JP2007073661A - レーザはんだ付け方法及びレーザはんだ付け装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 はんだ付け装置のコストアップを抑えつつ、はんだ付けを短時間で行えるようにする。
【解決手段】 プリント基板４１に電池接片４６をはんだ付けする際に、熱容量の大きな電池接片４６をセラミックヒータ６７で、プリント基板４１に設けられたランド５４をレーザ装置６３から照射されるレーザ光Ｌ１で加熱してからはんだ付けを行う。これにより、はんだが溶融する温度まで電池接片を短時間で加熱することができ、かつ比較的安価な低出力のレーザ装置を使用することで導入時におけるコストアップを抑えることができる。また、はんだ付けに要する時間を短縮できるので、プリント基板の生産性も向上させることができる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、レーザはんだ付け方法及びレーザはんだ付け装置に関し、更に詳しくは、レーザ吸収率又は熱容量の異なる２つの対象物をはんだ付けするレーザはんだ付け方法及びレーザはんだ付け装置に関する。

未露光の写真フイルムが予め装填された１回使用型の簡易カメラであるレンズ付きフイルムユニットが知られている。レンズ付きフイルムユニットは、日中の屋外での撮影に適したものや、ストロボ装置を設けて夜間撮影や屋内撮影ができるようにしたものなど、様々な種類のものが出回っている。後者のレンズ付きフイルムユニットに設けられているストロボ装置は、ストロボ発光を行う際に必要なコンデンサ等の各種電気素子や、充電スイッチ、電池接片等の金属製部品がプリント基板にはんだ付けされて構成されている。

上述した各種電気素子等をプリント基板にはんだ付けする際には、浸漬はんだ付け方法やリフローはんだ付け方法を用いて多数の電気素子を一括してはんだ付けしている。しかし、電池接片等の金属製部品は、ランドと金属製部品の側面との間ではんだ付けを行うため、浸漬はんだ付け方法やリフローはんだ付け方法は使用できない。そこで、金属製部品のはんだ付けにはレーザはんだ付け方法が用いられている。

レーザはんだ付け方法は、レーザ装置から出力されるレーザ光を金属製部品に照射する。そして、はんだが溶融する温度まで金属製部品を加熱し、はんだ付けを行う。この方法によれば、レーザ光の照射で生じる熱によってはんだを溶融させることが出来るので、非接触ではんだ付けを行うことができる。

しかし、従来のレーザはんだ付け方法で金属製部品をはんだ付けする場合には、使用するレーザ装置の出力が小さく、また金属製部品の熱容量が大きいため、はんだが溶融する温度まで金属製部品を加熱するのに時間がかかるという問題があった。特に、近年は、環境問題等を考慮して、鉛フリーはんだが多く使用されている。鉛フリーはんだは、従来使用されていたはんだよりも融点が高いので、はんだが溶融する温度まで加熱するためにはさらに時間がかかることになる。したがって、レーザはんだ付け方法では、金属製部品を容易にはんだ付けすることができないという問題があった。

このような問題は、高出力のレーザ装置を採用することにより解決できるものの、高出力のレーザ装置は高価であるから導入時のコストアップにつながるという問題が生じるため、適当な方法とはいえない。また、レーザ光が照射される対象物がレーザ光のエネルギーを吸収しにくいものであったり、熱伝導率がよくてレーザ光から受けた熱を放熱しやすいものである場合には、はんだが溶融する温度まで加熱させるのに時間がかかることになる。

そこで、これらの問題点を解決するため、高温のホット不活性ガスをはんだ付けする箇所に噴射して当該箇所を加熱し、コストを低く抑えながら、加熱時間を短縮したレーザ式はんだ付け方法が知られている（特許文献１）。
特開２００１−１９８６７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているレーザ式はんだ付け方法では、はんだ付けをするときに高温の不活性ガスを噴射するので、噴射された不活性ガスの風圧ではんだのフィレット形状が変形するおそれがあるという問題点がある。本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、導入時におけるコストアップを抑制しつつ、フィレット形状を変形させず、かつ効率的にはんだ付けが行えるレーザはんだ付け方法及びレーザはんだ付け装置を提供することを目的とする。

上記問題点を解決するにあたり、本発明のレーザはんだ付け方法は、レーザ装置から照射されるレーザ光を使用して第１の対象物と第２の対象物とをはんだ付けするレーザはんだ付け方法において、前記第１の対象物を前記レーザ光で加熱し、前記第２の対象物をヒータで加熱することを特徴とする。

なお、前記第２の対象物は、前記第１の対象物よりもレーザ吸収が悪いことが好ましい。

また、前記第２の対象物は、前記第１の対象物よりも熱容量が大きいことが好ましい。

また、前記第１の対象物は、プリント基板のランドであり、前記第２の対象物は、金属製部品であることが好ましい。

また、前記プリント基板は、レンズ付きフイルムユニットのストロボ基板であり、前記金属製部品は、前記ストロボ基板にはんだ付けされる電池接片であることが好ましい。

また、本発明のレーザはんだ付け装置は、第１の対象物と第２の対象物とをはんだ付けするはんだ付け装置において、前記第１の対象物を加熱するレーザ装置と、前記第２の対象物を加熱するヒータと、前記第１の対象物及び第２の対象物をはんだ付けする際にはんだを供給するはんだ供給手段とを備えたことを特徴とする。

なお、前記レーザ装置は、出力が１０〜５０Ｗの近赤外線レーザであることが好ましい。

また、前記ヒータは、セラミックヒータであることが好ましい。

また、前記ヒータの温度は、４００℃以上であって、かつ前記第２の対象物の融点以下であることが好ましい。

また、前記ヒータは、前記第２の対象物と面接触する接触面を有することが好ましい。

本発明によれば、高温のヒータを金属製部品に接触させて加熱するので、金属製部品の熱容量が大きかったり、低出力のレーザ装置を使用した場合であっても、はんだが溶融する温度まで短時間で加熱することができる。したがって、高出力のレーザ装置を使用しなくてもよいので、はんだ付け装置の導入時におけるコストアップを抑えることが可能になる。さらに、ガスを噴射させて加熱しないので、はんだのフィレット形状を変形させるような不具合も解消することが可能になる。

本発明を適用したレンズ付きフイルムユニットの一例を説明する。図１に示すように、レンズ付きフイルムユニット１１は、ユニット本体１２と、ユニット本体１２を部分的に覆うラベル１３から構成されている。ユニット本体１２の前面には、撮影レンズ１４、ファインダ窓１５、ストロボ発光部１６及びストロボスイッチ１７等が設けられている。また、ユニット本体１２の上面には、レリーズボタン１８、残り撮影可能コマ数を表示するカウンタ窓１９、ストロボ充電表示用のライトガイド２０が設けられている。

図２に示すように、ユニット本体１２は、フイルムパトローネ２１が装填される本体基部２２、この本体基部２２の前後を覆う前カバー２３及び後カバー２４、及び本体基部２２及び前カバー２３の間に組み込まれるストロボ装置２５から構成されている。

ストロボ装置２５は、プリント基板４１及びストロボ発光部１６から構成されている。プリント基板４１には、ストロボ回路の配線パターンがプリントされており、メインコンデンサ４２を含む各種電気部品、図示しないシャッタ羽根の開閉動作に同期してオンするシンクロスイッチ４３、ストロボ装置２５の電源となる電池をストロボ回路に接続する電池接片（第２の対象物）４６，４７がはんだ付けされている。

電池接片４６は、りん青銅の板材を折り曲げ成形して作られている。すなわち、電池接片４６の形状は、プリント基板４１を前カバー２３に面する側から見た場合には、プリント基板４１の左下側から下方に延出した後に左側に延びるように形成され、さらにその先端部がプリント基板４１の裏面側に向けて折り曲げられて形成されている。なお、電池接片４６は、一端がプリント基板４１の左下側にはんだ付けされている。電池接片４７は、りん青銅の板材で作られており、上部はプリント基板４１の裏面側ではんだ付けされ、下部はプリント基板の下方へ延出するように形成されている。

次に、プリント基板４１に電池接片４６をはんだ付けするはんだ付け装置５１の構成について説明する。図３に示すように、はんだ付け装置５１ではんだ付けをする場合、プリント基板４１はベース板５２に固定される。プリント基板４１は、ベース板５２に設けられている二つの位置決めピン５３によって固定される。ベース板５２はＬ字型をした板材によって形成されており、プリント基板４１を固定した際に電池接片４６とベース板５２とが干渉しないようになっている。なお、符号５４は、プリント基板４１に電池接片４６をはんだ付けする際にはんだが盛られるランド（第１の対象物）である。ランド５４には、はんだ付けする前に予めはんだをコーティングしておいてもよいし、していなくてもよい。

はんだ付け装置５１は、搬送ベルト６１、ガイド部材６２、レーザ装置６３、ヒータ装置（ヒータ）６４及びはんだ供給装置（はんだ供給手段）６５から構成されている。搬送ベルト６１は、その上に載置されたプリント基板４１を図中Ａ方向に搬送する。また、搬送ベルト６１には、上方向に突出する突出部６１ａが設けられている。この突出部６１ａはベース板５２の搬送方向（Ａ方向）に対する位置決めを行うもので、ベース板５２が突出部６１ａと突出部６１ａとの間に載置できるだけの間隔をあけて設けられている。ガイド部材６２は、搬送ベルト６１によって搬送されるベース板５２をガイドするために設けられている。このガイド部材６２は、搬送ベルト６１を挟んで一対になるように設けられており、搬送ベルト６１に載置されたベース板５２が搬送できるだけの間隔をあけて配置されている。

レーザ装置６３には、出力が１０〜５０Ｗの近赤外レーザが使用されている。レーザ装置６３は、搬送ベルト６１の上方であって、レーザ光の光軸とプリント基板４１の板面４１ａとが垂直に交わるように配置されている。また、レーザ装置６３は、ベース板５２が停止位置にきた事を図示しない停止位置検知センサが検知して搬送ベルト６１が停止したときには、プリント基板４１のランド５４にレーザ光を照射するようになっている。

ヒータ装置６４は、動作機構６６と、動作機構６６の先端に設けられたセラミックヒータ６７とから構成されている。動作機構６６は、セラミックヒータ６７が電池接片４６から離れた位置と、セラミックヒータ６７が電池接片４６に接触した位置との間で往復運動させる。動作機構６６は、通常は電池接片４６から離れた位置にセラミックヒータ６７を位置付けており、電池接片４６を加熱する時になると、セラミックヒータ６７が電池接片４６に接触するように移動させる。そして、動作機構６６は、電池接片４６を加熱し終えると、セラミックヒータ６７を電池接片に接触した位置から離れた位置に移動させる。セラミックヒータ６７には図示しないケーブルが接続されており、電源が投入されると、４００℃以上であって、かつ、りん青銅の融点（１０２０〜１０６０℃）より低い温度まで加熱されるようになっている。また、セラミックヒータ６７の下面６７ａは、加熱時に電池接片４６の上面４６ａと面接触するように形成されている。

はんだ供給装置６５は、線状のはんだ６８が容器６９に収納されており、はんだ付け時には、容器６９の内部にあるはんだ６８が適宜送り出されるように構成されている。はんだ供給装置６５は、通常はプリント基板４１から離れた位置に位置付けられており、はんだ付けを行う場合にのみプリント基板４１のランド５４に近接する位置に移動する。

次に、プリント基板４１に電池接片４６をはんだ付けする方法について説明する。なお、本実施形態では、電池接片４６の方がランド５４より熱容量が大きいものとして説明する。図３に示すように、搬送ベルト６１によってベース板５２が図中Ａ方向に搬送されているときには、ヒータ装置６４及びはんだ供給装置６５は、プリント基板４１から離れた位置に位置付けられている。ベース板５２の位置は、搬送ベルト６１によってベース板５２がＡ方向に移動しているときには、図示しない停止位置検知センサによってベース板５２が停止位置まで移動したか否かが検知されている。図４に示すように、ベース板５２が停止位置に達すると、停止位置検知センサから検知信号が出力されて、搬送ベルト６１はベース板５２の搬送を停止する。

図５に示すように、搬送ベルト６１が搬送を停止すると、レーザ装置６３がランド５４に向けてレーザ光Ｌ１を照射し始める。また、レーザ光Ｌ１の照射が開始されるのと同時に、動作機構６６が図中Ｂ方向にセラミックヒータ６７を移動させて、電池接片４６にセラミックヒータ６７を面接触させる。電池接片４６は、セラミックヒータ６７が面接触することによって加熱され、ランド５４はレーザ光Ｌ１が照射されることによって加熱される。

図６に示すように、はんだ供給装置６５は、はんだ６８が溶融する温度まで電池接片４６及びランド５４が加熱されると、図中Ｃ方向に移動して、電池接片４６及びランド５４と近接する位置に位置付けられる。このように、はんだ供給装置６５が位置付けられると、はんだ６８はレーザ光Ｌ１及びセラミックヒータ６７の熱によって溶融する。溶融したはんだ６８は、ランド５４と電池接片４６の一部とに被さるように流れていき、最終的には、図７及び図８に示すように電池接片４６の一部とランド５４との上に盛られた状態になる。このように、はんだ６８がランド５４と電池接片４６の一部とに盛られると、図９に示すように、レーザ装置６３はレーザ光Ｌ１の照射を停止し、はんだ供給装置６５はＤ方向に、セラミックヒータ６７はＥ方向に移動する。このようにしてはんだ付けが行われると、搬送ベルト６１はベース板５２の搬送を再開する。

本実施例は、レーザ装置には、波長８０８ｎｍ、最高出力３０Ｗ、最小ビーム径１．６ｍｍの半導体レーザを使用した。また、ヒータには、先端温度が約５００℃になるものを使用し、ヒータではんだ付けを行う時間は１．８秒以内とした。さらに、プリント基板には、面積が１．５ｍｍ×２．５ｍｍであって、はんだ付け前に予めはんだコートされたランドを形成しておき、りん青銅製の板材（板厚０．３ｍｍ）であって、はんだ付け面の幅が２．５ｍｍ、高さが１．５ｍｍの電池接片をはんだ付けした。なお、はんだ付け時に使用したはんだは、外径０．８ｍｍ，融点２２７℃の鉛フリーはんだを使用した。

このような条件でプリント基板に電池接片をはんだ付けしたところ、１．８秒以内ではんだ付けを行うことができ、従来よりも短時間で電池接片のはんだ付けを行うことが可能になった。

以上のように、本発明によれば、熱容量の大きな材料で形成されている電池接片はセラミックヒータで加熱し、電池接片に対して熱容量の小さな材料で形成されているランドはレーザ装置で加熱することにより、短時間ではんだ付けを行うことができる。したがって、効率的に電池接片をプリント基板にはんだ付けすることが可能になるとともに、プリント基板の生産性を向上させることが可能になる。また、このように加熱すれば、高出力のレーザ装置を使用しなくても簡単にはんだ付けができるので、はんだ付け装置を導入する際のコストアップも抑えることができる。さらに、ホット不活性ガスを噴射するようなこともないので、はんだ付けを終えた後のフィレット形状が変形する問題も解消することができる。また、本発明によれば、ヒータの下面と電池接片とが面接触するようにしているので、電池接片がヒータの熱を受けやすくすることができる。したがって、効率よく電池接片を加熱することが可能になる。

なお、本実施形態においては、ヒータ装置にセラミックヒータを使用することとしているが、本発明はセラミックヒータに限定するものではなく、ニクロムヒータ等の他のヒータを使用してもよい。

また、本実施形態においては、電池接片を加熱する際はセラミックヒータを常時電池接片に当てるようにしているが、電池接片に当てる動作と離す動作とを繰り返し行うようにしても良い。例えば、ヒータで加熱しすぎると、その加熱されている部品が変色、酸化等のダメージを受けるような場合には、はんだ供給装置がはんだを供給しているときにヒータをその部品から離すようにしてもよい。

また、本実施形態においては、レーザ装置でランドを照射し、セラミックヒータで電池接片を加熱することとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、上述した以外の他の部品をはんだ付けする場合にも適用することが可能である。

レンズ付きフイルムユニットの外観を表した外観斜視図である。 レンズ付きフイルムユニットの内部構成を表した分解斜視図である。 レーザはんだ付け装置の構成及び搬送ベルトに載置されたベース板が搬送されているところを表した説明図である。 ベース板が停止位置に搬送され、搬送ベルトの移動が停止したところを表した説明図である。 プリント基板のランドにレーザ光を照射し、電池接片をヒータで加熱しているところを表した説明図である。 レーザ装置及びヒータで加熱したランド及び電池接片にはんだ供給装置がはんだを供給しているところを表した説明図である。 はんだ供給装置によって供給されたはんだが溶融してランド及び電池接片に被さるように流れたところを表した説明図である。 ランド及び電池接片がはんだ付けされたところを表した断面図である。 はんだ付け作業が終了して、はんだ供給装置及びヒータがプリント基板から離れた位置に移動しているところを表した説明図である。

符号の説明

１１ レンズ付きフイルムユニット
１６ ストロボ発光部
２５ ストロボ装置
４１ プリント基板
４６，４７ 電池接片（第２の対象物）
５１ はんだ付け装置
５４ ランド（第１の対象物）
６１ 搬送ベルト
６３ レーザ装置
６４ ヒータ装置
６５ はんだ供給装置（はんだ供給手段）
６７ セラミックヒータ（ヒータ）
６８ はんだ
Ｌ１ レーザ光

Claims (10)

1. レーザ装置から照射されるレーザ光を使用して第１の対象物と第２の対象物とをはんだ付けするレーザはんだ付け方法において、
   前記第１の対象物を前記レーザ光で加熱し、前記第２の対象物をヒータで加熱することを特徴とするレーザはんだ付け方法。
2. 前記第２の対象物は、前記第１の対象物よりもレーザ吸収が悪いことを特徴とする請求項１記載のレーザはんだ付け方法。
3. 前記第２の対象物は、前記第１の対象物よりも熱容量が大きいことを特徴とする請求項１記載のレーザはんだ付け方法。
4. 前記第１の対象物は、プリント基板のランドであり、前記第２の対象物は、金属製部品であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載のレーザはんだ付け方法。
5. 前記プリント基板は、レンズ付きフイルムユニットのストロボ基板であり、前記金属製部品は、前記ストロボ基板にはんだ付けされる電池接片であることを特徴とする請求項４記載のレーザはんだ付け方法。
6. 第１の対象物と第２の対象物とをはんだ付けするはんだ付け装置において、
   前記第１の対象物を加熱するレーザ装置と、
   前記第２の対象物を加熱するヒータと、
   前記第１の対象物及び第２の対象物をはんだ付けする際にはんだを供給するはんだ供給手段とを備えたことを特徴とするレーザはんだ付け装置。
7. 前記レーザ装置は、出力が１０〜５０Ｗの近赤外線レーザであることを特徴とする請求項６記載のレーザはんだ付け装置。
8. 前記ヒータは、セラミックヒータであることを特徴とする請求項６又は７記載のレーザはんだ付け装置。
9. 前記ヒータの温度は、４００℃以上であって、かつ前記第２の対象物の融点以下であることを特徴とする請求項６ないし８のいずれか一に記載のレーザはんだ付け装置。
10. 前記ヒータは、前記第２の対象物と面接触する接触面を有することを特徴とする請求項６ないし９のいずれか一に記載のレーザはんだ付け装置。
    

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