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発明の名称 レーザはんだ付け方法及びその装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−85448
公開日 平成6年(1994)3月25日
出願番号 特願平4−223820
出願日 平成4年(1992)8月24日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 ▲高▼橋 和弥 / 梶原 良一 / 加藤 光雄 / 高橋 敏幸 / 九嶋 忠雄
要約 目的
レーザ光線を用いた電子部品リード端子と印刷回路基板の接合において、電子部品及び印刷基板の熱損傷がなく、安定した熱源として電子部品の多端子を良好に一括接合する。

構成
接合部を押圧する手段を兼ね備えた光学的に透明な基板1の接合端子押圧部位に、レーザ光線の吸収膜2を、またそれ以外の面には光反射膜5を形成したマスクを作製し、このマスクの光吸収膜にレーザ光線3を照射して加熱体とし、その熱伝導により接合端子部のはんだを溶融してはんだ付け接合を行う。
特許請求の範囲
【請求項1】電子部品の複数のリード端子と印刷回路の基板の接続端子部をはんだを介して接合するはんだ付け方法において、光学的に透明な基体の一つの面に光学的に不透明な膜を形成したマスクと、この膜面を接合のためにセットした前記電子部品の前記リード端子部に接触させて押圧する手段と、前記基体に加熱光線を照射して膜のみ局所的に加熱する手段とを有し、加熱された膜からの熱伝導により前記リード端子と前記基板上の接続端子の間のはんだを加熱・溶融し、はんだ付けを行うことを特徴とするレーザはんだ付け方法。
【請求項2】請求項1において、前記基体の一つの面に形成され加熱光線により加熱される膜の材質は、前記基体に密着して前記加熱光線を効率良く吸収し、かつ熱伝導性が高く、また膜表面がはんだにぬれ難い性質をもつレーザはんだ付け用マスク。
【請求項3】請求項2において、前記基体の一つの面に形成される膜が、性質の異なる複数の膜から構成されているレーザはんだ付け用マスク。
【請求項4】請求項2において、前記基体に形成される光線吸収率の高い膜の形状が、リード端子の配置と同一の形状をしているレーザはんだ付け用マスク。
【請求項5】請求項2において、前記基体に形成される光線吸収率の高い膜の形状が、リード端子の領域を覆うリング形状をしているレーザはんだ付け用マスク。
【請求項6】請求項4または5において、前記基体に形成さる加熱光線吸収率の高い膜以外の同一面上の他の領域は、加熱光線を反射する材質でコーティングされているレーザはんだ付けマスク。
【請求項7】請求項1において、前記基体に形成されて加熱体となる膜面に照射する加熱光線は、赤外線またはレーザ光線であり、照射ビーム形状は接合する電子部品リード端子の配列形状に対応した形状をなし、リード端子の1個または複数個を同時に照射加熱するレーザはんだ付け装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、多端子電子部品の加熱光線によるはんだ付け装置に係り、特に、被接合端子部を押圧する手段と、加熱光線により加熱体となる膜面を備えたマスクを有し、被接合部のみを局所的に加熱してはんだ接合を行うレーザはんだ付け装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、印刷回路基板パターン上にはんだを介して電子部品を位置決め搭載し、全体を一度にはんだ付けする、いわゆる、リフローはんだ付け法が用いられてきた。このはんだ付け法は高能率ではあるが、反面電子部品も高温に加熱されることから、電気特性の信頼性が問題となっていた。このため近年は、半導体・電子部品の印刷回路基板への接合部分が高密度化されたこともあり、ハード基板・フレキシブル基板を問わず加熱領域を微細に限定するため、熱源としてレーザ光線を始めとする加熱光線を用いたはんだ接合法が多く実用化されてきている。特にレーザ光線を熱源とする利点は、1)光学的透明体を透過する高エネルギ光線であること。
【0003】2)光線がレンズ及び反射鏡により、ビーム形状及びビーム寸法の拡大・縮小の加工が任意に可能であること。
【0004】3)光線を反射鏡及び光透過ファイバー等により任意部所に移動照射可能であること等にある。
【0005】このため、特開昭59−92163 号公報に開示されているように、接合部位を押圧する治具上からレーザ光線を、直接、接合部位に照射し加熱接合する方法がとられている。しかし、レーザ光線が高エネルギであるため、接合部及び印刷回路基板部が過加熱される欠点ももっている。従来のレーザはんだ付け接合の例では、特開昭60−182191号公報に開示されているように、被接合体に加工を加えて接合部以外の部位が直接レーザ光線で過加熱されるのを防ぐ方法が知られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の加熱光線、特に、レーザ光線を熱源として接合する場合の問題点としては、1)レーザ光線が高エネルギ光線であるため、接合時にはんだペースト中のフラックスや溶剤が急蒸発して飛散し、周辺を汚染すること、2)プリント回路基板等で接合端子部より光吸収率の高い非接合部分が過度に加熱されて熱的損傷をうけること、3)光学的に透明な押圧治具でも接合時の蒸気や異物付着によりレーザ光が遮蔽され、熱量不足を生じて接合不良を発生し易くなること、4)レーザ光線の特性として、照射する材料の種類や処理状況,表面状態、および温度等により光吸収率が異なり、これが接合部の加熱条件に大きな影響を与えて接合品質が不安定となること等である。レーザ光線を被接合端子部に直接照射し熱源として接合する場合、これらレーザ光線によるはんだ付け特有の問題点がある。本発明の目的は、接合する端子部以外が過度に加熱されるのを防ぎ、一定のパワーのレーザを照射すれば常に一定の温度に端子部を加熱して安定にはんだ付けできるレーザはんだ付け装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明は加熱光線を効率良く吸収して発熱する膜を、光学的に透明な基板の一方の面に接合端子に対応する形状に形成し、その面の他の領域には加熱光線を効率良く反射する膜を形成した押えマスクを用い、発熱する膜を被接合端子部に接触させて押圧し、その上から高エネルギの加熱光線を照射する機構を備えたレーザはんだ付け装置を用いてはんだ付けをする。
【0008】
【作用】電子部品の複数リード端子部と印刷回路基板の接続端子部を加熱光線を照射してはんだ接合する場合、はんだペーストを介して位置決めされた両者の端子の位置ずれ防止及び接合不良のない高品質の接合を得るためには、押圧する機構と一定した局所加熱ができる機構が必要である。本発明によれば、押圧用基板材にレーザ光線を透過する材質、例えば石英ガラス等を用い、接合端子部と接触する部分にレーザ光線を吸収して発熱する膜、例えば黒色のセラミック膜を形成しているため、端子材質が違ったりフラックスの煙が発生する場合でもレーザ光線の吸収面すなわちセラミック膜の基板側の面は常に一定となり、被接合材や周囲状況に影響されないでレーザパワーのみに依存した加熱が行え、安定したはんだ付けが可能となる。また、温度が上昇するのはレーザ吸収膜の領域のみであるため、その形状を適当に選択することにより、必要場所のみの局所加熱が可能となる。さらには、押圧用基板の接合端子に対応する部分以外の領域にはレーザ反射膜を形成しているため、必要個所以外の領域をレーザの直接照射によって過度に加熱されることがなくなり、電子部品や印刷回路基板を過度の加熱により損傷することが無くなる。
【0009】また、押圧用基板に形成される膜の最表面をはんだに濡れない材質とすることで、治具の付着による組立て不良の発生を防止でき、さらにはんだによる食われ現象に伴う膜の劣化が発生しないため、治具を補修することなく長期的に安定したはんだ接合を行うことが可能となり、生産性の向上や接合品質の向上が図れる。
【0010】
【実施例】〈実施例1〉以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
【0011】図1は、本発明のレーザはんだ付け用マスクを用いて、線状のビーム形状をしたレーザ光線により電子部品を印刷回路基板にはんだ接合する状況を示す一実施例である。図において、光学的に透過するマスク基板1にはリード端子の位置に対応して光吸収膜2が形成されており、それ以外の領域には光反射膜5が形成されている。電子部品7は、そのリード端子4が印刷回路基板8の接続端子9に重なるように位置合わせされて搭載されている。リード端子と接続端子の間には、はんだとフラックスを混合したはんだペースト6が、予め印刷法によって供給されている。リード端子はマスク基板の光吸収膜部分で接続端子に押しつけられている。ガウシアン分布をした円形のレーザビーム3は、2分割ミラー20aにより左右に分割された後、円筒ミラー20によって再び光吸収膜上で合成されている。合成されたレーザビームの形状は線状である。ここでは、レーザ源にYAGレーザまたはCO2 レーザを用いており、マスク基板に石英ガラス、光吸収膜には基板側の第1層に硬質カーボン膜、表面の第2層にダイヤモンド膜を使用し、光反射膜には第1層にCu膜、表面の第2層にSiO2膜を使用した。
【0012】図2は、レーザはんだ付け用マスクを用いて、線状ビームレーザ光線により電子部品を印刷回路基板にはんだ接合する側面図(a)および平面図(b)図において、マスク基板1のリード端子位置に対応して形成された光吸収膜2に、線状ビームレーザ光線を照射し、接触押圧しているリード端子列を一括接合している。また、光吸収膜2以外の領域には光反射膜5が形成され、接合部以外の加熱を防止している。
【0013】本実施例により、接合端子部以外の基板等を過加熱することなく、良好な接合が得られた。
【0014】なお、図1において、光吸収膜の第1層としてCr−Si、第2層にTa25、また光反射膜の第1層としてAu、第2層としてSiO2 を用いても、図1の実施例と同様の効果が得られる。
【0015】〈実施例2〉図3は、レーザはんだ付け用マスクの光吸収膜パターンを、電子部品の接合リード端子列を覆う帯状に成形してはんだ接合する側面図(a)および平面図(b)を示す。図において、レーザはんだ付け用マスクの光吸収膜2は、電子部品のリード端子列を覆う4本の帯状に形成した。これは、リード端子ピッチの高密度化に対応したものである。光吸収膜がリード端子列を覆う帯状にしても、マスク光吸収膜の接触押圧部のみ熱伝導加熱されるため、リード端子部以外への過加熱は防止できる。
【0016】また、光吸収膜2以外の領域には光反射膜5を形成し、接合部以外の過加熱を防止した。マスク基板1は石英ガラス、光吸収膜2には基板側の第1層に硬質カーボン膜、表面の第2層にダイヤモンド膜を使用し、光反射膜には第1層にCu膜、表面の第2層にSiO2膜を使用した。レーザはCO2レーザの線状ビームを用い、端子列毎に一括接合した。その結果、接合端子部以外を過加熱することなく良好な接合が得られた。
【0017】〈実施例3〉図4は、多端子リードの電子部品を1回のレーザ照射で一括はんだ接合するため、リード端子配列を円環状に成形し、レーザはんだ付け用マスクを用いてはんだ接合する側面図および平面図を示す。電子部品のリード端子配列及び印刷基板接続端子配列は、それぞれ対応した円環状に成形した。図において、レーザはんだ付け用マスクの光吸収膜2は電子部品のリード端子に対応して形成した。また、光吸収膜2以外の領域には光反射膜5を形成し、接合部以外の過加熱を防止した。マスク基板1は石英ガラス、光吸収膜2には基板側の第1層に硬質カーボン膜、表面の第2層にダイヤモンド膜を使用し、光反射膜には第1層にCu膜、表面の第2層にSiO2 膜を使用した。またレーザはガウシアン分布をした円形のCO2 レーザビームをミラーにより円環状に合成し照射した。その結果、接合端子部以外を過加熱することなく、1回のレーザ照射で良好な一括はんだ接合が可能となった。
【0018】〈実施例4〉図4は、リード端子配列を円環状に成形した電子部品を、レーザはんだ付け用マスクを用いて一括はんだ接合する側面図および平面図を示す。図において、レーザはんだ付け用マスクの光吸収膜2は電子部品のリード端子列を覆う帯状に形成した。これは、リード端子ピッチの高密度化に対応したものである。また、光吸収膜2以外の領域には光反射膜5を形成し、接合部以外の過加熱を防止した。マスク基板1は石英ガラス、光吸収膜2には基板側の第1層に硬質カーボン膜、表面の第2層にダイヤモンド膜を使用し、光反射膜には第1層にCu膜、表面の第2層にSiO2膜を使用した。またレーザはガウシアン分布をした円形のCO2レーザビームをミラーにより円環状に合成し照射した。その結果、接合端子部以外を過加熱することなく、1回のレーザ照射で良好な一括はんだ接合が可能となった。
【0019】
【発明の効果】本発明のレーザはんだ付け用マスクは、押圧治具を兼ね備え、マスク基板に成形した光吸収膜の熱伝導により、はんだ付け端子を加熱し接合するため、レーザ光線の遮光現象や、はんだ付け端子部の表面状態に影響されず、レーザ光線を安定した熱量に変換し接合部に伝導できる。またマスクの光吸収膜以外の領域には光反射膜を形成し、印刷基板部などの過加熱を防止できる。レーザ光線を線状ビーム及び円環状ビームに合成することにより多端子の一括接合ができる、実用的に極めて有用な接合方法と装置である。




 

 


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