(57)【要約】【課題】被接合部品のサイズに関係なく、該被接合部品を所定の位置に正確に位置合わせした状態でレーザ光を照射し、被接合部品を接合すること。【解決手段】レーザ光Ｌの熱エネルギを利用して可撓性の被接合部品Ｒを加熱し、該被接合部品を基板Ｐに接合する装置であって、基板に対向配置された噴射ノズル２を有し、該基板上に載置された被接合部品に向けて噴射ノズルから流体Ｅを吹き付けて該被接合部品を基板に押し付ける噴射手段３と、被接合部品の姿勢に応じて流体の風速を変化させる風速変化手段４と、基板に押し付けられた被接合部品にレーザ光が集光するように、該レーザ光を照射する照射手段５と、を備えているレーザ接合装置１を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光の熱エネルギを利用して可撓性の被接合部品を加熱し、該被接合部品を基板に接合するレーザ接合装置であって、
前記基板に対向配置された噴射ノズルを有し、該基板上に載置された前記被接合部品に向けて噴射ノズルから流体を吹き付けて該被接合部品を基板に押し付ける噴射手段と、
前記被接合部品の姿勢に応じて前記流体の風速を変化させる風速変化手段と、
前記基板に押し付けられた前記被接合部品に前記レーザ光が集光するように、該レーザ光を照射する照射手段と、を備えていることを特徴とするレーザ接合装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ接合装置において、
前記風速変化手段は、前記流体の流量を変化させる流量調整弁を有し、流量を変化させることで風速を変化させていることを特徴とするレーザ接合装置。
【請求項３】
請求項１に記載のレーザ接合装置において、
前記風速変化手段は、前記流体の圧力を変化させる圧力調整弁を有し、圧力を変化させることで風速を変化させていることを特徴とするレーザ接合装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザ接合装置において、
吹き付けられる前記流体の風速を測定する風速測定部を有し、
前記風速変化手段は、前記風速測定部による測定結果に基づいて風速を調整し、所望する風速の流体を吹き出させていることを特徴とするレーザ接合装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のレーザ接合装置において、
前記流体を加温する加温手段を備えていることを特徴とするレーザ接合装置。
【請求項６】
請求項５に記載のレーザ接合装置において、
加温された前記流体の温度を測定する温度センサを備え、
前記加温手段は、測定された温度に基づいて加温レベルを調整し、前記流体が所定温度になるように温度調整していることを特徴とするレーザ接合装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザ接合装置において、
前記照射手段は、前記噴射ノズルを通して前記レーザ光を照射し、
前記噴射手段は、前記レーザ光の光軸に沿って前記流体を吹き付けることを特徴とするレーザ接合装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載のレーザ接合装置において、
前記噴射ノズルは、先端に向かって漸次縮径するテーパ状に形成されていることを特徴とするレーザ接合装置。
【請求項９】
請求項８に記載のレーザ接合装置において、
前記噴射ノズルには、内部圧力が一定値以上に高まったときに、内部圧力を外部に逃す圧力開放弁が設けられていることを特徴とするレーザ接合装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載のレーザ接合装置において、
前記基板に対する噴射ノズルの位置を相対的に移動させて、前記基板に対する前記流体の吹き出し角度を変化させる移動手段を備えていることを特徴とするレーザ接合装置。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれか１項に記載のレーザ接合装置において、
前記噴射手段は、前記基板に対する前記流体の吹き出し角度がそれぞれ異なるように配置された複数の前記噴射ノズルを有し、
前記被接合部品の姿勢に応じて、前記複数の噴射ノズルの中から使用する噴射ノズルを１つ以上選択する選択手段を備えていることを特徴とするレーザ接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を利用してリード線等の被接合部品を接合するレーザ接合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣチップ等の電子部品を実装基板等に接合する装置としては、様々なものが知られているが、その１つとしてレーザ光を利用して接合を行うレーザ接合装置が知られている（特許文献１参照）。このレーザ接合装置は、ボンディングツールにより電子部品のリード線（被接合部品）を１本ずつ実装基板に押さえ付けた状態で、リード線と実装基板との接合箇所にレーザ光を照射し、該レーザ光の熱エネルギにより接合箇所を加熱することで接合を行うものである。
【０００３】
このレーザ接合装置について、図面を参照して簡単に説明する。
図１１に示すように、レーザ接合装置１００は、ボンディングツール１０１と、レーザ制御部１０２と、集光光学系１０３と、噴射ノズル１０４と、を備えている。
ボンディングツール１０１は、上下方向に移動可能な図示しないアクチュエータに取り付けられており、実装基板Ｐ上に置かれた電子部品Ｃのリード線Ｒを実装基板Ｐに向けて上から押さえ付けることができるようになっている。レーザ制御部１０２は、レーザ光Ｌを発振するレーザ発振器を内部に有しており、発振したレーザ光Ｌを集光光学系１０３に導いている。この際レーザ制御部１０２は、レーザ光Ｌの発振時間やタイミング等を制御できるようになっている。集光光学系１０３は、レーザ制御部１０２から導かれたレーザ光Ｌをリード線Ｒと実装基板Ｐとの接合箇所周辺に集光させている。噴射ノズル１０４は、実装基板Ｐに対して略平行に配置されており、接合箇所に向けてエアーＥを吹き付けて該接合箇所の冷却を行っている。この際、実装基板Ｐに対して略平行にエアーＥの吹き付けを行っている。なおこの噴射ノズル１０４は、電磁弁１０５によって吹き付けるエアーＥのタイミングや時間等が制御されている。
【０００４】
このように構成されたレーザ接合装置１００により電子部品Ｃの接合を行う場合には、まず、電子部品Ｃのリード線Ｒ及び、該リード線Ｒが接合される実装基板Ｐの図示しない導通パッド（プリント配線の外部端子部分）に対して半田を予め塗布しておく。次いで、実装基板Ｐ上に電子部品Ｃを載置すると共に、ボンディングツール１０１によって電子部品Ｃのリード線Ｒを実装基板Ｐの導通パッドに押し付ける。これにより、リード線Ｒと実装基板Ｐの導通パッドとが接触した状態となる。そして、集光光学系１０３により、レーザ制御部１０２から導かれたレーザ光Ｌをリード線Ｒと導通パッドとの接合箇所の周辺に照射する。具体的には、ボンディングツール１０１の先端部の側面や、リード線Ｒと導通パッドとの接合箇所に直接照射する。すると、照射されたレーザ光Ｌの熱エネルギにより予め塗布された半田が溶融する。これにより、リード線Ｒと導通パッドとを半田によって接合することができる。そして、上述した作業を電子部品Ｃの全てのリード線Ｒに対して行うことで、電子部品Ｃを実装基板Ｐに接合することができる。
【０００５】
また、リード線Ｒを接合する際に、噴射ノズル１０４からエアーＥを接合箇所に吹き付ける。これにより、ボンディングツール１０１の過度な温度上昇を抑えることができ、溶けた半田がボンディングツール１０１に付着する不都合を極力なくすことができる。これにより、半田の品質を安定させることができ、接合を確実なものにしている。
【特許文献１】特開平１１−２５１３６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来の方法ではまだ以下の課題が残されている。
近年における電子部品Ｃは小型化、微細化が進んでおり、それに応じて被接合部品であるリード線Ｒも小型化、微細化されている。例えば、線径が０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍ程度のリード線Ｒが開発されており、このような微小で軟弱なリード線Ｒを接合することが必要とされている。ところが従来のものは、単にボンディングツール１０１で機械的に押さえ付けるものであるので、被接合部品が上述したような微小なリード線Ｒである場合には、押さえること自体が困難になってきていた。また、仮に押さえ付けることができたとしても、正しい位置にリード線Ｒを押さえ付けることができなかったり、リード線Ｒに傷や凹み等が生じたりする場合があった。
【０００７】
この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、被接合部品のサイズに関係なく、該被接合部品を所定の位置に正確に位置合わせした状態でレーザ光を照射し、被接合部品を接合することができるレーザ接合装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明に係るレーザ接合装置は、レーザ光の熱エネルギを利用して可撓性の被接合部品を加熱し、該被接合部品を基板に接合するレーザ接合装置であって、前記基板に対向配置された噴射ノズルを有し、該基板上に載置された前記被接合部品に向けて噴射ノズルから流体を吹き付けて該被接合部品を基板に押し付ける噴射手段と、前記被接合部品の姿勢に応じて前記流体の風速を変化させる風速変化手段と、前記基板に押し付けられた前記被接合部品に前記レーザ光が集光するように、該レーザ光を照射する照射手段と、を備えていることを特徴とするものである。
【０００９】
この発明に係るレーザ接合装置においては、基板上に線材等の被接合部品が載置されると、噴射手段及び風速変化手段が作動する。噴射手段が作動すると、噴射ノズルから被接合部品に向けて流体が吹き付けられる。被接合部品は、この流体の力によって変形して基板に押し付けられる。これにより、被接合部品と基板とが、仮固定された状態となる。ここで、吹き付けられる流体の風速が強い場合には、被接合部品が吹き飛ばされてしまう恐れがある。しかしながら、被接合部品の姿勢に応じて風速変化手段が風速を適宜コントロールするので、上述した恐れがなく被接合部品を確実に基板に押し付けることができる。また、風速をコントロールできるので、被接合部品に対して徐々に力を加えながら押し付けを行うことができる。そのため、被接合部品に過度の負荷を与えることがない。
【００１０】
特に、従来の機械的な接触で被接合部品を押し付けるものとは異なり、流体を利用して被接合部品を押し付けるので、微小な被接合部品、例えば線径が０．１ｍｍ程度のリード線のような線材であっても、確実に押し付けることができる。しかも、機械的な接触ではないので、被接合部品に傷や凹み等が生じる恐れがない。従って、被接合部品のサイズに関係なく、該被接合部品を所定の位置に正確に位置合わせした状態で仮固定することができる。
【００１１】
そして、照射手段により、基板に押し付けられた被接合部品に集光するようにレーザ光を照射する。すると被接合部品は、照射されたレーザ光の熱エネルギによって加熱する。これにより、被接合部品と基板とを接合することができる。この際、被接合部品は、正確に位置合わせされた状態で基板に仮固定されているので、高精度な接合を行うことができる。また、被接合部品に流体を吹き付けているので、接合が終了した後、接合部分を速やかに冷却することができる。そのため、接合を短時間で終了させることができると共に、加熱範囲を最少限の範囲に抑えることができる。
【００１２】
また、本発明に係るレーザ接合装置は、上記本発明のレーザ接合装置において、前記風速変化手段が、前記流体の流量を変化させる流量調整弁を有し、流量を変化させることで風速を変化させていることを特徴とするものである。
【００１３】
この発明に係るレーザ接合装置においては、流量調整弁で流体の流量を変化させるだけで、容易に流体の風速を変化させることができる。
【００１４】
また、本発明に係るレーザ接合装置は、上記本発明のレーザ接合装置において、前記風速変化手段が、前記流体の圧力を変化させる圧力調整弁を有し、圧力を変化させることで風速を変化させていることを特徴とするものである。
【００１５】
この発明に係るレーザ接合装置においては、圧力調整弁で流体の圧力を変化させるだけで、容易に流体の風速を変化させることができる。
【００１６】
また、本発明に係るレーザ接合装置は、上記本発明のいずれかのレーザ接合装置において、吹き付けられる前記流体の風速を測定する風速測定部を有し、前記風速変化手段が、前記風速測定部による測定結果に基づいて風速を調整し、所望する風速の流体を吹き出させていることを特徴とするものである。
【００１７】
この発明に係るレーザ接合装置においては、風速測定部が噴射ノズルから吹き付けられる流体の風速を測定しており、測定結果を風速変化手段に知らせている。風速変化手段は、送られてきた測定結果に基づいて、実際に吹き付けられている流体の風速を知ることができ、風速の調整を行うことができる。これにより、所望する風速の流体を噴射ノズルから吹き出させることができる。従って、風速のコントロールをより高精度に行うことができる。
【００１８】
また、本発明に係るレーザ接合装置は、上記本発明のいずれかのレーザ接合装置において、前記流体を加温する加温手段を備えていることを特徴とするものである。
【００１９】
この発明に係るレーザ接合装置においては、加温手段を備えているので、噴射ノズルから温められた流体を吹き付けることができる。そのため、この流体を吹き付けられた被接合部品は、軟化してより変形し易い状態となる。よって、被接合部品をより滑らかに基板に押し付けることができる。特に、被接合部品が金属材料からなる線材の場合には、その効果が顕著である。また、被接合部品に予め半田が塗布されている場合には、この半田を余熱することができるので、より短時間で接合を行うことができる。
【００２０】
また、本発明に係るレーザ接合装置は、上記本発明のレーザ接合装置において、加温された前記流体の温度を測定する温度センサを備え、前記加温手段が、測定された温度に基づいて加温レベルを調整し、前記流体が所定温度になるように温度調整していることを特徴とするものである。
【００２１】
この発明に係るレーザ接合装置においては、温度センサが加温された流体の温度を測定すると共に、測定結果を加温手段に知らせている。そして、加温手段は、測定された温度に基づいて加温レベルを調整して、流体が所定温度になるように温度調整する。これにより、被接合部品に応じた最適な温度の流体を正確に吹き付けることができる。
【００２２】
また、本発明に係るレーザ接合装置は、上記本発明のいずれかのレーザ接合装置において、前記照射手段が、前記噴射ノズルを通して前記レーザ光を照射し、前記噴射手段が、前記レーザ光の光軸に沿って前記流体を吹き付けることを特徴とするものである。
【００２３】
この発明に係るレーザ接合装置においては、噴射ノズルを通してレーザ光を照射すると共に、レーザ光の光軸に沿って流体を吹き付けるので、流体の力で押し付けた位置を中心としてレーザ光を照射することができる。そのため、基板に対してしっかりと押し付けられた位置を中心として接合を行うことができ、浮きや剥がれ等が発生する可能性を低減することができる。従って、接合の信頼性を向上することができる。
【００２４】
また、本発明に係るレーザ接合装置は、上記本発明のいずれかのレーザ接合装置において、前記噴射ノズルが、先端に向かって漸次縮径するテーパ状に形成されていることを特徴とするものである。
【００２５】
この発明に係るレーザ接合装置においては、噴射ノズルの先端がテーパ状に形成されて細く絞られているので、流体の噴射径を極力小さくすることができる。そのため、より微小な被接合部品であっても、確実に基板に押し付けることができる。また、流体の風速を増加させることができるので、噴射ノズルまでの間の風速の低下を極力抑えることができる。そのため、噴射ノズルまでの途中経路で流体が漏れ難い。
【００２６】
また、本発明に係るレーザ接合装置は、上記本発明のレーザ接合装置において、前記噴射ノズルには、内部圧力が一定値に以上高まったときに、内部圧力を外部に逃す圧力開放弁が設けられていることを特徴とするものである。
【００２７】
この発明に係るレーザ接合装置においては、噴射ノズル内で圧力が高まったとしても、一定値以上で圧力開放弁が作動して内部圧力を外部に逃がすので、噴射ノズルの安全性を高めることができる。よって、信頼性の向上化を図ることができる。
【００２８】
また、本発明に係るレーザ接合装置は、上記本発明のいずれかのレーザ接合装置において、前記基板に対する噴射ノズルの位置を相対的に移動させて、前記基板に対する前記流体の吹き出し角度を変化させる移動手段を備えていることを特徴とするものである。
【００２９】
この発明に係るレーザ接合装置においては、移動手段が基板に対する噴射ノズルの位置を相対的に移動させることで、基板に対する流体の吹き出し角度を変化させることができる。これにより、被接合部品の姿勢がどのような状態になっていたとしても、この姿勢に応じて最適な角度で流体を吹き付けることができる。従って、被接合部品をより確実に基板に押し付けることができる。
【００３０】
また、本発明に係るレーザ接合装置は、上記本発明のいずれかのレーザ接合装置において、前記噴射手段が、前記基板に対する前記流体の吹き出し角度がそれぞれ異なるように配置された複数の前記噴射ノズルを有し、前記被接合部品の姿勢に応じて、前記複数の噴射ノズルの中から使用する噴射ノズルを１つ以上選択する選択手段を備えていることを特徴とするものである。
【００３１】
この発明に係るレーザ接合装置においては、基板の上方に、吹き出し角度がそれぞれ異なるように複数の噴射ノズルが配置されている。そして選択手段は、被接合部品の姿勢に応じてこれら複数の噴射ノズルの中から使用する噴射ノズルを１つ以上選択する。これにより、被接合部品の姿勢がどのような状態になっていたとしても、この姿勢に応じて最適な角度で流体を吹き付けることができる。従って、被接合部品をより確実に基板に押し付けることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係るレーザ接合装置によれば、被接合部品のサイズに関係なく、該被接合部品を所定の位置に正確に位置合わせした状態で接合を行うことができ、高精度な接合を行うことができる。特に、従来接合が困難とされていた、線径が０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍ程度の電子部品のリード線であっても、確実に接合を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
（第１実施形態）
以下、本発明に係るレーザ接合装置の第１実施形態について、図１を参照して説明する。本実施形態では、被接合部品として、ＩＣチップ等の電子部品Ｃに接続された可撓性のリード線Ｒを例に挙げて説明する。このリード線Ｒは、線径が０．０３ｍｍ〜０．１ｍｍ程度の金属線であり、先端側には予め半田が塗布されているものとする。また、このリード線Ｒは、電子部品Ｃに複数本取り付けられている。
【００３４】
本実施形態のレーザ接合装置１は、レーザ光Ｌの熱エネルギを利用してリード線Ｒを加熱し、該リード線Ｒを実装基板（基板）Ｐに形成された図示しないプリント配線の導通パッドに接合する装置である。
即ち、レーザ接合装置１は、図１に示すように、実装基板Ｐに対向配置された噴射ノズル２を有し、実装基板Ｐ上に載置された電子部品Ｃのリード線Ｒに向けて噴射ノズル２からエアー（流体）Ｅを吹き付けてリード線Ｒを実装基板Ｐに押し付ける噴射手段３と、リード線Ｒの姿勢に応じてエアーＥの風速を変化させる風速変化手段４と、実装基板Ｐに押し付けられたリード線Ｒにレーザ光Ｌが集光するように、該レーザ光Ｌを照射する照射手段５と、を備えている。
【００３５】
上記噴射ノズル２は、実装基板Ｐに対して略直角にエアーＥを吹き付けるように配置されている。この噴射ノズル２は、図示しないチューブを介してエアー源６に接続されており、該エアー源６からエアーＥが送られるようになっている。エアー源６は、図示しない制御部からの指示に基づいて、エアーＥを噴射ノズル２に供給している。つまり、エアーＥの吹き付けタイミングは、制御部によってコントロールされている。この噴射ノズル２及びエアー源６は、上記噴射手段３として機能している。
【００３６】
また、噴射ノズル２とエアー源６との間には、エアー源６側から順に、エアーＥの圧力を調整する圧力調整弁７と、エアーＥの流量を調整する流量調整弁８とが介装されている。このうち圧力調整弁７は、エアーＥの圧力が一定値となるように調整されている。一方、流量調整弁８は、エアー制御部９に接続されており、該エアー制御部９からの指示に基づいて開閉して、エアーＥの流量を変化させるようになっている。これにより、噴射ノズル２から吹き出すエアーＥの風速が変化するようになっている。この際、エアー制御部９は、リード線Ｒの姿勢に応じて風速を変化させている。つまり、流量調整弁８及びエアー制御部９は、上記風速変化手段４として機能している。
【００３７】
また、実装基板Ｐの上方には、レーザ制御部１０と集光光学系１１とが光ファイバ等の光導波路１２を介して接続された状態で配置されている。レーザ制御部１０は、内部に図示しないレーザ発振器を有しており、該レーザ発振器で発振したレーザ光Ｌを、光導波路１２を介して集光光学系１１に導入している。集光光学系１１は、内部に集光レンズ１３を有しており、送られてきたレーザ光Ｌを集光しながらリード線Ｒに向けて照射している。この際、集光光学系１１は、エアーＥによって実装基板Ｐに押し付けられたリード線Ｒに集光するようにレーザ光Ｌを照射している。つまり、集光光学系１１及びレーザ制御部１０は、上記照射手段５として機能している。
【００３８】
また、本実施形態のレーザ接合装置１は、実装基板Ｐ上に載置された電子部品Ｃを押さえ付けて、電子部品Ｃの姿勢を保持するボンディングツール１４を備えている。このボンディングツール１４は、実装基板Ｐの表面に垂直な上下方向と、実装基板Ｐの表面に平行な水平方向との２方向に対して移動可能な図示しないアクチュエータに固定されている。
【００３９】
次に、このように構成されたレーザ接合装置１により、リード線Ｒを実装基板Ｐに接合して電子部品Ｃを実装する場合について説明する。
まず、実装基板Ｐ上の所定位置に電子部品Ｃを載置する。そして、アクチュエータを作動させて、ボンディングツール１４で電子部品Ｃを実装基板Ｐに押さえ付ける。これにより、電子部品Ｃの姿勢を保持することができ、所定位置からずれてしまうことを防止することができる。なお、この段階では、リード線Ｒは実装基板Ｐから浮き上がった状態となっている。
【００４０】
電子部品Ｃを保持した後、噴射手段３及び風速変化手段４を作動させる。即ち、制御部がエアー源６を作動させて、エアーＥを噴射ノズル２に供給する。これにより、噴射ノズル２からリード線Ｒに向けてエアーＥが吹き付けられる。するとリード線Ｒは、このエアーＥの力によって曲げられて変形し、実装基板Ｐに押し付けられる。これにより、実装基板Ｐとリード線Ｒとが仮固定された状態となる。具体的には、実装基板Ｐに形成されたプリント配線の導通パッドとリード線Ｒとが、仮固定された状態となる。
【００４１】
また、上述したエアーＥの吹き出しの際、徐々にエアーＥの流量が増すようにエアー制御部９が流量調整弁８の開閉度を制御する。つまり、エアー制御部９は、いきなり強い風速でエアーＥを吹き付けるのではなく、風速が徐々に増すように風速を変化させている。ここで、最初に吹き付けられる風速が強い場合には、リード線Ｒが吹き飛ばされる恐れがある。しかしながら、徐々に風速を増加させているので、上述した恐れをなくして確実にリード線Ｒを実装基板Ｐに押し付けることができる。しかも、リード線Ｒに急激な力の変化を与えずに形状を徐々に変化させることができるので、リード線Ｒに過度の負荷を与えることがない。
【００４２】
特に、従来の機械的な接触でリード線Ｒを押し付けるものとは異なり、エアーＥを利用してリード線Ｒを押し付けるので、本実施形態のリード線Ｒであっても実装基板Ｐに確実に押し付けることができる。しかも、機械的な接触ではないので、リード線Ｒに傷や凹み等が生じる恐れがない。従って、微小なリード線Ｒを所定の位置に正確に位置合わせした状態で仮固定することができる。なお、リード線Ｒの状態によっては、吹き付けるエアーＥを意図的に強めて、強制的にリード線Ｒの位置を変えたり、癖等を修正したりすることも可能である。
【００４３】
リード線Ｒの仮固定が終了した後、レーザ制御部１０を作動させて集光光学系１１に光導波路１２を介してレーザ光Ｌを導入する。集光光学系１１は、実装基板Ｐに押し付けられたリード線Ｒに集光するようにレーザ光Ｌを照射する。すると、照射されたレーザ光Ｌの熱エネルギによってリード線Ｒに予め塗布された半田が溶融する。これにより、実装基板Ｐとリード線Ｒとを接合することができる。この際、リード線Ｒは、正確に位置合わせされた状態で実装基板Ｐに仮固定されているので、高精度な接合を行うことができる。
そして、上述した接合を電子部品Ｃの全てのリード線Ｒに対して行うことで、電子部品Ｃを実装基板Ｐに実装することができる。
【００４４】
上述したように、本実施形態のレーザ接合装置１によれば、従来接合が困難とされていた、線径が０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍ程度のリード線Ｒであっても、所定の位置に正確に位置合わせした状態で確実に接合を行うことができる。また、リード線ＲにエアーＥを吹き付けているので、接合が終了した後、接合部分を速やかに冷却することができる。そのため、接合を短時間で終了させることができると共に、加熱範囲を最少限の範囲に抑えることができる。また、流量調整弁８でエアーＥの流量を変化させるだけで、エアーＥの風速を容易に変化させることができるので、構成の簡略化を図ることができる。
【００４５】
なお、上記実施形態において、エアーＥを吹き出させるタイミングや、風速を変化させるタイミングや、変化の比率等は、手動で行っても構わないし、リード線Ｒに応じて予めプログラミングされた条件に基づいて自動で行っても構わない。
【００４６】
なお上記実施形態において、図２に示すように、吹き付けられるエアーＥの風速を測定する風速測定部１５を設けても構わない。この風速測定部１５は、噴射経路上に配置されるものであって、例えば、噴射ノズル２と実装基板Ｐとの間に設けられている。そして、風速測定部１５は、測定結果をエアー制御部９に出力している。これによりエアー制御部９は、実際に吹き付けられているエアーＥの風速を知ることができ、風速の調整を行うことができる。よって、所望する風速のエアーＥを噴射ノズル２から吹き出させることができる。従って、風速のコントロールをより高精度に行うことができるので、より好ましい。
【００４７】
（第２実施形態）
次に、本発明に係るレーザ接合装置の第２実施形態を、図３及び図４を参照して説明する。なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、エアーＥの吹き付け方向とレーザ光Ｌの照射方向とが異なっていたが、第２実施形態では、エアーＥの吹き付け方向とレーザ光Ｌの照射方向とが同一方向とされている点である。
【００４８】
即ち、本実施形態のレーザ接合装置２０は、図３に示すように、噴射ノズル２１とレーザ制御部１０とが光導波路１２を介して接続されており、レーザ光Ｌが噴射ノズル２１内に基端側から導入されるようになっている。また、本実施形態の噴射ノズル２１は、図４に示すように、先端側が漸次縮径するテーパ状に形成されていると共に、テーパ状となる手前側に集光レンズ１３が設けられている。この集光レンズ１３により、基端側から導入されたレーザ光Ｌは集光されながら照射されるようになっている。つまり、本実施形態では、噴射ノズル２１を通してレーザ光Ｌが照射されるようになっている。即ち、集光レンズ１３及び噴射ノズル２１の基端側の円筒部２１ａは、集光光学系１１として機能している。
【００４９】
また、流量調整弁８を通過したエアーＥは、図３及び図４に示すように、テーパ状に形成された噴射ノズル２１の先端側の側壁から内部に供給されるようになっている。そして、内部に供給されたエアーＥは、レーザ光Ｌの光軸Ｌ１に沿って噴射ノズル２１から外部に吹き出されるようになっている。なお、噴射ノズル２１は、０．５ｍｍ〜２ｍｍの程度の開口２１ｂが開くように先端側がテーパ状に形成されている。
【００５０】
このように構成されたレーザ接合装置２０においては、噴射ノズル２１を通してレーザ光Ｌを照射すると共に、レーザ光Ｌの光軸Ｌ１に沿ってエアーＥを吹き付けることができるので、エアーＥの力でリード線Ｒを曲げると共に、押し付けた位置を中心としてレーザ光Ｌを照射することができる。そのため、実装基板Ｐに対してしっかりと押し付けられた位置を中心として接合を行うことができ、浮きや剥がれ等が発生する可能性が低い。従って、接合の信頼性を向上することができる。
【００５１】
しかも、噴射ノズル２１の先端側がテーパ状に細く絞られているので、エアーＥの噴射径を極力小さくすることができる。そのため、微小なリード線Ｒに対してより集中してエアーＥを当てることができ、より確実に実装基板Ｐに押し付けることができる。また、噴射ノズル２１でエアーＥの風速を増加させることができるので、噴射ノズル２１までの間の風速の低下を極力抑えることができる。そのため、噴射ノズル２１までの途中経路でエアーＥが漏れ難い。また、従来からあるエアー源６を利用することができる。
【００５２】
なお、上記実施形態において、図５に示すように、内部圧力が一定値以上に高まったときに、内部圧力を外部に逃すリリース弁（圧力開放弁）２２を噴射ノズル２１の先端の側壁に設けても構わない。
こうすることで、噴射ノズル２１内で圧力が高まったとしても、一定値以上でリリース弁２２が作動して内部圧力を外部に逃すので、噴射ノズル２１の安全性を高めることができる。よって、信頼性を高めることができる。加えて、集光レンズ１３に過度の圧力が働くことを防止することができ、集光レンズ１３を保護することができる。この点においても安全性を高めることができる。
【００５３】
（第３実施形態）
次に、本発明に係るレーザ接合装置の第３実施形態を、図６を参照して説明する。なお、この第３実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第３実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、エアー源６から送られてきたエアーＥを単に吹き付けていたが、第３実施形態では、エアー源６から送られてきたエアーＥを加温した後に吹き付ける点である。
【００５４】
即ち、本実施形態のレーザ接合装置３０は、図６に示すように、エアー源６から送られてきたエアーＥを加温するヒータ（加温手段）３１を備えている。このヒータ３１は、流量調整弁８と噴射ノズル２との間に設けられている。但し、エアーＥの供給経路上であれば、どの位置に設けられていても良く、例えば、エアー源６や噴射ノズル２自体に設けられていても構わない。
【００５５】
このように構成されたレーザ接合装置３０においては、ヒータ３１に必要量の電流を印加することで、エアーＥに所望の熱量を与えて該エアーＥを温めることができる。よって、噴射ノズル２から温められたエアーＥを吹き付けることができる。温められたエアーＥを吹き付けられたリード線Ｒは、軟化してより変形し易い状態となる。よって、より滑らかにリード線Ｒを曲げて実装基板Ｐに押し付けることができ、リード線Ｒに与える負荷をより低減することができる。特に、リード線Ｒは金属材料から形成されているので、その効果が顕著である。また、リード線Ｒに予め塗布された半田を余熱することができるので、より短時間で接合を行うことができる。
【００５６】
なお、上記実施形態において、図７に示すように、加温されたエアーＥの温度を測定する温度センサ３２を設け、該温度センサ３２の測定結果に基づいてヒータ３１をフィードバック制御するように構成しても構わない。
上記温度センサ３２は、サーモグラフィや熱電対であり、ヒータ３１と噴射ノズル２との間に設けられている。但し、この場合に限られず、噴射ノズル２１の先端や、噴射ノズル２１と実装基板Ｐとの間に設けても構わない。そして、温度センサ３２は、測定結果をヒータ３１に出力している。ヒータ３１は、送られてきた測定結果に基づいて熱量（加温レベル）を調整して、エアーＥが所定温度になるように温度調整する。その結果、リード線Ｒに応じた最適な温度のエアーＥを正確に吹き付けることができる。
【００５７】
（第４実施形態）
次に、本発明に係るレーザ接合装置の第４実施形態を、図８を参照して説明する。なお、この第４実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第４実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、噴射ノズル２が固定されていたが、第４実施形態では、噴射ノズル２が移動する点である。
【００５８】
即ち、本実施形態のレーザ接合装置４０は、図８に示すように、実装基板Ｐに対する噴射ノズル２の位置を相対的に移動させて、実装基板Ｐに対するエアーＥの吹き出し角度を変化させる移動ステージ（移動手段）４１を備えている。この移動ステージ４１は、実装基板Ｐの上方で、リード線Ｒの延在方向に沿うようにして円弧状に配置されたガイド４２に沿って移動するようになっており、該移動ステージ４１に噴射ノズル２が固定されている。これにより、実装基板Ｐに対するエアーＥの吹き出し角度が変化するようになっている。
【００５９】
また、本実施形態では、流量調整弁８ではなく圧力調整弁７がエアー制御部９に接続されており、エアー制御部９からの指示に基づいてエアーＥの圧力を変化させるようになっている。なお、流量調整弁８は、流量が一定値となるように調整されている。つまり、本実施形態では、エアーＥの圧力を変化させることで、噴射ノズル２から吹き出すエアーＥの風速を変化させている。この際、エアー制御部９は、リード線Ｒの姿勢に応じて風速を変化させている。よって、本実施形態では、圧力調整弁７及びエアー制御部９が風速変化手段４として機能している。
【００６０】
このように構成されたレーザ接合装置４０においては、ガイド４２に沿って移動ステージ４１を移動させることで、実装基板Ｐに対するエアーＥの吹き出し角度を変化させることができる。ここで、実装基板Ｐ上に電子部品Ｃを載置したときには、リード線Ｒが斜め上方に跳ね上がっている場合が多い。このような場合には、リード線Ｒに効率良くエアーＥを当てて曲げるため、斜め上方からエアーＥを吹き付けることが有効であると考えられる。本実施形態によれば、これに対応することができ、跳ね上がったリード線Ｒに対して斜め上方からエアーＥを吹き付けることができる。つまり、リード線Ｒの姿勢がどのような状態になっていたとしても、この姿勢に応じて最適な角度でエアーＥを吹き付けることができる。従って、リード線Ｒをより確実に実装基板Ｐに押し付けることができる。
【００６１】
また、本実施形態では、圧力調整弁７でエアーＥの圧力を変化させるだけで、容易にエアーＥの風速を変化させることができるので、構成の簡略化を図ることができる。なお、流量調整弁８で風速を変化させる場合と、同様の作用効果を奏することができる。
【００６２】
なお、本実施形態では、噴射ノズル２側を移動させることでエアーＥの吹き出し角度を変化させたが、実装基板Ｐ側を移動させてエアーＥの吹き出し角度を変化させても構わないし、実装基板Ｐ側及び噴射ノズル２側の両方を共に移動させてエアーＥの吹き出し角度を変化させても構わない。いずれにしても、実装基板Ｐに対する噴射ノズル２の位置を相対的に移動させることで、エアーＥの吹き出し角度が変化するように移動手段を構成すれば良い。
【００６３】
（第５実施形態）
次に、本発明に係るレーザ接合装置の第５実施形態を、図９を参照して説明する。なお、この第５実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第５実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、噴射ノズル２が１つであったが、第５実施形態では、噴射ノズル２を複数備えている点である。
【００６４】
即ち、本実施形態のレーザ接合装置５０は、図９に示すように、実装基板Ｐに対するエアーＥの吹き出し角度がそれぞれ異なるように配置された３つの噴射ノズル２を備えている。但し、噴射ノズル２の数は、３つに限られるものではなく、２つでも構わないし、４つ以上でも構わない。これら複数の噴射ノズル２は、切替制御部（選択手段）５１に接続されている。この切替制御部５１は、リード線Ｒの姿勢に応じて、複数の噴射ノズル２の中から使用する噴射ノズル２を１つだけ選択し、流量調整弁８に接続するようになっている。
【００６５】
このように構成されたレーザ接合装置５０においては、切替制御部５１によって使用する噴射ノズル２を選択することができるので、実装基板Ｐに対するエアーＥの吹き出し角度を変化させることができる。ここで、実装基板Ｐ上に電子部品Ｃを載置したときには、リード線Ｒが斜め上方に跳ね上がっている場合が多い。このような場合には、リード線Ｒに効率良くエアーＥを当てて曲げるため、斜め上方からエアーＥを吹き付けることが有効であると考えられる。本実施形態によれば、これに対応することができ、跳ね上がったリード線Ｒに対して斜め上方からエアーＥを吹き付けることができる。つまり、リード線Ｒの姿勢がどのような状態になっていたとしても、この姿勢に応じて最適な角度でエアーＥを吹き付けることができる。従って、リード線Ｒをより確実に実装基板Ｐに押し付けることができる。
【００６６】
なお、本実施形態では、複数の噴射ノズル２の中から１つだけを選択するようにしたが、２つ又は３つの噴射ノズル２を同時に複数選択しても構わない。つまり、１つ以上の噴射ノズル２を選択できるように構成されていれば良い。
【００６７】
（第６実施形態）
次に、本発明に係るレーザ接合装置の第６実施形態を、図１０を参照して説明する。なお、この第６実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第６実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、噴射ノズル２が１つであったが、第６実施形態では、噴射ノズル２を２つ備えている点である。しかも、これら２つの噴射ノズル２は、それぞれ風速が変化させられるように構成されている点である。
【００６８】
即ち、本実施形態のレーザ接合装置６０は、図１０に示すように、実装基板Ｐに対するエアーＥの吹き出し角度がそれぞれ異なるように配置された２つの噴射ノズル２を備えている。これら２つの噴射ノズル２は、切替制御部（選択手段）６１に接続されている。この切替制御部６１は、リード線Ｒの姿勢に応じて、２つの噴射ノズル２のいずれか一方を使用するのか、或いは、両方の噴射ノズル２を使用するのかを選択している。また、２つの噴射ノズル２は、切替制御部６１を介して共通のエアー源６及び圧力調整弁７に接続された２つの流量調整弁８にそれぞれ別々に接続されている。また、両流量調整弁８は、それぞれ別々にエアー制御部９に接続されており、エアー源６から流れてくるエアーＥの流量を別々に調整できるようになっている。そのため、本実施形態では、２つの噴射ノズル２から同じ風速、或いは、異なる風速のエアーＥを吹き出すことができるようになっている。
【００６９】
２つの噴射ノズル２は、実装基板Ｐに形成されたプリント配線の導通パッドＰａ上に置かれたリード線Ｒを間にして、対向するように配置されている。具体的には、リード線Ｒと導通パッドＰａとを接合する接合ポイントと、両噴射ノズル２と、を結んだ線がＶ字を描くように２つの噴射ノズル２が配置されている。これにより、２つの噴射ノズル２からエアーＥを吹き出したときに、リード線Ｒに対して両側の斜め上方からエアーＥを吹き付けることができるようになっている。
【００７０】
また、本実施形態の集光光学系６２は、導通パッドＰａ上に置かれたリード線Ｒの略真上に位置するように配置されている。しかも、集光光学系６２の基端側には、リード線Ｒと導通パッドＰａとの接合ポイントを観察する撮像カメラ６３が固定されており、該撮像カメラ６３に像を結ぶための結像レンズ６３ａが集光光学系６２の内部に設けられている。即ち、集光光学系６２には、レーザ制御部１０から導入されたレーザ光Ｌを集光する集光レンズ１３に隣接して、結像レンズ６３ａが設けられている。つまり、本実施形態の集光光学系６２は、照射するレーザ光Ｌと同じ光軸で観察を行うことができる同軸観察可能な光学系として機能する。
【００７１】
撮像カメラ６３は、画像処理部６４に接続されており、観察画像を該画像処理部６４に送っている。画像処理部６４は、送られてきた観察画像を画像処理して、導通パッドＰａに対するリード線Ｒの姿勢を抽出している。また、画像処理部６４には、導通パッドＰａに対する正しいリード線Ｒの姿勢が予め記憶されている。そして、画像処理部６４は、抽出した実際のリード線Ｒの姿勢を、予め記憶されている理想のリード線Ｒの姿勢と比較して、その差、具体的にはずれている方向及びそのずれ量を算出することができるようになっている。算出後、画像処理部６４は、その差を補正するために、２つの噴射ノズル２から吹き出すエアーＥの風速を決定する信号をエアー制御部９に出力するようになっている。なお、画像処理部６４に送られてきた観察画像及び算出結果は、画像処理部６４に接続されているモニタ６５に表示されるようになっている。
【００７２】
一方、エアー制御部９は、画像処理部６４から送られてきた信号に基づいて、流量調整弁８の開閉度をそれぞれ調整し、２つの噴射ノズル２から吹き出すエアーＥの風速を変化させるようになっている。
【００７３】
このように構成されたレーザ接合装置６０においては、切替制御部６１によって使用する噴射ノズル２を選択することができるので、第５実施形態と同様に実装基板Ｐに対するエアーＥの吹き出し角度を変化させることができる。既に述べたように、実装基板Ｐ上に電子部品Ｃを載置したときに、リード線Ｒが斜め上方に跳ね上がっている場合が多い。このような場合には、リード線Ｒに効率良くエアーＥを当てるため、斜め上方からエアーＥを吹き付けることが有効である。本実施形態によれば、跳ね上がったリード線Ｒに対して斜め上方からエアーＥを吹き付けることができる。このように、リード線Ｒの姿勢に応じて最適な角度でエアーＥを吹き付けることができ、リード線Ｒをより確実に実装基板Ｐの導通パッドＰａに押し付けることができる。
【００７４】
ところで、いずれか一方の噴射ノズル２でエアーＥを吹き付けた場合には、リード線Ｒ及び実装基板Ｐに当たったエアーＥが実装基板Ｐに沿って流れるため、リード線Ｒがこの流れに乗ってしまい導通パッドＰａからずれる可能性がある。しかしながら、本実施形態によれば、このずれを極力なくすことができる。これについて、以下に説明する。
まず、電子部品Ｃが実装基板Ｐに載置されると、導通パッドＰａとリード線Ｒとの接合ポイントを撮像カメラ６３が観察し、観察画像を画像処理部６４に出力する。すると、画像処理部６４は、送られてきた観察画像を画像処理して導通パッドＰａに対するリード線Ｒの姿勢を抽出した後、抽出した実際のリード線Ｒの姿勢と、予め記憶されている理想のリード線Ｒの姿勢とを比較し、その差を算出する。
【００７５】
ここで、画像処理部６４はこの差に応じて、２つの噴射ノズル２から吹き出すエアーＥの風速を決定する信号をエアー制御部９に出力する。エアー制御部９は、画像処理部６４から送られてきた信号に基づいて、流量調整弁８の開閉度をそれぞれ調整し、２つの噴射ノズル２から吹き出すエアーＥの風速を変化させる。また、これと同時に切替制御部６１は、２つの噴射ノズル２を同時に使用できる状態にする。
【００７６】
これにより、２つの噴射ノズル２から、画像処理部６４で算出された風速をそれぞれ吹き出させることができる。その結果、導通パッドＰａからずれてしまったリード線Ｒの横振れを抑えることができ、リード線Ｒのずれを修正することができる。特に、２つの噴射ノズル２の配置の関係上、リード線Ｒに対して両側からＶ字を描くようにエアーＥを吹き付けて、リード線ＲをエアーＥで挟み込むことができるので、導通パッドＰａに対してリード線Ｒを正確に押し付けることができ、該リード線Ｒを正規の位置に仮固定することができる。仮固定ができたところで、画像処理部６４はレーザ制御部１０に対してレーザ光Ｌの出射可能信号を送る。補正動作は、リード線Ｒが正しい位置に移動するまで行われ、その仮固定の状態は少なくともレーザ光Ｌにより接合が完了するまで維持される。その後、レーザ光Ｌの照射を行ってリード線Ｒの接合を行う。
【００７７】
上述したように、本実施形態のレーザ接合装置６０によれば、リード線Ｒの位置補正を自動で行うことができるので、より正確に接合を行うことができ、接合の信頼性を向上することができる。
なお、本実施形態では、リード線Ｒと導通パッドＰａとを接合する接合ポイントと、両噴射ノズル２とを結んだ線がＶ字を描くように２つの噴射ノズル２を一対の組として配置したが、Ｖ字の角度を変えた一対の噴射ノズル２を複数組配置しても構わない。また、リード線Ｒの延在方向に沿って、Ｖ字の角度が同じ一対の噴射ノズル２を複数組配置しても構わない。また、撮像カメラ６３は同軸観察としたが、同軸ではないカメラを配置して観察しても構わない。また、カメラの台数を増やすことで、位置情報の精度を高めることができる。
【００７８】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００７９】
例えば、上記各実施形態では、被接合部品として電子部品Ｃのリード線Ｒを例に挙げて説明したが、リード線Ｒに限定されるものではない。例えば、電気線の端部から露出した線材でも構わない。
【００８０】
また、上記各実施形態では、レーザ光Ｌの熱エネルギにより半田を溶融させることで、接合を行う場合を例にしたが、レーザ光Ｌによりリード線Ｒを直接溶融させて接合させる場合でも適用可能である。
また、上記各実施形態では、流体としてエアーＥ（空気）を用いたが、エアーＥに限定されず各種の流体を用いて構わない。例えば、半田の酸化を抑えるために、不活性気体を流体として使用しても構わない。いずれの流体と用いたとしても、同様の作用効果を奏することができる。
【００８１】
（実施例）
次に、上記第１実施形態に基づいて、実際に電気配線の端部から露出した線材を接合した場合の実施例について説明する。なお、以下の条件で接合を行った。
まず、線材としては、線径０．０８ｍｍの銅線を用いた。この際、電気配線の端部から露出した長さを５ｍｍとした。そして、実装基板Ｐから２ｍｍ離間した位置に線材を配置した。次に、線材から１０ｍｍ離間した位置に先端が位置するように噴射ノズル２を配置した。噴射ノズル２は、先端の開口径が２ｍｍのものを使用した。
【００８２】
この条件の元、接合を開始した。この際、エアーＥの圧力値を、０．５MPａに設定した状態で、徐々に流量を増加させることで風速を変化させた。その結果、徐々に線材が曲げられて変形し、流量が１０Ｌ／ｍｉｎ付近で実装基板Ｐに押し付けることができた。
このように、従来押し付けが困難であった微小な線材であっても、確実に実装基板Ｐに押し付けることができ、接合を行うことができた。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明に係るレーザ接合装置の第１実施形態を示す構成図である。
【図２】図１に示すレーザ接合装置の変形例を示す構成図である。
【図３】本発明に係るレーザ接合装置の第２実施形態を示す構成図である。
【図４】図３に示すレーザ接合装置の噴射ノズルの拡大断面図である。
【図５】図４に示す噴射ノズルの変形例を示す拡大断面図である。
【図６】本発明に係るレーザ接合装置の第３実施形態を示す構成図である。
【図７】図６に示すレーザ接合装置の変形例を示す構成図である。
【図８】本発明に係るレーザ接合装置の第４実施形態を示す構成図である。
【図９】本発明に係るレーザ接合装置の第５実施形態を示す構成図である。
【図１０】本発明に係るレーザ接合装置の第６実施形態を示す構成図である。
【図１１】従来のレーザ接合装置の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００８４】
Ｅ    エアー（流体）
Ｌ    レーザ光
Ｌ１    レーザ光の光軸
Ｒ    リード線（被接合部品）
Ｐ    実装基板（基板）
１、２０、３０、４０、５０、６０    レーザ接合装置
２、２１    噴射ノズル
３    噴射手段
４    風速変化手段
５    照射手段
７    圧力調整弁
８    流量調整弁
１５    風速測定部
２２    リリース弁（圧力開放弁）
３１    ヒータ（加温手段）
３２    温度センサ
４１    移動ステージ（移動手段）
５１、６１    切替制御部（選択手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2008254018.tif 000010
【図９】
2008254018.tif 000011
【図１０】
2008254018.tif 000012
【図１１】
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