JP2013103264A - Laser soldering apparatus and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ光を照射して半田付けを行うレーザ半田付け装置及びその方法に関するものである。 The present invention relates to a laser soldering apparatus and method for performing soldering by irradiating a laser beam.
従来、電装部品の端子を基板等に半田付けする場合に、半田ごてを用いる手半田では隣り合う端子同士が近い場合にブリッジ接続(短絡)される虞があり、そのような問題を解消するために高精度に位置決めして自動で半田付けを行うことができる種々の半田付け装置が開発されている。 Conventionally, when soldering a terminal of an electrical component to a substrate or the like, there is a possibility that a manual connection using a soldering iron may cause a bridge connection (short circuit) when adjacent terminals are close to each other, thus solving such a problem. Therefore, various soldering apparatuses have been developed that can be positioned with high precision and can be automatically soldered.
自動で半田付けを行う半田付け装置として、レーザ光を半田または半田付け対象物に照射して半田付けを行うようにしたものがある(例えば特許文献1参照)。レーザ光は微小なスポットにして照射することができるため、近年の高ピッチに配設された微小な端子に対応することができる。 As a soldering apparatus that performs soldering automatically, there is an apparatus that performs soldering by irradiating solder or an object to be soldered with laser light (see, for example, Patent Document 1). Since the laser beam can be irradiated as a minute spot, it can correspond to a minute terminal arranged at a high pitch in recent years.
上記特許文献1による半田付け装置では、単一のコアを有し、光増幅した光をシングルモードで出力する増幅用光ファイバを用いて出力するファイバーレーザ装置により、マイクロ秒以上のパルス幅の光として出力して、その出力光を半田または半田対象物に照射して微小サイズの半田付けを行う。また、具体的には1064nm(または532nm)の単一波長のレーザ光を用いている。
In the soldering apparatus according to
一方、半田を構成する金属(主としてSn)と半田付け対象物(上記ランド)を構成する金属(銅または金等)とのレーザ光の波長に対する光吸収率に違いがある。そのため、上記半田装置では、半田の光吸収率が高い波長のレーザ光を照射する場合には半田に対して行い、半田付け対象物の光吸収率が高い波長のレーザ光を照射する場合には半田付け対象物に対して行う、というように波長に応じて照射対象を変えることになる。 On the other hand, there is a difference in the optical absorptance of the metal (mainly Sn) constituting the solder and the metal (copper or gold or the like) constituting the soldering object (the land) with respect to the wavelength of the laser beam. Therefore, in the above solder apparatus, when irradiating laser light having a wavelength with high light absorption rate of solder, it is applied to the solder, and when irradiating laser light having a wavelength with high light absorption rate of the soldering object, The irradiation target is changed according to the wavelength, for example, to the soldering target.
しかしながら、半田を溶融させて半田付けを行う場合には半田付け対象物も半田が溶融し得る温度まで昇温しておくことにより半田が円滑に行き渡るようになるが、半田付け時間をできるだけ短縮するために上記したようにいずれか一方を早く発熱させた場合には、他方に伝熱されるまでに、先に発熱させた方に熱ダメージが生じる虞がある。熱ダメージが生じた状態で半田付けされたものは、半田付け部分の品質が低下してしまう。熱ダメージが生じないようにするためには、レーザ光の照射部分が急激に発熱しないように時間を掛けて発熱させることが考えられるが、半田付け時間が長くなるため生産性が低くなってしまうという問題があった。 However, when soldering is performed by melting the solder, the solder can be spread smoothly by raising the temperature of the soldering target to a temperature at which the solder can be melted, but the soldering time is reduced as much as possible. For this reason, as described above, when either one is heated quickly, there is a possibility that thermal damage may occur in the direction of heat generation before the heat is transferred to the other. When soldered in a state where thermal damage has occurred, the quality of the soldered portion is degraded. In order to prevent thermal damage from occurring, it is conceivable that heat is generated over time so that the irradiated portion of the laser beam does not generate heat suddenly, but since the soldering time is increased, productivity is lowered. There was a problem.
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、半田付けの品質を高めかつ半田付け時間を短縮し得るレーザ半田付け装置を提供することにある。 The present invention has been devised to solve such problems of the prior art, and its main purpose is to provide a laser soldering apparatus capable of improving the soldering quality and shortening the soldering time. There is to do.
本発明の半田付け装置は、2つの半田付け対象物と半田とを有する半田付け部分にレーザ光を照射して半田付けするレーザ半田付け装置であって、前記半田付け対象物よりも前記半田を昇温させるのに適する第1レーザ光を出射する第1レーザ光源と、前記半田よりも前記半田付け対象物を昇温させるのに適する第2レーザ光を出射する第2レーザ光源とを有し、前記第1レーザ光源および前記第2レーザ光源の一方が他方より低出力であり、当該低出力の方は、前記半田と前記半田付け対象物とが前記各レーザ光の照射により概ね同時に所定温度まで昇温するように、複数設けられている構成とする。 The soldering apparatus of the present invention is a laser soldering apparatus for irradiating a soldering portion having two soldering objects and solder with laser light and soldering the soldering object more than the soldering object. A first laser light source that emits a first laser beam suitable for raising the temperature; and a second laser light source that emits a second laser beam suitable for raising the temperature of the soldering object rather than the solder. One of the first laser light source and the second laser light source has a lower output than the other, and the lower output is that the solder and the soldering object are irradiated with the laser beams at a predetermined temperature almost simultaneously. It is set as the structure provided in multiple so that it may heat up to.
本発明によれば、2つの半田付け対象物同士を半田付けする場合に、半田付け対象物及び半田の両方に対して別々のレーザ光をそれぞれ照射して昇温させることから、半田と半田付け対象物との温度特性(同一レーザ光による昇温早さ)に違いがあっても、その温度特性に応じて各レーザ光源の出力を調節することができ、半田と半田付け対象物とを所定温度まで概ね同時に昇温させることができるため、いずれか一方の発熱が大きくなって熱ダメージが生じてしまうことを防止し得る。 According to the present invention, when two soldering objects are to be soldered, the temperature is raised by irradiating both the soldering object and the solder with different laser beams, respectively. Even if there is a difference in temperature characteristics from the target (temperature rise speed by the same laser beam), the output of each laser light source can be adjusted according to the temperature characteristics, and the solder and the soldering target are specified. Since the temperature can be raised almost simultaneously to the temperature, it is possible to prevent any one of the heat generations from increasing and causing thermal damage.
前記課題を解決するためになされた第1の発明は、2つの半田付け対象物と半田とを有する半田付け部分にレーザ光を照射して半田付けするレーザ半田付け装置であって、前記半田付け対象物よりも前記半田を昇温させるのに適する第1レーザ光を出射する第1レーザ光源と、前記半田よりも前記半田付け対象物を昇温させるのに適する第2レーザ光を出射する第2レーザ光源とを有し、前記第2レーザ光源は、前記第1レーザ光源よりも低出力であり、かつ前記半田が前記第1レーザ光の照射により所定温度まで昇温するのと概ね同時に前記半田付け対象物も当該所定温度まで昇温するように複数設けられている構成とする。 A first invention made to solve the above-described problems is a laser soldering apparatus for irradiating a soldering portion having two soldering objects and solder by irradiating a laser beam, the soldering A first laser light source that emits a first laser beam suitable for raising the temperature of the solder from the object, and a second laser light that emits a second laser beam suitable for raising the temperature of the soldering object than the solder. Two laser light sources, the second laser light source has a lower output than the first laser light source, and the solder is heated to a predetermined temperature by the irradiation of the first laser light substantially simultaneously with the temperature A plurality of soldering objects are also provided so as to increase the temperature to the predetermined temperature.
これによると、2つの半田付け対象物同士を半田付けする場合に、半田付け対象物及び半田の両方に対して別々のレーザ光をそれぞれ照射して昇温させることから、半田と半田付け対象物との温度特性(同一レーザ光による昇温早さ)に違いがあっても、その温度特性に応じて各レーザ光源の出力を調節することができ、半田と半田付け対象物とを好適に所定温度まで概ね同時に昇温させることができるため、いずれか一方の発熱が大きくなって熱ダメージが生じてしまうことを防止し得る。 According to this, when two soldering objects are soldered, both the soldering object and the solder are irradiated with different laser beams to raise the temperature. Even if there is a difference in the temperature characteristics (heating speed by the same laser beam), the output of each laser light source can be adjusted according to the temperature characteristics, and the solder and the soldering object are suitably determined. Since the temperature can be raised almost simultaneously to the temperature, it is possible to prevent any one of the heat generations from increasing and causing thermal damage.
また、第2の発明は、前記第1の発明において、前記第1レーザ光は、前記半田の光吸収率が前記半田付け対象物よりも高くなる波長のレーザ光であり、前記第2レーザ光は、前記半田付け対象物の光吸収率が前記半田よりも高くなる波長のレーザ光である構成とする。 In a second aspect based on the first aspect, the first laser beam is a laser beam having a wavelength at which the light absorption rate of the solder is higher than that of the soldering object, and the second laser beam. Is a laser beam having a wavelength at which the light absorption rate of the soldering object is higher than that of the solder.
これによると、照射対象の光吸収率の違いに応じた好適な波長のレーザ光を照射することから、効率良く発熱させることができる。 According to this, since the laser beam having a suitable wavelength corresponding to the difference in the light absorption rate of the irradiation target is irradiated, heat can be generated efficiently.
また、第3の発明は、前記第1または第2の発明において、前記第1レーザ光は赤色レーザ光であり、前記第2レーザ光は青色レーザ光である構成とする。 According to a third aspect, in the first or second aspect, the first laser light is red laser light, and the second laser light is blue laser light.
これによると、入手容易な赤色半導体レーザと青色半導体レーザを用いて、それぞれの金属における光吸収率の違いに応じて、半田には赤色レーザ光を照射し、半田付け対象物となる導体には青色レーザ光を照射することから、それぞれを効率良く発熱させることができる。 According to this, using a readily available red semiconductor laser and blue semiconductor laser, the solder is irradiated with red laser light according to the difference in light absorption rate of each metal, and the conductor to be soldered is applied to the conductor. Since the blue laser light is irradiated, each can be efficiently heated.
また、第4の発明は、前記第3の発明において、前記青色レーザ光は、前記半田付け対象物にスポット状に照射される構成とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the blue laser light is applied to the soldering object in a spot shape.
これによると、入手容易な青色半導体レーザは低出力なため、それに比べて高出力となる赤色半導体レーザよりも多く配設し、さらに例えば集光レンズで集光してポットにして照射することにより、赤色レーザ光で照射される半田の昇温に合わせて概ね同時に半田付け対象得物を所定温度まで昇温させることができる。 According to this, since the blue semiconductor laser that is readily available has low output, it is arranged more than the red semiconductor laser that has high output compared to it, and further, for example, it is condensed by a condenser lens and irradiated in a pot The product to be soldered can be heated to a predetermined temperature almost simultaneously with the temperature rise of the solder irradiated with the red laser light.
また、第5の発明は、2つの半田付け対象物と半田とを有する半田付け部分にレーザ光を照射して半田付けするレーザ半田付け方法であって、第1レーザ光源により、前記半田付け対象物よりも前記半田を昇温させるのに適する第1レーザ光を前記半田に照射し、第2レーザ光源により、前記半田よりも前記半田付け対象物を昇温させるのに適する第2レーザ光を前記半田付け対象物の少なくとも一方に照射し、前記第1レーザ光源および前記第2レーザ光源の低出力の方を複数設けて、前記半田と前記半田付け対象物とが前記各レーザ光の照射により概ね同時に所定温度まで昇温させる構成とする。 The fifth invention is a laser soldering method in which a soldering portion having two soldering objects and solder is irradiated with a laser beam for soldering, and the soldering object is obtained by a first laser light source. The solder is irradiated with a first laser beam suitable for raising the temperature of the solder than the object, and a second laser light suitable for raising the temperature of the soldering object than the solder is emitted by the second laser light source. Irradiating at least one of the objects to be soldered, and providing a plurality of low-powered ones of the first laser light source and the second laser light source, and the solder and the soldering object are irradiated with each laser beam. The temperature is raised to a predetermined temperature almost simultaneously.
これによると、2つの半田付け対象物同士を半田付けする場合に、半田付け対象物及び半田の両方に対して別々のレーザ光をそれぞれ照射して昇温させることから、半田と半田付け対象物との温度特性(同一レーザ光による昇温早さ)に違いがあっても、その温度特性に応じて各レーザ光源の出力を調節することができ、半田と半田付け対象物とを好適に所定温度まで概ね同時に昇温させることができるため、いずれか一方の発熱が大きくなって熱ダメージが生じてしまうことを防止し得る。 According to this, when two soldering objects are soldered, both the soldering object and the solder are irradiated with different laser beams to raise the temperature. Even if there is a difference in the temperature characteristics (heating speed by the same laser beam), the output of each laser light source can be adjusted according to the temperature characteristics, and the solder and the soldering object are suitably determined. Since the temperature can be raised almost simultaneously to the temperature, it is possible to prevent any one of the heat generations from increasing and causing thermal damage.
また、第6の発明は、前記第5の発明において、前記第1レーザ光は、前記半田付け対象物よりも前記半田の方が光吸収率が高くなる波長のレーザ光であり、前記第2レーザ光は、前記半田よりも前記半田付け対象物の方が光吸収率が高くなる波長のレーザ光である構成とし、第7の発明は、前記第5または第6の発明において、前記第1レーザ光は赤色レーザ光であり、前記第2レーザ光は青色レーザ光である構成とする。これらによると、照射対象の光吸収率の違いに応じた好適な波長のレーザ光として、半田には赤色レーザ光を照射し、半田付け対象物となる導体には青色レーザ光を照射することにより、効率良く発熱させることができる。 In a sixth aspect based on the fifth aspect, the first laser beam is a laser beam having a wavelength at which the light absorption rate of the solder is higher than that of the object to be soldered. The laser beam is configured to be a laser beam having a wavelength such that the light absorption rate of the soldering object is higher than that of the solder, and a seventh aspect of the invention is the fifth or sixth aspect of the invention. The laser light is red laser light, and the second laser light is blue laser light. According to these, as laser light having a suitable wavelength according to the difference in light absorption rate of the irradiation target, the solder is irradiated with red laser light, and the conductor to be soldered is irradiated with blue laser light. Can generate heat efficiently.
また、第8の発明は、前記第7の発明において、前記青色レーザ光は、前記半田付け対象物にスポット状に照射される構成とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in the seventh aspect of the invention, the blue laser light is applied to the soldering object in a spot shape.
これによると、入手容易な青色半導体レーザは低出力なため、それに比べて高出力となる赤色半導体レーザよりも多く配設し、さらに例えば集光レンズで集光してポットにして照射することにより、赤色レーザ光で照射される半田の昇温に合わせて概ね同時に半田付け対象得物を所定温度まで昇温させることができる。 According to this, since the blue semiconductor laser that is readily available has low output, it is arranged more than the red semiconductor laser that has high output compared to it, and further, for example, it is condensed by a condenser lens and irradiated in a pot The product to be soldered can be heated to a predetermined temperature almost simultaneously with the temperature rise of the solder irradiated with the red laser light.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明によるレーザ半田付け装置の一例を示す要部斜視図である。図1の例では、電気回路基板1に例えばプリント配線されている半田付け対象物としての端子2が複数配設され、それら各端子2に、フラットケーブル3のケーブル端で露出された各電線の端部である半田付け対象物としての導体4が半田付けされるようになっている。なお、端子2は、図では板状体に形成されているが、孔を有するランドとして形成されていてもよい。端子2には、例えば前工程のリフローにより所定量の半田5が設けられている。または、リフローにより半田5を端子2に半田付けしておいてもよい。
FIG. 1 is a perspective view of a main part showing an example of a laser soldering apparatus according to the present invention. In the example of FIG. 1, a plurality of
そして、フラットケーブル3の導体4が、端子2に上記したように設けられた半田5の上に載るように位置決め設定される。端子2は導体4の延在方向に長い短冊形状に形成されており、その上面の略全面に半田5が載っている。また、図示省略のセット装置により、半田5の略半分を覆うように導体4が位置決めされている。
Then, positioning is set so that the
位置決めされた状態の導体4及び半田5の上方には、レーザ半田付け装置6が配置されている。レーザ半田付け装置6からは、本実施形態では半田5を照射する第1レーザ光としての赤色レーザ光Lrと、導体4を照射する第2レーザ光としての青色レーザ光Lbとが出力される。なお、図1における各レーザ光Lr・Lbの半田5及び導体4におけるスポットは位置を表すものであり、大きさを限定するものではない。
A
図2は、本発明に基づくレーザ半田付け装置の内部構成を示す模式的斜視図である。図に示されるように、レーザ半田付け装置6の内部には、赤色レーザ光Lrを出射する赤色レーザ出射装置7と、青色レーザ光Lbを出射する青色レーザ出射装置8と、赤色レーザ出射装置7から出射される赤色レーザ光Lrを半田5に集光させると共に青色レーザ出射装置8から出射される青色レーザ光Lbを導体4に集光させるための集光レンズ(凸レンズ)9と、赤色レーザ出射装置7と青色レーザ出射装置8との出力を制御する制御ユニット10とが設けられている。なお、図2では、各レーザ光Lr・Lb同士が交差してそれぞれ半田5・導体4を照射するようにされているが、各レーザ出射装置7・8の集光レンズ9の光軸Crに対する傾きや集光レンズ9のレンズ特性等の設定により交差せずに照射させることも可能であり、その場合には各レーザ出射装置7・8の配置が図2の場合とは左右逆になる。
FIG. 2 is a schematic perspective view showing the internal configuration of the laser soldering apparatus according to the present invention. As shown in the drawing, inside the
図3は赤色レーザ出射装置7の構成を示す模式図である。なお、図ではケーシングや各光学素子を固定する部材等を省略している。図に示されるように、赤色レーザ出射装置7には、例えば2つの第1レーザ光源としての赤色半導体レーザ11が互いに並列に配設されていると共に、赤色半導体レーザ11の光軸上には、赤色レーザ半導体11側からコリメータレンズ12と、偏光ビームスプリッタ13と、λ/4板14と、集光レンズ9とが、この順に配設されている。なお、コリメータレンズ12も、各赤色レーザ半導体11のそれぞれに対応して2つ設けられている。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the red
赤色レーザ半導体11から出射された赤色レーザ光Lrは、光軸を芯とする円錐状に拡散して出射されるが、コリメータレンズ12により平行光にされて偏光ビームスプリッタ13に入射する。偏光ビームスプリッタ13には、赤色レーザ光Lrの光軸に対して45度傾斜した偏光面13aが設けられている。赤色レーザ光Lrの偏光面13aを通過した成分(例えばP偏光成分)は、λ/4板14により90度位相がずれ、集光レンズ9により収束して、半田5の所定位置にスポットとして照射される。
The red laser light Lr emitted from the
また、半田5からの反射光は、集光レンズ9を戻った後、λ/4板14によりさらに90度位相がずらされて偏光ビームスプリッタ13に入るため、偏光面13で反射して、偏光ビームスプリッタ13の側方(図の右側)に出射する。その偏光ビームスプリッタ13の側方には例えば黒色の吸収体15が設けられており、反射光は、吸収体15で吸収されて装置の外部に漏れ出ることはない。
Further, the reflected light from the
なお、図3では赤色半導体レーザ11を2つ設けたが、半田5の大きさや半田付け時間と、入手容易な赤色半導体レーザの出力性能とに応じて任意の数であってよく、1つまたは3つ以上でもよい。また、図3では赤色レーザ出射装置7について説明したが、青色レーザ出射装置8も図3と同様の構成でよく、特に偏光ビームスプリッタ13とλ/4板14の構成は同じであってよい。また、図3では集光レンズ9が赤色レーザ光Lr専用のように示されているが、図2に示したように青色レーザ光Lbと共通であってよい。
In FIG. 3, two
図4は青色レーザ出射装置8の青色レーザ光Lbの出射部分の構成を示す要部拡大斜視図である。本実施形態では、4つの第2レーザ光源としての青色半導体レーザ21が格子状に配設され、それぞれに対応して4つのコリメータレンズ22が配設されている。なお、各青色レーザ半導体21は基板23に固設され、その基板23には各青色半導体レーザ21を外囲する矩形枠形状のスペーサ24が固着されている。スペーサ24の各青色半導体レーザ21とは相反する側には上記4つのコリメータレンズ22を個別に保持するための各保持部材25が設けられている。
FIG. 4 is an essential part enlarged perspective view showing the configuration of the emission part of the blue laser beam Lb of the blue
図5はコリメータレンズ22の相対位置調整構造を示す要部拡大断面図である。スペーサ24のコリメータレンズ22側には保持部材25を取り付けるために板状の蓋状部分24aが設けられ、蓋状部分24aには青色半導体レーザ21からの出射光(青色レーザ光Lb)を通すのに十分な開口面積を有する開口24bが設けられている。
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the main part showing the relative position adjustment structure of the
保持部材25は、全体として矩形枠形状をなすと共に、開口24bと連通しかつ開口24bの開口面積以上の大きさの開口25aと、その開口25aから外向き(青色レーザ光Lbの光軸Cbの出射方向)に拡開する矩形状テーパ孔を形成する4つの内側斜面25bとを有する。各内側斜面25bは、矩形の保持部材25の各辺に沿って直線状に延在し、全体で正四角形を形成している。
The holding
コリメータレンズ22の胴体部分は円柱に形成されており、入射面22aはレンズの光軸Ccを中心とする円に形成されている。コリメータレンズ22は、その入射面22aの円形の縁を各内側斜面25bに4点で当接し、それら4点の当接状態で保持部材25に位置決めされ、例えば接着剤により保持部材25に固定される。
The body portion of the
上記位置決め構造により、コリメータレンズ22を接着固定する前に、コリメータレンズ22の入射面22aの縁を4つの内側斜面25bに4点で当接させた状態にしつつ、コリメータレンズ22をあおり移動させることにより、コリメータレンズ22の光軸Ccを青色半導体レーザ21の光軸Cbに対して任意の方向に傾けることができる。
With the above positioning structure, before the
図4に示されるように、青色レーザ光Lbの光軸Cbに直交する直交軸をXY軸として、コリメータレンズ22をX軸・Y軸方向に図の弧状の矢印Xθ・Yθに示されるように傾動させると、図5に示されるように、X軸方向に対する傾き角度がθxになり、Y軸方向に対する傾き角度がθyになる。なお、図5におけるθxは図示の断面をX軸に沿わせた場合であり、同様にθyは図示の断面をY軸に沿わせた場合である。各θx・θyはそれぞれ任意の角度にすることができるため、コリメータレンズ22のレンズ軸Ccの光軸Cbに対する傾きを任意の方向に設定することができる。
As shown in FIG. 4, the orthogonal axis orthogonal to the optical axis Cb of the blue laser light Lb is taken as the XY axis, and the
青色半導体レーザ21を基板23に固設した状態で、図5に示されるように、青色半導体レーザ21のレーザ発光点Pbがコリメータレンズ22のレンズ軸Ccに対してずれている場合には、レンズ軸Cc上にレーザ発光点Pbが位置するように調整することができる。これにより、青色半導体レーザ21の組み付け誤差が生じていても、何等問題が生じることなく、コリメータレンズ22による正常な平行光が得られる。なお、本実施形態の場合には青色半導体レーザ21を4つ配設し、それぞれにコリメータレンズ22を配設していることから、上記調整を4回行う。
When the
上記実施形態では青色レーザ出射装置8におけるコリメータレンズ22の相対位置調整要領について説明したが、赤色レーザ出射装置7においても同様であり、その説明を省略する。本実施形態の赤色レーザ出射装置7では赤色半導体レーザ11を2つ配設していることから、上記と同じ調整を2回行えばよい。
In the above embodiment, the procedure for adjusting the relative position of the
図6は、青色レーザ光Lbの集光要領を示す図である。また、図7は4本の青色レーザ光の集光の変化を示す図であり、(a)は図6の矢印VIIa−VIIa線の位置で見た図であり、(b)は図6の矢印VIIb−VIIb線の位置で見た図であり、(c)は図6の矢印VIIc−VIIc線の位置で見た図である。図6・7に示されるように、集光レンズ9には4本の平行光からなる青色レーザ光Lbが互いに離れた状態で入射し、それら4本の青色レーザ光Lbは、集光レンズ9により集光されて導体4に近付くにつれて互いに集められ、導体4上で1つの光になる。なお、図7(c)ではスポットとして1点に集光するようにされているが、必ずしも1つのスポットとして集光しなくてもよく、例えば図7(b)の4つの円同士が互いにさらに近付いて接する程度であってもよい。
FIG. 6 is a diagram showing a condensing procedure of the blue laser light Lb. FIG. 7 is a diagram showing a change in condensing of the four blue laser beams, (a) is a diagram seen at the position of arrows VIIa-VIIa in FIG. 6, and (b) is a diagram in FIG. It is the figure seen at the position of the arrow VIIb-VIIb line, (c) is the figure seen at the position of the arrow VIIc-VIIc line of FIG. As shown in FIGS. 6 and 7, blue laser light Lb composed of four parallel lights is incident on the
なお、赤色レーザ光Lrも同様に1つのスポットとして集光するようにされてよく、本実施形態では青色レーザ光Lbが4本であるのに対して、赤色レーザ光Lrの場合には2本であり、それ以外は上記と同様であってよい。 Similarly, the red laser light Lr may be condensed as one spot. In the present embodiment, the blue laser light Lb is four, whereas the red laser light Lr is two. Otherwise, it may be the same as above.
図8は、赤色及び青色レーザ光の半田及び導体への照射要領を示す図であり、(a)は平面図であり、(b)は側面図である。青色レーザ光Lbのスポットは、導体4の先端部の幅を略直径としかつ導体4からはみ出さない広さの範囲を照射するようにされている。赤色レーザ光Lrのスポットは、半田5における導体4により覆われない略半分の平面広さでの中央部分を中心とし、かつその略半分の平面広さの全体を照射するようにされている。
FIGS. 8A and 8B are diagrams showing a procedure for irradiating the solder and conductor with red and blue laser beams, FIG. 8A is a plan view, and FIG. 8B is a side view. The spot of the blue laser light Lb is configured to irradiate a range in which the width of the tip of the
本実施形態では、青色レーザ光Lbの照射スポットが導体4からはみ出さない大きさとされているのに対して、赤色レーザ光Lrの照射スポットが半田5からはみ出す大きさとされている。青色半導体レーザ21は、入手容易なものの出力が赤色半導体レーザ11の入手容易なものの出力に対して小さいため、上記したように数を多くしており、さらに効率良く導体4を発熱させるため、できるだけ照射損失を出さないように導体4のみを照射するようにしている。このように、青色レーザ光Lbの照射スポットは導体4からはみ出さない大きさとするのが好ましいが、その照射範囲は、概ね集中して導体4を照射するのであればよく、厳密に導体4からはみ出すことを禁じるものではない。
In the present embodiment, the irradiation spot of the blue laser light Lb is sized so as not to protrude from the
それに対して、赤色半導体レーザ11においては、大きな出力のものを入手容易であることから、半田5からはみ出る部分が生じても、半田5の発熱低下に影響を及ぼす事が無い。このように、出力に余裕のある赤色レーザ光Lrの照射範囲を広くしておくことにより、レーザ半田付け装置6の位置決めにおいて、出力に余裕のない青色レーザ光Lbを基準に位置決めすればよい。また、青色レーザ光Lbの照射スポットの径は相対的に小さいことから、位置決めの基準として好適である。
On the other hand, since the
本実施形態のように、半田5には赤色レーザ光Lrを照射し、導体4には青色レーザ光Lbを照射するようにしているのは、それぞれの金属の違いによる光吸収率の違いによる。図9は、赤色及び青色レーザ光の金属の種類(金・銅・スズ)の違いによる光吸収率を示す図である。図に示されるように、青色レーザ光の光吸収率は、3種類の中ではスズが最も低く、銅がより高く、金が最も高い。それに対して、赤色レーザ光の光吸収率は、3種類の中では金と銅が低く、スズが最も高い。
The reason why the
したがって、各レーザ光の照射対象としては、青色レーザ光Lbにより半田5を照射し、赤色レーザ光Lrにより導体4を照射することが好適である。このようにすることにより、赤色及び青色半導体レーザ11・21の各出力の調整により、半導体5及び導体4の各温度上昇を調整することができ、半導体及び導体4が略同時に半導体5が溶融する温度になるように制御することができる。なお、導体4は部品段階で一定形状に形成されており、自動化された半田付け工程では半田5は前工程で所定量だけ盛り付けられており、半田5及び導体4のレーザ光の照射時間を所定値に設定しておくことで、半田を常に同じ溶融状態にさせて、同じ状態の半田付けを行うことができる。
Therefore, it is preferable to irradiate the
図10は、本発明のレーザ半田付け装置による半田付け後の状態を示す図であり、(a)は図8(a)に対応する図であり、(b)は図8(b)に対応する図である。図に示されるように、半田付けが終了すると、導体4の先端部の上面を覆うように半田5が流れ込んだ状態となり、導体4と端子2とが半田5を介して好適に半田結合される。
10A and 10B are views showing a state after soldering by the laser soldering apparatus of the present invention, in which FIG. 10A corresponds to FIG. 8A and FIG. 10B corresponds to FIG. It is a figure to do. As shown in the figure, when the soldering is completed, the
このように、半田付けにおけるレーザ光の照射対象別に、特に各組成金属の種類に応じて発熱させるのに好適な波長のレーザ光を選択して半田付けを行うことから、上記したように、半田と半田付け対象物とを同じように発熱かつ昇温させることができ、半田が流れる前に半田付け対象物を発熱させ過ぎてダメージを与えてしまうことがない。また、同時に半田溶融温度に達することにより、半田が半田対象物に流れ易くなり、強固な半田結合かつ見栄えの良い半田付け状態にすることができる。 As described above, since soldering is performed by selecting a laser beam having a wavelength suitable for generating heat according to the type of each metal composition, for each laser beam irradiation target in soldering, as described above, The soldering object and the soldering object can be similarly heated and heated, and the soldering object is not heated excessively before the solder flows to cause damage. At the same time, when the solder melting temperature is reached, the solder can easily flow into the solder target, and the solder can be brought into a solid solder bond and a good appearance.
また、半田付け対象物としての導体4が銅や金を組成とする金属であり、その金属の光吸収率が高い青色レーザ光Lbを用いるとよいが、上記したように青色半導体レーザ21の入手し易いものは比較的低出力であるため、青色半導体レーザ21を複数(実施形態では4つ)設けている。複数の青色半導体レーザ21を実施形態のように格子状に配設した場合には4本の互いに平行なレーザ光を出射させることができるが、そのままでは各レーザ光が互いに離れているので導体4を速やかに発熱させることができない。
Further, the
それに対して、上記したように集光レンズ9により各レーザ光を1つのスポットとして集光させることができ、導体4の1箇所を集中的に照射することにより発熱を早めることができる。また、上記したように各青色レーザ光Lbのそれぞれにコリメータレンズ22を設けており、各コリメータレンズ22のあおり角度を調整することにより、各青色レーザ光Lbをより確実かつ容易に1点に集光させることができる。
On the other hand, as described above, each laser beam can be condensed as one spot by the condensing
また、上記実施形態では、1つの集光レンズ9で赤色及び青色レーザ光Lr・Lbのスポット化のための集光を行わせるようにしたが、各レーザ光Lr・Lbにそれぞれ1つずつの集光レンズを配設するようにしてもよい。なお、上記実施形態のように共通の集光レンズ9を1つ設けた場合には、そのレンズ構造としては可変焦点レンズを用いるとよい。可変焦点レンズとしては、例えば液体を封入したレンズ部と、圧電素子を用いたアクチュエータとにより構成される公知構造のものであってよく、その説明を省略する。
In the above-described embodiment, the
以上、本発明を、その好適形態実施例について説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明はこのような実施例により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。また、上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。 Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to such embodiments so that those skilled in the art can easily understand, and departs from the spirit of the present invention. It is possible to change appropriately within the range not to be. In addition, all the components shown in the above embodiment are not necessarily essential, and can be appropriately selected without departing from the gist of the present invention.
本発明にかかるレーザ半田付け装置は、半田と半田付け対象物とを所定温度まで概ね同時に昇温させることができ、自動で半田付けを行う装置として有用である。 The laser soldering apparatus according to the present invention can raise the temperature of a solder and an object to be soldered to a predetermined temperature almost simultaneously, and is useful as an apparatus for performing automatic soldering.
2 端子
4 導体
5 半田
6 レーザ半田付け装置
7 赤色レーザ出射装置
8 青色レーザ出射装置
11 赤色半導体レーザ(第1レーザ光源)
21 青色半導体レーザ(第2レーザ光源)
2
21 Blue semiconductor laser (second laser light source)
Claims (8)
前記半田付け対象物よりも前記半田を昇温させるのに適する第1レーザ光を出射する第1レーザ光源と、前記半田よりも前記半田付け対象物を昇温させるのに適する第2レーザ光を出射する第2レーザ光源とを有し、
前記第1レーザ光源および前記第2レーザ光源の一方が他方より低出力であり、当該低出力の方は、前記半田と前記半田付け対象物とが前記各レーザ光の照射により概ね同時に所定温度まで昇温するように、複数設けられていることを特徴とするレーザ半田付け装置。 A laser soldering apparatus for performing soldering by irradiating a laser beam onto a soldering portion having two soldering objects and solder,
A first laser light source that emits a first laser beam suitable for raising the temperature of the solder from the soldering object, and a second laser beam suitable for raising the temperature of the soldering object than the solder. A second laser light source that emits,
One of the first laser light source and the second laser light source has a lower output than the other, and the lower output is that the solder and the soldering object are approximately simultaneously heated to a predetermined temperature by irradiation of the laser beams. A laser soldering apparatus, wherein a plurality of laser soldering apparatuses are provided to increase the temperature.
第1レーザ光源により、前記半田付け対象物よりも前記半田を昇温させるのに適する第1レーザ光を前記半田に照射し、
第2レーザ光源により、前記半田よりも前記半田付け対象物を昇温させるのに適する第2レーザ光を前記半田付け対象物の少なくとも一方に照射し、
前記第1レーザ光源および前記第2レーザ光源の低出力の方を複数設けて、前記半田と前記半田付け対象物とが前記各レーザ光の照射により概ね同時に所定温度まで昇温させることを特徴とするレーザ半田付け方法。 A laser soldering method in which a soldering portion having two soldering objects and solder is irradiated with a laser beam for soldering,
The first laser light source irradiates the solder with a first laser beam suitable for raising the temperature of the solder than the object to be soldered,
Irradiating at least one of the soldering objects with a second laser light source suitable for raising the temperature of the soldering object rather than the solder;
A plurality of low-power ones of the first laser light source and the second laser light source are provided, and the solder and the soldering object are heated to a predetermined temperature substantially simultaneously by irradiation of the laser beams, Laser soldering method.
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