CN110899885B - 与微米级厚度的电子部件有关的激光回流焊装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的激光回流焊装置用于在配置于工作台上的基板对电子部件进行软熔，上述激光回流焊装置包括：激光照射部，包括多个激光模块，上述激光模块用于向配置有上述电子部件的基板的至少一部分区域照射具有平顶功率曲线的激光束；摄像部，由至少一个摄像机模块构成，用于拍摄通过上述激光束对上述电子部件进行软熔的过程；以及激光功率调整部，根据上述摄像部的输出信号，生成用于对上述激光照射部的各激光模块进行独立控制的控制信号并施加到上述激光照射部。

Description

与微米级厚度的电子部件有关的激光回流焊装置
技术领域
本发明涉及与微米级厚度的电子部件有关的多功能激光回流焊装置及方法。
背景技术
在工业用激光加工中，具有微米(μm)级精密度的应用领域为微激光加工，广泛用于半导体产业、显示器产业、印刷电路板(PCB)产业、智能手机产业等。对于在所有电子设备中使用的存储芯片而言，为了实现集成度、性能及超高速通信速度，将电路间隔缩小成最小限度的技术得到了发展，而目前，很难只通过缩小电路线宽和线宽间隔来达到所需的技术水平，因而达到了沿着垂直方向层叠多个存储芯片的水平。台湾积体电路制造股份有限公司(TSMC)已经研发了层叠128层的层叠技术，三星电子、SK海力士等则将层叠72层的技术用于大量生产。并且，将存储芯片、微处理器芯片、图形处理器芯片、无线处理器芯片、传感器处理器芯片等安装在1个封装体的技术正处于积极研发阶段，相当高水平的技术已经得到实际应用。
但是，在之前提及的技术的研发过程中，需使更多的电子在超高速/超高容量半导体芯片内部参与到信号处理流程，导致耗电量变大，因此，与发热有关的冷却处理成为了焦点。并且，为了实现对更多信号的超高速信号处理及超高频信号处理，提出了以超高速传递大量电信号的技术。并且，由于需增加信号线，无法继续通过一维引线方式处理朝向半导体芯片外部的信号接口线，而实际采用如下的方式，即，在半导体芯片下部进行二维处理的球栅阵列封装(BGA)方式(称为扇入型球栅阵列封装(Fan-In BGA)或扇入型晶圆级封装(Fan-in Wafer-Level-Package，FIWLP))，在芯片下部的超微细球栅阵列封装(BGA)层下侧隔着信号配线再排列层(Signal Layout Redistribution Layer)来在其下部设置第二次微细球栅阵列封装层的方式(称为扇出型球栅阵列封装(Fan-Out BGA)或扇出型晶圆级封装(Fan-Out Wafer-Level-Package，FOWLP)或扇出型面板级封装(Fan-Out Panel-Level-Package))。
最近，在半导体芯片方面，出现了包括环氧塑封料(EMC，Epoxy-Mold Compound)层在内的厚度达到200μm以下的产品。如上所述，若通过采用作为现有的表面封装技术(SMT)标准工序的热回流炉(Thermal Reflow Oven)技术等的质量回流(MR)工序来向超轻超薄型印刷电路板附着厚度仅在几百微米的微米级超轻超薄型半导体芯片，则半导体芯片将在100～300℃的空气温度环境中暴露几百秒的时间，由于热膨胀系数(CTE，Coefficient ofThermal Expansion)存在差距，有可能产生芯片边缘弯曲(Chip-Boundary Warpage)、印刷电路板边缘弯曲(PCB-Boundary Warpage)、热冲击型随机焊接不合格(Random-BondingFailure by Thermal Shock)等各种形态的焊接粘结不合格。
由此，为了向超轻超薄型印刷电路板附着超轻超薄型半导体芯片，研发了局部加热(Localized Heating)技术，其中，代表性的有发热垫压接加热方式的球栅阵列封装焊接技术和通过照射方形激光束来实现的吸收加热方式的球栅阵列封装焊接技术。发热垫压接加热方式的球栅阵列封装焊接技术所具有的缺点为耗电量大、需使发热垫持续维持高温，除此之外，由于依靠接触式热传递技术，因此，需以最佳状态进行固体热传导→热吸收→第二次热传递→温度维持→非热冲击型低速冷却工序，但为了防止因发热垫与半导体器件之间的热膨胀系数的差距而产生热冲击型器件损伤(Chip Damage by Thermal Shock)，将无法实现工序速度的高速化。
相反，激光回流焊(LR；Laser Reflow)工序技术具有如下优点，即，属于非接触式，激光直接被半导体芯片吸收的方法属于一次性热吸收机制，因此，不产生因热膨胀系数差而引起的热冲击，仅在必要的时间内执行非常局部性的加热，因此，耗电量低、使总热输入量最小化、热冲击最小化、工序时间最小化等。
但是，当将现有的激光回流焊(LR；Laser Reflow)工序技术用到最近所需的大量生产型大面积加工工序时，将产生诸多问题。首先，在大面积激光回流焊中，需使单位面积的激光输出功率与小面积激光回流焊相同，因此，用于大面积加工的总激光输出功率成几何倍数增大，为此，需使用高功率激光。
但是，高功率激光的费用高(High Cost)，需通过大功率供电装置(High-PowerPower Supply)来实现高平均功率(High Average Power)，且不能忽视因散射/衍射而产生的周边装置的功率吸收。并且，由于激光束功率平坦化用光束均匀化光学仪(BeamHomogenizer)的技术局限性，光束平坦度可减少约10％，并无法超过这个水平线，因此，在根据光束平坦区域内的最低功率线来进行激光加工的情况下，无法避免约10％的激光功率损失，进而，为了与常规质量回流(MR)竞争，当对大面积基板上的超轻超薄型半导体芯片进行加工时，也需将整个大面积基板的温度偏差维持在3～4℃以下，但这无法实现。
因此，由于激光回流焊方式的这种缺点，即使质量回流方式具有各种缺点，但激光回流焊方式还不能代替质量回流方式。这种现象在大面积加工领域或需要高功率激光的领域中更加突显。
现有技术文献
专利文献
专利文献0001：韩国公开专利第10-2017-0141865号(2017年12月27日公开)
发明内容
本发明在如上所述的背景下提出，本发明的目的在于，提供可防止作为质量回流方式的缺点的芯片边缘弯曲、基板边缘弯曲、热冲击型随机焊接不合格等各种形态的焊接粘结不合格的激光回流焊装置和方法。
并且，本发明的目的在于，提供可解决作为发热垫压接加热方式球栅阵列封装焊接技术的缺点的热冲击型器件损伤及由此引起的工序低速化问题的激光回流焊装置和方法。
并且，本发明的目的在于，提供可解决因大面积加工时使用高功率激光而产生的高费用、大功率电力供给装置的使用、周边装置的功率吸收等问题的激光回流焊装置和方法。
并且，本发明的目的在于，提供可解决因激光束均匀化光学仪的技术局限性而引起的光束平坦度问题及由此引起的激光功率损失问题的激光回流焊装置和方法。
并且，本发明的目的在于，提供因可在超轻超薄型半导体芯片加工时也可将整个大面积基板的温度偏差维持在3～4℃以下而能够完全代替现有的质量回流工序的激光回流焊装置和方法。
并且，本发明的目的在于，提供可通过分别向被区分的加工面照射多个激光束来同时在多个位置进行回流焊工序的激光回流焊装置和方法。
为了实现如上所述的目的，作为用于在配置于工作台上的基板对电子部件进行软熔的激光回流焊装置的本发明一实施例的激光回流焊装置包括：激光照射部，包括多个激光模块，上述激光模块用于向配置有上述电子部件的基板的至少一部分区域照射具有平顶功率曲线的激光束；摄像部，由至少一个摄像机模块构成，用于拍摄通过上述激光束对上述电子部件进行软熔的过程；以及激光功率调整部，根据上述摄像部的输出信号，生成用于对上述激光照射部的各激光模块进行独立控制的控制信号并施加到上述激光照射部。
并且，各个上述激光模块的最大功率相同，从各个激光模块照射的各激光束的光束形状、光束面积大小及照射区域相同而互相重叠。
并且，所重叠的各个上述激光束的波长相同，个别空间位置中的光束强度的高低(laser power peak variation at each location in the two-dimensional spatialbeam profile)不完全相同，在大部分的上述照射区域中，朝向相互之间的平坦度得到改善的方向，进行空间光束强度平坦化重叠。
并且，各个上述激光模块以互相对称的方式配置，各个上述激光束具有相同的光束照射角度。
内置于各个上述激光模块的光学仪包括：光束整形器；至少一对圆筒形透镜；另一至少一对圆筒形透镜，朝向与上述至少一对圆筒形透镜呈直角的方向配置；以及变焦透镜模块，由一个以上的凸透镜和凹透镜组合而成。
或者，如上所述的圆筒形透镜等可以为单轴(single axis)用微透镜阵列(MicroLens Array；MLA)型圆筒形透镜。
在本发明再一实施例的激光回流焊装置中，从各个激光模块照射的各激光束的光束形状、光束面积大小及照射区域中的至少一个互不相同。
在本发明另一实施例的激光回流焊装置中，根据应用设置，在从各个激光模块照射的各激光束中，一部分的光束形状、光束面积大小及照射区域相同而可互相重叠，另一部分的光束形状、光束面积大小及照射区域中的至少一个可互不相同。
另一方面，为了实现上述目的，利用由多个激光模块构成的激光照射部来在配置于工作台上的基板对电子部件进行软熔的本发明一实施例的激光回流焊方法包括：上述多个激光模块分别向配置有上述电子部件的区域照射激光束的步骤；利用由至少一个摄像机构成的模块来拍摄通过上述激光束对上述电子部件进行软熔的过程的步骤；以及根据上述摄像部的输出信号来生成用于对上述激光照射部的各激光模块进行独立控制的控制信号并施加到上述激光照射部的步骤。
在照射上述激光束的步骤中，使各个上述激光模块的功率相同，以使得从各个激光模块照射的各激光束的光束形状、光束面积大小及照射区域相同的方式使各个上述激光束重叠。
在照射上述激光束的步骤中，各个上述激光束的波长相同，个别空间位置中的光束强度的高低不完全相同，在大部分的上述照射区域中，朝向相互之间的平坦度得到改善的方向，进行空间光束强度平坦化重叠。在此情况下，当进行平坦化重叠时，基于各激光束在各个位置上的时间而产生的微细功率摆动将以随机的方式形成激光束强度的高低，因此，若多个激光束重叠，则各位置上的峰值朝向平坦化的方向聚拢，从而，改善光束的平坦度(Laser Beam Flatness)。
如上所述，本发明的与微米级厚度的电子部件有关的选择性激光回流焊***具有如下的效果。
根据本发明，可防止作为质量回流方式的缺点的芯片边缘弯曲、基板边缘弯曲、热冲击型随机焊接不合格等各种形态的焊接粘结不合格。
并且，根据本发明，可解决作为发热垫压接加热方式球栅阵列封装焊接技术的缺点的热冲击型器件损伤及由此引起的工序低速化问题。
并且，根据本发明，可解决因大面积加工时使用高功率激光而产生的高费用、大功率电力供给装置的使用、周边装置的功率吸收等问题。
并且，根据本发明，可解决因激光束均匀化光学仪的技术局限性而引起的光束平坦度问题及由此引起的激光功率损失问题。
并且，根据本发明，因可在超轻超薄型半导体芯片加工时也可将整个大面积基板的温度偏差维持在3～4℃以下而能够完全代替现有的质量回流工序。
并且，根据本发明，相比于利用单一高功率激光束的情况，可稳定地驱动电源供给装置和冷却装置，可减少总耗电量，制造成本及故障率低，可减少设备购置费用和保管费用。
并且，在本发明中，由于空间及时间上的光束平坦度得到提高，致使工序的温度稳定性得到提高，并可节减能量投入，当进行大面积加工时，也可满足质量回流腔室中所需的温度稳定性标准。
并且，在本发明中，即使多个激光束倾斜地照射到照射面，也可通过以对称的方式设置各激光束的照射方向，来改善或抵消因照射到照射面的激光束的倾斜度而产生的非对称性。
并且，在本发明中，可通过分别向被区分的加工面照射多个激光束来同时在多个位置执行回流焊工序。
附图说明
图1为现有技术的激光回流焊装置的例示图。
图2为现有技术的激光回流焊装置的激光束功率曲线的例示图。
图3为本发明一实施例的激光回流焊装置的例示图。
图4为本发明一实施例的激光回流焊装置中的激光束功率曲线的例示图。
图5为本发明一实施例的激光回流焊装置中的激光重叠模式的概念图。
图6为在本发明一实施例的激光重叠模式中使4个激光束重叠的情况下的激光束功率曲线的例示图。
图7为与图6中的激光束功率曲线相对应的激光束功率实验结果表。
图8为在本发明一实施例的激光重叠模式中使8个激光束重叠的情况下的激光束功率曲线的例示图。
图9为在本发明一实施例的激光重叠模式中使16个激光束重叠的情况下的激光束功率曲线的例示图。
图10为本发明一实施例的激光回流焊装置中的多个位置同时加工模式的概念图。
图11为本发明一实施例的激光回流焊装置的结构图。
图12为本发明一实施例的激光光学仪的一例的结构图。
图13为本发明一实施例的激光光学仪的再一例的结构图。
图14为本发明一实施例的激光光学仪的另一例的结构图。
图15为本发明一实施例的激光光学仪的还有一例的结构图。
具体实施方式
在本说明书中使用的术语仅用于说明特定实施例，并不限定本发明。除非在文脉上明确表示，则单数的表达包括复数的表达。在本说明书中，“包括”、“具有”或“具备”等的术语用于指定本说明书中所记载的特征、数字、步骤、动作、结构要素、部件或它们的组合的存在，而不是事先排除一个或一个以上的其他特征或数字、步骤、动作、结构要素、部件或它们的组合的存在或附加可能性。
在本说明书中，除非另行定义，包括技术术语或科学术语在内的所使用的所有术语的含义与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的含义相同。需要理解的是，通常使用的在词典中所定义的术语的含义与相关技术在文脉上所具有的含义一致，除非在本说明书中明确定义，则不应解释为理想化或过于形式化的含义。
以下，参照附图，详细说明本发明的一实施例。
图1为现有技术的激光回流焊装置的例示图。
图1中的激光回流焊装置为利用激光模块100的激光束来在配置于朝向x轴方向移动的工作台110上的基板120焊接电子部件130的装置。
可通过在摄像机模块140拍摄的影像确认安装有半导体芯片等电子部件130的基板120的整列状态，当整列有误时，可通过整列调整部150来使工作台110朝向x轴或y轴方向移动并进行再整列。
激光照射部由设置有光学仪104的单一激光模块100构成，上述光学仪104将单一光纤维形态的激光光源102和激光光源102的激光束转换为具有规定大小和形状的激光束。
在对排列多个电子部件130的大面积基板120进行软熔的情况下，通过图1所示的大容量高功率激光模块100来向整个基板120照射长方形或正方形激光束。在此情况下，不仅向各电子部件130照射激光束，还向各电子部件130之间的区域照射相同强度的激光束，因此，除激光束的辐射热量之外，还向各电子部件130施加周边电子部件130的传导热量，从而产生所有电子部件全部过热的现象，由于传导热量，难以精密地控制向各电子部件的区域传递的热能，因此，难以降低整个基板120的温度偏差。
图2为现有技术的激光回流焊装置的激光束曲线的例示图。
在图2所示的现有技术的单一激光束的光束曲线中，在以呈现均匀输出的方式设置的顶部区域，也呈现出约8％的输出偏差或纹波，这是因为，实际上难以实现具有完美的平顶曲线的光束均质机。
例如，对于功率为10kW的激光模块100而言，在平顶区域中，呈现出最大800W的纹波，因此，不仅降低向电子部件的各个部分施加的热能的均匀性，还由于激光所具有的短波长特性，无法向电子部件的上下层均匀地传递热能，有可能向相应波长范围的吸收率高的区域集中传递能量，在不是实际焊接部的电子部件封装区域中，将产生很大的能量损失。
并且，为了适当地控制向电子部件施加的热能，只能根据最低功率，即，按照9kW的水平设计工序，这将导致大于9kW的剩余能量的浪费。
图3为本发明一实施例的激光回流焊装置的概念图。
图3中的激光回流焊装置为利用由多个激光模块310、320、330、340构成的激光照射部的多个激光束来在配置于朝向x轴方向移动的工作台110上的基板120焊接电子部件130的装置。
可通过在由一个以上的摄像机模块实现的摄像部350拍摄的影像确认安装有半导体芯片等电子部件130的基板120的整列状态，当整列有误时，可通过整列调整部360来使工作台110朝向x轴或y轴方向移动并进行再整列。
图3中的激光回流焊装置设置有多光束多光(Multi Beam Multi Optic，MBMO)型激光照射部，上述多光束多光型激光照射部由分别包括激光光源和光学仪的多个激光模块310、320、330、340构成。各激光模块的激光光源和光学仪为低功率激光光源和与此相对应的结构简单的小型光学仪，整体结构简单，供应价格低，还可使与此相关的冷却装置(未图示)实现小容量化。
在对排列多个电子部件130的大面积基板120进行软熔的情况下，同时驱动各激光模块310、320、330、340，来以使激光束在基板120的整个区域重叠的方式照射激光束，还可选择性地向基板120的一部分区域(通过红色标记的部分)照射激光束。
如上所述的选择性激光软熔工序可仅向需要软熔的各电子部件130照射激光束，可防止热能向各电子部件的周边区域传递，可精密地控制向基板120的各个部分传递的热能，最终，可使整个基板120的温度偏差维持得很低。
通过摄像部350拍摄各电子部件130的软熔状态，激光功率调整部370读取所拍摄的影像来产生用于单独控制各激光照射部310、320、330、340的功率和位置的控制信号。
图3所示的激光回流焊装置可按互不相同的角度照射激光束，多个激光照射部由能够以几何学的方式配置的2个以上的低功率激光模块构成，来维持互相对称。如上所述，若互相对称地配置激光模块，则即使各激光束倾斜照射于照射面，照射到照射面的各激光束以相互弥补的方式干扰，最终，可抵消或充分改善基于激光束倾斜度的非对称性。
另一方面，例如，在图2所示的现有的单光束单光(SBSO)结构的高功率激光模块为使用功率为10kW的激光模块的回流焊装置的情况下，实际上，纹波的最大振幅为最大功率的约8％的800W，因此，除此之外的约90％的功率，即，实际用于软熔工序的功率仅为9kW，因此，只能在承受大约10％的能量损失的情况下使用功率为10kW的激光模块。
但是，如图4所示，在按照多光束多光(MBMO)结构来使用多个低功率激光模块的情况下，例如，分别使用2个功率为5kW的激光模块来构成总功率为10kW的回流焊装置的情况下，由于各激光模块的低功率化，最大纹波减少至6％以内(以5kW为基准)，在各激光束重叠的情况下，由于激光束之间的抵消干扰，最大纹波减少至4％以内(以10kW为基准)，使总激光束功率始终维持在9.3kW以上，因此，具有能量效率提高3％左右的效果。在此情况下，根据多光束重叠的设计和设置情况，最大激光束峰值纹波(Laser Beam Peak Ripple)的改善程度比所例示的值大。
通过逆向利用这种优点，可通过利用多个小容量的低功率激光模块来进一步提高能量效率。
图5为本发明一实施例的激光回流焊装置中的激光重叠模式的概念图。
在图5中，从多个激光模块中输出的各激光束可呈正方形、长方形、圆形、椭圆形或其他形状，纵横比，例如，短轴/长轴比为1/20以上且1/1以下。若纵横比小于1/20，则作为线性光束的性质非常强，在能量传递及所吸收的热量的散热方面，无法发挥作为面光束的功能，1/1为理论上的最大值。
图5示出在以互相对称的方式设置的4个激光模块310、320、330、340中以相同功率照射正方形激光束来使各激光束在相同照射面重叠并同时对多个电子部件进行软熔的例。在图5中，作为例示，仅示出了4个电子部件，但如同配置有几十到几百个半导体芯片的大型晶片，可通过在大面积基板上配置多个电子部件来进一步增大重叠产生的效果。
图6为在本发明一实施例的激光重叠模式中重叠4个激光束的情况下的激光束功率曲线的例示图，图7为与图6中的激光束功率曲线相对应的激光束功率实验结果表。
在图7中示出与图6中的各激光束(Beam1、Beam2、Beam3、Beam4)有关的检测位置(X)和在其位置上的百分比输出值(P)。
若图6的各激光束的功率为2.5kW，则各激光束之间具有少许偏差，但整体上，整个照射区间(大约为80mm)内的输出值具有1.24％至1.59％的标准偏差，若重叠上述激光束，则相同区间内的输出值的标准偏差减少至0.69％。
由于各激光模块的低功率化，最大纹波为5.79％、8.56％、5.42％、7.47％，平均减少6.81％(以2.5kW为基准)，在重叠各激光束的情况下，由于激光束之间的抵消干扰，最大纹波进一步减少为2.68％(以10kW为基准)，由此，整体激光束功率始终维持9.35kW以上，具有能量效率提高3.5％左右的效果。
即，若使用4个低功率激光照射部，则光束平坦度接近2.5％，这与在质量回流腔室中要求的温度稳定性标准相似，因此，具有在实用性方面非常优秀的优点。各激光模块的激光束照射在照射面上随机重叠，因此，以与从多个低功率激光照射部照射并重叠的面光束的数量成比的方式改善光束平坦度。
另一方面，排除基于激光束重叠的加强效果并准确地控制抵消效果的最有效方法如下，即，分配单一激光光源的功率，以进行相互平坦化重叠的方式按照位置产生不同光束强度的高低。但是，与此不同，即使在相同照射面上重叠具有互不相同的波长和高低的激光束，由于电子部件及基板上的热传导效果，因局部非平坦化(或峰值上升型)重叠(averaging superposition)而产生的局部微细加热几乎不成问题。
图8为在本发明一实施例的激光重叠模式中使8个激光束重叠的情况下的激光束功率曲线的例示图，图9为在本发明一实施例的激光重叠模式中使16个激光束重叠的情况下的激光束功率曲线的例示图。
为了对相同功率比较基于小型低功率激光束数量的重叠效果，若比较使用8个小型激光束(功率分别为1.25kW)的图8所示的功率曲线与使用16个小型激光束(功率分别为625W)的图9所示的功率曲线，如图8所示，在使8个激光束重叠的情况下，纹波减少至2％以内，重叠激光束的功率始终维持94％，即，维持在9.4kW以上，如图9所示，在使16个激光束重叠的情况下，纹波减少至1.4％以内，重叠激光束的功率始终维持94.3％，即，维持在9.43kW以上。
由此，光束平坦度随着激光束的数量增加而得到改善，通过增加最小功率来整体上提高能量效率，但是，在使8个以下的激光束重叠的情况下，虽然基于激光束数量增加的光束平坦度及能量效率改善效果明显，但是，激光束变得越多，相对于结构复杂性增加的光束平坦度和能量效率的改善效果不大。
但是，这是将10kW的总功率作为前提的结果，因此，在总功率不同或激光光源的种类不同等的情况下，将导出与此不同的结果。因此，本发明所属技术领域的普通技术人员可利用本发明的原理并考虑已有的激光光源的种类及所需的功率大小、照射对象的特性等来导出最适合各种环境的激光束的数量。
图10为本发明一实施例的激光回流焊装置中的多个位置同时加工模式的概念图。
如图10所示，从多个激光照射部输出的激光束可呈正方形、长方形、圆形、椭圆形或其他形状，纵横比，例如短轴/长轴比为1/20以上且1/1以下。若纵横比小于1/20，在能量传递方面，无法发挥作为面光束的功能，1/1为理论上的最大值。
图10示出从以互相对称或非对称的方式设置的4个激光照射部310、320、330、340以相同功率或不同功率照射正方形激光束来在照射面上重叠各激光束并以单独或划分区域的方式对多个电子部件进行软熔(reflowing)例。
在图10中，可将在照射区域图示的四边形分别视作一个电子部件，还可视作具有多个电子部件的区域。在一个基板上按照区域配置不同种类的电子部件的情况下，可通过使用具有不同功率或波长的激光束来按照区域进行软熔，从而可同时对整个基板上的电子部件进行软熔。在此情况下，若向一部分区域适用图5所示的重叠结构，则例如，以同时重叠照射图10中的照射区域的右上端和右下端区域的方式调节激光模块320、330的激光束的方向和大小，并以互相对称的方式设置激光模块。在此情况下，在适用重叠结构的右上端和右下端区域内，可以期待在图5中所说明的基于重叠而产生的效果。
图11为本发明一实施例的激光回流焊装置的结构图。
在图11中，激光照射部的各激光模块310、320、330分别包括设置有冷却装置316、326、336的激光振荡器311、321、331、光束整形器312、322、332、光学透镜模块313、323、333、驱动装置314、424、334、控制装置315、325、335以及电源供给部317、327、337。
以下，除必要的情况之外，为了避免重复说明，以具有相同结构的各激光模块中的第一激光模块310为主来进行说明。
激光振荡器311生成具有规定范围的波长和输出功率的激光束。如一例，激光振荡器可以为具有“750nm至1200nm”、“1400nm至1600nm”、“1800nm至2200nm”或“2500nm至3200nm”的波长的激光二极管(Laser Diode，LD)、稀土掺杂光纤激光(Rare-Earth-DopedFiber Laser)或稀土掺杂晶体激光(Rare-Earth-Doped Crystal Laser)，与此不同地，可包括具有755nm的波长的用于释放亚历山大石激光的介质或具有1064nm或1320nm的波长的用于释放掺钕钇铝石榴石(Nd：YAG)激光的介质来实现。
光束整形器312(beam shaper)将从激光振荡器产生并通过光纤维传递的点(spot)形态的激光转换为具有平顶的面光源(Area Beam)形态。光束整形器312可包括方形光管(Square Light Pipe)、衍射光学器件(Diffractive Optical Element，DOE)或微透镜阵列(Micro-Lens Array，MLA)来实现。
光学透镜模块313通过调整在光束整形器中转换成面光源形态的激光束的形态和大小并向安装于印刷电路板的电子部件或照射区域照射。光学透镜模块通过多个透镜的结合来构成光学仪，将通过图12至图15，对这种光学仪的具体结构进行具体说明。
驱动装置314使激光模块的距离及位置相对于照射面产生移动，控制装置315通过控制驱动装置314来调整激光束到达照射面时的光束形状、光束面积大小、光束清晰度及光束照射角度。除驱动装置314之外，控制装置315还可综合控制激光模块310各个部分的动作。
另一方面，激光功率调整部370根据通过用户界面接收的程序或预设的程序来控制从与各激光模块310、320、330相对应的供电部317、327、337向各激光模块供给的电量。激光功率调整部370从一个以上的摄像机模块350接收照射面上的各部件、各区域状态信息或整体软熔状态信息，并根据上述信息控制各供电部317、327、337。与此不同地，还可向各激光模块310、320、330的控制装置315、325、335传递激光功率调整部370的控制信息，供给各控制装置315、325、335控制各个对应的供电部317而所需的反馈信号。并且，与图11不同地，还可通过一个供电部来向各激光模块分配电力，在此情况下，需在激光功率调整部370中控制电源供给部。
以下，将对用于实现图5中的激光重叠模式和图10中的多个位置同时加工模式或同时进行两种模式的并行模式的激光功率调整部370的动作进行说明。
在实现如图5所示的激光重叠模式的情况下，激光功率调整部370控制各激光模块及供电部317、327、337，使得从各激光模块310、320、330释放的激光束具有相同的光束形状、光束面积大小、光束清晰度及光束照射角度。
另一方面，在分配一个激光光源来向各激光模块输入的情况下，可使激光功率调整部370具有同时调节所分配的各激光束的功率和相位的功能。在此情况下，相比于使用单一激光的现有技术，整体功率并不减少，但是，能够以引导各激光束的抵消干扰的方式控制相位来明显改善光束平坦度，由此，可进一步增加能量效率。
另一方面，在实现如图10所示的多个位置同时加工模式的情况下，激光功率调整部370以使从各激光模块释放的激光束的一部分不同或全部不同的方式控制各激光束的光束形状、光束面积大小、光束清晰度、光束照射角度及光束波长中的一个以上。在此情况下，在分配一个激光光源来向各激光模块输入的情况下，可使激光功率调整部370具有同时调节所分配的各激光束的功率和相位的功能。
通过这种功能来调节激光束大小和功率，以此执行照射面内的多个电子部件与基板之间的接合或可去除照射面内的多个电子部件与基板之间的接合。尤其，在从基板上去除受损的电子部件的情况下，将激光束的面积按照相应电子部件区域最小化，来使得向基板上的相邻的其他电子部件或正常电子部件施加的激光束的热量最小化，由此，可仅去除作为去除对象的受损的电子部件。
另一方面，在按照多个激光模块释放具有不同波长的激光束的情况下，激光照射部可由个别激光模块构成，上述个别激光模块具有电子部件中的多个材料层(例：环氧塑封料层、硅层、焊接层)各自很好地进行吸收的波长。由此，本发明的与微米级厚度的电子部件有关的选择性激光回流焊***可选择性地使电子部件的温度和作为印刷电路板或电子部件电极之间的连接材料的焊料(SOLDER)等的中间接合材料的温度按不同的温度上升，来执行最佳的接合(Attaching or Bonding)或分离(Detaching or Debonding)工序。
具体地，透过电子部件的环氧塑封料层和硅层来使各激光束的所有能量被焊接层吸收，或者使激光束并不透过环氧塑封料层而是对电子部件的表面进行加热来使热量向电子部件下部的焊接部传递。
图12为适用于本发明一实施例的激光模块的光学仪的一例的结构图。
图12为可适用于本发明的结构最简单的光学仪，若从光束传输光纤维410释放的激光束通过凸透镜420来使焦点得到整列并向光束整形器430入射，则在光束整形器430将点形态的激光束转换为平顶(Flat-Top)形态的面光源A1，从光束整形器830输出的正方形激光束A1通过凹透镜440放大为所需的大小，并以所放大的面光源A2向成像面S照射。
图13为向图12中的光学仪适用掩模的情况的结构图。
通过光束整形器430的面光源B1通过凹透镜440放大成规定的大小，来成为向第一成像面S1照射的面光源B2。在需进一步放大上述面光源B2来使用的情况下，由于追加放大，面光源B2的边缘(edge)部分的边界可能变得不清楚，因此，在第一成像面S1设置掩模450来修整边缘，使得最终照射面在第二成像面S2中也获取边缘明确的照射光。
通过掩模450的面光源通过由一个以上的凸透镜和凹透镜组合而成的变焦透镜模块460来以按所需的大小进行缩小或放大的方式得到调整，从而在配置有电子部件的第二成像面S2形成四边形照射光B3。
图14为适用于本发明一实施例的激光模块的另一光学仪的结构图。
通过光束整形器430的正方形面光源C1通过凹透镜440放大成规定大小之后，经过至少一对圆筒形透镜470来实现放大或缩小，例如，朝向x轴方向放大或缩小C2，再次经过至少一对圆筒形透镜480来实现放大或缩小，例如，朝向y轴方向缩小或放大，从而转换为长方形形状的面光源C3。其中，圆筒形透镜为沿着长度方向切割圆柱形状的形态，根据沿着上下方向配置各透镜的形态，来放大或缩小激光束，根据透镜在配置有圆筒形透镜的表面上沿着x轴、y轴方向配置的形态来朝向x轴或y轴方向调节激光束。
接着，面光源C3通过由一个以上的凸透镜和凹透镜组合而成的变焦透镜模块460来以按所需的大小进行放大或缩小的方式得到调整，从而在配置有电子部件的第二成像面S2形成长方形照射光C4。
图15为在图14中的光学仪适用掩模的情况的结构图。
图15中的光学仪在采用图14中的光学仪的情况下，另外采用掩模来在结构上添加了修正激光束边缘的结构，相比于图14中的情况，可得到边缘更加清晰的最终面光源D5。
以上，在本说明书中，参照附图中所示的实施例进行了说明，来使本发明所属技术领域的普通技术人员能够容易理解本发明并可再现，本发明仅属于示例，只要是本技术领域的普通技术人员，就可通过本发明的实施例进行各种变形及实现等同范围内的其他实施例。因此，应仅通过发明要求保护范围来定义本发明的真正的技术保护范围。

Claims (5)

1.一种激光回流焊装置，用于在配置于工作台上的基板对电子部件进行软熔，其特征在于，
包括：
激光照射部，包括多个激光模块，上述激光模块用于向配置有上述电子部件的基板的至少一部分区域照射具有平顶功率曲线的激光束；
摄像部，由至少一个摄像机模块构成，用于拍摄通过上述激光束对上述电子部件进行软熔的过程；以及
激光功率调整部，根据上述摄像部的输出信号，生成用于对上述激光照射部的各激光模块进行独立控制的控制信号并施加到上述激光照射部，
各个上述激光模块的最大功率相同，从各个激光模块照射的各激光束的光束形状、光束面积大小及照射区域相同而互相重叠，
各个上述激光束在大部分的上述照射区域中引起相互之间的平坦化重叠，
内置于各个上述激光模块的光学仪包括：
光束整形器；
至少一对圆筒形透镜；
另一至少一对圆筒形透镜，朝向与上述至少一对圆筒形透镜呈直角的方向配置；以及
变焦透镜模块，由一个以上的凸透镜和凹透镜组合而成。
2.根据权利要求1所述的激光回流焊装置，其特征在于，各个上述激光束的波长相同。
3.根据权利要求2所述的激光回流焊装置，其特征在于，各个上述激光模块以互相对称的方式配置，各个上述激光束具有相同的光束照射角度。
4.一种激光回流焊方法，利用激光照射部，上述激光照射部由多个激光模块构成，以便在配置于工作台上的基板对电子部件进行软熔，上述激光回流焊方法的特征在于，
包括：
上述多个激光模块分别向配置有上述电子部件的区域照射激光束的步骤；
利用至少一个摄像机模块来拍摄通过上述激光束对上述电子部件进行软熔的过程的步骤；以及
根据上述摄像机模块的输出信号来生成用于对上述激光照射部的各激光模块进行独立控制的控制信号并施加到上述激光照射部的步骤，
在照射上述激光束的步骤中，使各个上述激光模块的功率相同，以使得从各个激光模块照射的各激光束的光束形状、光束面积大小及照射区域相同的方式使各个上述激光束重叠，
在照射上述激光束的步骤中，各个上述激光束相互之间将产生平坦化重叠。
5.根据权利要求4所述的激光回流焊方法，其特征在于，在照射上述激光束的步骤中，各个上述激光束的波长相同。
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