JP5240268B2 - Laser soldering method - Google Patents
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Description
レーザを用いるはんだ付け方法に関し、特にはんだ付けの性能の向上および信頼性の向上を図ったレーザはんだ付け方法に関する。 The present invention relates to a soldering method using a laser, and more particularly, to a laser soldering method that improves soldering performance and reliability.
従来から、プリント基板に形成したスルーホール(内面には導体がめっきされている)に電子部品のリードを挿入し、スルーホール周囲に設けられた導電性のランドと電子部品のリードとをはんだ付けすることで、プリント基板に電子部品を実装することが行われている。はんだ付け方法として、はんだ層に電子部品の電極を浸漬させるフローはんだ付けや、はんだごてによるはんだ付けが知られているが、近年、電子部品の小型化あるいは実装密度の増加等により、レーザ光を用いて非接触ではんだ付けを行なうレーザはんだ付け方法が採用されるようになっている(特許文献1参照)。このレーザはんだ付け方法は、鉛フリーはんだ材料を用いる場合にも適しているので注目されている。 Conventionally, electronic component leads are inserted into through-holes (conductors are plated on the inner surface) formed in a printed circuit board, and the conductive lands provided around the through-holes are soldered to the electronic component leads. Thus, electronic components are mounted on a printed circuit board. As a soldering method, flow soldering in which an electrode of an electronic component is immersed in a solder layer and soldering with a soldering iron are known. However, in recent years, due to downsizing of electronic components or increase in mounting density, laser light is used. A laser soldering method in which soldering is performed in a non-contact manner is used (see Patent Document 1). This laser soldering method is attracting attention because it is also suitable when a lead-free solder material is used.
しかしながら、レーザはんだ付け方法に特有のはんだ付けの性能や信頼性にいくつかの問題点がある。たとえば、レーザ光による糸はんだの受熱がうまくいかずはんだ付け不良となることや、レーザ光によるプリント基板の焼けやフラックスの焦げが発生するということである。 However, there are some problems in the soldering performance and reliability peculiar to the laser soldering method. For example, the heat reception of the thread solder by the laser beam is not successful, resulting in poor soldering, or the printed circuit board is burnt or the burn of the flux is generated by the laser beam.
本発明は、上記問題点に鑑み、はんだ付けの性能や信頼性を向上させたレーザはんだ付け方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a laser soldering method with improved soldering performance and reliability.
本発明の第1の態様は、請求項1に記載のように、電子部品のリードと回路基板のスルーホール周囲に設けられたランドとをレーザ照射によりはんだ付けするレーザはんだ付け方法において、前記スルーホールを通過するレーザ光を遮蔽する遮蔽板に前記リードを組み付けるステップと、前記リードを前記スルーホールに挿入して突出させるステップと、前記リードの突出方向の上方からレーザ光を照射するステップと、糸はんだを前記回路基板との角度が60°以上70°以下となる方向から供給するステップと、を備え、前記糸はんだは、前記レーザ光により加熱した前記リードとの接触による受熱、および糸はんだがレーザ光の中を通過するときの受熱によって溶融するレーザはんだ付け方法である。このようにすると、はんだ材料の供給方向にかかわらず、はんだ付け性を改善することができ、スルーホールを通過するレーザ光による電子部品のモールド焼けを防止することができる。
A first aspect of the present invention, as set forth in
さらに、請求項2に記載のように、リードに折曲部を設けて、この折曲部に遮蔽板を配置するようにすると、レーザ光を完全に遮蔽してモールド焼けを防止することができる。
Further, as described in
本発明の第2の態様は、請求項3に記載のように、電子部品のリードと回路基板のスルーホール周囲に設けられたランドとをレーザ照射によりはんだ付けするレーザはんだ付け方法において、前記リード側面から反射する反射光が前記ランド内に入射するように、少なくともリード側面への入射角度αに基づいて、前記リードの前記回路基板からの突出長さL又はランド寸法を決定するステップと、前記リードを前記スルーホールに挿入して突出させるステップと、前記リードの突出方向の上方からレーザ光を照射するステップと、糸はんだを前記回路基板との角度が60°以上70°以下となる方向から供給するステップと、を備え、前記糸はんだは、前記レーザ光により加熱した前記リードとの接触による受熱、および糸はんだがレーザ光の中を通過するときの受熱によって溶融するレーザはんだ付け方法である。このようにすると、基板焼けが発生しないレーザはんだ付けが行える。
According to a second aspect of the present invention, in the laser soldering method according to
リードに傾き及び曲げがない場合、請求項4に記載の式を満足するように、突出長さL又はランド寸法を決定することができる。
When the lead is not tilted or bent, the protrusion length L or the land size can be determined so as to satisfy the formula of
リードに傾き角βの傾きのみがある場合、請求項5に記載の式を満足するように、突出長さL又はランド寸法を決定することができる。
When the lead has only the inclination of the inclination angle β, the protrusion length L or the land size can be determined so as to satisfy the formula of
リードに曲げ角αの曲げのみがある場合、請求項6に記載の式を満足するように、突出長さL又はランド寸法を決定することができる。 When the lead has only a bend of a bending angle α, the protrusion length L or the land dimension can be determined so as to satisfy the formula of claim 6 .
また、請求項7に記載のように、レーザ光の波長は、850nm以上で1100nm以下の波長の範囲から選択される。このようにすると、基板焼けの発生を抑えることができる。
In addition, as described in
このレーザ光の波長は、請求項8に記載のように、940nmとすることもできる。
The wavelength of the laser beam can be 940 nm as described in
さらに、請求項9に記載のように、回路基板は、ガラスエポキシ基板にシルクスクリーン印刷で回路を形成し、アクリレート系樹脂が主成分のソルダレジストを行った回路基板とすることができる。
Furthermore, as described in
本発明の第3の態様は、請求項10に記載のように、電子部品のリードと回路基板のスルーホール周囲に設けられたランドとをレーザ照射によりはんだ付けするレーザはんだ付け方法において、前記リードを前記スルーホールに挿入して突出させるステップと、前記リードの突出方向の上方からレーザ光を照射するステップと、糸はんだを前記回路基板との角度が60°以上70°以下となる方向から供給するステップと、を備え、前記ランドはオーバル型のランドであって、前記オーバル型のランドからはみださない大きさのオーバル型のレーザ光を用いてはんだ付けされ、前記糸はんだは、前記レーザ光により加熱した前記リードとの接触による受熱、および糸はんだがレーザ光の中を通過するときの受熱によって溶融するレーザはんだ付け方法である。このようにすると、オーバル型のランドに対して、最適なレーザ照射を行うことができる。
According to a third aspect of the present invention, in the laser soldering method according to
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
(参考例)
最初に、図1(a)〜(c)を参照して、参考例のアイデアを説明する。図1(a)(b)に示されているように、プリント基板を貫通して設けられたスルーホール15の周囲にたとえば銅めっきにより設けられた導電性のランド14と、リード12とをはんだ付けする場合、スルーホール15に電子部品のリード12を下部から挿入して、プリント基板の上部に設けられたレーザ源からのレーザ光11により糸はんだ13を溶融させてはんだ付けする。ここで、はんだ13は、はんだガイド28にガイドされ、ロボット(図示せず)により供給角度θ=45°でレーザ光の照射域に繰り出される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Reference example)
First, the idea of the reference example will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 1A and 1B, the
一般に、リード12は、スルーホール15の中央部を通るとは限らず、図1(a)(b)に示すように、スルーホール15の周辺部を通ることも多い。図1(a)では、スルーホール15に挿入されたリード12は、図の左方、すなわちはんだガイド28に近い場所にある。これに対して、図1(b)では、スルーホール15に挿入されたリード12は、図の右方、すなわちはんだガイド28から遠い場所にある。図1(c)は、図1(a)の上面図であり、リード12とスルーホール15との位置関係を示す。
In general, the
レーザはんだ付けは、上述のように、糸はんだ13にレーザ光により熱を与える。糸はんだの受熱するモードは2つあり、1つは加熱したリード12と糸はんだ13の接触による受熱であり、他の1つは糸はんだ13がレーザ光11の中を通るときの受熱である。
In laser soldering, heat is applied to the
まず、リード12と糸はんだ13の接触による受熱させる場合を考えると、レーザ光11のエネルギ密度はレーザ照射径の中心部が最も高いため、図1(a)(b)のように、リード12がスルーホール15の中心になく、周辺に片寄っている場合は、リード12はレーザ光11を効率良く受熱できない。したがって、リード12と糸はんだ13が接触しても糸はんだ13は十分に受熱できず、はんだ付け不良の原因となる。
First, considering the case where heat is received by contact between the
この対策としてリード12の位置が予め片寄っていることを見越した上でレーザ出力をアップする方法がある。この場合、スルーホール15の内径寸法を1とするとリード12の位置が0.7より外側となった場合、レーザの出力アップ分は約30%程度必要であることが分かっている。しかしながらレーザ出力を上げてしまうと、スルーホール15とランドの銅めっきの剥離率が30%から60%と悪化し、目標の50%以下を達成できないことがわかった。
As a countermeasure, there is a method of increasing the laser output in anticipation that the position of the
次に、糸はんだ13がレーザ光11の中を通るときに受熱させる場合について考察すると、図1(a)(b)ともに、リード12がスルーホール15の周縁部に片寄っているが、(b)は(a)と比べて、糸はんだ13がレーザ光11に入り始めてからリード12に接触するまでに距離があるため、糸はんだ13がレーザ光11から直接受熱する時間が長い。また中心部を通るため、エネルギ密度の高いレーザ光を受けることができる。
Next, considering the case where heat is received when the
参考例は、このような考察から得られたもので、スルーホール15内のリード12の位置を認識して、はんだの供給方向を制御するものである。たとえば、はんだ13とリード12との位置関係が図1(a)のようになっている場合には、図1(b)のような位置関係になるように、はんだ13を図1(a)に示す方向とは逆の方向、すなわちはんだ13がレーザ光11に入り始めてからリード12に接触するまでに比較的長い距離を動く方向から供給するようにする。つまり、図1(a)のような位置関係を認識すると、はんだガイド28を支持するロボットのアームを移動させて、図1(b)のような位置関係を実現する。このようにすると、レーザ出力を大きくすることなく、はんだ付け性を向上させることができ、プリント基板のランドに悪影響を与えることがない。
The reference example is obtained from such consideration, and recognizes the position of the
図2は、参考例を実施するためのレーザはんだ付け装置である。プリント基板31のスルーホール15に電子部品16のリード1を挿入して半田付けする。レーザ源21からのレーザ光11が、リード12に向けて照射される。リード12をプリント基板31にはんだ付けするための糸はんだ13は、はんだガイド28を通して供給される。本実施形態では、撮像装置であるCCDカメラ23を備え、スルーホール15を貫通するリード12の画像を取得する。すなわち、リード12あるいはプリント基板31から反射される光線は、ハーフミラー26により反射してCCDカメラ23に入射する。CCDカメラにより得られた画像は、たとえば図1(c)のようなリード12とスルーホール15との関係を示す。この画像情報に基づいて制御装置25は、リード12とスルーホール15の周囲のランド14との距離が最も大きくなる方向から、糸はんだを供給するようにはんだ供給装置27を制御する。すなわち、はんだガイド28はリード12の周囲を回り、最適な位置から糸はんだを供給する。なお、レーザ源21とCCDカメラ23の位置を相互に入れ替えて、レーザ光をハーフミラー26で反射するようにしてもよい。
FIG. 2 shows a laser soldering apparatus for carrying out the reference example. The
リードの位置がスルーホール15の中心から離れている場合、上述のように、はんだの供給方向によって受熱に関して顕著な差が生じる。はんだガイド28がリード12に最も遠い位置にあるように移動させて、はんだの供給方向を制御する方法を示したが、次のように制御することもできる。
When the position of the lead is away from the center of the through
図1(c)に示すように、スルーホール15を4分割して、それぞれが4分円である第1〜第4のエリア1〜4を設定する。図では、リード12は第3エリア3にある。ここで、リード12が存在するエリア3以外からリード12に向かって糸はんだ13を供給すれば、剥離率が低減できる。したがって、リード12とランド14との最大の距離となる位置から糸はんだを供給する代わりに、リード12が存在するエリア3ではないエリア1、2、4のいずれかを通ってエリアから糸はんだを供給するようにしてもよい。
As shown in FIG.1 (c), the through
さらに、具体的な条件を見出すために各種条件を設定して実際にレーザはんだ付けを行った。図3(a)〜(c)に示した結果は、スルーホール15の中心とリード12の中心との距離であるずれ量rとはんだ供給方向dとの関係で、レーザはんだ付けの良・不良を調べたものである。図3では、はんだの供給方向dを第3エリア(図には、参考のためにエリア番号を記した。)に固定して、リードを第1〜第4のエリアに配置して、レーザはんだ付けを行った。スルーホール15の半径がRで、プリント配線板に対するはんだの供給角度θが45°である。
Furthermore, in order to find out specific conditions, various conditions were set and laser soldering was actually performed. The results shown in FIGS. 3A to 3C are based on the relationship between the deviation r, which is the distance between the center of the through
図3(a)では、ずれ量rがスルーホールの半径Rに対して、r≧(1/2)Rの関係にあり、リード12がスルーホール15の中心より最も遠くにある。リード12が第3エリアにあって、第3エリアを通過してはんだが供給されるときには、30個のうち25個の割合ではんだ付け不良が発生している。その他のエリアにリード12があるときには、まったく不良は発生していない。
In FIG. 3A, the shift amount r is in a relationship of r ≧ (1/2) R with respect to the radius R of the through hole, and the
図3(b)では、ずれ量rが、(1/4)R≦r<(1/2)Rにあり、(a)よりスルーホール15中心に近い。この場合は、(a)より不良率は低いが、それでもリード12が第3エリアにあって、第3エリアを通過してはんだが供給されると、30個のうち15個の割合ではんだ付け不良が発生している。その他のエリアにリード12があるときには、まったく不良は発生していない。
In FIG. 3B, the shift amount r is (1/4) R ≦ r <(1/2) R, and is closer to the center of the through
図3(c)は、ずれ量rが(1/8)R≦r<(1/4)Rにあり、(b)よりさらにスルーホール15の中心に近い。この場合には、リード12が第3エリアにあって、第3エリアを通過してはんだが供給されたとしても、不良は発生しなかった。さらに、ずれ量rがスルーホール中心に近づいた場合には、当然どの方向からはんだを供給しても不良は発生しないことがわかる。
In FIG. 3C, the shift amount r is (1/8) R ≦ r <(1/4) R, which is closer to the center of the through
したがって、ずれ量r、すなわちスルーホール中心とリード中心との距離がスルーホール半径Rの1/4以上の場合は、リードが存在する4分円のエリアを除くエリアからはんだを供給する必要があることがわかる。したがって、ずれ量rの大きさに関係なく、リードが存在する4分円のエリアを除くエリアからはんだを供給すると、はんだ不良を発生させないレーザはんだ付け方法として十分である。 Therefore, when the shift amount r, that is, the distance between the through-hole center and the lead center is ¼ or more of the through-hole radius R, it is necessary to supply solder from the area other than the quadrant area where the lead exists. I understand that. Accordingly, supplying solder from an area other than the quadrant area where the lead exists is sufficient as a laser soldering method that does not cause solder defects regardless of the magnitude of the deviation r.
(第1の実施形態)
図4(a)〜(c)は、スルーホール15とリード12とのずれ量rが、r≧(1/2)Rの場合に、はんだの供給角度θ(図1(a)参照)を変化させてはんだ付けを行った結果を示す。
(First embodiment)
4A to 4C show the solder supply angle θ (see FIG. 1A) when the deviation amount r between the through
図4(a)は、はんだの供給角度θが50°の場合で、リード12が第3エリアにあって、第3エリアを通過してはんだが供給されるときには、30個のうち14個ではんだ付け不良が発生している。しかしながら、図3(a)と比較すると、供給角度45°から50°に上げたことにより、不良率の改善が見られることになる。その他のエリアにリード12があるときには、まったく不良は発生していない。これは、図3(a)と同様である。
FIG. 4A shows a case where the solder supply angle θ is 50 °, and when the
図4(b)は、はんだの供給角度θが60°の場合で、リード12が第3エリアにあって、第3エリアを通過してはんだが供給される場合でも、不良の発生が見られない。その他のエリアにリード12があるときには、まったく不良は発生していない。
FIG. 4 (b) shows the occurrence of defects even when the solder supply angle θ is 60 ° and the
図4(c)は、さらにはんだの供給角度θを大きくした場合で70°の角度ではんだを供給している。この場合も、リード12が第3エリアにあって、第3エリアを通過してはんだが供給される場合でも、不良の発生が見られない。その他のエリアにリード12があるときには(a)(b)と同様、まったく不良は発生していない。
In FIG. 4C, the solder is supplied at an angle of 70 ° when the solder supply angle θ is further increased. Also in this case, even when the
これらの結果によると、リード12がスルーホール15のどこを通過していても、はんだの供給角度を60°以上とすることにより、はんだの供給方向によらず、レーザはんだ付け不良は発生しないことを示している。これは、はんだの供給角度を大きくしたことにより、はんだがレーザ照射域に入ってから、リードに到達するまでの距離が長くなり、十分な受熱が行われる時間を確保できたことに起因するものである。したがって、リードが存在する4分円のエリアを除くエリアからはんだを供給する前述のレーザはんだ付け方法に代えて、はんだの供給角度を60°以上としてはんだを供給するようにしてもよい。
According to these results, no matter where the lead 12 passes through the through-
このように4分割したエリアのうちリードが存在しないエリアからはんだを供給するようにすると、はんだの供給位置の自由度が大きくなり、はんだ付け時間を短縮することができる。また、はんだの供給角度を60°以上とする場合には、はんだの供給位置を固定できるので、さらにはんだ付け時間を短縮することができる。 When the solder is supplied from an area where no lead exists in the four divided areas as described above, the degree of freedom of the solder supply position is increased, and the soldering time can be shortened. When the solder supply angle is 60 ° or more, the solder supply position can be fixed, and the soldering time can be further shortened.
本実施形態は、使用するはんだ材料として、通常の鉛入りはんだを用いる場合も有効であるが、より大きな入熱量を必要とする鉛フリーはんだ材料を用いる場合に特に有効である。以下は、すべての実施形態に共通する例であるが、レーザ源としては半導体レーザを使用し、鉛入りはんだ材料は、63%Snの共晶はんだを用い、また鉛フリーはんだ材料は、Sn−3Ag−0.5Cuを用いている。さらに、レーザの波長を限定する第5の実施形態を除き、半導体レーザに代えてYAGレーザを用いても、同様な効果があることを確認している。 This embodiment is effective when a normal lead-containing solder is used as the solder material to be used, but is particularly effective when a lead-free solder material that requires a larger amount of heat input is used. The following is an example common to all embodiments, but a semiconductor laser is used as the laser source, eutectic solder of 63% Sn is used as the lead-containing solder material, and Sn-- 3Ag-0.5Cu is used. Further, it has been confirmed that the same effect can be obtained even if a YAG laser is used instead of the semiconductor laser, except for the fifth embodiment which limits the wavelength of the laser.
なお、本実施形態では、リード12をプリント基板の下方から挿入し、レーザ光をプリント基板の上方から照射しているが、これに代えてリード12をプリント基板の下方から挿入し、レーザ光をプリント基板の下方から照射するようにしてもよい。
(第2の実施形態)
一般的なレーザはんだ付けは、図5(a)に示すように、たとえばエポキシ系材料にモールドされた部品16から突き出しているリード12を、プリント基板31のスルーホール15に挿通し、次に、図5(b)に示すように、糸はんだ(図示せず)を供給しながら、レーザ光11をプリント基板上方から照射しリード12あるいは糸はんだを加熱するものである。
In this embodiment, the
(Second Embodiment)
In general laser soldering, as shown in FIG. 5A, for example, a lead 12 protruding from a
リード12をスルーホール15に確実に挿入するためには、スルーホール15にある大きさのクリアランスが必要である。しかしながら、図5(b)からわかるように、レーザ光11を照射しリード12を加熱すると、スルーホール15のクリアランスからレーザ光11が通過しモールド部に到達する。多くの場合、これにより部品16のモールド部にモールド焼け17−1が発生していた。
In order to securely insert the
本発明の第2の実施形態では、この対策として、図5(c)に示すように、リード12に遮蔽板18を組み付け、基板31のスルーホール15を通過するレーザ光11を遮蔽するようにする。このような遮蔽板を設けることにより、スルーホール15からのレーザ光をある程度遮蔽することができる。しかしながら、遮蔽板18をリード12に組み付けるための貫通孔181にもクリアランスが必要なためにやはり通過光が生じ、程度は減るもののモールド焼け17−2が生じる。
In the second embodiment of the present invention, as a countermeasure, as shown in FIG. 5C, a shielding
完全にレーザ光を遮断するためには、図6に示すように、リード12を湾曲させて、リード12に湾曲部19を有するようにし、この湾曲部19に遮蔽板18の貫通孔181を通すようにして、リード12をプリント基板31に組み付ける。図6から明らかなように、湾曲部19を有する遮蔽板18を用いると、遮蔽板18の貫通孔181にクリアランスを持たせても、レーザ光11の光路を外すようにできる。
In order to completely block the laser beam, as shown in FIG. 6, the
図6では、部品16とプリント基板31との距離は13mmで、部品16から5.5mmすなわちプリント基板から7.5mmに湾曲部19があり、遮蔽板が組み付けられている。具体的な挿入部品としては、たとえば1列5本のリードピンが2列に並んでいるインバータがあるが、この場合10本のピンのすべてに湾曲部を設けて、対応する貫通孔を有する一枚の遮蔽板を組み付けている。
In FIG. 6, the distance between the
このような遮蔽板18を用いると、レーザ光11は、遮蔽板15により遮蔽されてモールド部16に到達できない。したがって、部品のモールド焼けを完全に防止することができる。
(第3の実施形態)
第1および第2の実施形態ともに、レーザ光は、ランド14にも直接照射される。現在、プリント配線板に搭載する部品の端子の狭ピッチ化にともないランドの面積も減少する傾向にある。ランド面積が減少するとその分はんだのフィレットも小さくなり信頼性も低下する。したがって、スルーホール部品では、円形のランドに代えて、図7に示すように、オーバル型のランドを採用するのが一般的になっている。すなわち、狭ピッチ方向ではランド幅を減少させて、他の方向ではランド幅を大きくとるようにしている。
When such a
(Third embodiment)
In both the first and second embodiments, the laser beam is also directly applied to the
第3の実施形態は、オーバル型ランドに最適なレーザ照射方法を採用して、レーザはんだ付けの性能向上と基板焼けの発生を防ぐものである。 The third embodiment employs an optimum laser irradiation method for the oval land to prevent laser soldering performance improvement and substrate burnout.
次に、図8を参照して、第3の実施形態を説明する。図8の上半部には、円形ランドへ円形のレーザを照射する照射態様Cを参考例として、オーバル型ランドへレーザ照射する照射態様S1〜S4を示す。このうち、第3の実施形態は、照射態様S3である。図8の下半部には、各照射態様(C、S1〜S4)に対応するレーザはんだ付け後のはんだ付け不良率と焼け発生率のグラフを示す。各照射態様に対応するグラフにおいて、左側の棒グラフが半田付不良率を示し、右側の斜線の棒グラフが焼け発生率を示す。 Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. The upper half of FIG. 8 shows irradiation modes S1 to S4 in which laser irradiation is performed on an oval land, with reference to an irradiation mode C in which a circular laser is irradiated to a circular land. Among these, 3rd Embodiment is irradiation aspect S3. The lower half of FIG. 8 shows a graph of soldering failure rate and burn occurrence rate after laser soldering corresponding to each irradiation mode (C, S1 to S4). In the graph corresponding to each irradiation mode, the left bar graph shows the soldering failure rate, and the right hatched bar graph shows the burn occurrence rate.
図8の上半部の各照射態様において、実線で示したのがランド外周の形状であり、破線で示したのがレーザビーム形状である。照射態様Cにおいては、円形ランドの直径φa=2.00mm、レーザビームの直径φa1=1.8mmである。照射態様S1〜S4におけるオーバル型ランドの短径a=2.0mm,長径b=2.5mmであり、レーザビームの短径a1=1.8mm,長径b1=2.3mmである。態様S4における傾き角度α=45°である。 In each irradiation mode in the upper half of FIG. 8, the solid line indicates the shape of the outer periphery of the land, and the broken line indicates the laser beam shape. In the irradiation mode C, the diameter of the circular land is φa = 2.00 mm, and the diameter of the laser beam is φa1 = 1.8 mm. The short diameter a = 2.0 mm and the long diameter b = 2.5 mm of the oval land in the irradiation modes S1 to S4, the short diameter a1 = 1.8 mm, and the long diameter b1 = 2.3 mm of the laser beam. In the aspect S4, the inclination angle α = 45 °.
さらに、各態様に対応するグラフは、約810nmの波長の半導体レーザにて、図9の照射条件で、はんだ付けした時のはんだ付け不良と焼けの発生率を示す。図9の照射条件によると、まず、30Wの出力で0.5〜1.5秒間レーザ光を照射して、あらかじめリードとランドとを加熱する。ここで、0.5〜1.5秒と加熱時間に幅をもたせているのは、加熱時間が長すぎるとスルーホールあるいはランドの銅メッキが剥離することがあり、また短すぎるとはんだ付けがうまくいかなくなるので、加熱時間の調整可能とするためである。加熱が終了すれば、はんだを供給しながら、19Wの出力のレーザ光を1.9秒間照射してはんだ付けを行う。 Furthermore, the graph corresponding to each aspect shows the rate of occurrence of poor soldering and burning when soldering is performed with a semiconductor laser having a wavelength of about 810 nm under the irradiation conditions of FIG. According to the irradiation conditions of FIG. 9, first, the laser beam is irradiated for 0.5 to 1.5 seconds at an output of 30 W to heat the leads and lands in advance. Here, the range of the heating time is 0.5 to 1.5 seconds. If the heating time is too long, the copper plating of the through holes or lands may be peeled off. This is because the heating time cannot be adjusted, and the heating time can be adjusted. When the heating is completed, the soldering is performed by irradiating a laser beam with an output of 19 W for 1.9 seconds while supplying the solder.
照射態様Cに示すように、ランド直径φaをもつ円形ランドに対しては、基板にレーザ光が直接当たらないようにランド径aより若干小さいφa1(a>a1)の径のレーザ光を当てている。この場合は、はんだ付け不良および基板の焼けともにほとんど発生していない。ここで、レーザ光の径とは、「ガウシアンプロファイルにおける1/e2(13.5%)レベルのビーム半径」より求めた直径を言う。 As shown in irradiation mode C, a laser beam having a diameter of φa1 (a> a1) slightly smaller than the land diameter a is applied to a circular land having a land diameter φa so that the laser beam does not directly hit the substrate. Yes. In this case, both soldering defects and substrate burnout hardly occur. Here, the diameter of the laser beam refers to a diameter obtained from “a beam radius of 1 / e 2 (13.5%) level in a Gaussian profile”.
照射態様S1〜S4を通じて、オーバル型ランドは同一形状で、短径はa、長径はb(b>a)である。照射態様S1は、オーバル型のランドに参考例Cと同じ照射径a1の円形レーザ光を当てる場合を示す。照射径a1の円形レーザ光では、図から明らかように、レーザ光の当たらない部分が多くなり、加熱不足によりはんだの濡れ不良が発生し、はんだ付け不良の発生率が高くなっている(図8の照射態様S1に対応するグラフ参照)。 Through the irradiation modes S1 to S4, the oval lands have the same shape, the short diameter is a, and the long diameter is b (b> a). The irradiation mode S1 shows a case where a circular laser beam having the same irradiation diameter a1 as that in Reference Example C is applied to an oval land. As is apparent from the figure, in the circular laser beam having the irradiation diameter a1, there are many portions where the laser beam is not irradiated, solder deficiency occurs due to insufficient heating, and the incidence of defective soldering is high (FIG. 8). (Refer to the graph corresponding to the irradiation mode S1).
照射態様S2は、オーバル型のランドに十分レーザ光を当てるために、レーザ光の径を大きくして、長径bより若干小さいb1(b>b1)の径のレーザ光を照射する場合である。b1は短径a1より大きくなるので、短径の両端部分でレーザ光がランドからはみ出す。そのような部分では、レーザ光が直接プリント基板の基材である樹脂部分やソルダーレジストに当たりその部分が焼けるといった不具合が発生する。照射態様S2のグラフに示されているように、はんだ付け不良の発生率は少ないが、焼け発生率が高くなっている。 The irradiation mode S2 is a case where the diameter of the laser beam is increased and the laser beam having a diameter of b1 (b> b1) slightly smaller than the major axis b is irradiated in order to sufficiently apply the laser beam to the oval land. Since b1 is larger than the minor axis a1, the laser beam protrudes from the land at both ends of the minor axis. In such a portion, there is a problem that the laser beam directly hits a resin portion or a solder resist which is a base material of the printed circuit board and the portion is burnt. As shown in the graph of the irradiation mode S2, the occurrence rate of soldering failure is small, but the burn occurrence rate is high.
照射態様S3は、本実施形態であり、ランドの短径aよりわずかに小さい短径a1、ランドの長径bよりわずかに小さい長径b1をもつオーバル型のレーザ光を用いている。図に示す照射態様S3に対応するグラフで明らかなように、はんだ付け不良も焼けもほとんど発生していない。本実施形態では、オーバル型のレーザ光の形状は、それぞれレーザ光の径をaとする2台のレーザ源を用いて、一部を重ね合わせるように照射して、短径a、長径bをもつレーザ光を生成している。これに代えて、適当なレンズを用いてオーバル型のレーザ光を得るようにしてもよい。 The irradiation mode S3 is the present embodiment, and an oval type laser beam having a minor axis a1 slightly smaller than the minor axis a of the land and a major axis b1 slightly smaller than the major axis b of the land is used. As is apparent from the graph corresponding to the irradiation mode S3 shown in the figure, almost no soldering defects or burns occur. In the present embodiment, the shape of the oval type laser beam is obtained by using two laser sources each having a laser beam diameter a and irradiating the laser beam so as to partially overlap each other. The laser beam is generated. Alternatively, an oval laser beam may be obtained using an appropriate lens.
照射態様S4は、オーバル型のレーザ光を用いているにも関わらず、ランドの長軸とレーザ光の長軸が角度αだけ傾いている場合で、このような場合レーザ光がランドではない基板を照射して焼けが発生することになる。照射態様S4に対応するグラフに見られるように、高率で焼けが発生していることがわかる。ランドの長軸とレーザ光の長軸が傾いてしまわないようにするには、ランドの長軸とレーザ光の長軸とが一致するようにレーザ光の角度を調整しておくようにする。さらには、ある程度傾いてもはみでないようにレーザ光の形状を小さくすることも対策の一つである。
オーバル型ランドに対して、これよりわずかに小さなオーバル型レーザ光を決定するには、実際のはんだ付けが始まる前に例えばビームプロファイラによりビーム形状を確認して決定する。このときには、形状のみならず傾きも調整することはいうまでもない。
Irradiation mode S4 is a case where the long axis of the land and the long axis of the laser beam are inclined by an angle α in spite of the use of the oval type laser beam. In such a case, the laser beam is not a land. Irradiation will cause burning. As can be seen in the graph corresponding to the irradiation mode S4, it can be seen that the burn is occurring at a high rate. In order to prevent the long axis of the land and the long axis of the laser light from being inclined, the angle of the laser light is adjusted so that the long axis of the land and the long axis of the laser light coincide with each other. Furthermore, it is one of the measures to reduce the shape of the laser beam so that it does not protrude even if it is tilted to some extent.
In order to determine an oval laser beam slightly smaller than this for the oval land, the beam shape is confirmed by, for example, a beam profiler before actual soldering starts. At this time, it goes without saying that not only the shape but also the inclination is adjusted.
なお、図8のグラフの具体的な不良発生率は、各パラメータとレーザの照射条件により異なってくるとはもちろんである。 Of course, the specific defect occurrence rate in the graph of FIG. 8 varies depending on each parameter and laser irradiation conditions.
第3の実施形態によると、オーバル型ランドに対して、オーバル型レーザビームを照射するので、ランドのほぼ全面に効率よくレーザ光が当たり、はんだ付け不良と焼けのないレーザはんだ付けが可能となる。オーバル型レーザビームを2本の円形レーザビームを用いると容易に形成できるので、簡単な構成によりオーバル型レーザビームを形成することができる。
(第4の実施形態)
第3の実施形態で説明したように、レーザ光がプリント基板のランドをはずれて、プリント基板自体を照射した場合には基板焼けが起こる。ところが、レーザ光が直接プリント基板のランド外の部分に当たっていなくても焼けが発生する場合がある。これは、リードの側面でレーザ光が反射してランド外の基板を照射する場合である。まっすぐなリードに対して真上からすなわちリードに平行にレーザ光が照射される場合は、レーザ光がリードに反射することはないが、現実にはこのようなことは少なく、リードの位置、傾きあるいは曲げによってリードの側面でレーザ光が反射し、場合によってはランド外の基板を照射することになる。レーザ光の反射光がランド外を照射するか否かは、端子の長さ、傾き、ランド寸法、レーザの照射角度等の条件により決る。
According to the third embodiment, the oval land is irradiated with the oval laser beam, so that the laser beam is efficiently applied to almost the entire surface of the land, and laser soldering without defective soldering and burning can be performed. . Since the oval laser beam can be easily formed by using two circular laser beams, the oval laser beam can be formed with a simple configuration.
(Fourth embodiment)
As described in the third embodiment, when the laser beam deviates from the land of the printed circuit board and irradiates the printed circuit board itself, the substrate is burned. However, even if the laser beam does not directly hit a portion outside the land of the printed circuit board, burning may occur. This is a case where the laser beam is reflected from the side surface of the lead to irradiate the substrate outside the land. When laser light is irradiated from directly above, ie parallel to the lead, the laser light will not be reflected on the lead, but in reality this is rare and the position and inclination of the lead Alternatively, the laser beam is reflected from the side surface of the lead by bending, and in some cases, the substrate outside the land is irradiated. Whether or not the reflected light of the laser light irradiates outside the land is determined by conditions such as the length, inclination, land size, and laser irradiation angle of the terminal.
図10(a)〜(c)は、ガラスエポキシのようなプリント配線板のスルーホールに下方からリード線を挿入し、上方よりレーザ光を照射した時にリードの側面にてレーザ光が反射する様子を模式的に示したものである。反射による焼けは、リードがスルーホールの壁面に接し、接した側面にレーザ光が照射されて反射する位置関係の場合に最も発生しやすいことは容易に想像できるので、図は、そのような場合を想定している。(a)では、リードには傾きおよび曲げがなく、リードはスルーホールの壁面に接している。(b)では、リード自体に曲げはないが、傾いており、リードはスルーホールの下端に接している。(c)では、リード自体が曲がっていて、リードはスルーホールの上端まで接していて、上端からスルーホール内側に曲がっている。 10A to 10C show a state in which a laser beam is reflected from the side surface of the lead when a lead wire is inserted into the through hole of a printed wiring board such as glass epoxy from below and irradiated with laser light from above. Is schematically shown. It can be easily imagined that burns due to reflection are most likely to occur when the lead is in contact with the wall surface of the through-hole and the side surface in contact with the laser beam is reflected and reflected. Is assumed. In (a), the lead is not tilted or bent, and the lead is in contact with the wall surface of the through hole. In (b), the lead itself is not bent but inclined, and the lead is in contact with the lower end of the through hole. In (c), the lead itself is bent, the lead is in contact with the upper end of the through hole, and is bent from the upper end to the inside of the through hole.
ここで、Xを反射光の到達距離、Yをランド寸法とすると、反射光の到達距離Xが、ランド寸法Yより小さければ、すなわちX<Yであれば、基板の焼けは発生しないということができる。 Here, when X is the arrival distance of the reflected light and Y is the land dimension, if the arrival distance X of the reflected light is smaller than the land dimension Y, that is, if X <Y, the substrate is not burned. it can.
(a)のリードの傾きや曲げがない場合には、入射角αのレーザ光が、プリント基板からLだけ離れたリード側面で反射した場合の反射光の到達距離Xは、
X=L・tanα ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(1)
で与えられる。
In the case where there is no inclination or bending of the lead in (a), the arrival distance X of the reflected light when the laser beam with the incident angle α is reflected by the side surface of the lead separated by L from the printed board is:
X = L · tanα (1)
Given in.
(b)のリードが角度βだけ傾いている場合には、レーザ光はリード側面に角度(α+β)で入射し同じ角度で反射する。その際の反射光の到達距離Xはおおよそ、
X=(L・tan(α+β)−T・tanβ)/cosβ ・・・(2)
で与えられる。なお、Tは基板の厚さである。
When the lead in (b) is inclined by an angle β, the laser light is incident on the side surface of the lead at an angle (α + β) and reflected at the same angle. The reach distance X of the reflected light at that time is approximately,
X = (L · tan (α + β) −T · tanβ) / cosβ (2)
Given in. T is the thickness of the substrate.
同様にして、リードが角度γだけ曲がっている(c)の場合の反射光の到達距離はおおよそ、
X=(L・tan(α+γ)−L・tanγ)/cosγ ・・・(3)
(3)で与えられる。
Similarly, the reach of the reflected light in the case where the lead is bent by an angle γ (c) is approximately,
X = (L · tan (α + γ) −L · tanγ) / cosγ (3)
It is given by (3).
いずれの場合も、反射光の到達距離Xが、ランド寸法Yより小さければ基板の焼けは発生しない。すなわち、X<Yとなるようなα、β、γ、Y,T、Lであればよい。 In any case, if the reach distance X of the reflected light is smaller than the land dimension Y, the substrate does not burn. That is, α, β, γ, Y, T, and L may be satisfied so that X <Y.
図11は、図10において反射角α=10°、基板の厚さT=1.6mmとし、傾き角度β=0〜10°、曲げ角度γ=0〜10°の範囲で反射位置Lと反射光の到達距離Xを計算した結果である。具体的には、傾きも曲げもない場合(β=γ=0°)、曲げなし(曲げ角度γ=0°)で傾き角度β=2°、4°、6°、8°、10°とした場合、傾きなし(β=0°)で曲げ角度γ=2°、4°、6°、8°、10°とした時の反射位置Lと反射光の到達距離Xをプロットしてある。この図から、たとえばランド寸法Yが与えられた時の基板焼けが発生しない(ランドの外側に反射光が到達しない)リードの突き出し長さLが計算できる。すなわち、Y=Xとした時のLの値を求め、実際にリードの長さがLより小さければランドの外側に反射光は到達せず、基板焼けも発生しない。 FIG. 11 shows the reflection position L and the reflection in the range of the inclination angle β = 0 to 10 ° and the bending angle γ = 0 to 10 °, with the reflection angle α = 10 ° and the substrate thickness T = 1.6 mm in FIG. It is the result of calculating the reach distance X of light. Specifically, when there is no inclination or bending (β = γ = 0 °), no bending (bending angle γ = 0 °), and inclination angles β = 2 °, 4 °, 6 °, 8 °, 10 ° In this case, the reflection position L and the reflected light reach distance X are plotted when the bending angle γ = 2 °, 4 °, 6 °, 8 °, and 10 ° without inclination (β = 0 °). From this figure, it is possible to calculate the protrusion length L of the lead in which the substrate is not burned when the land dimension Y is given (reflected light does not reach the outside of the land). That is, the value of L when Y = X is obtained, and if the lead length is actually smaller than L, the reflected light does not reach the outside of the land, and the substrate is not burned.
たとえば、ランド寸法Y=0.25mmとして、X=0.25mmとなるLは、約1.67mmとなる。つまり、α=10°、T=1.6mm、β=0〜10°、γ=0〜10、X=Y=0.25mmの条件では、L≒1.67となる。これによれば、リードの基板からの突き出しが、1,7mm以下、傾きが10度以下であり、基板厚みが1.6mm及びランド寸法が0.25mm以上であれば、基板焼けは発生しないということができる。 For example, assuming that the land dimension Y is 0.25 mm, L at which X = 0.25 mm is about 1.67 mm. That is, under the conditions of α = 10 °, T = 1.6 mm, β = 0-10 °, γ = 0-10, X = Y = 0.25 mm, L≈1.67. According to this, if the protrusion of the lead from the substrate is 1.7 mm or less, the inclination is 10 degrees or less, the substrate thickness is 1.6 mm, and the land dimension is 0.25 mm or more, the substrate will not burn. be able to.
図12は、波長が約810nmの半導体レーザにて、図10(b)のような傾いたリードに対して、その傾き角度βとリードがレーザ光を反射する位置すなわち突き出し長さLを変えて、実際にはんだ付けを行い、基板焼けの発生をみたものである。横軸に突き出し量Lを、縦軸にリードの傾き角度βをとり、リードピン100ピン当たり4ピン以上で基板焼けが発生したものを×とし、1〜3ピンが基板焼けが発生したものを△とし、基板焼けが発生しなかったものを○として、プロットしたものである。図に示したように、傾き角度βが10°以下で、かつリードの突き出し長さLが1.6mm以下では、基板焼けは発生していない。 FIG. 12 shows a semiconductor laser having a wavelength of about 810 nm, and the tilt angle β and the position where the lead reflects the laser beam, that is, the protruding length L, are changed with respect to the tilted lead as shown in FIG. Actually, soldering was performed, and the occurrence of substrate burning was observed. Taking the protrusion amount L on the horizontal axis and the inclination angle β of the lead on the vertical axis, x indicates that the substrate burns at 4 pins or more per 100 pins, and 1 to 3 indicates that the substrate burns. And plotting the case where the substrate was not burnt as ◯. As shown in the figure, when the inclination angle β is 10 ° or less and the protruding length L of the lead is 1.6 mm or less, the substrate is not burned.
さらに、リードは、断面形状が矩形のものを用いているが、断面形状が円形又は楕円形状のリードを用いると、リード側面で反射するレーザ光が減少するのでさらに有効である。
(第5の実施形態)
第4の実施形態では、基板焼けを防止するためにレーザ光が基板に入射しないような条件を求めたが、そもそも基板焼けが発生するのは、基板がレーザ光を吸収するからである。そこで、どのような条件で基板がレーザ光を吸収しやすくなるか調査した。吸収のしやすさは、
吸収率≒100−(透過率+反射率) ・・・(4)
で表される吸収率により評価した。式(4)における透過率および反射率は、分光光度計により測定した。分光光度計によると、プリズムにより分光した種々の波長の光をサンプルに照射し、その時の各々の波長における吸収率と反射率を測定することができる。
Further, the lead having a rectangular cross-sectional shape is used. However, using a lead having a circular or elliptical cross-sectional shape is more effective because the laser light reflected on the side surface of the lead is reduced.
(Fifth embodiment)
In the fourth embodiment, the condition that the laser beam does not enter the substrate is obtained in order to prevent the substrate from being burned. However, the substrate burn occurs in the first place because the substrate absorbs the laser beam. Therefore, it was investigated under what conditions the substrate easily absorbs laser light. The ease of absorption is
Absorbance≈100− (transmittance + reflectance) (4)
It evaluated by the absorption rate represented by these. The transmittance and reflectance in Equation (4) were measured with a spectrophotometer. According to the spectrophotometer, it is possible to irradiate the sample with light of various wavelengths separated by the prism, and to measure the absorptance and reflectance at each wavelength at that time.
図13に、測定したサンプルの構成の概要を示す。 FIG. 13 shows an outline of the configuration of the measured sample.
(k1)プリント配線板の基材自体である1.6mm厚のガラスエポキシ基板。 (K1) A 1.6 mm thick glass epoxy substrate which is the base material of the printed wiring board itself.
(k2)(k1)に、アクリレート系樹脂が主成分のレジスト樹脂により、70μmの厚さのソルダレジストを形成したもの、すなわちガラスエポキシ基板+レジスト(70μm)。 (K2) A solder resist having a thickness of 70 μm formed of a resist resin whose main component is an acrylate resin on (k1), that is, a glass epoxy substrate + resist (70 μm).
(k3)(k1)に、酸化チタンを含むエポキシ樹脂を主成分とするシルクスクリーンインクを10μmのシルクスクリーン印刷を施したもの、すなわちガラスエポキシ基板+シルク(10μm)。 (K3) A silkscreen ink mainly composed of an epoxy resin containing titanium oxide and subjected to silkscreen printing of 10 μm on (k1), that is, a glass epoxy substrate + silk (10 μm).
(k4)(k2)に(k3)のシルクスクリーン印刷を施したもの、すなわちガラスエポキシ基板+レジスト(70μm)+シルク(10μm)。 (K4) (k2) subjected to silk screen printing of (k3), that is, glass epoxy substrate + resist (70 μm) + silk (10 μm).
(k5)(k1)に0.06mm厚の銅ランドを形成したもの、すなわちガラスエポキシ基板+Cuランド(0.06mmt)。 (K5) A copper land having a thickness of 0.06 mm formed on (k1), that is, a glass epoxy substrate + Cu land (0.06 mmt).
(k6)0.5mm厚の銅リードにNi−Pめっき(約6μm)を施し、さらにその上に鉛フリーはんだめっき(約10μm)を施したもの。 (K6) Ni-P plating (about 6 μm) applied to a 0.5 mm thick copper lead, followed by lead-free solder plating (about 10 μm).
図14に図13に示す構成(k1)〜(k6)の吸収率を示す。横軸は、波長(nm)、縦軸は吸収率(%)である。図14からプリント配線板が吸収しにくいレーザの波長は、1950nm付近と500nm付近に存在することがわかる。参考までに、YAGレーザ(2倍変調)、He−Neレーザ、半導体レーザ及びYAGレーザの波長を記載したが、これでわかるように、1950nm及び500nm付近には実質的に使用可能なレーザ光は存在しない。たとえば1950nm付近の波長をもつレーザ光は存在しない。また、500nm付近には存在するものの、実用的な出力のレーザ光を発生させるには、莫大なコストを要するので実用的でない。実用上使用可能な波長は、約800nmから約960nmに存在する半導体レーザと約1064nmに存在するYAGレーザである。 FIG. 14 shows the absorptance of the configurations (k1) to (k6) shown in FIG. The horizontal axis represents wavelength (nm) and the vertical axis represents absorption rate (%). From FIG. 14, it can be seen that the wavelengths of the laser that are difficult to be absorbed by the printed wiring board exist around 1950 nm and around 500 nm. For reference, the wavelengths of YAG laser (double modulation), He-Ne laser, semiconductor laser, and YAG laser are described. As can be seen, laser light that can be substantially used is around 1950 nm and 500 nm. not exist. For example, there is no laser light having a wavelength near 1950 nm. Moreover, although it exists in the vicinity of 500 nm, generating a practical output laser beam is not practical because it requires enormous costs. Practically usable wavelengths are a semiconductor laser present at about 800 nm to about 960 nm and a YAG laser present at about 1064 nm.
第3の実施形態のグラフ(図8)及び第4の実施形態のグラフ(図12)は、約810nmの波長の半導体レーザにより、図13の(k4)の構成のプリント配線板をはんだ付けしたものである。第4の実施形態で説明したように、基板焼けの発生状況は、図12に示す通りである。そこで、図13の(k4)の構成(ガラスエポキシ基板上に酸化チタンを含むエポキシ樹脂を主成分とするシルクスクリーンインクでスクリーン印刷し、さらにアクリレート系樹脂が主成分のレジスト樹脂によりソルダレジストを形成した)のプリント回路板に対しては、図14のグラフで(k4)の吸収率のピークが出ていない波長を選ぶようにすればよいことがわかる。例えば、850nm以上で1100nm以下の波長範囲から選択して用いることができる。図15は、波長810nmの半導体レーザを用いて図12の結果を得たのと同一の条件で、波長940nmの半導体レーザを用いてはんだ付けした結果である。図15によれば、どのような場合でも基板焼けは発生していないことがわかる。 In the graph of the third embodiment (FIG. 8) and the graph of the fourth embodiment (FIG. 12), the printed wiring board having the configuration of (k4) in FIG. 13 is soldered by a semiconductor laser having a wavelength of about 810 nm. Is. As described in the fourth embodiment, the state of occurrence of substrate burn is as shown in FIG. Therefore, the configuration of (k4) in FIG. 13 (screen printing is performed on a glass epoxy substrate with a silk screen ink mainly composed of an epoxy resin containing titanium oxide, and a solder resist is formed by a resist resin mainly composed of an acrylate resin. In the graph of FIG. 14, it is understood that the wavelength at which the absorption peak of (k4) does not appear should be selected for the printed circuit board of FIG. For example, a wavelength range of 850 nm to 1100 nm can be selected and used. FIG. 15 shows the result of soldering using a semiconductor laser with a wavelength of 940 nm under the same conditions as those obtained with the result of FIG. 12 using a semiconductor laser with a wavelength of 810 nm. According to FIG. 15, it can be seen that the substrate is not burned in any case.
このように、レーザの波長を約810nmから約940nmに変更しただけで基板焼けは発生しなくなった。このように、基板焼けは、前述した端子(リード)の長さ、傾き、曲げ、ランド寸法、レーザの照射角度以外にも、プリント配線板の構成、レーザ光の波長にも大きく影響されている。本実施形態では、プリント配線板の構成に応じて基板焼けの発生しにくいレーザ光の波長を選択するようにしたので、プリント配線板のランドから外れた部分にレーザが照射しても、基板焼けの発生が抑えられる。
(第6の実施形態)
通常のレーザはんだ付けが終了後、はんだ部分に黒い焦げが残ることがあった。この黒い焦げは、ハンダ材料とともに使用されるフラックスによるものであることが分かった。本実施形態では、フレックスの材料を選択して、上述の焦げの発生を防ぐものである。
As described above, the substrate was not burned only by changing the wavelength of the laser from about 810 nm to about 940 nm. As described above, the substrate burn is greatly influenced by the configuration of the printed wiring board and the wavelength of the laser beam, in addition to the terminal (lead) length, inclination, bending, land size, and laser irradiation angle. . In this embodiment, since the wavelength of the laser beam that hardly causes the substrate burn is selected according to the configuration of the printed wiring board, even if the laser beam is irradiated to a portion off the land of the printed wiring board, the substrate burns. Occurrence is suppressed.
(Sixth embodiment)
After normal laser soldering, black burns may remain on the solder. This black burn was found to be due to the flux used with the solder material. In this embodiment, a flex material is selected to prevent the above-mentioned burn.
一般に、レーザはんだ付けに用いるはんだには、はんだ材料と共にフラックスも含まれており、フラックスとしては、一般に松ヤニと呼ばれるロジンを使用する。一般的なロジンは、熱重量分析(Thermal Gravimetry: TG)法によって温度と質量変化を調査すると、はんだ付けを行う温度で、茶色に変色し、さらに温度を上昇させると、蒸発しきれない成分が炭化し、タール状に黒色化したものが残留することがわかった。したがって、こうした材料を用いて、何も対策を施さない状況でレーザはんだ付を行うと、前述のようにヤニの焦げが発生することになる。 Generally, a solder used for laser soldering includes a flux together with a solder material, and a rosin generally called pine ani is used as the flux. When rosin is examined for temperature and mass changes by thermogravimetry (TG) method, general rosin turns brown at the temperature at which soldering is performed, and when the temperature is further increased, components that cannot evaporate. It was found that carbonized and blackened tar remained. Therefore, when laser soldering is performed using such a material in a situation where no countermeasures are taken, scorching will occur as described above.
一方、蒸留精製したロジンや合成樹脂系のフラックスの場合、TG法によって測定すると、残留分の変色が少なく、炭化し難いことが分かった。そこで、本実施形態では、このような材料を使用してレーザ半田付けを行う。その結果、残留フラックス自身の焦げが低減できる。 On the other hand, in the case of rosin that has been purified by distillation or a flux of synthetic resin, it was found that when measured by the TG method, there is little discoloration of the residue and it is difficult to carbonize. Therefore, in this embodiment, laser soldering is performed using such a material. As a result, the burn of the residual flux itself can be reduced.
なお、このような精製蒸留品は、約400℃のフラックス材料のTG法により測定した重量減少率である熱重量パーセント(TG)が、15%以下であった。 In addition, such a refined distilled product had a thermal weight percent (TG), which is a weight reduction rate measured by a TG method of a flux material at about 400 ° C., of 15% or less.
以上、本発明の実施形態を説明したが、各実施形態は単独に用いることもできるが、組み合わせて用いることもできる。はんだ付けの性能や信頼性を向上させるためには、組み合わせて用いるとさらに有効である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, each embodiment can also be used independently, but can also be used in combination. In order to improve the soldering performance and reliability, it is more effective when used in combination.
11 レーザ光
12 リード
13 はんだ
14 ランド
15 スルーホール
16 電子部品
18 遮蔽板
21 レーザ源
23 CCDカメラ
25 制御部
26 ハーフミラー
27 はんだ供給部
28 はんだガイド
31 回路基板
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記スルーホールを通過するレーザ光を遮蔽する遮蔽板に前記リードを組み付けるステップと、
前記リードを前記スルーホールに挿入して突出させるステップと、
前記リードの突出方向の上方からレーザ光を照射するステップと、
糸はんだを前記回路基板との角度が60°以上70°以下となる方向から供給するステップと、
を備え、
前記糸はんだは、前記レーザ光により加熱した前記リードとの接触による受熱、および糸はんだがレーザ光の中を通過するときの受熱によって溶融するレーザはんだ付け方法。 In the laser soldering method of soldering the lead of the electronic component and the land provided around the through hole of the circuit board by laser irradiation,
Assembling the lead to a shielding plate that shields laser light passing through the through hole;
Inserting the lead into the through hole to protrude;
Irradiating laser light from above in the protruding direction of the leads;
Supplying thread solder from a direction in which the angle with the circuit board is 60 ° or more and 70 ° or less;
With
The laser soldering method, wherein the thread solder is melted by heat reception by contact with the lead heated by the laser light and heat reception when the thread solder passes through the laser light.
前記遮蔽板に前記リードを組み付けるステップでは、前記リードの折曲部に前記遮蔽板を配置する請求項1に記載のレーザはんだ付け方法。 Providing the lead with a bent portion;
In the step of assembling the lead to the shield plate, laser soldering method according to claim 1 for arranging the shielding plate bent portion of the lead.
前記リード側面から反射する反射光が前記ランド内に入射するように、少なくともリード側面への入射角度αに基づいて、前記リードの前記回路基板からの突出長さL又はランド寸法を決定するステップと、
前記リードを前記スルーホールに挿入して突出させるステップと、
前記リードの突出方向の上方からレーザ光を照射するステップと、
糸はんだを前記回路基板との角度が60°以上70°以下となる方向から供給するステップと、
を備え、
前記糸はんだは、前記レーザ光により加熱した前記リードとの接触による受熱、および糸はんだがレーザ光の中を通過するときの受熱によって溶融するレーザはんだ付け方法。 In the laser soldering method of soldering the lead of the electronic component and the land provided around the through hole of the circuit board by laser irradiation,
As light reflected from the lead side is incident in the land, the method comprising at least on the basis of the incidence angle α of the lead side, determines a protruding length L or land dimension from the circuit board of the lead ,
Inserting the lead into the through hole to protrude;
Irradiating laser light from above in the protruding direction of the leads;
Supplying thread solder from a direction in which the angle with the circuit board is 60 ° or more and 70 ° or less;
With
The wire solder is over The soldering method heat due to contact with the lead heated by the laser beam, and the solder wire is melted by the heat as it passes through the laser beam.
ランド寸法>L・tanα
を満足するように、突出長さL又はランド寸法を決定するステップである請求項3に記載のレーザはんだ付け方法。 When the lead is not tilted or bent, the step of determining the projecting length L or land size of the lead from the circuit board includes:
Land size> L ・ tanα
The laser soldering method according to claim 3 , wherein the protrusion length L or the land size is determined so as to satisfy the above.
ランド寸法>(L・tan(α+β)−T・tanβ)/cosβ
を満足するように、突出長さL又はランド寸法を決定するステップである請求項3に記載のレーザはんだ付け方法。 When the lead has only an inclination of an inclination angle β, the step of determining the projecting length L or the land size of the lead from the circuit board, T is the thickness of the circuit board,
Land dimension> (L · tan (α + β) −T · tanβ) / cosβ
The laser soldering method according to claim 3 , wherein the protrusion length L or the land size is determined so as to satisfy the above.
ランド寸法>(L・tan(α+γ)−L・tanγ)/cosγ
を満足するように、突出長さL又はランド寸法を決定するステップである請求項3に記載のレーザはんだ付け方法。 When the lead has only a bend of a bending angle α, the step of determining the projecting length L or land size of the lead from the circuit board is as follows: T is the thickness of the circuit board,
Land Dimension> (L · tan (α + γ) −L · tan γ) / cos γ
The laser soldering method according to claim 3 , wherein the protrusion length L or the land size is determined so as to satisfy the above.
前記リードを前記スルーホールに挿入して突出させるステップと、
前記リードの突出方向の上方からレーザ光を照射するステップと、
糸はんだを前記回路基板との角度が60°以上70°以下となる方向から供給するステップと、
を備え、
前記ランドはオーバル型のランドであって、
2本の円形のレーザ光を重ねて照射することにより形成される、前記オーバル型のランドからはみださない大きさのオーバル型のレーザ光を用いてはんだ付けされ、
前記糸はんだは、前記レーザ光により加熱した前記リードとの接触による受熱、および糸はんだがレーザ光の中を通過するときの受熱によって溶融するレーザはんだ付け方法。 In the laser soldering method of soldering the lead of the electronic component and the land provided around the through hole of the circuit board by laser irradiation,
Inserting the lead into the through hole to protrude;
Irradiating laser light from above in the protruding direction of the leads;
Supplying thread solder from a direction in which the angle with the circuit board is 60 ° or more and 70 ° or less;
With
The land is an oval land,
Soldered using an oval type laser beam of a size that does not protrude from the oval type land formed by irradiating two circular laser beams in an overlapping manner ,
The laser soldering method, wherein the thread solder is melted by heat reception by contact with the lead heated by the laser light and heat reception when the thread solder passes through the laser light .
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