JPH06326389A - レーザーはんだ付け装置用光源 - Google Patents

レーザーはんだ付け装置用光源

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JPH06326389A
JPH06326389A JP5107444A JP10744493A JPH06326389A JP H06326389 A JPH06326389 A JP H06326389A JP 5107444 A JP5107444 A JP 5107444A JP 10744493 A JP10744493 A JP 10744493A JP H06326389 A JPH06326389 A JP H06326389A
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JP
Japan
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laser
light
semiconductor laser
light source
yag laser
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Withdrawn
Application number
JP5107444A
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English (en)
Inventor
Masahiro Daimon
正博 大門
Satoru Yamaguchi
哲 山口
Koichi Chiba
宏一 千葉
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 LD励起固体レーザーのパワー不足を安価に
解決しレーザーはんだ付け装置を提供する。 【構成】 LD励起固体レーザー10の出力光に第二の
光源1bの出力光を混合し同心円的にプリント基板41
に照射する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光のエネルギーを熱エネ
ルギーとして利用するレーザーはんだ付け装置の光源に
関する。
【0002】
【従来の技術】レーザー光を用いたはんだ付け装置とし
て現在実用化されているものにYAGレーザー式があ
る。YAGレーザー式はんだ付け装置の特徴は、ランプ
式加熱に比べてビーム照射径が小さくなり、比較的に高
密度プリント基板のはんだ付けに適しているとされてい
た。YAGレーザーは理論的にはミクロン単位までの集
光が可能である。しかし図2に示したYAGレーザー1
2をマルチモード光ファイバー17で導光して拡大光学
系で結像する方式では、はんだ付け装置として適切な規
模の設計をすると集光された光スポットを1mmφ以下
にすることは非常に困難であることはよく知られてい
る。パターンのピッチ幅が1mm以下の高密度多層基板
では上記のレーザーはんだ付け装置の光スポットがパタ
ーンからはみ出て、絶縁体が発熱しプリント基板の劣化
が問題となる。この問題の解決にはパターン幅以下の大
きさの光スポットが望まれている。0.5mm以下のリ
ードピッチを持ったLSIでは、効率的なはんだ付けが
問題であった。従って小さな光スポットを持つ光源が求
められていた。
【0003】一方高密度多層基板のはんだ付けでは、ワ
ークのプリント基板は固定され動かないことが重要とさ
れている。表面実装部品でははんだ付けを行うまでの位
置決めと部品固定の方法がワークを移動させる事を困難
にしている。従って光スポットを移動させる方法をとら
ざるを得ない。それには光源がXYZテーブルで移動す
る様な設計が可能となる程の小型軽量であれば問題が解
決される。例えば光ファイバーの出射先端を光源とする
方法はこの目的に合致していた。しかし前述のように集
光された光スポットを1mmφ以下にすることは非常に
困難で、小さな光スポットを持つ小型軽量の光源が求め
られていた。
【0004】小さな光スポットを得るためには小型軽量
なYAGレーザーを光ファイバーで導光せずに直接集光
する方法が考えられる。小型軽量のYAGレーザーとし
て半導体レーザー励起YAGレーザーが知られている
が、現実的な価格ではんだ付けに必要なパワーを得るの
は困難である。はんだ付けには10W程度のパワーが必
要とされているが、半導体レーザー励起YAGレーザー
で10Wを出力するのは技術的に不可能ではないが、一
般産業用としては非現実的で非常に高価な価格になる。
励起用半導体レーザーにひとつのチップに複数個半導体
レーザーを並べた半導体レーザーアレイを用いても、Y
AGレーザーの出力は高々2〜3Wではんだ付け装置と
してはパワー不足であった。
【0005】従来では1mmφのスポット径で10Wが
必要とされていたのでパワー密度では10W/(1mm
φの面積)=約12W/平方mmとなる。この計算値は
パターン幅や部品のリード線太さと長さなど種々の条件
で変化するが、目安としてこの程度である。ところが5
0μmφ程度に光スポットが絞れれば、1Wのパワーで
も480W/平方mmでパワー密度としては充分であ
る。従って熱の拡散が小さい条件が満足される極微細な
パターンや部品のリードであれば1Wのパワーでもはん
だ付けが可能であると考えられる。しかし本発明では5
0μmφよりもっと大きな、しかし1mmφよりも小さ
なパターンや部品のリードのはんだ付けを対象とする。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】小型軽量で安価なはん
だ付け装置用半導体レーザー励起YAGレーザーのパワ
ー不足を補うことができるレーザーはんだ付け装置用光
源を提供する。
【0007】
【課題を解決するための手段】半導体レーザー励起YA
Gレーザーのパワー不足を補う補助的な光源を用いて、
同時に光エネルギーを照射する。
【0008】
【作用】図3(a)は標準的な半導体レーザー励起YA
Gレーザーの集光レンズによって絞られた光スポット9
とその光エネルギーによる温度上昇の分布を示す。この
光スポットだけでは光パワーが不足するので、ワークの
温度分布グラフははんだ付けが出来る温度T1まで上昇
しないことを示す。図3(b)は第一の光スポット9程
絞れていない第二の光スポット20と第一の光スポット
9を重ねて照射する場合を示し、温度上昇は中心部では
んだ付けに必要な温度T1を越えている事が示される。
即ち第一の光スポット9のパワー不足を第二の光スポッ
ト20で補い、更にはんだ付けに必要な温度T1の領域
が狭いことが判る。このような現象をうまく作り出すに
は、第一の光スポット9と第二の光スポット20のパワ
ーと大きさのバランスをとる必要がある。
【0009】第一の光スポット9の大きさは集光レンズ
を出た光の開き角(NA)で決るが、集光レンズの実用
的な焦点距離として60mmを仮定し、集光レンズに入
射する前のビーム径を6mmφとすると、NAは約0.
05となり、第一の光スポットの径はざっと20μmφ
となる。この数値はYAGレーザーが横シングルモード
の場合で、通常は横モードがマルチモードであるから数
十μmφのスポット径と考えてよい。ここでは50μm
と仮定する。第二の光スポット20の大きさは、用いる
半導体レーザーを2Wクラスとし、前述の集光レンズで
集光するとすれば、無理無くほぼ1mmφの集光スポッ
トが得られる。第一の集光スポットのパワーを2Wとす
ると、はんだ付けに必要な温度T1に達しない。前述し
たように第一の集光スポットのパワーを1Wとするとパ
ワー密度は480W/平方mmにも達するが、パターン
やリードを伝わって熱が拡散するためにはんだ付けの温
度に達しない。従って熱が拡散しても温度が下がらない
ように、第二の光スポット20で周囲の温度を上げてお
けば、第一の集光スポットの部分ははんだ付けの温度に
達すると考えられる。即ち補助的な第二の光スポットを
加えることにより、半導体レーザー励起YAGレーザー
のパワー不足を補うことが可能である。
【0010】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1を用いて説明
する。図1は半導体レーザー1a、レンズ2a、共振器
ミラー3、YAG結晶4と出力ミラー5を含む通常の半
導体レーザー励起YAGレーザー10の出力光ビームを
ビームエクスパンダー6で拡大して集光レンズ13で絞
り込めるようにし、集光レンズ13で集光する。ビーム
エクスパンダー6は集光レンズ13で小さな光スポット
にするために用いる。一方半導体レーザー1bから出射
した光はレンズ2bで平行ビームにされダイクロイック
ミラー8でYAGレーザー光と混合しおなじ光軸となる
ようにしておく。ダイクロイックミラー8はYAGレー
ザー波長で透過して半導体レーザー波長800nmでは
反射する特性とする。図1では集光レンズ13がZテー
ブルに搭載され、残りが全てXYテーブルに搭載され
る。
【0011】半導体レーザー1aは最低でも3W級、出
来れば10W級がYAGレーザー出力の点から望まし
く、それによりYAGレーザー出力は1〜2Wが期待で
きる。ここでの説明では1W出力とする。また半導体レ
ーザー1bは集光スポット径の観点から2W級の半導体
レーザーとし、そのレーザーのストライプ幅を200μ
mとする。レンズ2bの焦点距離を12mmとすれば、
集光レンズ13の焦点距離60mmとあわせて5倍の拡
大光学系となり、光スポットの大きさは1mmφ程度と
なる。但しストライプと垂直な方向はもっと小さいので
シリンドリカルレンズ9で、この方向のみをデフォーカ
スしワーク上の第二の光スポットを円形にする。
【0012】我々の実験によれば第一の光スポット径を
80μmφ、そのパワーを1Wとし、第二の光スポット
径を1mmφ、パワーを2Wとすれば200μm幅のパ
ターンにはんだ付けが可能であった。そのときプリント
基板のパターンの無い部分の温度は80〜100℃で、
特にプリント基板の劣化は発生しなかった。200μm
より大きなパターン幅のプリント基板についても第二の
光スポットのパワーを大きくすれば問題無い。
【0013】第二の光スポットの光源として、シングル
ストライプの半導体レーザーとしたが、もっとパワーの
大きな半導体レーザーアレイを用いても構わない。しか
しその場合は光スポット径が大きくなるので、レンズ2
bと集光レンズ13の設計が本実施例とは異なるだろ
う。
【0014】第一の実施例では光の混合にダイクロイッ
クミラー8を使用したが、別の実施例では図4に示すよ
うに偏光ビームスプリッター21を使用して光の偏光特
性を利用した混合法でもよい。
【0015】尚、上記の実施例では固体レーザーとして
YAG結晶をもちいたレーザーで説明したが、本発明は
これに限られるものではなく他のYLF結晶などでもよ
い。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、補
助的な第二の光スポットを加えることにより、半導体レ
ーザー励起YAGレーザーのパワー不足を補うことがで
き、また装置全体を安価に製造することができるレーザ
ーはんだ付け装置用光源を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す図である。
【図2】従来のYAGレーザーはんだ付け装置の例を示
す図である。
【図3】本発明の光スポットの配置の説明図である。
【図4】本発明の他の構成例を示す図である。
【符号の説明】
1a,1b 半導体レーザー 2a,2b レンズ 3 共振器ミラー 4 YAG結晶 5 出力ミラー 6 ビームエクスパンダー 7 ミラー 8 ダイクロイックミラー 9 シリンドリカルレンズ 10 半導体レーザー励起固体レーザー 11 光源ユニット 12 ランプ励起YAGレーザー 13 集光レンズ 14 XYテーブル 15 Zテーブル 16 XYZテーブル 17 マルチモード光ファイバ− 21 偏光ビームスプリッター 41 ワーク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // B23K 101:42 (72)発明者 千葉 宏一 東京都千代田区大手町2丁目6番3号 新 日本製鐵株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体レーザー励起固体レーザーと集光
    レンズを備えたレーザーはんだ付け装置において、第二
    の光源とレンズを備え、当該光源の出力光を前記半導体
    レーザー励起固体レーザーの出力光と混合し被はんだ付
    け物体へ同心円的に照射する光学素子を備えていること
    を特徴とするレーザーはんだ付け装置用光源。
JP5107444A 1993-04-09 1993-04-09 レーザーはんだ付け装置用光源 Withdrawn JPH06326389A (ja)

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JP5107444A JPH06326389A (ja) 1993-04-09 1993-04-09 レーザーはんだ付け装置用光源

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JP5107444A JPH06326389A (ja) 1993-04-09 1993-04-09 レーザーはんだ付け装置用光源

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JPH06326389A true JPH06326389A (ja) 1994-11-25

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005032752A1 (ja) * 2003-10-03 2005-04-14 Sumitomo Electric Industries, Ltd. 金属加熱装置、金属加熱方法、及び光源装置
US7088761B2 (en) 2001-10-16 2006-08-08 Kataoka Corporation Laser apparatus
US8303738B2 (en) 2003-10-03 2012-11-06 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Metal heating apparatus, metal heating method, and light source apparatus

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