DE4009088A1 - Linsenfreier ausgangskoppler fuer mehrere fasern - Google Patents

Linsenfreier ausgangskoppler fuer mehrere fasern

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Description

Die Erfindung betrifft einen Ausgangskoppler und mehr im beson­ deren einen solchen Koppler zum Einsatz in industriellen Prozes­ sen, wie dem Verlöten.
Bei einem typischen industriellen Prozeß, der Laserstrahlen be­ nutzt, wird der Laserstrahl unter Verwendung einer Lichtleitfa­ ser, die in einem Ausgangskoppler endet, der mindestens eine fokussierende Linse aufweist, um die erforderliche Leistungs­ dichte zu erzielen, einem Werkstück zugeführt. Bei einigen Prozessen, wie Löten und Entlöten der Ausgangsleitungen von Widerstands­ oder Kondensatorblöcken, wenn man einen einzelnen Laser zum Lö­ ten einer Leitung zu einer Zeit benutzt, führt dies zu einem Auf­ kanten eines Endes des Elementes weg von der Schaltungsplatte, ein Prozeß, der als "Grabsteinbildung" bezeichnet wird. Dies kann man bei großen Werkstücken dadurch verhindern, daß man mehrere optische Fasern und jeweilige Ausgangskoppler benutzt, um gegenüberliegende Paare von Ausgangsleitungen zu löten. Dies kann man jedoch wegen des sehr geringen Abstandes zwischen den Leitungen und der relativen Größe des Ausgangskopplers aufgrund der fokussierenden Linse nicht bei kleinen integrierten Schal­ tungen tun. Es ist aus der US-PS 47 99 755 bekannt, einen Aus­ gangskoppler für eine einzelne Lichtleitfaser ohne fokussieren­ de Linse am Ausgang des Kopplers zu benutzen. Wenn der Prozeß jedoch mehrere Positionen und Winkel mit Bezug auf das Werkstück erfordert, dann muß der gesamte Koppler bewegt werden, was müh­ sam ist.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, mehrere Laserstrahlen innerhalb eines kleinen Raumes bereitzustellen, wobei der Abstand zwischen den Strahlen und ihre Winkel zuein­ ander bequem einstellbar sein sollen.
Ein Ausgangskoppler zum direkten Anwenden von Laserstrahlen aus einer Vielzahl von Lichtleitfasern auf ein Werkstück umfaßt einen Körper zur Aufnahme der Vielzahl von Fasern und zum direk­ ten Anwenden der Laserstrahlen auf das Werkstück sowie eine Ein­ richtung, die in dem Körper angeordnet ist, um den Abstand und den Winkel zwischen den Fasern einzustellen.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeich­ nung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht einer Ausführungsform der Erfin­ dung;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht von vorn längs der Linie 2-2 der Fig. 1 und
Fig. 3 eine Querschnitts-Seitenansicht längs der Linie 3-3 der Fig. 1.
Der Koppler der Fig. 1 nach der vorliegenden Erfindung, der allgemein mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist, umfaßt einen Körper 12, der z.B. aus synthetischem Harzmaterial hergestellt ist, wie "Plexiglas®". Da nach der vorliegenden Erfindung keine Linse benutzt wird, gibt es kein Erfordernis, daß der Körper 12 aus irgendeinem speziellen Material hergestellt wird, das bei Temperaturänderungen abmessungsmäßig stabil ist. Der Körper 12 hat im Querschnitt allgemein eine X-Form, obwohl auch andere Formen benutzt werden können. Der Körper weist vier rechteckige Schlitze 14 a, 14 b, 14 c und 14 d auf, die jeweils in einem Arm des "X" angeordnet sind. Lichtleitfasern 16 a, 16 b, 16 c und 16 d erstrecken sich jeweils durch die Schlitze 14 a, 14 b, 14 c und 14 d. Die Fasern 16 übertragen Laserstrahlen hoher Energie, üb­ licherweise zwischen 0,5 und 1,5 kW, von irgendeiner Art von Festkörper- oder Gas-Laser mit Wellenlängen im Bereich vom IR (2 µm) bis zum UV (193 nm). In den Schlitzen 14 sind auf einer Seite der Fasern 16 a, 16 b, 16 c und 16 d jeweils Federn 18 a, 18 b, 18 c und 18 d in einer ersten Position angeordnet, während in den Schlitzen 14 auf einer gegenüberliegenden Seite der genannten Fasern 16 jeweils Einstellungsschrauben 20 a, 20 b, 20 c und 20 d angeordnet sind, die sich zur Außenseite des Körpers 12 erstrek­ ken. Der Körper 12 weist nicht dargestellte Gewinde auf, um die Gewinde der Schrauben 20 aufzunehmen. Wenn erwünscht, können die Schrauben 20 durch Galvanometer gesteuert werden, die Teil einer Servoschleife sind, wie im Stande der Technik bekannt. Die Schrauben 20 können aus Metall, Kunststoff usw. bestehen, und die Federn 18 können aus Metall sein. Wie im Stande der Technik bekannt, wird normalerweise auf jeder Seite jeder der Fasern 16 ein Paar von Pufferplatten 17 und 19, z.B. aus Quarz oder Kunststoff, angeordnet, um eine Beschädigung der Fasern zu verhindern. Die Platten 17 a, 17 b, 17 c und 17 d sind zwischen jeder der Fasern 16 a, 16 b, 16 c und 16 d und jeder der Schrauben 20 a, 20 b, 20 c und 20 d angeordnet. Die Platten 19 a, 19 b, 19 c und 19 d befinden sich zwischen jeder der Fasern 16 a, 16 b, 16 c und 16 d und jeder der Federn 18 a, 18 b, 18 c und 18 d. Die in Fig. 1 nicht gezeigten entfernten Enden der Fasern 16 sind vorzugsweise zubereitet, wie in den US-PSsen 46 76 586 und 46 81 396 gezeigt, damit sie durch den injizierten oder emittierten Laserstrahl nicht beschädigt werden. In die entfernten Enden würde vorzugs­ weise ein Laserstrahl injiziert werden, wie in der US-PS 47 99 755 gezeigt.
Wie in Fig. 2 gezeigt, liegen die Schlitze 14 a und 14 c parallel zueinander. Im Schlitz 14 a stehen die Schraube 20 e und die Fe­ der 18 e in einer zweiten Position in Eingriff mit der Faser 16 a unterhalb der Schraube 20 a und der Feder 18 a, während in ähnli­ cher Weise im Schlitz 14 c die Schraube 20 f und die Feder 18 f an einer zweiten Position unterhalb der Schraube 20 c und der Feder 18 c mit der Faser 16 c in Eingriff stehen. Die Drehung der Schrauben 20 a, 20 c, 20 c und 20 f erfolgt zur Steuerung der Orien­ tierung der Fasern 16 a und 16 c mit Bezug zueinander. Im besonde­ ren ist der Abstand und der Winkel zwischen den Fasern 16 a und 16 c einstellbar, ob­ wohl die Fasern 16 a und 16 c normalerweise im wesentlichen paral­ lel verlaufen, während ihr Abstand eingestellt wird, um sie an Komponenten unterschiedlicher Größe anzupassen. Die Fasern 16 a und 16 c sind am besten geeignet um ein Verlöten von Möwenflügel- Zuleitungen und TAB (tape automated bonding)-Zuleitungen auszu­ führen.
Das Werkstück 22 weist Möwenflügel-Zuleitungen 24 a und 24 b auf, die mit einer gedruckten Schaltung 26 zu verlöten sind. Dies erfolgt durch direktes Anwenden, d.h. ohne irgendwelche die Wel­ lenfront modifizierende Einrichtung, wie ein Beugungsgitter oder eine Linse, der Lichtstrahlen 28 a und 28 c aus den Fasern 16 a und 16 c auf die Zuleitungen 24 a und 24 b. Wenn erwünscht, kann eine Einrichtung zur Verhinderung eines Rückspritzens, wie ein dünnes flaches Stück aus Glas oder Kunststoff, zwischen den Enden der Fasern 16, die sich nahe dem Werkstück befinden, und dem Werkstück selbst angeordnet werden. Da es keine Linse gibt, können die Fasern 16 a und 16 c dicht beieinander liegen, um beide Zuleitungen 24 a und 24 b der gleichen Komponente oder des gleichen Werkstückes 22 gleichzeitig zu löten, wodurch die "Grabsteinbildung" verhindert wird. Das Lot ist mit der Be­ zugsziffer 30 bezeichnet.
In Fig. 3 bilden die Schlitze 14 b und 14 d einen Winkel von 90 Grad mit Bezug aufeinander, obwohl auch andere Winkel benutzt werden können. Im Schlitz 14 b stehen die Feder 18 g und die Schraube 20 g an einer zweiten Position unterhalb der Schraube 20 b und der Feder 18 b im Eingriff mit der Faser 16 b, während im Schlitz 14 d die Schraube 20 h und die Feder 18 h an einer zweiten Position unterhalb der Schraube 20 d und der Feder 18 d in Eingriff mit der Faser 16 d stehen. Die Einstellung der Schrauben 20 b, 20 g, 20 d und 20 h erfolgt wie oben beschrieben und gestattet die Variation des Winkels zwischen den Fasern 16 b und 16 d um etwa ± 10 Grad von einem rechten Winkel mit Bezug aufeinander, was ein nomineller 45 Grad Winkel mit Bezug auf die horizontale Ebene ist. Laserstrahlen aus den Fasern 16 b und 16 d beleuchten gleichzeitig und direkt das Lot 30 an den Enden einer Chip-Komponente als Werkstück 22, z.B. Träger, Widerstand, Kondensator, Transistor usw. auf einer gedruckten Schaltung 26, um ein Verlöten oder ein Entlöten zu bewirken. Dies kann auch benutzt werden bei Komponenten mit einer J-Biegung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind viele andere Ausfüh­ rungsformen möglich. So könnte z.B. ein Ausgangskoppler für eine Vielzahl von Fasern eine Faseranordnung einschließen, bei der viele parallele Fasern benachbart zueinander in einer Reihe an­ geordnet sind, wobei sich die Fasern berühren. So würde z.B. die Anzahl von Fasern ausreichen, Laserenergie zu liefern, die alle Zuleitungen auf einer Seite einer Quad-Packung mit Möwen­ flügel (gull wing quad pack) abdeckt, ohne die Fasern während des Prozesses zu bewegen. Die Laserenergie würde entlang den Zuleitungen durch nacheinander Anschalten entlang den Fasern in der Reihe bewegt werden. Wie in all diesen Ausführungsformen wäre eine Einrichtung zur Aufsplitterung und Schaltung des Strahles erforderlich, wie sie in der US-Patentanmeldung Serial-Nr. 3 29 160 vom 27.03.1989 beschrieben ist. Die Erfindung könnte auch dazu benutzt werden, einige der Erfordernisse bei der Neubearbeitung und Reparatur von gedruckten Schaltungen zu erfüllen. Passive Chip-Komponenten könnten mit dem gleichzeitigen Herangehen mit einem Doppellaser­ strahl gemäß der vorliegenden Erfindung abgelötet werden. Nach dem Entfernen könnten neue Chip-Komponenten leicht an ihre Stel­ le gesetzt werden.

Claims (12)

1. Ausgangskoppler zum direkten Anwenden von Laserstrah­ len aus einer Vielzahl von Lichtleitfasern auf einem Werkstück, wobei der Koppler umfaßt:
einen Körper (12) zur Aufnahme der Vielzahl von Fasern (16 a,... 16 d) und zum direkten Anwenden der Laserstrah­ len auf das Werkstück und
eine Einrichtung (18 a,...; 20 a ...), die in dem Körper angeordnet ist, um den Abstand und den Winkel zwischen den Fasern einzustellen.
2. Koppler nach Anspruch 1, worin der Körper (12) eine Vielzahl von Schlitzen (14 a,...) zur jeweiligen Aufnah­ me der Fasern (16 a,...) hat.
3. Koppler nach Anspruch 2, worin die Schlitze (14 a,...) parallel zueinander angeordnet sind.
4. Koppler nach Anspruch 2, worin die Schlitze (14 a,...) in einem Winkel von etwa 90 Grad mit Bezug aufeinander liegen.
5. Koppler nach Anspruch 1, worin der Körper (12) einen allgemein X-förmigen Querschnitt hat.
6. Koppler nach Anspruch 1, worin die Einstellungseinrich­ tung eine erste Schraube (20 a) umfaßt, die so angeord­ net ist, daß sie an einer ersten Position mit einer Faser (16 a) in Eingriff steht und eine erste Feder (18 a) so angeordnet ist, daß sie gegenüber der ersten Schrau­ be mit der Faser in Eingriff steht.
7. Koppler nach Anspruch 6, worin die Einstellungseinrich­ tung weiter eine zweite Schraube (20 e) umfaßt, die so angeordnet ist, daß sie mit der Faser (16 a) an einer zweiten Position in Eingriff steht und eine zweite Feder (18 e) vorhanden ist, die so angeordnet ist, daß sie mit der Faser gegenüber der zweiten Schraube in Eingriff steht.
8. Koppler nach Anspruch 1, weiter umfassend Pufferplatten (14 a,...; 19 a,...), die zwischen der Einstellungsein­ richtung (18 a,...; 20 a,...) und den Fasern (16 a,...) angeordnet sind.
9. Ausgangskoppler zum direkten Anwenden von Laserstrahlen von einer Vielzahl optischer Fasern (16 a,...) auf ein Werkstück, wobei der Koppler umfaßt:
einen Körper (12) mit einer Vielzahl von Schlitzen (14 a, ...) zur jeweiligen Aufnahme der Fasern und zum direkten Anwenden der Laserstrahlen auf das Werkstück, wobei die Schlitze ein erstes (14 a; 14 c) und ein zweites Paar (14 b, 14 d) gegenüberliegender Schlitze umfassen, das erste Paar im wesentlichen parallel mit Bezug aufeinander ange­ ordnet ist und das zweite Paar in einem Winkel von im wesentlichen 90 Grad mit Bezug aufeinander angeordnet ist und
eine Einrichtung (18 a,...; 20 a,...), die jeweils in den Schlitzen angeordnet ist, um den Abstand und den Winkel der Faserneines Paares mit Bezug aufeinander einzustel­ len.
10. Koppler nach Anspruch 9, worin der Körper mehrere Arme in einer allgemein X-förmigen Konfiguration umfaßt und die Schlitze (14 a,...) jeweils in diesen Armen angeord­ net sind.
11. Koppler nach Anspruch 9, worin die Einstellungseinrich­ tung mindestens eine erste Schraube (20 a,...) und eine erste Feder (18 a,...) umfaßt, die in jedem der Schlitze (14 a,...) angeordnet sind, um in einer ersten Position mit den gegenüberliegenden Seiten der jeweiligen Fasern (16 a,...) in Eingriff zu stehen.
12. Koppler nach Anspruch 11, worin die Einstellungseinrich­ tung weiter eine zweite Schraube (20 e) und eine zweite Feder (18 e) umfaßt, die in jedem der Schlitze (14 a,...) angeordnet sind, um mit gegenüberliegenden Seiten der Fasern (16 a,...) an einer zweiten Position in Eingriff zu stehen.
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