550。激光束整形器550的实施例在韩国专利授权号第10-1017848号中公开。作为一例，激光束整形器550和光纤维551可包括用于形成均匀化的四角形激光的四角光管(Square Light Pipe)。

参照图5，光学部560可包括凸镜561、第一圆柱形镜头562、第二圆柱形镜头563及聚焦镜头564。光学部560位于激光束整形器550的出口侧来调节激光的照射区域的大小和形状。凸镜561以与使激光均匀化的激光束整形器550的出口侧相邻的方式设置，以聚集面照射的激光。激光在通过激光束整形器550的出口侧时发散并分散。因此，凸镜561通过聚光来防止均匀化的激光束发散，并可向第一圆柱形镜头562传递聚集的激光。经过凸镜561的激光可形成第一照射区域A1。

第一圆柱形镜头562可调节通过凸镜561的激光的第一轴方向长度。第一圆柱形镜头562能够以在使圆柱站立的状态下沿着纵轴切割的形状设置，第一圆柱形镜头562形成于凸镜561的下部，第一圆柱形镜头562的凸面可朝向上侧。能够以使透射第一圆柱形镜头562的激光的照射区域的第一轴方向长度缩短的方式设置。透射第一圆柱形镜头562的激光的第一轴方向长度缩短，因而照射区域可从第一照射区域A1转换为第二照射区域A2。

第二圆柱形镜头563可调节通过第一圆柱形镜头562的镜头的第二轴方向长度。第二轴方向长度与第一轴方向长度正交，第二圆柱形镜头563的形状与第一圆柱形镜头562的形状相同。第二圆柱形镜头563可设置于第一圆柱形镜头562的下部，凸面朝向上侧，其方向可与第一圆柱形镜头562的方向正交。透射第二圆柱形镜头563的激光的照射区域的第二轴方向长度可以缩短。透射第二圆弧形镜头563的激光的照射区域的第二轴方向长度缩短，因而照射区域可从第二照射区域A2转换为第三照射区域A3。

第一圆柱形镜头562及第二圆柱形镜头563可简单调节激光的照射区域的形状。第一圆柱形镜头562及第二圆柱形镜头563均可包括能够简单调节激光的照射区域的第一轴方向长度及第二轴方向长度的结构。第一圆柱形镜头562及第二圆柱形镜头563的凸面朝向下部，上部面凹陷的镜头可位于第一圆柱形镜头562及第二圆柱形镜头563的位置。激光的照射区域可以调节为使第一轴方向长度和第二轴方向长度增加。只要第一圆柱形镜头562及第二圆柱形镜头563通过调节激光的照射区域的第一轴方向长度和第二轴方向长度来调节照射区域的横向及纵向的长度比例，就均可包含在一实施例。

第一圆柱形镜头562及第二圆柱形镜头563的位置可以相互变更。即，透射凸镜561的激光先透射第二圆柱形镜头563，由此，在调节照射区域的第二轴方向长度之后，可简单调节第一轴方向长度。

聚焦镜头564使通过第一圆柱形镜头562和第二圆柱形镜头563的激光的照射区域具有默认宽度。聚光镜头564维持通过第二圆柱形镜头563形成的照射区域的形状，可增加或减少照射区域的宽度。聚焦镜头564在通过维持通过第二圆柱形镜头563形成的照射区域的第一轴方向与第二轴方向长度的比例来维持形状的状态下，可增加或减少照射区域的宽度。利用聚焦镜头564来放大作为透射第二圆柱形镜头563的激光的照射区域的第三照射区域A3，从而具有第四照射区域A4的宽度。聚焦镜头564可以减少第三照射区域A3的宽度。聚焦镜头564可以更换。

以上说明的本发明并不局限于上述实施例及附图，在不脱离本发明的技术思想的范围内，可进行多种置换、变形及变更。这对本发明所属技术领域的普通技术人员来说是显而易见的。因此，本发明的真正的技术保护范围通过申请专利范围定义。

Claims (7)

1.一种激光回流焊装置，包括：

焊接对象物移送部，包括对焊接对象物进行支撑的工作台，用于移送上述焊接对象物；

激光照射部及激光照射部移送部，上述激光照射部将激光转换为面光源形态来向上述焊接对象物照射，上述激光照射部移送部用于使上述激光照射部向照射位置或等待位置移动；以及

激光束透射板及激光束透射板移送部，上述激光束透射板与上述激光照射部分离来独立设置，由使面光源形态的激光束透射的材质形成，且对上述焊接对象物施加压力，上述激光束透射板移送部用于使上述激光束透射板向作业位置或等待位置移动。

2.根据权利要求1所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述激光回流焊装置还包括保护膜移送部，上述保护膜移送部用于向上述激光束透射板的下部移送保护膜，上述保护膜防止当进行激光焊接时所发生的烟尘(fumes)附着在上述激光束透射板的底面。

3.根据权利要求1所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述激光束透射板移送部还包括：

一个以上的致动器，用于对上述激光束透射板施加压力；以及

一个以上的压力检测传感器，用于检测通过上述致动器向上述激光束透射板施加的压力。

4.根据权利要求3所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述激光束透射板移送部还包括用于检测上述激光束透射板的高度的一个以上的高度传感器。

5.根据权利要求1所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述激光束透射板的母材为石英(Quarts)、蓝宝石(sapphire)、熔融石英玻璃(Fused Silica Glass)或金钢石中的一种。

6.根据权利要求5所述的激光回流焊装置，其特征在于，在上述激光束透射板的底面形成薄膜涂层。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的激光回流焊装置，其特征在于，在上述激光束透射板的底面形成有用于向外部排除当进行激光焊接时所发生的烟尘(fumes)的通道。