JP2003224352A - ハンダ接合部のリフロー方法、ハンダリフローシステムおよびハンダ接合部のリフロー装置 - Google Patents
ハンダ接合部のリフロー方法、ハンダリフローシステムおよびハンダ接合部のリフロー装置Info
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
- H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
- H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
- H05K3/3494—Heating methods for reflowing of solder
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
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- B23K1/0056—Soldering by means of radiant energy soldering by means of beams, e.g. lasers, E.B.
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
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- H05K1/03—Use of materials for the substrate
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- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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- H05K2203/107—Using laser light
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- Optics & Photonics (AREA)
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- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 温度フィードバックシステムを使用すること
なく、均一で一定したハンダのリフローを実現する。 【解決手段】 ハンダリフローシステムは、基板、基板
上に配置されたハンダパッド、ハンダパッド上に配置さ
れた光学部品、および基板上に配置されたレーザーを含
み、レーザーは、その稼動時にハンダをリフローさせる
ことができるように、レーザー出力の焦点がハンダパッ
ドの充分近傍に合わせられている。ハンダ接合部のリフ
ロー方法は、基板、基板上に配置されたハンダパッド、
ハンダパッド上に配置されたハンダおよびハンダパッド
上に配置された光学部品を含む光学部品アセンブリを設
けるステップと、レーザーを設けるステップと、レーザ
ー出力の焦点がハンダパッドの充分近傍に合わされたレ
ーザーを基板上に位置させるステップとを含み、レーザ
ーが稼動され、それによってエネルギーが基板を通じて
ハンダパッドへと伝導されて、ハンダのリフローが実施
される。
なく、均一で一定したハンダのリフローを実現する。 【解決手段】 ハンダリフローシステムは、基板、基板
上に配置されたハンダパッド、ハンダパッド上に配置さ
れた光学部品、および基板上に配置されたレーザーを含
み、レーザーは、その稼動時にハンダをリフローさせる
ことができるように、レーザー出力の焦点がハンダパッ
ドの充分近傍に合わせられている。ハンダ接合部のリフ
ロー方法は、基板、基板上に配置されたハンダパッド、
ハンダパッド上に配置されたハンダおよびハンダパッド
上に配置された光学部品を含む光学部品アセンブリを設
けるステップと、レーザーを設けるステップと、レーザ
ー出力の焦点がハンダパッドの充分近傍に合わされたレ
ーザーを基板上に位置させるステップとを含み、レーザ
ーが稼動され、それによってエネルギーが基板を通じて
ハンダパッドへと伝導されて、ハンダのリフローが実施
される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に電子部品に
関するものであり、より具体的にはそのような電子部品
のハンダ接合部のリフローに関する。
関するものであり、より具体的にはそのような電子部品
のハンダ接合部のリフローに関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ部品の高精度アライメントを
要するアプリケーションにおいては、光学部品と所望の
ターゲット間のアライメントを維持しつつその光学部品
を基板へとハンダ付けすることが望ましい場合が多い。
２つ以上の部品が同じ基板を共用している場合、ハンダ
を溶解するための加熱を基板全体に印加してしまうと基
板上にあるそれぞれの部品のアライメントを維持するこ
とができないこともある。基板全体を加熱すると、他の
ハンダ接合部にリフローが生じて光学部品のミスアライ
メントの原因となり得るのである。
要するアプリケーションにおいては、光学部品と所望の
ターゲット間のアライメントを維持しつつその光学部品
を基板へとハンダ付けすることが望ましい場合が多い。
２つ以上の部品が同じ基板を共用している場合、ハンダ
を溶解するための加熱を基板全体に印加してしまうと基
板上にあるそれぞれの部品のアライメントを維持するこ
とができないこともある。基板全体を加熱すると、他の
ハンダ接合部にリフローが生じて光学部品のミスアライ
メントの原因となり得るのである。
【０００３】多くの場合、各ハンダ接合部を局所的に加
熱しつつ、それぞれの部品のアライメントが逐次実施さ
れる。局所加熱法の１つにおいては、例えばハンダごて
の先端（ハンダチップ）等の接触熱源を用いてハンダの
リフローが実施される。このリフロー法にはいくつかの
欠点がある。例えば、ハンダ接合部は通常は非常に小さ
く、ハンダチップをそのような小さいサイズに製作する
ことは困難である。更に、そのハンダチップを正確に配
置することも難しい。また、高温ハンダが用いられる場
合、ハンダチップの劣化が非常に早いため、ハンダチッ
プの取替えに要する費用や時間がかかってしまう。加え
て、小型ハンダチップをハンダ接合部上で操作すること
は、時間を要する面倒な作業である。また更には、ハン
ダチップは実際にハンダに接触させなければならないた
め、リフロー処理においてハンダチップが光学部品のア
ライメントを狂わせてしまうという潜在的な可能性もあ
る。
熱しつつ、それぞれの部品のアライメントが逐次実施さ
れる。局所加熱法の１つにおいては、例えばハンダごて
の先端（ハンダチップ）等の接触熱源を用いてハンダの
リフローが実施される。このリフロー法にはいくつかの
欠点がある。例えば、ハンダ接合部は通常は非常に小さ
く、ハンダチップをそのような小さいサイズに製作する
ことは困難である。更に、そのハンダチップを正確に配
置することも難しい。また、高温ハンダが用いられる場
合、ハンダチップの劣化が非常に早いため、ハンダチッ
プの取替えに要する費用や時間がかかってしまう。加え
て、小型ハンダチップをハンダ接合部上で操作すること
は、時間を要する面倒な作業である。また更には、ハン
ダチップは実際にハンダに接触させなければならないた
め、リフロー処理においてハンダチップが光学部品のア
ライメントを狂わせてしまうという潜在的な可能性もあ
る。
【０００４】ハンダリフローを実施するためにハンダご
てのかわりにレーザーを使用することは周知である。レ
ーザーを利用すれば、ハンダごてによるリフロー処理の
欠点の一部を回避することができる上、所望領域にのみ
に焦点を合わせて熱を供給することができる。しかしな
がら、リフローにおけるレーザーの利用は、独特の欠点
も持っている。例えば、問題の１つとして、リフローに
要求される適正な温度を得るためにハンダ接合部に吸収
されるべき熱を制御しなければならないことがあげられ
る。図１に示したように、以前のレーザー光線はハンダ
パッドの上部へと直接向けられていた。図１は、従来か
ら周知のハンダ接合部アセンブリ１０の平面ブロック図
である。ハンダ接合部アセンブリ１０は、基板１１と、
その上に設けられた光学部品１２を含む。レーザー１７
の出力光線１６は、ハンダを加熱するためにハンダパッ
ド１４およびハンダ（図示せず）の上部にある。
てのかわりにレーザーを使用することは周知である。レ
ーザーを利用すれば、ハンダごてによるリフロー処理の
欠点の一部を回避することができる上、所望領域にのみ
に焦点を合わせて熱を供給することができる。しかしな
がら、リフローにおけるレーザーの利用は、独特の欠点
も持っている。例えば、問題の１つとして、リフローに
要求される適正な温度を得るためにハンダ接合部に吸収
されるべき熱を制御しなければならないことがあげられ
る。図１に示したように、以前のレーザー光線はハンダ
パッドの上部へと直接向けられていた。図１は、従来か
ら周知のハンダ接合部アセンブリ１０の平面ブロック図
である。ハンダ接合部アセンブリ１０は、基板１１と、
その上に設けられた光学部品１２を含む。レーザー１７
の出力光線１６は、ハンダを加熱するためにハンダパッ
ド１４およびハンダ（図示せず）の上部にある。
【０００５】レーザー出力１６を直接ハンダパッド１４
上へと向けた場合、ハンダ接合部のハンダ表面の仕上が
り状態が領域によってばらついてしまうという問題があ
る。この表面仕上げのばらつきは、ハンダに吸収されず
に表面から反射されるエネルギー量のばらつきの原因と
なる。反射される熱量は、ハンダの表面状態によりハン
ダ接合部ごとに大きく異なってしまうことになる。例え
ば、清浄処理が不十分なためにハンダ接合部にフラック
スが残っていた場合、そのハンダの反射率に影響を与え
る。更に、ハンダによるエネルギー吸収は、温度の関数
でもある。ハンダは通常、加熱された状態と室温状態で
は異なる吸収率を持つ。したがって、レーザー出力１６
に晒される時点の温度がわからないかぎり、ハンダは不
均一に加熱されてしまうことになる。この欠陥を修正す
るために、温度フィードバックが可能なＩＲ検出器を用
いることができるが、しかしこれを用いると、ハンダ接
合部アセンブリ１０が複雑化する。温度を直接ハンダ上
で測定することは困難である。これを行うためには通
常、ごく小型のスポットサイズを持つ高温計が用いられ
るが、これも更に複雑性とコストを押し上げてしまう。
更に、特定の条件下においては、温度センサを配置する
に充分な空間が無い場合もある。
上へと向けた場合、ハンダ接合部のハンダ表面の仕上が
り状態が領域によってばらついてしまうという問題があ
る。この表面仕上げのばらつきは、ハンダに吸収されず
に表面から反射されるエネルギー量のばらつきの原因と
なる。反射される熱量は、ハンダの表面状態によりハン
ダ接合部ごとに大きく異なってしまうことになる。例え
ば、清浄処理が不十分なためにハンダ接合部にフラック
スが残っていた場合、そのハンダの反射率に影響を与え
る。更に、ハンダによるエネルギー吸収は、温度の関数
でもある。ハンダは通常、加熱された状態と室温状態で
は異なる吸収率を持つ。したがって、レーザー出力１６
に晒される時点の温度がわからないかぎり、ハンダは不
均一に加熱されてしまうことになる。この欠陥を修正す
るために、温度フィードバックが可能なＩＲ検出器を用
いることができるが、しかしこれを用いると、ハンダ接
合部アセンブリ１０が複雑化する。温度を直接ハンダ上
で測定することは困難である。これを行うためには通
常、ごく小型のスポットサイズを持つ高温計が用いられ
るが、これも更に複雑性とコストを押し上げてしまう。
更に、特定の条件下においては、温度センサを配置する
に充分な空間が無い場合もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、当該分野にお
いては上述した欠陥および欠点を解消する方法への要求
が依然として存在するのである。
いては上述した欠陥および欠点を解消する方法への要求
が依然として存在するのである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、金属製ハンダ
パッドにではなく、基板に対する予測可能加熱を行うも
のである。ハンダ接合部リフロー用のこのシステムおよ
び方法は、レーザーを使用する。高出力レーザー光の焦
点をあわせ、所望の特定領域のみを加熱し、これにより
ハンダチップを用いた場合の全ての問題を回避するもの
である。更に、本発明のシステムおよび方法は、レーザ
ー出力を直接ハンダ自体に印加するのではなく、ハンダ
パッド近傍の基板に焦点をあわせるものである。基板の
仕上がり状態はハンダよりも均一であるため、エネルギ
ーの吸収をハンダよりも均一かつ一定して行うことがで
きるのである。レーザー出力を直接ハンダパッドにでは
なく基板上に向け、この基板を加熱することにより、よ
り均一で一定したハンダリフローが実現される。従っ
て、本発明のシステムおよび方法は、クロスリフローの
予防は勿論のこと、かさばる上に高額かつ（又は）複雑
な温度フィードバックシステムを使用する必要がないの
である。
パッドにではなく、基板に対する予測可能加熱を行うも
のである。ハンダ接合部リフロー用のこのシステムおよ
び方法は、レーザーを使用する。高出力レーザー光の焦
点をあわせ、所望の特定領域のみを加熱し、これにより
ハンダチップを用いた場合の全ての問題を回避するもの
である。更に、本発明のシステムおよび方法は、レーザ
ー出力を直接ハンダ自体に印加するのではなく、ハンダ
パッド近傍の基板に焦点をあわせるものである。基板の
仕上がり状態はハンダよりも均一であるため、エネルギ
ーの吸収をハンダよりも均一かつ一定して行うことがで
きるのである。レーザー出力を直接ハンダパッドにでは
なく基板上に向け、この基板を加熱することにより、よ
り均一で一定したハンダリフローが実現される。従っ
て、本発明のシステムおよび方法は、クロスリフローの
予防は勿論のこと、かさばる上に高額かつ（又は）複雑
な温度フィードバックシステムを使用する必要がないの
である。
【０００８】本発明においては、レーザー光線出力は、
ハンダパッドの端部から約１００μｍの位置に配置する
ことができる。レーザー光線のスポットサイズは、約４
００μｍとすることができる。レーザーパワーは、約６
Ｗとすることができる。アプリケーションによってはこ
れらのパラメータは異なっていても良い。
ハンダパッドの端部から約１００μｍの位置に配置する
ことができる。レーザー光線のスポットサイズは、約４
００μｍとすることができる。レーザーパワーは、約６
Ｗとすることができる。アプリケーションによってはこ
れらのパラメータは異なっていても良い。
【０００９】簡単に説明すると、本システムの数ある態
様のうちの１つは、以下のように実現することができ
る。ハンダリフローシステムは、基板、基板上に配置さ
れたハンダパッド、ハンダパッド上に配置された光学部
品、および基板上に配置されたレーザーを含むものであ
り、該レーザーは、その稼動時にハンダをリフローさせ
ることができるように、レーザー出力の焦点がハンダパ
ッドの充分近傍に合わせられていることを特徴とする。
ハンダリフローシステムのレーザー出力は、ハンダパッ
ドから約１００〜２００μｍ離れた位置に合わせること
ができる。基板はレーザー出力により加熱され、ハンダ
へと熱を伝導する。
様のうちの１つは、以下のように実現することができ
る。ハンダリフローシステムは、基板、基板上に配置さ
れたハンダパッド、ハンダパッド上に配置された光学部
品、および基板上に配置されたレーザーを含むものであ
り、該レーザーは、その稼動時にハンダをリフローさせ
ることができるように、レーザー出力の焦点がハンダパ
ッドの充分近傍に合わせられていることを特徴とする。
ハンダリフローシステムのレーザー出力は、ハンダパッ
ドから約１００〜２００μｍ離れた位置に合わせること
ができる。基板はレーザー出力により加熱され、ハンダ
へと熱を伝導する。
【００１０】本発明は更に、ハンダリフロー方法を提供
するものと見ることもできる。この場合、本発明は、ま
ず、光学部品アセンブリシステムを提供するステップを
含む。光学部品アセンブリは、基板、基板上に配置され
たハンダパッド、ハンダパッド上に配置されたハンダお
よびこれもまたハンダパッド上に配置された光学部品を
含む。上記アセンブリシステムは、更にレーザーを含む
ものであっても良い。本発明は、更にレーザー出力を基
板上へと配置するステップを含むが、これはレーザー出
力がハンダパッドの真上ではなく、ハンダパッドの充分
近傍に収束されることになるように配置するものであ
る。その後レーザーが稼動され、それによってエネルギ
ーが基板を通じてハンダパッドへと伝導されて、ハンダ
のリフローが実施される。
するものと見ることもできる。この場合、本発明は、ま
ず、光学部品アセンブリシステムを提供するステップを
含む。光学部品アセンブリは、基板、基板上に配置され
たハンダパッド、ハンダパッド上に配置されたハンダお
よびこれもまたハンダパッド上に配置された光学部品を
含む。上記アセンブリシステムは、更にレーザーを含む
ものであっても良い。本発明は、更にレーザー出力を基
板上へと配置するステップを含むが、これはレーザー出
力がハンダパッドの真上ではなく、ハンダパッドの充分
近傍に収束されることになるように配置するものであ
る。その後レーザーが稼動され、それによってエネルギ
ーが基板を通じてハンダパッドへと伝導されて、ハンダ
のリフローが実施される。
【００１１】上述した利点の全てが本発明の全実施例に
実現されるわけではないことは言うまでもない。更に、
他のシステム、方法、特徴および他の本発明の利点は、
以下の詳細説明と添付図を参照することにより当業者に
明らかとなる。詳細説明に示すこれらの更なるシステ
ム、方法、特徴および利点は、本発明の範囲に入るもの
であり、請求項による保護の対象となるものである。
実現されるわけではないことは言うまでもない。更に、
他のシステム、方法、特徴および他の本発明の利点は、
以下の詳細説明と添付図を参照することにより当業者に
明らかとなる。詳細説明に示すこれらの更なるシステ
ム、方法、特徴および利点は、本発明の範囲に入るもの
であり、請求項による保護の対象となるものである。
【００１２】本発明の多くの態様へのより深い理解は、
添付図を参照することにより得ることができる。図中の
部品は、必ずしも相互の寸法が正確に描かれているわけ
ではなく、本発明の原理を明確に説明することに比重を
おいて描かれたものである。更に、複数の図を通して同
様の符号は対応する部品を示すものである。
添付図を参照することにより得ることができる。図中の
部品は、必ずしも相互の寸法が正確に描かれているわけ
ではなく、本発明の原理を明確に説明することに比重を
おいて描かれたものである。更に、複数の図を通して同
様の符号は対応する部品を示すものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】図（同様の部品は複数の図を通じ
て同様の符号で示した）に示した本発明の詳細について
説明する。先にも述べたように、本発明は、一般にハン
ダ接合部のリフロー方法に関するものである。図２は、
本発明のシステムおよび方法によりリフローを実施する
ことが可能なハンダ接合部アセンブリ３０を示してい
る。ハンダ接合部アセンブリ３０は、基板３１と、その
上に配置された光学部品３２を含んでいる。ハンダパッ
ド３４は基板３１上に配置されており、ハンダ３３（図
３Ａ、図３Ｂ）がそのハンダパッド３４上に配置されて
いる。ハンダ３３は、従来から周知のいずれのハンダで
も良いが、金・錫合金が望ましい。レーザー出力３６
は、ハンダパッド３４上ではなく、基板３１上に配置さ
れているが、レーザー３７は電源が投入された場合にハ
ンダ３３のリフローが生じるように、ハンダパッド３４
に充分近い位置にある。基板３１は、レーザー３７が発
する波長のエネルギーを吸収することができる材料（例
えば、非金属製の材料）から成る。基板３１は、例えば
セラミック又はシリコン等から作ることができるが、こ
れらに限られない。例えば、基板３１は酸化アルミニウ
ムセラミックであっても良い。基板３１は、ハンダ３３
よりも均一な仕上げが施されているため、ハンダ３３よ
りも大幅に均一で一定したエネルギー吸収を行うことが
できる。更に、基板３１は、吸収率が温度の関数ではな
い材料から構成することができるため、ほぼ均一に加熱
することが可能である。レーザー３７のレーザー出力３
６がハンダパッド３４に充分近ければ、基板材料３１が
レーザー出力３６の充分なエネルギーをハンダ接合部へ
と伝導し、リフローを生じさせることができる。この結
果、温度フィードバック装置を要することなく、レーザ
ー３７の所定のスポットサイズおよび所定のパワーレベ
ルにおいて一定したリフローを実施することができるの
である。
て同様の符号で示した）に示した本発明の詳細について
説明する。先にも述べたように、本発明は、一般にハン
ダ接合部のリフロー方法に関するものである。図２は、
本発明のシステムおよび方法によりリフローを実施する
ことが可能なハンダ接合部アセンブリ３０を示してい
る。ハンダ接合部アセンブリ３０は、基板３１と、その
上に配置された光学部品３２を含んでいる。ハンダパッ
ド３４は基板３１上に配置されており、ハンダ３３（図
３Ａ、図３Ｂ）がそのハンダパッド３４上に配置されて
いる。ハンダ３３は、従来から周知のいずれのハンダで
も良いが、金・錫合金が望ましい。レーザー出力３６
は、ハンダパッド３４上ではなく、基板３１上に配置さ
れているが、レーザー３７は電源が投入された場合にハ
ンダ３３のリフローが生じるように、ハンダパッド３４
に充分近い位置にある。基板３１は、レーザー３７が発
する波長のエネルギーを吸収することができる材料（例
えば、非金属製の材料）から成る。基板３１は、例えば
セラミック又はシリコン等から作ることができるが、こ
れらに限られない。例えば、基板３１は酸化アルミニウ
ムセラミックであっても良い。基板３１は、ハンダ３３
よりも均一な仕上げが施されているため、ハンダ３３よ
りも大幅に均一で一定したエネルギー吸収を行うことが
できる。更に、基板３１は、吸収率が温度の関数ではな
い材料から構成することができるため、ほぼ均一に加熱
することが可能である。レーザー３７のレーザー出力３
６がハンダパッド３４に充分近ければ、基板材料３１が
レーザー出力３６の充分なエネルギーをハンダ接合部へ
と伝導し、リフローを生じさせることができる。この結
果、温度フィードバック装置を要することなく、レーザ
ー３７の所定のスポットサイズおよび所定のパワーレベ
ルにおいて一定したリフローを実施することができるの
である。
【００１４】理想的には、レーザー出力３６のサイズ
（一般的にスポットサイズと呼ばれる）は、レーザー３
７から熱を印加した際に基板３１を焦がすほど出力を集
中させないように、あまり小さくしない方が望ましい。
一実施例においては、スポットサイズは基板３１の焦げ
や融解を生じない程度に大型、かつ、目的のハンダ接合
部又はハンダ接合部近傍に直接熱を印加しないで済む程
度に小型となるようにバランスがとられている。スポッ
トサイズは、レーザービームの焦点をぼかすことにより
制御されているため、レーザー３７の基板３１からの距
離によって決定される。スポットサイズの直径は、約２
００μｍ〜５００μｍの範囲で変えることができる。ハ
ンダ３３のリフローに用いることができるレーザー３７
の種類は通常、ハンダ３３をリフローし得る熱を伝える
ことができるいずれの高出力レーザーでも良い。レーザ
ー３７は、例えば約１５Ｗのファイバレーザーとするこ
とができるが、これに限られない。例えばレーザー３７
は、ＳＤＬ，Ｉｎｃ．（カリフォルニア州サンノゼ市）
から市販されているもののような、１．１μｍ波長の１
５Ｗレーザーとすることができる。金・錫共晶ハンダを
上に設けた３００μｍｘ５００μｍサイズの金メッキハ
ンダパッドの場合、６Ｗのレーザーパワーがあれば、ハ
ンダを充分にリフローすることができる。
（一般的にスポットサイズと呼ばれる）は、レーザー３
７から熱を印加した際に基板３１を焦がすほど出力を集
中させないように、あまり小さくしない方が望ましい。
一実施例においては、スポットサイズは基板３１の焦げ
や融解を生じない程度に大型、かつ、目的のハンダ接合
部又はハンダ接合部近傍に直接熱を印加しないで済む程
度に小型となるようにバランスがとられている。スポッ
トサイズは、レーザービームの焦点をぼかすことにより
制御されているため、レーザー３７の基板３１からの距
離によって決定される。スポットサイズの直径は、約２
００μｍ〜５００μｍの範囲で変えることができる。ハ
ンダ３３のリフローに用いることができるレーザー３７
の種類は通常、ハンダ３３をリフローし得る熱を伝える
ことができるいずれの高出力レーザーでも良い。レーザ
ー３７は、例えば約１５Ｗのファイバレーザーとするこ
とができるが、これに限られない。例えばレーザー３７
は、ＳＤＬ，Ｉｎｃ．（カリフォルニア州サンノゼ市）
から市販されているもののような、１．１μｍ波長の１
５Ｗレーザーとすることができる。金・錫共晶ハンダを
上に設けた３００μｍｘ５００μｍサイズの金メッキハ
ンダパッドの場合、６Ｗのレーザーパワーがあれば、ハ
ンダを充分にリフローすることができる。
【００１５】少なくとも、ハンダパッド３４の外形およ
び基板３１の構造によっては、経験から判断されるレー
ザー位置を維持してレーザーパワーを印加することによ
り、温度フィードバック要素を使用せずに一定したハン
ダリフローを実現することができる。レーザー出力３６
は、ハンダパッド３４の端部から約５０〜１００μｍ離
して配置することができる。ハンダ接合部のリフローを
実現する上では、レーザー位置、レーザービームのスポ
ットサイズ、そしてレーザー出力という３つのパラメー
タを制御すると良い。異なるアプリケーションにおいて
は、これらのパラメータは異なる場合もある。
び基板３１の構造によっては、経験から判断されるレー
ザー位置を維持してレーザーパワーを印加することによ
り、温度フィードバック要素を使用せずに一定したハン
ダリフローを実現することができる。レーザー出力３６
は、ハンダパッド３４の端部から約５０〜１００μｍ離
して配置することができる。ハンダ接合部のリフローを
実現する上では、レーザー位置、レーザービームのスポ
ットサイズ、そしてレーザー出力という３つのパラメー
タを制御すると良い。異なるアプリケーションにおいて
は、これらのパラメータは異なる場合もある。
【００１６】図３Ａは、ハンダ接合部のリフローを実施
する前のハンダ接合部アセンブリ３０の断面図を描いた
ものである。光学部品３２はハンダ３３の上に配置され
ており、ハンダ３３はハンダパッド３４の上にある。そ
してハンダパッド３４は基板３１上に配置されている。
図３Ｂに示したように、リフロー後においては、光学部
品３２はハンダ３３中にしっかりと付着し、ハンダパッ
ド３４上に配置された状態となる。
する前のハンダ接合部アセンブリ３０の断面図を描いた
ものである。光学部品３２はハンダ３３の上に配置され
ており、ハンダ３３はハンダパッド３４の上にある。そ
してハンダパッド３４は基板３１上に配置されている。
図３Ｂに示したように、リフロー後においては、光学部
品３２はハンダ３３中にしっかりと付着し、ハンダパッ
ド３４上に配置された状態となる。
【００１７】図４は、レーザー３７およびその機能を制
御する装置およびシステムを描いたものである。レーザ
ー出力３６はＸ、ＹおよびＺ方向に動かすことが可能で
あり、これにより、基板３１の適正位置へと配置して光
学部品アセンブリ４０のハンダ３３（図３Ａおよび図３
Ｂ）のリフローを行うことができる。レーザー３７は、
周知のＸＹＺ位置決めシステム２０に取り付けられてお
り、位置決めシステム２０はＸＹＺコントローラ２２に
接続している。ＸＹＺコントローラ２２は、コンピュー
タインターフェース２６を介してコンピュータ２４に接
続している。一実施例においては、レーザー３７は、ハ
ンダ接合部アセンブリ３０の作業面から、例えば１５０
ｍｍ程度上に配置することができるが、これに限られた
ものではない。レーザー出力３６の位置決め方法として
は他にも多くの方法があり、これに限られたものではな
いがレーザービームステアリングミラーを用いた方法も
ある。
御する装置およびシステムを描いたものである。レーザ
ー出力３６はＸ、ＹおよびＺ方向に動かすことが可能で
あり、これにより、基板３１の適正位置へと配置して光
学部品アセンブリ４０のハンダ３３（図３Ａおよび図３
Ｂ）のリフローを行うことができる。レーザー３７は、
周知のＸＹＺ位置決めシステム２０に取り付けられてお
り、位置決めシステム２０はＸＹＺコントローラ２２に
接続している。ＸＹＺコントローラ２２は、コンピュー
タインターフェース２６を介してコンピュータ２４に接
続している。一実施例においては、レーザー３７は、ハ
ンダ接合部アセンブリ３０の作業面から、例えば１５０
ｍｍ程度上に配置することができるが、これに限られた
ものではない。レーザー出力３６の位置決め方法として
は他にも多くの方法があり、これに限られたものではな
いがレーザービームステアリングミラーを用いた方法も
ある。
【００１８】レーザー出力３６のスポットサイズは、Ｘ
ＹＺ位置決めシステム２０により制御されるが、これは
レーザー３７から基板３１への距離を制御することによ
るものである。レーザー出力３６のパワーはレーザーコ
ントローラ３８により制御されるが、レーザーコントロ
ーラ３８もまた、コンピュータインターフェース２６を
介してコンピュータ２４に接続している。
ＹＺ位置決めシステム２０により制御されるが、これは
レーザー３７から基板３１への距離を制御することによ
るものである。レーザー出力３６のパワーはレーザーコ
ントローラ３８により制御されるが、レーザーコントロ
ーラ３８もまた、コンピュータインターフェース２６を
介してコンピュータ２４に接続している。
【００１９】本発明は更に、図５および図６に示したよ
うにハンダ接合部のリフロー方法にも関する。図５は本
発明の全般的な方法５０を説明するフローチャートであ
る。ステップ５２においては、基板３１を含む部品アセ
ンブリが設けられる。ステップ５３においては、部品ア
センブリの基板３１が加熱される。ステップ５４におい
ては、基板３１からハンダ３３へと熱が伝導されること
により、部品アセンブリのハンダ３３がリフローされ
る。
うにハンダ接合部のリフロー方法にも関する。図５は本
発明の全般的な方法５０を説明するフローチャートであ
る。ステップ５２においては、基板３１を含む部品アセ
ンブリが設けられる。ステップ５３においては、部品ア
センブリの基板３１が加熱される。ステップ５４におい
ては、基板３１からハンダ３３へと熱が伝導されること
により、部品アセンブリのハンダ３３がリフローされ
る。
【００２０】図６は、一実施例における方法６０を説明
するものである。ステップ６２においては、基板３１、
ハンダパッド３４、ハンダ３３および光学部品３２を含
む部品アセンブリが設けられる。更には、ステップ６４
に示したようにレーザー３７も設けられる。レーザー３
７は、基板３１上でハンダパッド３４に隣接した位置に
配置される。ステップ６６に示したように、レーザー３
７はＸＹＺコントローラにより制御することが可能であ
り、これにより、レーザー３７が稼動（powered）され
た場合には、レーザー出力３６が基板３１を適正に加熱
することになる。レーザー出力３６は図４に示した装置
およびシステムを用いて位置決めすることができる。レ
ーザー出力３６は、ハンダ接合部アセンブリ３０のリフ
ローにおいてハンダ３３に十分な加熱が行われるよう
に、ハンダパッド３４に充分近い位置に配置されること
が望ましい。ステップ６８においては、レーザー３７が
稼動される。ステップ７０に示したように、レーザー出
力３６から発されたエネルギーは基板３１に吸収され
る。ステップ７２においては、基板３１に吸収された熱
がハンダ３３へと伝導される。ハンダ３３はこれにより
均一に加熱され、リフローが生じる。
するものである。ステップ６２においては、基板３１、
ハンダパッド３４、ハンダ３３および光学部品３２を含
む部品アセンブリが設けられる。更には、ステップ６４
に示したようにレーザー３７も設けられる。レーザー３
７は、基板３１上でハンダパッド３４に隣接した位置に
配置される。ステップ６６に示したように、レーザー３
７はＸＹＺコントローラにより制御することが可能であ
り、これにより、レーザー３７が稼動（powered）され
た場合には、レーザー出力３６が基板３１を適正に加熱
することになる。レーザー出力３６は図４に示した装置
およびシステムを用いて位置決めすることができる。レ
ーザー出力３６は、ハンダ接合部アセンブリ３０のリフ
ローにおいてハンダ３３に十分な加熱が行われるよう
に、ハンダパッド３４に充分近い位置に配置されること
が望ましい。ステップ６８においては、レーザー３７が
稼動される。ステップ７０に示したように、レーザー出
力３６から発されたエネルギーは基板３１に吸収され
る。ステップ７２においては、基板３１に吸収された熱
がハンダ３３へと伝導される。ハンダ３３はこれにより
均一に加熱され、リフローが生じる。
【００２１】ハンダ接合部アセンブリ３０の一例におい
ては、ハンダパッド３４はその中心から約５００μｍ離
れた位置に配置することができる。２つのハンダパッド
３４の幅が各々に約３００μｍであると仮定すると、ハ
ンダパッド３４間には約２００μｍのギャップがあるこ
とになる。この実施例においては、レーザー出力３６は
その２００μｍギャップの中間に配置されるものである
が、これは熱をターゲットとなるハンダパッド３４へと
伝導するためには充分な近さである。レーザー出力３６
が、ハンダパッド３４の、先に位置決めされた隣接する
ハンダパッド３４上の部品３２とは反対側に配置された
場合、レーザー出力３６は先に位置決めされた部品３２
に影響を及ぼすことはなく、これにより既に位置決めさ
れた光学部品３２のクロスリフローやミスアライメント
の問題が低減されるものである。
ては、ハンダパッド３４はその中心から約５００μｍ離
れた位置に配置することができる。２つのハンダパッド
３４の幅が各々に約３００μｍであると仮定すると、ハ
ンダパッド３４間には約２００μｍのギャップがあるこ
とになる。この実施例においては、レーザー出力３６は
その２００μｍギャップの中間に配置されるものである
が、これは熱をターゲットとなるハンダパッド３４へと
伝導するためには充分な近さである。レーザー出力３６
が、ハンダパッド３４の、先に位置決めされた隣接する
ハンダパッド３４上の部品３２とは反対側に配置された
場合、レーザー出力３６は先に位置決めされた部品３２
に影響を及ぼすことはなく、これにより既に位置決めさ
れた光学部品３２のクロスリフローやミスアライメント
の問題が低減されるものである。
【００２２】ハンダ接合部アセンブリ３０の他の事例に
おいては、光学部品３２の一部として、Ｖ溝アセンブリ
が含まれる場合もある。Ｖ溝はより大型のハンダパッド
３４を含むため、レーザー出力３６は充分な熱をハンダ
パッド３４へと送り、ハンダ３３全体をリフローするた
めにハンダパッド３４の端部から約１００μｍから２０
０μｍの距離内に位置決めされる。
おいては、光学部品３２の一部として、Ｖ溝アセンブリ
が含まれる場合もある。Ｖ溝はより大型のハンダパッド
３４を含むため、レーザー出力３６は充分な熱をハンダ
パッド３４へと送り、ハンダ３３全体をリフローするた
めにハンダパッド３４の端部から約１００μｍから２０
０μｍの距離内に位置決めされる。
【００２３】上述した本発明の実施例は、実現可能な例
をあげたものにしか過ぎず、本発明の明確な理解を助け
るために提供したものである。上述した本発明の実施例
には、本発明の精神および原理から離れることなく多く
の様々な変更や改変を加えることが可能である。このよ
うな変更および改変は、本開示および本発明の範囲に含
まれるものであり、請求項により保護されるものであ
る。
をあげたものにしか過ぎず、本発明の明確な理解を助け
るために提供したものである。上述した本発明の実施例
には、本発明の精神および原理から離れることなく多く
の様々な変更や改変を加えることが可能である。このよ
うな変更および改変は、本開示および本発明の範囲に含
まれるものであり、請求項により保護されるものであ
る。
【図１】従来から周知の光学部品アセンブリの平面図で
ある。
ある。
【図２】本発明に基づく光学部品アセンブリの平面図で
ある。
ある。
【図３Ａ】図２の光学部品アセンブリにリフローを実施
する前の側面の断面図である。
する前の側面の断面図である。
【図３Ｂ】図２の光学部品アセンブリにリフローを実施
した後の側面の断面図である。
した後の側面の断面図である。
【図４】レーザーとレーザー制御システム、および図２
の光学部品アセンブリのブロック図と斜視図の組み合わ
せ図である。
の光学部品アセンブリのブロック図と斜視図の組み合わ
せ図である。
【図５】ハンダ接合部のリフロー法を説明するフローチ
ャートである。
ャートである。
【図６】図４に示した方法の一実施例を説明するフロー
チャートである。
チャートである。
３１ 基板
３２ 光学部品
３３ ハンダ
３４ ハンダパッド
３６ レーザー出力
３７ レーザー
４０ 光学部品アセンブリ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ウィリアム・ゴング
アメリカ合衆国カリフォルニア州94087,
サニーヴェール，カーディガン・ドライブ
739
(72)発明者 リチャード・テラ
アメリカ合衆国カリフォルニア州94087,
サニーヴェール， チロキン・コート
583
Ｆターム(参考） 5E319 AA03 AB06 AC04 BB05 CC46
CD04 CD29 GG03 GG15
Claims (24)
- 【請求項１】 基板、該基板上に配置されたハンダパッ
ド、該ハンダパッド上に配置されたハンダ、および前記
ハンダパッド上に配置された光学部品を含む部品アセン
ブリを設けるステップと、 出力を有するレーザーを設けるステップと、 前記基板を前記レーザー出力により加熱し、その熱が前
記基板を通じて前記ハンダパッドへと伝導されることに
より前記ハンダをリフローするステップと、を含むハン
ダ接合部のリフロー方法。 - 【請求項２】 前記基板が非金属であることを特徴とす
る請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記基板が、セラミックおよびシリコン
のうちの、少なくとも１つから選択されたものであるこ
とを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 前記基板が、前記ハンダパッドおよびリ
フローすべきハンダの近傍において加熱されることを特
徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】 前記基板が、前記レーザーの波長におけ
る熱を吸収することができるものであることを特徴とす
る請求項４に記載の方法。 - 【請求項６】 前記レーザーが、前記基板を加熱するこ
とができる波長の光を放射するものであることを特徴と
する請求項４に記載の方法。 - 【請求項７】 前記レーザー出力を位置決めするステッ
プを更に含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。 - 【請求項８】 ＸＹＺ位置決めシステムを用いて前記レ
ーザー出力を前記基板上に位置決めするステップを更に
含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。 - 【請求項９】 前記ハンダのリフローを行うために、前
記レーザー出力を前記ハンダパッドの充分近傍に配置す
るステップを更に含むことを特徴とする請求項７に記載
の方法。 - 【請求項１０】 前記レーザー出力を、前記ハンダパッ
ドの端部から約１００から２００μｍの位置に配置する
ステップを更に含むことを特徴とする請求項９に記載の
方法。 - 【請求項１１】 前記レーザーの位置決めを行うステッ
プが、前記レーザー出力のスポットサイズ制御を含むも
のであることを特徴とする請求項７に記載の方法。 - 【請求項１２】 前記スポットサイズの直径が、約４０
０μｍであることを特徴とする請求項１１に記載の方
法。 - 【請求項１３】 前記ハンダパッドを効果的にリフロー
するために、前記レーザーのパワー制御を実施するステ
ップを更に含むことを特徴とする請求項４に記載の方
法。 - 【請求項１４】 前記レーザーパワーが、約６ワットか
ら１５ワットであることを特徴とする請求項１３に記載
の方法。 - 【請求項１５】 基板と、該基板上に配置されたハンダ
パッドと、該ハンダパッド上に配置されたハンダと、前
記ハンダパッド上に配置された光学部品と、前記基板上
に配置されたレーザーとを備え、 前記レーザーは、稼動されて基板を加熱した場合に前記
ハンダにリフローが生じるように、レーザー出力の焦点
が前記ハンダパッドの充分近傍に合わせられていること
を特徴とするハンダリフローシステム。 - 【請求項１６】 前記基板が、前記レーザーの波長の熱
を吸収することができることを特徴とする請求項１５に
記載のハンダリフローシステム。 - 【請求項１７】 前記基板が、非金属材料から成るもの
であることを特徴とする請求項１５に記載のハンダリフ
ローシステム。 - 【請求項１８】 前記基板が、セラミックおよびシリコ
ンの中から選択された材料から成るものであることを特
徴とする請求項１５に記載のハンダリフローシステム。 - 【請求項１９】 前記レーザーが、前記基板を加熱する
ことができる波長の光を放射することを特徴とする請求
項１５に記載のハンダリフローシステム。 - 【請求項２０】 前記レーザーが、ＸＹＺコントローラ
により前記基板上に位置決めされる出力を持つものであ
ることを特徴とする請求項１５に記載のハンダリフロー
システム。 - 【請求項２１】 前記ＸＹＺコントローラが前記レーザ
ー出力のスポットサイズを制御するものであることを特
徴とする請求項２０に記載のハンダリフローシステム。 - 【請求項２２】 レーザーコントローラを更に含み、前
記レーザーコントローラが、前記ハンダパッドのリフロ
ーが効果的に実施されるように前記レーザーパワーを制
御することを特徴とする請求項１５に記載のハンダリフ
ローシステム。 - 【請求項２３】 基板、該基板上に配置されたハンダパ
ッド、該ハンダパッド上に配置されたハンダ、前記ハン
ダパッド上に配置された光学部品、および前記ハンダお
よびハンダパッドの近傍の前記基板を加熱する手段を含
む組立アセンブリと、 リフローを実施するために前記加熱手段を前記基板上の
前記ハンダパッドの充分近傍に位置決めする手段と、 前記加熱手段を稼動させる手段と、を備え、 これにより基板を介してハンダパッドへとエネルギーを
伝導して、前記ハンダの局所的リフローを実施すること
を特徴とするハンダ接合部のリフロー装置。 - 【請求項２４】 前記基板を加熱する手段が、レーザー
を含むものであることを特徴とする請求項２３に記載の
ハンダ接合部のリフロー装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10/047567 | 2002-01-15 | ||
| US10/047,567 US6680457B2 (en) | 2002-01-15 | 2002-01-15 | Reflowing of solder joints |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003224352A true JP2003224352A (ja) | 2003-08-08 |
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Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003004210A Withdrawn JP2003224352A (ja) | 2002-01-15 | 2003-01-10 | ハンダ接合部のリフロー方法、ハンダリフローシステムおよびハンダ接合部のリフロー装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6680457B2 (ja) |
| JP (1) | JP2003224352A (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| CN112404632B (zh) * | 2019-08-22 | 2022-09-02 | 台达电子工业股份有限公司 | 焊锡装置及其系统控制器 |
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|---|---|---|---|---|
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| JPH0770824B2 (ja) * | 1991-03-04 | 1995-07-31 | 松下電器産業株式会社 | 電子部品接続方法 |
| US5272307A (en) * | 1992-10-13 | 1993-12-21 | General Electric Company | Method and apparatus for laser soldering of microelectronic lead-pad assemblies on ceramic substrates |
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| US6072148A (en) * | 1996-12-10 | 2000-06-06 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. | Device for producing connections between two respective contact elements by means of laser energy |
| US5920462A (en) * | 1998-04-10 | 1999-07-06 | Ford Motor Company | Heat spreader mounting pad configurations for laser soldering |
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-
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- 2002-01-15 US US10/047,567 patent/US6680457B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2003
- 2003-01-10 JP JP2003004210A patent/JP2003224352A/ja not_active Withdrawn
Also Published As
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|---|---|
| US20030132273A1 (en) | 2003-07-17 |
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