JPH0452073A

JPH0452073A - 光ビームはんだ付方法

Info

Publication number: JPH0452073A
Application number: JP2155496A
Authority: JP
Inventors: Minoru Yoshinaka; 芳中　實; Makoto Kobayashi; 誠小林; Shoichi Mizuuchi; 水内　彰一
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-06-15
Filing date: 1990-06-15
Publication date: 1992-02-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、従来はんだ鏝によって行われていた手作業に
よる局部はんだ付を自動化し、情報２通信機器、各種電
子制御機器、電子、電装部品、半導体などの産業分野に
おいて利用される光ビームはんだ付方法に関するもので
ある。

（従来の技術）第４図は従来の技術の一例を示したものであり、第５図
はその要部詳細図である。第４図において。

４１は発光ランプ４２に電力を供給する電源であり、４
３は発光ランプ４２のアーク放電を開始させるスタータ
であり、これらは導体４４．４５．４６．４７により接
続されている。４８は楕円反射鏡であり、発光ランプ４
２の発光点４９が楕円反射９４８の第１焦点とほぼ一致
するように設置されており、発光点４９から放射された
光は楕円反射鏡４８の第２焦点５０に集光される。第２
焦点５０にバンドル光ファイバー５１の受光端５２を設
け、バンドル光ファイバー５１の出射端５３にはレンズ
５４を取付けである。レンズ５４により集光された集光
部に被はんだ何部５５を位置させて加熱を行い、はんだ
付を行う。

第５図において、　５ｓ−ｉは一例として示された被は
んだ何部品５６のリードであり、たとえばプリント基板
上の銅箔５５−２とはんだ付される。はんだ材料とスラ
ックスは光による加熱前に被はんだ何部５５に予め供給
しておく方法と加熱中に供給する方法のいずれかが用い
られている。

第４図において、５７はランプハウスであり、発光ラン
プ４２、楕円反射９４８などが収納されている。

５８は発光ランプ４２と楕円反射鏡４８の冷却用ファン
であり、５９はシャッタ、６ｏは受光部５２の冷却水筒
である。

以上のように、従来の技術では、はんだ何部の加熱に光
エネルギーだけを用いていた。

（発明が解決しようとする課題）従来のファイバー式の光ビームはんだ付方法は熱集中が
よく、理想的な局部加熱ができるので、半導体やコンデ
ンサなど熱に弱い部品を損傷することなく、はんだ何部
だけ加熱でき、またファイバーで加熱点を任意に設定で
きると共に、ファイバーとレンズが小型、軽量なのでシ
ステム化やインライン化が容易となり、また非接触加熱
であり、鏝によるはんだ付のように、鏝先の摩耗や酸化
、接触不安定などの問題がなく、安定した品質のはんだ
付ができ、さらに照射光エネルギーを精度よく制御でき
、再現性が高いなど多くの特性を持っている。しかし、
レーザによる加熱などに比較してエネルギー密度が小さ
く、はんだ付に要する時間が長くかかる欠点があった。

本発明の目的は、従来の欠点を解消し、はんだ何時間を
短くし、生産性を高めることができる光ビームはんだ付
方法を提供することである。

（課題を解決するための手段）本発明の光ビームはんだ付方法は、キセノンランプ等の
発光ランプからの光を楕円反射鏡により集光し、その集
光点あるいはその近傍にバンドル光ファイバーの受光部
を設け、このバンドル光ファイバーの他端にレンズ部を
設けて光を集光し、その集光部に被はんだ何部を位置さ
せ、そのはんだ何部を加熱はんだ付する方法において、
集光部に高温ガスを吹付けるものである。

（作　用）本発明によれば、レンズの先端より光を出射し、被はん
だ何部を照射する。さらに、光の照射開始と同時に、あ
るいはそれに一定時間先立って高温ガスを被はんだ何部
に吹付け、被はんだ何部をはんだの溶融・ぬれ開始温度
まで加熱する。被はんだ何部のはんだが溶融し、はんだ
のぬれ作用により、はんだが広がって、被はんだ何部が
接合された時点で光および高温ガスによる加熱を停止す
る。

加熱停止後は熱の拡散・放射・伝導・伝達等により、は
んだ何部の温度が低下し、溶融はんだが凝固して、はん
だ付が完了する。

加熱停止後自然冷却せずに、高温ガスの代りに常温ガス
、あるいは低温ガスを吹付けることによりはんだ何部の
熱をそれらのガスにより奪うので冷却を早め、伝導拡散
する熱を少なくすることができる。

（実施例）本発明の実施例を第１図ないし第３図に基づいて説明す
る。第１図は本発明の光ビームはんだ付方法の一実施例
を示す断面図である。同図において、矢印１は高温ガス
であり、温度制御された高温物体の表面と高温ガス１を
接触させ、ガス流量を調節することにより、温度設定さ
れるものである。高温物体の温度はガス通路に設けられ
た温度センサーからの出力信号によりフィードバック制
御され、この温度センサーの出力信号が目標とする一定
値となるように高温物体の温度が制御される。２はガス
ホースであり、レンズ３の先端に取付けられたガスノズ
ル４へ高温ガス１を導くものである。５はガスノズル４
と一体に形成されたホース接手であり、ガスホース２が
取付けられる。

ガスノズル４内に導かれた高温ガスはノズル口６より矢
印７に示すように流出し、被はんだ何部８と接触する。

矢印９はレンズ３より出射された光の外側の部分を示す
ものであり、被はんだ何部８に照射される。高温ガス１
として空気、窒素ガス等の不活性ガス、５％水素入り窒
素ガス等の還元性ガスをそれぞれの目的に応じて使用す
る。

ガスノズル４はレンズ３から出射される光に対して同心
状に配置されている。高温ガス１を常温あるいは低温ガ
スに切換えることにより、はんだ付部の余分の熱を奪い
、はんだ何部の冷却を早め熱の広がりを小さくする。

第２図および第３図は本発明の他の実施例の断面図であ
る。

第２図において、　１０．１０’はガス流量調整器であ
り、１１はガス加熱器で、温度制御された高温物体が内
包されている。１２．１３は弁であり、弁１２゜１３は
同時に開となることがないように構成されている。

第２図は被はんだ何部８に対して、レンズ３の位置を固
定して、加熱・はんだ付する場合に用いられ、弁１２を
開き、弁１３を閉じてガス加熱器１１を通してガスを送
り、流量は流量調整器１０で調整される。高温に加熱さ
れたガスがホース２よりノズル４内に送られ、ノズル口
６より矢印７の示す方向に流出し、被はんだ何部を加熱
する。

高温ガスの流出と同時に、あるいは高温ガスの流出より
一定時間遅れて、被はんだ何部が一定の予熱温度に達し
たのちに、レンズ３より光を出射し、被はんだ何部８を
照射する。

光および高温ガスにより被はんだ何部のはんだが溶融し
、被はんだ何部の要部にぬれて広がり、はんだ接合がな
されたとき以後に光および高温ガスによる加熱を停止す
る。

第２図の実施例では、加熱停止後、自然放置して冷却し
、はんだが凝固して、はんだ付を完了させることもでき
るが、また弁１３を開き、ガス流量調整器１０′により
流量を調整して、弁１２を閉じて常温あるいは低温ガス
を被はんだ何部８に吹付け、冷却を早め熱の広がりを少
くすることができる。

第３図は矢印１４の方向に移動しながら被はんだ何部８
を連続的にはんだ付する場合の実施例を示している。同
図において、１０′は常温あるいは低温ガス用の流量調
整器であり、１２’、　１３’はそれぞれガス弁である
が、それぞれ独自に開閉の制御ができるように構成され
ている。１５は常温あるいは低温用ガスノズルであり、
はんだ付進行方向１４に対して、加熱部よりも後側に設
けられている。上記構成により、レンズ３．ガスノズル
４および１５を被はんだ何部８に対して矢印１４方向に
移動させながら光および高温ガスにより、はんだ何部を
高温にしてはんだを溶融し、はんだ何部をはんだでぬら
し、そののちの凝固の過程でガスノズル１５より吹付け
られる常温あるいは低温ガスにより、はんだ何部の熱を
奪って冷却を早め、熱の広がる範囲を小さくする。

糸はんだを用いてはんだ付する場合には、予め被はんだ
何部を加熱し、このはんだ何部がはんだ溶融温度より高
温となり、はんだが被はんだ何部の表面をぬらして広が
るはんだ付適正温度になったときに、糸はんだをはんだ
何部に供給する。この場合のはんだ付時間は、被はんだ
何部がはんだ付適正温度まで温度上昇する時間でほぼ決
まってしまう。この用途に対して光エネルギーに加えて
高温ガスを併用することにより、被はんだ付部の温度を
急激に上昇させることができるので、はんだ何時間を短
縮して生産性を高めることができる。

−殻内に、被はんだ付部の近傍には樹脂などがあり、特
に重要な点は、このような樹脂性の部品やプリント基板
など熱的に弱い部分に損傷を与えずに生産性を高めるこ
とである。

第１図において、光照射径をｄとし、高温ガスのノズル
口径りをＤａｄと選定し、被はんだ付部を実質的に径ｄ
内に納まるようにすることにより、はんだ何時間を短く
し、近くの樹脂などを損傷することもない。

表は本発明の光と高温ガスを併用した場合のはんだ何時
間を基準値１としたときに、光だけ、および高温ガスだ
けにより加熱してはんだ付した場合の一例である。

表によれば、光エネルギーだけで、光強度を高めてはん
だ何時間を短くしようとすると光照射径ｄ内にある樹脂
部表面が変色したり、損傷しやすく、特に被はんだ付部
から熱伝導により熱が逃げやすい形状をした被はんだ付
部の場合にこの傾向が強い。

高温ガスだけではんだ何時間を短くしようとしてガス温
度を高くすると、はんだ付部のまわりまでガスが広がる
ので、まわりの部品へ熱影響を与えやすく、また流量を
増し、流速を増加すると未はんだ何部品が小さい場合な
ど吹き飛ばされる場合もある。吹き飛ばされないまでも
位置ずれなどが生じやすくなる。

本発明によって、それぞれ光と高温ガスを単独使用する
場合の問題点を生ずることなく、短時間はんだ付が可能
となる。

クリームはんだ（はんだペーストとも云う）を使用する
場合には、クリームはんだを印刷あるいは、デイスペン
サにより被はんだ付部に加熱前に供給しておく。この場
合、クリームはんだ中の温材を加熱前に乾燥して除去し
ておかないと、光エネルギーなどの急速加熱により、こ
の温材が沸点に達して蒸発し、このときの蒸気圧で部品
が吹き飛ばされ、はんだ中に空孔ができ、かつはんだボ
ールの飛散が生じやすくなる。従来は、はんだ何工程の
前の工程で乾燥していたが１本発明により光照射前に高
温ガスの温度を乾燥に適した温度（はんだの種類によっ
て異なる）に設定して、はんだ付部に吹付けることによ
り乾燥することができる。

さらに、この乾燥は、はんだ付部を予め一定の温材がゆ
るやかに気化する温度（沸点より低い）にしであるので
、乾燥と共にはんだ付部の余熱として、この作用もあわ
せもち、はんだ何時間を短縮することができる。

（発明の効果）本発明によれば、レンズの先端より光を出射し、被はん
だ付部に照射される。さらに光の照射開始と同時に、あ
るいはそれに一定時間先立って高温ガスを被はんだ付部
に吹付け、被はんだ付部をはんだの溶融、ぬれ開始温度
まで加熱する。被はんだ付部のはんだが溶融し、はんだ
のぬれ作用によりはんだが広がって被はんだ付部が接合
された時点で光および高温ガスによる加熱を停止する。

加熱停止後は熱の拡散・放射・伝導・伝達等によりはん
だ付部の温度が低下し、溶融はんだが凝固して、はんだ
付が完了する。加熱停止後自然冷却せずに、高温ガスの
代りに常温ガスあるいは低温ガスを吹付けることにより
、はんだ付部の熱をガスにより奪うので冷却を早め、伝
導拡散する熱を少なくすることができる。

一般的にガスの原価を最低にする場合には、高温ガスと
して空気を加熱して利用することができる。

高温ガスとして、窒素ガスのような不活性ガスを使用す
ることにより、はんだ付部の酸素が少くなり、はんだ何
月フラックスの焼けが少くなり、この結果フラックスの
除去が容易となる。また５％水素入り窒素ガス等の還元
性ガスを使用することにより、はんだ何月フラックスを
極めて活性度の低い、すなわち、洗浄により除去せず、
そのままはんだ付部に残留させておいても長期の実用に
耐え、特に腐蝕などの問題を引き起こすおそれの少いフ
ラックスを使用して良好なはんだ付をすることができる
。これにより、洗浄原価の低減と、洗浄による排液と温
材による地球環境の汚染を除くことができる。また水素
ガス入り窒素ガスなどの場合には、そのガス温度を高め
に設定し、還元作用を強化して、弱活性のフラックスで
良好なはんだ付が行えるなど、各種の用途に応じて幅広
く対応でき、実用範囲が広くなっている。

高圧ガスノズルを光照射と同心状に設けることにより、
レンズの移動方向に対する特異性がなくなり、レンズお
よびガスノズルを一体にしてロボットなどに保持させて
、任意に移動方向に特別な考慮をすることなしに容易に
実用化できる。

常温ガスとして空気を用いることにより、極めて低い原
価ではんだ付部を冷却できる。また常温ガスとして窒素
ガスを用いることにより、はんだ何時の加熱時に窒素ガ
スを用いた効果をそのままいかすことができる。また、
高温ガスと低温ガスあるいは常温ガスとを切換えて供給
するガス供給切換手段を有することにより、レンズおよ
びガスノズル部の構造を単純化し、実用性のあるものと
することができる。さらにノズルを共用化することによ
り、上記と同一の効果が得られるとともに、スポット状
はんだ付部をはんだ付する場合には、レンズおよびノズ
ルを加熱と冷却にしたがって移動させなくともよい。

線状はんだ付部をはんだ付する場合には、高温用ガスノ
ズルと常温用ガスノズルとを別々に設置することにより
連続的に加熱し、かつ連続的に冷却することができる等
、その実用上の効果は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における光ビームはんだ付方
法を示す断面図、第２図および第３図は本発明の他の実
施例の断面図、第４図は従来例の構成図、第５図は同要
部断面図である。１．７・・高温ガス、　　２・・・ガスホース、３・・
・レンズ、　４，１５・・・ガスノズル、５・・・ホー
ス接手、　　６・・・ノズル口、　　８・・・被はんだ
付部、　９・・・レンズより出射された光の外側部分、
　１０．１０’・・・ガス流量調整器、　１１・・・ガ
ス加熱器、　１２．１３・・・弁、　１２’、　１３’
・・ガス弁。第１図特許出願人　松下電器産業株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）キセノンランプ等の発光ランプからの光を楕円反
射鏡により集光し、集光点あるいはその近傍にバンドル
光ファイバーの受光部を設け、前記バンドル光ファイバ
ーの他端にレンズ部を設けて光を集光し、集光部に被は
んだ付部を位置させ、前記はんだ付部を加熱はんだ付す
る方法において、前記集光部に高温ガスを吹付けること
を特徴とする光ビームはんだ付方法。
（２）高温ガスとして空気を用いたことを特徴とする請
求項（１）記載の光ビームはんだ付方法。
（３）高温ガスとして窒素ガス等の不活性ガスを用いた
ことを特徴とする請求項（１）記載の光ビームはんだ付
方法。
（４）高温ガスとして５％水素入り窒素ガス等の還元性
ガスを用いたことを特徴とする請求項（１）記載の光ビ
ームはんだ付方法。
（５）高温ガスの流量・温度・流出口径のいずれか一つ
以上を調節可能としたことを特徴とする請求項（１）な
いし（４）の何れか１項記載の光ビームはんだ付方法。
（６）高温ガスの吹付けをレンズ部より出射される光と
ほぼ同心状としたことを特徴とする請求項（１）ないし
（５）の何れか１項記載の光ビームはんだ付方法。
（７）はんだ付部のはんだが溶融し、被はんだ付部が溶
融はんだにより接合されたのち、常温あるいは低温ガス
を被はんだ付部に吹付けることを特徴とする請求項（１
）ないし（６）の何れか１項記載の光ビームはんだ付方
法。
（８）常温ガスとして空気を用いることを特徴とする請
求項（７）記載の光ビームはんだ付方法。
（９）常温あるいは低温ガスとして窒素ガス等の不活性
ガスを用いることを特徴とする請求項（７）記載の光ビ
ームはんだ付方法。
（１０）高温ガス供給時は常温あるいは低温ガスが供給
されず、常温ガスあるいは低温ガス供給時には高温ガス
が供給されないようにすることを特徴とする請求項（７
）記載の光ビームはんだ付方法。