JPS6110750A - リフローはんだ付け方法および装置 - Google Patents

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】 ［技術分野］ 本発明は、例えば産業上又は科学的な過程において成る
物質又は材料が状態変化を受ける正確な時点を定める方
法に関する。さらに詳しくは本発明は、その融点まで加
熱される固体の正確な融解時点を検出することに特に向
けられ、本発明はその凝固点に向って冷却される液体の
凝固の検出にも適用される。

本発明は、特に電子製造工業に、とりわけ２つの導体間
に恒久的な機械的及び電気的な結合を形成するために電
気的接続部に溶融はんだを用いる印刷回路基板の製造に
適用される。単なる一例として印刷回路基板の製造との
関連において本発明を以下に説明するが、そのほかにも
本発明の用途が多く存在することは言うまでもない。

［従来技術］ 恒久的な機械的及び電気的結合を印刷回路基板上の２つ
の導体間に形成するためのはんだの適用工程はいろいろ
の形態で実施される。これらの形態は、はんだ応用技術
において従来から知られており、ここでは詳述しない。

小規模生産の場合、はんだ接続部（ｇｏｌｄｅｒ　ｊｏ
ｉｎｔ）は個別に手ではんだ一ブはんだ付け（ｗａｖｅ
−ｓｏ　１ｄｅｒ　ｉｎｇ）又はリフローはんだ付け（
ｒｅｆｌｏｗ　ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）によって１工程で
はんだ付けすることができる。前者の場合、いくつかの
準備工程の後に溶融はんだ浴の表面に回路基板を導き、
予定された接続部においてはんだを局部的に付着させる
。リフローはんだ付けの場合には、溶融はんだを用いて
所望の個所に個別のはんだパッドを形成し、この溶融は
んだを固化させる。次に所望の電気導体を適切なパッド
と機械的に接触させ、放射加熱又は他のいろいろの方法
によって、回路基板吟全体の温度を所望の温度まで上昇
させる。

本発明の好ましい実施態様は、リフローはんだ付け工程
に向けられている。この工程の特別の問題は、１つの回
路基板上の全はんだ接ｉ点が同一量のはんだ又ははんだ
と接触した同一量の隣接金属を必ずしも有しているとは
限らないことである。その結果として、いろいろのはん
だ接続部が一異なった熱入力を要求するので、標準的か
一放射又は対流熱入力法によると、大きな接続部の加熱
は充分でないにもかかわらず小さな接続部は過度に加熱
されることになるという傾向がある。この問題は、更に
別のリフローはんだ付け法、特に蒸気相はんだ付け法（
ｖａｐｏｒ　ｐｈａｓｅ　ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）によっ
て部分的には克服されるが、この方法は広く用いられて
いない上に、未解決の他の問題がなお存在している。

材料が熱処理されるリフローはんだ付けのような産業的
工程においては、成る固体が液に、又は成る液体が固体
にそれぞれ変化する正確な時点を認識することはたいせ
つである。更に、サンプルとの物理的接触なしに、また
表面の放射率を知ることなくこの時点を判定することが
特に望まれている。

［発明の目的１ 従って本発明の一目的は、金属の液化を無接触で検出す
る方法及び装置、特に、溶融中の固体はんだ接続部のは
んだのリフローを検出する方法及び装置を提供すること
にある。

本発明の別の目的は、リフローの始点及び終点を正確に
検出しうる方法及び装置を提供することにある。

［発明の構成〕 この発明は、はんだ付けしようとする第１要素と第２要
素とを、固相のはんだの成る量と接触するように配置し
、前記はんだをその融点よりも高い温度に加熱し、そし
てその後、前記はんだを冷却し固化させる各ステップか
ら成るリフローはんだ付け方法において、加熱過程の間
前記はんだを無接触モニタして、前記はんだが溶融した
時を判定するためのモニタ・ステップを設け、前記モニ
タ・ステップが、前記融点以上において変化する前記は
んだの温度以外の所定の特性を光学的に上２りするもの
であることを特徴とする。

また、この発明によるリフローはんだ付け装置は、第１
要素と第２要素とを成る量の固相のはんだと接触して配
置し、前記はんだをその融点を超過する温度まで加熱し
、その後冷却させることにより、リフローはんだ付けを
行なう装置であって、前記はんだに熱を加える加熱手段
、前記融点よりも高い温度で変化する前記はんだの温度
以外の特性を無接触でモニタするモニタ手段、および前
記融点を超過する所定の温度まで前記はんだが加熱され
た後に前記はんだへの熱の供給を中断する手段を備えて
いることを特徴とする。

本発明の好ましい実施態様によれば、融点まで加熱され
る物質又は材料の表面は、その出力信号が物質又は材料
の表面温度に関連した赤外線検出装置によってモニタさ
れる。信号処理装置は、固体が液化する詩に融解潜熱現
象によって昇温速度かわずかに減少することを認識する
。転移が生じた時点は処理装置によって正確に通報され
、物質又は材料の再固化は、融解熱効果と逆の効果を用
いることによって検知される０重ね接続部のリフローは
んだ付けに本発明を適用する特別の場合には、一体型自
己分離はんだプレフォームを使用することができる。プ
レフォームは、−列又は一群の導線とこれらに対応する
パッドとの間に配置された適切な形状のはんだ条片を含
み、リフローはんだ付けは、レーザ・ビーム放射によっ
てなされる。プレフォームは、溶融すると１表面張力と
基板面の反撥力との組合せによって、各々のはんだ接続
部について１つずつの個別のはんだの塊状物に分離する
。この特性は、はんだ付けしようとする領域にはんだフ
ラックスを選択的に付着させたり、はんだ接続部間の基
板領域にはんだ反撥物質を設けたりして、改善すること
ができる。

本発明の更に別の実施態様によれば、表面反射串 の特性のモニタによって、はんだのリフローを検出する
ことができる。

次に本発明を図面に示した実施例について一層詳細に説
明する。

［実施例の説明］ 本発明は、融点まで加熱されつつある固体に関連した周
知の物理的現象を利用する。加熱の間、固体の温度は溶
融が始まるまで上昇し続ける。この時点で更に熱を加え
ても、材料が完全に溶融するまでは温度はそれ以上に上
昇せず、材料が完全に溶融した後にその液体の温度が上
昇することが観察される。

本発明が十分に理解されるように、固／液の状態変化を
説明する物理的原理について最初に考察する。

「溶融」　（“腸ｅｌｔｉｎｇ”）又は「融解」（“ｆ
ｕｓｉｏｎ”）という用語は、物質又は材料が固相から
液相に変化する過程を記述するために使用される。多く
の物質又は材料、特に結晶性の物質又は材料、例えば氷
や多くの金属の場合には、この転移は成るはっきりと規
定された温度で突然に発生する。この温度は、圧力が変
化しない限り。

各々の物質又は材料について一定である。これとは対照
的に、多くのアモルファス物質又は材料、例えばガラス
、種々のワックス及び非晶質金属は、比較的広い温度範
囲に亘って緩徐な状態変化を受ける０本発明は、急激に
溶融する物質又は材料に主に向けられている。

普通に経験されるように、成る物質又は材料に熱を加え
ると、その物質又は材料の温度が上昇する。成る与えら
れた状態にある物質又は材料について、その物質又は材
料が固体、液体又は気体のどの状態になっているかとは
係りなく、温度上昇速度が熱入力速度にほぼ正確に比例
するという事実は、それほど認識されていない。

加熱された固体がその融点に到達すると、それ以上に与
えられた熱エネルギは、物質又は材料を硬く保っている
分子結合力に打勝つために用いられる。従って、熱は一
時的に物質又は材料中に消失したように見え、それ以上
の温度の上昇は起こらない。成る物質又は材料１ｇを溶
融させるには、成るはっきりと規定された量の熱エネル
ギが必要とされる。これは融解の「潜熱」と呼ばれ、物
質又は材料が液化する時に物質又は材料の分子エネルギ
に付加される。このエネルギは、逆の転移過程において
周囲雰囲気に返還される。

これと同様の現象は、液体又は固体が気体又は「蒸気」
に変わる時にも見られる。この場合にも、分子を分離さ
せるために熱エネルギが用いられるので、外部温度はこ
の気化の間上昇しない。

これは、「気化の潜熱」と呼ばれ、同一の物質又は材料
についての融解の潜熱とは必ずしも関連していない０例
えば純水の場合、融解の潜熱は１ｇカロリー（どちらも
大気圧下の測定値）である。

物質又は材料が−の相から別の相に完全に転移したのち
において、それ以上に加熱又は冷却すると期待された通
りの温度変化が生ずる。

第１図は、一定割合の加熱で融解した後、一定割合の冷
却で凝固される固体の理想化された表面温度の履歴を示
している。傾斜した直線は一定の表面温度の変化率を、
また平たんな直線は温度変化をもたらすことなく物質又
は材料に出入する熱を表わしている。上部の２つの傾斜
した直線は、液状の物質の加熱及び冷却を表わしている
。これらの傾斜した直線は、物質の比熱が転移の間に変
るかどうかによって、下部の２つの傾斜した直線と同一
の勾配をもつ場合もあるしそうでない場合もある。

第１図においては、経時的な熱変化が材料の全部分にお
いて瞬時的に起こること、即ち、熱勾配がなく、全ての
部分がどんな時にも同一の温度になっているという仮定
が前提となっている。即ち、融解と凝固はサンプル全体
に亘って一様に生起する。

実際には、融解されるべき物質又は材料は、不均等に、
通常は表面から加熱され、熱が全容積に浸透するにはあ
る程度の時間が必要である。熱勾配が存在し、物質又は
材料の各部分はどの時点においても異なった温度になっ
ている。熱源に最も近い部分は最初に融解する。融解し
た部分の下方には、液相と固相との間の「相界面」すな
わち転移境界があり、この転移境界は、熱が内部に浸透
するのに伴なって材料の内部に進む。第１図に示した温
度上昇速度の急激な不連続性は、物質又は材料のいろい
ろな部分において異なった時に状態の変化が起こること
によって緩和される。このような状態変化のばらつきは
表面でも起こりうるため、検出器は両相を同時に検知す
ることになる。

この結果が第２図に示されている。この線図は、固体材
料が一方の表面で加熱された後、正常に冷却され、その
間に観測された表面温度を示しており、典型的な実験室
の実験結果を表わしている。

本発明の第２の典型的な原理は、種々の物質又は材料に
対する表面温度の赤外線測定である。これは１世紀以上
の歴史をもった科学技術であり、多くの技術文献に記載
がある。ここでは、絶対温度０°以上の全ての表面がそ
の表面温度に応じて電磁波を放出するということのみを
簡単に述べるにとどめる。白熱温度よりも低い温度にあ
る表面については、放射線は主に赤外線であり、これは
既知の物理的法則に従って所定の波長帯に属している。

そのため、放出された放射線の量を測定し、それを表面
温度に関係付けることが可能になる。この基本的な方法
は白熱物体にも適用され、放出された放射線が赤外線の
ほかに可視光線も含９ということが相違している。この
温度測定法とその種々の形式は、放射線による温度測定
、光学的高温測定、赤外線による放射測定などの名称で
呼ばれている。この測定法は、無接触検知（適宜勾な距
離から測定できるということ）、高応答速度、並びに測
定過程及び測定温度の乱れが最小になることなどの利点
をもっている。

放射線による温度測定において、所定の一定温度の表面
であってもそのすべてが必ずしも同一強面、及び、凹面
又は扁平ではあっても粗い表面のような成る種の形状の
表面は、多くの淡色又は光輝性のある平坦面よりも良好
な放出体である。この性質は、Ｏから１まで（又は０％
から１００％まで）の尺度によって測定される「放射率
ｊと呼ばれる量として記述される。この放射率が低値の
ものは理想的な非放出体であり、高値のものは完全な放
出体であり、どちらも自然には存在しないが、高度に近
似させることはできる。

放射率は、測定された表面放射と実際の表面温度とを関
係付けようとする場合に考慮されなければならない重要
な因子である。ターゲツト面の放射率が知りえなかった
り、所望の精度までは知りえなかったりすることが多い
が、そのような場合には、その結果得られる温度値はい
ろいろの度合において不確実となる。この点が以下の議
論の前置きとなる。以下の議論においては、ターゲット
の放射率の知識を必要としないということが指摘され、
この点に本発明の利点がある。実際に、ターゲット物質
または材料の実際の融点が別の測定により既に知られて
いる場合には、放射率は本発明の方法により測定できる
。

本発明の方法の好ましい実施例において使用される別の
物理的原理は、赤外線放射の測定によって表面温度をモ
ニタすると共に、ターゲツト面を加熱するために放射エ
ネルギを使用することである。測定と加熱とを同時に行
なう（同時加熱／測定）工程には、予防処置を取らない
限り、熱源からの放射がターゲツト面によって放射検出
器に直接に反射され、この反射がターゲットからの熱放
射と混同されるために測定誤差を生ずるという問題があ
る。

一般的な場合として多くの研究者は、検出器が感知する
波長帯とは異なった波長帯に加熱放射が含まれるように
することによってこの問題を解決している。これは、物
理学者その他にはよく知られた技術である光学的フィル
タリングによって行なわれる。この方法は、単一波長帯
のレーザが熱源として使用される場合には特に簡略化さ
れる。

というのは、比較的簡単なフィルタによってその波長帯
を検出器のスペク／トラムから除去しうるからである。

同時加熱／測定に対する別の解決法には、検出器の検出
経路への熱源の放射を遮断するか、又は、ターゲットの
成る部分・を加熱する間に別の部分を観察するために、
シールド又はバッフルを使用することが含まれる。別の
可能な方法は、温度を測定する間、熱源を一時的に遮蔽
することによって、工程を時分割する方法である。これ
を迅速かつ反復的に行なおうとすれば、光学技術におい
て周知の種々の又は回転チョッパを用いて行なうことが
できる。

本発明の好ましい実施例は、少くとも次の要素を備えて
いる。

１）光学系の光軸上にリフローはんだ付けしようとする
接続部分を配置するための機械的位置決め手段。これは
、手動制御される位置決め具であっても、与えられた回
路基板上の多数の接続部分を迅速に順次はんだ付けする
ためのコンピュータ制御自動位置決めテーブルでもよい
。どの場合にも、ステップへ解像力及び位置決め精度は
、はんだ付けしようとする部分の物理的寸法に適合させ
る。典型的には、これらの値は、接続部分の物理的寸法
の分数値とする。

２）はんだ付けしようとする接続部分の表面に、典型的
には集光されたレーザ・ビームにより放射パワーを当て
る手段であって、制御された露光時間の間、又はこれに
代えて、等しいかもしくは可変のパルス持続時間及びパ
ルス間隔をもつプログラムされた一連のパルスの間、上
記放射パワーを上記接続部分の表面に当てる手段。単一
の露光を行なう場合には、露出を通じて放射パワーの強
さ自体が自動的に変化する可能性を考慮する。

３）典型的には赤外線放射を感知する光学検出装置、こ
の装置は、加熱されたターゲットによって放射された熱
エネルギの一部分を受けるように構成され、ターゲット
から放射された放射量に既知のやり方で関係付けられた
電気信号を出力する。

光学系に対する要求は、レーザ又はその他の放射パワー
源からの熱放射に対して何らかのやり方で不感性にしな
ければならないことである。これは光学的フィルタリン
グによって行なうことが望ましいが、チョッパその他の
既知の手段を用いてもよい。

４）融解又は凝固に関連し、た温度−Ｆ昇又は下降速度
の不連続性をアナログ手段又はディジタル手段によって
認識しうる信号処理装置。

と これらの要素縁、本発明の好ましい実施例に関知技術に
属し、それぞれの分野の当業者にとっては公知になって
いる。′ 前述した本発明の第１要素即ち機械的位置決め手段は、
自動ＸＹ位置決めテーブルから構成することができる。

コンピュータ制御装置を含むこれらのテーブルは、その
広い応用範囲をもって産業界において広く用いられてい
る。これらのテーブルの機能は、何らかの仕方で処理さ
れている物品に予定された運動を与えることにある。そ
の−例は機械的な操作であり、ここでは金属ブロックが
１またはいくつかの切削工具の下方のいろいろの位置に
次々に移されてゆき、そこでフライス削す、孔あけ、ね
じ立てなどの切削が行なわれ、自動車のエンジン・ブロ
ックのような複雑な形状、が形成される０位置決めテー
ブルは、顕微鏡の電子部品の自動組立てに使用するため
の数平方インチのものから、裁断積層布を複雑な形状に
切断して衣料品とするために衣料品工業において使用さ
れる数平方フィートのものまである。精密部品の用途に
は、０．０２５ｍｍ（０，００１インチ）又はそれ以下
のステップで移動し、その量のｌ／ｌＯの位置決め再現
性を有するテーブルを製造することができる。

本発明に使用するためのテーブルの典型的なパラメータ
は次の通りである。

テーブル行程。小さな回路基板用のｘ、Ｙ方向に数イン
チから、大形の回路基板用の各方向に数フィートまであ
る。

ステップ解像度及び再現性、多くの用途において、０．
０２５ｍｍ〜０．１３ｍｍ（０，００１〜０．００５イ
ンチ）のステップ解像度、ステップ解像度のｌ／１０か
ら１／２の再現性。

テーブル速度。ターゲット処理に時間を取らないものと
想定して、典型的には、１．３〜２．５ｍｍ（０，０５
０〜０．１．００インチ）の間隔の隣接ターゲットにつ
いて、テーブルの加速度、速度及び減速度は、１秒間に
５個から１０個までのターゲットを指定された光軸の下
方に休止位置において一時的に位置決めするに足る値と
する。実際のリフローはんだ付けにおいては、テーブル
を加熱ステップの間の有限の時間停止させる。

本発明の前述した第２の要素即ち放射パワーについては
、最近の１０年間に高度に発達した別の技法によって、
いろいろのターゲットの強い局所的な加熱を得るために
、集光されたレーザ・ビームを用いることができる。こ
れらのビームは、せん孔、け書き、切断などを行なおう
とする部分から金属もしくはセラミックを取除くために
、又は、融解、熱処理、溶接その他のために単に温度を
上昇させるために用いることができる。この用途のため
に多くのレーザが商業的に入手可能になっている。これ
らのレーザは、ビーム出力レベル（数ワットから数１０
００ワツトまで）、波長帯（単波長又は紫外線から赤外
線までを網羅す多条波長）及び連続ビーム（ＣＷ）がも
しくはパルスビームかにおいて異なっている。レーザ技
術者にとって有用なその他のパラメータは、空間モード
構造（単一、多重）、ビームの広がり、出力安定性、ビ
ーム直径、縦モード間隔、振幅ノイズ及びリップル、レ
ーザ・チューブの寿命、その他である。

熱処理に広く用いられているレーザの例は、Ｎｄ　：　
ＹＡＧレーザ（ネオジミウムがドープされたイツトリウ
ム−アルミニウムーガーネット、１．０６ｇｍの近赤外
域で動作する）と、二酸化炭素（ＣＯ２）レーザ（比較
的遠い赤外域の１０．６μｍで動作する）である、ユー
ザは、これらのレーザの中から、コスト、寿命、所要電
力その他によって選択する。多くの金属は長波長帯より
も短波長帯におい゛て光吸収性が少し高いので、金属加
工において、ＹＡＧレーザは熱源として他のレーザより
も多少効率的である。

本発明によれば、典型的なはんだ接続部分の位置に１〜
１０ワツトのビーム出力を供給しうる光学系を使用して
、ＣＷ（連続波）で動作し多重モード空間構造でかつ、
３０〜５０ワツトの範囲のビーム出力を供給するＮｄ：
ＹＡＧレーザが使用される。

本発明の他の特徴に従って、本発明者らは、レーザ・ビ
ームの断面に亘って強度を均一化することにより、多く
のレーザ拳ビームに内在する不均一なパワー密度分布を
除くために、レーザと集光光学系との間の光路に、成る
長さの光ファイバを配置する。光ファイバを湾曲させ、
累積曲りを９０″以上とすることが好ましく、このこと
により、多重内部反射によってその長さに沿って進む間
にレーザービーム光の充分なスクランブルが得られる。

光ファイバは、典型的には、レーザ波長において高透明
度のガラス又は同種の材料からできている。光ファイバ
の妥当な直径は約０．６３５膳罵（０，０２５インチ）
である。これは、レーザから飲用されるビームが既知の
光学的方法によって光ファイバの一方の端面に適切に集
光されると共に、機械的な可撓性が得られるために、十
分に小さい値である。これにより、邪魔にならない場所
にレーザを位置させることができると共に、その始動−
停止動作が振動源となりうるＸＹテーブルとレーザとの
間の振動伝達で絶縁することができる。

光ファイバの出力端は、加熱すべきターゲット上に既存
の光学系により結像される２次光源として用いられる。

この２次光源からのビームは、周知の光学手段によって
、フラット・パック（ｆｌａｔ−ｐａｃｋ）集積回路に
おいて使用される細長い重ね接続部（］ａＰ　ｊｏｉｎ
ｔ）のような非ディスク状のターゲットの形状に最も適
した正方形、矩形又はその他の形状の開口をもたせるよ
うにすることができる。別の方法として、集光レンズと
組合せてシリンドリカル・レンズ要素を付加することに
よって、ターゲツト面上のビーム−スポットを細長くす
ることができる。このような方法は、レンズ系の設計者
にとっては周知のことである。ランダムに配向された重
ね接続部に適合させるために、シリンドリカル・レンズ
を９−０°又は他の角度回動させるための電気機械的手
段は、機械設計者にとっては周知のことである。

本発明による前述した第３の要素である光学放射検出装
置の選択においては、温度範囲、温度解像度、応答速度
、コスト、その他に応じて種々の方法が当該技術におい
て利用されうる。・好ましい一形式では、普通のガラス
光学系を゛含む硫化鉛検出器、放射線チョッパ及び適切
な電子回路が周知のように使用される。コストは高くな
るが、温度解像度が高く、低温のターゲットに対して有
用な別の好ましい形式では、低温技術によって冷却され
たアンチモン化インジウム検出器を含む、赤外線光学系
が使用される。これは、チョッパなしで使用でき、赤外
線光学系は、サファイア、三硫化砒素、セレン化亜鉛そ
の他多くの既知の赤外線透過性材料からなる１またはそ
れ以上のレンズから構成されている。これに代わるもの
として、このような場合に慣用されるように、反射光学
系を用いても・よい。チョッパを使用しない場合には、
基準温度を与えるものとして黒体放射源を使用すること
ができる。

硫化鉛及びアンチモン化インジウム検出器の場合、適当
な回路設計によって数用秒から数ｍ秒の範囲の応答速度
を、容易に実現することができる。これは、数ｍ秒を要
する工程であるリフローにおいて典型的なはんだ接続部
のウオームアツプに追従するために適切以上である。こ
の程度の応答速度は、他の検出器によっても同様に達成
される。

本発明の第４の要素に関して、信号処理装置は、アナロ
グ型でも、ディジタル型でもよい、どちらの場合にも、
信号処理装置の機能は、固／液転移に付随するはんだ接
続部の温度曲線の不整部分を識別することにある。信号
処理装置の作用は、本発明の好ましい実施例を図面を用
いて説明する際にさらに詳しく説明する。ここでは、赤
外信号を処理するためのここで推奨されるアナログ的方
法において、熱信号の２次時間微分が利用され、この２
次微分が零でなければそれは一定の昇温速度から逸脱し
ているということを意味していることを指摘しておく。

ディジタル信号処理の場合には、昇温曲線の１次微分即
ち勾配の時々刻々のコンピュータ評価が行なわれる。各
々の新しい値は先行する値と比較され、この差が所定の
閾値を超えているときには、それは昇温曲線中の不整を
示すものと解釈される。

第３図は、本発明のディジタル形式の一態様を示すブロ
ック線図である。第３図において、加熱源はＮｄ：ＹＡ
Ｇレーザ１０であり、レーザ出力ビームは、ガラス・レ
ンズ１によって光ファイバ２に入るように集光され、光
ファイバ２の他端から所定の広がり角で放射される。レ
ーザ出力ビームは次にガラス・レンズ３に入射し、そこ
でほぼ平行ビームになり、グイクロイックφミラー（ビ
ーム・スプリッター）４に入り、このグイクロイック・
ミラー４によって、赤外線透過レンズ５に向って下向き
に反射される。レンズ５の機能は、ＸＹテーブル１０１
上に取付けられたターゲット１０２上にレーザ・ビーム
を集光させると共に、ターゲット１０２が温められたと
きに放射される熱放射の一部を集めかつ上方に指向させ
ることにある。この放射は、ＹＡＧ放射よりも長波長側
にあり、典型的には約２〜５ＩＬｍの範囲にある。グイ
クロイック・ミラー４は長波長帯に対し高い透過性をも
つように特別に設計されているため１、大部分の熱放射
はこのミラーを透過し、赤外線透過レンズ６に入り、そ
こで赤外線検出器上１０３に集光される。

を業とする多く光学干渉フィルタのメーカから入手する
ことができる。

ＹＡＧレーザ・ビームは目に見えないので、ヘリウム・
ネオン（Ｈｅ−Ｎｅ）レーザ１２からの赤色光ビームを
付加して、集光されたスポットを目に見えるようにする
。これは、種々のはんだ接続部の位置をコンピュータに
入力する手動プログラミング操作に際して有用である。

各々のはんだ接続部が光軸上に位置するように、テーブ
ル操作キーを用いて、テーブルを移動させ、操作者が別
のキーを押すことによってこの位置がフンレユータに自
動的に入力される。

赤外線検出器１０３の信号は、前置増幅器１０４によっ
て増幅され、次にＡ／Ｄコンバータ１４によってディジ
タル化され、コンピュータエ６に入力される。

コン上０ユータは、いくつかの制御機能及びデータ処理
機能を担当する。

１）　ターゲット位置をＸＹテーブルのＸＹ座標位置と
して記憶し、準備状態となった時に、ＸＹテーブルを各
々の位置に順次駆動する。

２）　コンピュータは、各々の新しいターゲット位置に
おいて、成る特定の露光時間の間ＹＡＧレーザ・シャッ
タ１８を動作させ、次にＸＹテーブルに指令し、このＸ
Ｙテーブルを次の位置に移動させる。

３）検出器信号をモニタし、次の各々の必要な処理を実
行する。

ａ）　はんだ面がリフローし始めた時点及びり・フロー
を終了した時点を判定すること。

ｂ）溶接したはんだがリフロー中レベルよりも高い成る
所定の値の温度レベルに到達した時点を判定すること。

Ｃ）　レーザ・ビームによる損傷事故の発生を判定する
こと。この事故は、プログラム・エラーもしくは装置の
誤動作によりはんだ接続部以外の何ものかにレーザ・ビ
ームが当ることによって、又はレーザ・ビームがはんだ
の光沢のある表面によってキラッと基板上に反射するこ
とによって発生する。この事故はまた、断片もしくは他
の容易に燃焼する物質がはんだの上もしくはその近傍に
存在している時に発生する。このような場合には、検出
器信号が極めて高くなるので事故の結果生じた異常な高
温がコンピュータに認識される。コンピュータは、シャ
ッタ１８を早い時期に閉じ、操作員に通報する。

コンピュータ１６は、キーボード１ｏ５、ビディオ・デ
ィスプレイ１ｏ６、プリンタ１０？及び適切ならば他の
コンピュータを経て一外界とコミュニケートする。

コンピュータ１６が上記ａ）、　ｂ）において述べた時
点を定める仕方については、リフロー現象をアナログ的
に確定することについて説明した後に説明する。

第４．５図には、説明上の目的から、レーザ・ビームに
よってリフローされうる２つのタイプのはんだ接続（ｓ
ｏｌｄｅｒ　ｊｏｉｎｔ）が示されている０重ね接続（
ｌａｐ　ｊｏｉｎｔ）　（リフローの前後の状態をそれ
ぞれ第４Ａ、４Ｂ図に示す）と無導線チップ・キャリヤ
（１ｅａｄｌｅｓｓ　ｃｈｉｐ　ｃａｒｒｉｅｒ、　Ｌ
　ＣＣ）接続（リフローの前後の状態をそれぞれ第５Ａ
、５Ｂ図に示す）である、第４Ａ、４Ｂ図において、最
初に集積回路（ＩＣ）１１２が、屡々そのケースの下方
の接着剤を用いて、基板１１１に固定され、その電気導
線１１３の接触面がそれぞれに対応する硬いはんだパッ
ド１１４上に載置される。ＩＣ！１２は、その電気導線
１１３がわずかにパッド１１４を押圧するように、基板
１１１に対してしっかりと保持される。第４Ｂ図に示す
ように、リフローの間に、電気導線１１３の接触部分は
ばんだ１１４＾中に沈下していって部分的にか又は完全
に浸漬され、抑圧応力が和らいでぃ＜、ＩＣ１１２は、
この結果形成されたはんだ接続部１１４Ａが冷却した時
には固定されている。

第５Ａ、５Ｂ図の無導線チップ接続（ＬＣＣ）の場合に
も同様に、Ｌ　ＣＣ１１５はリフロー前にはんだパッド
１１４に押付けられる。リフローの間に、溶融はんだは
金属化部分１１Ｂを湿らせ、そのうちのいくらかは表面
張力によって上方に上昇し、垂直面上にすみ肉１１４Ｂ
を形成する。

第６図は、リフロー検出能力を備えた放射温度計の好ま
しい実施例を示すものであり、これは第３図のディジタ
ル形式と異なってアナログ形式を使用している。検出器
２０は硫化鉛製であり、４００Ｈｚでチゴップされる０
発生したＡＣ信号は増幅され、アンブリファイア−コン
バータ・ボード（ＡＣＢ）２２によってＤＣ信号に変換
された後、直線化回路２４において、検出器の出力値で
はなく温度値に対応するように直線化処理された後、増
幅器２６において増幅され、リフロー検出回路２８に供
給される。

ＡＢＣ２２の放射率制御回路３０は、はんだの放射率を
勘案するために用いられる増幅利得の調節回路である。

リフロー検出回路２８の詳細な回路は第７図に示されて
いる。この図【８−レ？て、Ｚ７．Ｚ８によって表わさ
れる左上の２つの電気回路は、直列に接続された１対の
電子的微分回路を構成している。これらは、端子３６の
入力信号の１次及び２次の時間微分を端子３２．３４に
与える。第７図の左中央には、成る特定の入力波形に対
応するそれぞれの微分波形が示されている。検出回路２
８の残りの部分の機能は、電気技術者には容易に理解で
きよう、これらの各部には、装置の通常の使用に関係し
たタイミング、スレシホールディング、ラッチングその
他の機能のために用いる比較器、フリップフロップその
他が含まれる。第７図の回路の作用について以下に簡単
に説明する。。

はんだに熱を与えると、微分増巾器Ｚ７への入力信号は
、第７図の最上部の波形によって示されるように上昇す
る。はんだの融点付近のレベルまで温度が上昇すると、
増幅器Ｚ７は低レベル出力を発生し、この出力は、増幅
器Ｚ８の反転入力及び増幅器Ｚ１の非反転入力に供給さ
れる。増幅器Ｚ８へのこの低レベル入力によって、増幅
器Ｚ８の出力に正のスパイクが発生し、増幅器Ｚ２はこ
のスパイクに応答して、フリップフロップＺ６Ａのクロ
ック端子に、クロック信号を供給する。フリップフロッ
プＺ６ＡのＱ出力は、フリップフロップＺ８ＡのＤ入力
端子に低レベル信号が存在するため、低レベルに保持さ
れる。

はんだが融点に到達すると、温度の上昇は一時的に中断
され、はんだは固相から液相への相転移を受ける。増＠
＠Ｚ７はこの時に高レベル出力を発生し、これにより同
様の高レベル出力が増幅器Ｚ１から出される。増幅器Ｚ
ｌの高レベル信号は、−Ｎ　Ａ　Ｎ　ＤゲートＺ３Ａに
より反転され、第２の低レベル信号がＮＡＮＤゲー）２
４Ｂに供給される。ＮＡＮＤゲートＺ４．Ｂは、回路ｚ
５Ａのリセット端子を不能化するための高レベル信号を
送出する。回路Ｚ５Ａは、増幅器Ｚ１の高レベル出力に
応答して、５秒間のパルスをそのＱ出力端子から送出し
、このパルスはトランジスタＱｌを導通させ、はんだ融
解Ｌ　Ｅ　Ｄ　１２１（緑）を駆動する。

この・５秒間のパルスは、フリップフロップＺ６Ａにも
Ｄ入力として供給される。

はんだの融解が終了すると、温度は上昇し始め、端子３
６の入力信号は、第７図の上の波形図に示すように、そ
れに対応して上昇する。この時に、増幅器Ｚ７の出力は
再び低レベルに降下し、増幅器Ｚ１の出力を低レベルと
し、ＮＡＮＤゲー）Ｚ３Ａの出力を高レベルとする。増
幅器Ｚ７の出力が下向きに下っていくことによって、増
幅器Ｚ８の出力に正のスパイクを生ずるため、増幅器Ｚ
２によってフリップフロップＺ６Ａのクロック端子に別
のクロックφパルスが送られる０回路Ｚ５Ａからの５秒
間のパルス期間内に、即ち融解の開始から５秒以内に、
融解が終了したとすると、フリップフロップＺ６ＡのＤ
入力はなおも高レベルになっているので、このクロック
信号によって高レベルのＱ出力が発生する。ＮＡＮＤゲ
ー）Ｚ４Ｂは、その両方の入力が高レベルになるため、
低レベル出力を発生し、それによりダイオードＣＲ２を
逆方向にバイアスする。そのため回路Ｚ５Ａは、遅延回
路Ｒ１３、Ｃ１３によって定まるタイミングにおいて、
低レベルのリセット信号によってリセットされる。

ＮＡＮＤゲー）２４Ｂの低レベル出力によって、ゲー）
２４Ｃからフリップフロップ２６Ｂのセット端子に高レ
ベル出力を生じる。そのため、トランジスタＱ４が導通
し、はんだ液体ＬＥＤ１２２（赤）が駆動され、関係し
たリレー１２３が閉成される。

スタート争ボタン１２４を押すと、フリップフロップＺ
６Ａ、２８Ｂは共にリセットされ、全部の装置は１次の
動作に備えた状態になる。

第８図には、第７図左側の波形がそのまま示されている
が、波形は多少変更されている。第８図の曲線（ａ）の
各部分には、理解を助けるための説明が付されている０
曲線（ａ）はこの場合理想化され、直線と尖鋭な結合点
とから成っている。

第８図の曲線（ｂ）は、第７図の曲線と逆の正極性の１
次微分を表わしている。更に、第８図の曲線（Ｃ）の２
次微分のスパイクは理想化されて示され、第７図の場合
よりもはっきりしている。

ここで、曲線（Ｃ）の最初の正方向スパイクはリフロー
に関して重要ではないことを認識する必要がある。この
スパイクは単に加温開始を示している。このスパイクは
第７図の電子回路では無視されている。

次に、はんだ接続の典型的なリフロー曲線の近似である
第９図を参照して説明すると、このリフロー曲線は増幅
されかつフィルタリングされた検出器信号を表わしてお
り、本発明の好ましい実施例に従って、この信号はサン
プリングされ、Ａ／Ｄコンバータによりディジタル化さ
れ、コンピュータにより検査される。この曲線の前半部
分の上側には、そうしたサンプリングから得られるであ
ろう一連の仮説的な信号値が示され、またこの曲線の下
側には、信号値の増加分が示されている。

コンピュータがリフローの開始時点及び終了時点を特定
化するやり方は、一連の増加分を検査する差分方式であ
る。曲線が上昇し始める時は、増加分値の数列は順次増
大していく、コンピュータはこの数列において各々の増
加分値を次の増加分値から引算し、差分が正値になるこ
とを認識する。リフローが開始され、曲線の勾配が減少
し始めると、次の増加分との間の差分が負債となるよう
な増加分値の烈が見出される。これが最初に発生した時
点で、コンピュータはリフロー開始を通報する。コンピ
ュータは、リフローが終了して曲線が再び上昇し始める
まで、負の差分値を認識し続ける。差分値が最初に正に
移行したことを認識した時に、コンピュータはリフロー
終了を通報する。

この差分法は、前述したように、微分を取るアナログ形
式の近似的なシミュレーションである。

近似の度合は、選定されるサンプリング時間によって決
定される。サンプリング間隔を短くするほどシミュレー
ションはより正確になる。

アナログ形式の場合と同様に、レーザ・シャッタが開放
されて正常な加温が開始された後の曲線の最初の上向き
部分を無視するよう、コンピュータは指示されている。

さもないと、これは、リフローの終了と誤認されるであ
ろう。

本発明によるリフローはんだ付け方法の重要な特徴は、
リフローを１回完遂した後においては、はんだの放射率
の値をコンピュータに入力することなく、リフロ一温度
に安全値を加えた成る正確な温度まで融解はんだの加熱
を続けられることである。これとは逆に、はんだの組成
従ってその正確な融点がわかっている場合には、リフロ
ーが−１・旦終了すると、コンピュータははんだの放射
率の値を導出することができる。コンピュータは、リフ
ローが完了した時点で放射測定信号値を記録する。次に
コンピュータは、梗準的な黒体放射源が正確なはんだ融
点において示すべき放射測定値を、アルゴリズムによっ
て計算するか、又はテーブルから検索する。コンピュー
タは、測定値を黒体値で割算することによって、放射率
の値に到達する。コンピュータはその後、溶融はんだの
温度が上昇し続ける間に、放射測定値を実際の温度値に
変換し、融点よりも高い成る所定の温度値に到達した時
にレーザ・シャッタを閉じることができる。

別の方法として、ユーザは、リフローが完了した後、放
射測定値が融点値よりも高い成る所定の百分率の値とな
るまで加熱を適用することを単に指示してもよい。

次のターゲット位置に向ってＸＹテーブルを加速するこ
とによって溶融はんだを乱さないことが望まれる場合に
は、リフロー検出と逆の過程を用いて、固化が生じた時
点をコンピュータに認識させることができる。

本発明の好ましい実施例について以上に説明゛したが、
この実施例は、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々変
更することができる。例えば第３図の固定された光学系
及び可動テーブルの代りに、固定されたテーブル及び可
動の光学系を使用してもよい。赤外線検出器とレンズ／
ダイクロイック・ミラー系との間に可撓性の赤外線透過
光学ファイバを配設し、レンズ／ダイクロイック・ミラ
ー系を可動とし、他の光学系部分を固定するようにする
ことができる。また垂直下方以外の任意の方向からサン
プルを試験することが望ましい場合には、その光軸が上
方に、又は他の任意の方向に向くように、光学系を逆向
きに配置してもよい。更に、加熱のための光軸と赤外線
検出のための光軸とを合致させることに代えて、相互に
向い合せるように、装置の配置、形状を定めてもよく、
このやり方によると、サンプルの一方の表面を加熱し、
他の表面の昇温速度をモニタすることができる。この構
想を拡張させ、前記２つの軸を互に任意の角度傾斜させ
、熱放射と赤外線検出とを任意の方向から行なうように
してもよい。

次に１本発明の範囲に含まれる第２のリフロー検出手段
について説明する。この検出手段は反射率法を利用する
もので、これによって同−液転移時におけるはんだ面の
物理的性質の変化が検出される。この可視変化は、レー
ザ・ビームはんだリフロー技術においてはよく知られて
いることである。この変化の形態は、多くの場合、少し
ざらざらとした固体表面から光沢性のある溶融面への変
化として生ずるが、融解中に表面の輪郭の変化として生
ずる場合もある。どちらの場合にも、表面に向けられた
細い光ビームと、表面から反射される光の一部分を受光
するように位置決めされた光検出器とを使用することが
できる。融解前では、表面の反射は不変であり、検出器
信号は一定に保持されている。表面上に固−液の移転が
生ずる時点で、検出器信号に不連続が生ずる。これは、
多くの場合に、融解面の反射率の増大による信号の増大
として現われるが、その逆に、表面の輪郭の変化によっ
て信号が減少することもあり、これらは装置の光学的配
置形態に依存する。

この信号の増大と減少とが互に偶然打消され七ため、リ
フロー検出のための正味の信号の増大がみられない場合
も考えられる。この状態は、２以上の検出器を少し異な
った高さに配置するとともに、別々の電子装置によって
モニタし、それらのうちの少くとも一方が所望の光沢性
反射を記録できるように構成することによって防止する
ことができる。いずれにしても、複数の検出器を使用す
ることにより、光沢性反射によるものでも、表面輪郭の
変化によるものでも１反射される光の強さの増大又は減
少を少くとも１つの検出器によって確実に検出すること
ができる。別々に配置された複数の検出器のうちのどれ
か１つの信号変化は、標準的な電気検出技術に従って行
ないうる。

第１ＯＡ、ＩＯＢ図に、それぞれリフローの前、後の仮
説的なはんだ接続部を示す。第１０Ａ図のぎざぎざの線
は固体のはんだ１３４の結晶面を表わし、反射光が成る
小さな角度で拡散され、そのうちの成る反射光は検出器
１３３の横を通過してしまうことが示されている。溶融
した場合（１３４Ａで示す）には反射はよりミラー状と
なるため、検出器１３３はより多くの反射パワーを受光
する。符号１３１は基板、１３２は光源である。

第１１図に示した反射率法の一実施例は、単一の検出器
を用いるもので、これは、第３図に示した概念。制、１
□９ｊゎ、。右方、３□おオ。

ＹＡＧレーザー放射は、゛第１ダイクロイック・ミラー
４０に当り、その多くはターゲット４２に向って下向き
に偏向され、そこで吸収された部分によって加熱が行な
われると共に、残りの部分はいろいろの方向に反射され
る。反射光の一部は下部レンズ４４を通って上方に進み
、その大部分は第１グイクロイツクφミラー４０によっ
て左方に反射される無用の光になる。しかしダイクロイ
ック・ミラー４０は１．０６Ｐｍレーザ卓光線を多少透
過させるので、この光線の一部は上部レンズ４６を通っ
て第２グイクロイツク・ミラー４８に璽達する。ミラー
４８は、加熱されたターゲットから放出される長波の熱
放射から１μｍ放射を分離するために用いられる。この
熱放射は、第３図に示す１０３　と同じような赤外線検
出器５０に至り、Ｉｇｍの放射線は、好ましくはシリコ
ン製のリフローのための反射率センサとして用いられる
近赤外線検出器５２に向って偏向される。

本発明者らは、フラット・パック（ｆｌａｔ　ｐａｃｋ
）集積回路（ＩＣ）、無導線チップ・キャリヤ（ＬＣＣ
）及び同種のディバイスにおけるような重ね接ｍ（ｌａ
ｐ　ｊｏｉｎｔ）のリフローはんだ付けに向けられた別
出願において、一体型自己分離プレフォーム（ｉｎｔｅ
ｇｒａｌ、　ｓｅｌｆ−ｄｉｖｉｄｉｎｇ　ｐｒｅｆｏ
ｒｍ）と我々が命名した概念を発明の一部とした。これ
は適切な形状のはんだの条片であり、リフローが行なわ
れる前に、ディバイスに１列に設けられたもしくは１群
の導線とこれらの導線の別々のパッドとの間に配置され
る。第５図に関連して述べたように、ディバイスを基板
に固定し、レーザ・ビーム手段によってリフローを行な
わせる。プレフォームは、溶融すると、表面張力と基板
面による反撥力との組合せによって、各々の接続部につ
いて１つずつの個別のはんだの塊状物に分離される。こ
のようになる理由は、特にはんだフラックスで処理され
ている金属面に溶融はんだが吸引、さを有するはんだ反
撥物質からなる接着性シートである）が適用されている
非金属面に溶融はんだが反撥されるためである。

対向する両側から複数列の電気導線が引出されているフ
ラット・パックＩＣの場合、各列の導線の接触部分の下
方に適切な形状の各１つずつのプレフォームを配設する
。４辺に接点列を備えた正方形のＬＣＣに対しては、Ｌ
ＣＣの外周の下方に、適切な形状の正方形の中空プレフ
ォームを、リフロー〇レーザ・ビームに接近しうるよう
に少し突出させて配設する。

レーザ・ビームによってリフローを行なう場合には、１
回に１個の電気接点を照射し、最初の電気接点のリフロ
ーが終了した後にのみ次の電気接点のリフローに移るこ
とが望ましいと思われるかも知れない。しかし、第５図
から思い起すように、従来のリフローでは全部の接続部
を一緒に融解させると全接点ははんだ中に沈下していく
。これは望ましい条件である。レーザＯビームによるリ
フローの場合にも、同一の結果が達成されるべきである
が、これは、全部の接続部が同時に融解した場合にのみ
可能となる。

本発明は、２つの方法、即ち、レーザ・ビームを時分割
する方法と、ビームを空間的に分割する方法とによって
、同時リフローを達成することを教示する。

時分割法によれば、走査ミラー又は他の既知のビーム偏
向子を用いて、レーザ・ビームが複数のターゲット位置
に順次かつ反復的にもたらされてゆく。ビームの移動中
はレーザ・シャッタは閉止されている。レーザ囃シャッ
タは、ターゲットに到達した時にのみ、そしてビーム・
スポットがターゲット上にとどまっている所定期間中゛
にのみ開放される。従って、各々の露出によって、形成
しようとする接続部に成る有限な量のエネルギが蓄積さ
れ、この量は、レーザ・ビーム出力と露光時間との積に
依存する。ビームは次に、残りのターゲットに次々に当
てられていく。その期間、中に、先に照射されたターゲ
ットからいくらかの熱エネルギーが流出する。しかしレ
ーザ・ビームの出力が十分に大きければ、エネルギ・パ
ルスが反復して与えられることによって各々のターゲッ
トの正味の温度が上昇し、成る十分な期間の後に、全部
のターゲットのリフローが達成ごｒしる。

はんだ接続によって接続されるべき部分の熱容量が異な
っていた場合には、放熱量の少ない接続部分は過熱され
るおそれがあり、放熱量の多い部分はなおもリフローに
近付いていく過程にあるということが屡々起こりうる。

この場合、レーザ・ビームと同時に接続部を走査する熱
検出装置によって決定される各々の接続部の加熱需要に
基づいてコンピュータ制御を行なうことによって、各々
の接続部へのパルス・パワーを調整することができる。

この調整は、慣用されている種々の変調装置によって、
パルス持続時間とレーザ・ビーム・パワーのどちらか一
方又は両方を制御することによって行ないうる。

全部の接続部が１つの共通の放熱値を示す場合には、ビ
ーム分割又はビーム成形と呼ばれる方法によってこれら
の接続部を同時に定常的に加熱することができる。光の
放射ビームを任意の断面形状のより低パワーの多数のビ
ームに分割するための、種々のプリズム及び／又はミラ
ー装置、分岐された光ファイバ束、ビーム参スプリッタ
その珈が、従来から知られている。簡単な一例として、
円形断面の普通のレーザ・ビームを、このビームと軸線
が直交するシリンドリカル・レンズに当てることによっ
て、矩形の断面形状の広がった形のビームに変換するこ
とができる。シリンドリカル・レンズの簡単な一例は固
体ガラスのロッドであろう。レンズの直径はビームの直
径と比較されうな る値又はそれよりも大きな値とあろう。このレンズを使
用することにより、ターゲツト面内において普通は１つ
のスポットとなる光を、１つの線に変えることができる
。この線の配向は、レンズ軸の方向と直交するので、容
易に制御できる。従って、ビーム・スプリッタの使用に
よって、レーザ・ビームを同じ強さの４木のビームに分
解し、これらのビームを４つのシリンドリカル・レンズ
又は他のスポット−ラインーコンへ−夕に指向させ、こ
のようにして形成された４つの線状の放射線によって例
えばＬＣＣの４列の接点を照射させることができる。連
続した放射線を、マスキングにより各接点について１つ
ずつのスポットとなるように成形し、接点間にある基板
部分を図らずも加熱してしまうことを防止することもで
き、また各々のシリンドリカル・レンズと組合せて使用
される普通の小形のレンズ列の集光作用によって各線を
複数のスポットに分解してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、熱入力と熱出力の速度が一定であると仮定さ
れ、かつ加熱及び冷却を通じて材料全体に一様な温度が
保たれているものと仮定された場合の、相変化中の材料
の温度対時間特性を示すグラフ、第２図は、通常の（一
定でない）加熱速度及び冷却速度が仮定されかつ、典型
的な内部熱勾配を示す材料の温度対時間特性を示すグラ
フ、第１： ３図は、本発明の一実施例やよるリフローはんだ制御方
式を示すブロック線図、第４Ａ、４Ｂ図は、それぞれリ
フローの前及び後の重ねはんだ接続を示す説明図、第５
Ａ、５Ｂ図は、それぞれリフローの前及び後の無導線チ
ップ・キャリヤ（ＬＣＣ）におけるはんだ接続を示す説
明図、第６図は、本発明によるアナログ形式のリフロー
感知熱モニタ一方式の主要部を示すブロック線図、第７
図は、第６図のリフ凸−検出回路を示す回路図、第８図
は、加熱中に相変化を受けるはんだ材料の理想化された
温度変化を示す曲線（ａ）、曲線（ａ）の第１次時間微
分を示す曲線（ｂ）及び曲線（ａ）の８２次時間微分を
示す曲線（Ｃ）をそれぞれ表わした波形図、第９図は、
はんだリフロー過程の間の典型的な放射信号を表わす線
図、第１ＯＡ、ＩＯＢ図は、本発明による光反射重液化
検出技術を示し、そのうち第１０Ａ図は、リフロー前の
はんだを示す説明図、第１０Ｂ図はリフロー後のはんだ
を示す説明図、第１１図は、未発明による光反射率モニ
ター技術の主要な要素を示す略配列図である。 １０・・・Ｎｄ−ＹＡＧレーザ　（加熱手段）。 １８・・・レーザ・シャッタ　（熱適用中断手段）。 ５２・・・近赤外線検出器（モニタへ手段）。 出願人　ヴアンゼッティ　システムズ、インク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）はんだ付けしようとする第１要素と第２要素とを、
   固相のはんだの或る量と接触するように配置し、前記は
   んだをその融点よりも高い温度に加熱し、そしてその後
   、前記はんだを冷却し固化させる各ステップから成るリ
   フローはんだ付け方法において、この方法はさらに、加
   熱過程の間前記はんだを無接触モニタして、前記はんだ
   が溶融した時を判定するためのモニタ・ステップを含み
   、前記モニタ・ステップが、前記融点以上において変化
   する前記はんだの温度以外の所定の特性を光学的にモニ
   タするものであることを特徴とするリフローはんだ付け
   方法。 ２）前記特性が前記はんだの温度変化率である特許請求
   の範囲第１項記載のリフローはんだ付け方法。 ３）前記モニタ・ステップが、前記はんだから放射され
   る所定の波長の光のはんだ温度に依存する放射レベルを
   測定し、前記放射レベルが増大する速度が減少すること
   を検出することによって、はんだの融解開始を検知し、
   前記放射レベルの増大速度がその後に増大することを検
   出することによって、はんだが十分に融解したことを検
   出することを含む特許請求の範囲第１項記載のリフロー
   はんだ付け方法。 ４）前記増大速度がその後に増大した後においてもはん
   だの温度を無接触でモニタすることを更に含み、前記加
   熱ステップを、前記はんだが前記融点よりも高い温度に
   到達するまで継続させる特許請求の範囲第３項記載のリ
   フローはんだ付け方法。 ５）前記特性がはんだの表面反射率特性である特許請求
   の範囲第１項記載のリフローはんだ付け方法。 ６）前記無接触モニタ・ステップが、光ビームを前記は
   んだによって反射されるように前記はんだに向け、前記
   はんだから反射された光量を所定の検出点で検出し、そ
   して前記融点より高い温度においてはんだの表面の滑ら
   かさに変化が生じたことの結果として起こる反射光の検
   出された光量の変化をモニタするものである特許請求の
   範囲第５項記載のリフローはんだ付け方法。 ７）前記無接触モニタ・ステップが、光ビームを前記は
   んだによって反射されるように前記はんだに向け、前記
   はんだから反射された光量を所定の検出点で検出し、そ
   して前記はんだの表面の輪郭の変化によって生ずる反射
   光の検出された光量の変化をモニタするものである特許
   請求の範囲第５項記載のリフローはんだ付け方法。 ８）反射光の光量を検出する前記ステップが、少くとも
   ２つの異なった位置で同時に反射光を検出するものであ
   る特許請求の範囲第６項記載のリフローはんだ付け方法
   。 ９）反射光の光量を検出する前記ステップが、少くとも
   ２つの異なった位置で同時に反射光を検出するものであ
   る特許請求の範囲第７項記載のリフローはんだ付け方法
   。 １０）前記配置ステップが、複数の第１要素とそれに対
   応する複数の第２要素とを、複数のはんだ付け位置にお
   いて固相のはんだの対応する量と接触させて配置するも
   のであり、ここで各々のはんだ付け位置が１つの第１要
   素、１つの第２要素及び固相のはんだの対応する１つの
   量を含んでおり、前記加熱ステップが、各々のはんだ付
   け位置において前記特性を別々にモニタしながら複数の
   はんだ付け位置を順次加熱し、融点以上の温度まではん
   だが加熱された各々の位置において熱の供給を中断し、
   残りのはんだ付け位置では熱の供給を継続するものであ
   る特許請求の範囲第１項記載のリフローはんだ付け方法
   。 １１）前記配置ステップが、複数の第１要素とそれに対
   応する複数の第２要素とを、複数のはんだ付け位置にお
   いて固相のはんだの対応する量と接触させて配置するも
   のであり、ここで前記固相のはんだのそれぞれが、少く
   とも２つの前記はんだ付け位置と接触してプレフォーム
   された少くとも１つの一体のはんだからなり、前記加熱
   ステップが、前記はんだが融解して別々の量のはんだに
   分離するまで少くとも２つの前記はんだ付け位置を加熱
   するものである特許請求の範囲第１項記載のリフローは
   んだ付け方法。 １２）第１要素と第２要素とを或る量の固相のはんだと
   接触して配置し、前記はんだをその融点を超過する温度
   まで加熱し、その後冷却させることにより、リフローは
   んだ付けを行なう装置であって、 前記はんだに熱を加える加熱手段、 前記融点よりも高い温度で変化する前記はんだの温度以
   外の特性を無接触でモニタするモニタ手段、および 前記融点を超過する所定の温度まで前記はんだが加熱さ
   れた後に前記はんだへの熱の供給を中断する手段、 を備えたリフローはんだ付け装置。 １３）前記モニタ手段が、前記はんだに熱を加えている
   間、前記はんだの温度の変化率をモニタするものである
   特許請求の範囲第１２項記載のリフローはんだ付け装置
   。 １４）前記モニタ手段が、 前記はんだから放射される光の所定波長の放射レベルを
   検出し、この放射レベルの検出値を表わす第１信号を発
   生する第１発生手段、 前記第１信号の変化率に対応する第２信号を発生する第
   ２発生手段、および 前記第２信号の変化率に対応する第３信号を発生する第
   ３発生手段、 を備えた特許請求の範囲第１２項記載のリフローはんだ
   付け装置。 １５）前記第３信号は、前記第１信号の変化率が減少し
   ている時に第１状態、例えば負の状態となり、前記第１
   信号の変化率が増大している時に第２状態、例えば正の
   状態となり、前記熱の供給を中断する手段は、前記第３
   信号の第２状態がその後に続いて発生するであろう前記
   第３信号の第１状態が発生した時に熱の供給を中断する
   特許請求の範囲第１４項記載のリフローはんだ付け装置
   。 １６）前記モニタ手段が、 前記はんだから放射される所定波長の光のレベルを表わ
   す第１アナログ信号を発生する第１発生手段、 一連のサンプル値を得るために前記第１信号をサンプリ
   ングし、前記サンプル値をそれらに対応するディジタル
   信号に変換する手段、 一連の差分値を得るために連続するディジタル信号の値
   を比較する比較手段、および はんだ温度の変化率が増大しているか又は減少している
   かを判定するために連続する差分値を比較する比較手段
   、 を備えている特許請求の範囲第１２項記載のリフローは
   んだ付け装置。 １７）前記光の所定の波長が赤外線波長である特許請求
   の範囲第１６項記載のリフローはんだ付け装置。 １８）前記加熱手段が前記所定の波長と異なった波長の
   光エネルギを前記はんだに向ける手段を有する特許請求
   の範囲第１７項記載のリフローはんだ付け装置。 １９）前記モニタ手段が前記はんだの表面反射率をモニ
   タするものである特許請求の範囲第１２項記載のリフロ
   ーはんだ付け装置。 ２０）前記モニタ手段が、前記はんだにより反射される
   ように前記はんだに光ビームを向ける手段と、所定点に
   向って反射された光の量を検出する手段と、融点以上の
   温度で前記はんだの表面の滑らかさが変化することの結
   果として生ずる反射率の検出量の変化をモニタする手段
   とを有する特許請求の範囲第１９項記載のリフローはん
   だ付け装置。 ２１）前記モニタ手段が、前記はんだにより反射される
   ように前記はんだに光ビームを向ける手段と、所定点に
   向って反射された光の量を検出する検出手段と、融点以
   上においてはんだの表面輪郭の変化の結果として起こる
   反射率の検出量の変化をモニタする手段とを有する特許
   請求の範囲第１２項記載のリフローはんだ付け装置。 ２２）前記検出手段が、前記所定点及び少くとも１つの
   追加の点に反射された光の量を検出する手段を有する特
   許請求の範囲第２０項記載のリフローはんだ付け装置。 ２３）前記検出手段が、前記所定点及び少くとも１つの
   追加の点に反射された光の量を検出する手段を有する特
   許請求の範囲第２１項記載のリフローはんだ付け装置。