CN114503791A - 激光式软钎焊方法及激光式软钎焊装置 - Google Patents

Abstract

从印刷基板(40)的下方向焊盘(42)和引线(52)喷射热风(N)而进行预热。在预热开始或者预热开始后，一边向软钎焊点照射激光(L)，一边将软钎料丝(15)供给到与软钎焊点相接触的位置。利用激光(L)使所供给的软钎料丝(15)熔融。软钎焊结束后，停止软钎料丝(15)的供给。停止激光(L)的照射而使熔融软钎料(15m)凝固。

Description

激光式软钎焊方法及激光式软钎焊装置

技术领域

本发明涉及使用激光进行软钎焊的激光式软钎焊方法以及用于实施该方法的激光式软钎焊装置。

背景技术

一般而言，在电子零件的批量生产安装中，大多使用回流方式的软钎焊。典型的回流方式的软钎焊采用如下方法：在涂敷有膏状的软钎料的印刷基板的焊盘上配置了电子零件的各引线后，使其通过回流炉内而使软钎料熔化，通过软钎焊将电子零件的各引线和印刷基板上的各对应的焊盘接合。

在这样的回流方式的软钎焊中，由于印刷基板在回流炉内被加热，因此存在产生热应变或变形这样的问题。

因此，最近，将这样的回流方式置换为激光软钎焊方式的系统受到关注。

在以往的激光式软钎焊装置中，在作为软钎焊的对象的印刷基板的上表面搭载有电子零件，从设置在印刷基板的上方的射出头向在电子零件之间露出的软钎焊点(焊盘和引线)照射激光。将软钎料丝送入上述软钎焊点。到达激光照射区域的软钎料丝依次熔融，熔融了的软钎料滴下而附着在印刷基板的上表面侧的焊盘和引线上，并且在该焊盘与引线之间的间隙中向下方流动，迂回到印刷基板的下表面侧。然后，软钎料凝固，在印刷基板的上下两表面上形成以引线为中心的完整的圆锥形的软钎料层。

激光软钎焊能够对微细的部位聚光照射激光而进行非接触且局部的软钎焊，还能够避免印刷基板的热应变。另外，也有利于软钎焊作业的自动化。

然而，随着印刷基板的进一步高集成化，电子零件之间的空间变得无法取得，不能像以往那样从搭载有电子零件的印刷基板的上表面侧照射激光。

因此，如专利文献1所示，提出了下述技术，即，将印刷基板上下翻转，使电子零件的搭载面朝下，一边向从印刷基板的通孔向上方伸出的电子零件的引线和通孔的焊盘供给软钎料丝，一边从印刷基板的上方照射激光，从而进行软钎焊。

在先技术文件

专利文献

专利文献1：日本特开2013-187411号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，若印刷基板上下翻转且在下表面侧配置电子零件，则在这种状态下电子零件会掉落，因此，需要一些在翻转时将该被搭载的电子零件保持位置关系并固定于印刷基板的夹具，从而导致软钎焊作业变复杂这样的问题。

另外，在进行软钎焊之前，需要将作为软钎焊点的焊盘、引线预热到软钎料的熔融温度附近。在焊盘、电子零件的引线未被预热而冷却的状态下，通过激光而熔融了的软钎料与冷却状态的引线、焊盘接触时会立即凝固而损害附着力，产生软钎料不良。

但是，当为了进行上述预热而向软钎焊点照射激光时，若为了预热后的软钎料丝熔融而提高激光的输出，则会发生引线过热而变色的“引线灼伤”。

因此，在专利文献1中，将照射侧的焊盘分为第一焊盘和第二焊盘，该第一焊盘包括通过软钎焊固定引线的通孔，该第二焊盘设置在从第一焊盘延伸出的位置上，并使熔融软钎料流入第一焊盘，将基于激光的照射状态分为仅对第二焊盘照射激光的第一照射状态和对第一焊盘照射激光的第二照射状态，能够对两者进行切换。

在该方法中，设置从第一焊盘延伸出的第二焊盘的空间是必要的，但在上述的过密状态的印刷基板中，虽说是下表面侧，但无法设置第二焊盘那样的空间。此外，不仅如上所述将照射状态分为第一照射状态和第二照射状态并对两者进行切换、以及使第二焊盘处的熔融软钎料流入第一焊盘这样的作业是复杂的，而且不得不为了软钎焊而利用激光从该时刻起对第一焊盘和引线进行预热，从而延长了作业的节拍时间。

因此，发明人考虑了如下的方法：朝向印刷基板的下表面侧的软钎焊点(下表面侧的焊盘和从该焊盘突出的引线)，从下向斜上方供给软钎料丝，并对该部分照射激光。然而，在该方式中，一般认为如下：首先，在软钎焊时产生的烟雾或在软钎料的熔融时从其表面弹出的微细颗粒(软钎料珠)落下，附着在设置于印刷基板的下方的射出头的激光射出窗所设置的保护玻璃上，从而迅速污染该玻璃。

本发明是鉴于上述问题点而提出的，其课题在于，开发出一种激光式软钎焊方法及激光式软钎焊装置，第一，能够进行以往被认为不可能的来自印刷基板的下方的软钎焊，第二，在超高集成化的印刷基板中，能够尽可能地缩短软钎焊作业的节拍时间。

用于解决课题的方案

本发明为了解决上述课题，从印刷基板40的下侧射出激光L。与此相应地也采用了消除该不良情况的对策。射出角度采用朝向印刷基板40的下表面40k垂直射出的情况(图1～图8)和倾斜射出的情况(图11～图12)这两种情况。另外，所射出的激光L使用了如图9(a)所示，照射面的整个横截面为相同输出水平(以下称为均等输出水平，将该激光称为均等输出激光)的激光，以及如图10(a)所示，中心部分和外周部分为不同输出水平(以下称为不均等输出水平，将该激光称为不均等输出激光)的激光。进而与此对应，输出步骤也采用了各种方法。

本发明的激光式软钎焊方法(第一发明)是一种激光式软钎焊方法，利用激光L使朝向印刷基板40的通孔41供给的软钎料丝15熔融，并将搭载于所述印刷基板40的上表面40j侧的电子零件50的、插通于所述通孔41的引线52软钎焊在设置于所述通孔41的焊盘42上，其特征在于，

所述激光L相对于软钎焊点P处的所述焊盘42从下方垂直或倾斜地照射，

从所述印刷基板40的下方对所述焊盘42和从所述通孔41向下方突出的引线52喷射热风N，对所述焊盘42和所述引线52预热，

在所述预热开始的同时或在所述预热开始后，一边从所述印刷基板40的下方对所述焊盘42和所述引线52照射激光，一边从所述印刷基板40的下方将软钎料丝15供给到与所述焊盘42或所述引线52中的任一方接触的位置，

接着，利用激光L使所供给的所述软钎料丝15熔融，利用所述熔融了的软钎料15m连接所述焊盘42和所述引线52，

然后，停止所述软钎料丝15的供给，在所述软钎料丝15的供给停止的同时或该停止后，停止激光L的照射而使熔融软钎料15m凝固。

技术方案2在上述软钎焊方法中，使用图9(b)所示的均等输出的激光L，采用第一输出步骤的预热(1)、(2)、(3)和软钎焊工序(4)。

根据技术方案1所述的激光式软钎焊方法，其特征在于，

使用照射面的整个横截面的输出水平相等的激光L，

使预热时的输出水平为软钎料丝15的熔融温度以下的预热水平(A)，

使软钎焊时的输出水平为软钎料丝15的熔融温度以上的熔融水平(B)。

技术方案3在上述软钎焊方法中，使用图9(b)所示的均等输出的激光L，采用第二输出步骤的预热(10)和软钎焊工序(4)。

根据技术方案1所述的激光式软钎焊方法，其特征在于，

使用照射面的整个横截面的输出水平相等的激光L，

预热时进行仅基于热风N的预热，

在软钎焊开始时射出激光L，使其输出水平为软钎料丝15的熔融温度以上的熔融水平(B)。

技术方案4在上述软钎焊方法中，使用图9(b)所示的均等输出的激光L，采用第三输出步骤的预热(20)和软钎焊工序(4)。

根据技术方案1所述的激光式软钎焊方法，其特征在于，

使用照射面的整个横截面的输出水平相等的激光L，

在预热开始时或预热中途的阶段射出激光L，使其输出水平从零逐渐增加到软钎料丝15的熔融温度以上的熔融水平(B)，

使软钎焊时的输出水平为软钎料丝15的熔融温度以上的熔融水平(B)。

技术方案5在上述软钎焊方法中，使用图10(b)所示的不均等输出的激光L，采用第一输出步骤的预热(1)、(2)、(3)和软钎焊工序(4)。

根据技术方案1所述的激光式软钎焊方法，其特征在于，

使用照射面的横截面的输出水平在其外周部分L2比在其中心部分L1高的激光L，

所述中心部分L1的输出水平(A)低于软钎料丝15的熔融温度，

所述外周部分L2的输出水平(B)高于软钎料丝15的熔融温度，

所述中心部分L1被设定成照射焊盘42的通孔41的内侧，

使预热时的输出水平为软钎料丝15的熔融温度以下的预热水平(A)，

使软钎焊时的输出水平为软钎料丝15的熔融温度以上的熔融水平(B)。

技术方案6在上述软钎焊方法中，使用图10(b)所示的不均等输出的激光L，采用第二输出步骤的预热(10)和软钎焊工序(4)。

根据技术方案1所述的激光式软钎焊方法，其特征在于，

使用照射面的整个横截面的输出水平在其外周部分L2比在其中心部分L1高的激光L，

所述中心部分L1的输出水平(A)低于软钎料丝15的熔融温度，

所述外周部分L2的输出水平(B)高于软钎料丝15的熔融温度，

所述中心部分L1被设定成照射焊盘42的通孔41的内侧，

预热时进行仅基于热风N的预热，

在开始软钎焊时射出激光L，使其输出水平为软钎料丝15的熔融温度以上的熔融水平(B)。

技术方案7在上述软钎焊方法中，使用图10(b)所示的不均等输出的激光L，采用第三输出步骤的预热(20)和软钎焊工序(4)。

根据技术方案1所述的激光式软钎焊方法，其特征在于，

使用照射面的整个横截面的输出水平在其外周部分L2比在其中心部分L1高的激光L，

所述中心部分L1的输出水平(A)低于软钎料丝15的熔融温度，

所述外周部分L2的输出水平(B)高于软钎料丝15的熔融温度，

所述中心部分L1被设定成照射焊盘42的通孔41的内侧，

在预热开始时或预热中途的阶段射出激光L，使其输出水平从零逐渐增加至软钎料丝15的熔融温度以上的熔融水平(B)，

使软钎焊时的输出水平为软钎料丝15的熔融温度以上的熔融水平(B)。

技术方案8是用于执行技术方案1～7所述的软钎焊方法的装置。

一种激光式软钎焊装置1，利用激光L将电子零件50的引线52软钎焊在印刷基板40的焊盘42上，其特征在于，

所述激光式软钎焊装置1具备：

支承台2，支承印刷基板40，在所述印刷基板40的上表面40j搭载有所述电子零件50，所述电子零件50的所述引线52从所述印刷基板40的通孔41向下方突出；

射出头3，在所述印刷基板40的下方相对于所述印刷基板40垂直或倾斜地设置，朝向所述焊盘42垂直或倾斜地射出激光L；

软钎料丝供给部11，在软钎焊时，将软钎料丝15供给到与所述焊盘42或引线52中的任一方接触的位置；

中空的保护喷嘴20，设置在所述射出头3的射出口4，从所述射出口4朝向上方的印刷基板40延伸，在与所述印刷基板40面对的末端设置有透孔22；以及

加热气体供给管26，设置于所述保护喷嘴20，向所述保护喷嘴20供给加热气体，以从所述透孔22朝向所述印刷基板40喷出热风N。

技术方案9进一步设置有排气管道30，该排气管道30将从保护喷嘴20喷出的热风N与软钎焊时产生的飞散微细生成物C一起回收，根据技术方案8的激光式软钎焊装置1，其特征在于，在面对保护喷嘴20的透孔22的位置还设置有排气管道30，该排气管道30的与印刷基板40的下表面40k相向的上表面开口。

技术方案10关于技术方案8的激光L，其特征在于，

使用照射面的整个横截面的输出水平相等的激光L、或形成为照射面的横截面的中心部分L1和围绕所述中心部分L1的外周部分L2的双重环构造，中心部分L1的输出水平(A)被设定为软钎料丝熔融温度以下且外周部分L2的输出水平(B)被设定为软钎料丝熔融温度以上的激光L。

技术方案11关于技术方案8的保护喷嘴20，其特征在于，

保护喷嘴20被形成为朝向透孔22而缩径，

在保护喷嘴20的内部，沿着保护喷嘴20的内周面设置有热风引导用的引导壁24。

发明的效果

本发明由于具有上述那样的结构，所以能够进行以往被认为不可能的来自印刷基板40的下方的软钎焊。另外，本发明是用热风N预热软钎焊点P，且激光L不移动地相对于印刷基板40垂直或从斜下方朝向斜上方倾斜地照射，因此，在超高集成化的印刷基板40中，能够尽可能地缩短软钎焊作业的节拍时间。而且，通过对输出步骤或激光L进行研究，也能够避免电子零件50的引线灼伤。

附图说明

图1是表示本发明的垂直照射下的激光式软钎焊装置的一实施方式的剖视图。

图2是图1的保护喷嘴部分的放大剖视图。

图3是从下方观察图1的放大局部剖立体图。

图4是图2的X-X剖视图。

图5是本发明的软钎焊开始时的立体图。

图6是本发明的软钎焊时的立体图。

图7是图6中的软钎焊状态的放大剖视图。

图8是本发明的软钎焊完成后的后加热时的立体图。

图9是本发明的第一方法中的激光的输出控制图。

图10是本发明的第二方法中的激光的输出控制图。

图11是本发明的倾斜照射下的局部放大剖视图。

图12是表示图11中的软钎焊点处的照射状态的、从印刷基板的下表面侧观察到的放大图。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明进行说明。图1表示软钎焊装置1的第一实施方式(垂直照射)，图11表示第二实施方式(倾斜照射)。在第二实施方式的说明中，以与第一实施方式不同的部分为中心进行说明，对于相同的部分，将第一实施方式的说明援用于第二实施方式的说明，省略该部分的说明。

该软钎焊装置1具有：用于输出激光L的半导体激光器或激光振荡器(未图示)；放置印刷基板40的支承台2；设置在印刷基板40的下方且将自半导体激光器等输出的激光L照射到设置在印刷基板40的下表面40k的软钎焊点(在本发明中是印刷基板40的焊盘42的下表面侧的部分，将该部分作为焊盘下表面部分42k)的射出头3；用于控制上述半导体激光器等的激光器控制器(未图示)；用于向上述软钎焊点供给软钎料丝15的软钎料丝供给部11；显示软钎料的状态的监视器10；以及按照设定的程序自动地控制该软钎焊装置1整体的控制装置(未图示)。

印刷基板40是用于搭载多个且多种电子零件50的基板。印刷基板40不限于1层，也有多层的印刷基板，但在此以1层的印刷基板作为其代表例进行说明。

在印刷基板40的基板本体(绝缘基板)40a上穿设有多个从其上表面40j贯穿至下表面40k的贯穿孔。在该贯穿孔的内周面和基板本体40a的表背的上述贯穿孔的开口的周缘存在通过蚀刻处理而残留的镀铜层。该镀铜层的部分是焊盘42，贯穿该焊盘42的孔是通孔41。

将该焊盘42的开口周缘的环状的镀铜层作为焊盘上表面部分42j及焊盘下表面部分42k，将连接该表背的焊盘上表面部分42j及焊盘下表面部分42k的、贯穿孔的内周面的镀铜层作为导通部分43。

在印刷基板40的上表面40j搭载有多个且多种电子零件50，将它们的引线52插入贯穿孔41。所插入的引线52贯穿通孔41并稍微突出于下表面40k。所插入的引线52通过后述的方法软钎焊在印刷基板40的整个焊盘42上。另外，引线52与各种各样的电子零件50相匹配，有截面圆形的引线、截面四边形的引线等各种引线。

在本发明的情况下，激光L在所插入的引线52突出的印刷基板40的下表面40k侧照射突出的引线52和焊盘下表面部分42k，使供给到该部分的软钎料丝15熔化，对引线52和焊盘42进行软钎焊(图8)。

作为焊盘42的内周部分的镀铜层(导通部分43)与电子零件50的引线52的关系为，相对于导通部分43的内径，引线52的直径稍细，导通部分43与引线52之间的间隙S很小(例如，0.1mm左右)，如后所述，是熔化的软钎料15m能够利用毛细管现象渗透的间隔(图3)。

软钎焊装置1的射出头3设置在印刷基板40的下方，该印刷基板40设置在软钎焊装置1的支承台2上。印刷基板40的下表面40k的软钎焊点即焊盘下表面部分42k从支承台2的开口部分向下方露出。

如图1所示，射出头3相对于印刷基板40垂直地设置，存在射出头3的射出口4朝向印刷基板40的下表面40k设置的情况(第一实施方式)、和如图11所示相对于印刷基板40倾斜地设置的情况(第二实施方式)。

射出头3具有大致圆筒或方筒形状的外形，激光导入筒部5从其侧面以直角突出。在该激光导入筒部5上连接有通向半导体激光器等的光纤8，从半导体激光器等输出的激光L通过该光纤8被导向射出头3的内部。在射出头3的内部，在到射出口4为止的光路中途内置有改变导入的激光L的方向的半透半反镜6a、使激光L在作为软钎焊点的焊盘下表面部分42k聚光为规定直径的光学透镜等光学零件6b。

如上所述，在射出头3的上端部设置有射出口4，朝向印刷基板40的下表面40k。入射到射出头3的激光L通过内部的光学系统6从射出口4朝向作为软钎焊点P的焊盘下表面部分42k射出。在该射出口4设置有整体透明的保护玻璃7、以及如后所述根据需要设置的中心部分输出限制玻璃7a。

从射出口4朝向作为软钎焊点P的焊盘下表面部分42k射出的激光L有两种。第一是作为照射面的焊盘下表面部分42k的横截面整体为相同输出水平的情况(图1、图9(b))，第二是中心部分L1和在其周围同心圆状地设置并围绕上述中心部分L1的外周部分L2的双重环构造的情况(图2、图10(b))。在该情况下，在后者的情况下，外周部分L2的输出水平被设定为大于中心部分L1的输出水平。

另外，在图2中，表示后者的双重环构造的激光L，用浅黑表示中心部分L1。

在图10中，示出了倾斜设置的均等输出的激光L，但不限于此，虽未图示，但也能够使用不均等输出的激光。

在激光L为如前者那样的均等输出的情况下，由于未对光学系统6实施减弱激光L的中心部分L1的输出水平的处理，因此入射到射出头3的激光L直接通过射出头3的光学系统6以及保护玻璃7，如上所述在照射面中在整个横截面中成为相同的输出水平。图9(b)表示在这种情况下的输出水平的示意图。另外，均等输出激光L的照射范围在以垂直或倾斜状态照射的任意情况下，均如后述所示被设定为焊盘下表面部分42k。

该均等输出水平强的(软钎料丝熔融温度以上的输出水平(B))激光L垂直设置，当在预热期间中连续地照射到引线52的突出端时，有时该突出端过热而产生被称为“引线灼伤”那样的变色，因此，如后所述，激光L的输出进行不产生“引线灼伤”那样的控制。

另外，当倾斜地设置上述均等输出水平强的激光L、且激光L相对于软钎焊点P倾斜地照射时，如图12所示，照射面扩展为椭圆形，输出水平与垂直的情况相比稍微降低。在该情况下，也根据需要进行不产生“引线灼伤”那样的输出控制。

相对于此，在将激光L设为后者的不均等输出的激光L的情况下，在射出头3的光学系统6的任意部分设置限制激光L的中心部分L1的输出水平的构件(未图示)，或者如图2所示，沿着保护玻璃7的上方设置具有限制激光L的中心部分的输出水平的输出限制区域7b的中心部分输出限制玻璃7a。在这种情况下，当外周部分L2的输出水平为100的情况下，中心部分L1的输出水平被限制为40～60。输出水平的变更通过将中心部分输出限制玻璃7a更换为具有各种限制值的玻璃来进行。

另外，不均等输出的激光L的中心部分L1的直径最大是通孔41的内径。由此，由于照射到插通于通孔41的引线52的突出端的中心部分L1的输出水平比其周围的外周部分L2弱得多，所以在预热工序中，即使连续地受到弱的中心部分L1的激光的照射，也不会发生“引线灼伤”。

该不均等输出的激光L也存在垂直设置的情况和倾斜设置的情况。

在不均等输出的激光L中，在垂直配置的情况下，其外周部分L2是从覆盖作为软钎焊点P的焊盘下表面部分42k的激光L的照射范围中减去位于其中心部分的中心部分L1而得到的环状的区域。在印刷基板40的焊盘下表面部分42k为圆形的情况下，激光L照射该焊盘下表面部分42k整体，以最大直径到达该焊盘下表面部分42k的外缘。(印刷基板40的焊盘下表面部分42k的形状不限于圆形，有各种形状。例如，在长圆的情况下，为了不使激光L照射到作为绝缘体的基板本体40a上，其范围为短边宽度。)

不均等输出的激光L在倾斜配置的情况下，如图12所示，其照射面为椭圆形，因此，在其长轴侧不超出焊盘下表面部分42k那样的范围内照射。

在保护玻璃7(或者中心部分输出限制玻璃7a)的上方，在射出头3的射出口4上安装有保护喷嘴20。保护喷嘴20具有从射出口4向上方延伸的中空圆锥状的形状，在其末端部分嵌入有筒状的喷嘴口21。该喷嘴口21例如由陶瓷那样的耐热材料形成。在该喷嘴口21上形成有供缩窄成较细的激光L通过的透孔22。该透孔22比通过该部分的激光L的直径稍大。

在靠近射出头3的射出口4的保护喷嘴20的基部连接有加热气体供给管26，始终向内部供给高温气体。高温气体可以是通常的空气，也可以是氮气那样的非活性气体。软钎料丝15根据其组成其熔点有各种各样，但无铅软钎料的情况下为220℃左右。供给到保护喷嘴20的高温气体的温度为，通孔41及其周边或供给到该部分的软钎料丝15能够预热的程度(例如110℃～150℃)，且最高不超过软钎料丝15的即将到达熔点之前的温度。并且，该高温气体成为热风N从透孔22向上方喷出。保护喷嘴20内通过被供给的高温气体而始终保持正压。因此，异物(微细生成物)C不会从透孔22进入保护喷嘴20内。

保护喷嘴20也可以仅是圆锥状的中空筒体(未图示)，但在图2及图3中，示出沿着保护喷嘴20的内周面设置有圆锥状的引导壁24的例子。

该引导壁24在保护喷嘴20的内周面与引导壁24之间形成对热风N的流动进行引导的引导流路G。若使内周面与引导壁24之间的间隙朝向透孔22逐渐变窄，则能够加快在引导流路G中流动的热风N的流速。另外，由于引导壁24覆盖保护玻璃7(或中心部分输出限制玻璃7a)的上表面，所以防止被吹入到保护喷嘴20内的高温气体与保护玻璃(或中心部分输出限制玻璃7a)接触。

加热气体供给管26可以与保护喷嘴20的基部呈直角地连接，但也可以如图4所示，沿保护喷嘴20的内周面的切线方向连接，吹入的高温气体在保护喷嘴20内沿着内周面(或者引导流路G)形成螺旋流，从透孔22作为细螺旋流的热风N喷出。通过使热风N形成为螺旋流，能够提高喷出方向的方向性，在软钎焊时能够集中预热靠近透孔22配置的引线52和焊盘42。

另外，在此公开了利用来自印刷基板40下方的热风N进行预热，但除此之外，也可以利用来自印刷基板40的上方的热风N进行预热。

在本实施例中，以围绕保护喷嘴20的透孔22的周围的方式设置有排气管道30。该排气管道30是根据需要而设置的，并不是必须的。在此，示出了设置有排气管道30的例子。

排气管道30是盘状的构件，在中央具有开口部31，在该开口部31插入有保护喷嘴20的上端部分(喷嘴口21)。而且，排气管道30的上缘30a和保护喷嘴20的喷嘴口21的上端位于比位于上方的印刷基板40的下表面40k靠下方的位置，在它们之间形成有间隙。

该间隙形成为超过引线52从印刷基板40的下表面40k突出的突出量的宽度。由此，即使在软钎焊结束时射出头3与排气管道30一起相对于印刷基板40相对地移动，排气管道30的上缘30a和喷嘴口21的上端也不会与软钎焊完毕的引线52的突出端接触。

在上述排气管道30的侧壁上设置有排气筒部32，在该排气筒部32上连接有排气管33。排气管33始终对排气管道30内的空气进行吸引并排出。

从保护喷嘴20的喷嘴口21的透孔22喷出的热风N与印刷基板40的下表面40k(软钎焊时为引线52和通孔41及其周边)碰撞而对碰撞部分进行预热之后，向排气管道30内流动。并且，该热风N的大部分或其全部向排气管33流动。

由此，排气管30内的空气、在软钎焊时产生并飞散到该空气中的烟雾、软钎料珠等微细生成物C的大部分或其全部从排气管33被排出。

在保护喷嘴20的主干部外周设置有环状的冷却管35，在该冷却管35上安装有冷却水供给管36和冷却水排水管37。从冷却水供给管36供给冷却水，在冷却管35中环绕并返回到冷却水排水管37，从这里排出。保护喷嘴20由此被冷却水冷却。

软钎料丝供给部11例如用于将卷绕在滑轮(未图示)上的软钎料丝15在需要时每次以所需量朝向作为软钎焊点的焊盘42的焊盘下表面部分42k输送。该软钎料丝供给部11具有延伸到作为软钎焊点的焊盘下表面部分42k的附近的引导喷嘴12。软钎料丝供给部11在软钎焊作业时从控制装置接收软钎料丝15的供给时机及其供给量等的控制指令，根据该控制指令从引导喷嘴12放出软钎料丝15。被放出的软钎料丝15被供给到与作为软钎焊点的引线52或焊盘下表面部分42k接触的位置、或者与两者接触的位置。此时，如后所述，被放出的软钎料丝15的末端部分仅暴露在热风N中或者暴露在热风N和激光L中而被预热，但是，热风N的加热温度、激光L的输出水平低，在该时刻不会导致熔融。

另外，软钎料丝15的截面形状一般为圆形，但也可以如图1及图3所示，在向引导喷嘴12插入之前，用上下一对压辊13将软钎料丝15压扁成扁平状，在软钎料丝15的表背设置平面部分16a、16b。在这样的情况下，引导喷嘴12也与软钎料丝15相对应地使引导孔的形状形成为扁平的长圆形，将扁平软钎料丝15的一侧的平面部分16a沿着印刷基板40的下表面40k供给。由此，激光L照射到其相反侧的平面部分16b，激光L的散射减少，容易被扁平软钎料丝15吸收。

在进行软钎焊时，或者在进行预热以及软钎焊时，从激光器控制器发出振荡控制指令，接收到该指令的半导体激光器等以规定的输出和照射时间射出激光L，射出头3从下向上垂直或斜向上朝向软钎焊点即焊盘下表面部分42k射出激光L。然后，向其供给软钎料丝15。

在任一情况下，原则上，在输出水平(B)的激光(均匀-不均匀输出)L射出之前完成软钎料丝15的供给。

由此，在进行软钎焊时，该软钎料丝15被激光L加热熔融而进行软钎焊。

在射出头3的下端安装有CCD照相机9，该CCD照相机9的光轴与激光L一致，能够利用该CCD照相机9通过上述射出口4拍摄软钎焊点。利用CCD照相机9拍摄到的软钎焊点的图像经由控制装置显示在监视器10上。

另外，在软钎焊前，能够使用CCD照相机9一边观察显示在监视器10上的图像一边进行激光L相对于软钎焊点的焊盘下表面部分42k的瞄准调整，或者在软钎焊作业时，能够通过CCD照相机9观察软钎焊点的软钎焊作业的状态。

接着，对本发明的软钎焊装置1的作用进行说明。在基于本发明的激光软钎焊方法中，有第一实施方式(图1～图8：垂直配置)和第二实施方式(图11：倾斜配置)。

第一实施方式是将射出头3垂直地设置在印刷基板40的下表面40k上的情况，第二实施方式是将射出头3相对于印刷基板40的下表面40k的垂直线以倾斜角度θ倾斜设置的情况。倾斜角度θ为50°±10°。

此外，如上所述，存在以均等输出水平射出激光L的情况和以不均等输出水平射出激光L的情况这两种情况。

在软钎焊步骤中，如图9(a)、图10(a)所示，存在阶段性地变更激光输出的情况：第一输出步骤((1)(2)(3)(4)(5)(6)(7))，连续地变更激光输出的情况：第二输出步骤((20)(4)(21))，矩形地输出的情况：第三输出步骤((10)(4)(5))。

在第一输出步骤的图中，将输出设为水平(A)和水平(B)这两个阶段，但不限于此，也可以设为多个阶段。另外，在该情况下，在水平(A)下，虽然能够进行预热，但是输出的水平为不发生“引线灼伤”(被照射部分的温度升温到110℃～150℃左右的程度的输出)，水平(B)为能够进行“软钎焊”的水平(软钎料熔融温度以上)的输出。

第一～第三输出步骤由软钎焊对象物的条件决定，其切换时机通过输入到控制器的软件来确定，或者通过使用辐射温度计(未图示)检测软钎焊点的测定温度来确定。

关于软钎焊点P的预热，有两种情况，一种是只用热风N进行预热，而不通过激光L进行预热，另一种是通过热风N和激光L的协同进行预热。

(第一实施方式(垂直)的软钎焊作业)

以下，对使用了均等输出的激光L或者不均等输出的激光L的第一实施方式(垂直)的软钎焊作业进行说明(图1、图2～图8、图9、图10)。

使射出头3的光轴与设置在软钎焊装置1的支承台2上的印刷基板40的软钎焊对象的通孔41的中心一致。射出头3设置在印刷基板40的下方，并垂直于印刷基板40。上述光轴对合通过图像处理自动地进行，或者经由监视器10通过手动调整来进行。

在光轴对合完成之前，从透孔22喷出的热风N吹到软钎焊点P的焊盘下表面部分42k的附近，对该部分进行加热。在该时刻不射出激光L。

第一输出步骤(图9(a)、图10(a)：(1)～(7))

预热工序(利用热风N与激光L的协同预热)

如上所述，当光轴对合结束时，透孔22位于软钎焊点P的焊盘下表面部分42k的正下方。在该时刻，从该透孔22喷出的热风N对该通孔41及其周围、以及插通于该通孔41的引线51进行预热。并且，在该光轴对合完成的同时，或者在光轴对合完成后，朝向软钎焊点的焊盘下表面部分42k和引线52射出均等或不均等输出的激光L(在图9(a)、图10(a)中，用(1)表示)。

在均等输出的激光L的情况下，若其输出水平高，则发生引线52过热而被照射部分变色的“引线灼伤”现象，因此在该时刻，将输出(以水平(A)表示)降低到不发生“引线灼伤”现象的程度。在该输出水平(A)下，基于热风N和激光输出的预热温度为低于所使用的软钎料丝15的熔点的温度(例如110～150℃)。

在不均等输出的激光L的情况下，将外周部分L2的输出水平设为(A)，使被送入到软钎焊点P的软钎料丝15不熔融。由于中心部分L1与外周部分L2相比输出水平(B)低，因此，只要管理外周部分L2的输出水平即可。

在热风N不是螺旋流而是从透孔22朝向该通孔41垂直地喷射的情况下，则如上所述，对以焊盘下表面部分42k为中心的其周边、通孔41的内周面、插通于通孔41的引线52进行预热，并且通过通孔41迂回到印刷基板40的上表面40j侧的热风N对焊盘上表面部分42j及其附近进行预热。这一点在后述的软钎焊步骤中是相同的。

在热风N呈螺旋状地卷起漩涡并朝向该通孔41喷出的情况下，与如上所述地仅喷出的情况相比，其喷出的方向性提高地被吹入通孔41，存在于通孔41的中心的引线52主要被预热。与包括引线52在内的通孔41碰撞的热风N的大部分直接流到周围，对焊盘下表面部分42k进行预热。热风N穿过通孔41的剩余部分对焊盘上表面部分42j及其附近进行预热。这一点也与后述的软钎焊步骤相同。该预热时间通过设定从光轴对合结束时刻开始的时间、或者使用辐射温度计测定预热部分的温度来决定。

软钎焊工序

当如上所述进行预热时，随着预热工序结束而切换到软钎焊工序，对于均等输出的激光L，其输出切换成水平(B)。对于不均等输出的激光L，其外周部分L2的输出被切换成水平(B)。

软钎料丝15的供给在激光L(或外周部分L2)的输出切换成水平(B)之前进行。

当软钎料丝15与引线52(或焊盘下表面部分42k)接触时，输出水平(B)的激光L(或外周部分L2)，软钎料丝15从包括接触部分在内的被照射部分开始迅速熔融。而且，在软钎料丝15从固相变化为液相的情况下，由于需要潜热，因此熔融软钎料15m的温度稍微下降，但是由于来自激光L的热而保持液相状态。软钎料丝15在软钎焊即将结束之前连续地供给到软钎焊点P，并连续地熔融。

熔融软钎料15m在软钎焊工序的期间，如上所述，通过供给软钎料丝15而增加其量，并在引线52和焊盘下表面部分42k上扩散而将两者连接，同时通过因“毛细管现象”而预热的两者的间隙S而向印刷基板40的上表面40j的方向上升，用熔融软钎料15m填满印刷基板40的焊盘上表面部分42j和引线52以及它们的间隙S。

如上所述，由于对通孔41整体和引线52进行预热，因此熔融软钎料15m不会凝固，而是在保持液相的状态下出现上述的“毛细管现象”(图6)。

另外，在软钎料丝15的截面为圆形的情况下，当激光L照射其外表面时，会向周围散射，能量吸收效率变差，但在供给软钎料丝之前用压辊13将软钎料丝15压扁成扁平状的情况下，当激光L垂直照射到一侧的平面部分16b上时，向周围散射的量减少，软钎料丝15的熔融比圆形的软钎料丝15快。

在上述软钎焊工序中，由于从印刷基板40的下方执行软钎焊，因此，软钎料丝15熔融时产生的烟雾或者软钎料丝15熔化时飞溅而成的微细的软钎料珠那样的微细生成物C有时会飞散到软钎焊部分的周围，但它们被从保护喷嘴20的透孔22喷出的热风N吹飞，不会进入保护喷嘴20内。由此，即使从印刷基板40的下方进行软钎焊，也不会污损射出头3的保护玻璃7。(另外，只要热风N适当，则上述微细生成物C被吹向周围，不会附着在射出头3的保护玻璃7上。因此，在这种情况下，也可以没有保护喷嘴20。)

并且，被热风N吹飞的烟雾及其它的微细生成物C被排气管道30接收，并通过排气管33向外部排出，该排气管道30以围绕保护喷嘴20的周围的方式设置，且内部保持为负压状态。在排气管道30内，通过基于该排气管33的排气，如上所述，始终维持负压，外部气体从印刷基板40和排气管道30的上缘之间的间隙朝向内侧流入，因此，大幅度抑制了因上述软钎焊作业而导致的细微生成物C向排气管道30外的漏出。由此，不会因来自印刷基板40下方的软钎焊而污染周围环境。

另外，在以往那样的利用来自印刷基板40的上方的激光L进行的软钎焊中，向上方飞扬的上述微细生成物C有可能随着时间的经过而落下到印刷基板40上，但在本发明那样的从下方进行的软钎焊中，也不会出现这种情况。

在上述的软钎焊工序中，高输出水平(B)的均等输出的激光L持续照射引线51的末端部，但由激光L施加给引线51的热被连续熔融的软钎料丝15m吸收，升温被抑制，不会发生“引线灼伤”。

与此相对，在不均等输出的激光L的情况下，由于此时刻的中心部分L1的输出水平为软钎料丝15不熔解的程度的低水平(A)，因此，即使如上所述连续地持续照射引线51的末端部，也不会发生“引线灼伤”。

后加热工序

当通孔41与引线52的软钎焊结束时，直接遮断激光L(步骤(5))。然后，使射出头3移动到下一个软钎焊点P，在移动目的地进行上述预热和软钎焊作业。

如上所述，在软钎焊结束后立即遮断激光L(步骤(5))的情况下，在移动到下一个软钎焊点P为止的期间，即使受到热风N的加热，正在凝固的软钎料15h也会因激光L的遮断而迅速凝固。因此，在软钎料附着部分有可能产生因急冷而引起的应变(或剥离)。因此，优选从软钎焊结束时刻起，将激光L的输出水平阶段性地降低(步骤(6)(7))。在阶段性地降低输出的情况下，在图中为2个阶段，但也可以为多个阶段。

其结果是，理想的是，在印刷基板40的表背形成图8所示那样的圆锥形的凝固软钎料15h。

第二输出步骤(图9(a)、图10(a)中用单点划线箭头表示：(20)(4)(21))

(预热工序：热风与激光并用)

在预热工序中，在软钎焊点P处执行热风N的加热、以及基于均等输出或不均等输出的激光L的加热。激光L在光轴对合完成后，连续增加直到软钎焊开始时刻。软钎焊开始时刻的均等输出的激光L或不均等输出的激光L的外周部分L2的输出水平为(B)。除上述以外援用第一输出步骤的记载。

(软钎焊工序)

与第一输出步骤相同，供给软钎料丝15并执行软钎焊，因此援用第一输出步骤。

(后加热工序)

在软钎焊结束的同时使激光L的输出逐渐减小。由此，能够避免熔融软钎料15m的急冷，缓和凝固软钎料15h的应变。除上述以外援用第一输出步骤的记载。

第三输出步骤(图9(a)、图10(a)：虚线箭头(10)(4)(5)/(6)(7))

(预热工序：热风单独预热)

在预热工序中，不射出激光L而是在软钎焊点P处执行基于热风N的单独加热的加热。在这种情况下，在末端对合结束后，经过了指定时间的预热时间之后(或者在由辐射温度计测定的软钎焊点P的测定温度到达软钎焊开始温度时)，转移到软钎焊开始。

(软钎焊工序)

与第一输出步骤相同，供给软钎料丝15并执行软钎焊，因此援用第一输出步骤。

(后加热工序)

与第一输出步骤相同，在软钎焊结束的同时遮断激光L。或者，使输出阶段性地降低。在此也与第一输出步骤相同，所以援用第一输出步骤。(当然也可以使用作为第二输出步骤的后工序的徐冷)除了上述以外，援引第一输出步骤的记载。

接下来，对第二实施方式的软钎焊作业进行说明。如上所述，在第二实施方式中，射出头3相对于印刷基板40的垂直线倾斜地设置。因此，在这种情况下，射出头3的光轴与从通孔41突出的引线51的突出基部光轴对合。在第二实施方式中，将该状态设为“光轴对合”。

软钎料丝15的供给方向优选为不成为引线52的阴影的方向，且从不与保护喷嘴20的末端干涉的方向供给。阴影部分用浅黑表示(图12)。在图12中，以相对于激光L的光轴成140°的角度供给软钎料丝15，但当然不限于此。

当激光L相对于印刷基板40的垂直线倾斜地入射到软钎焊点P时，照射面描绘椭圆形(图12)。在激光L为均等输出的情况下，严格地说，如图9(b)所示，并不是照射面中的整个面为输出均等，而是出于光学理由，中心部强，外缘部分比中心部分稍弱。

如上所述，当使光轴与引线51的突出基部对合地照射软钎焊点P时，软钎料丝15迅速熔融，并流到引线52和焊盘下表面部分42k，将它们包覆。

在激光L射出开始后，在上述包覆前的微小时间内，引线52的突出部分受到强水平(B)的激光L的照射，但如上所述，即使是均等输出激光L，由于其外缘部分的输出水平低，因此若在包覆前的微小时间内被照射，则不会发生“引线灼伤”。

与此相对，在激光L为不均等输出的情况下，如上所述，与外周部分L2相比，中心部分L1的输出水平低。引线52的突出部分受到该输出水平低的中心部分L1的照射，因此，当然不会发生“引线灼伤”。软钎料丝15受到输出水平高的外周部分L2的照射而熔融。

其它的方面与第一实施方式相同，因此援用第一实施方式的说明。

附图标记的说明

1：软钎焊装置；2：支承台；3：射出头；4：射出口；5：激光导入筒部；6：光学系统；6a：半透半反镜；6b：光学零件；7：保护玻璃；7a：中心部分输出限制玻璃；8：光纤；9：CCD照相机；10：监视器；11：软钎料丝供给部；12：引导喷嘴；13：压辊；15：软钎料丝；15h：凝固的软钎料；15m：熔融软钎料；16a、16b：平面部分；20：保护喷嘴；21：喷嘴口；22：透孔；24：引导壁；26：加热气体供给管；30：排气管道；30a：上缘；31：开口部；32：排气筒部；33：排气管；40：印刷基板；40a：基板本体；40j：上表面；40k：下表面；41：通孔；42：焊盘；42j：焊盘上表面部分；42k：焊盘下表面部分；42n：内缘；43：导通部分；50：电子零件；51：引线；C：微细生成物；G：引导流路；L：激光；L1：中心部分；L2：外周部分；N：热风；S：间隙。

Claims (11)

1.一种激光式软钎焊方法，利用激光使朝向印刷基板的通孔供给的软钎料丝熔融，并将搭载于所述印刷基板的上表面侧的电子零件的、插通于所述通孔的引线软钎焊在设置于所述通孔的焊盘上，其特征在于，

所述激光相对于软钎焊点处的所述焊盘从下方垂直或倾斜地照射，

从所述印刷基板的下方对所述焊盘和从所述通孔向下方突出的引线喷射热风，对所述焊盘和所述引线预热，

在所述预热开始的同时或在所述预热开始后，一边从所述印刷基板的下方对所述焊盘和所述引线照射激光，一边从所述印刷基板的下方将软钎料丝供给到与所述焊盘或所述引线中的任一方接触的位置，

接着，利用激光使所供给的所述软钎料丝熔融，利用所述熔融了的软钎料连接所述焊盘和所述引线，

然后，停止所述软钎料丝的供给，在所述软钎料丝的供给停止的同时或该停止后，停止激光的照射而使熔融软钎料凝固。

2.根据权利要求1所述的激光式软钎焊方法，其特征在于，

使用照射面的整个横截面的输出水平相等的激光，

使预热时的输出水平为软钎料丝的熔融温度以下的预热水平，

使软钎焊时的输出水平为软钎料丝的熔融温度以上的熔融水平。

3.根据权利要求1所述的激光式软钎焊方法，其特征在于，

使用照射面的整个横截面的输出水平相等的激光，

预热时进行仅基于热风的预热，

在软钎焊开始时射出激光，使其输出水平为软钎料丝的熔融温度以上的熔融水平。

4.根据权利要求1所述的激光式软钎焊方法，其特征在于，

使用照射面的整个横截面的输出水平相等的激光，

在预热开始时或预热中途的阶段射出激光，使其输出水平从零逐渐增加到软钎料丝的熔融温度以上的熔融水平，

使软钎焊时的输出水平为软钎料丝的熔融温度以上的熔融水平。

5.根据权利要求1所述的激光式软钎焊方法，其特征在于，

使用照射面的横截面的输出水平在其外周部分比在其中心部分高的激光，

所述中心部分的输出水平低于软钎料丝的熔融温度，

所述外周部分的输出水平高于软钎料丝的熔融温度，

所述中心部分被设定成照射焊盘的通孔的内侧，

使预热时的输出水平为软钎料丝的熔融温度以下的预热水平，

使软钎焊时的输出水平为软钎料丝的熔融温度以上的熔融水平。

6.根据权利要求1所述的激光式软钎焊方法，其特征在于，

使用照射面的横截面的输出水平在其外周部分比在其中心部分高的激光，

所述中心部分的输出水平低于软钎料丝的熔融温度，

所述外周部分的输出水平高于软钎料丝的熔融温度，

所述中心部分被设定成照射焊盘的通孔的内侧，

预热时进行仅基于热风的预热，

在软钎焊开始时射出激光，使其输出水平为软钎料丝的熔融温度以上的熔融水平。

7.根据权利要求1所述的激光式软钎焊方法，其特征在于，

使用照射面的横截面的输出水平在其外周部分比在其中心部分高的激光，

所述中心部分的输出水平低于软钎料丝的熔融温度，

所述外周部分的输出水平高于软钎料丝的熔融温度，

所述中心部分被设定成照射焊盘的通孔的内侧，

在预热开始时或预热中途的阶段射出激光，使其输出水平从零逐渐增加到软钎料丝的熔融温度以上的熔融水平，

使软钎焊时的输出水平为软钎料丝的熔融温度以上的熔融水平。

8.一种激光式软钎焊装置，利用激光将电子零件的引线软钎焊在印刷基板的焊盘上，其特征在于，

所述激光式软钎焊装置具备：

支承台，支承印刷基板，在所述印刷基板的上表面搭载有所述电子零件，所述电子零件的所述引线从所述印刷基板的通孔向下方突出；

射出头，在所述印刷基板的下方相对于所述印刷基板垂直或倾斜地设置，朝向所述焊盘垂直或倾斜地射出激光；

软钎料丝供给部，在软钎焊时，将软钎料丝供给到与所述焊盘或引线中的任一方接触的位置；

中空的保护喷嘴，设置在所述射出头的射出口，从所述射出口朝向上方的印刷基板延伸，在与所述印刷基板面对的末端设置有透孔；以及

加热气体供给管，设置于所述保护喷嘴，向所述保护喷嘴供给加热气体，以从所述透孔朝向所述印刷基板喷出热风。

9.根据权利要求8所述的激光式软钎焊装置，其特征在于，

在面对保护喷嘴的透孔的位置还设置有排气管道，该排气管道的与印刷基板的下表面相向的上表面开口。

10.根据权利要求8所述的激光式软钎焊装置，其特征在于，

使用照射面的整个横截面的输出水平相等的激光、或形成为照射面的横截面的中心部分和围绕所述中心部分的外周部分的双重环构造，中心部分的输出水平被设定为软钎料丝熔融温度以下且外周部分的输出水平被设定为软钎料丝熔融温度以上的激光。

11.根据权利要求8所述的激光式软钎焊装置，其特征在于，

保护喷嘴被形成为朝向透孔而缩径，

在保护喷嘴的内部，沿着保护喷嘴的内周面设置有热风引导用的引导壁。

Images