JP6894485B2 - はんだ付け装置およびそのシステム制御器 - Google Patents

Description

本発明は、はんだ付け装置に関し、特に、はんだ付けモジュールおよびそのシステム制御器に関する。

先行技術

はんだ付けプロセスは、電子製品の製造に必要な作業の１つである。製品の小型化および精密化につれて、接触式はんだ付け方法は、従来のはんだ付け装置の機構または動作の制限により、需要を満たせなくなったので、近年、非接触式のはんだ付け方法の開発が進んでいる。
既存の非接触式はんだ付け方法では、一般的に、溶接される領域を加熱し、光源と同軸または非同軸で検知光を収集し、検知結果および／またはフィードバックに基づいて、光源を制御している。

しかしながら、検知光が同軸または非同軸のいずれの方法で収集されるかにかかわらず、従来のはんだ付けモジュールは、光学部品とはんだ関連部品で構成されているので、全体がかさばる傾向があり、製品の小型化または精密化が困難である。ここで、検知光が同軸に集光される場合、光路や光スポットなどの光学特性の調整は非常に複雑であり、かなりの時間と労力がかかる。これに対して、検知光が同軸に集光されない場合、その光学部品による体積がさらに大きくなるおそれがある。さらに、光源と溶接モジュールが別々に設置されているため、同軸または非同軸のどちらであっても、長期間の動作後、調整が必要になり、公差またはアセンブリの問題により精度が容易に低下する場合がある。また、移動手段（例えば、ロボットアーム）に取り付けられた光路システムは、移動に応じて調整する必要があるので、非常に不便である。

したがって、上述の従来技術の欠点を改善するためのんだ付けモジュールおよびそのシステム制御器をどのように開発するかは、未だ解決されていない問題である。

本発明は、従来技術の上記課題および欠点を解決するために為されたものであり、はんだ付けモジュールおよびそのシステム制御器を提供することを目的とする。

本発明は、光ガイドアセンブリと、センサーと、フィードバック制御器とをシステム制御器に統合することによって、はんだ付け装置全体を小型化または精密化にし、光路を同軸にし、はんだ付けモジュールの体積および重量を減少することができる、はんだ付けモジュールおよびそのシステム制御器を提供することを目的とする。

本発明は、構成要素を静的な部分であるシステム制御器と動的な部分であるはんだ付けモジュールにそれぞれ統合することによって、動的な部分による不安定および構成の負荷を低減し、モジュール全体の精度を向上させる、はんだ付けモジュールおよびそのシステム制御器を提供することをもう一つの目的とする。

本発明は、光ガイドアセンブリをシステム制御器の内部に統合することによって、移動および振動による光ガイドアセンブリの異常変異を抑え、センサーがシステム制御器による電磁波シールドを受け、電磁波干渉を減少し、Ｓ／Ｎ比を改善することができる、はんだ付けモジュールおよびそのシステム制御器を提供することをもう一つの目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の好ましい実施形態では、はんだ付け装置を提供している。前記はんだ付け装置は、光源とはんだ付けモジュールと光ガイドアセンブリとセンサーとフィードバック制御器とを備え、前記光源は光を発射し、前記はんだ付けモジュールは、前記光をはんだ付けされる領域にガイドして加熱し、はんだ付け動作を実行し、前記光ガイドアセンブリは、前記光源と前記はんだ付けモジュールとの間に設けられ、前記光を前記はんだ付けモジュールにガイドし、前記センサーは、はんだ付けモジュールに対して、前記光ガイドアセンブリの他側に設けられ、且つ検知光を受光するように用いられ、前記検知光の検知結果に基づいて検知信号を生成し、前記検知光は前記光ガイドアセンブリにより前記センサーにガイドされ、前記フィードバック制御器は、検知信号を受信するように前記センサーと前記光源とに接続され、前記検知信号に基づいて前記光源を制御し、前記光ガイドアセンブリと前記センサーと前記フィードバック制御器とをシステム制御器に統合する。

上記の目的を達成するために、本発明のもう一つの実施形態では、システム制御器を提供している。前記システム制御器は、はんだ付けモジュールとはんだ付け操作を実行することに用いられ、光源と光ガイドアセンブリとセンサーとフィードバック制御器とを備え、前記光源は光を発射し、前記光ガイドアセンブリは、前記光源と前記はんだ付けモジュールとの間に設けられ、且つ前記光を前記はんだ付けモジュールにガイドし、はんだ付けされる領域が前記光によって加熱され、はんだ付け操作を実行し、前記センサーは、前記はんだ付けモジュールに対して、前記光ガイドアセンブリの他側に設けられ、検知光を受光し、且つ前記検知光の検知結果に基づいて検知信号を生成し、前記検知光は前記光ガイドアセンブリによって前記センサーにガイドし、前記フィードバック制御器は、前記検知信号を受信するために、前記センサーと前記光源と接続され、前記検知信号に基づいて前記光源を制御する。

本発明の実施形態におけるはんだ付け装置の構成ブロック図である。 図１に示すはんだ付け装置およびそのシステム制御器の構成ブロック図である。 本発明の実施形態におけるはんだ付け装置の構成ブロック図である。 図３に示すはんだ付け装置およびそのシステム制御器の構成ブロック図である。 本発明の実施形態におけるはんだ付け装置の局在部の構成を示すブロック図である。

本発明の特徴および利点を具体化するいくつかの典型的な実装は、以下の説明で詳細に説明される。 本発明は、本発明の様々な実施形態において様々な修正が可能であることを理解されたい。

図１は本発明の実施形態におけるはんだ付け装置の構成ブロック図である。図２は図１に示すはんだ付け装置およびそのシステム制御器の構成ブロック図である。図１および図２に示すように、本発明の一つの実施形態では、はんだ付け装置１は、光源１１と、はんだ付けモジュール１２と、光ガイドアセンブリ１３と、センサー１４と、フィードバック制御器１５とを備える。システム制御器１６は、光ガイドアセンブリ１３とセンサー１４とフィードバック制御器１５とで構成される。光源１１が光を発射し、ここでの光が特定波長である光を意味している。なお、光の特定波長は、はんだ付けされる領域１７の実際需要に応じて選べることができ、例をとしては、レーザーが挙げられるが、これには限定されない。はんだ付けモジュール１２が光をはんだ付けされる領域１７にガイドし、それを加熱してはんだ付け操作を行う。光ガイドアセンブリ１３は、光源１１とはんだ付けモジュール１２との間に設置され、はんだ付けモジュール１２にまで光をガイドする。センサー１４は、はんだ付けモジュール１２に対して光ガイドアセンブリ１３の他側に配置され、具体的には、光ガイドアセンブリ１３とセンサー１４とからなる直線が、光ガイドアセンブリ１３とはんだ付けモジュール１２とからなる直線と互いに垂直するが、これには限定されない。センサー１４は、光を検知するための構成であり、検知された光の検知結果に基づいて検知信号を生成する。検知される光は、光ガイドアセンブリ１３によって、センサー１４にガイドされる。フィードバック制御器１５は、センサー１４と光源１１とに接続され、検知信号を受信し、検知信号に基づいて光源１１を制御することができる。これによって、光路システムが同軸にされ、かつ体積および重量を減少させることができる。

本実施形態において、システム制御器１６が光ガイドアセンブリ１３とセンサー１４とフィードバック制御器１５とで統合するように構成されたので、本発明のはんだ付け装置１は、実質上、光源１１とはんだ付けモジュール１２とシステム制御器１６とだけで構成されると思われる。しかし、これには限定されない。光源１１がシステム制御器１６外に独立して配置されているため、光源１１の修理または部品口乾が容易になるという効果がある。

他の実施形態において、光源がシステム制御器内に統合されても良い。図３は本発明の実施形態におけるはんだ付け装置の構成ブロック図である。図４は図３に示すはんだ付け装置およびそのシステム制御器の構成ブロック図である。図３および図４に示すように、本発明の実施形態によれば、はんだ付け装置２は、光源２１と、はんだ付けモジュール２２と、光ガイドアセンブリ２３と、センサー２４と、フィードバック制御器２５とを備える。ここでの光源２１と、はんだ付けモジュール２２と、光ガイドアセンブリ２３と、センサー２４と、フィードバック制御器２５とは、前述した実施形態の光源１１と、はんだ付けモジュール１２と、光ガイドアセンブリ１３と、センサー１４と、フィードバック制御器１５とに類似しているので、ここに詳細な説明を省略する。この実施形態では、光源２１と光ガイドアセンブリ２３とセンサー２４とフィードバック制御器２５とは、システム制御器２６に統合される点を留意されたい。光源２１と光ガイドアセンブリ２３とセンサー２４とフィードバック制御器２５となどの構成要素を統合してなる静的部分のシステム制御器２６、および動的部分のはんだ付けモジュール２２に構成されることによって、動的部分による不安定性を低減するとともに、構成要素による負荷を軽減することもでき。さらに、モジュール全体の精度を向上させることもできる。

本発明の技術的な思想によれば、光源２１と光ガイドアセンブリ２３とセンサー２４とフィードバック制御器２５とが単一のシステム制御器２６に統合されているため、本発明のはんだ付け装置２は、実質的に、はんだ付けモジュール２２とシステム制御器２６としかないとみなすことができる。しかし、これに限定されない。光源２１および光ガイドアセンブリ２３は、システム制御器２６に統合されてもよく、他の静的部分のモジュールまたは装置に統合されても良い。動的部分のはんだ付けモジュールとは別体である形態のいずれかも、本発明の技術的な思想に含まれている。光源２１と光ガイドアセンブリ２３とが静的部分のシステム制御器２６に統合されているため、移動または振動による光ガイドアセンブリ２３の異常変位を抑えることができ、また、センサー２４がシステム制御器２６による電磁シールドを受け、電磁波の干渉が低減され、Ｓ／Ｎ比（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ， ＳＮＲ）を改善することができる。

図５は本発明の実施形態におけるはんだ付け装置の局在部の構成を示すブロック図である。図５に示すように、本発明の実施形態では、はんだ付け装置３は、光源３１と、はんだ付けモジュール３７と、光ガイドアセンブリ３３と、センサー３４と、フィードバック制御器３５とを備える。光源３１と、はんだ付けモジュール３７と、光ガイドアセンブリ３３と、センサー３４と、フィードバック制御器３５との接続関係および機能は、図３および図４に示す実施形態の光源２１と、はんだ付けモジュール２２と、光ガイドアセンブリ２３と、センサー２４と、フィードバック制御器２５とに類似しているので、ここで詳細な説明を省略する。この実施形態では、光ガイドアセンブリ３３は、第１コリメーター３３１と、第１フォトカプラー３３２と、分光素子３３３とを備える。第１コリメーター３３１は、光Ｌの光路上において光源３１に隣接している。第１フォトカプラー３３２は、光Ｌの光路上においてはんだ付けモジュール３７に隣接している。分光素子３３３は、第１コリメーター３３１と第１フォトカプラー３３２との間に設置される。この実施形態では、光Ｌは、第１コリメーター３３１、分光素子３３３、第１フォトカプラー３３２の順で通過して、はんだ付けモジュール３７にガイドされる。より具体的には、光Ｌは、第１コリメーター３３１により平行ビームとしてガイドされ、平行ビームが分光素子３３３を通過する。第１フォトカプラー３３３はコリメーターフォトカプラーであり、平行ビームは第１フォトカプラー３３２により集光されて、はんだ付けモジュール３７にガイドされる。

ある実施形態におけるはんだ付けモジュール３７は、第２コリメーター３７１とフォーカスレンズ３７２とを備える。第２コリメーター３７１は、レーザーコリメーターであり、フォーカスレンズ３７２は、凸面レンズであるが、これらに限定されない。光源３１が発射する光はレーザー光である場合、第２コリメーター３７１がレーザーコリメーターであることは好ましい。一方で、光は、Ｘ線または紫外光であってもよく、且つ、検知光が赤外線でも良い。他の実施形態では、はんだ付け装置が非光学はんだ付け装置であっても良く、光源がメガヘルツ波またはマイクロ波などの電磁波でも良いが、これに限定されない。フォーカスレンズ３７２は、第２コリメーター３７１に隣接しており、第２コリメーター３７１は、第１フォトカプラー３３２に隣接し、且つ第１フォトカプラー３３２とフォーカスレンズ３７２との間に設けられている。光Ｌは、第２コリメーター３７１によりガイドされ、フォーカスレンズ３７２で集光されることで、素子端子ピン４を加熱してはんだ付け動作を実行する。はんだ付けされる領域３２はパッド３２１を更に備える。パッド３２１は、電気回路基板５の表面の一部に配置され、パッド３２１がはんだ付けのために光Ｌによって加熱されると、素子端子ピン４が電気回路基板５に接続される。

以下、はんだ付けモジュール３７の過程について説明する。光Ｌによる加熱過程では、素子端子ピン４とパッド３２１とが予熱され、熱によって赤外線（ＩＲ）などの検知光Ｓが生成され、検知光Ｓがセンサー３４にガイドされる。その後、センサー３４では、検知信号をフィードバック制御器３５に伝送し、目標温度を設定する。光源３１の出力効率および波長を調整することによって、はんだ付けされる領域３２におけるパッド３２１などのはんだ温度を融点温度に達して、熔融されたはんだにより素子端子ピン４を電気回路基板５に接合する。

いくつかの実施形態では、本発明の光ガイドアセンブリ３３は第２フォトカプラー３３４をさらに備え、第２フォトカプラー３３４は、分光素子３３３とセンサー３４との間に設けられている。具体的には、本発明の分光素子３３３は、特定波長の光が透過可能であり、他の特定波長の光を反射するように設定または製造している。これは、高屈折率および低屈折率の複数の誘電体層または反射層により実現されるが、これに限定されない。本発明では、分光素子３３３は、光Ｌが透過し、検知光Ｓを反射すること好ましい。検知光Ｓは、第２フォトカプラー３３４により集光され、センサー３４にガイドされる。センサー３４は、検知光Ｓを受光したあと、検知信号を生成してフィードバック制御器３５に転送し、フィードバック制御器３５が検知信号に基づいて光源３１を制御する。

本発明の技術的な思想によれば、光源３１と光ガイドアセンブリ３３とは光ファイバーによって接続されている。光ガイドアセンブリ３３とはんだ付けモジュール３７とは光ファイバーによって接続されており、且つ光と検知光とは、光ガイドアセンブリ３３とはんだ付けモジュール３７との間に接続される光ファイバーを同軸に共用している。一方で、光ガイドアセンブリ３３とセンサー３４とは光ファイバーによって接続されることが好ましいが、これに限定されない。さらに、センサー３４とフィードバック制御器３５とは信号線で接続され、フィードバック制御器３５と光源３１とは信号線で接続されることが好ましいが、これに限定されない。

上述したように、本発明のはんだ付け装置は、はんだ付けモジュールおよびそのシステム制御器を提供している。光ガイドアセンブリとセンサーとフィードバック制御器とを統合してシステム制御器を構成することによって、装置全体の小型化および精密化を実現できる。また、光路システムを同軸にさせることによって、はんだ付けモジュールの体積および重量を同時に減少することができる。さらに、構成要素を、静的部分のシステム制御器および動的部分のはんだ付けモジュールのそれぞれに統合することによって、動的部分による不安定性および構成の負荷を軽減し、モジュール全体の精度を向上させることができる。また、光ガイドアセンブリがシステム制御器の内部に統合されているので、移動または振動による光ガイドアセンブリの異常変位を抑えることができ、且つシステム制御器の電磁シールドによりセンサーへの電磁波干渉などが減少され、Ｓ／Ｎ比を改善することもできる。

本発明は、上記の実施形態によって詳細に説明されたが、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、当業者によって修正され得る。

１ はんだ付け装置
１１ 光源
１２ はんだ付けモジュール
１３ 光ガイドアセンブリ
１４ センサー
１５ フィードバック制御器
１６ システム制御器
２ はんだ付け装置
２１ 光源
２２ はんだ付けモジュール
２３ 光ガイドアセンブリ
２４ センサー
２５ フィードバック制御器
２６ システム制御器
３ はんだ付け装置
３１ 光源
３２ はんだ付けされる領域
３２１ パッド
３３ 光ガイドアセンブリ
３３１ 第１コリメーター
３３２ 第１フォトカプラー
３３３ 分光素子
３３４ 第２フォトカプラー
３４ センサー
３５ フィードバック制御器
３６ システム制御器
３７ はんだ付けモジュール
３７１ 第２コリメーター
３７２ フォーカスレンズ
４ 素子端子ピン
５ 電気回路基板
Ｌ 光
Ｓ 検知光

Claims (15)

1. はんだ付け装置であって、光源とはんだ付けモジュールと光ガイドアセンブリとセンサーとフィードバック制御器とを備え、
   前記光源は光を発射し、
   前記はんだ付けモジュールは、前記光をはんだ付けされる領域にガイドして加熱し、はんだ付け動作を実行し、
   前記光ガイドアセンブリは、前記光源と前記はんだ付けモジュールとの間に設けられ、前記光を前記はんだ付けモジュールにガイドし、
   前記センサーは、はんだ付けモジュールに対して、前記光ガイドアセンブリの他側に設けられ、且つ検知光を受光するように用いられ、前記検知光の検知結果に基づいて検知信号を生成し、前記検知光は前記光ガイドアセンブリにより前記センサーにガイドされ、
   前記フィードバック制御器は、検知信号を受信するように前記センサーと前記光源とに接続され、前記検知信号に基づいて前記光源を制御し、
   前記はんだ付けモジュールが動的部分であり、前記光ガイドアセンブリと前記センサーと前記フィードバック制御器とを静的部分のシステム制御器に統合する、ことを特徴とするはんだ付け装置。
2. 前記光源と、前記光ガイドアセンブリと、前記センサー、前記フィードバック制御器とを前記システム制御器に統合する、ことを特徴とする請求項１に記載のはんだ付け装置。
3. 前記光ガイドアセンブリは、第１コリメーターと第１フォトカプラーと分光素子とを備え、
   前記第１コリメーターは、前記光の光路において前記光源に隣接し、
   前記第１フォトカプラーは、前記光の光路において前記はんだ付けモジュールに隣接し、
   前記分光素子は、前記第１コリメーターと前記第１フォトカプラーとの間に配置される、ことを特徴とする請求項１に記載のはんだ付け装置。
4. 前記光は、前記第１コリメーターと前記分光素子と前記第１フォトカプラーとの順で前記はんだ付けモジュールにガイドされる、ことを特徴とする請求項３に記載のはんだ付け装置。
5. 前記光は、前記第１コリメーターにより平行ビームに集光され、前記平行ビームが前記分光素子を透過し、前記第１フォトカプラーがコリメーターフォトカプラーであり、前記平行ビームが前記第１フォトカプラーによって集光されて、前記はんだ付けモジュールにガイドされる、ことを特徴とする請求項４に記載のはんだ付け装置。
6. 前記はんだ付けモジュールは、第２コリメーターとフォーカスレンズとを備え、前記フォーカスレンズは前記第２コリメーターに隣接して設けられ、前記第２コリメーターは前記第１フォトカプラーに隣接し、且つ前記第１フォトカプラーと前記フォーカスレンズとの間に設けられ、前記光は、前記第２コリメーターによってガイドされ、前記フォーカスレンズによって集光され、素子端子ピンを加熱してはんだ付け動作を実行する、ことを特徴とする請求項４に記載のはんだ付け装置。
7. 前記第２コリメーターがレーザーコリメーターであり、前記フォーカスレンズが凸面レンズである、ことを特徴とする請求項６に記載のはんだ付け装置。
8. 前記光ガイドアセンブリは、第２フォトカプラーをさらに備え、前記第２フォトカプラーが前記分光素子と前記センサーとの間に設けられる、ことを特徴とする請求項６に記載のはんだ付け装置。
9. 前記分光素子は、前記光が透過し、前記検知光を反射し、前記検知光が前記第２フォトカプラーによって集光されて前記センサーにガイドされる、ことを特徴とする請求項８に記載のはんだ付け装置。
10. 前記光がレーザー光、Ｘ線、または紫外光であり、前記検知光が赤外線である、ことを特徴とする請求項９に記載のはんだ付け装置。
11. 前記はんだ付けされる領域はパッドを備え、前記パッドが電気回路基板の表面の一部に設けられ、前記パッドがはんだ付けのために前記光によって加熱されると、前記素子端子ピンが前記電気回路基板に接続される、ことを特徴とする請求項６に記載のはんだ付け装置。
12. 前記光源と前記光ガイドアセンブリとは光ファイバーで接続される、ことを特徴とする請求項１に記載のはんだ付け装置。
13. 前記光ガイドアセンブリと前記はんだ付けモジュールとは光ファイバーで接続され、且つ前記光と前記検知光とは光ファイバーで同軸に共用する、ことを特徴とする請求項１に記載のはんだ付け装置。
14. 前記光ガイドアセンブリと前記センサーとは光ファイバーで接続される、ことを特徴とする請求項１に記載のはんだ付け装置。
15. 前記センサーと前記フィードバック制御器とは信号線で接続され、フィードバック制御器と前記光源とは、前記信号線とは別な信号線で接続される、ことを特徴とする請求項１に記載のはんだ付け装置。

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