專利名稱：電路組件的制造方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用激光束進(jìn)行電子元件與電路板電氣連接的電路組件制造方法和適合該方法實(shí)施的電路組件制造裝置。
日本專利特開平4-314390號公報(bào)公開了利用激光束把電子元件安裝在電路板上的方法。具體地說，公開了使電子元件的外部電極與預(yù)先涂布在焊接區(qū)表面的膏狀焊料接觸，把電子元件裝在電路板上后，向膏狀焊料照射激光束使其熔融，以使外部電極與焊接區(qū)通過焊料電氣接觸的方法。
這種連接方法在使電子元件的外部電極與預(yù)先涂布在焊接區(qū)表面的膏狀焊料接觸，把電子元件裝在電路板上后，由于向膏狀焊料照射著激光，對夾在外部電極與焊接區(qū)中間的陰影部分的膏狀焊料不能直接照射激光束。
總之，夾在外部電極與焊接區(qū)之間的陰影部分會發(fā)生膏狀焊料不完全熔化，造成接觸面積和強(qiáng)度不足，出現(xiàn)連接不良。
這種不方便通過把照射的激光束的能量(功率與照射時(shí)間的乘積)設(shè)定于較大的數(shù)值可以在某種程度上得到改善。但是，一旦提高激光束的功率，電子元件受熱損壞的情況加重，發(fā)生元件質(zhì)量下降、特性變化等問題。另一方面，激光束的照射時(shí)間一加長，每一元件的安裝連接時(shí)間變長，不能適應(yīng)高速化的需要。
本發(fā)明的目的在于提供能解決連接欠佳的問題，良好地進(jìn)行用激光束連接元件的電路組件制造方法和能確切實(shí)施該方法的電路組件制造裝置。
為了達(dá)到這一目的，本發(fā)明的制造方法對預(yù)先設(shè)在電路板的電極上的結(jié)合材料照射激光光束，用照射的激光束的能量熔化該結(jié)合材料后，在熔化的結(jié)合材料硬化之前把電子元件的電極壓接于熔融的結(jié)合材料上，從而把該電子元件連接在電路板上。采用這種制造方法，對電路板電極的結(jié)合材料照射激光束，充分加熱使其熔化，可以解決結(jié)合材料不完全熔化的問題，用充分加熱熔化的結(jié)合材料可以把元件的電極很好地連接在電路板的電極上。
另一方面，本發(fā)明的制造裝置具備吸附電子元件將其裝在電路板上的元件安裝裝置、向與安裝的元件對應(yīng)的電路板的電極上預(yù)先設(shè)置的結(jié)合材料照射激光束的激光束照射裝置，以及控制元件安裝和激光束照射，使得照射的激光束的能量熔化接合材料后，在熔化的結(jié)合材料硬結(jié)之前把電子元件的電極壓接于熔融的結(jié)合材料上的控制裝置。采用這種制造裝置，可以借助于元件安裝裝置、激光束照射裝置和控制這些裝置的控制裝置，確切實(shí)施上述制造方法。
本發(fā)明的上述目的及其他目的、特征及利益從下面的說明和附圖可以看得更清楚。


圖1(a)～(f)表示本發(fā)明第1實(shí)施形態(tài)的元件安裝工序。
圖2是第1實(shí)施形態(tài)的元件安裝用的光學(xué)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是第1實(shí)施形態(tài)的元件安裝時(shí)間圖。
圖4(a)～(c)表示第1實(shí)施形態(tài)的激光束對焊接區(qū)的照射形狀。
圖5(a)、(b)分別表示第1實(shí)施形態(tài)的激光束對焊接區(qū)的照射狀況。
圖6是表示所照射激光束功率可變控制方法的時(shí)間圖。
圖7(a)、(b)表示焊接區(qū)激光束照射方法的不同形態(tài)。
圖8(a)、(b)表示焊接區(qū)激光束照射方法的不同形態(tài)。
圖9(a)～(e)分別表示光學(xué)系統(tǒng)的不同形態(tài)。
圖10(a)、(b)表示吸附嘴的不同形態(tài)。
圖11(a)、(b)分別表示吸附嘴的不同形態(tài)。
圖12表示同時(shí)使用第2激光束加熱熔化軟釬料的方法。
圖13(a)～(d)表示機(jī)械控制激光束照射時(shí)間的結(jié)構(gòu)及其動(dòng)作。
圖14是本發(fā)明第2實(shí)施形態(tài)的安裝機(jī)及其使用的光學(xué)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖15是第2實(shí)施形態(tài)的旋轉(zhuǎn)頭的頂視圖。
圖16(a)、(b)表示第2實(shí)施形態(tài)的吸附電子元件位置修正方法。
圖17(a)、(b)表示吸附嘴的不同形態(tài)。
圖1至圖5表示本發(fā)明第1實(shí)施形態(tài)，圖1(a)～(f)表示元件安裝工序，圖2表示使用于元件安裝的光學(xué)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
圖3是元件安裝的時(shí)間圖。圖4表示激光束照射焊接區(qū)的照射形狀。圖5表示激光束照射焊接區(qū)的照射狀況。
在圖1中，1是電子元件，2是可上下移動(dòng)的吸附嘴，3是電路板，4是焊接區(qū)(電路板電極)，5是軟釬料。
電子元件1是扁方柱形而且在長度方向的兩端部有外部電極1a的元件，例如片狀電阻、片狀電容、片狀電感等片狀元件。
軟釬料5是將Sn-Pb系合金構(gòu)成的軟釬料顆粒與焊劑混合成的熔點(diǎn)為150～400度左右的膏狀焊料，預(yù)先涂布在整個(gè)焊接區(qū)4的上表面。當(dāng)然，這軟釬料5也可以使用Sn-Pb系合金以外的軟釬料顆粒，包括例如Sn系合金、Ag系合金、In系合金、Au系合金做的軟釬料顆粒的材料，也可以根據(jù)激光的種類和波長、電子元件1及電路板3的耐熱性和電極材料的材質(zhì)等相應(yīng)使用。又，這種軟釬料5不限于膏狀焊料，也可以是軟釬料鍍層或用其他方法預(yù)涂的軟釬料，也可以是凸出狀的。
在圖2中，11是對吸附嘴2的動(dòng)作和激光諧振的發(fā)生進(jìn)行程序控制的電腦，12是激光電源，13是激光振蕩器，14是分束器，15是傳輸激光束的光纖，16是由聚光透鏡等構(gòu)成的物鏡光學(xué)元件，LB是激光光束。
激光振蕩器13是紅外波長激光器、例如產(chǎn)生連續(xù)波振蕩和脈沖振蕩的YAG激光器、二氧化碳激光器和一氧化碳激光器，具有100瓦級的功率。當(dāng)然，也可以用其他紅外線激光器和YAGSHG等的可視光激光器。激光器的種類與波長根據(jù)軟釬料5的種類和物理性質(zhì)、電子元件1及電路板3的耐熱性和電極材料的性質(zhì)進(jìn)行合適的選擇，最好是使用在軟釬料表面反射損失小的YAG激光器。又，這種激光振蕩器13內(nèi)裝控制激光振蕩的閘門(圖示省略)。
分束器14具備半透半反鏡14a和三個(gè)反射鏡14b，將激光振蕩器13射出的激光束LB分成能量相同的兩束激光。當(dāng)然，只要把激光振蕩器13射出的激光束LB分成沒有光程差的、能同時(shí)照射的光束，反射鏡的數(shù)目及結(jié)構(gòu)并不限于圖示的例子，例如也可以具備半反半透鏡14a及一個(gè)反射鏡14b。
光纖15把分束過的激光束15分別傳輸?shù)絻蓚€(gè)物鏡光學(xué)16。光纖15根據(jù)使用的激光的種類和波長，從石英光纖、KRS系光纖及其他眾所周知的光纖中選擇合適的光纖使用。
物鏡光學(xué)元件16向與電子元件1對應(yīng)的兩個(gè)焊接區(qū)4照射激光束LB。圖示的例子中，兩個(gè)物鏡光學(xué)元件16對電路板3的安裝面成銳角且對稱地配置于垂直下降的電子元件1的長度方向兩側(cè)。
這里參照圖1及圖3～圖5對第1實(shí)施形態(tài)的元件安裝工藝加以說明。
首先，用吸附嘴2吸附省略圖示的元件供給處以橫向姿勢提供的電子元件1的上部中央并取出，然后把吸附著電子元件1的吸附嘴2移到基板3上，使電子元件1的外部電極1a和與其相對應(yīng)的焊接區(qū)4對上位位置后處于待機(jī)狀態(tài)。
接著，借助于吸附嘴2使電子元件1從待機(jī)位置以一定的速度垂直(與電路板3的安裝面成直角)下降，如圖1(a)所示，在開始下降后經(jīng)過規(guī)定時(shí)間t1時(shí)，同時(shí)向各焊接區(qū)4的軟釬料5照射激光束LB。照射的各激光束LB的功率因軟釬料5的種類、電子元件1及電路板3的耐熱性和電極材料的性質(zhì)等而不同，大約為1～50瓦。
從圖1(a)可知，照射的各激光束LB以相對于電路板3的安裝面成銳角θ(圖中約為75度)的角度傾斜，分別從電子元件1的長度方向兩側(cè)向各軟釬料5傾斜照射。
激光束LB對焊接區(qū)4的照射形狀I(lǐng)S可以是如圖4(a)所示的圓形或橢圓形，但是為了即使在焊接區(qū)4的平面形狀是矩形的情況下，也均勻加熱熔化全部軟釬料，最好使照射形狀I(lǐng)S的大小盡量接近焊接區(qū)4的平面形狀。例如在焊接區(qū)4是矩形的情況下，用蔭罩等使激光束的照射形狀I(lǐng)S成為與該焊接區(qū)大致相同的矩形(參看圖4(b)，或在焊接區(qū)4的平面形狀是圓形的情況下，使激光束LB的照射形狀I(lǐng)S成為與該焊接區(qū)大致相同的圓形(參照圖4(c))，則可以均勻地加熱全部軟釬料5，防止熔化不均勻。
又，對焊接區(qū)4照射激光束LB可以適當(dāng)采用圖5(a)所示的以使用蔭罩為前提的成像加熱方式或圖5(b)所示的以不用蔭罩為前提的聚焦加熱方式。在成像加熱方式的情況下，借助于蔭罩可以得到任意照射形狀。而在聚焦加熱方式的情況下，由于沒有用蔭罩遮擋激光束LB，能量沒有損失。
開始照射激光束LB后經(jīng)過規(guī)定時(shí)間t2，如圖1(b)所示，電子元件1的外部電極1a即進(jìn)入照射的激光束LB的光路，照射的激光束LB的一部分分別照在電子元件1的外部電極1a上。在上述時(shí)間t2中，激光束LB照射于各軟釬料5的全部，該激光束LB的能量對各軟釬料5充分加熱使其熔化。
然后，電子元件1的外部電極1a進(jìn)入激光束LB的光路后經(jīng)過規(guī)定的時(shí)間t3，如圖1(c)所示，電子元件1的外部電極1a的下表面即接觸熔融的軟釬料5。在上述時(shí)間t3中，電子元件1的外部電極1a受激光束LB的能量加熱到高于常溫的溫度。
電子元件1的外部電極1a與熔融的軟釬料接觸后經(jīng)過時(shí)間t4為止，如圖1(d)所示，各外部電極1a被按壓在熔融的軟釬料5上，熔融的軟釬料5繞入各外部電極1a的別的面附著于其上。順便說一下，電子元件1的外部電極1a壓在熔融的軟釬料5上時(shí)的最大壓力是300克～2000克。
激光束LB的照射在經(jīng)過上述時(shí)間t4后的時(shí)刻停止，電子元件1的按壓，如圖1(e)所示，在激光束LB的照射停止后持續(xù)到經(jīng)過規(guī)定的時(shí)間t5為止。在這段時(shí)間t5，熔融的軟釬料硬結(jié)，安裝的電子元件1外部電極1a與電路板3的焊接區(qū)4通過軟釬料5電氣連接。
然后，經(jīng)過上述時(shí)間t5，如圖1(e)所示，吸附嘴2的負(fù)壓即解除，吸附嘴2上升，1個(gè)電子元件1的安裝即完成。
順便說，中述時(shí)間t1、t2、t3及t5均為10毫秒左右，時(shí)間t4約為5毫秒?？傊?，1個(gè)電子元件1的安裝所需要的時(shí)間，從電子元件1由待機(jī)位置開始下降起約45毫秒，可以在較短的時(shí)間里進(jìn)行元件安裝。
又，激光束LB照射在電子元件1的外部電極1a上的時(shí)間(t3+t4)約為15毫秒，而該時(shí)間，或該時(shí)間與t2的比例可以由照射的激光束LB的傾斜角度θ與電子元件1的安裝速度規(guī)定?？傊灰獪p小角度或加快安裝速度，就可以縮短激光束LB照射在外部電極1a上的時(shí)間。
這樣采用第1實(shí)施形態(tài)，照射的激光束LB的能量將焊接區(qū)4的軟釬料5熔化后，在熔化的軟釬料5硬結(jié)之前把電子元件1的外部電極1a按壓在熔融的軟釬料5上，因此，照射的激光束LB充分加熱焊接區(qū)4的軟纖料5使其熔化，用充分加熱熔化的軟釬料5可以把電子元件1的外部電極1a連接在電路板3的焊接區(qū)4上。因而，即使不把照射的激光束LB的能量設(shè)定于較高數(shù)值，也能夠解決軟釬料的熔化不充分造成的連接不良的問題，可以用激光束極好地進(jìn)行元件的連接。
又由于使安裝于電路板3的電子元件1的外部電極1a在其下降途中進(jìn)入照射的激光束LB的光路，照射的激光束LB的一部分落在外部電極1a上，因此，釬焊前的外部電極1a被加熱到比常溫高的溫度，以此可以改善熔融的軟釬料5對外部電極1a的附著，實(shí)施高質(zhì)量釬焊。
而且，在電子元件1的外部電極1a被按壓在熔融的軟釬料5上經(jīng)過時(shí)間t4之前持續(xù)對軟釬料5照射激光束LB，因此可以補(bǔ)充在與外部電極1a接觸中失去的熱，適當(dāng)?shù)鼐S持軟釬料5的熔融狀態(tài)，同時(shí)可以使熔融的軟釬料很好地繞入外部電極1a表面。
由于處于待機(jī)位置的電子元件1開始下降后約45毫秒可以完成一個(gè)電子元件1的安裝，所以能縮短一個(gè)零件安裝所需要的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)高速化，同時(shí)，具有能充分跟蹤供給速度為每一元件0.1秒的高速型電子元件供給裝置的優(yōu)點(diǎn)。
還有，由于可以用照射的激光束LB只對電子元件1安裝的焊接區(qū)4的軟釬料5進(jìn)行加熱使其熔化，能消除像軟溶焊接那樣，鄰近的焊接區(qū)4的軟釬料5也同時(shí)被加熱熔化，相互之間發(fā)生短路的問題，可以高精度且無故障地安裝間隔狹小的元件。
上述第1實(shí)施形態(tài)出示了取照射的激光束LB的功率為一定的數(shù)值，進(jìn)行該激光照射的通斷控制，但是也可以控制照射的激光束LB的功率變化。圖6是這種功率可變控制的一個(gè)例子，這里，從激光束LB開始照射到經(jīng)過時(shí)間t2為止，使照射的激光束LB的功率慢慢上升到最大值，從電子元件1的外部電極1a進(jìn)入照射的激光束LB的光路到經(jīng)過時(shí)間t3為止，使照射的激光束LB的功率降得比最大值低，從電子元件1的外部電極1a接觸熔融的軟釬料5到經(jīng)過時(shí)間t4為止，慢慢使照射的激光束LB的功率降低，在經(jīng)過時(shí)間t4后的時(shí)刻停止照射激光束LB。這樣做可以防止軟釬料5受到急劇加熱產(chǎn)生軟釬料球等，同時(shí)可以抑制照射的激光束LB落在外部電極1a上使電子元件1受到熱損傷。
順便說，改變照射的激光束LB功率的方法除了控制激光振蕩器13的電源12外，還可適當(dāng)采用在光路中裝ND濾光鏡等調(diào)整強(qiáng)度的濾光鏡的方法、在光路中裝具有狹縫等強(qiáng)度控制孔的光學(xué)元件改變激光束LB的通過量的方法，和用透鏡與光束擴(kuò)展器以改變照射的激光束LB的能量密度的方法。
圖7與圖8分別表示與第1實(shí)施形態(tài)不同的激光束照射方法。
圖7(a)、(b)所示的照射方法是使各激光束LB從電子元件1的寬度方向單側(cè)對各軟釬料5斜射的方法。照射的各激光束LB(深處的激光束省略)相對于電路板3的安裝面以銳角θ(在圖中約為75度)傾斜，各激光束LB從電子元件1的寬度方向單側(cè)對各軟釬料5斜射。這樣安排，也和第1實(shí)施形態(tài)相同，照射的激光束LB的能量熔化焊接區(qū)4的軟釬料5后，可以在熔化的軟釬料5硬結(jié)之前把電子元件1的外部電極1a按壓在熔融的軟釬料5上，又可以把激光束LB照射在下降途中的電子元件1的外部電極1a上對其加溫。
圖8(a)、(b)所示的照射方法是把各激光束LB向各焊接區(qū)4的軟纖料5垂直(垂直于電路板3的安裝面)照射的方法。使各光束LB(深處的激光束省略)垂直照射各軟纖料5，另一方面，借助吸附嘴2使電子元件1下降時(shí)的移動(dòng)路徑傾斜，對電路板3形成有度為θ的銳角(圖中約為50度)，因而安裝到電路板3上的電子元件1的外部電極1a在其下降中途就開始被激光束的一部分照射到。這樣安排，也和第1實(shí)施形態(tài)相同，在照射的激光束的能量將焊接區(qū)4的軟纖料5熔化之后，熔融的軟纖料5硬結(jié)之前，可以把上述電子元件1的外部電極1a按壓在熔融的軟釬料5上，而且使激光束LB照在下降途中的電子元件1的外部電極1a上對其加熱。
圖9(a)～(e)分別表示與第1實(shí)施形態(tài)不同的光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
圖9(a)所示的光學(xué)系統(tǒng)是從電子元件的寬度方向單側(cè)向焊接區(qū)4的軟纖料傾斜照射激光束LB的系統(tǒng)，可用于圖7所示的激光束照射方法。圖中省略的激光振蕩器發(fā)出的激光束LB通過光纖15及物鏡光學(xué)元件16，向與電子元件1對應(yīng)的兩個(gè)焊接區(qū)4同時(shí)照射。
圖9(b)所示的光學(xué)系統(tǒng)是從電子元件1的長度方向雙側(cè)和寬度方向單側(cè)向焊接區(qū)4的軟釬料傾斜照射激光束LB的系統(tǒng)，可用于圖1與圖7的激光束照射方法。從圖中省略的激光振蕩器發(fā)出的激光束LB通過光纖15及物鏡光學(xué)元件16照射到反射鏡17上，反射鏡17的反射光束LB向與電子元件1對應(yīng)的兩個(gè)焊接區(qū)同時(shí)照射。
圖9(c)和圖9(d)所示的光學(xué)系統(tǒng)，除了物鏡光學(xué)元件16的配置位置及方向和反射鏡17的結(jié)構(gòu)外基本上與圖9(b)所示的光學(xué)系統(tǒng)相同。這些光學(xué)系統(tǒng)，可以用改變反射鏡17的角度的方法調(diào)整照射的激光束LB的位置。
圖9(e)所示的光學(xué)系統(tǒng)是向焊接區(qū)4的軟釬料垂直照射激光束LB的系統(tǒng)，可用于圖8的激光束照射方法。圖示省略的激光振蕩器發(fā)出的激光束LB通過光纖15及物鏡光學(xué)元件16向與電子元件1對應(yīng)的兩個(gè)焊接區(qū)4同時(shí)照射。
圖10表示與第1實(shí)施形態(tài)不同的吸附嘴的結(jié)構(gòu)。
圖10(a)、(b)所示的吸附嘴21其前端有覆蓋電子元件1上表面的凸緣21a。使用該吸附嘴21，可以借助于凸緣21a避免激光束LB側(cè)重照射下降途中的電子元件1的外部電極1a上表面，抑制電子元件1受到熱損傷。
圖11(a)、(b)分別表示與實(shí)施形態(tài)1不同的吸附嘴的結(jié)構(gòu)。
圖11(a)所示的吸附嘴22其前端具有覆蓋電子元件1的上表面的凸緣22a，同時(shí)凸緣22a的內(nèi)表面有與電子元件1的上表面的形狀一致的凹部22b。使用該吸附嘴22，可以借助于凸緣22a避免激光束LB側(cè)重照射下降途中的電子元件1的外部電極1a上表面，抑制電子元件1受到熱損傷。而且可以利用凹部22b確定電子元件1相對于吸附嘴22的位置。
圖11(b)所示的吸附嘴23其前端具有覆蓋電子元件1上表面的濾光鏡。濾光鏡23a由在例如玻璃基片上蒸鍍鉻形成的反射型ND濾光鏡等構(gòu)成，借助于濾光鏡23a減小側(cè)重照射電子元件1的外部電極1a的上表面的激光束LB的強(qiáng)度，可以抑制電子元件1受到熱損傷。
圖12表示同時(shí)使用第2激光束加熱熔化軟纖料5的方法。這種方法在使用對激光束具有穿透性的電路板31的情況下是有用的，從電路板31的上側(cè)向焊接區(qū)4的軟纖料5照射激光束LB1時(shí)，從電路板3的下側(cè)(背面?zhèn)?通過電路板31向焊接區(qū)4照射激光束LB2。這樣做，可以借助于下側(cè)的激光束LB2補(bǔ)充軟纖料5加熱熔化所需要的熱量，因此即使上側(cè)的激光束LB1使用能量低的光束，也能夠進(jìn)行同樣的元件連接，從而可抑制由于上側(cè)的激光束LB1的照射使電子元件1受到熱損傷。
還有，圖12所示的方法在使用對激光束沒有穿透性的電路板的情況下也是有用的，在從電路板的上側(cè)向焊接區(qū)4的軟纖料5照射激光束LB1時(shí)，如果從電路板的下側(cè)(背面?zhèn)?向焊接區(qū)4照射激光束LB2，則可以借助于該激光束LB2側(cè)重加熱電路板上焊接區(qū)4的下側(cè)，以這熱量幫助加熱熔化軟纖料5。
圖13(a)～(d)表示對激光束照射的時(shí)間進(jìn)行機(jī)械式控制的結(jié)構(gòu)及其動(dòng)作。圖中的符號41是在螺旋彈簧42的彈力作用下可上下移動(dòng)地支持吸附嘴2的移動(dòng)臂，43是設(shè)置于移動(dòng)臂41外側(cè)的打開激光束的開關(guān)，44是設(shè)在移動(dòng)臂41上的遮光板，44a是設(shè)在遮光板44上的光束通過孔，45是設(shè)在移動(dòng)臂41內(nèi)側(cè)的關(guān)閉激光束用的開關(guān)。光纖15、物鏡光學(xué)元件16及反射鏡17的結(jié)構(gòu)與圖9(d)所示的光學(xué)系統(tǒng)相同。
移動(dòng)臂41從待機(jī)位置下降預(yù)定的距離，則如圖13(a)所示，打開激光束用的開關(guān)43即開始動(dòng)作，激光束LB從物鏡光學(xué)元件16射出。這時(shí)由于在物鏡光學(xué)元件16與反射器17之間加入遮光板44，從物鏡光學(xué)元件16射出的激光束LB被遮光板44遮住。
移動(dòng)臂41再下降，則如圖13(c)所示，遮光板44的光束通過孔44a與激光束LB的光路吻合，從物鏡光學(xué)元件16射出的激光束LB通過光束通過孔44a照射到反射鏡17上，該反射鏡17的反射光束向焊接區(qū)4的軟纖料照射。
上述激光束的照射在電子元件1的下降距離等于電子束通過孔44a的縱向長度的下降過程中持續(xù)照射。下降的電子元件1的外部電極按壓在焊接區(qū)4的軟纖料(熔融軟纖料)上后，隨著移動(dòng)臂41的下降，吸附嘴2頂著螺旋彈簧42的彈力進(jìn)入移動(dòng)臂41內(nèi)。然后，在電子元件1的外部電極按壓著焊接區(qū)4的軟纖料5(熔融軟纖料)經(jīng)過規(guī)定的時(shí)間后，即如圖13(d)所示，在物鏡光學(xué)元件16與反射鏡17之間再度加入遮光板44，以遮光板44遮住從物鏡光學(xué)元件16射出的激光束LB。與此同時(shí)，進(jìn)入移動(dòng)臂41內(nèi)的吸附嘴2使激光束切斷用的開關(guān)45動(dòng)作，從物鏡光學(xué)元件16射出的激光束停止發(fā)射。
采用這樣的結(jié)構(gòu)，即使進(jìn)行第1實(shí)施形態(tài)那樣的程序控制，也可以借助于移動(dòng)臂13的動(dòng)作以機(jī)械方式控制激光束LB的照射時(shí)間，進(jìn)行與第1實(shí)施形態(tài)相同的元件安裝。當(dāng)然，如果能夠正確規(guī)定激光束打開用的開關(guān)43與激光束關(guān)閉用的開關(guān)45的啟動(dòng)位置，則未必需要上述遮光板44。
圖14～圖16表示本發(fā)明第2實(shí)施形態(tài)，圖1是安裝機(jī)及其所用的光學(xué)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，圖15是旋轉(zhuǎn)頭的頂視圖，圖16表示被吸附的電子元件的位置的修正方法。
在圖14中，符號51表示安裝機(jī)，52表示對安裝機(jī)的動(dòng)作和激光振蕩進(jìn)行程序控制的電腦，53表示激光電源、54表示激光振蕩器、55是分束器。激光電源53與激光振蕩器54及分束器55的結(jié)構(gòu)同第1實(shí)施形態(tài)，因此省略其說明。
安裝機(jī)51具備旋轉(zhuǎn)頭51a、以30度角的間隔在旋轉(zhuǎn)頭51a的下表面?zhèn)仍O(shè)置的12支桿51b、在各桿51b的下表面設(shè)置的吸附嘴51c、支持電路板3的xyθ臺51d、一對物鏡光學(xué)元件51e、支持物鏡光學(xué)元件51e的xy臺51f，以及把來自分束器55的激光束LB傳輸?shù)轿镧R光學(xué)元件51e的光纖51g。
旋轉(zhuǎn)頭51a在圖中省略的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)下，在從上面看反時(shí)針的方向上以30長的間隔間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。又，各桿51b可以軸心為中心轉(zhuǎn)動(dòng)和升降，由圖中省略的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)或升降。
該安裝機(jī)51在圖15所示的旋轉(zhuǎn)頭51a的A位置吸附電子元件1，在B位置檢查所吸附元件1的高度，在C位置檢查所吸附元件1的寬度和長度以及方向，在D位置修正所吸附元件1的角度。又，在E位置修正安裝位置和激光束照射位置后將所吸附元件安裝1于電路板3，在F位置排除尺寸不合格品，在G位置進(jìn)行吸附嘴的清掃。
現(xiàn)說明第2實(shí)施形態(tài)的元件安裝工序。
首先，在旋轉(zhuǎn)頭51a的斷續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)使1支桿51b停止在A位置時(shí)，讓該桿51b從上升位置下降，用吸附嘴2吸住以橫向姿勢提供到該位置下側(cè)的電子元件1的上表面中央將其取出后，讓桿51b從下降位置回到上升位置。
接著，在旋轉(zhuǎn)頭51a的斷續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)使吸附著電子元件1的桿51b停止在B位置時(shí)，用省略未圖示的CCD攝像機(jī)對吸附嘴51c吸附著的電子元件P的側(cè)面攝像，并根據(jù)圖像數(shù)據(jù)判斷高度尺寸是否良好。
接著，在旋轉(zhuǎn)頭51a的斷續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)使吸附著電子元件1的桿51b在停止在C位置時(shí)，用省略未圖示的CCD攝像機(jī)對吸附嘴51c吸附著的電子元件P的下表面攝像，并根據(jù)圖像數(shù)據(jù)判斷寬度及長度尺寸是否良好，方向是否正確，同時(shí)在方向不正確的情況下檢測xyθ方向的偏差量。
xyθ方向的偏差按如下方法檢測。首先，如圖16(a)所示，從通過CCD攝像機(jī)得到的電子元件P的下表面像檢測電子元件P相對于通過吸附嘴51c的中心P1的基準(zhǔn)線在θ方向的偏差量α。然后，如圖16(a)所示，檢測使吸附嘴51c旋轉(zhuǎn)θ方向的偏差量α?xí)r的、吸附嘴51c的中心P1與電子元件1的中心P2在xy坐標(biāo)系的位置，根據(jù)兩個(gè)中心位置的相互關(guān)系分別檢測X方向的偏差量和Y方向的偏差量。
接著，在旋轉(zhuǎn)頭51a的斷續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)使吸附著電子元件1的桿51b停止在D位置時(shí)，所吸附元件1有上面所述的θ方向的偏差量α的情況下，為了對此進(jìn)行修正，使桿51b旋轉(zhuǎn)θ的偏差量α。
接著，在旋轉(zhuǎn)頭51a的斷續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)使吸附著電子元件1的桿51c停止在E位置時(shí)，所吸附元件1有上述那樣的xy方向的偏差量的情況下，為了對此進(jìn)行修正，使臺51d在xy方向改變位置，對安裝位置進(jìn)行修正，同時(shí)使臺51f在xy方向改變位置，修正激光束的照射位置，然后，使桿51b(吸附嘴51c)從上升位置下降，用與圖1(a)～(f)相同的工序進(jìn)行工件連接。
在B位置與C位置的尺寸檢查結(jié)果判定尺寸欠佳的情況下，E位置不進(jìn)行元件安裝，電子元件1移動(dòng)的F位置前仍舊被吸著。然后，在旋轉(zhuǎn)頭51a的斷續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)使桿51b停止于F位置時(shí)，吸附嘴51c解除吸附，尺寸欠佳的電子元件由于自重而落下由容器等回收。
接著，在旋轉(zhuǎn)頭51a的斷續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)使桿51c停止于G位置時(shí)，向吸附嘴噴射空氣以清潔吸附嘴。
這樣采用第2實(shí)施形態(tài)，在使旋轉(zhuǎn)頭51a斷續(xù)旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作中，可以連續(xù)實(shí)施與第1實(shí)施形態(tài)相同的、采用激光束的元件安裝。
又，由于檢測吸附嘴51c吸附的電子元件1的xyθ方向的偏差量，并在元件安裝的前一階段根據(jù)該偏差量修正元件安裝位置和激光束照射位置，所以可相對于電路板把電子元件安裝于正確的位置。
而且由于檢測吸附嘴51c吸附著的電子元件1的尺寸，在判定為尺寸欠佳的情況下不對元件進(jìn)行安裝，并回收尺寸欠佳的電子元件1，所以可防止在電路板3誤裝尺寸不合格的電子元件1。
還有，在上述第2實(shí)施形態(tài)，舉出了使物鏡光學(xué)元件51e本身移動(dòng)以修正激光束的位置的例子，而采用圖9(b)～(d)所示的應(yīng)用反射鏡的光學(xué)系統(tǒng)，則借助于改變反射鏡的角度的方法同樣可進(jìn)行激光束照射位置的修正。當(dāng)然，取代反射鏡，使用棱鏡等其他改變光路的元件也可以進(jìn)行同樣的修正。
又，在上述第2實(shí)施形態(tài)中，吸附嘴51c舉了前端面為平面的例子，但是，如圖17(a)所示，如果在吸附嘴51c設(shè)置具有傾斜面的導(dǎo)向凹部51c1，則如圖17(b)所示，可以利用凹部51c1修正電子元件1相對于吸附嘴51c的吸附位置，消除θ方向的偏差。
以上說明中，第1、第2實(shí)施形態(tài)舉了扁平方柱狀且長度方向兩端有外部電極的電子元件的例子。然而，不言而喻，即便是扁平方柱狀以外其他形狀的電子元件、在長度方向兩端以外的位置具有外部電極的電子元件、具有引線端子的電子元件，不管元件的種類，也都可以使用相同的安裝方法。
又，上述第1、第2實(shí)施形態(tài)舉了以軟釬料作為結(jié)合材料的例子，但是，使用激光束能量可熔化的、軟釬料以外的金屬材料和導(dǎo)電性樹脂材料等作為結(jié)合材料，也可以進(jìn)行同樣的元件安裝。
權(quán)利要求
1.一種電路組件制造方法，通過結(jié)合材料把電子元件的電極連接在電路板的電極上，其特征在于，向預(yù)先設(shè)置在電路板的電極上的結(jié)合材料上照射激光束，用照射的激光束的能量熔化該結(jié)合材料后，在熔融的結(jié)合材料硬結(jié)之前把電子元件的電極按壓在熔融的結(jié)合材料上，從而把該電子元件安裝在電路板上。
2.如權(quán)利要求1所述的電路組件制造方法，其特征在于，把激光束對結(jié)合材料的照射繼續(xù)到電子元件的電極被按壓在熔融的結(jié)合材料上為止。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電路組件制造方法，其特征在于，被安裝到電路板上的電子元件的電極在其安裝中途就開始受至少是一部分的激光束照射到。
4.如權(quán)利要求3所述的電路組件制造方法，其特征在于，使激光束的照射光路與電子元件的安裝路徑的至少一方傾斜，相對于電路板的安裝面構(gòu)成銳角，以此使被安裝到電路板上的電子元件的電極在其安裝中途就開始進(jìn)入激光束的照射光路。
5.如權(quán)利要求4所述的電路元件制造方法，其特征在于，由激光束的照射光路與電子元件的安裝路徑的至少一方的傾斜角度和電子元件的安裝速度二者中的至少一方規(guī)定照射的激光束照射在電子元件電極上的時(shí)間。
6.如權(quán)利要求4或5所述的電路組件制造方法，其特征在于，使安裝到電路板上的電子元件的電極完全進(jìn)入激光束的照射光路之前照射的激光束功率高于該電子元件的電極進(jìn)入激光束的照射光路后的照射的激光束的功率。
7.如權(quán)利要求1、2、3、4、5或6所述的電路組件制造方法，其特征在于，在從電路板的安裝面一側(cè)向電極的結(jié)合材料照射激光束時(shí)，從電路板安裝面的反面一側(cè)向電路板的電極照射第2激光束。
8.如權(quán)利要求7所述的電路組件制造方法，其特征在于，所述電路板對所述第2激光束具有穿透性。
9.如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的電路組件制造方法，其特征在于，結(jié)合材料上照射的激光束的照射形狀與結(jié)合材料的平面形狀一致。
10.如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9所述的電路組件制造方法，其特征在于，所述結(jié)合材料是軟釬料。
11.一種電路組件制造裝置，通過結(jié)合材料將電子元件的電極連接于電路板的電極上，其特征在于，具備具有吸附電子元件將其安裝于電路板上的吸附嘴的元件安裝裝置、向預(yù)先設(shè)在電路板的電極上的結(jié)合材料照射激光束的激光束照射裝置、控制元件安裝和激光束的照射，使得用照射的激光束的能量熔化結(jié)合材料后，在熔化的結(jié)合材料硬結(jié)之前把電子元件的電極按壓在熔融的結(jié)合材料上的控制裝置。
12.如權(quán)利要求11所述的電路組件制造裝置，其特征在于，所述控制裝置控制元件安裝與激光束的照射，使激光束對結(jié)合材料的照射在電子元件的電極被按壓在熔融的結(jié)合材料上之前一直繼續(xù)進(jìn)行。
13.如權(quán)利要求11或12所述的電路組件制造裝置，其特征在于，所述激光束照射裝置發(fā)出的激光束的照射光路與所述元件安裝器具安裝電子元件的路徑的至少一方相對于電路板的安裝面傾斜成銳角，以使安裝到電路板上的電子元件的電極在其安裝途中就開始進(jìn)入激光束的照射光路。
14.如權(quán)利要求11、12或13所述的電路組件制造裝置，其特征在于，從所述激光束照射裝置向結(jié)合材料照射激光束的照射形狀被調(diào)整得與結(jié)合材料的平面形狀一致。
15.如權(quán)利要求11、12、13或14所述的電路組件制造裝置，其特征在于，所述元件安裝裝置具備具有多個(gè)吸附嘴的旋轉(zhuǎn)頭。
16.如權(quán)利要求11、12、13、14或15所述的電路組件制造裝置，其特征在于，具備檢測所述元件安裝裝置的吸附嘴吸附的電子元件的偏差量的檢測裝置，以及根據(jù)檢測出的偏差量修正元件安裝位置與激光束照射位置的修正裝置。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種電路組件制造方法,用照射的激光束能量熔化焊接區(qū)的軟釬料后,在熔融的軟釬料硬結(jié)之前把電子元件的外部電極按壓在該軟釬料上,從而把元件的電極連接在電路板的電極上。實(shí)施該方法的裝置具有吸附電子元件以安裝在電路板上的吸附嘴、向預(yù)先設(shè)在電路板電極上的軟釬料照射激光束的光學(xué)系統(tǒng),以及控制元件安裝和激光照射,使得用照射激光束能量熔化軟釬料后,在熔融的軟釬料硬結(jié)之前把電子元件的電極按壓在該結(jié)合材料上的控制裝置。
文檔編號B23K1/005GK1201364SQ9810620
公開日1998年12月9日 申請日期1998年4月3日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月4日
發(fā)明者上野光生 申請人:太陽誘電株式會社