JP4024068B2

JP4024068B2 - Method and apparatus for soldering electronic components

Info

Publication number: JP4024068B2
Application number: JP2002101183A
Authority: JP
Inventors: 清治今村; 慶一松村; 洋昭外薗; 石川　　正宏; 賢政松原
Original assignee: KABUSHIKIGAISHA TAISEIKAKEN; Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: KABUSHIKIGAISHA TAISEIKAKEN; Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2001-10-29
Filing date: 2002-04-03
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2022-04-03
Also published as: JP2003204149A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品をプリント基板に表面実装するためのはんだ付け方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリント基板などに搭載される表面実装用の電子部品としては、ＱＦＰ（Quad Flat Package) タイプやＳＯＰ(Small Outline Package) タイプなどのフラットパッケージＩＣ（以下ＦＰＩＣという）がある。
【０００３】
これらの電子部品のリード端子とプリント基板側の配線電極との接続は、はんだ付けなどの方法により行われる。通常、はんだ付けの方法としては、量産可能なリフロー炉による処理が主流を占めている。また、リフロー炉による処理のできない電子部品の場合は、後付け工程ではんだゴテ、光ビーム、熱風、あるいはレーザ光などによる方法が行われる。
【０００４】
また、はんだ付け部へのはんだ材の供給方法としては、予めプリント基板の配線パターン上にはんだペーストをスクリーン印刷しておく方法や、微小量の塗布が繰り返し可能なディスペンサーによる方法や、はんだワイヤを自動供給する方法などがある。
【０００５】
更に、はんだ付け時には、はんだ材とともにフラックスが使用される。はんだ接合のメカニズムは、加熱時にフラックスがまず先に溶解し、接合部表面の酸化膜を化学的に剥離する。そして、その表面上で溶けたはんだがぬれ広がり、電子部品のリード端子とプリント基板の配線電極とがはんだ材を介して接合されるのである。
【０００６】
一方、特開２００１−１５８９８５号、特開２００１−１５６４３６号、特開平９−２１４１２２号には、レーザ光の照射と、加熱された不活性ガスの吹き付けとを併用してはんだ付けを行う方法及び装置が開示されている。また、上記のうち特開２００１−１５８９８５号、特開２００１−１５６４３６号には、電子部品のリード端子等の表面に酸化被膜が形成されていても、レーザ光を照射すると共に、加熱された不活性ガスを吹き付けることにより、フラックスを用いなくても酸化被膜を除去できることが記載されている。
【０００７】
更に、特開２００１−１９８６７０号には、レーザビームの光軸に沿って高温のホット不活性ガスをはんだ付けポイントに向けて噴射しながら、このホット不活性ガスの噴流内においてレーザビームをはんだ付けポイントに投射することにより、ホット不活性ガスでレーザビームの温度低下防止と、はんだ付けポイントの補助加熱及びガスシールドを行いながらはんだ付けを行う方法が開示されている。
【０００８】
また、特開２００１−２５２７６２号には、上記特開２００１−１９８６７０号の方法において、ホット不活性ガスの代わりに、還元性ガスと不活性ガスとの混合ガスを用いる方法が開示されている。
【０００９】
更に、特開平５−１０４２７９号には、キセノンランプ又はＹＡＧレーザ発振器などの発光部と、前記発光部の光の集光部を有する集光手段を備え、前記集光部の近傍に位置させたはんだ付け部などの被加熱物に集光した光を照射して、前記被加熱物を加熱、溶融する光加熱装置であって、前記被加熱物の周辺の雰囲気の酸素濃度を５％以下とする不活性ガスあるいは還元性ガスよりなるシールドガスの供給手段を備えた光加熱装置が開示されている。また、シールドガスのガスノズルを通して、集光手段によって集光されたレーザ光を照射する実施態様が示されている。また、ガス温度調整器を使用し、シールドガスを加熱して用いることにより、はんだ付け部を予熱することが記載されている。
【００１０】
更にまた、特開昭６１−２５３１７０号には、レーザ発生源と、該発生源から発生されるレーザ光をはんだと被加工物とで構成される被接合部位に照射するためのレーザ照射部とを少なくとも備え、該レーザ光の照射によって被接合部位から発生する光遮蔽物を除去するためのガス吐出手段を更に設けたことを特徴とするレーザはんだ付け装置が開示されている。また、レーザ光照射ノズルにガスを導入して、レーザ光の出射口と、ガス吐出口とを共用させた実施態様が記載されている。また、光遮蔽物を除去するためのガスとして、加熱空気を用いると、はんだ付け効率やはんだ品質の向上に有効であるとともに、不活性ガスを用いると、はんだ付け最中のはんだの酸化によるはんだ付け品質の劣化防止に有効であることが記載されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このような電子部品のはんだ付け方法では、フラックスの溶融、蒸発時と、はんだ溶融時において、溶融したはんだの内部の気泡（ガス）が膨脹して破裂するために、その際はんだが微小粒子となって飛び散りやすい。このはんだボールが付着したプリント基板をそのまま使用すると、何らかの振動等によりはんだボールが落下、あるいは移動して、他の接続配線部に入り込み、短絡などの原因となり、プリント基板の信頼性を損なうことになる。
【００１２】
また、従来のリフロー炉による処理の場合は、はんだボールやフラックス残渣などは、次の洗浄工程で除去されてきた。しかし、最近では、フロンなどによる洗浄は環境問題を招くことが指摘され、洗浄工程を省略することが多くなってきた。このため、はんだボールの発生を効果的に抑制できるはんだ付け技術の開発が望まれていた。
【００１３】
更に、リフロー炉による処理ができない後付け部品のはんだ付けでは、例えば、はんだゴテ、光ビーム、熱風、レーザ光などにより局所加熱することが行われているが、はんだ付け部の温度急上昇などの影響で、はんだボールの発生がより多くなることもあった。
【００１４】
一方、前記特開２００１−１９８６７０号等には、レーザ光の照射と、加熱された不活性ガス等の吹き付けとを併用してはんだ付けを行う方法が提案されており、特に、特開平５−１０４２７９号では、不活性ガスあるいは還元性ガスよりなる加熱されたシールドガスの吹き付けを併用することにより、はんだボールの発生を防止できることが示されているが、シールドガスの吹き付けによって電子部品のはんだ付け部を加熱するには、ある程度の時間がかかるため、複数本並んだ半導体のリード端子をはんだ付けするには、シールドガスの吹き付けによる加熱と、レーザ光の照射によるはんだ付けとを、リード端子１本毎に繰り返して行う必要があり、作業性が悪いという問題点があった。
【００１５】
本発明は、以上の問題点を鑑みなされたもので、電子部品のはんだ付け部周辺に付着するはんだボールの発生を抑え、かつ、ぬれ性良好なはんだ付け部を得ることができ、しかもはんだ付け作業を効率よく行えるようにした電子部品のはんだ付け方法及びその装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の電子部品のはんだ付け方法は、プリント基板の配線電極上に電子部品のリード端子を設置し、該リード端子の設置部分にレーザ光を照射すると共に、不活性ガスあるいは還元性ガスよりなる加熱されたシールドガスを吹き付けてはんだ付けを行う電子部品のはんだ付け方法において、前記シールドガスの吹き出し口の形状を細長いスリット状にすると共に、前記レーザ光を線状ビームとなるように集光させる集光手段を設けて、その光軸を前記シールドガスの吹き出し口内に配置し、前記シールドガスをはんだ付けすべき箇所に吹き付けて、はんだの溶融温度よりも１００〜１０℃低い温度まで加熱し、その状態で前記レーザ光を線状ビームとなるように集光させつつ、前記シールドガスの吹き出し口内を通過させて前記はんだ付けすべき箇所にパルス化して照射し、前記リード端子の配列方向に合わせて、前記シールドガスの吹き出し口を回転させると共に、前記レーザ光の線状ビームも該吹き出し口と一緒に回転させることを特徴とする。
【００１７】
本発明のはんだ付け方法によれば、はんだ接続部にレーザ光を照射する際、該接続部が不活性ガスあるいは還元性ガスよりなる加熱されたシールドガスで覆われ無酸化雰囲気となっている。これにより、接続部表面の新たな酸化が抑制される。
【００１８】
また、加熱されたシールドガスの吹き付けの併用によって、接続部とその周辺が予熱又は余熱されるので、従来のレーザ光のみを用いたはんだ付けに比べて局所的急加熱が緩和される。これにより、はんだボールの飛び散りが抑制されるだけでなく、温度分布のばらつきを防ぐことができるので、はんだのぬれ性が向上する。
【００１９】
また、シールドガスの吹き出し口の形状を細長いスリット状にしたことにより、電子部品から突出する複数のリード端子の列の全体を覆うようにして、加熱されたシールドガスが吹き付けられる。これにより、従来のレーザ光の照射によるはんだ付けの対象となっているリード端子の接続部とその周辺のみに、スポット的に加熱されたシールドガスを吹き付ける方法に比べて、各リード端子の周辺のより広い領域が予熱又は余熱される。したがって、各リード端子の接続部がより安定して予熱又は余熱されるとともに、各リード端子毎の予熱又は余熱の温度がより均一化される。
【００２０】
以上より、本発明のはんだ付け方法では、電子部品から突出する複数のリード端子の接続部に対して、はんだボールの飛び散りの抑制、及び、はんだのぬれ性の向上を、より安定に、ばらつきなく行うことができる。
【００２１】
また、一般にガスは目に見えないため、はんだ付け箇所に対するシールドガスの吹き付け具合の確認が難しく、位置調整に時間がかかるが、本発明では、レーザ加工ヘッドのレーザ光の光軸をシールドガスの吹き出し口内に配置したことによって、シールドガスの吹き付け位置が把握しやすくなり、位置調整が容易となる。また、ガス流が電子部品の影響を受けないように、例えば垂直等の角度からガスを吹き付けるようにすることができる。
【００２２】
更に、前記シールドガスの吹き出し口の形状を細長いスリット状にしたことにより、電子部品から突出する複数のリード端子の列に沿って一度にシールドガスを吹き付けて予熱又は余熱し、無酸化雰囲気を形成することができるので、その状態でレーザ光を照射して、複数のリード端子を短時間で効率よくはんだ付けすることができる。
【００２３】
また、前記レーザ光を線状ビームとなるように集光させつつ、前記シールドガスの吹き出し口内を通過させて照射することで、電子部品から突出する複数のリード端子を同時に加熱してはんだ付けすることができるので、はんだ付けの作業性をより良好にすることができる。
また、前記シールドガスによりはんだ付けすべき箇所を、はんだの溶融温度よりも１００〜１０℃低い温度まで加熱し、その状態で前記レーザ光を前記はんだ付けすべき箇所に照射してはんだ付けを行うことで、はんだ付けすべき箇所を比較的高温度に加熱しておき、その状態でレーザ光を照射することにより、必要以上に加熱することなく迅速にはんだを溶融させてはんだ付けを行うことができ、過熱によるはんだボールの発生を抑制すると共に、はんだ付け効率を高めることができる。
【００２４】
また、前記リード端子の配列方向に合わせて、前記シールドガスの吹き出し口を回転させると共に、前記レーザ光の線状ビームも該吹き出し口と一緒に回転させることで、リード端子が電子部品のチップの縦辺と横辺の両方から出ているような場合でも、電子部品等の設置方向を変更せずに、シールドガスの吹き出し口及びレーザ光の線状ビームを回転させるだけで、はんだ付け作業を行うことができる。
【００２５】
更に、前記レーザ光をパルス化して照射することで、レーザ光のパルスがＯＮのときは加熱、ＯＦＦのときは冷却というように、パルスの繰り返しによりはんだ付けを行うことができ、はんだの温度上昇が急激とならないようにコントロールでき、はんだボールの発生が抑えられる。
【００２７】
一方、本発明の電子部品のはんだ付け装置は、プリント基板の配線電極上に電子部品のリード端子を設置し、該リード端子の設置部分を加熱してはんだ付けする電子部品のはんだ付け装置において、レーザ光を集光して所定箇所に照射するレーザ光照射手段と、不活性ガスあるいは還元性ガスよりなる加熱されたシールドガスを所定箇所に吹き付けるシールドガス吹き付け手段とを備え、前記シールドガス吹き付け手段の吹き出し口は、細長いスリット状をなし、前記レーザ光照射手段は、レーザ光を線状ビームとなるように集光させる集光手段を有し、この集光手段によって形成される線状ビームの光軸が前記シールドガス吹き付け手段の吹き出し口内に配置され、前記シールドガス吹き付け手段の吹き出し口と、この吹き出し口内に光軸を有する前記線状ビームとを、一緒に回転させる回転装置を有し、前記シールドガスをはんだ付けすべき箇所に吹き付けて、はんだの溶融温度よりも１００〜１０℃低い温度まで加熱し、その状態で前記レーザ光を前記はんだ付けすべき箇所にパルス化して照射するように構成されていることを特徴とする。
【００２８】
本発明のはんだ付け装置によれば、はんだ接続部にレーザ光を照射する際、該接続部が不活性ガスあるいは還元性ガスよりなる加熱されたシールドガスで覆われ無酸化雰囲気となっている。これにより、接続部表面の新たな酸化が抑制される。
【００２９】
また、加熱されたシールドガスの吹き付けの併用によって、接続部とその周辺が予熱又は余熱されるので、従来のレーザ光のみを用いたはんだ付けに比べて局所的急加熱が緩和される。これにより、はんだボールの飛び散りが抑制されるだけでなく、温度分布のばらつきを防ぐことができるので、はんだのぬれ性が向上する。
【００３０】
また、シールドガスの吹き出し口の形状を細長いスリット状にしたことにより、電子部品から突出する複数のリード端子の列の全体を覆うようにして、加熱されたシールドガスが吹き付けられる。これにより、従来のレーザ光の照射によるはんだ付けの対象となっているリード端子の接続部とその周辺のみに、スポット的に加熱されたシールドガスを吹き付ける装置に比べて、各リード端子の周辺のより広い領域が予熱又は余熱される。したがって、各リード端子の接続部がより安定して予熱又は余熱されるとともに、各リード端子毎の予熱又は余熱の温度がより均一化される。
【００３１】
以上より、本発明のはんだ付け装置では、電子部品から突出する複数のリード端子の接続部に対して、はんだボールの飛び散りの抑制、及び、はんだのぬれ性の向上を、より安定に、ばらつきなく行うことができる。
【００３２】
また、本発明のはんだ付け装置によれば、レーザ光照射手段によって照射されるレーザ光の光軸と、シールドガス吹き付け手段による加熱されたシールドガスの吹き付け方向とを一致させることができるので、シールドガスの吹き付け位置が把握しやすくなり、位置調整が容易となり、ガス流が電子部品の影響を受けないように、例えば垂直等の角度からガスを吹き付けるようにすることができる。
【００３３】
また、前記シールドガスの吹き出し口の形状を細長いスリット状にしたことにより、電子部品から突出する複数のリード端子の列に沿って一度にシールドガスを吹き付けて予熱又は余熱し、無酸化雰囲気を形成することができるので、その状態でレーザ光を照射して、複数のリード端子を短時間で効率よくはんだ付けすることができる。
【００３４】
また、前記レーザ光照射手段が、レーザ光を線状ビームとなるように集光させる集光手段を有し、この集光手段によって形成される線状ビームの光軸が前記シールドガス吹き付け手段の吹き出し口内に配置されていることにより、電子部品から突出する複数のリード端子を同時に加熱してはんだ付けすることができ、はんだ付けの作業性をより良好にすることができる。
【００３５】
また、前記シールドガス吹き付け手段の吹き出し口と、この吹き出し口内に光軸を有する前記線状ビームとを、一緒に回転させる回転手段を有することで、リード端子が電子部品のチップの縦辺と横辺の両方から出ているような場合でも、電子部品等の設置方向を変更せずに、シールドガスの吹き出し口及びレーザ光の線状ビームを回転させるだけで、はんだ付け作業を行うことができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
図１、２には、本発明のはんだ付け装置の一実施形態が示されている。
【００３７】
図１において、ＹＡＧレーザ等のレーザ発振器１は、光ファイバ２を介して集光ユニット３に接続されており、これらが本発明におけるレーザ光照射手段を構成している。レーザ発振器１で出力されたレーザ光４は、光ファイバ２を通して伝送され、集光ユニット３を通して集光される。
【００３８】
集光ユニット３のレーザ光出射面には、ガスノズル１１が取付けられている。この場合、加熱されたシールドガスの熱が、集光ユニット３側に伝導して熱くならないように、接続境界部にはエアギャップが設けられ、更に断熱材、例えば「デュロストーン」（商品名、ロッシェリンググループ製）が介装されて、熱絶縁がなされている。ガスノズル１１の集光ユニット３側の端面は、レーザ光を透過する透明なパネルで覆われ、ガスノズル１１の反対側の端面には、シールドガスの吹き出し口を有するノズルチップ１６が取付けられている。
【００３９】
図２に示すように、ノズルチップ１６は、その横断面形状が扁平な板状をなし、その中央にスリット状の吹き出し口１９が形成されている。そして、上記吹き出し口１９の中央をレーザ光４の光軸が通るようになっている。
【００４０】
上記吹き出し口１９の大きさは、はんだ付けすべき電子部品の大きさ、形状によって適宜選択すればよいが、通常は、図２（ｂ）における内径の幅ａ（ｍｍ）及び長さｂ（ｍｍ）は、例えばＦＰＩＣの片側１辺のサイズを幅α（ｍｍ）、長さをβ（ｍｍ）とすれば、ａ≧α＋２、ｂ≧β＋２であることが好ましい。例えば、はんだ付けすべきＦＰＩＣであるＳＯＰ (Small Outline Package) のリードの片側１辺のサイズが幅３（ｍｍ）×長さ１８（ｍｍ）であるとき、上記吹き出し口１９のサイズを幅５（ｍｍ）×長さ２０（ｍｍ）とすることにより、ＳＯＰの片側１辺の幅及び長さに対応させることができる。
【００４１】
ガスノズル１１の周面の１箇所には、窒素ガス等のシールドガス１４を導入する導入口１３が形成されている。また、ガスノズル１１の内部には、電気ヒータ１２と加熱温度を検出し制御するための熱電対とが配置されており、上記導入口１３から導入されたシールドガス１４を加熱して高温シールドガス１５とし、この高温シールドガス１５をノズルチップ１６の上記吹き出し口１９から噴出するようになっている。
【００４２】
また、前記集光ユニット３を通して集光されたレーザ光は、その光軸が上記ガスノズル１１のノズルチップ１６の吹き出し口１９内を通って出力されるようになっている。
【００４３】
一方、プリント基板８の表面には配線電極９が形成されており、例えばＦＰＩＣ（フラットパッケージＩＣ）などの電子部品５のリード端子６が、上記配線電極９の対応する部分に当接するように設置されている。配線電極９のはんだ付け部分には、はんだペーストをスクリーン印刷してなるはんだ層７が予め形成されている。そして、リード端子６と、はんだ層７と、配線電極９とが上下に当接し合った部分が、はんだ付けすべき接合箇所１０をなしている。
【００４４】
次に、上記はんだ付け装置を用いた本発明によるはんだ付け方法の一実施形態を説明する。
【００４５】
電子部品５の両側から延出する複数本のリード端子６を、プリント基板８の配線電極９の対応する部分に当接するように位置決めして、電子部品５をプリント基板８上に載置しておく。なお、配線電極９のはんだ付けすべき箇所には前記はんだ層７が形成されており、リード端子６は、このはんだ層７を介して配線電極９上に載置される。また、はんだ層７のはんだ材としては、通常使用される共晶はんだ（Ｐｂ−Ｓｎ）や、鉛フリーはんだなど、電子部品用のはんだ材が用いられる。
【００４６】
この状態で、導入口１３から窒素ガス等のシールドガス１４をガスノズル１１内に導入する。シールドガス１４は、ガスノズル１１内に配置された電気ヒータ１２によって好ましくは５０〜３００℃、より好ましくは１５０〜２５０℃に加熱される。そして、ノズルチップ１６の吹き出し口１９から上記温度の高温シールドガス１５が噴出し、上記接合箇所１０に吹き付けられる。なお、このときの高温シールドガス１５の噴出圧は０．０１〜０．５ＭＰａ、流速は０．５〜１０ＮＬ（リットル）／分（ワークの大きさによる）が好ましい。こうして接合箇所１０を比較的均一に予熱又は余熱した後、レーザ発振器１からのレーザ照射を行う。
【００４７】
すなわち、レーザ発振器１で出力されるレーザ光４は、光ファイバ２を通して集光ユニット３に導入され、集光ユニット３内に配置されたレンズによって集光されて、ガスノズル１１の内部を通り、ノズルチップ１６の吹き出し口１９から出射して、接合箇所１０、特にはリード端子６に局所的に照射される。
【００４８】
その結果、レーザ光４が照射された部分を中心としてはんだ層７が溶融してぬれ広がり、リード端子６と配線電極９とをはんだ付けする。なお、リード端子６及び配線電極９の表面の酸化膜は、高温シールドガス１５の吹き付けとレーザ光４の照射とフラックスとによって、はんだ付け前に焼失、除去される。また、レーザ光４が照射される部分は、高温シールドガス１５が吹き付けられる領域となっているので、加熱部分が常に窒素ガス等のシールドガスでシールドされ、酸化等が防止される。
【００４９】
また、本発明においては、ノズルチップ１６の吹き出し口１９から吹き出す高温シールドガス１５が、細長いガス吹き付け領域２２を形成し、ＳＯＰのリード端子の１辺分をガスシールドすることができる。この状態でレーザ光４を移動させながらリード端子に順次照射して、はんだ付けを行うことができる。
【００５０】
なお、レーザ光４を移動させるに伴ってガス吹き付け領域２２も移動するので、ガス吹き付け領域２２が１辺のリード端子の全てを常にガスシールドするわけではないが、実際上はこれで十分である。なお、ガス吹き出し口１９の長さをもっと長くしてレーザ光４の移動に対して常に完全ガスシールドできるようにしてもかまわない。
【００５１】
更に、レーザ光４の光軸が高温シールドガス１５のノズルチップ１６の吹き出し口１９内に配置されているので、レーザ光４によって高温シールドガス１５の吹き付け方向を目視で確認することができ、位置調整がしやすい。また、高温シールドガス１５の吹き付け方向とレーザ光４の光軸とが同じになるので、高温シールドガス１５のガス流が電子部品５によって影響を受けない角度、例えば垂直方向等から吹き付けることができる。
【００５２】
なお、上記レーザ光４の出力は特に限定されないが、通常１〜４０Ｗ（ワークの種類、大きさによる）が好ましい。
【００５３】
また、ＹＡＧレーザ等を用いたレーザ発振は、通常、連続発振（ＣＷ）で行われているが、図４に示すように、レーザ出力をパルス化することもできる。このように、レーザ出力をパルス化すると、レーザ光がＯＮのときに溶融、ＯＦＦのときに冷却となる。また、このパルスの繰り返し周波数（Ｈｚ）、あるいはパルスＯＮ時間の設定により、はんだの溶融温度が制御しやすくなるため、急激な温度上昇が抑えられ、はんだボールが発生するのを抑制して、はんだ付け部の品質を向上させることができる。
【００５４】
なお、レーザ出力をパルス化するための内部シャッターとしては、メカシャッターでＯＮ、ＯＦＦするもの、電気的シャッターでＯＮ、ＯＦＦするものなどがある。
【００５５】
図３には、本発明のはんだ付け装置の更に他の実施形態が示されている。
このはんだ付け装置は、集光手段としてシリンドリカルレンズ２５を用い、集光ユニット２３で、コリメートされた円形断面のレーザ光２４を、シリンドリカルレンズ２５により集光して横断面が線状のレーザ光２６にしている。また、ガスノズル２７のノズルチップ２８を細長の長方形状のガス吹き出し口２９にし、高温シールドガス３０を上記ガス吹き出し口２９から吹き出すようにしている。そして、上記線状のレーザ光２６が、上記ガス吹き出し口２９の中央を通って高温シールドガス３０の吹き出し領域３１内に照射されるようになっている。なお、上記の集光手段はシリンドリカルレンズに限定されるものではなく、レーザ光の横断面が線状となるように集光させるものであればよい。
【００５６】
このはんだ付け装置を用いてはんだ付けする場合には、線状のレーザ光２６を照射することにより、例えばＦＰＩＣの多数のリード端子の片側１辺を１度にはんだ付けすることができる。また、高温シールドガス３０のガス吹き付け領域３１内にレーザ光２６が照射されるので、無酸化雰囲気にて、かつ、予熱又は余熱された状態で、高速、高効率に、しかも高品質のはんだ付けが可能となる。
【００５７】
なお、本発明においては、高温シールドガスの出力（熱エネルギー）を、レーザ光の出力（熱エネルギー）よりも大きくし、はんだ付け部分を高温シールドガスによって主として加熱し、レーザ光の照射による加熱を補助的に用いてはんだ付けを行うことができる。
【００５８】
すなわち、例えば図１において、プリント基板８上へＦＰＩＣ等の電子部品５のはんだ付けする場合、高温シールドガス１５を接合箇所１０に直接吹き付けて、はんだの溶融温度よりも１００〜１０℃低い温度、より好ましくは７０〜２０℃低い温度まで加熱しておき、その状態で補助的にレーザ光を照射してはんだを溶融させ、はんだ付けを行うことができる。このようなはんだ付けを行うと、高温シールドガスによって均一に加熱された領域のうち、接合箇所の中心部にレーザ光を照射することによって局所的に迅速に高温となるため、より速いはんだ付けが可能となり、熱エネルギーが無駄なく効率よく利用される。また、接合箇所１０を過度に加熱してしまうことが防止され、はんだボールの発生を抑制し、はんだのぬれ性も向上させることができる。
【００５９】
また、レーザ発振器としては、ＹＡＧレーザに限らず、熱エネルギー加工が可能であれば、他のレーザを使用することもできる。また、通常のＣＷ・ＹＡＧレーザであってもよいが、パルス出力させる場合には市販のノーマルパルスＹＡＧレーザを使用することもできる。ノーマルパルスＹＡＧレーザは、ピーク出力が高いため、はんだ付けに使用されたことはなかったが、レーザの出力（平均出力、パワー密度、エネルギー密度）を極めて低く抑えることによって、はんだ付け用レーザへの転用が可能である。
【００６０】
更に、前記実施形態では、レーザ光の伝送手段として光ファイバを用いたが、伝送手段はこれに限るものではなく、例えば空中伝送（例えばミラーによる反射の伝送）などの手段を用いることもできる。
【００６１】
更にまた、シールドガスとしては、不活性ガスあるいは還元性ガスのいずれでもよい。また、シールドガスとして用いる不活性ガスは、上述の窒素ガスに限らず、無酸化ガスであるヘリウムガス、アルゴンガスでもよい。また、シールドガスとして用いる還元性ガスは、例えば水素ガスでもよく、また、上記のような窒素ガス等の不活性ガスと水素ガス等の還元性ガスとの混合ガスでもよい。
【００６２】
更にまた、プリント基板にはんだ付けする電子部品としては、ＦＰＩＣに限らず、その他のＩＣ、チップ抵抗器、電解コンデンサなどに適用することも可能である。
【００６３】
図５（ａ）、（ｂ）には、本発明のはんだ付け装置の更に他の実施形態が示されている。同図（ａ）に示すように、このはんだ付け装置は、図３に示したはんだ付け装置の構成において、集光ユニット２３とガスノズル２７とを一体化して、レンズ・ガスノズル・ユニット３２を構成し、図示しない駆動機構によって、このレンズ・ガスノズル・ユニット３２を、レーザ光軸３３を中心として回転可能な構造としたものである。
【００６４】
すなわち、シリンドリカルレンズ２５が、光軸３３を中心に任意の方向に回転することができ、そのときにガスノズル２７も一体となって同一方向に回転するようになっている。また、円形のレーザ光２４は、シリンドリカルレンズ２５で集光されてレーザ光２６となり、最後に線状ビーム３４となって照射されるが、この線状ビーム３４も、シリンドリカルレンズ２５の回転により、同一方向に回転する。
【００６５】
したがって、同図（ｂ）に示すように、電子部品、例えばＦＰＩＣ３５の各辺からリード線が出ている場合でも、各辺の方向に合わせてレンズ・ガスノズル・ユニット３２を回転させることにより、細長の長方形状のガス吹き出し口２９及びレーザ光２６の線状ビーム３４を、各辺のリード線の配列方向に一致させることができる。
【００６６】
すなわち、ＦＰＩＣ３５の１つの辺から突出する複数のリード線３６の配列方向３７に沿うように、ガス吹き出し口２９及び線状ビーム３４を配置してはんだ付けを行った後、それと直角方向の他の辺から突出する複数のリード線３８の配列方向３９に沿うように、ガス吹き出し口２９及び線状ビーム３４を配置し直してはんだ付けすることができ、この作業を繰り返すことによって、ＦＰＩＣ３５の配置等を変えずに、全てのリード線を効率よくはんだ付けすることができる。
【００６７】
【実施例】
図１に示したはんだ付け装置を用い、プリント基板８の配線電極９上に載置されたＦＰＩＣからなる電子部品５のリード端子６を、配線電極９上に予め形成されたはんだ層７を介してはんだ付けした。なお、この実施例では、はんだ層７のはんだ材は、電子部品用のはんだ材のうち、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の鉛フリーはんだとした。このはんだ材の溶融温度は２２０〜２２１℃程度である。
【００６８】
シールドガス１４としては、窒素ガスを用い、この窒素ガスを電気ヒータ１２で２５０℃に加熱し、ノズルチップ１６の吹き出し口から、圧力０．２ＭＰａ、流速１．５ＮＬ／分の条件で吹き付けた。
【００６９】
一方、レーザ発振器１としては、ＹＡＧレーザを用い、１０Ｗの出力のレーザ光を、０．３秒（リード端子当り）の条件で照射した。
【００７０】
はんだ付けに際しては、まず、上記シールドガス１４を吹き付けて、はんだ付けすべき箇所を上記はんだ層７の溶融温度よりも３０℃低い温度に加熱し、その状態で上記レーザ光をはんだ付けすべき箇所の中心にスポット的に照射してはんだを溶融させ、はんだ付けを行った。
【００７１】
その結果、はんだ付けの速度は１リード端子当り０．３秒で行うことが可能であり、はんだ付けしたプリント基板８上に、はんだボールの存在は皆無であった。
【００７２】
また、シールドガス１４の吹き付け方向と、レーザ光４の光軸とが一致しているので、加熱スポットを位置決めすることが容易であった。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電子部品のはんだ付けに際し、レーザ光と高温シールドガスとを併用し、レーザ光の光軸を高温シールドガスのガスノズルの吹き出し口内に配置すると共に、シールドガスの吹き出し口の形状を細長いスリット状にすることによって、電子部品から突出する複数のリード端子の列に沿って一度にシールドガスを吹き付けて予熱又は余熱し、無酸化雰囲気を形成することができるので、その状態でレーザ光を照射して、複数のリード端子を短時間で効率よくはんだ付けすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるはんだ付け装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明によるはんだ付け装置の他の実施形態を示し、（ａ）はガスノズル近傍の部分拡大図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢示線に沿った断面図である。
【図３】本発明によるはんだ付け装置の更に他の実施形態を示す集光ユニット近傍の部分拡大斜視図である。
【図４】本発明におけるレーザ光のパルス出力の一例を示す図表である。
【図５】本発明によるはんだ付け装置の更に他の実施形態を示し、（ａ）は集光ユニット近傍の部分拡大斜視図、（ｂ）は電子部品の斜視図である。
【符号の説明】
１：レーザ発振器
２：光ファイバー
３、２３：集光ユニット
４、２４、２６：レーザ光
５：電子部品
６：リード端子
７：はんだ層
８：プリント基板
９：配線電極
１０：接合箇所
１１、２７：ガスノズル
１２：電気ヒータ
１３：導入口
１４：シールドガス
１５：高温シールドガス
１６、２８：ノズルチップ
１９、２９：ガス吹き出し口
２５：シリンドリカルレンズ
３２：レンズ・ガスノズルユニット
３３：光軸
３４：線状ビーム
３５：ＦＰＩＣ
３６、３８：リード線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a soldering method and apparatus for surface mounting an electronic component on a printed circuit board.
[0002]
[Prior art]
As surface mount electronic components mounted on a printed circuit board or the like, there are flat package ICs (hereinafter referred to as FPICs) such as a QFP (Quad Flat Package) type and an SOP (Small Outline Package) type.
[0003]
The connection between the lead terminals of these electronic components and the wiring electrodes on the printed circuit board side is performed by a method such as soldering. Usually, as a soldering method, processing by a reflow furnace capable of mass production dominates. In the case of an electronic component that cannot be processed by a reflow furnace, a method using a soldering iron, a light beam, hot air, laser light, or the like is performed in a post-installation process.
[0004]
In addition, as a method of supplying solder material to the soldering part, a method of screen printing a solder paste on a wiring pattern of a printed circuit board in advance, a method using a dispenser capable of repeating a minute amount of application, a solder wire There is an automatic supply method.
[0005]
Furthermore, flux is used together with the solder material at the time of soldering. The soldering mechanism is such that the flux first dissolves during heating, and the oxide film on the surface of the joint is chemically peeled off. Then, the melted solder spreads on the surface, and the lead terminals of the electronic component and the wiring electrodes of the printed circuit board are joined via the solder material.
[0006]
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2001-158985, 2001-156436, and 9-214122 disclose a method of performing soldering using laser light irradiation and heated inert gas spraying in combination. An apparatus is disclosed. Of the above, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2001-158985 and 2001-156436 irradiate a laser beam and heat it even when an oxide film is formed on the surface of a lead terminal of an electronic component. It is described that the oxide film can be removed by spraying active gas without using flux.
[0007]
Further, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-198670 discloses soldering a laser beam in a jet of hot inert gas while jetting hot hot inert gas toward the soldering point along the optical axis of the laser beam. A method is disclosed in which soldering is performed while preventing temperature drop of the laser beam with hot inert gas and performing auxiliary heating and gas shielding of the soldering point by projecting onto the point.
[0008]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-252762 discloses a method using a mixed gas of a reducing gas and an inert gas in place of the hot inert gas in the method of the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 2001-198670.
[0009]
Further, Japanese Patent Laid-Open No. 5-104279 is provided with a condensing unit having a light emitting part such as a xenon lamp or a YAG laser oscillator and a light condensing part of the light emitting part, and is located in the vicinity of the light condensing part. A light heating device that irradiates a heated object such as a soldering portion with condensed light to heat and melt the heated object, and an oxygen concentration in an atmosphere around the heated object is 5% or less An optical heating device having a shield gas supply means made of an inert gas or a reducing gas is disclosed. Further, an embodiment in which the laser beam condensed by the condensing means is irradiated through the gas nozzle of the shielding gas is shown. Further, it is described that a soldering portion is preheated by using a gas temperature regulator and heating and using a shielding gas.
[0010]
Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-253170 discloses a laser generation source, and a laser irradiation unit for irradiating a bonded portion composed of solder and a workpiece with a laser beam generated from the generation source. There is disclosed a laser soldering apparatus characterized by further comprising a gas discharge means for removing a light shielding material generated from a bonded portion by irradiation of the laser light. In addition, an embodiment is described in which a gas is introduced into a laser light irradiation nozzle and a laser light emission port and a gas discharge port are shared. When heated air is used as a gas for removing the light shielding material, it is effective for improving soldering efficiency and solder quality. When an inert gas is used, solder is oxidized due to oxidation of the solder during soldering. It is described that it is effective for preventing deterioration of the attachment quality.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
In such a method of soldering electronic components, when the flux is melted and evaporated, and when the solder is melted, bubbles (gas) inside the melted solder expand and burst. It is easy to scatter. If the printed circuit board with the solder balls attached is used as it is, the solder balls may drop or move due to some vibration, etc., enter other connection wiring parts, cause a short circuit, etc., and impair the reliability of the printed circuit board. Become.
[0012]
Moreover, in the case of the process by the conventional reflow furnace, a solder ball, a flux residue, etc. have been removed by the following washing | cleaning process. However, recently, it has been pointed out that cleaning with chlorofluorocarbon or the like causes environmental problems, and the cleaning process is often omitted. For this reason, development of the soldering technique which can suppress generation | occurrence | production of a solder ball effectively was desired.
[0013]
Furthermore, in the soldering of post-installation parts that cannot be processed by a reflow furnace, for example, local heating is performed with a soldering iron, light beam, hot air, laser light, etc., but due to the rapid rise in temperature of the soldering part. In some cases, more solder balls are generated.
[0014]
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-198670 proposes a soldering method using both laser light irradiation and spraying of a heated inert gas or the like. No. 104279 shows that solder ball generation can be prevented by using a spray of heated shield gas made of an inert gas or a reducing gas in combination. Since it takes a certain amount of time to heat the part, in order to solder a plurality of semiconductor lead terminals, heating by spraying a shielding gas and soldering by irradiating a laser beam are performed by the lead terminal 1. There was a problem that workability was poor because it was necessary to repeat it for each book.
[0015]
The present invention has been made in view of the above problems, and can suppress the generation of solder balls adhering to the periphery of a soldered portion of an electronic component, and can obtain a soldered portion with good wettability. An object of the present invention is to provide an electronic component soldering method and apparatus capable of performing work efficiently.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the electronic component soldering method of the present invention is such that a lead terminal of an electronic component is placed on a wiring electrode of a printed circuit board, the laser beam is irradiated to the placement portion of the lead terminal, and inactive In a soldering method of an electronic component for performing soldering by spraying a heated shield gas made of a gas or a reducing gas, the shield gas outlet is formed into an elongated slit and the laser beam is a linear beam. Condensing means for condensing the light is provided, the optical axis thereof is disposed in the blowout port of the shield gas, and the shield gas is sprayed to a portion to be soldered, so that the melting temperature of the solder is 100 to 10 While heating to a temperature lower by ℃ and condensing the laser beam into a linear beam in that state, the inside of the shield gas outlet The portion to be the soldering by umbrellaPulsedIrradiated,The shield gas outlet is rotated in accordance with the arrangement direction of the lead terminals, and the linear beam of the laser light is also rotated together with the outlet.It is characterized by that.
[0017]
According to the soldering method of the present invention, when irradiating a solder connection portion with laser light, the connection portion is covered with a heated shield gas made of an inert gas or a reducing gas to form a non-oxidizing atmosphere. Thereby, the new oxidation of the connection part surface is suppressed.
[0018]
Further, since the connection portion and its periphery are preheated or preheated by the combined use of the heated shield gas, local rapid heating is alleviated as compared with the conventional soldering using only laser light. This not only suppresses the scattering of solder balls, but also prevents variations in temperature distribution, thereby improving the wettability of the solder.
[0019]
In addition, since the shape of the shield gas outlet is formed into a long and narrow slit, the heated shield gas is sprayed so as to cover the entire row of the lead terminals protruding from the electronic component. As a result, compared to the conventional method of spraying a shield gas heated in a spot manner only to and around the connection portion of the lead terminal that is the target of soldering by laser light irradiation, the area around each lead terminal is reduced. A larger area is preheated or preheated. Accordingly, the connecting portion of each lead terminal is preheated or preheated more stably, and the preheat or preheat temperature for each lead terminal is made more uniform.
[0020]
As described above, in the soldering method of the present invention, it is possible to suppress the scattering of the solder balls and improve the wettability of the solder to the connection portions of the plurality of lead terminals protruding from the electronic component more stably and without variation. It can be carried out.
[0021]
In general, since the gas is not visible, it is difficult to confirm the spraying condition of the shield gas to the soldered part, and it takes time to adjust the position.In the present invention, the optical axis of the laser beam of the laser processing head is set to the shield gas. By arranging in the blowout port, it becomes easy to grasp the spraying position of the shield gas, and the position adjustment becomes easy. Further, the gas can be blown from an angle such as vertical so that the gas flow is not affected by the electronic component.
[0022]
Further, the shape of the shield gas outlet is made into a long and narrow slit, so that a shield gas is sprayed at once along the row of lead terminals protruding from the electronic component to preheat or preheat to form a non-oxidizing atmosphere. Therefore, a plurality of lead terminals can be efficiently soldered in a short time by irradiating laser light in that state.
[0023]
  Also,Irradiating the laser beam through the shielding gas outlet while condensing the laser beam into a linear beam.soSince a plurality of lead terminals protruding from the electronic component can be simultaneously heated and soldered, soldering workability can be further improved.
  Further, the portion to be soldered with the shielding gas is heated to a temperature lower by 100 to 10 ° C. than the melting temperature of the solder, and in that state, the laser beam is irradiated to the portion to be soldered for soldering. By heating the part to be soldered to a relatively high temperature and irradiating the laser beam in that state, the solder can be quickly melted and soldered without heating more than necessary. It is possible to suppress the generation of solder balls due to overheating and to increase the soldering efficiency.
[0024]
  AlsoThe shield gas blowing port is rotated in accordance with the arrangement direction of the lead terminals, and the linear beam of the laser light is also rotated together with the blowing port.soEven if the lead terminal is coming out from both the vertical and horizontal sides of the chip of the electronic component, the shield gas outlet and the linear beam of laser light can be used without changing the installation direction of the electronic component. The soldering operation can be performed simply by rotating.
[0025]
  Further, the laser beam is irradiated in a pulsed manner.soThe soldering can be controlled by repeating the pulses, such as heating when the laser light pulse is ON, and cooling when the laser pulse is OFF. Is suppressed.
[0027]
  On the other hand, the electronic component soldering apparatus of the present invention is an electronic component soldering apparatus in which a lead terminal of an electronic component is installed on a wiring electrode of a printed circuit board and the installation portion of the lead terminal is heated and soldered. Laser beam irradiating means for condensing laser light and irradiating a predetermined location; and shield gas spraying means for spraying a heated shield gas made of an inert gas or a reducing gas to the predetermined location, the shield gas spraying means OutletIsThe laser beam irradiating means has a condensing means for condensing the laser light into a linear beam, and the optical axis of the linear beam formed by the condensing means is the shield. Placed in the outlet of the gas blowing meansA rotating device for rotating together the blowout port of the shield gas blowing means and the linear beam having an optical axis in the blowout port,The shield gas is sprayed on the part to be soldered and heated to a temperature lower by 100 to 10 ° C. than the melting temperature of the solder, and the laser beam is applied to the part to be soldered in that state.PulsedIt is comprised so that it may irradiate.
[0028]
According to the soldering apparatus of the present invention, when irradiating the solder connection portion with the laser beam, the connection portion is covered with a heated shield gas made of an inert gas or a reducing gas to form a non-oxidizing atmosphere. Thereby, the new oxidation of the connection part surface is suppressed.
[0029]
Further, since the connection portion and its periphery are preheated or preheated by the combined use of the heated shield gas, local rapid heating is alleviated as compared with the conventional soldering using only laser light. This not only suppresses the scattering of solder balls, but also prevents variations in temperature distribution, thereby improving the wettability of the solder.
[0030]
In addition, since the shape of the shield gas outlet is formed into a long and narrow slit, the heated shield gas is sprayed so as to cover the entire row of the lead terminals protruding from the electronic component. As a result, compared to conventional devices that spray spot-heated shield gas only on and around the lead terminal connection, which is the target of soldering by laser light irradiation, the periphery of each lead terminal A larger area is preheated or preheated. Accordingly, the connecting portion of each lead terminal is preheated or preheated more stably, and the preheat or preheat temperature for each lead terminal is made more uniform.
[0031]
As described above, in the soldering apparatus of the present invention, it is possible to suppress the scattering of the solder balls and improve the wettability of the solder to the connecting portions of the plurality of lead terminals protruding from the electronic component more stably and without variation. It can be carried out.
[0032]
Further, according to the soldering apparatus of the present invention, the optical axis of the laser beam irradiated by the laser beam irradiation unit and the spraying direction of the heated shield gas by the shield gas spraying unit can be matched, so that the shield For example, the gas can be blown from an angle such as vertical so that the gas blowing position can be easily grasped, the position can be easily adjusted, and the gas flow is not affected by the electronic components.
[0033]
In addition, since the shape of the shield gas outlet is formed into a long and narrow slit, a shield gas is sprayed at once along the row of lead terminals protruding from the electronic component to preheat or preheat to form a non-oxidizing atmosphere. Therefore, a plurality of lead terminals can be efficiently soldered in a short time by irradiating laser light in that state.
[0034]
  Further, the laser beam irradiation unit has a condensing unit that condenses the laser beam so as to be a linear beam, and the optical axis of the linear beam formed by the condensing unit is that of the shield gas blowing unit. Placed in the outletHas beenThus, a plurality of lead terminals protruding from the electronic component can be simultaneously heated and soldered, and the soldering workability can be improved.
[0035]
  And a rotating means for rotating together the blowout port of the shield gas blowing unit and the linear beam having an optical axis in the blowout port.soEven if the lead terminal is coming out from both the vertical and horizontal sides of the chip of the electronic component, the shield gas outlet and the linear beam of laser light can be used without changing the installation direction of the electronic component. The soldering operation can be performed simply by rotating.
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 and 2 show an embodiment of the soldering apparatus of the present invention.
[0037]
In FIG. 1, a laser oscillator 1 such as a YAG laser is connected to a condensing unit 3 via an optical fiber 2, and these constitute a laser beam irradiation means in the present invention. The laser beam 4 output from the laser oscillator 1 is transmitted through the optical fiber 2 and condensed through the condensing unit 3.
[0038]
A gas nozzle 11 is attached to the laser light emitting surface of the light collecting unit 3. In this case, an air gap is provided at the connection boundary portion so that the heat of the heated shield gas is not heated due to conduction to the light collecting unit 3 side, and a heat insulating material such as “Duro Stone” (trade name, Roscheling Group) is installed to insulate the heat. An end face of the gas nozzle 11 on the light collecting unit 3 side is covered with a transparent panel that transmits laser light, and a nozzle chip 16 having a shield gas outlet is attached to the opposite end face of the gas nozzle 11.
[0039]
As shown in FIG. 2, the nozzle chip 16 has a flat plate shape in cross section, and a slit-shaped outlet 19 is formed at the center thereof. The optical axis of the laser beam 4 passes through the center of the blowout port 19.
[0040]
The size of the blowout port 19 may be appropriately selected depending on the size and shape of the electronic component to be soldered. Usually, the width a (mm) and the length b (mm) of the inner diameter in FIG. ) Is preferably a ≧ α + 2 and b ≧ β + 2 where the size of one side of the FPIC is a width α (mm) and the length is β (mm), for example. For example, when the size of one side of a lead of an SOP (Small Outline Package), which is an FPIC to be soldered, is 3 (mm) wide by 18 (mm) long, the size of the outlet 19 is 5 ( mm) × length 20 (mm), it is possible to correspond to the width and length of one side of the SOP.
[0041]
An inlet 13 for introducing a shield gas 14 such as nitrogen gas is formed at one location on the peripheral surface of the gas nozzle 11. Further, an electric heater 12 and a thermocouple for detecting and controlling the heating temperature are arranged inside the gas nozzle 11, and the shield gas 14 introduced from the introduction port 13 is heated to heat the high-temperature shield gas 15. The high temperature shield gas 15 is ejected from the outlet 19 of the nozzle chip 16.
[0042]
Further, the laser beam condensed through the condensing unit 3 has its optical axis output through the outlet 19 of the nozzle tip 16 of the gas nozzle 11.
[0043]
On the other hand, wiring electrodes 9 are formed on the surface of the printed circuit board 8, and for example, the lead terminals 6 of the electronic component 5 such as an FPIC (flat package IC) are installed so as to contact the corresponding portions of the wiring electrodes 9. Has been. A solder layer 7 formed by screen printing a solder paste is formed in advance on a soldered portion of the wiring electrode 9. And the part where the lead terminal 6, the solder layer 7, and the wiring electrode 9 contact | abutted up and down has comprised the joining location 10 which should be soldered.
[0044]
Next, an embodiment of a soldering method according to the present invention using the above soldering apparatus will be described.
[0045]
A plurality of lead terminals 6 extending from both sides of the electronic component 5 are positioned so as to come into contact with corresponding portions of the wiring electrodes 9 of the printed circuit board 8, and the electronic component 5 is placed on the printed circuit board 8. deep. The solder layer 7 is formed on the wiring electrode 9 to be soldered, and the lead terminal 6 is placed on the wiring electrode 9 through the solder layer 7. Moreover, as a solder material of the solder layer 7, a solder material for electronic parts such as a commonly used eutectic solder (Pb-Sn) or lead-free solder is used.
[0046]
In this state, a shield gas 14 such as nitrogen gas is introduced into the gas nozzle 11 from the introduction port 13. The shield gas 14 is preferably heated to 50 to 300 ° C., more preferably 150 to 250 ° C., by the electric heater 12 disposed in the gas nozzle 11. Then, the high-temperature shield gas 15 having the above temperature is ejected from the blowout port 19 of the nozzle chip 16 and is sprayed onto the joint portion 10. At this time, the jet pressure of the high-temperature shield gas 15 is preferably 0.01 to 0.5 MPa, and the flow rate is preferably 0.5 to 10 NL (liter) / minute (depending on the size of the workpiece). In this way, after preheating or preheating the joint portion 10 relatively uniformly, laser irradiation from the laser oscillator 1 is performed.
[0047]
That is, the laser beam 4 output from the laser oscillator 1 is introduced into the condensing unit 3 through the optical fiber 2, is collected by a lens disposed in the condensing unit 3, passes through the gas nozzle 11, and passes through the nozzle. The light is emitted from the blowout port 19 of the chip 16 and is locally irradiated to the joint portion 10, particularly the lead terminal 6.
[0048]
As a result, the solder layer 7 is melted and spreads around the portion irradiated with the laser beam 4, and the lead terminal 6 and the wiring electrode 9 are soldered. The oxide films on the surfaces of the lead terminals 6 and the wiring electrodes 9 are burned out and removed before soldering by spraying the high temperature shield gas 15, irradiating the laser beam 4, and flux. Further, since the portion irradiated with the laser beam 4 is a region where the high temperature shield gas 15 is sprayed, the heated portion is always shielded with a shield gas such as nitrogen gas, and oxidation or the like is prevented.
[0049]
Further, in the present invention, the high-temperature shield gas 15 blown out from the outlet 19 of the nozzle chip 16 forms an elongated gas blowing region 22 and can gas shield one side of the SOP lead terminal. Soldering can be performed by sequentially irradiating the lead terminals while moving the laser beam 4 in this state.
[0050]
In addition, since the gas spraying region 22 also moves as the laser beam 4 is moved, the gas spraying region 22 does not always gas shield all of the lead terminals on one side, but this is sufficient in practice. . Note that the length of the gas outlet 19 may be made longer so that the gas can always be completely shielded against the movement of the laser beam 4.
[0051]
Furthermore, since the optical axis of the laser beam 4 is disposed in the blowout port 19 of the nozzle tip 16 of the high temperature shield gas 15, the spray direction of the high temperature shield gas 15 can be visually confirmed by the laser beam 4. Easy to adjust. In addition, since the spray direction of the high temperature shield gas 15 and the optical axis of the laser beam 4 are the same, the gas flow of the high temperature shield gas 15 can be sprayed from an angle that is not affected by the electronic component 5, for example, the vertical direction. .
[0052]
The output of the laser beam 4 is not particularly limited, but usually 1 to 40 W (depending on the type and size of the workpiece) is preferable.
[0053]
Laser oscillation using a YAG laser or the like is normally performed by continuous oscillation (CW), but the laser output can be pulsed as shown in FIG. In this way, when the laser output is pulsed, the laser beam is melted when it is ON, and cooled when it is OFF. In addition, the setting of the pulse repetition frequency (Hz) or the pulse ON time makes it easy to control the melting temperature of the solder, so that a rapid temperature rise can be suppressed and the generation of solder balls can be suppressed. The quality of the attachment part can be improved.
[0054]
The internal shutter for pulsing the laser output includes a mechanical shutter that is turned on and off, and an electrical shutter that is turned on and off.
[0055]
FIG. 3 shows still another embodiment of the soldering apparatus of the present invention.
This soldering apparatus uses a cylindrical lens 25 as a condensing means, and condenses the laser light 24 having a circular cross-section collimated by the condensing unit 23 by the cylindrical lens 25 in the condensing unit 23 and has a linear cross section. I have to. In addition, the nozzle tip 28 of the gas nozzle 27 is an elongated rectangular gas outlet 29, and the high temperature shield gas 30 is blown out from the gas outlet 29. The linear laser beam 26 is irradiated into the blowing region 31 of the high-temperature shield gas 30 through the center of the gas blowing port 29. The condensing means is not limited to the cylindrical lens, and any condensing means may be used as long as it condenses so that the cross section of the laser light is linear.
[0056]
When soldering using this soldering apparatus, for example, one side of many lead terminals of the FPIC can be soldered at a time by irradiating the linear laser beam 26. Further, since the laser beam 26 is irradiated into the gas spray region 31 of the high temperature shield gas 30, high-quality, high-quality soldering is performed in a non-oxidizing atmosphere and in a preheated or preheated state. Is possible.
[0057]
In the present invention, the output (thermal energy) of the high temperature shield gas is made larger than the output (thermal energy) of the laser beam, the soldered part is mainly heated by the high temperature shield gas, and the heating by the laser beam irradiation is performed. Auxiliary use can be used for soldering.
[0058]
That is, for example, in FIG. 1, when soldering the electronic component 5 such as FPIC onto the printed circuit board 8, the high temperature shield gas 15 is directly sprayed on the joint 10, and the temperature is 100 to 10 ° C. lower than the melting temperature of the solder More preferably, it is heated to a temperature lower by 70 to 20 ° C., and in this state, laser light is supplementarily irradiated to melt the solder and soldering can be performed. When such soldering is performed, in the region heated uniformly by the high-temperature shield gas, the central portion of the joint is irradiated with laser light, and the temperature rapidly rises locally. This makes it possible to use heat energy efficiently without waste. Moreover, it can prevent that the joining location 10 is heated too much, can suppress generation | occurrence | production of a solder ball, and can also improve the wettability of a solder.
[0059]
The laser oscillator is not limited to a YAG laser, and other lasers can be used as long as thermal energy processing is possible. In addition, a normal CW • YAG laser may be used, but a commercially available normal pulse YAG laser can also be used when outputting a pulse. The normal pulse YAG laser has never been used for soldering because of its high peak output, but by suppressing the laser output (average output, power density, energy density) extremely low, Diversion is possible.
[0060]
Further, in the embodiment, the optical fiber is used as the laser beam transmission means, but the transmission means is not limited to this, and for example, means such as air transmission (for example, transmission of reflection by a mirror) can be used.
[0061]
Furthermore, the shielding gas may be either an inert gas or a reducing gas. Further, the inert gas used as the shielding gas is not limited to the nitrogen gas described above, but may be helium gas or argon gas which are non-oxidizing gases. The reducing gas used as the shielding gas may be hydrogen gas, for example, or may be a mixed gas of an inert gas such as nitrogen gas as described above and a reducing gas such as hydrogen gas.
[0062]
Furthermore, the electronic component to be soldered to the printed circuit board is not limited to the FPIC, but can be applied to other ICs, chip resistors, electrolytic capacitors, and the like.
[0063]
5 (a) and 5 (b) show still another embodiment of the soldering apparatus of the present invention. As shown in FIG. 3A, this soldering apparatus is configured by integrating the light collecting unit 23 and the gas nozzle 27 in the configuration of the soldering apparatus shown in FIG. The lens / gas nozzle unit 32 is structured to be rotatable around the laser optical axis 33 by a driving mechanism (not shown).
[0064]
That is, the cylindrical lens 25 can rotate in an arbitrary direction around the optical axis 33, and the gas nozzle 27 also rotates integrally in the same direction. Further, the circular laser beam 24 is condensed by the cylindrical lens 25 to become the laser beam 26 and finally irradiated as a linear beam 34. The linear beam 34 is also rotated by the rotation of the cylindrical lens 25. Rotate in the same direction.
[0065]
Therefore, as shown in FIG. 2B, even when lead wires are exposed from each side of an electronic component, for example, the FPIC 35, by rotating the lens gas nozzle unit 32 in accordance with the direction of each side, The rectangular gas outlet 29 and the linear beam 34 of the laser light 26 can be made to coincide with the arrangement direction of the lead wires on each side.
[0066]
That is, after soldering by arranging the gas outlet 29 and the linear beam 34 along the arrangement direction 37 of the plurality of lead wires 36 projecting from one side of the FPIC 35, the other direction perpendicular thereto is arranged. The gas outlet 29 and the linear beam 34 can be rearranged and soldered along the arrangement direction 39 of the plurality of lead wires 38 protruding from the side, and by repeating this operation, the arrangement of the FPIC 35, etc. All lead wires can be soldered efficiently without changing.
[0067]
【Example】
Using the soldering apparatus shown in FIG. 1, the lead terminals 6 of the electronic component 5 made of FPIC placed on the wiring electrodes 9 of the printed circuit board 8 are passed through the solder layer 7 formed in advance on the wiring electrodes 9. And soldered. In this embodiment, the solder material of the solder layer 7 is Sn—Ag—Cu based lead-free solder among the solder materials for electronic components. The melting temperature of this solder material is about 220 to 221 ° C.
[0068]
Nitrogen gas was used as the shielding gas 14, and this nitrogen gas was heated to 250 ° C. by the electric heater 12 and sprayed from the outlet of the nozzle tip 16 under conditions of a pressure of 0.2 MPa and a flow rate of 1.5 NL / min.
[0069]
On the other hand, as the laser oscillator 1, a YAG laser was used, and laser light with an output of 10 W was irradiated for 0.3 seconds (per lead terminal).
[0070]
At the time of soldering, first, the shielding gas 14 is blown to heat the portion to be soldered to a temperature 30 ° C. lower than the melting temperature of the solder layer 7, and the portion to be soldered with the laser light in that state The solder was melted by spot-irradiating the center of the solder to perform soldering.
[0071]
As a result, the soldering speed could be 0.3 seconds per lead terminal, and there were no solder balls on the soldered printed circuit board 8.
[0072]
In addition, since the spraying direction of the shield gas 14 and the optical axis of the laser beam 4 coincide, it is easy to position the heating spot.
[0073]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when soldering an electronic component, the laser beam and the high-temperature shield gas are used in combination, and the optical axis of the laser beam is disposed in the outlet of the gas nozzle for the high-temperature shield gas, and the shield By making the shape of the gas outlet into an elongated slit, it is possible to form a non-oxidizing atmosphere by spraying shield gas at a time along a row of a plurality of lead terminals protruding from the electronic component to preheat or preheat. Therefore, a plurality of lead terminals can be efficiently soldered in a short time by irradiating with laser light in that state.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a soldering apparatus according to the present invention.
2A and 2B show another embodiment of the soldering apparatus according to the present invention, in which FIG. 2A is a partially enlarged view in the vicinity of a gas nozzle, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. .
FIG. 3 is a partially enlarged perspective view in the vicinity of a light collecting unit showing still another embodiment of a soldering apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a chart showing an example of pulse output of laser light in the present invention.
5A and 5B show still another embodiment of a soldering apparatus according to the present invention, in which FIG. 5A is a partially enlarged perspective view in the vicinity of a light collecting unit, and FIG. 5B is a perspective view of an electronic component.
[Explanation of symbols]
1: Laser oscillator
2: Optical fiber
3, 23: Condensing unit
4, 24, 26: Laser light
5: Electronic parts
6: Lead terminal
7: Solder layer
8: Printed circuit board
9: Wiring electrode
10: Joint location
11, 27: Gas nozzle
12: Electric heater
13: Introduction port
14: Shield gas
15: High temperature shielding gas
16, 28: Nozzle tip
19, 29: Gas outlet
25: Cylindrical lens
32: Lens / gas nozzle unit
33: Optical axis
34: Linear beam
35: FPIC
36, 38: Lead wire

Claims

プリント基板の配線電極上に電子部品のリード端子を設置し、該リード端子の設置部分にレーザ光を照射すると共に、不活性ガスあるいは還元性ガスよりなる加熱されたシールドガスを吹き付けてはんだ付けを行う電子部品のはんだ付け方法において、
前記シールドガスの吹き出し口の形状を細長いスリット状にすると共に、前記レーザ光を線状ビームとなるように集光させる集光手段を設けて、その光軸を前記シールドガスの吹き出し口内に配置し、
前記シールドガスをはんだ付けすべき箇所に吹き付けて、はんだの溶融温度よりも１００〜１０℃低い温度まで加熱し、その状態で前記レーザ光を線状ビームとなるように集光させつつ、前記シールドガスの吹き出し口内を通過させて前記はんだ付けすべき箇所にパルス化して照射し、
前記リード端子の配列方向に合わせて、前記シールドガスの吹き出し口を回転させると共に、前記レーザ光の線状ビームも該吹き出し口と一緒に回転させることを特徴とする電子部品のはんだ付け方法。A lead terminal of an electronic component is installed on the wiring electrode of the printed circuit board, and a laser beam is irradiated to the installation portion of the lead terminal, and a heated shield gas made of an inert gas or a reducing gas is sprayed and soldered. In the method of soldering electronic components to be performed,
The shield gas outlet is formed into a long and narrow slit, and condensing means for condensing the laser beam so as to be a linear beam is provided, and its optical axis is disposed in the shield gas outlet. ,
The shield gas is sprayed onto a portion to be soldered, heated to a temperature lower by 100 to 10 ° C. than the melting temperature of the solder, and the laser light is condensed to form a linear beam in that state, and the shield Pass through the gas outlet and irradiate the part to be soldered with a pulse ,
A soldering method for an electronic component , wherein the shield gas blowing port is rotated in accordance with the arrangement direction of the lead terminals, and the linear beam of the laser light is also rotated together with the blowing port .

プリント基板の配線電極上に電子部品のリード端子を設置し、該リード端子の設置部分を加熱してはんだ付けする電子部品のはんだ付け装置において、
レーザ光を集光して所定箇所に照射するレーザ光照射手段と、
不活性ガスあるいは還元性ガスよりなる加熱されたシールドガスを所定箇所に吹き付けるシールドガス吹き付け手段とを備え、
前記シールドガス吹き付け手段の吹き出し口が細長いスリット状をなし、
前記レーザ光照射手段は、レーザ光を線状ビームとなるように集光させる集光手段を有し、この集光手段によって形成される線状ビームの光軸が前記シールドガス吹き付け手段の吹き出し口内に配置され、
前記シールドガス吹き付け手段の吹き出し口と、この吹き出し口内に光軸を有する前記線状ビームとを、一緒に回転させる回転装置を有し、
前記シールドガスをはんだ付けすべき箇所に吹き付けて、はんだの溶融温度よりも１００〜１０℃低い温度まで加熱し、その状態で前記レーザ光を前記はんだ付けすべき箇所にパルス化して照射するように構成されていることを特徴とする電子部品のはんだ付け装置。In an electronic component soldering apparatus that installs a lead terminal of an electronic component on a wiring electrode of a printed circuit board and heats and solders the installation portion of the lead terminal,
A laser beam irradiating means for condensing the laser beam and irradiating a predetermined location;
A shield gas spraying means for spraying a heated shield gas made of an inert gas or a reducing gas to a predetermined location;
The outlet of the shielding gas spraying means has an elongated slit shape,
The laser beam irradiating unit has a condensing unit that condenses the laser beam so as to be a linear beam, and the optical axis of the linear beam formed by the condensing unit is within the outlet of the shield gas blowing unit. It is located in,
A rotating device that rotates together the blowout port of the shielding gas blowing means and the linear beam having an optical axis in the blowout port;
The shield gas is blown to the place to be soldered, heated to a temperature lower by 100 to 10 ° C. than the melting temperature of the solder, and the laser light is pulsed and irradiated to the place to be soldered in that state. An electronic component soldering apparatus characterized by comprising: