JP2021512481A - クリーム半田のレーザー誘起前方転写装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、クリーム半田のレーザー誘起前方転写装置及び方法であり、該装置は、レーザー、ビーム整形モジュール、光路調整モジュール、クリーム半田転写モジュール及びコンピュータ制御システムを備え、前記レーザーは、ビーム整形モジュールに接続され、光路調整モジュールに隣接し、クリーム半田転写モジュールは、光路調整モジュールの下方に位置する。ビーム整形モジュールは、ビーム拡大レンズ、絞り、フラットトップビーム整形器及び空間光変調器を備える。光路調整モジュールは、２次元ガルバノメータ及びｆ−θレンズを備える。前記クリーム半田転写モジュールは、透明基板、クリーム半田膜、チャック、Ｚ軸昇降台、受け基板、ＸＹＺ精密移動プラットフォームから構成される。コンピュータ制御システムは、コンピュータ及びほかの装置のドライバーから構成される。本発明は、マスクを必要とせずに非接触式でクリーム半田を高精度で転写することができる。生産周期を大幅に短縮させて、生産コストを削減させる。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザー誘起前方転写技術（Ｌａｓｅｒ ｉｎｄｕｃｅｄ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ、略語ＬＩＦＴ）を利用してクリーム半田を転写するプロセス及び装置であり、レーザー光の応用及びクリーム半田印刷の技術分野に属し、特にクリーム半田のレーザー誘起前方転写装置及び方法に関する。

ＳＭＴ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）は、ピンがないか、又は引き出し線が短い表面実装デバイス、たとえば抵抗、コンデンサ、トランジスタ、集積回路などをプリント回路基板に実装して、リフローにより電気的に接続する回路組立技術である。クリーム半田印刷は、ＳＭＴ加工過程の第１ステップである。従来のクリーム半田印刷技術は、主にスクリーン印刷方法を用いており、スクリーン印刷では、異なるＰＣＢ基板に対しては異なるスクリーンが必要であるため、コストが高く、周期が長く、小規模で高速に生産するようなニーズに応えられない。

レーザー誘起前方転写技術（ＬＩＦＴ技術）は、材料堆積技術である。ＬＩＦＴ技術は、ターゲット材料を膜として透明基板に予め塗布しておき、ターゲット材料の膜面を下向きにして受け基板と所定の距離を保持し、レーザー光が透明基板を透過してターゲット材料に照射されるようにし、局所領域で材料転写を引き起こす。このため、ＬＩＦＴ技術は、マスクを必要としない非接触式の高精度微細転写技術である。

ＬＩＦＴ技術では、マスクを製造する必要がないため、クリーム半田印刷に適用すると、小規模生産の場合の生産周期を大幅に短縮させて、生産コストを低下させ、特に実験室研究及び工業的な小規模試作に適している。レーザーガルバノメータが使用されることにより、ビームが機械運動よりも遥かに高い速度で走査を行うことが可能になり、大規模生産に求められる生産速度を満たす。

本発明は、上記従来技術の欠点及び不備を解決して、クリーム半田のレーザー誘起前方転写装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明は、下記技術案によって実現される。
レーザー光ユニット、コンピュータ制御システムを備えるクリーム半田のレーザー誘起前方転写装置であって、クリーム半田転写モジュールをさらに備え、前記コンピュータ制御システムは、レーザー光ユニットのレーザー光ビームの出射及びクリーム半田転写モジュールの運動を制御し、
前記クリーム半田転写モジュールは、透明基板、チャック、Ｚ軸昇降台、受け基板、ＸＹＺ軸移動プラットフォームを備え、
前記透明基板の下面が、クリーム半田膜を収容するための凹面であり、
前記受け基板及びＺ軸昇降台は、ＸＹＺ軸移動プラットフォームに配置されて、受け基板とレーザー光ビームスポットの相対的作業位置を調整し、
前記チャックは、Ｚ軸昇降台に取り付けられ、透明基板は、凹面が下向きであり、且つ受け基板の上方に平行に配置され、前記チャックは、透明基板の縁部を挟持し、Ｚ軸昇降台に搭載されて受け基板の上方に垂直に昇降運動し、受け基板に対する透明基板の距離を調整することを特徴とする。

前記レーザー光ユニットは、順次光路接続されたレーザー、ビーム整形モジュール、光路調整モジュールを備え、
前記レーザー、ビーム整形モジュール、光路調整モジュール、クリーム半田転写モジュールは、それぞれコンピュータ制御システムに接続される。

前記ビーム整形モジュールは、順次光路接続されたビーム拡大レンズ、絞り、フラットトップビーム整形器、空間光変調器を備え、
前記光路調整モジュールは、順次光路接続された２次元ガルバノメータ、ｆ−θレンズを備える。

前記収容クリーム半田膜の凹面の深さが、２０μｍ〜１５０μｍである。

前記受け基板は、ＰＣＢ基板である。

クリーム半田のレーザー誘起前方転写方法であって、
印刷対象の受け基板の回路設計図をコンピュータ制御システムに入力し、コンピュータ制御システムによって印刷対象の受け基板におけるボンディングバッドの位置に基づいてレーザー光の走査経路、走査速度を設定し、各ボンディングバッドの形状及び寸法に応じてレーザー光のパラメータ及びビーム整形モジュールのパラメータを選択するステップ１と、
実際の生産に必要なクリーム半田の厚さに応じて、所望の凹面の深さを有する透明基板を選択し、ブレードコート方法でクリーム半田を凹面全体に塗布して、凹面にクリーム半田膜９を形成し、クリーム半田膜の面を下向きにして、次に、透明基板をＺ軸昇降台に接続されたチャックに固定し、透明基板と受け基板との距離を調整するステップ２と、
レーザー光パルスが放射される前に、コンピュータ制御システムは、予め設定された経路に従って、２次元ガルバノメータを回転させ、レーザー光ビームの路径を変えるステップ３と、
レーザー１からのビームがビーム整形モジュールにより整形された後、２次元ガルバノメータとｆ−θレンズからなる光路調整モジュールに入り、２次元ガルバノメータにより光路を変化され、最終的にｆ−θレンズを透過してステップの前記クリーム半田膜の上方に集束し、レーザー光が透明基板を透過してクリーム半田膜により吸収された後、照射部位が部分的に気化し、クリーム半田膜の内部に気泡が形成され、次に、気泡の持続的な膨張に伴い、周辺の気化部分が受け基板へ押され、透明基板と受け基板の間に安定的なブリッジ構造が形成されるステップ４と、
受け基板におけるすべてのボンディングバッドと透明基板の間に安定的なブリッジ構造が形成されるまでステップ３及びステップ４を繰り返し、次に、コンピュータ制御システムは、Ｚ軸昇降台１１が上昇し、透明基板が垂直に受け基板から離れるように制御し、すべてのブリッジ構造を破断して、点状クリーム半田１８を残し、さらに受け基板全体の印刷を完了するステップ５と、を含む。

従来技術に比べて、本発明は、下記利点及び効果を有する。
本発明のクリーム半田転写モジュールは、透明基板、チャック、Ｚ軸昇降台、受け基板、ＸＹＺ軸移動 プラットフォームを備え、透明基板の下面には、クリーム半田膜を収容する凹面が形成されており、受け基板及びＺ軸昇降台は、ＸＹＺ軸移動プラットフォームに配置されて受け基板とレーザー光ビームスポットの相対的作業位置を調整し、作動するときに、チャックをＺ軸昇降台に取り付け、透明基板の凹面を下向きにして、受け基板の上方に平行に配置し、チャックで透明基板の縁部を挟持して、チャックをＺ軸昇降台に搭載して受け基板の上方に垂直に昇降運動させ、受け基板に対する透明基板の距離を調整する。高エネルギーのパルスレーザー光を利用して、レーザー光及び移動プラットフォームが連携して運動することにより、透明基板８におけるクリーム半田膜を設定された路径に従って受け基板に転写させ、それによって、クリーム半田の局所転写及び印刷を正確に制御する。

本発明では、透明基板の下面にクリーム半田膜を収容する凹面を形成するとともに、受け基板とＺ軸昇降台をＸＹＺ軸移動プラットフォームに配置して受け基板とレーザー光ビームスポットの相対的作業位置を調整することに加えて、高エネルギーのパルスレーザー光を利用することによって、マスクを必要としない非接触式の高精度クリーム半田転写技術案を実現する。

本発明は、技術的手段が実施されやすく、生産プロセスを効果的に簡素化させ、且つ生産周期を大幅に短縮させて、生産コストを削減させる。

本発明のクリーム半田のレーザー誘起前方転写装置の構造模式図である。 図１のクリーム半田転写モジュールの構造模式図である。 本発明のクリーム半田のレーザー誘起前方転写プロセスの原理図である。 本発明により転写された点状クリーム半田の共焦点顕微鏡写真である。

以下、特定の実施例にて本発明をさらに詳細に説明する。

実施例
図１−４に示されるように、本発明は、レーザー光ユニット、コンピュータ制御システム１４を備えるクリーム半田のレーザー誘起前方転写装置であって、クリーム半田転写モジュールをさらに備え、前記コンピュータ制御システム１４は、レーザー光ユニットのレーザー光ビームの出射及びクリーム半田転写モジュールの運動を制御し、
前記クリーム半田転写モジュールは、透明基板８、チャック１０、Ｚ軸昇降台１１、受け基板１２、ＸＹＺ軸移動プラットフォーム１３を備え、
前記透明基板８の下面が、クリーム半田膜９を収容する凹面であり、透明基板８は、石英ガラス又はほかの透明物品であることを特徴とするクリーム半田のレーザー誘起前方転写装置を開示する。

前記受け基板１２及びＺ軸昇降台１１は、ＸＹＺ軸移動プラットフォーム１３に配置されて、受け基板１２とレーザー光ビームスポットの相対的作業位置を調整し、
前記チャック１０は、Ｚ軸昇降台１１に取り付けられ、透明基板８は、凹面が下向きであり、且つ受け基板１２の上方に平行に配置され、前記チャック１０は、透明基板８の縁部を挟持し、Ｚ軸昇降台１１に搭載されて受け基板１２の上方に垂直に昇降運動し、受け基板１２に対する透明基板８の距離を調整する。

前記レーザー光ユニットは、順次光路接続されたレーザー１、ビーム整形モジュール、光路調整モジュールを備え、レーザー１、ビーム整形モジュール、光路調整モジュール、クリーム半田転写モジュールは、それぞれコンピュータ制御システム１４に接続される。ビーム整形モジュールは、順次光路接続されたビーム拡大レンズ２、絞り３、フラットトップビーム整形器４、空間光変調器５を備え、ビームは、ビーム拡大レンズ２、絞り３を透過した後、スポットの不純物が除去され、フラットトップビーム整形器４を透過した後、スポットの元のガウスエネルギー分布が均一な円形分布又は方形分布になる。次に、空間光変調器５を透過して、コンピュータ制御システム１４の制御により、空間光変調器５は、スポットをユーザに必要な形状及び寸法に変化する。

前記光路調整モジュールは、順次光路接続された２次元ガルバノメータ６、ｆ−θレンズ７を備える。コンピュータ制御システム１４は、２次元ガルバノメータ６を制御することによってビームのＸＹ平面での位置を移動させ、最終的にビームをｆ−θレンズ７で目標平面に集束させる。ｆ−θレンズ７は、３５５ｎｍ又は５３２ｎｍの反射防止膜、±１５°の走査角、１２０ｍｍの有効焦点距離を有する。

前記収容クリーム半田膜９の凹面の深さが、２０μｍ〜１５０μｍである。

前記受け基板１２は、ＰＣＢ基板、即ち、クリーム半田の印刷を必要とするＰＣＢ基板である。

クリーム半田膜９には、クリーム半田としてＴｙｐｅ５〜７のクリーム半田が使用されており、Ｔｙｐｅ５である場合、クリーム半田の粒子寸法は、１５μｍ〜２５μｍであり、Ｔｙｐｅ６である場合、クリーム半田の粒子寸法は、５μｍ〜１５μｍであり、Ｔｙｐｅ７である場合、粒子寸法は、２μｍ〜１１μｍである。

レーザー１は、パルスレーザーであり、出力光源の波長が３５５ｎｍ又は５３２ｎｍであり、パルス幅が１０ｎｓ〜５０ｎｓであり、繰り返し周波数が１０ｋｈｚ〜１００ｋｈｚである。

本発明がレーザー前方転写方法を利用してクリーム半田を転写させる具体的な原理は、図３に示されており、レーザー１からのレーザー光は、ビーム整形モジュール及び光路調整モジュールを透過した後、透明基板８を介してクリーム半田膜９に照射され、クリーム半田を部分的に気化させて、気泡１６を発生させる。気泡１６の持続的な膨張に伴い、クリーム半田膜９が受け基板１２と接触し、安定的なブリッジ構造１７が形成される。透明基板８が垂直に受け基板１２から離れたとき、ブリッジ構造１７は、破断するまで引っ張られて、受け基板１２に点状クリーム半田１８を残す。

図４は、本発明により転写された点状クリーム半田の共焦点顕微鏡像を示している。

本発明のクリーム半田のレーザー誘起前方転写方法は、下記ステップによって実現される。
ステップ１：印刷対象の受け基板１２の回路設計図をコンピュータ制御システム１４に入力し、コンピ ュータ制御システム１４によって印刷対象の受け基板１２におけるボンディングバッドの位置に基づいてレーザー光１５の走査経路、走査速度を設定し、各ボンディングバッドの形状及び寸法に応じてレーザー光のパラメータ及びビーム整形モジュールのパラメータを選択する。
ステップ２：実際の生産に必要なクリーム半田の厚さに応じて、所望の凹面の深さを有する透明基板８を選択し、ブレードコート方法でクリーム半田を凹面全体に塗布して、凹面にクリーム半田膜９を形成し、クリーム半田膜９の面を下向きにして、次に、透明基板８をＺ軸昇降台１１に接続されたチャック１０に固定し、透明基板８と受け基板１２との距離を調整し、距離の調整を完了した後、クリーム半田を転写し始める。
ステップ３：レーザー光パルスが放射される前に、コンピュータ制御システム１４は、予め設定された経路に従って、２次元ガルバノメータ６を回転させ、レーザー光ビームの路径を変え、予め設定されたレーザー光のパラメータ、及びビーム整形モジュールのパラメータに基づいて、レーザー光スポットのエネルギー分布を調整する。
ステップ４：パラメータが調整された後、レーザー１からのビームがビーム整形モジュールにより整形された後、２次元ガルバノメータ６とｆ−θレンズ７からなる光路調整モジュールに入り、２次元ガルバノメータ６により光路を変化され、最終的にｆ−θレンズ７を透過してステップ２の前記クリーム半田膜９の上方に集束し、レーザー光１５が透明基板８を透過してクリーム半田膜９により吸収された後、照射部位が部分的に気化し、クリーム半田膜９の内部に形気泡１６が成され、気泡１６の持続的な膨張に伴い、周辺の未気化部分が受け基板１２へ押され、透明基板８と受け基板１２の間に安定的なブリッジ構造１７が形成される。
ステップ５：受け基板１２におけるすべてのボンディングバッドと透明基板８の間に安定的なブリッジ構造１７が形成されるまでステップ３及びステップ４を繰り返し、次に、コンピュータ制御システム１４は、Ｚ軸昇降台１１が上昇し、透明基板８が垂直に受け基板１２から離れるように制御し、すべてのブリッジ構造１７を破断して、点状クリーム半田１８を残し、さらに受け基板１２全体の印刷を完了する。

前記のように、本発明を効果的に実現できる。

本発明の実施形態は、上記実施例により制限されず、本発明の趣旨及び原理から逸脱せずに行われる修正、修飾、置換、組み合わせ、簡素化は、すべて等価の置換形態であり、いずれも本発明の特許範囲に属する。

Claims (6)

1. レーザー光ユニット、コンピュータ制御システム（１４）を備えるクリーム半田のレーザー誘起前方転写装置であって、
   クリーム半田転写モジュールをさらに備え、前記コンピュータ制御システム（１４）は、レーザー光ユニットのレーザー光ビームの出射及びクリーム半田転写モジュールの運動を制御し、
   前記クリーム半田転写モジュールは、透明基板（８）、チャック（１０）、Ｚ軸昇降台（１１）、受け基板（１２）、ＸＹＺ軸移動プラットフォーム（１３）を備え、
   前記透明基板（８）の下面が、クリーム半田膜（９）を収容するための凹面であり、
   前記受け基板（１２）及びＺ軸昇降台（１１）は、ＸＹＺ軸移動プラットフォーム（１３）に配置されて、受け基板（１２）とレーザー光ビームスポットの相対的作業位置を調整し、
   前記チャック（１０）は、Ｚ軸昇降台（１１）に取り付けられ、透明基板（８）は、凹面が下向きであり、且つ受け基板（１２）の上方に平行に配置され、前記チャック（１０）は、透明基板（８）の縁部を挟持し、Ｚ軸昇降台（１１）に搭載されて受け基板（１２）の上方に垂直に昇降運動し、受け基板（１２）に対する透明基板（８）の距離を調整する、
   ことを特徴とするクリーム半田のレーザー誘起前方転写装置。
2. 前記レーザー光ユニットは、順次光路接続されたレーザー（１）、ビーム整形モジュール、光路調整モジュールを備え、
   前記レーザー（１）、ビーム整形モジュール、光路調整モジュール、クリーム半田転写モジュールは、それぞれコンピュータ制御システム（１４）に接続される、
   ことを特徴とする請求項１に記載のクリーム半田のレーザー誘起前方転写装置。
3. 前記ビーム整形モジュールは、順次光路接続されたビーム拡大レンズ（２）、絞り（３）、フラットトップビーム整形器（４）、空間光変調器（５）を備え、
   前記光路調整モジュールは、順次光路接続された２次元ガルバノメータ（６）、ｆ−θレンズ（７）を備える、
   ことを特徴とする請求項２に記載のクリーム半田のレーザー誘起前方転写装置。
4. 前記収容クリーム半田膜（９）の凹面の深さが、２０μｍ〜１５０μｍである、
   ことを特徴とする請求項３に記載のクリーム半田のレーザー誘起前方転写装置。
5. 前記受け基板（１２）は、ＰＣＢ基板である、
   ことを特徴とする請求項４に記載のクリーム半田のレーザー誘起前方転写装置。
6. クリーム半田のレーザー誘起前方転写方法であって、
   請求項５に記載のクリーム半田のレーザー誘起前方転写装置を用いて実現され、
   印刷対象の受け基板（１２）の回路設計図をコンピュータ制御システム（１４）に入力し、コンピュータ制御システム（１４）によって印刷対象の受け基板（１２）におけるボンディングバッドの位置に基づいてレーザー光（１５）の走査経路、走査速度を設定し、各ボンディングバッドの形状及び寸法に応じてレーザー光のパラメータ及びビーム整形モジュールのパラメータを選択するステップ（１）と、
   実際の生産に必要なクリーム半田の厚さに応じて、所望の凹面の深さを有する透明基板（８）を選択し、ブレードコート方法でクリーム半田を凹面全体に塗布して、凹面にクリーム半田膜（９）を形成し、クリーム半田膜（９）の面を下向きにして、次に、透明基板（８）をＺ軸昇降台（１１）に接続されたチャック（１０）に固定し、透明基板（８）と受け基板（１２）との距離を調整するステップ（２）と、
   レーザー光パルスが放射される前に、コンピュータ制御システム（１４）は、予め設定された経路に従って、２次元ガルバノメータ（６）を回転させ、レーザー光ビームの路径を変えるステップ（３）と、
   レーザー（１）からのビームがビーム整形モジュールにより整形された後、２次元ガルバノメータ（６）とｆ−θレンズ（７）からなる光路調整モジュールに入り、２次元ガルバノメータ（６）により光路の方向を変化され、最終的にｆ−θレンズ（７）を透過してステップ（２）の前記クリーム半田膜（９）の上方に集束し、レーザー光（１５）が透明基板（８）を透過してクリーム半田膜（９）により吸収された後、照射部位が部分的に気化し、クリーム半田膜（９）の内部に気泡（１６）が形成され、気泡（１６）の持続的な膨張に伴い、周辺の未気化部分が受け基板（１２）へ押され、透明基板（８）と受け基板（１２）の間に安定的なブリッジ構造（１７）が形成されるステップ（４）と、
   受け基板（１２）におけるすべてのボンディングバッドと透明基板（８）の間に安定的なブリッジ構造（１７）が形成されるまでステップ（３）及びステップ（４）を繰り返し、次に、コンピュータ制御システム（１４）は、Ｚ軸昇降台（１１）が上昇し、透明基板（８）が垂直に受け基板（１２）から離れるように制御し、すべてのブリッジ構造（１７）を破断して、点状クリーム半田（１８）を残し、さらに受け基板（１２）全体の印刷を完了するステップ（５）と、を備える、
   ことを特徴とするクリーム半田のレーザー誘起前方転写方法。

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