JP4124018B2 - 光ビーム加工装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加工物へ光ビームを照射して加工する光ビーム加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、はんだ付け装置として、光ビームを用いるものは、ランプまたはレーザ光源による光ビームを被加工物のはんだ付け部位に照射して、部分的または、局所的な、はんだ接合などをしていた。（例えば特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−１９８４２３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の装置によると光の照射範囲内の全域において照射する光の強度がバラツキ、照射範囲内で均一な温度上昇を得ることができなかった。
【０００５】
また、被接合部品の熱容量のバラツキにより、必ずしも、均一な温度上昇（均一な光量）が最適でない場合も存在していた。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑み、最適な加工を行うことができる光ビーム加熱装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の光ビーム加工装置は、印刷されたはんだペースト上に熱容量の異なる電子部品を載置した基板を載置する基板下部支持プレートと、前記基板上の複数の電子部品を同時にはんだ付けするための光ビームを発生する光ビーム光源と、前記光ビーム光源からの光ビームを前記基板の電子部品を載置した面とは裏面から照射するレンズ鏡筒とを備え、前記基板とレンズ鏡筒の間に、熱容量の大きな電子部品の下では光透過率を高め、その他熱容量の小さな電子部品の下では光透過率を下げた強度分布調整プレートを配置し、前記基板下部支持プレートに光ビームを通過させる開口穴形状を設けたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を説明する。
【０００９】
図１は本発明の実施の形態における光ビーム加工装置の概略構成図である。図２は図１中のＡ矢視図である。
【００１０】
はんだ付けされる電子部品１は、フレキシブル基板２上の事前に印刷されたはんだペースト１２上に置かれている。
【００１１】
この電子部品１を搭載したフレキシブル基板２は、開口穴形状３ａを備えた基板下部支持プレート３上に置かれ、同じく開口穴形状４ａを備えた基板上部押さえプレートにより、挟まれる形で保持されている。
【００１２】
また、はんだを加熱する光ビーム加工装置は、光ビーム光源（図示せず）を内蔵した光ビーム電源制御装置５と、制御操作盤１１と、光ビーム電源制御装置５内で発生させた光ビームをレンズ鏡筒７まで導く光ファイバー６とで構成される。
【００１３】
また、レンズ鏡筒７内には、集光レンズ８ａ、８ｂが配置されている。また、加熱するフレキシブル基板２とレンズ鏡筒７の間には、強度分布調整プレート１０が配置され、レンズ鏡筒７から照射された光ビーム９ａは、強度分布調整プレート１０を通過し、強度分布調整された光ビーム９ｂとして、基板下部支持プレート３の開口穴３ａからフレキシブル基板２へ照射される。
【００１４】
フレキシブル基板２は、下部からの光ビーム照射により加熱され、電子部品１との間のはんだペースト１２が溶融することにより電子部品１がフレキシブル基板２にはんだ付けされる。
【００１５】
次に図３〜５を用いて強度分布調整プレート１０の効果について説明する。図３はレンズ鏡筒７から照射されフレキシブル基板２に到達時の光強度分布のイメージ図である。図３に示すように、光ビーム照射中心がもっとも単位面積あたりの光強度が強く、照射端に近づくにつれ、光強度が低下する。
【００１６】
また、この時フレキシブル基板２上のはんだ温度は、光強度分布に似た形で周辺部が低くなる。また、特にフレキシブル基板２の周辺部は基板下部支持プレート３と基板上部押さえプレート４に接触しているため、フレキシブル基板２の熱が伝導し、冷却される現象も加味される。次に図４は強度分布調整プレート１０の一実施例である。薄い金属製の平板に細かな穴をあけ、中央部と周辺部とで穴のサイズ、個数、密度等を変更し、結果として単位面積あたりの光透過率を中心部と周辺部とで異なるものにしている。この例では、中心部の光透過率を低くし、周辺部の光透過率を高くしている。
【００１７】
図５は、図３の測定状態のところへレンズ鏡筒７と加熱されるフレキシブル基板２の間に図４の強度分布調整プレート１０を挿入した場合の光ビームの光強度分布とフレキシブル基板２上のはんだの温度上昇を測定した結果のイメージ図である。強度分布調整プレート１０を用いることにより、光ビームの単位面積あたりの強度は、照射範囲内の中心部で若干の低下が見られ２山の強度分布になっているが、フレキシブル基板２上のペーストはんだの温度分布を見ると、中央部と周辺部ではほぼ同一の温度となっていることがわかる。
【００１８】
これは、照射範囲の中央部ではその周辺部も同等程度の温度上昇があり、熱が伝導し、逃げることができないためと予測される。また、強度分布調整プレート１０を使用した場合、全体にフレキシブル基板２上のペーストはんだの温度が低下しているが、これは光ビーム電源制御装置５にて光ビームの全体光量を増加することで解決することができる。その結果、具体的な数値を示せば、融点約２２０℃の鉛フリーはんだを用いて加熱し、電子部品１をはんだ接合する場合、強度分布調整プレート１０を使用しない場合、ペーストはんだ１２の中央部と周辺部の温度差△ｔは約４０〜５０℃にもなるが、強度分布調整プレート１０を使用した場合、温度差△ｔは約２０〜２５℃までに抑えられる。
【００１９】
前記、実施の形態によれば、熱伝導ムラは発生しない。また、加熱時に生じるフレキシブル基板２の変形に対しても、光ビームによる非接触加熱方法であるため、問題は発生しない。更に、熱容量の異なる電子部品１を同時にはんだ接合する場合においても、光ビームの強度分布調整プレート１０にて、熱容量の大きな電子部品１の下では、光透過率を高め、その他熱容量の小さな電子部品１の下では、逆に光透過率をさげる手段をとれば、異なる熱容量の電子部品１どうしを同時にはんだ接合することが可能となる。さらには、例えば光ビームを同一照射する範囲内に前工程等でベアＩＣ等が実装済みで、他の電子部品１をはんだ接合する際に、再度熱を加えられないような場合においては、前記ベアＩＣの下部のみ光ビームの強度分布調整プレート１０を完全に遮蔽することにより、光ビームを全く照射せず再加熱を防止し、他のはんだ接合したい電子部品１のみをはんだ接合することが可能である。
【００２０】
図６、図７にて光ビームの強度分布調整プレート１０の開口形状の例を示す。図６、図７は強度分布調整プレート１０の要部拡大図である。図６は開口部形状が四角形のもの、また図７は同じく開口部形状が円形のものの一例である。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明のように本発明の光ビーム加工装置によれば、強度分布調整プレートを用いることにより、フレキシブル基板上の電子部品を均一に近い温度ではんだ接合することが可能となり、はんだ付け品質を向上することができる。また、同一照射範囲内で熱容量の異なる電子部品どうしを同時にはんだ接合することができる。また、熱伝導の不均衡な問題等は発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例における光ビーム加工装置の概略構成図
【図２】図１中のＡ矢視図
【図３】本発明の一実施の形態例における光強度分布のイメージ図
【図４】本発明の一実施の形態例における強度分布調整プレートの説明図
【図５】本発明の一実施の形態例における光強度分布のイメージ図
【図６】本発明の一実施の形態例を示す強度分布調整プレートの要部拡大図
【図７】本発明の一実施の形態例を示す強度分布調整プレートの要部拡大図
【符号の説明】
１…電子部品
２…フレキシブル基板
３…基板下部支持プレート
３ａ…基板下部支持プレート開口穴
４…基板上部押さえプレート
４ａ…基板上部押さえプレート開口部
５…光ビーム電源制御装置
６…光ファイバー
７…レンズ鏡筒
８ａ、８ｂ…集光レンズ、
９ａ、９ｂ…光ビーム
１０…強度分布調整プレート
１１…制御操作盤
１２…はんだペースト

Claims (1)

1. 印刷されたはんだペースト上に熱容量の異なる電子部品を載置した基板を載置する基板下部支持プレートと、前記基板上の複数の電子部品を同時にはんだ付けするための光ビームを発生する光ビーム光源と、前記光ビーム光源からの光ビームを前記基板の電子部品を載置した面とは裏面から照射するレンズ鏡筒とを備え、前記基板とレンズ鏡筒の間に、熱容量の大きな電子部品の下では光透過率を高め、その他熱容量の小さな電子部品の下では光透過率を下げた強度分布調整プレートを配置し、前記基板下部支持プレートに光ビームを通過させる開口穴形状を設けた光ビーム加工装置。

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