專利名稱：激光焊接裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在將元器件焊接到基板上時、將激光光束照射至焊接部位來進行加熱 的激光焊接裝置。
背景技術：
在日本專利特開2004-337894號公報中，記載有通過改變照射激光光束的光學系 統(tǒng)和上述焊接部位之間的距離、來使焊接部位中的激光的束點直徑適當?shù)募夹g。圖10示出了該已有的激光焊接裝置。從焊料提供部11向基板6的焊接部位P提供焊料11a，并從光源1向基板6的焊 接部位P照射光束15。從光源1射出的光束經(jīng)過第一光路2照射到半透明反射鏡3。透射過半透明反射 鏡3的光束通過對該光束進行整形來聚焦至基板6的光學部件4、和保護玻璃5，來照射到 基板6的焊接部位P。由基板6的焊接部位P反射的光束沿著由半透明反射鏡3反射的第二光路9，通過 反射鏡7來入射到受光部8。采用上述結構的加工頭部16通過第一移動部件12，來安裝到驅動部件10上。通 過對驅動部件10進行驅動，能使加工頭部16移動至基板6的焊接部位P。加工頭部16能 利用第一移動部件12，來相對于基板6沿上下方向(Z軸方向)進行移動。焊料提供部11通過第二移動部件13和第三移動部件14，來安裝到光源1上。第 二移動手段13能使焊料提供部11相對于基板6沿上下方向(Z軸方向)進行移動。第三 移動部件14使焊料提供部11進行水平移動，使得焊料Ila的提供位置適當。

發(fā)明內(nèi)容
在已有的結構中，由于從對基板6垂直的方向來照射激光光束15，因此在基板6中 設置有插入元器件的引線等的孔的情況下，激光通過該孔向基板6的元器件安裝面17—側 泄漏。由此，激光照射到位于基板6的元器件安裝面17 —側的元器件主體，使該元器件造 成損壞。另外，若想要在基板6的法線方向和從光源1射出的激光的第一光路2之間設置 角度，使得通過上述孔的激光減少，則無法通過上述孔來觀察到元器件的引線部的根部。另外，由于光學部件4和基板6之間的距離只利用第一移動部件12來改變，因此 聚焦在基板6上的激光的束點的形狀只產(chǎn)生唯一的形狀變化。因此，即使能實施點狀焊接， 但是在連續(xù)對多個部位進行焊接的情況下，由于需要對每個加工點來提供焊料及利用激光 照射進行焊料熔融，因此生產(chǎn)率低。本發(fā)明的目的在于提供一種激光焊接裝置，上述激光焊接裝置在基板6中即使設 置有插入元器件的引線等的孔的情況下，也能不向基板6的元器件安裝面17—側泄漏激光。
另外，其目的在于提供一種激光焊接裝置，上述激光焊接裝置在基板6中設置有插入元器件的引線等的孔的情況下，能使元器件的引線部的根部通過上述孔。另外，其目的在于提供一種激光焊接裝置，上述激光焊接裝置不僅能進行點狀焊接，還能對多個部位進行連續(xù)高效的焊接，生產(chǎn)率高。本發(fā)明的激光焊接裝置，是使用激光將元器件焊接到基板的焊接部位上的激光焊接裝置，其特征在于，采用以下結構即，設置有第一反射鏡，上述第一反射鏡將從鏡筒射 出的激光反射到與上述鏡筒的軸心相交的方向；第二反射鏡，上述第二反射鏡接受來自上 述第一反光鏡的激光并反射到上述孔；及光學系統(tǒng)，上述光學系統(tǒng)配置于上述第一反射鏡 和上述第二反射鏡之間，對激光進行聚焦，將上述激光從上述第二反射鏡相對于上述鏡筒 的軸心方向偏離了角度來照射到上述焊接部位。具體而言，其特征在于，將上述激光的相對 于上述基板的上述焊接部位的垂直方向的照射角度設定為11°至76°。另外，其特征在于，上述第一反射鏡對來自上述鏡筒的激光進行反射，對來自上述 焊接部分的光進行透射，還將觀察上述基板的上述焊接部位的攝像頭配置于上述鏡筒的軸 心上。另外，其特征在于，采用從焊料提供部向上述焊接部位提供焊料的結構，使得遮擋 從上述第二反射鏡照射出的上述激光。另外，其特征在于，包括旋轉驅動裝置，上述旋轉驅動裝置使光學單元以將上述焊 接部位與入射到上述第一反射鏡的激光的光軸相連接的軸作為旋轉中心進行旋轉，上述光 學單元具有上述第一反射鏡、上述第二反射鏡、及上述光學系統(tǒng)。另外，其特征在于，采用以下結構即，設置上述光學系統(tǒng)，使其可沿該光學系統(tǒng)的 光軸方向進行移動，可改變上述基板的上述焊接部位的上述激光的照射點的大小。另外，其特征在于，采用以下結構即，在上述光學系統(tǒng)的光軸上的前側或后側，配 置有光學上軸非對稱的透鏡，使得上述基板的上述焊接部位的上述激光的照射點的形狀為 橢圓或線狀。 另外，，其特征在于，采用以下結構即，包括對上述焊接部位進行溫度測定的紅外 線輻射式的溫度傳感器，根據(jù)該溫度傳感器的測定結果來控制上述激光的上述光源的激光 輸出。另外，其特征在于，采用以下結構即，對上述第二反射鏡進行涂敷，使其對來自第 一反射鏡側的激光進行反射，對來自上述基板的上述焊接部位的反射后的光中、溫度測定 所需要的紅外線進行透射，且在上述第二反射鏡的背面配置溫度傳感器，根據(jù)該溫度傳感 器的測定結果來控制上述激光的上述光源的激光輸出。根據(jù)上述結構，通過對基板從傾斜的方向來照射激光，則即使在上述基板中形成 有元器件的插入孔的情況下，也能防止激光從該插入孔泄漏至元器件安裝面，能防止由透 射過的激光引起焊接部發(fā)生損壞。再有，通過使用反射來自鏡筒的激光、透射過來自焊接部位的光的透鏡作為上述 第一反射鏡，并在上述鏡筒的軸心上配置攝像頭，從而能從上述基板的垂直方向來拍攝上 述元器件的引線的根部附近，進行圖像觀察。另外，通過包括旋轉驅動裝置，能對多個部位進行連續(xù)、高效的焊接，來實施生產(chǎn) 率高的激光焊接，上述旋轉驅動裝置使光學單元以將上述焊接部位與入射到上述第一反射鏡的激光的光軸相連接的軸作為旋轉中心進行旋轉，上述光學單元具有上述第一反射鏡、 上述第二反射鏡、及上述光學系統(tǒng)。另外，通過設置上述光學系統(tǒng)，使其可沿該光學系統(tǒng)的光軸方向進行移動，可改變 上述基板的上述焊接部位的上述激光的照射點的大小。另外，通過在上述光學系統(tǒng)的光軸上的前側或后側，配置有光學上軸非對稱的透 鏡，能將上述基板的上述焊接部位的上述激光照射點的形狀改變?yōu)闄E圓或線狀。
另外，通過采用以下結構能進行高速且高質量的焊接，該結構包括對上述焊接部 位進行溫度測定的紅外線輻射式的溫度傳感器，根據(jù)該溫度傳感器的測定結果來控制上述 激光的上述光源的激光輸出。


圖1是本發(fā)明的實施方式1的激光焊接裝置的簡要結構圖。圖2是該實施方式1的以反射光學單元為主體的光學系統(tǒng)的立體圖。圖3是表示該實施方式1中的焊接工序的示意圖。圖4是表示該實施方式1的反射光學單元的動作狀況的俯視圖。圖5A是表示該實施方式1的由反射光學單元的旋轉所引起的激光照射方向改變 的示意圖。圖5B是表示該實施方式1的由反射光學單元的旋轉所引起的激光照射方向改變 的示意圖。圖6是本發(fā)明的實施方式2的反射光學單元的立體圖。圖7是本發(fā)明的實施方式3的反射光學單元的立體圖。圖8是本發(fā)明的實施方式4的反射光學單元的立體圖。圖9是本發(fā)明的實施方式5的反射光學單元的立體圖。圖10是已有的激光焊接裝置的結構圖。
具體實施例方式下面，根據(jù)圖1至圖9說明本發(fā)明的各實施方式。(實施方式1)圖1至圖5、圖5B示出了本發(fā)明的實施方式1。圖1示出了實施方式1的激光焊接裝置。從焊料提供部11向基板6的焊接部位P提供焊料11a，并在相對于焊接部位P的 垂直方向以11°至76°的照射角度來向基板6的焊接部位P照射激光20?；?的焊接部位P，是對形成于基板6的插入孔61a，從元器件安裝面17 —側插 入有作為元器件62的引線的扁平型的插入引腳621，在插入孔61a的周圍如圖3(a)所示的 那樣形成有通孔連接盤611。此處，對于元器件62是使用樹脂等弱耐熱性材料。弱耐熱性 的元器件62，是耐熱極限低于焊料Ila的熔點的元器件。照射激光20的加工頭部16包括鏡筒22和光學單元100，上述鏡筒22內(nèi)藏有半透 明反射鏡22a，上述光學單元100內(nèi)藏有作為第一反射鏡的半透明反射鏡101和作為第二 反射鏡的反射鏡102 ；及配置于半透明反射鏡101和反射鏡102之間、作為對激光進行聚焦的光學系統(tǒng)的聚焦透鏡103。如圖2所示的那樣，對該光學單元100進行連接，使其能以配置有半透明反射鏡101的一側為基端、以上述鏡筒22的軸心18為中心進行旋轉。將焊接 部位P與入射到半透明反射鏡101的激光的光軸進行連接的軸、與鏡筒22的軸心18 —致。 圖4表示用于相對于鏡筒22來旋轉驅動光學單元100的旋轉驅動裝置19。此外，鏡筒22通過第一移動部件12來安裝到驅動部件10上。通過使驅動部件10運行，能使加工頭部16移動至焊接部位P。加工頭部16能利用第一移動部件12，來相對于 基板6沿上下方向(Z軸方向)進行移動。焊料提供部11通過第二移動部件13和第三移動部件14來安裝到鏡筒22上，和光學單元100形成一體，以鏡筒22的軸心18為中心進行旋轉。第二移動手段13能使焊料 提供部11相對于基板6沿上下方向(Z軸方向)進行移動。第三移動部件14使焊料提供 部11進行水平移動，使得焊料Ila的提供位置適當。從光源1向鏡筒22通過光纖21來提供激光。從光纖21的射出端射出的光通過 半透明反射鏡22a進行反射，從鏡筒22射出，照射到光學單元100的半透明反射鏡101，由 該半透明反射鏡101進行了反射后的光利用聚焦透鏡103進行聚焦，照射到反射鏡102，來 照射到焊接部位P。向著焊接部位P，從焊料提供部11如圖3(b)至圖3(e)所示的那樣提供線狀的焊 料11a。線狀的焊料Ila是直徑為0. 3mm至3. 0mm、內(nèi)部有助焊劑的填充層的焊料。圖3(a)表示焊接前的狀態(tài)。在該狀態(tài)下，對于基板6的插入孔61a的通孔連接盤 611，從基板6的元器件安裝面17來插入作為元器件62的引線的扁平型的插入引腳621。焊料提供部11如圖3(b)所示的那樣，在橫穿過通孔連接盤611和插入引腳621 的間隙的位置上提供焊料11a，并停止焊料Ila的供給。由反射鏡102進行反射而照射至焊接部位P的激光20，如圖3(c)所示的那樣，向 橫穿過插入孔61a的位置的焊料Ila從斜向進行照射。由此，由于激光20從斜向進行照射， 并在插入孔61a和激光20的照射位置之間提供焊料11a，因而激光20被焊料Ila遮擋，因 此激光不會通過插入孔61a來透射到基板6的元器件安裝面17，或通過插入孔61a來透射 到元器件安裝面17的激光20減少，元器件62的位于元器件安裝面17 —側的部分不會超 過耐熱極限。此夕卜，若向基板6中開口的插入孔61a插入元器件62時的間隙的間隔為0. 2mm至 2. Omm的范圍，此時使用基板6的基板厚度為0. 5mm至1. Omm的基板，則使光軸方向和基板 6的法線所構成的角度為11°到76°之間，以使此時激光20不從上述間隙透射到元器件安 裝面17。激光20的照射角度通過改變反射鏡102的仰角來設定。如圖3(d)所示的那樣，直至焊料Ila的前端由于激光20的照射而加熱并開始熔 融為止，才停止從焊料提供部11來提供焊料11a。然后，如圖3(e)所示的那樣，在焊料Ila 的前端開始熔融的時刻，恢復從焊料提供部11提供焊料11a，直至結束提供需要量的焊料 為止，都持續(xù)從焊料提供部11提供焊料11a。如圖3(e)那樣在通孔連接盤611和插入引腳621之間，對熔融后的焊料進行浸 潤，此后熔融焊料固化，焊接結束此外，根據(jù)元器件62向插入孔61a的插入狀態(tài)，插入孔61a中的插入引腳621有 可能不成為圖3(e)所示的位置關系，而如圖5A所示的那樣插入引腳621產(chǎn)生傾斜。在這種情況下，能通過對光學單元100及焊料提供部11根據(jù)插入引腳621進行旋轉驅動，來實 現(xiàn)與插入孔61a中的插入引腳621無關的、高質量的焊接，上述旋轉驅動是以將焊接部位P 與入射到半透明反射鏡101的激光的光軸進行連接的軸為旋轉中心、利用旋轉驅動裝置19 如圖4中用虛線所示那樣進行的。再有，即使在插入孔61a中的插入引腳621是如圖3 (e) 所示的位置關系時，在其周邊有妨礙焊接操作的構件的情況下，也能如圖5B所示的那樣， 通過對光學單元100及焊料提供部11利用旋轉驅動裝置19來改變180°，從而實現(xiàn)高質量 的焊接。此外，在鏡筒22的上部配置有與鏡筒22的光軸成為同軸的攝像頭 23。對上述半 透明反射鏡101實施僅反射激光20的波長而透射過攝像頭23的感光度波段的涂敷，能利 用透射過半透明反射鏡22a和半透明反射鏡101的光來從基板6的法線方向觀察焊接部位 P的元器件62。由此，通過將激光20斜向照射到焊接部位P，能夠減少通過插入孔61a的激光20， 能夠防止對配置于基板6的背面?zhèn)鹊脑骷?2的弱耐熱性部分產(chǎn)生的損壞。從與激光20相同傾斜的方向上的觀察，無法用攝像頭等觀察到通過插入孔61a的 圖像，但在本實施方式中，由于能利用攝像頭23從法線方向對基板6進行觀察，因此能從插 入孔61a和元器件62的引線的間隙來觀察元器件62的弱耐熱性的樹脂制部分。因此能判 斷是否造成了損壞。另外，通過從基板6的法線方向來用攝像頭23進行觀察，則可觀察焊料提供不足 時的印刷電路基板61的下表面的狀態(tài)，可對該不良情況進行判定，或對印刷電路基板61的 與激光照射側的相反側的焊料繞回狀態(tài)進行觀察。在本實施方式中，通過使反射光學單元100進行旋轉，可從各個對基板6最佳的 方向來照射激光20。在已有例即圖10所示的結構的情況下，若從斜向進行照射并進行旋 轉，則需要將幾乎所有的構成要素進行傾斜、或進行旋轉，需要非常大的驅動機構，但是相 反地，在本實施方式中，只要旋轉反射光學單元100和焊料提供部11就能實現(xiàn)。此外，也可考慮將攝像頭23單獨地設置于基板6的法線方向、使射出激光20的鏡 筒22傾斜的結構，但是若根據(jù)此結構，則由于將鏡筒22與電源電纜或光纖光纜相連接，因 此在使鏡筒22旋轉時，需要處理這些電纜.然而，在本方式的結構的情況下，只要旋轉反射 光學單元100即可，成為緊湊的結構。另外，由于攝像頭23產(chǎn)生的圖像不旋轉，因此在同一畫面中能確認激光20的照射 方向。在本實施方式中，舉出了作為弱耐熱性的元器件62的樹脂制元器件，但在使用比 通常的焊料的熔融溫度(大約220°C)的耐熱性差的材料時都有效。(實施方式2)在實施方式1中，反射光學單元100中的聚焦透鏡103的位置是固定于預先設定 的位置，在本實施方式2中，如圖6所示的那樣，包括透鏡驅動部件220，該透鏡驅動部件 220使聚焦透鏡103在反射光學單元100的內(nèi)部從實線位置到虛線位置沿光軸方向進行移 動。其它與實施方式1相同。根據(jù)該結構，通過根據(jù)焊接部位P的插入口 61a、通孔連接盤611、及插入引腳621 的形狀來每次改變聚焦透鏡103的位置，可得到最佳形態(tài)的點形狀201。具體而言，可將照射至焊接部位P的激光20的點形狀201保持圓形不變來進行改變。隨著聚焦透鏡103從焦點位置發(fā)生偏離，則點形狀201擴大。此時得到的點形狀201例如直徑為0. 5mm至10mm。(實施方式3)在實施方式1中，反射光學單元100中的聚焦透鏡103的位置是固定于預先設定 的位置，但在本實施方式中3中可采用以下結構即，如圖7所示的那樣，在反射光學單元 100的第一反射鏡101和第二反射鏡102之間，還設置有光學上非軸對稱的透鏡、例如柱面 透鏡104，能利用插入驅動部件230來使柱面透鏡104進出反射光學單元100的光軸。其它 與實施方式1相同。根據(jù)該結構，能得到線狀的點形狀202，可對排列于基板6上的直線狀的元器件62 的引腳部分進行連續(xù)的劃線焊接(liner Soldering 劃線焊接)。此時得到的線狀的點形 狀202的長邊方向的長度在例如Imm至15mm的范圍內(nèi)，點形狀的短邊方向在0. 5mm至IOmm 的范圍內(nèi)。此外，在圖7中是在聚焦透鏡103的后方配置有柱面透鏡104，但也可位于前方。 艮口，通過在聚焦透鏡103和半透明反射鏡101之間的光軸上插入柱面透鏡104，能使基板6 上的聚焦點的形狀成為沿X方向擴大的點形狀202。(實施方式4)在實施方式3中，是設置了插入驅動部件230，使得柱面透鏡104進出反射光學單 元100的光軸，在本實施方式4中采用以下的結構S卩，如圖8所示的那樣，在反射光學單元 100的第一反射鏡101和第二反射鏡102之間，還設置有光學上非軸對稱的透鏡、例如柱面 透鏡104，可利用透鏡旋轉驅動部件240來使該柱面透鏡104以光軸中心為旋轉中心進行旋 轉。其它與實施方式1相同。圖8的柱面透鏡104的實線位置是相對于圖7所示的結構、使柱面透鏡104進行 了 90°旋轉的結構。根據(jù)該結構，能使基板6上的激光20的點形狀成為沿Y方向進行了擴大的點形狀 203。將柱面透鏡104的旋轉角度設為90°，但不是特別每次旋轉90°，也可設定為任意的 旋轉角度。由此，可將激光20的點形狀203向基板6上的方向在基板6上設定為任意角度， 在基板6上有直線狀排列的焊接部分的情況下，根據(jù)焊接部分的角度可應用劃線焊接的加工法。此外，在圖8中是在聚焦透鏡103的后方配置有柱面透鏡104，但也可位于前方。 艮口，通過在聚焦透鏡103和半透明反射鏡101之間的光軸上插入柱面透鏡104，能使基板6 上的聚焦點的形狀成為沿Y方向擴大的點形狀203。(實施方式5)圖9所示的實施方式5的不同點僅在于，對實施方式1中的反射鏡102設置溫度 傳感器24，基于溫度傳感器24的檢測溫度來控制光源1。反射鏡102反射例如激光20的波長(800nm至1 IOOnm)，透射過輻射紅外光30的 波長(I3OOnm 至 26OOnm)。溫度傳感器24對由基板6上進行焊接加工的焊接部位P輻射出的輻射紅外線30 進行檢測，利用運算單元25來運算焊接部位P的溫度。光源1根據(jù)運算單元25的運算結 果來改變輸出。
根據(jù)該結構，通過檢測基板6上的焊接部位P的溫度，在溫度上升過高的情況下， 可向光源1發(fā)送指令信號來進行控制，使得激光20的輸出變得適當。例如，通過控制激光 20的輸出，使得焊接部位P的最高溫度為250°C至300°C之間，能夠預防焊接部位P中的、 由于焊料的浸潤不足所引起的焊接不良、或由過熱引起的氧化或產(chǎn)生損壞等。在實施方式 2 實施方式4中也可同樣實施。 在所述各實施方式中，是對反射光學單元100和焊料提供部11的旋轉進行一體的 旋轉驅動，但也可采用使反射光學單元100和焊料提供部11的旋轉同步、或分別對反射光 學單元100和焊料提供部11來設置旋轉驅動部件的結構。在上述的各實施方式中，是設置了焊料提供部11，但在對基板1的焊接部位P預先 涂布有焊料糊那樣的情況下，不需要焊料提供部11。 本發(fā)明有助于提高小型、需要進行大批量性加工的各種電子設備的焊接安裝的可靠性。
權利要求
一種激光焊接裝置，所述激光焊接裝置使用激光將元器件焊接到基板的焊接部位上，其特征在于，設置有第一反射鏡，該第一反射鏡將從鏡筒射出的激光反射到與所述鏡筒的軸心相交的方向；第二反射鏡，該第二反射鏡接受來自所述第一反光鏡的激光并向所述孔反射；以及，光學系統(tǒng)，該光學系統(tǒng)配置于所述第一反射鏡和所述第二反射鏡之間，對激光進行聚焦，形成為所述激光從所述第二反射鏡相對于所述鏡筒的軸心方向偏離了角度來照射到所述焊接部位的結構。
2.如權利要求1所述的激光焊接裝置，其特征在于，將所述激光的相對于所述基板的所述焊接部位的垂直方向的照射角度設定為11°至 76° ο
3.如權利要求1所述的激光焊接裝置，其特征在于，所述第一反射鏡對來自所述鏡筒的激光進行反射，對來自所述焊接部位的光進行透 射，還將觀察所述基板的所述焊接部位的攝像頭配置于所述鏡筒的軸心上。
4.如權利要求1所述的激光焊接裝置，其特征在于，形成為從焊料提供部向所述焊接部位提供焊料以遮擋由所述第二反射鏡照射的所述 激光的結構。
5.如權利要求1所述的激光焊接裝置，其特征在于，包括旋轉驅動裝置，該旋轉驅動裝置使光學單元以將所述焊接部位與入射到所述第一 反射鏡的激光的光軸相連接的軸作為旋轉中心進行旋轉，其中，所述光學單元包括所述第 一反射鏡，所述第二反射鏡，及所述光學系統(tǒng)。
6.如權利要求1所述的激光焊接裝置，其特征在于，以可沿所述光學系統(tǒng)的光軸方向進行移動的形式設置所述光學系統(tǒng)，形成為可改變所 述基板的所述焊接部位的所述激光的照射點的大小的結構。
7.如權利要求1所述的激光焊接裝置，其特征在于，在所述光學系統(tǒng)的光軸上的前側或后側配置有光學上非軸對稱的透鏡，使得所述基板 的所述焊接部位的所述激光的照射點的形狀為橢圓或線狀。
8.如權利要求1所述的激光焊接裝置，其特征在于，包括對所述焊接部位進行溫度測定的紅外線輻射式的溫度傳感器，根據(jù)該溫度傳感器 的測定結果來控制所述激光的所述光源的激光輸出。
9.如權利要求1所述的激光焊接裝置，其特征在于，對所述第二反射鏡進行涂敷，使其對來自所述第一反射鏡側的激光進行反射，對來自 所述基板的所述焊接部位的反射后的光中的溫度測定所需要的紅外線進行透射，且在所述 第二反射鏡的背面配置有溫度傳感器，根據(jù)該溫度傳感器的測定結果來控制所述激光的所 述光源的激光輸出。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種激光焊接裝置，該激光焊接裝置通過對基板(6)來傾斜地照射激光(20)，能減少透射過基板(6)的插入孔(61a)的激光(20)，防止對配置于基板(6)的背面?zhèn)鹊脑骷?62)的弱耐熱性部分造成損壞。還能用攝像頭(23)從法線方向來觀察基板(6)。因而，即使在基板(6)中設置有插入元器件的引線等的孔(61a)的情況下，激光也不向基板(6)的元器件安裝面(17)一側泄漏。
文檔編號H05K3/34GK101804511SQ20101012886
公開日2010年8月18日 申請日期2010年2月10日 優(yōu)先權日2009年2月17日
發(fā)明者中井出, 森正裕, 西川幸男 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社