JPH0785515B2 - はんだ付装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、リード付面接合部品、特にフラットあるいは
クオドタイプと呼ばれる半導体やアレイ状電子部品を、
パッケージ本体を加熱することなくリード列のみを加熱
して良好なはんだ付を得るための、フレキシブル自動は
んだ付装置に関する。

〔発明の背景〕

従来の非接触式はんだ付装置は、特開昭47−12709号及
び同47−17645号に記載されるような赤外線方式、ある
いは特開昭50−5256号及び同50−81939号に記載のよう
なキセノン光線式等、ランプ光源を楕円反射鏡を用いて
点状に集光し、集光部の輝度を高めるもので、はんだ付
や溶接・切断と言った金属・プラスチック加工において
本質的に局部加熱の方法である。また特開昭55−153326
号に記載のようなレーザビーム加熱装置は近年はんだ付
装置に応用され、すでにはんだ付用点焦点加熱用に市販
されている。またレーザビームはんだ付装置については
「レーザはんだ付けロボット」が「電子材料」1983年６
月号pp96−101に報告されているが、これも高エネルギ
ー密度のレーザ光線をファイバで伝送するもので、本質
的には微焦点集光法である。したがって本発明が主対象
とするフラットパッケージの如く、微細かつ多数のリー
ドを加熱してはんだ付する場合、前記のいずれの方式も
微小部かつ遂次加熱を必要とし、そのための駆動ないし
運転方式の考案がなされている。特開昭49−47229号は
赤外線に関する典型例であり遂次加熱のための微動駆動
台を要し、露出したプラスチック等基板材料の加熱・損
傷を防ぐための機構、主として石英ガラスになる遮弊板
の使用等点状高エネルギービーム利用に伴なう照射制御
に難しさがあった。例えばランプ電流を照射開始の位置
で調整すると、終りの位置では過熱となり、その防止の
ために出力を低くすると逆に開始の位置で熱が不足する
などの、点焦点方式に付随した欠点の解決が困難であ
る。

さらに遂次加熱方式であるため、１リード毎のはんだ、
基板間接触状態の変化によって、実際に加熱される条件
のばらつきが問題になる。

また赤外線リフロ炉と称され、水平状に設置した赤外線
ランプを用い、回路基板全体を加熱する方式があるが、
この方式ではパッケージ本体を加熱するため部品毎に温
度が異なり、薄形のパッケージではその損傷による内部
素子破壊例がある。

近年の半導体パッケージはレジンモールド品の薄形のも
ので、ますます微細ピッチかつ多ピン化の傾向がある。
このようなパッケージに関して、前述の遂次加熱方式に
ついては制御性の困難化とともに、ピン数が変る毎に条
件と加熱時間の変動を生じ、自動化の障害となってい
る。また赤外線炉式は前述のパッケージ損傷の欠点のほ
か、他の各種の部品との一括はんだ付を前提とするもの
で例えばリード挿入部品をはんだ付した後でフラットパ
ッケージをはんだ付する場合には適合しない。

このように従来技術はフラットパッケージの形態，実装
傾向の変化に配慮が浅く、今後その適用範囲が限られて
くると考えられる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、遂次加熱やパッケージ本体加熱の従来
方式の欠点を失くし、パッケージの２ないし４辺のリー
ド列毎に矩形状の照射面を有するパッケージ毎の一括は
んだ付を可能とする自動はんだ付装置を提供することに
ある。

〔発明の概要〕

本発明は、上記目的を達成するために、ハロゲンランプ
より光を集光し、スリットを介し、フィールドレンズで
集光し、第１の反射鏡で反射させ、シリンドリカルレン
ズ系で矩形状とし、第２の反射鏡で反射させ、リード付
面接合部品のリード上に結像させる光学ユニットを２〜
４組設け、前記スリットの形状及び位置を可変し、矩形
状の照射面の長さ、幅を変化させて前記部品の２辺ない
し４辺のリード列寸法に対応させ、前記第１及び第２の
反射鏡を移動させて相対するリード列間距離の間隔に対
応させ、前記各光学ユニットのスリット及び反射鏡を独
立に可変できることを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下に本発明の１実施例を、４辺に面接合用リード列を
有する、フラットあるいはクオドタイブパッケージにつ
いて説明する。

第１図はフラットパッケージのはんだ付に関する諸元を
示すための上面図及び側面図である。また第２図はこれ
を基板にはんだ付した場合の、リード成形不ぞろいによ
る接合不良状態を示す。

本発明における第１の構成要件は、パッケージのリード
列に対応した矩形状照射面（以下ラインビームと称す）
を有することで、第１図のリード列において幅４あるい
は第２図の電極に関する長さ５と、第１図の１及び２の
なす矩形面積に相当した面積を、パッケージの多様な寸
法に照らして、任意に形成することにあるこの矩形面の
大きさの範囲は、パッケージ一般の状況から、１及び２
が最小14mm、最大30mmの範囲で可変となるように条件付
けられ、また４あるいは第２図の５の寸法は最大3mmと
条件付けられる。

本発明を構成する第２の、もっとも重要な構成要件は、
前記条件付けられたラインビーム内に導入され、はんだ
付に十分な熱量を有する光量の照射系を得ることであ
る。

第３図は、リード列の一辺に関してハロゲンランプを光
源とする上記光線の照射ユニットを示す実施例で、公知
の楕円反射鏡系２と、片口形でランプ軸に直交するフィ
ラメントを有するランプ１とで形成された、楕円状で、
長軸が30mm短軸が20mmの面状焦点を形成するように設計
されている。次いでこの短軸方向に前記ラインビームに
対応した制限をなすためのスリット機構３を設け、次で
その直下に集光用レンズ４と矩形に対応したシリンドリ
カルフィールドレンズ対６とを設けること、及びはんだ
付すべき基板に導くための平板ミラー5,7との組合せで
構成される。

この照射ユニットに導びかれた光線は、あらかじめはん
だ、例えばはんだペーストを介して基板の電極上に位置
合せされたフラットパッケージのリード肩部に接し、か
つ肩部を基板方向に押圧したリードクランプ上に導び
く。該リードクランプは第４図に示されるようにパッケ
ージ本体を光から遮弊するための中実体５から成り、そ
の周辺は１種類のパッケージに合わせた形状・寸法で、
その周辺はリード肩部を押圧する突起３、あるいは光照
射を実質的に制限するための矩形状抜き穴５を有するつ
ば状の部分４を有している。実施例の範囲のLSIについ
て第２図に示すようなリード接触不良は、リード浮き量
６が0.3mm以下の場合には全く生じなかった。このリー
ドクランプは、本発明の第３の構成要件であるが、容易
に実現可能なはんだペースト厚さが0.2mmの場合、リー
ド浮き量６が0.15mm以下であれば接触不良を生じないた
め、この様な保証のある場合には省略可能である。しか
しながら、その保証のためには前もってリード浮きの検
査あるいは修正を必要とするものであり、その様な時間
のかかる作業をなくしクランプを設ける方が得策であ
り、本質的に本発明の第３の構成要件を成すものであ
る。

以上に説明した光線の照射系は、第１図に示すパッケー
ジの場合、４ユニットで構成しなければならないが、リ
ード列が２列のパッケージについてはそのうちの２ユニ
ットのみの使用ですみ、最大４ユニットで構成しておけ
ば良いのである。

本発明の第４の構成要素は、前記照射ユニットを第１図
に示すパッケージのリード配線寸法5,6の多様性に対応
して、前記のラインビームがこの5,6の対応個所で、例
えば第２図の電極中央部に配置されるように位置合せ
し、かつ可変とすることである。その構成を以下で説明
する。

第５図は前記の各構成要素の組立図を示すもので、第３
図からなる照射ユニットを搭載し、それを移動させるた
めの移動ユニット６を４ユニット分と、クランプ支持台
２とを光学ベンチ１上に組立てたものである。該クラン
プ支持台はベンチに対して垂直に取付けられ、その支持
台には３種類のクランプの取付ヘッド４を可変するため
のモータ５と、クランプ全体を昇降させるためのモータ
３とから構成される。また照射ユニットは取付台７を介
して移割ユニット６に固定され、該移動ユニットはモー
タ８により前後に移動可能とする。また移動ユニットは
取付台の下に前記スリット機構を有し、その制限幅はモ
ータ９で変更可能である。更に照射ユニットとスリット
機構との間には、光線のシャッタ機構が設けられてお
り、その開閉は電磁ソレノイドで高速になされる。

本発明になるフラットパックLSIのはんだ付手順を以下
に説明する。

第５図において光学ベンチ１の中央部には第３図に示
す反射鏡７に相当し、互に直交配置した４対のミラー系
の間に窓３が設けられており、クランプ取付ヘッド５の
軸中心と、該窓３の中心ならびに４対の照射ユニットの
光路がこの中心を基準とする光学中心を調整する。は
んだ付すべきフラットパッケージとはんだペーストを予
め印刷で供給した基板とは、上記窓の下にＸ−Ｙテーブ
ルを介して光学中心と一致するように調整する。

次で上記パッケージ用のクランプ６をモータ７を回転
させて選定しついで、モータ４によりクランプを下降さ
せ、パッケージあるいはリードの肩部を押圧して固定す
る。

予めクランプの下降に障害にならない位置に開いてあ
る照射ユニットを搭載した移動ユニット８と、照射ユニ
ットの下部に設けてあるスリット機構９とをモータ10,1
1によりパッケージ寸法に合わせて移動・設定し、これ
により照射位置と照射面積とが定められる。

予め点灯されているランプから照射ユニットで導びか
れた光線をさえぎっていたシャッタ12を所定時間開き、
これによって前記クランプ上に光線を照射する。この場
合、４対の照射ユニットを同時に作動させるべく調整す
ることは述べるまでもない。

一般にプラスチック系材料から成るプリント板は積層
接着で製造され、その耐熱性は十分でないこと、及び本
発明による照射が局所なためプリント板内の熱伝導によ
る熱損失との両者を考慮し、一般の電子部品に許容され
る80℃以下の予熱を行うことが適切である。その方法は
赤外線ランプ，パネルヒータ他、特に限定されるもので
はない。

以上に説明した手順につき、フラットパックLSIのはん
だ付時間の実施例は第１表に示されるもので、この時間
は、一般に手はんだ付では熟練者でも15秒以上（並には
30〜45秒）であり、またレーザビーム遂次式が16秒程度
であることを勘案すれば、ほぼ同等以上である。

特に手はんだ付については作業者の熟練度の影響を失く
し、かつ同等の時間でこれを自動化可能とするものであ
る。

しかしながら上記手順にもとづく本発明の完壁さを期す
手段は、上述の手順のうち特に〜の手順を自動化す
ることにあり、本質的にコンピュータ制御の付与が、本
発明の第５の構成要件である。コンピュータ制御のシー
ケンスと実施タイムチャート例を第６図に示すが、この
ために装置に付与した実施例の機構は次のようなもので
ある。

第５図において、クランプ昇降用モータ４とクランプ
選定用モータ７のそれぞれの原点信号としてリードスイ
ッチの取付。

移動ユニット８とスリット機構９の開放原点のそれぞ
れの原点信号として発光ダイオード式透過型スイッチの
取付。

全駆動モータはパルスモータを用いた。

上記信号原点素子と駆動モータの種類は本発明の主張す
る所ではないが、第６図に示すタイムチャート例の実現
に十分であれば良い。特に重要なことは、４対の照射ユ
ニットを所定の位置に停止させるに際し、原点位置の変
動を考えれば各々のユニットの停止時間は相異なること
になり、そのために全ユニットの停止を確認した後にシ
ャッタを開放するプログラムの付与に上記実施例が簡便
である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、微細ピッチかつ多ピンのフラットパッ
ク形パッケージの半導体部品を、その本体を加熱するこ
となく、リード４辺を同時に一括はんだ付できるため、
半導体を損傷する恐れがなく、しかも高速で自動はんだ
付できる。しかも、すでに他の部品がはんだ付され、従
来手はんだ付にて後作業としてはんだ付する作業も自動
化容易であり、熟練を要する手はんだ付作業の有する品
質ばらつきを解消できる等の効果を有している。

また、レーザビーム等の集光遂次加熱式に比べて、パッ
ケージのリード数の変動があっても、加熱時間の変化が
少なく、第７図に例を示す如く多ピンのはんだ付になる
ほどはんだ付時間の短縮の効果を有し、ひとつの基板に
多種のパッケージが搭載される場合には、その効果は顕
著である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ），（ｂ）はフラットパック形半導体パッケ
ージの代表的な形状と寸法を示す正面図並びに側面図で
ある。第２図は、プリント板との接合不良を生じるリー
ド浮き状態を示す側面図。第３図は反射ミラー系になる
本発明の一実施例をなす照射ユニットの斜視図である。
第４図（ａ）はツバなしのリードクランプを示す斜視図
及び側面図、（ｂ）はツバありの場合の斜視図を示す。
第５図は、本発明になる４対の照射ユニットを有する組
立斜視図、第６図はその自動制御シーケンス例、第７図
ははんだ付方式の特徴比較図である。 第１図;11……パッケージ本体 ４……リードの接合部 12……リード肩部 第２図;1……リード、２……はんだ ３……電極、６……浮き状態 第３図;1……ランプ、２……集光用反射鏡 ３……スリット 4,7,8……フィールドレンズ 5,7……反射鏡、８……結像部 第４図（ａ）;3……ツバなしクランプ押圧部 （ｂ）;4……ツバありクランプ押圧部 第５図;1……光学ベンチ、２……反射ミラー ３……照射用窓 ４……クランプ昇降モータ ５……クランプ支台 ６……クランプ ７……クランプ支台モータ ８……移動ユニット、９……スリット機構 10……モータ、11……モータ 12……シャッタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石 一郎 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−92163（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハロゲンランプより光を集光し、スリット
   を介し、フィールドレンズで集光し、第１の反射鏡で反
   射させ、シリンドリカルレンズ系で矩形状とし、第２の
   反射鏡で反射させ、リード付面接合部品のリード上に結
   像させる光学ユニットを２〜４組設け、 前記スリットの形状及び位置を可変し、矩形状の照射面
   の長さ、幅を変化させ、前記部品の２辺ないし４辺のリ
   ード列寸法に対応させ、 前記第１及び第２の反射鏡を移動させ、相対するリード
   列間距離の間隔に対応させ、 前記各光学ユニットのスリット及び反射鏡を独立に可変
   できることを特徴とするはんだ付装置。