JP2009148810A

JP2009148810A - はんだ付け方法

Info

Publication number: JP2009148810A
Application number: JP2007330401A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Inoue; 康井上
Original assignee: Hitachi Global Storage Technologies Netherlands BV
Current assignee: HGST Netherlands BV
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2009-07-09
Also published as: US20090159649A1

Abstract

【課題】はんだ付けの対象物を損傷させずに、はんだを十分に溶融させることのできるはんだ付け方法を提供する。
【解決手段】光源より発せられる光から所定の波長成分を除去し、当該所定の波長成分が除去された光をはんだに照射して、はんだを溶融するはんだ付け方法である。
【選択図】図２

Description

本発明は、光源からの光を照射してはんだを溶融するはんだ付け方法に関する。

従来から、光を照射してはんだを溶融することにより、はんだ付けを行う方法がある（例えば特許文献１及び２参照）。このような方法では、例えばキセノンランプなどの光源から発せられる所定の波長スペクトルを持つ光を、レンズなどにより集光して、はんだに照射する。これにより、はんだ付け装置をはんだに接触させずにはんだを溶融して、電子部品などの接合を行うことができる。
特開平５‐２４５６２３号公報特開平７‐１４２８５３号公報

上記従来例のはんだ付け方法により、例えばポリイミド等の材料で被覆されたフレキシブルケーブルなどの部品をはんだ付けする場合、光源からの光の強度を上げ過ぎると、この光が照射されることによって、はんだ付けの対象となる部品が熱で焦げてしまうおそれある。一方で、このような部品の損傷を避けるために光の強度を下げると、はんだを十分に溶融できず、はんだ付けに失敗し、手直しが必要となる可能性が高くなる。このように、光の出力を調整するだけでは、はんだ付けの対象物を損傷させずに、はんだを十分に溶融することは難しい場合がある。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的の一つは、はんだ付けの対象物を損傷させずに、はんだを十分に溶融させることのできるはんだ付け方法を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明に係るはんだ付け方法は、光源より発せられる光から、所定の波長成分を除去する除去ステップと、前記所定の波長成分が除去された光をはんだに照射して、はんだを溶融する溶融ステップと、を含むことを特徴とする。

また、上記はんだ付け方法において、前記所定の波長成分は、当該所定の波長成分以外の波長成分と比較して、はんだ付けの対象物による光の吸収率が高い波長成分であることとしてもよい。

また、上記はんだ付け方法において、前記所定の波長成分は、所定の閾値より長い波長の成分であることとしてもよい。

さらに、上記はんだ付け方法において、前記除去ステップでは、前記所定の閾値に応じた大きさの開口部を備えた金属製のフィルタにより、前記光源より発せられる光から、前記所定の閾値より長い波長の成分を除去することとしてもよい。

本発明によれば、所定の波長成分が除去された光をはんだに照射することにより、はんだ付けの対象物を損傷させずに、はんだを十分に溶融させることができる。

以下、本発明の実施の形態に係るはんだ付け方法について、図面を参照しながら説明する。以下では、本実施形態に係る方法によるはんだ付けの対象となる部品（対象物）として、ポリイミド等により被覆されたフレキシブルケーブルを、金属端子と接続する場合の例について説明する。

図１（ａ）及び図１（ｂ）は、はんだ付けの対象物であるフレキシブルケーブル２及び金属端子４の断面を示す図である。図１（ａ）は、フレキシブルケーブル２及び金属端子４に対して、はんだ６を付着させ、その表面にフラックス８を塗布した状態を示している。本実施形態では、この状態においてはんだ６に光を照射することにより、はんだ６を加熱して溶融し、はんだ付けを行う。図１（ｂ）は、このはんだ付けによって、フレキシブルケーブル２及び金属端子４がはんだ６を介して接続された状態を示している。

図２は、このようなはんだ付けを行うために、本実施形態において用いられるはんだ付け装置１０の構造を、模式的に示す図である。はんだ付け装置１０は、光源１２と、光ファイバー１４と、レンズユニット１６と、フィルタ１８と、を含んで構成される。以下、このはんだ付け装置１０の各部について、説明する。

光源１２は、キセノンランプ等であって、連続スペクトルを持つ光Ｌ１を出力する。図３は、光源１２がキセノンランプである場合における、光Ｌ１のスペクトル分布の一例を示す図である。ここで、グラフの横軸は波長を、縦軸は光の強度を表している。同図の例では、光Ｌ１は、可視光領域（波長約３５０ｎｍから約７００ｎｍまでの領域）や紫外光領域（波長約３５０ｎｍ以下の領域）と比較して、赤外光領域（波長約７００ｎｍ以上の領域）の波長成分の強度が大きくなっている。

光源１２から発せられた光Ｌ１は、光ファイバー１４内を伝搬して、レンズユニット１６内に入射する。レンズユニット１６は、集光レンズ１６ａを含んで構成される光学系であって、光ファイバー１４を経由して伝搬した光Ｌ１を集光レンズ１６ａの焦点Ｐに集光する。この焦点Ｐの近傍にはんだ６が位置するようにレンズユニット１６を配置することによって、光源１２から発せられた光がはんだ６に照射される。

フィルタ１８は、当該フィルタ１８に入射する光Ｌ１から所定の波長成分を除去して、それ以外の波長成分を透過させる光学素子である。図１の例では、フィルタ１８は、レンズユニット１６と焦点Ｐ（すなわち、はんだ６が置かれる位置）との間に配置されている。これにより、はんだ６に照射される光から、所定の波長成分が除去される。以下では、フィルタ１８によって所定の波長成分が除去された後の光を、透過光Ｌ２と表記する。所定の波長成分が除去されることで、透過光Ｌ２の照射によるはんだ付けの対象物（ここではフレキシブルケーブル２）の発熱を、光Ｌ１が直接照射される場合と比較して抑えることができる。

ここで、フィルタ１８によって光Ｌ１から除去される所定の波長成分は、それ以外の波長成分と比較して、はんだ付けの対象物による光の吸収率が高い波長の成分であってよい。例えばフレキシブルケーブル２が、赤外光領域の波長の光の吸収率がそれ以外の波長の光の吸収率より高い材料によって形成されている場合、フィルタ１８は、光Ｌ１から赤外光領域の波長成分を除去して、可視光領域や紫外光領域の波長成分を透過させる。こうすれば、透過光Ｌ２が照射されることによるフレキシブルケーブル２の発熱を、より効果的に抑えることができる。また、光源１２から発せられる光Ｌ１が、図３に示すように赤外光領域の波長成分の強度が強い光である場合、光Ｌ１から赤外光領域の波長成分を除去することにより、さらに効果的にフレキシブルケーブル２の発熱を抑えることができる。

一方、透過光Ｌ２を照射する本来の対象であるはんだ６は、錫や銀、銅などの金属材料を含有している。そして、これらの金属の光の吸収率の波長依存性は、一般に、フレキシブルケーブル２を構成するポリイミド等の材料と比較して小さい。具体的に、例えばはんだ６が鉛フリーはんだである場合、はんだ６の主成分は錫である。錫の光に対する反射率は、近赤外光領域で８０％前後、可視光領域で７５％前後と、波長の違いによってそれほど変化しない。したがって、はんだの光の吸収率は、フレキシブルケーブル２と比較して、波長の違いによって大きく変化しないこととなる。そのため、ある程度の強度の光を照射することにより、所定の波長成分を除去しても、それ以外の波長成分の光によってはんだ６を溶融することができる。このように、所定の波長成分を除去した透過光Ｌ２を照射することで、はんだ６とフレキシブルケーブル２の光の吸収率の波長依存性の違いを利用して、フレキシブルケーブル２の損傷を抑えながら、はんだ６を十分に溶融させることができる。

以下、フィルタ１８の構造の具体例について、説明する。例えばフィルタ１８は、所定の閾値λthより長い波長の成分を除去して、λthより短い波長の成分を透過させるショートパスフィルタであってよい。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、フィルタ１８がショートパスフィルタである場合の、フィルタ１８の構造の一例を示す図である。この図の例では、フィルタ１８は、薄い膜状の金属によって形成されている。具体的には、厚さが０．０１ｍｍから０．５ｍｍ程度で、図４（ａ）に示すように、レンズユニット１６によって集光される光Ｌ１のビーム径に応じた直径（例えば直径約３２ｍｍ）の円形の形状をしている。

図４（ｂ）は、このフィルタ１８の表面の一部を拡大した様子を示す部分拡大図である。同図に示すように、フィルタ１８の表面には、複数の開口部１８ａが設けられている。ここで、複数の開口部１８ａは、フィルタ１８の表面の約５０％以上の面積を占めている。光Ｌ１のうち、この開口部１８ａを通過した成分が、透過光Ｌ２となる。図４（ｂ）の例では、フィルタ１８は網目状に形成されており、開口部１８ａのそれぞれは略正方形の形状の孔になっている。また、各開口部１８ａの大きさは、閾値λthに応じた値（例えば０．７μｍから１９０μｍまでの範囲のいずれかの値）となっている。

一例として、光Ｌ１から赤外光領域の成分を除去したい場合、λth＝０．７μｍなので、フィルタ１８に約０．７μｍ四方の開口部１８ａを設ける。こうすると、この開口部１８ａの口径より長い波長の成分は、導電体である金属製のフィルタ１８に吸収され、開口部１８ａを通過することができなくなる。その結果、フィルタ１８は、０．７μｍより短い波長の成分だけを透過させる。

なお、図４（ｂ）に示したのは、フィルタ１８が備える開口部の形状の一例であって、フィルタ１８は他の形状の開口部を備えてもよい。図５及び図６は、フィルタ１８が備える開口部の別の例を示す図であって、いずれも図４（ｂ）と同様にフィルタ１８の表面の一部を拡大した様子を示している。フィルタ１８は、例えば図５に示すように、直径が閾値λthに応じた値である略円形の開口部１８ｂを備えてもよい。また、図６に示すように、閾値λthに応じた大きさの略正六角形の開口部１８ｃを備えてもよい。図６に示すような開口部１８ｃを設けることで、フィルタ１８の開口率（単位面積あたりの開口部分の割合）を高くすることができる。

また、以上説明したような開口部を備えたフィルタ１８において、単位面積あたりの開口部の数を変化させると、フィルタ１８の開口率が変化する。この開口率を減少させると、フィルタ１８を通過する透過光Ｌ２の光量が減少することとなる。そこで、開口率を減少させることによって、フィルタ１８を減光フィルタ（ＮＤフィルタ）として機能させることとしてもよい。こうすれば、フィルタ１８により、光Ｌ１から所定の波長成分を除去するとともに、光Ｌ１の光の強度を弱くして、透過光Ｌ２としてはんだ６に照射することができる。

本実施形態に係るはんだ付け方法では、以上説明したようなはんだ付け装置１０を用いることにより、光源１２より発せられる光Ｌ１から、フィルタ１８により所定の波長成分を除去して、所定の波長成分が除去された透過光Ｌ２をはんだ６に照射する。これにより、フレキシブルケーブル２等のはんだ付けの対象物を損傷させずに、はんだ６を溶融することができる。

なお、本発明の実施の形態は、以上説明したものに限られない。例えば以上の説明においては、レンズユニット１６と焦点Ｐとの間の光路のうち、レンズユニット１６に近い側にフィルタ１８を配置することとしている。しかしながら、フィルタ１８の位置はこのようなものに限られず、光源１２からはんだ６までの光路上のいずれかの位置に配置されればよい。具体的には、例えば図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示すような位置にフィルタ１８を配置してもよい。

図７（ａ）の例では、図２と同様に、フィルタ１８は、レンズユニット１６と焦点Ｐとの間に配置される。しかしながら、図２ではフィルタ１８はレンズユニット１６の近傍に配置されているのに対し、図７（ａ）ではフィルタ１８は焦点Ｐの近傍に配置されている。集光レンズ１６ａにより集光される光がフィルタ１８を通過する際には、回折が生じるため、フィルタ１８がない場合と比較して、透過光Ｌ２を焦点Ｐに集光しにくくなる。そこで、図７（ａ）に示すように、よりレンズユニット１６から離れた位置にフィルタ１８を配置することによって、フィルタ１８による回折の影響を抑えて、焦点Ｐに透過光Ｌ２を集光することができる。一方、図２に示すようにフィルタ１８をレンズユニット１６に近い位置に配置した場合には、図７（ａ）の例と比較して、フィルタ１８とはんだ６との間の距離が離れるので、フィルタ１８の発熱を抑えるとともに、はんだ付けの作業をやり易くすることができる。また、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示すように、フィルタ１８は、レンズユニット１６内において集光レンズ１６ａより手前（光ファイバー１４側）に配置されることとしてもよい。この場合、フィルタ１８は、集光レンズ１６ａに入射する前の光から、所定の波長成分を除去する。

また、以上の説明においては、フィルタ１８は、所定の閾値λthに応じた大きさの開口部を備えた金属製のフィルタであることとしたが、フィルタ１８はこれ以外のものであってもよい。例えば、以上説明したような一定の大きさの開口部を備えたフィルタを、２枚重ね合わせて用いてもよい。このとき、２枚のフィルタを互いの開口部の一部分だけが重なるようにずらして重ねることによって、重ね合わせたフィルタ全体の開口部の大きさを小さくすることができ、各フィルタの開口部の大きさより小さな波長の成分も光Ｌ１から除去することができる。また、フィルタ１８は、所定の波長帯の光を吸収する光学薄膜などであってもよい。

本発明の実施の形態に係るはんだ付け方法によるはんだ付けの対象物を示す図である。本発明の実施の形態に係るはんだ付け方法に用いられるはんだ付け装置の概略の構成例を示す図である。光源より発せられる光のスペクトル分布の一例を示す図である。フィルタの構造の一例を示す図である。フィルタの構造の別の例を示す部分拡大図である。フィルタの構造の別の例を示す部分拡大図である。はんだ付け装置の構成の別の例を示す図である。

符号の説明

２フレキシブルケーブル、４金属端子、６はんだ、８フラックス、１０はんだ付け装置、１２光源、１４光ファイバー、１６レンズユニット、１６ａ集光レンズ、１８フィルタ、１８ａ，１８ｂ，１８ｃ開口部。

Claims

光源より発せられる光から、所定の波長成分を除去する除去ステップと、
前記所定の波長成分が除去された光をはんだに照射して、はんだを溶融する溶融ステップと、
を含むことを特徴とするはんだ付け方法。
請求項１に記載のはんだ付け方法において、
前記所定の波長成分は、当該所定の波長成分以外の波長成分と比較して、はんだ付けの対象物による光の吸収率が高い波長成分である
ことを特徴とするはんだ付け方法。
請求項１又は２に記載のはんだ付け方法において、
前記所定の波長成分は、所定の閾値より長い波長の成分である
ことを特徴とするはんだ付け方法。
請求項３に記載のはんだ付け方法において、
前記除去ステップでは、前記所定の閾値に応じた大きさの開口部を備えた金属製のフィルタにより、前記光源より発せられる光から、前記所定の閾値より長い波長の成分を除去する
ことを特徴とするはんだ付け方法。