DE3925916A1 - Lichtstrahlbetriebene heizeinrichtung - Google Patents
Lichtstrahlbetriebene heizeinrichtungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft lichtstrahlbetriebene
bzw. lichtstrahlbetätigte Heizeinrichtungen bzw.
Heizmaschinen und insbesondere eine
lichtstrahlbetriebene Heizeinrichtung, in der die
Strahlungswärme eines Lichtstrahles verwendet wird, um
Lot- bzw. Lötmittel zu schmelzen, um hierdurch ein
Werkstück, wie z.B. ein elektronisches Bauteil, zu
löten.
Beispiele der vorerwähnten Einrichtungen bzw. Maschinen
sind Heizeinrichtungen, wie sie z.B. in den japanischen
Gebrauchsmusteranmeldungen und -Veröffentlichungen
3 269/1987 und 1 13 866/1987 dargestellt sind. Ein Beispiel
einer derartigen Anordnung von Heizeinrichtungen ist in
Fig. 7 dargestellt. In Fig. 7 bezeichnet das
Bezugszeichen 1 eine Lichtbogenlampe, die eine
punktförmige Lichtquelle 2 besitzt. Die Lichtbogenlampe
ist so angeordnet, daß ihre punktförmige Lichtquelle 2
an oder nahe dem ersten Brennpunkt eines elliptischen
Spiegels 3 angeordnet ist. Die Lichtbogenlampe 1 besitzt
eine Anode 4 und eine Kathode 5, zwischen denen eine
Betriebsspannung durch eine Lampenspannungsquelle (nicht
gezeigt) angelegt ist, um die punktförmige Lichtquelle 2
anzuregen. Die Heißlichtquellenlampe oder
Lichtbogenlampe ist z.B. eine Xenonlampe vom Typ mit
kurzem Lichtbogen.
Ein thermischer oder Wärmelichtstrahl, der von der
punktförmigen Lichtquelle 2 emittiert wird, wird durch
den elliptischen Spiegel 3 reflektiert. Der so
reflektierte Lichtstrahl wird weiter durch einen ersten
Planspiegel 6 reflektiert und anschließend durch einen
zweiten Planspiegel 7 reflektiert. Der Winkel des ersten
Planspiegels 6 und die Position des zweiten Spiegels 7
können präzise eingestellt werden. Z. B. kann die Lage
des zweiten Planspiegels 7 in horizontaler Richtung
genau durch eine Einstellvorrichtung 8 eingestellt
werden. Eine zylindrische Linse bzw. Optik 9 ist in dem
Pfad des Lichtstrahles angeordnet, der von dem zweiten
Planspiegel 7 reflektiert wird. Die Linse 9 wird unter
einem bestimmten Winkel gehalten und ihre Lage in
horizontaler Richtung kann exakt durch eine
Einstellvorrichtung 10 eingestellt werden.
Eine Lichtbegrenzungsplatte 11 ist in dem Pfad des
Lichtstrahles angeordnet, der von dem zweiten
Planspiegel 7 reflektiert wird, und zwar an der
Lichteinfallseite der zylindrischen Linse 9. Jede
Lichtbegrenzungsplatte 11 besteht aus zwei Platten, die
entlang der Längsrichtung der zylindrischen Linse 9
angeordnet sind. Der Abstand zwischen den beiden Platten
wird durch eine Abstandseinstellvorrichtung 12
gesteuert, um so die Breite des Lichtstrahles zu
verändern, der auf die zylindrische Linse 9 auftrifft.
Ein optisches System mit dem vorbeschriebenen ersten
Planspiegel 6, zweiten Planspiegel 7,
Einstellvorrichtungen 8 und 10, einer zylindrischen
Linse 9 und einer Lichtbegrenzungsplatte 11 ist in jedem
der vier Quadranten angeordnet, die die Mittelachse des
elliptischen Spiegels 3 umgeben. Nur zwei solcher
optischen Systeme sind in der Querschnittsdarstellung
nach Fig. 7 gezeigt.
In der so aufgebauten Heizeinrichtung bildet der
thermische oder Wärmelichtstrahl, der radial von der
Punktlichtquelle 2 abgestrahlt und durch den
elliptischen Spiegel 3 reflektiert wird, einen
bestimmten Lichtkonzentrationspfad (a) und er wird in
vier Richtungen durch die vier ersten Planspiegel 6,
angeordnet in der Form einer quadratischen Pyramide,
reflektiert, so daß vier optische Pfade (b) gebildet
werden. Die Lichtstrahlen in den optischen Pfaden (b)
werden durch die zweiten Planspiegel 7 reflektiert, um
optische Pfade (c) zu bilden, die so auf die
zylindrischen Linsen 9 auftreffen. Jede der
Lichtstrahlen wird durch die jeweilige zylindrische
Linse 9 in einer jeweiligen Brennpunktlinie des Lichtes
14 gesammelt, auch bezeichnet als linearer Spot 14. Die
vier linearen Lichtspots 14 werden auf eine gedruckte
Leiterplatte 13 fokussiert. Die linearen Lichtspots
werden nahe der Leitungsdrähte der elektronischen
Elemente 15, die die Werkstücke bilden, angewandt. Da
die Abschnitte der gedruckten Leiterplatten, die durch
die Lichtspots bestrahlt werden sollen, vorher mit Lot
bzw. Lotmaterial beschichtet worden sind, wird das Lot
durch die Strahlungswärme der Lichtspots 14 geschmolzen,
wodurch die Leitungsdrähte an der gedruckten
Leiterplatte 13 verlötet werden.
Bei der lichtstrahlbetätigten Heizeinrichtung der
vorerwähnten Art wird der einzelne Lichtstrahl, der
durch die Konzentration des Ausgangslichtstrahles der
Lichtpunktquelle 1 durch den elliptischen Spiegel 3
erhalten wird, in vier Lichtstrahlen mit den vier ersten
Planspiegeln 4 in einer Ebene, rechtwinklig zu der
optischen Achse des einzelnen Lichtstrahles unterteilt
und die vier Lichtstrahlen, die so gebildet sind, werden
auf die zylindrischen Linsen 9 durch die zweiten
Planspiegel 7 gegeben.
Fig. 8 zeigt eine Vorderansicht (Teil A) des
herkömmlichen optischen Lichtsammel- oder
Konzentrationssystemes, eine Seitenansicht (Teil B) des
Systems und ein Diagramm (Teil C) der
Lichtenergieverteilungsintensität in Längsrichtung des
linearen Lichtspots (Lichtlinien) 14. Fig. 4 ist eine
Querschnittsdarstellung des Lichtstrahles stromauf der
Linse 9 nach dem Schnitt A-A in Fig. 8. Die Linie B-B in
Fig. 9 repräsentiert die Längsrichtung des linearen
Lichtspots. Bei Konzentration bzw. Sammlung durch die
Linse 9 zu einer einzigen Linie auf der gedruckten
Leiterplatte 13 variiert die Intensität, wie in Teil C
von Fig. 8 gezeigt. Tatsächlich ist die Intensität in
der Mitte der fokussierten Lichtlinie übermäßig
unterschiedlich von derjenigen an den Enden der
Lichtlinie 14.
Es ist demzufolge ein Ziel der vorliegenden Erfindung,
die vorerläuterten Schwierigkeiten in Verbindung mit
herkömmlichen lichtstrahlbetriebenen Heizeinrichtungen
oder -Maschinen zu beseitigen. Insbesondere besteht ein
Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine
lichtstrahlbetriebene Heizeinrichtung zu schaffen, bei
der die Lichtenergieunterschiede des Lichtstrahles in
Längsrichtung des linearen Lichtspots minimiert sind,
wodurch die Energieverteilung in einem Maße
vergleichmäßigt werden kann, wie dies für eine
praktische Verwendung vorteilhaft ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer
lichtstrahlbetriebenen Heizeinrichtung nach der
vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß dann, wenn
zumindest ein Lichtstrahl, der in seiner
Intensitätsverteilung in einer Richtung in einer Ebene
rechtwinklig zu seiner optischen Achse ungleichmäßig
ist, in eine Richtung, rechtwinklig zu der erstgenannten
Richtung konzentiert wird, um einen linearen Lichtspot
zu bilden, der Lichtstrahl in der einen, erstgenannten
Richtung durch eine Streueinrichtung diffus gestreut
wird.
Bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes
sind in den Unteransprüchen dargelegt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines
Ausführungsbeispieles und zugehöriger Zeichnungen näher
erläutert. In diesen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung, die ein Beispiel
eines lichtkonzentrierenden, optischen Systems
zeigt, bei dem das technische Konzept der vor
liegenden Erfindung angewandt ist. Insbesondere
sind die Teile (A) und (B) von Fig. 1 eine Vor
deransicht und eine Seitenansicht des das Licht
zusammenfassenden bzw. konzentrierenden opti
schen Systems und der Teil (C) von Fig. 1 ist
ein Diagramm, das die Energieverteilung in
Längsrichtung eines linearen Lichtspots zeigt,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung, die ein opti
sches Element zeigt, das in einem das Licht kon
zentrierenden optischen System nach der vorlie
genden Erfindung angewandt wird,
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung, die eine Modi
fikation des optischen Elementes nach Fig. 2 für
die Anwendung im Rahmen der vorliegenden Erfin
dung zeigt,
Fig. 4, 5 und 6 Anordnungen von anderen Beispielen
nicht konzentrierender optischer Systeme, an
denen das technische Konzept der vorliegenden
Erfindung angewandt ist. Im einzelnen zeigen
die Teile (A) von Fig. 4, 5 und 6 Seitenan
sichten des lichtkonzentrierenden optischen
Systems und die Teile (B) von Fig. 4, 5 und
6 sind Diagramme, die die jeweiligen Energie
verteilungen in Längsrichtung des jeweiligen
linearen Lichtspots zeigen,
Fig. 7 die Anordnung einer herkömmlichen lichtstrahl
betätigten Heizeinrichtung,
Fig. 8 die Anordnung eines herkömmlichen lichtkonzen
trierenden optischen Systems. Im einzelnen sind
die Teile (A) und (B) von Fig. 8 eine Vorderan
sicht und eine Seitenansicht des herkömmlichen
lichtkonzentrierenden optischen Systems und der
Teil (C) von Fig. 8 ist ein Diagramm, welches
eine Energieverteilung in Längsrichtung des
linearen Lichtspots zeigt,
Fig. 9 eine Seitenansicht eines Lichtstrahles, der in
seiner Intensitätsverteilung ungleichmäßig ist,
in einer Richtung in einer Ebene rechtwinklig
zur optischen Achse.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen im einzelnen erläutert. Das
technische Konzept der Erfindung wird auf eine
lichtstrahlbetätigte Heizeinrichtung angewandt, von der
Art, wie sie in Fig. 7 gezeigt ist. Ihr spezielles,
erfindungsgemäßes Merkmal besteht in einem
lichtkonzentrierenden optischen System, durch das ein
Lichtstrahl, der in einer Richtung in einer Ebene, die
rechtwinklig zur optischen Achse 0 verläuft, wie dies in
Fig. 9 gezeigt ist, in seiner Intensitätsverteilung
ungleichmäßig ist, als ein linearer Lichtspot 14 auf
eine gedruckte Leiterplatte 13 angewandt wird.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist ein
optisches Element zur Bildung bzw. als Teil des
lichtkonzentrierenden optischen Systems, wie es in den
Teilen (A) und (B) von Fig 1 und 2 gezeigt ist, auf:
einen zylindrischen Linsenabschnitt 21, der eine in eine
Richtung wirksame Lichtkonzentrationseinrichtung bildet,
um einen einfallenden Lichtstrahl in einen linearen
Lichtspot 14′ zu konzentrieren, und einen
Ausnehmungsabschnitt 22 mit einer bogenförmigen
Oberfläche von bestimmtem Radius, die in der dem
einfallenden Licht zugewandten Oberfläche ausgebildet
ist derart, daß der bogenförmige Abschnitt einen
konstanten Radius in Längsrichtung des zylindrischen
Linsenabschnittes 21 aufweist. In dem optischen Element
20 ist der ausgenommene Abschnitt 22 eine Streu- oder
Diffusionseinrichtung zum Streuen des einfallenden
Lichtstrahles in Längsrichtung des zylindrischen
Linsenabschnittes 21, d.h. in der Richtung (B-B in Fig.
9), in der der einfallende Lichtstrahl in seiner
Intensitätsverteilung ungleichmäßig ist. Somit ist das
optische Element 20 nicht nur als in einer Richtung
wirksame Lichtkonzentrationseinrichtung zum
Konzentrieren des einfallenden Lichtstrahles zu einem
linearen Lichtspot 14 wirksam, sondern auch als
Diffusionseinrichtung zum Streuen des einfallenden
Lichtstrahles in einer Richtung rechtwinklig zu der
Lichtkonzentrationsrichtung.
Mit dem optischen Element 20 wird der einfallende
Lichtstrahl in einen linearen Lichtspot oder eine
fokussierte Lichtlinie konzentriert, während er zugleich
in einer Richtung rechtwinklig zu der
Lichtkonzentrationsrichtung gestreut wird, wodurch die
Differenz in der Lichtenergieintensität des
Lichtstrahles zwischen dem Mittelabschnitt und dem
Endabschnitt des linearen Lichtspots 14′ minimiert ist
und die Energieverteilung eher nahezu gleichmäßig in dem
Maße ist, daß sie praktisch verwendbar ist. Der
einfallende Lichtstrahl wird in Längsrichtung des
optischen Elementes 20 nach der Erfindung gestreut.
Daher wird die Länge der langen Seite des linearen
Lichtspots, die z.B. im Bereich von 28 mm im Stand der
Technik liegt, auf ungefähr 35 mm bei der Erfindung
erhöht. Entsprechend wird der Bereich bzw. die Fläche,
die erhitzt und gelötet werden kann, erhöht. Somit kann
sogar ein elektronisches Bauteil, das eine Anzahl von
Anschlüssen in einer Linie aufweist, wie z.B. ein großer
flacher Paket-IC, durch einen Strahlungs-Heizvorgang
verlötet werden.
In dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel ist der
Ausnehmungsabschnitt 22 oder die Diffusionseinrichtung
integral einstückig mit dem zylindrischen
Linsenabschnitt 21. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, kann eine
Diffusionslinse 24 mit einer Ausnehmung 22 und einer
zylindrischen Linse 21 auch jeweils separat voneinander
ausgebildet sein. Wenn in diesem Fall die
Diffusionslinse 24 so gestaltet ist, daß sie in Richtung
ihrer optischen Achse in bezug auf die zylindrische
Linse 21 bewegbar ist, dann kann der zusammengesetzte
Brennpunkt mit der zylinderischen Linse 21 leicht
eingestellt werden. In dem oben erläuterten
Ausführungsbeisiel ist die Diffusionseinrichtung ein
Ausnehmungsabschnitt 22 mit einer Bogenfläche, die in
einer Richtung konstant ist, die
Oberflächenkonfiguration des Ausnehmungsabschnittes 22
ist jedoch nicht hierauf oder hierdurch beschränkt. Das
heißt, es kann ein Ausnehmungsabschnitt 22 A, der, wie in
dem Teil (A) von Fig. 4 dargestellt ist, Bogenflächen
aufweisen, die in einer Richtung nicht glatt miteinander
verbunden sind oder ineinander übergehen oder ein
Ausnehmungsabschnitt (B), der, wie in Fig. 5 Teil (A)
gezeigt ist, hat flache Oberflächen, die nicht glatt
miteinander in einer Richtung verbunden sind bzw.
ineinander übergehen oder es kann ein
Ausnehmungsabschnitt 22 C gewählt werden, der, wie als
Teil (A) in Fig. 6 gezeigt ist, eine parabolische
Oberfläche besitzt. Im einzelnen hat der
Ausnehmungsabschnitt 22 A, wie er in dem Teil (A) von
Fig. 4 gezeigt ist, Bogenflächen von gleichem Radius,
die aber nicht glatt in einer Ebene P rechtwinklig zur
Längsachse des optischen Elementes 20 A, die die optische
Achse 0 enthält, verbunden sind und die symmetrisch zu
einer Ebene P sind. Der Ausnehmungsabschnitt 22 B, wie er
als Teil (A) von Fig. 5 dargestellt ist, besitzt flache
Oberflächen, die nicht in der Ebene P glatt ineinander
übergehend miteinander verbunden sind und die in bezug
auf die optische Achse 0 unter dem gleichen Winkel
geneigt sind und die symmetrisch in bezug auf die Ebene
P verlaufen. Im Falle des Teiles (A) nach Fig. 6 ist die
Oberfläche des Ausnehmungsabschnittes 22 C glatt in der
Ebene P verbunden bzw. ineinander übergeführt. Mit
diesen optischen Elementen können Energieverteilungen in
Längsrichtung jeweils der linearen zugehörigen
Lichtspots erreicht werden, wie sie in den Teilen (B)
nach den Fig. 4, 5 und 6 jeweils dargestellt sind.
In dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel ist der
einzelne Lichtstrahl von einer Lichtquelle in vier
Lichtstrahlen in einer Ebene unterteilt, die
rechtwinklig zur optischen Achse des einzelnen
Lichtstrahles verläuft und die vier so gebildeten
Lichtstrahlen werden verwendet, um vier lineare
Lichtspots zu bilden, d.h. vier optische Systeme sind
gebildet.
Die Anzahl solcher optischen Systeme ist jedoch nicht
nur auf vier begrenzt. Das heißt, das technische Konzept
der Erfindung ist auch auf eine Vielzahl solcher
optischen Systeme anwendbar, deren Anzahl der Anzahl von
Teilen oder Abschnitten entspricht, die durch Erwärmung
oder Erhitzung in einem Verarbeitungsschritt behandelt
werden sollen und ist ebenfalls auf ein einziges
optisches System anwendbar.
Bei der lichtstrahlbetriebenen Heizeinrichtung nach der
vorliegenden Erfindung wird, wenn zumindest ein
Lichtstrahl, der in seiner Intensitätsverteilung in
einer
Richtung in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse
ungleichmäßig ist, in einer Richtung rechtwinklig zu der
einen, erstgenannten Richtung konzentriert, um einen
linearen Lichtspot zu bilden, und der Lichtstrahl wird
in der einen, erstgenannten Richtung durch die
Diffusionseinrichtung gestreut. Im Ergebnis ist die
Differenz in der Energieintensität bezüglich der
Lichtstärke des Lichtstrahles in Längsrichtung des
linaren Lichtspots minimiert und entsprechend ist die
Energieverteilung in einem Maße vergleichmäßigt, wie es
über den wesentlichen Gebrauch praktisch ist und
außerdem wird die lange Seite des linearen Lichtspots in
ihrer Länge vergrößert, so daß die Fläche, die einer
Strahlungserwärmung in einem Bestrahlungsvorgang
unterzogen werden kann, zunimmt.
Die Erfindung betrifft eine lichtstrahlbetriebene
Heizeinrichtung oder Heizmaschine zur Konzentration von
Licht zu einer fokussierten Lichtlinie zum Löten oder
dgl. Die Einrichtung bildet mehrere Strahlen aus einer
einzigen Quelle, wobei jeder Strahl eine ungleichmäßige
Intensität entlang einer ersten Achse aufweist, die in
einer Ebene rechtwinklig zur optischen Achse der
Einrichtung verläuft. Der Strahl wird durch eine Sammel-
oder Konzentrationslinse entlang einer zweiten Achse in
der gleichen Ebene wie und rechtwinklig zu der ersten
Achse konzentriert, um hierdurch eine Lichtlinie zu
bilden, die eine ungleichmäßige Intensität entlang der
Linie aufweist. Eine Streu- oder Diffusionseinrichtung
ist angeordnet, um den Strahl aufzufangen und den
Lichtstrahl entlang der ersten Achse zu streuen, um
hierdurch die Ungleichmäßigkeit der Lichtintensität zu
vermindern.
Claims (5)
1. Lichtstrahlbetriebene Heizeinrichtung der Art, bei
der zumindest ein Lichtstrahl, der in seiner Intensität
entlang einer Achse in einer Ebene rechtwinklig zur
optischen Achse der Einrichtung ungleichmäßig ist,
entlang einer zweiten Achse rechtwinklig zu und in der
gleichen Ebenen wie die erste Achse durch eine
Konzentrationslinse bzw. Sammellinse konzentriert wird,
um eine Lichtlinie zu bilden, die auf ein Werkstück
fokussiert wird, wobei die Lichtlinie eine Längsachse
besitzt, die sich entlang der einen Achse erstreckt und
eine Breite aufweist, die sich entlang der zweiten Achse
erstreckt, gekennzeichnet durch:
eine Lichtdiffusionseinrichtung (22, 22 A, 22 B, 22 C), angeordnet im Pfad des Lichtstrahles zur Streuung des Lichtstrahles entlang der einen Achse, um die Ungleichmäßigkeit der Intensitätsverteilung zu vermindern.
eine Lichtdiffusionseinrichtung (22, 22 A, 22 B, 22 C), angeordnet im Pfad des Lichtstrahles zur Streuung des Lichtstrahles entlang der einen Achse, um die Ungleichmäßigkeit der Intensitätsverteilung zu vermindern.
2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Lichtdiffusionseinrichtung (22,
22 A bis 22 C) stromauf der Konzentrations- oder
Sammellinse (21) in bezug auf den Lichtstrahl angeordnet
ist.
3. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Lichtdiffusionseinrichtung (22)
eine Diffusionslinse (22) ist, die eine Oberfläche
besitzt, die zumindest im wesentlichen konkav im
Querschnitt entlang der einen Achse ist und im
wesentlichen flach im Querschnitt entlang der zweiten
Achse ist.
4. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionseinrichtung
(22) und die Konzentrationslinse (21) als eine integrale
Streu-/Sammellinse in orthogonaler Achsenanordnung
ausgebildet ist.
5. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung von der Art
ist, die vier derartiger Lichtstrahlen aufweist, die in
ihrer Intensität entlang jeweils einer Achse in einer
Ebene rechtwinklig zu der optischen Achse der
Einrichtung ungleichmäßig sind, und entlang jeweils
zweiter Achsen rechtwinklig zu und in der gleichen Ebene
Wie die ersten Achsen durch vier jeweilige Sammel- oder
Konzentrationslinsen konzentriert sind, um vier
Lichtlinien zu bilden, die auf jeweilige Werkstücke
fokussiert sind, wobei jede Lichtlinie eine Längsachse
aufweist, die sich entlang der jeweiligen einen Achse
erstreckt und eine Breite besitzt, die entlang einer
jeweiligen zweiten Achse sich erstreckt, dadurch
gekennzeichnet, daß vier Diffusionseinrichtungen jeweils
in den Pfaden der Lichtstrahlen angeordnet sind, um die
Strahlen entlang der jeweiligen einen Achse zu streuen
und die Ungleichmäßigkeit der Intensitätsverteilung zu
vermindern.
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