JPH0361540B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、はんだを介在させて対向させた被
接合材の一方にヒータ電極を加圧当接させた状態
で該ヒータ電極に通電し、このヒータ電極の発熱
で上記はんだを溶融させて、上記被接合材同士を
接合する、主としてマイクロ接合の分野で利用さ
れて有効なはんだ付装置とそのはんだ付方法に関
するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の装置としては、「アビオの技術」
1982Vol.1日本アビオニクス発行に記載されてい
るパルスヒートソルダリング装置がある。

第６図はこの装置を示すものであり、図におい
て、１は電源およびタイマから構成される電源装
置、２は加圧ヘツド、３および３′は一端部を加
圧ヘツド２に電気絶縁部材（図示せず）を介して
取り付けた導電性のアームで互いに平行に配設さ
れており、電源装置１と電気的に接続されてい
る。４はアーム３および３′の先端に取り付けら
れた例えばモリブデンMoなどの材料からなる電
極、５は導電部材、６はリード線、７は導電部材
５またはリード線６のいずれか、あるいは、その
双方にプリコートされたはんだ、８は電源装置１
からアーム３および３′を介してヒータ電極４に
供給されるパルス電流である。

次に動作について説明する。加圧ヘツド２によ
りアーム３および３′を加圧すると、アーム３お
よび３′の先端に取り付けられたヒータ電極４は
下降し、リード線６と当接する。この状態で電源
装置１を作動させると、パルス電流８がアーム３
または３′を通してヒータ電極４に流れ、ヒータ
電極４の先端部がジユール発熱により温度上昇す
る。この熱は熱伝導によりリード線６を通しては
んだ７に供給され、その結果、はんだ７は溶融す
る。この際、リード線６はヒータ電極４の加圧に
より、はんだ７を導電部材５に押し付けており、
この状態で通電が終了すると、はんだ７の冷却・
凝固によりリード線６と導電部材５のはんだ付が
行われる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

一般に、上記パルスヒートソルダリング装置を
用いてはんだ付するマイクロ接合構造体において
は、熱的および機械的特性の異なる微小な材料、
すなわち、導電部材、リード線、はんだが積層さ
れた形で接合されることが多く、製品として使用
される際に、マイクロ接合構造体の内部では熱的
な負荷による熱応力や機械的な負荷による振動応
力などが発生する。

これらの応力の大きさ如何によつては構成素材
の疲労あるいは破壊といつた強度上の問題に発展
することになる。はんだは両部材、すなわち導電
部材とリード線とを電気的および機械的に接合す
る役目を果しているが、接合部にかかる上記集中
応力を緩和する役目も果している。このため、一
般に、接合部に残存するはんだ厚い方が良いと言
われている。

しかるに、上記のような従来の装置によりはん
だ付すると、はんだがヒータ電極により常に加圧
されているため、通電中に溶融したはんだのほと
んどが接合面の外へ押し出され、接合面に残存す
るはんだの厚さが非常に少なくなり、接合品質上
大きな問題点となつていた。

この発明はかかる問題点を解決するためになさ
れたもので、接合部に残存するはんだの厚さを所
定値以上、または、常に一定値に確保出来るはん
だ付装置およびそのはんだ付方法を得ることを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明にかかるはんだ付装置およびそのはん
だ付方法は、はんだ溶融時におけるヒータ電極の
被接合材加圧方向への動きを停止させるためのス
トツパを具備することにより、溶融したはんだに
圧力が加わらないようにした状態で、被接合材同
士をはんだ付するものである。

〔作用〕

この発明におけるストツパは、ヒータ電極がは
んだの溶融によつて所定の変位量だけ沈み込む
と、それ以上のヒータ電極の変位を停止させて、
溶融したはんだに圧力が直接加わらないようにす
るから、接合面からの溶融はんだの排出が抑制さ
れ、接合面には所定の厚さ以上のはんだが確実に
残存する。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を前記第６図と同一
部分に同一符号を付した第１図について説明す
る。第１図において、９はストツパで、例えば微
小に可動距離を調整することの出来るマイクロメ
ータヘツドである。１０はアーム３または３′の
どちらか一方に固定された取付板であり、アーム
３または３′の直下の空間に余裕があれば、該ア
ームの下面を取付板１０の代用としても良い。図
示の状態、すなわち、導電部材５、はんだ７、リ
ード線６を積層し、ヒータ電極４がリード線６上
に当接した状態において、ストツパ９は取付板１
０と微小隙間（図中その長さをh₁で示している）
を有して位置するように固定されている。このと
き、微小間隙長h₁は、はんだ７のプリコート厚さ
（図中h₂で示している）よりも小さくなるように
設けられている。

なお、はんだ７の厚さがある範囲でばらついて
いる場合には、微小間隙長h₁は最小のはんだ厚さ
よりも小さくなるように設定しておけば良い。

第１図の状態で電源装置１からアーム３および
３′を介してヒータ電極４にパルス電流８を流す
と、前記したヒータ電極４のジユール発熱によつ
てはんだ７が溶融し、その溶融はんだが接合面の
外へ排出されるため、ヒータ電極４は下降する。
このヒータ電極４の沈み代が微小隙間長h₁に達し
た時点で、取付板１０はストツパ９の先端と接触
してそれ以上の下降を停止する。

この状態においてもアーム３および３′は加圧
ヘツド２により加圧されているが、加圧力の全て
はストツパ９の先端で受け持たれ、ヒータ電極４
の先端、すなわち、溶融したはんだ７の部分には
加わらない。その結果、溶融したはんだは接合面
の外へ排出されなくなり、接合面にはんだがh₂−
h₁の厚さで確実に残存することになる。

第２図は前記第１図と同一部分に同一符号を付
した、この発明のはんだ付装置の他の実施例を示
す斜視図である。第２図において、１１はストツ
パ９と取付板１０とが接触したことを検知するた
めの検出部、１２はストツパ９を自動的に駆動さ
せるための駆動部で、例えばパルスモータであ
る。

なお、ストツパ９としてマイクロメータヘツド
を用いた場合、駆動部１２がなくても手動でスト
ツパを動かすことが可能である。

次に、この第２図の実施例の動作を第３図にし
たがつて説明する。まず、加圧ヘツド２を作動さ
せて、ヒータ電極４をリード線６に当接させる。
この状態において、ストツパ９は取付板１０の下
方で停止している（第３図ａ）。この状態から駆
動部１２を作動させてストツパ９をその先端が取
付板１０と接触するまで上昇させ、検出部１１
が、その接触を検知したときには、即座に駆動部
１２に向けて駆動停止の信号が発信される。この
ため、駆動部１２を停止し、ストツパ９はその先
端が取付板１０と接触した状態で停止する（第３
図ｂ）。ついで、再び、上記駆動部１２を前記と
は逆方向に作動させ、それに伴つてストツパ９を
下降させて、該ストツパと取付板１０との間に所
定距離の間隙を作る。すなわち、微小間隙長h₁に
なつた時点で駆動部１２を停止させて、ストツパ
９をその位置に停止させる（第３図ｃ）。この状
態で電源装置１からアーム３および３′を介して
ヒータ電極４にパルス電流８を流すものである
が、以後の動作は前記第１図の場合と同じである
から説明を省略する。

この第２図の実施例では、はんだ付の度毎にス
トツパ９と取付板１０との間隙が一定になるよう
に調整しているため、リード線６の厚さがばらつ
いた場合でも、ヒータ電極４の沈み込み量が常に
一定となり、接合部に所定量以上のはんだ厚さを
安定して確保できる。

第４図はこの発明の装置によるはんだ付方法の
実施例を示したものである。まず、加圧ヘツド２
を動作させて、リード線６およびはんだ７を配設
していない導電部材５の上面部分にヒータ電極４
を当接させた状態で、駆動部１２を作動させてス
トツパ９を上昇させ、ストツパ９の先端を取付板
１０と接触させる。検出部１１はストツパ９と取
付板１０との接触を検知すると、即座に駆動部１
２を停止させてストツパ９をその位置に止める
（第４図ａ）。ついで、図示しない機構によつてヒ
ータ電極４を上昇させるとともに駆動部１２を再
び作動させストツパ９を所定の微小間隙長h₃だけ
上昇させる。尚、微小間隙長h₃は、はんだのプリ
コート厚さh₂より小さく設定される（第４図ｂ）。
この状態において、はんだ７をプリコートした導
電部材５を、ヒータ電極下方の接合位置に移動さ
せ、はんだ７の上にリード線６を配設した状態で
ヒータ電極４を下降させる。そして、ヒータ電極
４がリード線６に当接した状態で該ヒータ電極に
パルス電流８を流し、前述の実施例と同様のはん
だ付動作を行うものである。

この第４図の実施例では、はんだ７をプリコー
トしていない導電部材５の上面を基準として、ス
トツパ９と取付板１０との間の微小間隙長h₃を決
めているため、プリコートされたはんだ７の厚さ
がばらついた場合でも、接合部に常に一定のはん
だ厚さ（h₂−h₃）を確保できる。

第５図はこの発明の装置によるはんだ付方法の
他の実施例を説明するための波形図である。第５
図において、１３はヒータ電極４の動きを示すた
めの変位波形、１４はヒータ電極４に流す電流波
形、１５は通電開始時点、１６は、はんだ７の溶
融・排出開始時点、１７は取付板１０とストツパ
９とが接触した時点である。

動作を図に従つて説明する。前述の第３図ｃ又
は第４図ｃの状態から通電が開始されると、ヒー
タ電極４は熱膨張により上昇するが、時点１６で
はんだ７が溶融・排出を開始すると、ヒータ電極
４は急激に下降し始め、時点１７でストツパ９と
取付板１０とが接触すると下降を停止する。

この際、ヒータ電極４の加圧力はストツパ９に
より受け持たれるため、ヒータ電極４の直下、す
なわち、はんだ７部にはかからない。しかし、リ
ード線６および導電部材５の表面へのはんだ７の
なじみを確保するため、この状態からさらに通電
を継続すると、ヒータ電極４は熱膨張により再度
上昇し、ストツパ９で受け持たれていた加圧力
は、はんだ７部にもかかるようになり、その結
果、接合面のはんだ７は再び外面へ押し出され
る。

本実施例はストツパ９と取付板１０とが接触し
た時点１７を検出部１１で検知し、それにより駆
動部１２を作動させ、ストツパ９をヒータ電極４
の熱膨張速度と同じ速度で上昇させるようにした
ものである。その結果、はんだ７部には常に加圧
力がかからず、はんだの排出が行われないため、
接合面には必要な厚さのはんだが残存するととも
にリード線６および導電部材５の表面にはんだが
良くなじんだ良好な接合状態が得られる。

なお、上記各実施例では、パルスヒートソルダ
リンク装置を用いた場合について説明している
が、これに限るものではなく、加圧しながら加熱
するはんだ付装置およびはんだ付方法、例えばホ
ツトラムによる常時加熱装置および方法などにお
いても同様の効果を奏する。又、この発明は、は
んだ付に限るものではなく、加圧しながら加熱す
るろう付においても同様な効果を奏する。さら
に、図示例は加圧ヘツド２に取り付けたアーム３
および３′の先端にヒータ電極４を取り付け、こ
のアームにストツパ９に接触する取付板１０を設
けているが、ヒータ電極４を直接加圧ヘツド２に
組付けて該ヒータ電極に上記取付板１０に相当す
る停止部を設けても良い。又、被接合材としては
図示例の導電部材５とリード線６以外のものであ
つても良い。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、被接合材の
間に介在させたはんだが溶融したとき、ヒータ電
極の沈み込みを停止するためのストツパを具備
し、はんだを直接加圧しない状態ではんだ付する
から、溶融した接合面に残存するはんだの厚さを
所定値以上又は一定値にすることが出来、接合品
質の向上が図れるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるはんだ付装
置の斜視図、第２図はこの発明の他の実施例によ
るはんだ付装置の斜視図、第３図、第４図はこの
発明のはんだ付装置によるはんだ付方法の説明
図、第５図はこの発明のはんだ付装置の動作説明
図、第６図は従来のはんだ付装置を示す斜視図で
ある。 図において、４はヒータ電極、５，６は被接合
材（導電部材、リード線）、７ははんだ、９はス
トツパ、１０は停止部（取付板）、１１は検出部、
１２は駆動部である。尚、図中、同一符号は同一
又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ はんだを介在させて対向させた被接合材の一
   方にヒータ電極を加圧当接させた状態で該ヒータ
   電極に通電し、このヒータ電極の発熱で上記はん
   だを溶融させて被接合材同士を接合するはんだ付
   装置において、上記はんだの溶融にともない該は
   んだを押し出しながら変位する上記ヒータ電極の
   停止部に接触し該ヒータ電極を所定位置で停止さ
   せるストツパを具備したことを特徴とするはんだ
   付装置。 ２ ストツパを駆動するための駆動部と、ストツ
   パとヒータ電極の停止部とが接触したことを検知
   するための検出部とを具備したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のはんだ付装置。 ３ ストツパとしてマイクロメータヘツドを用い
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２
   項のいずれかに記載のはんだ付装置。 ４ はんだを介在させて対向させた被接合材の一
   方にヒータ電極を加圧当接させた状態から、スト
   ツパを上昇させてヒータ電極の停止部と接触させ
   た後、ストツパを下降させて該ストツパの先端面
   と上記ヒータ電極の停止部との間を所定距離だけ
   離した後、上記ヒータ電極に通電することを特徴
   とするはんだ付方法。 ５ はんだの溶融により、ヒータ電極が下降変位
   し、その停止部がストツパと接触した状態から、
   ヒータ電極の熱膨張速度と同じ速度でストツパを
   上昇させるようにしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第４項に記載のはんだ付方法。 ６ はんだをブリコートしていない被接合材表面
   にヒータ電極を当接させた状態から、ストツパを
   上昇させてヒータ電極の停止部と接触させた後、
   このヒータ電極を上昇させるとともに、上記スト
   ツパを所定距離上昇させた後、はんだを介在させ
   て対向させた被接合材を所定位置に移動させて該
   被接合材の一方にヒータ電極を加圧当接させ、該
   ヒータ電極に通電することを特徴とするはんだ付
   方法。 ７ はんだの溶融により、ヒータ電極が下降変位
   し、その停止部がストツパと接触した状態から、
   ヒータ電極の熱膨張速度と同じ速度でストツパを
   上昇させるようにしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第６項に記載のはんだ付方法。