DE102020113788A1

DE102020113788A1 - Lötvorrichtung zum Löten durch Laserlicht und mit einer Lötvorrichtung versehene Robotervorrichtung

Info

Publication number: DE102020113788A1
Application number: DE102020113788.5A
Authority: DE
Inventors: Yoshio MOTOWAKI
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-05-29
Filing date: 2020-05-22
Publication date: 2020-12-03
Also published as: CN112008177B; CN112008177A; US11198188B2; US20200376579A1; JP2020192586A; JP7260401B2

Abstract

Eine Lötvorrichtung umfasst einen Laserkopf, der Laserlicht ausstrahlt, und eine Lötmetallzufuhreinrichtung, die Lötmetall in den Pfad des Laserlichts liefert. Die Lötvorrichtung umfasst ein Lötmetallauffangelement, das das durch das Laserlicht geschmolzene Lötmetall auffängt, und ein Ausgießelement, das das geschmolzene Lötmetall zu einem Werkstück gießt. Das Lötmetallauffangelement weist eine Vertiefung mit einer Form, in der das geschmolzene Lötmetall aufgefangen wird, auf. Das Ausgießelement weist einen mit der Vertiefung verbundenen Kanal, in dem das Lötmetall fließt, auf.

Description

Allgemeiner Stand der Technik
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lötvorrichtung zum Löten durch Laserlicht und eine mit einer Lötvorrichtung versehene Robotervorrichtung.
Beschreibung des Stands der Technik
Durch Vornehmen eines Lötens können Komponenten aneinander fixiert werden und Komponenten elektrisch an elektrische Schaltungen angeschlossen werden. Beispielsweise kann ein Löten vorgenommen werden, wenn eine elektronische Komponente an einem Substrat wie etwa einer Leiterplatte oder dergleichen fixiert wird. Durch Vornehmen des Lötens kann die elektronische Komponente an dem Substrat fixiert werden und die elektronische Komponente an eine elektrische Schaltung, die auf dem Substrat gebildet ist, angeschlossen werden. Zur Vornahme des Lötens wird Lötmetall erhitzt und das Lötmetall geschmolzen. Das geschmolzene Lötmetall wird zu dem Bereich, in dem die elektronische Komponente fixiert wird, wie etwa zu Zuleitungen oder Klemmen der elektronischen Komponente geliefert. Danach nimmt die Temperatur des Lötmetalls ab, wodurch das Lötmetall härtet.
Nach dem Stand der Technik ist eine Bestrahlung des Lötmetalls mit Laserlicht, um das Lötmetall zu erhitzen und zu schmelzen, bekannt (siehe zum Beispiel die Patentoffenlegungsschrift 2011-216503, die Patentoffenlegungsschrift 2010-89159, und die Patentoffenlegungsschrift Hei-8-8284). Durch das Schmelzen des Lötmetalls mit Laserlicht kann das Lötmetall in einer kurzen Zeit geschmolzen werden und die Zeit für die Vornahme des Lötens verkürzt werden.
Kurzdarstellung der Erfindung
Bei einer Lötvorrichtung, die das Lötmetall durch Laserlicht schmilzt, wird das Lötmetall vor dem Schmelzen in dem Bereich, in dem sich Zuleitungen von DIP-Komponenten (Dual-inline-Package-Komponenten) oder Klemmen von oberflächenmontierten Komponenten befinden, angeordnet. Dann wird das Lötmetall durch Bestrahlen des Lötmetalls mit Laserlicht geschmolzen und das geschmolzene Lötmetall zu dem Bereich, in dem die Zuleitungen oder die Klemmen angeordnet sind, geliefert.
Bei der Tätigkeit des Lötens werden zum Beispiel Zuleitungen von elektronischen Komponenten durch Durchgangslöcher, die in einer Leiterplatte gebildet sind, gesteckt. Dann wird Lötmetall von der Hinterseite der Leiterplatte her in dem Bereich, in dem die Zuleitungen eingerichtet sind, angeordnet. Das Lötmetall wird durch Bestrahlen mit Laserlicht geschmolzen, wodurch die in den Durchgangslöchern eingerichteten Zuleitungen an dem Substrat fixiert werden können.
Bei der Vornahme einer solchen Löttätigkeit kommt es vor, dass das Laserlicht durch die Oberflächen der Zuleitungen der elektronischen Komponenten reflektiert wird. Es kann vorkommen, dass das reflektierte Laserlicht den Bereich um ein Durchgangsloch der Leiterplatte erreicht. Zum Beispiel kann es vorkommen, dass das Laserlicht durch das Spitzenende einer Zuleitung reflektiert wird und der Bereich um das Durchgangsloch der Leiterplatte versengt wird. Oder es kann sein, dass das Laserlicht an dem Spitzenende einer Zuleitung reflektiert wird und eine elektronische Komponente in der Nähe der elektronischen Komponente, deren Löten vorgenommen wird, erreicht. Dann kann es vorkommen, dass die elektronische Komponente durch das Laserlicht versengt wird.
Besonders, wenn Zuleitungen von elektronischen Komponenten eine andere Form als die Form einer runden Säule aufweisen, weisen die Spitzenendbereiche verschiedenartige Formen auf. Wenn eine Zuleitung zum Beispiel plattenförmig ausgeführt ist, kommt es vor, dass die elektronische Komponente durch die Elastizität der Zuleitung vorübergehend in einem Durchgangsloch fixiert ist. Da das Laserlicht durch das Spitzenende der Zuleitung in verschiedene Richtungen reflektiert wird, kann es vorkommen, dass die Leiterplatte versengt wird oder elektronische Komponenten in der Umgebung versengt werden.
Oder es ist auch möglich, dass das Laserlicht durch den Zwischenraum zwischen einer Zuleitung und einem Durchgangsloch verläuft und den Hauptkörper einer elektronischen Komponente erreicht. Als Folge bestrahlt das Laserlicht den Formkörper, der das Element abdeckt, und kann es vorkommen, dass der Hauptkörper versengt wird. Besonders, wenn die Zuleitung eine andere Form als die Form einer runden Säule aufweist, wird der Raum zwischen der Zuleitung und dem Durchgangsloch groß und kann das Laserlicht leicht den Hauptkörper der elektronischen Komponente erreichen.
Außerdem gibt es unter den elektronischen Komponenten auch Komponenten, deren Verlässlichkeit abnimmt, wenn die Temperatur hoch wird. Wenn das Lötmetall durch Laserlicht geschmolzen wurde, kann es sein, dass die Temperatur der elektronischen Komponente abhängig von der Ausgangsleistung des Laserlichts kurzzeitig hoch wird und die Verlässlichkeit der elektronischen Komponente abnimmt.
Somit ist es als Folge der Vornahme eines Lötens unter Verwendung von Laserlicht möglich, dass die Qualität einer Leiterplatte abnimmt. Zum Beispiel besteht auch bei elektrischen Schaltungen, die zur Zeit der Herstellung normal funktionierten, das Problem, dass die Haltbarkeit durch Versengen der Leiterplatte oder Versengen einer elektronischen Komponente abnimmt. Besonders bei Vorrichtungen, von denen ein normaler Betrieb über einen langen Zeitraum hinweg verlangt wird, wie etwa bei Steuervorrichtungen von Maschinen, wird das Versengen einer Leiterplatte oder das Versengen einer elektronischen Komponente zur Zeit der Herstellung der Leiterplatte zu einem Problem.
Designer, die Leiterplatten entwerfen, designen die Leiterplatten so, dass die Leiterplatten oder elektronischen Komponenten bei der Vornahme eines Lötens unter Verwendung von Laserlicht nicht beschädigt werden. Zum Beispiel wird der Entwurf so vorgenommen, dass der Durchmesser von Durchgangslöchern klein wird, damit das Laserlicht nicht durch die Durchgangslöcher verläuft. Doch wenn der Durchmesser der Durchgangslöcher klein gestaltet wird, kommt es bei der Tätigkeit des Einsteckens der Zuleitungen von elektronischen Komponenten in die Durchgangslöcher leicht zu Einsteckfehlern. Bei einer Verwendung von Komponenten, die gegenüber Wärme empfindlich sind, wird bei der Gestaltung der Leiterplatte der Bereich, in dem sich die durch das Laserlicht entstehende Wärme ausbreitet, überprüft. Außerdem kann es bei der Bestrahlung mit Laserlicht vorkommen, dass Elemente im Inneren von elektronischen Komponenten beschädigt werden. Daher werden Komponenten mit Wärmebeständigkeit gewählt oder wird die Anordnung der elektronischen Komponenten geprüft.
Somit ist bei der Vornahme eines Lötens unter Verwendung von Laserlicht zur Unterdrückung einer Beschädigung des Werkstücks wie etwa einer Leiterplatte oder einer Beschädigung einer Komponente, die an dem Werkstück fixiert wird, eine besondere Gestaltung des Werkstücks erforderlich. Als Folge besteht das Problem, dass der Designer bei der Tätigkeit zur Gestaltung des Werkstücks viel Mühe aufwendet.
Eine Lötvorrichtung nach einer Form der vorliegenden Offenbarung liefert durch Laserlicht geschmolzenes Lötmetall zu einem Werkstück. Die Lötvorrichtung umfasst ein Laserlichtausstrahlungselement, das Laserlicht ausstrahlt, und eine Lötmetallzufuhreinrichtung, die Lötmetall in den Pfad des Laserlichts liefert. Die Lötvorrichtung umfasst ein Lötmetallauffangelement, das das durch das Laserlicht geschmolzene Lötmetall auffängt, und ein Ausgießelement, das das geschmolzene Lötmetall zu dem Werkstück gießt. Das Lötmetallauffangelement weist eine Aufnahmeeinheit mit einer Form, in der das geschmolzene Lötmetall aufgefangen wird, auf. Das Ausgießelement ist an dem Lötmetallauffangelement fixiert und weist einen Lötmetallfließweg, der mit der Aufnahmeeinheit verbunden, ist und auf dem das Lötmetall fließt, auf.
Eine Robotervorrichtung nach einer Form der vorliegenden Offenbarung umfasst die oben beschriebene Lötvorrichtung und einen Knickarmroboter, der die Position und die Lage der Lötvorrichtung verändert. Die Robotervorrichtung umfasst eine Steuervorrichtung, die den Knickarmroboter steuert. Die Steuervorrichtung führt eine Steuerung aus, bei der die Lötvorrichtung so geneigt wird, dass das geschmolzene Lötmetall von der Aufnahmeeinheit über den Lötmetallfließweg zu dem Werkstück geliefert wird. Die Steuervorrichtung führt eine Steuerung aus, bei der in einem geneigten Zustand der Lötvorrichtung Laserlicht ausgestrahlt wird und das Lötmetall zu dem Werkstück geliefert wird.
Figurenliste

1 ist eine Schrägansicht einer Robotervorrichtung bei einer Ausführungsform.
2 ist eine von der Seite, an der der Laserkopf angeordnet ist, her gesehene Schrägansicht des Hauptabschnitts einer Lötvorrichtung bei der Ausführungsform.
3 ist eine von der Seite, an der der Oszillator angeordnet ist, her gesehene Schrägansicht des Hauptabschnitts der Lötvorrichtung.
4 ist eine vergrößerte Schrägansicht des Bereichs, in dem das Lötmetall der Lötvorrichtung geschmolzen wird.
5 ist eine vergrößerte Schnittansicht einer Vertiefung des Lötmetallauffangelements und eines Kanals des Ausgießelements.
6 ist eine vergrößerte Schnittansicht einer anderen Ausführung der Vertiefung des Lötmetallauffangelements und des Kanals des Ausgießelements.
7 ist eine vergrößerte Schrägansicht des Hauptabschnitts der Lötvorrichtung zur Erklärung von in dem Lötmetallauffangelement gebildeten Durchgangslochabschnitten und an dem Lötmetallauffangelement angebrachten Heizeinrichtungen.
8 ist ein Blockdiagramm der Robotervorrichtung bei der Ausführungsform.
9 ist eine Schrägansicht der Robotervorrichtung bei einem ersten Prozess des Lötens.
10 ist eine Schrägansicht der Robotervorrichtung bei einem zweiten Prozess des Lötens.
11 ist eine vergrößerte Schrägansicht der Lötvorrichtung zur Zeit der Lieferung von Lötmetall zu einer Leiterplatte.
12 ist eine vergrößerte Schrägansicht einer Lötvorrichtung nach einer Abwandlung.
13 ist eine schematische Seitenansicht eines Lötsystems bei einer Ausführungsform.

Ausführliche Erklärung
Unter Bezugnahme auf 1 bis 13 werden eine Lötvorrichtung und eine mit der Lötvorrichtung versehene Robotervorrichtung bei einer Ausführungsform erklärt. Die Lötvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform schmilzt Lötmetall durch Laserlicht und liefert das geschmolzene Lötmetall zu einem Werkstück.
1 ist eine schematische Schrägansicht der Robotervorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform. Die Robotervorrichtung 5 umfasst ein Arbeitswerkzeug und einen Roboter 1, der das Arbeitswerkzeug bewegt. Das Arbeitswerkzeug der vorliegenden Ausführungsform ist eine Lötvorrichtung 2. Die Lötvorrichtung 2 ist mit dem Roboter 1 gekoppelt. Die Robotervorrichtung 5 verändert die Position und die Lage der Lötvorrichtung 2 und liefert geschmolzenes Lötmetall zu einer vorab festgelegten Position eines Werkstücks.
Der Roboter 1 der vorliegenden Ausführungsform ist ein Knickarmroboter mit mehreren Gelenkabschnitten. Der Roboter 1 umfasst einen Basisabschnitt 14 und einen auf dem Basisabschnitt 14 gehaltenen Drehrumpf 13. Der Basisabschnitt 14 ist auf einer Einrichtungsfläche fixiert. Der Drehrumpf 13 ist so ausgeführt, dass er sich in Bezug auf den Basisabschnitt 14 dreht. Der Roboter 1 umfasst einen oberen Arm 11 und einen unteren Arm 12. Der untere Arm 12 wird über einen Gelenkabschnitt drehbar an dem Drehrumpf 13 gehalten. Der obere Arm 11 wird über einen Gelenkabschnitt drehbar an dem unteren Arm 12 gehalten. Außerdem ist der obere Arm 11 um eine zu der Verlaufsrichtung des oberen Arms parallele Drehachse drehbar.
Der Roboter 1 umfasst ein mit dem Ende des oberen Arms 11 gekoppeltes Handgelenk 15. Das Handgelenk 15 wird über einen Gelenkabschnitt drehbar an dem oberen Arm 11 gehalten. Das Handgelenk 15 umfasst einen drehbar ausgeführten Flansch 16. Der Roboter 1 der vorliegenden Ausführungsform weist sechs Antriebsachsen auf, doch besteht keine Beschränkung auf diese Ausführung. Es kann ein beliebiger Roboter, der die Position und die Ausrichtung der Lötvorrichtung 2 verändern kann, angewendet werden.
Die Robotervorrichtung 5 bei der vorliegenden Ausführungsform weist einen automatischen Werkzeugwechsler (ATC) auf, der das Arbeitswerkzeug automatisch austauschen kann. Der automatische Werkzeugwechsler weist eine an dem Flansch 16 des Roboters 1 angebrachte roboterseitige Platte 71 und eine an der Lötvorrichtung 2 angebrachte werkzeugseitige Platte 72 auf. Die werkzeugseitige Platte 72 ist so ausgeführt, dass sie mit der roboterseitigen Platte 71 gekoppelt und davon gelöst werden kann. Die Robotervorrichtung 5 kann das Arbeitswerkzeug automatisch austauschen. Die Lötvorrichtung 2 kann auch nicht über einen automatischen Werkzeugwechsler an dem Flansch 16 fixiert sein.
2 zeigt eine von einer Seite her gesehene Schrägansicht der Lötvorrichtung bei der Ausführungsform. 3 zeigt eine von der anderen Seite her gesehene Schrägansicht der Lötvorrichtung bei der Ausführungsform. Unter Bezugnahme auf 2 und 3 umfasst die Lötvorrichtung 2 ein an der werkzeugseitigen Platte 72 des automatischen Werkzeugwechslers fixiertes Halteelement 20 und ein an dem Halteelement fixiertes Wärmeisolierungselement 21. Das Wärmeisolierungselement 21 kann aus einem Element mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit gebildet werden. Zum Beispiel kann es aus einem Material wie Zirconiumoxid, Steatit, oder dergleichen, die Keramiken mit einer hervorragenden Wärmeisolierfähigkeit sind, gebildet werden.
Die Lötvorrichtung 2 umfasst einen Laserkopf 31 als Laserlichtausstrahlungselement, das Laserlicht ausstrahlt. Der Laserkopf 31 wird an dem Halteelement 20 und dem Wärmeisolierungselement 21 gehalten. Dem Laserkopf 31 bei der vorliegenden Ausführungsform wird durch eine optische Faser 32 Laserlicht 30 zugeführt. Die Lötvorrichtung 2 umfasst eine Lötmetallzufuhreinrichtung 34, die Lötmetall in den Pfad des Laserlichts 30 liefert. Die Lötmetallzufuhreinrichtung 34 bei der vorliegenden Ausführungsform liefert einen Lötmetalldraht 35. Die Lötmetallzufuhreinrichtung 34 umfasst eine Vorschubeinrichtung, die den Lötmetalldraht 35 vorschiebt, und eine Lötmetallzufuhrröhre 36, die den Lötmetalldraht 35 bis zu einer vorab festgelegten Position führt. Die Vorschubeinrichtung weist einen Mechanismus wie etwa Rollen auf und liefert den Lötmetalldraht 35 in das Innere der Lötmetallzufuhrröhre 36. Die Vorschubeinrichtung ist zum Beispiel an dem Roboter 1 angebracht. Die Lötmetallzufuhrröhre 36 ist an dem Wärmeisolierungselement 21 fixiert. Der Lötmetalldraht 35 ragt aus dem Spitzenende der Lötmetallzufuhrröhre 36. Das Laserlicht 30 von dem Laserkopf 31 wird auf den von der Lötmetallzufuhrröhre 36 gelieferten Lötmetalldraht 35 gestrahlt.
Die Lötmetallzufuhreinrichtung 34 der vorliegenden Ausführungsform liefert einen Lötmetalldraht, doch besteht keine Beschränkung auf diese Ausführung. Die Lötmetallzufuhreinrichtung kann Lötmetall mit einer beliebigen Form liefern. Zum Beispiel kann die Lötmetallzufuhreinrichtung auch pastenförmiges Lötmetall oder kugeliges Lötmetall liefern. Die Lötmetallzufuhreinrichtung kann das pastenförmige Lötmetall oder das kugelige Lötmetall in den Pfad des Laserlichts liefern.
4 zeigt eine vergrößerte Schrägansicht des Bereichs, in dem das Laserlicht auf den Lötmetalldraht gestrahlt wird. Unter Bezugnahme auf 2 bis 4 umfasst die Lötvorrichtung 2 ein Lötmetallauffangelement 23, das das durch das Laserlicht 30 geschmolzene Lötmetall auffängt. Das Lötmetallauffangelement 23 ist an dem Wärmeisolierungselement 21 fixiert. Das Lötmetallauffangelement 23 ist aus einem Material, das über Wärmebeständigkeit verfügt, gebildet. Außerdem kann das Lötmetallauffangelement 23 aus einem Material mit einer hervorragenden Wärmeleitfähigkeit gebildet werden. Zum Beispiel kann das Lötmetallauffangelement 23 aus Siliziumcarbid oder Aluminiumcarbid oder dergleichen, die Feinkeramiken mit einer hervorragenden Wärmeleitfähigkeit sind, gebildet werden.
Das Lötmetallauffangelement 23 verfügt über eine Vertiefung 23a als Aufnahmeeinheit, in die das durch das Laserlicht 30 geschmolzene Lötmetall fällt. Die Aufnahmeeinheit verfügt über eine Form, in der das geschmolzene Lötmetall aufgefangen wird. Die Aufnahmeeinheit, in die das geschmolzene Lötmetall fällt, ist nicht auf eine Vertiefung beschränkt, solange sie über eine Form verfügt, in der das flüssige Lötmetall vorübergehend aufgefangen werden kann. Zum Beispiel kann um den Bereich, auf den das Lötmetall fällt, auch eine Wand so gebildet sein, dass sie das geschmolzene Lötmetall aufstaut.
Das Lötmetallauffangelement 23 bei der vorliegenden Ausführungsform weist von der Seite her gesehen eine L-Form auf. Ein Teil des Lötmetallauffangelements 23 ist auf dem Pfad des Laserlichts 30 gebildet. Von dem Laserkopf 31 her gesehen ist das Lötmetallauffangelement 23 an der Hinterseite des Lötmetalldrahts 35 angeordnet. Wenn von der Lötmetallzufuhreinrichtung 34 kein Lötmetalldraht 35 geliefert wird, erreicht das Laserlicht 30 das Lötmetallauffangelement 23. Bei der vorliegenden Ausführungsform erreicht das Laserlicht 30 die Vertiefung 23a, wenn von der Lötmetallzufuhreinrichtung 34 kein Lötmetalldraht 35 geliefert wird.
Die Lötvorrichtung 2 weist ein Ausgießelement 25 auf, um das von dem Lötmetallauffangelement 23 aufgefangene Lötmetall zu einem Werkstück zu gießen. Das Ausgießelement 25 kann aus dem gleichen Material wie das Lötmetallauffangelement 23 gebildet werden. Das Ausgießelement 25 ist an dem Lötmetallauffangelement 23 fixiert. Das Ausgießelement 25 ist mit der Vertiefung 23a des Lötmetallauffangelements 23 verbunden und verfügt über einen Kanal 25a als Lötmetallfließweg, auf dem das geschmolzene Lötmetall fließt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist für den Lötmetallfließweg der Kanal des Ausgießelements ausgebildet, doch besteht keine Beschränkung auf diese Ausführung. Für den Lötmetallfließweg kann ein beliebiger Aufbau, auf dem das geschmolzene Lötmetall fließt, eingesetzt werden. Zum Beispiel kann die Ausgießeinheit auch durch ein Rohr gebildet werden und so ausgeführt werden, dass das Lötmetall im Inneren des Rohrs fließt.
5 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht der Vertiefung des Lötmetallauffangelements und des Kanals des Ausgießelements bei der vorliegenden Ausführungsform. Die Bodenfläche des Kanals 25a ist so gebildet, dass sie in Bezug auf die Bodenfläche der Vertiefung 23a geneigt ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Bodenfläche der Vertiefung 23a so gebildet, dass sie sich in der gleichen Höhe wie das Ende der Bodenfläche des Kanals 25a befindet. Das heißt, an der Grenze der Bodenfläche der Vertiefung 23a und der Bodenfläche des Kanals 25a ist keine Stufe gebildet.
Unter Bezugnahme auf 4 und 5 tritt bei einem Antrieb der Lötmetallzufuhreinrichtung 34 der Lötmetalldraht 35 aus dem Spitzenende der Lötmetallzufuhrröhre 36 aus. Wenn das Laserlicht 30 wie durch den Pfeil 91 gezeigt ausgestrahlt wird, schmilzt der Lötmetalldraht 35. Zeitgleich mit dem Schmelzen des Lötmetalldrahts 35 wird der Lötmetalldraht 35 durch die Lötmetallzufuhreinrichtung 34 zugeführt. Der Lötmetalldraht 35 schmilzt über der Vertiefung 23a. Das geschmolzene Lötmetall fällt wie durch den Pfeil 92 gezeigt in das Innere der Vertiefung 23a. Danach fällt das geschmolzene Lötmetall wie durch den Pfeil 93 gezeigt nach seinem Verlauf durch den Kanal 25a des Ausgießelements 25 von dem Spitzenende des Kanals 25a. Durch Anordnen des Spitzenendes des Kanals 25a über dem Bereich, in dem das Löten vorgenommen wird, kann das geschmolzene Lötmetall zu dem Bereich, in dem das Löten vorgenommen wird, geliefert werden.
Auf diese Weise wird das in die Vertiefung 23a gefallene geschmolzene Lötmetall sofort über den Kanal 25a zu dem Werkstück geliefert. Da die Zeit von dem Schmelzen des Lötmetalls bis zum Liefern des Lötmetalls zu dem Werkstück bei der Lötvorrichtung 2 der vorliegenden Ausführungsform kurz ist, kann eine Oxidation des Lötmetalls unterdrückt werden.
6 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht der Vertiefung des Lötmetallauffangelements und des Kanals des Ausgießelements bei einer Abwandlung. Bei dem Beispiel, das in 5 gezeigt ist, ist an der Grenze der Bodenfläche der Vertiefung 23a und der Bodenfläche des Kanals 25a keine Stufe gebildet, doch besteht keine Beschränkung auf diese Ausführung. An der Grenze der Bodenfläche der Vertiefung 23a und der Bodenfläche des Kanals 25a kann auch eine Stufe gebildet sein. Bei dem Beispiel, das in 6 gezeigt ist, ist die Vertiefung 23a so ausgeführt, dass sie tiefer als die Bodenfläche des Endes des Kanals 25a ist. An der Grenze der Bodenfläche der Vertiefung 23a und der Bodenfläche des Kanals 25a ist eine Stufe gebildet. Auch bei diesem Fall fällt das durch das Laserlicht geschmolzene Lötmetall wie durch den Pfeil 92 gezeigt in das Innere der Vertiefung 23a. Danach fließt das Lötmetall wie durch den Pfeil 93 gezeigt durch den Kanal 25a. Dann wird das Lötmetall von dem Spitzenende des Kanals 25a zu dem Werkstück geliefert.
7 zeigt eine von der Seite, die zu jener, an der der Laserkopf angeordnet ist, entgegengesetzt ist, her gesehene vergrößerte Schrägansicht der Lötvorrichtung bei der vorliegenden Ausführungsform. Unter Bezugnahme auf 3, 4 und 7 weist die Lötvorrichtung 2 der vorliegenden Ausführungsform an dem Lötmetallauffangelement 23 angebrachte Heizeinrichtungen 26a, 26b, 26c auf. Die Heizeinrichtungen 26a, 26b, 26c der vorliegenden Ausführungsform sind plattenförmig ausgeführte mikrokeramische Heizelemente. Die Heizeinrichtungen 26a, 26b, 26c der vorliegenden Ausführungsform sind in das Lötmetallauffangelement 23 eingebettet.
Die Heizeinrichtungen 26a, 26b, 26c sind so ausgeführt, dass sie die Temperatur des Lötmetallauffangelements 23 und des Ausgießelements 25 bei einer höheren Temperatur als dem Schmelzpunkt des verwendeten Lötmetalls halten. Durch Betreiben der Heizeinrichtungen 26a, 26b, 26c werden das Lötmetallauffangelement 23 und das Ausgießelement 25 bei einer hohen Temperatur gehalten. Die Heizeinrichtungen 26a, 26b, 26c der vorliegenden Ausführungsform können die Temperatur des Lötmetallauffangelements 23 und des Ausgießelements 25 in einem dem Schmelzpunkt des Lötmetalls entsprechenden Temperaturbereich halten. Der Schmelzpunkt eines Lötmetalls, das kein Blei enthält, beträgt zum Beispiel etwa 220 °C. In diesem Fall können die Heizeinrichtungen 26a, 26b, 26c die Temperatur des Lötmetallauffangelements 23 und des Ausgießelements 25 in einem Bereich von wenigstens 250 °C bis höchstens 350 °C halten. Im Fall eines eutektischen Lötmetalls beträgt der Schmelzpunkt des Lötmetalls beispielsweise etwa 180 °C. In diesem Fall können die Heizeinrichtungen 26a, 26b, 26c die Temperatur des Lötmetallauffangelements 23 und des Ausgießelements 25 in einem Bereich von wenigstens 220 °C bis höchstens 280 °C halten.
Durch das Anordnen der Heizeinrichtungen 26a, 26b, 26c an dem Lötmetallauffangelement 23 kann eine Temperaturabnahme des Lötmetalls beim Durchgang des Lötmetalls durch die Vertiefung 23a und den Kanal 25a unterdrückt werden. Dadurch kann ein Härten des Lötmetalls vor der Lieferung des Lötmetalls zu dem Werkstück unterdrückt werden. Insbesondere ist die Heizeinrichtung 26c bei der vorliegenden Ausführungsform in dem Bereich, in dem die Vertiefung 23a gebildet ist, und in der Nähe des Kanals 25a angeordnet. Dadurch kann die Temperatur der Vertiefung 23a und die Temperatur des Kanals 25a effektiv hoch gehalten werden. Es ist auch möglich, dass an dem Lötmetallauffangelement keine Heizeinrichtungen angeordnet sind. In diesem Fall kann das Lötmetallauffangelement vorab durch eine von der Lötvorrichtung verschiedene Erhitzungsvorrichtung erhitzt werden. Zum Beispiel ist es möglich, das Lötmetallauffangelement jedes Mal, wenn Lötmetall geliefert wird, durch die Erhitzungsvorrichtung zu erhitzen.
Bei der Lötvorrichtung 2 der vorliegenden Ausführungsform wird das Laserlicht 30 zu dem Lötmetallauffangelement 23 hin ausgestrahlt. Das Lötmetallauffangelement 23 ist von dem Laserkopf 31 her gesehen an der Hinterseite des Lötmetalls angeordnet. Dadurch kann verhindert werden, dass das Laserlicht an dem Werkstück oder an einer Komponente, die an dem Werkstück angebracht wird, reflektiert wird und das Werkstück, die Komponente, die an dem Werkstück angebracht wird, oder an dem Werkstück fixierte Komponenten versengt. Die Lötvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform kann eine Beschädigung des Werkstücks oder eine Beschädigung von Komponenten, die an dem Werkstück fixiert werden, durch das Laserlicht unterdrücken.
Die Lötvorrichtung 2 bei der vorliegenden Ausführungsform ist so ausgebildet, dass Luft mit einer hohen Temperatur zu dem Werkstück hin ausgestoßen werden kann. Die Lötvorrichtung 2 umfasst eine Luftzufuhreinrichtung 28, die Luft zu dem Lötmetallauffangelement 23 liefert. Die Luftzufuhreinrichtung 28 bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Kompressor, der die Luft mit Druck beaufschlagt, Luftzufuhrrohre 27, die die Luft transportieren, und Anschlusselemente 29, die die Luftzufuhrrohre 27 mit dem Lötmetallauffangelement 23 verbinden. Der Kompressor, der die Luft mit Druck beaufschlagt, ist zum Beispiel an dem Roboter 1 angebracht.
Das Lötmetallauffangelement 23 weist Durchgangslochabschnitte 23b auf, die als Fließwege für die Luft wirken. Die Durchgangslochabschnitte 23b sind im Inneren des Lötmetallauffangelements 23 gebildet und an die Luftzufuhreinrichtung 28 angeschlossen. Das Lötmetallauffangelement 23 weist an dem Ende der Durchgangslochabschnitte 23b gebildete Ausstoßöffnungen 23c auf. Die Durchgangslochabschnitte 23b bei der vorliegenden Ausführungsform erstrecken sich in der Längsrichtung des Lötmetallauffangelements 23 von einer Endfläche zu der anderen Endfläche. Die Luftzufuhrrohre 27 sind durch die Anschlusselemente 29 an die Durchgangslochabschnitte 23b angeschlossen.
Die mehreren Heizeinrichtungen 26a sind so angeordnet, dass sie in der Längsrichtung des Lötmetallauffangelements 23 in einer Reihe nebeneinander liegen. Die mehreren Heizeinrichtungen 26b sind so angeordnet, dass sie in der Längsrichtung des Lötmetallauffangelements 23 in einer Reihe nebeneinander liegen. Die Durchgangslochabschnitte 23b sind in dem Bereich zwischen der Reihe der Heizeinrichtungen 26a und der Reihe der Heizeinrichtungen 26b gebildet.
Die Luftzufuhreinrichtung 28 liefert die mit Druck beaufschlagte Luft zu den Luftzufuhrrohren 27. Die zu den Luftzufuhrrohren 27 gelieferte Luft wird durch den Verlauf durch die Durchgangslochabschnitte 23b erhitzt. Die erhitzte Luft wird wie durch die Pfeile 94 gezeigt von dem Ausstoßöffnungen 23c ausgestoßen. Die Lötvorrichtung 2 bei der vorliegenden Ausführungsform kann durch die von den Durchgangslochabschnitten 23b abgegebene Hochtemperaturluft ein Vorerhitzen des Werkstücks vornehmen. Das Vorerhitzen des Werkstücks kann durch derartiges Anordnen der Lötvorrichtung 2, dass die Ausstoßöffnungen 23c dem Bereich, an dem das Löten vorgenommen wird, gegenüberliegen, erfolgen.
Da die Durchgangslochabschnitte 23b bei dem Lötmetallauffangelement 23 der vorliegenden Ausführungsform in einem Bereich gebildet sind, der zwischen der Reihe der Heizeinrichtungen 26a und der Reihe der Heizeinrichtungen 26b liegt, kann die Luft effizient erhitzt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Durchgangslochabschnitte 23b geradlinig gebildet, doch besteht keine Beschränkung auf diese Ausführung. Der Fließweg der Luft kann auch gebogene Bereiche aufweisen. Durch das Einsetzen einer solchen Ausführung kann der Fließweg zum Erhitzen der Luft lang gestaltet werden und die Luft noch effizienter erhitzt werden.
Bei der Vornahme eines Lötens erfolgt vor dem Liefern des geschmolzenen Lötmetalls eine Tätigkeit des Vorerhitzens, wodurch der Bereich, in dem das Löten vorgenommen wird, erhitzt wird. Durch die Vornahme der Tätigkeit des Vorerhitzens wird die Benetzungsfähigkeit des Lötmetalls gut und kann das Lötmetall angemessen verteilt werden. Bei einer Vorrichtung, die das Löten unter Verwendung von Laserlicht vornimmt, kann das Vorerhitzen durch direktes Strahlen des Laserlichts auf den Bereich, in dem das Löten vorgenommen wird, erfolgen. Doch wenn ein Bereich mit einer großen Wärmekapazität gelötet wird, wird ein Laseroszillator mit einer hohen Ausgangsleistung erforderlich. Im Gegensatz dazu kann bei der Lötvorrichtung 2 der vorliegenden Ausführungsform bei der Vornahme eines Lötens von Komponenten mit einer großen Wärmekapazität die Zeit, in der Luft mit einer hohen Temperatur ausgestoßen wird, lang eingerichtet werden. Durch eine solche Steuerung kann das Vorerhitzen des Werkstücks leicht vorgenommen werden. Es ist kein Laseroszillator, der Laserlicht mit einer hohen Ausgangsleistung oszilliert, erforderlich, so dass der Aufbau der Lötvorrichtung einfach gestaltet werden kann.
Die Heizeinrichtungen 26a, 26b, 26c bei der vorliegenden Ausführungsform sind in das Lötmetallauffangelement 23 eingebettet, doch besteht keine Beschränkung auf diese Ausführung und kann das Lötmetallauffangelement durch eine beliebige Heizeinrichtung erhitzt werden. Zum Beispiel kann auch ein Heizdraht, der das Lötmetallauffangelement erhitzt, um das Lötmetallauffangelement gewickelt sein.
Unter Bezugnahme auf 3 umfasst die Lötvorrichtung 2 bei der vorliegenden Ausführungsform einen Schwingungserzeuger 37, der das Lötmetallauffangelement 23 schwingen lässt. Der Schwingungserzeuger 37 bei der vorliegenden Ausführungsform ist an dem Halteelement 20 fixiert. Der Schwingungserzeuger 37 kann einen beliebigen Aufbau zur Erzeugung von Schwingungen einsetzen. Zum Beispiel weist der Schwingungserzeuger 37 einen Aufbau auf, bei dem ein exzentrisches Gewicht an der Ausgangswelle eines Motors angebracht ist. Der Schwingungserzeuger 37 kann die Schwingungen durch Drehen des exzentrischen Gewichts erzeugen.
Der Schwingungserzeuger 37 weist die Funktion zum Schwingen des Lötmetallauffangelements 23 und des Ausgießelements 25 zur Zeit der Lieferung des geschmolzenen Lötmetalls auf. Da das geschmolzene Lötmetall über Viskosität verfügt, kann es vorkommen, dass es nicht glatt von der Vertiefung 23a den Kanal 25a des Ausgießelements 25 entlang fließt. Durch das Schwingen des Lötmetallauffangelements 23 und des Ausgießelements 25 zur Zeit der Lieferung des geschmolzenen Lötmetalls kann das Lötmetall glatt zum Fließen gebracht werden. Es ist auch möglich, dass kein Schwingungserzeuger 37 eingerichtet ist.
8 zeigt ein Blockdiagramm der Robotervorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform. Unter Bezugnahme auf 1 bis 3 und 8 umfasst der Roboter 1 eine Roboterantriebsvorrichtung, die die Position und die Lage des Roboters 1 verändert. Die Roboterantriebsvorrichtung umfasst mehrere Roboterantriebsmotoren, die die Aufbauelemente wie die Arme und das Handgelenk und dergleichen antreiben. Für jedes der mehreren Aufbauelemente ist ein Roboterantriebsmotor 17 eingerichtet. Die Ausrichtung der einzelnen Aufbauelemente ändert sich durch Antreiben der Roboterantriebsmotoren 17.
Die Robotervorrichtung 5 umfasst eine Steuervorrichtung 4, die die Robotervorrichtung 5 steuert. Die Steuervorrichtung 4 umfasst eine Rechenverarbeitungsvorrichtung (einen Computer), die eine CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) als Prozessor aufweist. Die Rechenverarbeitungsvorrichtung weist einen RAM (Direktzugriffsspeicher), einen ROM (Nurlesespeicher) und dergleichen auf, die über einen Bus an die CPU angeschlossen sind. In die Rechenvorrichtung 4 ist ein Betriebsprogramm 41 zur Vornahme der Steuerung des Roboters 1 und der Lötvorrichtung 2 eingegeben. Oder die Steuervorrichtung 4 erzeugt das Betriebsprogramm 41 mittels einer Lehrtätigkeit durch einen Betreiber.
Die Steuervorrichtung 4 umfasst eine Speichereinheit 42, die Informationen im Zusammenhang mit der Steuerung der Robotervorrichtung 5 speichert. Die Speichereinheit 42 kann durch ein Speichermedium, das Informationen speichern kann, wie einen flüchtigen Speicher, einen nichtflüchtigen Speicher oder eine Festplatte oder dergleichen gebildet werden. Der Prozessor, der als Betriebssteuereinheit 43 wirkt, ist so ausgeführt, dass er die Informationen, die in der Speichereinheit 42 gespeichert sind, auslesen kann. Das Betriebsprogramm 41 wird in der Speichereinheit 42 gespeichert. Die Steuervorrichtung 4 der vorliegenden Ausführungsform steuert den Roboter 1 und die Lötvorrichtung 2 auf Basis des Betriebsprogramms 41.
Die Steuervorrichtung 4 umfasst die Betriebssteuereinheit 43, die Betriebsbefehle ausgibt. Die Betriebssteuereinheit 43 entspricht dem Prozessor, der dem Betriebsprogramm folgende Antriebstätigkeiten vornimmt. Der Prozessor wirkt durch Lesen des Betriebsprogramms 41 und Ausführen der Steuerungen, die in dem Betriebsprogramm 41 festgelegt wurden, als Betriebssteuereinheit 43. Die Betriebssteuereinheit 43 gibt auf Basis des Betriebsprogramms 41 Antriebsbefehle zum Antrieb des Roboters 1 an eine Robotersteuereinheit 45 aus. Die Robotersteuereinheit 45 umfasst elektrische Schaltungen, die die Roboterantriebsmotoren 17 antreiben. Die Robotersteuereinheit 45 versorgt die Roboterantriebsmotoren 17 auf Basis der Betriebsbefehle mit Strom.
Der Roboter 1 umfasst einen Zustandsdetektor zum Erfassen der Position und der Lage des Roboters 1. Der Zustandsdetektor bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst Positionsdetektoren 18, die an den Roboterantriebsmotoren 17 angebracht sind. Die Steuervorrichtung 4 erfasst auf Basis der Ausgänge der Positionsdetektoren 18 die Position und die Lage des Roboters 1.
Die Betriebssteuereinheit 43 gibt auf Basis des Betriebsprogramms 41 Betriebsbefehle zum Antrieb der Lötvorrichtung 2 an eine Arbeitswerkzeugantriebseinheit 44 aus. Die Arbeitswerkzeugantriebseinheit 44 umfasst elektrische Schaltungen, die die Antriebsvorrichtung der Lötvorrichtung 2 antreiben. Die Antriebswerkzeugantriebseinheit 44 versorgt eine Vorrichtung, die den Laserkopf 31 steuert, den Schwingungserzeuger 37 und die Heizeinrichtungen 26a, 26b, 26c auf Basis der Betriebsbefehle mit Strom. Außerdem versorgt die Arbeitswerkzeugantriebseinheit 44 die Luftzufuhreinrichtung 28 und die Lötmetallzufuhreinrichtung 34 auf Basis der Betriebsbefehle mit Strom.
Die Robotervorrichtung 5 umfasst einen Laseroszillator 7, der Laserlicht oszilliert. Der Laseroszillator 7 umfasst eine Lasersteuervorrichtung, die die Oszillation des Laserlichts steuert. Die Lasersteuervorrichtung ist so ausgeführt, dass sie mit der Steuervorrichtung 4 kommunizieren kann. Die Lasersteuervorrichtung umfasst eine Rechenverarbeitungsvorrichtung (einen Computer) mit einer CPU als Prozessor und einem RAM usw. Die Betriebssteuereinheit 43 gibt einen Befehl zur Ausstrahlung von Laserlicht an die Lasersteuervorrichtung aus. Die Lasersteuervorrichtung oszilliert auf Basis des Betriebsbefehls Laserlicht. Der Laseroszillator 7 wird auf Basis des Betriebsprogramms 41 gesteuert. Der Laseroszillator 7 weist eine Lichtquelle auf, die Laserlicht oszilliert. Die Lichtquelle der vorliegenden Ausführungsform ist ein Halbleiterlaser. Der Laseroszillator 7 kann jedoch eine beliebige Lichtquelle, die das Lötmetall schmelzen kann, aufweisen.
Als nächstes wird ein Beispiel für die Vornahme eines Lötens durch die Robotervorrichtung bei der vorliegenden Ausführungsform erklärt. 9 zeigt eine Schrägansicht der Robotervorrichtung bei einem ersten Prozess zur Zeit der Vornahme des Lötens. Unter Bezugnahme auf 2, 3, 7, 8 und 9 ist eine Leiterplatte 74 als Werkstück bei der vorliegenden Ausführungsform an einer Halterung 76 fixiert. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden elektronische Komponenten wie etwa DIP-Komponenten an der Leiterplatte 74 fixiert. Die Lötvorrichtung 2 liefert Lötmetall zu der Rückfläche der Leiterplatte 74.
Die Steuervorrichtung 4 bestromt die Heizeinrichtungen 26a, 26b, 26c. Die Erhitzung durch die Heizeinrichtungen 26a, 26b, 26c wird während des Zeitraums, in dem das Löten vorgenommen wird, beibehalten. Das Lötmetallauffangelement 23 und das Ausgießelement 25 werden bei einer höheren Temperatur als dem Schmelzpunkt des Lötmetalls gehalten.
Dann erfolgt ein Vorerhitzen des Bereichs der Leiterplatte 74, in dem das Löten vorgenommen wird. Die Steuervorrichtung 4 verändert die Position und die Lage des Roboters 1. Die Steuervorrichtung 4 ordnet die Lötvorrichtung 2 so an, dass die Ausstoßöffnungen 23c des Lötmetallauffangelements 23 dem Bereich der Leiterplatte 74, in dem das Löten vorgenommen wird, gegenüberliegen. Die Ausstoßöffnungen 23c nähern sich dem Bereich der Leiterplatte 74, in dem das Löten vorgenommen wird.
Die Steuervorrichtung 4 liefert durch Antreiben der Luftzufuhreinrichtung 28 Luft zu den Durchgangslochabschnitten 23b des Lötmetallauffangelements 23. Von den Ausstoßöffnungen 23c des Lötmetallauffangelements 23 wird Luft mit einer hohen Temperatur ausgestoßen. Dann kann der Bereich, in dem das Löten vorgenommen wird, durch Auftreffen der Hochtemperaturluft auf den Bereich, in dem das Löten vorgenommen wird, erhitzt werden.
Die Lötvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform verfügt über die Funktion zum Vorerhitzen des Werkstücks, ist aber nicht auf diese Ausführung beschränkt. Das Vorerhitzen des Werkstücks kann auch durch eine andere Vorrichtung vorgenommen werden. Zum Beispiel kann vorab ein Arbeitswerkzeug, das das Vorerhitzen des Werkstücks vornimmt, vorbereitet werden. Das Vorerhitzen kann durch Koppeln des Arbeitswerkzeugs, das das Vorerhitzen des Werkstücks vornimmt, mit dem Roboter vorgenommen werden. Es ist auch möglich, ein vorerhitztes Werkstück an der Halterung anzuordnen.
Dann wird die Steuerung zum Liefern des Lötmetalls zu der Leiterplatte 74 vorgenommen. 10 zeigt eine Schrägansicht der Robotervorrichtung bei einem zweiten Prozess zur Zeit der Vornahme des Lötens. 11 zeigt eine vergrößerte Schrägansicht des Lötmetallauffangelements und des Ausgießelements zur Zeit der Vornahme des Lötens. Unter Bezugnahme auf 10 und 11 sind bei diesem Beispiel Durchgangslöcher 74a in der Leiterplatte 74 gebildet. Aus diesen Durchgangslöchern 74a ragen Zuleitungen 75 von elektronischen Komponenten. Die Robotervorrichtung 5 liefert geschmolzenes Lötmetall zu den Durchgangslöchern 74a.
Die Steuervorrichtung 4 verändert nach der Vornahme des Vorerhitzens der Leiterplatte 74 die Position und die Lage des Roboters 1 auf Basis des Betriebsprogramms 41. Der Roboter 1 neigt die Lötvorrichtung 2 so, dass das geschmolzene Lötmetall aus der Vertiefung 23a über den Kanal 25a des Ausgießelements 25 zu einem Durchgangsloch 74a fließt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Lage der Lötvorrichtung 2 so verändert, dass sich die Bodenfläche der Vertiefung 23a in Bezug auf die waagerechte Richtung neigt. Das heißt, die Lage der Lötvorrichtung 2 wird so verändert, dass sich das in die Vertiefung 23a gefallene Lötmetall durch die Schwerkraft zu dem Kanal 25a bewegt. Dann wird die Lötvorrichtung 2 so angeordnet, dass das Spitzenende des Kanals 25a über dem Durchgangsloch 74a angeordnet wird.
Anschließend wird der Lötmetalldraht 35 in dem Zustand, in dem die Lötvorrichtung 2 geneigt wurde, durch das Laserlicht 30 geschmolzen. Die Steuervorrichtung 4 betreibt während des Zeitraums, in dem das Laserlicht 30 ausgestrahlt wird und der Lötmetalldraht 35 zugeführt wird, den Schwingungserzeuger 37. Der Laseroszillator 7 oszilliert das Laserlicht 30. Die Lötmetallzufuhreinrichtung 34 liefert auf Basis des Betriebsprogramms 41 eine vorab festgelegte Menge des Lötmetalldrahts 35. Die Lötmetallzufuhreinrichtung 34 liefert beim Schmelzen des Lötmetalls durch das Laserlicht 30 eine Lötmetallmenge, die einem Lötvorgang entspricht. Das heißt, damit sich im Inneren der Vertiefung 23a kein Lötmetall ansammelt, wird direkt vor dem Liefern des Lötmetalls jene Menge an Lötmetall geschmolzen, die für die Vornahme eines Lötvorgangs erforderlich ist. Durch diese Steuerung kann verhindert werden, dass Lötmetall im Inneren der Vertiefung 23a zurückbleibt und oxidiert.
Wenn die vorab festgelegte Lötmetallmenge geschmolzen wurde, hält die Steuervorrichtung 4 die Lieferung des Lötmetalldrahts 35 und die Oszillation des Laserlichts 30 an. Da die Geschwindigkeit, mit der der Lötmetalldraht 35 geliefert wird, bei der Lötmetallzufuhreinrichtung 34 der vorliegenden Ausführungsform konstant ist, wird der Lötmetalldraht 35 für eine vorab festgelegte Zeit geliefert.
Das geschmolzene Lötmetall fällt in das Innere der Vertiefung 23a. Das Lötmetall fließt durch den Kanal 25a zu dem Durchgangsloch 74a. Das Lötmetall wird zu der Leiterplatte 74 geliefert, ohne in der Vertiefung 23a anzuhalten. Da das Lötmetall bei der vorliegenden Ausführungsform geschmolzen wird, während sich die Lötvorrichtung 2 in einem geneigten Zustand befindet, wird das geschmolzene Lötmetall sofort zu der Leiterplatte 74 geliefert. Daher kann eine Oxidation des Lötmetalls während der Vornahme des Lötens unterdrückt werden.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird das Lötmetall geschmolzen, nachdem die Lötvorrichtung 2 geneigt wurde, doch besteht keine Beschränkung auf diese Ausführung. Die Lötvorrichtung kann auch geneigt werden, nachdem das Lötmetall geschmolzen wurde. Zum Beispiel kann die Lötvorrichtung so angeordnet werden, dass sich die Bodenfläche der Vertiefung des Lötmetallauffangelements waagerecht gerichtet erstreckt, und das Lötmetall zugeführt werden.
Bei der Lötvorrichtung 2 bei der vorliegenden Ausführungsform verläuft das von dem Laserkopf 31 ausgestrahlte Laserlicht 30 zu dem Lötmetall. Wenn kein Lötmetall zugeführt wird, verläuft das Laserlicht 30 zu dem Lötmetallauffangelement 23. Daher kann verhindert werden, dass das Laserlicht an den Zuleitungen von elektronischen Komponenten reflektiert wird und das Substrat versengt oder elektronische Komponenten, die in der Nähe einer elektronischen Komponente, deren Löten vorgenommen wird, angeordnet sind, versengt. Außerdem kann verhindert werden, dass das Laserlicht durch einen Zwischenraum zwischen einer Zuleitung und einem Durchgangsloch des Substrats verläuft und den Hauptkörper einer elektronischen Komponente versengt.
Auf diese Weise kann bei der Lötvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform eine Beschädigung des Substrats oder eine Beschädigung von elektronischen Komponenten unterdrückt werden. Die Verlässlichkeit von elektrischen Schaltungen, die auf einem Substrat wie einer Leiterplatte gebildet sind, kann erhöht werden. Die Lötvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform ist insbesondere für die Herstellung von Vorrichtungen, bei denen die Aufrechterhaltung der Verlässlichkeit über einen langen Zeitraum verlangt wird, ideal.
Da bei der Lötvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform eine Beschädigung des Substrats oder von auf dem Substrat fixierten Komponenten unterdrückt werden kann, ist es nicht nötig, das Substrat für die Vornahme eines Lötens durch Laserlicht besonders zu gestalten. Daher kann die Mühe für den Arbeiter, der die Gestaltung des Substrats vornimmt, verringert werden, Zum Beispiel kann die Substratgestaltung von Substraten, an denen ein Löten ohne Verwendung von Laserlicht vorgenommen wird, unverändert verwendet werden. Das heißt, es ist eine unveränderte Verwendung der Substratgestaltung von Substraten, die bei der herkömmlichen Technik verwendet werden, möglich.
12 zeigt eine vergrößerte Schrägansicht einer anderen Lötvorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform. Die andere Lötvorrichtung 9 nach der Ausführungsform umfasst ein Wandelement 38, das so gebildet ist, dass es das von dem Laserkopf 31 ausgestrahlte Laserlicht 30 umgibt.
Das Wandelement 38 kann so gebildet werden, dass es den Bereich, in dem das Laserlicht 30 auf den Lötmetalldraht 35 trifft, umgibt. Das Wandelement 38 kann aus einem wärmebeständigen Material, dessen Schmelzpunkt höher als der Schmelzpunkt des Lötmetalls ist, gebildet werden. Zum Beispiel kann das Wandelement 38 aus Feinkeramik, einem Metall oder einem Harz mit einem höheren Schmelzpunkt als dem Schmelzpunkt des Lötmetalls oder dergleichen gebildet werden. Durch Einsetzen dieses Aufbaus wirkt das Wandelement 38 als Spritzschutzwand, die ein Spritzen des geschmolzenen Lötmetalls nach außerhalb der Lötvorrichtung 9 verhindert.
Wenn das Laserlicht 30 auf das Lötmetall gestrahlt wurde, kann es zu einer Zerstreuung von kleinen Teilchen des Lötmetalls kommen. Das heißt, es kann zu einem Spritzen kommen. Das Spritzen kann insbesondere dann auftreten, wenn die Temperatur des Lötmetalls durch das Laserlicht 30 plötzlich ansteigt. Durch diese herumspritzenden Teilchen des Lötmetalls kann eine auf dem Substrat gebildete elektrische Schaltung kurzgeschlossen werden. Zum Beispiel kann es zu einem Kurzschluss einer elektrischen Schaltung kommen, wenn Teilchen des Lötmetalls auf einem Substrat, auf dem Leitungen und Durchgangslöcher eng beabstandet nebeneinanderliegen, anhaften.
Durch das Anordnen des als Spritzschutzwand wirkenden Wandelements 38 kann ein Herumspritzen des Lötmetalls durch Zerstäuben verhindert werden. Außerdem kann es bei einem Ansteigen der Temperatur des Lötmetalls dazu kommen, dass ein in dem Lötmetall enthaltenes Flussmittel explodiert und das Flussmittel herumspritzt.
Außerdem kann das Wandelement 38 der vorliegenden Ausführungsform so gebildet werden, dass es den Bereich, den das Laserlicht 30 an dem Lötmetallauffangelement 23 erreicht, umgibt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Wandelement 38 so gebildet, dass es den Umfang der Vertiefung 23a des Lötmetallauffangelements 23 umgibt. Außerdem kann das Wandelement 38 aus einem Material gebildet werden, das nicht von dem Laserlicht 30 durchdrungen wird. Zum Beispiel kann das Wandelement 38 aus einem Metall oder einer Feinkeramik gebildet werden. Durch Einsetzen dieses Ausbaus wirkt das Wandelement 38 als Laserlichtsperrwand, die verhindert, dass von dem Lötmetallauffangelement 23 reflektiertes Laserlicht 30 nach außerhalb der Lötvorrichtung 9 austritt.
Es kann vorkommen, dass das von dem Laserkopf 31 ausgestrahlte Laserlicht 30 das Lötmetallauffangelement 23 erreicht. Zum Beispiel ist es möglich, dass das Laserlicht 30 die Vertiefung 23a erreicht, wenn die Zufuhr des Lötmetalldrahts 35 endet. Dann wird das Laserlicht 30 an der Oberfläche des Lötmetallauffangelements 23 reflektiert und kann es nach außerhalb der Lötvorrichtung 2 austreten. Nach außerhalb der Lötvorrichtung 2 ausgetretenes Laserlicht 30 kann Elemente wie Substrate oder elektronische Komponenten oder dergleichen erreichen und die Elemente versengen. Durch das Anordnen eines Wandelements 38, das nicht von dem Laserlicht 30 durchdrungen wird, kann verhindert werden, dass das Laserlicht 30 durch eine Reflexion Elemente wie Substrate oder elektronische Komponenten oder dergleichen erreicht.
Das Wandelement 38 bei der vorliegenden Offenbarung ist so angeordnet, dass es das gesamte ausgestrahlte Laserlicht 30 umgibt. Außerdem ist das Wandelement 38 so gebildet, dass es den Bereich von dem Abschnitt, in dem die Vertiefung 23a gebildet ist, bis zu dem Spitzenende des Laserkopfs 31 umgibt. Ferner ist das Wandelement 38 aus einem Material, das nicht von dem Laserlicht 30 durchdrungen wird und über Wärmebeständigkeit verfügt, gebildet. Daher wirkt das Wandelement 38 der vorliegenden Ausführungsform als Spritzschutzwand und als Laserlichtsperrwand.
Bei der Robotervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform wird die Lötvorrichtung durch einen Knickarmroboter gehalten. Die Robotervorrichtung kann das Löten bei verschiedenen Positionen und Lagen der Lötvorrichtung vornehmen. Zum Beispiel kann ein Löten vorgenommen werden, während bestimmten Komponenten ausgewichen wird. Außerdem kann das Lötmetall bei der Vornahme des Lötens aus verschiedenen Winkeln geliefert werden. Somit kann durch das Einsetzen eines Knickarmroboters als Vorrichtung, die die Lötvorrichtung bewegt, ein Löten verschiedenster Komponenten vorgenommen werden.
13 zeigt eine schematische Ansicht eines Lötsystems, das mit einer Lötvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform versehen ist. Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Lötvorrichtung durch einen Knickarmroboter getragen, doch besteht keine Beschränkung auf diese Ausführung. Die Lötvorrichtung kann an verschiedenen Vorrichtungen oder Systemen angeordnet werden.
Das Lötsystem 8 umfasst ein Bett 51 als Sockel und eine von dem Bett 51 hochstehende Säule 52. An der oberen Fläche des Betts 51 sind in der X-Achsen-Richtung verlaufende X-Achsen-Führungsschienen 56 angeordnet. Auf den X-Achsen-Führungsschienen 56 ist ein Sattel 53 angeordnet. Der Sattel 53 ist so ausgeführt, dass er sich wie durch den Pfeil 95 gezeigt entlang der X-Achsen-Führungsschienen 56 bewegt. An der oberen Fläche des Sattels 53 sind in der Y-Achsen-Richtung verlaufende Y-Achsen-Führungsschienen 57 angeordnet. Auf den Y-Achsen-Führungsschienen 57 ist ein Tisch 54 angeordnet. Der Tisch 54 ist so ausgeführt, dass er sich entlang der Y-Achsen-Führungsschienen 57 bewegt. Eine Leiterplatte 74 als Werkstück ist über ein Substrathalteelement 77 an dem Tisch 54 fixiert.
An der Säule 52 sind in der Z-Achsen-Richtung verlaufende Z-Achsen-Führungsschienen 58 angeordnet. Ein Bewegungselement 59 steht mit den Z-Achsen-Führungsschienen 58 in Eingriff, und die Lötvorrichtung 2 ist an dem Bewegungselement 59 fixiert. Das Bewegungselement 59 ist so ausgeführt, dass es sich wie durch den Pfeil 96 gezeigt entlang der Z-Achsen-Führungsschienen 58 bewegt.
Das Lötsystem 8 der vorliegenden Ausführungsform ist numerisch gesteuert. Das Lötsystem 8 umfasst eine Bewegungsvorrichtung, die wenigstens eines aus der Lötvorrichtung 2 und der Leiterplatte 74 entlang von Vorschubachsen bewegt. Das Lötsystem 8 umfasst eine Steuervorrichtung 6, die das Lötsystem 8 steuert. Die Steuervorrichtung 6 weist eine Rechenverarbeitungsvorrichtung (einen Computer) mit einer CPU als Prozessor, einem RAM usw. auf. Die Bewegungsvorrichtung umfasst Motoren, die den jeweiligen Vorschubachsen entsprechend eingerichtet sind. Bei dem Lötsystem 8 der vorliegenden Ausführungsform werden das Bewegungselement 59, der Sattel 53 und der Tisch 54 durch die Motoren bewegt. Die Steuervorrichtung 6 treibt die Motoren, die den einzelnen Vorschubachsen entsprechen, auf Basis des Betriebsprogramm an.
Das Lötsystem 8 umfasst einen Laseroszillator 7, der Laserlicht oszilliert. Das von dem Laseroszillator 7 oszillierte Laserlicht wird über eine optische Faser zu der Lötvorrichtung 2 geliefert. Der Laseroszillator 7 umfasst eine Lasersteuervorrichtung, die eine Rechenvorrichtung (einen Computer) mit einer CPU als Prozessor aufweist. Die Lasersteuervorrichtung und die Lötvorrichtung 2 werden durch die Steuervorrichtung 6 gesteuert.
Bei dem Lötsystem 8 der vorliegenden Ausführungsform kann die relative Position der Lötvorrichtung 2 in Bezug auf die Leiterplatte 74 verändert werden. Die Steuervorrichtung 6 bewegt die Leiterplatte 74 auf Basis des Betriebsprogramms so in der X-Achsen-Richtung und in der Y-Achsen-Richtung, dass der Bereich der Leiterplatte 74, zu dem das Lötmetall geliefert wird, an eine vorab festgelegte Position gelangt. Außerdem bewegt die Steuervorrichtung 6 das Bewegungselement 59 so in der Z-Achsen-Richtung, dass sich die Lötvorrichtung 2 um eine vorab festgelegte Distanz von der Leiterplatte 74 entfernt.
Auf diese Weise kann durch Bewegen der Lötvorrichtung 2 in Bezug auf die Leiterplatte 74 in verschiedenen Bereichen auf der Leiterplatte 74 eine Vorerhitzung vorgenommen werden und dann das Lötmetall geliefert werden.
Bei dem Lötsystem 8 ist kein Mechanismus, der die Lötvorrichtung 2 neigt, eingerichtet, doch besteht keine Beschränkung auf diese Ausführung. Das Lötsystem 8 kann auch einen Mechanismus, der die Lötvorrichtung 2 neigt, aufweisen. Zum Beispiel kann an dem Bewegungselement 59 ein Mechanismus, der die Lötvorrichtung 2 dreht, eingerichtet werden.
Außerdem ist das Lötsystem 8 so ausgeführt, dass es die Leiterplatte 74 in der X-Achsen-Richtung und in der Y-Achsen-Richtung bewegt und die Lötvorrichtung 2 in der Z-Achsen-Richtung bewegt, doch besteht keine Beschränkung auf diese Ausführung. Die relative Position der Lötvorrichtung in Bezug auf das Werkstück kann durch einen beliebigen Mechanismus verändert werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das Löten vorgenommen, um elektronische Komponenten an einer Leiterplatte zu fixieren, doch besteht keine Beschränkung auf diese Ausführung. Die Lötvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform kann bei beliebigen Vorrichtungen, die geschmolzenes Lötmetall zu einem Werkstück liefern, angewendet werden. Zum Beispiel kann die Lötvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform auf eine Vorrichtung angewendet werden, die Leitungsdrähte durch Lötmetall miteinander verbindet.
Nach der vorliegenden Offenbarung können eine Lötvorrichtung, bei der eine Beschädigung eines Werkstücks oder von Komponenten, die an dem Werkstück fixiert werden, unterdrückt wird, und eine mit der Lötvorrichtung versehene Robotervorrichtung bereitgestellt werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsweisen können beliebig kombiniert werden. In den einzelnen Figuren, die oben beschrieben wurden, sind gleiche oder entsprechende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die oben beschriebenen Ausführungsweisen sind beispielhaft und beschränken die Erfindung nicht. Außerdem sind in den Ausführungsweisen Abwandlungen der in den Ansprüchen gezeigten Ausführungsweisen enthalten.

Claims

Lötvorrichtung (2, 9), die durch Laserlicht (30) geschmolzenes Lötmetall (35) zu einem Werkstück (74) liefert, umfassend ein Laserlichtausstrahlungselement (31), das Laserlicht ausstrahlt; eine Lötmetallzufuhreinrichtung (34), die Lötmetall in den Pfad des Laserlichts liefert; ein Lötmetallauffangelement (23), das das durch das Laserlicht geschmolzene Lötmetall auffängt; und ein Ausgießelement (25), das das geschmolzene Lötmetall zu dem Werkstück gießt, wobei das Lötmetallauffangelement eine Aufnahmeeinheit (23a) mit einer Form, in der das geschmolzene Lötmetall aufgefangen wird, aufweist, und das Ausgießelement an dem Lötmetallauffangelement fixiert ist und einen Lötmetallfließweg (25a), der mit der Aufnahmeeinheit verbunden ist und auf dem das Lötmetall fließt, aufweist.
Lötvorrichtung nach Anspruch 1, umfassend Heizeinrichtungen (26a, 26b, 26c), die an dem Lötmetallauffangelement angebracht sind, wobei die Heizeinrichtungen so ausgeführt sind, dass sie die Temperatur des Lötmetallauffangelements und des Ausgießelements bei einer höheren Temperatur als dem Schmelzpunkt des Lötmetalls halten.
Lötvorrichtung nach Anspruch 2, umfassend eine Luftzufuhreinrichtung (28), die Luft zu dem Lötmetallauffangelement liefert, wobei das Lötmetallauffangelement einen Luftfließweg (23b), der an die Luftzufuhreinrichtung angeschlossen ist, und eine Ausstoßöffnung (23c), die an dem Ende des Luftfließwegs gebildet ist, aufweist und so ausgeführt ist, dass es erhitzte Luft ausstößt.
Lötvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend eine Spritzschutzwand (38), die verhindert, dass geschmolzenes Lötmetall nach außerhalb der Lötvorrichtung spritzt, wobei die Spritzschutzwand so ausgeführt ist, dass sie den Bereich, in dem das Laserlicht auf das Lötmetall trifft, umgibt, und aus einem Material mit einem höheren Schmelzpunkt als dem Schmelzpunkt des Lötmetalls gebildet ist.
Lötvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend eine Laserlichtsperrwand (38), die verhindert, dass an dem Lötmetallauffangelement reflektiertes Laserlicht nach außerhalb der Lötvorrichtung austritt, wobei die Laserlichtsperrwand so ausgeführt ist, dass sie den Bereich, in dem das Laserlicht das Lötmetallauffangelement erreicht, umgibt, und aus einem Material gebildet ist, das nicht von dem Laserlicht durchdrungen wird.
Lötvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend einen Schwingungserzeuger (37), der das Lötmetallauffangelement schwingen lässt, wobei der Schwingungserzeuger das Lötmetallauffangelement schwingen lässt, wenn Lötmetall zu dem Werkstück geliefert wird.
Lötvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Lötmetallzufuhreinrichtung beim Schmelzen des Lötmetalls durch Laserlicht eine Menge an Lötmetall liefert, die einem Lötvorgang entspricht.
Robotervorrichtung, umfassend eine Lötvorrichtung nach Anspruch 1; einen Knickarmroboter (1), der die Position und die Lage der Lötvorrichtung verändert; und eine Steuervorrichtung (4), die den Knickarmroboter steuert, wobei die Steuervorrichtung eine Steuerung ausführt, bei der die Lötvorrichtung so geneigt wird, dass das geschmolzene Lötmetall von der Aufnahmeeinheit über den Lötmetallfließweg zu dem Werkstück geliefert wird, und eine Steuerung ausführt, bei der in einem geneigten Zustand der Lötvorrichtung Laserlicht ausgestrahlt wird und das Lötmetall zu dem Werkstück geliefert wird.