JPH0745646A - はんだ塗布装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 はんだ塗布量をリアルタイムで自動的に検出
できるはんだ塗布装置を提供する。 【構成】 はんだワイヤ２０が被塗布面２に接触されつ
つ溶融されてはんだ塗布層２０Ｂが形成されるはんだ塗
布装置１０において、ワイヤ２０と被塗布面２との間に
通電回路２１が接続され、通電回路２１にはワイヤと被
塗布面２とのオン・オフ時間を測定する測定器２２が介
設されている。 【効果】 はんだ塗布量は接触時間に依存するため、測
定器２２により、はんだ塗布量が測定される。ワーク相
互間において、ワイヤの接触時間を均一に制御してワー
ク相互間のはんだ塗布量を均一に調整できるため、ワー
クのはんだ付け状態を均一でき、製品の品質信頼性を向
上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、はんだ塗布技術、特
に、はんだ塗布量の制御技術に係り、例えば、レーザー
ダイオードの製造工程に利用して有効なものに関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザーダイオードの製造工程におい
て、レーザーダイオードの主要部品であるレーザーチッ
プをサブマウントに接着するに際して、サブマウントの
接着面に予備はんだ層が予め形成される場合がある。

【０００３】この予備はんだ層を形成する手段として、
次のようなはんだ塗布装置を使用することが、考えられ
る。

【０００４】すなわち、このはんだ塗布装置は、線状に
形成されたはんだ材料が被塗布面に接触されつつ溶融さ
れて、被塗布面に溶融したはんだ材料が塗布されるよう
に構成されている。

【０００５】なお、線状はんだによる予備はんだ技術を
述べてある例としては、株式会社工業調査会発行「電子
材料のはんだ付技術」１９８３年９月５日発行 Ｐ１１
９およびＰ１７４、がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ようなはんだ塗布装置においては、はんだ塗布時にはん
だ塗布量を検出することができないため、はんだ塗布作
業の後に、オフラインにてはんだ塗布量を画像認識装置
等を使用してはんだ塗布量を測定する必要があるという
問題点があることが、本発明者によって明らかにされ
た。

【０００７】本発明の第１の目的は、はんだ塗布量をリ
アルタイムで自動的に検出することができるはんだ塗布
装置を提供することにある。

【０００８】本発明の第２の目的は、検出したはんだ塗
布量を利用してはんだ塗布作業をフィードバック制御す
ることができるはんだ塗布装置を提供することにある。

【０００９】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、次の通り
である。

【００１１】すなわち、線状に形成されたはんだ材料が
被塗布面に接触されつつ溶融されて、被塗布面に溶融し
たはんだ材料が塗布されるように構成されているはんだ
塗布装置において、前記はんだ材料と溶融はんだとの接
触時間が測定されることにより、前記塗布面に塗布され
たはんだ塗布量が検出されることを特徴とする。

【００１２】

【作用】前記した手段によれば、はんだ塗布量がリアル
タイムで自動的に検出されるため、はんだ塗布量のばら
つきを抑制することができ、その結果、はんだ付けの精
度の向上に寄与することができる。

【００１３】すなわち、線状はんだが被塗布面に接触さ
れつつ溶融されて、塗布面にはんだ層が形成される場合
には、はんだ塗布量は線はんだと溶融はんだとの接触時
間に依存することが、本発明によって究明された。本発
明はこの究明に基づいて創意されたものであり、線はん
だと溶融はんだとの接触時間を測定することにより、そ
の時間に応じた塗布量が検出される。そして、接触時間
と塗布量との具体的数値は、線はんだの径や送り量、被
塗布面の材質や表面粗さ、加熱温度等の諸条件に応じ
て、実験やコンピュータによる模擬実験等の経験的手法
によって予め求めておくことが望ましい。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の一実施例であるはんだ塗布装
置を示す模式的な正面図である。図２（ａ）、（ｂ）は
その作用を説明するための各模式図である。図３は同じ
く各線図である。

【００１５】本実施例において、本発明に係るはんだ塗
布装置は、レーザーダイオードの製造工程において、レ
ーザーチップがはんだ付けされるサブマウントのはんだ
付け面に予備はんだ層を形成するものとして構成されて
いる。

【００１６】このはんだ塗布装置１０はフィーダ１１を
備えており、フィーダ１１はワークとしてのサブマウン
ト（以下、ワークという。）１をピッチ送りし得るよう
に構成されている。ワーク１は複数個が、長方形の板形
状に形成された治具に装着されており、この治具がフィ
ーダ１１により長さ方向に歩進送りされるようになって
いる。フィーダ１１にはヒートブロック１２が所定の位
置に配設されており、このヒートブロック１２はワーク
１を所定の温度に加熱するように構成されている。

【００１７】フィーダ１１の外部には昇降ヘッド１３が
ヒートブロック１２に対向するように配設されている。
このヘッド１３には塗布アーム１４が基端を回転自在に
軸支されて支持されており、このヘッド１３はアーム１
４の先端部に固定されたキャピラリー１５を上下動させ
るように、カム機構（図示せず）等によって構成されて
いる。塗布アーム１４の上側には一対のクランパアーム
１６、１７が電磁プランジャ機構等の手段（図示せず）
により開閉作動されるように設備されており、両アーム
１６、１７の各先端部はキャピラリー１５の真上位置に
配されてクランパ１８を構成している。

【００１８】一方、はんだ材料は線状に形成されてお
り、この線はんだ（以下、ワイヤという。）２０はリー
ル１９に巻装されている。リール１９はクランパ１８の
上方に配置されて回転自在に軸架されており、ワイヤ２
０はリール１９から繰り出されてクランパ１８を介して
キャピラリー１５に挿通され、その先端部がキャピラリ
ー１５から突き出されている。

【００１９】本実施例において、クランパ１８とヒート
ブロック１２との間には通電回路２１が接続されてお
り、この通電回路２１はワイヤ２０がワーク１に接触さ
れた状態において極微弱の電流が流れるようになってい
る。そして、通電回路２１にはこの通電によりオンオフ
する接触時間測定器２２が介設されており、この測定器
２２は比較器２３の一方の入力端子接続されている。比
較器２３の他方の入力端子にはタイマー等から構成され
ている設定器２４が接続されており、この設定器２４に
は図３（ｂ）、（ｃ）に示されているような時系列パタ
ーンが予め設定されている。

【００２０】さらに、本実施例においては、比較器２３
の出力端子は昇降ヘッド１３をシーケンス制御するコン
トローラ２５の入力端子に接続されている。コントロー
ラ２５は比較器２３の出力結果に基づいてヘッド１３に
よるキャピラリー１５の昇降時間を加減するように構成
されている。つまり、コントローラ２５は測定結果に基
づいてフィードバック制御されるようになっている。

【００２１】次に作用を説明する。ヒートブロック１２
にワーク１が供給されて所定の温度（はんだ材料の融点
以上）に加熱されると、クランパ１８が閉じられた状態
で、アーム１４全体が下降される。キャピラリー１５の
下端から突出されたワイヤ２０の先端は、この下降によ
ってワーク１の被塗布面２に接触される。

【００２２】ワーク１はヒートブロック１２によっては
んだ材料の融点以上に加熱されているため、ワーク１に
接触したワイヤ２０の先端部は溶融する。ワーク１の被
塗布面２には金めっき皮膜等が形成されることによっ
て、はんだ濡れ性が高められているため、溶融したはん
だ２０Ａは被塗布面２にきわめて効果的に塗布された状
態になる。この溶融はんだ２０Ａによって、はんだ塗布
層２０Ｂが形成されることになる。

【００２３】アーム１４全体が下降されて予め設定され
た時間が経過すると、コントローラ２５によってクラン
パ１８が開かれるとともに、アーム１４が所定の高さだ
け上昇される。この動作によってキャピラリー１５の下
端からワイヤ２０の先端部が所定の長さだけ、相対的に
突き出された状態になる。

【００２４】続いて、クランパ１８が閉じられてワイヤ
２０の中間部が挟持されるとともに、アーム１４が上昇
される。アーム１４が上昇されると、ワイヤ２０の先端
はワーク１に形成されたはんだ塗布層２０Ｂにおいて引
き千切られるとともに、そこから離れる。この一連の作
動によってキャピラリー１５の下端にはワイヤ２０の先
端部が所定の長さだけ突き出されることになる。所謂、
テール出し作動である。

【００２５】一方、ワイヤ２０がワーク１に接触される
と同時に、通電回路２１には電流が流れ始め、接触が解
除されると同時に通電は停止する。この通電のオンから
オフまでの時間が接触時間測定器２２によって測定さ
れ、比較器２３の一方の入力端子に入力される。

【００２６】以降、前記作動が繰り返されることによ
り、治具に装着されたワーク１について、はんだ塗布層
２０Ｂが順次形成されて行く。

【００２７】ところで、はんだ塗布層２０Ｂの質量、す
なわち、はんだ塗布量は、ワイヤ２０の先端と溶融はん
だ２０Ａとの接触時間に依存することが、本発明者によ
って究明された。

【００２８】すなわち、図２（ａ）に示されているよう
に、ワイヤ２０の先端と、溶融はんだ２０Ａとの接触が
短い時間Ｔａの場合には、ワイヤ２０の先端部から被塗
布面２に供給されるはんだの量が少ないため、その塗布
量は少なくなる。

【００２９】逆に、図２（ｂ）に示されているように、
ワイヤ２０の先端と溶融はんだ２０Ａとの接触が長い時
間Ｔｂの場合には、ワイヤ２０の先端部から被塗布面２
に供給されるはんだの量が多いため、その塗布量は多く
なる。

【００３０】そして、このように被塗布面２におけるは
んだ塗布量がばらつくと、サブマウント１にレーザーチ
ップ（図示せず）がはんだ付けされた際に、はんだ付け
状態にばらつきが発生するため、はんだ付け不良の原因
になる。したがって、被塗布面２におけるはんだ塗布量
のばらつきは可及的に抑制して、ワーク１、１間におい
て均一に保つことが望ましい。

【００３１】ここで、前記作動において、アーム１４の
昇降作動およびクランパ１８の開閉作動は一定にシーケ
ンス制御されている。しかし、ワイヤ２０のテール出し
量には、ワイヤ２０のキャピラリー１５内の摺動摩擦の
変動やリール１９の張力の変動等によってばらつきが発
生する。そして、ワイヤ２０のテール出し量が長くなる
と、ワイヤ２０の先端がワーク１に正規の長さの場合よ
りも早い時期に早く接触するため、ワイヤ２０と溶融は
んだ２０Ａとの接触時間は長期化する。逆に、ワイヤ２
０のテール出し量が短くなると、接触時期が遅くなるた
め、接触時間は短期化する。

【００３２】また、ヒートブロック１２の加熱温度は一
定になるように制御されているが、はんだ塗布装置１０
が設置されている環境自体の温度変化や気流の変化によ
って、加熱されるワーク１の実際の温度にはばらつきが
発生する。そして、ワーク１の加熱温度が高い方へばら
つくと、溶融はんだ２０Ａが表面張力でワイヤ２０の先
端に引き上げられてしまうため、接触時間が長期化す
る。逆に、ワーク１の加熱温度が低い方へばらつくと、
ワイヤ２０の先端が早く離れるため、接触時間は短期化
する。

【００３３】本実施例において、以上のようなテール出
し量のばらつきや、ワーク１の加熱温度のばらつきによ
るワイヤ２０と溶融はんだ２０Ａとの接触時間のばらつ
きは、通電回路２１に介設された接触時間測定器２２に
よって測定され、比較器２３に入力されることになる。

【００３４】すなわち、ワイヤ２０がワーク１に接触す
ると同時に、通電回路２１が通電して接触時間測定器２
２が測定を開始する。つまり、図３（ａ）に示されてい
るように、測定器２２がオンされ、比較器２３にそのオ
ン状態が送信される。

【００３５】ワイヤ２０がテール出しされた後に、ワイ
ヤ２０の先端が溶融はんだ２０Ａから離れると、通電回
路２１が開かれるため、接触時間測定器２２は測定を停
止する。つまり、図３（ａ）に示されているように、測
定器２２がオフされ、比較器２３にそのオフ状態が送信
される。

【００３６】図３（ｂ）および（ｃ）に示されているよ
うに、接触時間測定器２２がオンされると同時に、設定
器２４のタイマーがＯＮされ、そのＯＮ状態が比較器２
３の他方の入力端に送信される。

【００３７】まず、図３（ｂ）に示されている短か過ぎ
る接触時間を規制するための下限値信号（以下、下限値
信号という。）と、図３（ａ）に示されている実際の接
触時間信号（以下、実信号という。）とが比較器２３に
より比較される。すなわち、比較器２３は下限値信号が
オフになった時点で、実信号がオン状態であるかを比較
する。オンである場合には接触時間は短過ぎないと、判
定される。

【００３８】オフである場合には接触時間が短過ぎると
判定される。この場合には、比較器２３は実信号のオン
時間と下限値信号のオン時間との差を求め、その差値か
ら補正値を演算する。この補正値信号がヘッド１３のコ
ントローラ２５に送信され、コントローラ２５はアーム
１４の昇降作動シーケンスを適宜に修正する。

【００３９】次いで、図３（ｃ）に示されている長過ぎ
る時間を規制するための上限値信号（以下、上限値信号
という。）と、実信号とが比較器２３により比較され
る。すなわち、比較器２３は上限値信号がオフになった
時点で、実信号がオフ状態であるかを比較する。オフで
ある場合には接触時間は長過ぎないと、判定される。

【００４０】オンである場合には接触時間が長過ぎる
と、判定される。この場合には、比較２３は実信号のオ
ン時間と上限値信号のオン時間との差を求め、その差値
から補正値を演算する。この補正値信号がヘッド１３の
コントローラ２５に送信され、コントローラ２５はアー
ム１４の昇降作動シーケンスを適宜に修正する。

【００４１】以上のようにして、アーム１４の昇降作動
がワイヤ２０の溶融はんだ２０Ａとの接触時間のばらつ
きに対応して、適宜にフィードバック制御されることに
より、当該接触時間はワーク１、１間において均一に制
御される。そして、ワーク１の被塗布面２のはんだ塗布
量はその接触時間に依存するため、接触時間が均一に制
御されることにより、ワーク１、１間の被塗布面２のは
んだ塗布量は均一になる。その結果、ワーク１であるサ
ブマウントに対するレーザーチップのはんだ付け状態
が、製品相互間で均一になるため、製品の品質および信
頼性が向上することになる。

【００４２】以上説明した前記実施例によれば次の効果
が得られる。 （１） ワーク相互間において、ワイヤの接触時間を均
一に制御することにより、ワーク相互間のはんだ塗布量
を均一に調整することができるため、ワークのはんだ付
け作業間においてはんだ付け状態を均一にすることがで
き、製品の品質および信頼性を向上させることができ
る。

【００４３】（２） ワイヤとワークとの間に通電回路
を介設し、通電のオン・オフによってワイヤとワークと
の接触時間が測定されるように構成されているため、構
造簡単にして、ワイヤ先端と溶融はんだとの接触時間を
高精度に測定することができる。

【００４４】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。

【００４５】例えば、前記実施例においては、ワイヤ先
端と溶融はんだとの接触時間の測定に基づきワイヤのワ
ークに対する移動がフィードバック制御されるように構
成されている場合について説明したが、その接触時間の
測定結果によって、接触時間が短過ぎる状態になってい
る旨や、長過ぎる状態になっている旨が作業者に警報さ
れるように構成してもよい。

【００４６】また、ワイヤ先端と溶融はんだとの接触時
間の測定手段は、通電回路、オン・オフ時間測定器およ
び比較器等が使用された前記実施例による構成を用いる
に限らず、タッチセンサや、光ファイバセンサおよび圧
力センサ等が使用された構成を用いてもよい。

【００４７】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるレーザ
ーチップとサブマウントとのはんだ付け技術に適用した
場合について説明したが、それに限定されるものではな
く、他の半導体ペレットのリードフレームへのはんだ付
け技術等の被塗布面にワイヤによってはんだ塗布層を形
成するはんだ塗布技術全般に適用することができる。

【００４８】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次
の通りである。

【００４９】ワーク相互間において、ワイヤの接触時間
を均一に制御することにより、ワーク相互間のはんだ塗
布量を均一に調整することができるため、ワークのはん
だ付け作業間においてはんだ付け状態を均一にすること
ができ、製品の品質および信頼性を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるはんだ塗布装置を示す
模式的な正面図である。

【図２】（ａ）、（ｂ）はその作用を説明するための各
模式図である。

【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は同じく各線図であ
る。

【符合の説明】

１…サブマウント（ワーク）、２…被塗布面、１０…は
んだ塗布装置、１１…フィーダ、１２…ヒートシンク、
１３…昇降ヘッド、１４…塗布アーム、１５…キャピラ
リー、１６、１７…クランパアーム、１８…クランパ、
１９…リール、２０…線はんだ（ワイヤ）、２０Ａ…溶
融はんだ、２０Ｂ…はんだ塗布層、２１…通電回路、２
２…接触時間測定器、２３…比較器、２４…設定器、２
５…コントローラ。

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【手続補正書】

【提出日】平成６年１月１４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】 同じく線図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 線状に形成されたはんだ材料が被塗布面
   に接触されつつ溶融されて、被塗布面に溶融したはんだ
   材料が塗布されるように構成されているはんだ塗布装置
   において、 前記はんだ材料と溶融はんだとの接触時間が測定される
   ことにより、前記塗布面に塗布されたはんだ塗布量が検
   出されることを特徴とするはんだ塗布装置。
2. 【請求項２】 はんだ材料と被塗布面との接触時間の前
   記測定が、はんだ材料と被塗布面との間に通電回路が形
   成され、その通電回路の通電時間が計測されることによ
   り実行されるように構成されていることを特徴とする請
   求項１に記載のはんだ塗布装置。
3. 【請求項３】 測定された前記接触時間により、前記は
   んだ材料と被塗布面との接触時間がフィードバック制御
   され、前記はんだ塗布量が一定に制御されるように構成
   されていることを特徴とする請求項１に記載のはんだ塗
   布装置。