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Info
- Publication number
- 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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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。
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
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5107444A JPH06326389A (ja) | 1993-04-09 | 1993-04-09 | レーザーはんだ付け装置用光源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5107444A JPH06326389A (ja) | 1993-04-09 | 1993-04-09 | レーザーはんだ付け装置用光源 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06326389A true JPH06326389A (ja) | 1994-11-25 |
Family
ID=14459309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5107444A Withdrawn JPH06326389A (ja) | 1993-04-09 | 1993-04-09 | レーザーはんだ付け装置用光源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06326389A (ja) |
Cited By (3)
| 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 |
-
1993
- 1993-04-09 JP JP5107444A patent/JPH06326389A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7088761B2 (en) | 2001-10-16 | 2006-08-08 | Kataoka Corporation | Laser apparatus |
| CN1299404C (zh) * | 2001-10-16 | 2007-02-07 | 株式会社片冈制作所 | 激光器系统 |
| 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 |
| 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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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000704 |