JP4407202B2 - 加工装置及び加工方法とこれを用いた生産設備 - Google Patents
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Description
以下、本発明の第1の実施の形態について、図1、2を用いて説明する。図1は本発明の加工装置の全体構成図で、被加工物5は、接合剤であるクリーム半田16が塗布されたプリント基板17と、前記プリント基板17にマウントされた表面実装部品15で構成されている。プリント基板17と表面実装部品15をはんだ接合するために、装置は、光エネルギー照射ではんだを溶かす光エネルギー電源1およびレーザダイオード装置2と、光エネルギーを接合位置に導く光学手段としてスポット照射を行うための光学系3を有し、被加工物5を載置するテーブル6を備え、照射位置を動かす手段としてテーブル6にXY(Z)テーブル8と、加工品質および性能を向上させる手段として被加工物5を予熱する加熱装置7が設けられている。
本発明の第2の実施の形態について、図3、4を用いて説明する。図3において、一括照射された光エネルギーはマスク4によって、個々の通過部から分割され、局所照射光へと変換される。そして、個々の局所照射光はマイクロレンズアレイ19によって、それぞれ集光され、対象ワーク上の光エネルギー照射部へと照射され、プリント基板17上の複数の表面実装部品15のクリーム半田16を同時加熱し、接合させる。また、マイクロレンズアレイ19は図4に示したとおり、マスク4の各格子に対して一対一の関係で対向して配置される。これにより、マスク上のどの格子位置が光エネルギー通過部となっても、マイクロレンズアレイ19の構成を変えることなく一括光エネルギーによる同時多点局所加熱が実現可能となる。
本発明の第3の実施の形態について図5、6を用いて説明する。図5において、ガルバノXYドライバやXYミラー軸などからなるガルバノ機構21は制御装置10からガルバノ制御装置20を通して制御される。また光学系3からの光エネルギーはこのガルバノ機構21により、マスク4を通して、被加工物5の任意の位置に高速照射されることが可能である。被加工物5はXY(Z)テーブル8によっても移動が可能であり、これにより、高速照射が可能な対象エリアを広げることができる。XY(Z)テーブル8には上下方向にも移動可能であり、ビーム径の可変化にも有効な手段となっている。図6に示すように、光エネルギー遮断部13と通過部14をもつマスク4を通すことで、光エネルギー照射部18のみに照射して、クリーム半田16を溶融させる。
本発明の第4の実施の形態について、図7を用いて説明する。図7に示した球面上マスク22は、ガルバノ機構によって斜めに照射された光エネルギーをその、光線の中心軸に対して面直に当たるよう構成されるものである。これにより、平板マスクでは、斜め光を遮断した場合に、実際に遮断したい領域以上に遮断してしまうことを防止できる。また、ガルバノミラー角度と球面上マスクと照射面の幾何学位置関係から、遮断させたい領域と球面上マスクの格子位置を容易に算出することができ、マスク設計の容易化が図れる。こうして、高品質かつ高速はんだ接合が広範囲に可能となる。
本発明の第5の実施の形態について、図8を用いて説明する。図8において、光学系3はコリメータレンズ23により構成されており、平行光としてガルバノ機構21に入射される。そして、ガルバノ機構21により振り分けられる光エネルギーはfθレンズ24とマスク4を通ることで、被加工物5の任意の位置に対して面直で集光され、照射されることが可能である。このような構成により、高品質かつ高速はんだ接合が広範囲に可能であり、光エネルギーと被加工物が面直であるため、マスク設計も容易となる。また、fθレンズから先で集光されるため、被加工物との距離すなわちワークディスタンスも取りやすい構成となる。
本発明の第6の実施の形態について、図9を用いて説明する。図9に示したとおり、格子状の任意の位置を制御可能なコントローラブルマスク26はマスクコントローラ27により、任意の位置を光エネルギーの通過部、遮断部へと切り換えることができる。また、マスクコントローラ27は制御装置10、プラットフォーム9により制御可能となっており、製造ラインで対象加工物により、任意のマスクパターンを形成でき、機種切り換え時間を大幅に削減することができる。
本発明の第7の実施の形態について、図10、11を用いて説明する。図10に示した通り、光学系3と被加工物5の間に複数のマスク、第1マスク28と第2マスク29を配置させている。これは、図11に示した光エネルギーの強度分布のように、第1マスク28を通った光エネルギーは、回折現象により、強度分布的に周辺に広がった光(回折光影響部30)をもってしまい、この回折光の影響が接合品質に悪影響を及ぼす可能性があった。これに対して、第2マスク29により、本当に通過させたい光エネルギーのみを通過させ、回折光影響部30を除去する効果をもつ。こうして、高品質なはんだ接合が広範囲に可能になる。
本発明の第8の実施の形態について、図12を用いて説明する。図12において、マスク4の光エネルギーの遮断部は光反射部31となっている。これにより、遮断した、光エネルギーによってマスク4自身が加熱され発熱することを防止できる。こうして、マスク4の長寿命化と光品質の低下防止ができる。また、反射光32は反射光処理部33により処理され、他の光学部品などへの影響はないものとしている。
本発明の第9の形態について、図13を用いて説明する。図13において、マスク4の光エネルギーの遮断部は光偏向部34となっている。これにより、遮断した、光エネルギーによってマスク4自身が加熱され発熱することを防止できる。また、他の光学部品などへの影響も防止できる。こうして、マスク4の長寿命化と光品質の低下防止ができる。また、偏向光35は偏向光処理部36により処理され、他のプリント基板や実装部品などへの影響はないものとしている。
本発明の第10の実施の形態について、図14を用いて説明する。図14は、本発明による加工方法を実現する加工フローチャートの一例を示したものである。図14において、まず基板にクリームはんだが塗布され実装部品がマウントされた状態の被接合物がテーブルに載置されると同時に加熱装置による予熱が開始される。そして、温度検出器などにより、被接合物の温度が設定した温度である、クリームはんだ中のフラックス成分の一部である溶剤の沸点以下でかつ沸点近傍の温度であり、接合時の光エネルギーによる上昇温度より低い温度となっているかどうか確認する。測定温度が許容温度範囲外である場合、許容範囲内に入るよう加熱装置を制御する。
本発明の第11の実施の形態について、図15を用いて説明する。図15は、本発明による加工方法を実現する加工フローチャートの一例を示したものである。図15において、まず基板にクリームはんだが塗布され実装部品がマウントされた状態の被接合物がテーブルに載置されると同時に加熱装置による予熱が開始される。そして、温度検出器などにより、被接合物の温度が設定した温度である、クリームはんだ中のフラックス成分の一部である溶剤の沸点以下でかつ沸点近傍の温度であり、接合時の光エネルギーによる上昇温度より低い温度となっているかどうか確認する。測定温度が許容温度範囲外である場合、許容範囲内に入るよう加熱装置を制御する。
本発明の第12の実施の形態について、図16を用いて説明する。図16は、本発明による加工方法を実現する加工フローチャートの一例を示したものである。図16において、まず基板にクリームはんだが塗布され実装部品がマウントされた状態の被接合物がテーブルに載置されると同時に加熱装置による予熱が開始される。そして、温度検出器などにより、被接合物の温度が設定した温度である、クリームはんだ中のフラックス成分の一部である溶剤の沸点以下でかつ沸点近傍の温度であり、接合時の光エネルギーによる上昇温度より低い温度となっているかどうか確認する。測定温度が許容温度範囲外である場合、許容範囲内に入るよう加熱装置を制御する。
本発明の第13の実施の形態について、図17を用いて説明する。図17は、本発明による加工方法を実現する加工フローチャートの一例を示したものである。図17において、まず基板にクリームはんだが塗布され実装部品がマウントされた状態の被接合物がテーブルに載置されると同時に加熱装置による予熱が開始される。そして、温度検出器などにより、被接合物の温度が設定した温度である、クリームはんだ中のフラックス成分の一部である溶剤の沸点以下でかつ沸点近傍の温度であり、接合時の光エネルギーによる上昇温度より低い温度となっているかどうか確認する。測定温度が許容温度範囲外である場合、許容範囲内に入るよう加熱装置を制御する。
本発明の第14の実施の形態について、図18を用いて説明する。図18は、本発明による加工方法を実現する加工フローチャートの一例を示したものである。図18において、まず基板にクリームはんだが塗布され実装部品がマウントされた状態の被接合物がテーブルに載置されると同時に加熱装置による予熱が開始される。そして、温度検出器などにより、被接合物の温度が設定した温度である、クリームはんだ中のフラックス成分の一部である溶剤の沸点以下でかつ沸点近傍の温度であり、接合時の光エネルギーによる上昇温度より低い温度となっているかどうか確認する。測定温度が許容温度範囲外である場合、許容範囲内に入るよう加熱装置を制御する。
本発明の第15の実施の形態について、図19を用いて説明する。図19は、本発明による加工方法を実現する加工フローチャートの一例を示したもので、アパーチャ径の適正化のためのフローチャートを示したものである。図18において、まず、ガルバノモータシャフト軸及び光学素子等の温度測定を開始後、光エネルギーを最大照射条件にて照射する。そして、個々の測定点の飽和温度まで測定を行い、その飽和温度が規定範囲内であるかを判定する。範囲外である場合、アパーチャの径などを補正する。こうして、個々の測定点の飽和温度が規定範囲内に入るようアパーチャ形状の補正を行い、最適化を図る。最適化された状態では、ガルバノ及び光学素子の長寿命化と光ビーム品質の劣化を防止できる。なお、アパーチャ形状最適化手法としては、光学設計シミュレーションによる方法なども有効であることはいうまでもない。
本発明の第16の実施の形態について、図20を用いて説明する。図20は、本発明による加工方法を実現する加工フローチャートの一例を示したものである。図20において、まず基板にクリームはんだが塗布され実装部品がマウントされた状態の被接合物がテーブルに載置されると同時に加熱装置による予熱が開始される。そして、温度検出器などにより、被接合物の温度が設定した温度である、クリームはんだ中のフラックス成分の一部である溶剤の沸点以下でかつ沸点近傍の温度であり、接合時の光エネルギーによる上昇温度より低い温度となっているかどうか確認する。測定温度が許容温度範囲外である場合、許容範囲内に入るよう加熱装置を制御する。
本発明の第17の実施の形態について、図21を用いて説明する。図21は、本発明による加工方法を実現する加工フローチャートの一例を示したものである。図21において、まず基板にクリームはんだが塗布され実装部品がマウントされた状態の被接合物がテーブルに載置されると同時に加熱装置による予熱が開始される。そして、温度検出器などにより、被接合物の温度が設定した温度である、クリームはんだ中のフラックス成分の一部である溶剤の沸点以下でかつ沸点近傍の温度であり、接合時の光エネルギーによる上昇温度より低い温度となっているかどうか確認する。測定温度が許容温度範囲外である場合、許容範囲内に入るよう加熱装置を制御する。
本発明の第18の実施の形態について、図22を用いて説明する。図22は、本発明による加工方法を実現する加工フローチャートの一例を示したものである。図22において、まず基板にクリームはんだが塗布され実装部品がマウントされた状態の被接合物がテーブルに載置されると同時に加熱装置による予熱が開始される。そして、温度検出器などにより、被接合物の温度が設定した温度である、クリームはんだ中のフラックス成分の一部である溶剤の沸点以下でかつ沸点近傍の温度であり、接合時の光エネルギーによる上昇温度より低い温度となっているかどうかを確認する測定温度が許容温度範囲外である場合、許容範囲内に入るよう加熱装置を制御する。
本発明の19の実施の形態について、図23を用いて説明する。図23は、本発明による加工方法を実現する加工フローチャートの一例を示したもので、マスク上の光エネルギー遮断部を反射型としたときの反射光処理部の適正化のためのフローチャートを示したものである。図23において、まず、ガルバノモーターシャフト軸及び光学素子等の温度測定を開始後、光エネルギーを最大照射条件にて照射する。そして、個々の測定点の飽和温度まで測定を行い、その飽和温度が規定範囲内であるかを判定する。範囲外である場合、反射光処理部を補正する。こうして、個々の測定点の飽和温度が規定範囲内に入るよう反射光処理部の補正を行い、最適化を図る。最適化された状態では、ガルバノ及び光学素子の長寿命化と光ビーム品質の劣化を防止できる。なお、反射光処理部最適化手法としては、光学設計シミュレーションによる方法なども有効であることはいうまでもない。
本発明の第20の実施の形態について、図24を用いて説明する。図24は、本発明による加工方法を実現する加工フローチャートの一例を示したもので、マスク上の光エネルギー遮断部を偏向型としたときの偏向光処理部の適正化のためのフローチャートを示したものである。図24において、まず、ガルバノモータシャフト軸及び光学素子等の温度測定を開始後、光エネルギーを最大照射条件にて照射する。そして、個々の測定点の飽和温度まで測定を行い、その飽和温度が規定範囲内であるかを判定する。範囲外である場合、偏向光処理部を補正する。こうして、個々の測定点の飽和温度が規定範囲内に入るよう偏向処理部の補正を行い、最適化を図る。最適化された状態では、ガルバノ及び光学素子の寿命化と光ビーム品質の劣化を防止できる。なお、偏向光処理部最適化手法としては、光学設計シミュレーションによる方法なども有効であることはいうまでもない。
本発明の第21の実施の形態について、図25を用いて説明する。図25の識別符号35が付与された被加工物5が本発明による請求項1から11いずれかに記載の加工装置49に搬入されると、加工の始めに識別検出手段36によって識別符号35を検出する。これによって被加工物5の各種の条件が読込まれる。また、データベース38には識別符号35に関連する加工条件が予め蓄積されている。
本発明の第22の実施の形態について、図26を用いて説明する。図26において、リフロー炉40の後に本発明による請求項1から11いずれかに記載の加工装置49を配置した生産設備によってはんだ接合を行う。あるいは、リフロー炉40の後にマウンター41を配置して、そのマウンター41でリフロー炉40では加工不可能な部品(図示せず)を被加工物5に取付けた後、被加工物5を加工装置49を配置した生産設備によってはんだ接合を行うこともある。
本発明の第23の実施の形態について、図27を用いて説明する。図27のリフロー炉40で被加工物5を加工した後、検査手段42によって被加工物5の接合状態を検査し、そして検査手段42の検査結果43を本発明による請求項1から11いずれかに記載の加工装置49に入力する。被加工物5接合予定部位のうち、検査結果43による少なくとも非接合部位(図示せず)を加工装置49を配置した生産設備によってはんだ接合を行う。
本発明の第24の実施の形態について、図28を用いて説明する。図28において、本発明による請求項1から11いずれかに記載の加工装置49の後に、被加工物5の接合状態を検査する検査手段42を配置し、被加工物5の接合予定部位のうち非接合部位(図示せず)を有する被加工物5を再度前工程の加工装置49に入れて、検査手段42からの信号に基づき、被加工物5の非接合部位を加工装置49を配置した生産設備によって接合を行う。
本発明の第25の実施の形態について、図29を用いて説明する。図29において、被加工物5の接合位置に接合材(図示せず)を配置するディスペンサー44の後に、ディスペンサー44で接合材を配置した接合部位に被接合物(図示せず)を配置するマウンター41を配置し、そして、マウンター41の後に本発明による請求項1から11いずれかに記載の加工装置49を配置してマウンター41で配置した被接合物(図示せず)の接合位置に光エネルギー46を照射して被加工物5をはんだ接合する。このときにディスペンサー44で接合材を配置してから加工装置49で光エネルギー46を照射するまでの時間を計測する計測手段45を設けて、この計測手段45の出力に応じて加工装置49の少なくとも光エネルギー46または加熱装置7の出力を調整することによって最適なはんだ接合を行うことができる。
本発明の第26の実施の形態について、図30を用いて説明する。図30は、図29で説明したと同様にディスペンサー218で接合材を配置してから本発明による請求項1から11いずれかに記載の加工装置49で光エネルギー46を照射するまでの時間を計測する計測手段45を設けて、計測手段45の出力と予め入力した時間の設定値47を比較し、光エネルギー46または加熱装置7の出力の調整内容を決定して、加工装置49を配置した生産設備によってはんだ接合を行う。
2 レーザダイオード装置
3 光学系
4 マスク
5 被加工物
6 テーブル
7 加熱装置
8 XY(Z)テーブル
9 プラットフォーム
10 制御装置
11 操作パネル
12 モニタ&キーボード
13 遮断部
14 通過部
15 表面実装部品
16 クリーム半田
17 プリント基板
18 光エネルギー照射部
19 マイクロレンズアレイ
20 ガルバノ制御装置
21 ガルバノ機構
22 球面状マスク
23 コリメータレンズ
24 fθレンズ
25 アパーチャ
26 コントローラブルマスク
27 マスクコントローラ
28 第1マスク
29 第2マスク
30 回折光影響部
31 光反射部
32 反射光処理部
33 光偏向部
34 偏向光処理部
35 識別符号
36 識別手段
37 演算処理装置
38 データベース
39 加工条件
40 リフロー炉
41 マウンター
42 検査手段
43 検査結果
44 ディスペンサー
45 計測手段
46 光エネルギー
47 測定値
48 比較手段
Claims (14)
- 被加工物を接合する際に光エネルギーを照射する光源と、少なくとも集光レンズと前記集光レンズよりも接合位置に近い部位に配置したガルバノミラーを含み前記光源から光エネルギーを接合位置に導く光学手段と、前記被加工物を載置するテーブルと、前記テーブルを移動させる駆動手段を備え、
被加工物を加熱する加熱手段を前記テーブルに設け、
接合位置に照射される光エネルギーを通過させる通過部と、接合位置以外の部分に照射される光エネルギーを遮断する遮断部を設けるとともにガルバノ機構によって斜めに照射された光エネルギーの光線の中心軸に対して面直に当たるよう構成した球面形状としたマスクを、光源と接合位置の間に配置した加工装置。 - 集光レンズとガルバノミラーの間にアパーチャを設けた請求項1に記載の加工装置。
- 光エネルギー遮断部を反射型とし、反射光処理部を設けた請求項1または2に記載の加工装置。
- 被加工物を所定位置に移動するステップと、移動した被加工物に熱を加えるステップと、接合位置に照射される光エネルギーを通過させる通過部と、接合位置以外の部分に照射される光エネルギーを遮断する遮断部を設けたマスクを被加工物毎に設置するステップと、ガルバノミラーを所定位置に移動するステップとを有し、被加工物に熱を加え、ガルバノミラーを所定位置に移動した後で、被加工物の任意の接合位置近傍のみに光エネルギーを照射して被加工物を接合する加工方法であって、
マスク形状をガルバノ機構によって斜めに照射された光エネルギーの光線の中心軸に対して面直に当たるよう構成した球面形状として接合を行う加工方法。 - 集光レンズとガルバノミラーの間にアパーチャを設けて接合を行う請求項4に記載の加工方法。
- 光エネルギー遮断部を反射型とし、反射光処理ステップを有して接合を行う請求項4または5に記載の加工方法。
- 請求項1から3いずれかに記載の加工装置を配置した生産設備。
- 被加工物に識別符号を付与し、加工の始めに前記識別符号を検出する識別検出手段と、識別符号に関連する加工条件を蓄積したデータベースと、前記識別検出手段からの信号に基づいて前記データベースから加工条件を抽出する演算処理装置を設け、前記演算処理装置からの信号に基づいて加工条件を設定する請求項1から3のいずれかに記載の加工装置を配置した生産設備。
- リフロー炉の後に請求項1から3のいずれかに記載の加工装置を配置した請求項7または8に記載の生産設備。
- リフロー炉と請求項1から3のいずれかに記載の加工装置の間に接合状態を検査する検査手段を設け、前記検査手段の検査結果を前記加工装置に入力し、接合予定部位のうち、少なくとも非接合部位を前記加工装置で接合する請求項9記載の生産設備。
- 請求項1から3のいずれかに記載の加工装置の後に接合状態を検査する検査手段を設け、接合予定部位のうち非接合部位を有する被加工物を再度前記加工装置に入れて、検査手段からの信号に基づいて非接合部位を接合する請求項7から10のいずれかに記載の生産設備。
- 被加工物の接合位置に接合材を配置するディスペンサーと、前記ディスペンサーで接合材を配置した接合部位に被接合物を配置するマウンターと、前記マウンターで配置した被接合物の接合位置に光エネルギーを照射して接合する請求項1から3のいずれかに記載の加工装置を備え、前記ディスペンサーで接合材を配置してから前記加工装置で光エネルギーを照射するまでの時間を計測する計測手段を設け、前記計測手段の出力に応じて加工装置の少なくとも光エネルギーまたは加熱手段を調整する生産設備。
- 計測手段の出力と設定値を比較し、調整の内容を決定する請求項12記載の生産設備。
- 加工装置の後に接合状態を検査する検査手段を設け、接合予定部位のうち非接合部位を有する被加工物を再度前記加工装置に入れて、検査手段からの信号に基づいて非接合部位を接合する請求項12または13記載の生産設備。
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