JP2001047221A - 微小対象用半田付け装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微細導線その他の微小対象の半田付けに於い
て、個々の半田付けサイクルが短時間で行え、かつ半田
付けツールの交換が長期にわたって不要で、そのため画
像認識の認識原点の再調整のサイクルが長い微小対象用
半田付け装置の提供。 【解決手段】 位置決め手段の一部を構成するＸＹテー
ブル１と、その上に配設した予熱板２であって、半田付
け対象である導線３の端部及びＩＣ４のアンテナ端子４
の部位とを予熱する予熱板２と、その上に載置され位置
決めされた導線３の端部及びアンテナ端子４にレーザー
ビームを照射するレーザー照射装置５と、導線３及びア
ンテナ端子４の姿勢及び位置を画像認識する画像認識装
置６と、各部の動作を制御する制御装置とで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザービームの
熱作用を利用したレーザー利用による微小対象用半田付
け装置に関し、特にミクロン乃至サブミクロンオーダー
の対象である微細導体を所望点に半田付けするための微
小対象用半田付け装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】導電性接合を得るための代表的手法であ
る半田付け処理は、基本的に被接合対象を溶融半田に接
触させることによって行なわれるものであり、現在広く
使用されている電気・電子部品類のような多点部の半田
付けには、溶融半田流上を、部品類の挿入された回路基
板をコンベアによって搬送し、その所要部を上記溶融半
田流に接触させて行うリフロー半田処理がある。

【０００３】これに対して、極めて狭い領域や微細な導
線類を半田接合する用途も多く存在し、このような場合
は、半田付けの精度等の品質が問題となる場合が多く、
上記のようなリフロー半田処理は適当でない。例えば、
以下に述べるような各種の携帯機器類に使用される電子
回路又は電子部品類にあっては、導線及びこの導線を接
合すべき接合領域共に微細なものが多く、上記リフロー
半田処理は適当でない場合が多い。

【０００４】近年、非接触でのＩＣ定期券の改札や、電
子マネー、電子決済システムの分野で実用化が期待され
ている非接触ＩＣカードは、非接触識別装置との間で確
実なデータの授受を行わなければならない。そこで、そ
のための微細導体によるアンテナを非接触ＩＣカードに
内蔵させる必要があるが、アンテナ導体の太さはカード
厚さを所定範囲に納める要請もあり、一般に直径０．０
２〜０．０５mm程度であり、この導体をＩＣのアンテナ
端子に接合しなければならない。この種の用途は、今後
著しい発展が見込まれており、経済性に富んだ製造手段
が求められている。

【０００５】前記リフロー半田処理とは別に、古くから
外部熱源又は電熱ヒータによって加熱される半田ごてを
利用した半田付けが行われているが、これは、現在で
は、少量の半田付けの場合や高品質の半田付けが要求さ
れる場合に利用されている。そしてこのような半田ごて
は、被接合対象の種類や大小等に応じて、材質、形状又
は寸法等に様々なものがあり、目的・用途等に応じて適
宜選択されている。

【０００６】しかし前記のような非接触ＩＣカードに於
けるアンテナ導体とアンテナ端子部分の半田接合のよう
な極端に微小な部位を接合対象とする用途では、後述す
るように、既存の半田ごてでは、充分良好な結果が得ら
れない。即ち、接合対象が微小であるため、これに応じ
てこて先を細くしなければならないが、そうすると、今
度は、ヒータからの伝熱効率が悪くなり、短時間での接
合処理は困難となってしまうからである。

【０００７】従ってこのような微小導体及び領域を対象
とする半田処理は、従来の半田ごて等の半田処理機器で
処理することには無理がある。そこで、図２（Ａ）に示
すように、一方の被接合体の被接合領域に予め半田バン
プ１１を形成しておき、その上に微細導線１２の端部を
載置し、次いで、同図（Ｂ）に示すように、その微細導
線１２の端部に、半田付けツール１３に配した加熱ヘッ
ド１４であって、そこに直接電流を流して発熱させる加
熱ヘッド１４の先端を接触させて半田処理を行うことを
検討した。

【０００８】上記加熱ヘッド１４は、被接合対象に適合
する微小な寸法及び形状の先端部を備えたものであり、
図示していない電流制御手段により制御される電流をそ
れ自体に流して発熱させるようにしてある。電流を流す
ことにより、直接それ自体が発熱することとなるもので
あるため、その先端部が微細なものであっても、他のヒ
ータ等から伝導熱を受ける場合と異なり、必要な熱量を
比較的容易に確保できる。

【０００９】このような加熱ヘッド１４の先端部は、半
田付け作用を行うために、被接合対象に直接接触させる
ものであるが、その表面には発熱作用にともなって酸化
膜が形成される。このような酸化膜が形成されると、電
流を流した際の該加熱ヘッド１４の発熱量が所期のもの
から変動することとなり、温度制御が困難となる。しか
してこのような酸化膜は発生の都度研磨除去する必要が
生じるが、その研磨工程は、本来の半田付け工程から見
れば、無駄に時間を費やす工程であり、作業効率を低下
させるばかりでなく、更に加熱ヘッド１４には、これに
よる摩耗が早期に生じることとなり、それ自体を早期に
交換する必要が生じることとなる。

【００１０】具体的な例を挙げると、例えば、直径が
０．０２〜０．０５mm程度の導線を接合する装置の場
合、上記加熱ヘッド１４の先端面は０．１×０．１mm程
度であるため、酸化膜除去のためにほぼ毎回研磨するこ
ととすると、約４０００回の接合動作で寿命に達してし
まい、交換の必要が生じる。更に、この場合は、半田接
合対象が非常に微細であるため、半田接合部位をＣＣＤ
カメラで撮像して、その位置決めを画像認識によって確
認しているが、加熱ヘッド１４の交換の度にその認識原
点の再調整が必要となり、このような点からも作業効率
を低下させている。

【００１１】しかして上記のような直接電流を流してそ
れ自体を発熱させる加熱ヘッド１４を用いる半田付け装
置も充分なものではない。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
なミクロン又はサブミクロンオーダーの微細導線その他
の微小対象を半田接合処理する際の問題点を解決し、長
期にわたって半田付けツールの交換の必要が生ぜず、ま
たこれにより画像認識の認識原点の再調整の必要も生ぜ
ず、更に個々の半田付け時間をスピードアップし、接合
処理効率を大幅に向上させることが可能な微小対象用半
田付け装置を提供することを解決の課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、レーザービー
ムのスポット径を相互に接合しようとする各被接合体の
微小対象部位を含む最小領域に絞って照射するレーザー
照射装置と、上記各被接合体の微小対象部位をレーザー
ビームの照射側の反対側から予熱するための予熱手段
と、上記各被接合体の微小対象部位を所定の位置に所定
の姿勢で位置決めする位置決め手段と、前記レーザー照
射装置のレーザービーム照射予定部を撮像し、少なくと
も、上記各被接合体の微小対象部位が位置決めされたこ
とを画像認識する画像認識手段と、前記予熱手段を常時
予熱動作させておき、供給手段から各被接合体が供給さ
れると、前記位置決め手段が、該各被接合体をその微小
対象部位が所定の位置に所定の姿勢で位置することとな
るように位置決めし、かつ前記画像認識手段が、該各被
接合体の微小対象部位が所定の位置に所定の姿勢で位置
決めされた旨の認識結果を出力すると、これに基づいて
前記レーザー照射装置がレーザービームを該各被接合体
の微小対象部位を含む領域に照射すべく制御する制御装
置と、で構成した微小対象用半田付け装置である。

【００１４】前記レーザー照射装置は特定のそれに限定
されない。必要な熱量、適切なスポット径への絞り込み
が確保できるものであれば良い。このような半田付けの
用途ではある程度大きなエネルギーを必要とするので、
それに適当なＹＡＧレーザーが使用し易い。後述するよ
うに、前記レーザー照射装置は、半田を瞬間的に溶解さ
せるのでは強力過ぎ、緩やかに溶解させる程度の出力の
ものであるのが適当である。

【００１５】前記予熱手段は、各被接合体の微小対象部
位を、レーザービームの照射を受ける側に対して反対側
から適切な温度までの予熱を行えるものであれば良い。
例えば、被接合体の微小対象部位を載置する載置板等に
電気ヒータを組み込んだ構成を採用することができる。

【００１６】前記位置決め手段は、各被接合体の微小対
象部位を所定の位置に所定の姿勢で位置決めすることが
できるものであり、前記予熱手段による予熱及び前記レ
ーザー照射装置によるレーザービームの照射を妨げない
ものであれば、特定の構成のものに限定されない。前記
画像認識手段もまた前記所定の作用を果たすことのでき
るものであれば、特定のそれに限定されないのは云うま
でもない。

【００１７】従って本発明の微小対象用半田付け装置に
よれば、位置決め手段が、接合対象の各被接合体を供給
手段から受け取って所定の位置に所定の姿勢で位置決め
すると、これが画像認識手段で認識され、その旨の認識
結果が出力され、これに基づいて前記レーザー照射装置
から位置決めされている各被接合体の微小対象部位を含
む最小領域にレーザービームが照射され、その半田付け
が行われる。上記レーザービームは、上記のように絞っ
て照射されるため、半田付けの際に、周囲に位置するこ
とのある様々な素子類を直接照射して損傷する等のおそ
れはない。

【００１８】また、このとき、既に予熱手段が予熱動作
しているので、上記各被接合体の微小対象部位は、レー
ザービームの照射の際、その照射側と反対側から予熱さ
れており、半田付けのために必要な熱量を比較的短時間
でかつ偏りなく充分に確保できる。しかして周囲に伝熱
による影響を与える程に長時間のレーザービームの照射
を継続することなく、高品質の半田付け接合の結果を得
ることができる。

【００１９】なお以上は、各被接合体の内の少なくとも
一方に半田バンプが形成されていることを前提とした動
作を説明している。そうでない場合は、糸状半田等をそ
の供給手段で所定の部位に供給する必要があるのは云う
までもない。

【００２０】レーザービームを利用して半田付けを行う
場合、被接合体の微小対象部位にあまり強力なレーザー
ビームを照射すると、半田バンプを形成してある場合又
は糸状半田等を使用している場合のいずれでも、半田が
瞬間的に溶けて飛び散ってしまうため、良好な半田付け
を行うことができない。そこでそれほど強くないレーザ
ービームを若干長い時間照射することが考えられるが、
そのようにすると、必要な範囲の充分な加熱が完了する
前に、より広い範囲に熱伝導が生じてしまい、場合によ
り、周囲部品等に伝導熱による悪影響を与えるおそれが
ある。

【００２１】しかして本発明の小対象用半田付け装置に
よれば、半田を緩やかに溶解させる程度のレーザー照射
装置を用いて、半田を飛び散らせることなく、被接合体
の微小対象部位にレーザービームを照射し、他方、該被
接合体の微小対象部位にその背後から予熱手段で予熱す
ることにより、既述のように、必要な範囲に全体として
充分な熱エネルギーを偏りなく与え、周囲部品に熱伝導
による悪影響を与えるほど長い時間のレーザービームの
照射を要せず、良好な半田付けを完了させることができ
るものである。

【００２２】また本発明の小対象用半田付け装置によれ
ば、主たる加熱手段が上記のようなレーザー照射装置で
あり、前記加熱ヘッドのような酸化膜の発生の問題があ
り得ないので、その除去のための工程は当然不要であ
り、無用なその工程が存在しないことにより、その分だ
け半田付け工程がスピードアップできるし、酸化膜の除
去工程に対応するような該レーザー照射装置の寿命を短
縮する理由も存在しないので、該レーザー照射装置はそ
れ自体の本来の寿命を保持できる。従ってレーザー照射
装置の交換までの期間が前記加熱ヘッドの場合と比べて
２０００倍以上に長いものであるため、前記画像認識手
段の認識原点の調整頻度が低くなり、その面でも効率が
向上することとなる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を、実施
例に基づき、添付図を参照しながら詳細に説明する。図
１は本発明を適用した一実施例の微小対象用半田付け装
置の構成を略示した説明図である。

【００２４】この実施例の微小対象用半田付け装置は、
非接触ＩＣカードに内蔵するアンテナ導線３とＩＣのア
ンテナ端子４とを半田接合するための半田付け装置とし
て構成したものである。因みに、上記アンテナ端子４
は、その上に半田が半田バンプとして形成されている。

【００２５】しかして、図１に示すように、この微小対
象用半田付け装置は、位置決め手段の一部を構成するＸ
Ｙテーブル１と、その上に配設した予熱板２と、該予熱
板２上に載置され位置決めされたアンテナを構成する導
線３の端部（微小対象部位）及びＩＣ７のアンテナ端子
４（微小対象部位）にレーザービームを照射するレーザ
ー照射装置５と、上記導線３及びアンテナ端子４の位置
を画像認識する画像認識装置６と、図示していない制御
装置とで構成する。なお上記アンテナ端子４が、その上
に半田バンプが形成されていないものである場合には、
例えば、糸状半田の送り出し装置を、上記装置に付設し
て所定の位置に糸状半田を送り出すようにする。

【００２６】前記位置決め手段は、前記ＸＹテーブル１
と、その上部に組み込んだ予熱板２上に導線３の端部及
びＩＣ７のアンテナ端子４の部位を載置するとともに、
この位置に一時固定する固定保持手段とで構成する（図
示していない）。この具体的構成は自由である。固定保
持手段で予熱板２上に導線３の端部を載せたＩＣ７のア
ンテナ端子４の部位を、図１に示すような姿勢で一時固
定した上で、所定の位置、即ち、前記レーザー照射装置
５により照射されるレーザービームのスポット径内に移
動するように、前記ＸＹテーブル１を動かすもので、こ
の動作は前記制御装置により制御される。

【００２７】前記予熱板２は、ＸＹテーブル１の上部に
組み込んで構成したものであり、その内部には電気ヒー
タ及び温度センサが内蔵してあり、この実施例では、そ
の上面の温度が常時８０℃を保持するように制御してい
る。この制御も、前記制御装置に於いて、前記温度セン
サの検出温度データを受け取って目標温度と比較し、そ
の結果に基づいて、前記電気ヒータへの供給電流を制御
することにより行う。目標温度は、当然、周囲温度等を
考慮して変更することが可能になっている。

【００２８】前記レーザー照射装置５は、この実施例で
は、出力１５ＷのＹＡＧレーザを採用し、被接合体の微
小対象部位にあたる前記導線３の端部及びアンテナ端子
４を含む領域を照射するレーザービームのスポット径は
０．０８mmに調整した。上記導線３の径が０．０４mmで
あり、アンテナ端子４の面のサイズが０．１×０．１mm
であるので、レーザービームのスポット径を以上のサイ
ズに絞ることにより、要照射範囲を充分カバーし得る一
方で、周囲部品に無用に照射しないようにすることがで
きる。なお上記導線３はエナメル線である。

【００２９】前記画像認識装置６は、図１中で、ＣＣＤ
カメラと、これによって撮像された画像データを周知の
技法により画像処理し、前記アンテナを構成する導線３
の端部及びＩＣ７のアンテナ端子４の部位の位置及び姿
勢並びに半田付けの状態を正確に認識し、その認識結果
を出力する演算部とで構成したものであり、その認識結
果は、前記制御装置にフィードバックされ、前記ＸＹテ
ーブル１等からなる位置決め手段の動作及びレーザ照射
装置５の動作を、その認識結果に基づいて制御するよう
になっている。なお上記演算部は、これを省略して、そ
の作用を前記制御装置で兼ねて行うこととしても良い。

【００３０】前記制御装置は、以上の説明から理解され
るように、前記画像認識装置６の認識結果に基づいてＸ
Ｙテーブルを含む位置決め手段を制御して、前記導線３
の端部及びＩＣ７のアンテナ端子４の部位をそれぞれ所
定の位置、即ち、レーザービームが照射されるスポット
径内に移動させ、かつその位置で前記所定の姿勢で固定
し、位置決め完了の確認後に、前記レーザー照射装置５
を動作させ、レーザービームを良好な半田付けが完了す
るまで必要な時間照射させる。他方、前記予熱板２の動
作を制御し、その表面温度を、常時８０℃に保持してお
くべく動作するようにしてあるものである。

【００３１】しかしてこの実施例の微小対象用半田付け
装置によれば、以上のような微細な導線３及びアンテナ
端子４の半田付けが、短時間で良好に行え、かつ長期に
わたってレーザー照射装置５の交換の必要が生じないた
め画像認識装置６の認識原点の再調整のサイクルが長く
なり、作業効率を大幅に向上させ得るものである。

【００３２】まず、ＸＹテーブル１を含む位置決め手段
が動作して、被接合体である導線３の端部及びアンテナ
端子４を所定の姿勢で所定の位置に位置決めする。この
位置決め手段の動作は、前記画像認識装置６による認識
結果出力のフィードバックを受けて前記制御装置により
制御され、正確に動作し、導線３の端部及びアンテナ端
子４を、図１に示すように、該アンテナ端子４上に該導
線３の端部を載せて前記予熱板２上に載置した状態で、
レーザービームのスポット径内、即ち、照射予定部内に
入る位置に固定する。

【００３３】図１に示すように、順次、予熱板２上に載
置されたＩＣ７のアンテナ端子４の部位及び導線３の端
部は、位置決め手段による位置決め動作が行われている
間から上記予熱板２により下方から予熱される。

【００３４】前記画像認識装置６により、導線３の端部
及びアンテナ端子４が正確な位置に位置決めされ、かつ
正確な姿勢を保持していることが認識され、かつその旨
の出力が前記制御装置に送られると、前記レーザー照射
装置５が駆動され、レーザービームの出力が行われる。
このとき、前記のように、８０℃に保持された予熱板２
による導線３の端部及びアンテナ端子４の予熱が行われ
ているため、後述するように短い時間のレーザービーム
の照射で所要範囲の半田バンプが溶融する。

【００３５】このように溶融した半田が、位置決めされ
ている導線３の端部及びアンテナ端子４を充分に濡ら
し、導線３の端部が溶融した半田中に埋没するようにな
っていることが画像認識装置６により認識され、その旨
の出力が前記制御装置に送られると、レーザービームの
照射は停止される。上記レーザービームの照射時間は、
通常、概ね１．５秒間行われ、これによって良好な半田
付けの結果が得られる一方、この１．５秒間の照射で
は、熱伝導によるＩＣ７の他の部位への悪影響は見られ
ていない。その後溶融半田が強制的に又は自然に冷却・
固化されることになり、導線３の端部とアンテナ端子４
との半田接合が完了する。

【００３６】その後、前記位置決め手段により、半田接
合の完了した導線３及びアンテナ端子４を備えたＩＣ７
はこの装置外に移動させられる。

【００３７】なお、以上に於いて、ここで照射されるレ
ーザービームのスポット径は０．０８mmに設定されてい
るので、ＩＣ７の他の部位にこれが直接照射されてしま
うことがないのは云うまでもない。

【００３８】また前記レーザー照射装置５は、導線３の
端部等の被接合体に直接接触することもなく、その寿命
を短縮する特別の理由も存在しないので、それ自体の寿
命を保持することができる。それ故、その交換のサイク
ルが、前記加熱ヘッドを用いた場合と比べて遙かに長く
なり（２０００倍以上）、これに伴って画像認識装置６
の認識原点の再調整のサイクルも同様に長くなる利点が
得られる。前記加熱ヘッドの酸化膜を除去する工程に類
する無駄な工程もないので、個々の半田付けサイクルも
より短時間になり、作業効率が向上する。

【００３９】

【発明の効果】本発明の微小対象用半田付け装置によれ
ば、被接合体の微小対象部位は、レーザービームの照射
の際、予熱手段によりその照射側と反対側から予熱され
ており、半田付けのために必要な熱量を短時間でかつ偏
りなく充分に確保できる。しかしてレーザービームのス
ポット径外に熱伝導による悪影響を与えるほどの長い時
間の照射を継続することなく、高品質の半田付けの結果
を得ることができる。

【００４０】またレーザービームは、その照射スポット
径を被接合体の微小対象部位を含む最小領域に絞ってあ
るため、周囲に位置することのある様々な素子類に直接
照射して損傷を当てる等の問題が殆ど発生しない。

【００４１】また主たる加熱手段がレーザー照射装置で
あり、前記加熱ヘッドのような酸化膜の発生の問題があ
り得ないので、無用なその除去工程が不要であり、その
分だけ半田付け工程がスピードアップできるし、酸化膜
に対応するような該レーザー照射装置の寿命を短縮する
理由も存在しないので、レーザー照射装置それ自体の寿
命を保持できる。従ってレーザー照射装置の交換までの
期間が前記加熱ヘッドの場合と比べて２０００倍以上に
延びることとなるため、前記画像認識手段の認識原点の
調整頻度が低くなり、その面でも効率が向上することと
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の微小対象用半田付け装置の構成を略
示した説明図。

【図２】（Ａ） 従来技術による半田接合ツールの加熱
ヘッドが被接合体である電線に接触する前の状態を示す
斜視図。（Ｂ） 従来技術による半田接合ツールの加熱
ヘッドが被接合体である電線に接触している状態を示す
斜視図。

【符号の説明】

１ ＸＹテーブル ２ 予熱板 ３ 導線 ４ アンテナ端子 ５ レーザー照射装置 ６ 画像認識装置 ７ ＩＣ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザービームのスポット径を相互に接
   合しようとする各被接合体の微小対象部位を含む最小領
   域に絞って照射するレーザー照射装置と、 上記各被接合体の微小対象部位をレーザービームの照射
   側の反対側から予熱するための予熱手段と、 上記各被接合体の微小対象部位を所定の位置に所定の姿
   勢で位置決めする位置決め手段と、 前記レーザー照射装置のレーザービーム照射予定部を撮
   像し、少なくとも、上記各被接合体の微小対象部位が位
   置決めされたことを画像認識する画像認識手段と、 前記予熱手段を常時予熱動作させておき、供給手段から
   各被接合体が供給されると、前記位置決め手段が、該各
   被接合体をその微小対象部位が所定の位置に所定の姿勢
   で位置することとなるように位置決めし、かつ前記画像
   認識手段が、該各被接合体の微小対象部位が所定の位置
   に所定の姿勢で位置決めされた旨の認識結果を出力する
   と、これに基づいて前記レーザー照射装置がレーザービ
   ームを該各被接合体の微小対象部位を含む領域に照射す
   べく制御する制御装置と、 で構成した微小対象用半田付け装置。