JPS62292266A - レ−ザはんだ付け方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 発明の技術分野 本発明は、レーザを熱源とするはんだ付け方法に関し、
特にそのレーザのパワー、つまりその熱量を糸はんだの
供給量との関係で制御する方法に係る。

従来技術 例えば、特開昭５８−１６１３９６号の発明は、はんだ
付けのための熱源としてレーザビームを用いている。は
んだ付け時に、レーザビームは、はんだ付け点を連続的
に加熱するが、そのはんだ付け点が所定の温度に到達し
たとき、はんだ付け点に糸はんだが供給される。この糸
はんだがはんだ付け点に供給されると、その糸はんだの
熱吸収によって、はんだ付け点の温度は、一時的に低下
する。この温度低下にも拘わ°らず、糸はんだがその後
も連続的に供給されると、熱的に良好なはんだ付けが不
可能となる。

発明の目的 したがって、本発明の目的は、レーザのパワー、つまり
その熱量を糸はんだの供給との関連で増減させ、これに
よって熱的特性の異なるはんだ付け対象を最も良好な温
度のもとにはんだ付けできるようにすることである。

発明の解決手段 そこで、本発明は、糸はんだをはんだ付け対象に向けて
所定の供給量の範囲で数回に分割しながら間欠的に供給
し、この供給過程の各間欠送り後にはんだ付け対象の加
熱温度を測定し、この温度の測定結果にもとづいてレー
ザのパワ一つまりその熱量を各段階での目標温度の方向
に修正するようにしている。

このように、本発明のはんだ付け方法では、糸はんだが
間欠的に供給され、その間欠的な供給毎にレーザの熱量
が修正されるため、一連のはんだ付け過程で、各部品な
ど熱的特性の変化に拘わらず、良好な温度制御が可能と
なる。

はんだ付け装置の構成 まず、第１図は、はんだ付け装置１の構成を示している
。このはんだ付け装置１は、ｃｐｕ、シーケンサ−など
の主制御装置２を備えている。この主制御装置２は、レ
ーザ発振器３を制御するレーザ制御器４、はんだ供給９
１５を制御する供給制御器６、温度センサー７およびＮ
Ｃ＠御装置８に接続されているほか、入力装置９、ディ
スプレイ１０および外部メモリ１）にも接続されている
。

上記レーザ発振器３は、例えば固体レーザ発振器であり
、レーザビーム１２を光ファイバー１３および照射光学
へラド１４により、はんだ付け対象のプリント基板１５
の孔１５ａおよび電子部品１６の端子１６ａに向けて照
射する。またはんだ供給機５は、一対の送りローラおよ
びその駆動用のステッピングモータなどを備えており、
糸はんだ１７をはんだ付け点に向けて間欠的に送り出す
。

また、温度センサー７は、温度検出端１８によって、は
んだ付け点からの赤外線を検知し、その温度情報を上記
主制御装置２に送る。また、上記ＮＣＩＩＩＩＩ御装置
８は、調装置象のプリント基板１５のＸ−Ｙ平面上の位
置決め、照射光学ヘッド１４および温度検出端１８のＺ
軸上の位置決め送り運動を行うことによって、それらの
相対的な位置決めを行う。

次に第２図は、はんだ付け対象のはんだ付け点を拡大し
て示している。電子部品１６の端子１６ａは、プリント
基板１５の孔１５ａの内部に挿入されている。そして、
上記レーザビーム１２は、照射光学ヘッド１４から発射
され、孔１５ａおよび端子１６ａを同時に加熱し、さら
に供給された糸はんだ１７をも加熱し、溶融状態とする
。なお、糸はんだ１７の先端位置は、位置センサー１９
によって検出され、主制御装置２の位置的な入力情報と
なる。

レーザはんだ付け方法 サテ、本発明のレーザはんだ付け方法は、上記主制御装
置２のプログラムによって実行される。

第３図ないし第８図は、はんだ付け方法の一連の順序を
示しており、そのうち、第３図および第４図は初期の加
熱過程を、また第５図および第６図は、はんだの供給過
程、はんだ付け対象の温度測定過程およびレーザビーム
の熱量補正過程をそれぞれ示している。また第７図およ
び第８図は、はんだ付け対象の最終的な加熱過程と関連
して、熱量の補正過程を示している。

次に、これらの一連の過程を順を追って説明する。

まず、第３図で、プログラムの開始後、レーザ発振器３
のオン、レーザ発振器３の内部のメインシャッター開、
糸はんだ１７のセットなどの入力が行われ、糸はんだ１
７のセットが完了すると、レーザパワーＰの修正、温度
などの測定開始指令、レーザ発振器３のサブシャッター
開、さらにレーザパワーＰの修正入力などが行われ、あ
る待ち時間ｔ　（０，２秒）の経過後にこの準備操作が
終了後し、結合子■により第４図の予熱のためのプロダ
ラムが開始される。

この第４図の予熱過程では、最初にはんだ付け対象の目
標の温度Ｔが例えば１）０℃°を越えるまで一定の間隔
毎に温度センサー７により温度測定が順次連続的になさ
れ、その温度を越えた時点で、はんだ付け対象の温度が
目標の温度例えば１２０℃または１３０℃よりも小さい
かどうかの判断がなされ、はんだ付け対象の温度が１２
０℃以下、１２０℃以上、１３０℃以下、さらに１３０
℃以上に分け、現在のレーザパワーＰに対してそれぞれ
適切な係数例えば２．０．１．９．１．８などの掛算に
よる修正演算が行われ、その後にレーザパワーＰがその
演算の値によって修正される。その後、所定の時間間隔
で、はんだ付け対象が１６０℃以上になるまで、継続的
に温度測定がなされ、その目標の温度を越えた時点で、
制御プログラムは、結合子■により次の第５図のプログ
ラムを実行していく。

なお以上の予熱のための加熱過程では、はんだ付け対象
の温度は、時間的にゆるやかに立ち上がっている。した
がって、糸はんだ１７は、そのような温度特性のもとに
徐々に加熱されることになる。この糸はんだ１７は、多
孔質のはんだ合金であり、その多孔部分内に有機質のフ
ラックスを含浸している。このため、上記温度特性のも
とに加熱されると、はんだ合金が溶融する以前に、多孔
質内のフラックスが溶けて、それがはんだ付け面を清掃
するため、はんだ合金の表面およびはんだ付け対象とし
ての孔１５ａおよび端、子１６ａの接合面が良好な状態
となる。　　　　　。

第５図のように、はんだ付け対象の温度が１６０℃を越
えた後に、はんだ供給機５および供給制御器６によって
、第１次のはんだ供給が開始される。はんだ付けに必要
なはんだの供給量は、糸はんだ１７の長さによって予め
設定されており、この１次はんだ供給過程では、例えば
０．８日程度の長さの糸はんだ１７が毎秒７ｗ程度の速
度で供給される。この糸はんだ１７が完全に溶融するま
でに必要な待ち時間を例えば０．５秒が経過した時点で
、再び温度Ｔの測定がなされる。測定の結果、はんだ付
け対象の温度が１８０℃、１９（１，２００℃を境とし
てどの範囲に属するかが判定され、その判定結果にもと
づいてレーザパワーＰの適切な修正がなされる。目標の
温度Ｔ−１９０℃に近い状態であれば、レーザパワーＰ
の修正が必要とされないが、それよりも低い温度のとき
には、レーザパワーＰが大きくなる方向に修正され、ま
た逆にそれよりも低いとき、レーザパワーＰが増加する
ような方向に修正される。このために、必要な係数の演
算が行われ、その結果にもとづいてレーザパワーＰの修
正が行われる。その後、再びはんだ付け対象の温度測定
ループカウンタＣの更新がなされ、次に例えば５回以上
のレーザパワーＰの修正がなされているかどうかの判断
がカウント値からなされ、５回に満たないとき、前回の
温度測定が１９０℃よりも低くなっているかどうかの判
断がなされる。この時点ではんだ付け対象の温度が１９
０℃よりも低いとき、温度測定ループカウントの判断が
継続的に行われる。ループカウントの数が例えば５より
も大きくなると、そのル−プカウントについてリセット
操作が行われ、再び前記温度測定およびレーザパワーＰ
の修正動作が繰り返される。しかし、はんだ付け対象の
温度Ｔが１９０℃よりも小さくなっていないとき、結合
子■から次の第６図のプログラムに移行する。

この第６図のプログラムは、糸はんだ１７の第２次送り
動作であり、プログラムカウンタＰＣの更新の後に、糸
はんだ１７についての第２次供給動作が開始される。こ
のときの送り量は、１次送りよりも少なく、例えば０．
５ｗ程度であり、また送り速度は、前記と同様に設定さ
れている。ここでも、前記第５図の第１次はんだ供給動
作と同様に、０．３秒程度の待ち時間ｔの経過後に、温
度測定、温度測定に基づくレーザパワーＰの演算、レー
ザパワーＰの修正、温度測定などが同様に繰り返し行わ
れる。

その後に、結合子■に移り、第７図のように、第３次の
はんだ供給動作が開始される。第３次のはんだ供給動作
では、送り量が０．７ｍ程度に設定され、また送り速度
も前記と同様に設定される。

糸はんだ１７の供給が完了した時点で、必要な待ち時間
を例えば０．２秒程度経過した後、はん蛇の引き戻し動
作が開始される。この引き戻し動作では、糸はんだ１７
の先端が送り速度と同じ速度で２ｍ程度後退する。この
ようにして、はんだ戻し動作が完了した時点で、再び０
．１秒程度の待ち時間ｔが経過した後、結合子■により
第８図のプログラムが開始される。

この第８図のプログラムは、上記のような間欠的な糸は
んだ１７の送り後に、糸はんだ１７を充分に加熱し、そ
れに流動性を与えて、孔１５ａの内部に侵入させ、また
端子１６ａにも充分な面積で付着させるために行われる
。まず、温度Ｔの測定が行われ、はんだ付け対象の温度
が２０５℃以上であれば、飛び越えて、全部のシャッタ
ー閉じの動作が行われ、測定停止指令の後に終了となる
。

しかし、はんだ付け対象の温度が２０５℃よりも大きく
ないとき、レーザパワーＰの置き換えがなされ、次いで
再び温度測定がなされる。そして、ここでも測定後の温
度の比較がなされ、それにもとづいて、固有の演算動作
が行われ、その後にレーザパワー枦の修正すなわち増加
、現象または現状維持などの修正が行われる。そして、
１秒程度の待ち時間ｔの間に、このような温度測定およ
びレーザパワーＰの修正動作が継続的に行われる。

しかし、待ち時間ｔが１秒程度経過すると、シャッター
閉じ、測定動作の停止を経て、終了動作に入る。

次に、第９図は、以上の糸はんだ１７の間欠的な送り動
作を時間軸上で、はんだ付け対象の温度との関連で示し
ている。はんだ付け対象の温度は、所定の勾配で立ち上
がるが、第１次、２次、３次のはんだ供給動作との関連
で、その温度が一時的に下降しようとする。しかし、既
に述べたように、温度測定、それに続くレーザパワーＰ
の修正動作が所定のサイクルで継続的に行われるため、
はんだ付け対象の温度は、目標の温度の範囲内に正確に
収められていく。したがって、はんだ付け対象の部品の
熱的な容量や熱伝導率などにばらつきがあったとしても
、はんだ付け時に、はんだ付け対象の温度は、正確に目
標の温度に設定されていくことになる。この結果、常に
熱的に良好なはんだ付け状態が実現できることになる。

発明の効果 本発明では、はんだ付けに必要な糸はんだが所定の供給
量の範囲で数回に分割してはんだ付け対象に向けて間欠
的に送り出されるため、はんだ付け対象の温度の急激な
変化がなく、温度変動のない状態ではんだ付けが可能と
なる。また糸はんだの間欠的な供給、はんだ付け対象の
加熱温度がそのつど測定され、そめ測定結果にもとづい
てレーザパワー（熱量）がそのつど目標の温度に近づく
方向に修正されるため、はんだ付け対象のプリント基板
や電子部品などに熱的なばらつきがあったとしても、目
標の温度が正確に維持できるため、理想的なはんだ付け
が個々の部品のばらつきを許容しながら、はんだ付け不
良のない状態で実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ははんだ付け装置のブロック線図、第２図ははん
だ付け対象の拡大断面図、第３図ないし第８図ははんだ
付け方法のフローチャート図、第９図ははんだ付け対象
の時間的な温度変化の特性図である。 １・・はんだ付け装置、２・・主制御装置、３・・レー
ザ発振器、４・・レーザ制御器、５・・はんだ供給機、
６・・供給制御器、７・・温度センサー、８・・ＮＣ制
御装置、１２・・レーザビーム、１４・・照射光学ヘッ
ド、１５・・プリント基板、１６・・電子部品、１７・
・糸はんだ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱源としてのレーザをはんだ付け対象に連続的に
   照射する加熱過程と、糸はんだをはんだ付け対象に向け
   て所定の供給量の範囲で数回に分割して間欠的に送り出
   す供給過程と、この供給過程の各間欠送り後にはんだ付
   け対象の加熱温度を測定する温度測定過程と、この温度
   の測定結果にもとづいて上記レーザのパワーを各送り段
   階での目標温度の方向に加減する熱量補正過程とからな
   ることを特徴とするレーザはんだ付け方法。
2. （２）加熱過程の初期で、レーザの熱量を時間的にゆる
   やかに増加させ、多孔質はんだよりも先に多孔質はんだ
   内部の有機質フラックスを溶かすことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のレーザはんだ付け方法。
3. （３）供給過程の各間欠送りの開始点を各送り段階での
   目標温度の到達時点に一致させることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項または第２項記載のレーザはんだ付け
   方法。
4. （４）温度測定過程の計測時点を糸はんだの間欠的な送
   り時点およびはんだ付け点の温度変化のパターンとに関
   連づけて予め設定することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項、第２項、または第３項記載のレーザはんだ付け
   方法。