JP2017501881A - 半田材料堆積物を別々に塗布するための装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、半田材料堆積物（１１）、特に半田ボールを別々に塗布するための装置（１０）に関する。本発明の装置は、半田材料堆積物を半田材料タンク（１２）から塗布装置（３３）に別々に運搬する運搬装置（１９）を備える。運搬装置は、搬送ホルダを含む。搬送ホルダは、通路孔として形成され、受取位置から輸送位置Ｐ２に移動されることができる。受取位置において、半田材料堆積物は、半田材料タンクから受け取られ、輸送位置Ｐ２において、半田材料堆積物は、圧力ガスに曝され、輸送位置Ｐ２から塗布位置Ｐ３に位置する塗布装置の塗布ノズル（３６）の塗布開口（３７）に輸送される。レーザ装置から出射されたレーザ光を用いて、塗布位置Ｐ３に配置された半田材料堆積物に対する処理をトリガする第１の検出装置（６９）と、半田材料堆積物の位置を定めるための第２の検出装置（８０）とが設けられている。

Description

本発明は、半田材料堆積物、特に半田ボールを別々に塗布するための装置に関する。本発明の装置は、半田材料タンクからの半田材料堆積物を塗布装置に別々に運搬するための運搬装置を備え、運搬装置は、搬送ホルダを含み、搬送ホルダは、通路孔として形成され、受取位置Ｐ１から輸送位置Ｐ２に移動されることができる。受取位置Ｐ１において、半田材料堆積物は、半田材料タンクから受け取られ、輸送位置Ｐ２において、半田材料堆積物は、圧力ガスに曝され、輸送位置Ｐ２から塗布位置Ｐ３に位置する塗布装置の塗布ノズルの塗布開口に輸送される。

冒頭で言及した種類の装置は、ＤＥ−１９５４１９９６−Ａ１から知られている。この装置は、塗布位置に配置された半田材料堆積物に対する処理をトリガするための検出装置を備え、検出装置は、圧力センサとして実現されている。この圧力センサは、塗布開口が塗布位置Ｐ３に配置された半田材料堆積物によって閉塞されたときに、塗布ダクト内で形成された正圧を検出する。レーザ処理は、圧力センサによって制御され、半田材料堆積物が塗布位置Ｐ３に配置され且つ塗布開口を閉塞するときの所定の切換圧力に達成するときにトリガされる。

この既知の装置が使用されるときに、レーザ光による処理の前に、半田材料堆積物を塗布する予定の基板の端子面に接触させるように、半田材料堆積物の綺麗な塗布位置を形成する。これによって、塗布開口は、閉塞され、圧力センサは、対応するセンサ出力信号を提供し、レーザ処理をトリガする。既知の装置の圧力センサとして形成された検出装置は、レーザ処理をトリガするとともに、半田材料堆積物の位置を定めるように機能する。したがって、いずれの場合において、この既知の装置の検出装置は、半田材料堆積物が塗布位置に配置されているか否かに関する情報およびそれによって半田材料のレーザ処理を行うことができるか否かについての情報を決定する。

本発明の目的は、レーザ処理のより正確な制御を可能にする上述した種類の装置を提案することである。

この目的を達成するために、本発明に係る装置は、請求項１の特徴を有する。
本発明によれば、装置は、レーザ装置から出射されたレーザ光を用いて、塗布位置Ｐ３に配置された半田材料堆積物に対する処理をトリガする第１の検出装置と、半田材料堆積物の位置を定めるための第２の検出装置とを備える。

レーザ処理をトリガするように機能する第１の検出装置に加えて、第１の検出装置と別体して、半田材料堆積物の位置に関する情報を提供する第２の検出装置を設けることによって、半田材料堆積物の位置に応じてレーザ処理を行うことができるため、レーザ処理をより正確に制御することができる。

圧力センサを用いてレーザ処理をトリガする公知の装置とは逆に、本発明に係る装置の好ましい実施形態は、光学センサ装置として実現された第１の検出装置に設けられた反射センサを使用する。反射センサは、光学センサの補助によって半田材料堆積物の検出を可能にするように、溶融エネルギーで半田材料堆積物を処理するためのエネルギー源として使用されるレーザ装置が媒体、すなわちレーザ光を同時に出射するために、光学センサを用いて半田材料堆積物から反射された反射光を検出する。圧力センサは、第２の検出装置として使用される。しかしながら、圧力センサは、レーザ処理をトリガするように機能せず、半田材料堆積物の位置を定めるように機能する。具体的には、圧力センサからの高圧出力信号は、半田材料堆積物が塗布開口を閉塞しており、すなわち、塗布装置内に配置されているという情報を提供する一方、圧力センサからの低圧出力信号は、塗布開口が開放しており、すなわち、半田材料堆積物が既に基板の端子面に塗布されたという情報を提供する。

本発明に係る装置が動作中に、少なくとも２つのパワー設定を有するレーザ装置は、操作され、第１のパワー設定で比較的低いエネルギー密度を有する所謂パイロットビームを出射する。パイロットビームは、塗布開口内に配置された半田材料堆積物に当たると、反射センサによって検出される反射光を形成する。反射センサによる反射光の検出によって、半田材料堆積物が塗布位置Ｐ３に配置されていることが分かった場合、半田材料堆積物は、レーザ装置の第２のパワー設定で十分高いパワー密度のレーザ光によって処理される。レーザ光は、半田材料堆積物を少なくとも部分的に溶融することができるため、圧力ガスを用いて塗布装置から半田材料堆積物を排出することができる。塗布開口が開放されると、圧力が低下する。圧力の低下は、圧力センサによって検出され、塗布開口の正確な開放時間を規定することができる。これにより、レーザ出力と端子面の塗布時間との相関関係を確認することができる。

塗布ノズルの塗布開口内に配置された半田材料堆積物によって反射された反射光を検出する反射センサに加えて、第１の検出装置が、半田材料堆積物から出射された赤外線を検出する光学式温度センサを有することは、特に有利である。光学式温度センサを検出装置と一体化することにより、検出装置は、レーザ装置による半田材料堆積物のレーザ処理をトリガするように機能する上に、半田材料堆積物の温度を確認することもできる。半田材料堆積物の温度を用いて、特に半田材料堆積物の温度と半田材料堆積物の溶融状態との間に確定した実験的相関関係に基づいて、レーザ装置のパラメータを最適に調整することができる。たとえば、対応する温度出力信号が第２の検出装置の圧力センサからの圧力出力信号と重畳する場合、半田材料堆積物の温度、すなわち半田材料堆積物の溶融状態に応じて、圧力ガスを印加して、塗布開口から半田材料堆積物を排出することができる。

現場で、すなわち装置の動作中に、特に温度センサがレーザ装置の制御装置に接続され、制御装置が温度センサの出力信号に応じてレーザ装置の動作を制御するような場合、レーザ装置の設定を最適化することができる。したがって、たとえば、半田材料堆積物の温度が高すぎる場合に、レーザ装置のパワーを減少することができる。

本発明の好ましい実施形態において、第１の検出装置は、塗布装置と別体に実現され、カップリング装置を介して塗布ノズルの塗布開口に光学的に連結される。これによって、第１の検出装置は、必ずしも装置のハウジング内で実現される必要がなく、装置と別体にして配置されることができる。したがって、比較的簡単な方法で、ハウジング、特に塗布装置を設計することができる。

カップリング装置は、塗布開口と第１の検出装置とを光学的に連結するとともに、レーザ装置と塗布開口とを光学的に連結するように機能する場合、カップリング装置の複数の機能を行うため、装置の構造をさらに簡略化することができ、特に有利である。

カップリング装置が装置のハウジング上部の上側に位置する塗布ダクトの塗布開口と反対側の上端に配置され、且つ、塗布開口とレーザ装置との間に光学連結を形成するための透明なカップリング面と半田材料堆積物によって反射された反射光を第１の検出装置に向かって偏向させるビーム偏向装置との両方を有する場合、カップリング装置の構造をコンパクトにする一方、カップリング装置がハウジングの上側で露出するように配置されているため、装置の周囲に第１の検出装置を自由に配置することができる。

カップリング面がビーム偏向装置によって形成された場合、カップリング装置の構造を特に簡単化することができる。特に、ビーム偏向装置のこの二重機能によって、カップリング装置を小型化することができ、装置の重さを望ましく低減することもできる。

ビーム偏向装置をレーザ装置と塗布開口との間の光軸に対して４５°の角度で配置されている半透明ミラーとして実現する場合、上述した二重機能を可能にするビーム偏向装置を特にコンパクトでシンプルな設計で達成することができる。

半田材料堆積物を別々に塗布するための装置を示す等大図である。 図１に示された装置を示す断面図である。 図２に示された装置の搬送装置を示す上面図である。 図１および図２に示された装置の装置ハウジングを示す上面図である。

図１および図２は、半田材料堆積物１１を別々に塗布するための装置１０を示している。本発明において、半田材料堆積物１１は、半田材料ボールとして実現される。供給される半田材料ボールは、装置ハウジング１５のハウジング上部１４の上側１３に配置された半田材料タンク１２に収容される。半田材料ダクト１７は、ハウジング上部１４において接続口１６（図４）の下方に形成される。図１に示すように、半田材料ダクト１７によって、半田材料堆積物１１は、半田材料タンク１２から搬送ホルダ１８（図３）に流入することができる。搬送ホルダ１８は、運搬装置１９の通路孔として形成されている。運搬装置１９は、円形の運搬ディスクとして形成され、ハウジング上部１４とハウジング下部２０との間に形成された円形の運搬空間２１に配置されている。円形の運搬空間２１を形成するために、ハウジング環２２をハウジング上部分１４とハウジング下部２０との間の運搬装置１９に対して同心円状に配置される。

運搬シャフト２４は、ハウジング上部１４に設けられている。図３に示すように、運搬シャフト２４は、その入力端２３でモータ駆動装置（図示せず）と連結し、その出力端２５に設けられた駆動ピンが運搬装置１９の係合開口２７と係合することによって、運搬装置１９を回転軸２８の周りに沿って回転駆動することができる。

図３に示すように、運搬装置１９の運搬環２９上に等間隔に配置された搬送ホルダ１８に加えて、運搬装置１９は、制御環３０を備える。図示の場合、制御環３０は、運搬環２９の内側に同心配置され、搬送ホルダ１８と共通する径方向軸５０上に設けられた制御ボア３１を含む。制御ボア３１は、装置ハウジング１５内に配置された遮光装置（図示せず）と相互作用することによって、回転軸２８を中心にした運搬装置１９の円形運搬動作を以下のように時間的に制御することができ、すなわち、搬送ホルダ１８は、運搬装置１９の運搬方向３２に沿って、毎回運搬環２９の目盛ｔで、半田材料タンク１２に接続された半田材料ダクト１７下方の受取位置Ｐ１から前方に移動され、輸送位置Ｐ２に到達する。輸送位置Ｐ２において、搬送ホルダ１８は、供給ダクト４１と同軸または同一平面に位置する。この供給ダクト４１は、ハウジング下部２０に形成され、輸送位置Ｐ２から塗布装置３３に延在し、塗布装置３３の塗布ダクト３５に終結する排出端３４を有する。

図２に示すように、塗布装置３３は、その下端に塗布ノズル３６を有する。塗布ノズル３６は、ハウジング下部２０に交換可能に配置され、本発明の場合、半田材料堆積物１１の直径よりも小さい直径を有する塗布開口３７を備える。これによって、輸送位置Ｐ２から塗布ノズル３６に輸送された半田材料堆積物１１は、塗布位置Ｐ３に位置する塗布開口３７の開口縁部に当接する。本発明において、塗布ノズル３６は、キャップナット６２によってハウジング下部２０にねじ止められている。塗布ノズル３６をハウジング下部２０に連結する時に、シール５８を用いて、塗布ノズル３６をハウジング下部２０に対して密封する。

カップリング装置３８は、塗布ダクト３５の上端に且つ装置ハウジング１５の上側１３に配置されている。カップリング装置３８は、透明なカップリング面３９を備える。このカップリング面３９を介して、レーザ装置（図示せず）から出射されたレーザ光４０を用いて、塗布位置Ｐ３に配置された半田材料堆積物１１を処理することができる。

本発明の場合、カップリング面３９は、塗布開口３７とレーザ光４０を出射するレーザ装置（図示せず）との間に延在する光軸６４に対して４５°の角度αで配置された半透明ミラー６３の上側によって形成される。

図２に示された装置の構成において、半田材料堆積物１１は、塗布位置Ｐ３に位置する塗布開口３７に配置されている。半田材料堆積物１１は、塗布開口３７の内側開口縁部に当接する。

図２に示すように、ハウジング上部１４の上側１３に位置する、塗布開口３７と反対側の塗布ダクト３５の上端に配置されたカップリング装置３８は、光軸６４と同軸に配置された照射光ダクト６５と、光軸６４と垂直に配置された反射光ダクト６６とを有する。半透明ミラー６３は、反射光ダクト６６と照射光ダクト６５との間の交差点Ｓに配置された反射面６７を備える。本発明において、反射面６７は、ミラー６３の下側により形成される。検出装置６９は、光軸に対して９０°の反射角βで配置された反射軸６８上に設けられている。検出装置６９は、反射センサ７０と、温度センサ７１とを備え、本件の場合、装置ハウジング１５と別体に設けられている。

レーザ装置から出射されたレーザ光４０を用いて塗布位置Ｐ３に配置された半田材料堆積物１１を処理する場合に、レーザ光４０は、半田材料堆積物１１の表面によって少なくとも部分的に反射される。半田材料堆積物１１により反射された反射光７２は、半透明ミラー６３の反射面６７に反射され、そこから反射軸６８に沿って検出装置６９に進入する。検出装置６９において、反射ビーム７２は、ビーム分離器によって、反射センサ７０に当たる反射センサビーム７３と、温度センサ７１に当たる温度センサビーム７４とに分離される。本件において、ビーム分離器は、半透明ミラー７５として実現される。

装置の動作時に、レーザ装置は、２つのパワー設定で動作される。第１のパワー設定では、レーザ光４０は、比較的低いエネルギー密度を有するパイロットビームとして出射される。このパイロットビームは、塗布位置Ｐ３に配置された半田材料堆積物１１によって反射光７２として反射され、反射センサビーム７３として反射センサ７０に当たる。

反射センサ７０による反射光７２の検出によって、半田材料堆積物１１が塗布位置Ｐ３に配置されていることが明らかになった場合に、レーザ装置は、反射センサからの出力信号７６によりトリガされ、第２のパワー設定に切り替えられる。第２のパワー設定では、レーザ光４０は、増加したエネルギー密度を有する出力光として出射される。出力光は、半田材料堆積物１１を少なくとも部分的に溶融する。温度センサ７１は、反射光７２に含まれた赤外線部分を検出し、対応する出力信号７７を生成する。温度センサからの出力信号７７によって、半田材料堆積物１１の温度を確認することができる。たとえば、温度センサからの出力信号７７を用いて、レーザ光４０のパワーおよび／またはパルス持続時間を調整することによって、半田材料堆積物１１の所望の温度および所望の溶融状態を達成することができる。

レーザ処理によって少なくとも部分的に溶融された半田材料堆積物１１は、塗布ダクト３５に終結する供給ダクト４１を介して圧力ガスを適用することによって、適用口３７から噴出され、基板５２の接面５１に適用される。

たとえば、圧力ガスの適用は、反射センサ７０によって塗布位置Ｐ３で半田材料堆積物を検出し且つ出力光で半田材料堆積物１１を処理する所定の時間が終了したことに応じて、トリガされるという事実に応じて起こる。

当然ながら、圧力ガスの適用は、温度センサ７１によって半田材料堆積物１１の所定の溶融状態を検出したことに応じて、装置を動作させて行われてもよい。

圧力ガスを適用するために、ハウジング上部１４は、図１および４に示された圧力ガス接続部４２を備える。圧力ガス接続部４２は、圧力ガスダクト４３を介して、半田材料堆積物の収容空間５３に接続される。半田材料堆積物の収容空間５３は、輸送位置Ｐ２上方のハウジング上部１４に形成され、ハウジング下部２０に形成された供給ダクト４１の上端とは反対側に位置する。半田材料堆積物の収容空間５３に配置された半田材料堆積物１１に圧力ガスを適用することによって、半田材料堆積物１１もまた、塗布位置Ｐ３に位置する塗布ノズルの塗布開口３７に搬送される。

さらに図２に示すように、第１の検出装置６９に加えて、第２の検出装置８０が設けられている。第２の検出装置８０は、圧力ボア４５を介して圧力チャンバ６１に接続された圧力センサ４４を備える。圧力チャンバ６１は、塗布開口３７とカップリング装置３８のハウジング４６の軸方向下側に配置された気密透明遮蔽物６０との間に位置する塗布装置３３の塗布ダクト３５内に規定される。圧力センサ４４は、レーザ処理によって少なくとも部分的に溶融された半田材料堆積物１１を排出した後に、塗布開口３７が再び開放した時に、すなわち、半田材料堆積物１１が塗布位置Ｐ３ではなく、基板５２の接面５１上の接触位置に存在する時に生じた圧力チャンバ６１内の圧力の低下を検出する。

得られた半田材料堆積物１１の位置情報に応じて、半田材料堆積物１１に対して新たなレーザ処理を行うことができる。凹面の反射挙動が凸面の反射挙動とは異なるため、パイロットビームを用いた処理および第１の検出装置６９によって生じさせられた反射センサからの出力信号７６に対する評価によって、接面５１に付着した半田材料堆積物１１の表面形状を結論付けることができる。理論上、半田材料堆積物１１の凹面から塗布開口３７を介して検出装置６９に移動する反射光７２の分量は、半田材料堆積物１１の凸面から塗布開口３７を介して検出装置６９に移動する反射光７２の分量よりも少ない。

接面５１に塗布された半田材料堆積物１１の表面形状の取得情報を用いて、第２のパワー設定時、すなわち、塗布開口３７の塗布位置Ｐ３に配置された半田材料堆積物１１を溶融するための出力ビームを出射する時に、半田材料堆積物１１が塗布開口３７から排出された後、接面に塗布された半田材料堆積物１１の表面形状が接触位置で所望の表面形状に形成するように、レーザ光のパワーを変更することができる。

Claims (9)

1. 半田材料堆積物（１１）、特に半田ボールを別々に塗布するための装置（１０）であって、
   半田材料タンク（１２）から前記半田材料堆積物を塗布装置（３３）に別々に運搬するための運搬装置（１９）を備え、
   前記運搬装置は、搬送ホルダ（１８）を含み、
   前記搬送ホルダは、通路孔として形成され、受取位置Ｐ１から輸送位置Ｐ２に移動されることができ、前記受取位置Ｐ１において、前記半田材料堆積物は、前記半田材料タンクから受け取られ、前記輸送位置Ｐ２において、前記半田材料堆積物は、圧力ガスに曝され、前記輸送位置Ｐ２から塗布位置Ｐ３に位置する前記塗布装置の塗布ノズル（３６）の塗布開口（３７）に輸送され、
   レーザ装置から出射されたレーザ光を用いて、前記塗布位置Ｐ３に配置された前記半田材料堆積物に対する処理をトリガする第１の検出装置（６９）と、前記半田材料堆積物の位置を定めるための第２の検出装置（８０）とが設けられていることを特徴とする、装置。
2. 前記第１の検出装置（６９）は、前記半田材料堆積物（１１）によって反射された反射光（７２）を検出する反射センサ（７０）を含む光学センサ装置として実現され、
   前記第２の検出装置（８０）は、前記輸送位置Ｐ２に配置された前記搬送ホルダ（１８）と前記塗布ノズル（３６）の前記塗布開口（３７）との間に位置する前記塗布装置（３３）に形成された圧力チャンバ内のガス圧を測定する圧力センサ（４４）を有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記第１の検出装置（６９）は、前記塗布ノズル（３６）の前記塗布開口（３７）に配置された前記半田材料堆積物（１１）によって反射された前記反射光（７２）を検出する前記反射センサ（７０）に加えて、前記半田材料堆積物から出射された赤外線を検出する光学式温度センサ（７１）を有することを特徴とする、請求項２に記載の装置。
4. 前記温度センサ（７１）は、前記レーザ装置の制御装置に接続され、前記制御装置は、前記温度センサからの出力信号（７７）に応じて、前記レーザ装置の動作を制御することを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記第１の検出装置（６９）は、前記塗布装置（３３）と別体に実現され、カップリング装置（３８）によって前記塗布ノズル（３６）の前記塗布開口（３７）に光学的に連結されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記カップリング装置（３８）は、前記塗布開口（３７）と前記第１の検出装置（６９）とを光学的に連結するとともに、前記塗布開口と前記レーザ装置とを光学的に連結するように機能することを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. 前記カップリング装置（３８）は、前記装置のハウジング上部（１４）の上側（１３）の前記塗布開口（３７）と反対側の前記塗布ダクト（３５）の上端に配置されており、前記塗布開口と前記レーザ装置との間に光学連結を形成するための透明なカップリング面（３９）と、前記反射光（７２）を前記第１の検出装置（６９）に向かって偏向させるためのビーム偏向装置とを有することを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. 前記カップリング面（３９）は、前記ビーム偏向装置により形成されることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
9. 前記ビーム偏向装置は、前記レーザ装置と前記塗布開口（３７）との間の光軸（６４）に対して４５°の角度で配置された半透明ミラー（６３）として実現されることを特徴とする、請求項８に記載の装置。

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