JPH038869B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、加工品支持台と、はんだづけエネル
ギを得るためのレーザとを有してエレクトロニク
ス構成要素（パツケージのことで、以後パツケー
ジということもある）の２つの接続要素を同時に
はんだづけする装置であつて、２つのはんだづけ
光線は少なくともほぼ等しい強度を有し、それぞ
れの光線路内にははんだづけ光線をはんだづけ位
置に焦点を合わせて位置合わせをする光学装置
と、はんだづけ光線と加工品支持台との相対運動
を行なわせる手段とが設けられたはんだづけ装置
に関する。

レーザ光線を使つて、エレクトロツクス構成要
素を回路基板にはんだづけすることは、鮮鋭に焦
点合わせがなされたレーザ光線によりはんだづけ
位置のみが加熱され、これにより回路基板およ
び／または個々のエレクトロツクス構成要素の全
体加熱、したがつてこれによる過熱から生ずる潜
在危険が回避されるので有利である。これらの理
由からレーザはんだづけ法はSMD（表面装着デバ
イス）技術によるエレクトロニクス構成要素の取
付けにとくに適している。さらに鮮鋭に焦点を合
わせられたレーザ光線により容易に手が届かない
はんだづけ位置にも到達が可能となる。はんだづ
け位置が順次レーザ光線ではんだづけされるとこ
ろの従来から既知のレーザはんだづけ法において
は、多数のリード端子を有する構成要素を回路基
板に装着するのにかなりの時間を要する。人々は
今までに、複数のレーザ光線すなわちはんだづけ
光線によつて同時処理することによりこの欠点を
除去しようと試みてきた。この場合、冒頭記載の
ような装置に対するドイツ特許DE−OS2934407
の例のように、レーザから放出される光線は光線
分配器により複数の個々の光線に分配される。し
かしながら、分配された種々の部分光線にエネル
ギをほぼ等分に分配することは、実際にはほとん
ど不可能かまたはかなりの技術を要することがわ
かつた。しかしながら、はんだづけ光線は等強度
とすることが必要で、もし等強度でないとあるは
んだづけ光線のところでは構成部分または基板が
燃焼し、一方他のはんだづけ光線では十分なはん
だ接合を得るのに強度が十分でなかつたりするこ
とが場合により発生する。はんだづけ光線ごとに
それぞれ固有のレーザを使用すればよいが、これ
では費用がかかる。一方個々の光線は固定されて
いるので、途中で大きさの異なる構成部分やリー
ド線間隔が異なるものへ変つた場合、装置を調節
しなければならない。したがつて、これの装置は
実用上十分な融通性を有していない。

発明の要約 本発明は、レーザはんだづけ方法がエレクトロ
ニクス構成要素の回路基板への大量装着にも使用
可能なような能率向上が比較的低コストで実現さ
れる冒頭記載のような装置を提供することを課題
とする。

この課題は本発明により： 両方のはんだづけ光線を得るためのレーザの共
振器は、その長手方向両端部がそれぞれ部分透過
鏡で遮断されていること；および はんだづけ光線の相対運動の実行と位置合わせ
とのためにそれぞれの光線に偏向装置が設けら
れ、偏向装置はそれぞれのはんだづけ光線の作業
に合わせて偏向させるために、制御装置により相
互に独立に調節可能な鏡で有すること； により解決される。

本発明による解決法により、同時にはんだづけ
が可能である等強度を有する２つの部分光線が１
個のレーザから簡単に発生される。本発明による
解決法においては、ドイツ特許DE−OS2934407
とは反対で、固定位置に調節されたはんだづけ光
線に対し構成要素が移動されるのではなく、構成
要素に対してはんだづけ光線が移動されるので、
少なくとも２列の接続端子を有する構成要素は従
来必要とした時間の何分の１の時間ではんだづけ
が可能である。

とくに、偏向装置は加工品支持台の両側で直径
方向に相互に対向し、はんだづけ光線が静止位置
において加工品支持平面に対して斜向し光線相互
の間である角をなして投影されるように偏向装置
が設けられる。この配置は、表面装着デバイス
（SMD）技術による構成要素のはんだづけにおい
て、リード端子が実際に構成要素の基礎平面から
突出している場合、および、加工品支持平面に対
しはんだづけ光線を垂直投射したときでは行なえ
ないような場合でもはんだづけを可能にする。

集積回路小型化の進歩と共に、相対する２つの
側部だけでなく４つの側部全部に接触リード端子
が設けられるというパツケージ（構成要素を以後
パツケージと呼ぶ）がますますふえてくる。この
場合、２つのはんだづけ光線のみで迅速かつ合理
的な作業を可能とするために、本発明のとくに好
ましい実施例によれば、偏向装置は、両方のはん
だづけ光線がそれぞれの静止位置においては、加
工品支持平面に垂直でかつ加工品移動方向に斜交
する平面内にあるように設けられる。この結果、
普通直方体形状のパツケージでその辺が回路基板
の辺に平行に取付けられるパツケージは２本のは
んだづけ光線に対しほぼ対角方向に配置される。
はんだづけ光線がそれぞれの静止位置において、
当該パツケージの大体隅の付近に向けられると、
各はんだづけ光線はこの静止位置から出発して、
光線が衝当する隅で交差する相互に直角な２つの
リード端子列に到達可能で、このとき加工品や偏
向装置の位置の移動は全く必要としない。もしこ
の位置の移動を行なうとすると、かなりの時間を
必要とするであろう。

はんだづけ時間の一層の短縮とこれによる生産
能率の向上は、はんだづけ光線の強度を上げるこ
とにより達成可能である。しかしながら、これは
そう簡単には行かず、すなわち、はんだづけ光線
がパツケージの接続端子や基板を焼損する危険性
があるからである。この難点を排除するために、
本発明により、レーザ光線の加工品への衝当点
は、はんだづけ位置の範囲内ないしは所定の軌道
に沿つて移動するときに、はんだづけ位置の範囲
内にあるときは、その滞留時間に対応し、また移
動軌道に沿つているときは移動速度に対応して急
速な振子運動を行なうように鏡が制御可能であ
る。これにより、接続端子や基板の焼損が起る危
険性もなく、はんだづけの強度はかなり上昇可能
である。これははんだづけ速度を顕著に向上させ
る。この場合、はんだづけ光線に所定の振子運動
を行なわせる鏡の制御は、種々の方法で行なわれ
る。たとえば、鏡の運動を規定する制御プログラ
ムをそれに応じて形成することが可能である。

レーザはんだづけ方法がパツケージの基板への
全体装着にも使用可能とするためには、はんだづ
け装置による加工品の自動的かつ正確な移動が必
要である。本発明による解決法によれば、はんだ
づけ光線は偏向鏡によりパツケージのそれぞれの
リード端子に沿つて移動されるので、パツケージ
の接続端子のはんだづけの間は加工品は静止して
おり、しかもこの場合、はんだづけ光線があるリ
ード端子から次のリード端子へ移動する間も光線
は中断されない。しかしながら、あるパツケージ
から次のパツケージへ移るときは、加工品が移動
されるが、この場合は、この移動の間はんだづけ
光線は中断される。加工品の移動のときはこの場
合既知の方法で位置決め駆動装置により、加工品
支持台が、その加工品支持平面に平行に移動可能
である。パツケージのそれぞれのはんだづけ位置
への位置決めおよびはんだづけ光線の偏向は、こ
の場合、制御装置を介して制御プログラムにより
行われるが、ここでパツケージの位置決めとはん
だづけ光線の偏向とに必要な座標は、本発明によ
り、各パツケージは回路基板を移動してそのはん
だづけ位置に置かれ、この位置に対応する座標が
求められ、記憶されるというようにして得られ
る。次に、はんだづけ位置にあるそれぞれのパツ
ケージの個々のはんだづけ位置は減光装置で弱め
られ手動で操作可能なレーザ光線により走査され
て各はんだづけ位置におけるレーザ光線のそれぞ
れの位置に対応する鏡位置の座標が求められて記
憶される。同様な回路基板がきわめて多数処理さ
れなければならないときは、上記のような方法で
親基板を使用してパツケージとそのはんだづけ位
置との座標が求められる。基板へのパツケージの
装着とはんだづけ装置の偏向装置に対する装着部
の位置決めは一般に十分な精度と再現性とにより
達成可能なので、次に別の回路基板に作業を行な
うときは前記の座標により自動的に実行可能であ
る。このようにパツケージの回路基板上でのそれ
ぞれの好ましい配置が正確に記憶可能である。偏
向可能レーザ光線を使用してある加工品の加工の
ための座標を求めて記憶するこの方法は上記のは
んだづけ工程と結びつけた使用法に限定されず、
一般的にも使用可能である。

上記レーザはんだづけ装置の最も敏感な部分
は、はんだづけ光線の偏向に使用される鏡検流計
である。同様な検流計は実行のたびにほんのわず
かではあるが狂つてきてそれ以後の投入遮断によ
り場合によりゼロ点も移動してくる。したがつ
て、加工品上のはんだ位置の真の位置の検定と、
検流計の調節と、および同時にはんだ位置の座標
に対する目盛係数が求められることが好ましい。
本発明によれば、これに関しては、回路基板の所
定位置内において回路基板上で、弱められたはん
だづけ光線で少なくとも１つの基準マークが走査
され、はんだづけ光線の基準マークとの衝当に対
応する鏡の現在値が、鏡の目標値と比較されるこ
と、および、現在値と目標値との間に偏差があつ
たとき、それに応じた検流計の後調節および／ま
たははんだづけ位置の座標に対応する制御データ
に対するゼロ点調節が行なわれること、が提供さ
れる。複数の基準マークを走査することにより、
時により目盛係数を求めることも可能である。こ
れにより、作業を中断後簡単に同一装置で後調節
することができるばかりでなく、同一作業プログ
ラムで、その検流計がわずかずつ相互に異なるは
んだづけ装置を作動することが可能である。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図を
用いた実施例に関する以下の説明から明らかにな
ろう。

実施例 第１図において、レーザ１０はたとえばYAG
レーザが使用される。レーザ１０の共振器は両側
が略図で示す部分透過鏡１２で遮断され、この部
分透過鏡１２はそれぞれ約10％のエネルギを透過
させる。共振器内で各鏡１２の前に、落下遮蔽板
１４が設けられ、落下遮蔽板は障害があつたとき
に自動的に光線路内に移動し、これによりレーザ
からのエネルギの放出が遮断される。共振器の範
囲内に同時に機械的シヤツタ１６が存在し、これ
によりレーザエネルギの形成が中断され、すなわ
ち、レーザは完全に遮断可能である。

共振器の外側で各鏡１２に開閉板１８が接続さ
れ、開閉板１８で、それぞれの部分光線すなわち
はんだづけ光線２０がそれ自身で遮断可能であ
る。これらの開閉板１８はそれぞれ、鏡１２から
放出されるエネルギを受止め可能なように設けら
れている。両方の部分光線２０はここで鏡２２お
よび２４、ないし鏡２２および２６を介して偏向
装置２８の方へ向きを変えられるが、ここで鏡の
正確な数と配置とは装置全体の幾何形状で異なつ
てくる。光線径路内にはさらにそれぞれ、ときに
必要な焦点合わせおよび焦点深度の調節のために
レンズ３０として略図で示した光学装置が設けら
れる。第１図で左側に示した部分光線２０の光線
径路内にはさらに、両方の部分光線２０の強度を
相互に正確に一致させるために光線調節器３２が
設けられている。

それぞれの偏向装置２８は第３図のように既知
の方法で２個の検流計３４，３６を含み、これに
より部分光線の鏡３８ないし４０は好ましい方向
に偏向可能である。この場合、加工品支持台４４
の表面４２上で光線が行き届く範囲は、偏向装置
２８の出口に設けられた選択対物レンズ４６でと
くに変つてくる。

加工品表面上でのはんだづけ光線２０の偏向方
向と偏向長さとを決定するために、検流計３４，
３６は制御装置４８により制御される。制御はこ
の場合、たとえは、それぞれのはんだづけ光線が
わずかな振幅で迅速かつとくに不規則の振子移動
を行なうように、適当な制御プログラムにより行
なわれる。この結果、はんだづけ光線の回路基板
５０への衝当点は、はんだづけ位置の範囲内、な
いしは一定または随時の移動モデルに従がうはん
だづけ位置からはんだづけ位置への移動軌道の範
囲内で移動する。これにより、リード端子５２、
パツケージ５４または回路基板５０の焼損の危険
もなく、はんだづけ光線の強度を上昇させること
が可能である。制御装置はさらに、加工品支持台
４４のＸ方向ないしＹ方向の位置決めをする駆動
装置５６，５８および開閉板１８を制御し、開閉
板１８により個々のはんだづけ光線２０は遮断さ
れる。したがつて、偏向装置２８により両方の部
分光線すなわちはんだづけ光線は、加工品支持台
４４上に置かれた回路基板５０上のパツケージ５
４のリード端子５２に沿つて移動される。この場
合、それぞれのはんだづけ光線２０はあるリード
端子５２から次のリード端子に移動する間は遮断
されることなく、端子列の終端にきてはじめて遮
断される。

第２図からわかるように、偏向装置２８は加工
品支持台４４に対し、はんだづけ光線２０が加工
品支持台４４の表面４２に対し斜交し、相互にあ
る角度を形成する方向を向くように設けられる。
これにより、リード端子が第２図に示すようにパ
ツケージの基底面から外に突出していないような
パツケージを回路基板にはんだづけすることもま
た可能である。

第１図においては、はんだづけ光線２０はその
静止位置において、加工品支持台４４の表面４２
に垂直かつパツケージ５４に対し対角方向の平面
内にあるように、偏向装置２８がはんだづけする
パツケージ５４に対してとる配置が示されてい
る。これにより、第１図に示すような４辺すべて
にリード端子列を有するパツケージの場合、はん
だづけ光線２０を使用して、パツケージ５４の隅
から出発し相互に直交する２つの列のリード端子
52に行届いてこれらをはんだづけすることが可能
となる。この場合、偏向装置２８に対しパツケー
ジ５４自身を移動させることは必要ない。偏向装
置２８に対する回路基板５０の移動は、あるパツ
ケージから次のパツケージへ移るときにはじめて
行なわれる。

はんだづけ工程を自動化するためには、それぞ
れのパツケージにおいてはんだづけ光線をはんだ
づけ位置からはんだづけ位置へ移動させるため
に、偏向装置に対するパツケージの対応座標と鏡
に対する制御量とを制御装置に与えることが必要
である。これは、回路基板５０を加工品支持台４
４上に位置決めした後、それぞれのパツケージ
が、偏向装置２８に対し適当なはんだづけ位置に
くるように加工品支持台４４がその駆動装置５
６，５８で移動されるように行われる。パツケー
ジのこの位置決めに対応する加工品支持台上の座
標は制御装置４８の操作装置６０により与えら
れ、制御装置４８内に記憶される。さて、パツケ
ージが静止状態でパツケージに付属のはんだづけ
光線はそれぞれのレーザ光線２０で走査される
が、その光線２０の強度は光線径路内に挿入され
た略図に示す減光装置６１により、光線強度はは
んだづけには十分ではなく材料の焼損の危険もな
い程度に減光可能である。実際には減光装置は、
光線２０の偏向誤差を減光装置の光学要素で防止
するために、偏向装置はレーザ１０の共振器内に
配置することが好ましい。前述の例で使用される
レーザ光線はたとえ目にはみえなくても、加工品
５０上の光線衝当位置は適当な図示されてないカ
メラを使つてみることが可能である。さて、弱め
られたレーザ光線は操作装置６０と制御装置４８
とにより、手動ではんだづけ位置からはんだづけ
位置へと前進走査される。弱められたレーザ光線
がそれぞれのはんだづけ位置に衝当したときのそ
れに対応する検流計鏡３８，３９の位置、ないし
はこの位置に対応する制御データが、制御装置４
８の適当な記憶装置内に記憶される。このよう
に、ある特定の回路基板に対する全体の座標およ
び制御値が確定されると、同様な回路基板へのパ
ツケージのはんだづけは自動的に実施可能であ
る。高強度のレーザを使用する装置においては、
光学成分の調節のために作業光線と同軸にパイロ
ツト光線を使用することは既知である。この場
合、パイロツト光線と作業光線との間のわずかな
偏差は常に完全には排除できない。これははんだ
づけ位置の誤差原因となるが、これは、はんだづ
け位置の走査に強度を弱めた作業光線すなわち初
期光線を使用する上記の解決法により完全に排除
可能である。

はんだづけ位置およびその相対距離の小さな値
の測定には、はんだづけ光線の制御に高い精度が
必要である。個々のパツケージにおいても基板へ
の装着においても小さな偏差は完全には除去可能
ではない。検流計３４，３６も両方とも構造は同
一であつても完全に同一ではない。さらに、長い
作業中断後に検流計にスイツチを入れた場合、そ
のゼロ点が移動していることがある。したがつ
て、一方では記憶されているはんだづけ位置の座
標をそれぞれの加工品上の実際の座標と比較する
こと、他方では回路基板の加工品支持台上での所
定の位置に検流計を後調節すること、および場合
によつては目盛係数も求めることが好ましく、こ
れらによつて同じ座標値と制御寸法とを有する、
制御プログラムが同じようなはんだづけ装置にも
使用可能である。さらに、強度を弱めたはんだづ
け光線は、加工品支持台４４上の特定位置に位置
決めされた基板上の第１の基準マーク６２に向け
られる。このときはんだづけ光線が、自動的に基
準マーク６２を探すようにすることも可能であ
る。はんだづけ光線の基準マーク６２への衝当は
受光器６４により記録される。制御装置４８内の
比較器は検流計鏡３８，４０の対応現在値を基準
マーク６２の位置に対応する目標値と比較する。
偏差があつた場合はそれに応じて検流計３４，３
６で後調整が可能である。別の基準マーク６６，
６８を走査することにより同様に適当な目盛係数
を求めることが可能である。弱められたはんだづ
け光線２０ははんだづけ位置に沿つて、自動的に
移動可能であり、ここで、接続端子で反射された
光線は捕集可能である。これには受光器６４に対
応の図示されてない受光要素が作用し、受光要素
は走査範囲から反射される光線は残らず捕集され
るように設けられている。ある反射光線を受光し
たときの偏向装置の位置は、衝当はんだづけ位置
に対して記憶された制御位置と比較され、これは
場合によつて修正可能である。

上記の装置ないしそれに付属の方法工程は、電
子部品の回路基板へのはんだづけということで記
述されている。この同一方法工程とこの同一装置
とは、加工品への加工が偏向可能なレーザ光線を
使用して行われる他の場合でも使用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるはんだづけ装置の略平
面図、第２図は、偏向装置と加工品支持台とを示
した第１図で矢印Ａの方向から見た略側面図、お
よび第３図は偏向装置の機能方法を説明した略ス
ケツチ図である。 １０……レーザ、１２……部分透過鏡、２０…
…はんだづけ光線、２８……偏向装置、３８，４
０……相互に独立に調節可能な鏡、４２……加工
品支持平面、４４……加工品支持台、４８……制
御装置、５０……回路基板、５４……パツケー
ジ、６１……減光装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 加工品支持台と、はんだづけエネルギを得る
   ためのレーザとを有してエレクトロニクス構成要
   素の少なくとも２つの接続要素を同時にはんだづ
   けする装置であつて、２つのはんだづけ光線は少
   なくともほぼ等しい強度を有し、それぞれの光線
   路内にははんだづけ光線をはんだづけ位置に焦点
   を合わせて位置合わせをする光学装置と、はんだ
   づけ光線と加工品支持台との相対運動を行なわせ
   る手段とが設けられたはんだづけ装置において： 両方のはんだづけ光線２０を得るためのレーザ
   １０の共振器は、その長手方向両端部がそれぞれ
   部分透過鏡１２で遮断されていること；およびは
   んだづけ光線２０の相対運動の実行と位置合わせ
   とのために、それぞれの光線に偏向装置２８が設
   けられ、偏向装置２８はそれぞれのはんだづけ光
   線２０を作業に合わせて偏向させるために、制御
   装置４８により相互に独立に調節可能な鏡３８，
   ４０を有すること； を特徴とする同時はんだづけ装置。 ２ 偏向装置２８は加工品支持台４４の両側で直
   径方向に相互に対向し、はんだづけ光線２０が静
   止位置において加工品支持平面４２に対して斜向
   し光線相互の間である角度をなして投射されるよ
   うに偏向装置２８が設けられることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３ 偏向装置２８は、両方のはんだづけ光線２０
   がそれぞれの静止位置においては、加工品支持平
   面４２に垂直でかつ加工品移動方向には斜交する
   平面内にあるように設けられることを特徴とする
   特許請求の範囲第２項に記載の装置。 ４ レーザ光線の加工品５０への衝当点は、はん
   だづけ位置の範囲内ないしは所定の移動軌道の範
   囲内で、はんだづけ位置の範囲内にあるときはそ
   の滞留時間に対応しまた移動軌道に沿つていると
   きは移動速度に対応して急速な振子運動を行なう
   ように鏡３８，４０が制御可能であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項ないし第３項のいず
   れかに記載の装置。 ５ 光線強度を選択的に弱めるためにレーザ光線
   の径路内に挿入可能な減光装置６１と；加工品支
   持台４４ないし加工品５０上のレーザ光線の真の
   衝当位置を求める装置において、制御装置４８
   は、加工品支持台４４ないし加工品５０上のレー
   ザ光線２０の所定衝当位置に相当する制御データ
   を生成記憶する装置を含むところの真の衝当位置
   を求める装置と；が特徴である特許請求の範囲第
   １項ないし第４項のいずれかに記載の装置。 ６ 減光装置はレーザ１０の共振器内に設けられ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載
   の装置。 ７ 制御装置４８は、所定の制御データに対応す
   る偏向装置の目標位置とその現在位置とを比較す
   る比較器と、計算装置とを有し、この計算装置に
   より記憶されている制御データは目標位置と現在
   位置との間の偏位に応じて修正されることを特徴
   とする特許請求の範囲第５項または第６項に記載
   の装置。