JP2018176247A - Laser type soldering method and laser type soldering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザー光を使用してはんだ付けを行うレーザー式はんだ付け方法及び当該方法の実施に用いるレーザー式はんだ付け装置に関するものである。 The present invention relates to a laser soldering method for soldering using a laser beam and a laser soldering apparatus used for carrying out the method.
従来から、レーザー光を用いてプリント基板と電子部品とのはんだ付けすべき部分（はんだ付けポイント）をはんだ付けする技術は知られている。例えば、特許文献１には、レーザー光を出力するためのレーザー発振器と、レーザー発振器から出力されたレーザー光をはんだ付けポイントに照射する照射ヘッドと、はんだ付けポイントに線状はんだを供給するはんだ供給装置と、レーザー発振器の出力を制御するコントローラとを有するレーザー式はんだ付け装置が開示されている。このレーザー式はんだ付け装置は、前記コントローラからの制御信号に応じた強度のレーザー光をレーザー発振器から出力させてはんだ付けポイントを加熱すると共に、該はんだ付けポイントに供給される線状はんだを前記レーザー光により溶融させて、はんだ付けを行うものである。
BACKGROUND ART Conventionally, there is known a technique of soldering a portion (soldering point) to be soldered between a printed circuit board and an electronic component using a laser beam. For example,
このとき、前記レーザー式はんだ付け装置には、赤外線により温度を測定する非接触式の温度センサ（放射温度計）を設け、この放射温度計により、前記はんだ付けポイントから放射される赤外線を受光して、受光した赤外線量から前記はんだ付けポイントの温度をリアルタイムで測定し、その測定温度に基づいて、はんだ付けポイントの温度が常に最適な温度（目標温度）になるように前記レーザー光の出力が増減制御される。 At this time, the laser soldering apparatus is provided with a non-contact temperature sensor (a radiation thermometer) that measures temperature by infrared radiation, and the radiation thermometer receives infrared radiation emitted from the soldering point. The temperature of the soldering point is measured in real time from the amount of infrared rays received, and based on the measured temperature, the output of the laser beam is always such that the temperature of the soldering point is always the optimum temperature (target temperature) It is controlled to increase or decrease.
ところで、前記放射温度計によりはんだ付けポイントの温度を測定する場合には、該はんだ付けポイントにおける赤外線の放射率を予めコントローラに設定し、その放射率に基づいて温度が測定される。ところが、物体の放射率は材質ごとに固有の値があり、また、物体の表面状態によっても放射率は異なるため、前記はんだ付けポイントが複数の金属を含む場合、どの金属の放射率を設定すべきかの選択が非常に難しく、選択を誤ると、正確な温度測定ができないため、前記レーザー光の出力を正確に制御することはできない。 By the way, when measuring the temperature of a soldering point by the said radiation thermometer, the emissivity of the infrared rays in this soldering point is preset to a controller, and temperature is measured based on the emissivity. However, since the emissivity of the object has an inherent value for each material, and the emissivity also differs depending on the surface condition of the object, when the soldering point includes a plurality of metals, the emissivity of any metal should be set. It is very difficult to select the correct way, and if the selection is wrong, accurate temperature measurement can not be performed, so the output of the laser beam can not be accurately controlled.
例えば、前記はんだ付けポイントが、プリント基板に形成された端子と、電子部品のリードである場合、両者は異なる金属素材（例えば、銅、銀、金、錫など）で形成されていて、互いの放射率が異なるため、何れか一方の金属素材の放射率を設定する必要があるが、一方の放射率を設定しても、複数のはんだ付けポイントの中に、前記端子とリードとの位置が少しでもずれているものがあると、そのはんだ付けポイントで、放射温度計による測定対象が、端子からリードに変化したり、又はリードから端子に変化し、それによって測定誤差を生じ易い。また、はんだ付けポイントに線状はんだが供給され、この線状はんだがレーザー光により溶融されてはんだ付けポイントに拡散すると、拡散したはんだで前記端子又はリードが覆われるため、その時点で放射温度計の測定対象がはんだに変わり、錫を主成分とするはんだの放射率は前記端子及びリードの放射率と異なることから、測定温度にばらつきが発生する。放射率を錫に設定しても、はんだから蒸散したフラックスではんだ付けポイントが覆われるため、これによっても測定温度がばらつき易くなる。 For example, when the soldering point is a terminal formed on a printed circuit board and a lead of an electronic component, both are formed of different metal materials (for example, copper, silver, gold, tin, etc.) and are mutually Since the emissivity is different, it is necessary to set the emissivity of one of the metal materials, but even if one of the emissivitys is set, the positions of the terminals and the leads are in the plurality of soldering points. If there is even a slight deviation, at the soldering point, the object to be measured by the radiation thermometer changes from the terminal to the lead, or from the lead to the terminal, which tends to cause measurement error. In addition, a linear solder is supplied to the soldering point, and when the linear solder is melted by laser light and diffused to the soldering point, the diffused solder covers the terminal or the lead, so that the radiation thermometer at that time The object of measurement is changed to solder, and since the emissivity of the tin-based solder is different from the emissivity of the terminals and the leads, the measurement temperature varies. Even if the emissivity is set to tin, since the soldering point is covered with flux evaporated from the solder, this also makes the measured temperature more likely to vary.
このように、従来は、放射温度計によってはんだ付けポイントの温度をリアルタイムで測定し、その測定温度が目標温度になるようにレーザー光の出力を制御していたが、様々な原因によって測定温度にばらつきが発生するため、レーザー光の出力を目標温度に合わせて高精度に制御するのが難しく、はんだ付けポイントが適正な温度に加熱されないことによってはんだ不良を起こすケースが多かった。 As described above, conventionally, the temperature of the soldering point was measured in real time by a radiation thermometer, and the output of the laser light was controlled so that the measured temperature becomes the target temperature. Since variations occur, it is difficult to control the output of the laser light with high accuracy in accordance with the target temperature, and in many cases, a solder failure occurs because the soldering point is not heated to the appropriate temperature.
本発明は、前述のような事情に鑑みてなされたもので、はんだ付けポイントが目標温度に加熱されるようにレーザー光の出力を精度良く制御し、それによって品質の高いはんだ付けを行うことができるようにすることを技術的課題とするものである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and the output of laser light is precisely controlled so that the soldering point is heated to the target temperature, thereby performing high quality soldering. It is a technical task to make it possible.
前記課題を解決するため、本発明は、レーザー光を照射してはんだ付けポイントを予熱する第１工程と、供給されたはんだをレーザー光により溶融させてはんだ付けポイントに拡散させる第２工程と、はんだ付けポイントに拡散したはんだをレーザー光で後加熱する第３工程とを有するレーザー式はんだ付け方法において、はんだ付けを行う前に、前記第１、第２、第３の工程について、はんだ付けポイントを目標温度に加熱するために必要なレーザー光の出力及び照射時間に基づいて、該レーザー光の出力及び照射時間を制御するための制御波形を設定すると共に、前記目標温度より高い上限温度を設定し、前記第１、第２、第３の工程に沿ってはんだ付けを行う際に、前記レーザー光の出力及び照射時間を前記制御波形に基づいて波形制御すると共に、はんだ付けポイントの温度を放射温度計により測定して前記上限温度と比較し、測定温度が上限温度より低い場合はそのまま前記波形制御を行い、測定温度が上限温度を上回ったとき、前記波形制御を解除してレーザー光の出力を低下させる制御を行うことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention comprises a first step of irradiating laser light to preheat a soldering point, and a second step of melting supplied solder by laser light and diffusing it to the soldering point; In the laser type soldering method having a third step of post-heating the solder diffused to the soldering point with laser light, the soldering point of the first, second and third steps before soldering is performed The control waveform for controlling the output of the laser light and the irradiation time is set based on the output of the laser light and the irradiation time required to heat the target temperature to the target temperature, and the upper limit temperature higher than the target temperature is set. When soldering is performed along the first, second, and third steps, the output of the laser beam and the irradiation time are controlled based on the control waveform. The temperature of the soldering point is measured by a radiation thermometer and compared with the upper limit temperature, and when the measurement temperature is lower than the upper limit, the waveform control is performed as it is, and the measurement temperature exceeds the upper limit temperature. It is characterized by performing control which cancels waveform control and reduces the output of a laser beam.
本発明においては、第１−第３の何れかの工程中に前記測定温度が上限温度を上回った場合に、レーザー光の出力を低下させる制御をその工程が終了するまで続け、次の工程で前記レーザー光の制御を波形制御に戻すことでもよく、または、レーザー光の出力を低下させる制御によって前記測定温度が上限温度を下回った場合、下回った時点で前記レーザー光の制御を波形制御に戻すことでもよい。 In the present invention, when the measured temperature exceeds the upper limit temperature during any of the first to third steps, control to reduce the laser light output is continued until the end of the step, and in the next step The control of the laser beam may be returned to the waveform control, or when the measured temperature falls below the upper limit temperature by the control to reduce the output of the laser beam, the control of the laser beam is returned to the waveform control at the time of falling below. It may be.
さらに、前記課題を解決するため、本発明によれば、レーザー光を出力するレーザー発振器と、該レーザー発振器からのレーザー光をはんだ付けポイントに向けて照射する照射ヘッドと、前記はんだ付けポイントの温度を測定する放射温度計と、前記はんだ付けポイントにはんだを供給するはんだ供給装置と、はんだ付け装置全体を制御プログラムに従って制御する制御装置とを有し、前記制御装置は、はんだ付けポイントを目標温度に加熱するために必要なレーザー光の出力及び照射時間が制御波形として入力されると共に、目標温度より高い上限温度が入力されていて、はんだ付け時に、前記レーザー光を、前記制御波形で設定された出力及び照射時間に基づいて波形制御すると共に、放射温度計で測定されたはんだ付けポイントの温度と上限温度とを比較し、測定温度が上限温度より低い場合は前記レーザー光をそのまま波形制御し、測定温度が上限温度を上回ったときに、前記波形制御を解除してレーザー光の出力を低下させる制御を行うように構成されている、
ことを特徴とするレーザー式はんだ付け装置が提供される。
Furthermore, to solve the above problems, according to the present invention, a laser oscillator for outputting laser light, an irradiation head for irradiating laser light from the laser oscillator toward a soldering point, and a temperature of the soldering point A radiation thermometer for measuring the temperature, a solder supply device for supplying solder to the soldering point, and a control device for controlling the entire soldering device according to a control program, the control device having a target temperature for soldering point And the upper limit temperature higher than the target temperature is input, and the laser beam is set by the control waveform at the time of soldering. Control the waveform based on the measured output and irradiation time, and the temperature of the soldering point measured by the radiation thermometer Compared with the upper limit temperature, if the measurement temperature is lower than the upper limit temperature, the waveform control of the laser light is performed as it is. If the measurement temperature exceeds the upper limit temperature, the waveform control is released to reduce the output of the laser light Configured to perform control,
There is provided a laser type soldering apparatus characterized in that.
本発明は、レーザー光の出力及び照射時間を、予め設定した制御波形に沿って制御するようにしているため、はんだ付けポイントが目標温度に加熱されるようにレーザー光の出力を精度良く制御し、それによって品質の高いはんだ付けを行うことができる。また、上限温度を設定し、放射温度計による測定温度がこの上限温度を上回った場合に、波形制御を解除してレーザー光の出力を低下させる温度制御を行うようにしているので、はんだ付けポイントの温度が異常上昇することによる基板や電子部品の損傷や不良はんだ等を防止することができる The present invention controls the output of laser light and the irradiation time according to a preset control waveform, so that the output of laser light can be precisely controlled so that the soldering point is heated to the target temperature. Therefore, high quality soldering can be performed. In addition, the upper limit temperature is set, and when the temperature measured by the radiation thermometer exceeds this upper limit, waveform control is canceled and temperature control is performed to reduce the laser light output, so soldering point Damage to the substrate and electronic components due to the abnormal
以下に、本発明に係るレーザー式はんだ付け方法及びレーザー式はんだ付け装置について、図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, the laser soldering method and the laser soldering apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１は、はんだ付け装置１の第１実施形態を示すもので、このはんだ付け装置１は、レーザー光Ｂを出力するレーザー発振器２と、レーザー発振器２から出力されたレーザー光Ｂを、プリント基板２０上のはんだ付けポイントＰに集光状態で照射する照射ヘッド３と、前記レーザー発振器２を制御するためのレーザーコントローラー４と、前記はんだ付けポイントＰに線状はんだ１５を供給するためのはんだ供給装置５と、前記はんだ付けポイントＰから放射される赤外線（放射赤外線）を受光して該ポイントＰの温度を非接触で測定する放射温度計６と、このはんだ装置１全体を設定されたプログラムに従って自動的に制御する制御装置７とを有している。
FIG. 1 shows a first embodiment of a
前記はんだ付けポイントＰは、図２（ａ），（ｂ）に示すように、プリント基板２０に形成された環状の端子２１と、電子部品２３から延出するリード２２であり、該リード２２は、前記端子２１の内部に下から上向きに挿入されている。
The soldering point P is, as shown in FIGS. 2A and 2B, an
前記照射ヘッド３は、略円筒形状の外形を有し、その側面には、前記レーザー発振器２に通じる第１の光ファイバー８が接続され、レーザー発振器２から出力されたレーザー光Ｂが該光ファイバー８を通って照射ヘッド３の内部へと導かれるように構成されている。そして、前記照射ヘッド３の内部には、導入されたレーザー光Ｂの向きを変える半透鏡や、レーザー光Ｂをはんだ付けポイントＰにて所定径に集光させる光学レンズ等の、光学部品（図示略）が内蔵されている。また、前記照射ヘッド３におけるはんだ付けポイントＰと対向する先端部には、照射口３ａが設けられていて、前記光学部品を通過したレーザー光Ｂが、当該照射口３ａからはんだ付けポイントＰに向けて照射されるように成っている。
The
さらに、前記照射ヘッド３の側面における、前記第１の光ファイバー８が接続された部分と異なる位置には、前記放射温度計６に通じる第２の光ファイバー１２が接続されており、はんだ付けポイントＰから放射された放射赤外線が、この第２の光ファイバー１２を通じて放射温度計６で受光されるように構成されている。すなわち、前記はんだ付けポイントからの放射赤外線は、前記照射ヘッド３の照射部３ａを通じて該照射ヘッド３の内部に至り、レーザー光Ｂが通過する前記光学部品を透過して該照射ヘッド３の基端側へと進んだあと、レンズや半透鏡等からなる光学ユニット１３を通じて前記第２の光ファイバー１２内に導かれ、該光ファイバー１２を介して前記放射温度計６に伝送される。
Furthermore, a second
そして、前記放射温度計６では、受光した放射赤外線のエネルギー量に基づいてはんだ付けポイントＰの温度Ｈ１が求められ、求められた測定温度Ｈ１に比例する測定温度信号（温度データ）がレーザーコントローラ４を経由して前記制御装置７に送られる。なお、放射温度計６で得られた温度データはレーザーコントローラ４を経由せずに、そのまま制御装置７に送られてもよい。
Then, in the
また、前記照射ヘッド３の基端部には、ＣＣＤカメラ１０がレーザー光Ｂと光軸Ｌを一致させて取り付けられており、このＣＣＤカメラ１０で前記照射口３ａを通じてはんだ付けポイントＰを撮像できるようになっている。ＣＣＤカメラ１０で撮像した前記はんだ付けポイントＰの画像は、前記制御装置７を介してモニター１１に表示され、はんだ付け前には、モニター１１に表示された画像を見ながら、はんだ付けポイントＰに対するレーザー光Ｂの照準調整を行うのに使用したり、また、はんだ付け作業時には、前記はんだ付けポイントＰの状態を観察することができる。
Further, a
前記はんだ供給装置５は、例えば、プーリーに巻いた線状のはんだ１５を所要量ずつはんだ付けポイントＰに向けて送るためのものである。はんだ供給装置５は、はんだ付けポイントＰの近くに配置されたはんだガイド１６を有し、はんだ付け作業時に、前記制御装置７から、はんだ１５の供給タイミングや供給量等の制御指令を受け、その制御指令に応じてはんだガイド１６からはんだ１５がはんだ付けポイントＰに供給される。そして、レーザーコントローラー４から発振制御の指令を受けたレーザー発振器２が、所定の出力及び照射時間でレーザー光Ｂを出力し、そこにはんだ１５を供給することで、レーザー光Ｂにより該はんだ１５が加熱溶融されてはんだ付けが行われるように構成されている。
The
次に、前記構成を有するはんだ付け装置１を使用して、はんだ付けポイントＰをはんだ付けする方法について説明する。
Next, the method of soldering the soldering point P using the
本発明で実施されるはんだ付け工程は、図３（ａ）に示すように、レーザー光Ｂをはんだ付けポイントＰに照射して該はんだ付けポイントＰを予備加熱する第１工程Ｓ１と、図３（ｂ）に示すように、はんだ供給装置５からはんだ付けポイントＰに線状はんだ１５を供給し、この線状のはんだ１５をレーザー光Ｂにより加熱、溶融させて該はんだ付けポイントＰに拡散（濡れ）させる第２工程Ｓ２と、図３（ｃ）に示すように、はんだ付けポイントＰに拡散したはんだ１５をレーザー光Ｂで後加熱し、はんだ付けに必要な金属加工物が生成されるように仕上げる第３工程Ｓ３との、３つの工程に分かれている。
In the soldering process carried out in the present invention, as shown in FIG. 3A, a first process S1 of irradiating the soldering point P with laser light B to preheat the soldering point P; As shown in (b), the
本発明においては、前記第１−第３行程のはんだ付けを行うに先立ち、前工程として、前記制御装置７に対し、前記レーザー光Ｂの出力（Ｗ）及び照射時間（秒）を制御するための制御波形Ｃ（図４参照）を入力する制御波形Ｃの設定と、前記放射温度計６により温度を測定する測定対象の設定、及び、前記測定対象の材質に応じた放射率の設定等が行われる。本実施形態においては、前記放射温度計６による温度の測定対象がはんだ１５に設定されているため、前記放射率は、はんだ１５の主成分である錫に設定されている。また、前記制御装置７には、はんだ付けポイントＰの上限温度Ｈ２（図５、図６参照）が設定されると共に、前記放射温度計６による測定温度Ｈ１がこの上限温度Ｈ２を上回った場合（図６参照）に、前記制御波形Ｃによる制御から離れて前記レーザー光Ｂの出力を下げるような制御プログラムが設定されている。
In the present invention, in order to control the output (W) and the irradiation time (seconds) of the laser beam B with respect to the
前記制御波形Ｃは、第１−第３工程毎に、はんだ付けポイントＰの加熱目標温度と、はんだ付けポイントをこのはんだ付けポイントＰを目標温度にまで加熱するために必要なレーザー光Ｂの出力及び照射時間を求めることにより、決められる。 The control waveform C is, for each of the first to third steps, the heating target temperature of the soldering point P and the output of the laser beam B necessary to heat the soldering point to the target temperature. And by determining the irradiation time.
前記加熱目標温度は、はんだ付けポイントＰを形成する端子２１やリード２２の材質、形状、大きさ、表面状態等により、前もって行った数値シュミレーションや過去の経験則等に基づいて、好ましい目標温度が予め求められている。例えば、本実施形態のようにはんだ付けポイントＰが通常の端子２１及びリード２２からなる場合、はんだ１５が供給される前の第１工程Ｓ１における好ましい加熱目標温度は１５０−２５０℃であり、また、供給されたはんだ１５を溶融させて拡散させる第２工程Ｓ２においては、はんだ１５を含むはんだ付けポイントＰを２００−３００℃に保つ必要があるため、好ましい加熱目標温度は２００−３００℃であり、さらに、はんだ付けポイントＰを後加熱する第３工程Ｓ３においては、はんだ付けに必要な金属化合物が生成されるようにはんだ付けポイントＰを２５０−３００℃に保つ必要があるため、好ましい加熱目標温度は２５０−３００℃である。
The target heating temperature is preferably a desired target temperature based on numerical simulation performed in advance, empirical rules in the past, etc. depending on the material, shape, size, surface condition, etc. of the
そして、第１−第３の各工程について、はんだ付けポイントＰを前記加熱目標温度に加熱するために必要なレーザー光Ｂの出力及び照射時間を実験や演算等によって求めることにより、図４に示すように、第１−第３の全工程にわたって、レーザー光Ｂの出力及び照射時間を制御するための制御波形Ｃが決められ、この制御波形Ｃが制御装置７に入力される。
図４に示す例では、第１工程Ｓ１で、出力２０Ｗのレーザー光Ｂが０．３秒間照射され、次の第２工程Ｓ２では、出力３５Ｗのレーザー光が０．５秒間照射され、最終工程である第３工程Ｓ３では、出力３０Ｗのレーザー光が０．３秒間照射されるように設定されている。
Then, for each of the first to third steps, the output and the irradiation time of the laser beam B necessary to heat the soldering point P to the heating target temperature are obtained by experiment, calculation or the like, as shown in FIG. As described above, the control waveform C for controlling the output of the laser beam B and the irradiation time is determined in all the first to third steps, and the control waveform C is input to the
In the example shown in FIG. 4, the laser beam B with an output of 20 W is irradiated for 0.3 seconds in the first step S1, and in the next second step S2, the laser beam with an output of 35 W is irradiated for 0.5 seconds. In the third step S3 which is, the laser beam with an output of 30 W is set to be irradiated for 0.3 seconds.
そして、前述したように、制御装置７に対する制御波形Ｃ等の設定が終了し、また、ティーチングによってはんだ付けポイントＰに対するレーザー光Ｂの照射位置や、複数のはんだ付けポイントＰをはんだ付けする順番等が決められたあと、スタートボタンを押すことにより、複数のはんだ付けポイントＰの各々に対し、前記第１工程Ｓ１、第２工程Ｓ２、第３工程Ｓ３毎に前記制御波形Ｃに基づいてレーザー光Ｂの出力及び照射時間が制御されることにより、はんだ付けが行われる。また、はんだ付けの開始と同時に、前記放射温度計６によるはんだ付けポイントＰの温度測定も開始され、測定温度Ｈ１が前記上限温度Ｈ２と比較される。なお、前記上限温度Ｈ２は、前記目標温度の最大値より大きい温度に設定されている。
Then, as described above, the setting of the control waveform C and the like to the
図５及び図６には、はんだ付けを行う場合のレーザー光Ｂの出力及び照射時間と、放射温度計６による測定温度Ｈ１と、上限温度Ｈ２との関係が示されている。このうち図５は、測定温度Ｈ１が上限温度Ｈ２より低い場合の制御例であり、図６は、何らかの原因によって測定温度Ｈ１が上限温度Ｈ２を上回った場合の制御例である。
5 and 6 show the relationship between the output of the laser beam B and the irradiation time when soldering is performed, the temperature H1 measured by the
図５の制御例において、第１工程Ｓ１（図３（ａ））で、出力２０Ｗのレーザー光Ｂが照射されると、端子２１及びリード２２からなるはんだ付けポイントＰの測定温度Ｈ１は次第に上昇し、該第１工程Ｓ１の終了直前に、目標温度の１５０−２００℃を上回る約２２０℃まで上昇する。
In the control example of FIG. 5, when the laser beam B with an output of 20 W is irradiated in the first step S1 (FIG. 3A), the measurement temperature H1 of the soldering point P consisting of the terminal 21 and the
第２工程Ｓ２（図３（ｂ））に移行すると、レーザー光Ｂの出力は３５Ｗに上昇し、３５Ｗのままこのレーザー光Ｂが０．５秒間照射される。また、この第２工程Ｓ２の開始とほぼ同時に、一定量の線状はんだ１５がはんだ付けポイントＰに供給され、供給されたはんだ１５は、レーザー光Ｂにより溶融されてはんだ付けポイントＰ全体に拡散する。このとき、該はんだ１５の溶融にレーザー光Ｂの熱エネルギーが消費されるため、はんだ付けポイントＰの測定温度Ｈ１は一時的に少し低下するが、そのあと直ぐに持ち直して上昇を続け、第２工程Ｓ２の終端近くで、目標温度の２００−３００℃を上回る約３２０℃に達して一段落する。
When the process proceeds to the second step S2 (FIG. 3B), the output of the laser beam B rises to 35 W, and the laser beam B is irradiated for 0.5 seconds while maintaining 35 W. Further, almost simultaneously with the start of the second step S2, a fixed amount of
続いて、第３工程Ｓ３（図３（ｃ））に移行すると、レーザー光Ｂの出力は３０Ｗに低下し、３０Ｗのまま該レーザー光Ｂが０．３秒間照射されて後加熱が行われ、その間に、はんだ付けに必要な金属加工物が生成される。このとき、測定温度Ｈ１は、第２工程Ｓ２のときより若干低下するが、目標温度の２５０−３００℃を満足する約２９０℃に維持される。 Subsequently, when the process proceeds to the third step S3 (FIG. 3C), the output of the laser beam B is reduced to 30 W, and the laser beam B is irradiated for 0.3 seconds while maintaining the 30 W and post heating is performed. In the meantime, the metal work required for soldering is produced. At this time, although the measurement temperature H1 is slightly lower than that in the second step S2, it is maintained at about 290 ° C. which satisfies the target temperature of 250 ° -300 ° C.
そして、前記第３工程Ｓ３の終了と共にレーザー光Ｂの出力は零になるため、はんだ付けポイントＰは自然冷却され、それによって測定温度Ｈ１は急激に低下し、最終的に一定の温度に落ち着く。
実際のはんだ付け工程では、前記第３工程Ｓ３が終了すると、レーザー光Ｂの照射が停止されると共に、放射温度計６による温度測定も停止され、照射ヘッド３は次のはんだ付けポイントＰに移動し、同様の動作が行われることによってこのはんだ付けポイントＰのはんだ付けが行われ、全てのはんだ付けポイントＰについて同様の動作が繰り返される。
Then, the output of the laser beam B becomes zero with the end of the third step S3, so the soldering point P is naturally cooled, whereby the measurement temperature H1 drops sharply and finally settles to a constant temperature.
In the actual soldering process, when the third process S3 is completed, the irradiation of the laser beam B is stopped, and the temperature measurement by the
一方、図６の制御例は、第２工程Ｓ２の途中で、何らかの原因によって測定温度Ｈ１が上昇し、上限温度Ｈ２を上回った場合である。このとき、前記測定温度Ｈ１が上限温度Ｈ２を上回った時点（ｔ１）で、前記制御波形Ｃによるレーザー光Ｂの出力の制御（波形制御）は解除され、制御波形Ｃとは無関係にレーザー光Ｂの出力を低下させる制御（温度制御）が行われる。このときのレーザー光Ｂの出力の下げ幅は、通常、制御波形Ｃで設定された出力（３５Ｗ）の１０−２０％が目安であり、図示した実施形態では、約６Ｗ程が低下されることにより、レーザー光Ｂの出力は２９Ｗ前後に維持されている。これにより、前記はんだ付けポイントＰの加熱温度が低下するため、前記測定温度Ｈ１も低下する。 On the other hand, the control example of FIG. 6 is a case where the measurement temperature H1 rises by some cause during the second process S2 and exceeds the upper limit temperature H2. At this time, when the measured temperature H1 exceeds the upper limit temperature H2 (t1), the control (waveform control) of the output of the laser beam B by the control waveform C is released, and the laser beam B is independent of the control waveform C. Control (temperature control) to reduce the output of The reduction of the output of the laser beam B at this time is normally 10-20% of the output (35 W) set by the control waveform C as a standard, and is reduced by about 6 W in the illustrated embodiment. Thus, the output of the laser beam B is maintained at around 29 W. As a result, the heating temperature of the soldering point P is lowered, so that the measurement temperature H1 is also lowered.
前記レーザー光Ｂの出力低下の状態は、第２工程Ｓ２中に前記測定温度Ｈ１が上限温度Ｈ２を下回っても、この第２工程Ｓ２が終了するまで維持され、第３工程Ｓ３から、前記レーザー光Ｂの制御は波形制御に戻される。しかし、前記測定温度Ｈ１が上限温度Ｈ２を下回った時点で、前記レーザー光Ｂの出力制御を、前記温度制御から波形制御に戻しても良い。
また、前記測定温度Ｈ１が第２工程Ｓ２中に上限温度Ｈ２を下回らずに、第３工程Ｓ３に移行したあとに上限温度Ｈ２を下回った場合には、下回った時点でレーザー光Ｂの制御を温度制御から波形制御に戻すようにすれば良いが、第３工程Ｓ３が終了するまで温度制御を維持しても構わない。
Even if the measurement temperature H1 falls below the upper limit temperature H2 during the second step S2, the power reduction state of the laser beam B is maintained until the second step S2 is completed, and from the third step S3 the laser Control of light B is returned to waveform control. However, when the measured temperature H1 falls below the upper limit temperature H2, the output control of the laser beam B may be returned from the temperature control to the waveform control.
If the measured temperature H1 does not fall below the upper limit temperature H2 in the second step S2 and falls below the upper limit temperature H2 after shifting to the third step S3, control of the laser beam B is performed at a time when it falls below. The temperature control may be returned to the waveform control, but the temperature control may be maintained until the third step S3 is completed.
このような制御を行うことにより、はんだ付けポイントＰの測定温度Ｈ１が異常上昇することによる基板や電子部品の損傷や不良はんだ等を防止することができる。 By performing such control, it is possible to prevent damage to the substrate and the electronic component, defective solder and the like due to the abnormal rise of the measurement temperature H1 of the soldering point P.
なお、前記測定温度Ｈ１の異常上昇は、第２工程Ｓ２中に限らず、第１工程Ｓ１中又は第３工程Ｓ３中に生じることも考えられ、その場合には、前述したようにレーザー光Ｂの出力を低下させる温度制御が行われるが、前記放射温度計６による温度測定の基準となる放射率は、はんだ１５の主成分である錫の放射率に設定されていることから、精度を高めるため、前記温度制御は、はんだ１５が供給されたあとの第２工程Ｓ２及び第３工程Ｓ３を対象にして行うようにすることが望ましい。
The abnormal rise of the measurement temperature H1 is considered to occur not only during the second step S2 but also during the first step S1 or the third step S3. In that case, as described above, the laser beam B is Temperature control is performed to reduce the output of the sensor, but the emissivity serving as the reference of the temperature measurement by the
以上に詳述したように、本発明によれば、はんだ付け時にはんだ付けポイントＰに照射するレーザー光Ｂの出力及び照射時間を、前記はんだ付けポイントＰを目標温度に加熱するために必要なレーザー光Ｂの出力及び照射時間から求められた制御波形Ｃに基づいて制御するようにしているため、前記はんだ付けポイントＰを、第１−第３工程中、常に目標温度になるように正確且つ確実に加熱することができ、放射温度計６で測定した測定温度Ｈ１が目標温度になるように前記レーザー光Ｂの出力を制御する従来方法のような、測定温度Ｈ１のばらつきの影響を受けることがないため、レーザー光Ｂの出力を高精度に制御して前記はんだ付けポイントＰを目標温度を維持することができる。
As described in detail above, according to the present invention, the laser necessary for heating the soldering point P to the target temperature is the power and irradiation time of the laser beam B applied to the soldering point P at the time of soldering. Since the control is performed based on the control waveform C determined from the output of the light B and the irradiation time, the soldering point P is accurately and surely so as to always attain the target temperature during the first to third steps. And the influence of variations in the measurement temperature H1, such as the conventional method of controlling the output of the laser beam B so that the measurement temperature H1 measured by the
しかも、本発明では、上限温度Ｈ２を設定し、放射温度計６による測定温度Ｈ１が上限温度Ｈ２を上回った場合に、波形制御を解除してレーザー光Ｂの出力を低下させる温度制御を行うようにしているので、はんだ付けポイントＰの温度が異常上昇することによる基板や電子部品の損傷や不良はんだ等を防止することができる。
Moreover, in the present invention, the upper limit temperature H2 is set, and when the temperature H1 measured by the
本発明のはんだ付け装置は、前記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない範囲で様々な設計変更が可能である。
例えば、図１に示す例では、はんだ付けポイントＰから放射される放射赤外線を、照射ヘッド３の内部から、第２の光ファイバー１２を介して放射温度計６まで伝送しているが、図７に示す第２実施形態のように、はんだ付けポイントＰから放射される赤外線を、放射温度計６の受光部６ａによりダイレクトに受光して、該はんだ付けポイントＰの温度を測定することも可能である。
この第２実施形態の前記以外の構成は、前記第１実施形態と実質的に同じであるから、両者の主要な同一構成部分に第１実施形態の場合と同一の符号を付し、その説明は省略する。
The soldering apparatus of the present invention is not limited to the above embodiment, and various design changes can be made without departing from the scope of the claims.
For example, in the example shown in FIG. 1, the radiation infrared radiation emitted from the soldering point P is transmitted from the inside of the
The remaining structure of the second embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and therefore, the same reference numerals as in the first embodiment are attached to the same main constituent parts of both of them. Is omitted.
また、前記実施形態で示されたレーザー光Ｂの制御波形Ｃや上限温度Ｈ２は、一つの例にすぎず、例えば、はんだ付けポイントＰを形成する端子２１やリード２２の素材や形状、はんだ材料等の各種条件に併せて適宜変更することも可能である。図３に一例として示した前記制御波形Ｃは、第１−第３の各工程中においてレーザー光Ｂを一定強度で出力するように平坦な直線形状を成しているが、例えば、レーザー光Ｂの出力が経時変化する傾斜直線状又は曲線状の波形であってもよく、これらの直線及び曲線を組み合わせた波形であってもよい。
Further, the control waveform C and the upper limit temperature H2 of the laser beam B shown in the above embodiment are only one example, and for example, the material and shape of the
１ はんだ付け装置
２ レーザー発振器
３ 照射ヘッド
５ はんだ供給装置
６ 放射温度計
７ 制御装置
１５ はんだ
Ｂ レーザー光
Ｃ 制御波形
Ｈ１ 測定温度
Ｈ２ 上限温度
Ｐ はんだ付けポイント
DESCRIPTION OF
Claims (4)
はんだ付けを行う前に、前記第１、第２、第３の工程について、はんだ付けポイントを目標温度に加熱するために必要なレーザー光の出力及び照射時間に基づいて、該レーザー光の出力及び照射時間を制御するための制御波形を設定すると共に、前記目標温度より高い上限温度を設定し、
前記第１、第２、第３の工程に沿ってはんだ付けを行う際に、前記レーザー光の出力及び照射時間を前記制御波形に基づいて波形制御すると共に、はんだ付けポイントの温度を放射温度計により測定して前記上限温度と比較し、測定温度が上限温度より低い場合はそのまま前記波形制御を行い、測定温度が上限温度を上回ったとき、前記波形制御を解除してレーザー光の出力を低下させる制御を行う、
ことを特徴とするレーザー式はんだ付け方法。 The first step of irradiating laser light to preheat the soldering point, the second step of melting the supplied solder with laser light and diffusing it to the soldering point, and the solder diffused to the soldering point with laser light A laser type soldering method having a third step of postheating;
According to the output of laser light and the irradiation time required to heat the soldering point to the target temperature for the first, second and third steps before the soldering, the output of the laser light and Setting a control waveform for controlling the irradiation time, and setting an upper limit temperature higher than the target temperature;
In soldering according to the first, second and third steps, the output of the laser beam and the irradiation time are waveform-controlled based on the control waveform, and the temperature of the soldering point is a radiation thermometer The measured waveform is compared with the upper limit temperature, and the waveform control is performed as it is when the measured temperature is lower than the upper limit temperature, and when the measured temperature exceeds the upper limit temperature, the waveform control is released to reduce the output of the laser light To control
Laser-type soldering method characterized by
前記制御装置は、はんだ付けポイントを目標温度に加熱するために必要なレーザー光の出力及び照射時間が制御波形として入力されると共に、目標温度より高い上限温度が入力されていて、はんだ付け時に、前記レーザー光を、前記制御波形で設定された出力及び照射時間に基づいて波形制御すると共に、放射温度計で測定されたはんだ付けポイントの温度と上限温度とを比較し、測定温度が上限温度より低い場合は前記レーザー光をそのまま波形制御し、測定温度が上限温度を上回ったときに、前記波形制御を解除してレーザー光の出力を低下させる制御を行うように構成されている、
ことを特徴とするレーザー式はんだ付け装置。 A laser oscillator for outputting a laser beam, an irradiation head for irradiating the laser beam from the laser oscillator toward a soldering point, a radiation thermometer for measuring the temperature of the soldering point, a solder on the soldering point And a control device for controlling the entire soldering apparatus in accordance with a control program.
The controller inputs the output of the laser beam and the irradiation time required to heat the soldering point to the target temperature as a control waveform, and the upper limit temperature higher than the target temperature is input, and at the time of soldering, The laser beam is waveform-controlled based on the output and irradiation time set by the control waveform, and the temperature of the soldering point measured by the radiation thermometer is compared with the upper limit temperature, and the measurement temperature is higher than the upper limit temperature When the temperature is low, the laser beam is waveform-controlled as it is, and when the measurement temperature exceeds the upper limit temperature, the waveform control is released to perform control to reduce the output of the laser beam.
Laser-type soldering device characterized by
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|---|---|---|---|---|
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| WO2024069857A1 (en) * | 2022-09-29 | 2024-04-04 | スミダコーポレーション株式会社 | Antenna device and method for manufacturing antenna device |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6245469A (en) * | 1985-08-26 | 1987-02-27 | Nippei Toyama Corp | Control method for laser soldering device |
| JPH11221683A (en) * | 1998-02-04 | 1999-08-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Device for light beam heating |
| JP2002239717A (en) * | 2001-02-20 | 2002-08-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Optical beam heating method and device |
| JP2008277406A (en) * | 2007-04-26 | 2008-11-13 | I-Pulse Co Ltd | Laser reflow device |
| JP2011023609A (en) * | 2009-07-16 | 2011-02-03 | Olympus Corp | Noncontact heater |
| JP2013132655A (en) * | 2011-12-26 | 2013-07-08 | Miyachi Technos Corp | Laser soldering system |
| JP2015093317A (en) * | 2013-11-14 | 2015-05-18 | 株式会社アマダミヤチ | Laser welding method and laser welding system |
-
2017
- 2017-04-18 JP JP2017082255A patent/JP6902778B2/en active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6245469A (en) * | 1985-08-26 | 1987-02-27 | Nippei Toyama Corp | Control method for laser soldering device |
| JPH11221683A (en) * | 1998-02-04 | 1999-08-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Device for light beam heating |
| JP2002239717A (en) * | 2001-02-20 | 2002-08-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Optical beam heating method and device |
| JP2008277406A (en) * | 2007-04-26 | 2008-11-13 | I-Pulse Co Ltd | Laser reflow device |
| JP2011023609A (en) * | 2009-07-16 | 2011-02-03 | Olympus Corp | Noncontact heater |
| JP2013132655A (en) * | 2011-12-26 | 2013-07-08 | Miyachi Technos Corp | Laser soldering system |
| JP2015093317A (en) * | 2013-11-14 | 2015-05-18 | 株式会社アマダミヤチ | Laser welding method and laser welding system |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7447387B2 (en) | 2022-04-28 | 2024-03-12 | パック テック－パッケージング テクノロジーズ ゲーエムベーハー | Methods and apparatus, computer program products, and computer readable media for soldering electronic components to circuit boards |
| WO2024069857A1 (en) * | 2022-09-29 | 2024-04-04 | スミダコーポレーション株式会社 | Antenna device and method for manufacturing antenna device |
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