KR101456631B1

KR101456631B1 - 레이저 솔더링 장치

Info

Publication number: KR101456631B1
Application number: KR20130141607A
Authority: KR
Inventors: 배광식; 윤면근
Original assignee: (주)비엠웍스
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2014-11-03

Abstract

본 발명은 핸드피스 형의 레이저빔 조사기구를 구비하여 작업자가 레이저빔의 조사 위치를 자유롭게 바꾸어 가며 레이저빔을 이용한 접합 작업을 수행할 수 있는 레이저 솔더링 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 레이저 솔더링 장치는, 레이저빔을 발생하는 레이저빔 발생장치와, 집광 렌즈와 레이저빔 출사부를 갖는 핸드피스 바디를 구비하고 유연한 광파이버를 통해 레이저빔 발생장치와 연결되는 레이저빔 조사기구와, 솔더 와이어를 레이저빔 조사기구의 전방으로 가이드하기 위해 레이저빔 조사기구에 결합되는 솔더 와이어 가이드 튜브와, 솔더 와이어를 솔더 와이어 가이드 튜브를 통해 레이저빔 조사기구 전방으로 이송시키는 솔더 와이어 이송유닛과, 레이저빔 발생장치 및 솔더 와이어 이송유닛의 동작을 제어하기 위한 제어장치와, 사용자 조작에 의해 동작 신호를 발생하여 제어장치에 제공하는 스위치를 포함한다.

Description

레이저 솔더링 장치{Laser soldering apparatus}

본 발명은 레이저 솔더링 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 핸드피스 형의 레이저빔 조사기구를 구비하여, 작업자가 레이저빔의 조사 위치를 자유롭게 바꾸어 가며 레이저빔을 이용한 접합 작업을 수행할 수 있는 레이저 솔더링 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 솔더링은 융점 450℃ 미만의 용융된 솔더를 사용하여 모재를 녹이지 않고도 두 접합 금속면 사이의 틈새에 모세관 현상을 이용하여 솔더가 접합계면에 전체적으로 퍼지게 하여 접합하는 접합 방법이다. 솔더링은 용융된 솔더가 접합금속의 표면에 존재하는 미세 요철 및 두 금속의 계면 사이로 흘러들어가 젖음(wetting) 과정을 통하여 모재 표면에 막을 형성하고, 모재와 솔더 계면에서 합금층 및 금속간화합물이 형성되면서 접합되기 때문에 일반적으로 말하는 본딩과는 다르다.

한편, 레이저빔은 단일 파장으로 이루어진 단색의 광으로, 빛의 확산 정도가 작고 에너지의 집중도가 매우 높은 고유의 특성이 있다. 이러한 특성으로 인하여, 금속의 절단이나 용접, 또는 반도체 소자의 납땜 등의 작업에 레이저빔이 사용되고 있다.

이러한 레이저빔을 이용하는 레이저 솔더링은 레이저빔의 열에너지가 솔더 부분에 비접촉 방식으로 가해지고 흡수된 열에너지로 인하여 솔더를 녹임으로써, 전장품 등을 접합하는 솔더링 방법이다.

통상적으로, 레이저 솔더링에 이용되는 레이저로는 단색에 가까운 810~980nm의 파장의 레이저가 사용하며, 에너지 흡수율이 높아 높은 전력 밀도와 응집력을 제공할 수 있다. 레이저빔의 직경은 0.4mm에서 3mm까지 조정이 가능하며 이에 따라 정밀 제품을 포함하여 다양한 사이즈의 제품군에 작업이 가능하다. 또한 솔더링 시스템에 따라서 연속 및 동시 조사가 가능하여 생산성 향상에도 큰 도움을 준다.

레이저빔에 의한 솔더링의 중요한 장점은 열원인 레이저빔을 작업목표 지점에 정확하게 조준할 수 있으며, 주변 부품에 열에 의한 손실을 최소화시킬 수 있다는 점이다. 또한 질량이 큰 부품을 작업 시 미리 예열할 필요가 없으며, 급속 가열 및 냉각의 효과로 기계적 특성이 개선된 정밀한 접합 구조를 만들 수 있다.

레이저 솔더링 접합기술은 레이저빔을 사용하여 접합 부위를 순차적으로 솔더링 접합하는 공정으로, 레이저빔에 의해 솔더만 녹이고 인접한 패드 사이는 동시에 녹지 않는다. 따라서 패드 사이에 브릿지가 일어날 가능성이 최소화되며 휴대전화, 가전제품 등과 같은 마이크로 부품의 초집적 패키징 접합공정 등 마이크로 접합기술에 많이 사용된다.

이러한 레이저빔을 이용한 솔더링 장치는 대한민국 등록특허공보 제1300793호(2013. 08. 21 등록), 대한민국 등록특허공보 제0919931호(2009. 05. 11 공개), 대한민국 공개특허공보 제1999-025166호(1999. 04. 06 공개), 대한민국 공개특허공보 제2013-0079148호(2013. 07. 10 공개) 등에 다양한 구조의 것이 개시되어 있다.

그런데 상술한 것과 같은 종래 레이저 솔더링 장치는 크기가 크고, 작업자가 손으로 잡고 작업하기 어려운 구조이며, 솔더를 접합 부위에 신속하게 공급하는데 어려움이 있다. 따라서 작업자가 간단하게 조작하여 작업하기 어렵고, 작업 시간이 길어지는 문제가 있다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 작업자가 손으로 잡고 레이저빔의 조사 위치를 자유롭게 바꾸어 가며 접합 부위에 레이저빔을 조사할 수 있고, 솔더를 신속하게 접합 부위에 연속 공급할 수 있어 접합 작업성을 향상시킬 수 있는 레이저 솔더링 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 레이저 솔더링 장치는, 레이저빔을 발생하는 레이저빔 발생장치와, 상기 레이저빔 발생장치에서 공급되는 레이저빔을 집광하기 위한 집광 렌즈와 상기 집광 렌즈를 통해 집광되는 레이저빔을 출사하기 위한 레이저빔 출사부를 갖는 핸드피스 바디를 구비하고 사용자가 손으로 잡고 자유롭게 움직일 수 있도록 유연한 광파이버를 통해 상기 레이저빔 발생장치와 연결되는 레이저빔 조사기구와, 상기 레이저빔 조사기구로 공급될 와이어 형태의 솔더 와이어가 통과할 수 있는 통로를 구비하고 상기 솔더 와이어를 상기 레이저빔 조사기구에서 출사되는 레이저빔이 조사되는 접합 대상물 쪽으로 가이드하기 위해 상기 레이저빔 조사기구에 결합되는 솔더 와이어 가이드 튜브와, 상기 솔더 와이어를 상기 솔더 와이어 가이드 튜브를 통해 상기 레이저빔 조사기구 전방의 레이저빔이 조사되는 상기 접합 대상물 쪽으로 이송시키는 솔더 와이어 이송유닛과, 상기 레이저빔 발생장치 및 상기 솔더 와이어 이송유닛의 동작을 제어하기 위한 제어장치와, 사용자 조작에 의해 동작 신호를 발생하여 상기 제어장치에 제공하는 스위치를 포함한다.

본 발명에 의한 레이저 솔더링 장치는, 상기 레이저빔 출사부의 끝단으로부터 돌출되고 그 끝단이 상기 접합 대상물에 접하여 상기 레이저빔 출사부와 상기 접합 대상물 사이의 간격을 일정하게 유지시켜주는 간격유지부재를 더 포함할 수 있다.

상기 솔더 와이어 이송유닛은, 그 외주면에 상기 솔더 와이어의 외면에 접하여 회전함으로써 상기 솔더 와이어를 상기 솔더 와이어 가이드 튜브를 통과시켜 상기 접합 대상물 쪽으로 끌어당기는 이송 롤과, 상기 이송 롤을 회전시키는 모터와, 상기 솔더 와이어를 사이에 두고 상기 이송 롤과 마주하도록 배치되고 상기 이송 롤에 의해 가압되는 상기 솔더 와이어와 접하여 상기 솔더 와이어를 밀리지 않도록 지지하는 솔더 와이어 지지부재를 포함하고, 상기 레이저빔 조사기구에 결합될 수 있다.

상기 솔더 와이어 지지부재는 상기 솔더 와이어가 상기 솔더 와이어 이송유닛에 의해 이송될 때 상기 솔더 와이어에 접하여 구름 운동할 수 있도록 상기 핸드피스 바디에 회전 가능하게 결합될 수 있다.

상기 집광 렌즈는 상기 핸드피스 바디에 상하 이동 가능하게 결합되고, 상기 핸드피스 바디에는 사용자 조작에 의해 작동하여 상기 집광 렌즈를 이동시키는 조작기구가 설치될 수 있다.

상기 핸드피스 바디 내부의 상기 광파이버와 상기 집광 렌즈 사이에는 상기 광파이버를 통해 공급되는 레이저빔을 광변환시키기 위한 콜리메이션 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리가 설치될 수 있다.

본 발명에 의한 레이저 솔더링 장치는, 상기 솔더 와이어를 권취하여 저장하고 상기 솔더 와이어 이송유닛이 작동할 때 상기 솔더 와이어를 풀어내어 상기 솔더 와이어 가이드 튜브 쪽으로 공급하는 솔더 와이어 공급기를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 레이저 솔더링 장치는 레이저빔을 발생하는 레이저빔 발생장치와 레이저빔이 출사되는 레이저빔 조사기구가 유연한 광파이버로 연결되고, 레이저빔 조사기구가 사용자가 손으로 잡고 움직이기 용이한 핸드피스형으로 이루어짐으로써, 사용자가 레이저빔 조사기구를 손으로 잡고 접합 대상물에 대한 접합 작업을 편리하게 수행할 수 있다.

또한 본 발명에 의한 레이저 솔더링 장치는 사용자가 레이저빔 조사기구를 통해 접합 부위에 레이저빔을 조사하는 동안 솔더 와이어가 솔더 와이어 공급기와 솔더 와이어 이송유닛에 의해 자동으로 레이저빔 조사기구 전방의 레이저빔이 조사되는 위치로 공급되므로, 작업자가 연속적으로 복수의 접합 부위에 대한 접합 작업을 신속하게 수행할 수 있다.

또한 본 발명에 의한 레이저 솔더링 장치는 사용자가 핸드피스형의 레이저빔 조사기구를 손으로 잡고 접합 대상물과 접합 부품의 접합 부위에 레이저빔 조사기구의 끝단에서 돌출된 간격유지부재를 접촉시킨 상태에서 레이저빔 조사기구를 움직여 레이저빔 출사부를 접합 부위를 향하게 조준한 후, 레이저빔을 접합 부위에 정확하게 조사할 수 있다. 따라서 작업자의 실수를 줄이고 불량률을 낮출 수 있으며, 작업자가 정확하고 신속하게 접합 작업을 수행할 수 있다.

또한 본 발명에 의한 레이저 솔더링 장치는 정밀한 접합 작업이 가능하므로, 각종 전자제품과 반도체부품, 생명공학과 의료 분야 등과 같은 고부가가치 기술분야에서 고능률·고효율의 마이크로 접합작업에 다양하게 활용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 레이저 솔더링 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 레이저 솔더링 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 레이저 솔더링 장치의 레이저빔 조사기구를 이용한 접합 대상물의 접합 작업 상태를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 레이저 솔더링 장치의 솔더 와이어 이송유닛을 확대하여 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명에 의한 레이저 솔더링 장치의 레이저빔 조사기구의 변형예를 나타낸 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 레이저 솔더링 장치에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다. 또한 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 레이저 솔더링 장치를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 레이저 솔더링 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 레이저 솔더링 장치의 레이저빔 조사기구를 이용한 전자부품의 접합 작업 상태를 나타낸 것이다.

도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 레이저 솔더링 장치(10)는 레이저빔을 발생하는 레이저빔 발생장치(12)와, 레이저빔 발생장치(12) 등 장치의 전반적인 동작을 제어하는 제어장치(20)와, 레이저빔 발생장치(12)에서 발생한 레이저빔을 집광하여 접합 대상물(5)에 조사하기 위한 레이저빔 조사기구(30)와, 솔더 와이어(s)를 공급하기 위한 솔더 와이어 공급기(42)와, 솔더 와이어 공급기(42)에 저장된 솔더 와이어(s)를 접합 대상물(5) 쪽으로 이송시키는 솔더 와이어 이송유닛(45)을 포함한다. 이러한 레이저 솔더링 장치(10)는 레이저빔 조사기구(30)가 사용자가 손으로 잡기 편리한 핸드피스형으로 이루어지고, 레이저빔 발생장치(12)와 레이저빔 조사기구(30)가 레이저빔을 가이드할 수 있는 유연한 광파이버(29)로 연결됨으로써, 사용자가 레이저빔 조사기구(30)를 손으로 잡고 편리하게 접합 작업을 수행할 수 있다.

본 발명에 의한 레이저 솔더링 장치(10)를 구성하는 구성 부품들의 동작은 제어장치(20)에 의해 제어된다. 제어장치(20)에는 사용자에 의해 조작되어 작동 신호를 발생하는 스위치(27)가 연결되며, 제어장치(20)는 스위치(27)에서 작동 신호가 발생하면 레이저빔 발생장치(12), 솔더 와이어 이송유닛(45) 등의 동작을 제어한다. 스위치(27)로는 사용자가 발로 조작할 수 있는 풋 스위치나, 버튼식 스위치, 광학 스위치 등 사용자 조작으로 작동 신호를 발생할 수 있는 다양한 종류의 것이 이용될 수 있다.

제어장치(20)는 제어보드(21)와 전압 변환기(22)를 포함하고, 외부 전원(25)을 공급받아 작동한다. 외부 전원(25)으로부터 공급되는 전원은 전압 변환기(22)를 거쳐 변환되어 제어보드(21)에 공급된다. 제어장치(20)의 외부에는 사용자 입력을 위한 입력기구(23)가 마련되어, 사용자가 입력기구(23)를 통해 레이저 솔더링 장치(10)의 동작 모드 등을 선택하거나, 동작 모드를 입력할 수 있다. 제어보드(21)에는 레이저 솔더링 장치(10)의 동작 모드나 구체적인 작동 방법에 대한 정보가 저장된다. 입력기구(23) 등을 통해 동작 모드가 선택되면, 제어장치(20)는 선택된 동작 모드에 맞춰 레이저빔의 세기나, 레이저빔의 조사 패턴, 솔더 와이어(s)의 이송 속도나 이송 패턴 등을 제어하게 된다.

레이저빔 발생장치(12)는 레이저빔을 발생하는 레이저다이오드 모듈(13)과, 레이저다이오드 모듈(13)에 전원을 공급하기 위한 레이저다이오드 모듈 전원공급기(14)와, 레이저다이오드 모듈(13)의 온도를 제어하기 위한 레이저다이오드 모듈 온도제어기(15)를 포함한다. 레이저다이오드 모듈 전원공급기(14)는 외부 전원(25)으로부터 전원을 공급받아 레이저다이오드 모듈(13)이 작동할 수 있는 전원으로 변환하여 레이저다이오드 모듈(13)에 공급한다. 레이저다이오드 모듈(13)에는 열전반도체(16)가 결합되고, 열전반도체(16)에는 열을 방출하기 위한 히트싱크(17)가 결합된다. 레이저다이오드 모듈 온도제어기(15)는 열전반도체(16)의 동작을 제어하며, 레이저다이오드 모듈(13)의 온도가 상승하면 열전반도체(16)를 작동시켜 레이저다이오드 모듈(13)을 냉각시킨다. 레이저다이오드 모듈(13)에서 발생하는 레이저빔은 렌즈(18)를 통해 광변환된 후 광파이버(29)를 통해 레이저빔 조사기구(30)로 공급된다.

도 1 내지 도 3에 도시된 것과 같이, 레이저빔 조사기구(30)는 유연한 광파이버(29)를 통해 레이저빔 발생장치(12)와 연결되어 레이저빔 발생장치(12)로부터 레이저빔을 제공받는다. 레이저빔 조사기구(30)는 레이저빔이 출사되는 레이저빔 출사부(32)를 갖는 핸드피스 바디(31)와, 광파이버(29)에서 출사되는 레이저빔을 광변환하기 위해 핸드피스 바디(31) 내부에 설치되는 렌즈 어셈블리(33)와, 렌즈 어셈블리(33)에서 광변환된 레이저빔을 집광하여 레이저빔 출사부(32)로 출사시키기 위해 핸드피스 바디(31) 내부에 설치되는 집광 렌즈(35)를 포함한다.

핸드피스 바디(31)는 사용자가 한 손으로 잡고 조작하기 편리한 크기와 형상으로 이루어진다. 레이저빔 발생장치(12)에서 발생하는 레이저빔을 가이드하기 위한 광파이버(29)는 핸드피스 바디(31)의 일단에 연결되고, 집광 렌즈(35)를 통해 집광된 레이저빔이 출사되는 레이저빔 출사부(32)는 핸드피스 바디(31)의 타단에 마련된다. 광파이버(29)를 통해 공급되는 레이저빔은 렌즈 어셈블리(33)와 집광 렌즈(35)를 차례로 통과하여 레이저빔 출사부(32)를 통해 출사된다. 렌즈 어셈블리(33)는 광파이버(29)에서 출사되는 확산빔 형태의 레이저빔을 평행빔 형태로 변환해주는 콜리메이션 렌즈(34) 등 복수의 렌즈로 구성된다.

핸드피스 바디(31)에는 레이저빔 출사부(32)의 끝단으로부터 돌출되는 간격유지부재(36)가 구비된다. 간격유지부재(36)는 레이저빔 출사부(32)에서 출사되는 레이저빔이 간섭받지 않도록 레이저빔 출사부(32)에서 출사되는 레이저빔의 광경로에서 다소 이격되어 배치된다. 간격유지부재(36)는 그 끝단이 레이저빔이 조사되는 접합 대상물(5)에 접함으로써, 레이저빔 출사부(32)와 접합 대상물(5) 사이의 간격을 일정하게 유지시켜주는 역할을 한다. 간격유지부재(36)를 이용하면 작업자가 접합 대상물(5)에서 레이저빔의 조사 위치를 손쉽게 조준할 수 있어 작업성을 높일 수 있다.

즉, 도 3에 도시된 것과 같이, 회로기판과 같은 접합 대상물(5)에 전장품 등의 접합 부품(7)을 접합할 때, 작업자는 핸드피스 바디(31)를 잡고 접합 대상물(5)과 접합 부품(7)의 접합 부위에 간격유지부재(36)를 접촉시키고 핸드피스 바디(31)를 움직여 레이저빔 출사부(32)를 접합 부위를 향하게 조준할 수 있다. 이렇게 레이저빔 출사부(32)를 접합 부위에 조준한 후 스위치(27)를 조작함으로써 레이저빔을 접합 부위에 정확하게 조사하여 접합 작업을 신속하게 수행할 수 있다. 또한 간격유지부재(36)는 접합 대상물(5)과 레이저빔 출사부(32) 사이의 간격을 일정하게 유지시켜 줌으로써, 작업자가 손쉽게 레이저빔의 초점을 접합 대상물(5)의 접합 부위에 맞출 수 있어 작업 효율을 높일 수 있다.

도면에는 간격유지부재(36)가 핸드피스 바디(31)의 레이저빔 출사부(32)에서 평행하게 돌출된 하나의 직선 바 형태로 이루어진 것으로 나타냈으나, 간격유지부재(36)의 구체적인 구조나 형상, 설치 개수 등은 다양하게 변경될 수 있다.

작업자가 핸드피스 바디(31)를 손으로 잡고 접합 대상물(5)과 접합 부품(7) 사이의 접합 부위에 레이저빔을 조사하여 접합 작업을 수행하는 동안, 솔더 와이어(s)가 레이저빔 조사기구(30)에서 출사되는 레이저빔이 조사되는 접합 대상물(5) 쪽으로 연속 공급된다. 솔더 와이어(s)는 솔더 와이어 공급기(42)와 솔더 와이어 이송유닛(45)에 의해 핸드피스 바디(31)에 결합된 솔더 와이어 가이드 튜브(37)를 통과하여 핸드피스 바디(31)의 레이저빔 출사부(32) 전방으로 공급된다.

솔더 와이어 가이드 튜브(37)는 솔더 와이어(s)가 통과할 수 있는 통로(38)를 구비한다. 솔더 와이어 가이드 튜브(37)의 일단은 핸드피스 바디(31)의 상단에 결합된 브라켓(39)에 마련된 관통구멍(40) 쪽에 배치되고, 솔더 와이어 가이드 튜브(37)의 타단은 레이저빔 출사부(32)의 전방 쪽에 레이저빔 출사부(32)에서 출사되는 레이저빔의 광경로에서 벗어난 위치에 배치된다. 솔더 와이어 이송유닛(45)에 의해 솔더 와이어 공급기(42)에서 당겨지는 솔더 와이어(s)는 브라켓(39)의 관통구멍(40)을 통과하여 솔더 와이어 가이드 튜브(37)의 내부로 진입한다. 따라서 솔더 와이어 이송유닛(45)에 의해 이송되는 솔더 와이어(s)는 솔더 와이어 가이드 튜브(37)를 통해 레이저빔 출사부(32)의 전방 쪽으로 안정적으로 이송될 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 솔더 와이어 공급기(42)는 와이어 형태의 솔더 와이어(s) 저장하고 있다가, 솔더 와이어 이송유닛(45)이 작동하면 솔더 와이어(s)를 솔더 와이어 이송유닛(45) 쪽으로 내보낸다. 솔더 와이어 공급기(42)로는 솔더 와이어(s)를 권취하고 있다가 솔더 와이어 이송유닛(45)이 작동하면 솔더 와이어(s)를 풀어내는 구조의 것이나, 복수 회 벤딩되어 저장된 솔더 와이어(s)를 풀어내는 구조의 것 등 다양한 종류의 것이 이용될 수 있다. 그리고 솔더 와이어 공급기(42)가 솔더 와이어 이송유닛(45)이 작동할 때 솔더 와이어(s)를 풀어내는 방법으로는 모터 등의 동력 장치를 이용하는 방법이나, 솔더 와이어 이송유닛(45)의 당김에 의해 솔더 와이어(s)를 무동력으로 풀어내는 방법 등 다양한 방법이 이용될 수 있다. 도면에 자세히 나타내지는 않았으나, 솔더 와이어 공급기(42)는 다양한 방법을 통해 레이저빔 조사기구(30) 위에 고정 설치될 수 있다.

도 1 내지 도 4에 도시된 것과 같이, 솔더 와이어 이송유닛(45)은 레이저빔 조사기구(30)의 상단에 마련되는 브라켓(39)에 설치되어 솔더 와이어 공급기(42)에 저장된 솔더 와이어(s)를 솔더 와이어 가이드 튜브(37)를 통해 레이저빔 출사부(32)의 전방 쪽으로 이송시킨다. 솔더 와이어 이송유닛(45)은 그 외주면에 솔더 와이어(s)의 외면에 접하여 회전함으로써 솔더 와이어(s)를 솔더 와이어 공급기(42)에서 솔더 와이어 가이드 튜브(37) 쪽으로 끌어당기는 이송 롤(46)과, 이송 롤(46)을 회전시키는 모터(48)와, 솔더 와이어(s)의 외면에 접할 수 있도록 이송 롤(46)과 마주하도록 배치되는 솔더 와이어 지지부재(49)를 포함한다. 이송 롤(46)의 외주면에는 복수의 홈부와 돌출부를 갖는 요철면(47)이 구비되어 솔더 와이어(s)와의 사이에 마찰력을 높여준다.

이송 롤(46)을 회전시키는 모터(48)는 제어장치(20)에 의해 제어된다. 제어장치(20)는 스위치(27)를 통한 작동 신호가 발생하면 선택된 동작 모드에 맞춰 모터(48)의 동작을 제어함으로써, 솔더 와이어(s)가 선택된 동작 모드에 적합하게 레이저빔 출사부(32) 전방 쪽으로 이송될 수 있도록 한다. 즉, 동작 모드에 따라 제어장치(20)는 회전 속도나, 회전 패턴, 회전 간격 등 모터(48)의 동작을 제어함으로써, 레이저빔 출사부(32) 전방 쪽으로 이송되는 솔더 와이어(s)의 이송 속도나, 이송 패턴, 이송 간격 등을 조절할 수 있다.

솔더 와이어 지지부재(49)는 솔더 와이어(s)를 사이에 두고 이송 롤(46)과 마주하도록 배치되어 이송 롤(46)에 의해 가압되는 솔더 와이어(s)와 접함으로써, 솔더 와이어(s)를 밀리지 않도록 지지한다. 솔더 와이어 지지부재(49)는 레이저빔 조사기구(30)에 결합된 브라켓(39)에 고정된 지지대(50)에 회전 가능하게 결합된다. 지지대(50)에는 회전축(51)이 결합되고, 솔더 와이어 지지부재(49)는 이 회전축(51)에 결합되어 회전축(51)을 회전 중심으로 하여 회전한다. 이러한 솔더 와이어 지지부재(49)는 이송 롤(46)이 솔더 와이어(s)의 외면에 접하여 솔더 와이어(s)를 솔더 와이어 가이드 튜브(37) 쪽으로 당길 때, 솔더 와이어(s)의 다른 외면에 접하여 구름 운동함으로써, 솔더 와이어(s)가 이송 롤(46)에 의해 원활하게 이송될 수 있도록 한다.

도면에는 솔더 와이어 지지부재(49)가 솔더 와이어(s)에 접하여 구름 운동하는 롤러 형태로 이루어진 것으로 나타냈으나, 솔더 와이어 지지부재(49)는 솔더 와이어(s)에 접하여 이송 롤(46)에 의해 가압되는 솔더 와이어(s)를 밀리지 않도록 지지할 수 있는 다양한 다른 구조로 변경될 수 있다. 예컨대, 솔더 와이어 지지부재(49)는 솔더 와이어(s)와 접하는 매끄러운 접촉면을 갖는 롤러 형태나, 플레이트 형태 등 다양한 형태를 가질 수 있다.

상술한 것과 같은 본 발명에 의한 레이저 솔더링 장치(10)는 도 1 및 도 3에 도시된 것과 같이, 사용자가 핸드피스 바디(31)를 손으로 잡고 접합 대상물(5)과 접합 부품(7)의 접합 부위에 간격유지부재(36)를 접촉시키고 핸드피스 바디(31)를 움직여 레이저빔 출사부(32)를 접합 부위를 향하게 조준한 후, 스위치(27)를 조작하여 접합 작업을 수행할 수 있다. 사용자가 스위치(27)를 조작하면 제어장치(20)가 스위치(27)로부터 동작 신호를 제공받아 레이저빔 발생장치(12)를 작동시켜 레이저빔을 발생시킨다. 레이저빔 발생장치(12)에서 발생하는 레이저빔은 광파이버(29)를 통해 레이저빔 조사기구(30)로 공급되어 레이저빔 출사부(32)를 통해 접합 대상물(5) 상의 접합 부위로 출사된다. 이때 접합 부위에 위치한 솔더 와이어(s)의 끝단에 레이저빔이 입사되어 솔더 와이어(s)가 용융되면서 접합 대상물(5)과 접합 부품(7) 사이의 접합 부위를 솔더링하게 된다. 이렇게 레이저빔이 솔더 와이어(s)에 조사되는 동안, 제어장치(20)는 솔더 와이어 이송유닛(45)을 작동시켜 레이저빔이 조사되는 레이저빔 출사부(32)의 전방 쪽으로 솔더 와이어(s)를 연속적으로 공급하게 된다.

이렇게 접합 대상물(5)과 접합 부품(7) 사이의 하나의 접합 부위에 대한 접합 작업이 완료되면, 사용자는 스위치(27) 조작을 멈추어 레이저빔 조사와 솔더 와이어(s) 이송을 중지한 상태에서 핸드피스 바디(31)를 움직여 간격유지부재(36)를 다른 접합 부위로 이동시킨다. 그리고 핸드피스 바디(31)를 움직여 레이저빔 출사부(32)를 다른 접합 부위를 향하게 조준한 후, 스위치(27)를 조작하여 앞서 설명한 것과 같은 접합 작업을 연속적으로 수행할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 의한 레이저 솔더링 장치(10)는 레이저빔을 발생하는 레이저빔 발생장치(12)와 레이저빔이 출사되는 레이저빔 조사기구(30)가 유연한 광파이버(29)로 연결되고, 레이저빔 조사기구(30)가 사용자가 손으로 잡고 움직이기 용이한 핸드피스형으로 이루어짐으로써, 사용자가 레이저빔 조사기구(30)를 손으로 잡고 접합 대상물(5)에 대한 접합 작업을 편리하게 수행할 수 있다.

또한 본 발명에 의한 레이저 솔더링 장치(10)는 사용자가 레이저빔 조사기구(30)를 통해 접합 부위에 레이저빔을 조사하는 동안 솔더 와이어(s)가 솔더 와이어 공급기(42)와 솔더 와이어 이송유닛(45)에 의해 자동으로 레이저빔 조사기구(30) 전방의 레이저빔이 조사되는 위치로 공급되므로, 작업자가 연속적으로 복수의 접합 부위에 대한 접합 작업을 신속하게 수행할 수 있다.

또한 본 발명에 의한 레이저 솔더링 장치(10)는 사용자가 핸드피스 바디(31)를 손으로 잡고 접합 대상물(5)과 접합 부품(7)의 접합 부위에 간격유지부재(36)를 접촉시킨 상태에서 핸드피스 바디(31)를 움직여 레이저빔 출사부(32)를 접합 부위를 향하게 조준한 후, 레이저빔을 접합 부위에 정확하게 조사할 수 있다. 따라서 작업자의 실수를 줄이고 불량률을 낮출 수 있으며, 작업자가 정확하고 신속하게 접합 작업을 수행할 수 있다.

또한 본 발명에 의한 레이저 솔더링 장치(10)는 정밀한 접합 작업이 가능하므로, 각종 전자제품과 반도체부품, 생명공학과 의료 분야 등과 같은 고부가가치 기술분야에서 고능률·고효율의 마이크로 접합작업에 다양하게 활용될 수 있다.

본 발명에 있어서, 레이저빔 발생장치(12), 레이저빔 조사기구(30), 솔더 와이어 공급기(42), 솔더 와이어 이송유닛(45), 제어장치(20)의 구체적인 구조는 다양하게 변경될 수 있다. 솔더 와이어(s)를 레이저빔 조사기구(30)의 전방으로 가이드하기 위해 레이저빔 조사기구(30)에 결합되는 솔더 와이어 가이드 튜브(37)는 튜브 형태 이외에 솔더 와이어(s)를 가이드할 수 있는 다른 가이드 부재로 변경될 수 있고, 레이저빔 조사기구(30)와의 결합 구조도 다양하게 변경될 수 있다. 그리고 사용자 조작에 의해 동작 신호를 발생하는 스위치(27)는 사용자가 레이저빔 조사기구(30)를 잡은 손으로 조작할 수 있도록 레이저빔 조사기구(30)의 다양한 위치에 설치될 수도 있다.

한편, 도 5는 본 발명에 의한 레이저 솔더링 장치의 레이저빔 조사기구의 변형예를 나타낸 것이다.

도 5에 도시된 레이저빔 조사기구(60)는 상술한 레이저빔 조사기구(30)와 비교하여 핸드피스 바디(61)의 구조와, 핸드피스 바디(61)와 집광 렌즈(35)의 결합 구조 등의 일부 구성이 변경된 것이다. 집광 렌즈(35)는 집광 렌즈 지지체(65)와 결합되어 집광 렌즈 유닛(66)을 구성한 상태로 핸드피스 바디(61)에 이동 가능하게 설치된다. 집광 렌즈 유닛(66)에는 사용자 조작을 위한 조작기구(68)가 결합되고, 조작기구(68)는 그 일부가 핸드피스 바디(61)의 외부로 노출되도록 핸드피스 바디(61)에 결합된다. 핸드피스 바디(61)에는 가이드 홈(62)이 마련되어 조작기구(68)는 이 가이드 홈(62)을 따라 이동할 수 있다. 사용자는 조작기구(68)를 조작하여 집광 렌즈(35)의 위치를 조절함으로써, 레이저빔 출사부(32)를 통해 출사되는 레이저빔의 초점 위치를 손쉽게 변경할 수 있다.

이러한 레이저빔 조사기구(60)에 있어서, 집광 렌즈 유닛(66)의 구체적인 구조나 핸드피스 바디(61)와의 결합 구조, 집광 렌즈 유닛(66)의 이동 구조, 조작기구(68)의 구체적인 구조, 조작기구(68)와 집광 렌즈 유닛(66) 또는 핸드피스 바디(61)의 결합 구조는 도시된 것으로 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다. 그리고 조작기구(68)는 집광 렌즈 유닛(66)을 전동식으로 이동시킬 수 있는 전동식 구조를 취할 수도 있다.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

10 : 레이저 솔더링 장치 12 : 레이저빔 발생장치
13 : 레이저다이오드 모듈 20 : 제어장치
21 : 제어보드 23 : 입력기구
25 : 외부 전원 27 : 스위치
29 : 광파이버 30, 60 : 레이저빔 조사기구
31, 61 : 핸드피스 바디 32 : 레이저빔 출사부
33 : 렌즈 어셈블리 34 : 콜리메이션 렌즈
35 : 집광 렌즈 36 : 간격유지부재
37 : 솔더 와이어 가이드 튜브 39 : 브라켓
42 : 솔더 와이어 공급기 45 : 솔더 와이어 이송유닛
46 : 이송 롤 48 : 모터
49 : 솔더 와이어 지지부재 50 : 지지대
51 : 회전축 62 : 가이드 홈
65 : 집광 렌즈 지지체 66 : 집광 렌즈 유닛
68 : 조작기구

Claims

레이저빔을 발생하는 레이저빔 발생장치;
상기 레이저빔 발생장치에서 공급되는 레이저빔을 집광하기 위한 집광 렌즈와 상기 집광 렌즈를 통해 집광되는 레이저빔을 출사하기 위한 레이저빔 출사부를 갖는 핸드피스 바디를 구비하고, 사용자가 손으로 잡고 자유롭게 움직일 수 있도록 유연한 광파이버를 통해 상기 레이저빔 발생장치와 연결되는 레이저빔 조사기구;
상기 레이저빔 조사기구로 공급될 와이어 형태의 솔더 와이어가 통과할 수 있는 통로를 구비하고, 상기 솔더 와이어를 상기 레이저빔 조사기구에서 출사되는 레이저빔이 조사되는 접합 대상물 쪽으로 가이드하기 위해 상기 레이저빔 조사기구에 결합되는 솔더 와이어 가이드 튜브;
상기 솔더 와이어를 상기 솔더 와이어 가이드 튜브를 통해 상기 레이저빔 조사기구 전방의 레이저빔이 조사되는 상기 접합 대상물 쪽으로 이송시키는 솔더 와이어 이송유닛;
상기 레이저빔 발생장치 및 상기 솔더 와이어 이송유닛의 동작을 제어하기 위한 제어장치;
사용자 조작에 의해 동작 신호를 발생하여 상기 제어장치에 제공하는 스위치;
상기 집광 렌즈 및 상기 집광 렌즈를 지지하는 집광 렌즈 지지체의 결합으로 이루어져 상기 집광 렌즈가 상기 핸드피스 바디의 길이 방향을 따라 이동 가능하도록 상기 핸드피스 바디에 결합되는 집광 렌즈 유닛; 및
상기 집광 렌즈를 사용자의 수동 조작에 의해 상기 핸드피스 바디의 길이 방향을 따라 선택적으로 이동시키는 것이 가능하도록 상기 집광 렌즈 유닛에 마련되는 조작기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 솔더링 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 레이저빔 출사부의 끝단으로부터 돌출되고, 그 끝단이 상기 접합 대상물에 접하여 상기 레이저빔 출사부와 상기 접합 대상물 사이의 간격을 일정하게 유지시켜주는 간격유지부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 솔더링 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 솔더 와이어 이송유닛은,
그 외주면에 상기 솔더 와이어의 외면에 접하여 회전함으로써, 상기 솔더 와이어를 상기 솔더 와이어 가이드 튜브를 통과시켜 상기 접합 대상물 쪽으로 끌어당기는 이송 롤과,
상기 이송 롤을 회전시키는 모터와,
상기 솔더 와이어를 사이에 두고 상기 이송 롤과 마주하도록 배치되고, 상기 이송 롤에 의해 가압되는 상기 솔더 와이어와 접하여 상기 솔더 와이어를 밀리지 않도록 지지하는 솔더 와이어 지지부재를 포함하고,
상기 레이저빔 조사기구에 결합되는 것을 특징으로 하는 레이저 솔더링 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 솔더 와이어 지지부재는 상기 솔더 와이어가 상기 솔더 와이어 이송유닛에 의해 이송될 때 상기 솔더 와이어에 접하여 구름 운동할 수 있도록 상기 핸드피스 바디에 회전 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 레이저 솔더링 장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 핸드피스 바디 내부의 상기 광파이버와 상기 집광 렌즈 사이에는 상기 광파이버를 통해 공급되는 레이저빔을 광변환시키기 위한 콜리메이션 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리가 설치되는 것을 특징으로 하는 레이저 솔더링 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 솔더 와이어를 권취하여 저장하고, 상기 솔더 와이어 이송유닛이 작동할 때 상기 솔더 와이어를 풀어내어 상기 솔더 와이어 가이드 튜브 쪽으로 공급하는 솔더 와이어 공급기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 솔더링 장치.