JPH02241687A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この発明は、とくにＩＣ部品はんだ付は用に好適な、一
対の加工ヘッドを具備するレーザ加工装置に関する。

【従来の技術】

最近、電子機器の小形・軽量化、高機能化を進める技術
として、表面実装技術が非常に注目を集めている。表面
実装は、チップ部品やフラットパッケージＩＣ（以下、
ＦＩＣという）などの表面実装部品を用いて、プリント
配線基板表面に作られた導体パターンに電気的接続をお
こなう部品搭載方法であり、プリント配線基板にリード
線を挿入する穴を開ける必要がないことから、高密度実
装が可能となる。また、これに対応するため、電子部品
の形態が大きく変わりつつあり、例えば抵抗、コンデン
サはチップ形状化が、また半導体素子は、面付は実装可
能な形状、いわゆるフラットパッケージ化が増している
。この傾向は、半導体素子の高機能化、高密度化に伴い
ますます顕著になる、と予想される。 ところで、表面実装は、人手による作業では生産性、信
鯨性の面から無理であり、これに対処できる高精度の自
動化装置、例えばＦＩＣのプリント配線基板への自動搭
載装置やＦＩＣ自動はんだ付は装置が実用されている。 この自動はんだ付は装置としてレーザ光を利用した方式
のものがある。 特にＹＡＧレーザの連続波照射による方式には次のよう
な数々の特長をもつため、最近注目されている。 ■完全な局所加熱によるため、はんだ付けが精密であり
、かつＦＩＣを損傷するおそれが全くない。リードの本
数が多く、かつその間隔が狭い場合やＦＭＣが比較的、
高い温度に弱い場合には、とくに有利である。 ■光ファイバによる的確、容易な位置決めが可能である
。発振波長１．０６μｍのＹＡＧレーザでは、通信用光
フアイバ技術をそのまま利用できるから、この光ファイ
バの先端をロボットで把持することによって、レーザビ
ームを所望の箇所に、容易にしかも安価に導くことがで
きる。 ■装置が小形で取扱容易性がある。ＹＡＧレーザは、発
振媒体が固体であることから、ＣＯｔレーザなどのガス
レーザに比し、単位体積当たりの発振寄与電子密度が極
めて大きく、その結果、同一出力でのレーザ装置外形が
極めてコンパクトにできる利点がある。 ■溶融はんだ表面での反射率がＣＯ２レーザに比べて低
く熱利用率が良い。 ■プリント配線基板に対する吸収率が小さくこ従来の技
術では、はんだ付けが１個の加工ヘッドによるため、Ｆ
ＩＣの各辺ごとのはんだ付は作業になる。したがって、
ＦＩＣの浮き上がりを生じたり、工数を多く要したりす
る。また加工ヘッドは、その光軸の方向変更、加工箇所
との距離調整などが簡単でなく、そのためＦＩＣの形式
１寸法が変わるごとに準備時間が多くかかり、さりとて
準備が不十分であると加工品質が阻害されるおそれがあ
る。 この発明の課題は、従来の技術がもつ以上の問題点を解
消し、所定平面上における一対の加工箇所を同時に、か
つ常に最適条件で加工可能で、しかも柔軟性、汎用性を
もつレーザ加工装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

この課題を解決するために、本発明に係るレーザ加工装
置は、 所定平面上の一対の各加工箇所に同時に一対の各加工ヘ
ッドからレーザ光をその光軸が同一平面に含まれるよう
にして照射する装置であって、前記各加工ヘッドを搭載
し前記所定平面に平行な共通な走行軸線に沿って直進可
能な走行台と；この各走行台に対してこれに搭載された
前記加工ヘッドを、その光軸上の所定点を通り前記所定
平面に平行で前記走行軸線に直角な揺動軸線のまわりに
揺動可能な揺動部と； 前記所定平面に直角で前記走行軸線に対して所定位置を
とる旋回軸線のまわりに、前記加工ヘッドをこれに対応
する走行台、揺動部とともに旋回可能な旋回部と； この旋回部を前記所定平面に対して空間的に平行移動可
能な移動部と冨を備え、 前記各加工ヘッドは、これに対応する前記加工箇所との
距離が常に所定値を維持するように前記揺動部と前記移
動部とによって位置決めされる。 また各加工ヘッドは、対応する走行台とともに走行軸線
上の定点に関して互いに対称的に直進可能であることと
、その光軸が前記各加工ヘッドを結ぶ線分を直角に２等
分する平面に関して互いに対称的に揺動可能であること
との少なくともいずれかにすることができる。 さらにまた各加工ヘッドは、その前面部近傍に開口部を
もつ清浄空気吹出管と、この清浄空気吹出管の開口部の
位置より外方に開口部をもつ周囲空気吸込管とを備える
ことができる。

【作　用】

各加工ヘッドは、対応する走行台に搭載され、走行軸線
に沿って直進可能で、揺動部によって揺動軸線のまわり
に揺動可能で、かつ旋回部によって旋回軸線のまわりに
旋回可能で、かつまた移動部によって所定平面に対して
空間的に平行移動可能であり、しかも揺動部と移動部と
によって対応する加工箇所との距離が常に所定値を維持
するように位置決めされる。 また各加工ヘッドは、走行軸線上の定点に関して互いに
対称的に直進可能であるか、その光軸が各加工ヘッドを
結ぶ線分を直角に２等分する平面に関して互いに対称的
に揺動可能であるかの少なくともいずれかの方式をとる
ことができる。 さらにまた各加工ヘッドは、その前面部が吹出管からの
清浄空気によって周囲空気と遮断されて汚れの付着から
保護され、かつ吸込管によって周囲の汚れた空気が除去
される。

【実施例】

本発明に係るレーザ加工装置の一実施例について第１図
、第２図を参照しながら説明する。第１図はこの一実施
例の正面図、第２図は同じくその平面図である。 第１図、第２図において、この装置の主要部である一対
をなす各加工ヘッド１，２は、レーザ光ガイドとしての
光フアイバケーブルＩＡ、２Ａの端部として構成され、
集光レンズ系を含む。この各加工ヘッド１，２を加工箇
所に対して位置決め、姿勢法めし、かつ加工送りするす
るために、走行部。 揺動部、旋回部および移動部が設けられる。 走行部は主として、加工ヘッドｌに係る走行台１１、ボ
ールねじ１２）加工ヘッド２に係る走行台２１゜ボール
ねじ２２）および共通部材としての枠体３１゜案内レー
ル３２およびモータ３３からなる。 加工ヘッド１は走行台１１に、第１図の点Ｕを通り紙面
に直角な軸線（揺動軸線）のまわりに揺動可能に設けら
れ、走行台１１は、案内レール３２によって走行案内さ
れ、モータ３３によって回動されるボールねじ１２（右
ネジ）でその軸線方向に走行駆動される。また、加工ヘ
ッド２は走行台２１に、第１図の点■を通り紙面に直角
な軸線（揺動軸線）のまわりに揺動可能に設けられ、走
行台２１は、案内レール３２によって走行案内され、モ
ータ３３によって回動されるボールねじ２２（左ネジ）
でその軸線方向に走行駆動される。ボールねじ１２．２
２は、その各軸線を同軸にして接合、一体止され、見掛
は上は一つの軸体として構成される。ボールねじ１２の
右端部と、ボールねじ２２の左端部とは枠体３１の符号
を付けてないラジアル玉軸受によって軸支される。 一体化されたボールねじは、枠体３１に設置されるモー
タ３３によって、ベルト３４で代表される伝動機構を介
して回動される。したがって、一体止ボールねじの回動
によって、各走行台１１．１２は一体化ボールねじの接
合点（中点）に関して対称的に走行移動（開閉動作）す
ることになる。 第２図において、揺動部は主として、各加工へラド１，
２に固着され各走行台１１２１に回動可能に支持される
揺動軸１３．２３　　（ただし２３は図示してない）、
枠体３１にそれぞれ設置されるモータ４１、スプライン
軸４３、およびこのスプライン軸４３・揺動軸１３間の
伝動機構としての傘歯車４４．４５からなる。スプライ
ン軸４３は、その各端部で枠体３１の図示してないラジ
アル玉軸受により軸支され、モータ４１によりプーリ４
２で代表される伝動機構を介して回動される。スプライ
ン軸４３には、走行台１１とともに移動可能でスプライ
ンナツトを中心部に含む傘歯車４４が走行可能に支持さ
れる。傘歯車４４と噛み合う傘歯車４５は揺動軸１３に
固着される。なお、揺動軸１３の軸線は第１図における
点Ｕを通り紙面に直角である。 したがって、第２図において、モータ４１の回動は、プ
ーリ４２．傘歯車４４．４５を介して揺動軸１３の（第
１図の点Ｕを通り紙面に直角な軸線）のまわりの加工ヘ
ッド１の揺動に変換される。加工ヘッド２も、揺動軸１
３と連動される図示してない揺動軸２３（第１図の点■
を通り紙面に直角な軸線をもつ）のまわりに揺動される
。しかも、各加工ヘッド１，２の揺動は、各加工ヘッド
１，２を結ぶ線分を直角に２等分する平面に関して互い
に対称的におこなわれる。 第１図において、旋回部は主として、後述するアーム６
７に設置されるモータ５１、アーム６７に符号を付けて
ないラジアル玉軸受を介して軸支され枠体３１に固着さ
れる旋回軸５４、およびモータ５１・旋回軸５４間の伝
動用歯車５２．５３からなる。 第１図において、移動部は主として、Ｚ移動機構６０と
、これを搭載するＸＹ移動機構７０とからなる。Ｚ移動
機構は主として、枠体６１．案内レール６２）モータ６
３．ボールねじ６４．ナツト６５．スライダ６６、およ
びアーム６７からなる。枠体６１はその上面にモータ６
３が設置され、ボールねじ６４を符号を付けてないラジ
アル玉軸受を介して軸支する。スライダ６６は、案内レ
ール６２に沿って上下移動可能に支持され、中心部にボ
ールねじ６４と結合するナツト６５が設けられ、かつア
ーム６７が右側面に固着される。したがって、モータ６
３の回動は、これと直結されるボールねじ６４とナツト
６５とを介してアーム６７の上下移動に変換される。 ＸＹ移動機構７０は、詳細な図示は省略しであるが、Ｚ
移動機構６０を水平面（ＸＹ平面）に沿って平行移動さ
せる。 この一実施例の動作は次のとおりである。各加工ヘッド
１．２は、対応する走行台１１．２１に搭載され、ボー
ルねし１２．２２の軸線に沿ってその接合点（中点）に
関して対称的に直進（開閉動作）可能で、揺動軸１３．
２３　　（ただし２３は図示してない）の軸線のまわり
に、この各軸線を結ぶ線分を直角に２等分する平面に関
して対称的に揺動可能で、かつ旋回軸５４の軸線（垂直
軸線）のまわりに旋回可能で、さらにまた水平面に対し
て空間的に平行移動（ＸＹＺ移動）可能である。 各加工ヘッド１，２は、その直進（開閉動作）と、旋回
軸５４のまわりの旋回動作と、Ｚ移動機構６０によるア
ーム６７の上下移動（Ｚ移動）とによって、加工箇所に
対して位置決めされ、かつ揺動軸１３．２３のまわりの
揺動動作によって姿勢法めされる。また各加工ヘッド１
，２は、ＸＹ移動機構７０によって加工用送りがなされ
る。しかも、上下移動と揺動動作とによって、各加工ヘ
ッド１．２と、これに対応する加工箇所との距離が常に
所定値を維持するように位置決めされる。これはレーザ
加工のもつ特徴で、加工箇所にレーザ光の焦点ないしそ
の近傍点がくるように、位置決めされなければならない
からである。 レーザ光の焦点調節について、第３図を参照しながら説
明する。第３図において、点Ｏを加工箇所、点Ｐ、Ｑを
それぞれ初期、変更後の加工ヘッドの代表箇所とする。 すなわち初期に、加工へンドが点Ｐに位置し、加工箇所
Ｏに対して入射角θになるように姿勢をとるとする。線
分ＯＰが、レーザ光の焦点距離りに対応する。いま、加
工上の条件として入射角を（θ＋Δθ）に変更しなけれ
ばならないときには、同時にＺ軸方向に次のΔＺだけ位
置変更する必要がある。 ΔＺ＝Ｌ　（ｃｏｓ　（θ＋Δθ）　−ｃｏｓ　θ〕逆
にまた、加工上の条件としてＺ軸方向の位置をΔＺだけ
変更しなければならないときには、同時に上式で求めら
れるΔθだけ入射角を変更する必要がある。 各加工ヘッド１．２を一対で平行移動させることによっ
て、ＦＩＣの各対向辺に係るリードを同時に、はんだ付
けすることができ、ＦＩＣの浮き上がりを抑えて良好な
はんだ付けを保証する。また、各加工ヘッド１．２の揺
動動作は、ＦＩＣのリードの形式に適切に対応するため
に必要で、たとえばリードが間質形か、３字形かによっ
てレーザ光の入射角を変える。 この一実施例は、各加工ヘッド１，２を対称的に直進、
揺動させる方式にしたが、この方式がＦＩＣのリードの
はんだ付は用の位置決め、姿勢決めに便利であるからで
ある。一般に、各加工ヘッド１．２をそれぞれ独立的に
直進、揺動可能にしてもよい。そのためには、モータを
２個ずつ設置し、伝達機構を図示のものから若干変更す
る必要がある。また、この一実施例は、そのレーザ加工
をＦＩＣのはんだ付けの例に限定して説明したが、一般
に、各種部材の溶接、切断２局所的熱処理などに広（適
用することができる。 本発明に係る別の実施例について、第４図を参照しなが
ら説明する。第４図はこの別の実施例の加工ヘッド部の
断面図である。第４図において、各加工ヘッド１．２の
下端部には清掃ユニット１０が同軸に付設されている。 清掃ユニッ）１０は各端部が開放した筒体５を基部材と
し、その左側の外周面の上部に偏平な開口部（長手方向
が紙面と直角）をもつ吹出管６と、その下部に開口する
吸込管７とが設けられ、また右側の外周面の吹出管６の
開口部に対向する位置に穴８が設けられる。 吹出管６からは清浄な空気が吹き出し、各加工ヘッド１
．２の前方を横切る形で通過し六８から右外側に出る。 すなわち、各加工ヘッド１，２の前方（図の下方）位置
にその光軸と直角なエアカーテンを形成し、これが周囲
の汚れを含む空気、たとえばはんだ付は作業のとき発生
する気化したフラックスを含む空気が、各加工ヘッド１
．２の前面部の集光レンズと接触することを防止し、集
光レンズを汚染から守る。 また、吸込管７は筒状部の下部近傍にある汚れた空気を
吸い込み、図示してない他の箇所に排出するから、先程
の集光レンズの汚染防止とともに、作業環境の清浄化を
支援する。その結果、集光レンズの清掃の手間が省ける
とともに、レーザ光の加工力低下が抑えられて長時間に
わたっての最適加工条件の維持が保証される。

【発明の効果】

したがって、この発明によれば、従来の技術に比べ次の
ようなすぐれた効果がある。 （１）所定平面上における一対の加工箇所に同時に対応
でき、かつ光軸の変更や距離の調整などが自動的にでき
るから、常に最適条件で加工可能であり、加工部品の信
鎖性向上と作業の能率向上とが図れる。 （２）作業内容と対象部品の形式２寸法とに制約がほと
んどなく柔軟性、汎用性がある。 （３）実施例によれば、加工ヘッドの前面部が汚れの付
着から自動的に保護されるから、前面部の清掃の手間が
省けるとともに、レーザ光の加工力の低下が抑制され、
長時間にわたり最適な加工条件が保証される。また、加
工ヘッドの前面部近傍の周囲空気が吸い込まれて除去さ
れるから、加工ヘッド前面の清掃とともに、作業環境の
改善が支援される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一実施例の正面図、第２図は同じ
くその平面図、 第３図は加工ヘッドの位置決め、姿勢決めを説明する模
式図、 第４図は別の実施例の要部の断面図である。 符号説明 １．２：加工ヘッド、５：筒体、６：吹出管、７：吸込
管、１０：清掃ユニット、１１，２１　　：走行台、１
２．２２．６４　：ボールねし、工３：揺動軸、３１．
６１　　：枠体、３２，６２　　：案内レール、３３．
４１，５１．６３　　：モータ、４３ニスプライン軸、
４４．４５　　：傘歯車、５２，５３　　：歯車、５４
：旋回軸、６０：Ｚ移動機構、６６：スライダ＝６７：
アーム、７０：ＸＹ移動機構。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）所定平面上の一対の各加工箇所に同時に一対の各加
   工ヘッドからレーザ光をその光軸が同一平面に含まれる
   ようにして照射する装置であって、前記各加工ヘッドを
   搭載し前記所定平面に平行な共通な走行軸線に沿って直
   進可能な走行台と；この各走行台に対してこれに搭載さ
   れた前記加工ヘッドを、その光軸上の所定点を通り前記
   所定平面に平行で前記走行軸線に直角な揺動軸線のまわ
   りに揺動可能な揺動部と；前記所定平面に直角で前記走
   行軸線に対して所定位置をとる旋回軸線のまわりに、前
   記加工ヘッドをこれに対応する走行台、揺動部とともに
   旋回可能な旋回部と；この旋回部を前記所定平面に対し
   て空間的に平行移動可能な移動部と；を備え、前記各加
   工ヘッドは、これに対応する前記加工箇所との距離が常
   に所定値を維持するように前記揺動部と前記移動部とに
   よって位置決めされるようにしたことを特徴とするレー
   ザ加工装置。 ２）特許請求の範囲第１項記載の装置において、各加工
   ヘッドは、その前面部近傍に開口部をもつ清浄空気吹出
   管と、この清浄空気吹出管の開口部の位置より外方に開
   口部をもつ周囲空気吸込管とを備えることを特徴とする
   レーザ加工装置。 ３）特許請求の範囲第１項または第２項記載の装置にお
   いて、各加工ヘッドは、対応する走行台とともに走行軸
   線上の定点に関して互いに対称的に直進可能であること
   を特徴とするレーザ加工装置。 ４）特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかの項
   に記載の装置において、各加工ヘッドは、その光軸が前
   記各加工ヘッドを結ぶ線分を直角に２等分する平面に関
   して互いに対称的に揺動可能であることを特徴とするレ
   ーザ加工装置。