JP2004174560A - リードの接合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光を照射して電子部品のリードを溶融する際に、気化した金属等が周囲に凝縮付着して汚れの原因となるのを防止することができるリードの接合装置を提供すること。
【解決手段】リードの接合装置１０は、電子部品のリードの接合部材Ａ及び被接合部材Ｂにレーザ光を照射して、接合部材Ａ及び被接合部材Ｂを接合する。リードの接合装置１０は、接合部材Ａ及び被接合部材Ｂを加圧するため、レーザ光に対して透過性を有するとともに、密閉可能な空間部１４ａを有する押さえ部材１４と、前記押さえ部材１４の空間部１４ａに対してアシストガスを供給するガス開閉弁１７と、前記押さえ部材１４の空間部１４ａから、前記供給されたアシストガスを吸引する吸引ポンプ１８とを備える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品のリードの接合部材及び被接合部材にレーザ光を照射して前記接合部材及び被接合部材を接合するリードの接合装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、下記特許文献１乃至２に記載されている電子部品のリードの接合方法おいては、上側の接合部材と下側の接合部材とが密接した状態で、レーザ光を照射して高熱量を瞬時に与えて、上側の接合部材及び下側の接合部材を溶融させて、上側及び下側の接合部材を接合させる。
このようなレーザ光を用いた接合方法の場合、上側の接合部材と下側の接合部材とを密接させることが重要である。これは、レーザ光による接合部材の溶融が、瞬時に起こり瞬時に冷却凝固することに起因するが、レーザ光を先に受ける上側の接合部材が溶融し始め、レーザ光を後に受ける下側の接合部材に溶融が移る場合、上側及び下側の接合部材間に隙間があると熱の遮断が起こり、下側の接合部材が溶融しにくくなり、予定されたレーザ照射時間内で、レーザ接合が完了しなくなるからである。そのため、上側及び下側の接合部材間の隙間が微妙に異なると、上側及び下側の接合部材の溶融が変化し、接合形態が安定しない結果となるので、その接合形態を安定させるためには、上側の接合部材と下側の接合部材とを密接させることが重要である。
また、レーザ光を照射して電子部品のリードの接合部材を溶融する場合、接合部材の表面皮膜の金属成分（通常はすずメッキまたはニッケルメッキ）が気化したり、スパッタ（塵）、煙が発生するので、気化した金属の大半が周囲に拡散して排出され、気化した金属の一部は周囲に凝縮付着して汚れの原因となる。その場合、付着物の除去清掃は必ずしも容易ではなく、また、気化した金属の付着物の蓄積は、最終的には、後に製造される製品に悪影響を与える原因となる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−５６２９９号公報（図１及び図５、第３頁及び第４頁）
【特許文献２】
特許２７６８１４１号公報（図１及び図９、第３頁乃至第５頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載されたＩＣ部品のリード接合装置には、「レーザ光の照射により基板電極３ａ上の接合金属層４１を溶融する際に発生するフラックス煙を吸引排気する吸引手段４０が配設されている」ことが記載されている（明細書第４頁左上欄１６行乃至１８行）。しかし、特許文献１に記載された「吸引手段４０の吸引口が基板電極３ａより上方に離れており（図５参照）」、吸引排気が不十分であるので、気化した金属の一部は周囲の金属に凝縮付着して汚れの原因となる。
また、特許文献２に記載されたリードの溶接装置には、「ガス噴出ノズルより導入したシールドガスを溶接ノズル４１の内部を通じて噴出しながら、溶接ユニット４２より導かれたレーザ光を溶接ノズル４１の下端から出射し、リード５の先端部を第１の端子２に、その接点が大気に触れることなく加熱溶融して溶接する」ことが記載されている（明細書第５頁「００３２」）。しかし、特許文献２に記載された「ガス噴出ノズルより噴出したガスは周囲に散乱する」にすぎず、気化した金属の一部は周囲の金属に凝縮付着して汚れの原因となる。
そこで、本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、レーザ光を照射して電子部品のリードの接合部材及び被接合部材を溶融する際に、気化した金属等が周囲に凝縮付着して汚れの原因となるのを防止することができるリードの接合装置を提供することを目的する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため請求項１に係る発明によれば、電子部品のリードの接合部材及び被接合部材にレーザ光を照射して、前記接合部材及び被接合部材を接合するリードの接合装置において、前記電子部品のリードの接合部材及び被接合部材を加圧するため、レーザ光に対して透過性を有するとともに、密閉可能な空間部を有する押さえ部材と、前記押さえ部材の空間部に対してアシストガスを供給する供給手段と、前記押さえ部材の空間部から、前記供給されたアシストガスを吸引する吸引手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
請求項１に係るリードの接合装置によれば、押さえ部材が電子部品のリードの接合部材を被接合部材に加圧するため、前記接合部材と被接合部材との間の隙間が一定になり、リードの接合部材と被接合部材の溶融が安定化し、接合形態が安定となってリードの接合部材と被接合部材とを確実に接合することができる。また、押さえ部材はレーザ光に対して透過性を有するので、押さえ部材が電子部品のリードの接合部材を被接合部材に加圧した状態で、レーザ光を照射して電子部品のリードの接合部材を被接合部材に溶融することができる。
また、密閉可能な空間部を有する押さえ部材が、電子部品のリードの接合部材を被接合部材に加圧して、供給手段が押さえ部材の空間部に対してアシストガスを供給するので、空間部はアシストガスで充満され、アシストガスが空気を遮断するので、接合溶融時に空間部に酸素が存在しなくなって、溶融金属の酸化物が発生しない。溶融金属に酸化物が発生した場合、溶融している接合部材の物性（粘性、表面張力等）に大きな影響を与え、溶融形態が不安定なものになるため、溶融凝固していく金属の形状、物性が安定化せずに接合品質としては望ましくない。
更に、押さえ部材の空間部にアシストガスが充満して押さえ部材外側の空気と遮断される場合、熱の放散量の変化を均一化することが望ましい。レーザ光を照射して接合部材を瞬間に溶融する場合、溶融した金属は放熱を開始するが、空気中とアシストガスでは熱の放散量が異なり、押さえ部材の空間部にアシストガスと空気とが混合していると、熱の放散量が変化する。熱の放散量が変化すると、熱伝導が良い雰囲気では冷却が早く進み、溶融表面の固化が直ぐに始まり、その後内部の固化が始まるため、金属の溶融部全体では熱ひずみが残りやすく、外観的にも平坦な状態では無くなって、接合工程の品質が安定化しないという欠点が生じるので、熱の放散量の変化が均一化するのが望ましい。
また、空間部を有する押さえ部材が、電子部品のリードの接合部材を被接合部材に加圧して、供給手段が空間部に対してアシストガスを供給し、吸引手段が供給されたアシストガスを吸引するので、レーザ光を照射して電子部品のリードの接合部材を溶融する際に発生するスパッタ（塵）、発煙、気化した金属が、押さえ部材内の空間部に閉じこめられ、押さえ部材の空間部に供給されたアシストガスを吸引する場合に、スパッタ（塵）、発煙、気化した金属も除去される。これらスパッタ（塵）、気化した金属が接合部付近に付着すると、スパッタ（塵）、付着した金属などを定期的に除去清掃するメンテナンスが必要であって、生産性が低下し、コスト高をもたらす要因となるので、これらの付着を防止する観点から、押さえ部材の空間部よりスパッタ（塵）、発煙、気化した金属を除去することが重要である。
【０００７】
また、請求項２に係る発明によれば、請求項１に記載のリードの接合装置において、前記押さえ部材の底面側は、開口部となっており、その開口部に前記接合部材が密接することにより、押さえ部材の空間部が密閉可能な状態になっていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明によれば、接合部材が押さえ部材の底面側の開口部を蓋することにより、極めてコンパクトな形で、押さえ部材の空間部を密閉することができる。それにより、押さえ部材の空間部にアシストガスが充満して押さえ部材外側の空気と遮断できるので、溶融金属の酸化物の不発生による接合工程の品質の安定化、熱の放散量の変化の均一化を図るとともに、アシストガス及び電子部品のリードの接合部材を溶融する際に発生するスパッタ（塵）、発煙、気化した金属を溜めることができ、アシストガスが吸引されることにより、スパッタ（塵）、発煙、気化した金属を除去できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るリードの接合装置につき具体化した実施形態に基づいて図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本実施の形態のリードの接合装置の正面図である。図２は本実施の形態のリードの接合装置の拡大断面図である。図３は本実施の形態のリードの接合装置の拡大平面図である。図４は本実施の形態のリードの接合装置の接合強度を示すグラフである。
【００１０】
リードの接合装置１０は、図１に示すように、レーザ発振器１１と、レーザ光を照射するレーザ射出部１２と、電子部品が載置される製品ベース１３と、電子部品の上側の接合部材Ａを下側の被接合部材Ｂに加圧するための押さえ部材１４と、押さえ部材１４に対して供給するアシストガスを貯蔵するガスボンベ１５と、アシストガスを供給するためのガス制御器１６と、アシストガスの通過・不通過を制御するガス開閉弁１７とを備えている。
また、リードの接合装置１０は、押さえ部材１４に供給されたアシストガスを吸引する吸引手段としての吸引ポンプ１８と、レーザ光を照射して電子部品のリードの接合部材Ａ及び被接合部材Ｂを溶融する際に、アシストガスを吸引するとともに気化した金属を集める集塵器２０と、吸引ポンプ１８を制御するポンプ制御器２１と、集塵機２０及び後述する排出管１４ｃを接続する排気管２２と、集塵機２０及び吸引ポンプ１８を接続する吸引管２３とを備えている。
【００１１】
ガスボンベ１５内のアシストガスとしては、アルゴン、窒素等のいずれかの不活性ガスまたはアルゴン、窒素等の混合ガスが用いられる。ガス制御器１６が、ガスボンベ１５内のアシストガスを押さえ部材１４の供給管１４ｂに供給できる状態で、ガス開閉弁１７が開くと、アシストガスは、ガス開閉弁１７を通って、押さえ部材１４の空間部１４ａに供給されるので、空間部１４ａ内に充満される。そのため、ガスボンベ１５、ガス制御器１６及びガス開閉弁１７が、アシストガスを供給する供給手段を構成する。
リードの接合装置１０に用いられるレーザ光は、ＹＡＧレーザーや炭酸ガスレーザー等の高出力のレーザー光であり、レンズ等により集光して、製品ベース１３上に載置される電子部品のリードに導かれる。そのため、電子部品のリードの上側の接合部材Ａと下側の被接合部材Ｂとを、押さえ部材１４でもって加圧した状態で、レーザ光が照射されると高熱量を瞬時に与えて、上側の接合部材Ａ及び下側の被接合部材Ｂを溶融させて、上側の接合部材Ａ及び下側の被接合部材Ｂを接合させる。
【００１２】
このような押さえ部材１４が電子部品のリードの接合部材Ａを被接合部材Ｂに加圧すると、接合部材Ａと被接合部材Ｂとの間の隙間が一定になり、接合部材Ａと被接合部材Ｂの溶融が安定化し、接合部材Ａと被接合部材Ｂとを確実に接合することができる。この場合、電子部品は電気自動車の制御部に用いられるインバータ等であって、電子部品のリードは、２００〜５００アンペアの大電流を流すためのものであるので、接合部材Ａと被接合部材Ｂとの接合品質は、十分に確保する必要がある。
【００１３】
押さえ部材１４は、図２に示すように、アシストガスを溜めやすくするためにドーム形状をなし、上方から入射するレーザー光に対して透過性を有する素材、例えば石英ガラス、透明の樹脂材等からなる。このように押さえ部材１４がレーザ光に対して透過性を有するので、押さえ部材１４が電子部品のリードの接合部材Ａを被接合部材Ｂに加圧した状態でレーザ光が照射されて、電子部品のリードの接合部材Ａは、被接合部材Ｂと確実に溶融することができる。
また、押さえ部材１４は、図３に示すように内部に空間部１４ａを備え、その空間部１４ａにアシストガスを供給するための供給管１４ｂと、その空間部１４ａからアシストガスを排出するための排出管１４ｃとを連結し、アシストガスを流し易い形状となっている。
【００１４】
押さえ部材１４の底面側１４ｄは、開口部となっており、その開口部に上側の接合部材Ａが密接することにより、押さえ部材１４の空間部１４ａの開口部が密閉可能な状態になっている。更に、図４に示すように、押さえ部材１４の側面１４ｅ（図１紙面向こう側）は開口部となっており、その開口部にワーク（図示せず）が密接することにより、押さえ部材１４の空間部１４ａの側面１４ｅ側が密閉可能な状態になる。接合部材Ａ及びワークが、押さえ部材１４の底面側１４ｄ及び側面１４ｅの開口部を蓋することにより、極めてコンパクトな形で、押さえ部材１４の空間部１４ａを密閉することができる。
【００１５】
そのため、押さえ部材１４の側面１４ｅがワークと密接し、押さえ部材１４の底面側１４ｄの開口部が上側の接合部材Ａと密接した状態で、押さえ部材１４の空間部１４ａにアシストガスが供給されると、空間部１４ａはアシストガスで充満され、押さえ部材１４外側の空気と遮断されることになる。
その際、レーザ光を照射して接合部材Ａ及び被接合部材Ｂを溶融する際に発生するスパッタ（塵）、発煙、気化した金属が、押さえ部材１４内の空間部１４ａに閉じこめられる。そして、スパッタ（塵）、発煙、気化した金属が、押さえ部材１４内の空間部１４ａに閉じこめられた状態で、吸引ポンプ１８が、ポンプ制御器２１によって制御されることにより、押さえ部材１４の空間部１４ａに供給されたアシストガスが吸引されて、スパッタ（塵）、発煙、気化した金属が、集塵器２０に除去される。
【００１６】
このようにアシストガスで空間部１４ａが充満され、押さえ部材１４外側の空気と遮断されると、レーザ射出部１２がレーザ光を照射して接合部材Ａ及び被接合部材Ｂを溶融する際に、熱の放散量の変化を均一化することができ、接合強度の安定化と強度向上を図ることができる。図４に示される結果によれば、アシストガスが供給されない状態と、アシストガスが供給される状態との接合強度のサンプル値が比較されており、アシストガスが供給される状態の方が、１５パーセント程度だけ接合強度の安定化と強度の向上が図られる。
【００１７】
以上説明した通り、電子部品のリードの接合部材Ａ及び被接合部材Ｂにレーザ光を照射して、接合部材Ａ及び被接合部材Ｂを接合する際に、接合部材Ａ及び被接合部材Ｂを加圧するため、レーザ光に対して透過性を有するとともに、密閉可能な空間部１４ａを有する押さえ部材１４と、前記押さえ部材１４の空間部１４ａに対してアシストガスを供給するガス開閉弁１７と、前記押さえ部材１４の空間部１４ａから、前記供給されたアシストガスを吸引する吸引ポンプ１８とを備えるので、レーザ光を照射して電子部品のリードの接合部材Ａ及び被接合部材Ｂを溶融する際に、押さえ部材１４内の空間部１４ａに閉じこめられたスパッタ（塵）、発煙、気化した金属が、アシストガスの吸引とともに除去され、気化した金属等が周囲に凝縮付着して、汚れの原因となるのを防止することができる。
【００１８】
尚、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。例えば押さえ部材の形状は、ドーム型にする必要はなく、円錐状、角形状等その他の形状であってもよい。また、本発明を工業用レーザの溶接にも用いることができる。
また、本発明の実施の形態は上述した例に限らず、様々な形態に応用が可能である。図５に示すように、Ｌ字形状の接合部材Ａ１、Ｂ１の端辺部分を相互に重ね合わせた状態で、ほぼＶ字状の溝を有する透過性を有する押さえ部材Ｓ１を被せて、押さえ部材Ｓ１を介してレーザ光を上方から照射して、接合部材Ａ１、Ｂ１を接合しても良い。
【００１９】
この場合、接合部材Ａ１、Ｂ１と支持材Ｓ１のＶ字状の溝Ｓ１ａとで挟まれる空間部Ｓ１ｂに対して、紙面手前側にアシストガスを供給するアシストガス供給手段を設けるとともに、紙面向こう側にアシストガスを排出するアシストガス排出手段を設けることにより、空間部Ｓ１ｂに供給されたアシストガスが排出される際に、空間部Ｓ１ｂに溜められたアシストガス及びスパッタ（塵）、発煙、気化した金属が除去され、付着した金属などを定期的に除去清掃するメンテナンスが不要となる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明した通り、請求項１に係る発明によれば、密閉可能な空間部を有する押さえ部材が、電子部品のリードの接合部材を被接合部材に加圧して、供給手段が押さえ部材の空間部に対してアシストガスを供給するので、空間部はアシストガスで充満され、アシストガスが押さえ部材外側の空気と遮断することにより、接合溶融時に空間部に酸素が存在しなくなって、溶融金属の酸化物が発生せず、物性が安定化する。そして、押さえ部材の空間部にアシストガスが充満して押さえ部材外側の空気と遮断する場合、熱の放散量の変化を均一化することができる。また、空間部を有する押さえ部材が、電子部品のリードの接合部材を被接合部材に加圧して、供給手段が空間部に対してアシストガスを供給し、吸引手段が供給されたアシストガスを吸引するので、レーザ光を照射して電子部品の接合部材を溶融する際に発生するスパッタ（塵）、発煙、気化した金属が、押さえ部材内の空間部に閉じこめられ、アシストガスの吸引とともに、スパッタ（塵）、発煙、気化した金属も除去され、付着した金属などを定期的に除去清掃するメンテナンスが不要となって、生産性の低下、コスト高をもたらす要因を除去することができる。
【００２１】
請求項２に係る発明によれば、接合部材が押さえ部材の底面側の開口部を蓋することにより、極めてコンパクトな形で、押さえ部材の空間部を密閉することができる。それにより、押さえ部材の空間部にアシストガスが充満して押さえ部材外側の空気と遮断できるので、溶融金属の酸化物の不発生による接合工程の品質の安定化、熱の放散量の変化の均一化を図るとともに、アシストガス及び電子部品のリードの接合部材を溶融する際に発生するスパッタ（塵）、発煙、気化した金属を溜めることができ、アシストガスが吸引されることにより、スパッタ（塵）、発煙、気化した金属を除去できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態のリードの接合装置の正面図である。
【図２】本実施の形態のリードの接合装置の拡大断面図である。
【図３】本実施の形態のリードの接合装置の拡大平面図である。
【図４】本実施の形態のリードの接合装置の接合強度を示すグラフである。
【図５】他の実施の形態のリードの接合装置を示す拡大正面図である。
【符号の説明】
１０ リードの接合装置
１２ レーザ射出部
１４ 押さえ部材
１４ａ 空間部
１４ｂ 供給管
１４ｃ 排出管
１４ｄ 底面側
１４ｅ 側面
１５ ガスボンベ
１６ ガス制御器
１７ ガス開閉弁
１８ 吸引ポンプ
Ａ、Ａ１ 接合部材
Ｂ、Ｂ１ 被接合部材
Ｓ１ 押さえ部材
Ｓ１ａ Ｖ字状の溝
Ｓ１ｂ 空間部

Claims (2)

1. 電子部品のリードの接合部材及び被接合部材にレーザ光を照射して、前記接合部材及び被接合部材を接合する接合装置において、
   前記電子部品のリードの接合部材及び被接合部材を加圧するための、レーザ光に対して透過性を有するとともに、密閉可能な空間部を有する押さえ部材と、
   前記押さえ部材の空間部に対してアシストガスを供給する供給手段と、
   前記押さえ部材の空間部から、前記供給されたアシストガスを吸引する吸引手段とを備えることを特徴とするリードの接合装置。
2. 請求項１に記載のリードの接合装置において、
   前記押さえ部材の底面側は、開口部となっており、その開口部に前記接合部材が密接することにより、押さえ部材の空間部が密閉可能な状態になっていることを特徴とするリードの接合装置。

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