JP2006210761A - はんだ接合方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フラックスを使用せずにはんだ濡れ性を確保して確実に融着するする。
【解決手段】ボールを機械的に変形させることにより表面の酸化膜を破って非酸化面を露出させるはんだボール変形工程と、変形されたはんだボールを搬入されたワークの接合部に搭載した状態でエネルギーの照射により加熱して溶融させるはんだ溶融工程とを備える。はんだボール変形工程は、接合部の接合面と密着する直交した少なくとも２つの接触面を形成するようにはんだボールを機械的に変形させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、微細なはんだボールを使用してワークを接合するはんだ接合方法及び装置に関し、特に、フラックスを使用することなく低融点のはんだボールを使用してワークをはんだ接合するはんだ接合方法及び装置に関する。

従来、ハードディスクの構成部品であるヘッド・ジンバル・アッセンブリィ（Ｈｅａｄ Ｇｉｍｂａｌｓ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）にあっては、ポイスコイルモータで駆動されるアームの先端に装着されるサスペンションにヘッドを実装したスライダを装着しており、サスペンションとスライダの電気的な接合固定には、白金同士を用いたＡｕ−Ａｕの超音波接合法が用いられている。

Ａｕ超音波接合法は、キャピラリと呼ばれるヘッドをＡｕの接合部へ直接押し当てて機械的な超音波振動を印加して接合している。しかしながら、Ａｕ超音波接合法は、機械的な超音波振動を印加して接合しているため、接合に残留応力が残って経年変化により剥離する可能性があり、また材料及び設備コストが高い等の問題がある。

一方、サスペンションとスライダの電気的な接合固定に、はんだ接合を用いる方法も知られている。しかし、一般的にはんだ付け接続は、はんだ濡れ性を確保する目的でフラックスを使用する必要がある。このため、はんだ接合方法を使用した場合には、はんだ接合後に残留するフラックス残渣を除去(洗浄)する工程を追加しなくてはならない。洗浄が完全でないと、フラックス残渣に起因したヘッドクラッシュ等の障害に至る可能性があり、十分なマージンのある洗浄プロセスの構築が必要である。

このようなフラックスを使用したはんだ結合方法の問題を解消するため、フラックスを使用せずにはんだ結合するフラックスレスはんだ結合方法が提案されている。

例えば特許文献１のはんだ結合方法にあっては、サンペンションの導電リードの終端パッドと、スライダのコンタクト・パッドの各々に、フラックスを使用したはんだ付けによりハンダ・バンプを組立前の前工程で形成しておく。組立工程におけるはんだ接合は、サンペンションの終端パッドに付けたハンダ・バンプに、スライダのコンタクトパッドに付けたハンダ・バンプを接触又は近接配置した状態で、窒素ガスを流しながらレーザ・ビームにより加熱し、融着させている。

また特許文献２のはんだ結合方法にあっては、サスペンションのパッドに相対配置されたスライダのパッドの部分に毛細管により微細なはんだボールをを供給して窒素ガスの流出により軽く保持し、この状態で毛細管の中を通して開口部からレーザビームをはんだボールに照射してリフローしている。
特開平７−３２０４３４号公報 特開平１０−０７９１０５号公報 特開２００２−２０３８７２号公報

しかしながら、このような従来のフラックスレスのはんだ接合方法にあっては、次の問題がある。

特許文献１のはんだ接合方法は、サスペンションの終端パッドおよびスライダのコンタクト・パッドの各々に予めハンダ・バンプを形成する前工程を必要とし、前工程の設備コストが高く、またハンダ・バンプの正確なサイズや形状のコントロールも必要とすることから、前工程の作業が煩雑であるといった種々の問題がある。

またハンダ・パンプの加熱融着には約４００ｍＪといった熱エネルギーを必要とするため、パワーの大きなＹＡＧレーザを使用しており、レーザも大型化して設備コストが高くなる問題がある。

一方、特許文献２のはんだ結合方法は、はんだボールの表面が酸化膜で覆われており、フラックスを使用していないため、レーザビームを照射してリフローした際のはんだ濡れ性が悪く、冷却後に残留応力によってパッドからはんだが剥離する可能性あり、信頼性に欠けるという問題がある。またハンダのリフローにパワーの大きなＮｄ：ＹＡＧレーザを使用しており、レーザも大型化して設備コストが高くなる問題がある。

本発明は、フラックスを使用せずにはんだ濡れ性を確保して確実に融着するはんだ接合方法及び装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するため本発明は次のように構成する。本発明は、フラックスを使用しないフラックスレスのはんだ接合方法を提供する。本発明のはんだ接合方法は、
ボールを機械的に変形させることにより表面の酸化膜を破って非酸化面を露出させるはんだボール変形工程と、
変形されたはんだボールを搬入されたワークの接合部に搭載した状態でエネルギーの照射により加熱して溶融させるはんだ溶融工程と、
を備えたことを特徴とする。

ここで、はんだボール変形工程は、接合部の接合面の面着する接触面を形成するようにはんだボールを機械的に変形させる。

はんだボール変形工程は、接合部の接合面と密着する直交した少なくとも２つの接触面を形成するようにはんだボールを機械的に変形させる。

はんだボール変形工程は、
はんだボールを両側から挟み込み変形させてタイヤ状に加工する第１変形工程と、
前記第１変形工程の加工方向に直交する方向に変形して前記接合部の接合面の面着する直交した２つの接触面を形成する第２変形工程と、
を備える。

本発明のはんだ接合方法は、はんだボール変形工程の前工程として、搬入されたワークの接合部にタッキング剤を塗布する塗布工程を設ける。タッキング剤は、はんだボールを仮固定すると共にはんだボールの融点付近に沸点をもつ液剤である。例えばタッキング剤は、アルコール又は水を含む。アルコールは、グリセリン又は１-ブタノールを含む多価アルコールが好適である。

はんだ溶融工程は、接合部の雰囲気に窒素等の不活性ガスを充填する。はんだ溶融工程は、接合部の雰囲気に充填する不活性ガスに水素ガス又は塩素ガス等を含む還元ガスを混入する。

はんだ溶融工程は、はんだボールを溶融させるレーザ光照射の直前に、ワークの接合部近傍に光エネルギー又は熱エネルギーを照射してワーク自体を予熱する。

はんだ溶融工程は、半導体レーザからのレーザ光によりはんだボールを溶融させる直前に、ワークの裏面側に半導体レーザからのレーザ光を照射してワークを予熱する。

はんだボールは、低融点はんだである。低融点はんだは、Ｓｎ-５７Ｂｉ、Ｓｎ-５６Ｂｉ-１Ａｇ又はＳｎ-５２Ｉｎ等を含む低融点鉛フリーはんだである。

本発明のはんだ接合方法において、ワークは、例えばスライダを搭載したサンペンションであり、サスペンションに形成されたパッドとスライダに形成されたパッドを電気的に接合する。

本発明は、フラックスを使用しないフラックスレスのはんだ接合装置を提供する。本発明のはんだ接合装置は、はんだボールを機械的に変形させることにより表面の酸化膜を破って非酸化面を露出させるはんだボール変形ユニットと、変形されたはんだボールを搬入されたワークの接合部に搭載した状態で光エネルギーの照射により加熱して溶融させるはんだ溶融ユニットとを備えたことを特徴する。

なお、はんだ接合装置の詳細は、本発明のはんだ接合方法の場合と基本的に同じとなる。即ち、はんだ接合方法の各工程がユニットとして設けられることになる。

本発明によれば、例えばハードディスクドライブのヘッド・ジンバル・アッセンブリィにおけるサスペンションとスライダの各パッド等の微細接合を、フラックスを使用する代わりに、接合直前にはんだボールに外力を与え機械的に変形させることで表面の酸化膜を破り、光エネルギーの照射にて接合部を急速加熱し、フラックスを必要とすることなく良好なはんだ濡れ性を確保した状態ではんだ接合することができる。

またはんだボールが直交配置されているパッドのそれぞれに面着する接触面をもつように機械的に変形され、同時に低融点はんだを使用していることで、低パワーの光エネルギーの照射で発生した熱を、はんだボール及びパッドに効率良く伝えて融着でき、はんだ融着に必要とする光エネルギーを低くでき、このため半導体レーザが使用可能となり、設備コストを大幅に低減できる。

図１は本発明によるはんだ接合方法の処理工程の説明図である。図１において本発明のはんだ接合方法は、工程順に、ワークローディング工程Ｓ１、アルコール塗布工程Ｓ２、はんだボール供給工程Ｓ３、はんだボール変形工程Ｓ４、はんだボール搭載工程Ｓ５、はんだボール溶融工程Ｓ６及びワークアンローディング工程Ｓ７で構成される。

これらの工程に対応するユニットとして、ローディングユニット１４、アルコール塗布ユニット１６、はんだボール供給ユニット１８、はんだボール変形ユニット２０、はんだボール搭載ユニット２２、はんだボール溶融ユニット２４及びアンローディングユニット２６が設けられ、これらのユニットの組合せにより本発明のはんだ接合装置が構成されている。

ワークローディング工程Ｓ１は、ローディングユニット１４によりローラ搬送などを利用してワークをはんだ接合装置内に投入する。はんだ接合の対象となるワークとしては、本発明にあっては、後の説明で明らかにするように、ハードディスクドライブのヘッド・ジンバル・アッセンブリィにおけるサスペンションの先端にスライダを搭載して、はんだ接合する場合を例にとっている。

アルコール塗布工程Ｓ２は、ディスペンスシステムなどを用いたアルコール塗布ユニット１６を使用してワークのはんだ接合を行う部分に対しアルコールを微量塗布する。このときのアルコールの塗布位置は、カメラ認識処理により接合部の位置を検出して位置補正しながら、正確に接合部にアルコールを微量塗布する。

アルコールの塗布は、ワークのはんだ接合部となるＡｕパッド上に、はんだボールを仮固定するために行う。このはんだボールの仮固定に使用するアルコールの微量塗布は、塗布したアルコールのタッキング力を利用してはんだボールをパッド上に仮固定する。

また、はんだ溶融の際に揮発除去させるため、はんだボールの仮固定に使用するアルコールとしては、その沸点がはんだ接合に使用するはんだの融点付近のものが好適である。

本発明にあっては、後の説明で明らかにするように、はんだボールは低融点はんだを使用しており、その融点は１１０乃至１５０℃程度の範囲にあることから、はんだボールの仮固定に使用するアルコールとしては多価アルコールであるグリセリンまたは１−ブタノ−ルなどが適している。

また、はんだボールを仮固定するための液剤としては、アルコールの代わりに水を用いることもできる。水は沸点が１００℃であることから、はんだ溶融の際に確実に蒸発揮発で除去することができる。

一方、ワーク１０の処理と並行して、はんだ１２の処理が行われる。はんだ１２の処理は、ステップＳ３ではんだボール供給ユニット１８によりはんだボールを１つずつ切り出し、切り出したはんだボールを吸着ノズルを利用して次のはんだボール変形ユニット２０におけるはんだボール変形工程Ｓ４に搬送する。

ここで本発明のはんだ接合に使用するはんだボールとしては、低融点はんだを使用する。例えば融点１３９℃を持つＳｎ−５７Ｂｉ，Ｓｎ−５６Ｂｉ−１Ａｇや、融点１１７℃のＳｎ−５２Ｉｎなどの低融点鉛フリーはんだを用いる。このような低融点はんだを使用することにより、はんだ接合時の加熱によるワークへの影響と、はんだが冷却固着したときの変形応力を抑えることができる。

即ち、はんだ接合におけるはんだ固着時の変形応力は、一般的に融点と冷却後の常温の温度差ΔＴが大きいほど、はんだ収縮量が大きくなることで、変形応力が大きくなる関係にある。したがって融点の低い低融点はんだを使用することで、融点と常温との温度差ΔＴを小さくし、はんだ固着時の変形応力を抑え、併せてワークへの影響を抑えることができる。また低融点はんだを使用することで、はんだ溶融の光エネルギーを低減でき、半導体レーザの使用を可能とする。

はんだボール変形ユニット２０によるはんだボール変形工程Ｓ４は、はんだボールを機械的に変形させることにより表面の酸化膜を破り、非酸化膜を外部に露出させる。このように機械的な変形によりはんだボール表面の酸化膜を破ることで、はんだ接合時のはんだ濡れ性を、フラックスを使用することなく確保できる。

本発明のはんだボールの変形については、後の説明で明らかにするように、金型ブロックで２段階に挟み込みを行うことで、ワーク上に直交関係に配置されているパッドに対し、変形したはんだボールが面着するような接触面を加工形成しており、変形はんだボールと接合部のパッドとの接触面積を十分に確保し、変形により表面が破れた酸化膜のない部分もしくは酸化膜の薄い部分と、接合対象となるパッドとの接触を行い易くし、フラックスを使用しなくとも、はんだ濡れ性を十分に確保したはんだ接合を可能としている。

また変形はんだボールがパッド側に十分な接触面積を持って接触していることで、後の説明で明らかにするように、レーザ光を照射して加熱した際に、変形はんだボールの加熱と同時にパッド側に熱が効率よく伝達して加熱でき、変形はんだボール及びはんだ接合先となるパッドの加熱が効率よく行われることで、より高いはんだ濡れ性を確保することができる。

はんだ付け接合は、はんだされる金属例えばＡｕがお互いに異物のないピュアな状態で接触することで、金属の拡散と金属化合物の生成により結合する現象であり、この場合の異物は主にはんだ表面の酸化膜であり、パッドを形成するＡｕは酸化しないことから、はんだ側の酸化膜をはんだボールの機械的な変形により破ることで、はんだ濡れ性を確保したはんだ付けが可能となる。

続いて、はんだボール搭載ユニット２２により、はんだボール搭載工程Ｓ５が行われる。このはんだボール搭載工程Ｓ５は、はんだボール変形工程Ｓ４で変形されたはんだボールを吸着ノズルなどを利用してハンドリングし、カメラ認識により位置決めしてワーク上の接合部に搭載する。

続いて、はんだボール溶融ユニット２４により、はんだボール溶融工程Ｓ６が行わせる。このはんだボール溶融工程Ｓ６は、レーザ光の照射によりはんだを溶融させ、はんだ付けを完了する。

はんだボール溶融ユニット２４は、ワークの周囲を箱状に囲い、不活性ガスとして窒素ガスＮ_２を充填して酸素濃度を低下させ、レーザ加熱時におけるはんだ表面の酸化膜形成を抑えてはんだ接合を行う。窒素などの不活性ガスの充填と同時に不活性ガスに水素や塩素を含むハロゲンガスなどの還元ガスを混入することで、フラックスを使用したと同様に、加熱時における酸化膜を化学的に還元し、はんだ濡れ性を更に向上させるようにしてもよい。

本発明のはんだボール溶融工程Ｓ６で使用するレーザユニットとしては、半導体レーザを使用することができる。半導体レーザは従来のＹＡＧレーザに比べて低パワーであるが、本発明にあっては、はんだ直前にワークを予熱（予備加熱）することで、半導体レーザの使用を可能とする。この実施形態では例えばはんだ接合直前に半導体レーザからのレーザ光をワークの裏面側に照射して予熱する。

最後に、アンローディングユニット２６を使用したワークアンローディング工程Ｓ７により、ワークをはんだ接合装置から取り出して処理を終了する。

図２は本発明によるはんだ接合装置の実施形態の説明図である。図２において、はんだ接合装置１１は、ワークの搬入側から順番に、ローディングユニット１４、アルコール塗布ユニット１６、はんだボール搭載ユニット２２、はんだボール溶融ユニット２４及びアンローディングユニット２６を配置し、一方、はんだボール搭載ユニット２２に対し、はんだボール供給ユニット１８とはんだボール変形ユニット２０を配置している。

ローディングユニット１４はローラ搬送などを利用してワーク１０をはんだ接合装置１１に投入している。ワーク１０上には、はんだ接合の対象となる例えば後の説明で明らかにするスライダを搭載したサスペンションが、例えば５個ずつ搭載されている。

アルコール塗布ユニット１６は、ローディングユニット１４により投入されたワーク１０上のサスペンションにおけるＡｕパッドを配置した接合部に対し、ディスペンス１７によりアルコールを微量塗布する。この場合の塗布位置はカメラ認識により位置決め補正されている。

一方、はんだボール供給ユニット１８は例えば０．１〜０．２ミリメートル程度の直径をもつはんだボールを１つずつ取り出し、はんだボール変形ユニット２０に搬送する。

はんだボール変形ユニット２０は、金型を使用した２段階の機械的な変形により、はんだボールを変形加工する。変形加工されたはんだボールは、はんだボール搭載ユニット２２により吸着ノズルを利用してハンドリングされ、アルコール塗布ユニット１６で微量のアルコールが塗布された接合部のパッドの部分に搭載され、塗布したアルコールのタッキング力により仮固定される。この変形はんだボールの搭載についても、カメラ認識により、はんだ接合部に位置決めして正確に搭載する。

はんだボール溶融ユニット２４は、半導体レーザを用いたレーザユニット２８からレーザ光を、変形はんだボールが仮固定された接合部に照射して加熱溶融させ、はんだ付けを完了する。はんだの加熱溶融の直前には、レーザユニット２８からのレーザ光をワークの裏面側に照射して予熱する。

はんだボール溶融ユニット２４におけるワークはケース２５内に配置されており、ケース２５内に窒素ガスＮ_２を充填して酸素濃度を低下させた状態で、はんだを溶融させている。はんだボール溶融ユニット２４ではんだの溶着固定が済んだワークは、アンローディングユニット２６により外部に取り出され、一連のはんだ接合処理を終了する。

図３は図２のはんだ接合装置１１による処理工程を平面的に示している。図３において、ローディングユニット１４によりワーク１０が装置に投入され、アルコール吹付ユニット３２でアルコールを微量、接合部に塗布した後、はんだ搭載ユニット２２に送られ、はんだボール供給ユニット１８から１つずつ取り出されたはんだボール３４を、はんだボール変形ユニット２０による２段階の変形加工により変形はんだボール３６を作成し、これを吸着ノズル３８によりワーク上の接合部に位置決め搭載し、塗布されたアルコールのタッキング力で仮固定する。

続いて、はんだボール溶融ユニット２４に送られ、まずワークを余熱した後にレーザユニット２８からのレーザ光の照射ではんだを溶融させて、はんだ付けを完了し、最後にアンローディングユニット２６で外部に取り出す。

図４は本発明のはんだボール変形工程における第１変形工程の説明図である。図４（Ａ）は平面図、図４（Ｂ）はその横方向から見た断面図である。図４の第１変形加工にあっては、固定金型４０に矩形に刳り抜いたボール収納部４４を形成し、ここにはんだボール３４を配置し、側方から押圧金型４２を矢印４７で示すように駆動し、図５のように、はんだボール３４を両側から押さえて機械的にタイヤ状に変形させる。ここで、ボール収納部４４は幅Ｗであり、はんだボール３４の直径Ｄに対し幅Ｗを小さくしており、（Ｄ−Ｗ）分だけ横方向に、はんだボール３４を潰す変形加工を行う。

図５は図４に続く第２変形工程の説明図である。図５にあっては、第１変形工程によりはんだボール３４を固定金型４０に対する押圧金型４２の押付けで両側に変形面５４−１，５４−２を形成した状態で、ボール収納部４４の右側の開口側より先端にテーパ押圧面５０を形成した別の押圧金型４８を矢印５２の横方向から押し込んで、変形面５４−１，５４−２の加工方向に直交する方向から機械的な変形を加える。

図６は第２変形工程によるはんだボールの変形加工が完了した加工状態の説明図であり、押圧金型４８の押込みにより、変形はんだボール３６は、はんだ収納部４４のコーナー部に押し付けられ、下側と側方に直交する接触面５６−１，５６−２を形成し、同時にテーパ押圧面５０により斜め上方の球状部分を押し潰して、テーパ変形面５６−３を形成している。

図７は図４乃至図６の変形工程により加工された本発明で使用する変形はんだボール３６の説明図である。このような２段の変形加工により得られた変形はんだボール３６にあっては、２段階の変形加工によりはんだボール表面の酸化膜が破れ、酸化膜が破れない部分については変形による表面の伸びで酸化膜が薄くなっており、特に金型の押圧で球面状態から平面状態に変形された接触面５６−１，５６−２については、十分に表面の酸化膜が破れて露出し、またそうでない部分については酸化膜が十分に薄くなっている。

この点はテーパ変形面５６−３や１回目の変形加工で形成された変形面５４−１，５４−２についても同様であり、この結果、フラックスを使用することなく、レーザ光の照射で変形はんだボール３６が溶融すると、はんだ接合の対象となるＡｕパッドとの接触面における異物としての酸化膜が最小限に抑えられ、はんだ濡れ性を確保して確実にはんだ接合できる。

図８は本発明におけるアルコール塗布工程、はんだボール搭載工程、はんだボール溶融工程を、ハードディスクドライブに使用するヘッド・ジンバル・アッセンブリィのサスペンションに搭載したスライダのはんだ接合を例にとって説明している。

図８（Ａ）はアルコール塗布工程であり、ヘッド・ジンバル・アッセンブリィにおけるサスペンション５８は表面に絶縁層を介してはんだリード６０を形成しており、このはんだリード６０の先端にＡｕを用いたパッド６２を形成している。

サスペンション５８の先端側にはライトヘッドとリードヘッドの複合ヘッド素子を搭載したスライダ６４が固定層６５により固着されており、スライダ６４の導体リード６０側の端面には複合ヘッドと電気的に接続するためのＡｕを使用したパッド６６が形成されている。

このようなサスペンション５８に搭載したスライダ６４に対し、アルコール塗布工程にあっては、ディスペンス１７によりアルコール６８をパッド６２，６６に微量塗布して付着させている。

図８（Ｂ）は、はんだボール搭載工程であり、はんだボール変形工程で得られた図７に示した変形はんだボール３６を、サスペンション５８のパッド６２とスライダ６４のパッド６６の部分に位置決め搭載し、このときパッド６２，６６にはアルコール塗布が行われていることから、アルコールのタッキング力により変形はんだボール３６は仮固定される。

また変形はんだボール３６は、直交する接触面５６−１，５６−２が、同じく直交配置されているサスペンション５８のパッド６２とスライダ６４のパッド６６に面接触するように配置される。

図８（Ｃ）ははんだボール溶融工程であり、パッド６２，６６に対し仮固定された変形はんだボール３６に対し、レーザユニット２８からレーザ光７０を照射して加熱することで、変形はんだボール３６を溶融させる。

レーザ光７０の照射による加熱温度は、変形はんだボール３６のはんだとして低融点はんだを使用していることから、その融点より若干高い温度に加熱することで、はんだを溶融して融着することができる。

例えば低融点はんだとしてＳｎ−５２Ｉｎを使用した場合、その融点は１１７℃であることから、この融点を超える温度となるようにレーザ光７０のパワーを設定して照射すればよい。レーザ光７０の照射による加熱温度はレーザ光のパワーと照射時間で決まる。

またパッド６２，６６に対し変形はんだボール３６が直交する接触面５６−１，５６−２の形成により十分な接触面積で接触しており、変形はんだボール３６の加熱と同時にパッド６２，６６側も熱伝導により効率よく加熱することができ、はんだ融着を確実に行う。

更に、変形はんだボール３６のパッド６２，６６と接触している直交配置された接触面５６−１，５６−２は、はんだ直前の変形加工により表面の酸化膜が破れるかあるいは薄くなっており、更に不活性ガスなどの雰囲気中で加熱されていることで、フラックスを使用することなく、パッド６２，６６との間に異物としての酸化膜の存在を最小限に抑え、十分な濡れ性を確保して融着することができる。

ここで図８（Ｃ）のはんだボール融着工程にあっては、半導体レーザを用いたレーザユニット２８からのレーザ光７０の照射により変形はんだボール３６を加熱溶融してはんだ接合しているが、はんだ濡れ性を更に向上するためには、ワークそのものの予熱を行うことが望ましい。

このワークの予熱は、はんだが溶融時に熱の高い方に移動し易い性質があることを利用して、はんだ濡れ性を向上する。ワークの予熱としては、はんだ付けの直前にワークの上部または下部よりレーザ光、キセノン光、ハロゲン光などの光エネルギーを照射するか、あるいは赤外線ヒータなどにより熱線を加えてワーク自体を加熱させればよい。

本発明にあっては、レーザユニット２８に低パワーの半導体レーザを使用して予熱とはんだ溶融を行っている。本発明の半導体レーザを使用したはんだ接合条件は、
（Ａ）下面照射による余熱を０．５Ｗ、６．０秒
（Ｂ）上面照射による溶融を１．４Ｗ、０．５秒、
となる。

これに対し従来のＹＡＧレーザで予熱なしで同じワークにつきＹＡＧレーザを使用してはんだ溶融を行った場合の条件は
（Ｃ）６．７５Ｗ、０．０２秒
となる。

ここで、ＹＡＧレーザの場合は、短時間高出力ではんだ付けするため、はんだに歪みが残留していまい、はんだ表面にシワも残る。本来はんだ付けは、はんだが溶けて流動し電極へ濡れ広がるため、ある程度の時間が必要となる。このため、ＹＡＧレーザでは照射時間が短時間過ぎ、十分な時間溶融していないため、内部応力の残留とはんだ濡れ性の確保が困難といえる。

これに対し本発明は半導体レーザを使用したことで、はんだが溶けて流動し電極へ濡れ広がるために必要な時間に亘りはんだを溶融させ、残留内部応力の低減とはんだ濡れ性の確保ができる。

なお、レーザ光の下面照射による予熱とレーザ光の上面照射によるはんだ溶融のタイミングは、予熱直後にはんだん溶融をおこなってもよいし、予熱の終了タイミングに重複してはんだ溶融を行っても良い。

図８（Ｃ）の溶融工程では、不活性ガスとして窒素ガスＮ_２を充填した雰囲気内ではんだを溶融しているが、この場合には、はんだや電極等の金属表面を酸化させる原因となる酸素濃度を管理する。一般的なＳＭＴリフローはんだ付けにおいては、酸素濃度１０００ｐｐｍ程度以下で特性が変化し、はんだ濡れ性が向上することが判明している。また、窒素コストとの兼ね合いから、１０００〜３０００ｐｐｍまたは１００ｐｐｍ前後となるように酸素濃度を管理している。

これらの要件から経験的に本発明にあっては、酸素濃度５０００ｐｐｍ以下となるように不活性ガスを充填することが好適である。また酸素濃度の下限としては１０ｐｐｍとする。本発明の実施形態のようにワークを出し入れする装置の場合、これ以下の酸素濃度での装置の運用は特殊な密閉構造をとらない限り実質困難といえる。

更に、不活性ガスである窒素Ｎ_２の充填と同時に水素や塩素を含むハロゲンガスなどの還元ガスを混入することで、フラックスを使用したと同様に、加熱時における酸化膜を化学的に還元し、はんだ濡れ性を更に向上させる。この場合の.不活性ガスに混入する水素や塩素の還元ガスの濃度としては、危険性と毒性を考慮し活性力を確保するために、１０〜１０００ｐｐｍ程度とする。

図８（Ｄ）ははんだ接合が完了したサスペンション５８の説明図であり、サスペンション５８のパッド６２とスライダ６４のパッド６６がはんだ７２により融着接合されている。

なお上記の実施形態は、ハードディスクドライブにおけるヘッド・ジンバル・アッセンブリィのサスペンションに搭載するスライダのはんだ接合を例にとるものであったが、本発明はこれに限定されず、微細なはんだボールを使用してＡｕメッキなどを施したパッド間をはんだ接合する適宜のワークにつき、そのまま適用することができる。

また上記の実施形態にあっては、はんだボールの変形加工として金型を使用した２段階の変形加工を例にとっているが、はんだボール表面の酸化膜を破る機械的な変形であれば変形形状はどのようなものであってもよく、またはんだボールの変形による接触面については、はんだ接合を行う接合部を構成するパッド側の配置や形状に依存した適宜の形状をとるように変形加工することになる。

また本発明は、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。

ここで本発明の特徴をまとめて列挙すると次の付記のようになる。
（付記）

（付記１）
ボールを機械的に変形させることにより表面の酸化膜を破って非酸化面を露出させるはんだボール変形工程と、
変形されたはんだボールを搬入されたワークの接合部に搭載した状態で光エネルギーの照射により加熱して溶融させるはんだ溶融工程と、
を備えたことを特徴とするはんだ接合方法。（１）

（付記２）
付記１記載のはんだ接合方法に於いて、前記はんだボール変形工程は、前記接合部の接合面に面着するする接触面を形成するように前記はんだボールを機械的に変形させることを特徴とするはんだ接合方法。（２）

（付記３）
付記１記載のはんだ接合方法に於いて、前記はんだボール変形工程は、前記接合部の接合面と面着する直交した少なくとも２つの接触面を形成するように前記はんだボールを機械的に変形させることを特徴とするはんだ接合方法。（３）

（付記４）
付記１記載のはんだ接合方法に於いて、前記はんだボール変形工程は、
はんだボールを両側から挟み込み変形させてタイヤ状に加工する第１変形工程と、
前記第１変形工程の加工方向に直交する方向に変形して前記接合部の接合面の面着する直交した２つの接触面を形成する第２変形工程と、
を備えたことを特徴とするはんだ接合方法。（４）

（付記５）
付記１記載のはんだ接合方法に於いて、前記はんだボール変形工程の前工程として、搬入されたワークの接合部にタッキング剤を塗布する塗布工程を設けたことを特徴とするはんだ接合方法。（５）

（付記６）
付記５記載のはんだ接合方法に於いて、前記タッキング剤は、前記はんだボールを仮固定すると共に前記はんだボールの融点付近に沸点をもつ液剤であることを特徴とするはんだ接合方法。

（付記７）
付記５記載のはんだ接合方法に於いて、前記タッキング剤は、アルコール又は水を含むことを特徴とするはんだ接合方法。

（付記８）
付記７記載のはんだ接合方法に於いて、前記アルコールは、グリセリン又は１-ブタノールを含む多価アルコールであることを特徴とするはんだ接合方法。

（付記９）
付記１記載のはんだ接合方法に於いて、前記はんだ溶融工程は、前記接合部の雰囲気に窒素等の不活性ガスを充填することを特徴とするはんだ接合方法。（６）

（付記１０）
付記１記載のはんだ接合方法に於いて、前記はんだ溶融工程は、前記接合部の雰囲気に充填する不活性ガスに水素ガス又は塩素ガス等を含む還元ガスを混入することを特徴とするはんだ接合方法。

（付記１１）
付記１記載のはんだ接合方法に於いて、前記はんだ溶融工程は、はんだボールを溶融させるレーザ光照射の直前に、前記ワークの接合部近傍に光エネルギー又は熱エネルギーを照射してワーク自体を予熱することを特徴とするはんだ接合方法。

（付記１２）
付記１記載のはんだ接合方法に於いて、前記はんだ溶融工程は、半導体レーザからのレーザ光によりはんだボールを溶融させる直前に、前記ワークの裏面側に半導体レーザからのレーザ光を照射してワークを予熱することを特徴とするはんだ接合方法。（７）

（付記１３）
付記１乃至１２記載のはんだ接合方法に於いて、前記はんだボールは、低融点はんだであることを特徴とするはんだ接合方法。（８）

（付記１４）
付記１３記載のはんだ接合方法に於いて、前記低融点はんだは、Ｓｎ-５７Ｂｉ、Ｓｎ-５６Ｂｉ-１Ａｇ又はＳｎ-５２Ｉｎを含む低融点鉛フリーはんだであることを特徴とするはんだ接合方法。

（付記１５）
付記１乃至１４記載のいずれかに記載のはんだ接合方法に於いて、前記ワークは、スライダを搭載したサンペンションであり、前記サスペンションに形成されたパッドと前記スライダに形成されたパッドを電気的に接合することを特徴とするはんだ接合方法。（９）

（付記１６）
ボールを機械的に変形させることにより表面の酸化膜を破って非酸化面を露出させるはんだボール変形ユニットと、
変形されたはんだボールを搬入されたワークの接合部に搭載した状態で光エネルギーの照射により加熱して溶融させるはんだ溶融ユニットと、
を備えたことを特徴とするはんだ接合装置。（１０）

（付記１７）
付記１６記載のはんだ接合装置に於いて、前記はんだボール変形ユニットは、前記接合部の接合面の面着する接触面を形成するように前記はんだボールを機械的に変形させることを特徴とするはんだ接合装置。

（付記１８）
付記１６記載のはんだ接合装置に於いて、前記はんだボール変形ユニットは、前記接合部の接合面と面着する直交した少なくとも２つの接触面を形成するように前記はんだボールを機械的に変形させることを特徴とするはんだ接合装置。

（付記１９）
付記１６記載のはんだ接合装置に於いて、前記はんだボール変形ユニットは、
はんだボールを両側から挟み込み変形させてタイヤ状に加工する第１変形ユニットと、
前記第１変形ユニットの加工方向に直交する方向に変形して前記接合部の接合面の面着する直交した２つの接触面を形成する第２変形ユニットと、
を備えたことを特徴とするはんだ接合装置。

（付記２０）
付記１６記載のはんだ接合装置に於いて、前記はんだボール変形ユニットの前段に、搬入されたワークの接合部にタッキング剤を塗布する塗布ユニットを設けたことを特徴とするはんだ接合装置。

（付記２１）
付記２０記載のはんだ接合装置に於いて、前記タッキング剤は、前記はんだボールを仮固定すると共に前記はんだボールの融点付近に沸点をもつ液剤であることを特徴とするはんだ接合装置。

（付記２２）
付記２０記載のはんだ接合装置に於いて、前記タッキング剤は、アルコール又は水を含むことを特徴とするはんだ接合装置。

（付記２３）
付記２２記載のはんだ接合装置に於いて、前記アルコールは、グリセリン又は１-ブタノールを含む多価アルコールであることを特徴とするはんだ接合装置。

（付記２４）
付記１６記載のはんだ接合装置に於いて、前記溶融ユニットは、前記接合部の雰囲気に窒素等の不活性ガスを充填することを特徴とするはんだ接合装置。

（付記２５）
付記２４記載のはんだ接合方法に於いて、前記はんだ溶融ユニットは、前記接合部の雰囲気に充填する不活性ガスに水素ガス又は塩素ガス等を含む還元ガスを混入することを特徴とするはんだ接合方法。

（付記２６）
付記１６記載のはんだ接合装置に於いて、前記はんだ溶融ユニットは、はんだボールを溶融させるレーザ光照射の直前に、前記ワークの接合部近傍に光エネルギー又は熱エネルギーを照射してワーク自体を予熱することを特徴とするはんだ接合装置。

（付記２７）
付記１記載のはんだ接合装置に於いて、前記はんだ溶融ユニットは、半導体レーザからのレーザ光によりはんだボールを溶融させる直前に、前記ワークの裏面がわに半導体レーザからのレーザ光を照射してワークを予熱することを特徴とするはんだ接合装置。

（付記２８）
付記１５乃至２７記載のはんだ接合装置に於いて、前記はんだボールは、低融点はんだであることを特徴とするはんだ接合装置。

（付記２９）
付記２８記載のはんだ接合装置に於いて、前記低融点はんだは、Ｓｎ-５７Ｂｉ、Ｓｎ-５６Ｂｉ-１Ａｇ又はＳｎ-５２Ｉｎを含む低融点鉛フリーはんだであることを特徴とするはんだ接合装置。

（付記３０）
付記１５乃至２９記載のいずれかに記載のはんだ接合装置に於いて、前記ワークは、スライダを搭載したサンペンションであり、前記サスペンションに形成されたパッドと前記スライダに形成されたパッドを電気的に接合することを特徴とするはんだ接合装置。

本発明によるはんだ接合方法の処理工程の説明図 本発明によるはんだ接合装置の実施形態の説明図 図２のはんだ接合装置による処理工程の説明図 本発明のはんだボール変形工程による第１変形工程の説明図 図４に続く第２変形工程の説明図 はんだボールの変形加工が完了した加工状態の説明図 図４乃至図６の変形工程により加工された変形はんだボールの説明図 本発明におけるアルコール塗布工程、はんだボール搭載工程、はんだボール溶融工程を、ハードディスクドライブに使用するヘッド・ジンバル・アッセンブリィのサスペンションとスライダの接合を例にとった説明図

符号の説明

１０：ワーク
１１：はんだ接合装置
１２，７２：はんだ
１４：ローディングユニット
１６：アルコール塗布ユニット
１７：ディスペンス
１８：はんだボール供給ユニット
２０：はんだボール変形ユニット
２２：はんだボール搭載ユニット
２４：はんだボール溶融ユニット
２５：ケース
２６：アンローディングユニット
２８：レーザユニット
３０：アッセンブリィ
３２：アルコール吹付ユニット
３４：はんだボール
３５，４０：吸着ノズル
３６：変形はんだボール
４０：固定金型
４２，４８：押圧金型
４４：ボール収納部
４６：押圧面
５０：テーパ押圧面
５４−１，５４−２：変形面
５６−１，５６−２：接触面
５６−３：テーパ変形面
５８：サスペンション
６０：導体リード
６２，６６：パッド
６４：スライダ
６５：固定層
７０：レーザ光

Claims (10)

1. ボールを機械的に変形させることにより表面の酸化膜を破って非酸化面を露出させるはんだボール変形工程と、
   変形されたはんだボールを搬入されたワークの接合部に搭載した状態でレーザ光の照射により加熱して溶融させるはんだ溶融工程と、
   を備えたことを特徴とするはんだ接合方法。
   
2. 請求項１記載のはんだ接合方法に於いて、前記はんだボール変形工程は、前記接合部の接合面に面着する接触面を形成するように前記はんだボールを機械的に変形させることを特徴とするはんだ接合方法。
   
3. 請求項１記載のはんだ接合方法に於いて、前記はんだボール変形工程は、前記接合部の接合面と面着する直交した少なくとも２つの接触面を形成するように前記はんだボールを機械的に変形させることを特徴とするはんだ接合方法。
   
4. 請求項１記載のはんだ接合方法に於いて、前記はんだボール変形工程は、
   はんだボールを両側から挟み込み変形させてタイヤ状に加工する第１変形工程と、
   前記第１変形工程の加工方向に直交する方向に変形して前記接合部の接合面の面着する直交した２つの接触面を形成する第２変形工程と、
   を備えたことを特徴とするはんだ接合方法。
   
5. 請求項１記載のはんだ接合方法に於いて、前記はんだボール変形工程の前工程として、搬入されたワークの接合部にタッキング剤を塗布する塗布工程を設けたことを特徴とするはんだ接合方法。
   
6. 請求項１記載のはんだ接合方法に於いて、前記はんだ溶融工程は、前記接合部の雰囲気に窒素等の不活性ガスを充填することを特徴とするはんだ接合方法。
   
7. 請求項１記載のはんだ接合方法に於いて、前記はんだ溶融工程は、半導体レーザからのレーザ光によりはんだボールを溶融させる直前に、前記ワークの裏面側に半導体レーザからのレーザ光を照射してワークを予熱することを特徴とするはんだ接合方法。
   
8. 請求項１乃至７記載のはんだ接合方法に於いて、前記はんだボールは、低融点はんだであることを特徴とするはんだ接合方法。
   
9. 請求項１乃至８記載のいずれかに記載のはんだ接合方法に於いて、前記ワークは、スライダを搭載したサンペンションであり、前記サスペンションに形成されたパッドと前記スライダに形成されたパッドを電気的に接合することを特徴とするはんだ接合方法。
   
10. ボールを機械的に変形させることにより表面の酸化膜を破って非酸化面を露出させるはんだボール変形ユニットと、
    変形されたはんだボールを搬入されたワークの接合部に搭載した状態で光エネルギーの照射により加熱して溶融させるはんだ溶融ユニットと、
    を備えたことを特徴とするはんだ接合装置。

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