JPS61238463A - はんだ付装置およびそのはんだ付方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、はんだを介在させて対向させた被接合材の
一方にヒータ電極を加圧当接させた状態で核ヒータ電極
に通電し、このヒータ電極の発熱で上記はんだを溶融さ
せて、上記被接合材同士を接合する、主としてマイクロ
接合の分野で利用されて有効なはんだ付装置とそのはん
だ付方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の装置としては、「アビオの技術」１９８
２ＶＯＪ、１日本アビオニクス発行に記載されているパ
ルスヒートソルダリング装置がある。

第６図はこの装置を示すものであシ、図において、（１
）は電源およびタイマから構成される装置部を加圧ヘッ
ド（２）に電気絶縁部材（図示せず）を介して取り付け
た導電性のアームで互いに平行に配設されておシ、電源
装置（１）と電気的に接続されている。（４）はアーム
（３）および（３つの先端に取り付けられた例えばモリ
ブデン（ＭＯ）などの材料からなるヒータ電極、（５）
は導電部材、（６）はリード線、（７）は導電部材（５
）またはリード線（６）のいずれか、あるいは、その双
方にグリコートされたはんだ、（８）Ｆｉ電源装置（１
）からアーム（３）および（３つを介してヒータ電極（
４）に供給されるパルス電流である。

次に動作について説明する。加圧ヘッド（２）によシア
ーム（３）および（３つを加圧すると、アーム（３）お
よび（３つの先端に取シ付けられたヒータ電極（４）は
下降し、リード線（６）と当接する。この状態で電源装
置（１）を作動させると、パルス電流（８）がアーム（
３）または（３′）を通してヒータ電極（４）に流れ、
ヒータ電極（４）の先端部がジュール発熱により温度上
昇する。この熱は熱伝導によシリード線（６）を通して
はんだ（７）に供給され、その結果、はんだ（７）は溶
融する。この際、リード線（６）はヒータ電極（４）の
加圧により、はんだ（７）を導電部材（５）に押し付け
ておシ、この状態で通電が終了すると、はんだ（７）の
冷却・凝固によりリード線（６）と導電部材（５）のは
んだ付が行われる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

一般に、上記パルスヒートソルダリング装置を用いては
んだ付するマイクロ接合構造体においては、熱的および
機械的特性の異なる微小な材料、すなわち、導電部材、
リード線、はんだが積層さ゛れた形で接合されることが
多く、製品として使用される際に、マイクロ接合構造体
の内部では熱的な負荷による熱応力や機械的な負荷によ
る振動応力などが発生する。

これらの応力の大きさ如何によっては構成素材の疲労あ
るいは破壊といった強度上の問題に発展することになる
。はんだは両部材、すなわち導電部材とリード線とを電
気的および機械的に接合する役目を果しているが、接合
部にかかる上記集中応力を緩和する役目も果している。

このため、一般に、接合部に残存するはんだは厚い方が
良いと言われている。

しかるに、上記のような従来の装置によりはんだ付する
と、はんだがヒータ電極によシ常に加圧されているため
、通電中に溶融したはんだのほとんどが接合面の外へ押
し出され、接合面に残存するはんだの厚さが非常に少な
くなり、接合品質上大きな問題点となっていた。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたもの
で、接合部に残存するはんだの厚さを所定値以上、また
は、常に一定値に確保出来るはんだ付装置およびそのは
んだ付方法を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明にかかるはんだ付装置およびそのはんだ付方法
は、はんだ溶融時におけるヒータ電極の被接合材加圧方
向への動きを停止させるためのストツパを具備すること
により、溶融したはんだに圧力が加わらないようにした
状態で、被接合材同士をはんだ付するものである。

〔作用〕

この発明におけるストッパは、ヒータ電極がはんだの溶
融によって所定の変位量だけ沈み込むと、それ以上のヒ
ータ電極の変位を停止させて、溶融したけんだに圧力が
直接加わらないようにするから、接合面からの溶融はん
だの排出が抑制され、接合面には所定の厚さ以上のはん
だが確実に残存する。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を前記第６図と同一部分に同
一符号を付した第１図について説明する。

第１図において、（９）はストッパで、例えば微小に可
動距離を調整することの出来るマイクロメータヘッドで
ある。（１０）はアーム（３）または（３’）のどちら
か一方に固定された取付板であシ、アーム（３）または
（３′）の直下の空間に余裕があれば、該アームの下面
を取付板（１０）の代用としても良い。図示の状態、す
なわち、導電部材（５）、はんだ（７）、リード線（６
）を積層し、ヒータ電極（４）がリード線（６）上に当
接した状態において、ストッパ（９）は取付板（１０）
と微小間隙（図中その長さをｈｌ　で示している）を有
して位置するように固定されている。このとき、微小間
隙長ｈ１　は、はんだ（７）のプリコート厚さく図中り
、で示している）よシも小さくなるように設けられてい
る。

なお、はんだ（７）の厚さがある範囲でばらついている
場合には、微小間隙長ｈ１　は最小のはんだ厚さよシも
小さくなるように設定しておけば良い。

第１図の状態で電源装置（１）からアーム（３）および
（３′）を介してヒータ電極（４）にパルス電流（８）
を流すと、前記したヒータ電極（４）のジュール発熱に
よってはんだ（７）が溶融し、その溶融はんだが接合面
の外へ排出されるため、ヒータ電極（４）°は下降する
。このヒータ電極（４）の沈み代が微小間隙長り、に達
した時点で、取付板（１０）はストッパ（９）の先端と
当接してそれ以上の下降を停止する。

この状態においてもアーム（３）および（３つは加圧ヘ
ッド（２）によシ加圧されているが、加圧力の全てはス
トッパ（９）の先端で受は持たれ、ヒータ電極（４）の
先端、すなわち、溶融したはんだ（７）の部分には加わ
らない。その結果、溶融したはんだは接合面の外へ排出
されなくなシ、接合面にはんだがり、−ｈ、の厚さで確
実に残存するととくなる。

第２図は前記第１図と同一部分に同一符号を付した、こ
の発明のはんだ付装置の他の実施例を示す斜視図である
。第２図において％　（１１）はストッパ（９）と取付
板（１０）とが接触したことを検知するための検出部、
（１２）はストッパ（９）を自動的に駆動させるための
駆動部で、例えばパルス８−タである。

なお、ストッパ（９）としてマイクロメータヘッドを用
いた場合、駆動部（１２）がなくても手動でストッパを
動かすことが可能である。

次に、この第２図の実施例の動作を第３図にしたがって
説明する。まず、加圧ヘッド（２）を作動させて、ヒー
タ電極（４）をリード線（６）に描接させる。この状態
において、ストッパ（９）は取付板（１０）の下方で停
止している（第３図ａ）。この状態から駆動部（１２）
を作動させてストッパ（９）をその先端が取付板（１０
）と接触するまで上昇させ、検出部（ｌｌ）が、その接
触を検知したときには、即座に駆動部（１ｚ）Ｋ向けて
駆動停止の信号が発信される。このため、駆動部（１２
）は停止し、ストッパ（９）はその先端が取付板（１０
）と接触した状態で停止する（第３図ｂ）。ついで、再
び、上記駆動部（１２）を前記とは逆方向に作動させ、
それに伴ってストッパ（９）を下降させて、該ストッパ
と取付板（１０）との間に所定距離の間隙を作る。すな
わち、微小間隙長り、になった時点で駆動部（１２）を
停止させて、ストッパ（９）をその位置に停止させる（
第３図Ｃ）。この状態で電源装置（１）からアーム（３
）および（３つを介してヒータ電極（４）にパルス電流
（８）を流すものであるが、以後の動作は前記第１図の
場合と同じであるから説明を省略する。

この第２図の実施例では、はんだ付の度毎にストツバ（
９）と取付板（１０）との間隙が一定になるように調整
しているため、リード線（６）の厚さがばらついた場合
でも、ヒータ電極（４）の沈み込み、量が常に一定とな
シ、接合部に所定量以上のはんだ厚さを安定して確保で
きる。

第４図はこの発明の装置によるはんだ付方法の実施例を
示したものである。まず、加圧ヘッド（２）を作動させ
て、リード線（６）およびはんだ（７）を配設していな
い導電部材（５）の上面部分にヒータ電極（４）を当接
させた状態で、駆動部（１２）を作動させてストッパ（
９）を上昇させ、ストッパ（９）の先端を取付板（１０
）と接触させる。検出部（１１）はストッパ（９）と取
付板（１ｏ）との接触を検知すると、即座に駆動部（１
２）を停止させてストッパ（９）をその位置に止める（
第４図ａ）。ついで、図示しない機構によってヒータ電
極（４）を上昇させるとともに駆動部（１２）を再び作
動させストッパ（９）を所定の微小間隙長ｈ３　だけ上
昇させる。尚、微小間隙長り、は、はんだのプリコート
厚さり、よシ小さく設定される（第４図ｂ）。

この状態において、はんだ（７）をプリコートした導電
部材（５）を、ヒータ電極下方の接合位置に移動させ、
はんだ（７）の上にリード線（６）を配設した状態でヒ
ータ電極（４）を下降させる。そして、ヒータ電極（４
）がリード線（６）に当接した状態で該ヒータ電極にパ
ルス電流（８）を流し、前述の実施例と同様のけんだ付
動作を行うものである。

この第４図の実施例では、はんだ（７）をグリコートし
ていない導電部材（５）の上面を基準として、ストッパ
（９）と取付板（１０）との間の微小間隙長り、を決め
ているため、プリコートされたはんだ（７）の厚さがば
らついた場合でも、接合部に常に一定のはんだ厚さくり
、）を確保できる。

第５図はこの発明の装置によるはんだ付方法の他の実施
例を説明するための波形図である。第５図において、（
１３）はヒータ電極（４）の動きを示すための変形波形
、（”）はヒータ電極（４）に流す電流波形、（１５）
は通電開始時点、（１６）は、はんだ（７）の溶融・排
出開始時点、（１７）は取付板（１０）とストッパ（９
）とが当接した時点である。

動作を図に従って説明する。前述の第３図（ｃ）又は第
４図（Ｑ）の状態から通電が開始されると、ヒータ電極
（４）は熱膨張により上昇するが、時点（１６）ではん
だ（７）が溶融・排出を開始すると、ヒータ電極（４）
は急激に下降し始め、時点（１７）でストッパ（９）と
取付板（ｌＯ）とが当接すると下降を停止する。

この際、ヒータ電極（４）の加圧力はストッパ（９）に
よシ受は持たれるため、ヒータ電極（４）の直下、すな
わち、はんだ（７）部にはかからない。

しかし、リード線（６）および導電部材（５）の表面へ
のはんだ（７）のなじみを確保するため、この状態から
さらに通電を継続すると、ヒータ電極（４）は熱膨張に
より再度上昇し、ストッパ（９）で受は持たれていた加
圧力は、はんだ（７）部にもかかるようになり、その結
果、接合面のはんだ（７）は再び外面へ押し出される。

本実施例はストッパ（９）と取付板（１０）とが当接し
た時点（１７）を検出部（１１）で検知し、それによシ
駆動部（１２）を作動させ、ストッパ（９）をヒータ電
極（４）の熱膨張速度と同じ速度で上昇させるようにし
たものである。その結果、はんだ（７）部には常に加圧
力がかからず、はんだの排出が行われないため、接合面
には必要な厚さのはんだが残存するとともＫ　ＩＪ−ド
線（６）および導電部材（５）の表面にはんだが良くな
じんだ良好な接合状態が得られる。

なお、上記各実施例では、パルスヒートソルダリング装
置を用いた場合について説明しているが、これに限るも
のではなく、加圧しながら加熱するはんだ付装置および
はんだ付方法、例えばホットラムによる常時加熱装置お
よび方法などにおいても同様の効果を奏する。又、この
発明は、はんだ付に限るものではなく、加圧しながら加
熱するろう付においても同様な効果を奏する。さらに、
図示例は加圧ヘッド（２）に取シ付けたアーム（３）お
よび（３′）の先端にヒータ電極（４）を取り付け、こ
のアームにストッパ（９）に当接する取付板（１０）を
設けているが、ヒータ電極（４）を直接加圧ヘッド（２
）に組付けて該ヒータ電極に上記取付板（１０）に相当
する当接部を設けても良い。又、被接合材としては図示
例の導電部材（５）とリード線（６）以外のものであっ
ても良い。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、被接合材の間に介在
させたはんだが溶融したとき、ヒータ電極の沈み込みを
停止するためのストッパを真備し、はんだを直接加圧し
ない状態ではんだ付するから、溶融した接合面に残存す
るはんだの厚さを所定値以上又は一定値にすることが出
来、接合品質の向上が図れるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるはんだ付装置の斜視
図、第２図はこの発明の他の実施例によるはんだ付装置
の斜視図、第３図、第４図はこの発明のはんだ付装置に
よるはんだ付方法の説明図、第５図はこの発明のはんだ
付装置の動作説明図、第６図は従来のはんだ付装置を示
す斜視図である。 図において、（４）はヒータ電極、（５）、（６）は被
接合材（導電部材、リード線）％（７）ははんだ、（９
）はストッパ、（１０）は当接部（取付板）、（１１）
は検出部％　（１２）は駆動部である。 尚、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人　　弁理士　　大　岩　増　雄 （ほか２名） 第１図 ９：ストシへ０ １０：取Ｊす抜 第２図 １２：、弊動却 第５図 □ｑ−聞 第６図 手続補正書　（自発） ２゜発明の名称 はんだ付装置およびそのはんだ付方法 ３、補正をする者 ５、補正の対象 明細書の特許請求の範囲、発明の詳細な説明の欄、ｆ！
１面ら順６説８肋ｔ６、補正の内容 特許請求の範囲 （１）はんだを介在させて対向させた被接合材の一方に
ヒータ電極を加圧当接させた状態で咳ヒータ電極に通電
し、このヒータ電極の発熱で上記はんだを溶融させて被
接合材同士を接合するはんだ付装置において、上記はん
だの溶融にともない該はんだを押し出しながら変位する
上記ヒータ電極の停止部に接触し該ヒータ電極を所定位
置で停止させるストッパを具備したことを特徴とするは
んだ付装置。 （２）ストッパを駆動するための駆動部と、ストッパと
ヒータ電極の停止部とが接触したことを検知するための
検出部とを具備したことを特徴とする特許請求の範囲第
（１）項記載のはんだ付装置。 （３）ストッパとしてマイクロメータヘッドを用いたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第（１）項、第（２）項
のいずれかに記載のはんだ付装置。 （４）はんだを介在させて対向させた被接合材の一方に
ヒータ電極を加圧当接させた状態から、ストッパを上昇
させてヒータ電極の停止部と接触させた後、ストッパを
下降させて該ストッパの先端面と上記ヒータ電極の停止
部との間を所定距離だけ離した後、上記ヒータ電極に通
電することを特徴とするはんだ付方法。 （５）はんだの溶融により、ヒータ電極が下降変位し、
その停止部がストッパと接触した状態から、ヒータ電極
の熱膨張速度と同じ速度でストッパを上昇させるように
したことを特徴とする特許請求の範囲第（４）項に記載
のはんだ付方法。 （６）はんだをプリコートしていない被接合材表面にヒ
ータ電極を当接させた状態から、ストッパを上昇させて
ヒータ電極の停止部と接触させた後、このヒータ電極を
上昇させるとともに、上記ストッパを所定距離上昇させ
た後、はんだを介在させて対向させた被接合材を所定位
置に移動させて該被接合材の一方にヒータ電極を加圧当
接させ、該ヒータ電極に通電することを特徴とするはん
だ付方法。 （７）はんだの溶融により、ヒータ電極が下降変位し、
その停止部がストッパと接触した状態から、ヒータ電極
の熱膨張速度と同じ速度でストッパを上昇させるように
したことを特徴とする特許請求の範囲第（６）項に記載
のはんだ付方法。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）はんだを介在させて対向させた被接合材の一方に
   ヒータ電極を加圧当接させた状態で該ヒータ電極に通電
   し、このヒータ電極の発熱で上記はんだを溶融させて被
   接合材同士を接合するはんだ付装置において、上記はん
   だの溶融にともない該はんだを押し出しながら変位する
   上記ヒータ電極の当接部に当接し該ヒータ電極を所定位
   置で停止させるストッパを具備したことを特徴とするは
   んだ付装置。
2. （２）ストッパを駆動するための駆動部と、ストッパと
   ヒータ電極の当接部とが接触したことを検知するための
   検出部とを具備したことを特徴とする特許請求の範囲第
   （１）項記載のはんだ付装置。
3. （３）ストッパとしてマイクロメータヘッドを用いたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（１）項、第（２）項
   のいずれかに記載のはんだ付装置。
4. （４）はんだを介在させて対向させた被接合材の一方に
   ヒータ電極を加圧当接させた状態から、ストッパを上昇
   させてヒータ電極の当接部と接触させた後、ストッパを
   下降させて該ストッパの先端面と上記ヒータ電極の当接
   部との間を所定距離だけ離した後、上記ヒータ電極に通
   電することを特徴とするはんだ付方法。
5. （５）はんだの溶融により、ヒータ電極が下降変位し、
   その当接部がストッパと接触した状態から、ヒータ電極
   の熱膨張速度と同じ速度でストッパを上昇させるように
   したことを特徴とする特許請求の範囲第（４）項に記載
   のはんだ付方法。
6. （６）はんだをプリコートしていない被接合材表面にヒ
   ータ電極を当接させた状態から、ストッパを上昇させて
   ヒータ電極の当接部と接触させた後、このヒータ電極を
   上昇させるとともに、上記ストッパを所定距離上昇させ
   た後、はんだを介在させて対向させた被接合材を所定位
   置に移動させて該被接合材の一方にヒータ電極を加圧当
   接させ、該ヒータ電極に通電することを特徴とするはん
   だ付方法。
7. （７）はんだの溶融により、ヒータ電極が下降変位し、
   その当接部がストッパと接触した状態から、ヒータ電極
   の熱膨張速度と同じ速度でストッパを上昇させるように
   したことを特徴とする特許請求の範囲第（６）項に記載
   のはんだ付方法。