JP2859978B2 - 電子部品のはんだ付方法 - Google Patents

電子部品のはんだ付方法

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    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/341Surface mounted components
    • H05K3/3421Leaded components

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  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は電子部品の外部リード
を基板上の回路パターンに接合する電子部品のはんだ付
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の電子部品のはんだ付方法として
は、図8に示すようにTCP1を基板(図示せず)上に
位置決め・搭載後にレーザビーム5をデフォーカス(51
はレーザビーム5の移動した軌跡)してTCPの4辺の
外部リード2を順次加熱接合する方式や、図9に示すよ
うにレーザビーム5をシリンドリカルレンズ7により線
状に整形した整状ビーム5aを用いる方式により、加工速
度を向上させたり、ビームの走査機構を省くことのでき
るものがあった。
【0003】しかし、上記の両方式では基板の回路パタ
ーン以外の部分にもレーザビームが照射されるため、基
板が熱損傷するといった問題点がある。これを解消する
ために、一例として図10 (a)および図10 (b)に示すよう
なものがある。図10は特開昭57−196597号公報に示され
たものである。図において、8はマスクで、外部リード
2および回路パターン4に対応した位置に透過部8aが形
成されている。5bはレーザビームのスポットである。こ
の場合は接合されるべき外部リード2と回路パターン4
のみにレーザビームが照射されるように、リードピッチ
や幅に対応したマスク8を設けた方法である。
【0004】一方、従来の電子部品のはんだ付方法にお
いて、はんだ供給はクリームはんだの印刷等で行ってい
たため、はんだ厚みの制御が困難でかつ薄くできないた
めに微細ピッチの回路パターンでは供給量が過大とな
り、接合時に隣接する回路パターンとの間でブリッジが
発生するといった問題点がある。これを解消するため
に、一例として図11 (a)、図11 (b)および図11 (c)に示
すようなものがある。図11は特開平3−3260号公報に示
されたものである。図11 (a)においては電子部品の外部
リード2の先端部2aが、その折れ曲がり部Aを中心とし
て基板3の配線パターン4の面に対して定められた角度
で傾斜されている。また、図11 (b)および図11 (c)にお
いては、外部リード2の先端部2aがWあるいはN字状に
折り曲げられている。上記いずれの場合も先端部と配線
パターンとの間に隙間ができるので、余剰なはんだ6の
流れが先端部2aに沿うので、隣り同士のはんだとはんだ
との接触を防止できる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、マスク
やリード形状に整形したビームにより個々のリードをは
んだ付するはんだ付方法では、いずれにしても照射部の
リードは全体が均一に加熱されるため、溶融したはんだ
の流動はリードと配線パターンとで構成される幾何学的
形状に支配されるため、リードの肩曲部(R部)にはん
だが溜る現象を回避することはできなかった。その結
果、微細パターンで適用が進みつつあるめっきによるは
んだ供給法などの場合、はんだ量が不足して接合不良が
発生するといった問題点もあった。また、逆に供給はん
だ量を増加させると、はんだ不足は解消されるものの複
数のリードではんだが同時に溶融するので、はんだブリ
ッジが発生するという問題点があった。
【0006】一方、上記のように余剰のはんだがリード
と配線パターンとの接合部に吸収されるようにリードの
形状を変更するはんだ付方法では、特別なリード形状で
あるため多岐にわたる電子部品すべてに形状加工するこ
とは工程数・費用の点で実用的でない。また、現在進み
つつある微細化に伴うリードの薄板化によって、上記の
ような形状加工は成形技術上困難である。また、供給は
んだの量(厚み)を低減するため、微細粒子のはんだペ
ーストが開発されているが、印刷工程の制約上、粒子径
の2〜3倍の厚さにすることが限界とされている。この
ため、リードが微細化すればする程相対的にはんだ量が
過剰となり、上記リード形状でははんだを十分吸収する
ことは不可能である。更に、精密な供給方法としてめっ
きによる供給法が提案されているが、ペースト印刷とは
逆に十分な厚さを供給することは加工時間がかかるとい
った問題点があった。
【0007】この発明は、かかる問題点を解消するため
になされたもので、はんだブリッジが発生することな
く、良好な接合ができる電子部品のはんだ付方法を得る
ことを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項1に係
電子部品のはんだ付方法は、電子部品の外部リードを
基板上の回路パターンに光ビームを用いて接合する電子
部品のはんだ付方法において、外部リードの先端部から
基端部に向かって外部リード幅程度に集光された光ビー
ムを走査するようにしたものである。
【0009】この発明の請求項2に係る電子部品のはん
だ付方法は、多数の外部リードに対して外部リード幅程
度に集光された光ビームを順次走査するようにしたもの
である。
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】
【作用】上記のように外部リードの先端部から基端部に
向かって外部リード幅程度に集光された光ビームを走査
することにより、外部リードと配線パターンとの接合部
の中で入熱点が時間的に移動するため、該接合部にはん
だが集中してフィレットを形成する。
【0014】また、複数の回路パターンに亙ってはんだ
を一括塗布した後、隣接する回路パターン上のはんだが
同時に溶融しないように所望の回路パターン上のはんだ
外部リード幅程度に集光された光ビームにより溶融す
ることにより、ビームの照射部およびその周辺のはんだ
が溶融し、外部リードと配線パターンの間に吸収されて
フィレットを形成する。
【0015】
【実施例】実施例1.図1はこの発明の第1実施例によ
る電子部品のはんだ付方法を示す模式図である。図にお
いて、1は外部リード2を有する電子部品たとえば 256
ピンTCP(リードピッチ; 250ミクロン、リード幅;
100ミクロン、リード厚;35ミクロンはんだめっき厚;
7ミクロン)で、上記外部リードは図示のように電子部
品から引き出された基端部21から肩曲部22を経て垂れ部
23を形成し、この垂れ部23から足曲部24を経て先端部25
を形成している。3は配線パターン4が形成された基板
(パターン幅; 100ミクロン、はんだめっき厚;15ミク
ロン)で、上記配線パターンには外部リード2の先端部
25が接合されている。5はレーザ発振器たとえばQスイ
ッチ付きYAGレーザ(出力;15W、集光径; 100ミク
ロン、走査方法;ガルバノスキャナー)から発振された
レーザビームで、レーザの照射開始とスキャン開始のタ
イミングを同期してある。なお、図中矢印はレーザビー
ムのスキャン方向を示している。
【0016】次に、そのはんだ付方法について説明す
る。まず、電子部品1の外部リード2をはんだめっきさ
れた配線パターン4上に位置決め・搭載する。次に、ロ
ジンフラックス(図示せず)を外部リード2と配線パタ
ーン4との間の接合部に塗布する。次に、リード幅程度
に集光したレーザビーム5を配線パターン4を開始点に
して、ガルバノスキャナーによるスキャン速度を毎秒20
cm程度に設定した後、上記ガルバノスキャナーのスキャ
ン開始と同期させてレーザを10ms発振させると、レーザ
ビーム5が図示矢印のように配線パターン4を開始点と
して外部リード2の先端部25から基端部21に向かって走
査される。その後、基板3を移動させ、つぎの外部リー
ド4を接合する。この動作を繰り返すことで 256ピンの
外部リードが順次接合される。
【0017】図3は上記実施例で接合したTCPはんだ
付け部の断面を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す
断面図、図4は同一の試料を従来法により接合したもの
の観察結果を示す断面図である。図において、6ははん
だ、61ははんだの先端フィレット、62はそのヒールフィ
レット、63は外部リード2の肩曲部22に形成されたはん
だ溜り部である。図から明らかなように両者の基板3と
リード先端のなす角度が3度で幾何学形状が等しいにも
かかわらず、本発明の実施例の方はリードにおける肩曲
部22のはんだ溜り量が少なくて、接合に寄与するはんだ
量が多く、接合フィレットの大きい良好な接合が達成さ
れた。
【0018】上記のように外部リード2の先端部25から
基端部21に向かって外部リード幅程度に集光されたレー
ザビーム5を走査することにより、外部リード2と配線
パターン4との接合部の中で入熱点の移動によってはん
だが接合部に集中するようなはんだ流動制御が起こり、
はんだが接合部に集中しフィレットを形成する。そのた
め、外部リードの肩曲部にはんだ溜りが発生することが
なくなり、良好なはんだ接合ができるものである。この
結果、微細パターンで適用が進みつつあるめっきによる
はんだ供給法などの場合、はんだ量が不足して接合不良
が発生するといった恐れはなくなり、接合不良の発生率
を大幅に低減できる。なお、「外部リード幅程度に集光
された」光ビームの集光の程度は、外部リードと配線パ
ターンの接合部に照射したとき、溶融はんだを表面張力
によりリード幅内に収めることができる程度のものであ
ればよい。
【0019】なお、上記実施例では単一のビームを用い
ているが、複数本のビームを用いて複数リードを同時に
接合しても同様の効果を有する。また、いずれの場合も
照射部を限定するマスクを併用しても何らさしつかえな
いものである。また、上記実施例ではレーザの照射開始
とスキャン開始のタイミングを同期させているが、回路
パターン上のはんだが厚くなったりした場合には、スキ
ャン開始を遅延させ、照射初期は静止ビーム、その後は
走査ビームとすることにより、回路パターンを予熱する
効果が得られるため、さらに効果を高めることが可能で
ある。
【0020】実施例2.上記実施例1では、リードの幅
程度に集光したビームで外部リードを一本ずつ順次はん
だ付けする方法としているが、本実施例では図2に示す
ようにレーザビーム5を線状に整形したビーム50で複数
の外部リード2を同時に走査して接合するもので、上記
実施例に比べて加工能力が向上するものである。この実
施例は基板材料がセラミックス等でビームによる基板損
傷が問題にならない場合に有効であるが、マスクを用い
てリードのみを加熱することでも何らさしつかえないも
のである。
【0021】実施例3.図5、図6および図7はこの発
明の第3の実施例による電子部品のはんだ付方法を工程
順に示す模式図である。各図において、図1の各部に対
応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略す
る。60ははんだで、基板3の配線パターン4上に平均粒
子径50ミクロンのクリームはんだを印刷塗布して形成さ
れている。用いた回路パターンは 250ミクロンピッチ、
パターン幅 100ミクロンと非常に微細なため、通常はは
んだ印刷が困難であるが、回路パターンの有無にかかわ
らず幅40ミリ、長さ 0.5ミリに亙り一括して印刷塗布
し、厚さ約 100ミクロンのはんだを形成した。なお、供
給するはんだ量は、たとえば塗布長さ 0.5を 0.4にする
ことにより調整できる。
【0022】次に、そのはんだ付方法について説明す
る。まず、図5に示すように基板3に形成された複数の
配線パターン4に亙ってクリームはんだを一括塗布し、
はんだ60を形成する。次に、図6に示すように電子部品
の外部リード2を基板3の配線パターン4上に位置決め
・搭載する。次に、図7に示すようにリード幅程度に集
光したレーザビーム5を配線パターン4を開始点にし
て、ガルバノスキャナーによるスキャン速度を毎秒20cm
程度に設定した後、上記ガルバノスキャナーのスキャン
開始と同期させてレーザを10ms発振させると、レーザビ
ーム5が図示矢印のように配線パターン4を開始点とし
て外部リード2の先端部25から基端部21に向かって走査
される。レーザ照射により照射部およびその周辺のはん
だは溶融し、溶融したはんだは外部リード2と配線パタ
ーン4との間でフィレットを形成して吸収されるととも
に、残ったはんだは表面張力により収縮するため、この
部分は印刷されたはんだと完全に分離される。その後、
基板3を移動させ、つぎの外部リード4を接合する。こ
の場合、回路パターン4と回路パターン4との間に供給
されたはんだは、両側の配線パターンに完全に吸収され
てはんだの残留は起こらない。この動作を繰り返すこと
で 256ピンの外部リードが順次接合される。なお、同様
の試料を先端径が微細なはんだゴテを用いて一個のリー
ド接合部のみのはんだを溶融したが、加熱時間が長くな
り熱伝導の影響で隣接する部分も溶融してしまい、はん
だブリッジが発生した。
【0023】上記のように複数の回路パターンに亙って
はんだを一括塗布した後、隣接する回路パターン上のは
んだが同時に溶融しないようにレーザビームにより所望
の回路パターン上のはんだを溶融することにより、レー
ザの照射部およびその周辺のはんだは溶融し、溶融した
はんだは外部リードと配線パターンとの間でフィレット
を形成して吸収されるとともに、残ったはんだは表面張
力により収縮するため、この部分は印刷されたはんだと
完全に分離される。そのため、外部リード間ではんだブ
リッジが発生することがなくなり、良好なはんだ接合が
できるものである。この結果、はんだの供給量が多い場
合でも、ブリッジレスのはんだ接合が可能となり、微細
ピッチの電子部品の接合にもはんだ印刷法による供給が
できる。
【0024】実施例4.本実施例では、基板には回路パ
ターンのピッチが0.65ミリのガラスエポキシ樹脂基板、
電子部品としては同じくリードピッチが0.65ミリピッチ
のQFP−ICパッケージを用いている。
【0025】次に、そのはんだ付方法について説明す
る。まず、複数の回路パターンに亙ってクリームはんだ
を幅1ミリ、長さ60ミリに一括して印刷塗布する。次
に、QFPの外部リードを基板に形成された配線パター
ン上に位置決め・搭載する。次に、リード幅の 0.3ミリ
程度に集光した出力50WのYAGレーザビームを基板の
配線パターンを開始点にして、ガルバノスキャナーによ
るスキャン速度を毎秒20cm程度に設定した後、上記ガル
バノスキャナーのスキャン開始と同期させてレーザを 1
00ms発振させると、外部リード幅程度に集光されたレー
ザビームが外部リードの先端部から基端部に向かって走
査される。その後、基板を移動させ、次の外部リードを
接合する。この動作を繰り返すことで 280ピンの外部リ
ードが順次接合される。この結果、塗布されたはんだは
上記実施例3と同様に接合部に流動し吸収されるが、実
施例3のものよりもピッチが大きいため、溶融しない不
用なはんだが配線パターン間に残留する。そこで、本実
施例では外部リードを順次接合した後、アセトンなどの
溶剤中で約3分超音波洗浄すると、溶融しなかった不用
なはんだは基板への密着力が低下し除去される。その
後、自然乾燥することで高品質のはんだ付けができる。
【0026】なお、上記実施例3および実施例4では単
一のビームを用いているが、複数本のビームを用いて複
数リードを同時に接合しても同様の効果を有する。ま
た、いずれの場合も照射部を限定するマスクを併用して
も何らさしつかえないものである。また、上記の各実施
例では、光ビームとしてYAGレーザを用いたが、他の
波長のレーザ、例えばCO2 レーザ、Arレーザ、エキ
シマレーザでもよい。また赤外線ランプなどのレーザ以
外の光ビーム源を用いても同様の効果を奏し得るもので
ある。
【0027】
【発明の効果】以上のように、第1の発明の電子部品の
はんだ付方法によれば、外部リードの先端部から基端部
に向かって光ビームを走査したので、外部リードの肩曲
部にはんだ溜りが発生することがなく、また、外部リー
ド幅程度に集光された光ビームを用いたので、はんだブ
リッジが発生することなく、良好な接合が可能な電子部
品のはんだ付方法を得ることができる。
【0028】また、第2の発明の電子部品のはんだ付方
法によれば、多数の外部リードに対して外部リード幅程
度に集光された光ビームを順次走査するようにしたの
で、はんだブリッジが発生することなく、良好な接合が
可能な電子部品のはんだ付方法を得ることができる。
【0029】
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例1によるはんだ付方法を示す
模式図である。
【図2】この発明の実施例2によるはんだ付方法を示す
模式図である。
【図3】この発明の実施例1で接合したはんだ付け部の
断面を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す断面図で
ある。
【図4】この発明の実施例1と同一の試料を従来法によ
り接合したものの観察結果を示す断面図である。
【図5】この発明の実施例3によるはんだ付方法を示す
模式図である。
【図6】この発明の実施例3によるはんだ付方法を示す
模式図である。
【図7】この発明の実施例3によるはんだ付方法を示す
模式図である。
【図8】従来のはんだ付方法を示す模式図である。
【図9】従来の他のはんだ付方法を示す模式図である。
【図10】従来のさらに他のはんだ付方法を示す平面図
および側面図である。
【図11】別の従来のはんだ付方法を示す模式図であ
る。
【符号の説明】
1 電子部品 2 外部リード 3 基板 4 配線パターン 5 レーザビーム 50 レーザビーム 6 はんだ 60 はんだ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−169167(JP,A) 特開 昭63−168080(JP,A) 特表 昭63−501908(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H05K 3/34 507

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電子部品の外部リードを基板上の回路パ
    ターンに光ビームを用いて接合する電子部品のはんだ付
    方法において、外部リードの先端部から基端部に向かっ
    前記外部リード幅程度に集光された光ビームを走査す
    ることを特徴とする電子部品のはんだ付方法。
  2. 【請求項2】 多数の外部リードに対して前記外部リー
    ド幅程度に集光された光ビームを順次走査することを特
    徴とする請求項第1項記載の電子部品のはんだ付方法。
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