JPH0727926B2 - セラミック基板に対する局部はんだ付けのための方法および装置 - Google Patents

セラミック基板に対する局部はんだ付けのための方法および装置

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JPH0727926B2
JPH0727926B2 JP4125868A JP12586892A JPH0727926B2 JP H0727926 B2 JPH0727926 B2 JP H0727926B2 JP 4125868 A JP4125868 A JP 4125868A JP 12586892 A JP12586892 A JP 12586892A JP H0727926 B2 JPH0727926 B2 JP H0727926B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】本発明は、レーザの使用によって局部は
んだ付けを行うためのはんだ付け装置に関するものであ
る。一般に、かかる装置は柔軟な印刷回路板をセラミッ
ク基板に対して柔軟な印刷回路板を局部的にはんだ付け
するために役立つ。
【０００２】
【関連技術の説明】柔軟な印刷回路板を基板にはんだ付
けするための従来のはんだ付け装置においては、通常の
ワイヤボンディング技術を使用することが知られてい
た。すなわち、回路板が基板に対して垂直となるように
保持された状態で基板および回路板に容易に接合し得る
ようにするため、直径約０．３mmの線が折曲げられる。
かかる線が先ず回路板に接合され、次いで基板に接合さ
れる。この場合、基板に対して回路板を配置する際に作
業員は多大の注意を払わなければならないことが判明し
た。なぜなら、脆いセラミック基板は大きな荷重に耐え
られないからである。また、接合すべき線の寸法も制限
因子の１つであった。すなわち、作業員は通例使用され
る直径０．３mmの線より細い線を接合することができな
いのである。このようなわけで、より細い線を使用しか
つ基板に加わる大きい荷重を回避しながら、かかる複雑
な工程の数を低減させることができれば有利なのであ
る。
【０００３】基板の変形によって基板が損傷を受けるの
を回避するため、柔軟な印刷回路板からのリードを基板
にはんだ付けする際にレーザが使用されるようになっ
た。かかる方法の実例は米国特許第４７９９７５５号明
細書中に開示されている。しかしながら、レーザの使用
が基板に加わる下向きの力を排除するとは言え、かかる
レーザは特定の種類の基板（すなわち、エポキシ樹脂／
ガラス基板）に対してしか適用し得ないことが直ちに判
明した。これは重要な問題である。なぜなら、医学診断
装置（とりわけ超音波撮像装置）においては、かかる装
置からより多くの患者情報を得るために二次元配列の圧
電センサ群を開発することが現在要望されているからで
ある。このような多量の情報を得るためには、セラミッ
ク基板を用いて二次元配列の圧電センサ群を製造するこ
とが必要であると考えられた。先行技術において開示さ
れた方法、特に米国特許第４７９９７５５号明細書中に
開示された方法は、この場合に適用することができな
い。なぜなら、エポキシ樹脂／ガラス基板技術はかかる
用途には適用し得ないからである。詳しく述べれば、エ
ポキシ樹脂／ガラス基板は熱絶縁体であるのに対し、金
属被膜で被覆されたセラミック基板は熱伝導体である。
熱絶縁体に対してはんだ付けを行う場合には、はんだ付
け操作に由来する熱が既に完成した隣接するはんだ継手
に影響を及ぼすかどうかはほとんど問題にならない。し
かるに、熱伝導体に対してはんだ付けを行う場合には、
はんだ付け操作に由来する熱が隣接するはんだ継手に影
響を及ぼすかどうかは大きな問題となる。はんだ付け操
作中にはまた、キュリー温度（１５０〜４００℃）を越
えることによって感熱性の圧電材料が損傷を受けないよ
うに注意することも必要である。それ故、熱伝導率の大
きい基板を取扱う場合には、レーザはんだ付け操作の作
業パラメータおよびはんだパッドの寸法を綿密に制御す
ることが必要となる。とは言え、レーザの使用によって
達成される極めて有利な結果を保持しながらより広範囲
の基板に対してはんだ付けを行うことができれば一層望
ましいわけである。
【０００４】上記の説明から明らかなごとく、局部はん
だ付けを行うことができ、かつ公知のレーザはんだ付け
装置（特に米国特許第４７９９７５５号明細書中に開示
された極めて有利な装置）の性能特性と少なくとも同等
な性能特性を示すと共に、より広範囲の基板（特に金属
被覆されたセラミック基板）に対する局部はんだ付けを
可能にするようなはんだ付け装置が当業界において要望
されているのである。本発明の目的は、以下の説明から
明らかとなるごとくにして上記の要望を満たすことにあ
る。
【０００５】
【発明の概要】本発明に従って一般的に述べれば、金属
パッドおよびはんだパッドを有するセラミック基板、指
状リードを有する柔軟な印刷回路板、保持装置、並びに
レーザビームを有するレーザ手段を使用しながら基体に
対して回路板を局部的にはんだ付けするための方法を提
供することによって上記のごとき要望が満たされる。か
かる方法は、(a) 回路板を処理することにより、指状リ
ードが回路板の縁端から実質的に突出するようにして回
路板上に指状リードを形成し、(b) 基板を金属材料で被
覆することにより、実質的に基板上の所定の位置に配置
されるように金属パッドを形成し、(c) 基板をはんだで
被覆することにより、実質的に金属パッド上に配置され
るようにはんだパッドを形成し、(d) 回路板を保持装置
内に配置し、(e) はんだパッド上に指状リードを位置合
わせすることによって予備接触部を形成し、次いで(f)
予備接触部の少なくとも１者にレーザビームを照射する
ことにより、はんだパッドを再流動させてはんだ継手を
形成する諸工程から成ることを特徴とするものである。
【０００６】好適な実施の一態様に従えば、基板はチタ
ン酸ジルコン酸鉛（以後はＰＺＴと呼ぶ）のごとき圧電
セラミックまたはアルミナセラミックから成る。また、
柔軟な印刷回路板はテープ自動接合型の印刷回路板（以
後はＴＡＢと呼ぶ）である。最後に、レーザビームは連
続波式のＮd:ＹＡＧレーザと直径６００ミクロンの光フ
ァイバとの組合せから得られる波長１．０６ミクロンの
光線である。
【０００７】別の好適な実施の態様に従えば、隣接する
指状リードのはんだ継手または隣接するＴＡＢのはんだ
継手に実質的な影響を及ぼすことなく、セラミック基板
に対してＴＡＢを局部的にはんだ付けすることができ
る。本発明に基づく好適なはんだ付け装置は、良好な安
定性を示し、優れた局部はんだ付けを可能にし、良好な
耐久性を示し、指状リードとはんだパッドとの間に優れ
て整列状態をもたらし、良好な経済性を示し、高い強度
に基づく安全性を有し、かつより広範囲の基板に適用し
得るという利点を有している。実際、数多くの好適な実
施の態様においては、指状リードとはんだパッドとの整
列状態および適用可能な基板の種類は従来公知の局部は
んだ付け装置の場合よりもかなり高い程度にまで向上し
ている。
【０００８】本発明の上記およびその他の特徴は、添付
の図面を参照しながら以下の詳細な説明を考察すること
によって一層明確に理解されよう。
【０００９】
【詳細な説明】セラミック基板にＴＡＢをはんだ付けす
るのに先立ち、公知の手順に従ってＴＡＢ上に指状リー
ドを形成しなければならない。詳しく述べれば、ＴＡＢ
はデュポン(DuPont)社製のキャプトン（Kapton：登録商
標）シートを導電性の銅層で被覆したものから成るのが
通例である。通常の写真食刻技術に従ってＴＡＢ上にパ
ターンを形成した後、通常のエッチング技術に従ってＴ
ＡＢの縁端部を除去することにより、長い指状リードが
露出させられる。次いで、公知の金属被覆技術に従って
指状リードにスズめっきが施される。本発明の好適な実
施の態様に従えば、かかる指状リードは約７５ミクロン
の幅および約２５ミクロンの厚さを有していて、キャプ
トンシートの縁端から約０．５mmだけ突出している。
【００１０】基板に関して述べれば、基板はＰＺＴまた
は任意適宜のアルミナセラミックから成ることが好まし
い。スパッタリングまたは電気めっきのごとき通常の金
属被覆技術に従い、かかる基板が金属で被覆される。更
に、通常の電気めっき技術に従い、４〜７ミクロンの厚
さおよび約７５ミクロンの直径を有する金属パッドが金
属被覆済みの基板上に設置される。最後に、通例は電気
めっきによって金属パッド上に適当なはんだが設置さ
れ、それによって厚さ１０〜２０ミクロンのはんだパッ
ドが形成される。このような基板処理技術は公知のもの
であって、その結果として各々の指状リードに対するパ
ッドが得られることになる。
【００１１】上記のごとき背景技術を念頭に置きながら
図１を見ると、基板６上にＴＡＢ４を保持するための保
持装置２が示されている。詳しく述べれば、ＴＡＢ４は
指状リード７を有していて、保持装置２をガイド３４上
に配置した場合には、指状リード７ははんだパッド８お
よび金属パッド（図２）に対して物理的かつ電気的に接
触する。かかる保持装置２は、脚１１を有する直立した
ホルダ１０、扉１２、保持板１４、フィンガ１６、止め
具１８、クッション２２を有するブレース２０、クッシ
ョン２４、Ｌ形ブラケット２６、ばねクリップ２８、止
め具３０、台板３２および案内板３４を含んでいる。
【００１２】ホルダ１０は、主として写真スライドを保
持するために使用されるプラスチック枠から成ることが
好ましい。かかるホルダ１０には、通常のけがき装置に
より、扉１２上の丁番１５と扉１２の末端とのほぼ中間
の位置にけがき線が引かれる。かかるけがき線に沿って
ホルダ１０が切断された結果、ホルダ１０はＵ形の形状
を有している。また、通常の接着剤により、丁番１５に
近接した扉１２の上部に保持板１４が固定されている。
かかる保持板１４は任意適宜のプラスチック材料から成
ることが好ましい。ブラケット２６中には、切削のごと
き通常の機械加工技術によってブレース２０が形成され
ている。更にまた、好ましくは任意適宜の軟らかいゴム
状材料から成るクッション２２が通常の接着技術によっ
てブレース２０に接着されている。最後に、ホルダ１０
は通常の接着剤によってブラケット２６に固定されてい
る。なお、ブラケット２６はアルミニウムから成ること
が好ましい。
【００１３】はんだ付け操作に際してＴＡＢ４が下方に
滑り落ちないようにするため扉１２によってＴＡＢ４に
加えられる圧力を増大させるため、ＴＡＢ４により大き
い圧力を及ぼすために役立つクッション２４が扉１２の
内側に接着されていることを理解すべきである。台板３
２について述べれば、台板３２はばねクリップ２８、止
め具３０および案内板３４を具備している。台板３２は
プラスチックまたはステンレス鋼から成ることが好まし
い。好ましくは任意適宜のばね金属から成るばねクリッ
プ２８は、通常の止め具３０によって台板３２上に保持
されている。台板３２の上部には、開口３５を有する通
常の案内板３４が配置されている。開口３５は、基板６
とほぼ同じ厚さおよび面積を有するように形成されてい
ることが好ましい。なお、開口３５は通常の切削または
フライス削り技術によって形成されることが好ましい。
【００１４】次に、図１および２を参照しながら保護装
置２の動作を説明しよう。先ず最初に、上記のごとき通
常の手順に従って処理することによって形成された指状
リード７を有するＴＡＢ４がホルダ１０上に配置され
る。その際には、ＴＡＢ４の側端が溝１３内に配置され
ると共に、指状リード７が屈曲し得るようにホルダ１０
の下端から約０．５〜１．０mmだけ突出していればよ
い。扉１２を下方に旋回させ、そして掛け金１７により
固定すれば、扉１２上のクッション２４およびブレース
２０上のクッション２２がＴＡＢ４に圧力を加え、それ
によってＴＡＢ４は所定の位置に保持される。次いで、
好ましくは石英から成りかつ約８mmの幅、約２．５cmの
長さおよび約１mmの厚さを有するフィンガ１６が保持板
１４内に挿入され、そしてＴＡＢ４に沿って配置され
る。かかるフィンガ１６はＴＡＢ４に追加の圧力を加え
てＴＡＢ４を所定の位置に保持すると共に、ＴＡＢ４に
下向きの力を加えて指状リード７をはんだパッド８と電
気的かつ熱的に接触した状態に保つために役立つ。次い
で、フィンガ１６が止め具１８によって固定される。
【００１５】次に、やはり上記のごとき被覆方法によっ
て用意された基板６が案内板３４の開口３５内に配置さ
れる。その際には、ＴＡＢ４を基板６に物理的かつ電気
的に接触させた場合、はんだパッド８がＴＡＢ４の指状
リード７と整列するようにする必要がある。ＴＡＢ４を
ホルダ１０上に配置しかつ基板６を案内板３４内に配置
した後、指状リード７がはんだパッド８に整列状態で接
触するようにしてホルダ１０が案内板３４上に降下させ
られる。指状リード７がはんだパッド８に確実に接触す
るようにするためには、通常の顕微鏡検査装置を用いて
接触部を観察する必要があることを理解すべきである。
指状リード７がはんだパッド８に整列状態で接触したな
らば、通常の電気的導通検査が行われる。そのために
は、ブラケット２６の窓２１内に位置するＴＡＢ４上の
リード１９および基板６上に設けられた共通の電気結線
（図示せず）を通常の電圧計に接続することにより、指
状リード７とはんだパッド８との間に電気的接触が達成
されているかどうかが判定される。指状リード７とはん
だパッド８との間の導通状態が確認されたならば、ブラ
ケット２６の脚２３上にばねクリップ２８を配置するこ
とによってブラケット２６が所定の位置に固定される。
【００１６】ブラケット２６が所定の位置に固定された
後、作業員は指状リード７とはんだパッド８との間の接
触を再び観測し、それによってはんだパッド８上に押付
けられた指状リード７（図２）が十分な屈曲を示してい
るかどうかが判定される。かかる屈曲は、基板に対して
最小の力を加えながら後続のレーザ処理を行うことを可
能にすると同時に、指状リード７とはんだパッド８との
接触部にレーザビームを容易に到達させるために役立
つ。
【００１７】所望の屈曲および電気的接触が確認された
ならば、レーザ処理工程が開始される。好適なレーザビ
ームは、連続波式のＮd:ＹＡＧレーザと直径６００ミク
ロンの光ファイバとの組合せから得られる波長１．０６
ミクロンの光線である。光ファイバ３６からのレーザビ
ーム３８を少なくとも１〜３個の指状リード７に照射す
れば、はんだパッド８は融解して再流動する。その結
果、指状リード７は降下して金属パッド９に永久的に接
続される。ＴＡＢ４上の全ての指状リード７が処理され
るまでレーザビーム３８を移動させることにより、全て
の指状リード７と金属パッド９との間にはんだ継手４０
が形成される。その後、扉１２の掛け金を外しかつブラ
ケット２６からばねクリップ２８を取除けば、ホルダ１
０を台板３２から持上げることができる。なお、この時
点においてＴＡＢ４は基板６に接合されている。基板６
に既に接合されたＴＡＢ４の後方において基板６上に別
のＴＡＢを配置することが所望される場合には、上記の
手順を繰返す必要があることを理解すべきである。この
場合には、基板６に接合すべきＴＡＢ上の指状リードは
別のはんだパッド列に整列状態で接触するようにすれば
よい。このようにして、二次元配列の圧電センサを容易
に製造することができるのである。
【００１８】上記の説明に基づけば、それ以外にも数多
くの変更態様が可能であることが当業者にとって自明で
あろう。それ故、かかる変更態様も本発明の一部を成す
ものと考えられるのであって、本発明の範囲はもっぱら
前記特許請求の範囲によって規定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく局部はんだ付け装置の概略斜視
図である。
【図２】ＴＡＢと基板との間に形成されつつあるはんだ
継手の概略斜視図である。
【符号の説明】 ２ 保持装置 ４ 印刷回路板 ７ 指状リード ８ はんだパッド ９ 金属パッド １０ Ｕ形ホルダ １１ 脚 １２ 扉 １４ 保持板 １５ 丁番 １６ フィンガ １８ 止め具 ２０ ブレース ２２ クッション ２４ クッション ２６ ブラケット ２８ ばねクリップ ３０ 止め具 ３２ 台板 ３４ 案内板 ３５ 開口 ３６ 光ファイバ ３８ レーザビーム ４０ はんだ継手
フロントページの続き (72)発明者 ジョセフ・エドワード・ピール，ジュニア アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スコテ ィア、パーク・レイン、８番 (72)発明者 ロウエル・スコット・スミス アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケネ クタデイ、チェシャー・プレイス、24番

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金属パッドおよびはんだパッドを有する
    セラミック基板、指状リードを有する柔軟な印刷回路
    板、保持装置、並びにレーザビームを有するレーザ手段
    を使用しながら前記基板に対して前記回路板を局部的に
    はんだ付けするための方法において、(a) 前記回路板を
    処理することにより、前記指状リードが前記回路板の縁
    端から実質的に突出するようにして前記回路板上に前記
    指状リードを形成し、(b) 前記基板を金属材料で被覆す
    ることにより、実質的に前記基板上の所定の位置に配置
    されるように前記金属パッドを形成し、(c) 前記基板を
    はんだで被覆することにより、実質的に前記金属パッド
    上に配置されるように前記はんだパッドを形成し、(d)
    前記回路板を前記保持装置内に配置し、(e) 前記はんだ
    パッド上に前記指状リードを位置合わせすることによっ
    て予備接触部を形成し、次いで(f) 前記予備接触部の少
    なくとも１者に前記レーザビームを照射することによ
    り、前記はんだパッドを再流動させてはんだ継手を形成
    する諸工程を有することを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 前記回路板がテープ自動接合型の印刷回
    路板である請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記基板がチタン酸ジルコン酸鉛または
    アルミナセラミックである請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記回路板を処理する前記工程(a) が、
    前記回路板にエッチングを施すことから成る請求項１記
    載の方法。
  5. 【請求項５】 前記基板をはんだで被覆する前記工程
    (c) が、被覆済みの前記基板上に追加の金属材料を電気
    めっきすることによって前記はんだパッドを形成するこ
    とから成る請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記はんだパッド上に前記指状リードを
    位置合わせする前記工程(d) が、前記はんだパッド上に
    前記指状リードを配置し、前記指状リードを前記はんだ
    パッドと整列させ、次いで前記指状リードと前記はんだ
    パッドとの間の導通状態を検査することから成る請求項
    １記載の方法。
  7. 【請求項７】 複数の脚を有するＵ形ホルダ、前記Ｕ形
    ホルダに取付けられた扉、前記Ｕ形ホルダに固定された
    ブラケット、台板、前記台板に取付けられた案内板、お
    よび前記台板に回転可能に取付けられた第１の保持手段
    の諸要素を有することを特徴とする、基板に対して柔軟
    な印刷回路板を局部的にはんだ付けする際に前記回路板
    を保持するための保持装置。
  8. 【請求項８】 前記Ｕ形ホルダが、前記脚に沿って設け
    られた溝と、前記扉が前記Ｕ形ホルダ上において旋回し
    得るようにするため実質的に前記脚の間に配置された丁
    番とを有する請求項７記載の保持装置。
  9. 【請求項９】 前記ブラケットがＬ形支持体から成って
    いて、前記Ｌ形支持体の一方の脚が前記Ｕ形ホルダに固
    定されると共に、前記Ｌ形支持体の他方の脚を前記第１
    の保持手段と接触させることによって前記ブラケットが
    前記台板上に保持される請求項７記載の保持装置。
  10. 【請求項１０】 前記案内板が前記基板を保持するため
    の保持板から成る請求項７記載の保持装置。
  11. 【請求項１１】 前記第１の保持手段が、第１のばね
    と、前記台板に対して前記ばねを回転可能に結合して前
    記ブラケットを前記台板に固定するために役立つ第１の
    止め具とから成る請求項７記載の保持装置。
  12. 【請求項１２】 前記丁番に隣接して固定された第２の
    保持手段、前記第２の保持手段および前記回路板と滑動
    的に係合して前記Ｕ形ホルダに前記回路板を押付けるた
    めに役立つ第２のばね、並びに第２のばねを前記第２の
    保持手段に固定するために役立つ第２の止め具を更に含
    む請求項８記載の保持装置。
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