JP2008068322A - Process and apparatus for joining at least two elements - Google Patents

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Inventor
Stefan Hummelt
フンメルト シュテファン
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NANOSYSTEC GmbH
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a process and apparatus for efficiently joining many joining parts in at least two elements, in particular an electronic component such as an LED with a substrate, such as a PCB. <P>SOLUTION: An imaging means divides a light beam 10 using a diffractive optical element (DOE) 5 also enabling essentially desired beam shaping and beam processing, and images these partial divided light beams, forming a plurality of discrete light spots, which form a plurality of discrete material joining portions 14a, 14b... A plurality of material joining portions can be formed simultaneously enabling a high process rate. Thus, the method is suited for laser soldering of components. These discrete light spots can also be used for material processing, in particular for simultaneously forming a plurality of preweakened material zones or perforations in a substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

発明の詳細な説明Detailed Description of the Invention

〔関連発明〕
本発明は、発明の名称が同じ“少なくとも2つの要素を接合する方法および装置”である2つの出願(2006年8月25日に出願した米国仮出願60/840,199号、および2007年7月26日に出願した米国出願11/828,377号)に関連し、2つの上記出願の優先権を主張するものである。2つの上記出願の全体は、ここで引用することによって、本願に包含される。
[Related Invention]
The present invention relates to two applications (US Provisional Application No. 60 / 840,199 filed Aug. 25, 2006, and July 2007) having the same title “Method and apparatus for joining at least two elements”. And claims the priority of the two above-mentioned applications in relation to US application 11 / 828,377, filed on May 26. The entirety of the two above applications is hereby incorporated by reference herein.

〔発明の分野〕
本発明は、通常、2つの要素の接合または接続に関する。より詳細には、本発明は、軟質はんだによるはんだづけが最も好ましく使用される材料の接合方法による、2つの要素の接合または接続に関する。本発明の関連する更なる局面は、通常、レーザ光を用いて基板を方法する方法に関する。より詳細には、本発明の関連する更なる局面は、好ましくは、プラスティック、金属薄板、紙、厚紙または織物などの網状または薄板状の材料をという方法する方法に関し、上記方法は、好ましくは、レーザ光を用いて上記のような基板または材料にあらかじめ軟化された区画を形成、または穴を開けることである。
(Field of the Invention)
The present invention generally relates to the joining or connection of two elements. More particularly, the present invention relates to the joining or connection of two elements by a method of joining materials in which soldering with soft solder is most preferably used. A further related aspect of the invention generally relates to a method of processing a substrate using laser light. More particularly, a further related aspect of the invention relates to a method of preferably reticulated or lamellar material such as plastic, sheet metal, paper, cardboard or textile, said method preferably comprising: Forming a softened section or making a hole in the substrate or material as described above using laser light.

〔発明の背景〕
現在、電子装置の集積において、1時間に40,000点の部品をはんだづけする必要がある。このため、電子装置の大量生産において、特にプリント回路基板(PCB)の大量生産には、リフローソルダリングまたは再溶融はんだづけ(remelting soldering)が主に用いられている。リフローソルダリングは、表面実装部品(SMD)の構成要素を、軟質はんだを用いてはんだづけする方法である。軟質はんだを用いたてはんだづけの最初の段階において、SMDの構成要素を配置する前に、上記軟質はんだが、プリント回路基板の表面上に塗布される。次の段階において、SMDの上記構成要素が配置される。使用した上記軟質はんだのペーストが粘着性を有しているので、SMDの上記構成要素は、配置の間にはんだの上記ペーストによって、直接に保持される。このように、軟質はんだを用いてはんだづけする前にSMDの上記構成要素を固着する必要がない。次に行う、はんだ剤の再溶融の間に、SMDの上記構成要素は、はんだ剤が有する表面張力によってボンディングパッドの上に自動的に集まり、かつ自身を安定させる。
BACKGROUND OF THE INVENTION
Currently, in the integration of electronic devices, it is necessary to solder 40,000 parts per hour. For this reason, reflow soldering or remelting soldering is mainly used in mass production of electronic devices, particularly in mass production of printed circuit boards (PCBs). Reflow soldering is a method of soldering components of a surface mounted component (SMD) using soft solder. In the first stage of soldering with soft solder, the soft solder is applied onto the surface of the printed circuit board before placing the SMD components. In the next stage, the above components of the SMD are placed. Since the soft solder paste used is sticky, the components of the SMD are held directly by the solder paste during placement. In this way, it is not necessary to fix the above SMD components before soldering with soft solder. During the subsequent remelting of the soldering agent, the above components of the SMD automatically collect on the bonding pad and stabilize themselves due to the surface tension of the soldering agent.

リフローソルダリングを用いて高い処理能力が実現され得るが、はんだづけされる部品は、リフローソルダリングの間に高い温度の付加を受ける。集積の度合いおよび機能性が絶えず増大しているので、微小な電子部品は、温度感受性がますます増大する。これは、微小電気機器システム(MEMS)において、特に当てはまる。さらに、無鉛電気製品への切替えを要請する、ヨーロッパ共同体における廃電気電子機器(WEEE)指令が2006年7月1日に発効することを考慮に入れる必要がある。WEEEによって将来的に規定されている無鉛はんだづけは、通常、より高いはんだづけ温度の原因になる。そして、無鉛はんだづけによって、はんだづけ温度は、容易に約20Kほど高くなる。そして、さらに、無鉛はんだづけによって、はんだづけの間における上述の熱付加が増大する。よって、これらのことから、上記温度付加の低減を可能にする、電子装置製造に関するはんだづけの手法が求められている。   Although high throughput can be achieved using reflow soldering, the parts to be soldered are subjected to high temperature additions during reflow soldering. Due to the ever-increasing degree of integration and functionality, microelectronic components become increasingly temperature sensitive. This is especially true in micro electrical equipment systems (MEMS). Furthermore, it is necessary to take into account that the Waste Electrical and Electronic Equipment (WEEE) Directive in the European Community, which requires a switch to lead-free electrical products, will enter into force on 1 July 2006. Lead-free soldering defined in the future by WEEE usually causes higher soldering temperatures. And, by lead-free soldering, the soldering temperature is easily increased by about 20K. Furthermore, lead-free soldering increases the above-described heat application during soldering. Therefore, a soldering technique relating to electronic device manufacturing that enables the temperature application to be reduced is sought for these reasons.

はんだづけの高い抗張力を得るためには、アンチモンを多く含有するはんだが好ましい。アンチモン(Sb)が高い融点を有するために、アンチモンを多く含有するはんだは、部品に対する上記温度付加もまた増大させる、より高いはんだづけ温度の原因になる。   In order to obtain a high tensile strength, solder containing a large amount of antimony is preferable. Because antimony (Sb) has a high melting point, antimony-rich solder causes a higher soldering temperature that also increases the temperature addition to the part.

他のはんだづけの手法、例えば、流動はんだづけは、上記問題を解決することができない。   Other soldering techniques such as fluid soldering cannot solve the above problem.

レーザ光はんだづけは、他の技術分野において周知である。レーザ光はんだづけにおいて、上記はんだは、レーザ光を用いて加熱される。高い精度に集中させることができ、かつ上記はんだに大量のエネルギーを移動させることができる。このようにして、上記はんだは、例えば、1秒未満の短いはんだづけ時間を可能にする、非常に高い空間分解能において加熱される。よって、上記部品に対する温度付加を実質的になくすことができる。   Laser light soldering is well known in other technical fields. In laser light soldering, the solder is heated using laser light. It can be concentrated with high accuracy and a large amount of energy can be transferred to the solder. In this way, the solder is heated at a very high spatial resolution allowing for a short soldering time of, for example, less than 1 second. Therefore, it is possible to substantially eliminate the temperature applied to the component.

独国実用新案DE 20 2004 013 136 U1には、自動車両の製造において、溶接用の溶接ロボットに使用されるモジュール型のファイバーケーブル光学ユニットについて開示されている。上記光学ユニットは、接合する隙間に沿って、溶接の継ぎ目を形成するために、直線運動およびパンすることによって、適当な幾何学的形状にビームを動かす、上記ロボットの手によって保持されている。   German utility model DE 20 2004 013 136 U1 discloses a modular fiber cable optical unit used in welding robots for welding in the manufacture of motor vehicles. The optical unit is held by the robot's hand, which moves the beam into the appropriate geometric shape by linear motion and panning to form a weld seam along the joining gap.

米国出願2005/0082265 A1には、車両における水圧制御装置の製造に用いるレーザ溶接処理について開示されている。この方法において、金属の一種と樹脂の一種とが互いに溶接または結合される。必要とされる、閉じた溶接の継ぎ目を形成するために、ビームのそれぞれを動かす必要がある。   US application 2005/0082265 A1 discloses a laser welding process for use in manufacturing a hydraulic control device in a vehicle. In this method, one type of metal and one type of resin are welded or joined together. Each of the beams needs to be moved to form the required closed weld seam.

偏向ビームを利用するロボットの使用は、溶接またははんだづけの時間を比較的に長くする。そして、溶接またははんだづけに時間がかかるのは、電子装置の大量生産にとって好適ではない。   The use of a robot that utilizes a deflected beam makes the welding or soldering time relatively long. And it takes time for welding or soldering, which is not suitable for mass production of electronic devices.

他に採り得るガルバノスキャナがビームを偏向するために使用されるのは、ガルバノスキャナが実質的に回転慣性を有していないためである。そして、実質的に回転慣性を有していないことは、運動性のビーム偏向ユニットと比べて高い偏向速度を可能にする。このため、このようなガルバノスキャナを、通常、電子機器の製造に使用することができる。   Another possible galvano scanner is used to deflect the beam because the galvano scanner has substantially no rotational inertia. And the fact that it has substantially no rotational inertia allows a higher deflection speed compared to a kinetic beam deflection unit. For this reason, such a galvano scanner can be normally used for manufacture of an electronic device.

米国出願2004/0190294 A1には、高出力の発光ダイオード(LEDs)をレーザはんだづけする方法について開示されている。上記方法において、複数のはんだが、環状の曲線部と名付けられた曲線に沿って形成されている。レーザ光の偏向は、2つの可動性のミラーを有しているスキャナを用いて、行われている。しかし、このようにして達成された処理速度は、高い処理能力による電子装置の製造には十分ではない。なぜなら、このようなはんだづけ処理は、また、連続的な手順を実行し、かつ少なくとも0.5秒から2秒の間(基板などに移動するために必要な時間は含まれていない)に渡って続く。仮にスキャナの総数を増やして上記方法を使用した場合には、上記方法は、製造コストを増大させる、スキャナの非常に複雑な制御を必要とする。   US application 2004/0190294 A1 discloses a method of laser soldering high power light emitting diodes (LEDs). In the above method, a plurality of solders are formed along a curve named an annular curved portion. Laser beam deflection is performed using a scanner having two movable mirrors. However, the processing speed achieved in this way is not sufficient for the manufacture of electronic devices with a high processing capacity. Because such a soldering process also performs a continuous procedure and spans at least 0.5 to 2 seconds (not including the time required to move to the substrate etc.) Continue. If the method is used with an increased number of scanners, the method requires very complex control of the scanner, which increases the manufacturing cost.

例えば、幾何学的な相対的配置に対する、複数の穴、穴の覆い、および/またはあらかじめ軟化された区画の形成という、基板の処理において、類似の問題が生じる。   Similar problems arise in the processing of substrates, for example, the formation of multiple holes, hole coverings, and / or pre-softened compartments for geometrical relative placement.

基板に穴を開ける従来の方法が、US4,568,815に開示されている。互いに均一な距離を空けて配列された複数の穴が、均一の速度によってレーザを通過する網状の基板に、レーザアブレーションまたは熱溶融を用いて形成される。上記穴を形成する位置を決定するために、上記レーザ光は、シャッタを用いて高頻度に律動的に照射され、かつ回転スキャナミラーを用いて偏向される。上記スキャナミラーの機械的な慣性は、本質的に処理速度を制限し、かつ維持費用を増大させる。   A conventional method for drilling holes in a substrate is disclosed in US 4,568,815. A plurality of holes arranged at a uniform distance from each other are formed by using laser ablation or thermal melting on a net-like substrate that passes the laser at a uniform speed. In order to determine the position where the hole is to be formed, the laser light is radiated with high frequency using a shutter and deflected using a rotating scanner mirror. The mechanical inertia of the scanner mirror inherently limits processing speed and increases maintenance costs.

材料にあらかじめ軟化された区画、または穴を形成するビーム偏向用のスキャナミラーを用いる、同様の装置が、独国実用新案DE 200 13 469 U1および独国実用新案DE 199 45 022 A1に開示されている。   Similar devices using a scanner mirror for beam deflection that forms pre-softened sections or holes in the material are disclosed in German utility model DE 200 13 469 U1 and German utility model DE 199 45 022 A1. Yes.

仮にあらかじめ軟化された区画または穴が、基板上の互いに離れた位置に形成される場合には、上記装置の処理速度は、上記スキャナミラーの回転慣性によって、特に制限されることはない。上記処理速度を上昇させる1つの方法は、関連付けられたスキャナミラーおよび結像光学系を用いて結像された複数のレーザの同時の使用である。しかし、この方法は、処理コストがさらに増大する。   If the pre-softened sections or holes are formed at positions apart from each other on the substrate, the processing speed of the apparatus is not particularly limited by the rotational inertia of the scanner mirror. One way to increase the processing speed is the simultaneous use of multiple lasers imaged using an associated scanner mirror and imaging optics. However, this method further increases processing costs.

〔発明の要約〕
本発明の目的は、高い処理速度または生産速度と、同時に接合する部品の要素に対する温度付加の低減とを容易に実現するために、ビームを用いて少なくとも2つの要素または部品を接合する、装置および方法を提供することである。本発明の特に好ましい適用によれば、電子の、光電子のまたは微小電気機器(MEMS)の、素子または部品は、レーザ光を用いてはんだ付けされる。
[Summary of the Invention]
It is an object of the present invention to provide an apparatus and a device for joining at least two elements or parts using a beam in order to easily realize a high processing speed or production speed and a reduction in temperature applied to the elements of parts to be joined simultaneously. Is to provide a method. According to a particularly preferred application of the invention, an electronic, optoelectronic or microelectronic (MEMS) element or component is soldered using laser light.

本発明に係る局面によれば、簡単な方法において高い処理速度を実現するために、レーザ光を用いて複数のあらかじめ軟化された区画または穴を形成する、方法および装置が提供される。   According to an aspect of the present invention, there is provided a method and apparatus for forming a plurality of pre-softened sections or holes using laser light to achieve a high processing speed in a simple method.

本発明に係る一処理において、結像光学系は、上記ビーム(特にレーザビーム)を、互いに接続する要素または部品の上に結像される、複数のビームの一部に同時に分割する。複数の上記ビームの一部は、複数の不連続な光のスポットを形成する。本発明によれば、複数の上記光のスポットは、大量のエネルギーの移動によって、接合する要素または部品同士の間に、複数の不連続な材料接合部分を形成する。上記要素または部品は、軟質はんだの溶融によって上記接合部分において互いに接合されていることが好ましい。しかし、本発明は、上記光のスポットによって、接着剤の、硬質はんだのはんだづけ、溶接および光硬化に適している。   In one process according to the present invention, the imaging optical system splits the beam (particularly a laser beam) into parts of a plurality of beams that are imaged onto elements or parts that are connected to each other. Some of the plurality of beams form a plurality of discrete spots of light. In accordance with the present invention, the plurality of light spots form a plurality of discontinuous material joints between the elements or parts to be joined by the movement of a large amount of energy. It is preferable that the elements or parts are joined to each other at the joining portion by melting soft solder. However, the present invention is suitable for the soldering, welding and photocuring of hard solders by means of the light spots.

このように、本発明によれば、複数の材料の接合または接続が、(特にはんだづけによって)同時に形成される。本発明によれば、時間および費用のかかるビームの偏向が必要ではない。よく知られているように、ビームは、複数のビームの一部に容易に分割され得る。要素同士の間に、特にはんだづけを利用して、材料接合を形成する場合には、接合ごとにある最小限の出力が必要になるので、本発明に係る方法は、ビームの一部のそれぞれが、十分な強度または出力を有していなければならないという唯一の制限を必須に有している。しかし、上記制限は、ビーム分割手段の適切な配列、および上記入力ビームの光の出力の適切な選択によって、必要になる任意の方法において実現することができる。   Thus, according to the invention, a plurality of material joints or connections are formed simultaneously (especially by soldering). According to the present invention, time consuming and expensive beam deflection is not necessary. As is well known, a beam can be easily split into portions of multiple beams. When forming material joints between elements, particularly using soldering, a minimum output per joint is required, so that the method according to the invention allows each part of the beam to be Essentially, it has the only restriction that it must have sufficient strength or power. However, the restriction can be realized in any way that is required by appropriate arrangement of beam splitting means and appropriate selection of the light output of the input beam.

本発明によれば、上記ビームの一部は、複数の接合を同時に形成するために結像光学系の前において結像され、かつ回折される。結像光学系に関連する回折光学素子(DOE)の利用は、適切なビームの分割のために、特殊な利用であることが分かった。なぜなら、この手段は、適切なビームの特性が損なわれることなくそのままの性質において、強い光の強度をビームの一部に分割することができるからである。より詳細には、付加的なビームの形状の影響は、回折光学素子を用いて、ビームの一部のそれぞれが有する、特に、ビーム横断面、強度、形状もしくはビームの性質、および/または分散について達成することができる。   According to the invention, a part of the beam is imaged and diffracted in front of the imaging optics to form a plurality of junctions simultaneously. The use of a diffractive optical element (DOE) associated with the imaging optics has been found to be a special use for proper beam splitting. This is because this means can split the intensity of strong light into a part of the beam with the same properties without damaging the proper beam characteristics. More particularly, the influence of the additional beam shape can be achieved by using a diffractive optical element, in particular for each of the beam parts, in particular for the beam cross section, intensity, shape or beam properties, and / or dispersion. Can be achieved.

他の実施形態によれば、上記接合は、あらかじめ決定された幾何学的な配列に配置される。これは、例えば、処理の最中に接合される要素または部品を位置あわせする保持手段の上において、例えば、接合される要素もしくは部品の配列、および/またはこれらの要素もしくは部品の幾何学的な配置によって、決定される。本発明によれば、上記回折光学素子は、ビームの上記一部が、接合部分のあらかじめ決定された配列に一致するように生成され、かつ対応する方向に導かれるおよび結像されるように配置される。   According to another embodiment, the joints are arranged in a predetermined geometric arrangement. This can be done, for example, on the holding means for aligning the elements or parts to be joined during processing, for example the arrangement of elements or parts to be joined and / or the geometrical nature of these elements or parts. Determined by placement. According to the invention, the diffractive optical element is arranged in such a way that the part of the beam is generated to coincide with a predetermined arrangement of joints and is guided and imaged in a corresponding direction. Is done.

上記ビームの一部が、接合のあらかじめ決定された上記配列に基づいて生成され、かつ対応する方向に結像される。上記ビームの一部の、さらに費用のかかる偏光が必要ではないという利点がある。上記接合の他の幾何学的な配置に対する上記処理の調整を実現するために、上記回折光学素子は、移動が可能であって(例えば、リボルバーユニットあるいは他の回転または交換ユニットに保持されて)いてもよい。   A portion of the beam is generated based on the predetermined array of joints and imaged in a corresponding direction. The advantage is that more expensive polarization of part of the beam is not necessary. The diffractive optical element can be moved (e.g. held in a revolver unit or other rotating or exchange unit) to achieve adjustment of the process to other geometric arrangements of the joint May be.

複数の回折光学素子は、普通に上記結像光学系に連結されていてもよい。例えば、これらの複数の回折光学素子は、上記入力ビームを複数のビームの一部に分割するために、上記結像光学系の内部に直接に保持されていてもよい。しかし、他の実施形態によれば、全体を入力ビームの一部が通り、かつ上記あらかじめ決定された上記配列と一致する配列を有する複数の回折光学区画、またはいわゆる活性区画を備える、単一の回折光学素子を使用することが好ましい。上記回折光学素子は、単一の回折光学区画、あるいは複数の回折光学区画または活性区画を備えることができる。単一の回折光学区画、あるいは複数の回折光学区画または活性区画は、例えば、直線の、円の、または楕円形の形状を有する交互の突出するおよび凹んだ区画として、異なる屈折率を有している交互の部分として、あるいは適切な様式において光を回折させることができる構造として他の任意の様式において、形成されていてもよい。これらの活性区画は、上記入力ビームを透過する単一の基板上に配置されていることが好ましい。上記基板は、適切な様式において、上記入力ビームのビーム経路に移動可能に保持されていてもよい。   The plurality of diffractive optical elements may be normally connected to the imaging optical system. For example, the plurality of diffractive optical elements may be held directly inside the imaging optical system in order to divide the input beam into a part of the plurality of beams. However, according to other embodiments, a single part comprising a plurality of diffractive optical sections, or so-called active sections, having a sequence through which a portion of the input beam passes and coincides with the predetermined sequence. It is preferable to use a diffractive optical element. The diffractive optical element can comprise a single diffractive optical section or a plurality of diffractive optical sections or active sections. A single diffractive optical section, or multiple diffractive optical sections or active sections, have different refractive indices, for example, as alternating protruding and recessed sections having a linear, circular or elliptical shape. It may be formed as alternating portions, or in any other manner as a structure capable of diffracting light in an appropriate manner. These active compartments are preferably arranged on a single substrate that is transparent to the input beam. The substrate may be movably held in the beam path of the input beam in a suitable manner.

本発明の好ましい局面によれば、上記回折光学素子の上記回折光学区画のそれぞれは、対応するビームの一部に対して、適切な強度、適切なビームの横断面、適切なビームの性質、および/またはビームの分散を与えるために配置されている。このようにして、個々の上記回折光学区画は、任意の異なる様式に配列されてもよい。   According to a preferred aspect of the present invention, each of the diffractive optical sections of the diffractive optical element has an appropriate intensity, an appropriate beam cross-section, an appropriate beam property, and a corresponding beam portion, and Arranged to provide beam dispersion. In this way, the individual diffractive optical sections may be arranged in any different manner.

また、特に、このようにして、異なる強度を有するビームの一部は、材料接合(例えば、はんだづけ)が、単一の入力ビームを用いて異なる位置に対する異なるエネルギーの入力によって同時に形成されるように、単純な方法において実現されてもよい。   Also, in particular, in this way, portions of the beam with different intensities are such that material bonding (eg, soldering) is formed simultaneously by different energy inputs for different locations using a single input beam. May be realized in a simple manner.

本発明の他の局面によれば、上記結像光学系は、ビームの進行方向において互いに離れている、少なくとも1つの入力レンズおよび出力レンズを備えている。なお、上記入力レンズと上記出力レンズとの間の距離を変化させることによって、上記レーザビームが有する直径を、より大きくまたはより小さく調節することができる。上記入力ビームを上記結像光学系に結合させるために、光導波管(特に、光ファイバ)が使用されている場合には、上記入力レンズと上記光導波管の上記出力端との間の距離も、変化させてもよい。これによって、レーザビームが有する直径を、付加的な程度に自由に調節することができる。   According to another aspect of the present invention, the imaging optical system includes at least one input lens and output lens that are separated from each other in the beam traveling direction. Note that the diameter of the laser beam can be adjusted larger or smaller by changing the distance between the input lens and the output lens. If an optical waveguide (especially an optical fiber) is used to couple the input beam to the imaging optics, the distance between the input lens and the output end of the optical waveguide However, it may be changed. This allows the diameter of the laser beam to be freely adjusted to an additional degree.

本発明の他の局面によれば、上記回折光学素子は、上記入力レンズと上記出力レンズとの間に配置されている。これによって、調節を容易にし、かつ調節の許容度を減少させる。同時に、上記回折光学素子は、記入力レンズおよび上記出力レンズとともにモジュラー光学系ユニットの内部に収納され、かつ密閉されていてもよい。上記結像光学系の筐体は、異なる幾何学的な上記接合の配列を生成する上記回折光学素子の移行を可能にするために、例えば、リボルバーユニット、あるいは他の回転および変位ユニットを用いて、配列されていてもよい。なお、異なる配列を有する種々の回折光学素子が適用される。   According to another aspect of the present invention, the diffractive optical element is disposed between the input lens and the output lens. This facilitates adjustment and reduces the tolerance of adjustment. At the same time, the diffractive optical element may be housed in a modular optical system unit together with the input lens and the output lens, and may be sealed. The housing of the imaging optics uses, for example, a revolver unit, or other rotation and displacement unit, to allow the transition of the diffractive optical element to produce an array of different geometric junctions , May be arranged. Various diffractive optical elements having different arrangements are applied.

上記方法の特に好ましい適用は、担体(例えば、プリント回路基板)に対する、電子部品または光電子部品の、微小電気機器システム(MEMS)の、あるいはコネクタの軟質はんだのはんだづけに関する。本発明に係るこれらの適用において、複数のはんだづけは、ビーム(特に、レーザビーム)を複数のビームの一部に適切に分割すると同時に、上記ビームの一部が、上記要素もしくは上記部品の配列、および/またはこれらの幾何学的な配列と一致するはんだの上に適切な様式において、回折および結像されることによって、同時に行われてもよい。本発明によれば、費用がかかる、スキャナを用いたレーザビームの一連の偏光が不要である。このようにして、速い処理速度が実現される。同時に、はんだづけされる上記要素または上記部品の温度負荷は、無視してもよい程度である。使用される上記回折光学素子は、複数の要素または部品が同時にはんだづけされ得るように、配列されていてもよい。また、これによって、本発明に係る処理は、高い処理能力を有する電子機器または電子部品の生産に適している。このような処理において、例えば、接続コネクタ、素子用の引き出し開放、またはコネクタのような上記要素または上記部品をせつぞくするために、異なる配列のはんだづけが同時に行われるように、上記ビームの一部は、特に異なる強度または出力を有して生成されてもよい。   A particularly preferred application of the above method relates to the soldering of soft solders of electronic or optoelectronic components, microelectronic systems (MEMS) or connectors to a carrier (eg printed circuit board). In these applications according to the present invention, the plurality of solderings appropriately divides the beam (particularly the laser beam) into a plurality of parts of the plurality of beams, while at the same time the part of the beam comprises an array of the elements or the parts, And / or may be done simultaneously by being diffracted and imaged in a suitable manner on solder that conforms to these geometrical arrangements. According to the present invention, an expensive series of polarization of the laser beam using a scanner is not required. In this way, a high processing speed is realized. At the same time, the temperature load of the element or part to be soldered is negligible. The diffractive optical elements used may be arranged so that a plurality of elements or parts can be soldered simultaneously. In addition, thereby, the processing according to the present invention is suitable for the production of electronic equipment or electronic components having high processing capacity. In such a process, for example, one of the beams is arranged in such a way that different arrangements of soldering are carried out at the same time in order to eliminate the above-mentioned elements or parts, such as connection connectors, element pull-outs or connectors. Parts may be generated with different strengths or outputs.

あらかじめ軟化された材料の区画または穴を形成するための、本発明に係る他の局面によれば、結像光学系は、光の回折を用いて、ビーム(好ましくは、レーザビーム)を複数のビームの一部に分割する。上記ビームの一部は、処理される上記基板または材料の上に結像される。なお、上記ビームの一部は、複数の不連続な光のスポットを形成する。このような処理によって生じるエネルギーの入力の結果として、本発明によれば、複数の不連続なあらかじめ軟化された区画または穴が、上記基板または材料に形成される。   According to another aspect of the invention for forming a pre-softened material section or hole, the imaging optics uses light diffraction to split a beam (preferably a laser beam) into a plurality of Divide into parts of the beam. A portion of the beam is imaged onto the substrate or material being processed. A part of the beam forms a plurality of discontinuous light spots. As a result of the energy input resulting from such processing, according to the present invention, a plurality of discrete, pre-softened sections or holes are formed in the substrate or material.

すなわち、このような処理の結果として、複数の不連続な光のスポットの位置において上記基板材料の温度溶融またはレーザアブレーションが生じる。本発明の関連する局面に係る方法は、通常、任意の材料の処理に適している。上記方法は、処理される領域に平坦な表面を有する薄い材料に適用されることが好ましい。上記材料は、上記材料に最適なエネルギーが入力されるように、上記光源または上記レーザビームの波長に対してできる限り小さな反射率を有していることが好ましい。  That is, as a result of such processing, temperature melting or laser ablation of the substrate material occurs at the positions of a plurality of discontinuous light spots. The method according to the relevant aspect of the invention is usually suitable for the treatment of any material. The method is preferably applied to a thin material having a flat surface in the area to be treated. It is preferable that the material has a reflectance as small as possible with respect to the wavelength of the light source or the laser beam so that optimum energy is input to the material.

このように、本発明によれば、複数のあらかじめ軟化した材料の区画または穴は、処理される上記材料に対して同時に形成されてもよい。時間および費用がかかるビームの偏光は、本発明によれば、必要がない。よく知られているように、ビームは、複数のビームの一部に、容易に分割され得る。あらかじめ軟化した材料の区画または穴を形成するためには、不連続な光のスポットごとにある最小の出力が要求されるので、本発明に係る上記方法は、所望する複数の不連続な位置における上記材料を同時に処理するためには、ビームの一部のそれぞれが、十分な強度または出力を有していなければならない、という点についてのみ、必須に制限される。上記制限に関わる条件は、ビーム分割器の適切な配列、および上記入力ビームの適切な選択によって、必要になる任意の様式おいて実現されてもよい。   Thus, according to the present invention, a plurality of pre-softened material sections or holes may be formed simultaneously for the material to be treated. The time and cost of polarization of the beam is not necessary according to the invention. As is well known, a beam can be easily split into portions of multiple beams. In order to form pre-softened material sections or holes, a minimum output is required for each discontinuous spot of light, so that the method according to the present invention is at a desired plurality of discontinuous locations. In order to process the above materials simultaneously, it is essential to limit only that each part of the beam must have sufficient intensity or power. The conditions relating to the restriction may be realized in any manner required by appropriate arrangement of beam splitters and appropriate selection of the input beam.

他の実施形態によれば、あらかじめ軟化した材料の区画または穴は、例えば、処理される上記基板または上記材料を予定される利用によって要求されるような、あらかじめ決定された幾何学的な配列に配置される。例えば、エアバッグの蓋のプラスティック材料における取り囲まれた破断線のような、あらかじめ南下された材料の区画からなる、例えば、取り囲まれた線が、基板の表面下に形成される場合には、本発明によれば、取り囲まれた上記線のあらかじめ軟化された材料の区画のすべてが、上記基板または上記材料の中に同時に形成されれば、好ましい。本発明によれば、上記回折光学素子は、上記ビームの一部が、あらかじめ軟化された材料の区画または穴のあらかじめ決定された配列に対応して(a)形成され、(b)それぞれの方向に導かれ、かつ(c)結像されるように、形成および配列されている。もはやビームの一部の付加的に複雑な偏光が必要ではないという点において有利である。あらかじめ軟化された材料の区画または穴の、他の幾何学的な配列に対する処理を調節ために、上記回折光学素子は、移動可能であれば(例えば、リボルバーユニットあるいは他の回転または変位ユニットに保持されていれば)よい。   According to other embodiments, the pre-softened material compartments or holes are in a predetermined geometric arrangement, for example as required by the substrate being processed or the intended use of the material. Be placed. For example, if the enclosed line is formed below the surface of the substrate, it consists of a section of material previously southed, such as the enclosed break line in the plastic material of the airbag lid. According to the invention, it is preferred if all of the pre-softened material sections of the enclosed line are formed simultaneously in the substrate or the material. According to the invention, the diffractive optical element is formed such that a part of the beam corresponds to a predetermined arrangement of pre-softened material sections or holes (a), and (b) each direction. And (c) formed and arranged so as to be imaged. This is advantageous in that no additional complex polarization of part of the beam is required anymore. The diffractive optical element can be held in a revolver unit or other rotation or displacement unit, for example, in order to accommodate processing of other soft arrangements of pre-softened material sections or holes to other geometrical arrangements. If it is)

また、上記結像光学系の性質は、上記材料の処理に重要な、例えば、上記光の強度および上記ビームの性質といった、ある要因を左右してもよい。他の実施形態によれば、上記結像光学系の性質は、あらかじめ軟化された区画が上記結像光学系に向かって直面する基板の表面下(例えば、処理される上記材料の基板下の、あるいは上記結像光学系の反対側にある処理される上記基板または材料の裏側に達するほどに深く)に形成されるような性質である。   Further, the properties of the imaging optical system may influence certain factors that are important for the processing of the material, such as the intensity of the light and the properties of the beam. According to another embodiment, the nature of the imaging optics is such that the pre-softened section faces the imaging optics below the surface of the substrate (e.g. below the substrate of the material to be processed). Alternatively, it is such that it is formed deep enough to reach the backside of the substrate or material being processed on the opposite side of the imaging optics.

他の実施形態によれば、あらかじめ軟化された区画または穴の幾何学的な形状は、あらかじめ軟化された区画または穴のそれぞれを形成する、対応する光のスポットを形成するために、上記回折結像光学系(特に、回折光学素子の対応する回折区画)の回折特性によって、直接に決定される。例えば、あらかじめ軟化された区画または穴の輪郭が、長円形のうような形状に形作られる場合には、付加的な機器によるビームの偏光および/または基板とレーザビームとの相対的な移動のを必要とせずに、ビームの一部が上記回折結像光学系(特に、上記回折結像光学系の対応する回折区画)によって、基板材料のレーザアブレーションまたは熱溶融によって、所望の形状を有するあらかじめ軟化された区画または穴が直接形成されるように、分割および結像される。   According to another embodiment, the geometric shape of the pre-softened section or hole is such that the diffraction pattern is formed to form a corresponding spot of light that forms each of the pre-softened sections or holes. It is directly determined by the diffractive properties of the image optical system (in particular the corresponding diffractive section of the diffractive optical element). For example, if the pre-softened section or hole contour is shaped into an oval shape, the beam polarization and / or relative movement between the substrate and the laser beam by additional equipment can be controlled. Without being necessary, a part of the beam is pre-softened by the diffractive imaging optical system (especially the corresponding diffractive section of the diffractive imaging optical system) to have the desired shape by laser ablation or thermal melting of the substrate material. Segmented and imaged such that a defined section or hole is formed directly.

〔図面の簡単な説明〕
以下において、本発明は、典型的な態様について、同封の図面を参照して説明されている。以下の記載から、本発明のさらなる特徴点、利点、および解決すべき課題を理解することができるであろう。
[Brief description of the drawings]
In the following, the invention will be described with respect to exemplary embodiments with reference to the enclosed drawings. From the following description, further features, advantages and problems to be solved of the present invention can be understood.

図1は、本発明に係る電子部品のレーザはんだづけ装置を示す概略図である。   FIG. 1 is a schematic view showing a laser soldering apparatus for electronic components according to the present invention.

図2は、図1に係る装置の結像光学系を拡大した断面図である。   FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the imaging optical system of the apparatus according to FIG.

図3は、本発明に係るLEDのレーザはんだづけ方法の概略的な部分断面図である。   FIG. 3 is a schematic partial cross-sectional view of the LED laser soldering method according to the present invention.

図4は、例えば、プリント回路基板のような担体上に電気的に接続するはんだの分布を示す平面図である。   FIG. 4 is a plan view showing the distribution of solder electrically connected on a carrier such as a printed circuit board.

図5は、網状の材料に対して、複数のあらかじめ軟化された区域または穴を同時に形成する、本発明の関連した局面に係る装置を示す概略図である。   FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an apparatus according to related aspects of the present invention for simultaneously forming a plurality of pre-softened areas or holes in a reticulated material.

図6は、本発明の関連した局面に係る処理が施されている基板を示す概略的な部分平面図である。   FIG. 6 is a schematic partial plan view showing a substrate on which processing according to a related aspect of the present invention is performed.

6つの上記図面を通して、同じ参照番号は、同一のまたは本質的に等価な要素または要素の集団を意味している。   Throughout the six drawings, the same reference numbers refer to the same or essentially equivalent elements or groups of elements.

〔本発明の実施形態の詳細な説明〕
図1に示すように、ダイオードレーザ8のレーザ光は、光ファイバ9と結合し、かつ付随した回折光学素子(DOE)5を有する結像光学系1を支持している処理ヘッドを備える装置に導かれる。上記入力ビーム10は、結像光学系1によって、複数のビームの一部12a〜12cに分割される。同時に、複数のビームの一部12a〜12cは、焦点に集められる。このため、上記処理ヘッドとプリント回路基板(PCB)13との間の距離は、上記結像光学系1が有する焦点距離、および上記プリント回路基板13上のビームスポットの所望する直径にあわせて調節されている。上記処理ヘッドと上記ビームスポットとの間の距離が、例えば、約10cm〜約50cmの程度に処理されるように、実行される。図1に示すように、複数の部品(図示せず)は、上記プリント回路基板13上に周期的な配列として配置されている。周期的な配列は、複数の上記部品と電気的に接続している3つの接続ピン14a、14bおよび14cとしてのみ、示されている。上記接続ピンは、例えば、プリント基板回路13のソルダリングパッド、またはボンディングパッドなどの上に、例えば、上記回路の設計によって決定されてもよい、適当な幾何学的な配列に配置されている。上記接続ピンの幾何学的な配列は、プリント回路基板13の平面に対して、本質的に任意であってもよい。上記ビームの一部12a〜12cの適切な結像および回折を達成するためには、上記結像光学系1および上記回折光学素子5だけは、以下に詳細に説明されているように、適切に配置される必要がある。
[Detailed Description of Embodiments of the Present Invention]
As shown in FIG. 1, the laser beam of the diode laser 8 is coupled to an optical fiber 9 and is provided in an apparatus including a processing head that supports an imaging optical system 1 having an associated diffractive optical element (DOE) 5. Led. The input beam 10 is divided into a plurality of beam portions 12 a to 12 c by the imaging optical system 1. At the same time, portions of the plurality of beams 12a-12c are collected at the focal point. For this reason, the distance between the processing head and the printed circuit board (PCB) 13 is adjusted according to the focal length of the imaging optical system 1 and the desired diameter of the beam spot on the printed circuit board 13. Has been. For example, the distance between the processing head and the beam spot is processed so as to be about 10 cm to about 50 cm. As shown in FIG. 1, a plurality of components (not shown) are arranged on the printed circuit board 13 as a periodic array. The periodic arrangement is shown only as three connection pins 14a, 14b and 14c that are electrically connected to a plurality of the above components. The connecting pins are arranged in a suitable geometric arrangement, which may be determined, for example, by the design of the circuit, for example on a soldering pad or a bonding pad of the printed circuit board circuit 13. The geometric arrangement of the connection pins may be essentially arbitrary with respect to the plane of the printed circuit board 13. In order to achieve proper imaging and diffraction of the beam portions 12a-12c, only the imaging optical system 1 and the diffractive optical element 5 are appropriately used as described in detail below. Need to be deployed.

調節装置4は、上記結像光学系1を調節するために備えられている。図2に示すように、上記調節装置4は、入力ビーム10の直径、上記ビームの一部12a〜12cの直径、上記光のスポットを適切な様態に調節するために、上記結像光学系1の入力レンズ2と上記光ファイバ9の出力側との間の距離z1および/または上記入力レンズ2と上記結像光学系1に連結した出力レンズ3との間の距離z2を、特に変えることができる。   The adjusting device 4 is provided for adjusting the imaging optical system 1. As shown in FIG. 2, the adjusting device 4 is configured to adjust the diameter of the input beam 10, the diameters of the beam portions 12 a to 12 c, and the light spot in an appropriate manner. The distance z1 between the input lens 2 and the output side of the optical fiber 9 and / or the distance z2 between the input lens 2 and the output lens 3 connected to the imaging optical system 1 can be particularly changed. it can.

図1によれば、上記DOE5は、例えば、リボルバーユニットまたは類似の回転ユニットのような、手動のまたは自動の可変ユニット7に支持され得る。上記可変ユニット7の作動によって、上記DOEは、はんだづけの他の適して幾何学的な配列に位置付けるために、変更されてもよい。   According to FIG. 1, the DOE 5 can be supported on a manual or automatic variable unit 7, such as a revolver unit or similar rotating unit. By actuation of the variable unit 7, the DOE may be modified to position it in another suitable geometric arrangement of soldering.

図1によれば、上記プリント回路基板13は、例えば、コンベヤベルトまたはxy方向移動テーブルのような平行移動装置15に支持されている。上記平行移動装置15は、駆動部16によって駆動される。   According to FIG. 1, the printed circuit board 13 is supported by a translation device 15 such as a conveyor belt or an xy-direction movement table. The translation device 15 is driven by the drive unit 16.

上記処理において、上記プリント回路基板13上にはんだづけされる上記部品は、周期的な、反復する配列に配置されることが好ましい。第1の処理ステップの間において、複数のはんだは、例えば、上記接続ピン14a〜14cが示されているような、上記プリント回路基板13の第1の部分に作製される。これらのはんだは、部品の上に配置されてもよい。しかし、これらのはんだは、また、異なる部品の上に形成されていてもよい。これらのはんだは、複数のビームの一部12a〜12cに上記ビームを分割する結果として、上記第1の処理の間に同時に形成されてもよい。次に、調節装置15が駆動され、かつ隣接する部品が同じ幾何学的な配列を有する、または同じ幾何学的な配列に配置されている部品のひと揃えは、上記結像光学系1および上記DOE5の作業領域に移される。上記作業領域は、上記ビームの一部12a〜12cが、例えば、図示されている上記接続ピン14a’、14b’および14c’の上に結像される領域である。これは、共に第2の処理ステップを構成しており、同様の方法において繰り返されてもよい。個々の処理ステップの間のそれぞれには、上記基板が、上記基板上の上記部品の個々の周期的な配列の間の距離によって決定されている、同じ距離だけ移動させられる。   In the process, the components to be soldered on the printed circuit board 13 are preferably arranged in a periodic, repeating arrangement. During the first processing step, a plurality of solders are made on the first portion of the printed circuit board 13, such as where the connection pins 14a-14c are shown. These solders may be placed on the part. However, these solders may also be formed on different parts. These solders may be formed simultaneously during the first process as a result of splitting the beam into a plurality of beam portions 12a-12c. Next, the adjustment device 15 is driven and the alignment of the parts in which adjacent parts have the same geometric arrangement or are arranged in the same geometric arrangement comprises Move to the work area of DOE5. The working area is an area where the beam portions 12a to 12c are imaged, for example, on the connecting pins 14a ', 14b' and 14c 'shown in the drawing. This together constitutes a second processing step and may be repeated in a similar manner. During each individual processing step, the substrate is moved by the same distance, which is determined by the distance between the individual periodic arrays of the components on the substrate.

図1に係るレーザはんだづけ装置を制御するために、上記調節装置4、上記可変装置7、連結された駆動部16を有する上記平行移動装置15、および上記レーザダイオード8を特に制御する、例えば、CPU(図示せず)のような、制御装置が備えられている。   In order to control the laser soldering device according to FIG. 1, the adjusting device 4, the variable device 7, the translation device 15 having a connected drive unit 16, and the laser diode 8 are particularly controlled, for example a CPU A control device such as (not shown) is provided.

上記結像光学系1の更なる詳細について、図2を用いて説明する。上記光軸11に沿って配置され、かつ互いに間隔を空けて設置されている、レンズ2および3の間に、回折によって入力ビーム10を図示されている上記ビームの一部に分割するDOE5が配置されている。レンズ2、レンズ3、および/またはDOE5の結像特性の結果として、上記ビームの一部12a〜12cは、適切な様態に焦点に集められる、または結像される。DOE5のサブ区画6a〜6cにおける異なる回折によって、上記ビームの一部12a〜12cは、適切な方向に回折される。図2によれば、複数の異なる回折光学区画6a〜6cは、複数の上記ビームの一部12a〜12cに対して、異なる強度、ビーム断面、ビームの性質もしくはビームの形状、および/または発散を与えるDOE5に備えられている。当業者であれば、DOE5および回折光学区画6a〜6cの適切な配列を選択することができる。同様に、非常にたくさんのビームの一部12a〜12cが、上記入力ビーム10を適切に広げることによって、および上記回折光学区画6a〜6cの適切な配列によって、同時に形成されてもよいことは、当業者にとって明らかなことである。   Further details of the imaging optical system 1 will be described with reference to FIG. Between the lenses 2 and 3, which are arranged along the optical axis 11 and spaced apart from each other, a DOE 5 which divides the input beam 10 into a part of the beam shown by diffraction is arranged. Has been. As a result of the imaging properties of lens 2, lens 3, and / or DOE 5, the beam portions 12a-12c are focused or imaged in an appropriate manner. Due to the different diffraction in the sub-compartments 6a-6c of the DOE 5, the beam portions 12a-12c are diffracted in the appropriate direction. According to FIG. 2, a plurality of different diffractive optical sections 6a-6c have different intensities, beam cross-sections, beam properties or beam shapes, and / or divergences for the plurality of beam portions 12a-12c. It is provided in the DOE 5 to be given. One skilled in the art can select an appropriate arrangement of DOE 5 and diffractive optical sections 6a-6c. Similarly, a very large number of beam portions 12a-12c may be formed simultaneously by appropriately spreading the input beam 10 and by appropriate arrangement of the diffractive optical sections 6a-6c, It will be clear to those skilled in the art.

図3は、LED20をレーザはんだづけする、本発明に係る方法を示している。LED20は、ボンディングワイヤ24を介して接続している発光体23が上部に形成されているソケット21を備えている。さらにソケット21の上に、発せられたビームの形状を決定するために、光学レンズ素子22が備えられている。上記発光体23は、上記発光体23の熱付加を最小限にするために、高い熱伝導性を有するヒートシンク25の上に配置されている。図3によれば、接続ピン14aおよび14bは、発光体23のp側およびn側を電気的に接続するためのソケット21を通って供給されている。LED20は、プリント回路基板13上に配置されている。図3に示され、かつ図1および図2を参照して説明したように、レーザ光は、2つのレーザの一部L1およびL2に分割され、かつ結像光学系によって接続ピン14aおよび14bの上に結像される。この結果として、これらの領域において、軟化はんだが溶融され、かつ図に示されているはんだ17aおよび17bが接続ピン14aおよび14bの幾何学的な配列にあわせて形成される。もちろん、この方法において、複数のLEDが単一の処理ステップを用いて同時にはんだづけされてもよい。   FIG. 3 shows a method according to the invention for laser soldering the LEDs 20. The LED 20 includes a socket 21 in which a light emitter 23 connected via a bonding wire 24 is formed. Furthermore, an optical lens element 22 is provided on the socket 21 in order to determine the shape of the emitted beam. The light emitter 23 is disposed on a heat sink 25 having high thermal conductivity in order to minimize heat application of the light emitter 23. According to FIG. 3, the connection pins 14 a and 14 b are supplied through a socket 21 for electrically connecting the p side and the n side of the light emitter 23. The LED 20 is disposed on the printed circuit board 13. As shown in FIG. 3 and described with reference to FIGS. 1 and 2, the laser light is split into two laser parts L1 and L2 and is connected to the connection pins 14a and 14b by the imaging optics. Imaged on top. As a result, in these regions, the softened solder is melted and the solders 17a and 17b shown in the figure are formed in accordance with the geometric arrangement of the connecting pins 14a and 14b. Of course, in this method, multiple LEDs may be soldered simultaneously using a single processing step.

また、本発明に係る上記方法は、図4を参照して説明するような、コネクタ、および微小電気機器素子などの接続に適用される。図4によれば、平面図に示されているコネクタ30は、3つの接続ピン14a〜14cならびに引き出し開放を効率化する2つの舌18aおよび18bを備えている。図に示すように、3つの上記接続ピン14a〜14cならびに2つの上記舌18aおよび18bは、はんだ17a〜17eによって接触または接続されている。上記引き出し開放舌18aおよび18bを接続するために、より強い出力を有するレーザが必要であってもよい。これは、上記結像光学系のDOEを用いた、適切なビーム分割によって達成すればよい。上記入力ビームの分割は、通常に任意のビーム分割率によって達成されてもよい。また、図3に係る実施形態において、ヒートシンク25の接触または固定は、より高いレーザの出力またはレーザ強度を必要としてもよい。   In addition, the above-described method according to the present invention is applied to connection of a connector, a microelectric device element, and the like as described with reference to FIG. According to FIG. 4, the connector 30 shown in plan view comprises three connection pins 14a-14c and two tongues 18a and 18b that facilitate the opening of the drawer. As shown in the figure, the three connection pins 14a to 14c and the two tongues 18a and 18b are contacted or connected by solders 17a to 17e. In order to connect the drawer opening tongues 18a and 18b, a laser with a stronger output may be required. This may be achieved by appropriate beam splitting using the DOE of the imaging optical system. The splitting of the input beam may usually be achieved with any beam splitting ratio. In the embodiment according to FIG. 3, the contact or fixing of the heat sink 25 may require higher laser power or laser intensity.

基板に複数のあらかじめ軟化させた区画、または穴を形成する装置および方法について、図5および図6を参照して、以下に説明する。   An apparatus and method for forming a plurality of pre-softened sections or holes in a substrate will be described below with reference to FIGS.

図5によれば、複数の光のスポットが、例えば、図に示されているように、あらかじめ南下された区画または穴114a、114および114cを形成する3つの光のスポットのそれぞれのみである周期的な配列として、基板13に形成される。基板13上の上記光のスポットは、例えば、上記基板の通常の利用によって求められるような、適切な幾何学的な配列として形成される。上記光のスポットの幾何学的な配列は、基板13の平面において本質的に任意のものであってもよい。上記ビームの一部12a〜12cの適切な結像および回折を達成するために、上記結像光学系1および上記回折光学素子5だけは、レーザはんだづけについて説明したときと本質的に同じ様態において、適切に配列されればよい。この目的のために、レーザはんだづけについて上述したように、回折結像光学系が使用されてもよい。   According to FIG. 5, a period in which a plurality of light spots is only each of the three light spots forming, for example, the previously southed compartments or holes 114a, 114 and 114c, as shown in the figure. As a typical arrangement, it is formed on the substrate 13. The spot of light on the substrate 13 is formed as a suitable geometric arrangement, for example as required by normal use of the substrate. The geometric arrangement of the light spots may be essentially arbitrary in the plane of the substrate 13. In order to achieve proper imaging and diffraction of the beam portions 12a-12c, only the imaging optics 1 and the diffractive optical element 5 are in essentially the same manner as described for laser soldering. What is necessary is just to arrange appropriately. For this purpose, diffractive imaging optics may be used as described above for laser soldering.

基板に対して、複数のあらかじめ軟化させた区画または穴を形成する、本発明に係る上記処理は、レーザはんだづけに上述したことと本質的に同一であり、上記光のスポットが、不連続な複数のはんだの代わりに、基板上に不連続な複数のあらかじめ軟化させた区画または穴の形成に繋がることが、主に異なっている点である。   The above process according to the present invention, which forms a plurality of pre-softened sections or holes on the substrate, is essentially the same as described above for laser soldering, and the light spots are discontinuous multiples. The main difference is that instead of the solder, it leads to the formation of a plurality of discontinuous pre-softened sections or holes on the substrate.

また、本発明の関連する局面に係る上記方法は、通常、複数の位置において基板を同時に処理する、基板の処理に適している。この目的にために、上記入力ビームは、上述の態様において、複数のビームの一部に分割される。複数の上記ビームの一部は、処理物40上において、例えば、図6に示すような、穴、穴の覆いおよび/または軟化部分などの、複数の不連続な処理位置を形成する。上記方法は、例えば、紙または厚紙、プラスティック材料、あるいは金属薄板など、任意の基板の処理に適している。複数の上記処理位置41は、図6に示すように任意の線に沿って、形成されていてもよく、かつ例えば、自動車両のエアバッグモジュールのプラスティックの覆いにおける、あるいは紙または厚紙の箱におけるあらかじめ決定された破断線を形成してもよい。この詳細については、例えば、EP 0 566 722 B1などに記載されている。   In addition, the above method according to a related aspect of the present invention is usually suitable for processing a substrate in which a substrate is processed simultaneously at a plurality of positions. For this purpose, the input beam is split into some of the plurality of beams in the manner described above. Some of the plurality of beams form a plurality of discontinuous processing positions on the workpiece 40, such as holes, hole coverings and / or softened portions as shown in FIG. The method is suitable for the treatment of any substrate, for example paper or cardboard, plastic material, or sheet metal. The plurality of processing positions 41 may be formed along an arbitrary line as shown in FIG. 6 and, for example, in a plastic cover of an air bag module of a motor vehicle or in a paper or cardboard box A predetermined breaking line may be formed. This detail is described in, for example, EP 0 566 722 B1.

本発明の関連する上述の局面に係る方法は、以下のように請求されてもよい。   The method according to the above-mentioned aspect related to the present invention may be claimed as follows.

基板(13および40)に複数のあらかじめ軟化させた区画または穴を形成する方法は、
以下の工程:
ビーム(10)を供給する工程;ならびに
複数の不連続な光のスポットが上記基板(13および40)に形成され、上記不連続な光のスポットが、上記基板に複数のあらかじめ軟化させた区画または穴(14a〜14cおよび41)を同時に形成するように、結像光学系(1および5)を用いて上記ビームを結像し、かつ光の回折を用いて上記ビームを複数のビームの一部(12a〜12c)に分割する工程
を包含する。
A method of forming a plurality of pre-softened sections or holes in a substrate (13 and 40) comprises:
The following steps:
Providing a beam (10); and a plurality of discontinuous light spots formed on the substrates (13 and 40), wherein the discontinuous light spots are a plurality of pre-softened sections or The beam is imaged using imaging optics (1 and 5) so that holes (14a-14c and 41) are formed simultaneously, and the beam is part of a plurality of beams using light diffraction. The process of dividing into (12a-12c) is included.

上記方法の他の実施形態によれば、上記光のスポットは、穴、穴の覆い、または軟化した部分を形成する。   According to another embodiment of the method, the spot of light forms a hole, a hole covering or a softened part.

上記方法の他の実施形態によれば、上記結像光学系は、回折によって上記ビームを複数の上記ビームの一部(12a〜12c)に分割する回折素子(5)を備えている。   According to another embodiment of the method, the imaging optical system comprises a diffractive element (5) that divides the beam into a plurality of parts (12a-12c) of the beam by diffraction.

このようにして、本発明に係る他の局面によれば、また、ビーム、特にレーザ光が供給され、基板のそれぞれの処理を実現する、複数の不連続な光のスポットが形成されるように、結像光学系が上記ビームを結像し、かつ上記ビームを複数のビームの一部に分割するという方法において基板を処理することが提供される。   Thus, according to another aspect of the present invention, a plurality of discontinuous light spots are also formed, which are supplied with a beam, in particular a laser beam, and realize the respective processing of the substrate. It is provided that the substrate is processed in such a way that an imaging optical system images the beam and divides the beam into a part of a plurality of beams.

本明細書を詳細に調べれば、不連続な接続または処理部分が、互いに部分的に重なっていてもよいということは、当業者にとって明らかになるであろう。上記ビームの一部は、担体あるいは基板の表側および/または裏側にある、接合または処理部分の上に任意の様態において導かれてもよい。この目的のために、穴が、上記担体または上記基板に開けられる、あるいは上記担体は、上記接合または処理部分への光の出入りが可能なように、少なくとも一部において透明であってもよい。例えば、高出力のLEDまたは高出力のレーザダイオードなどの光電子部品のレーザはんだづけのさらなる詳細については、US 2004/0190294 A1に言及されている。US 2004/0190294 A1の全体は、特に接続素子または接続部品用のプリント回路基板(PCB)の配列に関しては、ここで引用することによって、本願に包含される。   Examining this specification in detail, it will be apparent to those skilled in the art that discontinuous connections or processing portions may partially overlap one another. A portion of the beam may be directed in any manner on the bonding or processing portion on the front side and / or back side of the carrier or substrate. For this purpose, holes may be drilled in the carrier or the substrate, or the carrier may be transparent at least in part so that light can enter and exit the joining or processing part. For further details of laser soldering of optoelectronic components such as, for example, high power LEDs or high power laser diodes, reference is made to US 2004/0190294 A1. The entirety of US 2004/0190294 A1 is hereby incorporated by reference herein, in particular with regard to the arrangement of printed circuit boards (PCBs) for connecting elements or connecting components.

本発明に係る電子部品のレーザはんだづけ装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the laser soldering apparatus of the electronic component which concerns on this invention. 図1に係る装置の結像光学系を拡大した断面図である。It is sectional drawing to which the imaging optical system of the apparatus which concerns on FIG. 1 was expanded. 本発明に係るLEDのレーザはんだづけ方法の概略的な部分断面図である。1 is a schematic partial cross-sectional view of an LED laser soldering method according to the present invention. 例えば、プリント回路基板のような担体上に電気的に接続するはんだの分布を示す平面図である。For example, it is a plan view showing the distribution of solder electrically connected on a carrier such as a printed circuit board. 網状の材料に対して、複数のあらかじめ軟化された区域または穴を同時に形成する、本発明の関連した局面に係る装置を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an apparatus according to a related aspect of the invention for simultaneously forming a plurality of pre-softened areas or holes for a reticulated material. 本発明の関連した局面に係る方法が施されている基板を示す概略的な部分平面図である。1 is a schematic partial plan view showing a substrate on which a method according to a related aspect of the present invention is applied. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 結像光学系
2 入力レンズ
3 出力レンズ
4 調節装置
5 回折光学素子
6a〜6c 回折光学素子、または回折光学区画
7 可変(置換)装置
8 光源(レーザダイオード、LED)
9 光導波管
10 入力ビーム
11 光学軸
12a〜12c ビームの一部
13 プリント回路基板
14a〜14c 接続ピン
14a’〜14c’ 次の処理ステップにおいて形成された接続ピン
114a〜114c あらかじめ軟化された区画、または穴
114a’〜114c’ 次の処理ステップにおいて形成された、あらかじめ軟化された区画、または穴
15 平行移動装置
16 駆動部
17a〜17e はんだ
18a〜18e 引き出し開放舌
20 LED
21 ソケット
22 レンズ
23 半導体部品/発光体
24 ボンディングワイヤ
25 ヒートシンク
30 コネクタ
31 ソケット
40 処理物
41 穴/軟化領域
42 線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Imaging optical system 2 Input lens 3 Output lens 4 Adjustment apparatus 5 Diffraction optical element 6a-6c Diffraction optical element or diffraction optical division 7 Variable (replacement) apparatus 8 Light source (laser diode, LED)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 Optical waveguide 10 Input beam 11 Optical axis 12a-12c Part of beam 13 Printed circuit board 14a-14c Connection pin 14a'-14c 'Connection pin 114a-114c formed in the next processing step Compartment softened beforehand, Or holes 114a 'to 114c' pre-softened sections or holes 15 formed in the next processing step or holes 15 translation device 16 drive units 17a to 17e solders 18a to 18e drawer opening tongue 20 LED
21 Socket 22 Lens 23 Semiconductor component / light emitting body 24 Bonding wire 25 Heat sink 30 Connector 31 Socket 40 Processed object 41 Hole / softening area 42 Wire

Claims (20)

少なくとも2つの要素(13および20)を接合する方法であって、
ビーム(10)を供給する工程ならびに
複数の不連続な光のスポットが、少なくとも2つの上記要素(13および20)の間にある複数の不連続な材料接合部分(17a〜17e)を形成するために形成されるように、結像光学系(1および5)を用いて上記ビーム(10)を結像し、かつ上記ビームを複数のビームの一部(12a〜12c)に分割する工程
を包含する方法。
A method of joining at least two elements (13 and 20) comprising:
Providing a beam (10) and a plurality of discontinuous light spots to form a plurality of discontinuous material joints (17a-17e) between at least two of the elements (13 and 20). Forming the beam (10) using the imaging optical system (1 and 5), and dividing the beam into a plurality of beam portions (12a to 12c). how to.
上記結像光学系は、回折によって上記ビーム(10)を複数のビームの上記一部に分割する回折光学素子(5)を備えている請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the imaging optical system comprises a diffractive optical element (5) for dividing the beam (10) into the parts of a plurality of beams by diffraction. 上記接合部分(17a〜17e)は、接合される上記要素(13および20)の配列、および/または上記要素の幾何学的な配列によってあらかじめ決定された配列に形成され、
上記回折光学素子(5)は、上記入力ビームを、接合部分のあらかじめ決定された上記配列と一致するビームの上記一部(12a〜12c)に分割し、かつ上記入力ビームを異なる方向に導く
請求項2に記載の方法。
The joining portions (17a-17e) are formed in an arrangement predetermined by the arrangement of the elements (13 and 20) to be joined and / or the geometric arrangement of the elements;
The diffractive optical element (5) splits the input beam into the portions (12a-12c) of the beam that coincide with the predetermined array of joints and directs the input beam in different directions. Item 3. The method according to Item 2.
上記回折光学素子(5)は、接合部分のあらかじめ決定された上記配列と一致する、複数の回折光学区画(6a〜6c)を備えている請求項3に記載の方法。   4. The method according to claim 3, wherein the diffractive optical element (5) comprises a plurality of diffractive optical sections (6a-6c) that coincide with the predetermined arrangement of the joints. 上記回折光学区画(6a〜6c)は、ビームの上記一部(12a〜12c)の異なる強度、異なるビームの断面、異なるビームの形状および/またはビームの発散に基づいている請求項4に記載の方法。   The diffractive optical section (6a-6c) is based on different intensities, different beam cross-sections, different beam shapes and / or beam divergences of the part (12a-12c) of the beam. Method. 上記ビーム(10)は、光導波管(9)から発せられ、
上記結像光学系は、入力レンズ(2)および出力レンズ(3)を備えており、
上記ビームまたはビームの上記一部が有するビーム直径は、上記入力レンズと上記光導波管との間の距離(z1)、および/または上記入力レンズと上記出力レンズとの間の距離(z2)を変えることによって、調節される
請求項2〜5のいずれか1項に記載の方法。
The beam (10) is emitted from the optical waveguide (9),
The imaging optical system includes an input lens (2) and an output lens (3).
The beam diameter of the beam or part of the beam is determined by the distance (z1) between the input lens and the optical waveguide and / or the distance (z2) between the input lens and the output lens. 6. The method according to any one of claims 2 to 5, wherein the method is adjusted by changing.
上記回折光学素子(5)は、上記入力レンズ(2)と上記出力レンズ(3)との間に配置されている請求項6に記載の方法。   The method according to claim 6, wherein the diffractive optical element (5) is arranged between the input lens (2) and the output lens (3). 上記材料接合部分は、接着剤の軟質はんだづけ、はんだづけ、溶接または光硬化によって形成されている請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the material joint portion is formed by soft soldering, soldering, welding, or photocuring of an adhesive. 上記接合部分は、少なくとも1つの電子部品または光電子部品、あるいは少なくとも1つのコネクタの接続ピン(14a〜14c)の上に、上記接続ピンと担体とを接合するはんだの溶融によって形成されている請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。   2. The joining portion is formed by melting solder for joining the connection pin and the carrier on the connection pin (14a-14c) of at least one electronic component or optoelectronic component or at least one connector. The method of any one of -8. 上記担体が、プリント回路基板(13;PCB)である請求項9に記載の方法。   The method according to claim 9, wherein the carrier is a printed circuit board (13; PCB). 上記ビーム(10)が、レーザビームである請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the beam is a laser beam. 上記要素(13および20)は、電子部品、微小な電子部品、光電子部品、光学部品およびMEMS(微小電気機器システム)を含んでいる請求項1〜11に記載の方法。   12. Method according to claims 1 to 11, wherein the elements (13 and 20) comprise electronic components, microelectronic components, optoelectronic components, optical components and MEMS (microelectronic device systems). 少なくとも2つの要素(13および20)を接合する装置であって、
上記要素または基板を位置合わせする保持手段(15);
ビーム(10)を供給する光源(8);ならびに
複数の不連続な材料接合部分(17a〜17e)において、少なくとも2つの要素(13および20)の間を接合させる複数の不連続な光のスポットが形成されるように、上記ビームを結像し、かつ上記ビーム(10)を複数のビームの一部に分割する結像手段(1および5)
を備えている装置。
A device for joining at least two elements (13 and 20),
Holding means (15) for aligning said element or substrate;
A light source (8) providing a beam (10); and a plurality of discontinuous spots of light joining at least two elements (13 and 20) in a plurality of discontinuous material joints (17a-17e) Imaging means (1 and 5) for imaging the beam and splitting the beam (10) into parts of a plurality of beams such that
A device equipped with.
上記結像手段は、回折によって上記ビームを複数のビームの上記一部に分割する回折光学素子(5)を備えている請求項13に記載の装置。   14. An apparatus according to claim 13, wherein the imaging means comprises a diffractive optical element (5) for dividing the beam into the parts of a plurality of beams by diffraction. 上記保持手段(15)は、あらかじめ決定された配列に上記要素(13および20)を位置合わせし、
上記回折光学素子(5)は、上記ビームを、あらかじめ決定された上記配列と一致するビームの上記一部(12a〜12c)に分割し、かつ上記ビームを異なる方向に導く
請求項14に記載の装置。
The holding means (15) aligns the elements (13 and 20) in a predetermined array;
15. The diffractive optical element (5) divides the beam into the portions (12a-12c) of a beam that coincide with the predetermined array and directs the beam in different directions. apparatus.
上記回折光学素子(5)は、接合部分のあらかじめ決定された上記配列と一致する、複数の回折光学区画(6a〜6c)を備えている請求項15に記載の装置。   16. The apparatus according to claim 15, wherein the diffractive optical element (5) comprises a plurality of diffractive optical sections (6a-6c) that coincide with the predetermined arrangement of the joints. 上記回折光学区画(6a〜6c)は、ビームの上記一部(12a〜12c)の異なる強度、異なるビームの断面、異なるビームの形状および/またはビームの発散に基づいている請求項16に記載の装置。   17. The diffractive optical section (6a-6c) is based on different intensities, different beam cross sections, different beam shapes and / or beam divergences of the part (12a-12c) of the beam. apparatus. 光導波管(9)をさらに備え、
上記結像光学系が入力レンズ(2)および出力レンズ(3)を有し、
上記ビームまたはビームの上記一部が有するビーム直径は、上記入力レンズと上記光導波管との間の距離(z1)、および/または上記入力レンズと上記出力レンズとの間の距離(z2)を変えることによって、調節される
請求項13〜17のいずれか1項に記載の装置。
Further comprising an optical waveguide (9),
The imaging optical system has an input lens (2) and an output lens (3),
The beam diameter of the beam or part of the beam is determined by the distance (z1) between the input lens and the optical waveguide and / or the distance (z2) between the input lens and the output lens. 18. Apparatus according to any one of claims 13 to 17, which is adjusted by changing.
上記回折光学素子(5)は、上記入力レンズ(2)と上記出力レンズ(3)との間に配置される請求項18に記載の装置。   The apparatus according to claim 18, wherein the diffractive optical element (5) is arranged between the input lens (2) and the output lens (3). 上記光源は、少なくとも1つのレーザビームを供給するために構成されている請求項13〜19のいずれか1項に記載の装置。   20. Apparatus according to any one of claims 13 to 19, wherein the light source is configured to supply at least one laser beam.
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