TW202045286A - 線性移送方式的鐳射回流焊裝置 - Google Patents

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Abstract

一種線性移送方式的鐳射回流焊裝置，包括載體、第一鐳射頭部模組及第二鐳射頭部模組以及紅外線攝像頭。載體為放置配置有作為焊接對象物的多個電子部件的長方形的基板。第一鐳射頭部模組及第二鐳射頭部模組設置於上述載體的上方，在焊接對象物被線性移送的期間，向焊接對象物分別同時或依次照射雷射光束來將電子部件焊接在基板，上述雷射光束的形狀、密度及位移得到相互獨立的控制。紅外線攝像頭設置於上述鐳射頭部模組的一側，通過非接觸方式測定向基板上照射的雷射光束的溫度。

Description

線性移送方式的鐳射回流焊裝置
本發明關於線性移送方式的鐳射回流焊裝置，更詳細地，關於如下的線性移送方式的鐳射回流焊裝置，即，配置有作為焊接對象物的多個電子部件的基板從一側向另一側連續移動並被線性移送（flow transfer），向配置於上述基板的電子部件分割或重疊照射兩個以上的雷射光束，由此，線性移送過程中，在基板連續焊接上述電子部件。
在產業用鐳射加工中，具有微米（μm）級別的精密度的應用領域為微米鐳射處理領域，廣泛應用於半導體產業、顯示器產業、印刷電路板（PCB）產業、智能手機產業等產業。用於所有電子設備的記憶體晶片為了體現集成度和性能及超高速通信速度而將電路間隔縮小至最小程度的技術得到發展，之後，當前，很難僅通過縮小電路線寬和線寬間隔來實現所需要的技術水準，從而達到將多個記憶體晶片沿著垂直方向層疊的水準。已由TSMC公司（社）開發了128層的層疊技術，72層的層疊技術在三星電子、SK海力士等中適用於大量生產。
並且，積極研究開發將記憶體晶片、微處理器晶片、圖形處理器晶片、無線處理器晶片/感測器處理器晶片等安裝於1個組件的技術，實質上已適用相當水準的技術。
但是，在上述提及的技術的開發過程中，在超高速、超高容量半導體晶片的內部，更多的電子參與訊號處理器，因此，隨著電力消耗量的增加，提出了對於發熱的冷卻處理。並且，為了實現對於更多訊號的超高速訊號處理及超高頻訊號處理的要求事項，提出了超高速傳遞大量的電訊號的技術。並且，需要更多的訊號線，從而，無法再通過一維引線法處理向半導體晶片外部的多個訊號介面線，而是適用在半導體晶片的下部二維處理的球柵陣列封裝（BGA）方式（Fan-In或Fan-in Wafer-Level-Package（FIWLP））以及在晶片細部的超微細球柵陣列封裝層下方，隔著訊號配線再排列層（Signal Layout Redistribution Layer），在下部設置二維微細球柵陣列封裝層的方式（Fan-Out BGA或Fan-Out Wafer-Level-Package（FOWLP）或Fan-Out Panel-Level-Package）。
最近，在半導體晶片的情況下，具有包括環氧樹脂塑封料（EMC，Epoxy-Mold Compound）層的厚度為200μm以下的產品。如上所述，為了將厚度為數百μm以下的μm級別的超輕薄型半導體晶片附著在超輕薄型印刷電路板，若適用如作為現有的表面安裝技術（SMT）的熱回流爐（Thermal Reflow Oven）技術的大量回流（MR）過程，則在滑鼠秒鐘的時間內，半導體晶片曝光在100～300℃的空氣溫度環境內，由於熱膨脹係數（CTE，Coefficient of Thermal Expansion）差異，因此，發生晶片邊緣彎曲（Chip-Boundary Warpage）、印刷電路板邊緣彎曲（PCB-Boundary Warpage）、熱衝擊型隨機焊接不良（Random-Bonding Failure by Thermal Shock）等多種形態的焊接接觸不良。
由此，觀察最近受到矚目的鐳射回流焊裝置的結構，通過鐳射頭部模組按壓焊接對象物（半導體晶片或積體電路IC）數秒鐘並照射鐳射來進行焊接的方式，照射與半導體晶片或積體電路尺寸有關的面光源形態的鐳射來進行焊接。
以往，這種鐳射回流焊裝置的一例揭示在韓國授權專利第0662820號（以下，稱之為「現有文獻1」）。參照上述現有文獻1，揭示了向倒裝晶片的後部面照射鐳射來加熱上述倒裝晶片，另一方面，將上述倒裝晶片壓接在上述載體基板的倒裝晶片加熱壓接模組的結構。
但是，在上述現有文獻1中揭示的現有加壓方式的鐳射回流焊裝置分為通過吸附晶片來向焊接位置進行移動的單元和通過鐳射加熱上述晶片的背面並將上述晶片壓接在載體基板的單元，因此，如半導體帶，在焊接多個半導體晶片的情況下，對一個半導體晶片施加壓力並照射鐳射的動作反復執行與半導體晶片數量相對應的次數，因此，只能增加作業時間。
另一方面，參照韓國公開專利2017-0077721（以下，稱之為「現有文獻2」），在現有文獻2中提及的鐳射回流焊裝置中簡要提及了在加壓頭部同時對多個倒裝晶片施加壓力的狀態下，可向水準方向移送鐳射頭部來依次照射各個倒裝晶片或者單一的鐳射頭部同時向多個倒裝晶片照射鐳射的方式進行焊接處理。
但是，上述現有文獻2的以往鐳射回流焊方法也通過利用單一鐳射源的加壓方式進行焊接，因此，隨著雷射光束以多個角度向配置於基板上的多個倒裝晶片入射，照射均質化的雷射光束以及在沒有不良的情況下使多個倒裝晶片一次性回流的技術將面臨眾多困難。
由此，在上述現有文獻2中揭示的以往鐳射回流焊方法中，隨著對單一的倒裝晶片依次進行加壓及回流處理，整體作業時間不得不增加，或者為了對多個進行處理而即使向在焊接對象物的尺寸水準配置的多個倒裝晶片同時照射單一的雷射光束，很難向各個倒裝晶片均勻地傳遞充分的熱能，因此，依然需要大量的作業時間，不僅如此，也很難改善焊接不良率。
對此，本發明用於解決上述問題，本發明的目的在於，提供如下的流式鐳射回流焊裝置，即，配置有作為焊接對象物的多個電子部件的基板從一側向另一側連續移動並被線性移送，向配置於上述基板的電子部件分割或重疊照射兩個以上的雷射光束，由此，線性移送過程中，在基板連續焊接上述電子部件。
根據用於實現上述目的的本發明一實施例，本發明包括：載體，放置配置有作為焊接對象物的多個電子部件的長方形的基板；第一鐳射頭部模組及第二鐳射頭部模組，設置於上述載體的上方，在焊接對象物被線性移送的期間，向焊接對象物分別同時或依次照射雷射光束來將電子部件焊接在基板，上述雷射光束的形狀、密度及位移得到相互獨立的控制；以及紅外線（IR）攝影機，設置於上述鐳射頭部模組的一側，通過非接觸方式測定向基板上照射的雷射光束的溫度。
並且，根據一實施例，在將上述載體安裝於輸送單元上的狀態下，隨著輸送單元的驅動，從一側向另一側線性移送載體。
並且，根據一實施例，上述第一鐳射頭部模組及第二鐳射頭部模組向X方向、Y方向或Z方向移動。
並且，根據一實施例，上述載體在位於第一鐳射頭部模組及第二鐳射頭部模組的下方的狀態下，移送速度變得更加緩慢或者停止。
並且，根據一實施例，在上述載體位於第一鐳射頭部模組及第二鐳射頭部模組的下方的狀態下，第一鐳射頭部模組及第二鐳射頭部模組沿著X方向、Y方向或Z方向移動。
並且，根據一實施例，雷射光束從上述第一鐳射頭部模組及第二鐳射頭部模組同時照射，各個上述雷射光束在矩形、圓形、點或線形態中選擇相同或不同的形狀。
並且，根據一實施例，在上述第一鐳射頭部模組及第二鐳射頭部模組的中心還設置用於測定焊接對象物的位置的位置測定攝影機，另一方面，若上述位置測定攝影機檢測到焊接對象物，則紅外線攝影機開始測定焊接對象物的溫度，上述第一鐳射頭部模組及第二鐳射頭部模組與由紅外線攝影機測定的溫度數據聯動來控制雷射光束的形狀、密度及強度。
並且，根據一實施例，在上述第一鐳射頭部模組及第二鐳射頭部模組的下方連續配置用於吸入當進行回流過程時所發生的煙（fume）的吸煙單元。
並且，根據一實施例，若上述位置測定攝影機在第一鐳射頭部模組及第二鐳射頭部模組的下方檢測焊接對象物的位置，則根據回流過程條件，輸送單元以不同的線性移送速度控制載體及焊接對象物的線性移送速度。
並且，根據一實施例，若位置測定攝影機在下方檢測焊接對象物的位置，則隨著第一鐳射頭部模組及第二鐳射頭部模組向焊接對象物照射雷射光束，上述焊接對象物的線性移動速度變得更加緩慢或者停止。
並且，根據一實施例，在第一鐳射頭部模組及第二鐳射頭部模組中照射的雷射光束中的至少一部分以相互重疊的方式同時照射到焊接對象物，互補性地控制各個雷射光束的形狀、密度及強度，以使上述雷射光束重疊的區域符合焊接對象物的焊接區域及用於焊接的溫度條件。
並且，根據一實施例，在第一鐳射頭部模組及第二鐳射頭部模組中照射的雷射光束以互不重疊的方式向焊接對象物的不同部分同時照射，獨立地控制各個雷射光束的形狀、密度及強度，以使照射各個上述雷射光束的區域符合焊接對象物的焊接區域及用於焊接的溫度條件。
並且，根據一實施例，在第一鐳射頭部模組及第二鐳射頭部模組中照射的雷射光束以相互重疊的方式沿著焊接對象物的線性移送方向分別向不同的部分同時照射，互補性地控制各個雷射光束的形狀、密度及強度，以使照射各個上述雷射光束的區域符合焊接對象物的焊接區域、移送速度及溫度條件。
並且，根據一實施例，在第一鐳射頭部模組及第二鐳射頭部模組中照射的雷射光束以互不重疊的方式沿著焊接對象物的線性移送方向分別向不同部分依次照射，互補性地控制各個雷射光束的形狀、密度及強度，以使照射各個上述雷射光束的區域符合焊接對象物的焊接區域、移送速度及溫度條件。
並且，根據一實施例，上述載體還包括用於真空吸附焊接對象物來進行固定的真空吸盤。
並且，根據一實施例，在上述載體還設置對基板進行預熱的加熱器，上述加熱器將焊接對象物的表面溫度維持在小於200℃的溫度。
如上所述的本發明具有如下的效果，即，在配置有作為焊接對象物的多個電子部件的基板從一側向另一側連續移動並被線性移送的過程中，向配置於上述基板的電子部件分割或重疊照射兩個以上的雷射光束，線性移送過程中，在基板連續焊接上述電子部件，從而，通過大量回流處理縮減過程時間及大幅度改善生產性。
並且，本發明具有如下的效果，即，將基於兩個以上的多個鐳射頭部模組的雷射光束的照射通過分別設定的基準值依次分割或重疊來精密地控制雷射光束的密度，大幅度改善當配置於基板上的多個電子部件的大量回流處理時有可能發生的如一部分焊料的接觸不良或溢流的多種焊接不良。
在說明書中所使用的術語僅用於說明特定實施例，而並非用於限定本發明。只要文脈上並未明確表示，單數的表現包括複數的表現。在本說明書中，「包括」或「具有」或「設置有」等的術語用於指定本說明書中記載的特徵、數字、步驟、動作、結構要素、部件或這些組合的存在，而並非預先排除一個或一個以上的其他特徵、數字、步驟、動作、結構要素、部件或這些組合的存在或附加可能性。
在本說明書中並未明確定義，包含技術或科學術語在內的在此使用的所有術語的含義與本發明所屬技術領域的普通技術人員一般理解的含義相同。
一般使用的詞典定義的術語需要被解釋成與有關技術文脈所具有的含義相同的含義，只要在本說明書中並未明確定義，不能被解釋成異常或過度的形式。
以下，參照附圖，具體說明本發明的回流裝置如下。
圖1為示出本發明的整個流式鐳射回流焊裝置的立體圖。圖2為示出本發明一實施例的鐳射頭部模組及其他部件的結構的要部放大圖。圖3為簡要示出本發明的鐳射頭部模組結構的框結構圖。
首先，本發明包括放置有配置有作為焊接對象物11的多個電子部件及焊料的基板的載體100。在此情況下，上述載體100可以為簡單放置作為焊接對象物11的基板來在未被固定的情況下放置的平板形態的板，或者，可體現附加用於更加穩定地支撐焊接對象物11的真空吸附方式的真空吸盤結構或者通過靜電附著焊接對象物11的靜電吸盤結構等多種形態。作為一例，隨著適用上述真空吸盤結構的載體100在上部面形成多個吸孔及流路（未圖示），可通過真空吸附放置於上部面的焊接對象物11來進行固定。
並且，根據一實施例，在上述載體100的下部可形成用於將焊接對象物11預熱至規定溫度的加熱器110。作為一例，上述加熱器110在載體100放置焊接對象物11的狀態下，在為了進行回流過程而被線性移送的期間，將載體100的表面溫度維持在小於200℃的溫度。
在此情況下，如上所述，隨著可在上述載體100的內部形成加熱器110，將作為上述焊接對象物11的基板、電子部件及焊料繼續以規定溫度進行預熱。例如，優選地，上述預熱溫度小於焊料的熔融溫度，可維持作為即使基板及電子部件曝光規定時間以上，也不會發生熱損傷的溫度範圍的200℃以下。
如上所述，在並不對焊接對象物11進行預熱的情況下，當進行作為本過程的鐳射回流焊處理時，僅通過雷射光束的熱能將焊接對象物11從常溫迅速加熱至焊料的熔融溫度，在此情況下，因迅速加熱而有可能在焊料導致如溢流的焊接不良。因此，在預熱溫度條件下，隨著將溫度逐級增加至焊料的熔融溫度，焊料被穩定地熔融，從而可將焊接不良最小化。例如，其中，上述焊料的熔融溫度可根據焊料的材料存在差異，但是，通常，可以是作為焊料漿料的熔融溫度的200℃以上。
並且，隨著上述載體100在輸送單元200上以可從一側向另一側線性移送的方式安裝，根據上述輸送單元200的控制對載體100的移送速度進行控制。
另一方面，在上述輸送單元200的上方設置多個鐳射頭部模組310、320，上述多個鐳射頭部模組310、320向被線性移送的基板、電子部件及焊料的焊接對象物11照射兩個以上的雷射光束來將電子部件焊接在基板。
參照附圖的一實施例，本發明的多個鐳射頭部模組310、320可包括第一鐳射頭部模組310及第二鐳射頭部模組320的雙鐳射頭部模組，上述第一鐳射頭部模組310用於相互獨立地控制雷射光束的形狀、面積、密度及位移。並且，上述第一鐳射頭部模組310及第二鐳射頭部模組320可安裝於支架（未圖示），可以使上述支架沿著X方向、Y方向或Z方向進行移動。
即，在焊接對象物11放置於載體的狀態下，通過輸送單元200被線性移送，在此情況下，在上述焊接對象物位於第一鐳射頭部模組310及第二鐳射頭部模組320的下方的狀態下，根據需要，可以使焊接對象物11的線性移送速度變得更加緩慢或暫時停止，同時，可追加控制上述焊接對象物11的線性移送速度和第一鐳射頭部模組310及第二鐳射頭部模組320的X方向、Y方向或Z方向的移動。
因此，為了對實際具有多種焊料材質和焊接面積的多種焊接對象物11在被線性移送期間不發生不良地進行焊接，需要設定適合於其的回流過程條件。作為一例，在沒有各個焊接對象物的線性移送速度的變化的情況下，維持線性移送速度並從第一鐳射頭部模組310及第二鐳射頭部模組320照射雷射光束來一次性完成焊接，或者，為了進行回流而將溫度上升至更高的熔點，或者在焊接面積寬廣的情況下，在第一鐳射頭部模組310及第二鐳射頭部模組320的下方，可以使焊接對象物11的線性移送速度變得更加緩慢或停止。
作為另一例，與焊接對象物11的線性移送速度控制一同使第一鐳射頭部模組310及第二鐳射頭部模組320沿著X方向、Y方向或Z方向移動，由此，均與多個焊接對象物11在被線性移送期間的多種回流過程條件相對應。
以下，對上述第一鐳射頭部模組310及第二鐳射頭部模組320的仔細結構，在後述的圖5至圖9中進行更加具體地說明。
並且，根據一實施例，在上述鐳射頭部模組310、320的一側可包括：紅外線攝影機510、520，通過非接觸方式測定向焊接對象物11上照射的雷射光束的溫度；以及位置測定攝影機600，用於測定焊接對象物11的位置。
並且，根據一實施例，各個上述鐳射頭部模組310、320可以與在紅外線攝影機510、520中測定的溫度數據聯動來控制雷射光束的形狀、密度及強度。
並且，根據一實施例，若上述位置測定攝影機600檢測位置與鐳射頭部模組310、320的下方的焊接對象物11，則輸送單元200可按回流過程改變載體100的移動速度。
例如，當載體100處於初期預熱期間時，即，在作為焊接對象物11的載體100上裝載及真空吸附後，在進入到照射雷射光束的回流區間之間，可提高載體100的移送速度來縮減過程時間。
之後，若焊接對象物11從預熱區間進入到照射雷射光束的回流區間，則考慮到焊接對象物11的熔融點等，按雷射光束的密度及強度來使載體100的移送速度停止或減少速度。
並且，根據一實施例，在上述鐳射頭部模組的下方，用於吸入當進行回流過程時所發生的的煙（fume）的吸煙單元700可沿著焊接對象物11的移送方向連續配置。
參照圖3，示出在如上所述的本發明的線性移送方式的鐳射回流焊裝置中，向被載體100支撐並被移送的焊接對象物11照射面光源形態的鐳射的第一鐳射頭部模組310及第二鐳射頭部模組320。
第一鐳射頭部模組310及第二鐳射頭部模組320將在鐳射振盪器中發生並通過光纖維傳遞的鐳射變化為面光源來向焊接對象物11照射。
上述鐳射頭部模組310、320可包括：雷射光束整形機（參照圖4），將點（spot）形態的鐳射變換為面光源形態；以及光學部（參照圖4至圖8），配置於上述雷射光束整形機的下部，多個鏡頭模組在鏡筒內部以相互適當的間隔隔開安裝，以使在雷射光束整形機釋放的面光源向焊接對象物11的照射區域照射。
如上所述，上述鐳射頭部模組310、320為了與焊接對象物11的整列可沿著z軸上升或下降，或者沿著x軸左右移動，或者沿著y軸移動。
因此，本發明的線性移送方式的鐳射回流焊裝置可將放置焊接對象物11的載體100預熱至200℃以下並線性移送，在上述焊接對象物11的線性移送期間，在預熱中的焊接對象物11的上方照射雷射光束來進行回流過程，由此，通過回流過程的連續處理減少焊接對象物11的回流過程節拍時間（tact time）來實現焊接作業的高速化，不僅如此，通過雷射光束的持續曝光，可將向焊接對象物11施加的熱損傷（例如，基板扭曲或彎曲、變黃現象等）最小化。
或者，雖然未圖示，本發明的第一鐳射頭部模組310及第二鐳射頭部模組320可以沿著上下、左右方向移送或旋轉，為此，可向x軸、y軸或z軸移動，包括以可以使各個鐳射頭部模組310、320進行旋轉的方式進行支撐的結構。
並且，作為高度感測器，在第一鐳射頭部模組310及第二鐳射頭部模組320可包括線性編碼器，為此，可提供為了計算至焊接對象物11的雷射光束的照射距離而確認高度位置值，或者可查詢與更準確的雷射光束的密度和強度有關的數值的技術數據。
圖4為本發明一實施例的雙鐳射頭部模組的示意圖。
參照上述圖4，本發明可包括多鐳射頭部模組，根據一實施例，可由第一鐳射頭部模組310和第二鐳射頭部模組320的雙鐳射頭部模組構成。
因此，在附著焊接對象物11的電子部件的位置中，在第一鐳射頭部模組310及第二鐳射頭部模組320重疊的狀態下進行照射，由此，照射均質化的重疊雷射光束。
在上述圖4中，第一雷射光束正方形，第二雷射光束為圓形，兩個雷射光束均可以為正方形。並且，第一雷射光束和第二雷射光束可同時照射，在基於第一雷射光束的焊接對象物11的預熱後，可依次照射第二雷射光束。
圖5為圖4的一實施例的多鐳射頭部模組的結構圖。
在圖5中，各個鐳射頭部模組310、320、330分別包括：鐳射振盪器311、321、331，包括冷卻裝置316、326、336；雷射光束整形機312、322、332；光學鏡頭模組313、323、333；驅動裝置314、324、334；控制裝置315、325、335及供電部317、327、337。
以下，除必要情況之外，為了避免重複說明，在具有相同結構的鐳射頭部模組中，以第一鐳射頭部模組310為主進行說明。
鐳射振盪器311生成具有規定範圍的波長和輸出功率的雷射光束。作為一例，鐳射振盪器可以為具有「750nm至1200nm」、「1400nm至1600nm」、「1800nm至2200nm」或「2500nm至3200nm」的波長的鐳射二極體（Laser Diode，LD）、稀土摻雜光纖雷射器（Rare-Earth-Doped Fiber Laser）或稀土摻雜晶體雷射器（Rare-Earth-Doped Crystal Laser），與此不同，可包括用於釋放具有755nm的波長的翠綠鐳射的介質或用於釋放具有1064nm或1320nm的波長的Nd:YAG鐳射的介質。
雷射光束整形機312（beam shaper）將在鐳射振盪器中發生並通過光纖傳遞的點形態的鐳射變換為具有平頂的面光源（Area Beam）形態。雷射光束整形機312可包括方形光管（Square Light Pipe）、繞射光學器件（Diffractive Optical Element，DOE）或微透鏡陣列（Micro-Lens Array，MLA）。
光學鏡頭模組313調節在雷射光束整形機中變換為面光源形態的雷射光束的形態和大小來向安裝於印刷電路板的電子部件或照射區域進行照射。光學鏡頭模組通過多個鏡頭的結合構成光學系統，參照圖6至圖9，具體說明這種光學系統的具體結構。
驅動裝置314相對於照射面移動鐳射頭部模組的距離及位置，控制裝置315通過控制驅動裝置314來調節雷射光束到達照射面時的雷射光束的形狀、雷射光束的面積、雷射光束的鮮明度及雷射光束的照射角度。除控制裝置315之外，控制裝置315可集成控制鐳射頭部模組310的各個部件的工作。
另一方面，鐳射輸出調節部370根據通過用戶介面接收的程式或預先設定的程式控制從與各個鐳射頭部模組310、320、330相對應的供電部317、327、337相對應的供電部317、327、337向各個鐳射頭部模組供給的電量。鐳射輸出調節部370從一個以上的攝影機模組350接收照射面上的各個部件、各個區域或整個回流狀態資訊，基於此，控制各個供電部317、327、337。與此不同，也可以提供從鐳射輸出調節部370的控制資訊向各個鐳射頭部模組310、320、330的控制裝置315、325、335傳遞，在各個控制裝置315、325、335中用於控制分別對應的供電部317的回饋資訊。並且，與圖6不同，可通過一個供電部向各個鐳射頭部模組分配電力，在此情況下，需要在鐳射輸出調節部370控制供電部。
在體現鐳射重疊模組的情況下，鐳射輸出調節部370控制各個鐳射頭部模組及供電部317、327、337，以使從各個鐳射頭部模組310、320、330的雷射光束具有需要的雷射光束形狀、雷射光束面積大小、雷射光束鮮明度及雷射光束照射角度。除雷射光束重疊模式利用第一鐳射頭部模組310預熱至剝離對象位置周邊區域，利用第二鐳射頭部模組320追加加熱更窄的回流對象區域的情況之外，也通過將預熱功能或追加加熱功能在第一鐳射頭部模組310、第二鐳射頭部模組320及鐳射頭部模組330之間適當分配來控制各個鐳射頭部模組，以具有所需要的溫度曲線。
另一方面，在鐳射輸出調節部370可具有在分配一個鐳射光源來向各個鐳射頭部模組輸入的情況下，用於同時調節所分配的各個雷射光束的輸出和相位的功能。在這種情況下，以誘導各個雷射光束之間的抵消幹擾的方式控制相位來顯著改善雷射光束平坦度，由此，進一步增加能量效率。
另一方面，在多個位置同時體現加工模式的情況下，鐳射輸出調節部370控制各個雷射光束的雷射光束形狀、雷射光束面積大小、雷射光束鮮明度、雷射光束照射角度及雷射光束波長中的一個以上，以使從各個鐳射頭部模組的雷射光束的一部分或全部相同。因此，在鐳射輸出調節部370可具有鐳射輸出調節部370在分配一個鐳射光源來向各個鐳射頭部模組輸入的情況下，用於同時調節所分配的各個雷射光束的輸出和相位的功能。
通過這種功能，可通過調節雷射光束大小和輸出來執行照射面內的多個電子部件與基板之間的接合或者去除接合。尤其，在去除在基板上損傷的電子部件的情況下，隨著將雷射光束的面積最小化成電子部件區域，可將向存在於基板的相鄰的不同電子部件或正常電子部件施加的基於雷射光束的熱量最小化，由此，僅可去除作為去除對象的受損的電子部件。
另一方面，在多個鐳射頭部模組釋放具有不同波長的雷射光束的情況下，鐳射頭部模組可以由使電子部件中的多個材料層（例如，EMC層、矽層、焊料層）具有良好地吸收的波長的個別鐳射頭部模組構成。
由此，本發明的鐳射回流焊裝置可通過選擇性地以不同方式上升電子部件的溫度和印刷電路板或如作為電子部件電極之間的連接器件的焊料（Solder）的中間接合材料的溫度來執行最優化的接合（Attaching or Bonding）或分離（Detaching or Debonding）過程。
具體地，均透射電子部件的EMC模層和矽層來在焊料層吸收各個雷射光束的所有能量，或者，雷射光束不透射EMC模層，而是加熱電子部件的表面來使熱量向電子部件下部的焊接部傳遞。
另一方面，使用以上的功能，通過至少一個第一雷射光束，將包括回流對象電子部件區域和其周邊的焊接對象物的規定區域預熱至規定的預熱溫度之後，通過至少一個第二雷射光束，回流對象電子部件區域的溫度被選擇性地加熱至發生焊料的熔融的回流溫度。
圖6至圖9為可適用於本發明鐳射回流焊方法的單雷射光束或多鐳射頭部模組的鐳射光學系統的結構圖。
圖6為可適用於本發明的最簡單結構的光學系統，若從雷射光束傳送光纖410釋放的雷射光束通過凸透鏡420被焦點整列並向雷射光束整形機430入射，則在雷射光束整形機430中，將點形態的雷射光束變換為平頂（Flat-Top）形態的面光源A1，從雷射光束整形機430輸出的矩形雷射光束A1通過凹透鏡440放大成需要的大小來以放大的面光源A2向成像面S照射。
圖7為本發明另一實施例的鐳射光學系統的結構圖。
從雷射光束整形機430的面光源B1通過凹透鏡440放大成規定的大小來變成向第一成像面S1照射的面光源B2。在進一步放大上述面光源B2來使用的情況下，隨著追加放大，面光源B2的邊緣（edge）部分的邊界有可能變得不明確，因此，最終，照射面也在第二成像面S2獲得邊緣明確的照射光，需要在第一成像面S1設置薄膜450來對邊緣進行修整。
通過薄膜450的面光源將通過由一個以上的凸透鏡和凹透鏡組合而成的變焦鏡頭模組460並被縮小（或放大）成所需要的大小，從而在配置有電子部件的第二成像面S2形成四邊形照射光B3。
圖8為本發明又一實施例的鐳射光學系統的結構圖。
從雷射光束整形機430的矩形面光源C1通過凹透鏡440放大成規定大小之後，經過至少一對圓桶形鏡頭470，例如，沿著x軸方向放大（或縮小）C2，再次經過至少一對圓桶形鏡頭480，例如，沿著y軸方向縮小（或放大）來變換成矩形形狀的面光源C3。
其中，圓桶形鏡頭為將圓柱形狀沿著長度方向切斷而成的形態，根據各個鏡頭沿著上下方向配置的形態來擴大或縮小雷射光束，根據配置有圓桶形鏡頭的表面上的鏡頭沿著x軸及y軸方向配置的形態，沿著x軸或y軸方向調節雷射光束。
接著，面光源C3通過由一個以上的凸透鏡和凹透鏡組合而成的變焦鏡頭模組460並被方大（或縮小）成所需要的大小，從而在配置有電子部件的第二成像面S2形成矩形照射光C4。
圖9為本發明又一實施例的鐳射光學系統的結構圖。
圖9的光學系統追加在圖8的光學系統適用薄膜來對雷射光束的邊緣進行修整的結構，與圖8的情況相比，可獲得具有更鮮明的邊緣的最終面光源D5。
圖10為從本發明的一實施例的鐳射頭部模組照射雷射光束的狀態圖，以下，參照圖10，通過各個雷射光束向焊接對象物上照射的各個狀態說明在被線性移送期間進行鐳射回流焊的過程如下。
首先，圖10A為雷射光束沿著焊接對象物的寬度方向完全重疊來照射的狀態。當從第一鐳射頭部模組310照射的第一雷射光束LB1和從第二鐳射頭部模組320照射的第二雷射光束LB2在焊接對象11上同時照射時，兩個雷射光束LB1、LB2可以完全重疊。其中，完全重疊是指一個雷射光束完全屬於另一個雷射光束的狀態。
由此，在上述重疊的區域OA中，可預測雷射光束的密度、強度及溫度分別大於第一雷射光束LB1及第二雷射光束LB2。即，第一鐳射頭部模組310可照射用於預先加熱焊接對象物11的雷射光束LB1，第二鐳射頭部模組320照射用於焊接的雷射光束LB2，當進行回流過程時，上述第一雷射光束LB1及第二雷射光束LB2的密度、強度、溫度條件可根據焊接對象物的物性或焊接區域互補性地得到控制。
與為了實際焊接而一次性照射強力雷射光束的情況相比，通過上述重疊的雷射光束照射可以減少與預先加熱的焊接對象物的溫度偏差，可將扭曲或彎曲、變黃現象等熱損傷最小化。
另一方面，根據一實施例，從各個上述鐳射頭部模組310、320照射的雷射光束LB1、LB2的形狀均以矩形示出，但並不局限於此，根據矩形、圓形、點或線形態等焊接對象物及回流處理的過程條件，兩個雷射光束可變成相同或不同的形狀。
參照圖10B，雷射光束沿著焊接對象物的寬度方向一部分重疊來照射的狀態。當從第一鐳射頭部模組310照射的第一雷射光束LB1和從第二鐳射頭部模組320照射的第二雷射光束LB2在焊接對象物11上照射時，兩個雷射光束LB1、LB2可以完全重疊（與圖10A相比，重疊區域小）。其中，完全重疊是指一個雷射光束完全屬於另一個雷射光束的狀態。
由此，在上述重疊的區域OA中，可預測雷射光束的密度、強度及溫度分別大於第一雷射光束LB1及第二雷射光束LB2。即，第一鐳射頭部模組310可照射用於預先加熱焊接對象物11的雷射光束LB1，第二鐳射頭部模組320照射用於焊接的雷射光束LB2，當進行回流過程時，上述第一雷射光束LB1及第二雷射光束LB2的密度、強度、溫度條件可根據焊接對象物的物性或焊接區域互補性地得到控制。
與為了實際焊接而一次性照射強力雷射光束的情況相比，通過上述重疊的雷射光束照射可以減少與預先加熱的焊接對象物的溫度偏差，可防止扭曲或彎曲、變黃現象等熱損傷。
另一方面，根據一實施例，從各個上述鐳射頭部模組310、320照射的雷射光束LB1、LB2的形狀均以矩形示出，但並不局限於此，根據矩形、圓形、點或線形態等焊接對象物11及回流處理的過程條件，兩個雷射光束LB1、LB2可變成相同或不同的形狀。
參照圖10C，圖10C為雷射光束並不沿著焊接對象物的方向重疊，而是分別向不同的部分照射的狀態。當從第一鐳射頭部模組310照射的第一雷射光束LB1和從第二鐳射頭部模組320照射的第二雷射光束LB2在焊接對象物11上照射時，兩個雷射光束LB1、LB2並不重疊，而是，可沿著焊接對象物11的移送方向，依次分別向不同部分照射。
即，第一鐳射頭部模組310可照射用於預先加熱焊接對象物11的雷射光束LB1，第二鐳射頭部模組320向被線性移送的焊接對象物11的上述預先被加熱的部分連續照射用於焊接的雷射光束LB2，當進行回流過程時，上述第一雷射光束LB1及第二雷射光束LB2的密度、強度、溫度條件可根據焊接對象物11的物性或焊接區域、載體100的移送速度分別互補性地得到控制。
隨著向以此被線性移送的焊接對象物11依次照射雷射光束，由此，與為了實際焊接而一次性照射強力雷射光束的情況相比，可以減少與被預先加熱的焊接對象物11的溫度偏差，並可防止扭曲或彎曲、變黃現象等熱損傷。
另一方面，根據一實施例，從各個上述鐳射頭部模組310、320照射的雷射光束LB1、LB2的形狀均以矩形示出，但並不局限於此，根據矩形、圓形、點或線形態等焊接對象物11及回流處理的過程條件，兩個雷射光束LB1、LB2可變成相同或不同的形狀。
參照圖10D，雷射光束並不沿著焊接對象物的寬度方向重疊，而是整齊地照射。當從第一鐳射頭部模組310照射的第一雷射光束LB1從第二鐳射頭部模組320照射的第二雷射光束LB2在焊接對象物11上照射時，兩個雷射光束LB1、LB2並不重疊，而是分別沿著寬度方向整齊地向其他部分照射。
即，第一鐳射頭部模組310可向焊接對象物11的左側區域照射雷射光束LB1，第二鐳射頭部模組320向焊接對象物11的右側區域分割照射用於焊接的雷射光束LB2，當進行回流過程時，上述第一雷射光束LB1及第二雷射光束LB2的密度、強度及溫度條件可根據焊接對象物11的物性或焊接區域分別獨立地得到控制。
隨著向以此被線性移送的焊接對象物11分別分割照射雷射光束，由此，與為了實際焊接而一次性照射強力雷射光束的情況相比，可以減少焊接對象物11的各個區域的溫度偏差，並可防止扭曲或彎曲、變黃現象等熱損傷。
另一方面，根據一實施例，從各個上述鐳射頭部模組310、320照射的雷射光束LB1、LB2的形狀均以矩形示出，但並不局限於此，根據矩形、圓形、點或線形態等焊接對象物及回流處理的過程條件，兩個雷射光束可變成相同或不同的形狀。
參照圖10E，圖10E為雷射光束沿著焊接對象物的寬度方向一部分重疊來照射的狀態。當從第一鐳射頭部模組310照射的第一雷射光束LB1和從第二鐳射頭部模組320照射的第二雷射光束LB2在焊接對象物11上照射時，兩個雷射光束LB1、LB2中的一部分可以重疊。其中，一部分重疊是指一個雷射光束的一部分屬於另一個雷射光束的狀態。
由此，在上述重疊的區域OA中，可預測雷射光束的密度及強度分別大於第一雷射光束LB1及第二雷射光束LB2。即，第一鐳射頭部310及第二鐳射頭部320分別照射用於預先加熱焊接對象物11的雷射光束，在上述重疊的區域OA中，可以實現實際焊接。
當進行回流過程時，上述第一雷射光束LB1及第二雷射光束LB2的密度、強度及溫度條件可根據焊接對象物的五行或焊接區域分別互補性地得到控制。
與為了焊接而一次性照射強力雷射光束的情況相比，通過上述重疊的雷射光束照射僅在重疊的區域實現焊接，因此，可以補償各個焊接對象物11的各個區域的溫度偏差，可防止扭曲或彎曲、變黃現象等熱損傷。
另一方面，根據一實施例，從各個上述鐳射頭部模組310、320照射的雷射光束LB1、LB2的形狀均以矩形示出，但並不局限於此，根據矩形、圓形、點或線形態等焊接對象物及回流處理的過程條件，兩個雷射光束可變成相同或不同的形狀。
參照圖10F，圖10F為雷射光束沿著焊接對象物的寬度方向及移送方向一部分交叉重疊來照射的狀態。當從第一鐳射頭部模組310照射的寬度方向的第一雷射光束LB1和從第二鐳射頭部模組320照射的移送方向的第二雷射光束LB2在焊接對象物11上照射時，兩個雷射光束LB1、LB2可以一部分交叉重疊。其中，一部分交叉重疊是指一個雷射光束與其他雷射光束交叉且一部分屬於其他雷射光束的狀態。
由此，在上述交叉重疊的區域OA中，可預測雷射光束的密度及強度分別大於第一雷射光束LB1及第二雷射光束LB2。即，第一鐳射頭部模組310及第二鐳射頭部模組320分別照射用於預先加熱焊接對象物11的雷射光束LB1、LB2，在上述交叉重疊的區域OA中，可以實現實際焊接。
當進行回流過程時，上述第一雷射光束LB1及第二雷射光束LB2的密度、強度及溫度條件可根據焊接對象物的物性或焊接區域分別互補性地得到控制。
與為了焊接而一次性照射強力雷射光束的情況相比，通過上述重疊的雷射光束照射僅在重疊的區域中實現焊接，因此，可以補償各個焊接對象物11的各個區域的溫度偏差，可防止扭曲或彎曲、變黃現象等熱損傷。
另一方面，根據一實施例，從各個上述鐳射頭部模組310、320照射的雷射光束LB1、LB2的形狀均以矩形示出，但並不局限於此，根據矩形、圓形、點或線形態等焊接對象物11及回流處理的過程條件，兩個雷射光束LB1、LB2可變成相同或不同的形狀。
同時，本發明並不局限於上述記述的一實施例，當改變裝置的細部結構或數量及配置結構時，也可以創造出相同的效果，因此，只要是本發明所屬技術領域的普通技術人員，在本發明的技術思想的範圍內，可實現多種結構的附加及刪除、變形。
11:焊接對象物 100:載體 110:加熱器 200:輸送單元 310:第一鐳射頭部模組 320:第二鐳射頭部模組 330:鐳射頭部模組 311、321、331:鐳射振盪器 312、322、332:雷射光束整形機 313、323、333:光學鏡頭模組 314、324、334:驅動裝置 315、325、335:控制裝置 316、326、336:冷卻裝置 317、327、337:供電部 410:雷射光束傳送光纖 420:凸透鏡 430:雷射光束整形機 440:凹透鏡 450:薄膜 460:變焦鏡頭模組 470、480:圓桶形鏡頭 510:第一紅外線攝影機 520:第二紅外線攝影機 600:位置測定攝影機 700:吸煙單元 A1、A2、B1、B2、C1、C2、C3、D1、D2、D3、D4、D5:面光源 B3:四邊形照射光 C4:矩形照射光 LB1:第一雷射光束 LB2:第二雷射光束 OA:重疊的區域 S:成像面 S1:第一成像面 S2:第二成像面
圖1為示出本發明的整個流式鐳射回流焊裝置的立體圖。 圖2為示出本發明一實施例的鐳射頭部模組及其他部件的結構的要部放大圖。 圖3為簡要示出本發明的鐳射頭部模組結構的框結構圖。 圖4為本發明鐳射加壓頭部模組的一實施例的多鐳射頭部模組的示意圖。 圖5為本發明鐳射加壓頭部模組的一實施例的多鐳射頭部模組的結構圖。 圖6至圖9為可適用於本發明一實施例的多鐳射頭部模組的鐳射光學系統的結構。 圖10為從本發明的一實施例的鐳射頭部模組照射雷射光束的狀態圖，圖10A為雷射光束沿著焊接對象物的寬度方向完全重疊來照射的狀態，圖10B為雷射光束沿著焊接對象物的寬度方向一部分重疊來照射的狀態，圖10C為雷射光束並不沿著焊接對象物的移送方向重疊，而是分別向其他部分照射的狀態，圖10D為雷射光束並不沿著焊接對象物的寬度方向重疊，而是整齊地照射的狀態，圖10E為雷射光束沿著焊接對象物的寬度方向一部分重疊來照射的狀態，圖10F為雷射光束沿著焊接對象物的寬度方向及移送方向一部分交叉重疊來照射的狀態。
11:焊接對象物
100:載體
200:輸送單元
310:第一鐳射頭部模組
320:第二鐳射頭部模組
510:第一紅外線攝影機
520:第二紅外線攝影機
600:位置測定攝影機

Claims (16)

  1. 一種線性移送方式的鐳射回流焊裝置，包括： 一載體，為放置配置有作為焊接對象物的多個電子部件的基板； 一第一鐳射頭部模組及一第二鐳射頭部模組，設置於上述載體的上方，在焊接對象物被線性移送的期間，向焊接對象物分別同時或依次照射雷射光束來將電子部件焊接在基板，上述雷射光束的形狀、密度及位移得到相互獨立的控制；以及 一紅外線攝影機，設置於上述鐳射頭部模組的一側，通過非接觸方式測定向基板上照射的雷射光束的溫度。
  2. 如請求項1之線性移送方式的鐳射回流焊裝置，其中，在將上述載體安裝於輸送單元上的狀態下，隨著輸送單元的驅動，從一側向另一側線性移送載體。
  3. 如請求項2之線性移送方式的鐳射回流焊裝置，其中，上述第一鐳射頭部模組及第二鐳射頭部模組向X方向、Y方向或Z方向移動。
  4. 如請求項2之線性移送方式的鐳射回流焊裝置，其中，上述載體在位於第一鐳射頭部模組及第二鐳射頭部模組的下方的狀態下，在上述雷射光束的照射時間內，移送速度變得更加緩慢或者停止。
  5. 如請求項3之線性移送方式的鐳射回流焊裝置，其中，在上述載體位於第一鐳射頭部模組及第二鐳射頭部模組的下方的狀態下，第一鐳射頭部模組及第二鐳射頭部模組沿著X方向、Y方向或Z方向移動。
  6. 如請求項1之線性移送方式的鐳射回流焊裝置，其中，雷射光束從上述第一鐳射頭部模組及第二鐳射頭部模組同時照射，各個上述雷射光束在矩形、圓形、點或線形態中選擇相同或不同的形狀。
  7. 如請求項2之線性移送方式的鐳射回流焊裝置，其中，在上述第一鐳射頭部模組及第二鐳射頭部模組的中心還設置用於測定焊接對象物的位置的位置測定攝影機，另一方面，若上述位置測定攝影機檢測到焊接對象物，則紅外線攝影機開始測定焊接對象物的溫度，上述第一鐳射頭部模組及第二鐳射頭部模組與由紅外線攝影機測定的溫度數據聯動來控制雷射光束的形狀、密度及強度。
  8. 如請求項1之線性移送方式的鐳射回流焊裝置，其中，在上述第一鐳射頭部模組及第二鐳射頭部模組的下方連續配置用於吸入當進行回流過程時所發生的煙的吸煙單元。
  9. 如請求項1之線性移送方式的鐳射回流焊裝置，其中，若上述位置測定攝影機在第一鐳射頭部模組及第二鐳射頭部模組的下方檢測焊接對象物的位置，則根據回流過程條件，輸送單元以不同的線性移送速度控制載體及焊接對象物的線性移送速度。
  10. 如請求項9之線性移送方式的鐳射回流焊裝置，其中，若位置測定攝影機在下方檢測焊接對象物的位置，則隨著第一鐳射頭部模組及第二鐳射頭部模組向焊接對象物照射雷射光束，上述焊接對象物的線性移動速度變得更加緩慢或者停止。
  11. 如請求項7之線性移送方式的鐳射回流焊裝置，其中，在第一鐳射頭部模組及第二鐳射頭部模組中照射的雷射光束中的至少一部分以相互重疊的方式同時照射到焊接對象物，互補性地控制各個雷射光束的形狀、密度及強度，以使上述雷射光束重疊的區域符合焊接對象物的焊接區域及用於焊接的溫度條件。
  12. 如請求項7之線性移送方式的鐳射回流焊裝置，其中，在第一鐳射頭部模組及第二鐳射頭部模組中照射的雷射光束以互不重疊的方式向焊接對象物的不同部分同時照射，獨立地控制各個雷射光束的形狀、密度及強度，以使照射各個上述雷射光束的區域符合焊接對象物的焊接區域及用於焊接的溫度條件。
  13. 如請求項7之線性移送方式的鐳射回流焊裝置，其中，在第一鐳射頭部模組及第二鐳射頭部模組中照射的雷射光束以相互重疊的方式沿著焊接對象物的線性移送方向分別向不同的部分同時照射，互補性地控制各個雷射光束的形狀、密度及強度，以使照射各個上述雷射光束的區域符合焊接對象物的焊接區域、移送速度及溫度條件。
  14. 如請求項7之線性移送方式的鐳射回流焊裝置，其中，在第一鐳射頭部模組及第二鐳射頭部模組中照射的雷射光束以互不重疊的方式沿著焊接對象物的線性移送方向分別向不同部分依次照射，互補性地控制各個雷射光束的形狀、密度及強度，以使照射各個上述雷射光束的區域符合焊接對象物的焊接區域、移送速度及溫度條件。
  15. 如請求項1之線性移送方式的鐳射回流焊裝置，其中，上述載體還包括用於真空吸附焊接對象物來進行固定的真空吸盤。
  16. 如請求項1之線性移送方式的鐳射回流焊裝置，其中，在上述載體還設置對基板進行預熱的加熱器，上述加熱器將焊接對象物的表面溫度維持在小於200℃的溫度。
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