JPS62224476A - 電子デバイスの実装装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、基板の導電線に電子デバイスのリードを結合
させ、電子デバイスを基板上に高密度に実装する装置に
関する。特に本発明は、基板表面に取り付けられる電子
デバイスのリードを基板の導電線に固着させる電子デバ
イスの実装装置に関する。

（従来の技術） 電子デバイスの高密度実装の従来技術はいくつかある。

その一つは、多数の貫通孔を有するプリント回路板を使
用し、これら貫通孔に電子デバイスのリードを通して回
路板から突出させるものである。この技術では、電子デ
バイスは回路板の一方の面に配置され、そのリードが回
路板の貫通孔を通って回路板の反対側に延びる。これら
リードは、一般に、ウェーブソルダリング加工によって
回路板のプリント配線に半田付けされる。このウェーブ
ソルダリング加工において、溶けた半田の波頭は回路板
の底部に沿って進み、接続されるべきリードとプリント
配線端子とに接触する。この半田が固化して、リードと
端子とに良好な電気的通路を提供する。

実質的にすべての半田付は接続がプリント回路板の片面
のみを使用して行われるため、および、ウェーブソルダ
リング加工が一般的であるため、回路板の反対側の面に
すべての電子デバイスを実装することが一般に行われて
いる。このような電子デバイスの実装方法の便宜を計る
ため、多数のリードを右する集積回路デバイスなどの電
子デバイスは、そのほとんどがＤＩＲとして製造される
。

すなわち、多数のリードが平行な二列に配置されて製造
される。これらリードは、回路板の貫通孔を通過するに
十分な長さを有している。ＤＩＲとは、デュアルインラ
インパッケージ（ＤｕａｌＩ　ｎ１ｉｎｅ　Ｐ’ａｃｋ
ａｇｅ）の略Ｎ　テある。

プリント回路板に、またはリード接続用の導電性パッド
を有する基板に実装できる電子デバイスの数は、これら
回路板または基板の両面に電子デバイスを搭載すれば増
加可能である。しかし、回路板または基板の両面に電子
デバイスを配置すると、ウェーブソルダリング加工の邪
魔となり、必要接続が良好に行われない。

最近、表面取付の方法によってマルチリード電子デバイ
スを実装する傾向が増えている。この方法では、ＤＩＲ
よりもＳＭＰの電子デバイスが使用される。ＳＭＰとは
、表面取付実装（３ｕｒｒａｃｅＭ　０ｔｌｎｔｅｄ　
　Ｐ　ａｃｋａｇｅ）の略語である。ＳＭＰデバイスは
、本体から突１１ｊするリードを有し、このリードが基
板または回路板のパッドに取り付けられる。これらパッ
ドは、基板または回路板において、ＳＭＰデバイスが実
装されるのと同一の側に位置する。ＳＭＰデバイスのリ
ードは基板または回路板の孔を貫通することがないので
、これらリードはパッドに到達できる程度の長さであれ
ばよい。

このため、ＳＭＰデバイスのリードは、一般に太く短い
ワイヤであり、これが５ｌ１４Ｐデバイス本体から突き
出る。このような表面取付技術は、基板または回路板の
両面に電子デバイスを実装するこを可能にする。本川Ｉ
Ｉにおいては、便宜上、回路板と基板との語は同様の意
味において使用する。

すなわち、回路板または基板とは、電子デバイスを支持
するとともに導電性の通路を有し、これら通路に実装電
子デバイスのリードが固着されて電気接続が達成される
あらゆる支持部材を意味する。

表面取付において広く使用されている方法の一つは、接
着剤（例えばエポキシ接着剤）によって回路板にＳＭＰ
デバイスを取り付けるものである。

すべての（または、はぼすべての）電子デバイスが回路
板に取り付けられると、この電子デバイスを付着した回
路板がオーブンに入れられる。オーブンの温度を上昇さ
せ、あらかじめ配置した半田を各接続部の周囲において
局所的に再融解させる。

この方法は、単一の加熱工程においてすべての半田接続
を可能にする反面、次のような重大な欠点を有する。す
なわち、 （ａ）　　半田の再融解温度まで回路板全体を加熱する
ので、エネルギーのほとんどが無駄になる。これは、実
際に加熱の必要な箇所は半ｒｌ付けを行う接続部の近辺
だけだからである。

（ｂ）　　冷却過程においてはんだ接続部に応力が発生
する。これは、回路板とＳＭＰデバイスとの熱膨張係数
が異なるためである。

（Ｃ）　　オーブン内においてＳＭＰデバイスを高温に
さらすため、デバイス内の集積回路が損傷を受ける恐れ
があるとともに、これらデバイスの寿命や信頼性が減少
する恐れがある。

前記欠点のうち（Ｃ）に記載した電子デバイスの損傷等
は最も重大なものである。これは、電子デバイスの半導
体がシリコンやゲルマニウムなど湿度に過敏な材料製で
あり、厳しい温度限界を有しているためである。また、
電子デバイスの信頼性を維持し、突発故障を避けるため
には、その温度限界を越えてはならないためである。

電子デバイスを付着させた回路板をオーブン内で加熱す
ることによって半田接続を行う表面取付加工の前記欠点
を避けるため、レーザビームで一度に１個ないし２個の
接続箇所を加熱して「順次」に半田付けを行う方法が提
案されている。レーザビームを使用して「順次」の半田
付けを行う方法は、１９８２年４月２７日にＫ　ｅｖｉ
ｎ　　Ｄ　ａｌｙに付与された米国特許第４．３２７，
２７７号に開示されている。

「順次」の半田付は方法は、一箇所の接続を完成させる
ために約０．１〜０．２秒を必要とするので遅い。レー
ザ光源からの高出力ビームを利用することにより、半田
付は時間をある程度短縮することはできるが、極端に短
縮することはできない。これは、ビームによって回路板
表面に加えられる放射エネルギーが熱に変化し、この熱
があらかじめ接続箇所に配置した半田を伝わって信頼性
の高い半田接続を確実に行うまで、十分な時間を必要と
するからである。代表的なＳＭＰデバイスは２４〜４８
本のリードを有しているので、「順次」の方法によって
半田接続を行うための合計時間は非常に長くなり、表面
取付実装における高生産性が損なわる。

複数のリードを一度に１個ずつ接着するという時間のか
かる方法を避けるため、Ｃｒｕｉｃｋｓｈａｎｋ等に付
与された米国特許第３．６３２．９５５Ｎは、−回の動
作ですべてのリードを同時に接着するように、放射エネ
ルギーのビームを適切なパターンに成形する方法を提案
している。この目的を達成するため、複数のレンズ要素
を有する複合円筒レンズが使用される。このレンズに対
して放射エネルギーのビームを向け、これを２対の平行
線に集束させる。この平行線は方形を形成し、これが接
着されるべぎリードの配置形状に一致する。方形となっ
た放射エネルギーは、リードが延びるデバイスには全く
入射せず、リードだけに照射される。

Ｃｒｕｉｃｋｓｈａｎｋ等の接着方法は、リードの配置
形状が異なればそれに適した複合円筒レンズが必要とな
り、しかも、各リードの配置形状に対して放射パターン
を調整する様能を持っていないので、柔軟性に欠ける。

また、ｃ　ｒｕｉｃｋｓｈａｎｋ等の接着方法において
は、放射エネルギーの多くの部分がリード間の領域にも
照射されることによって、またはリード間の領域に放射
エネルギーが到達する前にそれを遮るためのマスクによ
る吸収や反射によって、Ｓ駄になる。

（発明の目的） 本発明の基本的な目的は、前記従来技術の問題点を解決
することであり、基板のパッドにマルチリードＳＭＰデ
バイスの全リードを同時に接着することを可能にする電
子デバイスの実装装置を提供することである。

本発明の他の目的は、接続されるべき接続箇所に放射エ
ネルギーのビームを向かわせ、信頼性の高い電気接続を
得るのに必要な熱を迅速に発生させることにより、表面
取付実装における生産性を高めることができる電子デバ
イスの実装装置を提供することである。

本発明のざらに別、の目的は、複数のビームを使用する
と共にこれらの各ビームの位置を調整することによって
、ＳＭＰデバイスの様々なリード形状に一致する各種の
ビームパターンを作成し、もってデバイスのすべてのリ
ードを同時に基板に接続できるような電子デバイスの接
続装置を提供することである。

（発明の構成） 前記目的を達成するため本発明の電子デバイスの実装装
置は、レーザ光を反射するためのリアミラーと、このリ
アミラーに対向して設けられ該リアミラー側からの入射
光の一部を、前記リードとパッドの接合部の配置パター
ンに対応したビームパターンで出力するための出力窓を
形成した出力カプラーと、前記リアミラーと出力ミラー
との間に導入されたレード媒質と、このレーザ媒質をボ
ンピングするためのボンピング装置と、前記出力カブラ
−から出力された出力ビームを前記接合部に集束させる
ための集束装置と、を有した。

この発明の電子デバイスの実装装置にあっては、レーザ
発振器を構成する出力カプラーによって、出力ビームの
ビームパターンが接続すべき接続部の配置パターンに対
応する形状とされるので、このパターン形成の際に、エ
ネルギーロスが発生しない。

（実施例） この発明の第１の実施例を、第１図乃至Ｍ３図に基づい
て説明する。

まず、第１図に示゛すような方形のＳＭＰデバイス１を
考える。このＳＭＰデバイス１は、１８本のリードを有
し、これらリードが基板２のパッドに同時に半田付けさ
れる。各パッドには、半田プレフォームまたは半田ペー
ストが置かれており、これが再融解してパッドとリード
との間に半田接続を形成する。本実施例の目的は、この
半田接続を迅速に且つ一度に行うとともに、基板デバイ
スの顕著な加熱を避けることである。この目的を達成す
るため、各リードとパッドとが放射エネルギーによって
加熱され、半田の再融解が発生される。

すべての半田接続を一時に行うためには、照射時間中に
おいて、各接続箇所に対して同ｍの放射エネルギーが加
えられなければならない。従って、１８本のビームが照
射され、これらビームのすべてが、接続すべき接続箇所
に実質的に同一の熱を印加するようにする必要がある。

第２図はこの発明の第１の実施例の構成を示す。

同図に示すようにこの実施例はガスレーザ装置３と結像
レンズ６とから成る。ガスレーザ装Ｍ３は、従来タイプ
の共振空洞４を有する。このガスレーザ装置３から１８
本のレーザビームが得られる。

これら１８本のビームは、共振空洞４の一端に配置され
た出力ミラー５に形成された透孔を通って出射される。

ミラー５は、透孔から出力されない放射エネルギーのほ
ぼすべてを共振空洞４内に反射する。同一断面を有する
１８本のビームを得るため、すべての透孔は第３図に示
ずように同一直径を有する。第３図に示す透孔のパター
ンは、半田付番プされる接続箇所の配置形状よりも大き
な相似形である。この構成における一つの問題は、出力
ミラー５における対応する透孔の位置によってビームの
エネルギーが異なることである。ガスレーザ装置のエネ
ルギープロフィールは共振空洞の断面に対して均一でな
く、出力ミラーの透孔から出射される放射エネルギーの
量は該透孔の寸法とその位置とに依存することが知られ
ている。さらに問題を？！２雅にするのは、安定共振空
洞を使用するレーザビームにおいては、加熱点、すなわ
ち放射エネルギーの゛強い点が発生されやすいことであ
る。

出力ミラーの透孔を通って出射される放射エネルギーは
、実質的に平行光であり１８本の実質的に平行なビーム
が出力される。これらビームは結像レンズ６に入射し、
このレンズ６がビームのパターンを縮小しリードのパタ
ーンと基本的に同一の寸法とする。各ビームの放射エネ
ルギーは、半田付けされるべき接続箇所の各々に適正に
照射されることになる。又、結像レンズは透孔パターン
を著しく縮小するので、すべてのビームは基板表面の結
像面に到達する際に集束される傾向を有する。このため
、ビームは基板に対して鋭角をなして半田付は箇所に入
射する。このような角度での基板へのビーム入用、は、
ＳＭＰデバイスのリードの配置形状に対して極めて適切
なものである。というのは、すべてのビームが７ｍｆｆ
１の放射エネルギ−を有していれば、接続箇所は均一に
加熱され、すべての半田付は箇所が同時に形成されるか
らである。

但し、第２図に示す構成では、リードの配置形状が異な
るＳＭＰデバイスに対して、これに適合する配置形状の
透孔を有する出力ミラーを必要とするので柔軟性に欠け
る。また、第２図に示す構成では各種リードに対しての
調整が困難である。

そこで、次に第４図乃至第６図に基いて本発明の第２の
実施例を説明する。本実施例は、調整機能を有し、この
調整機能によって、接続箇所に対してビームパターンを
調整することができる。

第４図に示すように、ガスレーザ装ｆｆ１ｏは、一端に
円形ミラー１２を有する円筒形レーザ空洞１１を有する
。ＳＭＰデバイスは、第１図に示したように配置された
１８本のリードを有するものとする。出力ミラー１２に
は、リード数に対応する数の透孔１３が設けられ、レー
ザ装置１０か６１８本のビームが１ｑられる。すべての
ビームが実質的に同１の放射エネルギーを有することを
確実にするため、透孔１３は、第５図に示ずように、す
べて同一寸法を有して対称的に円１４上に配置される。

円１４は、レーザ空洞１１の長手軸に対して同心的なも
のである。

各透孔１３からは、銅管１５が延びる。銅管１５は、光
パイプ、すなわち光学導波管としてｉ能する。銅管１５
の内部は、研磨して反射性の高い表面を提供することが
望ましいが、銅管１５が直線に対して極端に曲げられな
ければ、研磨していない導管でも許容範囲内の結果を得
ることができる。第４図に示すように、銅管１５はゆる
やかに曲げられ、すべての銅管１５の反対側端部が結像
レンズ１６に対してほぼ同一の対物平面内に来るように
される。正面から見ると、銅管１５の出力端の配置パタ
ーンは、ＳＭＰデバイスのリードの配置パターンよりも
大きな相似形である。

半田付けしようとする各リードに対してビームパターン
を調整するため、各銅管１５の端部には第６図に系すよ
うなカラー１７が設けられる。このカラー１７によって
各銅管１５の端部の位置が調整可能である。銅管１５の
端部の移動の便宜を計るため、銅管１５は軟鋼で作るこ
とが望ましい。

第６図に示すように、カラーは位置調整可能であり、銅
管１５の端部はビーム射出方向に直交する二つの直交面
（図中矢印で規定される面）で移動可能である。このよ
うな調整を提供するための装置は、従来の機構で実現で
きる。

第７図は、外形６．３５ｎ＋■（１／４インチ）の研磨
していない銅管光学導波管によるビーム伝播の効率を示
すグラフである。このグラフの横軸に角度で示されてい
るのは、前記導管内を伝播するビームの屈折角である。

グラフの縦軸にバーレン１〜で示されているのは、導管
の３０．４８ｃｍ（１フイート）当りの伝達効率である
。この伝達効率は、もちろん研磨鋼管の方が高い。しか
し、研磨していない鋼管でも、長さ３０．４８ｃｍ（１
２インチ）に対して±１．２７ｃｍ（１／２インチ）と
いう大きな曲げについても、出力損失がほとんど認めら
れない。従って、管端部は、小型の機械式Ｘ−Ｙ位置決
め機構によって、実買上、あらゆるパターンを結像平面
に形成することができる。したがって、例えば銅管性の
光バイブによって十分な柔軟性が得られれば、ＳＭＰデ
バイスの各種リード配置形状に適した各種パターンの発
生が可能となる。

代表的なＳＭＰデバイスは、２４〜４８本のリードを有
する。許容品質を有する半田付けを迅速に完成させるた
め、レーデビームは、約１５〜２０ワツトの出力を有す
る必要があると推定される。

概略の計算によれば、１／２秒以下の時間内にすべての
接続箇所を同時に半田付けするのに必要な全ビーム出力
を発生させるためには、３６０〜９６０ワツトのレーザ
総出力が必要である。加熱時間を短（維持することによ
り、ＳＭＰデバイスの過度の加熱が避けられる。更に、
十分高出力のレーザビームを使用ずれば、信頼性の高い
半田付けが１／１０秒程度の加熱時間で得られる。

なＪ）　Ｎ前記実施例において、出力ミラーをレーザ装
置本体に対して着脱可能とすれば、更に種々のパターン
を有するリードとパッドとの接続部を接続することがで
きる。

また、前記実施例では、出力ミラーに透孔を形成するよ
うにしたが、出力ミラーは全面半透過性のものとし、出
力ミラーの前面（リアミラー側）に館記透孔と同じパタ
ーンを有するマスクを配置しても同様効果が得られる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の電子デバイスの実装装置
によれば、リードとパッドとの接続部の配置パターンに
対応する出力ビームパターンを、出力カブラ−により形
成するようにしたので、無駄なエネルギーを消費するこ
となく容易かつ迅速に電子デバイスを実装することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に関係するタイプのマルチリードＳＭ
Ｐデバイスを示す図、 第２図は、１回の動作においてＳＭＰデバイスの全リー
ドを基板に同時に半［口付けする１８置の第一実施例を
示す概略図、 １３図は、ＳＭＰデバイスのリードのパターンに対応づ
゛るパターンでビームを出力するシー１１装置のミラー
における透孔の配置を示す図、第４図は、本発明の第二
実施例の構成を示す概略図、 第５図は、第二実施例に使用されるレーザ装置のミラー
のビーム出力用透孔の配置を示す図、第６図は、可撓性
光学導波管の端部を移動させるための調整機構を示す概
略図、および第７図は、研磨していない鋼管製の光学導
波管内を伝播するビームの伝達効率を示すグラフである
。 １・・・ＳＭＰデバイス ２・・・基板 ３．１０・・・ガスレーザ装置 ４．１１・・・共振空洞 ５．１２・・・出力ミラー ６．１６・・・結像レンズ １３・・・透孔 １４・・・円 １５・・・導管

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）マルチリード電子デバイスの複数のリードを、基
   板上の複数のパッドに同時に接合するための装置であつ
   て、 （ａ）レーザ光を反射するためのリアミラーと、 （ｂ）このリアミラーに対向して設けられ、前記リード
   とパッドとの接合部の配置パタ ーンに対応したビームパターンで入射光の一部を出力す
   るための出力窓を形成した出力カプラーと、 （ｃ）レーザ光を放出すべく、前記リアミラーと出力ミ
   ラーとの間に導入されたレーザ媒質と、 （ｄ）このレーザ媒質をポンピングするためのポンピン
   グ装置と、 （ｅ）前記出力カプラーから出力された出力ビームを前
   記接合部に集束させるための集束装置と、を備えて構成
   される電子デバイスの実装装置。
2. （２）前記出力カプラーは、前記接合部の配置パターン
   に対応したパターンを有する透孔を形成した出力ミラー
   から成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の電子デバイスの実装装置。
3. （３）前記出力カプラーは、前記接合部に対応する数の
   透孔を有する出力ミラーと、この出力ミラーの外側に前
   記透孔と連通するように設けられ該透孔からのレーザ光
   を案内する可撓性光学導波管と、この可撓性光学導波管
   の出力端側に取り付けられこの出力端のビーム断面方向
   の配置パターンを前記接合部の配置パターンに対応する
   ように調整する導波管位置調整装置と、から成ることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電子デバイス
   の実装装置。
4. （４）前記可撓性光学導波管は、銅管であることを特徴
   とする特許請求の範囲第３項に記載の装置。
5. （５）前記ミラーの前記複数の透孔はすべて同一寸法を
   有して円形に対称的に配置されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第３項に記載の電子デバイスの実装装置
   。
6. （６）前記リアミラーと出力ミラーとの間に形成される
   共振空洞は、円筒形であり、前記透孔の円形は、前記共
   振空洞の長手軸に対して同心的であることを特徴とする
   特許請求の範囲第５項に記載の電子デバイスの実装装置
   。