JPH037072Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は、レーザを熱源としてプリント基板な
どの上に電子部品をはんだ付けする装置に関し、
特にレーザビームの照射方向を調整するための構
造に係る。

従来技術 例えば特開昭58−161396号に発明は、レーザビ
ームを熱源とするはんだ付け方法を示している。
通常、この種のレーザはんだ付け装置は、はんだ
付け点にレーザを集光させながら照射するレーザ
集光器と、はんだ付け点に線状はんだを供給する
手段、およびはんだ点の温度を計測するセンサを
備えている。実際のはんだ付けでは、はんだ付け
点の加熱温度を常時計測し、その加熱状態を確認
しながら、はんだ付けが行われる。

そして、レーザビームは、上記発明のはんだ付
け方法に見られるように、プリント基板の面に対
し垂直な方向から、はんだ付け対象、すなわちプ
リント基板のはんだ付け用の孔およびその孔に差
し込まれた電子部品の端子に照射される。このよ
うなはんだ付けでは、電子部品の端子の部分にレ
ーザの熱が集中し、その端子が有限な熱伝導性を
有しているため、その端子の先端部分が必要以上
に加熱されてしまい、その結果、端子先端部分の
熱が温度計測の精度を狂わせるため、はんだ付け
ミスが起きやすくなつている。またプリント基板
に対し垂直な方向からレーザが照射されると、そ
のレーザビームの一部がプリント基板の孔を通過
し、電子部品の本体部分に熱的な悪影響を及ぼ
し、その機能を破壊することにもなる。しかも、
レーザビームが端子で遮断され、またレーザビー
ムの一部が孔を通過してしまうため、はんだ付け
部分の加熱効率が悪くなつている。

このように、従来のはんだ付け装置では、レー
ザビームがプリント基板の面に対し垂直な方向か
ら照射されるため、はんだ付け点以外の部分すな
わち端子の先端部分が必要以上に加熱され、その
結果、温度計測に誤差が生じるほか、熱効率が低
く、さらにそのレーザビームが基板の孔を通過
し、電子部品に熱的な悪影響を及ぼしている。

考案の目的 したがつて、本考案の目的は、上記従来技術の
欠点を除くために、レーザビームの照射方向を最
も適当な傾斜角度に設定できるようにし、熱効率
を高めながら、電子部品の端子先端部分での異常
な加熱を避け、温度計測の精度を上げて、はんだ
付けのミスを確実に防止することである。

考案の解決手段 上記目的のもとに、考案者は、はんだ付け点に
レーザビームを照射し、その照射角度とはんだ付
け点の温度の上昇勾配を実験によつて求めてみ
た。それによると、単位時間当りの温度上昇率
は、レーザビームをはんだ付け対象の面に対し、
垂直な方向から照射するよりも、はんだ付け面の
法線に対し30度程度、すなわちプリント基板など
のはんだ付け面に対し好ましくは60度の傾斜角度
のときに最も良好であることを確認した。

この実験結果をもとに、本考案は、はんだ付け
点とレーザ照射点との関係を常に一定に保ちなが
ら、レーザビームの照射角度をはんだ付け条件に
応じて自由に調整できるようにしている。また、
レーザビームがはんだ付け点に対し、60度程の傾
斜角度で照射されると、そのレーザビームが突出
状態の電子部品の端子先端部を避けながら、はん
だ付け点すなわちプリント基板の孔とその内部の
端子部分に集中的に照射されるため、端子の先端
部分が必要以上に加熱されることはない。この結
果、はんだ付け点の温度計測は、赤外線センサを
用いて、端子部分を計測範囲外とすることによ
り、従来のものに比較して高い精度で測定できる
ことになる。これによつてはんだ付けミスが最小
限度に抑えられる。

また、レーザビームの照射角度が変化したと
き、これに対応して、線状はんだの供給方向も変
化させる必要がある。本考案は、この点を考慮
し、線状はんだの供給ノズルをレーザの照射光学
系とともに照射角度調整機構に組み込むことによ
り、それらの傾斜角度を同時に調整できるように
している。ここで、照射角度調整機構は、はんだ
付け点を中心としてレーザ集光器を移動させる扇
型の案内体と、この案内体の溝に沿つて移動可能
なスライダとで構成し、このスライダにレーザ集
光器を取り付けている。なお、案内体の円弧状摺
動面とはんだ付け対象のプリント基板面との標準
傾斜角は、約60度に設定されている。

考案の構成 第１図ないし第３図は、レーザはんだ付け装置
１を示している。

このレーザはんだ付け装置１は、２点同時はん
だ付けのために、２つのレーザはんだ付けヘツド
２，３を備えており、これらの下方の位置で、は
んだ付け対象のプリント基板４および半導体チツ
プなどの電子部品５を位置決め状態で載置するた
めに、適当な送り手段によつて、Ｘ軸方向および
Ｙ軸方向、またはそれらのいずれかの方向にのみ
移動可能なテーブル６を備えている。

上記レーザはんだ付けヘツド２，３は、それぞ
れレーザビームを光学的に集光しながら、はんだ
付け点に向けて照射するレーザ集光器７，８、こ
れらの照射角度を調整するための照射角調整機構
９，１０、はんだ付け点の温度を測定する温度計
測器１１，１２、はんだ付け点に向けてはんだを
自動的に供給するはんだ供給ノズル１３，１４、
およびはんだの先端を検出するはんだ計測センサ
１５，１６によつて構成されている。なお、第１
図および第３図に見られるように、一方のレーザ
集光器７は、右奥側の照射角調整機構９により支
持され、また他方のレーザ集光器８は、左手前側
の照射角調整機構１０により支持されている。そ
して、第３図で、２つのレーザ集光器７，８は、
重つて見える。

上記レーザ集光器７，８は、それぞれホルダー
１７，１８の内部で位置調整可能な状態で固定さ
れており、照射角調整機構９，１０によつて角度
調整可能な状態で支持されている。もちろん、こ
れらのレーザ集光器７，８は、第２図に明示する
ように、それぞれはんだ付け点４１，４２に向け
られている。この照射角調整機構９，１０は、そ
れぞれホルダ１７，１８に取り付けられたスライ
ダ１９，２０、およびこのスライダ１９，２０の
円弧状摺動面のあり２１，２２に対しあり溝２
３，２４ではまり合う扇型の案内体２５，２６に
よつて構成されている。なお、この実施例では、
２つのレーザはんだ付けヘツド２，３が接近した
ときに、照射角調整機構９，１０が互いに干渉し
ないようにするために、一方のあり溝２３は、案
内体２５の上面側に形成されており、また他方の
あり溝２４は、逆に案内体２６の下面側に、形成
されている。この案内体２５，２６は、はんだ付
け点４１，４２を含む平面上で、プリント基板４
に対し、ほぼ60度の標準傾斜角度で配置されてお
り、一方の案内体２５は、スライドアーム２７に
よりコラム３４に摺動自在に支持され、かつ送り
ナツト２９を介して、Ｘ軸方向の送りねじ３０
に、ねじ対偶のもとに結合しており、また他方の
アーム２８は、水平な案内ロツド３１により、案
内スリーブ３２に摺動自在にはまり合い、さらに
取り付けブラケツト３３によつてコラム３４に取
り付けられている。

なお、この送りねじ３０は、送りモータ３８に
よつて減速しながら、正確に位置決めできる状態
で駆動されるようになつている。また、上記案内
ロツド３１は、案内スリーブ３２にねじ込まれた
締め付けナツト３５によつて位置調整後に固定さ
れ、また案内ロツド３１の側の長孔３６とこれに
はまり合う案内スリーブ３２の側の回り止めピン
３７とによつて回り止め状態となつている。

また、２つの温度計測器１１，１２およびはん
だ供給ノズル１３，１４は、２つのレーザ集光器
７，８を含む平面を境として、互いに異なる側で
線対象の状態で、または点対象の状態で配置され
ている。

すなわち温度計測器１１，１２は、レーザ集光
器７，８を含む平面に対し上面から見て向き合う
状態で、しかも、はんだ付け点４１，４２に向け
てそれぞれ支持アーム３９，４０を介し、アーム
２７，２８に固定されている。なおこの温度計測
器１１，１２は、第４図に明示するように、赤外
線センサ４７，４８を備え、その前面側で、光学
レンズ４９，５０をそれぞれ含んでいる。

また、はんだ供給ノズル１３，１４は、それぞ
れ支持体４３，４４によりアーム２７，２８に固
定されており、その先端部分をはんだ付け点４
１，４２に向けた状態で固定されている。また、
はんだ計測センサー１５，１６は、はんだ供給ノ
ズル１３，１４に送り込まれる線状はんだ４５，
４６の先端を光電的に検出するものであり、それ
ぞれはんだ供給ノズル１３，１４と平行な状態で
アーム２７，２８に固定され、先端部分でそれら
の開口部分に向けてＬ字状に屈曲している。

考案の作用 第５図および第６図は、プリント基板４に対す
る電子部品５の仮取り付け状態を示す。

電子部品５は、例えば半導体チツプで、その両
側面でリード端子５２を備えており、その部分で
予めプリント基板４の取り付け孔５１の部分に差
し込まれ、テーブル６に対し位置決め状態で固定
されている。

一方、２つのレーザ集光器７，８は、第１図に
示すように、Ｙ軸方向の直線上でそれぞれはんだ
付け点４１，４２に向けられている。もちろん、
このはんだ付け点４１，４２は、取り付け孔５１
およびその内部のリード端子５２の位置と一致し
ている。

この状態で、テーブル６は、リード端子５２の
はんだ付け完了時点で１ピツチ毎の間隔で、Ｘ軸
方向に送られていく。このような位置決め制御
は、既に知られた数値制御技術によつて高い精度
のもとに行われる。

そして、レーザ集光器７，８は、第６図のよう
に、それぞれのはんだ付け点４１，４２にレーザ
ビーム５３，５４を照射し、その点を必要な温度
まで加熱していく。このときの加熱温度は、温度
計測器１１，１２によりそれぞれ検知される。

第７図は、実験結果にもとづいて、レーザビー
ム５３，５４の照射角度に対する単位時間当りの
温度上昇率を示している。この実験プラグから明
らかなように、レーザビーム５３，５４がプリン
ト基板４の上面に対し、約60度近くの標準傾斜角
度に設定されているとき、温度上昇率は最高とな
つている。

第８図は、このような照射角度でのレーザビー
ム５３の加熱状況を拡大しながら示している。レ
ーザビーム５３は、一般にプリント基板上の照射
点よりも手前に焦点があり、そのエネルギー分布
は、ビームの中心部分で最高となつており、それ
から外側にずれるに従い、距離の二乗に逆比例す
る関係で低くなつている。レーザビーム５３がこ
のように、はんだ付け点４１に向けられている
と、そのエネルギー分布の高い中心部分が直接は
んだ付け点４１に向けられているため、その位置
の取り付け孔５１、およびリード端子５２は、最
も効率よく加熱される。しかも、この場合、リー
ド端子５２の先端部分がレーザビーム５３の中心
から離れ、しかも、その範囲から突出しているた
め、直接的に加熱されないことになり、照射点に
おけるレーザビームの熱吸収は良くなる。またレ
ーザビーム５３が90度以外の照射角度に設定され
ているため、レーザビーム５３のほとんどが取り
付け孔５１の部分に照射され、それを通過して、
リード端子５２の基端部分や電子部品５を直接加
熱しないことになる。これによつて、電子部品５
の熱的損傷が確実に防止できる。この関係は、レ
ーザビーム５４についても同様である。

なお既に述べたように、従来例では、その照射
方向がはんだ付け面に対し、垂直な方向、すなわ
ちリード端子５２と同じ中心線上に位置してお
り、一部のレーザビームが取り付け孔を通過する
ため、エネルギー効率が低下している。またその
通過ビームが直接または間接的に電子部品５を加
熱することにもなるため、既に述べたような熱的
損傷の危険がある。

しかし、本考案では、温度計測器１１，１２の
光学レンズ４９，５０がはんだ付け点４１，４２
すなわち取り付け孔５１の内部のリード端子５２
の部分の赤外線のみを集光し、赤外像センサ４
７，４８の受光面に、導いているため、はんだ付
け点４１，４２の温度計測は、従来のものに比較
して、高い精度で行えることになる。このとき、
リード端子５２の先端部分が集光レンズ４９，５
０の結像範囲外にあるため、その部分からの温度
の悪影響が確実に回避できる。なお、この赤外線
温度センサ４７，４８の温度情報は、はんだ付け
制御装置に送られ、レーザビーム５３，５４の照
射時間や照射エネルギーの制御に用いられる。

一方、この間に、はんだ供給ノズル１３，１４
は、それぞれ線状はんだ４５，４６を対応のはん
だ付け点４１，４２に、送り出し、レーザビーム
５３，５４の熱によつて溶融状態とし、取り付け
孔５１の内部のリード端子５２の電気的な接続お
よび機械的な固定に必要な量だけ自動的に供給し
ていく。この供給量は、先端位置のはんだ計測セ
ンサ１５，１６によつて長さとして検出される。

ところで、電子部品５のリード端子５２が第５
図と異なり、Ｙ軸方向に配置されているとき、２
つのレーザ集光器７，８は、Ｘ軸方向の直線上に
配列される。このようなＸ軸線上の配置は、第１
図で、一方のレーザ集光器７の右方向に移動さ
せ、また他方のレーザ集光器８を図面上、上方に
移動させることにより設定できる。このときの送
り運動は、それぞれ手動により、または、送りナ
ツト２９、送りねじ３０によつて行われる。

このようなはんだ付け過程でレーザ集光器７，
８が側方から見て、互いに異なる方向に傾いてい
るため、２つのはんだ付け点４１，４２が極めて
接近しているときでも、収束状態のレーザビーム
５３，５４は、はんだ付け点４１，４２に正確に
照射され、その部分を能率よく局部的に加熱して
いく。したがつて、従来のはんだごてによるはん
だ付けや、一般的なレーザ照射ヘツドと異なり、
はんだ付け対象の半田付け点４１，４２が極めて
接近しているときでも、それらの２つの点が同時
にはんだ付けできることになる。

このようなレーザはんだ付けで、レーザビーム
５３，５４の照射角度は、電子部品５に熱的な悪
影響のない状態で、しかも、はんだ付け点４１，
４２（プリント基板４の取り付け孔５１および電
子部品５のリード端子５２）の部分を最も熱的に
効率のよい状態で照射されなければならない。し
たがつて、その照射角度は、電子部品５の取り付
け態様毎に適当に設定される。その照射角度の変
更は、レーザ集光器７，８のホルダー１７，１８
をあり溝２３，２４に沿つて移動させることによ
つて設定できる。あり溝２３，２４がはんだ付け
点４１，４２を含む平面上で、それらの点を中心
とする円弧として形成されているため、照射角度
の変更時においても、レーザ集光器７，８の照射
方向は、常にはんだ付け点４１，４２に向けられ
ている。もつとも、照射角度が変更されたとき、
レーザ集光器７，８の平面的に見た方向が変化し
ている。したがつて、その平面的な方向が変化し
たときにも、レーザビーム５３，５４が電子部品
５の方向に向けられないような配慮が必要とな
る。

考案の変形例 上記実施例は、２つのレーザ集光器７，８を対
称的に２つ設けているが、これらは、１つだけ設
けられていてもよい。また、照射角調整機構９，
１０は、人為的な調整となつているが、これは他
の公知の駆動手段を利用することによつて、自動
化することもできる。

考案の効果 本考案では、下記の特有の効果がえられる。

レーザ集光器が照射角調整機構によつて照射角
の調整可能な状態で支持されているから、はんだ
付け点に対し、最も熱効率のよい状態でレーザビ
ームの照射が可能となる。

しかも、レーザ集光器がはんだ付け対象の面に
対し、垂直以外の方向、好ましくは、30度から60
度の範囲に規制されており、従来のように、はん
だ付け面に対し垂直な方向からレーザビームが照
射されないため、リード端子の先端部分の異常加
熱によるエネルギー損失や、レーザビームの取り
付け孔の通過、さらにレーザビームの通過による
電子部品の熱的破壊などが確実に防止できる。

また、赤外線温度センサがはんだ付け点に向け
られており、それらの間の光学レンズのはんだ付
け点の赤外線のみ、すなわちリード端子の先端部
分を計測範囲外として集光するため、温度計測の
誤動作がなく、したがつて、はんだ付け不良が未
然に防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案のレーザはんだ付けヘツドの平
面図、第２図はそのＡ−Ａ垂直断面矢視図、第３
図はそのＢ矢視正面図、第４図は温度計測器の側
面図、第５図はんだ付け対象の拡大裏面図、第６
図ははんだ付け対象の断面図、第７図ははんだ付
け部分の温度上昇率を示す図、第８図はレーザビ
ームの照射状態の拡大断面図である。 １……レーザはんだ付け装置、２，３……レー
ザはんだ付けヘツド、４……プリント基板、５…
…電子部品、７，８……レーザ集光器、９，１０
……照射角調整機構、１１，１２……温度計測
器、１３，１４……はんだ供給ノズル、１５，１
６……はんだ計測センサ、１９，２０……スライ
ダ、２５，２６……案内体、４１，４２……はん
だ付け点、４５，４６……線状はんだ、４７，４
８……赤外線センサ、４９，５０……光学レン
ズ、５１……取り付け孔、５２……リード端子、
５３，５４……レーザビーム。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) はんだ付け点に対し線状はんだを供給し、熱
   源としてレーザビームをレーザ集光器により照
   射してはんだ付けをするレーザはんだ付け装置
   において、 上記レーザビームを常にはんだ付け点に向け
   かつその点から距離を常時一定に保ちながら上
   記レーザ集光器の照射角度を自由に調整できる
   照射角度調整機構と、はんだ付け部分の温度を
   常時計測する温度計測器と、上記照射角度調整
   機構によつて支持され上記はんだ付け点に対し
   線状はんだを送り出すはんだ供給ノズルと、こ
   のはんだ供給ノズルとともに支持され線状はん
   だの先端を計測確認するはんだ計測センサとか
   らなり、 前記の照射角度調整機構は、はんだ付け点を
   中心としてレーザ集光器を移動させる扇型の案
   内体と、この案内体の円弧状摺動面に沿つて移
   動可能なスライダとで構成し、このスライダに
   レーザ集光器を取り付け、かつ案内体の円弧状
   摺動面とはんだ付け対象のプリント基板面との
   標準傾斜角を約60度に設定したことを特徴とす
   るレーザはんだ付けヘツド。 (2) 前記温度計測器を赤外線センサと、光学的レ
   ンズとで構成し、赤外線センサに結像させる計
   測面に電子部品の端子の先端を含まないように
   設定することを特徴とする実用新案登録請求の
   範囲第１項記載のレーザはんだ付けヘツド。