JPH02247076A - Laser beam soldering device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明はレーザ光を照射することにより電子部品の接合
部を加熱して被装着面にはんだ付けするレーザはんだ付
け装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a laser soldering device that heats the bonded portion of an electronic component by irradiating it with laser light and solders it to a mounting surface.
近年、電子部品の小形化と基板への高密度実装化に伴い
、電子部品を表面実装方式により実装されることが多く
なっている。表面実装方式とは、予め基板上に印刷した
はんだペーストに電子部品を搭載した後に一括してリフ
ローして、電子部品を実装する方式である。2. Description of the Related Art In recent years, as electronic components have become smaller and mounted on substrates with higher density, electronic components are increasingly being mounted using a surface mounting method. The surface mounting method is a method in which electronic components are mounted on solder paste printed on a board in advance and then reflowed all at once to mount the electronic components.
このように表面実装方式は小形化した電子部品を基板へ
高密度実装するのに適した実装方式であるが、基板の両
面に実装する場合には片面の実装にしか用いることがで
きず、他の面の実装には実装済みの電子部品の接合部に
損傷を与えないように局所加熱方式により接合する必要
がある。また、どうしてもリフロー後に実装する必要か
ある電子部品もあり、このような電子部品も局所加熱方
式で実装する必要がある。In this way, the surface mount method is a mounting method suitable for high-density mounting of miniaturized electronic components on a board, but when mounting on both sides of the board, it can only be used for mounting on one side; For mounting on this surface, it is necessary to use a local heating method to avoid damaging the joints of the mounted electronic components. Furthermore, there are some electronic components that absolutely need to be mounted after reflow, and such electronic components also need to be mounted using a local heating method.
局所加熱方式としては幾つかの方法があるが、レーザは
んだ付け装置によりレーザ光を照射して局所加熱する方
法は、非接触で加熱できて自動化がし易く、短時間で十
分加熱でき基板や実装済みの電子部品への熱の影響が少
ないので、極めて有効な方法である。There are several local heating methods, but the method of local heating by irradiating laser light with a laser soldering device is easy to automate as it can heat without contact, and can heat the board and mounting board sufficiently in a short time. This is an extremely effective method as there is little effect of heat on the finished electronic components.
[従来の技術]
従来のレーザはんだ付け装置によるはんだ付け方法を第
5図を用いて説明する。[Prior Art] A soldering method using a conventional laser soldering device will be described with reference to FIG.
まず、基板50上に予め印刷されたはんだペースト52
上に電子部品54の接合部であるリード端子56を配置
しておく。レーザはんだ付け装置60におけるレーザ光
源62から照射されたレーザ光を集光レンズ64で集光
して、はんだ付けすべきリード端子56に照射する。す
ると、はんだペースト52がレーザ光により溶融してリ
ード端子56が基板にはんだ付け接合される。First, solder paste 52 is printed on the board 50 in advance.
A lead terminal 56, which is a joint portion of the electronic component 54, is arranged above. Laser light emitted from a laser light source 62 in a laser soldering device 60 is focused by a condensing lens 64 and irradiated onto a lead terminal 56 to be soldered. Then, the solder paste 52 is melted by the laser beam, and the lead terminals 56 are soldered to the substrate.
[発明が解決しようとする課題]
このように従来のレーザはんだ付け装置60では、接合
部を照射するレーザ光を集光して局所的に加熱し、リー
ド端子56を1本ずつはんだ接合していた。はんだ接合
の効率を上げるために、レーザビーム径を大きくして複
数のリード端子56を加熱することも考えられるが、レ
ーザ光のエネルギー分布は不均一で中心が強く周辺が弱
いため接合するのに十分なエネルギーを複数のリード端
子56に同時に与えることはできず、結局、レーザ光を
集光してリード端子56を1本ずつ局所的に加熱しては
んだ接合するしかなく、効率が悪かった。[Problems to be Solved by the Invention] As described above, in the conventional laser soldering device 60, the laser beam that irradiates the joint is focused and locally heated, and the lead terminals 56 are soldered one by one. Ta. In order to increase the efficiency of soldering, it is possible to increase the diameter of the laser beam and heat the multiple lead terminals 56, but the energy distribution of the laser beam is uneven, and the center is strong and the periphery is weak, so it is difficult to bond. It was not possible to apply sufficient energy to a plurality of lead terminals 56 at the same time, and the only way to do so was to condense laser light and locally heat the lead terminals 56 one by one to solder them, which was inefficient.
このため、光ファイバーを用いてレーザ光を分けること
も行われているが、4〜5本の光ファイバーを用いるの
が限界である。また、光ファイバーにより照射するレー
ザ光のエネルギーが減衰するため、1回当たりのはんだ
接合に時間がかかり、効率が飛躍的に上昇することはな
かった。また、レーザ光を分けるためには大掛かりで高
価な装置が必要であるという問題もあった。For this reason, optical fibers have been used to separate the laser beams, but the use of four to five optical fibers is the limit. Furthermore, since the energy of the laser beam irradiated by the optical fiber is attenuated, it takes time to perform each soldering joint, and the efficiency has not increased dramatically. Another problem was that a large and expensive device was required to separate the laser beams.
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、レーザ光
を用いて効率よく短時間で電子部品をはんだ付けするこ
とができるレーザはんだ付け装置を提供することを目的
とする。The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a laser soldering device that can efficiently solder electronic components in a short time using laser light.
[課題を解決するための手段]
上記目的は、レーザ光を照射することにより電子部品の
接合部を加熱して被装着面にはんだ付けするレーザはん
だ付け装置において、前記レーザ光を、エネルギー密度
がほぼ均一であって、前記電子部品の接合部をほぼカバ
ーする所定形状のレーザビームに成形するレーザビーム
成形手段を有し、前記レーザビームにより前記電子部品
の接合部を被接着面にはんだ付けすることを特徴とする
レーザはんだ付け装置によって達成される。[Means for Solving the Problems] The above object is to provide a laser soldering device that heats the bonded part of an electronic component by irradiating it with a laser beam and solders it to a surface to be mounted. A laser beam shaping means is provided for forming a laser beam into a predetermined shape that is substantially uniform and substantially covers the bonded portion of the electronic component, and the bonded portion of the electronic component is soldered to the surface to be bonded by the laser beam. This is achieved by a laser soldering device characterized by the following.
[作用]
本発明によれば、照射するレーザビームを、エネルギー
密度がほぼ均一であって、電子部品の接合部をほぼカバ
ーする所定形状に成形したので、−度に電子部品の接合
部を被接着面にはんだ付けすることができる。[Function] According to the present invention, the laser beam to be irradiated is shaped into a predetermined shape that has a substantially uniform energy density and almost covers the joints of the electronic components, so that it does not cover the joints of the electronic components at once. Can be soldered to the adhesive surface.
[実施例]
本発明の一実施例によるレーザはんだ付け装置を第1図
に示す。[Embodiment] FIG. 1 shows a laser soldering apparatus according to an embodiment of the present invention.
レーザはんた付け装置10は、基板2に載置された電子
部品4の接合部であるリード端子6にレーザ光を照射し
てはんだ付けを行うものである。The laser soldering device 10 performs soldering by irradiating a laser beam onto a lead terminal 6, which is a joint portion of an electronic component 4 placed on a substrate 2.
レーザ光源12からはレーザ光が発ぜらる。本実施例の
レーザ光源12はパルスNd−YAGレーザである。Laser light is emitted from the laser light source 12. The laser light source 12 of this embodiment is a pulsed Nd-YAG laser.
レーザ光は、鏡筒13内に収納された光学系により処理
される。この光学系は、組合せレンズ14.16、カラ
イドスコープ18、組合ぜレンズ20、マスク22によ
り構成されている。The laser beam is processed by an optical system housed within the lens barrel 13. This optical system includes a combination lens 14, 16, a kaleidoscope 18, a combination lens 20, and a mask 22.
組合せレンズ14はレーザ光源12からのレーザ光を拡
散して、次の組合せレンズ16に入射する。組合せレン
ズ16は入射されたレーザ光を集光して、カライドスコ
ープ18に入射する。The combination lens 14 diffuses the laser light from the laser light source 12 and makes it incident on the next combination lens 16 . The combination lens 16 condenses the incident laser light and makes it enter the kaleidoscope 18 .
本実施例の特徴的構成であるレーザビーム成形手段とし
てのカライドスコープ18を第2図に示す。第2図(a
)はカライドスコープ18の正面図、同図(b)は平面
図である。カライドスコープ18には、第2図に示すよ
うに、中心にレーザ光が通過する断面正方形の穴18a
が形成されていて、この穴18aの内壁面18bは例え
ば金メツキにより鏡面になっている。穴18aの一端か
ら入射したレーザ光は内壁面18bにより多重反射され
る。エネルギー分布を有するレーザ光がカライドスコー
プ18内で多重反射するとエネルギー分布が平均化し、
第3図に示すように出射されるレーザビームは微小な凹
凸はあるものの概ね均一のエネルギ7分布を有し、断面
が穴18aと同じ正方形形状のレーザビームとなる。FIG. 2 shows a kaleidoscope 18 as a laser beam shaping means, which is a characteristic structure of this embodiment. Figure 2 (a
) is a front view of the kaleidoscope 18, and (b) is a plan view. As shown in FIG.
is formed, and the inner wall surface 18b of this hole 18a is made into a mirror surface by, for example, gold plating. Laser light incident from one end of the hole 18a is multiple-reflected by the inner wall surface 18b. When a laser beam having an energy distribution is multiple reflected within the kaleidoscope 18, the energy distribution is averaged,
As shown in FIG. 3, the emitted laser beam has a generally uniform energy distribution, although there are minute irregularities, and has a square cross section similar to the hole 18a.
なお、カライドスコープ18の過熱を防止するため、冷
却水を冷却パイプ19内に循環させて冷却している。Note that in order to prevent the kaleidoscope 18 from overheating, cooling water is circulated within the cooling pipe 19 to cool it.
カライドスコープ18から出射された均一エネルギーの
レーザビームは、組合せレンズ20により集光され、マ
スク22を介して基板2上に照射される。A uniform energy laser beam emitted from the kaleidoscope 18 is focused by a combination lens 20 and irradiated onto the substrate 2 through a mask 22 .
マスク22は、接合すべき電子部品4の接合部であるリ
ード端子6のみにレーザビームを照射し、それ以外の領
域を遮蔽するものである。本実施例ではコバールで作っ
た。The mask 22 is used to irradiate the laser beam only to the lead terminals 6, which are the bonding portions of the electronic components 4 to be bonded, and to block other areas. In this example, it was made of Kovar.
電子部品4が第1図(b)に示すような4方にリード端
子6が設けられたフラットパッケージである場合には、
マスク22として、第4図(a)に示すように各リード
端子6に対応した穴22aを形成してもよいし、第4図
(b)に示すように複数のリード端子6をカバーする形
状の穴22bを形成してもよい。When the electronic component 4 is a flat package with lead terminals 6 on four sides as shown in FIG. 1(b),
The mask 22 may have a hole 22a corresponding to each lead terminal 6 as shown in FIG. 4(a), or may have a shape that covers a plurality of lead terminals 6 as shown in FIG. 4(b). A hole 22b may be formed.
なお、鏡筒13の下部にはガス導入口13aが設けられ
、Arのような不活性ガスを接合部にあてるようにして
加熱によるリード端子6や基板2の劣化を防止している
。Note that a gas inlet 13a is provided at the bottom of the lens barrel 13, and an inert gas such as Ar is applied to the joint portion to prevent the lead terminals 6 and the substrate 2 from deteriorating due to heating.
次に、本実施例のレーザはんだ付け装置によるはんだイ
」け方法を説明する。Next, a soldering method using the laser soldering apparatus of this embodiment will be explained.
まず、基板2に予めはんだペーストを印刷しておく。印
刷されたハンダペースト上に電子部品54の接合部であ
るリード端子56を配置する。First, solder paste is printed on the board 2 in advance. Lead terminals 56, which are the joints of electronic components 54, are placed on the printed solder paste.
次に、ガス導入口13aからArガスを鏡筒13内に導
入しながら、レーザ光源12により接合部にレーザビー
ムを照射する。Next, while introducing Ar gas into the lens barrel 13 through the gas inlet 13a, the laser light source 12 irradiates the joint with a laser beam.
レーザビームの照射により、各リード端子6下のはんだ
ペーストが溶融して全リード端子6がほぼ同時に基板2
にはんだ付け接合される。By irradiating the laser beam, the solder paste under each lead terminal 6 melts, and all the lead terminals 6 are attached to the board 2 almost simultaneously.
It is joined by soldering.
本実施例において、はんだペーストに、フラックス入り
5n−Pb共晶はんだペーストを用い、レーザ光源12
のレーザ照射条件を、パルス幅1mS、平均出力400
W、パルスレー)140pps、照射時間0.5秒とし
、Arガス導入条件を、ガス圧力1.5kg/cm2、
ガス流量30j/minとして、10mm角の端子数6
4ピンのフラットパッケージのLSI素子である電子部
品4をガラスエポキシ基板2に接合した。In this embodiment, flux-cored 5n-Pb eutectic solder paste is used as the solder paste, and the laser light source 12
The laser irradiation conditions were: pulse width 1mS, average output 400
W, pulse ray) 140 pps, irradiation time 0.5 seconds, Ar gas introduction conditions were gas pressure 1.5 kg/cm2,
Assuming a gas flow rate of 30j/min, the number of 10mm square terminals is 6.
An electronic component 4, which is a 4-pin flat package LSI element, was bonded to a glass epoxy substrate 2.
レーザはんだ付け後、はんだ接合部を顕微鏡で観察した
ところ、いずれの接合部も良好な接合が行われているこ
とを確認した。また、LSI素子の電気特性を測定した
とこを、接合前後で特性の変化は認められないと共に、
はんだ接合部は電気的にも確実に接続されていることが
分かった。After laser soldering, the solder joints were observed under a microscope and it was confirmed that all the joints were well bonded. In addition, when measuring the electrical characteristics of the LSI element, no change in characteristics was observed before and after bonding, and
It was found that the solder joints were electrically connected reliably.
本発明は上記実施例に限らず種々の変形が可能である。The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and various modifications are possible.
例えば、上記実施例のカライドスコープの穴の断面形状
は正方形であったが、エネルギー密度がほぼ均一なレー
ザビームに成形するものであれば、矩形や三角形、多角
形、更には円形や楕円形等のいかなる形状でもよい。For example, the cross-sectional shape of the kaleidoscope hole in the above example was square, but if it is to be shaped into a laser beam with almost uniform energy density, it can be shaped into a rectangle, triangle, polygon, or even circle or ellipse. It can be of any shape.
また、上記実施例ではマスクにより電子部品の接合部以
外の領域を遮蔽するようにしたが、電子部品がセラミッ
クパッケージ等の熱により変形しないパッケージの場合
には、マスクにより遮蔽することなくレーザビームをそ
のまま照射してもよい。Furthermore, in the above embodiment, the area other than the joint of the electronic component was shielded by the mask, but if the electronic component is a package that does not deform due to heat, such as a ceramic package, the laser beam can be transmitted without being shielded by the mask. It may be irradiated as is.
さらに、チップキャリアのようなリード端子のない電子
部品のはんだ付け接合にも本発明のレーザはんだ付け装
置を用いることができる。Furthermore, the laser soldering apparatus of the present invention can be used for soldering and joining electronic components without lead terminals, such as chip carriers.
ビームを、エネルギー密度がほぼ均一であって、電子部
品の接合部をほぼカバーする所定形状に成形したので、
−度に電子部品の接合部を被接着面にはんだ付けするこ
とができ、効率よく短時間で電子部品をはんだ付けする
ことができる、The beam was shaped into a predetermined shape that had a nearly uniform energy density and almost covered the joints of the electronic components.
- The joint part of the electronic component can be soldered to the surface to be bonded in one step, and the electronic component can be soldered efficiently and in a short time.
第1図は本発明の一実施例によるレーザはんだ付け装置
を示す図、
第2図は同レーザはんだ付け装置におけるカライドスコ
ープを示す図、
第3図は同レーザはんだ付け装置におけるレーザビーム
のエネルギー分布を示すグラフ、第4図は同レーザはん
だ付け装置のマスクを示す図、
第5図は従来のレーザはんた付け装置を示す図である。
[発明の効果]
以上の通り、本発明によれば 照射するレーサ図におい
て、
2・・・基板
4・・・電子部品
6・・・リード端子
10・・・レーザはんだ付け装置
12・・・レーザ光源
13・・・鏡筒、
13a・・・ガス導入口
14.16.20・・・組合せレンズ
18・・・カライドスコープ
19・・・冷却パイプ
22・・・マスク
50・・・基板
52・・・はんだペースト
54・・パ電子部品
56・・・リード端子
60・・・レーザはんだ付け装置
62・・・レーザ光源
64・・・集光レンズFig. 1 is a diagram showing a laser soldering device according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a diagram showing a kaleidoscope in the same laser soldering device, and Fig. 3 is a diagram showing the energy of a laser beam in the same laser soldering device. A graph showing the distribution, FIG. 4 is a diagram showing a mask of the same laser soldering apparatus, and FIG. 5 is a diagram showing a conventional laser soldering apparatus. [Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, in the irradiating laser diagram, 2... Board 4... Electronic component 6... Lead terminal 10... Laser soldering device 12... Laser Light source 13... Lens barrel, 13a... Gas inlet 14.16.20... Combination lens 18... Kaleidoscope 19... Cooling pipe 22... Mask 50... Substrate 52. ... Solder paste 54 ... Electronic component 56 ... Lead terminal 60 ... Laser soldering device 62 ... Laser light source 64 ... Condenser lens
Claims (2)
を加熱して被装着面にはんだ付けするレーザはんだ付け
装置において、前記レーザ光を、エネルギー密度がほぼ
均一であって、前記電子部品の接合部をほぼカバーする
所定形状のレーザビームに成形するレーザビーム成形手
段を有し、前記レーザビームにより前記電子部品の接合
部を被接着面にはんだ付けすることを特徴とするレーザ
はんだ付け装置。1. In a laser soldering device that heats the bonded portion of an electronic component by irradiating it with a laser beam and solders it to the surface to be mounted, the laser beam is applied to the bonded portion of the electronic component with a substantially uniform energy density. 1. A laser soldering apparatus, comprising: a laser beam shaping means for shaping a laser beam into a predetermined shape that substantially covers the soldering surface;
段により成形されたレーザビームから前記電子部品の接
合部以外の領域を遮蔽するマスク手段を有することを特
徴とするレーザはんだ付け装置。2. 2. The laser soldering apparatus according to claim 1, further comprising a mask means for shielding a region other than a joint portion of the electronic component from the laser beam shaped by the beam shaping means.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP6786589A JPH02247076A (en) | 1989-03-20 | 1989-03-20 | Laser beam soldering device |
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Publications (1)
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JPH02247076A true JPH02247076A (en) | 1990-10-02 |
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JP6786589A Pending JPH02247076A (en) | 1989-03-20 | 1989-03-20 | Laser beam soldering device |
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JP (1) | JPH02247076A (en) |
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