JP2011216503A - Soldering method, method for manufacturing mounting substrate and soldering apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明ははんだ付け方法、実装基板の生産方法、およびはんだ付け装置に関し、特に、電子部品と基板とを接続するためのはんだを溶解させるはんだ付け方法、実装基板の生産方法、およびはんだ付け装置に関する。 The present invention relates to a soldering method, a mounting board production method, and a soldering apparatus, and more particularly to a soldering method for melting solder for connecting an electronic component and a board, a mounting board production method, and a soldering apparatus. .
プリント基板に実装される電子部品には、部品下部にはんだ付け接合部があるもの(裏面接合電子部品)がある。これらは、部品形態でBGA(Ball Grid Array)、CSP(Chip Size Package)、LGA(Land Grid Array)、WL−CSP(Wafer Level Chip Size Package)、POP(Package on Package)、LCC(Lead less Chip Carrier)等と呼ばれている。 Some electronic components mounted on a printed circuit board have a solder joint at the bottom of the component (back-bonded electronic component). These are BGA (Ball Grid Array), CSP (Chip Size Package), LGA (Land Grid Array), WL-CSP (Wafer Level Chip Size Package), POP (Package on PackageL), LC. Carrier) and the like.
従来、このような裏面接合電子部品は、他の表面実装部品と同様に以下の工程ではんだ付けされている。 Conventionally, such back junction electronic components are soldered in the following steps in the same manner as other surface mount components.
・プリント基板へのはんだペーストの印刷工程(またはディスペンス工程) ・ Printing process of solder paste on printed circuit board (or dispensing process)
・プリント基板への部品実装工程 ・ Component mounting process on printed circuit board
・リフロー炉によるはんだ付け工程 ・ Soldering process by reflow furnace
このように、プリント基板への電子部品のはんだ付けは、リフロー炉で一括して行なうことが多い。また、環境への懸念から、今日では含鉛はんだの代替品として、鉛を含まない鉛フリーはんだを採用する必要が高まっている。鉛フリーはんだの溶融温度は、含鉛はんだの溶融温度よりも高いため、リフロー炉の温度は240℃程度に上げなければならない。多くの電子部品の耐熱温度は250℃であり、リフロー炉の温度設定のマージンは10℃程度と狭くなっている。 As described above, the soldering of the electronic components to the printed circuit board is often performed at once in a reflow furnace. In addition, due to environmental concerns, it is now necessary to adopt lead-free solder that does not contain lead as a substitute for lead-containing solder. Since the melting temperature of lead-free solder is higher than the melting temperature of lead-containing solder, the temperature of the reflow furnace must be raised to about 240 ° C. The heat-resistant temperature of many electronic components is 250 ° C., and the temperature setting margin of the reflow furnace is as narrow as about 10 ° C.
一方、炉内には温度分布があるため、炉内を理想通りの温度設定にすることは難しい。このため、温度に耐えられずに不良品となる部品が増えている。 On the other hand, since there is a temperature distribution in the furnace, it is difficult to set the temperature inside the furnace as ideal. For this reason, the number of parts that cannot withstand the temperature and become defective products is increasing.
そのような理由から、昨今、電子部品へ熱負荷を掛けずに、接合部だけを加熱してはんだ付けを行なう、レーザによる局部加熱はんだ付けへの期待が高まっている。 For these reasons, recently, there is an increasing expectation for local heating soldering using a laser in which only a joint is heated and soldered without applying a thermal load to an electronic component.
実装部品を光エネルギー照射によって接合する方法について、以下の特許文献1に示される技術がある。
As a method of joining mounted components by light energy irradiation, there is a technique disclosed in
特許文献1は、弱耐熱性を有する電子部品と耐熱性を有する電子部品とを基板に電気的に接続する電子部品接続方法であって、耐熱部品のみを基板に装着してリフロー炉において加熱することで、耐熱部品を基板上に一括はんだ付けする技術を開示する。その後、弱耐熱部品の接続箇所上に弱耐熱部品を装着し、局部加熱を行なうことではんだを再溶融させて弱耐熱部品のはんだ付けが行なわれる。
しかしながら特許文献1の技術では、基板との間でほとんど接合部が隠れてしまう裏面接合部品などの接合が難しいという問題点がある。
However, the technique of
この発明はそのような問題点を解決するためになされたものであり、電子部品と基板とを接続するためのはんだを適切に溶解させることができるはんだ付け方法、実装基板の生産方法、およびはんだ付け装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve such problems, and a soldering method capable of appropriately dissolving solder for connecting an electronic component and a substrate, a method for producing a mounting substrate, and solder The object is to provide an attaching device.
上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、電子部品と基板とを接続するためのはんだ付け方法において、電子部品の基板への接続箇所、および基板の電子部品への接続箇所の少なくとも一方には、はんだが付与されている。はんだ付け方法は、電子部品と基板とを離した状態で、電子部品の基板への接続箇所、および基板の電子部品への接続箇所に、光照射を行なう光照射工程と、光照射工程によりはんだを溶解させた後に、電子部品と基板との間の距離を短くすることで、電子部品の基板への接続箇所、および基板の電子部品への接続箇所をはんだによりはんだ付けする工程とを備える。 In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, in a soldering method for connecting an electronic component and a substrate, at least one of a connection location of the electronic component to the substrate and a connection location of the substrate to the electronic component A solder is applied to the surface. In the soldering method, the electronic component and the substrate are separated from each other, the light irradiation process for irradiating light to the connection part of the electronic component to the substrate and the connection part of the substrate to the electronic component, and soldering by the light irradiation process. And the step of soldering the connection portion of the electronic component to the substrate and the connection portion of the substrate to the electronic component with solder by shortening the distance between the electronic component and the substrate.
この発明によると、電子部品と基板とを離した状態で、電子部品の基板への接続箇所、および基板の電子部品への接続箇所に、光照射が行なわれる。光照射によりはんだを溶解させた後に、電子部品と基板との間の距離を短くすることで、電子部品の基板への接続箇所、および基板の電子部品への接続箇所がはんだ付けされる。電子部品の基板への接続箇所、および基板の電子部品への接続箇所に、光照射が行なわれることで、はんだの温度を望ましい温度とすることができる。また、電子部品と基板とを離した状態で光照射を行なうことで、電子部品の基板への接続箇所および基板の電子部品への接続箇所に光を当てやすくすることができる。なお、本発明における「はんだ」の語は、鉛とスズを主成分としたはんだ(いわゆる含鉛はんだ)、銀入りはんだ、金系はんだ、および、スズ・銀・銅やスズ・ビスマスなどを主成分とした鉛フリーはんだなどの概念を総合的に含むものとして使用される。さらに「はんだ」の語は、酸化を防ぎ接合を容易にするためのフラックスなどの添加剤を含むはんだの概念を含むものとして使用される。さらに「はんだ」の語は、はんだペーストやはんだクリームの概念を含むものとして使用される。 According to this invention, in a state where the electronic component and the substrate are separated from each other, light irradiation is performed on the connection portion of the electronic component to the substrate and the connection portion of the substrate to the electronic component. After the solder is melted by light irradiation, the distance between the electronic component and the substrate is shortened, whereby the connection location of the electronic component to the substrate and the connection location of the substrate to the electronic component are soldered. By irradiating light to the connection part of the electronic component to the substrate and the connection part of the substrate to the electronic component, the solder temperature can be set to a desired temperature. Further, by performing light irradiation in a state where the electronic component and the substrate are separated from each other, light can be easily applied to the connection portion of the electronic component to the substrate and the connection portion of the substrate to the electronic component. In the present invention, the term “solder” is mainly used for solders mainly composed of lead and tin (so-called lead-containing solder), silver-containing solder, gold-based solder, tin / silver / copper, tin / bismuth, and the like. Used comprehensively including the concept of lead-free solder as a component. In addition, the term “solder” is used to include the concept of solder that includes additives such as flux to prevent oxidation and facilitate bonding. Furthermore, the term “solder” is used to include the concept of solder paste or solder cream.
好ましくは電子部品は、基板に装着された時に、基板への接続箇所がほぼ隠れてしまう裏面接合部品である。 Preferably, the electronic component is a back surface bonded component in which the connection portion to the substrate is substantially hidden when mounted on the substrate.
このような、基板に装着された時に、基板への接続箇所がほぼ隠れてしまう裏面接合部品に対して、本発明を良好に適用することができる。すなわち、電子部品と基板とを離した状態で光照射を行なうことができるため、基板に装着された時にほぼ隠れてしまう基板への接続箇所に光を良好に当てることができる。 The present invention can be satisfactorily applied to such a back-surface bonded component in which the connection portion to the substrate is substantially hidden when mounted on the substrate. That is, since the light irradiation can be performed in a state where the electronic component and the substrate are separated from each other, light can be favorably applied to a connection portion to the substrate that is substantially hidden when mounted on the substrate.
好ましくは電子部品の基板への接続箇所、および基板の電子部品への接続箇所の両方にはフラックスが付与されている。 Preferably, flux is applied to both the connection part of the electronic component to the substrate and the connection part of the substrate to the electronic component.
このようにフラックスとはんだとを用いてはんだ付けを行なうことで、はんだ付けをより良好に行なうことができる。 Thus, soldering can be performed more favorably by performing soldering using flux and solder.
好ましくははんだ付けする工程は、搬送部材により電子部品を基板の接合位置の上に位置させ、電子部品と基板との間の距離を所定の距離とした後、搬送部材から電子部品を離し、その後搬送部材を電子部品から遠ざける。 Preferably, in the soldering step, the electronic component is positioned above the bonding position of the substrate by the conveying member, the distance between the electronic component and the substrate is set to a predetermined distance, and then the electronic component is separated from the conveying member. Move the conveying member away from the electronic component.
このように電子部品と基板との間の距離を所定の距離とした後、搬送部材から電子部品を離し、その後搬送部材を電子部品から遠ざけることで、電子部品のセルフアライメント性を妨げることがなくなるため、電子部品の位置決めを良好に行なうことができる。 In this way, after the distance between the electronic component and the substrate is set to a predetermined distance, the electronic component is separated from the conveying member, and then the conveying member is moved away from the electronic component, so that self-alignment of the electronic component is not hindered. Therefore, the electronic component can be positioned satisfactorily.
好ましくははんだ付け方法は、光照射工程で照射される光と同軸のカメラにより、電子部品の基板への接続箇所、および基板の電子部品への接続箇所の位置合わせを行なう。 Preferably, in the soldering method, the connection position of the electronic component to the substrate and the connection position of the substrate to the electronic component are aligned by a camera coaxial with the light irradiated in the light irradiation step.
このように光照射工程で照射される光と同軸のカメラにより、電子部品の基板への接続箇所、および基板の電子部品への接続箇所の位置合わせを行なうことで、光の照射位置を確認することと、接続箇所の位置合わせとを良好に行なうことができる。 In this way, the position where the electronic component is connected to the substrate and the position where the electronic component is connected to the electronic component are aligned by the camera coaxial with the light irradiated in the light irradiation step, thereby confirming the light irradiation position. And positioning of the connection points can be performed satisfactorily.
好ましくは光照射工程で光照射を行なう時、電子部品は、基板の接合位置の垂直上方に水平に保持される。 Preferably, when the light irradiation is performed in the light irradiation step, the electronic component is held horizontally vertically above the bonding position of the substrates.
このように光照射工程で光照射を行なう時に、電子部品を、基板の接合位置の垂直上方に水平に保持することで、その後の電子部品と基板とを近づけてはんだ付けを行なう工程をスムーズに実施することが可能となる。また、はんだ溶解後に電子部品を横に動かす必要がないため、はんだが流れたり落ちたりすることが防止される。 In this way, when performing light irradiation in the light irradiation step, the electronic component is held horizontally vertically above the bonding position of the substrate, so that the subsequent electronic component and substrate can be brought close to each other and soldered smoothly. It becomes possible to carry out. Moreover, since it is not necessary to move the electronic component sideways after the solder is melted, the solder is prevented from flowing or dropping.
好ましくは光照射の光源は、半導体レーザ、キセノンランプ、または赤外線ランプである。 Preferably, the light source for light irradiation is a semiconductor laser, a xenon lamp, or an infrared lamp.
このような光源を用いることで、はんだを良好に溶解することができる。 By using such a light source, the solder can be dissolved well.
好ましくは電子部品の基板への接続箇所、および基板の電子部品への接続箇所は、それぞれ複数あり、はんだは、はんだバンプとして複数の個所に設けられており、光照射工程は、ガルバノミラーにより電子部品の複数の接続箇所、および基板の複数の接続箇所を照射する。 Preferably, there are a plurality of locations where the electronic component is connected to the substrate and a location where the substrate is connected to the electronic component, and the solder is provided at a plurality of locations as solder bumps. The light irradiation process is performed by a galvanometer mirror. Irradiate a plurality of connection points of the component and a plurality of connection points of the substrate.
このようにガルバノミラーにより電子部品の複数の接続箇所、および基板の複数の接続箇所を照射することで、効率的にはんだを溶解することが可能となる。 Thus, by irradiating a plurality of connection parts of the electronic component and a plurality of connection parts of the substrate with the galvanometer mirror, it becomes possible to efficiently dissolve the solder.
好ましくは光照射工程は、1本または2本のビームにより照射を行なう。 Preferably, in the light irradiation step, irradiation is performed with one or two beams.
このように単数または複数のビームで光の照射を行なうことで、効率的に、精度よくはんだを溶解することが可能となる。 Thus, by performing light irradiation with a single beam or a plurality of beams, it becomes possible to efficiently and accurately melt the solder.
好ましくははんだ付け方法は、光照射工程において、光を照射する位置の温度を測定する工程をさらに備え、はんだ付けする工程は、温度を測定する工程による測定温度がはんだの溶融温度となったことを検知した後にはんだ付けを行なう。 Preferably, the soldering method further includes a step of measuring a temperature at a position where the light is irradiated in the light irradiation step, and the soldering step has a temperature measured by the step of measuring the temperature being a melting temperature of the solder. After detecting this, soldering is performed.
このように光を照射する位置の温度を測定することで、はんだの温度を適切に保った状態ではんだ付けを行なうことができる。 By measuring the temperature at the position where light is irradiated in this way, soldering can be performed while keeping the temperature of the solder appropriately.
好ましくははんだ付け方法は、はんだ付けの前に、電子部品および基板の少なくとも一方を加熱する。 Preferably, the soldering method heats at least one of the electronic component and the substrate before soldering.
このようにはんだ付けの前に、電子部品および基板の少なくとも一方を加熱することで、はんだ付けの前にはんだの温度が低下してはんだ付けの不良が生じることを防ぐことができる。 As described above, by heating at least one of the electronic component and the substrate before soldering, it is possible to prevent the soldering temperature from being lowered before soldering to cause defective soldering.
この発明の他の局面に従うと実装基板の生産方法は、上記のいずれかに記載のはんだ付け方法により、電子部品が実装された基板を生産する。 When the other aspect of this invention is followed, the production method of a mounting board will produce the board | substrate with which the electronic component was mounted by the soldering method in any one of said.
これによると、電子部品と基板とを離した状態で光照射を行なうことで、電子部品の基板への接続箇所および基板の電子部品への接続箇所に光を当てやすくすることができるため、実装基板の生産を好適に行なうことができるという効果がある。 According to this, by performing light irradiation in a state where the electronic component and the substrate are separated from each other, it is possible to easily apply light to the connection portion of the electronic component to the substrate and the connection portion of the substrate to the electronic component. There is an effect that the production of the substrate can be suitably performed.
この発明のさらに他の局面に従うと、電子部品と基板とを接続するためのはんだ付け装置において、電子部品の基板への接続箇所、および基板の電子部品への接続箇所の少なくとも一方には、はんだが付与されている。はんだ付け装置は、電子部品と基板とを離した状態で、電子部品の基板への接続箇所、および基板の電子部品への接続箇所に、光照射を行なう光照射機構と、光照射によりはんだを溶解させた後に、電子部品と基板との間の距離を短くすることで、電子部品の基板への接続箇所、および基板の電子部品への接続箇所をはんだによりはんだ付けする機構とを備える。 According to still another aspect of the present invention, in a soldering apparatus for connecting an electronic component and a substrate, at least one of a connection portion of the electronic component to the substrate and a connection portion of the substrate to the electronic component is soldered. Is granted. The soldering apparatus is a state in which the electronic component and the substrate are separated from each other, the light irradiation mechanism for irradiating light to the connection portion of the electronic component to the substrate and the connection portion of the substrate to the electronic component, and solder by light irradiation. After melting, the distance between the electronic component and the substrate is shortened to provide a mechanism for soldering the connection portion of the electronic component to the substrate and the connection portion of the substrate to the electronic component with solder.
この発明によると、電子部品と基板とを離した状態で光照射を行なうことで、電子部品の基板への接続箇所および基板の電子部品への接続箇所に光を当てやすくすることができるため、はんだ付けを好適に行なう装置を提供できるという効果がある。 According to this invention, by performing light irradiation in a state where the electronic component and the substrate are separated from each other, it is possible to easily apply light to the connection portion of the electronic component to the substrate and the connection portion of the substrate to the electronic component. There exists an effect that the apparatus which performs soldering suitably can be provided.
[第1の実施の形態] [First Embodiment]
図1は、本発明の第1の実施の形態におけるはんだ付け装置の構成を示す平面図である。 FIG. 1 is a plan view showing the configuration of the soldering apparatus according to the first embodiment of the present invention.
図を参照してはんだ付け装置は、電子部品が載置された基板107を基台上に載せた状態で、位置107’で示される位置に運搬する基板運搬装置251と、基台上方のXY平面に沿って移動可能なレーザヘッド200とを備える。以下においては、BGAを基板にはんだ付けする方法について説明する。
Referring to the figure, the soldering apparatus includes a
はんだ付け装置は、レーザヘッド200をX方向、Y方向、およびR(回転)方向に移動させる駆動装置271を備える。またはんだ付け装置は、基板107に実装するBGAをストックするトレイ273と、部品吸着ノズルに吸着されたBGAの傾きや位置を撮影する、位置修正用カメラユニット275と、BGAの基板への接続箇所にフラックスを塗布するフラックス塗布ユニット277とを備えている。
The soldering apparatus includes a
レーザヘッド200は、レーザビームを射出するレーザ光源や、射出したレーザビームを反射するガルバノミラーや、レーザビームをBGAの基板への接合面および基板のBGAへの接合面に導くミラーなどを備える。
The
基板のBGAとの接続箇所にはんだペースト(フラックスを含む)が塗布される。BGAの接続箇所であるはんだボールには、フラックスが塗布される。BGAを基板に装着する前に、基板側の接続箇所と部品側の接続箇所との両方が光照射により、はんだ溶融温度以上に加熱される。はんだが溶融温度以上である間に基板とBGAとの距離を短くすることで、両者をはんだ接合することができる。 A solder paste (including flux) is applied to the connection portion of the substrate with the BGA. Flux is applied to the solder balls which are the connection locations of the BGA. Before mounting the BGA on the substrate, both the connection portion on the substrate side and the connection portion on the component side are heated to the solder melting temperature or higher by light irradiation. By shortening the distance between the substrate and the BGA while the solder is above the melting temperature, both can be soldered together.
図2は、図1のレーザヘッド200の構成を示す側面図である。
FIG. 2 is a side view showing the configuration of the
はんだ付け装置において、基板107は、図示しないステージ(基台)に載置され、図中の左から右へと搬送される。
In the soldering apparatus, the
図に示されるように、レーザヘッド200は、レーザ照射装置307へ可撓性の光ケーブル(光ファイバー)305を介してレーザを供給する半導体レーザ光源303と、レーザ照射装置307からのレーザビームをハーフミラー(ビームスプリッタ)309を透過させた後に反射させ、レーザビームを走査させるためのガルバノミラー311,313と、ガルバノミラーからのレーザビームが真下に向けて照射されるようにするテレセントリックレンズ315と、テレセントリックレンズのピント合わせを行なうためのレンズ駆動系317a,317bと、電子部品のはんだ付け前に電子部品の上方まで移動し、下方を撮像する撮像装置301と、ハーフミラー309とレンズ321とを介して、レーザ被照射位置をレーザビームと同軸方向から撮影する同軸カメラ323と、同軸カメラ323の撮影画像を処理する画像処理部325と、撮影画像に基づいて、ステージ位置および角度、ガルバノミラーの角度、およびレーザ出力のオン/オフを制御する制御部(コントローラ)327とを備える。
As shown in the figure, the
また、レーザヘッド200は、BGA100を吸着することで、トレイ273から部品装着位置にBGA100を搬送する部品吸着ノズル353と、テレセントリックレンズ315から垂直に下りてきたレーザビームを、部品吸着ノズル353に吸着されたBGA100の基板107への接合面と、基板107のBGA100への接合部分とに照射させるためのミラーユニット351と、溶解したはんだペーストおよびフラックスのミストを排気する排気装置357と、BGA100の基板107からの高さ方向の位置を測定する高さセンサ361(レーザ測距センサなど)とを備えている。
In addition, the
ミラーユニット351は、テレセントリックレンズ315から垂直に下りてきたレーザビームを、部品吸着ノズル353に吸着されたBGA100の基板107への接合面に照射させるための上ミラー351a,351bと、テレセントリックレンズ315から垂直に下りてきたレーザビームを、基板107のBGA100への接合部分に照射させるための下ミラー351c,351dとを備えている。ミラーユニット351は、図面の左右方向に移動することができ、ミラー351a〜351dはミラーユニット351の移動と共に移動する。
The
さらにレーザヘッド200は、BGA100の基板107への接合部分の温度を測定する放射温度計355bと、基板107のBGA100への接合部分の温度を測定する放射温度計355aとを備えている。これら温度計による測定温度がはんだの溶融温度となったことを検知した後にはんだ付けが行なわれる。
Further, the
ガルバノミラーの作用により、レーザ照射装置307からのレーザビームを実線矢印で示される方向に送ることで、BGA100の複数のはんだボール101にレーザビームを導くことができる。また、ガルバノミラーの作用により、レーザ照射装置307からのレーザビームを点線矢印で示される方向に送ることで、基板107の複数のランド103(はんだペーストが塗布されている)にレーザビームを導くことができる。
By the action of the galvanometer mirror, the laser beam from the
撮像装置301は、基板107の所定マークを撮像し、BGA100の装着位置および方向を検出する。
The
レーザの照射位置は、同軸カメラ323で観察される。これに基づき制御部327は、適切な位置にレーザが照射されるように、レーザ照射位置を調整する。
The irradiation position of the laser is observed with the
なお、BGA100のはんだボール101の位置と、基板107のランド103の位置とを合わせるためには、撮像装置301で基板107のフィデューシャルマ−ク(認識マーク)を読取り、BGA100のはんだボール101の位置をカメラユニット275で読取り、両者を位置合わせする方法を採用することができる。または、基板107のランド103の上部にBGA100を保持して加熱する前に、または加熱中に、加熱光源と同軸の同軸カメラ323でBGA100のはんだボール101の位置と、基板107のランド103の位置とを読取り、両者を位置合わせする方法を採用することができる。また、この2つの方法をともに採用することとしてもよい。
In order to align the position of the
また、BGA100のはんだボール101と、基板107のランド103の両方を光照射ではんだ溶融温度以上に加熱する時、BGA100の保持位置は、基板107のランド103がある箇所の略垂直上方とし、BGA100は略水平に保持することが望ましい。
Further, when both the
図3は、BGA100を複数のはんだボール101が設けられた側から見た図である。
FIG. 3 is a view of the
ガルバノミラーの作用により、矢印で示される方向にレーザビームの照射スポット101aが移動する。これによりレーザビームのスキャンが行なわれる。スキャンにより、全てのはんだボール101に対して順にレーザビームが照射される。これにより、全てのはんだボール101を溶解させることができる。
The laser
また、はんだボールに対応する位置にある基板107の全てのランド103にも、同様にしてレーザビームが照射される。これによりランド103上のはんだペーストも全て溶解させることができる。
Similarly, all
また、レーザ照射部分の温度を均一にするため、レーザ光は、BGAのはんだボール、および基板のランドの部分に、高速で複数回巡回して照射されることが望ましい。 Further, in order to make the temperature of the laser irradiation portion uniform, it is desirable that the laser light is irradiated to the BGA solder ball and the land portion of the substrate in a plurality of times at high speed.
図4は、図3の処理によりはんだが溶解した状態からはんだ付けを行なう処理を示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing a process of performing soldering from a state in which the solder is dissolved by the process of FIG.
BGAを装着する前に、BGAと基板と間の距離が高さセンサ361で計測される。はんだ接合に必要なクリアランス(はんだボールの高さ+はんだペースト塗布厚さ)が計算されることで、部品吸着ノズル353の停止位置が決定される。
Before mounting the BGA, the distance between the BGA and the substrate is measured by the
BGA装着時には、ミラーユニット351を図4の“A”方向に移動させることで、BGA100と基板107との間に空間を空ける。吸着ノズル353により、決定された停止位置にBGA100が運ばれる(図4の“B”方向に下ろされる)。その後、吸着ノズル353からBGA100を離す。吸着ノズル353がBGA100を離すのに引き続いて、BGA100のセルフアラインメントを妨げないように、吸着ノズル353をBGA100から遠ざける。はんだの温度が低下することで、BGA100は基板107に電気的に接続される。
When the BGA is mounted, the
図5〜7は、はんだ付け装置の実行する動作を示すフローチャートである。 5-7 is a flowchart which shows the operation | movement which a soldering apparatus performs.
ステップS101において、はんだペーストが塗布され、BGAなど裏面接合部品以外の部品が実装された基板をはんだ付け場所に供給する。ステップS103において、撮像装置301で基板107のフィデューシャルマ−ク(認識マーク)を読取る。ステップS105において、基板位置、およびBGAなど裏面接合部品の接続位置を認識する。
In step S101, a substrate on which a solder paste is applied and a component other than the back joint component such as BGA is mounted is supplied to a soldering place. In step S103, the
ステップS107において、トレイ273からBGA100を部品吸着ノズル353でピックアップする。ステップS109において、カメラユニット275でピックアップしたBGA100のはんだバンプ101の位置を認識する。
In step S107, the
ステップS111において、フラックス塗布ユニット277でBGA100にフラックスを転写する。ステップS113において、BGA100を基板107上の実装位置の上に運び、ずれを修正する。
In step S <b> 111, the flux is transferred to the
ステップS115(図6)において、BGA100と基板107との間にミラーユニット351を挿入する。
In step S115 (FIG. 6), the
ステップS117において、BGA100のはんだボール101と、基板のランド103とがはんだ溶解温度以上となるように、レーザでそれらを加熱する(図2、図3の状態)。
In step S117, the
ステップS119において、放射温度計355a,355bにより、BGA100のはんだボール101と、基板のランド103とが目標温度以上であることを確認すると、ステップS121でレーザを停止する。
In step S119, when it is confirmed by the
ステップS123において、BGA100と基板107との間のミラーユニット351を引き抜く。その後ステップS125でBGA100を、基板107上の実装位置まで移動させる(図4の状態)。
In step S123, the
ステップS127において、吸着ノズル353の吸引を停止し、BGA100を吸着ノズル353から離す。これにより、ステップS129でセルフアライメントによりBGA100が基板の接合位置にはんだ付けされる。複数のBGAをはんだ付けする場合には、ステップS107〜S129の処理が繰返し行なわれる。
In step S127, the suction of the
ステップS131以降においては、レーザヘッド200を用いての裏面接合部品以外の部品のレーザ照射によるはんだ付けを行なう。ステップS131においては、プログラムされた順番の部品位置へレーザヘッド200を移動する。ステップS133において、対象となる部品に対してレーザを照射することで、その部品の基板へのはんだ付けを行なう。次の部品がある場合は、ステップS135でプログラムされた次の順番の部品の位置へレーザヘッド200を移動させ、ステップS133からのレーザ照射を繰り返し行なう。
In step S131 and thereafter, soldering is performed by laser irradiation of components other than the back-joined components using the
ステップS137において、基板上の全ての対象の部品へのレーザ照射が完了すると、ステップS139でレーザヘッド200を原位置へ移動する。ステップS141において、レーザ照射を完了した基板は排出される。
In step S137, when the laser irradiation to all target components on the substrate is completed, the
このようにして、BGAの実装前にBGAの接合面と基板の接合面とを光で加熱し、はんだが溶融してからBGAを実装することができる。 In this manner, the BGA can be mounted after the BGA bonding surface and the substrate bonding surface are heated with light before the BGA is mounted and the solder is melted.
このような光エネルギーによるはんだ接合は、リフロー炉でのはんだ付けの後工程として実行してもよい。すなわち、温度に強い部品をリフロー炉ではんだ付けした後に、熱負荷を掛けたくない電子部品に関しては、接合部を光エネルギーにより加熱する局部加熱はんだ付けを行なってもよい。もちろん、リフロー炉の工程を省き、全ての部品をレーザによってはんだ付けすることとしてもよい。 Such solder joining by light energy may be performed as a post-process of soldering in a reflow furnace. That is, after soldering a component that is resistant to temperature in a reflow furnace, local heating soldering that heats the joint with light energy may be performed on an electronic component that does not require a thermal load. Of course, the reflow furnace process may be omitted and all components may be soldered by laser.
さらに、図5〜7のフローチャートで示されるように、部品下部にはんだ付け接合部がある裏面接合電子部品に対しては、ミラーユニット351を用いたはんだ付けを行ない、基板に載置した状態で光を照射することによりはんだ付けが可能な、裏面接合電子部品以外の電子部品に対しては、ミラーユニット351を用いずに、部品を基板に載置した状態で上から光を照射するはんだ付けを行なうこととしてもよい。
Further, as shown in the flowcharts of FIGS. 5 to 7, for the back-joined electronic component having a solder joint at the bottom of the component, soldering using the
[実施の形態における効果] [Effects of the embodiment]
以上の実施の形態によると、装着時にほとんど接合部が隠れてしまう裏面接合部品(BGA、LGA、CSP、WL−CSP、POP、LCC等)の装着面側、および基板のランド部分を装着前に光エネルギーにより加熱した後、はんだ接合することができる。 According to the embodiment described above, the mounting surface side of the back surface bonding component (BGA, LGA, CSP, WL-CSP, POP, LCC, etc.) and the land portion of the board before mounting are almost completely hidden during mounting. After heating with light energy, soldering can be performed.
また、裏面接合部品の装着面側、および基板のランド部分を両者ともに加熱することで、はんだ付けを良好に行なうことができる。 Moreover, soldering can be performed satisfactorily by heating both the mounting surface side of the back junction component and the land portion of the substrate.
さらに、接合部分のみを加熱することができるため、部品の熱負荷を抑えることができる。すなわち局部加熱を行なうため、裏面接合部品が破損する温度(例えば250℃)以上になる可能性が低い。 Furthermore, since only the joining portion can be heated, the thermal load on the components can be suppressed. That is, since local heating is performed, there is a low possibility that the temperature is higher than the temperature at which the back-joined parts are damaged (for example, 250 ° C.).
さらに、はんだが溶けた状態で、裏面接合部品を基板に所定の距離近づけた後に裏面接合部品を離すことで、部品の位置決めにおけるセルフアライメントを働かせることができる。 Furthermore, the self-alignment in the positioning of the components can be performed by releasing the back surface joining component after the back surface joining component is brought close to the substrate by a predetermined distance in a state where the solder is melted.
また、リフロー炉を用いた従来工法では、部品や基板が熱膨張することにより、裏面接合部品の四隅へ応力が集中することがあるという問題があった。本実施の形態では、局所加熱を行なうことができるため、このような問題を解消することができる。 Further, in the conventional method using a reflow furnace, there is a problem that stress may concentrate on the four corners of the back-joined part due to thermal expansion of the part and the substrate. In this embodiment mode, since local heating can be performed, such a problem can be solved.
さらに、リフロー炉を用いた従来工法では、はんだが徐冷却されるため、銅電極とはんだの界面に厚い銅錫合金層ができる。この層は硬く脆いため、落下などの衝撃で部品の脱落が起きるという問題がある。本実施の形態では、局所加熱を行なうためにはんだが急冷却される。このため、上記合金層は薄くなり、落下などの衝撃強度が増すという効果がある。 Furthermore, in the conventional method using a reflow furnace, since the solder is gradually cooled, a thick copper-tin alloy layer can be formed at the interface between the copper electrode and the solder. Since this layer is hard and brittle, there is a problem in that parts fall off due to impact such as dropping. In this embodiment, the solder is rapidly cooled to perform local heating. For this reason, the said alloy layer becomes thin and there exists an effect that impact strength, such as dropping, increases.
また、BGAを基板の接合位置の垂直上方に水平に保持した後に、BGAを真下に下ろすことで、はんだ溶解後にBGAを横に動かす必要がなくなり、はんだが横に流れたり落ちたりすることが防止される。 In addition, by holding the BGA horizontally vertically above the bonding position of the board, it is not necessary to move the BGA sideways after melting the solder, preventing the solder from flowing or dropping sideways. Is done.
さらに、リフロー炉を用いた従来工法では、はんだボール中にボイドが生じることがあり、部品の接合強度が低下することがあるという問題があった。 Furthermore, in the conventional method using a reflow furnace, there is a problem that voids are generated in the solder balls, and the joint strength of the components may be reduced.
図8は、リフロー炉を用いた従来工法の問題点を示す断面図である。 FIG. 8 is a cross-sectional view showing a problem of the conventional method using a reflow furnace.
BGA100の電極105と、基板107のランド103とを、リフロー炉を用いたはんだ付けにより接続すると、BGA100が蓋となって、はんだペーストから加熱時に発生するガスの抜け出る道を塞いでしまうことになる。これにより、はんだ付け後のはんだ101b内の上の部分に、ボイドVが発生することがある。
When the
図9は、本実施の形態における効果(ボイド発生の防止)を説明するための図である。 FIG. 9 is a diagram for explaining the effect (prevention of void generation) in the present embodiment.
図9(A)に示されるように、BGA100と基板107とを離した状態で(BGAで蓋をする(実装する)前に)はんだボール101とランド103上のはんだとにレーザを照射することで、ボイドの発生原因であるガス抜きを行なうことができる。
As shown in FIG. 9A, with the
これにより図9(B)に示すように、はんだ付け後のはんだ101b内にボイドが発生することが防がれる。これにより、ボイドフリーで衝撃に強いはんだ接合を提供することができる。
As a result, as shown in FIG. 9B, voids are prevented from occurring in the
[第2の実施の形態] [Second Embodiment]
図10は、第2の実施の形態におけるレーザヘッドの構成を示す側面図である。 FIG. 10 is a side view showing the configuration of the laser head in the second embodiment.
このレーザヘッドは、図2のレーザヘッドに代えて用いることができる。はんだ付け装置において、基板107は、基台(ステージ)359に載置され、図中の左から右へと搬送される。
This laser head can be used in place of the laser head of FIG. In the soldering apparatus, the
図に示されるように、レーザヘッドは、レーザ照射装置467へ可撓性の光ケーブル(光ファイバー)465を介してレーザを供給する半導体レーザ光源463と、レーザビームをハーフミラー(ビームスプリッタ)469で反射させた後出力するレーザ照射装置467と、レーザ照射装置467からのレーザビームを成形するレーザビーム成形レンズ453と、電子部品のはんだ付け前に電子部品の上方まで移動し、下方を撮像する撮像装置471と、ハーフミラー469を介して、レーザ被照射位置をレーザビームと同軸方向から撮影する同軸カメラ423と、同軸カメラ423の撮影画像を処理する画像処理部475と、撮影画像に基づいて、ステージ位置および角度、レーザ照射位置、およびレーザ出力のオン/オフを制御する制御部(コントローラ)477とを備える。
As shown in the figure, the laser head reflects a laser beam by a semiconductor
同軸カメラ423、レーザ照射装置467、ハーフミラー(ビームスプリッタ)469、および撮像装置471は、ヘッド搬送XYZロボット461により、縦横高さ方向へ移動させることができる。これにより、レーザ照射位置が制御される。
The
また、レーザヘッドは、BGA100を吸着することで、トレイ273から部品装着位置にBGA100を搬送する部品吸着ノズル353と、レーザ照射装置467から垂直に下りてきたレーザビームを、部品吸着ノズル353に吸着されたBGA100の基板107への接合面と、基板107のBGA100への接合部分とに照射させるためのミラーユニット451と、溶解したはんだペーストおよびフラックスのミストを排気する排気装置357と、BGA100の基板107からの高さ方向の位置を測定する高さセンサ361(レーザ測距センサなど)とを備えている。
Further, the laser head sucks the
ミラーユニット451は、垂直に下りてきたレーザビームを、部品吸着ノズル353に吸着されたBGA100の基板107への接合面に照射させるための上ミラー451a,451b(上ミラー451bは、ハーフミラーである。)と、垂直に下りてきたレーザビームを、基板107のBGA100への接合部分に照射させるための下ミラー451c,451dとを備えている。ミラーユニット451は、図面の左右方向に移動することができ、ミラー451a〜451dはミラーユニット451の移動と共に移動する。
The
さらにレーザヘッドは、BGA100の基板107への接合部分の温度を測定する放射温度計355bと、基板107のBGA100への接合部分の温度を測定する放射温度計355aとを備えている。これら温度計による測定温度がはんだの溶融温度となったことを検知した後にはんだ付けが行なわれる。
Further, the laser head includes a
レーザ照射装置467からのレーザビームを実線矢印で示される方向に送ることで、BGA100の複数のはんだボール101と、基板107の複数のランド103(はんだペーストが塗布されている)とに、一度にレーザビームを照射することができる。
By sending the laser beam from the
撮像装置471は、基板107の所定マークを撮像し、BGA100の装着位置および方向を検出する。
The
レーザの照射位置は、同軸カメラ423で観察される。これに基づき制御部477は、適切な位置にレーザが照射されるように、レーザ照射位置を調整する。
The irradiation position of the laser is observed with a
なお、BGA100のはんだボール101の位置と、基板107のランド103の位置とを合わせるためには、撮像装置471で基板107のフィデューシャルマ−ク(認識マーク)を読取り、BGA100のはんだボール101の位置をカメラユニット275で読取り、両者を位置合わせする方法を採用することができる。または、基板107のランド103の上部にBGA100を保持して加熱する前に、または加熱中に、加熱光源と同軸の同軸カメラ423でBGA100のはんだボール101の位置と、基板107のランド103の位置とを読取り、両者を位置合わせする方法を採用することができる。また、この2つの方法をともに採用することとしてもよい。
In order to match the position of the
また、BGA100のはんだボール101と、基板107のランド103の両方を光照射ではんだ溶融温度以上に加熱する時、BGA100の保持位置は、基板107のランド103がある箇所の略垂直上方とし、BGA100は略水平に保持することが望ましい。
Further, when both the
本実施の形態においては、吸着ノズル353および基板107を搬送する基台359の中に、ヒータ353a,359aが設けられている。ヒータ353a,359aは、レーザによる加熱が終了した後、はんだ付けが行なわれる前に、はんだやはんだ付けが行なわれる部分の温度が低下することを防ぐためのものである。ヒータ353a,359aは、コントローラ477により制御される。
In the present embodiment,
図11は、BGA100を複数のはんだボール101が設けられた側から見た図である。
FIG. 11 is a view of the
はんだボール101が存在する矩形エリアを全てカバーするように、レーザ照射エリア101c(ハッチングで示す)が決定される。これにより、全てのはんだボール101を同時に溶解させることができる。
The
また、はんだボールに対応する位置にある基板107の全てのランドにも、同様にしてレーザビームが照射される。これによりランド上のはんだペーストも全て溶解させることができる。
Similarly, all lands on the
図12は、図11の処理によりはんだが溶解した状態からはんだ付けを行なう処理を示す図である。 FIG. 12 is a diagram showing a process of performing soldering from the state where the solder is dissolved by the process of FIG.
BGAを装着する前に、BGAと基板接合箇所との間の距離が高さセンサ361で計測される。はんだ接合に必要なクリアランス(はんだボールの高さ+はんだペースト塗布厚さ)が計算されることで、部品吸着ノズル353の停止位置が決定される。
Prior to mounting the BGA, the
BGA装着時には、ミラーユニット451を図12の“A”方向に移動させることで、BGA100と基板107との間に空間を空ける。吸着ノズル353により、決定された停止位置にBGA100が運ばれる(図12の“B”方向に下ろされる)。その後、吸着ノズル353からBGA100を離す。吸着ノズル353がBGA100を離すのに引き続いて、BGA100のセルフアラインメントを妨げないように、吸着ノズル353をBGA100から遠ざける。はんだの温度が低下することで、BGA100は基板107に電気的に接続される。
When the BGA is mounted, the
図13は、第2の実施の形態におけるはんだ付け装置の実行する動作を示すフローチャートである。 FIG. 13 is a flowchart illustrating an operation performed by the soldering apparatus according to the second embodiment.
第2の実施の形態におけるはんだ付け装置では、図5に示す処理が実行された後、図6での処理に代えて図13に示す処理が実行される。図13に示す処理の後、図7に示す処理が実行される。 In the soldering apparatus according to the second embodiment, after the process shown in FIG. 5 is executed, the process shown in FIG. 13 is executed instead of the process shown in FIG. After the process shown in FIG. 13, the process shown in FIG. 7 is executed.
ステップS215で、BGA100と基板107との間にミラーユニット451が挿入され、ステップS217において、BGA100のはんだボール101と、基板のランド103とがはんだ溶解温度以上となるように、レーザでそれらを加熱する(図10、図11の状態)。このとき同時に、ステップS218でヒータ353a,359aにより、吸着ノズル353と、基板107を搬送する基台359とを加熱する。ステップS217とS218での処理によりはんだボール101とランド103との温度をはんだ融点以上の温度に保持する。
In step S215, the
ステップS219において、放射温度計355a,355bにより、BGA100のはんだボール101と、基板のランド103とが目標温度以上であることを確認すると、ステップS221でレーザを停止する。
In step S219, when it is confirmed by the
ステップS223において、BGA100と基板107との間のミラーユニット451を引き抜く。その後ステップS225でBGA100を、基板107上の実装位置まで移動させる(図12の状態)。
In step S223, the
ステップS227において、吸着ノズル353の吸引を停止し、BGA100を吸着ノズル353から離す。ステップS228において、ヒータ353a,359aでの加熱を停止する。ステップS229で、セルフアライメントによりBGA100が基板の接合位置にはんだ付けされる。
In step S227, the suction of the
本実施の形態においては、面状のレーザによりはんだボール101やランド103を一度に加熱することができ、はんだ付け前のはんだの温度低下を防ぐことができるという効果がある。また、ヒータ353a,359aを用いることにより、はんだの温度低下をさらに防ぐことができるという効果がある。このようなヒータは、第1の実施の形態における装置に備えさせるようにしてもよい。
In the present embodiment, the
[第3の実施の形態] [Third Embodiment]
図14は、第3の実施の形態におけるレーザヘッドの構成を示す側面図である。 FIG. 14 is a side view showing the configuration of the laser head in the third embodiment.
このレーザヘッドは、図2のレーザヘッドに代えて用いることができる。はんだ付け装置において、基板107は、基台(ステージ)359に載置され、図中の左から右へと搬送される。
This laser head can be used in place of the laser head of FIG. In the soldering apparatus, the
第2の実施の形態と同様にレーザヘッドは、ヘッド搬送XYZロボット461、半導体レーザ光源463、光ケーブル(光ファイバー)465、ハーフミラー(ビームスプリッタ)469、レーザ照射装置467、撮像装置471、同軸カメラ423、画像処理部475、制御部(コントローラ)477、部品吸着ノズル353、排気装置357、高さセンサ361(レーザ測距センサなど)、基台359、ヒータ353a,359a、および放射温度計355a,355bを備えている。
As in the second embodiment, the laser head includes a head
第3の実施の形態におけるレーザヘッドが第2の実施の形態におけるそれと異なる点は、同軸カメラ423、レーザ照射装置467、ハーフミラー(ビームスプリッタ)469が斜め下方向を向いた状態でヘッド搬送XYZロボット461に取付けられている点である。また、ミラーユニット451に代えて、ビームスプリッタ501が備えられている。
The laser head in the third embodiment is different from that in the second embodiment in that the head conveyance XYZ is performed with the
レーザ照射装置467より出力された1本のレーザビームは、基板107と平行に設けられたビームスプリッタ501に斜めに当たり、上斜め方向に進むビームと、下斜め方向に進むビームとに分けられる。
One laser beam output from the
上斜め方向に進むビームは、部品吸着ノズル353に吸着されたBGA100の基板107への接合面に照射される。下斜め方向に進むビームは、基板107のBGA100への接合部分に照射される。
The beam traveling in the upward oblique direction is applied to the bonding surface of the
BGA100のはんだボール101と、基板107のランド103の両方を光照射する時、BGA100の保持位置は、基板107のランド103がある箇所の略垂直上方とし、BGA100は略水平に保持することが望ましい。
When both the
図15は、図14の処理によりはんだが溶解した状態からはんだ付けを行なう処理を示す図である。 FIG. 15 is a diagram showing a process of performing soldering from the state where the solder is dissolved by the process of FIG.
吸着ノズル353により、決定された停止位置にBGA100が運ばれる(図15の“B”方向に下ろされる)。その後、吸着ノズル353からBGA100を離す。吸着ノズル353がBGA100を離すのに引き続いて、BGA100のセルフアラインメントを妨げないように、吸着ノズル353をBGA100から遠ざける。はんだの温度が低下することで、BGA100は基板107に電気的に接続される。
The
図16は、第3の実施の形態におけるはんだ付け装置の実行する動作を示すフローチャートである。 FIG. 16 is a flowchart illustrating an operation performed by the soldering apparatus according to the third embodiment.
第3の実施の形態におけるはんだ付け装置では、図5に示す処理が実行された後、図6での処理に代えて図16に示す処理が実行される。図16に示す処理の後、図7に示す処理が実行される。 In the soldering apparatus according to the third embodiment, after the process shown in FIG. 5 is executed, the process shown in FIG. 16 is executed instead of the process shown in FIG. After the process shown in FIG. 16, the process shown in FIG. 7 is executed.
ステップS315で、BGA100と基板107の横に、レーザ導光光学系ユニット(レーザ照射装置467およびビームスプリッタ501)が配置される。ステップS317において、BGA100のはんだボール101と、基板のランド103とがはんだ溶解温度以上となるように、レーザでそれらを加熱する(図14の状態)。このとき同時に、ヒータ353a,359aにより、吸着ノズル353と、基板107を搬送する基台359とを加熱する。これによりはんだボール101とランド103との温度をはんだ融点以上の温度に保持する。
In step S315, the laser light guide optical system unit (
ステップS319において、放射温度計355a,355bにより、BGA100のはんだボール101と、基板のランド103とが目標温度以上であることを確認すると、ステップS320でレーザを停止する。その後ステップS321でBGA100を、基板107上の実装位置まで移動させる(図15の状態)。
In step S319, when it is confirmed by the
ステップS327において、吸着ノズル353の吸引を停止し、BGA100を吸着ノズル353から離す。ステップS329で、セルフアライメントによりBGA100が基板の接合位置にはんだ付けされる。
In step S327, the suction of the
本実施の形態においては、斜めからレーザを照射するため、第1、第2の実施の形態のようにミラーユニットを移動させる工程を省くことができる。このため、はんだ付けの時間間隔を短くすることができる。また、はんだが溶解した後、ミラーユニットを移動させる必要がないため、はんだの温度が高い状態ではんだ付けを行なうことができる。 In the present embodiment, since the laser is irradiated obliquely, the step of moving the mirror unit as in the first and second embodiments can be omitted. For this reason, the time interval of soldering can be shortened. In addition, since it is not necessary to move the mirror unit after the solder is melted, soldering can be performed in a state where the temperature of the solder is high.
[第4の実施の形態] [Fourth Embodiment]
第4の実施の形態におけるレーザヘッドが第3の実施の形態におけるそれと異なる点は、図16のステップS320とS321との処理を逆の順序で行ない、BGAを基板の実装位置まで運んだ後に、レーザを停止させる点である。 The laser head in the fourth embodiment is different from that in the third embodiment in that the processes in steps S320 and S321 in FIG. 16 are performed in the reverse order and the BGA is carried to the board mounting position. The point is to stop the laser.
図17は、図14の処理によりはんだが溶解した状態からはんだ付けを行なう処理を示す図である。 FIG. 17 is a diagram showing a process of performing soldering from a state where the solder is dissolved by the process of FIG.
本実施の形態では、図15の第3の実施の形態と比較して、BGA100を基板107上の実装位置まで移動させる間にも、レーザが照射される。これにより、可能な限りBGA100のはんだボール101と、基板のランド103とを加熱することができ、はんだの温度が高い状態ではんだ付けを行なうことができるという効果がある。
In the present embodiment, laser irradiation is performed while the
[第5の実施の形態] [Fifth Embodiment]
図18は、第5の実施の形態におけるレーザヘッドの構成を示す側面図である。 FIG. 18 is a side view showing the configuration of the laser head in the fifth embodiment.
このレーザヘッドは、図2のレーザヘッドに代えて用いることができる。はんだ付け装置において、基板107は、基台(ステージ)に載置され、図中の左から右へと搬送される。
This laser head can be used in place of the laser head of FIG. In the soldering apparatus, the
第3、第4の実施の形態においては、1つのレーザ照射装置467から出力された1本のレーザビームをビームスプリッタ501で分割することで2本のビームとし、それぞれのビームでBGA100のはんだボール101と、基板のランド103とを加熱することとした。これに対して第5の実施の形態では、2つのレーザ照射装置467a,467bを用いて2本のレーザビームを出力し、それぞれのビームでBGA100のはんだボール101と、基板のランド103とを加熱することとしている。
In the third and fourth embodiments, one laser beam output from one
2つのレーザ照射装置467a,467bのレーザ光源として、半導体レーザ光源463a,463bが設けられている。また、レーザ照射装置467aからのレーザ光を反射させることでそのレーザ光をBGA100のはんだボール101の方向へ送るミラー601が備えられている。レーザ照射装置467bからのレーザ光は、基板のランド103を直接に加熱する。
Semiconductor
図19は、図18の処理によりはんだが溶解した状態からはんだ付けを行なう処理を示す図である。 FIG. 19 is a diagram showing a process of performing soldering from the state where the solder is dissolved by the process of FIG.
BGA100のはんだボール101と、基板のランド103とが所定の温度となると、吸着ノズル353により、決定された停止位置にBGA100が運ばれる(図19の“B”方向に下ろされる)。このときBGA100の移動開始と同時に、レーザ照射装置467aからのレーザ光がオフとなる。BGA100が停止位置で停止するまで、レーザ照射装置467bからのレーザ照射は継続する。
When the
BGA100が停止位置で停止すると、吸着ノズル353からBGA100を離す。吸着ノズル353がBGA100を離すのに引き続いて、BGA100のセルフアラインメントを妨げないように、吸着ノズル353をBGA100から遠ざける。はんだの温度が低下することで、BGA100は基板107に電気的に接続される。
When the
図20は、第5の実施の形態における2つのレーザ照射装置467a,467bでの加熱処理を示すフローチャートである。
FIG. 20 is a flowchart showing the heat treatment in the two
ステップS401において、BGA100のはんだボール101と、基板のランド103とにレーザが当たるように、レーザ照射装置467a,467bおよびミラー601の位置合わせが行なわれる。ステップS403において、レーザの照射を開始し、BGA100のはんだボール101と、基板のランド103との加熱を開始する。
In step S401, the
ステップS405で放射温度計355a,355bにより、BGA100のはんだボール101の温度、および基板のランド103の温度の計測が行なわれる。ステップS407で、BGA100のはんだボール101の温度、および基板のランド103の温度の両者が(はんだの融点+α)の温度以上となっているかを判定する。
In step S405, the
ステップS407でYESであれば、ステップS409でレーザ照射装置467aのレーザ照射を停止する。
If “YES” in the step S407, the laser irradiation of the
ステップS411において、吸着ノズル353により、決定された停止位置にBGA100が運ばれる(基板から所定の高さとされる)。また、レーザ照射装置467bのレーザ照射も停止させる(なお、ステップS409でレーザ照射装置467bのレーザ照射も停止させることとしてもよい)。ステップS413で、吸着ノズル353からBGA100を離し、BGA100のセルフアラインメントを妨げないように、吸着ノズル353をBGA100から遠ざける。
In step S411, the
一方ステップS407でNOであるとき、すなわちBGA100のはんだボール101の温度、および基板のランド103の温度の両者、またはいずれか一方が(はんだの融点+α)の温度未満であるとき、ステップS421へ移行する。
On the other hand, if NO in step S407, that is, if either or both of the temperature of the
ステップS421においては、BGA100のはんだボール101の温度、および基板のランド103の温度のいずれもが、部品の耐熱保証温度以下であるかを判定する。YESであれば、ステップS423でレーザによる加熱を継続し、ステップS405へ戻る。
In step S421, it is determined whether both the temperature of the
ステップS421においてNO(BGA100のはんだボール101の温度、および基板のランド103の温度のいずれかが、部品の耐熱保証温度を超えている状態)であれば、ステップS425で耐熱保証温度を超えている側を加熱しているレーザを停止する。その後ステップS405へ戻る。
If NO in step S421 (one of the temperature of
このような処理により、BGA100のはんだボール101の温度、および基板のランド103の温度をはんだの融点以上としながらも、それら温度が部品の耐熱温度を超えることがなくなるという効果がある。
Such a process has an effect that the temperature of the
[はんだ付けにおける温度の制御について] [Control of temperature during soldering]
図21は、はんだ付けにおける温度の制御について説明するための図である。 FIG. 21 is a diagram for explaining temperature control in soldering.
図21(A)は、吸着ノズル353によりBGA100を接合位置に下ろす間にレーザを照射し続ける場合(図17、図19)のはんだの温度変化などを示すグラフであり、図21(B)は、吸着ノズル353によりBGA100を接合位置に下ろす前にレーザ照射を停止する場合(図4、図12、図15)のはんだの温度変化などを示すグラフである。
FIG. 21A is a graph showing the temperature change of the solder and the like in the case where laser irradiation is continued while the
図のグラフの横軸は時間を示し、時刻T1はレーザの照射が開始される時刻を、時刻T2はBGA100を接合位置に下ろし始める時刻を、時刻T3はBGAと基板との距離がほぼ0になる時刻を示している。
The horizontal axis of the graph shows time, time T1 is the time when laser irradiation is started, time T2 is the time when
また(1)はレーザの出力のオンオフを、(2)はBGA100のはんだボール101の温度を、(3)は基板のランド103の温度(ランド上のはんだペーストの温度)を、(4)はBGAと基板との距離を示している。
Also, (1) is the on / off of the laser output, (2) is the temperature of the
図21(A)では、時刻T1以降、BGAと基板との距離が0になった後に所定時間が経過する時刻T4まで、レーザの照射が継続される。BGA100を接合位置に下ろし始める時刻T2までは、BGA100のはんだボール101へレーザが当たるため、はんだボール101の温度は時刻T2まで上昇を続ける。
In FIG. 21A, laser irradiation is continued after time T1 until time T4 when a predetermined time elapses after the distance between the BGA and the substrate becomes zero. Until the time T2 when the
時刻T2以降は、BGA100のはんだボール101へレーザが当たらなくなるため、はんだボール101の温度は低下してゆく。
After time T2, since the laser does not hit the
これに対してBGAと基板との距離がほぼ0になる時刻T3まで、基板のランド103にはレーザが当たるため、基板のランド103の温度(ランド上のはんだペーストの温度)は、時刻T3まで上昇を続ける。時刻T3以降は、基板のランド103へレーザが当たらなくなるため、基板のランド103の温度は低下してゆく。
On the other hand, until the time T3 when the distance between the BGA and the substrate becomes almost 0, the laser is applied to the
一方図21(B)では、時刻T1から、BGA100を接合位置に下ろし始める時刻T2まで、レーザの照射が継続される。
On the other hand, in FIG. 21B, laser irradiation is continued from time T1 to time T2 at which the
BGA100を接合位置に下ろし始める時刻T2までは、BGA100のはんだボール101へレーザが当たるため、はんだボール101の温度は時刻T2まで上昇を続ける。時刻T2以降は、BGA100のはんだボール101へレーザが当たらなくなるため、はんだボール101の温度は低下してゆく。
Until the time T2 when the
同様にBGA100を接合位置に下ろし始める時刻T2までは、基板のランド103へレーザが当たるため、基板のランド103の温度(ランド上のはんだペーストの温度)は時刻T2まで上昇を続ける。時刻T2以降は、基板のランド103へレーザが当たらなくなるため、基板のランド103の温度は低下してゆく。
Similarly, until the time T2 when the
このように、図21(A)の処理を行なうと、図21(B)の処理を行なうよりも、基板のランド103へのレーザ照射時間を長くすることができ、はんだの温度を高く保つことができるという効果がある。
As described above, when the process of FIG. 21A is performed, the laser irradiation time to the
[変形例] [Modification]
なお上述の実施の形態では吸着ノズル353でBGAを基板の装着位置に下ろすこととしたが、はんだを溶解した後、吸着ノズル353の吸着を停止し、BGAを落下させることで基板の装着位置にはんだ付けすることとしてもよい。
In the above-described embodiment, the BGA is lowered to the board mounting position by the
さらに、はんだボールの融点や大きさ、はんだペーストの融点やランドの大きさなどに基づき、レーザビームの走査速度(移動速度)やパワーを制御するようにしてもよい。また、複数のビームを同時に照射することとしてもよい。 Furthermore, the scanning speed (moving speed) and power of the laser beam may be controlled based on the melting point and size of the solder ball, the melting point and land size of the solder paste, and the like. Moreover, it is good also as irradiating a some beam simultaneously.
また、特にBGA、CSPなどの種別により、はんだバンプの大きさが変わるので、レーザビームの大きさ制御(対物レンズ位置制御)、ビーム強度制御、パルス波の周波数制御などを実行してもよい。 In addition, since the size of the solder bump varies depending on the type such as BGA or CSP, laser beam size control (objective lens position control), beam intensity control, pulse wave frequency control, etc. may be executed.
光源としては、半導体レーザ、キセノンランプ、赤外線ランプ、炭酸ガスレーザ、固体レーザなどを用いることができる。 As the light source, a semiconductor laser, a xenon lamp, an infrared lamp, a carbon dioxide laser, a solid laser, or the like can be used.
また、吸着ノズルやステージをヒータで加熱する例を示したが、BGAや基板の周辺に熱風を送ることでBGA100のはんだボール101や、基板のランド103の温度低下を防ぐこととしてもよい。
Moreover, although the example which heats an adsorption nozzle or a stage with a heater was shown, it is good also as preventing the temperature fall of the
また、BGAやCSPのはんだ接合部以外の部分にはレーザを当てないようにしてもよいし、基板のランド以外の場所にもレーザを当てないようにしてもよい。このようにすると、不要な部分を加熱することなく、全ての接合点のはんだ付けが可能となる。これにより、IC回路が損傷してしまうような熱的負荷を掛けず、また基板を焼損することなく、はんだ付けを行なうことができる。 Further, the laser beam may not be applied to a portion other than the solder joint portion of the BGA or CSP, or the laser beam may not be applied to a place other than the land on the substrate. If it does in this way, it will become possible to solder all the joining points, without heating an unnecessary part. Thus, soldering can be performed without applying a thermal load that would damage the IC circuit and without burning the substrate.
なお、上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 In addition, it should be thought that the said embodiment is an illustration and restrictive at no points. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
100 BGAパッケージ
101 はんだボール
103 ランド(はんだペースト付与後)
107 基板
200 レーザヘッド
251 基板運搬装置
301 撮像装置
303 半導体レーザ光源
307 レーザ照射装置
309 ハーフミラー
311,313 ガルバノミラー
315 テレセントリックレンズ
323 同軸カメラ
325 画像処理部
327 制御部
351 ミラーユニット
351a〜351d ミラー
353 部品吸着ノズル
355a,355b 放射温度計
359a,359b ヒータ
100
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記電子部品の前記基板への接続箇所、および前記基板の前記電子部品への接続箇所の少なくとも一方には、はんだが付与されており、
前記電子部品と前記基板とを離した状態で、前記電子部品の前記基板への接続箇所、および前記基板の前記電子部品への接続箇所に、光照射を行なう光照射工程と、
前記光照射工程により前記はんだを溶解させた後に、前記電子部品と前記基板との間の距離を短くすることで、前記電子部品の前記基板への接続箇所、および前記基板の前記電子部品への接続箇所を前記はんだによりはんだ付けする工程とを備えた、はんだ付け方法。 A soldering method for connecting an electronic component and a board,
Solder is applied to at least one of the connection part of the electronic component to the substrate and the connection part of the substrate to the electronic component,
In a state where the electronic component and the substrate are separated from each other, a light irradiation step of irradiating light to a connection portion of the electronic component to the substrate and a connection portion of the substrate to the electronic component;
After the solder is melted by the light irradiation step, the distance between the electronic component and the substrate is shortened, thereby connecting the electronic component to the substrate, and the substrate to the electronic component. A soldering method comprising: soldering a connection portion with the solder.
前記はんだは、はんだバンプとして複数の個所に設けられており、
前記光照射工程は、ガルバノミラーにより前記電子部品の複数の接続箇所、および前記基板の複数の接続箇所を照射する、請求項1から7のいずれかに記載のはんだ付け方法。 There are a plurality of connection points to the substrate of the electronic component and connection points to the electronic component of the substrate, respectively.
The solder is provided at a plurality of locations as solder bumps,
The soldering method according to claim 1, wherein the light irradiation step irradiates a plurality of connection locations of the electronic component and a plurality of connection locations of the substrate with a galvanometer mirror.
前記はんだ付けする工程は、前記温度を測定する工程による測定温度がはんだの溶融温度となったことを検知した後にはんだ付けを行なう、請求項1から9のいずれかに記載のはんだ付け方法。 In the light irradiation step, further comprising a step of measuring the temperature of the position where the light is irradiated,
The soldering method according to any one of claims 1 to 9, wherein the soldering step performs soldering after detecting that the temperature measured in the step of measuring the temperature becomes a melting temperature of the solder.
前記電子部品の前記基板への接続箇所、および前記基板の前記電子部品への接続箇所の少なくとも一方には、はんだが付与されており、
前記電子部品と前記基板とを離した状態で、前記電子部品の前記基板への接続箇所、および前記基板の前記電子部品への接続箇所に、光照射を行なう光照射機構と、
前記光照射により前記はんだを溶解させた後に、前記電子部品と前記基板との間の距離を短くすることで、前記電子部品の前記基板への接続箇所、および前記基板の前記電子部品への接続箇所を前記はんだによりはんだ付けする機構とを備えた、はんだ付け装置。 A soldering device for connecting an electronic component and a board,
Solder is applied to at least one of the connection part of the electronic component to the substrate and the connection part of the substrate to the electronic component,
In a state where the electronic component and the substrate are separated from each other, a light irradiation mechanism for irradiating light to a connection portion of the electronic component to the substrate and a connection portion of the substrate to the electronic component,
After melting the solder by the light irradiation, by shortening the distance between the electronic component and the substrate, the connection location of the electronic component to the substrate, and the connection of the substrate to the electronic component A soldering apparatus comprising: a mechanism for soldering a portion with the solder.
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