DE2127632A1

DE2127632A1 - Multiple joint laser welder - with phase hologramme beam divider

Info

Publication number: DE2127632A1
Application number: DE19712127632
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Phys. 8000 München Rauscher
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-06-03
Filing date: 1971-06-03
Publication date: 1972-12-14
Also published as: DE2127632B2

Abstract

The laser beam installation for the simultaneous soldering or brazing of several joints employs a single beam source, the beam from which is divided up into several beams, which are focussed at each joint. In the prefd. design the beam is spread out prior to being passed into the phase hologram. The device is used for circuit board joint soldering permitting the soldering of up to 100 joints simultaneously. it is for use in mass prodn plants.

Description

Xötvorrichtung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lötvorrichtung zum gleichzeitigen Löten mehrerer Lötstellen, insbesondere Lötkontakten einer Schaltungsplatte, mit Hilfe eines Laserstrahls, der in eine der Anzahl der Lötstellen entsprechenden Zahl von Teilstrahlen aufgespalten wird.Soldering Device The present invention relates to a soldering device for the simultaneous soldering of several soldering points, in particular soldering contacts of a circuit board, with the help of a laser beam, which is in one of the number of soldering points Number of partial beams is split.

Beim Einlöten diskreter Bauelemente in der Hybridtechnik müssen auf einem relativ kleinen Substrat Lötverbindungen an vielen eng begrenzten Lötstellen vorgenommen werden. Man hat sich hierbei bisher konventioneller Löttechniken, z.B. unter Verwendung kleiner Lötkolben oder Lötmaschinen bedient (Heißluftgebläse usw.). Wurde das Substrat hierbei jedoch zu stark erwärmt, so wurden die temperaturempfindlichen Bauelemente zerstört. Weiterhin entstanden beim Löten der einzelnen Verbindungspunkte mechanische Spannungen, die zur Zerstörung der Bauelemente führen können. Weiterhin hat man das, sog. reflow-Lötverfahren angewandt, wobei mit einem Lötmittelüberzug versehene Kontakte mit Hilfe einer elektrisch geheizten Schneide aufgeheizt und dadurch verlötet wurden. Bei schlechter elektrischer Isolation kann hierbei leicht eine Beschädigung der Bauteile durch elektrischen Stromfluß eintreten.When soldering in discrete components in hybrid technology, a relatively small substrate soldered connections at many narrowly delimited solder joints be made. So far, conventional soldering techniques have been used, e.g. operated using small soldering irons or soldering machines (hot air gun, etc.). However, if the substrate was heated too much, the temperature-sensitive ones became Components destroyed. Furthermore, arose when soldering the individual connection points mechanical stresses that can lead to the destruction of the components. Farther the so-called reflow soldering process has been used, with a solder coating provided contacts are heated with the help of an electrically heated cutting edge and were soldered thereby. In the case of poor electrical insulation, this can easily happen the components can be damaged by the flow of electrical current.

Es ist ferner auch bekannt (s.z.B. OS 1 577 010), Lötungen mit Hilfe von Lichtstrahlen vorzunehmen, die durch einen Parabolspiegel auf die Lötstelle fokussiert werden. Hierdurch läßt sich jedoch eine ausreichend scharfe Fokussierung auf die kleinen Lötstellen und die erforderliche hohe Beistungsdichte nicht erreichen. Auch kann hierdurch nicht die Strah--lungsenergie gleichzeitig auf alle gemäß der Geometrie der Hybridschaltung verteilten Lötstellen gelenkt werden.It is also known (see e.g. OS 1 577 010) that soldering is done with the help of of light rays passing through a parabolic mirror onto the solder joint be focused. In this way, however, a sufficiently sharp focus can be achieved on the small soldering points and not achieve the required high power density. This also means that the radiant energy can not be applied to all of them at the same time Geometry of the hybrid circuit distributed solder points are steered.

Aus der OS 2 014 448 ist weiterhin ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Werkstücken mittels Las erenergie bekannt, wobei mittels einer einzigen Laserquelle ein Laserstrahl erzeugt und derselbe in eine Anzahl von Teilstrahlen aufgeteilt wird, von welchen jeder zur Behandlung einer Stelle mindestens eines Werkstücks geeignet ist und jeder Teilstrahl auf eine zu bearbeitende Stelle gelenkt wird, so daß an mehreren Stellen eines Werkstücks gleichzeitig eine Behandlung vorgenommen wird. Die Strahlaufteilung erfolgt hier mit Hilfe mehrerer halbdurchlässiger Spiegel, die Fokussierungspunkte werden durch Einstellung weiterer total reflektierender Spiegel vorgenommen. Ein Nachteil dieser Anordnung muß vor allem darin gesehen werden, daß die an der Laserbehanilungsvorrichtung vorzunehmenden Einstellungen auf die gewünschten Behandlungsstellen sehr kompliziert und zeitraubend sind. darüber hinaus läßt sich durch eine solche Anordnung nur eine Aufteilung eines Laserstrahls in eine sehr begrenzte Anzahl von Teilstrahlen durchführen, da sonst die. Anzahl der zu verwendenden optischen Elemente zu stark ansteigt.From OS 2 014 448 there is also a method and a device known for the treatment of workpieces by means of laser energy, with means of a single laser source generates a laser beam and the same into a number of partial beams is divided, each of which to treat a site at least one Workpiece is suitable and each partial beam is directed to a point to be processed so that a treatment is carried out at several points on a workpiece at the same time will. The beam is split here with the help of several semi-transparent mirrors, the focus points become totally more reflective by setting further ones Mirror made. A disadvantage of this arrangement must be seen above all in that the settings to be made on the laser treatment device are based on the desired treatment sites are very complicated and time consuming. Furthermore Such an arrangement can only be used to split a laser beam into carry out a very limited number of partial beams, otherwise the. number of to be used optical elements increases too much.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lötvorrichtung anzugeben, die es gestattet durch Aufteilung eines Laserstrahls gleichzeitig eine Erwärmung mehrerer LötZ stellen vorzunehmen, wobei die Anzahl der gleichzeitig zu erwärmenden Lötstellen nur durch die zur Verfügung stehende Laserenergie begrenzt ist, wobei andererseits an der Lötvorrichtung selbst keine komplizierten Einstellungen zer Anpassung der Lötvorrichtung an die Verteilung der Lötstellen yorgenommen werden müssen Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Xötvorrichtung der eingangs genannten Art vor, bei der erfindungsgemäß im Strahlengang des Laserstrahls ein Phasenholograinin angeordnet ist, das den Laserstrahl in Teilstrahlen aufteilt und die einzelnen Teilstrahlen auf ie Lötstellen fokussierte Ein solches Phasenholograinin kann unabhängig von der Lötvorrichtung selbst für jede gewünschte Lötstellenverteilung hergestellt werden. Soll die Lötvorrichtung von einer Lötstellenverteilung auf eine andere Lötstellenverteilung umgestellt werden, so ist hierzu lediglich ein Austausch des verwendeten Phasenhologramms erforderlich Die Anzahl der Lötstellen ist nur durch die zur Verfügung stehende Leistung des Lasers begrenzt. Bei Verwendung eines YAG-Lasers oder eines Argon-Ionen-Lasers mit einer Leistung von etwa 100 Watt können bis zu 100 Lötpunkte gleichzeitig gelötet werden. Die Lötzeit beträgt dabei ca. 2.Sekunden.The present invention is based on the object of a soldering device specify that allows by splitting a laser beam at the same time one Warming up several LötZ places to be carried out, whereby the number of at the same time to heated solder joints are only limited by the available laser energy on the other hand, no complicated settings on the soldering device itself zer adaptation of the soldering device to the distribution of the soldering points can be taken To solve this problem, the invention proposes a soldering device of the initially introduced mentioned type before, according to the invention in the beam path of the Laser beam a phase holograin is arranged, which the laser beam in partial beams and the individual partial beams focused on ie soldering points Phase holograinin can be used independently of the soldering device itself for any Solder joint distribution are produced. Should the soldering device from a soldering point distribution be switched to a different solder joint distribution, this is only necessary an exchange of the phase hologram used is required. The number of soldering points is only limited by the available power of the laser. Using a YAG laser or an argon ion laser with a power of about 100 watts up to 100 soldering points can be soldered at the same time. The soldering time is approx. 2 seconds.

Vorzugsweise kann zwischen Laserstrahlenquelle und Phasenhologramm eine Strahlaufweitungsoptik geschaltet werden.Preferably, between the laser beam source and the phase hologram a beam expansion optics can be switched.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figur beschrieben.In the following an embodiment of the invention is based on the Figure described.

Die Figur zeigt eine Schaltungsplatte 1, auf die eine integrierte flalbleiterschaltung 2 aufgelegt ist, deren Anschlüsse 3 mit den Leiterbahnen 4 der Schaltungsplatte verbunden werden sollen. Hierzu dient die Laserstrahlquelle 5, deren Strahl dach Umlenkung mit Hilfe des Umlenkspiegels 6 und Aufweitung durch die Linsen 7 auf das Phasenhologramm 8 gerichtet wird.The figure shows a circuit board 1 on which an integrated Semiconductor circuit 2 is applied, the connections 3 of which with the conductor tracks 4 the circuit board are to be connected. The laser beam source is used for this 5, the beam roof deflection with the help of the deflection mirror 6 and expansion through the lenses 7 is directed onto the phase hologram 8.

Das Phasenhologramm 8 teilt den Laserstrahl nun in eine der Anzahl der Lötstellen entsprechende Zahl von Teilstrahlen auf und fokussiert sie auf den Lötstellen an den Verbindungspunkten zwischen den Anschlüssen 3, der integrierten Schaltung 2 und und den terbahnen 4 der Schaltungsplatte 1. Die Herstellung des Phasenhologramms kann nach den Prinzipien erfolgen, wie sie in dem Buch von Kiemle und Röss "Einführung in die Technik der Holographie" in den Kapiteln 6, 5, 4 bis 662 in Verbindung mit 741 angegeben sind. Man erzeugt hierzu beispielsweise eine Lochschablone, die an weder Stelle, an der auf dem zu behandelnden Substrat eine Lötstelle angeordnet ist, ein Loch aufweist und beleuchtet diese Schablone durch kohärentes Licht. Das durch die Lochschablone hindurchgehende Licht wird dann auf eine Hologrammaufnahmeplatte geleitet und durch mit einer Referenzwelle überlagert.The phase hologram 8 now divides the laser beam into one of the numbers the number of partial beams corresponding to the soldering points and focuses them on the Soldering points at the connection points between the connections 3, the integrated Circuit 2 and and the traces 4 of the circuit board 1. The Production of the phase hologram can be done according to the principles as described in the Book by Kiemle and Röss "Introduction to the technology of holography" in the chapters 6, 5, 4 to 662 are given in connection with 741. One generates for this purpose, for example a perforated template that is in neither place on the substrate to be treated a soldering point is arranged, has a hole and illuminates this stencil through coherent light. The light passing through the template is then guided to a hologram recording plate and superimposed by a reference wave.

Statt eine Lochschablone durch kohärentes Licht zu beleuchten, kann man auch das gewünschte Phasenhologramm nach einem seriellen"Verfahren herstellen. Hierzu wird eine Punktlichtquelle nacheinander an die Stellen gebracht, die auf dem Substrat von Lötstellen eingenommen werden und nacheinander auf der Aufnahmeplatte holographische Aufnahmen gemacht und überlagert.Instead of illuminating a perforated template with coherent light, you can also produce the desired phase hologram by a "serial" process. For this purpose, a point light source is brought one after the other to the points that are on the substrate are occupied by soldering points and one after the other on the mounting plate holographic recordings made and superimposed.

Als Aufnahmeplatte kann beispielsweise eine Glasplatte verwendet werden, auf die eine Schicht Photolack aufgetragen ist.A glass plate, for example, can be used as the mounting plate, on which a layer of photoresist is applied.

Unter dem Einfluß der Belichtung vernetzen die organischen -Moleküle des Lacks und werden dadurch für bestimmte Lösungsmittel unlöslich, während sich die unbelichteten Stellen ablösen lassen. Dadurch erhält man ein binäres Oberflåchenreliefphasenhologramm.The organic molecules crosslink under the influence of exposure of the paint and thereby become insoluble for certain solvents while being let the unexposed areas peel off. This gives a binary surface relief phase hologram.

1 Figur 2 Patentansprüche1 Figure 2 claims

Claims

Claims 1. Soldering device for simultaneous soldering of several Soldering points, in particular soldering contacts on a circuit board with the aid of a laser beam, split into a number of partial beams corresponding to the number of solder points is, as a result, that in the beam path of the laser beam a phase hologram is arranged, which splits the laser beam into partial beams and the individual partial beams are focused on the soldering points.

2. Soldering device according to claim 1, characterized in that g e k e n n z e i c h n e t that between the laser beam source and phase hologram a beam expansion optics is switched. L e r s e i t e