JP5895829B2

JP5895829B2 - レーザーはんだ付け方法および電子回路装置

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Publication number: JP5895829B2
Application number: JP2012259628A
Authority: JP
Inventors: 要松山; 佐藤　仁; 仁佐藤
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2032-11-28
Also published as: JP2014107424A

Description

本発明は、回路基板のスルーホールに挿通された電子部品の端子をレーザー光源から照射されるレーザー光により溶融されるはんだを介して当該回路基板上のランドに接合するレーザーはんだ付け方法、および電子部品が実装される回路基板を含む電子回路装置に関する。

従来、この種のレーザーはんだ付け方法として、プリント配線基板（回路基板）の環状端子（ランド）で取り囲まれたスルーホール内に電子部品の棒状端子を挿入し、環状端子と棒状端子とにスルーホールを塞ぐようにクリームはんだを供給した後、当該クリームはんだにレーザー光を照射すると共に、環状端子と棒状端子とにさらに糸はんだを供給することにより、糸はんだとクリームはんだとを融合させて環状端子と棒状端子とをはんだ付けするものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この方法は、環状端子と棒状端子とに予めクリームはんだを供給してスルーホールを塞いでおくことで、はんだ付けに際してスルーホールを通過しないようにレーザー光をクリームはんだで遮断し、それにより電子部品の焼けの発生を抑制している。

特開２０１０−１０５８９号公報

しかしながら、上述のようなレーザーはんだ付け方法を採用しても、レーザー光によりはんだを溶融させるのに伴って回路基板（レジスト）の表面に焦げ付きを生じさせてしまうことがある。

そこで、本発明は、レーザー光によりはんだを溶融させるのに伴う回路基板の表面の焦げ付きの発生を抑制することができるレーザーはんだ付け方法および電子回路装置の提供を主目的とする。

本発明によるレーザーはんだ付け方法および電子回路装置は、上記主目的を達成するために以下の手段を採っている。

本発明によるレーザーはんだ付け方法は、
回路基板のスルーホールに挿通された電子部品の端子をレーザー光源から照射されるレーザー光により溶融されるはんだを介して前記回路基板上のランドに接合するレーザーはんだ付け方法において、
前記レーザー光源からの直接光と、該直接光が前記端子の先端部で反射することにより得られる反射光とが前記ランド以外の前記回路基板の表面で重ならないように前記先端部の形状と該回路基板の表面からの前記端子の突出量である出代とを定めることを特徴とする。

このレーザーはんだ付け方法は、回路基板のスルーホールに挿通された電子部品の端子をレーザー光源から照射されるレーザー光により溶融されるはんだを介して回路基板上のランドに接合するものである。そして、この方法は、電子部品の端子の先端部の形状と回路基板の表面からの端子の突出量である出代とを、レーザー光源からの直接光と、当該直接光が端子の先端部で反射することにより得られる反射光とがランド以外の回路基板の表面で重ならないように定める。これにより、レーザー光源からの直接光と端子の先端部で反射した反射光とが重なり合うことで回路基板（例えばレジスト）の表面が局所的に加熱されて焦げ付くのを良好に抑制することが可能となる。

また、前記レーザーはんだ付け方法は、前記端子の前記先端部で反射した前記反射光を前記回路基板の表面における前記直接光の照射範囲外に指向させるように前記先端部の形状と前記端子の前記出代とを定めるものであってもよい。これにより、レーザー光源からの直接光と端子の先端部で反射した反射光とが重なり合うのを抑制して回路基板の表面の焦げ付きの発生を良好に抑制することが可能となる。

更に、前記レーザーはんだ付け方法は、前記端子の前記先端部で反射した前記反射光を前記ランド上に指向させるように前記先端部の形状と前記端子の前記出代とを定めるものであってもよい。これにより、レーザー光源からの直接光と端子の先端部で反射した反射光とをランド上で重ならせることができるので、ランド以外の回路基板の表面が局所的に加熱されて焦げ付くのを良好に抑制することが可能となる。

また、前記レーザーはんだ付け方法は、前記端子の前記先端部で反射した前記反射光を前記はんだ上に指向させるように前記先端部の形状と前記端子の前記出代とを定めるものであってもよい。これにより、レーザー光源からの直接光と端子の先端部で反射した反射光とをはんだ上で重ならせることができるので、はんだの溶融を促進させると共に、ランド以外の回路基板の表面が局所的に加熱されて焦げ付くのを良好に抑制することが可能となる。

更に、前記端子の前記先端部は、一定の傾斜角度を有するテーパー状に形成されてもよく、前記レーザーはんだ付け方法は、前記直接光と前記反射光とが前記ランド以外の前記回路基板の表面で重ならないように前記先端部の側面の傾斜角度と前記端子の前記出代とを定めるものであってもよい。

本発明による電子回路装置は、
電子部品が実装される回路基板を含む電子回路装置において、
前記電子部品の端子は、前記回路基板のスルーホールに挿通されると共にレーザー光源から照射されるレーザー光によって溶融されるはんだを介して該回路基板上のランドに接合され、
前記端子の先端部の形状と前記回路基板の表面からの前記端子の突出量である出代とは、前記レーザー光源からの直接光と、該直接光が前記端子の先端部で反射することにより得られる反射光とが前記ランド以外の前記回路基板の表面で重ならないように定められることを特徴とする。

この電子回路装置では、レーザー光によりはんだを溶融させるのに伴う回路基板の表面の焦げ付きの発生を良好に抑制することが可能となる。

本発明によるレーザーはんだ付け方法を実施するためのレーザーはんだ付け装置１を例示する概略構成図である。本発明による電子回路装置を構成する回路基板１０の要部を示す説明図である。本発明による電子回路装置を構成する回路基板１０の要部を示す断面図である。本発明による電子回路装置を構成する回路基板１０の要部を示す断面図である。端子２１の出代Ｈと、スルーホール１１の中心軸に対する端子２１の中心軸の位置ズレ量Ｇと、直接光Ｌｄおよび反射光Ｌｒの回路基板１０の表面における到達位置との関係の解析結果を示す図表である。

次に、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本発明によるレーザーはんだ付け方法を実施するためのレーザーはんだ付け装置１を例示する概略構成図である。同図に示すレーザーはんだ付け装置１は、レーザー光源２と、鏡筒３とを含む。また、鏡筒３は、レーザー光源２からのレーザー光を平行光にするための第１平凸レンズ４と、第１平凸レンズ４からのレーザー光を回路基板１０上に集光する第２平凸レンズ５とを有する。

このようなレーザーはんだ付け装置１を用いれば、図１および図２に示すように、回路基板１０のスルーホール１１やランド１２（図２参照）の近傍に配置されたはんだ３０をレーザー光源２から照射されるレーザー光により溶融させると共に、溶融後に固化したはんだ３０を介してスルーホール１１に挿通された電子部品２０の端子２１と回路基板１０上のランド１２とを電気的に接合することができる。なお、回路基板１０に実装される電子部品２０は、例えば、各種ＩＣといったような半導体素子や、外部機器との電気的接続に供されるコネクタ等であり、回路基板１０は、図示しないケース内に収容されて電子回路装置（図示省略）を構成する。また、はんだ３０としては、例えばクリームはんだおよび糸はんだの少なくとも何れか一方を用いることができる。

上述のようにしてレーザー光源２からのレーザー光によりはんだ３０を溶融させる場合、回路基板１０の表面、具体的には、ランド１２の周囲で絶縁層を構成するレジスト１４（図２参照）等の表面に焦げ付きを生じさせてしまい、歩留まりを悪化させてしまうおそれがある。本発明者らは、このような焦げ付きの発生を抑制すべく鋭意研究を行い、その結果、レーザー光源２から照射される直接光Ｌｄ（図２における破線参照）と、レーザー光源２からの直接光Ｌｄが端子２１の先端部２１ａで反射することにより得られる反射光Ｌｒ（図２における太い実線参照）との関係に着目した。すなわち、レーザー光源２からの直接光Ｌｄと端子２１の先端部２１ａで反射した反射光Ｌｒとが回路基板１０の表面で重なり合うと、直接光Ｌｄと反射光Ｌｒとが重なり合った箇所で回路基板１０が局所的に加熱されて焦げ付きが発生する可能性が高まる。

これに対して、図３において示すように、端子２１の先端部２１ａで反射した反射光Ｌｒを回路基板１０の表面におけるレーザー光源２からの直接光Ｌｄの照射範囲外に到達するように指向させれば、レーザー光源２からの直接光Ｌｄと端子２１の先端部２１ａで反射した反射光Ｌｒとが重なり合うのを抑制して、ランド１２以外の回路基板１０の表面の焦げ付きの発生を良好に抑制することができる。また、図４に示すように、端子２１の先端部２１ａで反射した反射光Ｌｒをランド１２上に到達するように指向させたり、端子２１の先端部２１ａで反射した反射光Ｌｒをはんだ３０上に到達するように指向させたりすれば、レーザー光源２からの直接光Ｌｄと端子２１の先端部２１ａで反射した反射光Ｌｒとをランド１２やはんだ３０上で重ならせて、はんだ３０の溶融を促進させると共に、ランド１２以外の回路基板１０の表面が局所的に加熱されて焦げ付くのを良好に抑制することができる。

これらを踏まえて、本発明者らは、レーザー光源２からの直接光Ｌｄと端子２１の先端部２１ａで反射した反射光Ｌｒとの重なり合いに起因した回路基板１０の表面すなわちレジスト１４での焦げ付きの発生を良好に抑制すべく、スルーホール１１の中心軸に対する端子２１の中心軸の位置ズレ量に拘わらず直接光Ｌｄと反射光Ｌｒとがランド１２以外の回路基板１０の表面で重ならないように、端子２１の先端部２１ａの形状に応じて当該端子２１の出代すなわち回路基板１０の表面からの突出量を定めることとした。

図５は、図２に示すような一定の傾斜角度αを有する正四角錐台状（テーパ状）に形成された先端部２１ａを有する端子２１について本発明者らが行った解析の結果、すなわち、端子２１の出代Ｈと、スルーホール１１の中心軸に対する端子２１（スルーホール１１と平行に延在する部分）の中心軸の図２における左側および右側への位置ズレ量Ｇと、直接光Ｌｄおよび反射光Ｌｒの回路基板１０の表面における到達位置との関係の解析結果を示す図表である。かかる解析では、端子２１の先端部２１ａの側面の傾斜角度αをα＝１６°とし、傾斜した側面の高さｈをｈ＝０．６ｍｍとし、回路基板１０の表面における直接光の円形の照射範囲の外径ＤＲをＤＲ＝２．３ｍｍとし、レーザー光の照射角度θをθ＝１４°とし、ランド１２の外径ＤＬをＤＬ＝２．０ｍｍとした。

図５において、“◎”は、先端部２１ａでの反射光Ｌｒと直接光Ｌｄとが回路基板１０の表面で重ならないことを示し、“○”は、先端部２１ａでの反射光Ｌｒと直接光Ｌｄとがレジスト１４で重ならない（ランド１２上で重なり合う）ことを示し、“△”は、先端部２１ａでの反射光Ｌｒと直接光Ｌｄとがレジスト１４で重なり合い、環状の重なり範囲の幅が０．１ｍｍ以下であることを示し、“×”は、先端部２１ａでの反射光Ｌｒと直接光Ｌｄとがレジスト１４で重なり合い、環状の重なり範囲の幅が０．１ｍｍ以上であることを示す。すなわち、“◎”および“○”は、レジスト１４等（ランド１２以外）の回路基板１０の表面に焦げ付きを生じさせるおそれが極めて低いことを示し、“△”および“×”は、レジスト１４等の回路基板１０の表面に焦げ付きを生じさせるおそれが高いことを示す。また、図５において、位置ズレ量Ｇを示す数値の下側における「左側」、「右側」は、端子２１（スルーホール１１と平行に延在する部分）の中心軸よりも「左側」または「右側」の領域における結果を示す。

図５に示すように、電子部品２０の端子２１（先端部２１ａ）が上述のような諸元を有する場合には、端子出代Ｈを比較的小さくするか、あるいは比較的大きくすることで、スルーホール１１の中心軸に対する端子２１（スルーホール１１と平行に延在する部分）の中心軸の位置ズレが生じたとしても、反射光Ｌｒをランド１２やはんだ３０上に到達するように指向させて直接光Ｌｄと反射光Ｌｒとをランド１２やはんだ３０上で重ならせるか、あるいは、端子２１の先端部２１ａで反射した反射光Ｌｒを回路基板１０の表面におけるレーザー光源２からの直接光Ｌｄの照射範囲外に到達するように指向させて直接光Ｌｄと反射光Ｌｒとが重なり合うのを抑制することが可能となる。そして、図５に示す解析結果より、電子部品２０の端子２１の先端部２１ａの形状と端子２１の出代Ｈとを調整することで、レーザー光源２からの直接光Ｌｄと端子２１の先端部２１ａで反射した反射光Ｌｒとがランド１２以外の回路基板１０の表面で重ならないようにし得ることが理解されよう。

以上説明したように、電子部品２０が実装される回路基板１０を含む電子回路装置では、回路基板１０のスルーホール１１に挿通された電子部品２０の端子２１がレーザー光源２から照射されるレーザー光により溶融されるはんだ３０を介して回路基板１０上のランド１２に接合され、電子部品２０の端子２１の先端部２１ａの形状と端子２１の出代Ｈとは、レーザー光源２からの直接光Ｌｄと端子２１の先端部２１ａで反射した反射光Ｌｒとがランド１２以外の回路基板１０の表面で重ならないように定められる。これにより、スルーホール１１の中心軸に対する端子２１の中心軸の位置ズレ量Ｇに拘わらず、レーザー光源２からの直接光Ｌｄと端子２１の先端部２１ａで反射した反射光Ｌｒとが重なり合うことで回路基板１０（例えばレジスト１４）の表面が局所的に加熱されて焦げ付くのを良好に抑制することが可能となる。

なお、電子部品２０の端子２１は、先端に向かうほど細くなるテーパー状に形成された先端部２１ａを有するものであればよく、上述のような正四角錐台状以外の円錐台状、正四角錐状、円錐状あるいは半球面状に形成された先端部２１ａを有するものであってもよい。また、端子２１の先端部２１ａは、テーパー状に形成されたものであれば、一定の傾斜角度を有さないものであってもよい。

そして、上記実施形態における主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載された発明の主要な要素との対応関係は、実施形態が課題を解決するための手段の欄に記載された発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。すなわち、実施形態はあくまで課題を解決するための手段の欄に記載された発明の具体的な一例に過ぎず、課題を解決するための手段の欄に記載された発明の解釈は、その欄の記載に基づいて行なわれるべきものである。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、様々な変更をなし得ることはいうまでもない。

本発明は、電子回路装置の製造産業といったレーザーはんだ付けを利用する製造産業において利用可能である。

１レーザーはんだ付け装置、２レーザー光源、３鏡筒、４第１平凸レンズ、５第２平凸レンズ、１０回路基板、１１スルーホール、１２ランド、１４レジスト、２０電子部品、２１端子、２１ａ先端部。

Claims

回路基板のスルーホールに挿通された電子部品の端子をレーザー光源から照射されるレーザー光により溶融されるはんだを介して前記回路基板上のランドに接合するレーザーはんだ付け方法において、
前記レーザー光源からの直接光と、該直接光が前記端子の先端部で反射することにより得られる反射光とが前記ランド以外の前記回路基板の表面で重ならないように前記先端部の形状と該回路基板の表面からの前記端子の突出量である出代とを定めることを特徴とするレーザーはんだ付け方法。
請求項１に記載のレーザーはんだ付け方法において、
前記端子の前記先端部で反射した前記反射光を前記回路基板の表面における前記直接光の照射範囲外に指向させるように前記先端部の形状と前記端子の前記出代とを定めることを特徴とするレーザーはんだ付け方法。
請求項１に記載のレーザーはんだ付け方法において、
前記端子の前記先端部で反射した前記反射光を前記ランド上に指向させるように前記先端部の形状と前記端子の前記出代とを定めることを特徴とするレーザーはんだ付け方法。
請求項１に記載のレーザーはんだ付け方法において、
前記端子の前記先端部で反射した前記反射光を前記はんだ上に指向させるように前記先端部の形状と前記端子の前記出代とを定めることを特徴とするレーザーはんだ付け方法。
請求項１から４の何れか一項に記載のレーザーはんだ付け方法において、
前記端子の前記先端部は、一定の傾斜角度を有するテーパー状に形成されており、
前記直接光と前記反射光とが前記ランド以外の前記回路基板の表面で重ならないように前記先端部の側面の傾斜角度と前記端子の前記出代とを定めることを特徴とするレーザーはんだ付け方法。
電子部品が実装される回路基板を含む電子回路装置において、
前記電子部品の端子は、前記回路基板のスルーホールに挿通されると共にレーザー光源から照射されるレーザー光によって溶融されるはんだを介して該回路基板上のランドに接合され、
前記端子の先端部の形状と前記回路基板の表面からの前記端子の突出量である出代とは、前記レーザー光源からの直接光と、該直接光が前記端子の先端部で反射することにより得られる反射光とが前記ランド以外の前記回路基板の表面で重ならないように定められることを特徴とする電子回路装置。