JPS63203273A - レ−ザはんだ付け装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、回路基板等にはんだクリームを塗布したは
んだ付け部にレーザ光を照射して電子部品をはんだ付け
するレーザはんた付け装置に関する。

（従来の技術） 一般にレーザはんだ付けは、ＹＡＧレーザ発振装置から
発振されたレーザ光を、たとえば光ファイバによりはん
だ付け部の近くに導き、この光ファイバの先端から射出
されるレーザ光を集光レンズにより集光して、はんだ付
け部に照射することにより行われる。

このレーザはんだ付けの適用例として、フラットパッケ
ージＩＣ（半導体集積回路）などの電子部品の回路基板
への取付けかある。従来、この電子部品のはんだ付けは
、第６図に示すように、回路基板ａの所定部分にはんだ
クリームを塗布したのち、その上に電子部品すを搭載し
、レーザ光学系Ｃを矢印ｄで示す方向に走査し、電子部
品すの複数本のリードｅ・・・を１本づつはんだ付けす
ることにより行われていた。

また、別のはんだ付け方法として、第７図に示すように
、はんだ付け部上にシリンドリカルレンズｆを配置し、
レーザ光りを線状に集光して罠数本のリードｅを同時に
はんだ付けする例もある。

しかしながら、前者のように、複数本のリードｅ・・・
を１本づつはんだ付け方法は、隣接リードとの温度差の
ために、はんだボールやぬれ不良などを発生しやすく、
また、電子部品すの一辺に延出する複数本のリードｅ・
・・を同時に加熱してはんだ付けしないため、溶融はん
だの表面張力に基づくセルフアライメント作用がなく、
取付け精度が低い。

また、後者の方法は、シリンドリカルレンズｆにおける
エネルギ損失が大きく、かつ、はんだ付け部の長さが変
化した場合にただちにそれに対応させることができない
などの問題点がある。

（発明が解決しようとする問題一点） 前述したように、従来のレーザはんだ付け装置は、はん
だ付け不良が生じたり、披はんだ付け部品の大きさ伴う
はんだ付け部の形状に対応できないという欠点がある。

この発明は、前記事情に着目してなされたもので、その
目的とするところは、はんだ付けの精度向」二を図ると
ともに、はんだ付け部の長さおよ＼、 び形状に容易に対応できるレーザはんだ付け装置を提す
ることにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段および作用）この発明は
、レーザ発振器から照射されたレーザ光を光ファイバに
よって光伝送し、この光ファイバから照射されたレーザ
光を集光させる集光レンズを有した複数の光学系を設け
、この光学系をから照射されるレーザ光を回動するたと
えば全反射平面ミラーによってはんだ付け部に走査し、
はんだ付け部を加熱してはんだクリームを溶融し、電子
部品のリードを回路基板にはんだ付けするようにしたこ
とにある。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、レーザはんだ付け装置の全体を示すもので、
１は支持台である。この支持台１は直角に折曲されたＬ
字形をなしており、一方の側面には第１のレーザ光照射
装置２が設けられ、他方の側面には第２のレーザ光照射
装置３が設けられている。また、第１のレーザ光照射装
置２の下部には第２のレーザ光照射装置３のレーザ光り
を走査するレーザ光走査機構４が、第２のレーザ光照射
装置３の上部には第１のレーザ光照射装置２のレーザ光
りを走査するレーザ光走査機構５が設けられている。

この第１および第２のレーザ光照射装置２．３および前
記レーザ光走査機構４．５は同一構造であるため、一方
のみについて説明すると、６．６は一対の光学系である
。この光学系６は第２図に示すように、レンズホルダ７
の上部には光フアイバコネクタ８が突出して設けられ、
この光フアイバコネクタ８にはＹＡＧレーザなどのレー
ザ発振器（図示しない）から発振されたレーザ光りを光
伝送する光ファイバ９が接続されている。また、前記レ
ンズホルダ７には光ファイバ９から照射されたレーザ光
りを屈折する直角プリズム１０および屈折されたレーザ
光りを集光する集光レンズ１１．１１が設けられている
。このように構成された一対の光学系６．６は横方向に
架設されたレール１２に移動自在に支持されているとと
もに、後方に突出する係合ピン１３を有している。さら
に、前記レール１２の後部には前記一対の光学系６．６
の間隔を調節する間隔調節機構１４が設けられている。

この間隔調節機＋：４１４は、パルスモータ１５とこの
パルスモータ１５の回転軸に装着された溝カム円板１６
とによって構成され、この溝カム円板１６のカム溝１６
ａに前記光学系６．６の係合ピン１３．１３が係合して
いる。そして、溝カム円板１６の回転によって係合ピン
１３．１３がカム溝１６Ｈにガイドされながらレール１
２に沿って移動し、一対の光学系６．６の間隔が任意に
調節できるようになっている。

また、前記レーザ光走査機構４はスキャナモータ１７と
この出力軸１８に一体的に設けられ軸心を中心に回動す
る全反射平面ミラー１９とから構成されている。そして
、このレーザ光走査機構４の全反射平面ミラー１９は前
記第２のレーザ光照射装置３の光学系６．６に対向して
おり、レーザ光走査機構５の全反射平面ミラー１９は前
記第１のレーザ光照射装置２の光学系６．６に対向して
いる。したがって、２木の全反射平面ミラー１９．１９
は直角に交差しており、この交差部の下方には回路基板
２０が設置されている。この回路基板２０には第３図に
示すように回路パターン２１が形成されており、さらに
その上面のはんだ付け部２２にははんだクリーム２３が
塗布されている。

そして、前記回路基板２０に搭載されたフラ・ソトパッ
ケージＩＣ（以下電子部品という）２４の各辺から延出
している複数本のリード２５・・・は前記はんだクリー
ム２３に接している。この場合、前記電子部品２４の大
きさ、つまり長さをに１り一ド列の長さをｇとすると、
このΩに相当する長さに亙ってはんだクリーム２３が塗
布されている。

そして、前記レーザ光走査機構４．５の走査長さも前記
ｇに設定するために、前記スキャナモータ１７には駆動
回路２６を介して制御部２７が接続されている。

すなわち、前記制御部２７は第４図に示すように、長さ
ｐのはんだ付け部２２をオーバスキャンするように全反
射平面ミラー１９の回動角θを制御し、かつオーバスキ
ャン部分２８ｔＬで走査速度が素早く立ち上げ、はんだ
付け部２２をほぼ一定速度で走査するように全反射平面
ミラー１９の回転速度を制御するプログラムを内蔵する
。また、制御部２７は、はんだ付け部２２の長さに対応
して走査幅を変更する手段を備えている。

前記はんだ付け部２２に対する走査速度は、好ましくは
一定であるが、はんだ付け部２２の各部分に対してレー
ザ光りのエネルギ密度を調整する必要があるとき、たと
えば全反射平面ミラー１９の回動のために、はんだ付け
部２２の中央部と両端部とでレーザ光りのスポット形状
が変化し、そのためエネルギ密度が大きく変化するよう
な場合は、第４図の曲線２８のように中間部の走査速度
をその両端の走査速度より若干低くするとよい。

つぎに、レーザはんだ付け装置の作用について説明する
。まず、回路基板２０のはんだ付け部２２にはんだクリ
ーム２３を塗布し、その上に電子部品２４のリード２５
・・・を搭載する。つぎに、スキャナモータ１７．１７
によって全反射平面ミラー　１つ、１９を回動するとと
もに、レーザ発振器からレーザ光りを発振させる。発振
されたレーザ光りは光ファイバ９・・・によって各光学
系６・・・に導かれ、直角プリズム１０によって屈折さ
れたのち、集光レンズ１１によって集光される。集光さ
れたレーザ光りは前記全反射平面ミラー１９．１９によ
って反射されて前記はんだ付け部２２・・・に照射され
る。はんだ付け部２２・・・をレーザ光りによって複数
回繰返し走査すると、はんだ付け部２２のはんだクリー
ム２３は溶融し、電子部品２４のリード２５は回路ハタ
ーン２１にはんだ付けされる。この場合、回路基板２０
の不要な加熱を防止するために、はんだ付け部２２に照
射するレーザ光りのスポット径を第３図の破線で示す大
きさに集光レンズ１１を調整する。

このように回路基板２０と電子部品２４とのはんだ付け
部２２をほぼ一定速度で走査して均一に加熱することが
できるので、電子部品２４の一辺に延出する複数本のリ
ード２５・・・に対して隣接部との温度差に基づくはん
だボールやぬれ不良の発生をなくすことができる。また
、複数本のリード２５・・・を同時および２辺または４
辺同時にはんだ付けできるので、そのセルフアライメン
ト作用により精度よく取付けることができる。また、制
御部２７のプログラムに基づいて全反射平面ミラー１９
．１９の回動を制御することにより、はんだ付け部２２
の長さΩの変化に対応させることができる。

さらに、電子部品２４の大きさ、つまり長さｋが変化に
対しては間隔調節機構１４のパルスモータ１５によって
溝カム円板１６を回転させ、そのカム溝１６ａに係合し
ている係合ピン１３を介して光学系６．６をレール１２
に沿って移動することにより、自動的に対応させること
ができる。

なお、前記一実施例では、光学系の間隔を調節する機構
として溝カム円板をパルスモータによって回転するよう
にしたが、ラックピニオン機構によって光学系を移動す
るようにしてもよい。また、プログラムを内蔵する制御
部２７を設けて全反射平面ミラーの回転角、回転速度を
制御するように構成したが、この全反射平面ミラーの回
転制御は、たとえばモータの回転をカム機構を介して全
反射平面ミラーに伝達することにより、回転角を制御す
るとともに、回転速度をプログラムで制御するなど、機
械的な制御と電気的な制御を併用して制御するように構
成してもよく、また回転角、回転速度をともに機械手段
で制御することも可能であって、制御部は必ずしも電気
的な制御装置のみを意味するものではない。

また、全反射平面ミラーを回動することに限定されず、
第５図（Ａ）、（Ｂ）に示すように、光ファイバ９の先
端部に光学系２９を設け、この光学系２９をスキャナモ
ータ３０の出力軸３１に固定し、矢印３２で示すように
回動するようにしてもよい。

さらに、この発明のレーザはんだ付け装置は、回路基板
に対して電子部品を組立てるばかりでなく、回路基板に
対して電子部品を付け変える場合にも利用でき、他のは
んだ付けにも応用できる。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、レーザ発振器
から発振されたレーザ光を光学系を介してはんだ付け部
に走査することにより、はんだ付け部を均一に加熱して
はんだ付けすることかでき、はんだ付け不良を防止し、
精度よくはんだ付けできる。さらに、２辺あるいは４辺
同時にはんだ付けできるとともに、はんだ付け部品の形
状、大きさの変化に容易に対応して制御できるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図はこの発明の一実施例を示すもので、
第１図はレーザはんだ付け装置の全体の斜視図、第２図
は光学系の縦断側面図、第３図ははんだ付け部を拡大し
て示す側面図、第４図ははんだ付け部の長さとレーザ光
の走査速度との関係を示す説明図、第５図（Ａ）（Ｂ）
はこの発明の他の実施例を示す正面図および側面図、第
６図及び第７図は従来のレーザはんた付け方法を示す斜
視図ある。 ４．５・・・レーザ光走査機構、６・・・光学系、９・
・・出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第６図 八 第７図 特許庁長官　小　川　邦　夫　殿 ２、発明の名称 レーザはんだ付け装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 （３０７）　　株式会社　東芝 ４、代理人 東京都千代田区霞が関３丁目７番２号　ＵＢＥビル７、
補正の内容 （１）　　明細書の特許請求の範囲を別紙のように訂正
する。 （２）明細書第１０頁第１９行目に「次に、このような
非接触極部加熱手段による加熱方法を用いる場合、公知
文献として雑誌「電子技術」第２５巻第８号（日刊工業
新聞社発行）″ＹＡＧレーザによるはんだ付け”にも記
載されているように、はんだ付け部を予熱することが行
われているが、本発明においても第２の実施例として第
８図に示すように、はんだ付け部２２を、前記はんだク
リーム２３中に含まれるフラックス２８の有機溶剤２９
の沸点に応じて設定された最適予備加熱温度（前記有機
溶剤２９が完全に蒸発する温度）まで加熱し、この最適
予備加熱温度に到達すると所定の予備加熱時間Ｔ１〜Ｔ
２だけ予備加熱し、前記フラックス２８が前記最適予備
加熱温度で蒸発した後、時間Ｔ２〜Ｔ３において本加熱
温度まで加熱する本加熱を開始し、はんだ付けを完了す
るように制御するプログラムを前記制御部２７に内蔵さ
せる。そして、このプログラムにしたがって前記間隔調
整機構１４により前記一対の光学系６．６を調整し、前
記レーザ光発振器から発肇されるレーザ光りの照射エネ
ルギを制御しながら前記レーザ光走査機構４．５を走査
して、前記はんだ付け部２２にレーザ光りを複数回繰り
返し走査し、前記はんだ付け部２２が均一に温度上昇す
るように予備加熱し、フラックス２８が蒸発しはんだが
各接合部ごとに分かれるとさらに本加熱することによっ
てはんだ付けを完了するようにしてもよい。 例えば、有機溶剤２９としてイソプロピルアルコールを
用いた場合、最適予備加熱温度は約１１０℃、本加熱温
度は約２３０℃に設定する。 なお、はんだ付け中の前記はんだ付け部２２のはんだ溶
融温度は、図示しない温度検出器を用いて検出するなど
の方法によって検出することができる。 この第２の実施例の方法によれば、フラックス中の有機
溶剤の蒸発時におけるはんだボールの発生が大幅に減少
した。また、はんだ接合部が急激に加熱されないため、
接合部ごとの温度にムラが発生しに＜＜、線状に塗布さ
れたクリームはんだは、各接合部ごとに一定量供給され
るようになった。」を挿入する。 （３）　　明細書第１０頁第２０行目「前記一実施例で
は」とあるを「前記各実施例では」と訂正する。 （４）明細書第１３頁第３行目「斜視図ある。」とある
を「斜視図、第８図はレーザ光照射時間と加熱温度との
関係を示す図である。」と訂正する。 （５）明細書第１３頁第７行目に「２７・・・制御部」
を挿入する。 （６）別紙図面を第８図として追加する。 以　　上 ２、特許請求の範囲 （１）　　はんだクリームを塗布したはんだ付け部にレ
ーザ光を照射してはんだ付けするレーザはんだ付け装置
において、レーザー発振器から照射されたレーザ光を光
伝送する複数の光ファイバと、これら光ファイバから照
射されたレーザ光を集光させる集光レンズを有するとと
もに、レーザ光を前記はんだ付け部に照射する複数の光
学系と、この光学系から出射するレーザ光を前記はんだ
付け部に走査させるレーザ光走査機構と、前記光学系を
はんだ付け部の形状、大きさに応じて移動させる間隔調
整機構と、前記レーザ光走査機構と前記間隔調整機構と
を制御する制御部とを具備したことを特徴とするレーザ
はんだ付け装置。 許請求の範囲第１項記載のレーザはんだ付け装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　はんだクリームを塗布したはんだ付け部にレーザ光を
   照射してはんだ付けするレーザはんだ付け装置において
   、レーザ発振器から照射されたレーザ光を光伝送する複
   数の光ファイバと、これら光ファイバから照射されたレ
   ーザ光を集光させる集光レンズを有するとともに、レー
   ザ光を前記はんだ付け部に照射する複数の光学系と、こ
   の光学系から出射するレーザ光を前記はんだ付け部に走
   査させるレーザ光走査機構と、前記光学系をはんだ付け
   部の形状、大きさに応じて移動させる間隔調節機構とを
   具備したことを特徴とするレーザはんだ付け装置。