DE112007003258T5

DE112007003258T5 - Laserlötvorrichtung

Info

Publication number: DE112007003258T5
Application number: DE112007003258T
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Kono
Original assignee: Japan Unix Co Ltd
Current assignee: Japan Unix Co Ltd
Priority date: 2007-01-15
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2009-11-19
Anticipated expiration: 2027-12-22
Also published as: US20090294412A1; WO2008087831A1; US8334478B2; DE112007003258B4

Abstract

Eine Laserlötvorrichtung mit einem Laseroszillator, der einen Laserstrahl ausgibt, und einer Mehrzahl von optischen Linsen, welche den von dem Laseroszillator ausgegebenen Laserstrahl in einen Laserstrahl mit gefordertem Durchmesser und Form konvertierten, um einen Lötvorgang durchzuführen, indem der Laserstrahl durch die optischen Linsen auf ein zu lötendes Objekt gestrahlt wird, wobei
ein Teil der optischen Linsen eine Kornlinse ist,
eine Aufbringungsfläche oder emittierende Fläche der Kornlinse eine konische Oberfläche ist, und ein zentraler Abschnitt der Kornlinse eine zentrale Öffnung mit einem Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der eines kreisförmigen Laserstrahls, der auf die Kornlinse aufgebracht wird, und
die Kornlinse den kreisförmigen Laserstrahl in einen doppelten Kreisstrahl mit einem Ringabschnitt, der eine kreisförmige Ringform aufweist, und einem Punktabschnitt, der im Zentrum des Ringabschnitts angeordnet ist, konvertiert, so dass der doppelte Kreisstrahl auf das zu lötende Objekt gestrahlt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Laserlötvorrichtung, die elektronische Komponenten, wie ICs oder LSIs, oder andere Werkstücke mit Hilfe eines Laserstrahls genau lötet.
Stand der Technik
Löttechnologien, die Laserstrahlen einsetzen, sind bekannt und bspw. in den folgenden Patentdokumenten 1 oder 2 beschrieben. In diesen Technologien wird der Laserstrahl von einem Lötkolben auf ein zu lötendes Objekt, bspw. eine Schaltplatine, ausgestrahlt, und ein Lötmaterial (Lot) wird mittels der Hitze des Laserstrahls geschmolzen, so dass das Löten durchgeführt werden kann. Daher weisen diese Technologien den Vorteil auf, dass das Löten kontaktfrei durchgeführt werden kann.
Wie es in den 7 und 8 gezeigt ist, wird jedoch bei der konventionellen Verfahrensweise durch das punktförmige Ausstrahlen eines kreisförmigen Laserstrahls 2 durch einen Lötkopf auf ein zu lötendes Objekt 3 ein fadenartiges Lot 8, das von einer Düse 7 zugeführt wird, geschmolzen und das Löten wird durchgeführt. Daher kann in einem Fall, bei dem das zu lötende Objekt 3 ein ringförmiger Anschluss 4a, der an einer Platine 4 vorgesehen ist, und ein darin eingesetzter stabförmiger Anschluss 5a einer elektronischen Komponente ist, der Laserstrahl 2 durch einen Spalt 6 zwischen dem ringförmigen Anschluss 4a und dem stabförmigen Anschluss 5a auf die elektronische Komponente 5 ge strahlt werden, so dass ein Abschnitt der elektronischen Komponente 5 in unvorteilhafter Weise verbrannt werden kann.
Außerdem sind in den Patentdokumenten 3 und 4 Technologien zum Aufheizen und Bearbeiten eines zu lötenden Objekts mit Hilfe eines ringförmigen Laserstrahls beschrieben. Wird das Löten des ringförmigen Anschlusses 4a und des stabförmigen Anschlusses 5a mit Hilfe eines solchen ringförmigen Laserstrahls durchgeführt, können die oben genannten Probleme des Verbrennens der elektronischen Komponente vermieden werden.

Patentdokument 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift (JP-A) Nr. 4-52073
Patentdokument 2: JP-A Nr. 2002-1521
Patentdokument 3: JP-A Nr. 2005-28428
Patentdokument 4: JP-A Nr. 2006-229075

Der ringförmige Laserstrahl kann jedoch nur den ringförmigen Anschluss 4a aufheizen. Das bedeutet, dass der in dem zentralen Abschnitt angeordnete stabförmige Anschluss 5a nicht aufgeheizt werden kann. Daher wird das geschmolzene Lot durch eine niedrige Temperatur des stabförmigen Anschlusses 5a schnell abgekühlt. Als Folge hiervon verschlechtert sich das Löten und die Lötzeit wird erhöht, so dass die Arbeitseffizienz sinkt. Insbesondere in einem Fall, bei dem viele Lötpunkte nacheinander durch einen Lötroboter gelötet werden, wird die gesamte Arbeitseffizienz in großem Maße verringert.
Beschreibung der Erfindung
Durch die Erfindung gelöste Aufgabe
Eine Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Laserlötvorrichtung mit einem einfachen Aufbau, die in der Lage ist, das Löten auch in einem Fall, in welchem das zu lötende Objekt aus dem ringförmigen Anschluss und dem darin eingesetzten stabförmigen Anschluss besteht, effizient durchzuführen, ohne dass das Problem des Verbrennens einer elektronischen Komponente auftritt, indem ein Laserstrahl mit einer besonderen Form zum Heizen eines zu lötenden Objektes ausgestrahlt wird.
Zur Lösung der obigen Probleme wird eine Lötvorrichtung vorgeschlagen, die so gestaltet ist, dass sie einen Laserstrahl zu einem Laserstrahl umwandelt, der einen geforderten Durchmesser und Form aufweist, indem eine Mehrzahl optischer Linsen dazu verwendet wird, den Laserstrahl auf ein zu lötendes Objekt zu strahlen, wobei ein Abschnitt der optischen Linsen durch eine Kornlinse gebildet wird. Eine Einfallsfläche oder eine emittierende Fläche der Kornlinse ist eine konische Oberfläche, und ein zentraler Abschnitt derselben weist eine zentrale Öffnung mit einem Durchmesser auf, der kleiner ist als der eines kreisförmigen Laserstrahls, der auf die Kornlinse aufgebracht wird. Die Kornlinse konvertiert den kreisförmigen Laserstrahl in einen doppelten kreisförmigen Strahl mit einem Ringabschnitt mit einer kreisförmigen Ringform und einem Punktabschnitt, der in einer Mitte des Ringabschnitts abgeordnet ist, und der Doppelkreisförmige Strahl wird auf das zu lötende Objekt gestrahlt.
Dementsprechend können auch in einem Fall, bei dem das zu lötende Objekt aus dem ringförmigen Anschluss und dem darin eingesetzten stabförmigen Anschluss besteht, der ringförmige Anschluss und der stabförmige Anschluss durch den Doppelkreisförmigen Strahl geheizt werden, so dass das Lö ten effizient durchgeführt werden kann, ohne dass das Problem des Verbrennens der elektronischen Komponente auftritt. Da der Doppelkreisstrahl mit Hilfe eines einfachen Aufbaus gebildet werden kann, welcher die Kornlinse mit der zentralen Öffnung aufweist, kann die Konstruktion der Lötvorrichtung vereinfacht werden.
Gemäß der Erfindung kann die Lötvorrichtung vorzugsweise eine Aufbringungseinheit (Einfalleinheit), auf welche ein Laserstrahl, der von einem Laseroszillator ausgegeben wird, aufgebracht wird, und eine Ausstrahleinheit aufweisen, welche einen von der Aufbringungseinheit ausgegebenen Laserstrahl auf das zu lötende Objekt strahlt. Die Aufbringungseinheit und die Ausstrahleinheit sind so angeordnet, dass eine optische Achse durch die Zwischenschaltung eines semitransparenten Spiegels in einem Winkel von 90° gebrochen werden kann, und die Kornlinse ist an der Ausstrahleinheit angeordnet. Außerdem umfasst die Lötvorrichtung eine CCD-Kamera zum Fotografieren des zu lötenden Objektes. Die CCD-Kamera ist so angeordnet, dass eine optische Fotografierachse mit der optischen Achse der Ausstrahleinheit übereinstimmt, und das lötende Objekt wird durch die zentrale Öffnung der Kornlinse und den semitransparenten Spiegel fotografiert.
Anstatt die Kornlinse an der Ausstrahleinheit anzuordnen, wird die Kornlinse alternativ an der Aufbringungseinheit angeordnet, so dass das zu lötende Objekt mittels der CCD-Kamera durch die optische Linse anstelle der Kornlinse fotografiert wird.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann die Lötvorrichtung eine Kornlinse aufweisen. Die konische Oberfläche der Kornlinse ist eine konvexe konische Oberfläche, und die Kornlinse ist so angeordnet, dass die konische Oberfläche die emittierende Oberfläche an einer Position von einer Folge einer Mehrzahl der optischen Linsen ist, die dem zu lötenden Objekt an nächsten liegt.
Außerdem kann die Lötvorrichtung bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung zwei Kornlinsen aufweisen. Die konische Oberfläche der einen Kornlinse ist eine konkave konische Oberfläche, und die konische Oberfläche der anderen Kornlinse ist eine konvexe konische Oberfläche, und die Kornlinsen sind so angeordnet, dass die konkave konische Oberfläche und die konvexe konische Oberfläche einander zugewandt sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht, die den Aufbau einer Laserlötvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
2 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Funktionen einer allgemeinen Kornlinse ohne zentrale Öffnung.
3 ist eine Draufsicht, die das Muster eines Laserstrahls darstellt, der von der Kornlinse gemäß 2 ausgestrahlt wird.
4 ist eine Draufsicht, die die Hauptkomponenten eines Strahlmusters eines Laserstrahls darstellt, der von der Lötvorrichtung gemäß 1 auf ein zu lötendes Objekt ausgestrahlt wird.
5 ist eine Ansicht, die schematisch einen Aufbau einer Laserlötvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
6 ist eine vergrößerte Ansicht, die Hauptkomponenten aus 5 darstellt.
7 ist eine Seitenansicht, die Hauptkomponenten einer herkömmlichen Lötvorrichtung darstellt.
8 ist eine Draufsicht, die Hauptkomponenten eines Strahlmusters eines Laserstrahls darstellt, der von einer herkömmlichen Lötvorrichtung ausgestrahlt wird.
Beste Ausführungsform der Erfindung
1 ist eine Ansicht, die schematisch den Aufbau einer Laserlötvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt. In der Fig. bezeichnet das Bezugszeichen 10 einen Lötkopf, der einen Mehrgelenkarm eines Lötroboters (nicht dargestellt) aufweist, das Bezugszeichen 11 bezeichnet einen Laseroszillator, der einen Laserstrahl B1 ausstrahlt, und das Bezugszeichen 12 bezeichnet eine optische Faser, die einen Laserstrahl B1, der von dem Laseroszillator 11 ausgegeben wird, zu dem Lötkopf 10 führt. Außerdem bezeichnet das Bezugszeichen 13 eine Platine, auf der gedruckte Leitungen vorgesehen sind, und das Bezugszeichen 14 bezeichnet eine elektronische Komponente, die auf die Platine 13 gelötet werden soll. Das Löten wird in dem Zustand durchgeführt, in dem ein stabförmiger Anschluss 14a der elektronischen Komponente 14 in einen ringförmigen Anschluss 13a, der an der Platine 13 vorgesehen ist, eingesetzt ist. Daher bilden der ringförmige Anschluss 13a und der stabförmige Anschluss 14a ein zu lötendes Objekt 15.
Der Lötkopf 10 umfasst eine Aufbringungseinheit (Einfalleinheit) 17, auf welche der Laserstrahl B1, der von dem Laseroszillator 11 ausgegeben wird, durch die optische Faser 12 aufgebracht wird (fällt), eine Ausstrahleinrichtung 18, welche den aufgebrachten Laserstrahl B1 auf das zu lötende Objekt 15 strahlt, und eine CCD-Kamera 19, welche das zu lötende Objekt 15 fotografiert.
Die Aufbringungseinheit 17 und die Ausstrahleinheit 18 sind innerhalb eines zylindrischen Gehäuses 20 in einem solchen Zustand angeordnet, dass optische Achsen, d. h. eine optische Achse L1 der Aufbringungseinheit und eine optische Achse 12 der Ausstrahleinheit, von dem semitransparenten Spiegel 21 als einer Grenzfläche in einem Winkel von 90° gebrochen werden. Die CCD-Kamera 19 ist an einem oberen Abschnitt des Gehäuses 20 vorgesehen, so dass eine optische Fotografierachse 13 im Wesentlichen mit der optischen Achse 12 der Ausstrahleinheit übereinstimmt.
Der semitransparente Spiegel 21 hat eine Eigenschaft, dass er lediglich den Laserstrahl B1, der von dem Laseroszillator 11 ausgegeben wird, reflektiert ohne diesen durchzulassen, aber anderes Licht (sichtbares Licht) durchlässt. Der semitransparente Spiegel 21 ist in einem Winkel von 45° gegenüber der optischen Achse L1 der Aufbringungseinheit und der optischen Achse 12 der Ausstrahleinheit angeordnet, so dass der kreisförmige Laserstrahl B1, der von der Aufbringungseinheit 17 aufgebracht wird, in der Richtung der optischen Achse 12 der Ausstrahleinheit reflektiert wird.
In der Ausstrahleinheit 18 sind der semitransparente Spiegel 21 und eine Mehrzahl optischer Linsen 22, 23 und 24, welche den Laserstrahl in einen Laserstrahl mit einem geforderten Durchmesser und einer Form umwandeln, nacheinander entlang der optischen Achse 12 der Ausstrahleinheit angeordnet.
In jeder der beiden optischen Linsen von der Mehrzahl der optischen Linsen 22, 23 und 24, d. h. der ersten und der zweiten optischen Linsen 22 und 23, die an der Seite des semitransparenten Spiegels 21 angeordnet sind, kann eine Oberfläche oder beide Oberflächen eine konvexe sphärische Oberfläche sein. Jede der beiden optischen Linsen 22 und 23 ist eine konvexe Linse, wobei ein Dicke des zentralen Abschnitts größer ist als eine Dicke des Umfangsabschnitts. Die eine optische Linse 24, die am nächsten an dem zu lötenden Objekt 15 angeordnet ist, ist eine Kornlinse, deren eine Oberfläche eine konische Oberfläche 26a ist. Die konische Oberfläche 26a der Kornlinse 24 ist als eine emittierende Oberfläche so angeordnet, dass sie dem zu lötenden Objekt 15 zugewandt ist.
Wenn der durch den semitransparenten Spiegel 21 reflektierte Laserstrahl B2 als ein vergrößerter Strahl, dessen Durchmesser vergrößert ist, auf die erste optische Linse 22 aufgebracht wird, wird als nächstes durch die erste optische Linse 22 ein kollimierter Laserstrahl (kollimiertes Strahlenbündel) B3 gebildet, der in der nächsten Stufe auf die zweite optische Linse 23 aufgebracht wird. Als nächstes wird ein Laserstrahl B4, dessen Durchmesser durch die Konvergenz der zweiten optischen Linse 23 allmählich verringert wird, gebildet, um auf die Kornlinse 24 aufgebracht zu werden.
Das Prinzip und die Funktionsweise der Kornlinse 24 werden nun mit Bezug auf eine allgemeine Kornlinse 24a, wie sie in 2 gezeigt ist, beschrieben. Die Kornlinse 24a weist eine Aufbringungsfläche 24, welche eine Ebene senkrecht zu der Achse ist, und eine emittierende Oberfläche 26, welche die Form einer konischen Oberfläche hat, auf. Wenn der kreisförmige Laserstrahl Bi, der von der Aufbringungsfläche 25 aufgebracht wird, von der emittierenden Fläche 26 emittiert wird, wird der Laserstrahl Bi durch die konische Fläche 26a und die Vertex (Spitze) 26b der konischen Fläche 26a in unterschiedlichen Winkeln gebrochen, so dass der Laserstrahl Bi in einen ringförmigen Laserstrahl Bo konvertiert wird. Wenn der emittierte Laserstrahl Bo auf einer Ebene A projiziert wird, hat sein Muster ein Ringform, wie es in 3 gezeigt ist.
Die Kornlinse 24 gemäß der Ausführungsform in 1 weist jedoch eine zentrale Öffnung 27 auf, welche die Kornlinse 24 in einem zentralen Abschnitt der Kornlinse 24 in der Richtung der optischen Linie durchtritt, sowie eine ebene Aufbringungsfläche 25, die senkrecht zu der optischen Achse 12 der Aufbringungseinheit steht, und die emittierende Oberfläche 26, die die konische Oberfläche 26a aufweist, so dass die zentrale Öffnung 27 auf der optischen Achse 12 der Ausstrahleinheit angeordnet ist. Die zentrale Öffnung 27 weist einen Durchmesser auf, der kleiner ist als ein Außendurchmesser des aufge brachten kreisförmigen Laserstrahls B4, um einen Teil des Laserstrahls B4 durchzulassen, so dass die zentrale Öffnung 27 einen kreisförmigen Strahl mit kleinem Durchmesser emittieren kann. Außerdem entspricht der Lochkantenabschnitt 27a der zentralen Öffnung 27, der an der Seite der emittierenden Oberfläche 26 angeordnet ist, der Vertex 26b der allgemeinen Kornlinse 24a.
Daher weist der Laserstrahl B5, der von der Kornlinse 24 emittiert wird, wie in 4 gezeigt einen Ringabschnitt Br, welcher von der konischen Oberfläche 26a mit einer kreisförmigen Ringform emittiert wird, und einen Punktabschnitt Bs auf, welcher von der zentralen Öffnung 27 emittiert wird. Der Punktabschnitt Bs ist in der Mitte des Ringabschnitts Br angeordnet. Außerdem wird in der nachfolgenden Beschreibung der Laserstrahl, welcher den Ringabschnitt Br und den Punktabschnitt Bs aufweist, als ein ”doppelter Kreisstrahl” bezeichnet.
Der Ringabschnitt Br wird so auf den ringförmigen Anschluss 13a gestrahlt, dass er den Umfang der Anschlussöffnung 13b umgibt, um den ringförmigen Anschluss 13a aufzuheizen, und der Punktabschnitt Bs wird in einer Punktform auf den stabförmigen Anschluss 14a gestrahlt, um den stabförmigen Anschluss 14a zu heizen. Daher wird in diesem Zustand das fadenartige Lot 28 durch den doppelten Kreisstrahl B5 so geschmolzen, dass die beiden Anschlüsse 13a und 14a gelötet werden. Als Folge hiervon werden der ringförmige Anschluss 13a und der stabförmige Anschluss 14a durch den Ringabschnitt Br und den Punktabschnitt Bs aufgeheizt, ohne dass das Problem des Verbrennens der elektronischen Komponente 14 auftritt, so dass das Löten schnell und effizient in kurzer Zeit durchgeführt werden kann.
Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform ist der kreisförmige Strahl (Punktabschnitt Bs), der die zentrale Öffnung 27 durchtritt, außerdem in dem konvergierten Zustand, da der durch die zweite optische Linse 23 konvergierte Laserstrahl B4 auf die Kornlinse 24 aufgebracht wird, und daher wird sein Durchmesser allmählich verringert. Dadurch können der Durchmesser des doppelten Kreisstrahls, der auf das zu lötende Objekt 15 gestrahlt wird, d. h. der Punktdurchmesser des Punktabschnitts Bs, der Ringdurchmesser und die Breite des Ringabschnitts Br entsprechend dem zu lötenden Objekt 15 eingestellt werden, indem ein Abstand zwischen der Kornlinse 24 und der zweiten optischen Linse 23 oder dem zu lötenden Objekt 15 geändert wird.
Obwohl ein kollimierter Laserstrahl auf die Kornlinse 24 aufgebracht werden kann, ist andererseits in diesem Fall auch der kreisförmige Strahl, der die zentrale Öffnung 27 durchtritt, d. h. der Punktabschnitt Bs, ebenfalls ein kollimiertes Licht, so dass sein Durchmesser im Wesentlichen gleich dem Durchmesser der zentralen Öffnung 27 wird. Daher können in diesem Fall lediglich Ringdurchmesser und die Breite des Ringabschnitts Br eingestellt werden, indem der Abstand zwischen der Kornlinse 24 und dem zu lötenden Objekt 15 eingestellt wird.
Die CCD-Kamera 19 ist so angeordnet, dass die optische Fotografierachse 13 mit der optischen Achse 12 der Ausstrahleinheit zusammenfällt, so dass das zu lötende Objekt 15 durch die zentrale Öffnung 27 der Kornlinse 24, die optischen Linsen 23 und 22 und den semitransparenten Spiegel 21 fotografiert wird. Ein Bild des zu lötenden Objekts, das durch die CCD-Kamera 19 fotografiert wird, wird auf einem Monitor 29 angezeigt. Das Bild kann bspw. in einem Lernschritt vor dem Durchführen des Lötens dazu verwendet werden, die Ausstrahlposition des doppelten Kreisstrahls B5 auf dem zu lötenden Objekt 15 einzustellen. Außerdem kann während der Durchführung des Lötens das Bild dazu verwendet werden, zu überprüfen, ob das Löten normal durchgeführt wird oder nicht. Diese Techniken sind jedoch in der JP-A Nr. 2002-1521 beschrieben. Außerdem beziehen sich diese Techniken nicht direkt auf den Kern der vorliegenden Erfindung. Daher wird auf ihre detaillierte Beschreibung verzichtet.
Obwohl an der Aufbringungseinheit 17 keine optische Linse vorgesehen ist, können zusätzlich eine oder mehrere optische Linsen (konvexe Linsen) an der Aufbringungseinheit 17 vorgesehen werden, wenn dies als notwendig erachtet wird. In ähnlicher Weise können auch eine oder mehrere optische Linsen zwischen dem semitransparenten Spiegel 21 und der CCD-Kamera 19 vorgesehen werden.
Durch einen solchen einfachen Aufbau, bei welchem die Kornlinse 24 mit der zentralen Öffnung 27 an der Ausstrahleinheit 18 angeordnet ist, bildet die Kornlinse 24 den doppelten Kreisstrahl B5 mit dem Ringabschnitt Br und dem Punktabschnitt Bs. Durch den doppelten Kreisstrahl B5 kann auch in einem Fall, bei dem das zu lötende Objekt 15 aus dem ringförmigen Anschluss 13a und den darin eingesetzten stabförmigen Anschluss 14a besteht, das Löten schnell und einfach durch gleichzeitiges Aufheizen des ringförmigen Anschlusses 13a und des stabförmigen Anschlusses 14a durchgeführt werden.
Da das zu lötende Objekt 15 ohne Bilddeformation beobachtet werden kann, indem die zentrale Öffnung 27 der Kornlinse 24 verwendet wird, kann die CCD-Kamera 19 außerdem selbst bei einer Gestaltung vorgesehen werden, bei welcher die Kornlinse 24 an der Ausstrahleinheit 18 vorgesehen ist.
Andererseits wird in einem Fall, bei dem die allgemeine Kornlinse 24a ohne zentrale Öffnung an der Ausstrahleinheit 18 vorgesehen wird, wie in 2 gezeigt ist, das Bild durch die Lichtbrechung deformiert werden, so dass es für die CCD-Kamera 19 schwierig wird, das zu lötende Objekt zu fotografieren.
Außerdem sind die Position und Orientierung der Kornlinse 24 nicht auf die der oben beschriebenen Ausführungsform beschränkt. In einem Fall, in dem die Kornlinse 24 an einer anderen Position und mit anderer Orientierung vorgesehen ist, kann der doppelte Kreisstrahl B5 mit dem Ringabschnitt Br und dem Punktabschnitt Bs, wie es oben beschrieben wurde, durch Kombination der Kornlinse 24 mit anderen konvexen Linsen gebildet werden. In einem Fall, bei dem die Orientierung der Kornlinse 24 umgekehrt ist, wird die konische Oberfläche 26a eine Aufbringungsoberfläche und die gegenüberliegende Ebene wird eine emittierende Oberfläche.
Die Aufgabe der Erfindung kann auch dann gelöst werden, wenn die CCD-Kamera 19 nicht vorgesehen ist. In diesem Fall kann der semitransparente Spiegel 21 entfernt werden, und die optische Achse L1 der Aufbringungseinheit kann mit der optischen Achse 12 der Ausstrahleinheit zusammenfallen. Daher kann der Laserstrahl von einer Endseite der Ausstrahleinheit 18 entlang der optischen Achse 12 der Ausstrahleinheit aufgebracht werden.
5 ist eine Ansicht, die schematisch den Aufbau einer Lötvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt. Die Lötvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der Lötvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform dahingehend, dass eine Kornlinse an einer Aufbringungseinheit vorgesehen ist.
Das bedeutet, dass die Aufbringungseinheit 17 einen reflektierenden Spiegel 21 aufweist, welcher einen kreisförmigen Laserstrahl B11, der durch eine optische Faser 12 entlang der optischen Achse L1 der Aufbringungseinheit aufgebracht wird, reflektiert, eine optische Aufbringungslinse 32, welche den durch den reflektierenden Spiegel 31 reflektierten Laserstrahl B12 in einen kollimierten Laserstrahl B13 mit einem festgelegten Durchmesser umwandelt, und erste und zweite Kornlinsen 33 und 34, welche den durch die optische Linse 32 kollimierten Laserstrahl B13 in doppelte Kreislaserstrahlen (doppelte Kreisstrahlen) B14 und B15 konvertiert. Der reflektierende Spiegel 31, die optische Aufbringungslinse 32 und die Kornlinsen 33 und 34 sind nacheinander entlang der optischen Achse L1 der Aufbringungseinheit vorgesehen. Die optische Aufbringungslinse 32 ist eine konvexe Linse.
Wie in 6 dargestellt ist, umfasst die erste Kornlinse 33 eine ebene Aufbringungsfläche 36, die senkrecht zu der optischen Achse L1 der Aufbringungseinheit angeordnet ist, eine emittierende Oberfläche 37, die eine konkave konische Fläche 37a ist, und eine kreisförmige Zentralöffnung 38, die einen zentralen Abschnitt der ersten Kornlinse 33 in der Richtung der optischen Linie durchtritt. Die zweite Kornlinse 34 umfasst eine Aufbringungsfläche 40, welche einen konvexe konische Oberfläche 40a ist, eine ebene emittierende Fläche 41, die senkrecht zu der optischen Achse L1 der Aufbringungseinheit angeordnet ist, und eine kreisförmige zentrale Öffnung 42, die einen zentralen Abschnitt der zweiten Kornlinse in der Richtung der optischen Linie durchtritt. Das Paar von Kornlinsen 33 und 34 ist in konzentrischer Weise angeordnet, wobei die konischen Flächen 37a und 40a einander mit einem festgelegten Abstand dazwischen zugewandt sind und wobei ihre zentralen optischen Achsen mit der optischen Achse L1 der Aufbringungseinheit zusammenfallen.
Die Neigungswinkel der konischen Flächen 37a und 40a der Kornlinsen 33 und 34 sind vorzugsweise einander gleich. Außerdem sind auch die Durchmesser der zentralen Öffnungen 38 und 42 der Kornlinsen 33 und 34 vorzugsweise gleich. Alternativ kann der Durchmesser der zentralen Öffnung 42 der zweiten Kornlinse 34 etwas größer sein als derjenige der zentralen Öffnung 38 der ersten Kornlinse 33.
Nun wird der kollimierte kreisförmige Laserstrahl B13 von der ebenen Aufbringungsfläche 36 der ersten Kornlinse 33 aufgebracht, der Laserstrahl B13, der von der emittierenden Fläche 37 durch die konkave konische Fläche 37a und die zentrale Öffnung 38 der emittierenden Fläche 37 emittiert wird, wird in einen gebrochenen Strahl und einen gerade fortschreitenden Strahl aufgeteilt, so dass der Laserstrahl B13 in den doppelten Kreisstrahl B14 mit dem Ringabschnitt Br und dem Punktabschnitt Bs umgewandelt wird. Der doppelte Kreisstrahl B14 wird von der konvexen konischen Fläche 40a der Aufbringungsfläche 40 der folgenden zweiten Kornlinse 34 aufgebracht, um von der emittierenden Fläche 41 emittiert zu werden, und tritt durch die zentrale Öffnung 42, so dass der doppelte Kreisstrahl B14 in den kollimierten doppelten Kreisstrahl B15 mit dem in 4 gezeigten Strahlenmuster konvertiert wird. Der doppelte Kreisstrahl B15 wird durch den semitransparenten Spiegel 21 reflektiert und wird danach durch die Ausstrahleinheit 18 auf das zu lötende Objekt 15 gestrahlt.
Auch wenn die erste Kornlinse 33 und die zweite Kornlinse 34 in einem festgelegten Abstand angeordnet sein können, wie es in der Zeichnung dargestellt ist, kann auch die zweite Kornlinse 34 fixiert sein und die erste Kornlinse 33 kann entlang der optischen Achse L1 der Aufbringungseinheit variabel positioniert werden. Das bedeutet, dass wenigstens eine der Kornlinsen 33 und 34 variabel positioniert werden kann, um den Abstand zwischen den Kornlinsen 33 und 34 einzustellen, so dass der Durchmesser des doppelten Kreisstrahls geändert werden kann.
Andererseits umfasst die Ausstrahleinheit 18 eine optische Linse 44 oder eine Mehrzahl optischer Linsen 44, die entlang der optischen Achse 12 der Ausstrahleinheit angeordnet sind. Die optische Linse 44 ist eine konvexe Linse. Der doppelte Kreisstrahl B16, der durch den halbtransparenten Spiegel 21 reflektiert wird, wird durch die optische Linse 44 konvergiert, um in einen doppelten Kreisstrahl B17 konvertiert zu werden, welcher einen Ringabschnitt mit festgelegtem Durchmesser und Breite und einen Punktabschnitt mit einem festgelegten Durchmesser aufweist. Der doppelte Kreisstrahl B17 wird auf das zu lötende Objekt 15 gestrahlt.
In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 45 eine Bildlinse. Die Bildlinse 45 ist zwischen der CCD-Kamera 19 und dem semitransparenten Spiegel 21 entlang der optischen Fotografierachse 13 angeordnet. Die Bildlinse 45 ist eine konvexe Linse.
Bei der zweiten Ausführungsform wird das Fotografieren des zu lötenden Objektes 15 durch die CCD-Kamera 19 mit Hilfe der optischen Linse 44 durchgeführt, die durch eine konvexe Linse und dem semitransparenten Spiegel 21 gebildet wird, anstatt die zentrale Öffnung der Kornlinse gemäß der ersten Ausführungsform zu nutzen.
Bei der zweiten Ausführungsform sind die Komponenten bis auf die oben beschriebenen Komponenten im Wesentlichen die gleichen wie diejenigen der ersten Ausführungsform. Die gleichen Komponenten wie die der ersten Ausführungsform werden durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und auf ihre erneute Beschreibung wird verzichtet.
Außerdem kann bei der zweiten Ausführungsform eine erste Kornlinse 33 mit einer konkaven Form und eine zweite Kornlinse 34 mit einer konvexen Form an der Ausstrahleinheit 18 vorgesehen sein.
Zusammenfassung:
Laserlötvorrichtung
Vorgesehen ist eine Laserlötvorrichtung, die das Löten durchführt, indem ein Laserstrahl auf ein zu lötendes Objekt gestrahlt wird, wobei ein Teil einer Mehrzahl optischer Linsen eine Kornlinse ist, wobei eine Aufbringungsfläche oder eine emittierende Fläche der Kornlinse eine konische Oberfläche ist und ein zentraler Abschnitt der Kornlinse eine zentrale Öffnung mit einem Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der eines kreisförmigen Laserstrahls, der auf die Kornlinse aufgebracht wird, und wobei die Kornlinse den kreisförmigen Laserstrahl in einen doppelten Kreisstrahl mit einem Ringabschnitt, der eine kreisförmige Ringform aufweist, und einen Punktabschnitt, der in einem Zentrum des Ringabschnitts angeordnet ist, konvertiert, so das der doppelte Kreisstrahl auf das zu lötende Objekt gestrahlt wird.

11: Laseroszillator
15: zu lötendes Objekt
17: Aufbringungseinheit
18: Ausstrahleinheit
19: CCD-Kamera
21: semitransparenter Spiegel
22: optische Linse (erste konvexe Linse)
23: optische Linse (zweite konvexe Linse)
24, 33, 42: Kornlinse
25: Aufbringungsfläche
26, 37a: emittierende Oberfläche
26a, 40a: konische Oberfläche
27, 38, 42: zentrale Öffnung
32, 44: optische Linse (konvexe Linse)
Br: Ringabschnitt
Bs: Punktabschnitt
L1: optische Achse der Aufbringungseinheit
L2: optische Achse der Ausstrahleinheit
L3: optische Fotografierachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 4-52073 A [0004]
- JP 2002-1521 A [0004, 0034]
- JP 2005-28428 A [0004]
- JP 2006-229075 A [0004]

Claims

Eine Laserlötvorrichtung mit einem Laseroszillator, der einen Laserstrahl ausgibt, und einer Mehrzahl von optischen Linsen, welche den von dem Laseroszillator ausgegebenen Laserstrahl in einen Laserstrahl mit gefordertem Durchmesser und Form konvertierten, um einen Lötvorgang durchzuführen, indem der Laserstrahl durch die optischen Linsen auf ein zu lötendes Objekt gestrahlt wird, wobei ein Teil der optischen Linsen eine Kornlinse ist, eine Aufbringungsfläche oder emittierende Fläche der Kornlinse eine konische Oberfläche ist, und ein zentraler Abschnitt der Kornlinse eine zentrale Öffnung mit einem Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der eines kreisförmigen Laserstrahls, der auf die Kornlinse aufgebracht wird, und die Kornlinse den kreisförmigen Laserstrahl in einen doppelten Kreisstrahl mit einem Ringabschnitt, der eine kreisförmige Ringform aufweist, und einem Punktabschnitt, der im Zentrum des Ringabschnitts angeordnet ist, konvertiert, so dass der doppelte Kreisstrahl auf das zu lötende Objekt gestrahlt wird.
Die Lötvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lötvorrichtung eine Aufbringungseinheit umfasst, welcher der Laserstrahl von dem Laseroszillator zugeführt wird, und eine Ausstrahleinheit, welche den Laserstrahl von der Aufbringungseinheit auf das zu lötenden Objekt strahlt, die Aufbringungseinheit und die Ausstrahleinheit so angeordnet sind, dass eine optische Achse durch einen semitransparenten Spiegel in einem Winkel von 90° gebrochen werden kann, die Kornlinse an der Ausstrahleinheit angeordnet ist, die Lötvorrichtung eine CCD-Kamera zum Fotografieren des zu lötenden Objektes aufweist, die CCD-Kamera so angeordnet ist, dass eine optische Fotografierachse mit der optischen Achse der vorstehenden Einheit zusammenfällt, und das zu lötende Objekt durch die zentrale Öffnung der Kornlinse und den semitransparenten Spiegel fotografiert wird.
Die Laserlötvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lötvorrichtung eine Kornlinse aufweist, die konische Oberfläche der Kornlinse eine konvexe konische Fläche ist, und die Kornlinse so angeordnet ist, dass die konische Fläche die emittierende Oberfläche an einer Position ist, an welcher die Kornlinse aus einer Folge einer Mehrzahl der optischen Linsen dem zu lötenden Objekt am nächsten liegt.
Die Laserlötvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Ausstrahleinheit eine erste konvexe Linse aufweist, welche einen vergrößerten Strahl, der durch den semitransparenten Spiegel reflektiert wird, in einen kollimierten Strahl konvertiert, eine zweite konvexe Linse, welche den von der ersten konvexen Linse ausgegebenen kollimierten Strahl in einen konvergierten Strahl konvertiert, und die eine Kornlinse, welcher der konvergierte Strahl von der zweiten konvexen Linse zugeführt wird, die konische Oberfläche der Kornlinse eine konvexe konische Oberfläche ist, und die Kornlinse so angeordnet ist, dass die konische Oberfläche die emittierende Oberfläche an einer Position ist, an welcher die Kornlinse aus einer Folge einer Mehrzahl der optischen Linsen dem zu lötenden Objekt am nächsten liegt.
Die Laserlötvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lötvorrichtung eine Aufbringungseinheit aufweist, welcher der Laserstrahl von dem Laseroszillator zugeführt wird, und eine Ausstrahleinheit, welche den Laserstrahl von der Aufbringungseinheit auf das zu lötende Objekt ausstrahlt, die Aufbringungseinheit und die Ausstrahleinheit in dem Zustand vorgesehen sind, in dem optische Achsen durch die Zwischenschaltung eines semitransparenten Spiegels in einem Winkel von 90° gebrochen werden können, die Kornlinse an der Ausstrahleinheit angeordnet ist, die Lötvorrichtung eine CCD-Kamera zum Fotografieren des zu lötenden Objektes aufweist, und die CCD-Kamera so angeordnet ist, dass die optische Fotografierachse mit der optischen Achse der Ausstrahleinheit zusammenfällt, und das zu lötende Objekt durch eine andere optische Linse als die Kornlinse und den semitransparenten Spiegel fotografiert wird.
Die Laserlötvorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, wobei die Lötvorrichtung zwei Kornlinsen aufweist, die konische Oberfläche der ersten Kornlinse eine konkave konische Oberfläche ist und die konische Oberfläche der zweiten Kornlinse eine konvexe konische Oberfläche ist, und die Kornlinsen so angeordnet sind, dass die konkave konische Oberfläche und die konvexe konische Oberfläche einander zugewandt sind.
Die Laserlötvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Aufbringungseinheit eine konvexe Linse aufweist, welche einen zugeführten vergrößerten Strahl in einen kollimierten Strahl konvertiert, und zwei Kornlinsen, welche den kollimierten Strahl, der von der konvexen Linse ausgegeben wird, in einen doppelten Kreisstrahl konvertieren, und den doppelten Kreisstrahl dem semitransparenten Spiegel zuführt, die konische Oberfläche der ersten Kornlinse eine konkave konische Oberfläche ist, die konische Oberfläche der zweiten Kornlinse eine konvexe konische Oberfläche ist, die Kornlinsen so angeordnet sind, dass die konkave konische Oberfläche und die konvexe konische Oberfläche einer zugewandt sind, und die Ausstrahleinheit eine konvexe Linse aufweist, welche es ermöglicht, den doppelten Kreisstrahl, der durch den semitransparenten Spiegel reflektiert wird, zu konvergieren und den doppelten Kreisstrahl auf das zu lötende Objekt zu strahlen.