JP2023173680A - ツインビーム半田付け装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ツインビームの間隔、傾斜、位置、熱バランス等を簡単に調整することができるツインビーム半田付け装置を提供する。【解決手段】軸方向にファイバーコア軸を有し、該ファイバーコア軸を中心として矩形ビームを放射するファイバーコアと、プリズム稜線が前記ファイバーコア軸に対向することによってファイバーコアから放射された矩形ビームを一対の矩形ビームに分光する分割プリズムと、分割プリズムによって分割された一対の矩形ビームを所定の位置に集光する光学レンズとを少なくとも具備し、前記分割プリズムが前記ファイバーコア軸の軸方向に移動可能であり、前記ファイバーコア軸に対して垂直方向に移動可能であること、前記ファイバーコアが前記ファイバーコアの軸方向に延出するファイバーコア軸を中心として回転可能であること、及び／又は、前記分割プリズムが前記ファイバーコア軸を中心として回転可能である。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光を分離させてツインビームとし、１回で２カ所の半田付けを行うことができるツインビーム半田付け装置に関する。

特許文献１（特開２０１３－２０３０５２号公報）は、容器及び蓋のレーザ溶着による密閉方法において、強度分布が一様な矩形ビームを使用することを開示する。

特許文献２（特開２００７－１１００６４号公報）は、基板の表面に形成された半導体膜にレーザビームを照射することにより行うレーザアニール方法において、進行方向と垂直な断面が矩形であり、電場が矩形の長辺方向を向く直線偏光の矩形レーザビーム、又は、長軸が長辺方向を向く楕円偏光の矩形レーザビームを生成する段階を有することを開示する。

特許文献３（特開２００１－２３９２０号公報）には、ダイバージェンス光学系７１やテレスコープ光学系７２は、第１ビームＬＢ１と第２ビームＬＢ２のビーム特性やその相違等に起因して、ホモジナイザ４１によって形成される矩形ビームについてフォーカス位置の違いやビームサイズの違い、さらにユニフォーミティの違いが生じてしまうことを防止していることが開示される。

特許文献４（特開平３－４７６９０号公報）は、アームの移動によりレーザ光を誘導し、ワーク表面に照射して加工を行うレーザ加工ロボットにおいて、前記アーム内に設けられ、中心部に矩形の断面形状の穴を貫通させ、前記穴の表面を前記レーザ光が充分小さな反射損失で反射するように処理した筒と、前記筒の一端の近傍に設けられた凸レンズと、前記筒の他端の近傍に設けられたコリメータレンズとを有し、非矩形のビームモードのレーザ光を前記凸レンズで集光して前記筒の一端に入射し、前記筒内で所定回数の反射を繰り返させた後に前記コリメータレンズを通して出射することにより、矩形ビームモードのレーザ光に変換するように構成したことを開示する。

特開２０１３－２０３０５２号公報 特開２００７－１１００６４号公報 特開２００１－２３９２０号公報 特開平３－４７６９０号公報

従来、電子部品の小型化に伴ってピンポイントで溶接部分を加熱することができるレーザ半田付け装置の需要が高まっている。このようなレーザ半田付け装置では、レーザ光が照射された対象物（半田材、部品、基板）が光を吸収することで熱が発生し、半田付けに必要な例えば３００℃まで温度を上昇させて半田付けを行うものである。小型電子部品の場合、半田付け箇所が接近していることから、一方の半田付けによって小型電子部品の温度が上昇し、この後他方の半田付けによってさらに小型電子部品の温度が上昇するという不具合、さらに切削半田付けされた一方の半田付けに支障をきたすという不具合が生じる。

このため、出願人は、特願２０２１－０７４６３１号において、ツインビームよって小型電子部品の両側の端子を一度に半田付けすることのできるレーザ半田付け装置を提案した。

また、出願人は、小型電子部品の半田付け箇所の形状が方形形状であり、さらに矩形レーザ光の出力分布がトップフラット分布であることから、従来丸形レーザ光よりも矩形レーザ光の方が半田付け作業に適していることも見いだした。

また、矩形レーザ光を用いた場合、円形レーザ光の場合と異なり、その間隔、傾斜、位置等を調整可能とすることが望まれる。

このため、本願発明は、一対の矩形レーザを用いたツインビーム半田付け装置において、容易にツインビームの間隔、傾斜、位置、熱バランス等を調整することができるツインビーム半田付け装置を提供するものである。

本願発明は、軸方向にファイバーコア軸を有し、該ファイバーコア軸を中心として矩形ビームを放射するファイバーコアと、プリズム稜線が前記ファイバーコア軸に対向することによって前記ファイバーコアから放射された矩形ビームを分光する分割プリズムと、分割プリズムによって分割された一対の矩形ビームを所定の位置に集光する光学レンズとを少なくとも具備するツインビーム半田付け装置において、前記分割プリズムが前記ファイバーコア軸の軸方向に移動可能であることにある。

これによって、前記分割プリズムが前記ファイバーコア軸の軸方向に移動可能であることによって、一対の矩形ビームの間隔を変化させることができるものである。

また、前記分割プリズムが前記ファイバーコア軸に対して垂直方向に移動可能であることが好ましい。これによって、前記プリズム稜線がファイバーコア軸に対して変位することから、一対の矩形ビームのそれぞれのレーザ光量を変化させることができるため、ハンダ付け箇所の熱容量の変化に対応させることができるものである。

さらに、前記ファイバーコアがファイバーコアの軸方向に延出するファイバーコア軸を中心として回転可能であることが好ましい、これによって、一対の矩形ビームのそれぞれを所定の角度で傾斜させることができるものである。

さらにまた、前記分割プリズムが前記ファイバーコア軸を中心として回転可能であることが好ましい。これによって、一対の矩形ビームをファイバーコア軸に対してそれらの位置を変化させることができるものである。

このように、本願発明によれば、一対の矩形ビームの間隔、傾斜、相対位置、熱バランスを光学的に変化させることができることから、半田付け作業に対して汎用性を持たせることが可能となるものである。

以上説明したように、本発明よれば、一対の矩形ビームを光学的に簡単に変化させることができることから、小型電子部品のハンダ付けを容易に且つ確実に行うことができるため、半田付け作業効率を向上させることができるものである。

図１は、本発明の実施例に係るツインビーム半田付け装置の一対の矩形ビームの間隔を調整する場合の例を示した概略説明図であり、（ａ）は間隔を広げた場合、（ｂ）は間隔を狭めた場合の例を示したものである。 図２は、本発明の実施例に係るツインビーム半田付け装置の一対の矩形ビームの熱量を調整する場合の例を示した概略説明図であり、（ａ）は1つの矩形ビームの熱量を均等した場合、（ｂ）は一方の側の熱量を上昇させ他方の側の熱量を減少させた場合の例を示したものである。 図３は一対の矩形ビームによる電子部品の半田付けの状態を示した説明図であり、（ａ）はファイバーコアの矩形ビーム放射口が通常の場合であり、（ｂ）はその場合の半田付け例を示した説明図である。 図４は一対の矩形ビームによる電子部品の半田付けの状態を示した説明図であり、（ａ）はファイバーコアの矩形ビーム放射口が４５°傾斜した状態を示したものであり、（ｂ）はその場合の半田付け例を示した説明図である。 図５は一対の矩形ビームによる電子部品の半田付けの状態を示した説明図であり、（ａ）はファイバーコアの矩形ビーム放射口が９０°傾斜した状態を示したものであり、（ｂ）はその場合の半田付け状態を示した説明図である。 図６は、分割プリズムのプリズム稜線が通常の状態を示した説明であり、（ａ）は分割プリズムの状態を示した説明図であり、（ｂ）はその場合の半田付け例を示した説明図である。 図７は、分割プリズムのプリズム稜線が４５°傾斜した状態を示した説明であり、（ａ）は分割プリズムの傾斜状態を示した説明図であり、（ｂ）はその場合の半田付け例を示した説明図である。 図８は、分割プリズムのプリズム稜線が９０°傾斜した状態を示した説明であり、（ａ）は分割プリズムの９０°回転した状態を示した説明図であり、（ｂ）はその場合の半田付け例を示した説明図である。

以下、この発明の実施例について図面により説明する。

本願発明のツインビーム半田付け装置１は、例えば図1及び図２に示すように、軸方向にファイバーコア軸Ａを有し、該ファイバーコア軸Ａを中心として矩形ビーム２を放射するファイバーコア３と、プリズム稜線４が前記ファイバーコア軸Ａに対向することによってファイバーコア３から放射された矩形ビーム２を一対の矩形ビーム２Ａ，２Ｂに分光する分割プリズム５と、分割プリズム５によって分割された一対の矩形ビーム２Ａ，２Ｂを所定の位置に集光する光学レンズ６とを少なくとも具備するものである。本実施例では、図面において分割プリズム５及び光学レンズ６を単体として表示したが、分割プリズム５及び光学レンズ６は複数の光学的部品から構成することが望ましい。基本的に分割プリズム５はプリズム稜線４を境にして一方の側と他方の側に矩形ビーム２を分割する構造を有するものであり、光学レンズ６は、それぞれに分割された一対の矩形ビーム２Ａ，２Ｂのそれぞれを所定の位置に集光させる構造を有するもので、それらの構造については当業者には公知の内容であるので、図面上は単体として表示したものである。また、ファイバーコア３のレーザビームの放射口３Ａは、矩形形状に形成され、これによって矩形ビーム２を放射することができるものである。

前記一対の矩形ビーム２Ａ，２Ｂの集光場所は、小型電子部品７の半田付け箇所（小型電子部品７の端子）８Ａ，８Ｂに集光して基板９に設けられた配線端子１０，１１のそれぞれを加熱し、小型電子部品７の端子８Ａ，８Ｂと配線端子１０，１１とを半田付けするものである。

図１（ａ），（ｂ）において示されるように、前記分割プリズム５は、ファイバーコア３に対して移動可能に（ファイバーコアの長手方向軸に延出する中心軸、ファイバーコア中心軸に沿った方向に移動可能に）設計されている。

前記分割プリズム５が、図１（ａ）で示す状態から、図１（ｂ）で示す状態に変化した場合、いわゆる分割プリズム５をファイバーコア３側に移動させた場合、図1（ｂ）で示す状態では、分割プリズム５のプリズム稜線４を挟んだ両側を通過する矩形ビーム２の幅を図１（ａ）で示す場合に比べて狭くすることができるため、分割部リズム５で分割される一対の矩形ビーム２Ａ，２Ｂの光学レンズ６によるそれぞれの集光位置を狭くすることができるものである。

図２（ｂ）は、図１（ａ）に示す位置にあった割プリズム５を前記ファイバーコア軸Ａに対して垂直方向、例えば図中右方向にずらした状態を示したものである。これによって分割プリズム５のプリズム稜線４が前記ファイバーコア軸Ａからずれるため、一方の側（図面左側）の矩形ビーム２Ａのレーザ光量を他方の側（図面右側）の矩形ビーム２Ｂのレーザ光量よりも多くすることができることから、一方の側の矩形ビーム２Ａによるハンダ付け箇所（小型電子部品の一方の端子）８Ａの熱量を他方の側の矩形ビーム２Ｂによるハンダ付け箇所（小型電子部品の他方の端子）８Ｂよりも大きくすることができるものである。これにより、例えば小型電子部品の端子８Ａ，８Ｂと基板９上の配線１０，１１と半田付け部分の熱容量の差にも対応することができ、熱バランスを調整することが可能となるものである。

さらに、前記ファイバーコア３は、ファイバーコア軸Ａを中心として回転可能に設計されている。図３（ａ）は、前記ファイバーコア３の前記照射口３Ａが通常の位置にある場合を示したもので有り、これによって、例えば図３（ｂ）で示すように、小型電子部品７の端子８Ａ，８Ｂと配線１０，１１との半田付け箇所に一対の矩形ビーム２Ａ，２Ｂを効率的に集光させることができるものである。

図４（ａ）は、前記ファイバーコア３を４５°回転させた状態を示したものである。これによって、図４（ｂ）で示すように、一対の矩形ビーム２Ａ，２Ｂは４５°傾斜した状態で前記した半田付け箇所に集光させることができるものである。

図５（ａ）は、前記ファイバーコア３を９０°回転させた状態を示したものである。これによって、図４（ｂ）で示すように、一対の矩形ビーム２Ａ，２Ｂは９０°傾斜した状態（図３の状態に対して垂直となった状態）で前記した半田付け箇所に集光させることができるものである。

また、前記分割プリズム５は、前記ファイバーコア軸Ａを中心として回転可能に設計されている。図６（ａ）は、前記分割プリズム５が通常の状態を示すものであり、これによって、例えば図６（ｂ）で示すように、小型電子部品７の端子８Ａ，８Ｂと配線１０，１１との半田付け箇所に一対の矩形ビーム２Ａ，２Ｂを効率的に集光させることができるものである。

図６で示す状態から前記分割プリズム５を、図７（ａ）で示すように４５°回転させた状態に移行した場合、一対の矩形ビーム２Ａ，２Ｂの集光位置は、図７（ｂ）で示すように、矩形ビーム２Ａ，２Ｂの形状のままそれらの位置が４５°ずれるようにすることができる。

さらに図７（ａ）で示す状態から前記分割プリズムをさらに４５°回転させた状態、いわゆる図６（ａ）で示す状態から９０°回転させた状態となった場合、一対の矩形ビーム２Ａ，２Ｂの集光位置は、前記図６（ａ）の垂直位置の状態から図８「（ｂ）で示す水平位置の状態まで移動することができるものである。

以上のように、本発明に係るツインビーム半田付け装置１によれば、一対の矩形ビーム２Ａ，２Ｂの集光位置の間隔、熱バランス、傾斜、相対位置を光学的に変化させることができることから、半田付け作業に対して汎用性を持たせることが可能となるものである。

１ ツインビーム半田付け装置
２，２Ａ，２Ｂ 矩形ビーム
３ ファイバーコア
３Ａ 放射口
４ プリズム稜線
５ 分割プリズム
６ 光学レンズ
７ 小型電子部品
８Ａ，８Ｂ 端子（半田付け箇所）
９ 基板
１０，１１ 配線
Ａ ファイバーコア軸

Claims (4)

1. 軸方向にファイバーコア軸を有し、該ファイバーコア軸を中心として矩形ビームを放射するファイバーコアと、プリズム稜線が前記ファイバーコア軸に対向することによってファイバーコアから放射された矩形ビームを一対の矩形ビームに分光する分割プリズムと、分割プリズムによって分割された一対の矩形ビームを所定の位置に集光する光学レンズとを少なくとも具備するツインビーム半田付け装置において、
   前記分割プリズムが前記ファイバーコア軸の軸方向に移動可能であることを特徴とするツインビーム半田付け装置。
2. 前記分割プリズムが前記ファイバーコア軸に対して垂直方向に移動可能であることを特徴とする請求項1記載のツインビーム半田付け装置。
3. 前記ファイバーコアが前記ファイバーコアの軸方向に延出するファイバーコア軸を中心として回転可能であることを特徴とする請求項1又は2記載のツインビーム半田付け装置。
4. 前記分割プリズムが前記ファイバーコア軸を中心として回転可能であることを特徴とする請求項１～３のいずれか1つに記載のツインビーム半田付け装置。

Images