DE2360308A1

DE2360308A1 - Laserloetvorrichtung fuer miniaturloetstellen

Info

Publication number: DE2360308A1
Application number: DE2360308A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Ichioka; Tetsusaburo Kamibayashi; Toshihiko Kobayashi; Yukinori Matsushima; Norio Mitsumoto; Shinjiro Takeuchi
Original assignee: Mishima Kosan Co Ltd
Current assignee: Mishima Kosan Co Ltd
Priority date: 1972-12-04
Filing date: 1973-12-04
Publication date: 1974-06-12
Also published as: GB1450908A; JPS4980990A

Description

MISHIMA·KOSAN CO., LTD., 1-15, 2-chome, Edamitsu, Yawata~ku,
Kitakyushu-City, Fukuoka Prefecture, Japan

Laserlötvorrichtung für Miniaturlötstellen

Die Erfindung betrifft eine Laserlötvorrichtung, für Miniaturlötstellen. ■

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lötvorrichtung zu schaffen, die es gestattet auf einfache Weise schnell und präzise nach einem vorbestimmbaren Programm Miniaturlötstellen zu verlöten.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtquelle vorgesehen ist, deren visueller Lichtstrahl koaxial zu dem auf eine
Lötstelle gerichteten Laserstrahl eingespiegelt wird.

Der für die Durchführung einer Lötung zweckmäßige Laserstrahl ist
visuell nicht sichtbar. Die Stelle, auf die er gerichtet ist, kann nach der Erfindung durch den ihn begleitenden Lichtstrahl erkannt
und beobachtet werden. Damit wird es möglich den Laserstrahl unter

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visueller Beobachtung auszurichten.

Bemerkenswert ist, daß man, wenn der Laserstrahl abgeschaltet ist und die Lichtquelle noch eingeschaltet ist, die Einrichtung auf eine bestimmte Lötstelle einjustieren kann, allein anhand des Lichtstrahles, um dann nach erfolgter Einjustierung den Laserstrahl einzuschalten. Es genügt wenn zu diesem Zweck die Laserquelle unabhängig von der Lichtquelle äbschaltbar ist.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

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In der Zeichnung zeigt:

Figur·1

ein erstes Ausfuhrungsbeispiel nach der Erfindung, .

Figur 2

den ersten Flachspiegel aus Figur 1 in Draufsicht,

Figur 3 Figur 4

eine Vorrichtung zum Verschieben des zweiten Flachspiegels aus Figur 1,

die Vorrichtung aus Figur 3 in einer anderen Ansicht,

Figur 5

von einem zweiten Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung.zum Verschieben eines als Objektträger dienenden Schlittens im Teilschnitt und

Figur 6

die Vorrichtung aus Figur 5 in einer anderen Ansicht.

Mit 2 ist ein Lasergenerator bezeichnet, bei dem es sich vorzugsweise um ein Gaslaser und"zwar vorzugsweise um einen Kohlendioxidlaser handelt. Der Lasergenerator 2 weist eine Laserröhre 3 auf mit konkaven Spiegeln 4 und 5 an beiden Enden. Mit 6 ist ein Kühlmantel bezeichnet, der die Laserröhre 3 umgibt und von Kühlflüssigkeit, zum Beispiel kaltem Wasser, durchströmt wird. Mit Mit 7 und 8 sind zwei Entladeelektroden bezeichnet.

Aus der Druckgasquelle 10 gelangt Kohiendioxidgas oder Mischgas aus Kohlendioxid und Stickstoff oder aus Kohlendioxid und Helium in das Innere der Laserröhre 3 und zwar gesteuert durch ein Durchflußregelventil 11.

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Mit 12 ist eine Vakuumpumpe bezeichnet, die sogseitig an die Laserröhre 3 angeschlossen ist und es gestattet das Innere der Laserröhre 3 vor Inbetriebnahme von Fremdgas zu evakuieren.

Die beiden Konkavspiegel 4 und 5 sind mit hochgradig reflektierendem Metall beschichtet. Der Spiegel 5 ist partiell lichtdurchlässig, so daß ein stimulierter Laserstrahl durch das Spiegelzentrum 5A hindurch nach außen gelangen' kann.

Eine Stromquelle 14 ist über einen Schaltungsgenerator 15 an einen Spannungsregler 16 angeschlossen, an dessen Ausgangsseite die beiden Entladeelektroden 7 und 8 angeschlossen sind. An den Elektroden 7 und 8 liegt eine hohe elektrische Spannung, die jedoch periodisch durch den Schaltungsgenerator 1 5 unterbrochen wird. Mit der gleichen Periodizität schaltet der Schaltungsgenerator auch den Antriebsmotor 17 ein und aus und zwar so, daß der Antriebsmotor 17 immer nur dann eingeschaltet ist wenn die Spannung an den Elektroden 7 und 8 abgeschaltet ist. ^Es ist auch eine andere Betriebsweise des Schaltungsgenerators möglich,die weiter ,unten noch beschrieben wird.. Mit 20 ist ein.Flachspiegel bezeichnet, der, wie aus Figur 2 ersichtlich, in der Mitte ein Loch aufweist und so in den Strahlengang gestellt ist, daß der Laserstrahl durch dieses Loch ungehindert hindurchtreten kann. Eine Lichtquelle 22 ist auf diesen Flachspiegel 20 gerichtet, so daß die optische Achse des reflektierten Lichtstrahls mit der des Laserstrahls zusammenfällt. Bei dem Lichtstrahl aus der Lichtquelle handelt es sich um visuell sichtbares Licht, während der Laserstrahl visuell unsichtbar ist, da die Wellenlänge in der Größenordnung von 0,5 Uj liegt. Da jedoch der aus der Lichtquelle 22 herrührende reflektierte Lichtstrahl den Laserstrahl umgibt, kann die Bedienungsperson durch Beobachten des sichtbaren Lichtstrahles erfahren, auf welchen Punkt der Laserstrahl gerichtet ist. Die Bedienungsperson kann den Laserstrahl durch Beobachten des ausgeblendeten Zentrums des reflektierten visuellen Strahls genau auf einen bestimmten Punkt einjustieren, ehe der Lasergenerator 2 eingeschaltet ist.

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Mit 23 ist ein zweiter Flachspiegel bezeichnet, der schräg in den Strahlengang des Laser- und Lichtstrahles gestellt ist und diese beiden Strahlen rechtwinklig auf die Platte 31 mit den zu verlötenden Elementen ablenkt* DerFlacnspiegel .23 kann entlang der optischen Achse, der in ihn einfallenden Strahlen, wie in Figur 1 gestrichelt dargestellt., verschoben werden.

In Figur 3 und 4 ist eine Vorrichtung zum Verschieben des Spiegels 23 ausschnittsweise dargestellt. Eine Zahnstange 25 ist verschieblich auf einem Rahmen 24 angeordnet. Der Flachspiegel 23 i-s,t an der einen Seite der Zahnstange befestigt, die sich in Richtung der optischen Achse des einfallenden Laserstrahls erstreckt, Der Flachspiegel erstreckt sich im Winkel von 45 Grad zur Zahnstange be- " ziehungsweise zur optischen Achse des'-.einfallenden Strahls. Mit 27 ist ein Untersetzungsgetriebe bezeichnet, das ein Ritzel antreibt, das mit der Zahnstange 25 kämmt. Das Untersetzungsgetriebe 27 ist an dem Rahmen 24 befestigt und wird von dem Antriebsmotor 17 angetrieben, der von dem SchaltungsgeneratOr 15 ein- und ausgeschaltet wird.

Mit 30 ist' ein Objektträger bezeichnet, auf dem ein oder mehrere Platten 31 abgelegt sind, die eine Vielzahl von Elementen 33 auf ihrer freien Oberfläche aufweisen, an denen Lötungen vorgenommen werden sollen. Die Platte 31 kann .auf dem Objektträger 30 hin- und hergeschoben werden, um sie einzujustieren gegenüber dem einfallenden Laserstrahl, so daß dieser auf eines der Elemente 33 gerichtet ist, an dem eine Lötverbindung durchgeführt werden soll und zu diesem Zweck das dort bereits vorhandene Lötmetall durch den Laserstrahl geschmolzen werden soll. ^

Mit 32 ist eine Sammellinse bezeichnet, die dazu dient den Laserstrahl auf die Lötstelle zu konzentrieren. Diese Sammellinse ist nicht unbedingt erforderlich, sie ist, was der Übersicht halber in Figur 3 nicht dargestellt ist, an der Zahnstange 25 befestigt, so daß sie sich mit dem Flachspiegel 23 hin- und herbewegt und daß immer die optischen Achsen des Laser- und des Lichtstrahles,der auf die Platte 31 einfällt, mit der optischen Achse dieser Linse zusammönfallen. 4098 24/080 B

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Figur, 5 und 6 zeigen eine Vorrichtung zum Verschieben der Platte 31, die bei einem anderen Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, bei dem der Spiegel 23 nicht verschieblich ist» Mit 43 ist eine Schlittenführung bezeichnet, die an einem Rahmen 42 befestigt ist und in der der Schlitten 40 geführt ist, auf dem die Platte 31 mit den zu verlötenden Elementen 33 nach oben weisend abgelegt ist. An dem Schlitten ist eine Zahnstange 45 befestigt, in der ein Ritzel .58 kämmt, das unter Zwischenschaltung des Untersetzungsgetriebes 57 von dem Antriebsmotor 47 angetrieben wird, der bei diesem Ausführungsbeispiel dem Antriebsmotor 17 entspricht und wie letzterer von einem, dem Schaltungsgenerator 1'5 entsprechenden Schaltungsgenerator ein- und ausgeschaltet wird. Die Platte 31 wird auf diese Weise entsprechend wie der Flachspiegel 23 so verschoben, daß, nachdem ein Element verlötet ist, der lötende Laserstrahl auf das nächste Element 33 vorrückt und so fort.

Die Lötvorrichtung nach der Erfindung wird wie folgt betrieben.

Kohlendioxidgas oder Mischgas aus Kohlendioxid und Stickstoff oder Kohlendioxid und Helium gelangt in die Laserröhre 3, die über die Vakuumpumpe 12 evakuiert wurde. In der Laserröhre werden Laserstrahlen stimuliert durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die Entladeelektrode 7 und 8. Ein Teil des stimulierten Laserstrahls durchsetzt das Spiegelzentrum 5A und anschließend das Loch 21, wird dann an dem Flachspiegel 23 reflektiert und fällt auf eines der Elemente 33 der Platte 31 ein. Dieser Laserstrahl schmilzt das dort vorhandene Lötzinn, so daß die angestrebte Lötverbindung entsteht.

Der visuelle Lichtstrahl aus der Lichtquelle 22 wird unter Ausblendung seines Zentrums an dem Loch- 21 koaxial zum Laserstrahl auf die Platte 3.1 gespiegelt.

Der Schaltungsgenerator 15 steuert die Ein- und Ausschaltung des Laserstrahls und die Verschiebung des Spiegels 23 beziehungsweise des Schlittens 40, in der Weise, daß der Laserstrahl abgeschaltet

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wird, nachdem er eine, für, die angestrebte Lötverbindung hinreichend länge Zeit auf diese gerichtet war. Bei abgeschaltetem Laserstrahl" wird dann der Schlitten 40 beziehungsweise der Flachspiegel 23 verschoben, bis der Laserstrahl auf das nächste Element gerichtet ist, dann wird der Laserstrahl erneut eingeschaltet. Die dazu erforderlichen Schaltvorgänge können von Hand vorgenommen werden, sie können aber auch von dem Schaltungsgenerator 15 aufgrund vorher gewonnener Erfahrungswerte automatisch vorgenommen werden. Die durch die Lichtquelle 22 ermöglichte Sichtkontrolle ist zur Durchführung der anfänglichen Einjustierung, zur Durchführung der V7eiterschaltung der Platte 31 bei Handbetrieb, aber auch zur Beobachtung der Weiterschaltung bei automatischem Betrieb von Vorteil.

Statt den Antriebsmotor zur Verschiebung des Flachspiegels 23 beziehungsweise des Schlittens 40 immer stillzusetzen, während der Laserstrahl eingeschaltet ist, kann man ihn auch durchlaufen lassen, so daß die Elemente 33 sich mit gleichmäßiger Geschwindig·^ keit unter dem Laserstrahl hinwegbewegen, der immer dann eingeschaltet wird wenn er auf eines der Elemente trifft» Es ist auch in manchen Anwendungsfällen zweckmäßig den Laserstrahl nur dann einzuschalten wenn sich die Elemente 33 unter dem Laserstrahl hinwegbewegen, dagegen den Laserstrahl abzuschalten, während die Elemente 33 dem Laserstrahl gegenüber stillstehen-.- In einem solchen. Fall ist es sehr einfach Überhitzungen der betroffenden Lötstellen zu vermeiden-

Die Erfindung ist auch in Verbindung mit anderen Lasergeneratoren anwendbar, zum Beispiel in Verbindung mit einem Heliumneonlaser, einem Ärgonlaser oder einem anderen Laser, bei dem die Strahlenergie reguliert werden kann. .

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Claims

Meine Akte: P 30 912 30. November 1973

Ansprüche

Laserlötvorrichtung für Miniaturlotstellen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtquelle (22) vorgesehen ist, deren visueller Lichtstrahl koaxial zu dem auf eine Lötstelle gerichteten Laserstrahl eingespiegelt wird.

.2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein schräg in den Strahlengang des Laserstrahls gestellter Flachspiegel (20) mit einem Loch (21 ) für den Durchtritt des Laserstrahls den Lichtstrahl koaxial einspiegelnd angestellt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenzeichnet, daß der Lichtstrahl den Laserstrahl allseitig umgibt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der den Laserstrahl erzeugende Lasergenerator (2) unabhängig von der Lichtquelle (.22) abschaltbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schaltungsgenerator (15) zum Ein- und Abschalten des Lasergenerators (2) und zum Ein- und Abschalten von Antriebsmitteln (17,47) zum Verschieben von zu verlötenden Elementen (33) gegenüber dem Laserstrahl.

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6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden. Ansprüche-, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl zusammen mit dem Lichtstrahl .von einem zweiten Spiegel (23) auf eine Platte (31) gerichtet ist, die in Richtung der optischen Achse zwischen den beiden Flachspiegeln (2O₁ 23) nebeneinander angeordnet mehrere zu verlötende Elemente (33) aufweist und daß der zweite Flachsp.iegel (23) in Richtung der optischen Achse zwischen den beiden Flachspiegeln (20, 23) verschieblich ist.

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