JP7198583B2 - レーザはんだ付け方法及びレーザはんだ付け装置 - Google Patents

レーザはんだ付け方法及びレーザはんだ付け装置 Download PDF

Info

Publication number
JP7198583B2
JP7198583B2 JP2018017073A JP2018017073A JP7198583B2 JP 7198583 B2 JP7198583 B2 JP 7198583B2 JP 2018017073 A JP2018017073 A JP 2018017073A JP 2018017073 A JP2018017073 A JP 2018017073A JP 7198583 B2 JP7198583 B2 JP 7198583B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
temperature
solder
terminals
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018017073A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2019130584A (ja
Inventor
康男 澤井
純平 加瀬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Amada Co Ltd
Amada Weld Tech Co Ltd
Original Assignee
Amada Co Ltd
Amada Weld Tech Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Amada Co Ltd, Amada Weld Tech Co Ltd filed Critical Amada Co Ltd
Priority to JP2018017073A priority Critical patent/JP7198583B2/ja
Publication of JP2019130584A publication Critical patent/JP2019130584A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7198583B2 publication Critical patent/JP7198583B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)

Description

特許法第30条第2項適用 一般社団法人日本溶接協会誌、溶接技術、第65巻、第11号,第75~79頁、産報出版株式会社、平成29年11月1日発行
本発明は、表面実装型の電子部品をプリント配線板上に実装するためのレーザはんだ付け方法および装置に関する。
今日、プリント回路板の多くは表面実装型の電子部品を用いている。表面実装型の電子部品は、プリント配線板のスルーホールまたはランドにリード端子を挿入して取り付けられる電子部品とは異なり、プリント配線板の表面のパッドの上に端子に載せて取り付けられる。
一般的に、表面実装型の電子部品の量産実装には、リフロー方式のはんだ付けが多く用いられている。典型的なリフロー方式のはんだ付けは、プリント配線板のパッドにペースト状のはんだを印刷または塗布し、次いで表面実装型の電子部品をその各端子が各対応するパッドの上に載るようにしてプリント配線板上の所定位置に搭載し、次いでリフロー炉の中で加熱してはんだを溶かし、電子部品の各端子とプリント配線板上の各対応するパッドとをはんだ付けで接合する。
最近、このようなリフロー方式のはんだ付けにおいて、リフロー炉をレーザはんだ付け装置に置き換えるシステムが注目されている。レーザはんだ付けは、微細な箇所にレーザ光を集光照射して非接触かつ局所的なはんだ付けを可能とし、プリント回路板の熱ひずみや変形を回避することができる。また、自動化にも有利であり、タクトタイムの短縮化によりリフロー炉によるバッチ処理と同等の生産性を達成することも可能である。
レーザはんだ付け装置において、電子部品を2箇所ではんだ付けする際に2つのレーザ光線を同一の強度で同時処理することが知られている。(特許文献1,非特許文献1)
特開昭62-144875号公報
R.Crafer, PeterJ. Oakley著「Laser Processing in Manufacturing」、Springer Netherlands発行、1993年、108頁
表面実装型の電子部品の中には、多数のリードまたはバンプを有するICパッケージのほかに、チップ抵抗やチップコンデンサのような相対向する一対の側面端子を有する角型(直方体形状)の電子部品いわゆるチップ部品がある。従来より、チップ部品の実装にリフロー方式のはんだ付けを用いると、はんだ付けの最中にプリント配線板上でチップ部品が重力に逆らって立ち上がることがあり、そのようなチップ立ちの現象はマンハッタン現象(もしくはツームストーン現象)と称されている。
マンハッタン現象は、プリント配線板上でチップ部品の左右一対の側面端子に作用する溶融はんだの流動性や表面張力がアンバランスであるときに発生する。通常は、チップ部品の左右両側のはんだ量あるいは端子搭載位置に誤差(ばらつき)がある場合に、左右両側ではんだの溶融状態が相違し、それぞれの溶融はんだの流動性や表面張力にアンバランスが生じる。また、一方のはんだ形状が基板に対して平坦に付着している場合と厚さ方向に長く付着している場合、又は一方が尖端形状になっている場合等、付着はんだ形状が左右で異なる場合には、はんだの質量がほぼ同一であっても、はんだに対するレーザー照射点とレーザ光の加工焦点の関係で付着はんだ表面が受けるレーザエネルギーに左右で経時的アンバランスが生じる。
この問題に対しては、はんだ付け工程に先立って行われる印刷工程およびチップ搭載工程の精度を上げる工夫が行われているが、それによってはんだ印刷機やチップマウンタのコストが高くついている。また、リフロー炉を用いるリフローでは、はんだ付け工程の前に予熱の工程を取り入れることによりリフロー炉内の熱容量ないし温度を安定化させることも行われている。しかしながら、レーザはんだ付け法は、局所加熱および高速加熱の特性上、技術的にも効率性の面でもそのような予熱の工程を取り入れるのは難しい。
従来、電子部品を2箇所でレーザはんだ付けする際に2つのレーザ光線を同一の強度で同時処理することでチップ部品の実装時のマンハッタン現象は回避できると考えられていた。しかしながら、溶融はんだの経時的アンバランスを考慮しない従来手法では、近年の小型化及び軽量化されたチップ部品をレーザはんだ付けする際に、マンハッタン現象が発生してしまうという問題があった。とりわけ、長辺が2mmを下回る小型のチップ部品では、加工歩留りが悪いという問題があった。
本発明は、上記のような従来技術の課題を解決するものであり、リフロー方式における電子部品の表面実装を安定確実に行えるレーザはんだ付け方法およびレーザはんだ付け装置を提供する。
本発明のレーザはんだ付け方法は、相対向する第1および第2の端子を有する表面実装型の電子部品をプリント配線板上に実装するためのレーザはんだ付け方法であって、前記はんだの融点より高い基準温度を設定し、はんだ付け用の第1および第2のレーザ光をそれぞれ発振出力するための第1および第2のレーザ発振器に対して可変制御可能な励起用の電力をそれぞれ個別に供給する電源回路として構成されている第1および第2のレーザ電源に対する制御を通じて、前記電子部品の前記第1および第2の端子と前記プリント配線板上の対応する第1および第2のパッドの間にそれぞれ介在しているはんだに対して、記第1および第2のレーザ光の照射時間を同一に設定し、前記第1および第2のレーザ光を同時に照射して、前記第1および第2のレーザ光の照射中に、前記第1および第2の端子付近のはんだの温度を非接触式で測定し、前記第1および第2のレーザ光の照射中に、前記第1および第2の端子付近のはんだのそれぞれの測定温度が前記基準温度に一致または近似するように、前記第1および第2のレーザ光のそれぞれのレーザ出力を独立に制御して、前記第1および第2の端子を第1および第2のパッドにそれぞれはんだ付けする。
本発明のレーザはんだ付け装置は、相対向する第1および第2の側面端子を有する表面実装型の電子部品をプリント配線板上に実装するためのレーザはんだ付け装置であって、はんだ付け用の第1および第2のレーザ光をそれぞれ発振出力するための第1および第2のレーザ発振器と、前記第1および第2のレーザ発振器に対して可変制御可能な励起用の電力をそれぞれ個別に供給する電源回路として構成されている第1および第2のレーザ電源と、前記第1および第2の端子付近のはんだに対して前記第1および第2のレーザ光をそれぞれ個別に集光照射するための第1および第2の加工ヘッドと、前記第1よび第2のレーザ発振器より発振出力された前記第1および第2のレーザ光を前記第1および第2の加工ヘッドにそれぞれ伝送するための第1および第2のレーザ伝送系と、前記第1および第2のレーザ光の照射中に、前記第1および第2の端子付近のはんだの温度を非接触式で測定する温度測定部と、前記第1および第2のレーザ電源を制する制御部と、を有し、前記制御部は、前記はんだの融点より高い基準温度を設定し、前記第1および第2の端子付近のはんだに対する前記第1および第2のレーザ光の照射時間を同一に設定し、前記第1及び第2のレーザ光の照射を同時に行うとともに、前記第1および第2のレーザ光の照射中に、前記温度測定部より得られる前記第1および第2の端子付近のはんだの測定温度が前記基準温度にそれぞれ一致または近似するように、前記第1および第2のレーザ光のそれぞれのレーザ出力を独立に制御する
上記構成のレーザはんだ付け方法またはレーザはんだ付け装置においては、プリント配線板上に搭載されている表面実装型の電子部品の両側で第1および第2の側面端子と第1および第2のパッドとの間に介在しているはんだの物理的属性(たとえばはんだ量)や端子搭載位置等に違いがあっても、それらのはんだに照射される第1および第2のレーザ光のレーザ出力を同時かつ独立に制御することにより、電子部品の片側が浮いてしまうマンハッタン現象を確実に回避できるとともに、良好なセルフアライメント効果を得ることができる。
本発明のレーザはんだ付け方法またはレーザはんだ付け装置によれば、上記のような構成および作用により、リフロー方式における電子部品の表面実装を安定確実に行うことができる。
本発明の一実施形態におけるリフロー方式のレーザはんだ付け装置の全体構成を示すブロック図である。 上記レーザはんだ付け装置における加工ヘッドの構成を示す断面図である。 上記レーザはんだ付け装置における制御部の機能的な構成を示すブロック図である。 上記実施形態における第1の制御方式によるレーザはんだ付けの作用を説明するための各部の信号の波形を示す波形図である。 上記レーザはんだ付けの各段階を示す断面図である。 上記レーザはんだ付けの第2の制御方式を説明するための各部の信号の波形を示す波形図である。
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。
[装置全体の構成]
図1に、本発明の一実施形態におけるレーザはんだ付け装置の全体の構成を示す。このレーザはんだ付け装置は、たとえばリフロー方式において、相対向する一対(第1および第2)の側面端子J(1),J(2)を有する表面実装型の電子部品EPをプリント配線板BD上に実装するためのレーザはんだ付け装置として構成されている。
このレーザはんだ付け装置は、2系統のレーザ照射部10(1),10(2)と、2系統の温度モニタ部12(1),12(2)と、2系統の撮像モニタ部13(1),13(2)と、単一または共通の制御部14および操作パネル16とを備えている。
第1のレーザ照射部10(1)は、第1のレーザ電源20(1)、第1のレーザ発振器22(1)、第1の光ファイバケーブル24(1)および第1の加工ヘッド26(1)を有している。一方、第2のレーザ照射部10(2)は、第2のレーザ電源20(2)、第2のレーザ発振器22(2)、第2の光ファイバケーブル24(2)および第2の加工ヘッド26(2)を有している。第1および第2のレーザ照射部10(1),10(2)の構成は、異なっていてもよいが、通常は同じであるのが好ましい。
より詳細には、第1および第2のレーザ発振器22(1),22(2)は、はんだ付け用の第1および第2のレーザ光LB(1),LB(2)をそれぞれ生成するのに適した任意のレーザ装置たとえばファイバカップリング方式の半導体レーザで構成されている。
第1および第2のレーザ電源20(1)、20(2)は、第1および第2のレーザ発振器22(1),22(2)に対して、可変制御可能(特にフィードバック制御可能)な励起電流を供給する電源回路として構成されている。第1および第2の加工ヘッド26(1),26(2)の構成は、第1および第2の温度モニタ部12(1),12(2)と併せて図2を参照して後述する。第1および第2の光ファイバケーブル24(1),24(2)は、たとえばステップインデックス型の光ファイバからなり、第1および第2のレーザ発振器22(1),22(2)より発振出力されたレーザ光LB(1),LB(2)を第1および第2の加工ヘッド26(1),26(2)にそれぞれ伝送する。
制御部14は、CPU(マイクロプロセッサ)、このCPUないし本装置の動作に必要な制御プログラムを格納する制御メモリ、設定値・測定値・演算結果等のデータを格納するデータメモリおよび各種インタフェース回路等を含んで構成されている。この制御部14の機能的な構成は、図3を参照して後に説明する。
操作パネル16は、たとえば、液晶ディスプレイからなる表示部16aと、キーボード式あるいはタッチパネル式の入力部16bとを含んでおり、制御部14の表示制御の下でユーザに種々の設定画面やモニタ画面を提供する。

[加工ヘッドの構成]
図2に、この実施形態における第1の加工ヘッド26(1)の構成を示す。第2の加工ヘッド26(2)の構成もこれと同じであってよい。
加工ヘッド26(1)は、同一面内(図2では垂直面内)に並んで一体結合された4つの円筒部30a,30b,30c,30dからなる筐状体30を有している。図面上で右側の円筒部30aにはレーザ入射部32が設けられている。このレーザ入射部32は、円筒部30aの先端(上端)部にレーザ発振器22(1)からの光ファイバケーブル24(1)の終端部を取り付けるためのコネクタ34と、光ファイバケーブル24(1)の終端面から放射されるレーザ光LB(1)をコリメートして中央下部円筒部30b側に案内するための光学系(コリメートレンズ36、折返しミラー38)とを含んでいる。
中央下部円筒部30bは、その中間部にて右側円筒部30aの下端部に結合されている。中央下部円筒部30bの中には、光学系としてダイクロイックミラー40、集光レンズ42および保護ガラス44が配置されている。ダイクロイックミラー40は、たとえば45°斜めに傾けて配置され、レーザ入射部32側からのレーザ光LBを下方つまり被加工物W側に反射するとともに、被加工物W側からの放射光(被測定光)および可視光を上方へ通す誘電体多層膜がコーティングされている。
中央下部円筒部30bの上部には光軸調整用のジョイント部50を介して中央上部円筒部30cが結合されている。中央上部円筒部30cには、温度モニタ部12(1)の光学系である光センサ44、波長フィルタ46および集光レンズ48が設けられている。ジョイント部50を介して中央上部円筒部30cの向きまたは角度を調整して、光センサ44の光軸を被加工物W上のレーザ照射位置に正確に合わせられるようになっている。なお、図示省略するが、被加工物Wの加工点P付近に可視光のガイド光を照射する光学系を加工ヘッド26(1)に組み込むことも可能である。
波長フィルタ46は、被加工物W側よりダイクロイックミラー40,56等を通り抜けて波長フィルタ46に入射した光のうち、はんだの温度を表す所定の波長帯域の赤外線のみを選択的して通すバンド・パス・フィルタによって構成されている。光センサ44は、受光した光(赤外線)を光電変換するフォトダイオードを有し、さらにフォトダイオードの出力信号(光センサ出力信号)を増幅する増幅器等を有している。
左側の円筒部30dには、撮像光学系であるCCDカメラ52および折返しミラー54が設けられている。CCDカメラ52の手前に集光レンズ(図示)が配置されてもよい。中央下部円筒部30bにおいて、左側円筒部30dの入口ないし折返しミラー54と対向する位置に、ダイクロイックミラー56がたとえば45°斜めに傾けて配置されている。このダイクロイックミラー56は、被加工物W側から入射する光のうち、放射光(被測定光)を上部円筒部30cの温度モニタ系側に通し、可視光を左側円筒部30dの撮像光学系側に反射する誘電体多層膜がコーティングされている。
レーザはんだ付けの加工時には、光ファイバケーブル24(1)の中を伝搬してきたレーザ光LB(1)が、右側円筒部30aのレーザ入射部32において光ファイバケーブル24(1)の終端面より一定の広がり角で下方に出て、コリメートレンズ36を通り抜けて平行光となり、折り返しミラー38で光路を水平に折り曲げられ、中央下部円筒部30b内でダイクロイックミラー40、集光レンズ42および保護ガラス44を通って出射され、被加工物Wの加工点に集光照射される。
一方で、レーザ光LB(1)を照射される被加工物Wの加工点付近から一定帯域の波長を有する光(電磁波)が放射される。この放射光の中で上方に向かうものの一部が、加工ヘッド26(1)の中央下部円筒部30bの中に入って、この円筒部30b内の集光レンズ42、ダイクロイックミラー40,56をまっすぐ上方に通り抜け、円筒部30cの中で光学レンズ48、波長フィルタ46を通って光センサ44の受光面に集光入射する。光センサ44は、受光した光(赤外線)を光電変換して電気信号つまりセンサ出力信号CS(1)を出力する。このセンサ出力信号SC(1)は、電気ケーブル60(1)を介して図1の温度測定回路62(1)に送られる。
また、被加工物Wの加工点付近から上方に向かう可視光の一部は、加工ヘッド26(1)の中央下部円筒部30bの中に入り、この円筒部30b内の集光レンズ42、ダイクロイックミラー40を通り抜けてダイクロイックミラー56で反射し、左側円筒部30d内で折り返しミラー54を介してCCDカメラ52の撮像面に入射する。CCDカメラ52の出力信号(映像信号)は電気ケーブル64(1)を介して第1のディスプレイ装置66(1)に送られる。この実施形態では、CCDカメラ52と第1のディスプレイ装置66(1)とによって第1の撮像モニタ部13(1)が構成されている。

[温度モニタ部及び制御部の構成]
図3に、この実施形態における温度モニタ部12(1),12(1)および制御部14の構成を示す。
第1の光センサ44(1)および第1の温度測定回路62(1)によって第1の温度モニタ部12(1)が構成され、第2の光センサ44(2)および第2の温度測定回路62(2)によって第2の温度モニタ部12(2)が構成されている。
レーザはんだ付けの加工時に、第1の温度測定回路62(1)は、第1の光センサ44(1)より送られてくるセンサ出力信号CS(1)から所要の演算処理または信号処理によって被測定物(はんだH(1))の温度T(1)を表す第1の測定温度信号MS(1)を生成するようになっている。一方、第2の温度測定回路62(2)は、第2の光センサ44(2)より送られてくるセンサ出力信号CS(2)から所要の演算処理または信号処理によって被測定物(はんだH(2))の温度T(2)を表す第2の測定温度信号MS(2)を生成するようになっている。
制御部14は、上記のようにハードウェア的にはCPU、制御メモリ、データメモリ、各種インタフェース回路等を含んで構成され、機能的には、設定部70、温度表示・制御部72、第1および第2の比較部74(1),74(2)、第1および第2のレーザ出力制御部76(1),76(2)およびタイミング制御部78を有している。
設定部70は、操作パネル16を通じてユーザが設定入力した各種設定値を保持し、制御部14内の各部に与える。特に、設定部70は、被加工物として与えられる電子部品EPの第1および第2の側面端子J(1),J(2)について、はんだ付けの基準温度Tの設定値(たとえば、150℃<T<400℃)を入力し、その基準温度Tに対応する基準値ATを両比較部74(1),74(2)に与える。また、設定部70は、はんだ付けのレーザ出力についてピーク値Pの設定値(たとえば、20W<P<120W)をレーザ出力制御部76(1),76(2)に与える。さらに、はんだ付けの所要時間についてその設定値(設定時間)をタイミング制御部78に与える。
第1の比較部74(1)は、レーザはんだ付けの加工時に、第1の温度測定回路62(1)からの第1の測定温度信号MS(1)を基準値ATと比較し、その比較結果を表す二値(Hレベル/Lレベル)の比較判定信号E(1)を発生するようになっている。一方、第2の比較部74(2)は、第2の温度測定回路62(2)からの第2の測定温度信号MS(2)を基準値ATと比較し、その比較結果を表す二値(Hレベル/Lレベル)の比較判定信号E(2)を発生するようになっている。
第1のレーザ出力制御部76(1)は、第1の比較部74(1)からの比較判定信号E(1)に基づいて、第1のレーザ電源20(1)より第1のレーザ発振器22(1)に供給される励起電力を制御し、ひいてはこのレーザ発振器22(1)より生成される第1のレーザ光LB(1)のレーザ出力P(1)を制御するようになっている。一方、第2のレーザ出力制御部76(2)は、第2の比較部74(2)からの比較判定信号E(2)に基づいて、第2のレーザ電源20(2)より第2のレーザ発振器22(2)に供給される励起電力を制御し、ひいてはこのレーザ発振器22(2)より生成される第2のレーザ光LB(2)のレーザ出力P(2)を制御するようになっている。
温度表示制御部72は、第1および第2の温度測定回路62(1),62(2)からの第1および第2の測定温度信号MS(1),MS(2)に基づいて、被測定物(はんだH(1),H(2))の温度T(1),T(2)を表す測定温度値または測定温度波形を操作パネル16の表示部16aを通じて表示出力するようになっている。
タイミング制御部78は、操作パネル16または他の外部装置(図示せず)より与えられる起動信号に応答し、第1および第2のレーザ電源20(1),20(2)に対する制御を通じて、第1および第2のレーザ発振器22(1),22(2)を同時にかつ同一のはんだ付け処理時間にわたって発振動作させるようになっている。

[実施形態におけるレーザはんだ付けの作用]
以下、図1、図4および図5を参照してこの実施形態における第1の制御方式によるレーザはんだ付けの作用を説明する。
図1において、処理対象の電子部品EPは、はんだ付け工程に先立ち、チップマウンタ(図示せず)によりプリント配線板BD上の所定の実装位置に搭載されている。プリント配線板BDは可動ステージ80に支持されている。可動ステージ80を作動させて、第1および第2の加工ヘッド26(1),26(2)のレーザ出射口の中心軸が当該電子部品EPの第1および第2の側面端子J(1),J(2)の下端付近に一定の斜めの角度(たとえば垂直線に対して25~30度)で当たるように、位置合わせが行われる。この位置合わせにおいて、ユーザは、撮像モニタ部13(1),13(2)を通じて、第1および第2の側面端子J(1),J(2)付近に設定されたレーザ照射位置を目視で確認することができる。その際、ガイド光を利用することもできる。
図5の(a)に示すように、プリント配線板BD上の表面には、電子部品EPの第1および第2の側面端子J(1),J(2)とそれぞれ対向する第1および第2のパッドR(1),R(2)が形成されている。そして、両パッドR(1),R(2)の表面には、チップ搭載工程に先立ち、はんだ印刷機(図示せず)によりペースト状またはクリーム状のはんだH(1),H(2)が塗布されている。もっとも、電子部品EPの左右両側で、はんだH(1),H(2)の塗布量または塗布位置がずれることや、第1および第2の側面端子J(1),J(2)の一方または双方が搭載位置から少しずれることがある。また、一方のはんだ形状が基板に対して平坦に付着している場合と厚さ方向に長く付着している場合、又は一方が尖端形状になっている場合等、付着はんだ形状が左右で異なる場合には、はんだの質量がほぼ同一であっても、レーザー照射光とレーザ光を受けた箇所のはんだ形状との間でレーザ光の加工焦点ずれが生じる関係により、付着はんだ表面が受けるレーザエネルギーに左右で経時的アンバランスが生じる。
操作パネル16または他の外部装置より制御部14に起動信号が与えられると、制御部14内のタイミング制御部78が作動して、同一のタイミング(図4の時点t)で第1および第2のレーザ電源20(1),20(2)をオンし、第1および第2のレーザ発振器22(1),22(2)のレーザ発振を同時に開始させる。
第1レーザ発振器22(1)より発振出力される第1のレーザ光LB(1)は、光ファイバケーブル24(1)の中を伝搬して第1の加工ヘッド26(1)に送られる。レーザ光LB(1)は、第1の加工ヘッド26(1)内でレーザ入射部32のコリメートレンズ36、折り返しミラー38、および中央下部円筒部30b内のダイクロイックミラー40および集光レンズ42を通って保護ガラス4の外に出射され、電気部品EPの第1(左側)の側面端子J(1)付近のはんだH(1)に集光入射する。
一方、第2のレーザ発振器22(2)より発振出力される第2のレーザ光LB(2)は、光ファイバケーブル24(2)の中を伝搬して第2の加工ヘッド26(2)に送られる。レーザ光LB(2)は、第2の加工ヘッド26(2)内でレーザ入射部32のコリメートレンズ36、折り返しミラー38、および中央下部円筒部30b内のダイクロイックミラー40および集光レンズ42を通って保護ガラス4の外へ出射され、電気部品EPの第2(右側)の側面端子J(2)付近のはんだH(2)に集光入射する。
第1および第2のレーザ出力制御部76(1),76(2)は、第1および第2のレーザ電源20(1),20(2)を通じて、図4に示すように、レーザ発振の開始直後は、両レーザ光LB(1),LB(2)のレーザ出力LP(1),LP(2)をHレベルつまり設定ピーク値Pに制御する。これにより、レーザ光LB(1),LB(2)の高密度のレーザエネルギーが左右両側のはんだH(1),H(2)に持続的に供給されて、両はんだH(1),H(2) の温度T(1),T(2)が速やかに上昇して、両はんだH(1),H(2)が溶け始める。もっとも、両はんだH(1),H(2)の温度変化(立ち上がり速度)は独立している。上記のようにはんだH(1),H(2)の塗布量または塗布位置のずれや、第1および第2の側面端子J(1),J(2)の一方または双方の搭載位置のずれ等に起因して、図4に示すように両はんだH(1),H(2)の温度変化(立ち上がり速度)にずれがある。
両はんだH(1),H(2)の温度T(1),T(2)は、第1および第2の温度モニタ部12(1),12(2)によってそれぞれ測定される。より詳しくは、両はんだH(1),H(2)から放射される赤外線の一部が、第1および第2の加工ヘッド26(1),26(2)のレーザ出射口の中に入り、集光レンズ42、ダイクロイックミラー40,56、光学レンズ48、波長フィルタ46を通って光センサ44(1),44(2)に受光され、そこで光電変換される。第1および第2の温度モニタ部12(1),12(1)において、光センサ44(1),44(2)よりそれぞれ出力されるセンサ出力信号CS(1),CS(2)は独立しており、したがって第1および第2の温度測定回路62(1),62(2)より出力される第1および第2の測定温度信号MS(1),MS(2)も独立している。すなわち、第1および第2の測定温度信号MS(1),MS(2)の示す測定温度は独立している。
こうして、両測定温度信号MS(1),MS(2)の示す測定温度は、それぞれ独立したタイミング(時点t1,t2)で設定基準温度Tに到達する。たとえば、図5に示すように、電気部品EPの左右両側で相対的に左側のはんだH(1)が右側のはんだH(2)より少ない場合は、左側のはんだH(1)の温度T(1)の方が右側のはんだH(2)の温度T(2)よりも立ち上がりの速度が大きくより早く設定基準温度Tに到達し、左側のはんだH(1)の方が右側のはんだH(2)よりも早く溶ける。
この実施形態においては、左側のはんだH(1)の温度T(1)が時点t1で基準温度Tに到達してこれを超えると、制御部14内では、第1の比較部74(1)より出力される比較判定信号E(1)がそれまでのレベル(たとえばHレベル)から逆論理のレベル(Lレベル)に変わる。そうすると、第1のレーザ出力制御部76(1)が第1のレーザ電源20(1)を通じて第1のレーザ電源22(1)のレーザ発振をいったん停止させ、第1のレーザ光LB(1)のレーザ出力P(1)をLレベル(0W)に落とす。これによって、基準温度Tをいったん超えたはんだH(1)の温度T(1)はまもなく基準温度Tを割る。そうすると、第1の比較部74(1)の比較判定信号E(1)がLレベルからHレベルに変わり、これに応答して第1のレーザ出力制御部76(1)が第1のレーザ電源22(1)のレーザ発振を再開させて第1のレーザ光LB(1)のレーザ出力P(1)をHレベル(P)に戻す。以後、はんだ付けの設定時間が終了する時点tまで、上記のような温度フィードバック制御により第1のレーザ光LB(1)のレーザ出力P(1)を基準温度Tに一致または近似させる二値制御が行われる。これによって、図4に示すように、左側のはんだH(1)の温度T(1)が基準温度T付近に安定に保持される。
一方、右側のはんだH(2)においても、第2の温度モニタ部12(2)、制御部14内の第2の比較部74(2)、レーザ出力制御部76(2)、レーザ電源20(2)およびレーザ発振器22(2)により、はんだH(2)の温度T(2)が時点t2で基準温度Tに到達した後は、上記と同様に第2のレーザ光LB(2)の発振出力をいったん停止してからそのレーザ出力を基準温度Tに一致または近似させる二値制御が行われる。これによって、図4に示すように、右側のはんだH(2)の温度T(2)も設定時間が終了する時点tまで基準温度T付近に安定に保持される。
このように、この実施形態のレーザはんだ付けにおいては、プリント配線板BD上の電子部品EPの左右両側で第1および第2の側面端子J(1),J(2)と第1および第2のパッドR(1),R(2)との間に介在するはんだH(1),H(2) にそれぞれ照射される第1および第2のレーザ光LB(1),LB(2)のレーザ出力を同時かつ独立に制御することにより、それらのはんだH(1),H(2)の物理的属性(たとえばはんだ量)や端子搭載位置等に違いがあっても、電子部品EPの左右両側で溶けたはんだH(1),H(2)が側面端子J(1),J(2)にそれぞれ及ぼす表面張力の作用を均衡させることができ、電子部品EPの片側が浮いてしまうマンハッタン現象を確実に回避できるとともに、良好なセルフアライメント効果を得ることができる。
特に、この実施形態は、左右両側のはんだH(1),H(2)の温度T(1),T(2)を同一の基準温度Tに立ち上げ、その後もその基準温度T付近に安定に保持して、同一の時点tでレーザ出力を停止する制御により、マンハッタン現象防止効果およびセルフアライメント効果を一層高めることができる。
なお、電子部品EPの左右両側ではんだH(1),H(2)は、レーザ光LB(1),LB(2)の照射を受けて溶けると、図5の(b)に示すように表面張力によっていったんボール状になり、次いで図5の(c)に示すように両側面端子J(1),J(2)とパッドR(1),R(2)との間でチップ長手方向にスロープ状に延びて凝固する。本発明者等の行った多数回の実験によれば、溶けたはんだH(1),H(2)の変形する形状や大きさに多少の違いがあっても、上記のようにそれらの温度T(1),T(2)がそれぞれ基準温度Tに正確かつ安定に制御される限り、左右両側の表面張力が均衡して、マンハッタン現象が発生しないことが確認されている。
上記のように、この実施形態のレーザはんだ付け装置によれば、プリント配線板上に搭載されている表面実装型電子部品EPの左右一対(第1および第2)の側面端子J(1),J(2)回りで、はんだH(1),H(2)の物理的属性(たとえばはんだ量やはんだ形状)や端子搭載位置等にばらつきがあってはんだ溶融に経時的アンバランスが生じる場合にも、レーザ光LB(1),LB(2)の照射によって溶けるはんだH(1),H(2)の双方の温度T(1),T(2)を同一の基準温度に到達するように立ち上げ、しかも所定の基準温度Tに正確かつ安定に保持した上でレーザ出力を同時に停止する制御をするので、マンハッタン現象の発生を防止し、さらにはリフローのセルフアライメント効果も良好に得られ、レーザ光によるリフローはんだ付けの歩留りを大きく向上させることができる。
[他の実施形態又は変形例]
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものではない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。
たとえば、上述した第1の制御方式によれば、電子部品EPの左右両側で第1および第2のレーザ光LB(1),LB(2)を照射されるはんだH(1),H(2)の温度T(1),T(2)を高速に立ち上げられる反面、基準温度Tに到達した直後にオーバーシュートを起こすこともある。
そこで、第2の制御方式は、図6に示すように、第1および第2のレーザ光LB(1),LB(2)のレーザ出力P(1),P(2)をレーザ照射の開始から一定のレートで増大させる。そして、図6の(a)に示すように、第1の測定温度信号MS(1)が基準温度Tに対応する基準値ATに到達した時以後は、その到達時のレーザ出力値Pまたはその付近に保持されるように第1のレーザ光LB(1)のレーザ出力P(1)を制御する。一方で、図6の(b)に示すように、第2の測定温度信号MS(2)が基準値ATに到達した時以後は、その到達時のレーザ出力値Pまたはその付近に保持されるように、第2のレーザ光LB(2)のレーザ出力P(2)を制御する。これにより、電子部品EPの左右両側で第1および第2のレーザ光LB(1),LB(2)を照射されるはんだH(1),H(2)の温度T(1),T(2)を比較的緩やかに立ち上げ、オーバーシュートを起こさずに基準温度Tに制御することが可能であり、上述した第1の制御方式と同様の効果が得られる。
なお、第2の制御方式のため、制御部14において、第1のレーザ出力制御部76(1)は、第1のレーザ光LB(1)のレーザ出力P(1)をレーザ照射の開始から一定のレートで増大させ、第1の測定温度信号MS(1)が基準温度Tに対応する基準値ATに到達した時(t1)以後は第1の比較判定信号E(1)に応じてその到達時のレーザ出力値Pまたはその付近に保持されるように第1のレーザ光(1)のレーザ出力P(1)を図示の固定制御方式(または二値制御方式)で制御する。一方、第2のレーザ出力制御部76(2)は、第2のレーザ光LB(2)のレーザ出力P(2)をレーザ照射の開始から上記一定のレートで増大させ、第2の測定温度信号MS(2)が基準温度Tに対応する基準値ATに到達した時(t2)以後は第2の比較判定信号E(2)に応じてその到達時のレーザ出力値Pまたはその付近に保持されるように第2のレーザ光(2)のレーザ出力P(2)を図示の固定制御方式(または二値制御方式)で制御する。
上記実施形態では、レーザ発振器22(1),22(2)と加工ヘッド26(1),26(2)とをそれぞれ光ファイバケーブル24(1),24(2)によって光学的に接続した。しかし、折り返しミラー等のレーザ伝送光学系を用いることも可能である。
10(1),10(2) レーザ照射部
12(1),12(2) 温度モニタ部
14 制御部
20(1),20(2) レーザ電源
22(1),22(2) レーザ発振器
26(1),26(2) 加工ヘッド
44(1),44(2) 光センサ
62(1),62(2) 温度測定回路
70 設定部
74(1),74(2) 比較部
76(1),76(2) レーザ出力制御部
78 タイミング制御部

Claims (7)

  1. 相対向する第1および第2の端子を有する表面実装型の電子部品をプリント配線板上に実装するためのレーザはんだ付け方法であって、
    前記はんだの融点より高い基準温度を設定し、
    はんだ付け用の第1および第2のレーザ光をそれぞれ発振出力するための第1および第2のレーザ発振器に対して可変制御可能な励起用の電力をそれぞれ個別に供給する電源回路として構成されている第1および第2のレーザ電源に対する制御を通じて、前記電子部品の前記第1および第2の端子と前記プリント配線板上の対応する第1および第2のパッドとの間にそれぞれ介在しているはんだに対して、記第1および第2のレーザ光の照射時間を同一に設定し、前記第1および第2のレーザ光を同時に照射して、
    前記第1および第2のレーザ光の照射中に、前記第1および第2の端子付近のはんだの温度を非接触式で測定し、
    前記第1および第2のレーザ光の照射中に、前記第1および第2の端子付近のはんだのそれぞれの測定温度が前記基準温度に一致または近似するように、前記第1および第2のレーザ光のそれぞれのレーザ出力を独立に制御して、前記第1および第2の端子を前記第1および第2のパッドにそれぞれはんだ付けするレーザはんだ付け方法。
  2. 前記温度測定工程は、前記第1および第2のレーザ光の照射中に前記第1および第2の端子付近のはんだよりそれぞれ発生する赤外線を受光して光電変換によりそれらのはんだの温度を表す第1および第2の測定温度信号を生成し、
    前記レーザ出力制御工程は、前記第1および第2の測定温度信号を前記基準温度と比較し、それぞれの比較結果に応じて前記第1および第2のレーザ光のレーザ出力を独立に二値制御する、
    請求項1に記載のレーザはんだ付け方法。
  3. 前記レーザ出力制御工程は、前記第1および第2のレーザ光のレーザ出力をレーザ照射の開始から一定のレートで増大させ、前記第1の測定温度信号が前記基準温度到達した時以後はその到達時のレーザ出力値またはその付近に保持されるように前記第1のレーザ光のレーザ出力を制御し、前記第2の測定温度信号が前記基準温度に到達した時以後はその到達時のレーザ出力値またはその付近に保持されるように前記第2のレーザ光のレーザ出力を制御する、請求項2に記載のレーザはんだ付け方法。
  4. 相対向する第1および第2の端子を有する表面実装型の電子部品をプリント配線板上に実装するためのレーザはんだ付け装置であって、
    はんだ付け用の第1および第2のレーザ光をそれぞれ発振出力するための第1および第2のレーザ発振器と、
    前記第1および第2のレーザ発振器に対して可変制御可能な励起用の電力をそれぞれ個別に供給する電源回路として構成されている第1および第2のレーザ電源と、
    前記第1および第2の端子付近のはんだに対して前記第1および第2のレーザ光をそれぞれ個別に集光照射するための第1および第2の加工ヘッドと、
    前記第1および第2のレーザ発振器より発振出力された前記第1および第2のレーザ光を前記第1および第2の加工ヘッドにそれぞれ伝送するための第1および第2のレーザ伝送系と、
    前記第1および第2のレーザ光の照射中に、前記第1および第2の端子付近のはんだの温度を非接触式で測定する温度測定部と、
    前記第1および第2のレーザ電源を制する制御部と、を有し、
    前記制御部は、
    前記はんだの融点より高い基準温度を設定し、
    前記第1および第2の端子付近のはんだに対する前記第1および第2のレーザ光の照射時間を同一に設定し、前記第1及び第2のレーザ光の照射を同時に行うとともに、前記第1および第2のレーザ光の照射中に、前記温度測定部より得られる前記第1および第2の端子付近のはんだの測定温度が前記基準温度にそれぞれ一致または近似するように、前記第1および第2のレーザ光のそれぞれのレーザ出力を独立に制御する
    ーザはんだ付け装置。
  5. 前記制御部は、前記第1および第2端子付近のはんだの測定温度が前記基準温度にそれぞれ一致または近似するように保持した後、前記第1および第2のレーザ光のレーザ出力を同時に停止する制御をする、請求項4に記載のレーザはんだ付け装置。
  6. 前記温度測定部は、
    前記レーザ光を照射される前記第1および第2の端子付近のはんだよりそれぞれ発生する赤外線の一部を前記加工ヘッドの中またはその近傍で受光して光電変換する第1および第2の光センサと、
    前記第1および第2の光センサの出力信号から前記第1および第2の端子付近のはんだの温度を表す第1および第2の測定温度信号を生成する第1および第2の温度測定回路と
    を有し、
    前記制御部は、
    前記第1および第2の測定温度信号を前記基準温度に対応する基準値と比較し、比較結果を表す第1および第2の比較判定信号を出力する第1および第2の比較部と、
    前記第1および第2の比較判定信号に応じて前記第1および第2のレーザ光のレーザ出力をそれぞれ二値制御する第1および第2のレーザ出力制御部と
    を有する、
    請求項4に記載のレーザはんだ付け装置。
  7. 前記温度測定部は、
    前記レーザ光を照射される前記第1および第2の端子付近のはんだよりそれぞれ発生する赤外線の一部を前記加工ヘッドの中またはその近傍で受光して光電変換する第1および第2の光センサと、
    前記第1および第2の光センサの出力信号から前記第1および第2の端子付近のはんだの温度を表す第1および第2の測定温度信号を生成する第1および第2の温度測定回路と
    を有し、
    前記制御部は、
    前記第1および第2の測定温度信号を前記基準温度に対応する基準値と比較し、比較結果を表す第1および第2の比較判定信号を出力する第1および第2の比較部と、
    前記第1のレーザ光のレーザ出力をレーザ照射の開始から一定のレートで増大させ、前記第1の測定温度信号が前記基準温度に対応する基準値に到達した時以後は前記第1の比較判定信号に応じてその到達時のレーザ出力値またはその付近に保持されるように前記第1のレーザ光のレーザ出力を制御する第1のレーザ出力制御部と、
    前記第2のレーザ光のレーザ出力をレーザ照射の開始から一定のレートで増大させ、前記第2の測定温度信号が前記基準値に到達した時以後は前記第2の比較判定信号に応じてその到達時のレーザ出力値またはその付近に保持されるように前記第2のレーザ光のレーザ出力を制御する第2のレーザ出力制御部と
    を有する、
    請求項4に記載のレーザはんだ付け装置。
JP2018017073A 2018-02-02 2018-02-02 レーザはんだ付け方法及びレーザはんだ付け装置 Active JP7198583B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018017073A JP7198583B2 (ja) 2018-02-02 2018-02-02 レーザはんだ付け方法及びレーザはんだ付け装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018017073A JP7198583B2 (ja) 2018-02-02 2018-02-02 レーザはんだ付け方法及びレーザはんだ付け装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019130584A JP2019130584A (ja) 2019-08-08
JP7198583B2 true JP7198583B2 (ja) 2023-01-04

Family

ID=67547022

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018017073A Active JP7198583B2 (ja) 2018-02-02 2018-02-02 レーザはんだ付け方法及びレーザはんだ付け装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7198583B2 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7296629B2 (ja) * 2019-09-13 2023-06-23 株式会社ジャパンユニックス はんだ付けヘッド
WO2023228310A1 (ja) * 2022-05-25 2023-11-30 三菱電機株式会社 接合方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004283911A (ja) 2003-03-03 2004-10-14 Shinka Jitsugyo Kk 磁気ヘッド部品の装着方法、磁気ヘッド装置及び磁気ヘッド装置の製造方法
JP2010018679A (ja) 2008-07-09 2010-01-28 Mitsubishi Electric Corp 絶縁組成物及びそれを含有する絶縁シート
JP2012015477A (ja) 2010-05-31 2012-01-19 Tosei Electro Beam Kk レーザはんだ付け装置
JP2015093317A (ja) 2013-11-14 2015-05-18 株式会社アマダミヤチ レーザ溶接方法及びレーザ溶接システム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004283911A (ja) 2003-03-03 2004-10-14 Shinka Jitsugyo Kk 磁気ヘッド部品の装着方法、磁気ヘッド装置及び磁気ヘッド装置の製造方法
JP2010018679A (ja) 2008-07-09 2010-01-28 Mitsubishi Electric Corp 絶縁組成物及びそれを含有する絶縁シート
JP2012015477A (ja) 2010-05-31 2012-01-19 Tosei Electro Beam Kk レーザはんだ付け装置
JP2015093317A (ja) 2013-11-14 2015-05-18 株式会社アマダミヤチ レーザ溶接方法及びレーザ溶接システム

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019130584A (ja) 2019-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4963714A (en) Diode laser soldering system
EP2045034A1 (en) Flip-chip mounting apparatus
KR102233506B1 (ko) 레이저 용접 방법 및 레이저 용접 시스템
KR101180916B1 (ko) 카메라 모듈 본딩장치, 이를 구비한 카메라 모듈 조립장비및 이를 이용한 카메라 모듈 조립방법
JP7198583B2 (ja) レーザはんだ付け方法及びレーザはんだ付け装置
EP3610976A1 (en) System and method of multi-beam soldering
JP2013132655A (ja) レーザ半田付けシステム
JP2010260093A (ja) レーザはんだ付け装置及びレーザはんだ付け方法
KR20170024491A (ko) 레이저 솔더링 장치
TW202009082A (zh) 多光束焊錫系統及多光束焊錫方法
JP2018176247A (ja) レーザー式はんだ付け方法及びレーザー式はんだ付け装置
JP2018176246A (ja) レーザー式はんだ付け方法及びレーザー式はんだ付け装置
JPH106064A (ja) レーザはんだ付け方法およびその装置
KR101090131B1 (ko) 레이저를 이용한 fpcb 접합 시스템 및 fpcb 접합 방법
JP2020093296A (ja) レーザー式はんだ付け装置及びはんだ付け方法
JP2005085708A (ja) 局所加熱装置方法
JP4421970B2 (ja) 光モジュールの製造方法
KR20180076544A (ko) 레이저 리플로우 방법
KR20190098575A (ko) 리플로우 솔더링 장치 및 리플로우 솔더링 방법
US6680457B2 (en) Reflowing of solder joints
JP2002141598A (ja) 光モジュールの製造方法、光モジュール及び光モジュールの製造装置
JP2013215762A (ja) レーザ接合システム及びレーザ接合方法
KR101917859B1 (ko) 공공의 발생을 방지하기 위한 리플로우 솔더링 방법
Illyefalvi-Vitez et al. Laser soldering for lead-free assembly
CN117983919A (zh) 一种激光焊接方法及其系统

Legal Events

Date Code Title Description
A80 Written request to apply exceptions to lack of novelty of invention

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A80

Effective date: 20180228

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20201023

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20201127

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20211014

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20211026

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20211210

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220510

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220704

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20221122

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20221219

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7198583

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350