(57)【要約】  【課題】  局所加熱方式のはんだ接合の場合において、部品毎にはんだ接合ポイントが複数存在するため、はんだ接合の位置を教示（ティーチング）する際、作業者は教示作業に多くの時間が必要であった。  【解決手段】  光加熱装置内に設けられた記憶装置１１内には予め複数の光照射パターンを設定・記憶させることが可能であり、光の照射位置、エネルギー強度、照射時間等をパラメータとし入力可能であり、教示作業時間の大幅な短縮が可能となり、機種切換等の時間短縮により、生産稼働効率を高めることができるので、人手をわずらわすことなく、加熱エネルギーを安定させることにより、はんだ接合の品質を向上させることができる。  【選択図】  図１
2005254263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源から出力した光を被加工物の所望の位置に照射する駆動手段を有し、前記駆動手段を制御する制御手段を設け、前記被加工物に対する光の照射パターンを複数記憶し、前記記憶した光の照射パターンから選択した光の照射パターンに応じて前記駆動手段を制御する光加熱装置。
【請求項２】
制御手段で光源の駆動を制御し、選択した光の照射パターンに応じて光源を駆動する請求項１記載の光加熱装置。
【請求項３】
光の照射パターンとして、駆動手段の駆動と光源の駆動を交互に行うパターンと、光源の駆動中に駆動手段を同時に駆動するパターンを設けた請求項１または２記載の光加熱装置。
【請求項４】
被加工物の種類毎に光を照射する位置を記憶した請求項１から３のいずれかに記載の光加熱装置。
【請求項５】
被加工物の種類毎に光の照射パターンを記憶した請求項１から４のいずれかに記載の光加熱装置。
【請求項６】
被加工物の種類毎に光の照射パターンを選択する請求項１から５のいずれかに記載の光加熱装置。
【請求項７】
前記駆動手段として、光源から出力した光の光路を制御する光路制御手段を用いた請求項１から６のいずれかに記載の光加熱装置。
【請求項８】
前記光路制御手段を被加工物に対して移動させる移動手段を設けた請求項７記載の光加熱装置。
【請求項９】
前記駆動手段として、被加工物を載置し、被加工物を光源からの光に対して移動させるテーブル駆動手段を用いた請求項１から８のいずれかに記載の光加熱装置。
【請求項１０】
前記光源からの光のエネルギーを検出する検出手段を被加工物の加工範囲以外の場所に設けた請求項１から９のいずれかに記載の光加熱装置。
【請求項１１】
前記検出手段の検出値に基づいて光源の駆動を制御手段で制御する請求項１０記載の光加熱装置。
【請求項１２】
所定時間毎に検出手段で光のエネルギーを検出する請求項１０または１１記載の光加熱装置。
【請求項１３】
被加工物に対する光の照射パターンを複数記憶するステップと、前記複数の照射パターンの中から被加工物に対応して光の照射パターンを選択するステップと、前記選択した照射パターンに応じて光源から出力した光を駆動手段によって被加工物の所望の位置に照射する光加熱装置の制御方法。
【請求項１４】
選択した光の照射パターンに応じて光源を駆動する請求項１３記載の光加熱装置の制御方法。
【請求項１５】
光の照射パターンとして、駆動手段の駆動と光源の駆動を交互に行うパターンと、光源の駆動中に駆動手段を同時に駆動するパターンを設けた請求項１３または１４記載の光加熱装置の制御方法。
【請求項１６】
被加工物の種類毎に光を照射する位置を記憶した請求項１３から１５のいずれかに記載の光加熱装置の制御方法。
【請求項１７】
被加工物の種類毎に光の照射パターンを記憶した請求項１３から１６のいずれかに記載の光加熱装置の制御方法。
【請求項１８】
被加工物の種類毎に光の照射パターンを選択する請求項１３から１７のいずれかに記載の光加熱装置の制御方法。
【請求項１９】
前記駆動手段として、光源から出力した光の光路を制御する光路制御手段を用いた請求項１３から１８のいずれかに記載の光加熱装置の制御方法。
【請求項２０】
前記光路制御手段を被加工物に対して移動させるステップを有する請求項１９記載の光加熱装置の制御方法。
【請求項２１】
前記駆動手段として、被加工物を載置し、被加工物を光源からの光に対して移動させるテーブル駆動手段を用いた請求項１３から２０のいずれかに記載の光加熱装置の制御方法。
【請求項２２】
被加工物の加工範囲以外の場所に設けた検出手段で光源からの光のエネルギーを検出する請求項１３から２１のいずれかに記載の光加熱装置の制御方法。
【請求項２３】
前記検出手段の検出値に基づいて光源の駆動を制御する請求項２２記載の光加熱装置の制御方法。
【請求項２４】
所定時間毎に検出手段で光のエネルギーを検出する請求項２２または２３記載の光加熱装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの光を集光することによって局所加熱を可能にし、はんだ接合用の加熱などに適した光加熱装置及びその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のはんだ接合用の加熱装置は、被加工物を必要な温度に加熱する加熱炉（以下、リフロー炉と称す）内に入れて、被加工物の接合部を一括ではんだ接合などをしていた（以下、リフローと称す）。あるいはランプまたはレーザ光源による熱エネルギーで、部分的または局所的な、はんだ接合などをしていた（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１１２２５８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、従来の技術によると、耐熱性の異なる部品、異形部品、色の異なる部品等が混載された被加工物をリフロー炉に入れてリフローすると、弱耐熱部品の機能低下、部品自身のボディが溶融による破損あるいは変形するため、リフロー炉に入れてリフローを行うことは不可能であった。
【０００４】
一方、ランプ光源やレーザ光源による局所過熱方式のはんだ接合の場合は、光を集光し、はんだ接合部周辺のみを加熱する加工方法となる。この場合、弱耐熱部品等、リフロー方式で困難な物への対応が可能になる。しかしながら、部品毎にはんだ接合ポイントが複数存在し、また部品数が多数になればさらにはんだ接合ポイントが増加する。通常、生産設備等では、はんだ接合の位置を教示（ティーチング）する必要があり、はんだ接続ポイントの増加は、作業者の教示作業に多くの時間が必要であった。
【０００５】
また、局所加熱方式では、予め設定された加熱エネルギーで加熱することが、はんだ接合等の品質の安定につながる。そのため、作業者は定期的に計測器等を用い校正作業を行う必要があった。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題を解決するために、局所加熱方式におけるはんだ接合などの光加熱装置とその制御方法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】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明の光加熱装置は、光源とその制御装置、光源から出力された光の光路の駆動制御装置、被加工物を所望の位置に位置決めするテーブル駆動装置、テーブル駆動装置内に配置された光エネルギーの検出装置、予め加工に関するデータを入力する入力装置、データを記憶する記憶装置、設備全体を制御する主制御装置を備えるように構成したものである。
【０００８】
前記構成によれば、記憶装置内には予め複数の光照射パターンを記憶させることが可能であり、光の照射位置、エネルギー強度、照射時間等をパラメータとし入力可能である。
【０００９】
また、はんだ接合ポイントの指定に関しては部品の種類毎に照射パターンが選択、指定可能であり、同一部品数が多い場合においては、教示作業時間の大幅な短縮が可能である。
【００１０】
さらには、駆動テーブル内の光エネルギー検出装置へ光を照射し、光源の自動校正が可能となる。自動校正の起動タイミングは、主制御装置に予め入力可能で、生産形態等に対応し、柔軟な対応が可能である。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように本発明によれば、人手をわずらわすことなく、加熱エネルギーを安定させることができ、はんだ接合の品質を向上させることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（実施の形態）
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明の一実施の形態における光加熱装置の全体を示す外観図である。図１において１は半導体レーザ発振器、２はレーザ制御装置、３はファイバー、４は光学レンズ、５はガルバノミラー駆動装置、６はＸＹテーブル、７は基板、８はＸＹテーブル駆動装置、９は光パワーメータ、１０はカラーＬＣＤタッチパネル、１１は主制御装置、１２はシグナルタワーである。
【００１４】
以上のように構成された光（半導体レーザ）加熱装置について、その基本動作を説明する。レーザ制御装置２により制御される半導体レーザ発振器１より半導体レーザ光が発光される。半導体レーザ発振器１から照射された半導体レーザ光はファイバー３により光学レンズ４に導かれる。光学レンズ４により設定された焦点距離に調整され、半導体レーザ光はガルバノミラー駆動装置５により基板７に向けて照射される。ガルバノミラー駆動装置５内には２組の反射ミラーが組み込まれ、各反射ミラーの角度を制御することにより半導体レーザ光を基板７上の所望の位置へ照射することができる。本実施例の光加熱装置では、このガルバノミラー駆動装置５により基板７上の約３０ｍｍ角の範囲を反射ミラーの角度を制御することのみで照射可能である。
【００１５】
また、基板７は搬送用のベルトを搭載したＸＹテーブル６上の所定の位置に搬送固定される。また、このＸＹテーブル６はＸＹテーブル駆動制御装置８により位置決め制御される。基板７のＸＹテーブル内への取り込み（搬入動作）、およびＸＹテーブル外へのはき出し（搬出動作）は、ＸＹテーブル６を設備の搬入位置、搬出位置に移動させ、搭載している搬送用ベルトを回転制御することで実現している。本実施の形態における光加熱装置の搬送可能な基板サイズは、装置正面から見て横２００ｍｍ×縦１５０ｍｍＭＡＸである。前記した通りＸＹテーブル６を固定した状態では、ガルバノミラー駆動装置５の反射ミラーの角度制御で約３０ｍｍ角の照射範囲しかないが、基板７を保持したＸＹテーブル６の位置決め動作と組み合わせることにより前記ＭＡＸ基板サイズまで照射をすることが可能となる。
【００１６】
また、ＸＹテーブル６には光パワーメータ９が固定されている。よってガルバノミラー駆動装置５の照射範囲内に光パワーメータ９が位置するようＸＹテーブル６を位置決めすることで、任意のタイミングでガルバノミラー駆動装置５から照射される半導体レーザ光のパワー測定を自動的に実行することが可能である。
【００１７】
以上の設備動作を全体的に制御する主制御装置１１には、前記した各種制御・駆動装置が接続され、またはんだ接合に関するデータを表示・入力するカラーＬＣＤタッチパネルが備えられている。
【００１８】
次に図２を用いて、主制御装置１１内に記憶されている予め用意されている複数の光照射パターンの一実施例について説明する。図２は複数の照射パターンのうちの一部を説明する平面図である。
【００１９】
図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ基板上に、はんだ接合する部品の外観である。図中の点線部は半導体レーザの照射範囲であり、（１）（２）（３）は照射の順番を示している。図２（ａ）は１つの部品に１回の照射を行うもので、シングルポイントと称している。図２（ｂ）は、１つの部品に複数回の照射を行うもので、マルチポイントと称している。図２（ｃ）は１つの部品に複数のはんだ接合ポイントが存在するが、ガルバノミラー駆動装置５の反射ミラーによる制御を半導体レーザ照射と同時に同期制御することで、１回の照射で複数のはんだ接続ポイントを同時に加熱するもので、ラインと称している。
【００２０】
次に図３から図５を用いて図２に示したそれぞれの照射パターンの用意されているパラメータと具体的なデータ設定内容を説明する。
【００２１】
図３は照射パターン「シングルポイント」における各パラメータの定義と具体的なデータ入力テーブルである。各種照射パターンは基本的にはんだ接合する部品毎に定義される。図中十字部分が部品の代表位置と定義された場合、半導体レーザ光による加熱する照射中心位置を前記部品代表位置からのオフセット座標（Ｘ座標、Ｙ座標）として入力する。また、シングルポイント照射の場合、半導体レーザの発光パワー設定（レーザパワー）および照射時間設定（照射時間）をパラメータとして入力する。所定のパラメータの入力が完了すれば、照射ライブラリ名称を入力する。この例の場合、「ＣＨＩＰ−１」として登録、記憶させる。この照射ライブラリ名称により、同一照射パターンでの別パラメータのものを別部品として管理可能になる。
【００２２】
図４は照射パターン「マルチポイント」における各パラメータの定義と具体的なデータ入力テーブルである。この例では、１部品に対し、はんだ接合ポイントは３箇所存在する。図中十字部分が部品の代表位置と定義された場合、１回目の照射ポイント（１）の照射中心位置の前記部品代表位置からのオフセット座標（Ｘ座標１、Ｙ座標１）、半導体レーザ光の発光パワー設定（レーザパワー１）および照射時間設定（照射時間１）をパラメータとして入力する。また、２回目の照射ポイント（２）の照射中心位置の前記部品代表位置からのオフセット座標（Ｘ座標２、Ｙ座標２）、半導体レーザ光の発光パワー設定（レーザパワー２）および照射時間設定（照射時間２）をパラメータとして入力する。同様に３回目の照射ポイント（３）の照射中心位置の前記部品代表位置からのオフセット座標（Ｘ座標３、Ｙ座標３）、半導体レーザ光の発光パワー設定（レーザパワー３）および照射時間設定（照射時間３）をパラメータとして入力する。本実施例で具現化した設備ではマルチポイントの照射パターンの場合、１部品に対して最大６箇所の照射位置が設定可能である。この例の照射ライブラリ名称は「ＴＲ−１」として、登録・記憶させている。
【００２３】
図５は照射パターン「ライン」における各パラメータの定義と具体的なデータ入力テーブルである。ラインの場合、半導体レーザ光を照射開始する始点位置（（１））と、折り返しポイントである終点位置（（２））を設定する。半導体レーザ光の照射は、上記始点位置と終点位置の間を直線的に往復走査を繰り返し、始点位置と終点位置の間を直線的に同時加熱を実現する。この往復走査はガルバノミラー駆動装置の反射ミラー制御で高速に実現される。よって、図中十字部分が部品の代表位置と定義された場合、始点位置の照射ポイント（（１））の照射中心位置の前記部品代表位置からのオフセット座標（Ｘ座標１、Ｙ座標１）と終点位置の照射ポイント（（２））の照射中心位置の前記部品代表位置からのオフセット座標（Ｘ座標２、Ｙ座標２）、半導体レーザ光の発光パワー設定（レーザパワー）および照射時間設定（照射時間）をパラメータとして入力する。前記往復走査は６００ｍｍ／ｓｅｃの高速動作であり、照射開始から上記設定時間内の間、往復走査動作が実行される。この例の照射ライブラリ名称は「ＣＴ−１」として、登録・記憶させている。
【００２４】
次に図６から図９を用いて主制御装置に記憶されている、予め登録された照射パターンの選択と、部品毎に設定されている照射ライブラリと基板上の部品位置と照射位置の結合について説明する。
【００２５】
図６は、データ編集画面の照射パターン選択時のタッチパネル画面を示す概要図ある。図７は、基板とはんだ接合する部品の位置を示す平面図である。図８は、基板上の部品のはんだ接合する順番を定義する「はんだ接合部品順序データ」を示す概略図である。また、図９は、基板上の各部品に対する照射位置を表す平面図である。
【００２６】
図６に示す通り、データ編集画面の照射パターン選択画面にて図示された照射パターンを選択し、パラメータの入力画面に遷移する。具体的な入力は、前記、図３から図５の説明で述べた各照射パターン毎に設定すべきパラメータを入力し、照射ライブラリとして名称をつけ記憶する。
【００２７】
次に図７から図９を用いて基板とはんだ接合する部品の位置関係とはんだ接合順序、および基板上の部品に対する照射位置の関係を詳細に説明する。図７において、基板１３上には、はんだ接合する部品１４、１５、１６、１７、１８が配置されている。Ｉ、II、III、IV、Ｖは基板１３に部品１４〜１８をはんだ接合する順番を示す。各部品１４〜１８の部品代表位置の設備座標系における座標および照射ライブラリを作成した際の角度を０度として、配置されている部品の角度は、それぞれ、部品１４は、座標（ＢＸ１、ＢＹ１）、角度０度、部品１５は、座標（ＢＸ２、ＢＹ２）、角度９０度、部品１６は、座標（ＢＸ３、ＢＹ３）、角度０度、部品１７は、座標（ＢＸ４、ＢＹ４）、角度３１５度、部品１８は、座標（ＢＸ５、ＢＹ５）、角度１８０度である。
【００２８】
図８に、はんだ接合部品順序データを示す。このはんだ接合部品順序データは、基板１３に対する部品１４〜１８をはんだ接合する順序を定義し、かつ部品の各回転角、および照射ライブラリの相関を定義している。図９は、上記各種データから各部品に対する照射位置の位置関係を示す。最終照射位置の決定は部品回転角を０度と定義している照射ライブラリデータとはんだ接合順序データの部品角度から決定されるため、同一照射ライブラリの指定を持つ部品であっても部品回転角に応じ、所望のはんだ接合位置へ照射位置を決定することが可能である。
【００２９】
次に図１および図１０を用いて半導体レーザ光の自動校正動作について説明する。図１０は自動校正の開始タイミングを設定するデータ編集画面の自動校正タイミング設定のタッチパネル画面を示す概要図ある。自動校正をするタイミング（間隔）を時間入力する。自動校正は、設備が自動稼動中に設備自身の稼働時間を監視し、設定された校正時間を経過した場合、生産を一旦中止し実行される。図１においてＸＹテーブル６に取り付けられた光パワーメータ９上に半導体レーザ光を照射するためＸＹテーブル６をガルバノミラー駆動装置５の下へ位置決めする。ＸＹテーブル６の位置決めが完了した後、半導体レーザ光を光パワーメータ９上に照射し、測定値をレーザ制御装置２にフィードバックすることにより自動校正を実行する。校正完了後は、再度自動的に設備は生産を継続する。
【００３０】
なお、自動校正タイミングについては、直接の時刻指定、あるいは生産基板枚数による設定等でも可能である。
以上説明したように、本実施の形態によれば、光加熱装置内に設けられた記憶装置内には予め複数の光照射パターンを設定・記憶させることが可能であり、光の照射位置、エネルギー強度、照射時間等をパラメータとし入力可能となる。またはんだ接合ポイントの指定に関しては部品の種類毎に照射パターンが選択、指定可能であり、同一部品数が多い場合においては、教示作業時間の大幅な短縮が可能となり、機種切換等の時間短縮により、生産稼働効率を高めることができる。
【００３１】
さらには、駆動テーブル内の光エネルギー検出装置へ光を照射し、光源の自動校正が可能で、自動校正の起動タイミングは、主制御装置に予め入力でき、生産形態等に対応し、柔軟な対応が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の光加熱装置とその制御方法は、人手をわずらわすことなく、加熱エネルギーを安定させることができ、はんだ接合の品質を向上させることができるので、電子部品のはんだ付けなどに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態における光加熱装置の全体を示す外観図
【図２】本発明の実施の形態における複数の照射パターンのうちの一部を説明する平面図
【図３】本発明の実施の形態における照射パターン「シングルポイント」の各パラメータの定義と具体的なデータ入力テーブルを示した図
【図４】本発明の実施の形態における照射パターン「マルチポイント」の各パラメータの定義と具体的なデータ入力テーブルを示した図
【図５】本発明の実施の形態における照射パターン「ライン」の各パラメータの定義と具体的なデータ入力テーブルを示した図
【図６】本発明の実施の形態におけるデータ編集画面の照射パターン選択時のタッチパネル画面を示す概要図
【図７】本発明の実施の形態における基板とはんだ接合する部品の位置を示す平面図
【図８】本発明の実施の形態における基板上の部品のはんだ接合する順番を定義する「はんだ接合部品順序データ」を示す概略図
【図９】本発明の実施の形態における基板上の各部品に対する照射位置を表す平面図
【図１０】本実施の形態における自動校正の開始タイミングを設定するデータ編集画面の自動校正タイミング設定のタッチパネル画面を示す概要図
【符号の説明】
【００３４】
１・・・半導体レーザ発振器
２・・・レーザ制御装置
３・・・ファイバー
４・・・光学レンズ
５・・・ガルバノミラー駆動装置
６・・・ＸＹテーブル
７・・・基板
８・・・ＸＹテーブル駆動制御装置
９・・・光パワーメータ
１０・・・カラーＬＣＤタッチパネル
１１・・・主制御装置
１２・・・シグナルタワー
１３・・・基板
１４、１５、１６，１７，１８・・・部品
【図１】
2005254263.tif 000003
【図２】
2005254263.tif 000004
【図３】
2005254263.tif 000005
【図４】
2005254263.tif 000006
【図５】
2005254263.tif 000007
【図６】
2005254263.tif 000008
【図７】
2005254263.tif 000009
【図８】
2005254263.tif 000010
【図９】
2005254263.tif 000011
【図１０】
2005254263.tif 000012