JPS63188470A - レ−ザはんだ付け装置 - Google Patents

レ−ザはんだ付け装置

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JPS63188470A
JPS63188470A JP62018259A JP1825987A JPS63188470A JP S63188470 A JPS63188470 A JP S63188470A JP 62018259 A JP62018259 A JP 62018259A JP 1825987 A JP1825987 A JP 1825987A JP S63188470 A JPS63188470 A JP S63188470A
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JP
Japan
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laser
laser beam
scanning
soldering
optical system
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Pending
Application number
JP62018259A
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English (en)
Inventor
Masatoshi Kawada
川田 正敏
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPS63188470A publication Critical patent/JPS63188470A/ja
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/005Soldering by means of radiant energy
    • B23K1/0056Soldering by means of radiant energy soldering by means of beams, e.g. lasers, E.B.
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/14Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation
    • B29C65/16Laser beams
    • B29C65/1629Laser beams characterised by the way of heating the interface
    • B29C65/1654Laser beams characterised by the way of heating the interface scanning at least one of the parts to be joined
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
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    • B29C65/1629Laser beams characterised by the way of heating the interface
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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    • B29C66/863Robotised, e.g. mounted on a robot arm

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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】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、レーザはんだ付け装置に係り、好適には電子
部品をレーザはんだ付けする装置に関する。
(従来の技術) 以下、従来のレーザはんだ付け装置を第7図及び第8図
を参照して説明する。
一般に、レーザはんだ付け装置は、第7回に示すように
レーザ発振装置(11)から放射されるレーザ光をファ
イバー(12)で伝送し、出射光学系(13)で回路基
板(15)上のフラットIC■の端子(16)上に集光
し、はんだ(17)を加熱する。出射光学系(13)は
xYz走査走査ボロボット4)に保持されており。
矢印(A)方向に走査して、予め塗布されたはんだ(1
7)をレーザ光で溶かし、フラットIC■の端子(16
)をはんだ付けする。
フラットICの場合1通常4方向の側面に端子が出てい
る。従って第7FIの様にファイバー(12) 1本、
出射光学系(13) 1個の組合せの場合は各辺に沿っ
て、ロボット(14)でレーザ光を照射しながら出射光
学系(13)を走査し、塗布されたはんだ(17)を溶
かしてはんだ付けする。
はんだが十分溶けるための加熱時間は1通常のフラット
ICで約0.2秒かかる。また、レーザ光を走査する速
度は5乃至8I八で1例えば20mm’ICであると、
はんだ付け時間は10乃至16秒かかる。
また、端子の寸法(幅)に応じて照射するレーザ光のス
ポット径(照射面積)を変える必要性がある。第81j
4に示す如く、出射光学系の加工レンズ(19)から照
射面までの距離(15)を変えてスポット径(18)を
、変える。これは第7図の出射光学系(13)をZ方向
に駆動して行なうが1機械系の駆動であるため、時rJ
lがかかると同時に駆動系も3軸ロボツトを使うことに
なって装置が高価となる欠点を有する。
また、特公昭44−5668号公報には、レーザ光源部
と集光光学系との間にレーザ光の進行方向を変換する方
向可変光学系を挿入して、集光光学系に対するレーザ光
の入射角を被加工物の加工図形に応じたプログラムに従
って変化させることにより、レーザ加工機ならびに被加
工物を移動させることなく任意の加工を行なうものが知
られている。
しかし、この装置ではレーザ光走査ミラーが単一であり
、さらに加工図形に応じたプログラムが必要となり、方
向可変光学系が?1[雑である。
(発明が解決しようとする問題点) 以上のような従来のレーザはんだ付け装置は。
はんだ付け時間が長くかかり、XYZftIIIgi機
構が必要で装置が高価となる。また、スポット径を大き
く変えると、照射面でのエネルギ密度が低下し、より多
くのレーザ出力が必要となり、かつスポット径に応じた
レーザ出力制御系が必要となる欠点がある。さらに、レ
ーザ励起ランプに投入する電力を可変するため、ランプ
の寿命が短くなる。
さらには、図形加工に応じた高度かつ複雑なプログラム
が必要となる欠点がある。
本発明の目的は、従来の問題点を解決し、複雑な軌跡の
はんだ付けができ、はんだ付け時間が短く、スポット径
の制御が自在でかつ安価なレーザはんだ付け装置を提供
することにある。
〔発明の構成〕
(問題点を解決するための手段)   一本発明は、上
述の問題点を解決するために、レーザ発振装置から放射
されるレーザ光を集光光学系を通して、まず第1の振動
ミラーで反射させ第2の振動ミラーへ導き、照射面に集
光させる。この2個の振動ミラーによって、レーザ光を
2次元面上で走査させるように配置する。最も簡単な配
置は、2個の振動ミラーの回転軸が互いに交差するよう
にする。
そして、2個の振動ミラーを直線や円弧状にある一定方
向に走査する第1の振動ミラーと、このレーザ光走査と
交差する方向に走査して被加工面に所望のレーザ光走査
を行う第2の振動ミラーを備え、この第1.第2の振動
ミラーを制御する制御系を設ける。また、この制御系は
、直線往復または円形状にレーザ光を走査し、同一箇所
を複数回走査する。そして、この各走査間隔の時間が1
秒以内になるように制御される。
(作 用) ゛ このように構成されたものにおいては、レーザ光を高速
走査し、一点に集中した熱が冷却する前に次の熱を加え
ることにより、一点連続加熱に相当する時間で、ある一
定範囲の被加工部を加熱できる。また、交叉する方向に
走査する振幅を可変することによって被加工部の各寸法
にも十分対応でき、高速で融通性のあ、るレーザはんだ
付けが行なえる。
(実施例) 以下本発明のレーザはんだ付け装置の一実施例について
第1図乃至第5図を参照して説明する。
第1図に示す如く、レーザ発振装置α)から出射された
レーザ光を、集光光学系■を通して第1の振動ミラー■
に導く、この第1の振動ミラー0で反射したレーザ光は
、第2の振動ミラーに)で反射して電子部品、例えば回
路基板(15)上のフラットIC5)の端子上に焦光し
、はんだ(17)を加熱する。
上記2個の振動ミラー■、0)の回転軸(n)、 (C
)は互いに直交している。各軸のまわりに、各ミラー■
、(/Dを回転させることによって、任意の方向及び形
状に、フラットIC■が配置されている面上をレーザ光
走査することができる。
第1図で、A方向に走査する様子を第2図に示す、2個
の振動ミラー■、(イ)をそれぞれ異なった等速度で回
転させることにより、入方向にレーザ光を走査する。こ
のとき、X軸走査の第1の振動ミラー■にsin波■を
重ね、Y輔走査の第2の振動ミラーに)にcos波(へ
)を重ねると、レーザ光の軌跡■は螺線状の様になる。
 この螺旋の振幅(R)が走査径になり、各軸の正弦波
■及び余弦波■の振幅(Vx)−(Ih)を変えること
により、振幅(R)を変えることができる。振幅(R)
はフラットIC(5)の端子寸法に合せて可変する。ま
た、レーザ光の軌跡CIのピッチ(P)は、各軸の正弦
波■および余弦波(へ)の周期(TX)−(’h)を可
変できる。また、ピッチ(P)は、フラットIC■の端
子熱容量により変わる。
第3図(a)(b)に示すように、端子(16)の寸法
が小さい場合のレーザ光の軌跡(a)と端子(16)の
寸法が大きい場合のレーザ光の軌跡(b)とがある、走
査方法として2つあるが、第1の方法として、第4図の
ように点(4o)、 (4b)間を等速度で高速にレー
ザ光を往復させる(矢印Aの方向)0次いで点(4a)
= (4b)間の端子のはんだ付けが終了した後、点(
4c) 、 (4d)間を同様にレーザ光を走査しては
んだ付けする。この様にして各辺のはんだ付けが行なわ
れる。また、第2の方法として第5図のようにレーザ光
を矢印Aの方向に周回走査する方法もあり、点(5a)
、 (5b)、 (5c)、 (5d)、 (5a)の
順にレーザ光を走査し、これを高速に複数回行なう0例
えば1辺20+m+のフラットICの場合、1点当りの
レーザ照射間隔を0.01秒とすれば、前者の方法で走
査速度2000m/s、後者の方法で8000+ng*
/sとなる。第2の振動ミラーの振動周波数は1000
11z以上可能で、 100000as八以上の走査速
度が可能である。なお、第4図および第5図に示す端子
(16)は1部のみ図示し、中間部の各端子は点線で略
しである。
一方高速走査することにより、1点当りのレーザ照射間
隔を0.O1秒程度とすれば、連続照射と同等であり、
連続照射の場合、0.2程度度であれば結局20回走査
程度ではんだ付けが終了する。第1の方法で、はんだ付
け時間は約0.8秒、第2の方法では約0.2秒と、従
来の方法に比べ1/20乃至1150にはんだ付け時間
を短縮できる。また端子寸法の変化に対応した条件変更
は、2軸の振動ミラーに加えた正弦波の振幅1周期及び
走査速度変更だけでよい、従って、機械系の駆動がない
ので迅速に条件変更できるばかりでなく、従来の3軸制
御ロボツトやプログラムによって制御される装置に比べ
、2軸の振動ミラーで構成されているため、構造が容易
で装置が安価となる。また、照射面のスポット径を変更
しないため、パワー密度が低下しない、さらに、レーザ
出力の制御が不要でかつ制御系が安価となると同時にレ
ーザ励起ランプの入力も一定になるのでランプの寿命も
長くなる。
次に本発明の他の実施例について第6v4を参照して説
明する。第1の実施例では2軸の振動ミラーに正弦波お
よび余弦波■、■を重ねた場合について述べてきたが、
第6同に示すようにのこぎり波又は三角波を重ね8こと
もできる。       7また。第1V4で示した一
例は集光光学系を用いたが、レーザ発振装置から振動ミ
ラーにレーザ光を伝送する手段としてファイバー光学系
の手段でも可能である。
さらに、2軸の振動ミラーは互いに直交してない状態で
も2辺同時走査及び円形走査同様に行なえる。
さらには、上記第1の実施例で述べたように振動ミラー
■、に)とレーザ発振装置ωの間に集光光学系■を挿入
しているが、レーザ発振装置■と集光光学系■の間に振
動ミラーcツ、(へ)を挿入しても同様であることは言
うまでもない。
【発明の効果〕
本発明のレーザはんだ付け装置によれば、複雑な形状の
はんだ付けが可能となり、レーザはんだ付けの所要時間
が大幅に短縮できる。さらに、端子寸法の変更に伴う条
件変更を短時間で行なうことができ、融通性が高く、か
つ安価な装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のレーザはんだ付け装置の一実施例を示
す全体図、第2図は第1図の装置に基づくレーザ光路を
説明する概念図、第3図は本発明のレーザはんだ付け装
置の一実施例において照射面積を変えて行なったはんだ
付けの軌跡を示す概略図、第4図及び第5図は本発明の
レーザはんだ付け装置の一実施例におけるレーザ光走査
方法を示す概略図、第6図は本発明のレーザはんだ付け
装置の他の実施例の信号波を示す図、第7図は従来のレ
ーザはんだ付け装置を示す斜視図、第8図は従来のレー
ザはんだ付け装置によるスポット径を変える手段を示す
説明図である。 1.11・・・レーザ発振装W12・・・集光光学系3
・・・第1の振動ミラー  4・・・第2の振動ミラー
5・・・フラットエC6・・・制御系 7.8・・・信号      16・・・端子代理人 
弁理士  則 近 憲 体 間  大胡典夫 第1図 第2図 第3図 4c      kd 第4図    第5図 第6図 第 7 図 第 8 x

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)レーザ発振装置と、このレーザ発振装置から出射
    されたレーザ光を集光する光学系と、前記レーザ光の伝
    搬する方向を可変する第1の振動ミラーと、この振動ミ
    ラーで反射されたレーザ光を導く第2の振動ミラーとを
    具備し、前記第1の振動ミラーは一定方向にレーザ光走
    査を行ない、前記第2の振動ミラーは前記レーザ光走査
    と交差する方向に走査するように制御する制御系を設け
    、前記レーザ光が2次元面上を走査することを特徴とす
    るレーザはんだ付け装置。
  2. (2)前記第2の振動ミラーからのレーザ光走査は、同
    一筒所を複数回走査し、各走査間隔の時間が1秒以内で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のレー
    ザはんだ付け装置。
JP62018259A 1987-01-30 1987-01-30 レ−ザはんだ付け装置 Pending JPS63188470A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6462272A (en) * 1987-09-01 1989-03-08 Nec Corp Laser beam soldering device
JPH04237589A (ja) * 1991-01-21 1992-08-26 Nec Corp レーザ加工装置
JP2013519505A (ja) * 2010-02-10 2013-05-30 イムラ アメリカ インコーポレイテッド パルスレーザ溶発によるナノ粒子溶液の製造
JP2018114516A (ja) * 2017-01-17 2018-07-26 マツダ株式会社 異種金属部材の接合装置及び接合方法

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