(57)【要約】【課題】微小サイズの半田付けを行うことができる半田付け方法等を提供する。【解決手段】本発明に係る半田付け方法は、半田または半田付け対象物にレーザ光を照射して半田付けを行う方法であって、単一のコアを有し光増幅した光をシングルモードで出力する増幅用光ファイバ１４と、増幅用光ファイバ１４に入力させる種光を出力する種光源１２とを含み、種光源１２が出力した種光を増幅用光ファイバ１４において光増幅して出力するファイバレーザ装置１０と、ファイバレーザ装置１０からの出力光を平行光にした後に集光レンズで集光して半田または半田付け対象物に照射する空間光学系３０とを用い、ファイバレーザ装置１０からの出力光をマイクロ秒以上のパルス幅の光または連続光として出力し、空間光学系３０からの出力光を半田または半田付け対象物に照射することを特徴とする。【選択図】図１
2008055456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半田または半田付け対象物にレーザ光を照射して半田付けを行う方法であって、
単一のコアを有し、出力波長においてシングルモードの光を出力する光ファイバを有するファイバレーザ装置と、
前記ファイバレーザ装置へ入力する種光を供給する種光源と、
前記ファイバレーザ装置からの出力光を平行光にした後に集光レンズで集光して前記半田または前記半田付け対象物に照射する空間光学系とを用い、
前記ファイバレーザ装置からの出力光をマイクロ秒以上のパルス幅の光または連続光として出力し、
前記空間光学系からの出力光を前記半田または前記半田付け対象物に照射する
ことを特徴とする半田付け方法。
【請求項２】
前記空間光学系からの出力光を前記半田付け対象物に照射して前記半田付け対象物を予熱した後に、前記空間光学系からの出力光を前記半田に照射して半田付けを行うことを特徴とする請求項１記載の半田付け方法。
【請求項３】
半田付けを行った後に、
前記ファイバレーザ装置または他のファイバレーザ装置からの出力光をナノ秒以下のパルス幅の光として出力し、
前記空間光学系からの出力光を半田付けの際に発生した不要な半田部分に照射して、前記不要な半田部分を除去する
ことを特徴とする請求項１記載の半田付け方法。
【請求項４】
前記集光レンズで集光したビームのスポットサイズが１μｍ〜１００μｍとなるように、前記集光レンズへ入射するビームの径を調整することを特徴とする請求項１記載の半田付け方法。
【請求項５】
前記光ファイバとしてＹｂ添加光ファイバを用い、前記光ファイバからの出力光を波長変換素子に通過させることにより波長５３２ｎｍの光とし、この波長５３２ｎｍの光を前記空間光学系により前記半田または前記半田付け対象物に照射することを特徴とする請求項１記載の半田付け方法。
【請求項６】
前記ファイバレーザ装置は、ＭＯＰＡ型であって、前記種光源が半導体レーザを含み、その発振条件を調整する発振調整機構を有することを特徴とする請求項１記載の半田付け方法。
【請求項７】
プラスチックシートの表面に粘着剤により半田付け対象物の電線を接着し、そのプラスチックシートに接着された電線を半田付け対象物の基板上に固定し、前記電線を前記基板に半田付けすることを特徴とする請求項１記載の半田付け方法。
【請求項８】
各々半田付け対象物である電線と基板とを互いに半田付けし、
半田付けされた後の電線および基板の半田付け部分をプラスチックシートで覆い、
その上から前記ファイバレーザ装置からの出力光をマイクロ秒以上のパルス幅の光または連続光を出力とした前記空間光学系からの出力光を照射し、前記半田付け部分にプラスチックの保護膜を形成する
ことを特徴とする請求項１記載の半田付け方法。
【請求項９】
半田または半田付け対象物にレーザ光を照射して半田付けを行う装置であって、
単一のコアを有し、出力波長においてシングルモードの光を出力する光ファイバと、
前記光ファイバに入力する種光を出力する種光源と、前記光ファイバにおいて連続発振及びパルス発振の両方を可能とする発振調整機構とを含み、前記シングルモードの光を出力するファイバレーザ装置と、
前記ファイバレーザ装置からの出力光を平行光にするコリメータと、そのコリメータからの出力光を集光する集光レンズとを含む空間光学系とを備え、
前記ファイバレーザ装置からの出力光をマイクロ秒以上のパルス幅の光または連続光として出力する
ことを特徴とする半田付け用レーザ装置。
【請求項１０】
前記発振調整機構は、ナノ秒パルスの発振が可能であり、
前記ファイバレーザ装置は、発振条件を可変に調整し、パルス幅を調整するパルス幅調整機構を有する
ことを特徴とする請求項９記載の半田付け用レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半田または半田付け対象物にレーザ光を照射して半田付けを行う方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半田または半田付け対象物にレーザ光を照射して半田付けを行う技術は、例えば特許文献１に開示されている。この文献に開示された半田付け技術は、レーザ光源から出力されたレーザ光を光ファイバにより導波させ、その光ファイバの先端から出力されたレーザ光を半田または半田付け対象物に集光照射することで、半田付けを行う。
【特許文献１】特開平６−７７６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、レーザ光照射により半田付けを行う従来の技術では、レーザ光を半田付け箇所に集光照射する際に、該レーザ光のスポットサイズを充分に小さくすることができず、それ故、例えば０.１ｍｍ以下の微小サイズの半田付けを行うことが困難である。
【０００４】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、微小サイズの半田付けを行うことができる半田付け方法および半田付け用レーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る半田付け方法は、半田または半田付け対象物にレーザ光を照射して半田付けを行う方法であって、単一のコアを有し、出力波長においてシングルモードの光を出力する光ファイバを有するファイバレーザ装置と、ファイバレーザ装置へ入力する種光を供給する種光源と、ファイバレーザ装置からの出力光を平行光にした後に集光レンズで集光して半田または半田付け対象物に照射する空間光学系とを用い、ファイバレーザ装置からの出力光をマイクロ秒以上のパルス幅の光または連続光として出力し、空間光学系からの出力光を半田または半田付け対象物に照射することを特徴とする。
【０００６】
本発明に係る半田付け方法は、空間光学系からの出力光を半田付け対象物に照射して半田付け対象物を予熱した後に、空間光学系からの出力光を半田に照射して半田付けを行うのが好適である。
【０００７】
本発明に係る半田付け方法は、半田付けを行った後に、ファイバレーザ装置または他のファイバレーザ装置からの出力光をナノ秒以下のパルス幅の光として出力し、空間光学系からの出力光を半田付けの際に発生した不要な半田部分に照射して、不要な半田部分を除去するのが好適である。
【０００８】
本発明に係る半田付け方法は、集光レンズで集光したビームのスポットサイズが１μｍ〜１００μｍとなるように、集光レンズへ入射するビームの径を調整するのが好適である。
【０００９】
本発明に係る半田付け方法は、光ファイバとしてＹｂ添加光ファイバを用い、光ファイバからの出力光を波長変換素子に通過させることにより波長５３２ｎｍの光とし、この波長５３２ｎｍの光を空間光学系により半田または半田付け対象物に照射するのが好適である。
【００１０】
本発明に係る半田付け方法では、ファイバレーザ装置は、ＭＯＰＡ型であって、種光源が半導体レーザを含み、その発振条件を調整する発振調整機構を有するのが好適である。
【００１１】
本発明に係る半田付け方法は、プラスチックシートの表面に粘着剤により半田付け対象物の電線を接着し、そのプラスチックシートに接着された電線を半田付け対象物の基板上に固定し、電線を基板に半田付けするのが好適である。
【００１２】
本発明に係る半田付け方法は、各々半田付け対象物である電線と基板とを互いに半田付けし、半田付けされた後の電線および基板の半田付け部分をプラスチックシートで覆い、その上からファイバレーザ装置からの出力光をマイクロ秒以上のパルス幅の光または連続光を出力とした空間光学系からの出力光を照射し、半田付け部分にプラスチックの保護膜を形成するのが好適である。
【００１３】
本発明に係る半田付け用レーザ装置は、半田または半田付け対象物にレーザ光を照射して半田付けを行う装置であって、単一のコアを有し、出力波長においてシングルモードの光を出力する光ファイバと、光ファイバに入力する種光を出力する種光源と、光ファイバにおいて連続発振及びパルス発振の両方を可能とする発振調整機構とを含み、シングルモードの光を出力するファイバレーザ装置と、ファイバレーザ装置からの出力光を平行光にするコリメータと、そのコリメータからの出力光を集光する集光レンズとを含む空間光学系とを備え、ファイバレーザ装置からの出力光をマイクロ秒以上のパルス幅の光または連続光として出力することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る半田付け用レーザ装置では、発振調整機構は、ナノ秒パルスの発振が可能であり、ファイバレーザ装置は、発振条件を可変に調整し、パルス幅を調整するパルス幅調整機構を有するのが好適である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る半田付け方法および半田付け用レーザ装置によれば、微小サイズの半田付けを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
図１〜図３は、本実施形態に係る半田付け用レーザ装置１の構成を示すとともに本実施形態に係る半田付け方法を説明する図である。図４は、本実施形態に係る半田付け用レーザ装置１に含まれるファイバレーザ装置１０の構成図である。なお、図１〜図３には、半田付け用レーザ装置１に加えて、半田付け対象物である基板９１および同軸ケーブル中心導体９２も示されており、また、半田９３およびプラスチック９４も示されている。
【００１８】
半田付け用レーザ装置１は、ファイバレーザ装置１０，ガイド用光ファイバ２０および空間光学系３０を備える。空間光学系３０は、ビームエキスパンダ３１および集光レンズ３２を含む。また、図４に示されるように、ファイバレーザ装置１０は、光増幅器１１，種光源１２および発振調整機構１３を備えている。光増幅器１１は、増幅用光ファイバ１４，励起光源１５および光カプラ１６を含む。
【００１９】
増幅用光ファイバ１４は、単一のコアを有し光増幅した光をシングルモードで出力するものであって、例えば波長１０６４ｎｍの光を光増幅するＹｂ添加光ファイバである。励起光源１５は、増幅用光ファイバ１４に供給されるべき励起光を出力するものであって、例えば半導体レーザ素子を含む。種光源１２は、増幅用光ファイバ１４において光増幅されるべき種光を出力するものであって、例えば半導体レーザ素子を含む。発振調整機構１３は、種光源１２を駆動して、連続発振及びパルス発振の両方を可能とし、また、パルス発振の場合にはパルス幅を調整する。
【００２０】
励起光源１５から出力された励起光は、光カプラ１６を経て増幅用光ファイバ１４に供給され、この増幅用光ファイバ１４に含まれるＹｂ元素を励起する。発振調整機構１３により駆動された種光源１２から出力された種光は、光カプラ１６を経て増幅用光ファイバ１４に入力され、この増幅用光ファイバ１４において光増幅される。すなわち、ファイバレーザ装置１０は、ＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）構成を有している。この増幅用光ファイバ１４において光増幅された光がファイバレーザ装置１０の出力光となる。
【００２１】
ファイバレーザ装置１０からの出力光は、ガイド用光ファイバ２０の一端に入射し、ガイド用光ファイバ２０により導波されて、ガイド用光ファイバ２０の他端に設けられたコリメータ２１により平行光とされて空間へ出力される。コリメータ２１から出力された平行光は、ビームエキスパンダ３１により光束径が拡大された後に集光レンズ３２により集光されて、半田付け対象物（基板９１，同軸ケーブル中心導体９２）または半田９３に照射される。
【００２２】
以下では、基板９１に形成された銅線パターンの幅が１００μｍであり、同軸ケーブル中心導体９２の直径が６０μｍであり、また、半田９３がクリーム半田であるとして、基板９１の銅線パターンと同軸ケーブル中心導体９２との間に半田９３を塗っておき、これに対して半田付け用レーザ装置１からレーザ光を照射して、基板９１の銅線パターンに同軸ケーブル中心導体９２を半田９３で半田付けするものとする。
【００２３】
この半田付けに際しては、ファイバレーザ装置１０からのシングルモードの出力光をマイクロ秒以上のパルス幅の光または連続光として出力し、空間光学系３０からの出力光を半田付け対象物（基板９１，同軸ケーブル中心導体９２）または半田９３に照射する。ファイバレーザ装置１０からシングルモード光が出力されることにより、また、ファイバレーザ装置１０から出力された光が空間光学系３０により光束径拡大後に集光されることにより、空間光学系３０により集光される光のスポット径が小さくなり得る。
【００２４】
例えば、ファイバレーザ装置１０から出力された波長λが１０６４ｎｍである光を、ビームエキスパンダ３１により光束径Ｄを１０ｍｍに広げた後に、焦点距離ｆが１００ｍｍである集光レンズ３２により集光する場合を考える。また、ガイド用光ファイバ２０から出力される光のビーム品質係数（Ｍ２）をａとする。このとき、集光レンズ３２により集光される光の最小スポット径ｄは、「ｄ＝１.２７・ｆ・λ・ａ／Ｄ」なる式で得られる。一般に光ファイバから出力される光のビーム品質係数ａは１であると言われている。
【００２５】
したがって、集光レンズ３２により集光される光の最小スポット径ｄは約１３.５μｍとなる。このように、微小領域にレーザ光を集光照射することができるので、微小サイズの半田付けを行うことができ、基板９１に形成された幅１００μｍの銅線パターンに対し直径６０μｍの同軸ケーブル中心導体９２を半田付けすることができる。
【００２６】
一般に、集光レンズ３２で集光したビームのスポット径ｄが１μｍ〜１００μｍとなるように、集光レンズ３２へ入射するビームの径Ｄを調整するのが好適である。集光レンズ３２により集光されたビームのスポット径ｄが１μｍ未満であると、光学系の調整が容易でなく、半田付け操作が煩わしい。一方、集光レンズ３２により集光されたビームのスポット径ｄが１００μｍ超であると、不要な半田部分が多くなる。集光レンズ３２により集光されたビームのスポット径ｄが１μｍ〜１００μｍの範囲であれば、半田付け操作が容易であって、不要な半田部分が少ない。
【００２７】
また、マイクロ秒以上のパルス幅の光または連続光の集光点を半田付け対象物（基板９１，同軸ケーブル中心導体９２）または半田９３に位置させることにより、半田９３を飛散させることなく、半田付け対象物（基板９１，同軸ケーブル中心導体９２）または半田９３を加熱することができて、基板９１と同軸ケーブル中心導体９２とを互いに半田付けすることができる（図１）。
【００２８】
また、半田付けの際に、空間光学系３０からの出力光を半田付け対象物（基板９１，同軸ケーブル中心導体９２）に照射して半田付け対象物を予熱した後に、空間光学系３０からの出力光を半田９３に照射して半田付けを行うのが好適である（図１）。このようにすることにより、半田の付きがよくなる。
【００２９】
半田付けの際に不要な半田部分９３ａが発生する場合がある。この場合には、ファイバレーザ装置１０（または他のファイバレーザ装置）からの出力光をナノ秒以下のパルス幅の光として出力し、空間光学系３０からの出力光を不要な半田部分９３ａに照射して、この不要な半田部分９０３ａを除去するのが好適である（図２）。
【００３０】
このとき、不要な半田部分９３ａに照射するレーザ光のパルス幅をナノ秒以下とすることにより、単位時間当りの照射パワーを大きくして、不要な半田部分９３ａにおける光吸収による熱が伝導する間もなく急速に加熱して、不要な半田部分９３ａをアブレーションさせて除去することができる。
【００３１】
なお、出力光をナノ秒以下のパルス幅の光とするには、種光源１２としての半導体レーザ素子に供給される駆動信号の変調周期を調整することで可能であり、また、パルス幅を圧縮するパルス圧縮器を設けることでも可能である。或いは、他の短パルスのファイバレーザ光源を用いてもよい。
【００３２】
また、プラスチックシートの表面に粘着剤により電線９２を接着し、そのプラスチックシートに接着された電線９２を基板９１上に固定し、電線９２を基板９１に半田付けするのが好適である。或いは、電線９２と基板９１とを互いに半田付けし、半田付けされた後の電線９２および基板９１の半田付け部分をプラスチックシート９４で覆い、その上からファイバレーザ装置１０からの出力光をマイクロ秒以上のパルス幅の光または連続光を出力とした空間光学系３０からの出力光を照射し、半田付け部分にプラスチック９４の保護膜を形成するのが好適である（図３）。このようにすることにより、半田付け部分は、プラスチック９４の保護膜により覆われて保護される。なお、このプラスチック９４としては、例えば、ポリアセタール、ポリカーボネートまたはポリエチレンテレフタレートが好適に用いられる。
【００３３】
図５は、本実施形態に係る半田付け用レーザ装置１に含まれるファイバレーザ装置１０の他の構成を示す図である。この図に示されるファイバレーザ装置１０Ａは、図１〜図３に示される半田付け用レーザ装置１に含まれるファイバレーザ装置１０（図４）に替えて用いられる。図４に示されたファイバレーザ装置１０の構成と比較すると、この図５に示されるファイバレーザ装置１０Ａは、波長変換素子１７を更に備える点で相違する。
【００３４】
波長変換素子１７は、増幅用光ファイバ１４であるＹｂ添加光ファイバから出力される波長１０６４ｎｍの光を入力し、２倍の光周波数を有する波長５３２ｎｍの光を発生して出力するものであり、例えばＫＴＰ等の非線形光学結晶が用いられる。この波長変換素子１７から出力された波長５３２ｎｍの光は、ガイド用光ファイバ２０および空間光学系３０を経て、半田付け対象物（基板９１，同軸ケーブル中心導体９２）または半田９３に集光照射される。
【００３５】
このように波長５３２ｎｍの光が半田付け対象物（基板９１，同軸ケーブル中心導体９２）または半田９３に集光照射されることにより、更に微小サイズの半田付けを行うことができる。また、一般に金属の光吸収率は、波長１０６４ｎｍより波長５３２ｎｍの方が大きい。例えば、Ｓｎの吸収率の波長依存性が図６に示されるように、波長１０６４ｎｍにおけるＳｎの光吸収率と比べて、波長５３２ｎｍにおけるＳｎの光吸収率は数倍大きい。したがって、波長５３２ｎｍの光を用いることにより、より効率的に半田付けを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本実施形態に係る半田付け用レーザ装置１の構成を示すとともに本実施形態に係る半田付け方法を説明する図である。
【図２】本実施形態に係る半田付け用レーザ装置１の構成を示すとともに本実施形態に係る半田付け方法を説明する図である。
【図３】本実施形態に係る半田付け用レーザ装置１の構成を示すとともに本実施形態に係る半田付け方法を説明する図である。
【図４】本実施形態に係る半田付け用レーザ装置１に含まれるファイバレーザ装置１０の構成を示す図である。
【図５】本実施形態に係る半田付け用レーザ装置１に含まれるファイバレーザ装置１０の他の構成を示す図である。
【図６】Ｓｎの吸収率の波長依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
１…半田付け用レーザ装置、１０，１０Ａ…ファイバレーザ装置、１１…光増幅器、１２…種光源、１３…発振調整機構、１４…増幅用光ファイバ、１５…励起光源、１６…光カプラ、１７…波長変換素子、２０…ガイド用光ファイバ、２１…コリメータ、３０…空間光学系、３１…ビームエキスパンダ、３２…集光レンズ、９１…基板（半田付け対象物）、９２…同軸ケーブル中心導体（半田付け対象物）、９３，９３ａ…半田、９４…プラスチック。
【図１】
2008055456.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008055456.tif 000007
【図６】
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