JP2005347415A - Electric part mounting method - Google Patents

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実 斉藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To mount a surface-mounting electric part on a printed circuit board in a short time with high efficiency, and with high connection reliability. <P>SOLUTION: For mounting the electric part 10 on a printed wiring board 16, the electric part 10 is positioned and placed at the mounting location on the printed wiring board 16 by using an automatic mounter, and then the leads 14 of the electric part 10 are placed on their corresponding conductor patterns 18 on the printed circuit board 16. Cream solder application to the conductor patterns 18 is not necessary. The pulsed laser beam SHG of the YAG second harmonic 532 nm in wavelength having a desired pulse width and intensity is projected toward the leads 14 of the electric part 10 from a laser emission unit 20 positioned above. The leads 14 are bonded to the conductor patterns 18 by spot welding. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、表面実装型の電気部品をプリント配線板に実装する技術に係り、特にＣｕ系またはＡｕ系のリードを有する表面実装型電気部品を実装する方法に関する。   The present invention relates to a technique for mounting a surface mount type electric component on a printed wiring board, and more particularly to a method for mounting a surface mount type electric component having a Cu-based or Au-based lead.

プリント配線板上にリードで実装される電気部品は、挿入型と表面実装型とに大別される。挿入型は、リードをプリント配線板の貫通孔（スルーホール）に挿入して実装されるタイプである。表面実装型は、リードをプリント配線板の導体パターンの上に載せて実装されるタイプである。表面実装型は、挿入型のように配線板の孔にリードを挿入し、折り曲げ、カットする必要がなく、配線板の表面に装着するだけでよいため、自動組み立てが容易で、組立速度が速いという利点がある。   Electrical components mounted on a printed wiring board with leads are roughly classified into an insertion type and a surface mounting type. The insertion type is a type that is mounted by inserting a lead into a through hole (through hole) of a printed wiring board. The surface mount type is a type in which a lead is mounted on a conductor pattern of a printed wiring board. The surface mount type does not need to be inserted into the hole of the wiring board, bend and cut like the insertion type, and only needs to be mounted on the surface of the wiring board, so automatic assembly is easy and the assembly speed is high. There is an advantage.

従来より、表面実装型電気部品のリードをプリント配線板の導体パターンに接合するために、リフローソルダリングが用いられている。リフローソルダリングは、プリント配線板上（特に導体パターンのランド部）にクリームはんだを供給または塗布しておき、電気部品を搭載した後に、リフロー炉ではんだを加熱溶融する方法であり、電気部品のリードとプリント配線板の導体パターンとをはんだ付けで電気的かつ物理的に接続するものである。   Conventionally, reflow soldering has been used to join a lead of a surface-mounted electrical component to a conductor pattern of a printed wiring board. Reflow soldering is a method in which cream solder is supplied or applied on a printed wiring board (especially the land portion of a conductor pattern), and after mounting electrical components, the solder is heated and melted in a reflow oven. The lead and the conductor pattern of the printed wiring board are electrically and physically connected by soldering.

しかしながら、リフローソルダリングは、使用するはんだ材（クリームはんだ）が高価であるだけでなく、事前にはんだを供給する工程やリフロー炉で加熱溶融する工程を必要とし、表面実装におけるトータルコストや組立時間等でネックになっている。しかも、はんだを加熱して溶融する工程では、電気部品のパッケージがリフロー炉内で高温に曝された時に割れることもある。また、実装後も、振動等の外力が加わると、はんだと母材（リード、導体パターン）との境界面で剥がれが発生したり、あるいははんだ自体が割れることもあり、接合の信頼性の面でも限界がある。   However, reflow soldering requires not only expensive solder materials (cream solder) but also a process of supplying solder in advance and a process of heating and melting in a reflow furnace. Etc. It becomes a neck. Moreover, in the process of heating and melting the solder, the package of electrical components may be cracked when exposed to high temperatures in a reflow furnace. In addition, if external force such as vibration is applied after mounting, peeling may occur at the interface between the solder and the base material (lead, conductor pattern), or the solder itself may be cracked. But there are limits.

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するものであり、表面実装型の電気部品をプリント配線板上に短時間で効率よく、しかも信頼性の高い接合で実装できるようにした電気部品実装方法を提供することを目的とする。   The present invention solves the problems of the prior art as described above, and enables surface mount type electrical components to be mounted on a printed wiring board in a short time efficiently and with high reliability. An object is to provide an electrical component mounting method.

上記の目的を達成するために、本発明の電気部品実装方法は、Ｃｕ系またはＡｕ系の金属からなるリードを有する表面実装型の電気部品をプリント配線板に実装する電気部品実装方法であって、前記電気部品のリードを前記プリント配線板の導体パターン上に位置合わせして載置し、可変のパルス幅を有するＹＡＧ高調波のパルスレーザ光を前記リードに上方から照射して、前記パルスレーザ光のエネルギーで前記リードを前記導体パターンに溶接する。   In order to achieve the above object, an electrical component mounting method of the present invention is an electrical component mounting method for mounting a surface mount type electrical component having a lead made of a Cu-based or Au-based metal on a printed wiring board. The lead of the electrical component is placed in alignment with the conductor pattern of the printed wiring board, and a YAG harmonic pulse laser beam having a variable pulse width is irradiated onto the lead from above, and the pulse laser The lead is welded to the conductor pattern with light energy.

本発明の電気部品実装方法においては、ＣｕやＡｕに対する吸収性の高いＹＡＧ高調波のパルスレーザ光をＣｕ系またはＡｕ系のリードに照射し、パルスレーザ光のレーザエネルギーでリードを溶融してプリント配線板の導体パターンに接合する。   In the electrical component mounting method of the present invention, a YAG harmonic pulse laser beam having high absorbability with respect to Cu or Au is irradiated to a Cu-based or Au-based lead, and the lead is melted with the laser energy of the pulsed laser beam to print. Bond to the conductor pattern of the wiring board.

本発明の好適な一態様によれば、ＹＡＧ高調波のパルスレーザ光をガルバノメータ・スキャナによりスキャニングして電気部品のリードに照射する。かかる方式においては、電気部品のリードがいくら多くても、スキャニングによって短時間のうちに全てのリードをスポット溶接することができる。   According to a preferred aspect of the present invention, YAG harmonic pulsed laser light is scanned by a galvanometer scanner and applied to the lead of the electrical component. In such a system, no matter how many leads of the electrical component are, all the leads can be spot-welded in a short time by scanning.

本発明の好適な一態様によれば、ＹＡＧ高調波のパルスレーザ光のパワーを可変制御する。パルス幅とパワー（レーザ出力）を任意に制御できるので、溶接部に対する入熱を精細に制御し、多種多様な表面実装の要求に対応できる。   According to a preferred aspect of the present invention, the power of the YAG harmonic pulse laser beam is variably controlled. Since the pulse width and power (laser output) can be controlled arbitrarily, it is possible to precisely control the heat input to the weld and meet a variety of surface mounting requirements.

本発明におけるＹＡＧ高調波の好適な形態は波長５３２ｎｍ（グリーン光）のＹＡＧ第２高調波である。好適な一態様によれば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザにより可変のパルス幅を有する波長１０６４ｎｍのＹＡＧ基本波のパルスレーザ光を生成し、ＹＡＧ基本波のパルスレーザ光をＫＴＰ結晶に入射させて、ＫＴＰ結晶とＹＡＧ基本波のパルスレーザ光との非線形相互作用により第２高調波つまり波長５３２ｎｍ（グリーン光）のパルスレーザ光を生成する。   A preferred form of the YAG harmonic in the present invention is a YAG second harmonic having a wavelength of 532 nm (green light). According to a preferred aspect, a pulse laser beam having a YAG fundamental wave having a variable pulse width of 1064 nm having a variable pulse width is generated by an Nd: YAG laser, and the pulse laser beam having a YAG fundamental wave is incident on the KTP crystal. The second harmonic, that is, a pulse laser beam having a wavelength of 532 nm (green light) is generated by nonlinear interaction between the YAG fundamental wave and the pulse laser beam of the YAG fundamental wave.

一般に、導体パターンは銅箔で構成されるが、そのことが本発明では非常に有利に作用する。なお、導体パターンにめっきが施されていても構わない。リードにめっきが施されていても同様である。   In general, the conductor pattern is made of copper foil, which is very advantageous in the present invention. The conductor pattern may be plated. The same applies even if the lead is plated.

本発明の電気部品実装方法によれば、上記のような構成および作用により、表面実装型の電気部品をプリント配線板上に短時間で効率よく、しかも信頼性の高い接合で実装することができる。   According to the electrical component mounting method of the present invention, it is possible to mount a surface mount type electrical component on a printed wiring board in a short time, efficiently and with high reliability by the configuration and operation as described above. .

以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図１および図２に、本発明における電気部品実装方法の一実施形態を示す。図１は斜視図、図２は一部断面側面図である。   1 and 2 show an embodiment of an electrical component mounting method according to the present invention. 1 is a perspective view, and FIG. 2 is a partially sectional side view.

図示の電気部品１０は、たとえば表面実装型コネクタであり、コンタクト部を内蔵する樹脂製のパッケージ１２と、このパッケージ１２の相対向する両側面から外にまっすぐ導出された板片状のリード１４とを有している。ここで、リード１４は、たとえば金メッキされたＣｕ（銅）系の金属からなる。プリント配線板１６は、たとえばガラスエポキシ樹脂や紙フェノール等からなる絶縁基板の表面に、印刷技術を用いて導体パターン１８を形成してなる。ここで、導体パターン１８は、通常は銅箔で構成される。   The illustrated electrical component 10 is, for example, a surface-mount connector, a resin package 12 with a built-in contact portion, and plate-like leads 14 led out straight from opposite side surfaces of the package 12. have. Here, the lead 14 is made of, for example, a Cu (copper) -based metal plated with gold. The printed wiring board 16 is formed by forming a conductor pattern 18 on the surface of an insulating substrate made of, for example, glass epoxy resin or paper phenol using a printing technique. Here, the conductor pattern 18 is normally comprised with copper foil.

電気部品１０をプリント配線板１６に実装するには、先ず自動搭載機（図示せず）により電気部品１０をプリント配線板１６上の装着位置に位置合わせして搭載する。そうすると、図示のように、プリント配線板１６上で電気部品１０の各リード１４は各対応する導体パターン１８の上に載置される。なお、導体パターン１８上にクリームハンダは塗られていない。   In order to mount the electrical component 10 on the printed wiring board 16, first, the electrical component 10 is positioned and mounted at the mounting position on the printed wiring board 16 by an automatic mounting machine (not shown). Then, as shown in the drawing, each lead 14 of the electrical component 10 is placed on each corresponding conductor pattern 18 on the printed wiring board 16. Note that cream solder is not applied on the conductor pattern 18.

次に、本発明にしたがって、上方の出射ユニット２０より電気部品１０のリード１４に向けて５３２ｎｍの波長を有するＹＡＧ第２高調波のパルスレーザ光ＳＨＧを所望のパルス幅およびパワーで照射する。そうすると、パルスレーザ光ＳＨＧの当たった部分（溶接ポイント）にスポット溶接の接合部Ｗが一瞬にして形成される。詳細には、Ｃｕ系のリード１４がＹＡＧ第２高調波のレーザエネルギーを吸収して急速に溶融し、溶融中心部で金属蒸気が生成してキーホールが形成され、パルスレーザ光ＳＨＧがこのキーホール内で多重反射を繰り返しながらより深い部分まで侵入し、終にはリード１４を貫通してＣｕ系の導体パターン１８の中まで連続する溶接部Ｗが作られる。   Next, according to the present invention, the YAG second harmonic pulse laser beam SHG having a wavelength of 532 nm is irradiated from the upper emission unit 20 toward the lead 14 of the electrical component 10 with a desired pulse width and power. Then, a spot welding joint W is instantaneously formed at a portion (welding point) where the pulsed laser beam SHG is applied. Specifically, the Cu-based lead 14 absorbs the laser energy of the YAG second harmonic and melts rapidly, and metal vapor is generated at the melting center to form a keyhole, and the pulse laser beam SHG is generated by this key. While repeating multiple reflections in the hole, it penetrates to a deeper portion, and finally a weld W is formed through the lead 14 and continuing into the Cu-based conductor pattern 18.

このように、本発明では、波長５３２ｎｍのＹＡＧ第２高調波のパルスレーザ光（グリーン光）ＳＨＧを用いることにより、プリント配線板１６上のＣｕ系導体パターン１８に電気部品１０のＣｕ系リード１４を簡便かつ瞬時に、しかもきれいに接合することができる。また、接合部Ｗは、はんだを使わない強固な溶融接合であり、振動等の外力を受けても剥がれたり割れたりするようなことはない。   As described above, in the present invention, the YAG second harmonic pulse laser beam (green light) SHG having a wavelength of 532 nm is used, so that the Cu-based lead 14 of the electrical component 10 is formed on the Cu-based conductor pattern 18 on the printed wiring board 16. Can be simply, instantly and neatly joined. Further, the joint W is a strong fusion joint that does not use solder, and does not peel off or crack even when subjected to an external force such as vibration.

図３に、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）、Ｆｅ（鉄）の波長吸収特性を示す。代表的なＹＡＧレーザであるＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波（ω）は１０６４ｎｍである。このＹＡＧ基本波（ω）を、Ｆｅは比較的良好に吸収するが、ＣｕやＡｕは僅かしか吸収しない。したがって、上記のような表面実装におけるＣｕ系リード１４とＣｕ系導体パターン１８との接合にＹＡＧ基本波（ω）のレーザ光を用いたならば、接合部への入熱が非常に難しく、無理にレーザパワーを上げるとリード１４が吹き飛んでしまうこともあり、安定確実なスポット溶接は殆ど不可能である。ところが、ＣｕやＡｕは、ＹＡＧ基本波（ω）の高調波つまり第２高調波（２ω：５３２ｎｍ）、第３高調波（３ω：３５５ｎｍ）あるいは第４高調波（４ω：２６６ｎｍ）等をよく吸収する。たとえば、第２高調波（２ω：５３２ｎｍ）に対するＣｕやＡｕの吸収率は５０％以上である。ＹＡＧ基本波（ω）をよく吸収するといわれるＦｅの吸収率が４０％以下であることに鑑みれば、如何に高い吸収率であるかが分かる。実用的に、ＣｕやＡｕのレーザ溶接には第２高調波（２ω：５３２ｎｍ）で十分である。   FIG. 3 shows the wavelength absorption characteristics of Cu (copper), Au (gold), and Fe (iron). The fundamental wave (ω) of an Nd: YAG laser, which is a typical YAG laser, is 1064 nm. This YAG fundamental wave (ω) absorbs Fe relatively well, but Cu and Au absorb only a little. Therefore, if a YAG fundamental wave (ω) laser beam is used for bonding the Cu-based lead 14 and the Cu-based conductor pattern 18 in the surface mounting as described above, it is very difficult to input heat to the bonded portion. When the laser power is increased, the lead 14 may be blown off, and stable and reliable spot welding is almost impossible. However, Cu and Au absorb well the harmonics of the YAG fundamental wave (ω), that is, the second harmonic (2ω: 532 nm), the third harmonic (3ω: 355 nm), the fourth harmonic (4ω: 266 nm), and the like. To do. For example, the absorption rate of Cu and Au with respect to the second harmonic (2ω: 532 nm) is 50% or more. In view of the fact that the absorption rate of Fe, which is said to absorb the YAG fundamental wave (ω) well, is 40% or less, it can be seen how high the absorption rate is. Practically, the second harmonic (2ω: 532 nm) is sufficient for laser welding of Cu or Au.

図４に、この実施形態の電気部品実装方法で用いるＹＡＧレーザ装置の構成を示す。このＹＡＧレーザ装置は、支持台（図示せず）上に直線配列型で一対の終端ミラー２２，２４、固体レーザ活性媒質２６、波長変換結晶２８、偏光素子３０および高調波分離出力ミラー３２を配置している。   FIG. 4 shows the configuration of a YAG laser device used in the electrical component mounting method of this embodiment. In this YAG laser apparatus, a pair of termination mirrors 22 and 24, a solid-state laser active medium 26, a wavelength conversion crystal 28, a polarizing element 30, and a harmonic separation output mirror 32 are arranged on a support base (not shown). doing.

両終端ミラー２２，２４は互いに向かい合って光共振器を構成している。一方の終端ミラー２２の反射面２２ａには、基本波長（１０６４ｎｍ）に対して反射性の膜がコーティングされている。他方の終端ミラー２４の反射面２４ａには、基本波長（１０６４ｎｍ）に対して反射性の膜がコーティングされるとともに、第２高調波（５３２ｎｍ）に対して反射性の膜もコーティングされている。   Both the end mirrors 22 and 24 face each other to constitute an optical resonator. The reflecting surface 22a of one terminal mirror 22 is coated with a film reflective to the fundamental wavelength (1064 nm). The reflective surface 24a of the other terminal mirror 24 is coated with a film that is reflective to the fundamental wavelength (1064 nm) and is also coated with a film that is reflective to the second harmonic (532 nm).

活性媒質２６は、Ｎd：ＹＡＧロッドからなり、一方の終端ミラー２２寄りに配置され、電気光学励起部３４によって光学的にポンピングされる。電気光学励起部３４は、活性媒質２６に向けて励起光を発生するための励起光源（たとえば励起ランプまたはレーザダイオード）を有し、この励起光源をレーザ電源部３６からの励起電流（パルス電流）でパルス点灯駆動することにより、活性媒質２６を持続的または断続的にポンピングする。なお、レーザ電源部３６は制御部３８の下で電気光学励起部３４を駆動する。こうして活性媒質２６で生成される基本波長の光ビームＬＢは、終端ミラー２２，２４の間に閉じ込められて増幅される。このように、両終端ミラー（光共振器）２２，２４、活性媒質２６および電気光学励起部３２によって基本波長（１０６４ｎｍ）の光ビームまたはレーザ光ＬＢを生成するレーザ発振器が構成されている。   The active medium 26 is composed of an Nd: YAG rod, is disposed near one terminal mirror 22, and is optically pumped by the electro-optic excitation unit 34. The electro-optic excitation unit 34 has an excitation light source (for example, an excitation lamp or a laser diode) for generating excitation light toward the active medium 26, and this excitation light source is an excitation current (pulse current) from the laser power source unit 36. In this way, the active medium 26 is pumped continuously or intermittently. The laser power source unit 36 drives the electro-optical excitation unit 34 under the control unit 38. Thus, the fundamental wavelength light beam LB generated by the active medium 26 is confined between the terminal mirrors 22 and 24 and amplified. In this way, a laser oscillator that generates a light beam of the fundamental wavelength (1064 nm) or the laser light LB is configured by the both end mirrors (optical resonators) 22 and 24, the active medium 26, and the electro-optical excitation unit 32.

偏光素子３０は、たとえばポラライザまたはブリュースタ板等からなり、活性媒質２６からの基本波長の光ビームが非法線方向で入射するように光共振器の光路または光軸に対して所定の斜めの角度で配置されている。活性媒質２６からの基本波長の光ビームＬＢのうち、Ｐ偏光は偏光素子３０をまっすぐ透過して波長変換結晶２８に入射し、Ｓ偏光は偏光素子３０で所定の方向に向けて反射されるようになっている。ここで、Ｐ偏光およびＳ偏光は基本波長の光ビームの進行方向に垂直な面内で振動方向が互いに直交する直線偏光成分（電界成分）である。たとえば、Ｐ偏光は鉛直方向で振動する直線偏光成分であり、Ｓ偏光は水平方向で振動する直線偏光成分である。好ましくは、基本波長（１０６４ｎｍ）においてＰ偏光透過率は略１００％でＳ偏光反射率は略１００％であるような偏光フィルタ特性が選ばれる。   The polarizing element 30 is made of, for example, a polarizer or a Brewster plate, and has a predetermined oblique angle with respect to the optical path or the optical axis of the optical resonator so that the light beam having the fundamental wavelength from the active medium 26 is incident in a non-normal direction. Is arranged in. Of the light beam LB having the fundamental wavelength from the active medium 26, the P-polarized light passes through the polarizing element 30 and enters the wavelength conversion crystal 28, and the S-polarized light is reflected by the polarizing element 30 in a predetermined direction. It has become. Here, P-polarized light and S-polarized light are linearly polarized light components (electric field components) whose vibration directions are orthogonal to each other in a plane perpendicular to the traveling direction of the light beam having the fundamental wavelength. For example, P-polarized light is a linearly polarized light component that oscillates in the vertical direction, and S-polarized light is a linearly polarized light component that oscillates in the horizontal direction. Preferably, a polarizing filter characteristic is selected such that the P-polarized light transmittance is approximately 100% and the S-polarized light reflectance is approximately 100% at the fundamental wavelength (1064 nm).

波長変換結晶２８は、ＫＴＰ結晶からなり、他方の終端ミラー１２寄りに配置され、この光共振器で励起された基本モードに光学的に結合され、基本波長との非線型相互作用により第２高調波（５３２ｎｍ）の光ビームＳＨＧを光共振器の光路上に生成する。   The wavelength conversion crystal 28 is made of a KTP crystal, is disposed near the other end mirror 12, is optically coupled to the fundamental mode excited by the optical resonator, and is second-harmoniced by nonlinear interaction with the fundamental wavelength. A light beam SHG of a wave (532 nm) is generated on the optical path of the optical resonator.

波長変換結晶２８より終端ミラー２４側に出た第２高調波の光ビームＳＨＧは、終端ミラー２４で戻されて、波長変換結晶２８を通り抜ける。波長変換結晶２８より終端ミラー２４の反対側に出た第２高調波の光ビームＳＨＧは、光共振器の光路または光軸に対して所定の角度（たとえば４５゜）で斜めに配置されている高調波分離出力ミラー３２に入射し、このミラー３２で所定の方向に反射または分離出力されるようになっている。そして、高調波分離出力ミラー３２より分離出力された第２高調波の光ビームＳＨＧは、ベントミラー４０で光軸を曲げられて入射ユニット４２へ向けられる。   The second harmonic light beam SHG emitted from the wavelength conversion crystal 28 toward the terminal mirror 24 is returned by the terminal mirror 24 and passes through the wavelength conversion crystal 28. The second harmonic light beam SHG emitted from the wavelength conversion crystal 28 to the opposite side of the terminal mirror 24 is disposed obliquely at a predetermined angle (for example, 45 °) with respect to the optical path or optical axis of the optical resonator. The light is incident on the harmonic separation output mirror 32 and is reflected or separated and output in a predetermined direction by the mirror 32. Then, the second harmonic light beam SHG separated and output from the harmonic separation output mirror 32 has its optical axis bent by the vent mirror 40 and directed to the incident unit 42.

入射ユニット４２は、集束レンズ４４を内蔵しており、ベントミラー４０からの第２高調波の光ビームＳＨＧを集束レンズ４４により集束して光ファイバ４６の一端面（入射端面）に入射させる。光ファイバ４６は第２高調波の光ビームＳＨＧを出射ユニット２０（図１）まで伝送する。出射ユニット２０内には、光ファイバ４６の他端面より出射された第２高調波の光ビームＳＨＧを集束させて被溶接物（１４，１８）の溶接ポイントに照射するための光学レンズが設けられている。   The incident unit 42 includes a converging lens 44, and the second harmonic light beam SHG from the vent mirror 40 is converged by the converging lens 44 and is incident on one end face (incident end face) of the optical fiber 46. The optical fiber 46 transmits the second harmonic light beam SHG to the emission unit 20 (FIG. 1). An optical lens for focusing the second harmonic light beam SHG emitted from the other end face of the optical fiber 46 and irradiating the welding point of the workpiece (14, 18) is provided in the emission unit 20. ing.

このＹＡＧレーザ装置では、ＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧについてパワーフィードバック制御を行うために、ベントミラー４０の背後に漏れたＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧの漏れ光ＭSHGを受光する受光素子またはフォトセンサ４８が配置されている。測定回路５０は、フォトセンサ４８の出力信号を基に第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧのレーザ出力測定値を表す電気信号（レーザ出力測定値信号）を生成する。制御部４６は、測定回路５０からのレーザ出力測定値信号を基準値または基準波形と比較し、比較誤差に応じてたとえばパルス幅変調（ＰＷＭ）方式の制御信号を生成する。レーザ電源部３６は、制御部４６からの制御信号に応じてスイッチング素子をスイッチング動作させ、電気光学励起部３４に供給する励起電流のパルス幅および電流値を制御する。 In this YAG laser device, in order to perform power feedback control on the YAG second harmonic pulse laser beam SHG, light reception for receiving the leaked light M SHG of the YAG second harmonic pulse laser beam SHG leaked behind the vent mirror 40 is received. An element or photosensor 48 is arranged. The measurement circuit 50 generates an electrical signal (laser output measurement value signal) representing the laser output measurement value of the second harmonic pulse laser beam SHG based on the output signal of the photosensor 48. The control unit 46 compares the laser output measurement value signal from the measurement circuit 50 with a reference value or reference waveform, and generates, for example, a pulse width modulation (PWM) control signal according to the comparison error. The laser power source unit 36 controls the pulse width and current value of the excitation current supplied to the electro-optical excitation unit 34 by switching the switching element in accordance with a control signal from the control unit 46.

図５に、この実施形態におけるＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧのレーザ出力波形の一例を示す。パワーフィードバック方式でレーザパワー、パルス幅、パルス波形等を任意に設定・制御することができる。   FIG. 5 shows an example of the laser output waveform of the YAG second harmonic pulse laser beam SHG in this embodiment. Laser power, pulse width, pulse waveform, etc. can be arbitrarily set and controlled by the power feedback method.

このＹＡＧレーザ装置では、波長変換結晶２８にＫＴＰ結晶を用いることによって、パルス幅可変のＹＡＧ第２高調波を生成する点が重要である。すなわち、Ｑスイッチ型レーザで生成した高出力のジャイアントパルス（通常１μｓ以下）を第２高調波に波長変換するための波長変換結晶として最も多く用いられているＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5）結晶は、パルス幅が比較的長いロングパルス（１０μｓ以上、典型的には１〜３ｍｓ）の基本波には意外に脆く、結晶に亀裂（cracking）が入りやすい。これに対して、ＫＴＰ結晶は、ロングパルスのＹＡＧ基本波に対しては損傷や亀裂を発生せずに非線形光学作用を奏し、第２高調波（波長５３２ｎｍ）のパルスレーザ光を安定に生成することができる。 In this YAG laser apparatus, it is important to use a KTP crystal as the wavelength conversion crystal 28 to generate a YAG second harmonic wave having a variable pulse width. That is, the LBO (LiB 3 O 5 ) crystal that is most frequently used as a wavelength conversion crystal for converting the wavelength of a high-powered giant pulse (typically 1 μs or less) generated by a Q-switched laser into the second harmonic, The fundamental wave of a long pulse with a relatively long pulse width (10 μs or more, typically 1 to 3 ms) is surprisingly brittle, and the crystal is likely to crack. On the other hand, the KTP crystal exhibits a nonlinear optical action without causing damage or cracks to the long-pulse YAG fundamental wave, and stably generates a pulse laser beam having the second harmonic (wavelength 532 nm). be able to.

図６に、この実施形態で用いる波長変換方法の基本原理を示す。この波長変換方法は、波長変換結晶２８にタイプII位相整合角にカットされたＫＴＰ結晶を使用し、タイプIIの位相整合で基本波から第２高調波への波長変換を行う。より詳細には、固体パルスレーザたとえばＹＡＧパルスレーザ（図示せず）で生成された基本波（たとえば１０６４ｎｍ）のパルスレーザ光を楕円偏光（好ましくは円偏光）またはランダム偏光の形態でＫＴＰ結晶２８に入射させる。そうすると、入射光のうち基本波光の垂直偏光成分と水平偏光成分のみが直線偏光としてＫＴＰ結晶２８を通過する。ＫＴＰ結晶２８は、基本波ＹＡＧパルスレーザと光学的に結合して、非線形光学効果により基本波光の垂直偏光成分と同じ方向に直線偏光したロングパルスの第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧ（５３２ｎｍ）を生成する。   FIG. 6 shows the basic principle of the wavelength conversion method used in this embodiment. In this wavelength conversion method, a KTP crystal cut at a type II phase matching angle is used as the wavelength conversion crystal 28, and wavelength conversion from the fundamental wave to the second harmonic is performed by the type II phase matching. More specifically, a fundamental (for example, 1064 nm) pulse laser beam generated by a solid-state pulse laser such as a YAG pulse laser (not shown) is applied to the KTP crystal 28 in the form of elliptically polarized light (preferably circularly polarized light) or random polarized light. Make it incident. Then, only the vertical polarization component and the horizontal polarization component of the fundamental wave light of the incident light pass through the KTP crystal 28 as linearly polarized light. The KTP crystal 28 is optically coupled with a fundamental wave YAG pulse laser, and generates a long pulse second harmonic pulsed laser beam SHG (532 nm) linearly polarized in the same direction as the vertical polarization component of the fundamental wave light by a nonlinear optical effect. Generate.

しかしながら、上記のような波長変換方法（図６）においては、基本波パルスレーザ光の偏光分布に偏りまたは異方性があったりすると、波長変換効率が低下し、第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧのレーザ出力が下がったり変動することがある。特に、活性媒質２６に対する電気光学励起部３４のポンピング（励起光の照射）が不均一であると、基本波パルスレーザ光の偏光分布に偏りまたは異方性が生じる。   However, in the wavelength conversion method (FIG. 6) as described above, if the polarization distribution of the fundamental pulse laser beam is biased or anisotropic, the wavelength conversion efficiency decreases, and the second harmonic pulse laser beam SHG. The laser output may decrease or fluctuate. In particular, if pumping (irradiation of excitation light) of the electro-optic excitation unit 34 with respect to the active medium 26 is not uniform, the polarization distribution of the fundamental pulse laser beam is biased or anisotropic.

図７に、この実施形態における波長変換方法を示す。この波長変換方法は、基本波のＰ偏光を透過させると同時にＳ偏光を反射する偏光素子３０をその直線偏光化方向（Ｐ偏光の振動方向）がＫＴＰ結晶２８の光学軸に対して相対的に４５度傾くように配置する。実施形態の高調波レーザ装置（図４）では、図７に示すように、偏光素子３０の直線偏光化方向を鉛直方向に設定し、ＫＴＰ結晶２８の方をその光学軸が鉛直方向に対して４５゜傾くように配置している。   FIG. 7 shows a wavelength conversion method in this embodiment. In this wavelength conversion method, the polarizing element 30 that transmits the P-polarized light of the fundamental wave and reflects the S-polarized light at the same time has a linear polarization direction (vibration direction of the P-polarized light) relative to the optical axis of the KTP crystal 28. Arrange to tilt 45 degrees. In the harmonic laser device (FIG. 4) of the embodiment, as shown in FIG. 7, the linear polarization direction of the polarizing element 30 is set to the vertical direction, and the optical axis of the KTP crystal 28 is relative to the vertical direction. It is arranged so that it tilts 45 °.

このように偏光素子３０の直線偏光化方向とＫＴＰ結晶２８の光学軸とを相対的に４５度傾けて配置する構成によれば、偏光素子３０からのＰ偏光がＫＴＰ結晶２８の座標系において見かけ上直交する等強度の２つの基本波光成分として非線形光学効果に作用する。仮に偏光素子３０を省くと、Ｐ偏光と直交するＳ偏光もＫＴＰ結晶２８に入射することになり、それによってＫＴＰ結晶２８の座標系において垂直偏光成分と水平偏光成分とのバランスが崩れ、タイプIIの波長変換効率は低下する。こうして、偏光素子３０の直線偏光化により、高効率のタイプII波長変換が可能であり、安定かつ高出力でロングパルスの第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧを生成することができる。これにより、ＣｕやＡｕの被溶接材に対しては、ＹＡＧ第２高調波の入熱時間をパルス幅で任意に制御し、第２高調波の作用（キーホール形成作用等）を存分に発揮させ、良好な溶接接合を得ることができる。   Thus, according to the configuration in which the linear polarization direction of the polarizing element 30 and the optical axis of the KTP crystal 28 are inclined relative to each other by 45 degrees, the P-polarized light from the polarizing element 30 appears in the coordinate system of the KTP crystal 28. It acts on the nonlinear optical effect as two fundamental light components of equal intensity that are orthogonal to each other. If the polarizing element 30 is omitted, the S-polarized light orthogonal to the P-polarized light also enters the KTP crystal 28, thereby causing the balance between the vertical and horizontal polarized components to be lost in the coordinate system of the KTP crystal 28, and type II. The wavelength conversion efficiency decreases. Thus, linear polarization of the polarizing element 30 enables highly efficient type II wavelength conversion, and it is possible to generate a second pulsed second harmonic laser beam SHG that is stable and has a high output and a long pulse. As a result, the heat input time of the second harmonic of the YAG is arbitrarily controlled by the pulse width for the workpiece to be welded of Cu or Au, and the action of the second harmonic (keyhole formation action, etc.) is fully utilized. This makes it possible to obtain a good weld joint.

以上、好適な実施形態を説明したが、本発明の技術思想に基づいて種々の変形・変更が可能である。たとえば、図８に示すように、出射ユニット２０をガルバノメータ・スキャナで構成することにより、プリント配線板１６を固定したままで、ＹＡＧ第２高調波のパルスレーザ光ＳＨＧをスキャニングして、表面実装型電気部品１０の全てのリード１４を順次高速にスポット溶接することも可能である。   The preferred embodiments have been described above, but various modifications and changes can be made based on the technical idea of the present invention. For example, as shown in FIG. 8, by forming the emission unit 20 with a galvanometer scanner, the YAG second harmonic pulsed laser light SHG is scanned while the printed wiring board 16 is fixed, so that the surface mounting type is used. It is also possible to spot weld all the leads 14 of the electrical component 10 sequentially at high speed.

図８において、このガルバノメータ・スキャナは、互いに直交する回転軸５２Ｘ，５２Ｙに取り付けられたＸ軸スキャン・ミラー５４ＸおよびＹ軸スキャン・ミラー５４Ｙと、両ミラー５４Ｘ，５４Ｙをそれぞれ回転振動（首振り）させるＸ軸ガルバノメータ５６ＸおよびＹ軸ガルバノメータ５６Ｙとを有している。   In FIG. 8, this galvanometer scanner rotates the X-axis scan mirror 54X and the Y-axis scan mirror 54Y attached to the rotation axes 52X and 52Y orthogonal to each other, and both the mirrors 54X and 54Y. An X-axis galvanometer 56X and a Y-axis galvanometer 56Y are provided.

光ファイバ４６の端面より放射状に出たＹＡＧ第２高調波のパルスレーザ光ＳＨＧは、コリメータレンズ５８によって平行光線となり、先ずＸ軸スキャン・ミラー５４Ｘに入射して、そこで全反射してからＹ軸スキャン・ミラー５４Ｙに入射し、このミラー５４Ｙで全反射してのちｆθレンズ６０を通って被加工材（１４，１８）の溶接ポイント付近に集光する。被加工材上のパルスレーザ光ＳＨＧの照射位置は、Ｘ方向においてはＸ軸スキャン・ミラー５４Ｘの振れ角によって決まり、Ｙ方向においてはＹ軸スキャン・ミラー５４Ｙの振れ角によって決まる。Ｘ軸スキャン・ミラー５４ＸはＸ軸ガルバノメータ５６Ｘの駆動で矢印Ａ，Ａ’方向に回転振動（首振り）し、Ｙ軸スキャン・ミラー５４ＹはＹ軸ガルバノメータ５６Ｙの駆動で矢印Ｂ，Ｂ’方向に回転振動（首振り）するようになっている。   The YAG second harmonic pulse laser beam SHG emitted radially from the end face of the optical fiber 46 is converted into a parallel light beam by the collimator lens 58, and is first incident on the X-axis scan mirror 54X. The light enters the scan mirror 54Y, is totally reflected by the mirror 54Y, passes through the fθ lens 60, and is condensed near the welding point of the workpiece (14, 18). The irradiation position of the pulse laser beam SHG on the workpiece is determined by the swing angle of the X-axis scan mirror 54X in the X direction, and is determined by the swing angle of the Y-axis scan mirror 54Y in the Y direction. The X-axis scan mirror 54X rotates and swings in the directions of arrows A and A 'by driving the X-axis galvanometer 56X, and the Y-axis scan mirror 54Y is driven in the directions of arrows B and B' by driving the Y-axis galvanometer 56Y. It is designed to rotate (swing).

Ｘ軸ガルバノメータ５６Ｘは、たとえば、Ｘ軸スキャン・ミラー５４Ｘに結合された可動鉄片（回転子）と、この可動鉄片に接続された制御バネと、固定子に取り付けられた駆動コイルとを有している。制御部３８のスキャナ制御部よりＸ方向スキャニング制御信号に応じた駆動電流が電気ケーブル６２Ｘを介してＸ軸ガルバノメータ５６Ｘ内の該駆動コイルに供給されることで、該可動鉄片（回転子）が該制御バネに抗してＸ軸スキャン・ミラー５４Ｘと一体にＸ方向スキャニング制御信号の指定する角度に振れるようになっている。   The X-axis galvanometer 56X has, for example, a movable iron piece (rotor) coupled to the X-axis scan mirror 54X, a control spring connected to the movable iron piece, and a drive coil attached to the stator. Yes. The drive current corresponding to the X-direction scanning control signal is supplied from the scanner control unit of the control unit 38 to the drive coil in the X-axis galvanometer 56X via the electric cable 62X, so that the movable iron piece (rotor) is Against the control spring, the X-axis scanning mirror 54X and the X-axis scanning control signal can swing at an angle specified by the X-axis scanning control signal.

Ｙ軸ガルバノメータ５６Ｙも同様の構成を有しており、上記スキャナ制御部よりＹ方向スキャニング制御信号に応じた駆動電流が電気ケーブル６２Ｙを介してＹ軸ガルバノメータ５６Ｙ内の駆動コイルに供給されることで、Ｙ軸ガルバノメータ５６Ｙ内の可動鉄片（回転子）がＹ軸スキャン・ミラー５４Ｙと一体にＹ方向スキャニング制御信号の指定する角度に振れるようになっている。   The Y-axis galvanometer 56Y has the same configuration, and the drive current corresponding to the Y-direction scanning control signal is supplied from the scanner control unit to the drive coil in the Y-axis galvanometer 56Y via the electric cable 62Y. The movable iron piece (rotor) in the Y-axis galvanometer 56Y swings at an angle specified by the Y-direction scanning control signal integrally with the Y-axis scan mirror 54Y.

上記の実施形態では、基本波を生成するための活性媒質２６として、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶を用いたが、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶、Ｎｄ：ＹＶＯ4結晶、Ｙｂ：ＹＡＧ結晶等を使用することもできる。また、上記実施形態では電気部品１０のリード１４がＣｕ系の材質であったが、Ａｕ系の材質であっても同様の効果が得られる。リード１４にめっきが施されていても同様である。プリント配線板１６の導体パターン１８もＣｕ系に限るものではなく、たとえばアルミニウムであってもよい。上記実施形態では、レーザ溶接に用いるＹＡＧ高調波としてＹＡＧ第２高調波を用いたが、ＹＡＧ第３高調波やＹＡＧ第４高調波等も使用可能である。また、ＹＡＧ高調波とＹＡＧ基本波を併用する方法、つまりＹＡＧ高調波にＹＡＧ基本波を重畳して溶接ポイントに照射する方法も可能である。 In the above embodiment, the Nd: YAG crystal is used as the active medium 26 for generating the fundamental wave. However, an Nd: YLF crystal, an Nd: YVO 4 crystal, a Yb: YAG crystal, or the like may be used. In the above embodiment, the lead 14 of the electrical component 10 is made of a Cu-based material. However, the same effect can be obtained even if the lead-based material is made of an Au-based material. The same applies even if the lead 14 is plated. The conductor pattern 18 of the printed wiring board 16 is not limited to Cu, and may be aluminum, for example. In the above embodiment, the YAG second harmonic is used as the YAG harmonic used for laser welding, but a YAG third harmonic, a YAG fourth harmonic, or the like can also be used. Further, a method using both the YAG harmonic and the YAG fundamental wave, that is, a method of superimposing the YAG fundamental wave on the YAG harmonic and irradiating the welding point is also possible.

本発明の一実施形態による電気部品実装方法を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the electrical component mounting method by one Embodiment of this invention. 実施形態の電気部品実装方法を示す一部断面側面図である。It is a partial cross section side view which shows the electrical component mounting method of embodiment. Ｃｕ、Ａｕ、Ｆｅの波長吸収特性を示す図である。It is a figure which shows the wavelength absorption characteristic of Cu, Au, and Fe. 実施形態の電気部品実装方法で用いるＹＡＧレーザ装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the YAG laser apparatus used with the electrical component mounting method of embodiment. 実施形態におけるＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光のレーザ出力波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the laser output waveform of the YAG 2nd harmonic pulsed laser beam in embodiment. 実施形態における波長変換方法の基本原理を示す図である。It is a figure which shows the basic principle of the wavelength conversion method in embodiment. 実施形態の波長変換方法を示す図である。It is a figure which shows the wavelength conversion method of embodiment. 実施形態の一変形例によるガルバノメータ・スキャナ型の出射ユニットの構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structural example of the output unit of the galvanometer scanner type by one modification of embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 電気部品
１４ リード
１６ プリント配線板
１８ 導体パターン
２０ 出射ユニット
２２，２４ 終端ミラー
２６ 活性媒体
２８ 波長変換結晶
３２ 高周波分離出力ミラー
３４ 電気光学励起部
３６ レーザ電源部
３８ 制御部
４２ 入射ユニット
４６ 光ファイバ
４８ フォトセンサ
５０ 測定回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Electrical component 14 Lead 16 Printed wiring board 18 Conductor pattern 20 Output unit 22, 24 Termination mirror 26 Active medium 28 Wavelength conversion crystal 32 High frequency separation output mirror 34 Electro-optical excitation part 36 Laser power supply part 38 Control part 42 Incident unit 46 Optical fiber 48 Photosensor 50 Measurement circuit

Claims (8)

Ｃｕ系またはＡｕ系の金属からなるリードを有する表面実装型の電気部品をプリント配線板に実装するための方法であって、
前記電気部品のリードを前記プリント配線板の導体パターン上に位置合わせして載置し、可変のパルス幅を有するＹＡＧ高調波のパルスレーザ光を前記リードに上方から照射して、前記パルスレーザ光のエネルギーで前記リードを前記導体パターンに溶接する電気部品実装方法。 A method for mounting a surface mount type electrical component having a lead made of a Cu-based or Au-based metal on a printed wiring board,
The lead of the electrical component is placed in alignment with the conductor pattern of the printed wiring board, and a YAG harmonic pulse laser beam having a variable pulse width is irradiated onto the lead from above, and the pulse laser beam An electrical component mounting method in which the lead is welded to the conductor pattern with energy of. 前記ＹＡＧ高調波のパルスレーザ光をガルバノメータ・スキャナによりスキャニングして前記電気部品のリードに照射する請求項１に記載の電気部品実装方法。   The electrical component mounting method according to claim 1, wherein the YAG harmonic pulse laser beam is scanned by a galvanometer scanner to irradiate the lead of the electrical component. 前記ＹＡＧ高調波のパルスレーザ光のパワーを可変制御する請求項１または請求項２に記載の電気部品実装方法。   The electrical component mounting method according to claim 1, wherein the power of the YAG harmonic pulse laser beam is variably controlled. 前記ＹＡＧ高調波が波長５３２ｎｍのＹＡＧ第２高調波である請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気部品実装方法。   The electrical component mounting method according to claim 1, wherein the YAG harmonic is a YAG second harmonic having a wavelength of 532 nm. Ｎｄ：ＹＡＧレーザにより可変のパルス幅を有する波長１０６４ｎｍのＹＡＧ基本波のパルスレーザ光を生成し、前記ＹＡＧ基本波のパルスレーザ光をＫＴＰ結晶に入射させて、前記ＫＴＰ結晶と前記ＹＡＧ基本波のパルスレーザ光との非線形相互作用により前記ＹＡＧ第２高調波のパルスレーザ光を生成する請求項４に記載の電気部品実装方法。   A pulse laser beam having a wavelength of 1064 nm and having a variable pulse width is generated by an Nd: YAG laser, the pulse laser beam having the YAG fundamental wave is incident on a KTP crystal, and the KTP crystal and the YAG fundamental wave are generated. The electrical component mounting method according to claim 4, wherein the YAG second harmonic pulse laser light is generated by nonlinear interaction with the pulse laser light. 前記導体パターンが銅箔からなる請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気部品実装方法。   The electrical component mounting method according to claim 1, wherein the conductor pattern is made of a copper foil. 前記導体パターンにめっきが施されている請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気部品実装方法。   The electrical component mounting method according to claim 1, wherein the conductor pattern is plated. 前記リードにめっきが施されている請求項１〜７のいずれか一項に記載の電気部品実装方法。



The electrical component mounting method according to claim 1, wherein the lead is plated.



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