JP2017051955A - はんだ付装置及びはんだ付方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光をはんだ付箇所に効率的に照射し、はんだ付箇所の周囲部に熱損傷を引き起こすことのないはんだ付装置を得る。【解決手段】レーザ光をはんだ付箇所に対して、該はんだ付箇所よりも狭いスポットに絞って照射して加熱するレーザ光線照射手段と、加熱された前記はんだ付箇所にはんだを供給するはんだ供給装置５０と、撮像装置３１及び非接触温度計３３によって前記はんだ付箇所の温度分布情報を得る画像処理装置３０と、前記温度分布情報に基づいて前記はんだ付箇所に対する前記レーザ光線照射手段による照射スポットの位置を相対的に移動して該はんだ付箇所を所定温度まで昇温させ、該はんだ付箇所が所定温度に達したときに前記はんだ供給装置によりはんだを供給するように制御する制御部６０と、を備えたものである。【選択図】図１

Description

本発明は、リードフレームを有する半導体パッケージを基板に実装する場合などに用いられる、レーザビームによるはんだ付装置及びはんだ付方法に関するものである。

従来、レーザビーム（以下、単に「レーザ光」という）を用いてリードフレームを有する半導体パッケージを基板へボンディングするにあたり、レーザ光をリード部と電極パッドの両方へ照射する。予め電極パッド上には接合材としてのはんだを供給しており、照射するレーザ光のエネルギーにより、はんだ材を加熱して溶融し、リードと電極パッドをはんだ付けしてきた。
しかしながら、レーザ光を高出力にして、はんだ付時間の高速化を狙った場合、電極パッド間の基板へも高出力のレーザ光を照射してしまうため、基板に対する熱損傷を引き起こす原因となっていた。
上記のような実状から、はんだ付箇所以外（基板）への熱損傷を抑えつつ、且つはんだ付を高速化する方法として、レーザ出力は上昇させずに、広範囲を緩やかに加熱させる加熱ガス噴射機という別機構の加熱源を設けることで、熱損傷の抑制とはんだ付の高速化を実現するようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。

特開２００２−１５２１号公報

前記のような従来のはんだ付装置においては、１）予めはんだが電極パッド上に供給されている必要があること。また加熱ガス噴射機による影響として、２）レーザ光源以外に加熱させる機構が必要となること、３）設備内で異物を巻き上げる恐れのある気流を発生させてしまうこと、４）基板への熱損傷の可能性が残ることなどの課題があった。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、レーザ光をはんだ付箇所に効率的に照射し、必要な箇所に必要な量のはんだを供給、なおかつ不要な箇所へのレーザ光照射を抑制し、熱損傷を引き起こすことのないはんだ付装置及びはんだ付方法を提供することを目的としている。

本発明に係るはんだ付装置は、レーザ光源から出射されたレーザ光を予め設定されたはんだ付箇所に対して、該はんだ付箇所よりも狭い面積のスポットに絞って照射し、そのはんだ付箇所をはんだ付可能な温度に加熱し得るレーザ光線照射手段と、このレーザ光線照射手段によって加熱された前記はんだ付箇所にはんだを供給するはんだ供給装置と、前記はんだ付箇所を撮像する撮像装置と、前記はんだ付箇所の温度を計測し得る非接触温度計と、前記撮像装置による撮像情報及び前記非接触温度計による計測結果から前記はんだ付箇所の温度分布情報を得る画像処理装置と、前記温度分布情報に基づいて前記はんだ付箇所に対する前記レーザ光線照射手段による照射スポットの位置を相対的に移動制御して前記はんだ付箇所を所定温度まで昇温させ、前記はんだ付箇所が所定温度に達したときに前記はんだ供給装置によりはんだを供給するように制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明に係るはんだ付方法は、レーザ光源から出射されたレーザ光を予め設定されたはんだ付箇所に対して、該はんだ付箇所よりも狭い面積のスポットに絞って照射すると共に、撮像装置と非接触温度計を用いた画像処理装置によって前記はんだ付箇所の温度分布を計測しつつ、前記レーザ光の照射スポットを相対的に移動制御して前記はんだ付箇所を所定温度に昇温させ、前記画像処理装置によって計測された前記はんだ付箇所の温度が所定値に達したときにはんだ供給装置によりはんだを前記はんだ付箇所に供給することを特徴とする。

本発明のはんだ付装置によれば、予めはんだ材をはんだ付箇所に供給しておく必要がなく、はんだ供給とはんだ付を同時に実施でき、また、はんだ付箇所の周りの基板に対するレーザスポットの照射を避けられるため、基板に熱損傷を与えることなく高出力のレーザ照射を実施できる。そのため、加熱源をレーザ光のみとすることができ、装置を簡素化し効率的にできる。また、熱気流の発生による問題も解消できる。
また、本発明のはんだ付方法によれば、予めはんだ材をはんだ付箇所に供給しておく必要がなく、はんだ供給とはんだ付を同時に実施でき、また、はんだ付箇所の周りの基板に対するレーザスポットの照射を避けられるため、基板に熱損傷を与えることなく高出力のレーザ照射を実施できる。そのため、レーザ光のみの加熱源ではんだ付を効率的に行うことができる。また、熱気流の発生による問題も解消できる。

本発明の実施の形態１によるはんだ付装置の要部構成を概念的に示す斜視図である。 図１のはんだ付装置による動作過程１を説明する斜視図である。 図１のはんだ付装置による動作過程２を説明する斜視図である。 図１のはんだ付装置による動作過程３を説明する斜視図である。 図１のはんだ付装置による動作過程４を説明する斜視図である。 図１のはんだ付装置における制御系の構成図である。 図１のはんだ付装置の画像処理装置におけるカメラ画像と非接触温度計の計測画面の重ね合わせによる温度計測を概念的に説明する図である。 図１のはんだ付装置による昇温過程において計測された重ね合わせ画面を概念的に示す図である。 図１のはんだ付装置による１か所のはんだ付に対応する制御フローの概要を説明する図である。 図２及び図３に示す動作過程におけるはんだ付部を概念的に示す正面図である。 本発明の実施の形態２によるはんだ付装置の要部構成を概念的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態３によるはんだ付装置の要部構成を概念的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態４によるはんだ付装置の要部構成を概念的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態５によるはんだ付装置の動作例を概念的に説明する図である。 本発明の実施の形態５によるはんだ付装置の他の動作例を概念的に説明する図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１によるはんだ付装置の要部構成を概念的に示す斜視図、図２から図５は図１のはんだ付装置による動作過程１から動作過程４を説明する斜視図、図６は図１のはんだ付装置における制御系の構成図、図７は図１のはんだ付装置の画像処理装置におけるカメラ画像と非接触温度計の計測画面の重ね合わせによる温度計測を概念的に説明する図、図８は図１のはんだ付装置による昇温過程において計測された重ね合わせ画面を模式的に示す図である。なお、各図を通じて同一符号は同一または相当部材（部分）を示している。

図において、はんだ付装置は、基台２０と、はんだ付を要するワークであるサンプル１０を搭載するステージ２１と、サンプル１０の基板（プリント基板）１１に設けられた電極パッド１２とその上部に配設された半導体パッケージ等実装部品のリード１３の先端部分を含んで成るはんだ付箇所（はんだ付領域）とその近傍を撮像する撮像装置としてのカメラ３１と、サンプル１０のはんだ付箇所までの高さを測定し、カメラ３１の焦点位置を自動的に調整するのに用いるレーザ変位計３２と、サンプル１０を搭載したステージ２１を該ステージ２１と平行な面ＸＹ方向に移動させるためのアクチュエータ等で構成されたＸ方向移送機構２２及びＹ方向移送機構２３と、カメラ３１、レーザ変位計３２、対物レンズ４４、はんだ供給装置５０、及び非接触温度計３３が固定されそれらをＸＹ方向に直交する高さ方向に一体的に移動させるためのＺ方向移送機構２４と、レーザ発振器（レーザ光源）４２と、ミラー等の光学部品４３と、レーザコントローラ４１と、画像処理装置３０と、ＰＬＣ（プログラマブル ロジック コントローラ）６０と、そのＰＬＣ６０の操作装置であるタッチパネル付の表示器ＧＯＴ（グラフィック オペレーション ターミナル）６１（以下、ＧＯＴ６１という）などを備えている。

なお、サンプル１０において、基板１１やリード１３などは説明に必要な一部分のみを図示しており、基板１１の全形や、リード１３を有する半導体パッケージ等実装部品の全形は図示されていない。なお、カメラ３１、レーザ変位計３２、ＰＬＣ６０などは何れも既存のものから適宜選択して用いることができ、非接触温度計３３として、ここでは赤外線サーモグラフィを用いている。
前述のレーザコントローラ４１、レーザ発振器４２、レーザ光４２ａを屈折させるミラー等の光学部品４３、及び対物レンズ４４からなる一群のデバイス類は、レーザ光４２ａを予め設定されたはんだ付箇所７２（図７に図示）に照射し、そのはんだ付箇所をはんだ付可能な所定温度に加熱し得るレーザ光線照射手段を構成している。なお、はんだ付箇所７２は、ここでは電極パッド１２と同一部分としているが、必ずしも電極パッド１２と完全に同一でなくても良く、例えば電極パッド１２の一部でも良い。

画像処理装置３０は、各部材の位置及び姿勢をカメラ３１で測定・論理演算し、図７、図８に示すように、はんだ付箇所７２の位置情報をＰＬＣ６０へと送信する。また、昇温の達成／未達成の条件となる閾値も管理しており、はんだ付時においては、非接触温度計３３の計測結果と、カメラ３１の画像とを重ねあわせて、昇温達成箇所７３と昇温未達成箇所７４の位置を特定し、未達成箇所へのＸ軸Ｙ軸の移動量をＰＬＣ６０へと送信している。なお、はんだ付箇所７２全てが昇温達成箇所７３と判定した場合には、昇温完了の信号をＰＬＣ６０へと送信する。なお、カメラ３１、非接触温度計３３、及び画像処理装置３０は一体構成しても良い。

なお、実施の形態１においては、閾値は２００℃以上を昇温達成、２００℃未満を昇温未達成と設定し、図７、図８以降の図において、それらを昇温達成箇所７３、昇温未達成箇所７４と表示している。また、昇温達成箇所７３がはんだ付箇所の９０％を占めている場合に、昇温完了と設定している。
ＰＬＣ６０は、各動作軸のポジション、加速度、速度、タイマー等や、各種動作シーケンスを管理している。そして、ＰＬＣ６０は画像処理装置３０によって計測されたはんだ付箇所の温度分布に基づいてそのはんだ付箇所に対するレーザ光線照射手段による照射スポットの位置を相対的に移動制御し、はんだ付箇所内に予め設定された部分が所定温度に達したとき、即ち昇温達成箇所７３で、昇温完了となったときにはんだ供給装置５０によりはんだを所定量供給するように制御する制御部を構成している。

レーザコントローラ４１は、レーザの出力を管理しており、因みに実施の形態１においては、出力４０Ｗとしている。基本的には、常時レーザを出力しており、レーザＯＮ／ＯＦＦは、ＰＬＣ６０側でシャッターの開閉を行い、管理している。なお、シャッターとはレーザ発振器４２の先端部を物理的に金属部材（図示省略）で遮断することを意味している。
ＰＬＣ６０からの指示で、レーザコントローラ４１にて予め設定されている条件を読み込むことで、レーザ発振器４２から出射されたレーザ光４２ａは、複数の光学部品４３に反射されて、図２に示すように、対物レンズ４４で集光され、サンプル１０のはんだ付箇所である電極パッド１２上へ照射される。また、はんだ供給装置５０は、糸はんだ５１をサンプル１０に照射されたレーザ光のレーザスポット４５の位置へ供給する機構となっている。なお、はんだ供給装置５０は、糸はんだ５１を供給する速度を可変可能としている。

また、はんだ付量の適正化のため、非接触温度計３３により、はんだ付箇所周辺の温度を測定している。はんだ付箇所周辺の温度測定結果と、位置認識画像を画像処理装置３０で取り込み、図７に示すように、非接触温度計３３の測定結果と画像処理の重ね合わせ画面７１から、はんだ付箇所７２における昇温条件が未達成な昇温未達成箇所７４を特定し、ＰＬＣ６０へ該当位置情報を送り、ＰＬＣ６０からの指示で各動作機構により該当箇所を昇温させる構成となっている。なお、画像処理装置３０の画面を確認するためのモニター（図示省略）は別途はんだ付装置に取付けられており、エラー発生時にオペレータが状況を確認できるように構成されている。

なお、ここでははんだ付対象としてサンプル１０について説明するが、実際には、はんだ付対象（機種、型番など）毎に、予めカメラ３１を用いて画像認識を行い、はんだ付を行う電極パッド１２（はんだ付箇所）の全てを位置認識させ、その位置情報とはんだ付の順番、機種、型番などはんだ付の対象情報の関係をＰＬＣ６０の記憶装置に記憶させておく。それによって、例えば基板１１、及びその基板１１に対してはんだ付によって実装される実装部品の一方または双方が変更された場合などを含む機種変更にも対応することができるように構成されている。
サンプル１０の電極パッド１２には例えばアライメントマーク（図示省略）等を設けておき、それをカメラ３１で認識し、認識結果に基づいてレーザを照射する位置を自動で計算し、その後、Ｘ方向移送機構２２、Ｙ方向移送機構２３、及びＺ方向移送機構２４を使用することで、対物レンズ４４に対するサンプル１０のレーザを照射する位置を調整するように構成されている。

次に、上記のように構成された実施の形態１の動作を図２〜図５、及び図９、図１０について説明する。なお、図９は図１のはんだ付装置による１か所のはんだ付に対応する制御フローの概要を説明する図、図１０は図２及び図３に示す動作過程におけるはんだ付部を概念的に示す正面図である。
まず、ＰＬＣ６０に対してＧＯＴ６１を用いて、あらかじめ登録されたリストからはんだ付対象としてサンプル１０を選択した後、起動させる。はんだ付対象のサンプル１０は、本件発明とは別のロボットなどの公知の移送手段によってステージ２１上の所定位置にセットされる。そして、レーザ変位計３２はサンプル１０までの高さを測定し、カメラ３１の焦点位置をＺ方向移送機構２４を使用して自動的に調整し焦点合わせを行う。

そして、サンプル１０のアライメントマーク等をカメラ３１で認識させ、レーザ光を照射する位置を予め登録された記憶情報に基づいて計算し、その後、Ｘ方向移送機構２２、Ｙ方向移送機構２３と、Ｚ方向移送機構２４を各々使用することで、対物レンズ４４に対するサンプル１０のレーザを照射する位置を調整する。ＰＬＣ６０からの指示で、レーザコントローラ４１にて予め設定された条件を読み込むことで、レーザ発振器４２から出射されレーザ光４２ａは、複数の光学部品（ミラー等）４３を用いた所定の光路に沿って進み、対物レンズ４４によって集光され、サンプル１０における電極パッド１２上の所定位置にレーザスポット４５として照射され、当該位置を加熱ないしは予熱する。

レーザ光によるはんだ付は概略的に図２〜図５に示す動作過程１〜４の順で行なわれる。
まず、図２の動作過程１では、図のＹ方向奥側の電極パッド１２における図の左側部分に対してはんだ付けを行う位置をレーザで照射することで予熱し、その後、はんだ供給装置５０により糸はんだ５１を電極パッド１２へ供給している。なお、図２では分かり易くするために糸はんだ５１を左側のみに供給しているが、サンプル形状、はんだ付位置に応じる必要があるため、供給位置は図示のものに限定されるものではない。

図３の動作過程２では、Ｘ方向移送機構２２を使用することで、レーザスポット４５とはんだ供給装置５０を図の奥側の電極パッド１２における右側へ矢印Ａで示すように移動させ、電極パッド１２の右側をレーザで照射することでを加熱し、はんだ付可能な所定温度に達したことが確認された後、はんだ供給装置５０により糸はんだ５１を電極パッド１２の右側部へ供給している。
図４の動作過程３では、図のＹ方向手前側の隣の電極パッド１２における図の左側部分に対してはんだ付を行う。そのために、それに先立って図３の動作過程２の完了後、隣の電極パッド１２の位置まで、Ｘ方向移送機構２２と、Ｙ方向移送機構２３を使用して基板１１を移動させる。なお、次のはんだ付対象である隣の電極パッド１２に移動させる間はレーザ照射をＯＦＦの状態にしておく。これらの移動に伴う過程に関しては図示を省略する。

その後、図２と同様、図４に示す電極パッド１２の先ず左側を加熱し、はんだ付可能な所定温度に達したことが確認された後、糸はんだ５１をはんだ付位置へと供給する。
さらに、図５の動作過程４において、図３の動作過程２と同様のプロセスを実施して、はんだ付を完了させる。
はんだ付を安定して実施するには、はんだ付面の温度を如何に均一に昇温させるかにある。そのため、本発明においては、非接触温度計３３により、はんだ付箇所の予熱やはんだ付を実施している間のはんだ付面の温度分布をモニターすることで、十分昇温できていないはんだ付箇所の特定部位を、予熱時に確認し、予熱不足の箇所へ、Ｘ方向移送機構２２と、Ｙ方向移送機構２３と、Ｚ方向移送機構２４により移動し、その後、レーザスポット４５を該当箇所へと直接あてて十分予熱させることで、はんだ付面の均一昇温を実現するようにしている。

次に、前述の動作過程において温度を均一に昇温させる手法について図７、図８を参照して具体的に説明する。なお、赤外線サーモグラフィで成る非接触温度計３３は、はんだ付箇所７２とその近傍を含む視野について温度のむらを検知し得る解像度を有しているものを用いる。そして、取得した画像を、画像処理装置３０で取り込む。その際に位置認識で取得した画像も画像処理装置３０に取り込むことで、両者の画像を重ね合わせる。
図７における「カメラ画像」の欄はカメラ３１によって撮像されたはんだ付箇所、即ち電極パッド１２とリード１３部分の画像を模式的に示し、糸はんだ５１とレーザスポット４５も写りこんでいる。また、「カメラ画像＋温度計測結果」の欄は「カメラ画像」に非接触温度計３３による計測結果を重ね合わせたもので、縦横の枡目からなる２次元のマトリクス状の座標を用いて示された重ね合わせ画面７１に太線で示すはんだ付箇所７２と、昇温達成箇所７３と、昇温未達成箇所７４が示されている。

なお、はんだ付に際しては、予め例えば市販されているビームプロファイラにより、レーザ出力が設定値の範囲内に収まっているかどうかを確認しておく。
そして、糸はんだ５１を供給しない状態で、はんだ付箇所７２へとレーザスポット４５を照射する。その際、予熱時の昇温状態を赤外線サーモグラフィで計測する。
はんだ付箇所の温度が、図８に示すように予め設定された、１）３００℃以上、２）２００〜３００℃、３）２０〜２００℃の３種類のレベルで識別を行う。
その際、１）３００℃以上と、２）２００〜３００℃は昇温達成箇所７３と判断し、３）２０〜２００℃の領域は昇温未達成箇所７４として判断する。

画像処理装置３０はその昇温未達成箇所７４の位置情報をＰＬＣ６０へ送信し、ＰＬＣ６０がＸ方向移送機構２２やＹ方向移送機構２３などの各動作機構により、昇温未達成箇所７４へとレーザスポット４５の位置を移動させる。
その後、はんだ付箇所７２全てが昇温達成箇所７３と画像処理装置３０が判断した場合、糸はんだ５１が供給され始める。
なお、はんだ付箇所７２の検査ウィンドウは画像処理装置３０上で任意設定でき、温度の識別条件はＧＯＴ６１上で任意に設定できる。
サンプル１０の例えばロットのバラつきによる影響等（例えば電極パッド１２の表面が酸化する等）により、はんだ付箇所の領域内の昇温にバラつきが生じたとしても、その昇温不足箇所の座標は図８に示す画面上で容易に特定されるので、レーザスポット４５を当該位置に移動させて昇温不足箇所を昇温達成箇所７３へ加熱することも自動化できるので、より安定したはんだ付が可能となる。

なお、図８において、昇温前ははんだ付箇所７２の全体が３）２０〜２００℃であったものが、はんだ付箇所７２の上半部のレーザスポットの照射による１段階昇温によって上半部が２）２００〜３００℃に達すると共に、レーザスポットの中心部は１）３００℃以上となり、はんだ付箇所７２の下半部のレーザスポットの照射による２段階昇温によってはんだ付箇所７２の全体が２００〜３００℃に達する一方、レーザスポットの中心部が長時間照射された部分は１）３００℃以上に昇温されていることを示している。なお、図７、図８についての説明における上半部は図２〜図５における左側部に対応し、下半部は右側部に対応している。

前述のような本発明のはんだ付装置における特徴部分の第１は前述の図２と図３（または図４と図５）の２つの過程を含む点にあり、その更に具体的な動作は図９に示す制御フローによって行われる。
図２の動作過程１は、それに先立ってステップＳ１（以下、「ステップ」の表示を省略する。）からＳ５までの動作が行われた後の、Ｓ６からＳ８までの動作によって行われる。なお、「上半部」及び「下半部」は図７、図８の場合と同様である。
そして、図３の動作過程２は、Ｓ９からＳ１２までの動作によって行われる。なお、糸はんだ５１の供給量は、はんだ付箇所の部位毎に設定されており、図９においては一定の供給スピードにおいて供給した時間（秒）で示されている。なお、供給スピードを変更することも可能である。

Ｓ１３では、Ｓ１〜Ｓ１２までの過程で行われたはんだ付完了箇所について、未はんだエリアが残っていないかを、例えばはんだ付完了箇所からの反射光などを利用した公知の光学的検知手段（図示及び説明を省略）によって確認される。そして、未はんだエリアが検知されなければＳ２１にて当該電極パッドのはんだ付は終了となる。一方、Ｓ１３において未はんだエリアが検知された場合には、Ｓ１４からＳ２０までのステップによって未はんだエリアの修復を行った後、Ｓ２１にて終了となる。

図１０はＳ１からＳ２１までの過程におけるはんだ付部分を詳細に示す図であり、（ａ）ははんだ付前の状態、（ｂ）ははんだ付中の状態、（ｃ）ははんだ付後の状態を示している。図１０（ａ）から（ｃ）に至る過程で、電極パッド１２上に配設されたリード１３に対して、レーザスポット４５によって加熱された部分に糸はんだ５１を供給することによって、はんだ付が行われ、リード１３の先端部における電極パッド１２と平行に当接または近接している部分の全体がはんだ５２によって覆われた状態となる。なお、図３から図５に図示されているはんだ５２は、その大まかな位置のみを示し、形状はデフォルメして示されている。

前述のＳ１からＳ２１に示す一連のステップによって、例えば図２、図３に示す１か所目のはんだ付が完了した後は、ＰＬＣ６０に予め入力されたプログラムによって図４、図５に示す２か所目のはんだ付箇所のはんだ付が同様に行なわれるように制御される。
また、本装置に取り付けているカメラ３１により、サンプル１０などのワークの形状が変わった場合でも、画像認識により、ワークの種別を予め登録されたリストから特定し、それに基づいて自動的にＸ方向移送機構２２、Ｙ方向移送機構２３、及びＺ方向移送機構２４の移動距離設定を判断・計算することで、自動的に段取り替えを行うことも可能となり、交換作業時間の短縮効果も得ることができる。

上記のように実施の形態１のはんだ付装置によれば、はんだ付部を加熱する前に予めはんだを設けておく必要がなく、はんだ供給とはんだ付を同時に実施できること、また、基板に対する照射を避けられるため、高出力のレーザ照射を実施できることから、加熱源をレーザのみで対応可能であり、加熱ガスの噴射機などを別に設ける必要がないので、装置を簡素にすることができる。また、設備内で異物を巻き上げる恐れのある気流を発生させる要因がなくなることからはんだ付をきれいに実施することができる。

また、実施の形態１のはんだ付方法は、レーザ光を予め設定されたはんだ付箇所よりも狭い面積のスポットに絞って該はんだ付箇所に照射して加熱すると共に、撮像装置と非接触温度計を用いた画像処理装置によって前記はんだ付箇所の温度分布をモニターしつつ、前記レーザ光の照射スポットを相対的に移動制御して前記はんだ付箇所を所定温度に昇温させ、前記画像処理装置によって計測された前記はんだ付箇所の温度が所定値に達したときにはんだ供給装置によりはんだを前記はんだ付箇所に供給するようにしたものであり、別の加熱源を、設備に持たす必要がなく、設備費用抑制、省スペース化、また装置内に気流が舞う可能性や、サンプルへの熱損傷を抑制できる。また、はんだ材料を事前に供給する必要がないため、設備費用抑制、省スペース化を実現できる。さらに、サンプルのロットバラつきによる影響等（例えば表面酸化）により、はんだ付面内の昇温にバラつきが生じたとしても、装置が自動で対応できるため、安定したはんだ付が可能となる。また、はんだ付箇所の温度分布をモニターしながら照射スポットを相対的に移動制御して昇温させるので、均一に昇温され、はんだ付の品質が向上し、はんだ付加工したワークの信頼性が向上するとともに、不良の発生率も改善できる。

実施の形態２．
図１１は本発明の実施の形態２によるはんだ付装置の要部構成を概念的に示す斜視図である。図において、はんだ供給装置５０Ａは、ジェットディスペンサ等により例えばクリーム状はんだを離れた位置からはんだ付箇所に液滴状に吐出する非接触ディスペンサからなっており、Ｚ方向移送機構２４に取り付けられた対物レンズ４４やカメラ３１などのユニットとは別ユニット化され、別の直交ロボットの移送機構２４Ａの先端部に取り付けられ、図１に示すＰＬＣ６０によって吐出方向、吐出量、タイミングなどを制御され、サンプル１０の形状が複雑な場合にも対応できるように構成されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

前記のように構成された実施の形態２によれば、はんだ材を実施の形態１のように糸はんだを供給する場合に比べて距離の離れた位置から目的の位置に正確に吐出することができるため、実施の形態１のはんだ供給装置５０を使用した場合にサンプル１０と干渉してしまう場合でも、レーザ光によるはんだ付をより好適に実施することができる。このため、ワークの形状仕様が大きく異なる場合にも柔軟に対応できるという効果が得られる。なお、はんだ供給装置５０Ａは、図示されていない垂直多関節ロボットの先端などに取り付けても良い。

実施の形態３．
図１２は本発明の実施の形態３によるはんだ付装置の要部構成を概念的に示す斜視図である。なお、本実施の形態３では、はんだ付をより高速にするために、実施の形態１の図１におけるレーザ光線照射手段を構成する対物レンズ４４に対応する位置にガルバノミラー４６とｆ−θレンズ４７を用いたものであり、実施の形態１と共通する部分については図１と共に説明する。図において、ミラー等の光学部品４３によってＺ方向移送機構２４のヘッド部に導かれたレーザ光４２ａは、図示省略しているスキャンニング機構によってレーザ光４２ａを所望の方向にスキャンさせるガルバノミラー４６と、スキャンされたレーザ光線を所望の方向に集光させるｆ−θレンズ４７を利用したスキャニング光学系によってレーザビームをはんだ付箇所に照射するように構成されている。

前記スキャニング光学系は、何れも図示を省略しているＸＹ軸のロータリーエンコーダとモータを用いて、ガルバノミラー４６を高速に駆動することにより、レーザ光４２ａのワークにおけるはんだ付箇所に対する位置決めを行う。このスキャニング光学系は、例えば穴あけ、カッティング、トリミングなどに使われている一般的な方式と同様のものであり、実施の形態３はその公知のデバイスを利用したものである。なお、ガルバノミラー４６とｆ−θレンズ４７はＺ方向移送機構２４のヘッド部に取り付けられるが、別の保持手段に取り付けても良い。また、ガルバノミラー４６とｆ−θレンズ４７の制御系はＰＬＣ６０を用いても良いが、専用の制御装置によって制御するようにしても良い。その他の構成は実施の形態１と同様である。

前記のように構成された実施の形態３によれば、レーザ光線照射手段におけるレーザスポットを要加熱部に集光させる際に、ガルバノミラー４６とｆ−θレンズ４７を利用したスキャニング光学系を用いたので、ワークの移動をＸ方向移送機構２２、Ｙ方向移送機構２３、及びＺ方向移送機構２４に頼る必要が減じられまたは無くすことが可能となるので、ワークまたはレーザスポットの移動時間が短縮され、レーザの照射速度と位置決め精度が向上する。そのため、高速、高精度のはんだ付が可能となり、はんだ付に要する時間が短縮され、加工時間や加工費用を小さくすることも可能となる。

実施の形態４．
図１３は本発明の実施の形態４によるはんだ付装置の要部構成を概念的に示す斜視図である。この実施の形態４は、はんだ付をより高速にするための他の手法を提供するものであり、実施の形態１の図１におけるレーザ光線照射手段を構成する対物レンズ４４に対応する位置に、レーザ光４２ａを複数に分岐する分岐ミラー（ビームスプリッタまたはハーフミラー）４８を少なくとも１つ備え、その分岐ミラー４８によって分岐されたレーザ光を互いに異なる複数のはんだ付箇所にそれぞれ集光レンズ４９を介して照射し、複数箇所のはんだ付を同時に行なえるように構成したものである。なお、図１３では、分岐ミラー４８を３つ用いて３か所のはんだ付箇所にレーザ光線を照射するように示されているが、照射箇所が３か所の場合、右端部の分岐ミラー４８は単純な反射ミラーとする。その他の構成は実施の形態１と同様である。

前記のように構成された実施の形態４によれば、１本のレーザ光４２ａを分岐ミラー４８によって複数本に分岐させ、分岐されたレーザ光をそれぞれ集光レンズ４９によってスポット状に絞り、複数のはんだ付箇所に同時に照射するようにしたので、はんだ付を高速化することが可能となる。
なお、１本のレーザ光４２ａを分岐することによって分岐されたレーザ光はエネルギー密度が減衰するので、必要なエネルギーを確保するためにレーザ発振器４２の出力は例えば実施の形態１の場合よりも増大させる必要がある。

実施の形態５．
図１４は本発明の実施の形態５によるはんだ付装置の動作例を概念的に説明する図、図１５は本発明の実施の形態５によるはんだ付装置の他の動作例を概念的に説明する図である。なお、この実施の形態５は、はんだ付箇所をより安定して昇温させるために、制御部を構成しているＰＬＣ６０によって多段階の昇温を行えるようにしたものである。
図１４において、重ね合わせ画面７１が、昇温前における（ａ）図の状態から、レーザスポット４５の１段階昇温によって（ｂ）図に示すようにはんだ付箇所７２の上半部が、２）２００〜３００℃の昇温達成箇所７３に加熱され、その後、更にはんだ付箇所７２の下半部を加熱するため、（ｃ）図に示すように、２段階昇温を行っているときに上半部の一部（この例では（ｃ）図の上左側部と上右側部）の温度が、３）２０〜２００℃の昇温未達成箇所に下がっていることが検知された場合、（ｄ）図に示すように、レーザスポット４５を再び上半部に移動してレーザ光を照射することにより、はんだ付箇所７２の全体を、２）２００〜３００℃の昇温達成箇所７３に加熱することができる。

次に、例えば、はんだ付箇所７２の縦または横の寸法に対してレーザスポット４５の直径が例えば２分の１以下というように小さい場合の動作例について、図１５を用いて説明する。
この場合、はんだ付箇所７２に対するレーザスポット４５による昇温位置を、複数エリアに小分けする。図１５の例では、（ａ）昇温前の状態に対して、（ｂ）１段階昇温から、（ｃ）２段階昇温、及び（ｄ）３段階昇温を経て、（ｅ）４段階昇温に示すように、図における左上、右上、右下、右左の順番でレーザスポット４５の位置を順次移動させるように制御して複数回に分けての多段階の昇温を行う。

なお、１段階（１か所）当たりの停留時間は、はんだ付箇所７２の熱容量、レーザスポット４５の出力などに基づいて適切に決めることができるが、レーザスポット４５は各昇温段階の位置に必ず停止させることが必要ということではなく、例えば、レーザスポット４５を連続的に移動させ、複数回周回させ、あるいは例えば熱容量の大きい箇所、昇温に時間を要する箇所、温度低下して昇温未達成箇所となった箇所など、特定の領域ではレーザスポット４５の照射位置をはんだ付箇所７２の内部で揺動させる動作などを組み合わせて行わせるようにしても良い。

上記のように実施の形態５によれば、はんだ付箇所７２の昇温段階で一部の部位の温度が低下してしまうような場合においても、多段階の昇温によって一度昇温を行った箇所にレーザスポット４５を戻して再加熱を行うように制御することで、はんだ付箇所７２の全てを均一な昇温達成箇所７３とすることができる。
また、はんだ付箇所７２の縦または横の寸法に対してレーザスポット４５の直径が小さい場合においても、はんだ付箇所７２を複数の部位に分けてレーザスポット４５を順次移動させるように制御することで、はんだ付箇所７２の全体を、設定された昇温条件を安定して達成することができ、はんだ付の品質を向上させることができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１０ サンプル、１１ 基板、１２ 電極パッド、１３ リード、２０ 基台、
２１ ステージ、２２ Ｘ方向移送機構、２３ Ｙ方向移送機構、
２４ Ｚ方向移送機構、２４Ａ 移送機構、３０ 画像処理装置、３１ カメラ、
３２ レーザ変位計、３３ 非接触温度計、４１ レーザコントローラ、
４２ レーザ発振器（レーザ光源）、４２ａ レーザ光、４３ 光学部品、
４４ 対物レンズ、４５ レーザスポット、４６ ガルバノミラー、
４７ ｆ−θレンズ、４８ 分岐ミラー、４９ 集光レンズ、
５０、５０Ａ はんだ供給装置、５１ 糸はんだ、５２ はんだ、６０ ＰＬＣ、
６１ ＧＯＴ、７１ 重ね合わせ画面、７２ はんだ付箇所、７３ 昇温達成箇所、
７４ 昇温未達成箇所。

Claims (7)

1. レーザ光源から出射されたレーザ光を予め設定されたはんだ付箇所に対して、該はんだ付箇所よりも狭い面積のスポットに絞って照射し、そのはんだ付箇所をはんだ付可能な温度に加熱し得るレーザ光線照射手段と、このレーザ光線照射手段によって加熱された前記はんだ付箇所にはんだを供給するはんだ供給装置と、前記はんだ付箇所を撮像する撮像装置と、前記はんだ付箇所の温度を計測し得る非接触温度計と、前記撮像装置による撮像情報及び前記非接触温度計による計測結果から前記はんだ付箇所の温度分布情報を得る画像処理装置と、前記温度分布情報に基づいて前記はんだ付箇所に対する前記レーザ光線照射手段による照射スポットの位置を相対的に移動制御して前記はんだ付箇所を所定温度まで昇温させ、前記はんだ付箇所が所定温度に達したときに前記はんだ供給装置によりはんだを供給するように制御する制御部と、を備えたはんだ付装置。
2. 前記はんだ供給装置は、前記はんだ付箇所に糸はんだを供給するものであることを特徴とする請求項１記載のはんだ付装置。
3. 前記はんだ供給装置は、前記はんだ付箇所から離れた位置に設置され、クリーム状のはんだ材を前記はんだ付箇所に向けて吐出させる非接触型のディスペンサ装置を用いたものであることを特徴とする請求項１記載のはんだ付装置。
4. 前記レーザ光線照射手段は、ガルバノミラーとｆ−θレンズを用いたスキャンニング光学系を備え、前記制御部により前記はんだ付箇所における加熱目標位置に対する前記照射スポットの移動制御を行うことにより、はんだ付の速度を向上させるようにしたことを特徴とする請求項１から請求項３までの何れかに記載のはんだ付装置。
5. 前記レーザ光線照射手段は、前記レーザ光を複数に分岐する分岐ミラーを備え、前記分岐ミラーによって分岐されたレーザ光を互いに異なる複数の前記はんだ付箇所にそれぞれ照射し、複数箇所のはんだ付を同時に行うようにしたことを特徴とする請求項１から請求項４までの何れかに記載のはんだ付装置。
6. 前記制御部または前記レーザ光線照射手段は、前記はんだ付箇所に対する前記照射スポットの位置を相対的に搖動させることにより前記はんだ付箇所における温度を均一化するようにしたことを特徴とする請求項１から請求項５までの何れかに記載のはんだ付装置。
7. レーザ光源から出射されたレーザ光を予め設定されたはんだ付箇所に対して、該はんだ付箇所よりも狭い面積のスポットに絞って照射すると共に、撮像装置と非接触温度計を用いた画像処理装置によって前記はんだ付箇所の温度分布を計測しつつ、前記レーザ光の照射スポットを相対的に移動制御して前記はんだ付箇所を所定温度に昇温させ、前記画像処理装置によって計測された前記はんだ付箇所の温度が所定値に達したときにはんだ供給装置によりはんだを前記はんだ付箇所に供給することを特徴とするはんだ付方法。

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