(57)【要約】      （修正有）【課題】特にＰＣＢのような基板と一体のＬＥＤのような電子部品のような、少なくとも２つの要素の多くの接合箇所を効率的に接合する方法および装置を提供する。【解決手段】ビーム１０を必須に所望されるビームの形状およびビームの処理を可能にする回折光学素子（ＤＯＥ）５を用いて分割し、かつ分割ビームの一部を結像して、複数の不連続な材料結合部分を形成する複数の不連続な光のスポット１４a,１４b・・を形成する。複数の材料結合部分が高い処理速度において同時に形成されるため部品のレーザはんだづけに適している。不連続な光のスポットは、特に、基板に複数のあらかじめ軟化された材料の区画または穴を同時に形成するような材料の処理に用いられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの要素（１３および２０）を接合する方法であって、
ビーム（１０）を供給する工程ならびに
複数の不連続な光のスポットが、少なくとも２つの上記要素（１３および２０）の間にある複数の不連続な材料接合部分（１７ａ〜１７ｅ）を形成するために形成されるように、結像光学系（１および５）を用いて上記ビーム（１０）を結像し、かつ上記ビームを複数のビームの一部（１２ａ〜１２ｃ）に分割する工程
を包含する方法。
【請求項２】
上記結像光学系は、回折によって上記ビーム（１０）を複数のビームの上記一部に分割する回折光学素子（５）を備えている請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記接合部分（１７ａ〜１７ｅ）は、接合される上記要素（１３および２０）の配列、および／または上記要素の幾何学的な配列によってあらかじめ決定された配列に形成され、
上記回折光学素子（５）は、上記入力ビームを、接合部分のあらかじめ決定された上記配列と一致するビームの上記一部（１２ａ〜１２ｃ）に分割し、かつ上記入力ビームを異なる方向に導く
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
上記回折光学素子（５）は、接合部分のあらかじめ決定された上記配列と一致する、複数の回折光学区画（６ａ〜６ｃ）を備えている請求項３に記載の方法。
【請求項５】
上記回折光学区画（６ａ〜６ｃ）は、ビームの上記一部（１２ａ〜１２ｃ）の異なる強度、異なるビームの断面、異なるビームの形状および／またはビームの発散に基づいている請求項４に記載の方法。
【請求項６】
上記ビーム（１０）は、光導波管（９）から発せられ、
上記結像光学系は、入力レンズ（２）および出力レンズ（３）を備えており、
上記ビームまたはビームの上記一部が有するビーム直径は、上記入力レンズと上記光導波管との間の距離（ｚ１）、および／または上記入力レンズと上記出力レンズとの間の距離（ｚ２）を変えることによって、調節される
請求項２〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
上記回折光学素子（５）は、上記入力レンズ（２）と上記出力レンズ（３）との間に配置されている請求項６に記載の方法。
【請求項８】
上記材料接合部分は、接着剤の軟質はんだづけ、はんだづけ、溶接または光硬化によって形成されている請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
上記接合部分は、少なくとも１つの電子部品または光電子部品、あるいは少なくとも１つのコネクタの接続ピン（１４ａ〜１４ｃ）の上に、上記接続ピンと担体とを接合するはんだの溶融によって形成されている請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
上記担体が、プリント回路基板（１３；ＰＣＢ）である請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
上記ビーム（１０）が、レーザビームである請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
上記要素（１３および２０）は、電子部品、微小な電子部品、光電子部品、光学部品およびＭＥＭＳ（微小電気機器システム）を含んでいる請求項１〜１１に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも２つの要素（１３および２０）を接合する装置であって、
上記要素または基板を位置合わせする保持手段（１５）；
ビーム（１０）を供給する光源（８）；ならびに
複数の不連続な材料接合部分（１７ａ〜１７ｅ）において、少なくとも２つの要素（１３および２０）の間を接合させる複数の不連続な光のスポットが形成されるように、上記ビームを結像し、かつ上記ビーム（１０）を複数のビームの一部に分割する結像手段（１および５）
を備えている装置。
【請求項１４】
上記結像手段は、回折によって上記ビームを複数のビームの上記一部に分割する回折光学素子（５）を備えている請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
上記保持手段（１５）は、あらかじめ決定された配列に上記要素（１３および２０）を位置合わせし、
上記回折光学素子（５）は、上記ビームを、あらかじめ決定された上記配列と一致するビームの上記一部（１２ａ〜１２ｃ）に分割し、かつ上記ビームを異なる方向に導く
請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
上記回折光学素子（５）は、接合部分のあらかじめ決定された上記配列と一致する、複数の回折光学区画（６ａ〜６ｃ）を備えている請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
上記回折光学区画（６ａ〜６ｃ）は、ビームの上記一部（１２ａ〜１２ｃ）の異なる強度、異なるビームの断面、異なるビームの形状および／またはビームの発散に基づいている請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
光導波管（９）をさらに備え、
上記結像光学系が入力レンズ（２）および出力レンズ（３）を有し、
上記ビームまたはビームの上記一部が有するビーム直径は、上記入力レンズと上記光導波管との間の距離（ｚ１）、および／または上記入力レンズと上記出力レンズとの間の距離（ｚ２）を変えることによって、調節される
請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
上記回折光学素子（５）は、上記入力レンズ（２）と上記出力レンズ（３）との間に配置される請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
上記光源は、少なくとも１つのレーザビームを供給するために構成されている請求項１３〜１９のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔関連発明〕
本発明は、発明の名称が同じ“少なくとも２つの要素を接合する方法および装置”である２つの出願（２００６年８月２５日に出願した米国仮出願６０／８４０，１９９号、および２００７年７月２６日に出願した米国出願１１／８２８，３７７号）に関連し、２つの上記出願の優先権を主張するものである。２つの上記出願の全体は、ここで引用することによって、本願に包含される。
【０００２】
〔発明の分野〕
本発明は、通常、２つの要素の接合または接続に関する。より詳細には、本発明は、軟質はんだによるはんだづけが最も好ましく使用される材料の接合方法による、２つの要素の接合または接続に関する。本発明の関連する更なる局面は、通常、レーザ光を用いて基板を方法する方法に関する。より詳細には、本発明の関連する更なる局面は、好ましくは、プラスティック、金属薄板、紙、厚紙または織物などの網状または薄板状の材料をという方法する方法に関し、上記方法は、好ましくは、レーザ光を用いて上記のような基板または材料にあらかじめ軟化された区画を形成、または穴を開けることである。
【０００３】
〔発明の背景〕
現在、電子装置の集積において、１時間に４０，０００点の部品をはんだづけする必要がある。このため、電子装置の大量生産において、特にプリント回路基板（ＰＣＢ）の大量生産には、リフローソルダリングまたは再溶融はんだづけ（ｒｅｍｅｌｔｉｎｇ  ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）が主に用いられている。リフローソルダリングは、表面実装部品（ＳＭＤ）の構成要素を、軟質はんだを用いてはんだづけする方法である。軟質はんだを用いたてはんだづけの最初の段階において、ＳＭＤの構成要素を配置する前に、上記軟質はんだが、プリント回路基板の表面上に塗布される。次の段階において、ＳＭＤの上記構成要素が配置される。使用した上記軟質はんだのペーストが粘着性を有しているので、ＳＭＤの上記構成要素は、配置の間にはんだの上記ペーストによって、直接に保持される。このように、軟質はんだを用いてはんだづけする前にＳＭＤの上記構成要素を固着する必要がない。次に行う、はんだ剤の再溶融の間に、ＳＭＤの上記構成要素は、はんだ剤が有する表面張力によってボンディングパッドの上に自動的に集まり、かつ自身を安定させる。
【０００４】
リフローソルダリングを用いて高い処理能力が実現され得るが、はんだづけされる部品は、リフローソルダリングの間に高い温度の付加を受ける。集積の度合いおよび機能性が絶えず増大しているので、微小な電子部品は、温度感受性がますます増大する。これは、微小電気機器システム（ＭＥＭＳ）において、特に当てはまる。さらに、無鉛電気製品への切替えを要請する、ヨーロッパ共同体における廃電気電子機器（ＷＥＥＥ）指令が２００６年７月１日に発効することを考慮に入れる必要がある。ＷＥＥＥによって将来的に規定されている無鉛はんだづけは、通常、より高いはんだづけ温度の原因になる。そして、無鉛はんだづけによって、はんだづけ温度は、容易に約２０Ｋほど高くなる。そして、さらに、無鉛はんだづけによって、はんだづけの間における上述の熱付加が増大する。よって、これらのことから、上記温度付加の低減を可能にする、電子装置製造に関するはんだづけの手法が求められている。
【０００５】
はんだづけの高い抗張力を得るためには、アンチモンを多く含有するはんだが好ましい。アンチモン（Ｓｂ）が高い融点を有するために、アンチモンを多く含有するはんだは、部品に対する上記温度付加もまた増大させる、より高いはんだづけ温度の原因になる。
【０００６】
他のはんだづけの手法、例えば、流動はんだづけは、上記問題を解決することができない。
【０００７】
レーザ光はんだづけは、他の技術分野において周知である。レーザ光はんだづけにおいて、上記はんだは、レーザ光を用いて加熱される。高い精度に集中させることができ、かつ上記はんだに大量のエネルギーを移動させることができる。このようにして、上記はんだは、例えば、１秒未満の短いはんだづけ時間を可能にする、非常に高い空間分解能において加熱される。よって、上記部品に対する温度付加を実質的になくすことができる。
【０００８】
独国実用新案ＤＥ  ２０  ２００４  ０１３  １３６  Ｕ１には、自動車両の製造において、溶接用の溶接ロボットに使用されるモジュール型のファイバーケーブル光学ユニットについて開示されている。上記光学ユニットは、接合する隙間に沿って、溶接の継ぎ目を形成するために、直線運動およびパンすることによって、適当な幾何学的形状にビームを動かす、上記ロボットの手によって保持されている。
【０００９】
米国出願２００５／００８２２６５  Ａ１には、車両における水圧制御装置の製造に用いるレーザ溶接処理について開示されている。この方法において、金属の一種と樹脂の一種とが互いに溶接または結合される。必要とされる、閉じた溶接の継ぎ目を形成するために、ビームのそれぞれを動かす必要がある。
【００１０】
偏向ビームを利用するロボットの使用は、溶接またははんだづけの時間を比較的に長くする。そして、溶接またははんだづけに時間がかかるのは、電子装置の大量生産にとって好適ではない。
【００１１】
他に採り得るガルバノスキャナがビームを偏向するために使用されるのは、ガルバノスキャナが実質的に回転慣性を有していないためである。そして、実質的に回転慣性を有していないことは、運動性のビーム偏向ユニットと比べて高い偏向速度を可能にする。このため、このようなガルバノスキャナを、通常、電子機器の製造に使用することができる。
【００１２】
米国出願２００４／０１９０２９４  Ａ１には、高出力の発光ダイオード（ＬＥＤｓ）をレーザはんだづけする方法について開示されている。上記方法において、複数のはんだが、環状の曲線部と名付けられた曲線に沿って形成されている。レーザ光の偏向は、２つの可動性のミラーを有しているスキャナを用いて、行われている。しかし、このようにして達成された処理速度は、高い処理能力による電子装置の製造には十分ではない。なぜなら、このようなはんだづけ処理は、また、連続的な手順を実行し、かつ少なくとも０．５秒から２秒の間（基板などに移動するために必要な時間は含まれていない）に渡って続く。仮にスキャナの総数を増やして上記方法を使用した場合には、上記方法は、製造コストを増大させる、スキャナの非常に複雑な制御を必要とする。
【００１３】
例えば、幾何学的な相対的配置に対する、複数の穴、穴の覆い、および／またはあらかじめ軟化された区画の形成という、基板の処理において、類似の問題が生じる。
【００１４】
基板に穴を開ける従来の方法が、ＵＳ４,５６８，８１５に開示されている。互いに均一な距離を空けて配列された複数の穴が、均一の速度によってレーザを通過する網状の基板に、レーザアブレーションまたは熱溶融を用いて形成される。上記穴を形成する位置を決定するために、上記レーザ光は、シャッタを用いて高頻度に律動的に照射され、かつ回転スキャナミラーを用いて偏向される。上記スキャナミラーの機械的な慣性は、本質的に処理速度を制限し、かつ維持費用を増大させる。
【００１５】
材料にあらかじめ軟化された区画、または穴を形成するビーム偏向用のスキャナミラーを用いる、同様の装置が、独国実用新案ＤＥ  ２００  １３  ４６９  Ｕ１および独国実用新案ＤＥ  １９９  ４５  ０２２  Ａ１に開示されている。
【００１６】
仮にあらかじめ軟化された区画または穴が、基板上の互いに離れた位置に形成される場合には、上記装置の処理速度は、上記スキャナミラーの回転慣性によって、特に制限されることはない。上記処理速度を上昇させる１つの方法は、関連付けられたスキャナミラーおよび結像光学系を用いて結像された複数のレーザの同時の使用である。しかし、この方法は、処理コストがさらに増大する。
【００１７】
〔発明の要約〕
本発明の目的は、高い処理速度または生産速度と、同時に接合する部品の要素に対する温度付加の低減とを容易に実現するために、ビームを用いて少なくとも２つの要素または部品を接合する、装置および方法を提供することである。本発明の特に好ましい適用によれば、電子の、光電子のまたは微小電気機器（ＭＥＭＳ）の、素子または部品は、レーザ光を用いてはんだ付けされる。
【００１８】
本発明に係る局面によれば、簡単な方法において高い処理速度を実現するために、レーザ光を用いて複数のあらかじめ軟化された区画または穴を形成する、方法および装置が提供される。
【００１９】
本発明に係る一処理において、結像光学系は、上記ビーム（特にレーザビーム）を、互いに接続する要素または部品の上に結像される、複数のビームの一部に同時に分割する。複数の上記ビームの一部は、複数の不連続な光のスポットを形成する。本発明によれば、複数の上記光のスポットは、大量のエネルギーの移動によって、接合する要素または部品同士の間に、複数の不連続な材料接合部分を形成する。上記要素または部品は、軟質はんだの溶融によって上記接合部分において互いに接合されていることが好ましい。しかし、本発明は、上記光のスポットによって、接着剤の、硬質はんだのはんだづけ、溶接および光硬化に適している。
【００２０】
このように、本発明によれば、複数の材料の接合または接続が、（特にはんだづけによって）同時に形成される。本発明によれば、時間および費用のかかるビームの偏向が必要ではない。よく知られているように、ビームは、複数のビームの一部に容易に分割され得る。要素同士の間に、特にはんだづけを利用して、材料接合を形成する場合には、接合ごとにある最小限の出力が必要になるので、本発明に係る方法は、ビームの一部のそれぞれが、十分な強度または出力を有していなければならないという唯一の制限を必須に有している。しかし、上記制限は、ビーム分割手段の適切な配列、および上記入力ビームの光の出力の適切な選択によって、必要になる任意の方法において実現することができる。
【００２１】
本発明によれば、上記ビームの一部は、複数の接合を同時に形成するために結像光学系の前において結像され、かつ回折される。結像光学系に関連する回折光学素子（ＤＯＥ）の利用は、適切なビームの分割のために、特殊な利用であることが分かった。なぜなら、この手段は、適切なビームの特性が損なわれることなくそのままの性質において、強い光の強度をビームの一部に分割することができるからである。より詳細には、付加的なビームの形状の影響は、回折光学素子を用いて、ビームの一部のそれぞれが有する、特に、ビーム横断面、強度、形状もしくはビームの性質、および／または分散について達成することができる。
【００２２】
他の実施形態によれば、上記接合は、あらかじめ決定された幾何学的な配列に配置される。これは、例えば、処理の最中に接合される要素または部品を位置あわせする保持手段の上において、例えば、接合される要素もしくは部品の配列、および／またはこれらの要素もしくは部品の幾何学的な配置によって、決定される。本発明によれば、上記回折光学素子は、ビームの上記一部が、接合部分のあらかじめ決定された配列に一致するように生成され、かつ対応する方向に導かれるおよび結像されるように配置される。
【００２３】
上記ビームの一部が、接合のあらかじめ決定された上記配列に基づいて生成され、かつ対応する方向に結像される。上記ビームの一部の、さらに費用のかかる偏光が必要ではないという利点がある。上記接合の他の幾何学的な配置に対する上記処理の調整を実現するために、上記回折光学素子は、移動が可能であって（例えば、リボルバーユニットあるいは他の回転または交換ユニットに保持されて）いてもよい。
【００２４】
複数の回折光学素子は、普通に上記結像光学系に連結されていてもよい。例えば、これらの複数の回折光学素子は、上記入力ビームを複数のビームの一部に分割するために、上記結像光学系の内部に直接に保持されていてもよい。しかし、他の実施形態によれば、全体を入力ビームの一部が通り、かつ上記あらかじめ決定された上記配列と一致する配列を有する複数の回折光学区画、またはいわゆる活性区画を備える、単一の回折光学素子を使用することが好ましい。上記回折光学素子は、単一の回折光学区画、あるいは複数の回折光学区画または活性区画を備えることができる。単一の回折光学区画、あるいは複数の回折光学区画または活性区画は、例えば、直線の、円の、または楕円形の形状を有する交互の突出するおよび凹んだ区画として、異なる屈折率を有している交互の部分として、あるいは適切な様式において光を回折させることができる構造として他の任意の様式において、形成されていてもよい。これらの活性区画は、上記入力ビームを透過する単一の基板上に配置されていることが好ましい。上記基板は、適切な様式において、上記入力ビームのビーム経路に移動可能に保持されていてもよい。
【００２５】
本発明の好ましい局面によれば、上記回折光学素子の上記回折光学区画のそれぞれは、対応するビームの一部に対して、適切な強度、適切なビームの横断面、適切なビームの性質、および／またはビームの分散を与えるために配置されている。このようにして、個々の上記回折光学区画は、任意の異なる様式に配列されてもよい。
【００２６】
また、特に、このようにして、異なる強度を有するビームの一部は、材料接合（例えば、はんだづけ）が、単一の入力ビームを用いて異なる位置に対する異なるエネルギーの入力によって同時に形成されるように、単純な方法において実現されてもよい。
【００２７】
本発明の他の局面によれば、上記結像光学系は、ビームの進行方向において互いに離れている、少なくとも１つの入力レンズおよび出力レンズを備えている。なお、上記入力レンズと上記出力レンズとの間の距離を変化させることによって、上記レーザビームが有する直径を、より大きくまたはより小さく調節することができる。上記入力ビームを上記結像光学系に結合させるために、光導波管（特に、光ファイバ）が使用されている場合には、上記入力レンズと上記光導波管の上記出力端との間の距離も、変化させてもよい。これによって、レーザビームが有する直径を、付加的な程度に自由に調節することができる。
【００２８】
本発明の他の局面によれば、上記回折光学素子は、上記入力レンズと上記出力レンズとの間に配置されている。これによって、調節を容易にし、かつ調節の許容度を減少させる。同時に、上記回折光学素子は、記入力レンズおよび上記出力レンズとともにモジュラー光学系ユニットの内部に収納され、かつ密閉されていてもよい。上記結像光学系の筐体は、異なる幾何学的な上記接合の配列を生成する上記回折光学素子の移行を可能にするために、例えば、リボルバーユニット、あるいは他の回転および変位ユニットを用いて、配列されていてもよい。なお、異なる配列を有する種々の回折光学素子が適用される。
【００２９】
上記方法の特に好ましい適用は、担体（例えば、プリント回路基板）に対する、電子部品または光電子部品の、微小電気機器システム（ＭＥＭＳ）の、あるいはコネクタの軟質はんだのはんだづけに関する。本発明に係るこれらの適用において、複数のはんだづけは、ビーム（特に、レーザビーム）を複数のビームの一部に適切に分割すると同時に、上記ビームの一部が、上記要素もしくは上記部品の配列、および／またはこれらの幾何学的な配列と一致するはんだの上に適切な様式において、回折および結像されることによって、同時に行われてもよい。本発明によれば、費用がかかる、スキャナを用いたレーザビームの一連の偏光が不要である。このようにして、速い処理速度が実現される。同時に、はんだづけされる上記要素または上記部品の温度負荷は、無視してもよい程度である。使用される上記回折光学素子は、複数の要素または部品が同時にはんだづけされ得るように、配列されていてもよい。また、これによって、本発明に係る処理は、高い処理能力を有する電子機器または電子部品の生産に適している。このような処理において、例えば、接続コネクタ、素子用の引き出し開放、またはコネクタのような上記要素または上記部品をせつぞくするために、異なる配列のはんだづけが同時に行われるように、上記ビームの一部は、特に異なる強度または出力を有して生成されてもよい。
【００３０】
あらかじめ軟化された材料の区画または穴を形成するための、本発明に係る他の局面によれば、結像光学系は、光の回折を用いて、ビーム（好ましくは、レーザビーム）を複数のビームの一部に分割する。上記ビームの一部は、処理される上記基板または材料の上に結像される。なお、上記ビームの一部は、複数の不連続な光のスポットを形成する。このような処理によって生じるエネルギーの入力の結果として、本発明によれば、複数の不連続なあらかじめ軟化された区画または穴が、上記基板または材料に形成される。
【００３１】
すなわち、このような処理の結果として、複数の不連続な光のスポットの位置において上記基板材料の温度溶融またはレーザアブレーションが生じる。本発明の関連する局面に係る方法は、通常、任意の材料の処理に適している。上記方法は、処理される領域に平坦な表面を有する薄い材料に適用されることが好ましい。上記材料は、上記材料に最適なエネルギーが入力されるように、上記光源または上記レーザビームの波長に対してできる限り小さな反射率を有していることが好ましい。
【００３２】
このように、本発明によれば、複数のあらかじめ軟化した材料の区画または穴は、処理される上記材料に対して同時に形成されてもよい。時間および費用がかかるビームの偏光は、本発明によれば、必要がない。よく知られているように、ビームは、複数のビームの一部に、容易に分割され得る。あらかじめ軟化した材料の区画または穴を形成するためには、不連続な光のスポットごとにある最小の出力が要求されるので、本発明に係る上記方法は、所望する複数の不連続な位置における上記材料を同時に処理するためには、ビームの一部のそれぞれが、十分な強度または出力を有していなければならない、という点についてのみ、必須に制限される。上記制限に関わる条件は、ビーム分割器の適切な配列、および上記入力ビームの適切な選択によって、必要になる任意の様式おいて実現されてもよい。
【００３３】
他の実施形態によれば、あらかじめ軟化した材料の区画または穴は、例えば、処理される上記基板または上記材料を予定される利用によって要求されるような、あらかじめ決定された幾何学的な配列に配置される。例えば、エアバッグの蓋のプラスティック材料における取り囲まれた破断線のような、あらかじめ南下された材料の区画からなる、例えば、取り囲まれた線が、基板の表面下に形成される場合には、本発明によれば、取り囲まれた上記線のあらかじめ軟化された材料の区画のすべてが、上記基板または上記材料の中に同時に形成されれば、好ましい。本発明によれば、上記回折光学素子は、上記ビームの一部が、あらかじめ軟化された材料の区画または穴のあらかじめ決定された配列に対応して（ａ）形成され、（ｂ）それぞれの方向に導かれ、かつ（ｃ）結像されるように、形成および配列されている。もはやビームの一部の付加的に複雑な偏光が必要ではないという点において有利である。あらかじめ軟化された材料の区画または穴の、他の幾何学的な配列に対する処理を調節ために、上記回折光学素子は、移動可能であれば（例えば、リボルバーユニットあるいは他の回転または変位ユニットに保持されていれば）よい。
【００３４】
また、上記結像光学系の性質は、上記材料の処理に重要な、例えば、上記光の強度および上記ビームの性質といった、ある要因を左右してもよい。他の実施形態によれば、上記結像光学系の性質は、あらかじめ軟化された区画が上記結像光学系に向かって直面する基板の表面下（例えば、処理される上記材料の基板下の、あるいは上記結像光学系の反対側にある処理される上記基板または材料の裏側に達するほどに深く）に形成されるような性質である。
【００３５】
他の実施形態によれば、あらかじめ軟化された区画または穴の幾何学的な形状は、あらかじめ軟化された区画または穴のそれぞれを形成する、対応する光のスポットを形成するために、上記回折結像光学系（特に、回折光学素子の対応する回折区画）の回折特性によって、直接に決定される。例えば、あらかじめ軟化された区画または穴の輪郭が、長円形のうような形状に形作られる場合には、付加的な機器によるビームの偏光および／または基板とレーザビームとの相対的な移動のを必要とせずに、ビームの一部が上記回折結像光学系（特に、上記回折結像光学系の対応する回折区画）によって、基板材料のレーザアブレーションまたは熱溶融によって、所望の形状を有するあらかじめ軟化された区画または穴が直接形成されるように、分割および結像される。
【００３６】
〔図面の簡単な説明〕
以下において、本発明は、典型的な態様について、同封の図面を参照して説明されている。以下の記載から、本発明のさらなる特徴点、利点、および解決すべき課題を理解することができるであろう。
【００３７】
図１は、本発明に係る電子部品のレーザはんだづけ装置を示す概略図である。
【００３８】
図２は、図１に係る装置の結像光学系を拡大した断面図である。
【００３９】
図３は、本発明に係るＬＥＤのレーザはんだづけ方法の概略的な部分断面図である。
【００４０】
図４は、例えば、プリント回路基板のような担体上に電気的に接続するはんだの分布を示す平面図である。
【００４１】
図５は、網状の材料に対して、複数のあらかじめ軟化された区域または穴を同時に形成する、本発明の関連した局面に係る装置を示す概略図である。
【００４２】
図６は、本発明の関連した局面に係る処理が施されている基板を示す概略的な部分平面図である。
【００４３】
６つの上記図面を通して、同じ参照番号は、同一のまたは本質的に等価な要素または要素の集団を意味している。
【００４４】
〔本発明の実施形態の詳細な説明〕
図１に示すように、ダイオードレーザ８のレーザ光は、光ファイバ９と結合し、かつ付随した回折光学素子（ＤＯＥ）５を有する結像光学系１を支持している処理ヘッドを備える装置に導かれる。上記入力ビーム１０は、結像光学系１によって、複数のビームの一部１２ａ〜１２ｃに分割される。同時に、複数のビームの一部１２ａ〜１２ｃは、焦点に集められる。このため、上記処理ヘッドとプリント回路基板（ＰＣＢ）１３との間の距離は、上記結像光学系１が有する焦点距離、および上記プリント回路基板１３上のビームスポットの所望する直径にあわせて調節されている。上記処理ヘッドと上記ビームスポットとの間の距離が、例えば、約１０ｃｍ〜約５０ｃｍの程度に処理されるように、実行される。図１に示すように、複数の部品（図示せず）は、上記プリント回路基板１３上に周期的な配列として配置されている。周期的な配列は、複数の上記部品と電気的に接続している３つの接続ピン１４ａ、１４ｂおよび１４ｃとしてのみ、示されている。上記接続ピンは、例えば、プリント基板回路１３のソルダリングパッド、またはボンディングパッドなどの上に、例えば、上記回路の設計によって決定されてもよい、適当な幾何学的な配列に配置されている。上記接続ピンの幾何学的な配列は、プリント回路基板１３の平面に対して、本質的に任意であってもよい。上記ビームの一部１２ａ〜１２ｃの適切な結像および回折を達成するためには、上記結像光学系１および上記回折光学素子５だけは、以下に詳細に説明されているように、適切に配置される必要がある。
【００４５】
調節装置４は、上記結像光学系１を調節するために備えられている。図２に示すように、上記調節装置４は、入力ビーム１０の直径、上記ビームの一部１２ａ〜１２ｃの直径、上記光のスポットを適切な様態に調節するために、上記結像光学系１の入力レンズ２と上記光ファイバ９の出力側との間の距離ｚ１および／または上記入力レンズ２と上記結像光学系１に連結した出力レンズ３との間の距離ｚ２を、特に変えることができる。
【００４６】
図１によれば、上記ＤＯＥ５は、例えば、リボルバーユニットまたは類似の回転ユニットのような、手動のまたは自動の可変ユニット７に支持され得る。上記可変ユニット７の作動によって、上記ＤＯＥは、はんだづけの他の適して幾何学的な配列に位置付けるために、変更されてもよい。
【００４７】
図１によれば、上記プリント回路基板１３は、例えば、コンベヤベルトまたはｘｙ方向移動テーブルのような平行移動装置１５に支持されている。上記平行移動装置１５は、駆動部１６によって駆動される。
【００４８】
上記処理において、上記プリント回路基板１３上にはんだづけされる上記部品は、周期的な、反復する配列に配置されることが好ましい。第１の処理ステップの間において、複数のはんだは、例えば、上記接続ピン１４ａ〜１４ｃが示されているような、上記プリント回路基板１３の第１の部分に作製される。これらのはんだは、部品の上に配置されてもよい。しかし、これらのはんだは、また、異なる部品の上に形成されていてもよい。これらのはんだは、複数のビームの一部１２ａ〜１２ｃに上記ビームを分割する結果として、上記第１の処理の間に同時に形成されてもよい。次に、調節装置１５が駆動され、かつ隣接する部品が同じ幾何学的な配列を有する、または同じ幾何学的な配列に配置されている部品のひと揃えは、上記結像光学系１および上記ＤＯＥ５の作業領域に移される。上記作業領域は、上記ビームの一部１２ａ〜１２ｃが、例えば、図示されている上記接続ピン１４ａ’、１４ｂ’および１４ｃ’の上に結像される領域である。これは、共に第２の処理ステップを構成しており、同様の方法において繰り返されてもよい。個々の処理ステップの間のそれぞれには、上記基板が、上記基板上の上記部品の個々の周期的な配列の間の距離によって決定されている、同じ距離だけ移動させられる。
【００４９】
図１に係るレーザはんだづけ装置を制御するために、上記調節装置４、上記可変装置７、連結された駆動部１６を有する上記平行移動装置１５、および上記レーザダイオード８を特に制御する、例えば、ＣＰＵ（図示せず）のような、制御装置が備えられている。
【００５０】
上記結像光学系１の更なる詳細について、図２を用いて説明する。上記光軸１１に沿って配置され、かつ互いに間隔を空けて設置されている、レンズ２および３の間に、回折によって入力ビーム１０を図示されている上記ビームの一部に分割するＤＯＥ５が配置されている。レンズ２、レンズ３、および／またはＤＯＥ５の結像特性の結果として、上記ビームの一部１２ａ〜１２ｃは、適切な様態に焦点に集められる、または結像される。ＤＯＥ５のサブ区画６ａ〜６ｃにおける異なる回折によって、上記ビームの一部１２ａ〜１２ｃは、適切な方向に回折される。図２によれば、複数の異なる回折光学区画６ａ〜６ｃは、複数の上記ビームの一部１２ａ〜１２ｃに対して、異なる強度、ビーム断面、ビームの性質もしくはビームの形状、および／または発散を与えるＤＯＥ５に備えられている。当業者であれば、ＤＯＥ５および回折光学区画６ａ〜６ｃの適切な配列を選択することができる。同様に、非常にたくさんのビームの一部１２ａ〜１２ｃが、上記入力ビーム１０を適切に広げることによって、および上記回折光学区画６ａ〜６ｃの適切な配列によって、同時に形成されてもよいことは、当業者にとって明らかなことである。
【００５１】
図３は、ＬＥＤ２０をレーザはんだづけする、本発明に係る方法を示している。ＬＥＤ２０は、ボンディングワイヤ２４を介して接続している発光体２３が上部に形成されているソケット２１を備えている。さらにソケット２１の上に、発せられたビームの形状を決定するために、光学レンズ素子２２が備えられている。上記発光体２３は、上記発光体２３の熱付加を最小限にするために、高い熱伝導性を有するヒートシンク２５の上に配置されている。図３によれば、接続ピン１４ａおよび１４ｂは、発光体２３のｐ側およびｎ側を電気的に接続するためのソケット２１を通って供給されている。ＬＥＤ２０は、プリント回路基板１３上に配置されている。図３に示され、かつ図１および図２を参照して説明したように、レーザ光は、２つのレーザの一部Ｌ１およびＬ２に分割され、かつ結像光学系によって接続ピン１４ａおよび１４ｂの上に結像される。この結果として、これらの領域において、軟化はんだが溶融され、かつ図に示されているはんだ１７ａおよび１７ｂが接続ピン１４ａおよび１４ｂの幾何学的な配列にあわせて形成される。もちろん、この方法において、複数のＬＥＤが単一の処理ステップを用いて同時にはんだづけされてもよい。
【００５２】
また、本発明に係る上記方法は、図４を参照して説明するような、コネクタ、および微小電気機器素子などの接続に適用される。図４によれば、平面図に示されているコネクタ３０は、３つの接続ピン１４ａ〜１４ｃならびに引き出し開放を効率化する２つの舌１８ａおよび１８ｂを備えている。図に示すように、３つの上記接続ピン１４ａ〜１４ｃならびに２つの上記舌１８ａおよび１８ｂは、はんだ１７ａ〜１７ｅによって接触または接続されている。上記引き出し開放舌１８ａおよび１８ｂを接続するために、より強い出力を有するレーザが必要であってもよい。これは、上記結像光学系のＤＯＥを用いた、適切なビーム分割によって達成すればよい。上記入力ビームの分割は、通常に任意のビーム分割率によって達成されてもよい。また、図３に係る実施形態において、ヒートシンク２５の接触または固定は、より高いレーザの出力またはレーザ強度を必要としてもよい。
【００５３】
基板に複数のあらかじめ軟化させた区画、または穴を形成する装置および方法について、図５および図６を参照して、以下に説明する。
【００５４】
図５によれば、複数の光のスポットが、例えば、図に示されているように、あらかじめ南下された区画または穴１１４ａ、１１４および１１４ｃを形成する３つの光のスポットのそれぞれのみである周期的な配列として、基板１３に形成される。基板１３上の上記光のスポットは、例えば、上記基板の通常の利用によって求められるような、適切な幾何学的な配列として形成される。上記光のスポットの幾何学的な配列は、基板１３の平面において本質的に任意のものであってもよい。上記ビームの一部１２ａ〜１２ｃの適切な結像および回折を達成するために、上記結像光学系１および上記回折光学素子５だけは、レーザはんだづけについて説明したときと本質的に同じ様態において、適切に配列されればよい。この目的のために、レーザはんだづけについて上述したように、回折結像光学系が使用されてもよい。
【００５５】
基板に対して、複数のあらかじめ軟化させた区画または穴を形成する、本発明に係る上記処理は、レーザはんだづけに上述したことと本質的に同一であり、上記光のスポットが、不連続な複数のはんだの代わりに、基板上に不連続な複数のあらかじめ軟化させた区画または穴の形成に繋がることが、主に異なっている点である。
【００５６】
また、本発明の関連する局面に係る上記方法は、通常、複数の位置において基板を同時に処理する、基板の処理に適している。この目的にために、上記入力ビームは、上述の態様において、複数のビームの一部に分割される。複数の上記ビームの一部は、処理物４０上において、例えば、図６に示すような、穴、穴の覆いおよび／または軟化部分などの、複数の不連続な処理位置を形成する。上記方法は、例えば、紙または厚紙、プラスティック材料、あるいは金属薄板など、任意の基板の処理に適している。複数の上記処理位置４１は、図６に示すように任意の線に沿って、形成されていてもよく、かつ例えば、自動車両のエアバッグモジュールのプラスティックの覆いにおける、あるいは紙または厚紙の箱におけるあらかじめ決定された破断線を形成してもよい。この詳細については、例えば、ＥＰ  ０  ５６６  ７２２  Ｂ１などに記載されている。
【００５７】
本発明の関連する上述の局面に係る方法は、以下のように請求されてもよい。
【００５８】
基板（１３および４０）に複数のあらかじめ軟化させた区画または穴を形成する方法は、
以下の工程：
ビーム（１０）を供給する工程；ならびに
複数の不連続な光のスポットが上記基板（１３および４０）に形成され、上記不連続な光のスポットが、上記基板に複数のあらかじめ軟化させた区画または穴（１４ａ〜１４ｃおよび４１）を同時に形成するように、結像光学系（１および５）を用いて上記ビームを結像し、かつ光の回折を用いて上記ビームを複数のビームの一部（１２ａ〜１２ｃ）に分割する工程
を包含する。
【００５９】
上記方法の他の実施形態によれば、上記光のスポットは、穴、穴の覆い、または軟化した部分を形成する。
【００６０】
上記方法の他の実施形態によれば、上記結像光学系は、回折によって上記ビームを複数の上記ビームの一部（１２ａ〜１２ｃ）に分割する回折素子（５）を備えている。
【００６１】
このようにして、本発明に係る他の局面によれば、また、ビーム、特にレーザ光が供給され、基板のそれぞれの処理を実現する、複数の不連続な光のスポットが形成されるように、結像光学系が上記ビームを結像し、かつ上記ビームを複数のビームの一部に分割するという方法において基板を処理することが提供される。
【００６２】
本明細書を詳細に調べれば、不連続な接続または処理部分が、互いに部分的に重なっていてもよいということは、当業者にとって明らかになるであろう。上記ビームの一部は、担体あるいは基板の表側および／または裏側にある、接合または処理部分の上に任意の様態において導かれてもよい。この目的のために、穴が、上記担体または上記基板に開けられる、あるいは上記担体は、上記接合または処理部分への光の出入りが可能なように、少なくとも一部において透明であってもよい。例えば、高出力のＬＥＤまたは高出力のレーザダイオードなどの光電子部品のレーザはんだづけのさらなる詳細については、ＵＳ  ２００４／０１９０２９４  Ａ１に言及されている。ＵＳ  ２００４／０１９０２９４  Ａ１の全体は、特に接続素子または接続部品用のプリント回路基板（ＰＣＢ）の配列に関しては、ここで引用することによって、本願に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に係る電子部品のレーザはんだづけ装置を示す概略図である。
【図２】図１に係る装置の結像光学系を拡大した断面図である。
【図３】本発明に係るＬＥＤのレーザはんだづけ方法の概略的な部分断面図である。
【図４】例えば、プリント回路基板のような担体上に電気的に接続するはんだの分布を示す平面図である。
【図５】網状の材料に対して、複数のあらかじめ軟化された区域または穴を同時に形成する、本発明の関連した局面に係る装置を示す概略図である。
【図６】本発明の関連した局面に係る方法が施されている基板を示す概略的な部分平面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１    結像光学系
２    入力レンズ
３    出力レンズ
４    調節装置
５    回折光学素子
６ａ〜６ｃ  回折光学素子、または回折光学区画
７    可変（置換）装置
８    光源（レーザダイオード、ＬＥＤ）
９    光導波管
１０  入力ビーム
１１  光学軸
１２ａ〜１２ｃ  ビームの一部
１３  プリント回路基板
１４ａ〜１４ｃ  接続ピン
１４ａ’〜１４ｃ’  次の処理ステップにおいて形成された接続ピン
１１４ａ〜１１４ｃ  あらかじめ軟化された区画、または穴
１１４ａ’〜１１４ｃ’  次の処理ステップにおいて形成された、あらかじめ軟化された区画、または穴
１５  平行移動装置
１６  駆動部
１７ａ〜１７ｅ  はんだ
１８ａ〜１８ｅ  引き出し開放舌
２０  ＬＥＤ
２１  ソケット
２２  レンズ
２３  半導体部品／発光体
２４  ボンディングワイヤ
２５  ヒートシンク
３０  コネクタ
３１  ソケット
４０  処理物
４１  穴／軟化領域
４２  線
【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】
2008068322.tif 000007
【図６】
2008068322.tif 000008
【外国語明細書】
2008068322000001.pdf