JP2020025985A - マルチビームはんだ付けシステムおよびマルチビームはんだ付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子製品の製造に用いられるプロセスを向上させることができる非接触型のはんだ付けシステムおよび方法を提供する。【解決手段】少なくとも第１のビームと第２のビームを発生し、前記第１のビームをはんだ付け領域の第１の要素にガイドし、前記第２のビームを前記はんだ付け領域の第２の要素にガイドするマルチビームスキャナはんだ付けプロセス中、少なくとも前記第１の要素の第１の温度と前記第２の要素の第２の温度を同時に検出するセンサ、および前記第１の温度と前記第２の温度が実質的に異なるという条件において、前記第１のビームと前記第２のビームのパラメータを調整する制御装置を含むマルチビームはんだ付けシステム。【選択図】 図２

Description

本発明は、はんだ付けシステムおよびはんだ付け方法に関するものであり、特に、マルチビームはんだ付けシステムおよびマルチビームはんだ付け方法に関するものである。

はんだ付けプロセスは、電子製品を製造する際の標準作業手順（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ（ＳＯＰ））の１つである。電子製品の小型化および精巧化に伴い、多くのはんだ付けプロセスは、はんだ付け装置に用いられる機構および操作に制限を受ける。例えば、はんだごてによる従来の接触型のはんだ付け方法は、今日の要件を満たすことができない。従って、はんだ付けプロセスを向上させ、より高い精度を達成するために、非接触型のはんだ付け方法が開発されてきた。非接触型のはんだ付け方法は、接触型のはんだごての先端部を必要としないことで、小さく、厳しい操作および位置決めにおいてよりフレキシブルに行なわれることができ、加熱時間は半分に短縮されることができる。

非接触型のはんだ付け方法は、主に光源を用いて光ビームを発生させている。光ビームは光ファイバを伝播し、光ビームの伝播は装置内にセットされたレンズによって調整され、光ビームをはんだ付け領域に集束させる。非接触型のはんだ付け方法における加熱プロセスでは、はんだ付け部品のピンおよびパッドは、それらがはんだの融点に達するまで集束光ビームで予熱されるため、はんだ付け部品がはんだによって基板に結合される。

従来技術として、特許文献１には、ビームスプリッタおよびレーザ走査装置を用いて、ダブルビームをはんだおよびはんだ付け領域にそれぞれガイドし、不十分な溶接品質、溶接プロセスの不安定性、およびはんだ線材の不十分な充填などの問題を克服することを特徴とするレーザダブルビーム溶接装置およびその方法が開示されている。しかしながら、はんだによってコーティングされたフラックスの融点は、はんだの融点よりはるかに低い。ビームをはんだに集束するようにガイドすることは、フラックスがその効果を発揮する前に揮発を起こす可能性があるということである。更に、この溶接方法は、はんだを飛散させる可能性があり、作業領域を汚染する可能性がある。

電子製品の継続的な小型化に対応するために、非接触型のはんだ付け方法において多くの開発がなされてきたが、電子製品の継続的な小型化に伴い、電子製品の製造に用いられるプロセスを向上させることができる非接触型のはんだ付け方法も、常に新しい課題に直面する。

中国特許第１０５７７２９３９Ｂ号

電子製品の製造に用いられるプロセスを向上させることができる非接触型のはんだ付けシステムおよび方法を提供する。

本開示のいくつかの実施形態によれば、マルチビームはんだ付けシステムが提供される。マルチビームはんだ付けシステムは、マルチビームスキャナ、センサ、および制御装置を含む。マルチビームスキャナは少なくとも第１のビームと第２のビームを発生する。マルチビームスキャナは、第１のビームをはんだ付け領域の第１の要素にガイドし、第２のビームをはんだ付け領域の第２の要素にガイドする。はんだ付けプロセス中、センサは、少なくとも第１の要素の第１の温度と第２の要素の第２の温度を同時に検出するように用いられる。制御装置は、第１の温度と第２の温度が実質的に異なるという条件において、第１のビームと第２のビームのパラメータを調整するように用いられる。

本開示のいくつかの実施形態によれば、マルチビームはんだ付け方法が提供される。マルチビームはんだ付け方法は、基板のはんだ付け領域のはんだ付け部品の第１の要素を加熱する第１のビームをガイドし、基板のはんだ付け領域の第２の要素を加熱する第２のビームをガイドするステップ、少なくとも第１の要素の第１の温度と第２の要素の第２の温度を同時に検出するステップ、および第１の温度と第２の温度が実質的に異なるという条件において、第１のビームと第２のビームのパラメータを調整するステップを含む。

本開示の実施形態によれば、本開示のいくつかの実施形態では、マルチビームスキャナが備えるガルバノスキャナ２１２は、ピンおよびパッドを同時にかつ均一に加熱するようにマルチビームをガイドするように用いられる。同時に、センサ２２０は、ピンおよびパッドの温度をそれぞれ検出し、制御装置２３０に同期して送り、マルチビームのパワーを調整するように用いられる。ピンとパッドの温度間の差は、均一な加熱によって臨界値（例えば、約３０％）以下になることができ、はんだ接合の湿潤度の程度と機械的特性を向上させ、はんだ付けの優れた品質を維持する。

本開示の態様は、添付の図面を参照することで、以下の詳細な説明からより完全に理解され得る。工業における標準的な慣行に従って、種々の特徴は縮尺通りに描かれていないことに留意されたい。実際、種々の特徴の寸法は、議論を明確化するために、任意に増加または減少されている。

図１は、本開示のいくつかの実施形態による例示的なマルチビームはんだ付け方法である。 図２は、本開示のいくつかの実施形態によるマルチビームはんだ付けシステムの概略図である。 図３は、本開示のいくつかの実施形態による、ガルバノスキャナを用いてビームの焦点位置を変える概略図である。 図４Ａは、本開示のいくつかの実施形態による、ガルバノスキャナと反射レンズとの組み合わせを用いたビームの焦点位置を変える概略図である。 図４Ｂは、本開示のいくつかの実施形態による、ガルバノスキャナと反射レンズとの組み合わせを用いたビームの焦点位置を変える概略図である。 図５Ａは、本開示のいくつかの実施形態による、ガルバノスキャナ、反射レンズ、およびビームスプリッタの組み合わせを用いてビームの焦点位置を変える概略図である。 図５Ｂは、本開示のいくつかの実施形態による、ガルバノスキャナ、反射レンズ、およびビームスプリッタの組み合わせを用いてビームの焦点位置を変える概略図である。 図６は、本開示のいくつかの実施形態による、ビームの焦点および非焦点領域の概略図である。 図７は、本開示のいくつかの実施形態による、第１のビームと第２のビームの集束されたエネルギー分布図の概略図である。 図８は、本開示のいくつかの実施形態による、第１の要素と第２の要素の検出温度が実質的に同じであることを示す概略図である。

次の開示では、異なる特徴を実施するために、多くの異なる実施の形態または実施例を提供する。本開示を簡潔に説明するために、複数の要素および複数の配列の特定の実施形態が以下に述べられる。これらはもちろん単に例示するためであり、それに限定するという意図はない。例えば、下記の開示の第２の特徴の上方、または上への第１の特徴の形成は、第１と第２の特徴が直接接触で形成される複数の実施形態を含むことができ、且つ第１と第２の特徴が直接接触でないように、付加的な特徴が第１と第２の特徴間に形成された複数の実施形態を含むこともできる。また、以下の説明は、複数の例において同じ構成要素の符号または文字を繰り返し用いる可能性がある。繰り返し用いる目的は、簡易化した、明確な説明を提供するためのもので、以下に討論する複数の実施形態および／または配置の関係を限定するものではない。

本明細書で用いられる「約」、「およそ」、および「実質的に」という用語は、一般に、誤差の値、または４０パーセント以内、好ましくは２０パーセント以内、より好ましくは１０パーセント以内、５パーセント以内、３パーセント以内、２パーセント以内、または１パーセント以内の範囲を指す。具体的な説明がない場合、言及された値は、「約」、「およそ」、または「実質的に」として表現される誤差または範囲である近似の値としてみなされる。

本開示のいくつかの可変の実施形態が説明される。これらの実施形態に記載されたステップの前、間、および／または後に追加の動作が提供されることができる。記載されているステップのいくつかは、異なる実施形態に置き換えられる、または除去されることができる。いくつかの実施形態は特定の順序で実行される動作と共に説明されているが、これらの動作は別の論理的な順序で実行されてもよい。

本開示は、マルチビームはんだ付けシステムおよびマルチビームはんだ付け方法の実施形態を提供する。この実施形態では、マルチビームははんだ付けプロセスに用いられ、センサははんだ付け部品のピンおよびパッドまたは他のはんだ付け要素の温度のリアルタイム検出を提供するように用いられる。検出された温度は制御装置に送られ、制御装置はビームのパラメータを同期的に調整してピンおよびパッドまたは他のはんだ付け要素を均一に加熱し、はんだ接合の機械的特性および品質を向上させる。

従来のレーザはんだ付けでは、単一のレーザービームがはんだ付け領域に集束される。単一のレーザービームは主に構成要素のピンおよびパッドまたは他の部分を加熱し、集束されたレーザービームの横方向のエネルギー分布はガウス分布である。更に、はんだ付け要素のそれぞれの材料の熱伝導率間の違いにより、はんだ付け領域の要素は、予熱中に達する温度に大きな違いを有し、異なる表面エネルギーとなり、はんだ付け領域の湿潤度を不均一にさせることになる。従って、このようにして形成されたはんだは、ピンとパッド間に不均一な構造の分布を有する可能性があり、これは更に、はんだ接合の強度および堅牢性を低下させる可能性があり、更に、未はんだ（ｓｏｌｄｅｒｅｍｐｔｙ）、はんだぬれ不良（ｎｏｎ−ｗｅｔｔｉｎｇ）、いわゆるイモはんだと呼ばれるコールドジョイント（ｃｏｌｄ−ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）などの欠陥を有するはんだ接合となる可能性さえある。

本開示の実施形態は、マルチビームを用いてはんだ付け部品のピンおよびパッドを均一且つ同時に加熱し、センサを用いてピンおよびパッドの温度をそれぞれ検出し、センサの信号を制御装置に送り、制御装置がマルチビームのパラメータを調整する。ピンとパッドの温度は、均一の加熱によって実質的に同じでるため、はんだ接合の湿潤度の程度と機械的特性が更に向上され、はんだ付けの優れた品質を維持する。

本開示の以下の実施形態は、図２のマルチビームはんだ付けシステム２００および図１のマルチビームはんだ付け方法１００を参照して説明される。図２に示すように、本開示のマルチビームはんだ付けシステム２００は、マルチビームスキャナ２１０、センサ２２０、および制御装置２３０を主に含む。いくつかの実施形態では、ステップ１０１では、第１のビーム２１４が第１の要素２０３を加熱するようにガイドされ、第２のビーム２１５が第２の要素２０４を加熱するようにガイドされる。ステップ１０２では、センサ２２０が第１の要素２０３の第１の温度と第２の要素２０４の第２の温度を検出するように用いられる。検出された要素の温度が実質的に同じである場合、前記方法は、第１のビーム２１４と第２のビーム２１５のパラメータを調整することなくステップ１０３に進む。一方、検出された要素の温度が互いに実質的に異なる場合、前記方法はステップ１０４に進み、制御装置２３０は、第１のビーム２１４と第２のビーム２１５のパラメータを調整する。いくつかの実施形態では、センサ２２０は、第１の要素２０３と第２の要素２０４の検出された温度を直ちに制御装置２３０にそれぞれ送る。制御装置２３０は、各ビームのそれぞれのパラメータを自動的に調整して、第１の要素２０３と第２の要素２０４が実質的に同じ温度に達するように加熱することができる。

いくつかの実施形態では、図２のマルチビームスキャナ２１０は、光源２１１、レンズセット２１３、およびガルバノスキャナ２１２を含む。マルチビームスキャナ２１０は、第１のビーム２１４と第２のビーム２１５を生成するように用いられ、図１のステップ１０１に示されるように、第１のビーム２１４は、はんだ付け領域２０２の第１の要素２０３を加熱するようにガイドされ、第２のビーム２１５は、はんだ付け領域２０２の第２の要素２０４を加熱するようにガイドされて、第１の要素２０３と第２の要素２０４をそれぞれ加熱する。図２に示されるように、第１の要素２０３は、はんだ付け領域２０２に位置するはんだ付け部品の要素であり、第２の要素２０４は、はんだ付け領域２０２に位置する基板２０１の要素である。いくつかの実施形態では、第１の要素２０３はピンであり、第２の要素２０４はパッドである。他の実施形態では、第１の要素２０３は、電線、表面実装部品（ＳＭＤ）のリード、集積回路チップ（ＩＣチップ）のリード、およびボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）のリードまたはパッドであることができ、第２の要素２０４は、ピン、電線、表面実装部品（ＳＭＤ）のリード、集積回路チップ（ＩＣチップ）のリード、およびボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）のリードまたはパッドであることができる。本開示のいくつかの実施形態によれば、第１のビーム２１４と第２のビーム２１５を用いて、第１の要素２０３と第２の要素２０４をそれぞれ加熱することで、エネルギー分布をより均一にすることができ、第１の要素２０３の第１の温度と第２の要素２０４の第２の温度を実質的に同じにさせ、はんだ接合の湿潤度の程度と機械的特性を向上させ、はんだ付けの優れた品質を維持する。

本開示のいくつかの実施形態によれば、光源２１１は少なくとも１本のビームを生成するために用いられる。図２に示されるように、光源２１１は２本のビーム、第１のビーム２１４、および第２のビーム２１５を生成するが、これに限定されるものではない。光源２１１によって生成されたビームの数は、３本、４本、５本、またはそれ以上でもよい。他の実施形態では、光源２１１は１本のビームのみを生成することができ、ビームスプリッタは、ビームをマルチビームに分割するように用いられる。いくつかの実施形態によれば、光源２１１によって生成されたビームは、複数の集束光ビームまたは複数の平行光ビームとすることができる。いくつかの実施形態では、光源２１１は、レーザービーム、Ｘ線、紫外線、テラヘルツ放射、マイクロ波、またはそれらの組み合わせとすることができる。いくつかの実施形態では、光源２１１は複数の光源とすることができ、複数の光源は、同じタイプの光源または異なるタイプの光源でもよい。

本開示のいくつかの実施形態によれば、レンズセット２１３は、図２に示されるように、光源２１１によって生成されたビームをガイドするように用いられ、レンズセット２１３は、第１のビーム２１４を第１の要素２０３にガイドし、第２のビーム２１５を第２の要素２０４にガイドすることができるが、これを限定するものではない。レンズセット２１３は、異なるレンズの組み合わせで複数のビームを複数のデバイスの要素にガイドすることができる。いくつかの実施形態では、レンズセット２１３は、１つ以上のビームを第１の要素２０３にガイドし、同時に１つ以上のビームを第２の要素２０４にガイドすることができる。例えば、いくつかの実施形態では、レンズセット２１３は、１つのビームを第１の要素２０３にガイドし、２本のビームを第２の要素２０４にガイドしてもよい。他の実施形態では、レンズセット２１３は、３つのビームを第１の要素２０３にガイドし、１つのビームを第２の要素２０４にガイドしてもよい。言い換えれば、レンズセット２１３によって第１の要素２０３と第２の要素２０４にそれぞれガイドされるビームの数は、これに限定されるものではなく、第１の要素２０３と第２の要素２０４を実質的に同じ温度に達するように加熱するのに必要な加熱条件に応じて調整されるものである。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの反射レンズ、少なくとも１つのビームスプリッタ、またはそれらの組み合わせを含むレンズセット２１３は、ビームの焦点位置（ビームの集束する位置）を変えるよう、ビームをガイドするために用いられる。

図３〜図５Ｂは、レンズセット２１３に含まれる反射レンズ４０１、および／またはビームスプリッタ５０１／５０２、および／またはガルバノスキャナ２１２のガルバノスキャナレンズ３０１の異なる位置、およびそれぞれの表面コーティングの組み合わせの異なる例示的な構成を示しており、前記構成は、マルチビームの焦点位置を調整するために用いられる。はんだ付け領域内でビームをはんだ付け要素にそれぞれガイドすることは、はんだ付け要素を均一に加熱することができる。

本開示のいくつかの実施形態によれば、マルチビームスキャナ２１０は、ガルバノスキャナ２１２を含み、ガルバノスキャナ２１２は、焦点位置を変えるよう、ビームをガイドする少なくとも１つのガルバノスキャナレンズ３０１を含む。図３は、ガルバノスキャナレンズ３０１を用いて、異なる波長を有する第１のビーム２１４と第２のビーム２１５の、それぞれの焦点位置を変えた様子を示している。ガルバノスキャナ２１２のガルバノスキャナレンズ３０１は表面コーティングを有する。いくつかの実施形態では、図３に示されるように、第１のビーム２１４はガルバノスキャナレンズ３０１を直接透過することができ、第２のビーム２１５はガルバノスキャナレンズ３０１によって反射される。

例えば、可視光波長（約４００ｎｍ）から赤外波長（約１９００ｎｍ）の範囲の波長を有するビームに対して、ガルバノスキャナレンズ３０１の表面コーティングの反射率は、９９％以上である。従って、第１のビーム２１４の波長が可視光波長（約４００ｎｍ）から赤外波長（約１９００ｎｍ）の範囲外にあるとき、第１のビーム２１４は、ガルバノスキャナレンズ３０１を直接透過することができる。しかしながら、第２のビーム２１５の波長が可視光波長（約４００ｎｍ）から赤外波長（約１９００ｎｍ）の範囲にあるとき、第２のビーム２１５はガルバノスキャナレンズ３０１によって反射される。

いくつかの実施形態では、図３に示されるように、第１のビーム２１４は固定の光路を有し、第２のビーム２１５の光路は、ガルバノスキャナレンズ３０１によって変えられて、第１のビーム２１４と第２のビーム２１５を平行かつ実質的に同軸にし、同一平面を照射するようにすることができる。ガルバノスキャナレンズ３０１の角度を調整して第２のビーム２１５の焦点位置を調整することによって、第１のビーム２１４は第１の要素２０３にガイドされ、第２のビーム２１５は第２の要素２０４にガイドされる。

ここで説明されるガルバノスキャナレンズ３０１の表面コーティングと、対応する反射率、屈折率、透過率、および他の光学特性は、例示的なものであり、本開示はこれを限定するものではないことに留意されたい。

本開示のいくつかの他の実施形態によれば、マルチビームスキャナ２１０は、レンズセット２１３を含み、レンズセット２１３は、ビームをガイドしてそれらの焦点位置を変える少なくとも１つの反射レンズ４０１を含む。図４Ａ〜図４Ｂは、本開示のいくつかの他の実施形態による、ガルバノスキャナレンズ３０１および反射レンズ４０１の組み合わせを用いて、異なる波長を有する第１のビーム２１４と第２のビーム２１５の、それぞれの焦点位置を変えた様子を示している。ガルバノスキャナレンズ３０１および反射レンズ４０１は表面コーティングをそれぞれ有する。いくつかの実施形態では、図４Ａに示されるように、第１のビーム２１４は反射レンズ４０１を直接透過することができ、第２のビーム２１５はまず、ガルバノスキャナレンズ３０１によって反射され、次いで、反射レンズ４０１によって反射される。

例えば、約４００ｎｍから約７００ｎｍの範囲の波長を有するビームに対して、反射レンズ４０１の表面コーティングの反射率は、９０％以上であり、約１６５０ｎｍから約２１００ｎｍの範囲の波長を有するビームに対して、透過率は９０％より大きい。例えば、可視光波長（約４００ｎｍ）から赤外波長（約１９００ｎｍ）の範囲の波長を有するビームに対して、ガルバノスキャナレンズ３０１の表面コーティングの反射率は、９９％以上である。この状況では、第１のビーム２１４の波長が約１６５０ｎｍから約２１００ｎｍの範囲内にあるとき、第１のビーム２１４は反射レンズ４０１を直接透過することができる。しかしながら、第２のビーム２１５の波長が約４００ｎｍから約７００ｎｍの範囲内にあるとき、第２のビーム２１５は、まずガルバノスキャナレンズ３０１によって反射され、次いで反射レンズ４０１によって反射される。

いくつかの実施形態では、図４Ａに示されるように、第１のビーム２１４は固定の光路を有し、第２のビーム２１５の光路は、まずガルバノスキャナレンズ３０１によって反射され、次いで反射レンズ４０１によって反射されることによって変えられて、第１のビーム２１４と第２のビーム２１４を平行かつ実質的に同軸にし、同一平面を照射するようにすることができる。ガルバノスキャナレンズ３０１および反射レンズ４０１の角度を調整して第２のビーム２１５の焦点位置を調整することによって、第１のビーム２１４は第１の要素２０３にガイドされ、第２のビーム２１５は第２の要素２０４にガイドされる。

ここで説明されるガルバノスキャナレンズ３０１および反射レンズ４０１の表面コーティングと、その対応する反射率、屈折率、透過率、および他の光学特性は、例示的なものであり、本開示はこれを限定するものではないことに留意されたい。

いくつかの実施形態では、図４Ｂに示されるように、第１のビーム２１４は、反射レンズ４０１によって反射され、第２のビーム２１５はまずガルバノスキャナレンズ３０１によって反射され、次いで反射レンズ４０１を直接透過することができる。いくつかの実施形態では、例えば、ガルバノスキャナレンズ３０１および反射レンズ４０１のそれぞれの表面コーティングは、図４Ａに提供される上述の実施形態のものと同じ光学特性を有し、その説明はここでは繰り返さない。

いくつかの実施形態では、図４Ｂに示されるように、第１のビーム２１４の波長は、約４００ｎｍから約７００ｎｍの範囲内にあるため、第１のビーム２１４は反射レンズ４０１によって反射されることができる。第２のビーム２１５の波長は、約１６５０ｎｍから約１９００ｎｍの範囲内にあるため、第２のビーム２１５は、まずガルバノスキャナレンズ３０１によって反射され、次いで反射レンズ４０１を直接透過することができる。

いくつかの実施形態では、図４Ｂに示されるように、第１のビーム２１４は、反射レンズ４０１によって反射された一定の光路を有し、第２のビーム２１５の光路は、まずガルバノスキャナレンズ３０１によって反射され、次いで反射レンズ４０１を透過することによって変えられて、第１のビーム２１４と第２のビーム２１４を平行かつ実質的に同軸にし、同一平面を照射するようにすることができる。ガルバノスキャナレンズ３０１および反射レンズ４０１の角度を調整して第２のビーム２１５の焦点位置を調整することによって、第１のビーム２１４は第１の要素２０３にガイドされ、第２のビーム２１５は第２の要素２０４にガイドされる。

本開示のいくつかの更なる実施形態によれば、マルチビームスキャナ２１０は、ガルバノスキャナ２１２およびレンズセット２１３を含み、ガルバノスキャナ２１２は、焦点位置を変えるようビームをガイドする少なくとも１つのガルバノスキャナレンズ３０１を含み、レンズセット２１３は、焦点位置を変えるようビームをガイドする少なくとも１つの反射レンズ４０１およびビームスプリッタ５０１／５０２を含む。異なる波長を有する第１のビーム２１４と第２のビーム２１５は、図５Ａ〜図５Ｂに示すように、本開示によるガルバノスキャナレンズ３０１、反射レンズ４０１、およびビームスプリッタ５０１／５０２の組み合わせを用いて、それぞれの焦点位置が変えられる。ここで、図５Ａ〜図５Ｂのガルバノスキャナレンズ３０１および反射レンズ４０１は異なる位置に構成されている。いくつかの実施形態では、第１のビームスプリッタ５０１を用いて単一のビームを第１のビーム２１４と第２のビーム２１５に分割し、次いでガルバノスキャナレンズ３０１、反射レンズ４０１、および第２のビームスプリッタ５０２の組み合わせを用いて、それらのそれぞれの焦点位置を変えることもできる。いくつかの実施形態では、ビームスプリッタ５０１／５０２は偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）である。

いくつかの実施形態では、図５Ａに示されるように、第１のビームスプリッタ５０１は、単一のビームを第１のビーム２１４と第２のビーム２１５に分割するように用いられ、第１のビーム２１４は、第２のビーム２１５の光路と異なる光路を有する。第１のビーム２１４はまず反射レンズ４０１によって反射され、次いで第１のビーム２１４は第２のビームスプリッタ５０２を直接透過し、第２のビーム２１５は、まずガルバノスキャナレンズ３０１によって反射され、次いで第２のビームスプリッタ５０２によって反射される。他の実施形態では、第１のビーム２１４と第２のビーム２１５は、光源によって生成された２本のビームであることもでき、第１のビーム２１４は第１のビームスプリッタ５０１を直接透過し、第２のビーム２１５は第１のビームスプリッタ５０１によって反射される。

本開示のいくつかの実施形態によれば、レンズセット２１３に含まれる反射レンズ４０１、ビームスプリッタ５０１／５０２、およびガルバノスキャナ２１２に含まれるガルバノスキャナレンズ３０１は、それぞれの表面コーティングを有する。いくつかの実施形態では、第１のビームスプリッタ５０１は、第２のビームスプリッタ５０２の表面コーティングと同じ表面コーティングを有することができる。いくつかの実施形態では、第１のビームスプリッタ５０１は、第２のビームスプリッタ５０２の表面コーティングと異なる表面コーティングを有することができる。例えば、レンズセット２１３の反射レンズ４０１は、ガルバノスキャナ２１２のガルバノスキャナレンズ３０１と同じ表面コーティングを有し、可視光波長（約４００ｎｍ）から赤外波長（約１９００ｎｍ）の範囲の波長を有するビームに対する、表面コーティングの反射率は、９９％以上である。一方、レンズセット２１３の第１のビームスプリッタ５０１の表面コーティングは、約４００ｎｍから約７００ｎｍの範囲の波長を有するビームに対して、高い反射率（例えば、９０％以上の反射率）を有し、約１６５０ｎｍから約２１００ｎｍの範囲の波長を有するビームに対しては、高い透過率（９０％以上の透過率）を有する。

いくつかの実施形態では、例えば、第１のビーム２１４の波長は、約１６５０ｎｍから約１９００ｎｍの範囲内にあるため、図５Ａに示されるように、第１のビーム２１４は、第１のビームスプリッタ５０１を直接透過し、反射レンズ４０１によって反射され、次いで第２のビームスプリッタ５０２を直接透過することができる。しかしながら、第２のビーム２１５の波長は、約４００ｎｍから約７００ｎｍの範囲内にあるため、第２のビーム２１５は第１のビームスプリッタ５０１、ガルバノスキャナレンズ３０１、および第２のビームスプリッタ５０２によって順次に反射される。

他の実施形態では、他の表面コーティングを有する第１のビームスプリッタ５０１が提供される。例えば、第１のビームスプリッタ５０１の表面コーティングは、約９００ｎｍから約１１００ｎｍの範囲の波長を有するビームに対して、高い反射率（例えば、９８％以上の反射率）を有し、約１６５０ｎｍから約２１００ｎｍの範囲の波長を有するビームに対しては、高い透過率（９３％以上の透過率）を有する。この状況では、図５Ａに示されるガイドされたビームの光路は、第１のビーム２１４の波長が約１６５０ｎｍから約１９００ｎｍの範囲内にあり、第２のビーム２１５の波長が約４００ｎｍから約１１００ｎｍの範囲内にあるとき、達成される。ここで説明されるガルバノスキャナレンズ３０１、反射レンズ４０１、および第１のビームスプリッタ５０１の表面コーティングと、その対応する反射率、屈折率、透過率、および他の光学特性は、例示的なものであり、本開示はこれを限定するものではないことに留意されたい。

いくつかの実施形態では、図５Ａに示されるように、第１のビーム２１４は、反射レンズ４０１によって反射された一定の光路を有し、第２のビーム２１５の光路は、第１のビームスプリッタ５０１、ガルバノスキャナレンズ３０１、および第２のビームスプリッタ５０２によって順次に反射されることによって変えられ、第１のビーム２１４と第２のビーム２１４を平行かつ実質的に同軸にし、同一平面を照射するようにすることができる。ガルバノスキャナレンズ３０１、反射レンズ４０１、第１のビームスプリッタ５０１、および第２のビームスプリッタ５０２の角度を調整して第２のビーム２１５の焦点位置を調整することによって、第１のビーム２１４は第１の要素２０３にガイドされ、第２のビーム２１５は第２の要素２０４にガイドされる。

いくつかの実施形態では、図５Ｂに示されるように、第１のビームスプリッタ５０１は、単一のビームを第１のビーム２１４と第２のビーム２１５に分割するように用いられ、第１のビーム２１４は、第２のビーム２１５の光路と異なる光路を有する。第１のビーム２１４はまず反射レンズ４０１によって反射され、次いで第２のビームスプリッタ５０２によって反射され、第２のビーム２１５はまずガルバノスキャナレンズ３０１によって反射され、次いで第２のビーム２１５は第２のビームスプリッタ５０２を透過する。他の実施形態では、第１のビーム２１４と第２のビーム２１５は、光源によって生成された２本のビームであることもでき、第１のビーム２１４は第１のビームスプリッタ５０１によって反射され、第２のビーム２１５は第１のビームスプリッタ５０１を直接透過する。

いくつかの実施形態では、第１のビームスプリッタ５０１は、第２のビームスプリッタ５０２と同じ表面コーティングを有することができる。いくつかの実施形態では、第１のビームスプリッタ５０１は、第２のビームスプリッタ５０２と異なる表面コーティングを有することができる。例えば、レンズセット２１３の反射レンズ４０１は、ガルバノスキャナ２１２のガルバノスキャナレンズ３０１と同じ表面コーティングを有し、当該表面コーティングの反射率は、可視光波長（約４００ｎｍ）から赤外波長（約１９００ｎｍ）の範囲の波長を有するビームに対して、９９％以上である。一方、レンズセット２１３に含まれる第１のビームスプリッタ５０１の表面コーティングは、約４００ｎｍから約７００ｎｍの範囲の波長を有するビームに対して、高い反射率（例えば、９０％以上の反射率）を有し、約１６５０ｎｍから約２１００ｎｍの範囲の波長を有するビームに対しては、高い透過率（９０％以上の透過率）を有する。

いくつかの実施形態では、例えば、第１のビーム２１４の波長は、約４００ｎｍから約７００ｎｍの範囲内にあるため、第１のビーム２１４は、図５Ｂに示されるように、第１のビームスプリッタ５０１、反射レンズ４０１、および第２のビームスプリッタ５０２によって順次に反射される。しかしながら、第２のビーム２１５の波長は、約１６５０ｎｍから約１９００ｎｍの範囲内にあるため、第２のビーム２１５は、第１のビームスプリッタ５０１を透過し、ガルバノスキャナレンズ３０１によって反射され、第２のビームスプリッタ５０２を直接透過することができる。

他の実施形態では、他の表面コーティングを有する第１のビームスプリッタ５０１が提供される。例えば、第１のビームスプリッタ５０１の表面コーティングは、約９００ｎｍから約１１００ｎｍの範囲の波長を有するビームに対して、高い反射率（例えば、９８％以上の反射率）を有し、約１６５０ｎｍから約２１００ｎｍの範囲の波長を有するビームに対しては、高い透過率（９３％以上の透過率）を有する。この状況では、図５Ｂに示されるガイドされたビームの光路は、第１のビーム２１４の波長が約９００ｎｍから約１１００ｎｍの範囲内にあり、第２のビーム２１５の波長が約１６５０ｎｍから約１９００ｎｍの範囲内にあるとき、達成される。ここで説明されるガルバノスキャナレンズ３０１、反射レンズ４０１、および第１のビームスプリッタ５０１の表面コーティングと、その対応する反射率、屈折率、透過率、および他の光学特性は、例示的なものであり、本開示はこれを限定するものではないことに留意されたい。

いくつかの実施形態では、図５Ｂに示されるように、第１のビーム２１４は、第１のビームスプリッタ５０１、反射レンズ４０１、および第２のビームスプリッタ５０２によって反射された一定の光路を有し、第２のビーム２１５の光路は、第１のビームスプリッタ５０１を透過して、ガルバノスキャナレンズ３０１によって反射され、次いで第２のビームスプリッタ５０２を直接透過することによって変えられて、第１のビーム２１４と第２のビーム２１４を平行かつ実質的に同軸にし、同一平面を照射するようにすることができる。ガルバノスキャナレンズ３０１の角度を調整して第２のビーム２１５の焦点位置を調整することによって、第１のビーム２１４は第１の要素２０３にガイドされ、第２のビーム２１５は第２の要素２０４にガイドされる。

上記の説明で詳述したように、本開示のいくつかの実施形態は、はんだ付け領域２０２の第１の要素２０３を照射する一定の光路を有するビーム（または複数のビーム）、および第１の要素２０３、第２の要素２０４、または他のはんだ付け要素を照射するガルバノスキャナ２１２によって調整される他のビーム（または複数の他のビーム）を提供し、上述のはんだ付け領域２０２の要素が実質的に同じ温度に達するようにさせる。いくつかの実施形態において、ビームの焦点位置は、ガルバノスキャナ２１２およびレンズセット２１３によって調整される。例えば、ビームの焦点位置は、はんだ付け部品の輪郭および形状、またははんだ付け部品と基板のパッドの相対位置に対応して構成され、円形状、リング状、または多角形状（例えば、三角形、四辺形、六角形、八角形、またはその他の多角形）などの幾何学的パターンに応じて変えられるため、はんだ付け部品の温度分布をより均一にすることができる。

本開示の他の実施形態によれば、図２に示されるように、マルチビームスキャナ２１０に含まれるガルバノスキャナ２１２は、作動装置に置き換えられることもできる。いくつかの実施形態では、マルチビームスキャナ２１０に含まれたガルバノスキャナ２１２は、ステッピングモータ、ボイスコイルモータ、または圧電アクチュエータを含み、ビームの光路および焦点位置を制御することができる。他の実施形態では、ビームの焦点位置は、作動装置およびレンズセット２１３によって調整される。例えば、ビームの焦点位置は、それらがはんだ付け部品の輪郭および形状、またははんだ付け部品と基板のパッドの相対位置に対応するように構成されることができ、円、リング、または多角形（例えば、三角形、四辺形、六角形、八角形、またはその他の多角形）などの幾何学的パターンに応じて変えられて、はんだ付け部品の温度分布をより均一にさせることができる。

本開示のいくつかの実施形態によれば、ビーム６０１はガウスビームとすることができるか、またはビーム６０１はガウスビームと同様の形状を有することができる。図６に示されるように、ビーム６０１は焦点６０２、即ちビームウェスト（ｂｅａｍ ｗａｉｓｔ）に集束され、その中のＸ軸は光点の直径を表し、Ｙ軸は焦点距離を表している。他の実施形態では、ビーム６０１は、非焦点領域６０３、即ちビームウェスト以外の他の焦点領域に集束される。

本開示のいくつかの実施形態によれば、図２のマルチビームはんだ付けシステム２００はセンサ２２０を更に含み、ステップ１０２に示されるように、センサ２２０が用いられて、はんだ付けプロセス中に第１の要素２０３の第１の温度と第２の要素２０４の第２の温度を検出することができる。いくつかの実施形態では、センサ２２０は、非接触型センサ、接触型センサ、または等価温度センサとすることができる。いくつかの実施形態では、センサ２２０の検出対象は、可視光または不可視光であり、他の実施形態では、センサ２２０の検出対象は、遠赤外線または色温度であり、第１の素子２０３の第１の温度と第２の素子２０４の第２の温度を検出する。

本開示のいくつかの実施形態によれば、図２のマルチビームはんだ付けシステム２００は、制御装置２３０を更に含み、ステップ１０４に示されるように、制御装置２３０は、第１の要素２０３の第１の温度と第２の要素２０４の第２の温度が実質的に異なるという条件において、第１のビーム２１４と第２のビーム２１５のパラメータを調整するように用いられる。いくつかの実施形態において、制御装置２３０は、第１のビーム２１４のパワーと第２のビーム２１５のパワーを調整するように用いられ、異なるパワーを有する調整された第１のビーム２１４と第２のビーム２１５は、はんだ付け領域２０２において、異なる熱伝導率を有する各要素を、実質的に同じ温度に達するように、加熱する。いくつかの実施形態では、制御装置２３０は、第１のビーム２１４のパワーと第２のビーム２１５のパワーを調整するように用いられるだけでなく、ビームの焦点位置を変えるようにも用いられるか、または、はんだ付け部品が、焦点６０２または非焦点領域６０３で加熱されるように、ビームを調整するようにも用いられる。本開示のいくつかの実施形態によれば、マルチビームはんだ付けシステム２００に含まれた制御装置２３０は、比例積分微分（ＰＩＤ）制御装置、ファジィ制御装置、閉ループ制御装置、または等価フィードバック制御装置であることができる。

本開示のいくつかの実施形態によれば、図１に示されるように、ステップ１０１では、第１のビーム２１４は第１の要素２０３を加熱するようにガイドされ、第２のビーム２１５は第２の要素２０４を加熱するようにガイドされる。ステップ１０２では、センサ２２０が用いられて、第１の要素２０３の第１の温度と第２の要素２０４の第２の温度を検出する。検出された要素の温度が実質的に同じ場合、例えば、第１の温度と第２の温度間の差が臨界値以下であるとき、前記方法は、第１のビーム２１４と第２のビーム２１５のパラメータを調整することなくステップ１０３に進む。臨界値とは、第１の温度と第２の温度間の差の最大の許容の値を言う。例えば、第１の温度と第２の温度間の差を、第１の温度で割った値を臨界値とすることができる。一方、要素の検出温度が互いに実質的に異なる場合、例えば、第１の温度と第２の温度間の差が臨界値よりも大きいとき、前記方法はステップ１０４に進み、制御装置２３０に第１のビーム２１４と第２のビーム２１５のパラメータを調整させる。いくつかの実施形態では、臨界値は約３０％である。もう一つの実施形態では、臨界値は２５％、１５％、または１０％であることができる。いくつかの実施形態では、センサ２２０は熱画像カメラを有し、センサ２２０は第１の要素２０３と第２の要素２０４（例えばピンおよびパッド）の熱画像（または検出された各部品の温度）を制御装置２３０にそれぞれ直ちに送る。 制御装置２３０は、各ビームのパワーおよび焦点位置を自動的に調整するか、または焦点６０２または非焦点領域６０３で加熱されるようにはんだ付け部品を調整することができ、第１の要素２０３と第２の要素２０４が実質的に同じ温度に達する、例えば、第１の温度と第２の温度間の差が臨界値以下になるように加熱する。

本開示のいくつかの実施形態によれば、例えば、制御装置２３０を駆動するかどうかを決定するための第１の温度と第２の温度間の差の臨界値（例えば±１５％）は、制御装置２３０の比例積分微分（ＰＩＤ）パラメータによって定義することができる。鉛はんだの融点は約１８３．３℃であり、ＳＡＣ３０５鉛フリーはんだの融点は約２１７℃から約２１９℃の範囲であり、且つＳｎＣｕＮｉ鉛フリーはんだの融点は約２２７℃である。はんだの融点より高い温度が、要素間のはんだ付け温度となるように選択され、当該はんだ付け温度は約２８０℃から４００℃の範囲である。いくつかの実施形態では、臨界値は、はんだ付け温度とはんだの融点間の差に対する許容領域であることができる。他の実施形態では、臨界値は、上述の融点とは異なる融点を有する他のはんだが用いられているか、または上述以外のはんだ付け部品や制御装置が用いられているかどうかによっても変わる。

本開示のいくつかの実施形態によれば、ガルバノスキャナ２１２または作動装置は、複数のビームを第１の要素２０３と第２の要素２０４にそれぞれガイドするように用いられる。第１の要素２０３と第２の要素２０４は、異なるレベルのパワーで加熱され、図７に示されるように、第１の要素２０３と第２の要素２０４が横方向に均一に集束されたエネルギー分布を有するようにする。いくつかの実施形態では、図８に示されるように、第１の要素２０３と第２の要素２０４が均一に集束されたエネルギー分布を有するという条件において、第１の要素２０３と第２の要素２０４は実質的に同じ温度に達することができる。

本開示のいくつかの実施形態では、ガルバノスキャナ２１２は、ピンおよびパッドを同時にかつ均一に加熱するようにマルチビームをガイドするように用いられる。同時に、センサ２２０は、ピンおよびパッドの温度をそれぞれ検出し、制御装置２３０に同期して送り、マルチビームのパワーを調整するように用いられる。ピンとパッドの温度間の差は、均一な加熱によって臨界値（例えば、約３０％）以下になることができ、はんだ接合の湿潤度の程度と機械的特性を向上させ、はんだ付けの優れた品質を維持する。

本開示を様々な実施形態によって上記で説明してきたが、これらの実施形態は本開示を限定するものではない。当業者であれば、本明細書に記載の様々な実施形態と同じ目的および／または利点を実現するために、本開示の実施形態に基づいて様々な変更、置換、および改変を行うことができることを理解されよう。当業者はまた、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、本開示が実施され得ることを理解されよう。本開示の保護範囲は、添付の特許請求の範囲に記載の主題として定義される。

１００ マルチビームはんだ付け方法
１０１、１０２、１０３、１０４ ステップ
２００ マルチビームはんだ付けシステム
２０１ 基板
２０２ はんだ付け領域
２０３ 第１の要素
２０４ 第２の要素
２１０ マルチビームスキャナ
２１１ 光源
２１２ ガルバノスキャナ
２１３ レンズセット
２１４ 第１のビーム
２１５ 第２のビーム
２２０ センサ
２３０ 制御装置
３０１ ガルバノスキャナレンズ
４０１ 反射レンズ
５０１ 第１のビームスプリッタ
５０２ 第２のビームスプリッタ
６０１ ビーム
６０２ 焦点
６０３ 非焦点領域

Claims (17)

1. 少なくとも第１のビームと第２のビームを発生し、前記第１のビームをはんだ付け領域の第１の要素にガイドし、前記第２のビームを前記はんだ付け領域の第２の要素にガイドするマルチビームスキャナ、
   はんだ付けプロセス中、少なくとも前記第１の要素の第１の温度と前記第２の要素の第２の温度を同時に検出するセンサ、および
   前記第１の温度と前記第２の温度が実質的に異なるという条件において、前記第１のビームと前記第２のビームのパラメータを調整する制御装置
   を含むマルチビームはんだ付けシステム。
2. 前記マルチビームスキャナは、
   少なくとも１本のビームを生成する光源、および
   前記第１のビームおよび前記第２のビームをガイドするレンズセット
   を含む請求項１に記載のマルチビームはんだ付けシステム。
3. 前記レンズセットは、前記第１のビームおよび／または前記第２のビームの焦点位置を変える反射レンズを含む請求項２に記載のマルチビームはんだ付けシステム。
4. 前記レンズセットは、前記第１のビームおよび／または前記第２のビームの焦点位置を変えるビームスプリッタを含む請求項２に記載のマルチビームはんだ付けシステム。
5. 前記マルチビームスキャナは作動装置を含み、前記作動装置はステッピングモータ、ボイスコイルモータ、または圧電アクチュエータを含む請求項１に記載のマルチビームはんだ付けシステム。
6. 前記マルチビームスキャナは、ガルバノスキャナを含み、前記ガルバノスキャナは、前記第１のビームおよび／または前記第２のビームの焦点位置を変えるためのガルバノスキャナレンズを更に含む請求項１に記載のマルチビームはんだ付けシステム。
7. 前記第１のビームおよび前記第２のビームは、複数の集束光ビームまたは複数の平行光ビームのいずれかである請求項１に記載のマルチビームはんだ付けシステム。
8. 前記光源は、レーザービーム、Ｘ線、紫外線、テラヘルツ放射、マイクロ波、またはそれらの組み合わせである請求項２に記載のマルチビームはんだ付けシステム。
9. 前記焦点位置は、幾何学的パターンに応じて変えられ、前記幾何学的パターンは、円形状、リング状、または多角形状を含む請求項３に記載のマルチビームはんだ付けシステム。
10. 前記第１のビームおよび／または前記第２のビームは、それぞれの焦点に集束される請求項１に記載のマルチビームはんだ付けシステム。
11. 前記第１のビームおよび／または前記第２のビームは、それぞれの非焦点領域に集束される請求項１に記載のマルチビームはんだ付けシステム。
12. 前記制御装置は、前記センサによって検出された第１の温度と第２の温度間の差が３０％より大きいという条件において、前記第１のビームおよび前記第２のビームのパラメータを調整するように構成される請求項１に記載のマルチビームはんだ付けシステム。
13. 前記センサは、非接触型センサ、接触型センサ、または等価温度センサである請求項１に記載のマルチビームはんだ付けシステム。
14. 前記第１の温度と前記第２の温度を検出する前記センサの検出対象は、可視光または不可視光である請求項１に記載のマルチビームはんだ付けシステム。
15. 前記制御装置は、前記第１のビームと前記第２のビームのパワーを調整するように構成される請求項１に記載のマルチビームはんだ付けシステム。
16. 前記制御装置は、比例積分微分制御装置、ファジィ制御装置、閉ループ制御装置、または等価フィードバック制御装置である請求項１に記載のマルチビームはんだ付けシステム。
17. 基板のはんだ付け領域のはんだ付け部品の第１の要素を加熱する第１のビームをガイドし、前記基板の前記はんだ付け領域の第２の要素を加熱する第２のビームをガイドするステップ、
    少なくとも前記第１の要素の第１の温度と前記第２の要素の第２の温度を同時に検出するステップ、および
    前記第１の温度と前記第２の温度が実質的に異なるという条件において、前記第１のビームと前記第２のビームのパラメータを調整するステップ
    を含むマルチビームはんだ付け方法。

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