(57)【要約】【課題】ＣＣＤカメラを備えたレーザーヘッドにおいて、はんだ付け時に、はんだ付け対象からの高輝度の光によってハレーションが起きるのを防止する。【解決手段】ＣＣＤカメラ９を、レーザービーム投射用の光学系２を介してはんだ付け対象１０の画像を撮像するように構成し、該ＣＣＤカメラ９と上記光学系２のハーフミラー２ｃとの間に、はんだ付け対象１０から送られてくる高輝度の光を遮断する選択透過性のフィルター２３を、該ＣＣＤカメラ９と上記ハーフミラー２ｃとを結ぶ光路を遮る遮断位置と、該光路から離れる非遮断位置とに切換操作自在に配設する。【選択図】図１
2008173659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー発振器から出力されるレーザービームをはんだ付け対象に投射してはんだ付けを行うためのレーザーヘッドであって、上記レーザービームをはんだ付け対象に投射するための光学系と、はんだ付け対象の画像を撮像するためのＣＣＤカメラとを有し、
上記ＣＣＤカメラは、撮像用の光軸を上記光学系の光軸と一致させて配設することにより、該光学系を介して上記はんだ付け対象の画像を撮像するように構成され、該ＣＣＤカメラと上記光学系との間に、はんだ付け対象から送られてくる光の一部を選択的に遮断する選択透過性のフィルターが、該ＣＣＤカメラと上記光学系とを結ぶ光路を遮る遮断位置と、該光路から離れる非遮断位置とに切換操作自在に配設されていることを特徴とするはんだ付け用レーザーヘッド。
【請求項２】
上記レーザーヘッドが筒状のハウジングを有し、該ハウジングの内部に上記光学系が設けられると共に、該ハウジングの側面に、上記レーザー発振器からの光ファイバーを接続するためのファイバー接続部が設けられ、
上記光学系は、上記レーザー発振器から出力されたレーザービームは反射させるがその他の光は透過させるハーフミラーと、該ハーフミラーで反射されたレーザービームを収束させてはんだ付け対象に投射する光学レンズとを有していて、上記ハーフミラーの背面側に上記ＣＣＤカメラが配設されると共に、これらのハーフミラーとＣＣＤカメラの間に上記フィルターが、該ＣＣＤカメラの撮像用光軸と直交する方向にスライド操作可能に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザーヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザービームを使用して半導体チップ等の電子部品をはんだ付けするレーザーはんだ付け装置における、上記レーザービームをはんだ付け対象に向けて投射するためのレーザーヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザービームを使用して電子部品等をはんだ付けする技術は、例えば特許文献１に記載されているように既に公知である。この技術は、光学レンズやハーフミラーなどの光学系を内蔵したレーザーヘッドを有していて、レーザー発振器から出力されるレーザービームを、上記光学系を通じてレーザーヘッドの先端の投射口に導き、この投射口を通じてはんだ付け対象に投射し、はんだを加熱、溶融させてはんだ付けするもので、非接触ではんだ付けを行うことができるという利点がある。
【０００３】
また、上記レーザーヘッドがＣＣＤカメラを備えていて、このＣＣＤカメラで上記はんだ付け対象を撮像し、その画像をモニターで見ながら、はんだ付け開始前においては、実際に投射するレーザービームよりも出力を落としたテスト用レーザービーム（テストビーム）をはんだ付け対象に投射し、その投射位置やスポット径等を画像で確認しながら投射のための位置決め（ティーチング）を行い、はんだ付け時には、各はんだ付けポイント毎のはんだ付け作業が正常に行われているか否かといったようなことを観察するようにしている。
【特許文献１】特開２００２−１５２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、はんだ付け時に上記ＣＣＤカメラではんだ付け対象を撮像していると、レーザービームではんだが溶融した際に発生する高輝度の光や反射光等によってハレーションを起こすことがあり、ハレーションを起こすと、モニターの画面が白くぼやけてはんだ付けが行われている状態を観察しにくくなるという問題があった。
【０００５】
そこで本発明の目的は、ＣＣＤカメラを備えたレーザーヘッドにおいて、はんだ付け開始前のティーチング時には、はんだ付け対象に投射したテストビームの観察を可能にして該レーザービームの位置決めを行うことができ、また、はんだ付け時には、はんだ付け対象で発生する高輝度の光によってハレーションが起きるのを防止してはんだ付け状態の観察を確実に行うことができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明によれば、レーザー発振器から出力されるレーザービームをはんだ付け対象に投射してはんだ付けを行うためのレーザーヘッドであって、上記レーザービームをはんだ付け対象に投射するための光学系と、はんだ付け対象の画像を撮像するためのＣＣＤカメラとを有し、上記ＣＣＤカメラは、撮像用の光軸を上記光学系の光軸と一致させて配設することにより、該光学系を介して上記はんだ付け対象の画像を撮像するように構成され、該ＣＣＤカメラと上記光学系との間に、はんだ付け対象から送られてくる光の一部を選択的に遮断する選択透過性のフィルターが、該ＣＣＤカメラと上記光学系とを結ぶ光路を遮る遮断位置と、該光路から離れる非遮断位置とに切換操作自在に配設されていることを特徴とするはんだ付け用レーザーヘッドが提供される。
【０００７】
本発明においては、上記レーザーヘッドが筒状のハウジングを有し、該ハウジングの内部に上記光学系が設けられると共に、該ハウジングの側面に、上記レーザー発振器からの光ファイバーを接続するためのファイバー接続部が設けられ、上記光学系は、上記レーザー発振器から出力されたレーザービームは反射させるがその他の光は透過させるハーフミラーと、該ハーフミラーで反射されたレーザービームを収束させてはんだ付け対象に投射する光学レンズとを有していて、上記ハーフミラーの背面側に上記ＣＣＤカメラが配設されると共に、これらのハーフミラーとＣＣＤカメラの間に上記フィルターが、該ＣＣＤカメラの撮像用光軸と直交する方向にスライド操作可能に配設されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ＣＣＤカメラと光学系との間に、光の選択透過性を有するフィルターを、該ＣＣＤカメラと上記光学系とを結ぶ光路を遮る遮断位置と、該光路から離れる非遮断位置とに切換操作自在なるように配設したことにより、はんだ付け開始前におけるティーチング時には、上記フィルターを非遮断位置に切り換えることにより、はんだ付け対象に投射したテストビームの観察を可能にしてレーザービームの位置決め行うことができ、また、はんだ付け時には、上記フィルターを遮断位置に切り換えることにより、はんだ付け対象から送られて来る高輝度の光を遮断することによってハレーションが起きるのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に係るレーザーヘッドの一実施形態について説明する。図１に示すレーザーヘッドは、例えば、旋回自在かつ屈伸自在の多関節アームを有するはんだ付けロボットの上記多関節アームに取り付けて使用するもので、筒状のハウジング１を有している。このハウジング１は、レーザービームＬＢの投射用と撮像用とに共用される光学系２を内蔵した第１ハウジング部分１ａと、この第１ハウジング部分１ａの前端部（下端部）に同軸状に結合されて防塵ガラス３を担持する第２ハウジング部分１ｂと、この第２ハウジング部分１ｂの前端部（下端部）に同軸状に結合されて先端にレーザービームＬＢを投射するための投射口４を有する第３ハウジング部分１ｃとを有している。なお、上記光学系２の光軸Ｌ１とハウジング１の軸線とは一致している。
【００１０】
上記第１ハウジング部分１ａは、円筒形をした前筒部６ａと角筒形をした後筒部６ｂとを相互に接続することにより構成されたもので、上記前筒部６ａの内部には、上記光軸Ｌ１に沿って一対の光学レンズ２ａ，２ｂが内蔵され、上記後筒部６ｂの内部には、上記光軸Ｌ１に対して４５度傾斜するハーフミラー２ｃが内蔵されている。
【００１１】
また、上記後筒部６ｂの上端にはカメラ用取付部８が形成され、この取付部８にＣＣＤカメラ９が取り付けられており、このＣＣＤカメラ９で上記光学系２のハーフミラー２ｃ及び光学レンズ２ａ，２ｂを通してはんだ付け対象１０を正面から撮像できるようになっている。上記ＣＣＤカメラ９で撮像された画像は、図示しないモニターに映し出され、はんだ付けの開始前には、上記レーザービームＬＢの投射スポットとはんだ付けポイントとの位置決め（ティーチング）に利用され、はんだ付け時には、はんだ付けが正常に行われているか否か等の観察に用いられる。
【００１２】
更に、上記後筒部６ｂの側面の上記ハーフミラー２ｃに対応する位置には、ファイバー接続部１２が形成され、このファイバー接続部１２に、図示しないレーザー発振器から延びる光ファイバー１３の先端部が、上記ハーフミラー２ｃに対して４５度の入射角でレーザービームを投射可能なるように接続されている。このハーフミラー２ｃは、上記レーザー発振器から出力されたはんだ付け用のレーザービームＬＢは反射するが、その他のレーザービームや可視光は透過させる性質を有するものである。
【００１３】
そして、はんだ付け作業時に、上記光ファイバー１３から入射されたレーザービームＬＢが、上記ハーフミラー２ｃで光軸Ｌ１に沿って９０度屈折されたあと、２つの光学レンズ２ａ，２ｂを通って上記投射口４からはんだ付け対象１０に投射され、はんだ付けが行われるようになっている。このとき、特に図示はしていないが、ハウジング１に付設されたはんだ供給装置から糸はんだがはんだ付け対象１０に供給され、この糸はんだが上記レーザービームで溶融されてはんだ付けが行われる。
【００１４】
また、上記はんだ付け対象１０の状態は、上記２つの光学レンズ２ａ，２ｂとハーフミラー２ｃとを通してＣＣＤカメラ９により撮像され、モニターに映し出される。従って、上記光学系２とＣＣＤカメラ９とは、上記ハーフミラー２ｃから２つの光学レンズ２ａ，２ｂを通ってはんだ付け対象１０に至る光路において、一つの光軸Ｌ１を共有している。換言すれば、上記ＣＣＤカメラ９の撮像用光軸Ｌ２と上記光学系２の光軸Ｌ１とは互いに一致している。
【００１５】
上記第２ハウジング部分１ｂは短円筒形をしていて、上記第１ハウジング１における前筒部６ａの下端面（前端面）に、シール部材１５を介して複数の固定用のねじ１６で着脱自在に取り付けられている。この第２ハウジング部分１ｂには、その側面に開口するガラス装着孔１７が形成され、この装着孔１７内に、ガラス保持枠１８に保持された上記防塵ガラス３が、このガラス保持枠１８を介して着脱自在なるように取り付けられている。換言すれば、上記防塵ガラス３を保持するガラス保持枠１８が、上記装着孔１７内に、側面の挿脱口１７ａを通じて着脱自在なるように装着されている。
【００１６】
上記防塵ガラス３は、光軸Ｌ１の前方側に位置する光学レンズ２ｂと投射口４との間に介在してこの光学レンズ２ｂを外気から遮断し、外気中の異物がこの光学レンズ２ｂに付着するのを防止するためのもので、特に、はんだ付け時に発生するはんだ煙や、はんだが溶けたときに飛散するはんだボール等が光学レンズ２ｂに接触するのを防止し、該光学レンズ２ｂに煤状の汚れやはんだ屑による汚れが付着するのを防ぐものである。
図中１９は、上記ガラス保持枠１８と第２ハウジング部分１ｂとの間の気密を保つためのシール部材である。
【００１７】
また、上記第３ハウジング部分１ｃは、上記第２ハウジング部分１ｂより小径の円筒状をした基端部２０と、この基端部２０から次第に先細り状をなすように延びて先端に上記投射口４を有する円錐部２１とを有している。上記基端部２０には、気体源に接続するためのポート２２を設け、このポート２２から供給される気体を上記投射口４からはんだ付け対象１０に向けて噴射するように構成することもできる。上記気体としては、窒素ガス等の不活性ガスや、窒素ガスなどの不活性ガスと水素ガスなどの還元ガスとを混合した混合ガス等がある。これらのガスは、ヒーターで加熱することにより所定の温度まで昇温させた状態で噴射することが望ましい。
【００１８】
上記ハウジング１の上端のカメラ用取付部８には、上記ＣＣＤカメラ９と光学系２のハーフミラー２ｃとの間の位置に、該ハーフミラー２ｃを透過した光の一部を選択的に遮断してその他の光は透過させる選択透過性のフィルター２３が配設されている。このフィルター２３は、はんだ付け対象１０から上記ハーフミラー２ｃを通して送られてくる光３０の中から、高輝度の光、例えば、レーザービームＬＢによるはんだの溶融で発生する光や該レーザービームＬＢによる反射光等を遮断するもので、図２及び図３からも分かるように、矩形のプレート状に形成されていて、上記取付部８に形成した収容部２４内に撮像用光軸Ｌ２と直交する方向にスライド自在に配設され、摘み２５によって切換操作されるようになっている。そして、該摘み２５による切換操作により、上記ＣＣＤカメラ９とハーフミラー２ｃとの間の光路を遮って該ハーフミラー２ｃを透過した光３０の一部を選択的に遮断する遮断位置（図１及び図２の位置）と、該光路から離れて上記ハーフミラー２ｃを透過した光を全く遮らない非遮断位置（図３の位置）とを占めるものである。
【００１９】
図示した例では、上記フィルター２３が、矩形の周枠２６の内部を隣接する２つの部分に区分し、その一方の部分に光の選択透過性を有するフィルター部材２７を取り付け、他方の部分にガラス等からなる透明部材２８を取り付けることにより構成されている。そして、上記周枠２６の側部に、上記摘み２５が、上記取付部８の上方に突出するように上向きに取り付けられ、この摘み２５が、該取付部８に形成された操作溝８ａ内で移動できるようになっている。
しかし、上記フィルター２３はこのような構成に限定されるものではなく、上記透明部材２８の部分は省略し、フィルター部材２７の部分だけで該フィルター２３を構成することもできる。
また、上記フィルター２３を設ける位置は、図示したようなハーフミラー２ｃに近接した位置に限るものではなく、ＣＣＤカメラ９に近接させて設けても良く、これにより、小形のフィルター２３を使用することができる。
【００２０】
かくしてＣＣＤカメラ９とハーフミラー２ｃとの間に上記フィルター２３を設けたことにより、はんだ付け開始前のティーチングにおいて、実際のレーザービームＬＢより小さい出力のテストビームを使用して投射スポットとはんだ付けポイントとの位置決めを行う際には、該フィルター２３を図３の非遮断位置に切り換えておくことにより、はんだ付け対象１０に投射されたテストビームを上記ＣＣＤカメラ９で観察しながら、該テストビームの位置及びビーム径等を確認してその位置決めを行うことができる。
また、はんだ付け時には、上記フィルター２３をスライドさせて図１及び図２の遮断位置に切り換えることにより、はんだ付け対象１０から送られてくる高輝度の光、例えば、レーザービームＬＢによるはんだの溶融で発生する光や該レーザービームＬＢによる反射光等がこのフィルター２３で遮断されるため、ハレーションを生じることなくはんだ付け対象１０を確実に観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るレーザーヘッドの断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線での断面図で、フィルターが遮断位置にある場合を示すものである。
【図３】図２と同様位置での断面図で、フィルターが非遮断位置にある場合を示すものである。
【符号の説明】
【００２２】
１      ハウジング
２      光学系
２ａ，２ｂ      光学レンズ
２ｃ      ハーフミラー
９      ＣＣＤカメラ
１０      はんだ付け対象
１２      ファイバー接続部
２３      フィルター
Ｌ１      光学系の光軸
Ｌ２      撮像用の光軸
ＬＢ      レーザービーム
【図１】
2008173659.tif 000003
【図２】
2008173659.tif 000004
【図３】
2008173659.tif 000005