JPH0623530A

JPH0623530A - レーザ照射型ハンダ接合装置

Info

Publication number: JPH0623530A
Application number: JP19759892A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Nakamura; 和人中村
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1992-04-28
Filing date: 1992-06-30
Publication date: 1994-02-01

Abstract

(57)【要約】【目的】狭い空間を通して、完全非接触により、微小
な接合ポイントへのハンダ付けが可能なハンダ接合装置
を提供する。【構成】ヘッド２の内部にレーザ光源１の光軸１ａに
沿ってレーザビーム通路３を形成し、ヘッド２の先端に
小孔４を開口する。ヘッド２の壁面に設けたハンダ供給
路７ａを通してハンダ供給装置８からレーザビームαの
光路にハンダを供給し、溶融したハンダボール１２ａを
形成する。コンプレッサ１１はヘッド２内に圧縮ガス１
３を供給し、小孔４からハンダボール１２ａを吹き付け
る。接合箇所に吹き付けたハンダボール１２ａには小孔
４から出射したレーザビームαを照射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザ照射型ハンダ接合
装置に関する。具体的にいうと、本発明は、レーザビー
ムを照射してハンダを溶融させるハンダ接合装置に関す
る。

【０００２】

【背景技術とその問題点】図５に従来のハンダ接合装置
Ｃを示す（特開昭５８−１６１３９６号公報）。このハ
ンダ接合装置Ｃにあっては、図５（ａ）に示すように、
集光レンズ３１を通してハンダ接合部分へレーザビーム
γを照射しておき、ここへ斜め横から糸ハンダ３２を供
給している。

【０００３】例えば、図５（ａ）のように、プリント配
線基板３３のスルーホール３４に挿入されたリード３５
及びその周辺にレーザビームγを照射しつつ糸ハンダ３
２の先端を近接させ、レーザビームγによって糸ハンダ
３２を溶融させることにより、図５（ｂ）に示すように
スルーホール３４にリード３５をハンダ付けすることが
できる。

【０００４】しかしながら、このようなハンダ接合装置
Ｃにあっては、垂直にレーザビームγを照射し、横方向
から糸ハンダ３２を供給する構造となっているので、ハ
ンダ接合箇所の糸ハンダ供給側に別な部品が実装されて
いると、この部品に妨げられてハンダ付けを行なえなか
った。

【０００５】そこで、ハンダの供給方向を変えられるよ
うにしたハンダ接合装置が、例えば特開昭６３−１３７
５７６号公報に提案されている。図６（ａ）はこのハン
ダ接合装置Ｄの構成を示す斜視図、図６（ｂ）は図６
（ａ）のＳ部拡大図である。このハンダ接合装置Ｄにあ
っては、直交座標型ロボット３６によってヘッド３７を
３次元方向に移動させられるようにし、ヘッド３７内の
レーザ光源３８によってレーザビームγを照射し、ヘッ
ド３７に設けられた回転軸３９にハンダ供給用のディス
ペンサ４０が取り付けられており、ディスペンサ４０は
回転軸３９の回転によって３６０度回転可能になってい
る。

【０００６】しかして、図６（ｂ）に示すように、ディ
スペンサ４０の針４０ａの先から必要量のクリームハン
ダ４１をハンダ接合箇所（ＩＣパッケージ４２のリード
フレーム４２ａとプリント配線基板４３のランド４３
ａ）に塗布した後、ロボット３６によりヘッド３７を移
動させてクリームハンダ４１を塗布した部分へレーザビ
ームγを照射し、ハンダ付けする。また、回転軸３９に
よりディスペンサ４０の針４０ａをＩＣパッケージ４２
に接触させないように適宜回転させながら、ＩＣパッケ
ージ４２の四周を一周させて連続的にハンダ付けを行な
う。

【０００７】このハンダ接合装置Ｄにあっては、ハンダ
供給用のディスペンサ４０の位置を回転させることがで
きるが、電子部品の高実装密度化に伴ってハンダ接合箇
所の四周に密に他の電子部品が実装されることが多く、
そのような場合には当該ハンダ接合装置Ｄでもハンダ接
合が不可能であった。あるいは、このようなハンダ接合
装置Ｄによってハンダ付け作業を行なわせる場合には、
ハンダ接合箇所の周辺の構造が制約を受けるという欠点
があった。

【０００８】また、図５のハンダ接合装置Ｃや図６のハ
ンダ接合装置Ｄにあっては、ハンダ接合箇所へハンダを
接触させて供給しなければならず、ハンダの供給圧等に
よってハンダ付けしようとする電子部品が位置ずれを起
こしてしまい、非接触でハンダ接合箇所を加熱できると
いうレーザビーム加熱のメリットを生かすことができな
かった。さらに、いずれのハンダ接合装置Ｃ，Ｄにあっ
ても、レーザ照射装置とハンダ供給装置とが別々になっ
ていたので、ハンダ接合装置が複雑であった。

【０００９】なお、図７に示すものは溶射ビームβを用
いた溶射装置（特開昭６１−９１３２３号）の原理図で
あって、ハンダ接合箇所を高密度エネルギーの溶射ビー
ムβによって溶融させ、この溶融箇所へ微細粒子４４を
斜めから投射及び注入し、金属膜４５を形成する。

【００１０】この方法を応用し、ハンダ微粒子を投射す
ることによって例えば電子部品のリード等とプリント配
線基板のランド等とを完全非接触でハンダ接合する方法
も考えられるが、この方法にあっては、溶射ビームの広
がりのためにポイント溶着ができなかった。また、完全
非接触とはなっても溶射ビーム照射路とハンダ微粒子供
給路との２路が必要であるため、接合箇所の構造が制限
されたり、接合箇所の構造によっては使用することがで
きない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は叙上の従来例
の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、狭い空間からハンダの供給及びレーザビームの
照射を行なうことができ、完全非接触により微小ポイン
トのハンダ付けが可能なレーザ照射型ハンダ接合装置を
提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のレーザ照射型ハ
ンダ接合装置は、先端に小孔が開口された中空のヘッド
と、前記ヘッド内の前記小孔近傍にハンダを供給する手
段と、前記小孔近傍に供給されたハンダにレーザビーム
を照射して前記ハンダを溶融するレーザ光源と、当該ヘ
ッド内の気圧を上昇させることにより前記溶融したハン
ダを前記小孔を介して接合箇所へ吹き付ける手段とを備
えたことを特徴としている。

【００１３】また、上記ハンダ接合装置においては、前
記レーザ光源をＹＡＧレーザ光源とし、当該レーザ光源
と前記ヘッドとを光ファイバによって結び、光ファイバ
によってレーザ光源から導かれたレーザビームをヘッド
の小孔から外部へ出射させるようにしてもよい。

【００１４】

【作用】本発明にあっては、ヘッド内のレーザビームの
光路にハンダを供給してレーザビームによってハンダを
溶融させた後、ヘッド内の気圧を上昇させて溶融したハ
ンダを小孔から接合箇所へ吹き付け、その小孔を通して
接合箇所にレーザビームを照射し、ハンダ付けを行な
う。

【００１５】したがって、本発明のハンダ接合装置は、
完全非接触でハンダ接合することができ、ハンダの接触
によって接合部品が位置ずれしたりすることがなく、レ
ーザビーム照射型のメリットを最大に生かすことができ
る。

【００１６】また、レーザビーム照射路とハンダ供給路
が共通となっているので、レーザ照射装置とハンダ供給
装置をヘッド部分でまとめることができ、ハンダ接合装
置を簡略にすることができる。

【００１７】さらに、完全非接触式で、かつ、レーザビ
ーム照射路とハンダ供給路が共通となっているので、接
合箇所に至る狭い空間を通してハンダ付けを行なうこと
ができ、ハンダ付け作業の制約が少なくなる。あるい
は、接合箇所の周囲における部品の実装構造に対する制
約も小さくできる。

【００１８】さらに、レーザビーム照射型であるので、
レーザビームがコヒーレント性により溶射装置のビーム
のように広がらず、ポイント溶着が可能になる。

【００１９】また、ＹＡＧレーザ光源とヘッドを光ファ
イバによって結び、レーザビームを光ファイバによって
ヘッドへ導くようにすれば、レーザ光源とヘッドとを別
々に分離することができ、可動部であるヘッドを軽量か
つコンパクトにすることができる。

【００２０】

【実施例】図１は本発明の一実施例によるレーザ照射型
のハンダ接合装置Ａの概略構成を示す断面図である。こ
のハンダ接合装置Ａにあっては、レーザ光源１の鏡筒部
と一体にヘッド２が構成されており、ヘッド２の内部に
レーザ光源１の光軸１ａに沿ってレーザビーム通路３が
形成され、ヘッド２の先端にはレーザ光源１から出射さ
れたレーザビームαを外部に出射させる小孔４が開口さ
れている。ヘッド２は、ハンダが溶着せず、濡れ性の低
い材料（例えば、ガラス、セラミック等）によって形成
されている。レーザビーム通路３にはパッキン２ａを介
して対物レンズ５が取り付けられており、レーザ光源１
から出射されたレーザビームαは対物レンズ５によりコ
リメートされる。また、対物レンズ５の前後でレーザビ
ーム通路３は気密的に隔離されている。

【００２１】ヘッド２内において小孔４の近傍にはハン
ダ供給口６が開口されており、例えばヘッド２の壁内に
穿孔されたハンダ供給路７ａとハンダ供給路７ａに接続
されたチューブ７ｂを通じてハンダ供給装置８に接続さ
れている。ハンダ供給口６からはレーザ光源１の光軸１
ａを遮るようにして糸状ハンダやペーストハンダ、粉末
ハンダ、粒状ハンダ等のハンダ材が供給される。

【００２２】また、ヘッド２内の対物レンズ５よりも小
孔４側には圧縮ガス供給口９が開口されており、圧縮ガ
ス供給口９はエアチューブ等からなる圧縮ガス供給路１
０を通じてコンプレッサ１１に接続されている。コンプ
レッサ１１からは圧縮ガス１３が供給されており、ヘッ
ド２内の圧縮ガス１３はさらに小孔４から排出される。
ここで、圧縮ガス１３としては、ハンダの酸化を防止す
るため、窒素ガス（Ｎ₂）やアルゴンガス（Ａｒ）等の
不活性ガスを用いている。

【００２３】つぎに、このハンダ接合装置Ａの使用方法
を説明する。図２（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）はハ
ンダ接合装置Ａの動作を示す断面図、図３（ａ）（ｂ）
（ｃ）はハンダ供給装置８、レーザ光源１及びコンプレ
ッサ１１の動作を示すタイムチャートである。

【００２４】ハンダ接合装置Ａのヘッド２の先端がハン
ダ接合箇所に対向すると、まず図２（ａ）に示すよう
に、ハンダ供給路７ａを通じてハンダ供給装置８からハ
ンダ供給口６外へ糸ハンダ１２を供給する（時刻ｔ＝ｔ
0）。糸ハンダ１２の先端が小孔４上へ突出すると、レ
ーザ光源１から小孔４へレーザビームαが出射され（ｔ
＝ｔ1）、糸ハンダ１２の先端がレーザビームαのエネ
ルギーにより溶融する。

【００２５】このとき、ヘッド２の内壁は溶融したハン
ダと濡れ性の悪い材質で形成されており、且つ小孔４は
十分小さく形成されているので、溶融したハンダは小孔
４から外部に落ちることなく、小孔４を塞ぐようにして
ヘッド２内に保持される。

【００２６】所定量の糸ハンダ１２が送り出され、所定
の大きさのハンダボール（溶融したハンダの塊）１２ａ
が形成されると〔図２（ｂ）〕、糸ハンダ１２の供給は
停止され、糸ハンダ１２の先端とハンダボール１２ａを
引き離すため、糸ハンダ１２はハンダ供給路７ａ内に若
干引き戻される（ｔ＝ｔ2〜ｔ3）。なお、糸ハンダ１２
を引き戻している途中では一時的にレーザビームαの出
射を中止してもよく、ハンダボール１２ａの溶融状態を
維持させるためレーザビームαを連続的もしくは間欠的
に出射させてもよい。

【００２７】また、ハンダボール１２ａが形成される
と、糸ハンダ１２を引き戻す一方（あるいは、若干タイ
ミングを遅らせても差し支えない）で、図２（ｃ）に示
すように、コンプレッサ１１から圧縮ガス供給路１０を
通じてヘッド２内に圧縮ガス１３を充満させ（ｔ＝ｔ2
〜ｔ3）、圧縮ガス１３の圧力によりハンダボール１２
ａを球状を保ったまま小孔４から吐出させ、プリント配
線基板１４のランド１５上に載置した電子部品のリード
フレーム１６の上にハンダボール１２ａを吹き付ける
〔図２（ｄ）〕。このハンダボール１２ａの吐出中もレ
ーザ光源１から照射されたレーザビームαを小孔４から
出射させ、ハンダボール１２ａに熱エネルギーを供給し
続けて溶融状態を保つこともできる。

【００２８】こうしてリードフレーム１６の上に吹き付
けられたハンダ１２ｂによってリードフレーム１６をラ
ンド１５にハンダ１２ｂによって接合させる〔図２
（ｅ）〕。ここで、ハンダボール１２ａの付着後もレー
ザビームαを追加照射し、ハンダ１２ｂの濡れ性をより
高めることもできる。

【００２９】したがって、上記ハンダ接合装置Ａによれ
ば、完全非接触によってリードフレーム１６をランド１
５に接合することができる。また、直上からのみの作業
でハンダ接合することができるので、接合箇所の四周に
密に他の電子部品が実装されていても、他の電子部品に
妨げられることなく容易にハンダ接合することができ
る。

【００３０】なお、圧縮ガス１３はエアでも良いが、上
記のように不活性ガスを使用するのが好ましい。また、
圧縮ガス１３はガスボンベから圧力調整して供給しても
良い。

【００３１】図４は本発明の別な実施例によるハンダ接
合装置Ｂを示す断面図である。この実施例にあっては、
レーザ光源１としてＹＡＧレーザ光源を使用し、レーザ
光源１とヘッド２とを分離して互いに別体としている。
レーザ光源１とヘッド２とは光ファイバ１７によって結
ばれており、光ファイバ１７の光出射端は対物レンズ５
と軸心を一致させるようにしてホルダー１８によりヘッ
ド２に固定されている。しかして、レーザ光源１から出
射されたレーザビームは、光ファイバ１７によりヘッド
２へ導かれ、対物レンズ５で集光された後、ヘッド２の
小孔４から外部へ出射される。

【００３２】この実施例では、レーザ光源１はヘッド２
と分離して適当な設置場所に固定しておくことができ、
可動部であるヘッド２を軽量化およびコンパクト化する
ことができる。したがって、小さなスペースでヘッド２
によるハンダ付け作業を行なうことができ、生産ライン
への組込みも容易になる。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、完全非接触でハンダ接
合できるので、ハンダ材の接触によって接合部品を位置
ずれさせたりすることなく正確に実装でき、レーザ照射
型ハンダ接合装置のメリットを最大に生かすことができ
る。

【００３４】また、レーザビーム照射路とハンダ供給路
が共通であるから、ヘッド部分の構造を単純かつコンパ
クトにまとめることができ、ハンダ接合装置を簡略にす
ることができる。

【００３５】さらに、完全非接触式でヘッドを接合箇所
から離すことができ、かつ、レーザビーム照射路とハン
ダ供給路が共通となっているので、接合箇所に至る狭い
空間を通してハンダ付けを行なうことができ、ハンダ付
け作業が容易になる。あるいは、接合箇所の周囲におけ
る部品の実装構造に対する制約が小さくなる。

【００３６】さらに、レーザビーム照射型であるので、
溶射装置のようにビームが広がらず、ポイント溶着が可
能になる。したがって、面状のハンダ付けはもちろん、
接合箇所にハンダボールをパターニングすることもでき
る。

【００３７】また、ＹＡＧレーザ光源とヘッドを光ファ
イバによって結び、レーザビームを光ファイバによって
ヘッドへ導くようにすれば、レーザ光源とヘッドを分離
することができ、可動部であるヘッドを軽量かつコンパ
クトにすることができるので、ヘッドを移動させ易くな
り、ハンダ付け処理を行ない易くなる。また、生産ライ
ンへの組込みも容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるレーザ照射型ハンダ接
合装置の構成を示す断面図である。

【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は同上の動作
を示す断面図である。

【図３】（ａ）はハンダ供給装置の動作を示すタイムチ
ャート、（ｂ）はレーザ光源の動作を示すタイムチャー
ト、（ｃ）はコンプレッサの動作を示すタイムチャート
である。

【図４】本発明の別な実施例によるレーザ照射型ハンダ
接合装置の構成を示す断面図である。

【図５】（ａ）は従来のハンダ接合装置を示す断面図、
（ｂ）は（ａ）のハンダ接合装置でハンダ付けした部分
を示す断面図である。

【図６】（ａ）は従来の別なハンダ接合装置を示す斜視
図、（ｂ）は（ａ）のＳ部拡大断面図である。

【図７】従来の溶射方法を示す説明図である。

【符号の説明】

１レーザ光源２ヘッド３レーザビーム通路４小孔５対物レンズ８ハンダ供給装置１１コンプレッサ１７光ファイバ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】先端に小孔が開口された中空のヘッド
と、前記ヘッド内の前記小孔近傍にハンダを供給する手段
と、前記小孔近傍に供給されたハンダにレーザビームを照射
して前記ハンダを溶融するレーザ光源と、当該ヘッド内の気圧を上昇させることにより前記溶融し
たハンダを前記小孔を介して接合箇所へ吹き付ける手段
とを備えたレーザ照射型ハンダ接合装置。
【請求項２】前記レーザ光源をＹＡＧレーザ光源と
し、当該レーザ光源と前記ヘッドとを光ファイバによっ
て結び、光ファイバによってレーザ光源から導かれたレ
ーザビームをヘッドの小孔から外部へ出射させるように
した請求項１に記載のレーザ照射型ハンダ接合装置。