JP2020093296A - レーザー式はんだ付け装置及びはんだ付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】波長の異なる２種類のレーザー光を使用してはんだ付けを行うことにより、はんだ付け時間を短縮してはんだ付け効率を高めると同時に、高品質のはんだ付けを行うことができるようにする。【解決手段】照射ヘッド４は、波長が長い第１レーザー光Ｂ１と波長の短い第２レーザー光Ｂ２とを、１つの照射口１０から第１光軸Ｌ１上で照射可能であり、はんだ付け部位Ｐを予熱する第１工程Ｓ１では、前記照射ヘッド４から前記第２レーザー光Ｂ２を該はんだ付け部位Ｐに向けて照射し、線状はんだ５を溶融させて該はんだ付け部位Ｐに拡散させる第２工程Ｓ２、拡散した溶融はんだを後加熱する第３工程Ｓ３では、前記照射ヘッド４から前記第１レーザー光Ｂ１をはんだ付け部位Ｐに向けて照射する。【選択図】図２

Description

本発明は、レーザー光を使用してはんだ付けを行うレーザー式はんだ付け装置及びはんだ付け方法に関するものである。

レーザー光を使用して電子部品をプリント基板にはんだ付けする技術は、例えば特許文献１に開示されているように公知である。その例として図７−図１１には、プリント基板６０に形成された環状の端子６１に、電子部品６３から延出する棒状のリード６２を、レーザー光Ｂと線状はんだ６４とを使用してはんだ付けする方法が概略的に示されている。図７中の符号６５が付された部品は、レーザー光Ｂを照射するための照射ヘッドである。

前記方法においては、先ず、図８に示すように、前記照射ヘッド６５からレーザー光Ｂを前記端子６１とリード６２とに照射することにより、該端子６１とリード６２とを必要な温度になるように予熱し（第１工程）、次に、図９（ａ）に示すように、はんだ供給ノズル６６から供給される線状はんだ６４をレーザー光Ｂにより溶融させると共に、図９（ｂ）に示すように、溶融したはんだ（溶融はんだ）６４ａをはんだ付け部位Ｐ全体に拡散させ（第２工程）、その後、図１０に示すように、拡散した溶融はんだ６４ａをレーザー光Ｂで後加熱する（第３工程）ことで、図１１に示すように、前記端子６１とリード６２とのはんだ付けが完了する。

このとき使用される前記レーザー光Ｂは、通常赤外光であり、様々な波長の赤外光の中から、前記端子６１及びリード６２の材質や線状はんだ６４の主成分等に応じて、それらの加熱に最適な波長の赤外光が選択的に使用されている。その波長は、例えば８０８ｎｍ、９４０ｎｍ、９８０ｎｍ等である。このように、レーザー光Ｂの波長を選択するのは、前記端子６１及びリード６２の材質や線状はんだ６４の主成分等に応じてレーザー光Ｂの吸収率が異なるためで、吸収率の高いレーザー光Ｂを選択することにより、はんだ付け部位Ｐの加熱速度が速まるため、はんだ付けに要する時間が短縮されてはんだ付け効率が上昇すると同時に、はんだ付けの品質も向上する。

ここで、前記はんだ付け部位Ｐを構成する金属、即ち、前記端子６１やリード６２を形成する金属は、一般に銅や金であり、また、前記線状はんだ６４を構成する金属は主として錫であるが、これら銅や金あるいは錫においては、図１２に示すように、波長の長いレーザー光より、波長の短いレーザー光の吸収率が高いことが知られている。特に、銅及び金の場合は、前記赤外域のレーザー光（赤色レーザー光）より、波長が４５０ｎｍ程度の青色レーザー光の吸収率が格段に高い。このため、特許文献２に開示されているように、前記赤色レーザー光の代わりに青色レーザー光を使用することも行われている。

しかし、前記青色レーザー光は、プリント基板に施されている基板レジストによる吸収率が高いため、線状はんだが溶融した場合に、溶融はんだに反射された青色レーザー光が前記基板レジストに照射されて吸収され、前記プリント基板が劣化し易いという問題を生じる。このため、青色レーザー光を使用する場合は、基板レジストに与えるダメージを軽減するための工夫が必要になる。

また、特許文献３には、赤色レーザー光と青色レーザー光の両方を使用する半田付け装置が開示されている。この半田付け装置は、半田が予め塗布されている端子に導体をはんだ付けするリフロー式の半田付け装置で、赤色レーザー光出射装置と青色レーザー光出射装置とを使用し、前記半田には赤色レーザー光を照射し、前記導体には青色レーザー光を照射するものである。

しかし、前記半田付け装置は、リフロー式であるため、半田に対する赤色レーザー光の照射と、導体に対する青色レーザー光の照射とを、同時に行わなければならず、このため、この半田付け装置の技術を、前記図７−図１１に示すような線状はんだ６４を用いた通常のはんだ付け装置に、直ちに適用することはできない。しかも、前記半田付け装置は、２つの出射装置を設け、この２つの出射装置から赤色レーザー光と青色レーザー光とを別々に照射しているため、半田付け装置の構造が複雑で大型であるという欠点も有する。

特開２００８−１７３６５９号公報 特開２００８−５５４５６号公報 特開２０１３−１０３２６３号公報

本発明の技術的課題は、波長の異なる２種類のレーザー光を使用してはんだ付けを行うことにより、はんだ付け時間を短縮してはんだ付け効率を高めると同時に、高品質のはんだ付けを行うことができるようにすることにある。

前記課題を解決するため、本発明によれば、第１レーザー光を出力する第１レーザー発振器と、前記第１レーザー光より波長の短い第２レーザー光を出力する第２レーザー発振器と、前記第１レーザー光及び第２レーザー光をはんだ付け部位に照射する照射ヘッドと、前記はんだ付け部位に線状はんだを供給するはんだ供給装置と、はんだ付け装置全体を制御する制御装置とを有し、前記照射ヘッドは、前記第１レーザー光と第２レーザー光とを、１つの照射口から同軸上で照射可能なるように構成され、前記制御装置は、線状はんだの供給前に前記はんだ付け部位を予熱する第１工程においては、前記照射ヘッドから波長の短い前記第２レーザー光を該はんだ付け部位に向けて照射し、該はんだ付け部位に供給された線状はんだを溶融させて該はんだ付け部位に拡散させる第２工程と、前記はんだ付け部位に拡散した溶融はんだを後加熱する第３工程とにおいては、前記照射ヘッドから波長の長い前記第１レーザー光を前記はんだ付け部位に向けて照射するように設定されていることを特徴とするレーザー式はんだ付け装置が提供される。

本発明のレーザー式はんだ付け装置においては、前記照射ヘッドは、中空のボディと、該ボディの先端部に設けられた前記照射口と、該ボディの基端部に設けられた第１入射口及び第２入射口とを有し、前記第１入射口から前記第１レーザー光が入射され、前記第２入射口から前記第２レーザー光が入射されるように構成され、前記第１入射口と照射口とは、前記ボディの内部を直線的に延びる第１光軸上に位置し、前記第２入射口は、前記第１光軸と平行する第２光軸上に位置しており、前記第１光軸上には、前記第１入射口から前記照射口に向けて順次、前記第１入射口から入射した第１レーザー光を平行光にする第１平行レンズと、前記第１レーザー光は透過させるが第２レーザー光は反射する第１半透鏡と、前記第１レーザー光を集光させる集光レンズとが配置され、前記第１半透鏡は、前記第１光軸に対して４５度傾斜する姿勢に配設されており、前記第２光軸上には、前記第２入射口から入射した第２レーザー光を平行光にする第２平行レンズと、平行光になった該第２レーザー光を前記第１半透鏡に向けて９０度屈曲させる第１反射鏡とが配設され、該第１反射鏡で前記第１半透鏡に向けて反射された第２レーザー光が、該第１半透鏡で前記第１光軸に沿う方向に反射されたあと、該第１光軸に沿って進行し、前記集光レンズで集光されて前記はんだ付け部位に照射されるように構成されている。
この場合、前記第１入射口は、前記ボディの基端部に固定的に配設され、前記第２入射口は、前記第２光軸に沿って位置調整可能に配設されていることが望ましい。

前記第１レーザー光は赤色レーザー光であり、前記第２レーザー光は青色レーザー光であってもよく、或いは、前記第１レーザー光及び第２レーザー光は、共に赤色レーザー光であってもよい。

更に、前記課題を解決するため、本発明によれば、線状はんだの供給前にはんだ付け部位にレーザー光を照射して該はんだ付け部位を予熱する第１工程と、前記はんだ付け部位に供給された線状はんだをレーザー光の照射により溶融させて前記はんだ付け部位に拡散させる第２工程と、はんだ付け部位に拡散した溶融はんだをレーザー光の照射により後加熱する第３工程とを有するレーザー式はんだ付け方法において、前記第１工程では、波長の短い第２レーザー光を前記はんだ付け部位に照射し、前記第２工程及び第３工程では、前記第２レーザー光より波長の長い第１レーザー光を前記線状はんだ及び溶融はんだに照射することを特徴とするレーザー式はんだ付け方法が提供される。

本発明に係るレーザー式はんだ付け方法においては、前記第１レーザー光は赤色レーザー光であり、前記第２レーザー光は青色レーザー光であってもよく、或いは、前記第１レーザー光及び第２レーザー光は、共に赤色レーザー光であってもよい。

本発明は、波長の異なる２種類のレーザー光を使用してはんだ付けを行うことにより、はんだ付け時間を短縮してはんだ付け効率を高めると同時に、高品質のはんだ付けを行うことができる。

本発明に係るレーザー式はんだ付け装置に用いる照射ヘッドの斜視図である。 本発明に係るレーザー式はんだ付け装置の構成図であって、前記照射ヘッドを断面にして示す図である。 図２の可動キャップの態様を示す部分拡大断面図である。 図３の状態から前記可動キャップを下降させ、第２入射口を下方に位置調整した状態を示す部分拡大断面図である。 （ａ）ははんだ付け部位の平面図、（ｂ）は同断面図である。 （ａ）ははんだ付けの第１工程を示す断面図、（ｂ）は同第２工程を示す断面図、（ｃ）は同第３工程を示す断面図である。 公知のはんだ付け装置を使用してはんだ付けを行う態様を示す要部断面図である。 公知のはんだ付け工程の第１工程を示す要部斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は、公知のはんだ付け工程の第２工程を示す要部斜視図である。 公知のはんだ付け工程の第３工程を示す要部斜視図である。 公知のはんだ付け工程が完了した状態のはんだ付け部位の視図である。 銅、金及び錫について、各々のレーザー光吸収率とレーザー光の波長との関係を示す線図である。

以下、本発明に係るレーザー式はんだ付け装置及びレーザー式はんだ付け方法について、図面を用いて説明する。

先ず、前記レーザー式はんだ付け装置１の構成について説明する。
図１及び図２に示すように、前記レーザー式はんだ付け装置１は、レーザーダイオードの励起によって第１レーザー光Ｂ１を発振して出力する第１レーザー発振器２と、前記第１レーザー光Ｂ１よりも波長が短い第２レーザー光Ｂ２を発振して出力する第２レーザー発振器３と、第１レーザー光Ｂ１及び第２レーザー光Ｂ２を、プリント基板５０上のはんだ付け部位Ｐに照射する照射ヘッド４と、前記はんだ付け部位Ｐに線状はんだ５を供給するためのはんだ供給装置６と、前記はんだ付け部位Ｐから放射される赤外線（放射赤外線）を受光して該はんだ付け部位Ｐの温度を非接触で測定する放射温度計７と、このレーザー式はんだ付け装置１全体を、設定されたプログラムに従って自動的に制御する制御装置８とを有している。

前記はんだ付け部位Ｐは、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、前記プリント基板５０に形成された環状の端子５１と、電子部品５３から延出するリード５２とを有している。前記端子５１及びリード５２は金や銅により構成され、該リード５２は、前記端子５１の内部に下から上向きに挿入されている。
なお、前記はんだ付け部位Ｐとは、はんだ付け工程によって異なり、前記端子５１及びリード５２から成るはんだ付け対象にはんだが供給されていない場合は該はんだ付け対象を示し、はんだ付け対象にはんだが供給された後では、該はんだ付け対象及びはんだを示す。

前記第１レーザー発振器２から出力される第１レーザー光Ｂ１は、８００ｎｍ−１０００ｎｍの波長領域の中から選択された波長を有する赤色レーザー光であり、前記第２レーザー発振器３から発振される第２レーザー光Ｂ２は、４００ｎｍ−５００ｎｍの波長領域の中から選択された波長を有する青色レーザー光であり、はんだ付け部位Ｐを構成する金属素材に応じて最適な波長が選択される。前記レーザー式はんだ付け装置１は、２種のレーザー光をはんだ付け部位Ｐに選択的に照射するように構成されている。

前記照射ヘッド４は、中空のボディ９を有し、該ボディ９の先端部には１つの照射口１０が設けられ、該ボディ９の基端部には、前記第１レーザー光Ｂ１をボディ９内へと入射させる第１入射口１１と、前記第２レーザー光Ｂ２をボディ９内へと入射させる第２入射口１２と、前記はんだ付け部位Ｐを撮像するためのＣＣＤカメラ１３とが設けられている。

前記第１入射口１１には、前記第１レーザー発振器２に通じる第１光ファイバ１４の先端が第１コネクタ１５を介して接続され、この第１光ファイバ１４を通じて、前記ボディ９の内部に第１レーザ光Ｂ１が導入されるようになっている。一方、前記第２入射口１２には、第２レーザー発振器３に通じる第２光ファイバ１６の先端が第２コネクタ１７を介して接続され、この第２光ファイバ１６を通じて、前記ボディ９内部に第２レーザー光Ｂ２が導入されるようになっている。

また、前記ボディ９は、主ボディ部１８と、主ボディ部１８の左右両隣に各々配された第１副ボディ部１９及び第２副ボディ部２０とを有している。前記主ボディ部１８は、第１レーザー光Ｂ１の第１光軸Ｌ１に沿って延びており、前記第１副ボディ部１９は、前記第１光軸Ｌ１と平行な第２レーザー光Ｂ２の第２光軸Ｌ２に沿って延びており、前記第２副ボディ部２０は、前記第１光軸Ｌ１及び第２光軸Ｌ２に平行なＣＣＤカメラ撮像用の第３光軸Ｌ３に沿って延びている。

前記主ボディ部１８は、前記第１光軸Ｌ１に沿って上から下に向けて順に、第１部分１８ａと第２部分１８ｂと第３部分１８ｃと第４部分１８ｄとを有し、前記第１部分１８ａの上端部には、前記第１入射口１１を有する固定キャップ２１が取り付けられ、前記第４部分１８ｄの下端部には、前記照射口１０を先端部に有する先細り形状の照射ノズル２２が連結されている。前記固定キャップ２１は、矩形の外形を有し、上端部２１ａに前記第１入射口１１が設けられていると共に、４つの固定用ねじ２１ｂにより該固定キャップ２１と前記第１部分１８ａとがねじ固定されている。よって、前記固定キャップ２１に設けられた第１入射口１１は、前記ボディ９の基端部に固定的に配設されている。

また、前記主ボディ部１８には、前記第１光軸Ｌ１上の位置に、複数の光学部品が内蔵されている。具体的には、前記第１部分１８ａの内部に、前記第１入射口１１から入射した先広がり状の第１レーザー光Ｂ１を円形の平行光にする第１平行レンズ２３が配置され、前記第２部分１８ｂの内部に、前記第１光軸Ｌ１に対して４５度傾斜する姿勢で配置された第２半透鏡２５が設けられ、第３部分１８ｃの内部に、前記第１光軸Ｌ１に対して４５度傾斜する姿勢で配置された第１半透鏡２４が設けられている。
前記第１半透鏡２４は、前記第１レーザー光Ｂ１及び可視光は透過させるが前記第２レーザー光Ｂ２は反射させるように構成され、前記第２半透鏡２５は、前記第１レーザー光Ｂ１は透過させるが可視光は反射させるように構成されている。
また、前記第４部分１８ｄの内部には、集光レンズ２６が内蔵されており、第１平行レンズ２３、前記第１半透鏡２４及び第２半透鏡２５を透過した第１レーザー光Ｂ１がこの集光レンズ２６で集光され、はんだ付け部位Ｐに向けてスポット状に照射される。
なお、この前記第４部分１８ｄは、前記集光レンズ２６よりも先端側に、その側面に開口するガラス装着溝２７をさらに有し、このガラス装着溝２７内に、防塵ガラス２８がガラス保持部材２９を介して取り付けられている。

前記第１副ボディ部１９は、前記主ボディ部１８に内蔵された第１半透鏡２４に対応する位置、即ち主ボディ部１８の第３部分１８ｃの位置で、該主ボディ部１８に連結されている。前記第１副ボディ部１９は、前記第２光軸Ｌ２に沿って上から下に向けて順に、第１部分１９ａと第２部分１９ｂとを有している。前記第１部分１９ａの上端部には、前記第２入射口１２が設けられた可動キャップ３０が取り付けられ、前記第２部分１９ｂは、前記主ボディ部１８における前記第３部分１８ｃに連結されている。前記可動キャップ３０に設けられた第２入射口１２は、前記固定キャップ２１に設けられた前記第１入射口１１よりも下方に位置している。

前記第１副ボディ部１９の内部には、前記第２光軸Ｌ２上の位置に、前記第２入射口１２から先広がり状に入射した第２レーザー光Ｂ２を円形の平行光にする第２平行レンズ３１と、平行光になった該第２レーザー光Ｂ２を前記第１半透鏡２４に向けて９０度屈曲させる第１反射鏡３２とが配設されている。前記第２平行レンズ３１は、前記第１部分１９ａに内蔵されていて、前記第１反射鏡３２は、前記第２部分１９ｂに内蔵されている。そして、前記第２レーザー光Ｂ２は、前記第１反射鏡３２により前記第１半透鏡２４に向けて反射されたあと、該第１半透鏡２４により第１光軸Ｌ１に沿う方向に反射されて該第１光軸Ｌ１に沿って進行し、前記集光レンズ２６で集光されて前記はんだ付け部位Ｐに照射されるように成っている。このように、前記照射ヘッド４は、前記第１レーザー光Ｂ１と第２レーザー光Ｂ２とを、１つの照射口１０から同軸（第１光軸Ｌ１）上で照射可能に構成されている。

図１、図３及び図４に示すように、前記可動キャップ３０は、フランジ状をした蓋部３０ａと、該蓋部３０ａから下向きに延びる筒部３０ｂと有しており、該筒部３０ｂの外径は前記蓋部３０ａの外径より小さい。

前記蓋部３０ａの上端面には、前記第２入射口１２が開設され、該蓋部３０ａの外周面の一部には、平らな取付面３３が形成され、該取付面３３に、Ｌ形フレーム状をしたスライド部片３５が取り付けられている。
一方、前記筒部３０ｂは、前記第１副ボディ部１９の第１部分１９ａに形成された内孔３４の内部に、前記筒部３０ｂの外周面と該内孔３４の内周面とを密に接触させた状態で、第２光軸Ｌ２に沿って変位自在なるように挿入されている。

また、前記スライド部片３５は、上端の連結部３５ａと、該連結部３５ａの外側端から下向きに延びる垂下部３５ｂとを有している。

前記連結部３５ａは、該連結部３５ａの内側端に平らな連結面３６を有し、該連結面３６を、前記可動キャップ３０の取付面３３に当接させた状態で、該連結部３５ａの外側端面に形成された２つの固定孔３９，３９内に固定ねじ（不図示）を挿入し、この固定ねじを、前記可動キャップ３０の取付面３３に形成したねじ孔にねじ込むことにより、該可動キャップ３０に固定されている。
また、前記連結部３５ａには、前記連結面３６側から凹状に切り欠かれた切欠３７が設けられ、該切欠３７内に、前記可動キャップ３０を第２光軸Ｌ２に沿って変位させるためのアジャストボルト３８が、抜け止めされた状態で配置されている。

一方、前記前記スライド部片３５の垂下部３５ｂは、前記第２光軸Ｌ２方向に長い長方形の板状体であり、自由端である下端部に、前記第１副ボディ部１９の第１部分１９ａの外側面に接触する接触部３５ｃが形成され、該接触部３５ｃに、２つの位置調整孔４０，４０が開設されている。

前記位置調整孔４０，４０は、前記第２光軸Ｌ２方向に細長く延びる長孔形状に形成されている。これら位置調整孔４０，４０には、それぞれ調整ねじ４１が挿入されていて、該調整ねじ４１は、前記第１部分１９ａの外側面に設けられた不図示のねじ孔に螺合されており、それにより、前記スライド部片３５を介して前記可動キャップ３０が、前記第１副ボディ部１９に固定されている。

前記アジャストボルト３８は、前記連結部３５ａの上面に当接する頭部３８ａと、前記切欠３７内に嵌合する軸部３８ｂと、前記連結部３５ａの下面に当接するフランジ部３８ｃと、該フランジ部３８ｃから下方に延びる螺子部３８ｄとを有していて、前記螺子部３８ｄの先端が、前記第１副ボディ部１９の第１部分１９ａの上端部に設けられた螺子孔４２に螺合している。なお、符号４７は、前記第１部分１９ａの上端に固定された段付ブロック片を示すものであり、アジャストボルト３８の前記螺子部３８ｄはこの段付ブロック片４７に穿設された孔４７ａを介して前記螺子孔４２に螺合している。

前記可動キャップ３０は、図３及び図４に示すように、前記第２光軸Ｌ２に沿って上下動可能であり、それにより、前記第２入射口１２を前記第２光軸Ｌ２に沿って位置調整することができる。前記第２入射口１２を位置調整する場合には、前記２つの位置調整孔４０，４０に挿入された調整ねじ４１，４１を緩めると共に、前記アジャストボルト３８の頭部３８ａに設けられた係合孔３８ｅに、六角レンチ等の工具を係合させ、該アジャストボルト３８をその軸心周りに正方向又は逆方向に回転させる。

そうすると、前記アジャストボルト３８が前記螺子孔４２に沿って上下動し、それに伴い、前記頭部３８ａとフランジ部３８ｃとの間に保持された前記連結部３５ａも一緒に上下動することで、該連結部３５ａと連結されている可動キャップ３０が上下動する。このようにして、前記可動キャップ３０に設けられた第２入射口１２を、前記第２光軸Ｌ２に沿って上下に位置調整することができる。前記第２入射口１２の位置を上下に調整することで、前記第２入射口１２と第２平行レンズ３１との光路長が調整され、前記第１レーザー光Ｂ１と波長が異なる第２レーザー光Ｂ２のスポット径が可変される。そして、第２レーザー光Ｂ２のスポット径が、第１レーザー光Ｂ１のスポット径にぴったりと重なる位置で前記調整ねじ４１を締めることで、前記第２入射口１２の位置調整作業が完了する。

なお、前記第２入射口１２の第２光軸Ｌ２に沿うストローク量は、長孔状をした前記位置調整孔４０の第２光軸Ｌ２方向長さに依存する。

また、前記ＣＣＤカメラ１３が配された前記第２副ボディ部２０は、前記主ボディ部１８に内蔵された第２半透鏡２５に対応する位置、即ち主ボディ部１８の第２部分１８ｂの位置で該主ボディ部１８に連結している。前記第２副ボディ部２０は、前記第３光軸Ｌ３に沿って上から下に向けて順に、第１部分２０ａと第２部分２０ｂとを有している。前記第１部分２０ａの上端部には、前記ＣＣＤカメラ１３が取り付けられていて、前記第２部分２０ｂは、前記主ボディ部１８の第２部分１８ｂに連結されている。

また、前記第２副ボディ部２０は、前記第３光軸Ｌ３上に、前記主ボディ部１８内の第１半透鏡２４を透過し、第２半透鏡２５で水平方向に反射された反射光（可視光）を上向きに反射させる第２反射鏡４３と、第２反射鏡４３で反射された可視光を集光して前記ＣＣＤカメラ１３に結像させる結像レンズ４４が配設されている。前記第２反射鏡４３は、前記第２副ボディ部２０の第２部分２０ｂに内蔵され、前記結像レンズ４４は、前記第１部分２０ａに内蔵されている。前記ＣＣＤカメラ１３で撮像されたはんだ付け部位Ｐの画像は、前記制御装置８を介してモニター４５に表示される。

前記放射温度計７は、受光部７ａを前記はんだ付け部位Ｐに向けた状態で配されており、前記はんだ付け部位Ｐから放射された放射赤外線がこの放射温度計７の前記受光部７ａで受光されるように成っている。前記放射温度計７では、受光した放射赤外線のエネルギー量に基づいてはんだ付け部位Ｐの温度が求められ、求められた測定温度に比例する測定温度信号（温度データ）が前記制御装置８に送られる。

前記はんだ供給装置６は、例えば、プーリーに巻いた前記線状はんだ５を所要量ずつ前記はんだ付け部位Ｐに向けて送るためのものである。該はんだ供給装置６は、はんだ付け部位Ｐの近くに配置されたはんだ供給ノズル４６を有し、はんだ付け作業時に、前記制御装置８から、線状はんだ５の供給タイミングや供給量等の制御指令を受け、その制御指令に応じてはんだ供給ノズル４６から線状はんだ５がはんだ付け部位Ｐに供給されるように構成されている。

次に、前記構成を有するレーザー式はんだ付け装置１を使用して、前記はんだ付け部位Ｐをはんだ付けする方法について説明する。

本発明で実施されるはんだ付け工程は、図６（ａ）に示すように、第２レーザー光Ｂ２をはんだ付け部位Ｐに照射して該はんだ付け部位Ｐを予備加熱する第１工程Ｓ１と、図６（ｂ）に示すように、はんだ供給装置６からはんだ付け部位Ｐに線状はんだ５を供給し、この線状はんだ５を第１レーザー光Ｂ１により加熱、溶融させ、溶融はんだ５ａを該はんだ付け部位Ｐに拡散（濡れ）させる第２工程Ｓ２と、図６（ｃ）に示すように、はんだ付け部位Ｐに拡散した溶融はんだ５ａを第１レーザー光Ｂ１で後加熱し、はんだ付けに必要な金属加工物が生成されるように仕上げる第３工程Ｓ３との、３つの工程に分かれている。
ここで、前記はんだ付け部位Ｐとは、前記第１工程Ｓ１においては、前記端子５１及びリード５２から成るはんだ付け対象であり、前記第２及び第３工程Ｓ２，Ｓ３においては、前記はんだ付け対象と溶融はんだ５ａである。

前記第１工程Ｓ１−第３行程Ｓ３のはんだ付けを行うに先立ち、前記制御装置８に対し、前記放射温度計７により温度を測定する測定対象の設定、及び、前記測定対象の材質に応じた放射率の設定等が行われる。前記放射温度計７による温度の測定対象は、前記第１工程Ｓ１においては、前記端子５１及びリード５２であり、したがって、前記放射率は、該端子５１及びリード５２の主成分である金又は銅に設定されている。また、前記第２工程Ｓ２と第３工程Ｓ３とにおいては、前記放射温度計７による測定対象は前記線状はんだ５であり、したがって、前記放射率は、該線状はんだ５の主成分である錫の放射率に設定されている。また、前記制御装置８には、各工程Ｓ１−Ｓ３毎の前記はんだ付け部位Ｐの目標温度が設定されると共に、前記放射温度計７による実測温度が前記目標温度に近づくように、前記第１及び第２レーザー光Ｂ１，Ｂ２を各工程Ｓ１−Ｓ３毎に所定のレーザー出力で出力する制御プログラムが設定されている。

また、前記照射口１０から照射される第１レーザー光Ｂ１のスポット径と第２レーザー光Ｂ２のスポット径とを合わせるため、前述した手順を踏んで前記可動キャップ３０を上下動させ、該可動キャップ３０に設けられた第２入射口１２の位置を調整する。

前記制御装置８に対する制御プラグラム等の設定が終了し、また、ティーチングによってはんだ付け部位Ｐに対する第１レーザー光Ｂ１及び第２レーザー光Ｂ２の照射位置や、複数のはんだ付け部位Ｐをはんだ付けする順番等が決められたあと、スタートボタンを押すことにより、複数のはんだ付け部位Ｐの各々に対してはんだ付けが行われる。はんだ付けの開始と同時に、前記放射温度計７によるはんだ付け部位Ｐの温度測定が開始される。

先ず、前記第１工程Ｓ１においては、図６（ａ）に示すように、前記制御装置８からの指令により第２レーザー発振器３が励起され、波長の短い第２レーザー光Ｂ２が前記第２入射口１２からボディ９内に入射し、前記照射口１０を通じてはんだ付け部位Ｐに照射される。この第１工程Ｓ１におけるはんだ付け部位Ｐは、前述のように銅や金で組成された端子５１及びリード５２であって、銅や金のレーザー光の吸収率が高い青色レーザー光である第２レーザー光Ｂ２を該はんだ付け部位Ｐに向けて照射することで、該はんだ付け部位Ｐの昇温速度を速くすることができる。

前記放射温度計７で測定されたはんだ付け部位Ｐの実測温度が予め設定された目標温度に達すると、図６（ａ）に示す前記第１工程Ｓ１から図６（ｂ）に示す第２工程Ｓ２に切り換わる。この第２工程Ｓ２への移行とほぼ同じタイミングで、一定量の線状はんだ５がはんだ付け部位Ｐに供給される。このとき、前記第２レーザー光Ｂ２の照射が停止され、今度は、前記第１レーザー発振器２が励起されることにより、該第２レーザー光Ｂ２よりも波長の長い第１レーザー光Ｂ１が前記第１入射口１０からボディ９内に入射し、前記照射口１０を通じてはんだ付け部位Ｐに照射される。そして、前記はんだ付け部位Ｐに供給された線状はんだ５が、前記第１レーザーＢ１により溶融されて、溶融はんだ５ａが該はんだ付け部位Ｐ全体に拡散する。この第２工程Ｓ２では、波長の短い青色レーザー光である第２レーザー光Ｂ２から波長の長い赤色レーザー光である第１レーザー光Ｂ１に切り換えられることで、溶融した線状はんだ５に第１レーザー光Ｂ１が反射された際、第２レーザー光Ｂ２を照射し続ける場合と比べて、基板レジストに与えるダメージが軽減される。

続いて、図６（ｃ）に示す第３工程Ｓ３へと移行すると、前記制御装置８からの指令により、継続して前記第１レーザー光Ｂ１がはんだ付け部位Ｐに向けて照射され、拡散した前記溶融はんだ５ａが後加熱され、その間にはんだ付けに必要な金属加工物が生成される。この第３工程Ｓ３においても、第２工程Ｓ２から継続して第１レーザー光Ｂ１がはんだ付け部位Ｐに照射されることで基板レジストへのダメージが軽減される。そして、前記第３工程Ｓ３が終了すると、前記第１レーザー光Ｂ１の照射が停止されると共に、前記放射温度計７による温度測定も停止され、はんだ付け部位Ｐに対するはんだ付けが完了する。
その後、前記照射ヘッド４は、次のはんだ付け部位Ｐに向けて移動し、次のはんだ付け部位Ｐに対して第１工程Ｓ１−第３工程Ｓ３が順次行われ、以下、全てのはんだ付け部位Ｐに対して前述した動作が繰り返される。

かくして、線状はんだ５の供給前にはんだ付け部位Ｐを予熱する第１工程Ｓ１においては、波長の短い青色レーザー光からなる第２レーザー光Ｂ２をはんだ付け部位Ｐに向けて照射し、線状はんだ５を溶融させてはんだ付け部位Ｐに拡散させる第２工程Ｓ２、及び、該はんだ付け部位Ｐに拡散した溶融はんだ５を後加熱する第３工程Ｓ３においては、波長の長い赤色レーザー光からなる第１レーザー光Ｂ１をはんだ付け部位Ｐに向けて照射するといったように、はんだ付け部位Ｐを構成する金属素材に応じて、赤色レーザー光から成る第１レーザー光Ｂ１と青色レーザー光Ｂ２を切換えながらはんだ付けをおこなうことにより、はんだ付け時間を短縮してはんだ付け効率を高めると同時に、高品質のはんだ付けを行うことができる。

なお、本実施形態では、前記第１レーザー光Ｂ１を赤色レーザー光とし、前記第２レーザー光Ｂ２を青色レーザー光としているが、第１レーザー光Ｂ１及び第２レーザー光Ｂ２を、何れも赤色レーザー光とすることもできる。この場合、第１レーザー光Ｂ１の波長領域を９００ｎｍ−１０００ｎｍの範囲とし、その中から最適な波長を選択し、前記第２レーザー光Ｂ２の波長領域を８００ｎｍ−８９９ｎｍの範囲とし、その中から最適な波長を選択するのが好ましい。
また、前記第１レーザー光Ｂ１及び第２レーザー光Ｂ２の波長は、例えば、はんだ付けのバッチ毎に変更することも可能である。

１ レーザー式はんだ付け装置
２ 第１レーザー発振器
３ 第２レーザー発振器
４ 照射ヘッド
５ 線状はんだ
９ ボディ
１０ 照射口
１１ 第１入射口
１２ 第２入射口
２３ 第１平行レンズ
２４ 第１半透鏡
２６ 集光レンズ
３１ 第２平行レンズ
３２ 第１反射鏡
Ｂ１ 第１レーザー光
Ｂ２ 第２レーザー光
Ｌ１ 第１光軸
Ｌ２ 第２光軸
Ｐ はんだ付け部位

Claims (8)

1. 第１レーザー光を出力する第１レーザー発振器と、前記第１レーザー光より波長の短い第２レーザー光を出力する第２レーザー発振器と、前記第１レーザー光及び第２レーザー光をはんだ付け部位に照射する照射ヘッドと、前記はんだ付け部位に線状はんだを供給するはんだ供給装置と、はんだ付け装置全体を制御する制御装置とを有し、
   前記照射ヘッドは、前記第１レーザー光と第２レーザー光とを、１つの照射口から同軸上で照射可能なるように構成され、
   前記制御装置は、線状はんだの供給前に前記はんだ付け部位を予熱する第１工程においては、前記照射ヘッドから波長の短い前記第２レーザー光を該はんだ付け部位に向けて照射し、該はんだ付け部位に供給された線状はんだを溶融させて該はんだ付け部位に拡散させる第２工程と、前記はんだ付け部位に拡散した溶融はんだを後加熱する第３工程とにおいては、前記照射ヘッドから波長の長い前記第１レーザー光を前記はんだ付け部位に向けて照射するように設定されている、
   ことを特徴とするレーザー式はんだ付け装置。
2. 前記照射ヘッドは、中空のボディと、該ボディの先端部に設けられた前記照射口と、該ボディの基端部に設けられた第１入射口及び第２入射口とを有し、前記第１入射口から前記第１レーザー光が入射され、前記第２入射口から前記第２レーザー光が入射されるように構成され、
   前記第１入射口と照射口とは、前記ボディの内部を直線的に延びる第１光軸上に位置し、前記第２入射口は、前記第１光軸と平行する第２光軸上に位置しており、
   前記第１光軸上には、前記第１入射口から前記照射口に向けて順次、前記第１入射口から入射した第１レーザー光を平行光にする第１平行レンズと、前記第１レーザー光は透過させるが第２レーザー光は反射する第１半透鏡と、前記第１レーザー光を集光させる集光レンズとが配置され、前記第１半透鏡は、前記第１光軸に対して４５度傾斜する姿勢に配設されており、
   前記第２光軸上には、前記第２入射口から入射した第２レーザー光を平行光にする第２平行レンズと、平行光になった該第２レーザー光を前記第１半透鏡に向けて９０度屈曲させる第１反射鏡とが配設され、該第１反射鏡で前記第１半透鏡に向けて反射された第２レーザー光が、該第１半透鏡で前記第１光軸に沿う方向に反射されたあと、該第１光軸に沿って進行し、前記集光レンズで集光されて前記はんだ付け部位に照射されるように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のはんだ付け装置。
3. 前記第１入射口は、前記ボディの基端部に固定的に配設され、前記第２入射口は、前記第２光軸に沿って位置調整可能に配設されていることを特徴とする請求項２に記載のはんだ付け装置。
4. 前記第１レーザー光は赤色レーザー光であり、前記第２レーザー光は青色レーザー光であることを特徴とする請求項１から３何れかに記載のはんだ付け装置。
5. 前記第１レーザー光及び第２レーザー光は、共に赤色レーザー光であることを特徴とする請求項１から３何れかに記載のはんだ付け装置。
6. 線状はんだの供給前にはんだ付け部位にレーザー光を照射して該はんだ付け部位を予熱する第１工程と、前記はんだ付け部位に供給された線状はんだをレーザー光の照射により溶融させて前記はんだ付け部位に拡散させる第２工程と、はんだ付け部位に拡散した溶融はんだをレーザー光の照射により後加熱する第３工程とを有するレーザー式はんだ付け方法において、
   前記第１工程では、波長の短い第２レーザー光を前記はんだ付け部位に照射し、前記第２工程及び第３工程では、前記第２レーザー光より波長の長い第１レーザー光を前記線状はんだ及び溶融はんだに照射する、
   ことを特徴とするレーザー式はんだ付け方法。
7. 前記第１レーザー光は赤色レーザー光であり、前記第２レーザー光は青色レーザー光であることを特徴とする請求項６に記載のはんだ付け方法。
8. 前記第１レーザー光及び第２レーザー光は、共に赤色レーザー光であることを特徴とする請求項６に記載のはんだ付け方法。

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