JP2003298224A - 電子部品のはんだ付け方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 はんだ付け部周辺に付着するはんだボールの
発生を抑え、かつ、ぬれ性良好なはんだ付け部を得るこ
とができ、短時間ではんだ付けが可能な、電子部品のは
んだ付け方法及びその装置を提供する。 【解決手段】 はんだ付けの接合箇所１０にレーザ光４
を照射すると共に、加熱された高温シールドガス１５を
吹き付けてはんだ付けを行う電子部品のはんだ付け方法
において、レーザ光４の光軸をガスノズル１１内に配置
し、ノズルチップ１６内のレーザ光４の進行経路と実質
的に干渉しない位置に、高温シールドガス１５が通過可
能な蓄熱材１７を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品をプリン
ト基板に表面実装するためのはんだ付け方法及びその装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリント基板などに搭載される表面実装
用の電子部品としては、ＱＦＰ（QuadFlat Package) タ
イプやＳＯＰ(Small Outline Package) タイプなどのフ
ラットパッケージＩＣ（以下ＦＰＩＣという）がある。

【０００３】これらの電子部品のリード端子とプリント
基板側の配線電極との接続は、はんだ付けなどの方法に
より行われる。通常、はんだ付けの方法としては、量産
が可能なリフロー炉による処理が主流を占めている。ま
た、リフロー炉による処理のできない電子部品の場合
は、後付け工程ではんだゴテ、光ビーム、熱風、あるい
はレーザ光などによる方法が行われる。

【０００４】また、はんだ付け部へのはんだ材の供給方
法としては、予めプリント基板の配線パターン上にはん
だペーストをスクリーン印刷しておく方法や、微小量の
塗布が繰り返し可能なディスペンサーによる方法や、は
んだワイヤを自動供給する方法などがある。

【０００５】更に、はんだ付け時には、はんだ材ととも
にフラックスが使用される。はんだ接合のメカニズム
は、加熱時にフラックスがまず先に溶解し、接合部表面
の酸化膜を化学的に剥離する。そして、その表面上で溶
けたはんだがぬれ広がり、電子部品のリード端子とプリ
ント基板の配線電極とがはんだ材を介して接合されるの
である。

【０００６】一方、特開昭６１−２５３１７０号公報に
は、レーザ発生源と、該発生源から発生されるレーザ光
をはんだと被加工物とで構成される被接合部位に照射す
るためのレーザ照射部とを少なくとも備え、該レーザ光
の照射によって被接合部位から発生する光遮蔽物を除去
するためのガス吐出手段を更に設けたことを特徴とする
レーザはんだ付け装置が開示されている。また、レーザ
光照射ノズルにガスを導入して、レーザ光の出射口と、
ガス吐出口とを共用させた実施態様が示されている。ま
た、光遮蔽物を除去するためのガスとして加熱空気を用
いると、はんだ付け効率やはんだ品質の向上に有効であ
るとともに、不活性ガスを用いると、はんだ付け最中の
はんだの酸化によるはんだ付け品質の劣化防止に有効で
あることが記載されている。

【０００７】また、特開平５−１０４２７９号公報に
は、キセノンランプ又はＹＡＧレーザ発振器などの発光
部と、前記発光部の光の集光部を有する集光手段を備
え、前記集光部の近傍に位置させたはんだ付け部などの
被加熱物に集光した光を照射して、前記被加熱物を加
熱、溶融する光加熱装置であって、前記被加熱物の周辺
の雰囲気の酸素濃度を５％以下とする不活性ガスあるい
は還元性ガスよりなるシールドガスの供給手段を備えた
光加熱装置が開示されている。また、シールドガスのガ
スノズルを通して、集光手段によって集光されたレーザ
光を照射する実施態様が示されている。また、ガス温度
調整器を使用し、シールドガスを加熱して用いることに
より、はんだ付け部を予熱することが記載されている。

【０００８】上記の特開昭６１−２５３１７０号および
特開平５−１０４２７９号の各公報には、レーザ光の照
射と、加熱された不活性ガス等の吹き付けとを併用し
て、はんだ付けを行う方法が示されている。

【０００９】更にまた、特開平５−９２２７５号公報に
は、はんだ付けされる基板をプリヒートする際に均一な
温度分布を得るための加熱装置として、本体ケースの一
側に空気吹き込み口が設けられ、本体ケースの内部にヒ
ータが設けられ、本体ケースの他側の開口に、触媒用多
孔質材にて形成された熱風吹き出し板が設けられた加熱
装置が開示されている。また、触媒用多孔質材として、
ウレタンフォームを基材とした三次元網状の骨格構造を
有する材料を用いた実施態様が示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このような電子部品の
はんだ付け方法では、フラックスの溶融、蒸発時と、は
んだ溶融時において、溶融したはんだの内部の気泡（ガ
ス）が膨脹して破裂するために、その際はんだが微小粒
子となって飛び散りやすい。このはんだボールが付着し
たプリント基板をそのまま使用すると、何らかの振動等
によりはんだボールが落下、あるいは移動して、他の接
続配線部に入り込み、短絡などの原因となり、プリント
基板の信頼性を損なうことになる。

【００１１】また、従来のリフロー炉による処理の場合
は、はんだボールやフラックス残渣などは、次の洗浄工
程で除去されてきた。しかし、最近では、フロンなどに
よる洗浄は環境問題を招くことが指摘され、洗浄工程を
省略することが多くなってきた。このため、はんだボー
ルの発生を効果的に抑制できるはんだ付け技術の開発が
望まれていた。

【００１２】更に、リフロー炉による処理ができない後
付け部品のはんだ付けでは、例えば、はんだゴテ、光ビ
ーム、熱風、レーザ光などにより局所加熱することが行
われているが、はんだ付け部の温度急上昇などの影響
で、はんだボールの発生がより多くなることもあった。

【００１３】一方、特に、上記の特開平５−１０４２７
９号公報には、レーザ光の照射に、不活性ガスあるいは
還元性ガスよりなる加熱されたシールドガスの吹き付け
を併用することにより、はんだボールの発生を防止でき
ることが示されているが、加熱ガスがノズルの先端から
単純に吐出されるので、加熱される範囲の温度分布は中
央部の温度が高く、周辺へ広がるにつれて温度は次第に
低くなるような山型の温度分布となる。

【００１４】これによって、例えば、ＳＯＰの多数のリ
ード端子を相対的に移動させながらはんだ付けするよう
な場合に接合箇所の温度分布が不均一になりやすく、は
んだボールが部分的に発生したり、あるいはぬれ性が不
足したりするという問題点があった。

【００１５】また、連続的にリフロー炉による処理ので
きない電子部品の後付け工程においては、加熱ガスをＯ
Ｎ／ＯＦＦすることがあるが、この場合、加熱ガスをＯ
ＦＦしたときに雰囲気温度の低下が速く、再度、加熱ガ
スをＯＮしたときの温度回復に時間がかかるので、はん
だ付けの処理時間が長くなるという問題点もあった。

【００１６】更に、特開平５−９２２７５号公報の従来
技術においては、はんだ付けされる基板を均一に予熱で
きるものの、リフロー炉による処理において予め基板全
体を加熱する方法であるため、接合箇所を局所加熱する
場合には直接適用できないという問題点があった。

【００１７】本発明は、以上の問題点を鑑みなされたも
ので、電子部品のはんだ付け部周辺に付着するはんだボ
ールの発生を抑え、かつ、ぬれ性良好なはんだ付け部を
得ることができ、しかも、加熱ガスをＯＮ／ＯＦＦさせ
た場合にも短時間ではんだ付けが可能な、電子部品のは
んだ付け方法及びその装置を提供することを目的とす
る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の電子部品のはんだ付け方法は、プリント基
板の配線電極上に電子部品のリード端子を設置し、該リ
ード端子の設置部分にレーザ光を照射すると共に、不活
性ガスあるいは還元性ガスよりなる加熱されたシールド
ガスを吹き付けてはんだ付けを行う電子部品のはんだ付
け方法において、前記レーザ光の光軸を前記シールドガ
スの吹き出し口内に配置し、前記シールドガスの吹き出
し口内の前記レーザ光の進行経路と実質的に干渉しない
位置に、前記シールドガスが通過可能な蓄熱材を設ける
ことを特徴とする。

【００１９】本発明のはんだ付け方法によれば、不活性
ガスあるいは還元性ガスよりなる加熱されたシールドガ
スが、吹き出し口の手前で蓄熱材を通過することで保
温、蓄熱される。これによって、吹き出し温度やガス圧
力が均一化されるので、接合箇所を均一に加熱すること
が可能となり、これによって、はんだボールの発生が抑
制され、はんだのぬれ性が向上する。

【００２０】また、連続的にリフロー炉による処理ので
きない電子部品の後付け工程において加熱ガスをＯＮ／
ＯＦＦする場合にも、蓄熱材の保温・蓄熱効果により、
加熱ガスをＯＦＦしたときの雰囲気ガスの温度の低下が
少なく、再度、加熱ガスをＯＮしたときに速やかにはん
だ付け処理を行うことができる。

【００２１】本発明のはんだ付け方法においては、前記
蓄熱材が金属の多孔質メッシュであることが好ましい。
これによれば、金属は熱伝導性に優れ、しかも多孔質メ
ッシュによって大きな接触面積が確保されるので、より
優れた保温性、蓄熱性を得ることができる。

【００２２】また、前記シールドガスの吹き出し口の形
状を細長いスリット状にすると共に、前記レーザ光を線
状ビームとなるように集光させつつ、前記シールドガス
の吹き出し口内を通過させて照射することが好ましい。
これによれば、電子部品から突出する複数のリード端子
の列に沿って一度にシールドガスを吹き付けて予熱又は
余熱し無酸化雰囲気を形成することができ、その状態で
リード端子の列に沿って一度にレーザ光を照射できるの
で、複数のリード端子を同時に加熱して、短時間で効率
よくはんだ付けすることができ、はんだ付けの作業性を
より向上することができる。

【００２３】更に、プリント基板の配線電極上に設置さ
れた電子部品のリード端子の配列方向に合わせて、前記
シールドガスの吹き出し口を回転させると共に、前記レ
ーザ光の線状ビームも該吹き出し口と一緒に回転させる
ことが好ましい。これによれば、リード端子が電子部品
のチップの縦辺と横辺の両方から出ているような場合で
も、電子部品等の設置方向を変更せずに、シールドガス
の吹き出し口及びレーザ光の線状ビームを回転させるだ
けで、はんだ付け作業を行うことができる。

【００２４】一方、本発明の電子部品のはんだ付け装置
は、プリント基板の配線電極上に電子部品のリード端子
を設置し、該リード端子の設置部分を加熱してはんだ付
けする電子部品のはんだ付け装置において、レーザ光を
集光して所定箇所に照射するレーザ光照射手段と、不活
性ガスあるいは還元性ガスよりなる加熱されたシールド
ガスを所定箇所に吹き付けるシールドガス吹き付け手段
とを備え、前記レーザ光の光軸が前記シールドガスの吹
き出し口内に配置され、前記シールドガスの吹き出し口
内の前記レーザ光の進行経路と実質的に干渉しない位置
に、前記シールドガスが通過可能な蓄熱材が設けられて
いることを特徴とする。

【００２５】本発明のはんだ付け装置によれば、不活性
ガスあるいは還元性ガスよりなる加熱されたシールドガ
スが、吹き出し口の手前で蓄熱材を通過することで保
温、蓄熱される。これによって、吹き出し温度やガス圧
力が均一化されるので、接合箇所を均一に加熱すること
が可能となり、これによって、はんだボールの発生が抑
制され、はんだのぬれ性が向上する。

【００２６】また、連続的にリフロー炉による処理ので
きない電子部品の後付け工程において加熱ガスをＯＮ／
ＯＦＦする場合にも、蓄熱材の保温・蓄熱効果により、
加熱ガスをＯＦＦしたときの雰囲気ガスの温度の低下が
少なく、再度、加熱ガスをＯＮしたときに速やかにはん
だ付け処理を行うことができる。

【００２７】本発明のはんだ付け装置においては、前記
蓄熱材が金属の多孔質メッシュであることが好ましい。
これによれば、金属は熱伝導性に優れ、しかも多孔質メ
ッシュによって大きな接触面積が確保されるので、より
優れた保温性、蓄熱性を得ることができる。

【００２８】また、前記シールドガス吹き付け手段の吹
き出し口が細長いスリット状をなし、前記レーザ光照射
手段は、レーザ光を線状ビームとなるように集光させる
集光手段を有し、この集光手段によって形成される線状
ビームの光軸が前記シールドガス吹き付け手段の吹き出
し口内に配置されていることが好ましい。これによれ
ば、電子部品から突出する複数のリード端子の列に沿っ
て一度にシールドガスを吹き付けて予熱又は余熱し無酸
化雰囲気を形成することができ、その状態でリード端子
の列に沿って一度にレーザ光を照射できるので、複数の
リード端子を同時に加熱して、短時間で効率よくはんだ
付けすることができ、はんだ付けの作業性をより向上す
ることができる。

【００２９】また、前記シールドガス吹き付け手段の吹
き出し口と、この吹き出し口内に光軸を有する前記線状
ビームとを、一緒に回転させる回転手段を有することが
好ましい。これによれば、リード端子が電子部品のチッ
プの縦辺と横辺の両方から出ているような場合でも、電
子部品等の設置方向を変更せずに、シールドガスの吹き
出し口及びレーザ光の線状ビームを回転させるだけで、
はんだ付け作業を行うことができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】図１〜３には、本発明のはんだ付
け装置の一実施形態が示されている。

【００３１】図１は本発明によるはんだ付け装置の一実
施形態を示す概略構成図であり、図２は本発明によるは
んだ付け装置におけるガスノズル近傍の部分拡大断面図
であり、図３は図２の底面図である。

【００３２】図１において、ＹＡＧレーザ等のレーザ発
振器１は、光ファイバ２を介して集光ユニット３に接続
されており、これらが本発明におけるレーザ光照射手段
を構成している。レーザ発振器１で出力されたレーザ光
４は、光ファイバ２を通して伝送され、集光ユニット３
を通して集光される。

【００３３】集光ユニット３のレーザ光出射面には、ガ
スノズル１１が取付けられている。この場合、加熱され
たシールドガスの熱が、集光ユニット３側に伝導して熱
くならないように、接続境界部にはエアギャップが設け
られ、更に断熱材、例えば「デュロストーン」（商品
名、ロッシェリンググループ製）が介装されて、熱絶縁
がなされている。

【００３４】図２に示すように、ガスノズル１１の内径
側には内側ノズル１０１が設けられており、ガスノズル
１１の集光ユニット３側の端面は、レーザ光を透過する
透明パネル１９で覆われ、ガスノズル１１の反対側の端
面には、シールドガスの吹き出し口を有するノズルチッ
プ１６が取付けられている。

【００３５】また、図３に示すように、ノズルチップ１
６内には、リング状をなす蓄熱材１７が配置されてお
り、レーザ光の進行経路が蓄熱材１７と実質的に干渉し
ないように中央にレーザ光通過穴１８が設けられてい
る。そして、図２に示すように、内側ノズル１０１のノ
ズルチップ１６側の端部１０１Ａは、ノズルチップ１６
側に向かって閉じる円錐状に形成されるとともに、その
先端部に蓄熱材１７のレーザ光通過穴１８と同軸で、か
つ、同じ内径の開口部が設けられており、この開口部と
蓄熱材１７の集光ユニット３側の端面が接するようにし
て蓄熱材１７が配設されている。

【００３６】ガスノズル１１の周面の１箇所には、窒素
ガス等のシールドガス１４を導入する導入口１３が形成
されている。また、ガスノズル１１と内側ノズル１０１
との間の空間１１１には、電気ヒータ１２と加熱温度を
検出し制御するための図示しない熱電対とが配置されて
おり、上記導入口１３から空間１１１内に導入されたシ
ールドガス１４を加熱して高温シールドガス１５とし、
この高温シールドガス１５をノズルチップ１６内に配置
された蓄熱材１７を通して噴出するようになっている。
また、前記集光ユニット３を通して集光されたレーザ光
は、蓄熱材１７に設けられたレーザ光通過穴１８を通っ
て出力されるようになっている。

【００３７】また、内側ノズル１０１の集光ユニット３
側の端部１０１Ｂは集光ユニット３側に向かって開く円
錐状に形成されるとともに、その先端部がガスノズル１
１の内周面と接するように形成されているが、端部１０
１Ｂのうち導入口１３の近傍部分のみは図２に示すよう
に切り欠き部１０２が設けられており、導入口１３から
流入するシールドガス１４の一部は切り欠き部１０２を
介して内側ノズル１０１の内径側の空間１１２内に流入
し、レーザ光通過穴１８を通して、加熱されないシール
ドガス１４Ａとして流出するようになっている。なお、
このレーザ光通過穴１８を通して流出する加熱されない
シールドガス１４Ａの流量は微量でよく、レーザ光の通
過する空間１１２が若干の正圧になり、蓄熱材１７を通
して噴出された高温シールドガス１５が空間１１２内に
逆流してこないようにすることができればよい。

【００３８】なお、内側ノズル１０１の形状は、図２に
示される形状に限定されるものではなく、その外周面と
ノズル１１の内周面との間に電気ヒータ１２および熱電
対を収納するための空間１１１が形成されるともに、そ
の内径側にレーザ光が通るための空間１１２が形成さ
れ、導入口１３から流入するシールドガス１４が空間１
１１と空間１１２とに分流するようになっていればよ
い。

【００３９】一方、プリント基板８の表面には配線電極
９が形成されており、例えばＦＰＩＣ（フラットパッケ
ージＩＣ）などの電子部品５のリード端子６が、上記配
線電極９の対応する部分に当接するように設置されてい
る。配線電極９のはんだ付け部分には、はんだペースト
をスクリーン印刷してなるはんだ層７が予め形成されて
いる。そして、リード端子６と、はんだ層７と、配線電
極９とが上下に当接し合った部分が、はんだ付けすべき
接合箇所１０をなしている。

【００４０】次に、上記はんだ付け装置を用いた本発明
によるはんだ付け方法の一実施形態を説明する。

【００４１】電子部品５の両側から延出する複数本のリ
ード端子６を、プリント基板８の配線電極９の対応する
部分に当接するように位置決めして、電子部品５をプリ
ント基板８上に載置しておく。なお、配線電極９のはん
だ付けすべき箇所には前記はんだ層７が形成されてお
り、リード端子６は、このはんだ層７を介して配線電極
９上に載置される。また、はんだ層７のはんだ材として
は、通常使用される共晶はんだ（Ｐｂ−Ｓｎ）や、鉛フ
リーはんだなど、電子部品用のはんだ材が用いられる。

【００４２】この状態で、導入口１３から窒素ガス等の
シールドガス１４をガスノズル１１内に導入する。シー
ルドガス１４は、ガスノズル１１内に配置された電気ヒ
ータ１２によって好ましくは５０〜３００℃、より好ま
しくは１５０〜２５０℃に加熱されて高温シールドガス
１５となり、この高温シールドガス１５が、蓄熱材１７
及びレーザ光通過穴１８を通して、接合箇所１０に吹き
付けられる。なお、このときの高温不活性ガス１５の噴
出圧は０．０１〜０．５ＭＰａ、流速は０．５〜１０Ｎ
Ｌ（リットル）／分（ワークの大きさによる）が好まし
い。

【００４３】ここで、本発明においては、この蓄熱材１
７の存在により、高温シールドガス１５が均一なガス流
速、温度となって吐出されるので、接合箇所１０におい
て、均一な圧力、温度を得ることが可能になる。これに
より、接合箇所１０を均一に予熱することが可能となる
ので、はんだボールの発生が抑制され、はんだのぬれ性
が向上する。

【００４４】蓄熱材１７としては、蓄熱性がある材質で
あって高温シールドガス１５が蓄熱材１７中を通過可能
であり、高温に耐える耐熱温度を有しているものが使用
可能であるが、セラッミクス、樹脂等よりも熱伝導性に
優れる金属の多孔質メッシュであることが好ましい。ま
た、金属としては、熱伝導率、耐熱性、強度、コスト等
の点からステンレスを用いることが好ましいが、他にハ
ステロイ、モネルなどの特殊合金なども使用できる。

【００４５】このような蓄熱材１７としては、例えばμ
ｍ単位の精密な孔が均一に分布したステンレス板等が挙
げられる。このような金属の多孔質メッシュは、多孔質
金属プレートという名称で、例えばグローバル電子工業
株式会社等より、ろ過、空気流動、発泡、通気、消音の
目的で市販されているものが好適に使用できる。

【００４６】また、ノズルチップ１６の吹き出し口の形
状は必ずしも図３のような円形でなくともよい。ノズル
チップ１６の吹き出し口の大きさは、はんだ付けすべき
電子部品の大きさ、形状によって適宜選択すればよい
が、通常は、図３における内径ａが円に換算した直径で
１０ｍｍ以上であることが好ましい。

【００４７】また、レーザ光通過穴１８は、レーザ光が
蓄熱材１７に遮断されないように開口されていれば穴径
は小さい程よく、例えば、その内径ｂがφ３〜５ｍｍで
あることが好ましい。

【００４８】以上のように、高温シールドガス１５によ
って、接合箇所１０を均一に予熱又は余熱した後、レー
ザ発振器１からのレーザ照射を行う。

【００４９】すなわち、レーザ発振器１で出力されるレ
ーザ光４は、光ファイバ２を通して集光ユニット３に導
入され、集光ユニット３内に配置されたレンズによって
集光されて、ガスノズル１１の内部を通り、ノズルチッ
プ１６の吹き出し口の蓄熱材１７のレーザ通過穴１８か
ら出射して、接合箇所１０、特にはリード端子６に局所
的に照射される。

【００５０】その結果、レーザ光４が照射された部分を
中心としてはんだ層７が溶融してぬれ広がり、リード端
子６と配線電極９とをはんだ付けする。なお、リード端
子６及び配線電極９の表面の酸化膜は、高温シールドガ
ス１５の吹き付けとレーザ光４の照射とフラックスとに
よって、はんだ付け前に焼失、除去される。また、レー
ザ光４が照射される部分は、高温シールドガス１５が吹
き付けられる領域となっているので、加熱部分が常にシ
ールドガスでシールドされ、酸化等が防止される。

【００５１】更に、レーザ光４の光軸が高温シールドガ
ス１５のノズルチップ１６の吹き出し口内に配置されて
いるので、レーザ光４によって高温シールドガス１５の
吹き付け方向を目視で確認することができ、位置調整が
しやすい。また、高温シールドガス１５の吹き付け方向
とレーザ光４の光軸とが同じになるので、高温シールド
ガス１５のガス流が電子部品５によって影響を受けない
角度、例えば垂直方向等から吹き付けることができる。

【００５２】また、本発明においては、蓄熱材１７の存
在により、高温シールドガス１５が均一なガス流速、温
度となって吐出されるので、接合箇所１０において、均
一な圧力、温度を得ることが可能になる。これにより、
接合箇所１０を均一に予熱することが可能となるので、
はんだボールの発生が抑制され、はんだのぬれ性が向上
する。

【００５３】更にまた、蓄熱材１７の蓄熱効果によっ
て、連続的にリフロー炉による処理のできない、電子部
品の後付け工程において加熱ガスをＯＮ／ＯＦＦする場
合にも、蓄熱材１７の保温・蓄熱効果により、加熱ガス
をＯＦＦしたときの雰囲気ガスの温度の低下が少なく、
再度、加熱ガスをＯＮしたときの温度回復が速くなるの
で、短時間ではんだ付けを行うことができる。

【００５４】なお、上記レーザ光４の出力は特に限定さ
れないが、通常１〜４０Ｗ（ワークの種類、大きさによ
る）が好ましい。

【００５５】また、ＹＡＧレーザ等を用いたレーザ発振
は、通常、連続発振（ＣＷ）で行われているが、レーザ
出力をパルス化することもできる。このように、レーザ
出力をパルス化すると、レーザ光がＯＮのときに溶融、
ＯＦＦのときに冷却となる。また、このパルスの繰り返
し周波数（Ｈｚ）、あるいはパルスＯＮ時間の設定によ
り、はんだの溶融温度が制御しやすくなるため、急激な
温度上昇が抑えられ、はんだボールが発生するのを抑制
して、はんだ付け部の品質を向上させることができる。

【００５６】なお、レーザ出力をパルス化するための内
部シャッターとしては、メカシャッターでＯＮ、ＯＦＦ
するもの、電気的シャッターでＯＮ、ＯＦＦするものな
どがある。

【００５７】また、レーザ発振器としては、ＹＡＧレー
ザに限らず、熱エネルギー加工が可能であれば、他のレ
ーザを使用することもできる。また、通常のＣＷ・ＹＡ
Ｇレーザであってもよいが、パルス出力させる場合には
市販のノーマルパルスＹＡＧレーザを使用することもで
きる。ノーマルパルスＹＡＧレーザは、ピーク出力が高
いため、はんだ付けに使用されたことはなかったが、レ
ーザの出力（平均出力、パワー密度、エネルギー密度）
を極めて低く抑えることによって、はんだ付け用レーザ
への転用が可能である。

【００５８】更に、前記実施形態では、レーザ光の伝送
手段として光ファイバを用いたが、伝送手段はこれに限
るものではなく、例えば空中伝送（例えばミラーによる
反射の伝送）などの手段を用いることもできる。

【００５９】更にまた、シールドガスとしては、不活性
ガスあるいは還元性ガスのいずれでもよい。また、シー
ルドガスとして用いる不活性ガスは、上述の窒素ガスに
限らず、無酸化ガスであるヘリウムガス、アルゴンガス
でもよい。また、シールドガスとして用いる還元性ガス
は、例えば水素ガスでもよく、また、上記のような窒素
ガス等の不活性ガスと水素ガス等の還元性ガスとの混合
ガスでもよい。

【００６０】更にまた、プリント基板にはんだ付けする
電子部品としては、ＦＰＩＣに限らず、その他のＩＣ、
チップ抵抗器、電解コンデンサなどに適用することも可
能である。

【００６１】なお、本発明においては、高温シールドガ
スの出力（熱エネルギー）を、レーザ光の出力（熱エネ
ルギー）よりも大きくし、はんだ付け部分を高温シール
ドガスによって主として加熱し、レーザ光の照射による
加熱を補助的に用いてはんだ付けを行ってもよい。

【００６２】すなわち、例えば図１において、プリント
基板８上へＦＰＩＣ等の電子部品５のはんだ付けする場
合、高温シールドガス１５を接合箇所１０に直接吹き付
けて、はんだの溶融温度よりも１００〜１０℃低い温
度、より好ましくは７０〜２０℃低い温度まで加熱して
おき、その状態で補助的にレーザ光を照射してはんだを
溶融させ、はんだ付けを行うことができる。このような
はんだ付けを行うと、高温シールドガスによって均一に
加熱された領域のうち、接合箇所の中心部にレーザ光を
照射することによって局所的に迅速に高温となるため、
より速いはんだ付けが可能となり、熱エネルギーが無駄
なく効率よく利用される。また、接合箇所１０を過度に
加熱してしまうことが防止され、はんだボールの発生を
抑制し、はんだのぬれ性も向上させることができる。

【００６３】図４、５には、本発明のはんだ付け装置の
他の実施形態が示されている。図４は本発明によるはん
だ付け装置の他の実施形態を示す集光ユニット近傍の部
分拡大斜視図であり、図５は図４におけるノズルチップ
の底面図である。

【００６４】このはんだ付け装置は、集光手段としてシ
リンドリカルレンズ２５を用い、集光ユニット２３で、
コリメートされた円形断面のレーザ光２４を、シリンド
リカルレンズ２５により集光して横断面が線状のレーザ
光２６にしている。

【００６５】ノズルチップ２８は、その横断面形状が長
方形状をなす直方体で構成されており、ノズルチップ２
８内には蓄熱材２９が配置されている。さらに、図５に
示すように、蓄熱材２９の中央には、線状のレーザ光２
６の進行経路が蓄熱材２９と実質的に干渉しないように
中央にスリット状のレーザ光通過穴３０が設けられ、高
温シールドガス３１を蓄熱材２９及びレーザ光通過穴３
０から吹き出すようにしている。そして、線状のレーザ
光２６が、レーザ光通過穴３０の中央を通って高温シー
ルドガス３１のガス吹き付け領域３２内の中央に照射さ
れるようになっている。なお、上記の集光手段はシリン
ドリカルレンズに限定されるものではなく、レーザ光の
横断面が線状となるように集光させるものであればよ
い。

【００６６】上記ノズルチップ２８の吹き出し口の大き
さは、はんだ付けすべき電子部品の大きさ、形状によっ
て適宜選択すればよいが、通常は、図５における内径の
幅ｃ（ｍｍ）および長さｄ（ｍｍ）は、例えばＦＰＩＣ
の片側１辺のサイズを幅Ｃ（ｍｍ）、長さＤ（ｍｍ）と
すれば、ｃ≧Ｃ＋２、ｄ≧Ｄ＋２であることが好まし
い。例えば、はんだ付けすべきＦＰＩＣであるＳＯＰ
（Small Outline Package）のリードの片側１辺のサイ
ズが幅３（ｍｍ）×長さ１８（ｍｍ）であるとき、上記
吹き出し口のサイズを幅５（ｍｍ）×長さ２０（ｍｍ）
とすることにより、ＳＯＰの片側１辺の幅および長さに
対応させることができる。

【００６７】このように、このはんだ付け装置を用いて
はんだ付けする場合には、ノズルチップ２８から吹き出
す高温シールドガス３１が、細長いガス吹き付け領域３
２を形成し、ＳＯＰのリード端子の１辺分をガスシール
ドすることができる。この状態で線状のレーザ光２６を
移動させながらリード端子に順次照射することにより、
例えばＦＰＩＣの多数のリード端子の片側１辺を１度に
はんだ付けすることができる。また、高温シールドガス
３０のガス吹き付け領域３２内にレーザ光２６が照射さ
れるので、無酸化雰囲気にて、かつ、予熱又は余熱され
た状態で、高速、高効率に、しかも高品質のはんだ付け
が可能となる。

【００６８】なお、線状のレーザ光２６を移動させるに
伴ってガス吹き付け領域３２も移動するので、ガス吹き
付け領域３２が１辺のリード端子の全てを常にガスシー
ルドするわけではないが、実際上はこれで十分である。
なお、ガス吹き出し口の長さをもっと長くして線状のレ
ーザ光２６の移動に対して常に完全ガスシールドできる
ようにしてもかまわない。

【００６９】図６には、本発明のはんだ付け装置の更に
他の実施形態が示されている。同図に示すように、この
はんだ付け装置は、図４に示したはんだ付け装置の構成
において、シリンドリカルレンズ２５とガスノズル２７
とノズルチップ２８とを一体化して、レンズ・ガスノズ
ル・ユニット３３を構成し、図示しない駆動機構によっ
て、このレンズ・ガスノズル・ユニット３３を、レーザ
光軸３４を中心として回転可能な構造としたものであ
る。

【００７０】すなわち、シリンドリカルレンズ２５が、
光軸３４を中心に任意の方向に回転することができ、そ
のときにガスノズル２７及びノズルチップ２８も一体と
なって同一方向に回転するようになっている。また、円
形のレーザ光２４は、シリンドリカルレンズ２５で集光
されて線状のレーザ光２６となり、最後に線状ビーム３
５となって照射されるが、この線状ビーム３５も、シリ
ンドリカルレンズ２５の回転により、同一方向に回転す
る。

【００７１】したがって、電子部品、例えばＦＰＩＣの
各辺からリード線が出ている場合でも、各辺の方向に合
わせてレンズ・ガスノズル・ユニット３３を回転させる
ことにより、細長の長方形状のガス吹き出し口及び線状
ビーム３５を、各辺のリード線の配列方向に一致させる
ことができる。

【００７２】これにより、ＦＰＩＣの１つの辺から突出
する複数のリード線の配列方向に沿うようにはんだ付け
を行った後、それと直角方向の他の辺から突出する複数
のリード線の配列方向に沿うように、レンズ・ガスノズ
ル・ユニット３３を回転させてはんだ付けすることがで
き、この作業を繰り返すことによって、ＦＰＩＣの配置
等を変えずに、全てのリード線を効率よくはんだ付けす
ることができる。

【００７３】

【実施例】図１に示したはんだ付け装置を用い、プリン
ト基板８の配線電極９上に載置されたＦＰＩＣからなる
電子部品５のリード端子６を、配線電極９上に予め形成
されたはんだ層７を介してはんだ付けした。なお、この
実施例では、はんだ層７のはんだ材は、電子部品用のは
んだ材のうち、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の鉛フリーはんだと
した。このはんだ材の溶融温度は２２０〜２２１℃程度
である。

【００７４】シールドガス１４としては、窒素ガスを用
い、この窒素ガスを電気ヒータ１２で２５０℃に加熱
し、ノズルチップ１６の吹き出し口から、圧力０．２Ｍ
Ｐａ、流速１．５ＮＬ／分の条件で吹き付けた。

【００７５】また、ノズルチップ１６内には、蓄熱材１
７として、材質ステンレス、空隙率３０％であって、厚
さ５ｍｍ、直径１０ｍｍで中央に３ｍｍφのレーザ光通
過穴１８を設けたリング状の金属の多孔質メッシュを配
置した。

【００７６】一方、レーザ発振器１としては、ＹＡＧレ
ーザを用い、１０Ｗの出力のレーザ光を、０．３秒（リ
ード端子当り）の条件で照射した。

【００７７】はんだ付けに際しては、まず、上記シール
ドガス１４を吹き付けて、はんだ付けすべき箇所を上記
はんだ層７の溶融温度よりも３０℃低い温度に加熱し、
その状態で上記レーザ光をはんだ付けすべき箇所の中心
にスポット的に照射してはんだを溶融させ、はんだ付け
を行った。

【００７８】その結果、はんだ付けの速度は１リード端
子当り０．３秒で行うことが可能であり、はんだ付けし
たプリント基板８上に、はんだボールの存在は皆無であ
った。

【００７９】また、シールドガス１４の吹き付け方向
と、レーザ光４の光軸とが一致しているので、加熱スポ
ットを位置決めすることが容易であった。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電子部品のはんだ付けに際し、レーザ光と高温シールド
ガスとを併用し、レーザ光の光軸を高温シールドガスの
ガスノズルの吹き出し口内に配置すると共に、シールド
ガスの吹き出し口内の前記レーザ光の進行経路と実質的
に干渉しない位置に、シールドガスが通過可能な蓄熱材
を設けることによって、はんだボールの発生を抑え、か
つ、ぬれ性良好なはんだ付け部を得ることができ、しか
も、加熱ガスをＯＮ／ＯＦＦさせた場合にも短時間では
んだ付けを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるはんだ付け装置の一実施形態を
示す概略構成図である。

【図２】 同はんだ付け装置におけるガスノズル近傍の
部分拡大断面図である。

【図３】 図２の底面図である。

【図４】 本発明によるはんだ付け装置の他の実施形態
を示す集光ユニット近傍の部分拡大斜視図である。

【図５】 図４におけるノズルチップの底面図である。

【図６】 本発明によるはんだ付け装置の更に他の実施
形態を示す集光ユニット近傍の部分拡大斜視図である。

【符号の説明】

１：レーザ発振器 ２：光ファイバー ３、２３：集光ユニット ４、２４、２６：レーザ光 ５：電子部品 ６：リード端子 ７：はんだ層 ８：プリント基板 ９：配線電極 １０：接合箇所 １１、２７：ガスノズル １２：電気ヒータ １３：導入口 １４：シールドガス １５、３１：高温シールドガス １６、２８：ノズルチップ １７、２９：蓄熱材 １８、３０：レーザ光通過穴 １９：透明パネル ２５：シリンドリカルレンズ ３２：ガス吹き付け領域 ３３：レンズ・ガスノズルユニット ３４：光軸 ３５：線状ビーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今村 清治 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 松村 慶一 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 外薗 洋昭 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5E319 AC01 CC46 GG03

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プリント基板の配線電極上に電子部品の
   リード端子を設置し、該リード端子の設置部分にレーザ
   光を照射すると共に、不活性ガスあるいは還元性ガスよ
   りなる加熱されたシールドガスを吹き付けてはんだ付け
   を行う電子部品のはんだ付け方法において、前記レーザ
   光の光軸を前記シールドガスの吹き出し口内に配置し、
   前記シールドガスの吹き出し口内の前記レーザ光の進行
   経路と実質的に干渉しない位置に、前記シールドガスが
   通過可能な蓄熱材を設けることを特徴とする電子部品の
   はんだ付け方法。
2. 【請求項２】 前記蓄熱材が金属の多孔質メッシュであ
   る請求項１記載の電子部品のはんだ付け方法。
3. 【請求項３】 前記シールドガスの吹き出し口の形状を
   細長いスリット状にすると共に、前記レーザ光を線状ビ
   ームとなるように集光させつつ、前記シールドガスの吹
   き出し口内を通過させて照射する請求項１又は２記載の
   電子部品のはんだ付け方法。
4. 【請求項４】 プリント基板の配線電極上に設置された
   電子部品のリード端子の配列方向に合わせて、前記シー
   ルドガスの吹き出し口を回転させると共に、前記レーザ
   光の線状ビームも該吹き出し口と一緒に回転させる請求
   項３記載の電子部品のはんだ付け方法。
5. 【請求項５】 プリント基板の配線電極上に電子部品の
   リード端子を設置し、該リード端子の設置部分を加熱し
   てはんだ付けする電子部品のはんだ付け装置において、
   レーザ光を集光して所定箇所に照射するレーザ光照射手
   段と、不活性ガスあるいは還元性ガスよりなる加熱され
   たシールドガスを所定箇所に吹き付けるシールドガス吹
   き付け手段とを備え、前記レーザ光の光軸が前記シール
   ドガスの吹き出し口内に配置され、前記不活性ガスの吹
   き出し口内の前記レーザ光の進行経路と実質的に干渉し
   ない位置に、前記シールドガスが通過可能な蓄熱材が設
   けられていることを特徴とする電子部品のはんだ付け装
   置。
6. 【請求項６】 前記蓄熱材が金属の多孔質メッシュであ
   る、請求項５記載の電子部品のはんだ付け装置。
7. 【請求項７】 前記シールドガス吹き付け手段の吹き出
   し口が細長いスリット状をなし、前記レーザ光照射手段
   は、レーザ光を線状ビームとなるように集光させる集光
   手段を有し、この集光手段によって形成される線状ビー
   ムの光軸が前記シールドガス吹き付け手段の吹き出し口
   内に配置されている請求項５又は６記載の電子部品のは
   んだ付け装置。
8. 【請求項８】 前記シールドガス吹き付け手段の吹き出
   し口と、この吹き出し口内に光軸を有する前記線状ビー
   ムとを、一緒に回転させる回転手段を有する請求項７記
   載の電子部品のはんだ付け装置。