JP5974854B2

JP5974854B2 - はんだ接合装置及びはんだ接合方法

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Publication number: JP5974854B2
Application number: JP2012257380A
Authority: JP
Inventors: 史彦十倉
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2012-11-26
Filing date: 2012-11-26
Publication date: 2016-08-23
Anticipated expiration: 2032-11-26
Also published as: JP2014104472A

Description

本発明は、はんだ接合装置及びはんだ接合方法に関する。

従来、レーザを照射することによってはんだを溶融し、はんだ接合を行うレーザ式はんだ接合装置、はんだ付け装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。レーザを用いたはんだ接合は、はんだ接合を行う箇所に直接レーザを照射してエネルギを与え、はんだを高速で加熱、溶融することができる。また、レーザを用いることにより非接触加熱となるため、はんだこて等の消耗に起因する部品交換の面でも有利となる。その一方で、レーザを用いた場合、レーザ光が電子部品に到達すると電子部品を損傷する可能性がある。また、レーザは容量を持った熱源ではないことから、加熱制御が難しく、レーザ照射箇所への照射エネルギが大きすぎると、レーザ光が電子部品に到達しない場合であっても基板や電子部品を損傷する可能性がある。上記特許文献１に開示されたレーザ式はんだ付け装置は、スルーホールを避けてパッド、端子、はんだを加熱することにより、電子部品へのレーザ光の到達を回避し、電子部品の損傷を回避することができるとしている。

特開２００８−１６８３３３号公報

ところで、はんだ接合作業には、いくつかの工程が含まれ、その工程によってパッド、端子、はんだに供給すべき適切なエネルギ量は異なっている。例えば、はんだを溶融する工程では、はんだを溶融するための多量のエネルギが必要となるが、短時間で多量のエネルギを付与しようとすると、基板を損傷する可能性が高くなる。一方、基板の損傷を回避すべく長時間掛けてエネルギを付与すると、はんだ溶融に要する時間が長期化し、作業の高速化の妨げとなる。また、予備加熱工程やフィレット形成工程においても、要求されるエネルギはパッドや端子、はんだといった箇所に応じて異なっている。上記特許文献１に開示されたレーザ式はんだ付け装置は、このようなエネルギの付与という点で、改良の余地を有していた。

そこで、本明細書開示のはんだ接合装置及びはんだ接合方法は、はんだ接合操作の各工程において、レーザ光のエネルギをパッド、端子及びはんだへ適切に分配することを課題とする。

本明細書開示のはんだ接合装置は、基板上に配置される円環状のパッドと、前記パッドの円環内に臨む端子とを、前記パッド上に供給されるはんだによって接合するはんだ接合装置であって、
レーザ光源によるレーザ光の照射位置を、前記パッド上、又は、前記パッド上及び前記端子上に形成するとともに、前記パッド上に照射したレーザ光を前記パッドの円環状に沿わせて回転移動させる回転駆動部を備えるレーザ照射装置と、
前記パッド上にはんだを供給するはんだ供給器と、を備える。

レーザ光をパッドの円環状に沿わせて回転移動させたり、停止させたりすることにより、はんだ接合操作の各工程において、レーザ光のエネルギをパッド、端子及びはんだへ適切に分配することができる。レーザ光をパッドの円環状に沿わせて回転移動させることにより、パッドを均一な加熱をすることができる。また、回転を停止し、レーザ光をはんだへ照射した状態を保持することにより、はんだを効率よく溶融することができる。

本明細書開示のはんだ付け方法は、レーザ光源と対向する基板の第１の面側に端子を露出させて前記第１の面の裏面となる第２の面側に電子部品を配置する工程と、前記基板の前記第１の面から露出した前記端子上に第１スポット光の照射位置を設定するとともに、前記第１の面の前記端子の周囲に円環状に設けられたパッド上に第２スポット光の照射位置と半円集光の照射位置を設定し、前記第２スポット光と前記半円集光を前記パッドの円環状に沿わせて回転移動させてレーザ照射を行う予備加熱工程と、前記基板の前記第１の面から露出した前記端子に第１スポット光の照射位置を設定するとともに、はんだ供給位置に第２スポット光の照射位置を設定し、前記第２スポット光の照射位置を固定した状態でレーザ照射を行うはんだ溶融工程と、前記パッド上にぬれ拡がったはんだ上に第２スポット光の照射位置と半円集光の照射位置を設定し、前記第２スポット光と前記半円集光を前記パッドの円環状に沿わせて回転移動させてレーザ照射を行うフィレット形成工程と、を含む。

本明細書開示のはんだ付け方法によれば、各工程によってレーザ光のエネルギ分配をして、はんだ付け作業に含まれる各工程に応じてパッド、端子及びはんだへ適切なエネルギ分配を行うことができる。

本明細書開示のはんだ接合装置及びはんだ付け方法によれば、はんだ付け作業の各工程において、レーザ光のエネルギを付与する際に、パッド、端子、はんだへ適切なエネルギ分配を行うことができる。

図１は実施形態のはんだ接合装置の概略構成を示す説明図である。図２は実施形態のはんだ接合装置によるレーザ光の照射の様子を示す説明図である。図３はエキスパンダ部の動作とレーザ光の形状との関係を示す説明図である。図４はレーザ光の径と水平方向のレーザ光源の水平方向移動距離との関係を示す説明図である。図５はリング光整形部の動作とリング光の外径及び内径との関係を示す説明図である。図６は実施形態のはんだ接合装置に含まれる集光レンズ部を示す説明図である。図７は実施形態のはんだ接合装置に含まれる各レンズ通過後のレーザ光の形状を示す説明図である。図８ははんだ接合操作における各部の動作を纏めたテーブルである。図９は実施例のはんだ接合装置の制御の一例を示すフロー図である。図１０（Ａ）ははんだ付け作業の開始時のはんだ接合装置の状態を示し、図１０（Ｂ）はレーザの照射対象を示す説明図である。図１１（Ａ）は予備加熱時のはんだ接合装置の状態を示し、図１１（Ｂ−１）〜（Ｂ−３）は照射されたレーザの形状を示す説明図である。図１２（Ａ）ははんだ供給及びはんだ溶融時のはんだ接合装置の状態を示し、図１２（Ｂ）は照射されたレーザ光の形状を示す説明図である。図１３（Ａ）はフィレット形成時のはんだ接合装置の状態を示し、図１３（Ｂ−１）〜（Ｂ−３）は照射されたレーザの形状を示す説明図である。図１４（Ａ）ははんだ付け終了後のはんだ接合装置の状態を示し、図１４（Ｂ）ははんだ付けが完了したはんだを示す説明図である。図１５ははんだ付け作業の各工程におけるエネルギ分配の一例を纏めたテーブルである。図１６ははんだ接合装置の動作におけるエネルギ推移を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては、説明の都合上、実際には存在する構成要素が省略されている場合がある。また、以下の説明において、垂直方向及び水平方向は図１に示す方向とする。レーザ光の光軸方向は垂直方向と一致し、レーザ光の光軸と直交する方向は、水平方向と一致するものとして説明する。また、各図において、レーザ光の形状を示す外縁を点線により描いている。

（実施形態）
≪全体構成≫
図１は実施形態のはんだ接合装置１００の概略構成を示す説明図である。図２は実施形態のはんだ接合装置１００が備えるレーザ照射装置１によるレーザ光の照射の様子を示す説明図である。はんだ接合装置１００は、レーザ照射装置１と、はんだ供給器６０を備えている。はんだ接合装置１００は、後に詳述するように、基板８１上に配置される円環状のパッド８１ａと、このパッド８１ａの円環内に臨む端子８２ａとを、はんだ供給器６０によってパッド８１ａ上に供給されるはんだ６１によって接合する。レーザ照射装置１は、レーザ光源１２によるレーザ光の照射位置を、パッド８１ａ上、又は、パッド８１ａ上及び端子８２ａ上に形成することができる。そして、パッド８１ａ上に照射したレーザ光をパッド８１ａの円環状に沿わせて回転移動させる回転駆動部を備えている。具体的に、後述する集光レンズ部５０を水平面内で回動させる第４アクチュエータ５３を備えている。

レーザ照射装置１は、エキスパンダ部１０、リング光整形部３０及び集光レンズ部５０を備えている。エキスパンダ部１０、リング光整形部３０及び集光レンズ部５０は垂直方向に上方からこの順に積層されて設けられている。また、エキスパンダ部１０の上側には、後述するようにレーザ光源１２が搭載されている。レーザ照射装置１は、エキスパンダ部１０とリング光整形部３０とをレーザ光源１２が発するレーザ光の光軸と直交する方向に相対移動させて、直進光のリング光整形部３０への入射状態を変更する駆動部（第２アクチュエータ１７）を備えている。図２を参照すると、レーザ光源１２により照射されたレーザ光は、エキスパンダ部１０、リング光整形部３０及び集光レンズ部５０を通過することにより、第１スポット光Ｓ１、第２スポット光Ｓ２及び半円集光ＳＨとして照射される。ここで、第１スポット光Ｓ１と第２スポット光Ｓ２は、垂直方向においてほぼ同じ位置に焦点を結ぶスポット光である。一方、半円集光ＳＨは、第１スポット光Ｓ１や第２スポット光Ｓ２よりも深い位置、すなわち、レーザ光源１２からの垂直方向距離が、第１スポット光Ｓ１や第２スポット光Ｓ２よりも離れた位置に焦点を結ぶ光である。この光が第１スポット光Ｓ１や第２スポット光Ｓ２の焦点位置と同じ垂直方向位置で観察されると、半円形の照射形状となる。なお、後に詳述するように半円集光ＳＨは、リング状に整形されたレーザ光の一部が集光レンズ部５０に含まれる第３集光レンズ５１ｃを通過することによって整形されるため、リング形状（ドーナツ形状）の一部を切り出した形状となる。

はんだ供給器６０は、はんだ６１を供給する。はんだ接合装置１００は制御部７０を備える。制御部７０は、後に説明するようにはんだ接合装置１００に含まれる各部と電気的に接続され、はんだ接合装置１００を制御する。制御部７０の制御により、はんだ接合装置は、はんだ接合操作における予備加熱工程、はんだ溶融工程及びフィレット形成工程を行う。

≪エキスパンダ部≫
エキスパンダ部１０は、第１フレーム部材１１を備えている。第１フレーム部材１１の上側にはレーザ光源１２が搭載されている。第１フレーム部材１１には、垂直方向に延びる第１支柱１３が装着されている。第１支柱１３の表面には螺糸が設けられている。そして、第１フレーム部材１１には、第１支柱１３を回転駆動する第１アクチュエータ１４が装着されている。

エキスパンダ部１０には、第１レンズ保持枠１６に保持されたコリメートレンズ１５を備えている。コリメートレンズ１５は、エキスパンダレンズとしても機能する。第１レンズ保持枠１６は、第１支柱１３に装着されており、第１アクチュエータ１４によって第１支柱１３が回転することによって、垂直方向に往復移動することができる。コリメートレンズ１５は、レーザ光源１２から照射された拡散光を直進光に変換する。そして、第１レンズ保持枠１６を垂直方向に移動させることにより、直進光の径を調整することができる。このように、エキスパンダ部１０は、レーザ光源１２によって照射されたレーザ光を径が調整された直進光として出力する。

レーザ光源１２と第１アクチュエータ１４は、それぞれ制御部７０と電気的に接続されており、制御部７０によってその動作が制御されている。以下、表１、表２及び図３、図４を参照しつつ、エキスパンダ部の動作に伴うレーザ光の形状の変化について説明する。

ここでは、図３に示すように、後述する第１アキシコレンズ３４と第２アキシコレンズ３６との間の距離Ｌ２を固定した場合について、説明する。表１に示すように、コリメートレンズ１５が上昇し、レーザ光源１２とコリメートレンズ１５との間の距離Ｌ１が縮まると、リング光整形部３０へ入射するレーザ光のビーム径Ｒｂが細くなる。これにより、リング光の内径Ｒｉは、拡大する。リング光の外径Ｒｏは、第１アキシコレンズ３４と第２アキシコレンズ３６との間の距離Ｌ２を固定しているため、変化しない。一方、コリメートレンズ１５が下降し、レーザ光源１２とコリメートレンズ１５との間の距離Ｌ１が伸びると、リング光整形部３０へ入射するレーザ光のビーム径Ｒｂが太くなる。これにより、リング光の内径Ｒｉは、縮小する。リング光の外径Ｒｏは、第１アキシコレンズ３４と第２アキシコレンズ３６との間の距離Ｌ２を固定しているため、変化しない。このように、リング光の内径Ｒｉを変化させると、後述する集光レンズ部５０が備える第１集光レンズ５１ａへ入射状態を変化させることができる。すなわち、内径Ｒｉが第１集光レンズ５１ａの径よりも小さければ、レーザ光が第１集光レンズ５１ａに入射する。また、第１集光レンズ５１ａを通過することによって照射される第１スポット光Ｓ１へのエネルギ供給量を制御することができる。

（表１）

表２を参照すると、コリメートレンズ１５を上昇させ、レーザ光源１２とコリメートレンズ１５との間の距離Ｌ１が縮まると、リング光整形部３０へ入射するレーザ光のビーム径Ｒｂが細くなる。一方、コリメートレンズ１５を下降させ、レーザ光源１２とコリメートレンズ１５との間の距離Ｌ１が伸びると、リング光整形部３０へ入射するレーザ光のビーム径Ｒｂが太くなる。エキスパンダ部はリング光整形部３０に対して水平方向に相対移動することができる。図４を参照すると、この相対移動により、レーザ光の分配の比率を変更することができる。このとき、レーザ光のビーム径Ｒｂが細いと、水平方向移動距離Ｍを小さくすることができる。図４を参照すると、例えば、レーザ光の分配比率を１：４にしようとする場合に、ビーム径Ｒｂが細い方がビーム径Ｒｂが太いときよりも、水平方向移動距離Ｍが少なくて済むことがわかる。水平方向移動距離Ｍが少なければ移動時間が短くなるため、有利となる。

（表２）

≪リング光整形部≫
リング光整形部３０は、第２フレーム部材３１を備えている。第２フレーム部材３１には、第１フレーム部材１１が水平方向に移動可能に搭載されている。ここで、水平方向は、上述したように、レーザ光源が発するレーザ光の光軸と直交する方向である。第２フレーム部材３１には、第２アクチュエータ１７が搭載されている。第２アクチュエータ１７は、エキスパンダ部１０とリング光整形部とを水平方向に相対移動させる駆動部に相当する。本実施形態では、第２アクチュエータ１７は、エキスパンダ部１０をリング光整形部３０が備える第２フレーム部材３１に対して移動させる。これにより、コリメートレンズ１５より出力された直進光のリング光整形部３０への入射状態が変更される。

第２フレーム部材３１には、垂直方向に延びる第２支柱３２が装着されている。第２支柱３２の表面には螺糸が設けられている。そして、第２フレーム部材３１には、第２支柱３２を回転駆動する第３アクチュエータ３３が装着されている。

リング光整形部３０は、第２レンズ保持枠３５に保持された第１アキシコレンズ３４を備えている。第２レンズ保持枠３５は、第２支柱３２に装着されており、第３アクチュエータ３３によって第２支柱３２が回転することによって、垂直方向に往復移動することができる。第１アキシコレンズ３４は、コリメートレンズ１５から出力された直進光をリング光に整形する。そして、第２レンズ保持枠３５を垂直方向に移動させることにより、リング光の寸法、具体的に、リング光の外径Ｒｏと内径Ｒｉとを調整することができる。リング光整形部３０は、第１アキシコレンズ３４と垂直方向に並列して配置された第２アキシコレンズ３６を備えている。第２アキシコレンズ３６の垂直方向位置は、固定されている。第２アキシコレンズ３６は、第１アキシコレンズによってリング状に整形されたレーザ光の寸法を保ちつつ出力する。すなわち、第１アキシコレンズ３４から出力されたレーザ光は拡散するように進行し、第２アキシコレンズ３６は、リング状に整形されて拡散するように進行してきたレーザ光を直進させる。このように、リング光整形部３０は、エキスパンダ部１０によって径が調整された直進光を所望の寸法を有するリング光に整形する。なお、第２アキシコレンズ３６を垂直方向に移動可能に設置し、第１アキシコレンズ３４を固定状態としてもよい。また、双方のアキシコレンズを垂直方向に移動可能に設置してもよい。要は、双方のアキシコレンズ間の距離を変更することができればよい。

第２アクチュエータ１７と第３アクチュエータ３３は、それぞれ制御部７０と電気的に接続されており、制御部７０によってその動作が制御されている。以下、表３及び図５を参照しつつ、リング整形部の動作に伴うレーザ光の形状の変化について説明する。

図５に示すように、第１アキシコレンズ３４を上昇させ、すなわち、第１アキシコレンズ３４と第２アキシコレンズ３６との間の距離Ｌ２を延ばすと、表３に示すようにリング光の内径Ｒｉが拡大し、リング光の外径Ｒｏも拡大する。一方、第１アキシコレンズ３４を下降させ、すなわち、第１アキシコレンズ３４と第２アキシコレンズ３６との間の距離Ｌ２を縮めると、表３に示すようにリング光の内径Ｒｉが縮小し、リング光の外径Ｒｏも縮小する。このようにリング光の内径Ｒｉ及び外径Ｒｏを変化させることにより、後述する集光レンズ部５０が備える第１集光レンズ５１ａへ入射状態を変化させることができる。すなわち、内径Ｒｉが第１集光レンズ５１ａの径よりも小さければ、レーザ光が第１集光レンズ５１ａに入射する。また、第１集光レンズ５１ａを通過することによって照射される第１スポット光Ｓ１へのエネルギ供給量を制御することができる。リング光の内径Ｒｉ及び外径Ｒｏの双方が変化するためエネルギの変化率が大きくなる。

（表３）

≪集光レンズ部≫
図６は実施形態のはんだ接合装置１に含まれる集光レンズ部５０を示す説明図である。集光レンズ部５０は、第１集光レンズ７１ａ、第２集光レンズ及び第３集光レンズ５１ｃを寄せ集めた組み立てレンズ５１を第３レンズ保持枠５２で保持して形成されている。具体的に、円形の第１集光レンズ５１ａの周囲を第２集光レンズ５１ｂと第３集光レンズ５１ｃで取り囲んだ状態で組み立てレンズ５１が形成されている。第１集光レンズ５１ａ、第２集光レンズ５１ｂ及び第３集光レンズ５１ｃはいずれも単集光レンズである。第１集光レンズ５１ａは、第１スポット光Ｓ１を形成する。第２集光レンズ５１ｂは第２スポット光Ｓ２を形成する。第３集光レンズ５１ｃは半円集光ＳＨを形成する。第２アキシコレンズ３６から出力されたリング光が第１集光レンズ５１ａ〜第３集光レンズ５１ｃに対してどのような割合（面積割合）で入射するかによって、第１スポット光Ｓ１、第２スポット光Ｓ２及び半円集光ＳＨのエネルギ分配が調整される。例えば、第２集光レンズ５１ｂへ入射するリング光の割合（面積割合）が大きくなると、第２スポット光Ｓ２へのエネルギ分配が大きくなる。一方、第２アキシコレンズ３６から出力されたリング光が第２集光レンズ５１ｂと第３集光レンズ５１ｃにのみ入射するときは、第１スポット光Ｓ１は形成されない。

集光レンズ部５０は、第３レンズ保持枠５２を水平面内で回動させる第４アクチュエータ５３を備えている。第４アクチュエータ５３は、集光レンズ部５０を回転させる回転駆動部の一例である。第４アクチュエータ５３が作動することにより、組み立てレンズ５１は、第１スポット光Ｓ１を通過して垂直方向に延びる軸回りに回動することができる。集光レンズ部５０は、エンコーダ７１を備えており、このエンコーダ７１により第３レンズ保持枠５２がどれだけ回転したかを把握することができる。第４アクチュエータ５３とエンコーダ７１は、それぞれ制御部７０と電気的に接続されており、第４アクチュエータ５３の動作は、制御部７０によって制御されている。

以上がはんだ接合装置１００の全体構成である。ここで、図７を参照してはんだ接合装置１に含まれる各レンズ通過後のレーザ光の形状について説明する。図７における（Ｂ−１）は、レーザ光源１２から照射され、いずれのレンズも通過していない状態のレーザ光の形状を示している。この段階においてレーザ光の形状は、リング形状ではなく、円形である。この円形の直径は、コリメートレンズ１５の垂直方向位置によって変化する。図７における（Ｂ−２）は、第１アキシコレンズ３４を通過した後のレーザ光の形状を示している。この段階においてレーザ光の形状はリング状となる。このリング状のレーザ光の外径は、第２アキシコレンズ３６へ入射するまで拡大する。従って、第１アキシコレンズ３４と第２アキシコレンズ３６との間の垂直方向距離が長くなるほど、第２アキシコレンズ３６に入射するリング光の外径及び内径は拡大する。図７における（Ｂ−３）は、第２アキシコレンズ３６を通過した後のレーザ光の形状を示している。この段階においてレーザ光の形状はリング状である。そして、そのリング光の外径及び内径は、第２アキシコレンズ３６へ入射した時点での外径Ｒｏと内径Ｒｉが維持されている。図７における（Ｂ−４）は組み立てレンズ５１に含まれる第１集光レンズ５１ａ、第２集光レンズ５１ｂ及び第３集光レンズ５１ｃを通過し、最終的な照射位置におけるレーザ光の形状を示している。最終的に、レーザ光は、第１スポット光Ｓ１、第２スポット光Ｓ２及び半円集光ＳＨとなって照射される。第１スポット光Ｓ１の最終的な照射位置の垂直方向位置は、基板８１の第１の面すなわち、組み立てレンズ５１と対向する面から露出した端子８２ａである。また、第２スポット光Ｓ２及び半円集光ＳＨの最終的な照射位置の垂直方向位置は、はんだ接合の対象となる基板８１上に設けられたパッド８１ａの表面である。

図７における（Ｃ−２）及び（Ｃ−３）は、いずれもエキスパンダ部１０とリング光整形部３０とを水平方向にずらしてエネルギ分配の比率を変化させた場合の一例を示している。（Ｂ−２）や（Ｂ−３）に示す状態では同心円状であったリング形状が崩れ、（Ｃ−２）や（Ｃ−３）に示す状態では照射面積に偏りがみられる。この照射面積の偏りに起因してエネルギ分配の比率が変化する。

以上説明したようにはんだ接合装置１００が備えるはんだ接合装置１は、エネルギ分配を変更することができる。このエネルギ分配をはんだ付け作業の各工程に応じて変化させることにより、各工程においてパッド８１ａ、端子８２ａ、はんだ６１へ適切なエネルギ分配を行うことができる。以下、このはんだ接合装置１００を用いたはんだ付け作業の一例について図８に示すテーブル及び図９に示すフロー図、図１０〜図１４に示す各工程におけるはんだ接合装置１００の状態とレーザ光の照射状態を参照しつつ説明する。また、併せて、図１５及び図１６を参照して、各工程におけるエネルギ分配の例について説明する。なお、図１５におけるエネルギには、レーザ反射ロスは含まれていない。

はんだ接合装置１００によるはんだ接合操作には、開始状態に準備する工程、予備加熱工程、はんだ溶融工程及びフィレット形成工程が含まれる。図９に示すフロー図において、ステップＳ１〜ステップＳ２が開始状態に準備する工程に相当する。そして、ステップＳ３〜ステップＳ４が予備加熱工程に相当し、ステップＳ５〜Ｓ９がはんだ溶融工程に相当する。また、ステップＳ１０〜ステップＳ１３がフィレット形成工程に相当する。はんだ付け作業は、制御部７０によって主体的に行われる。また、図１１を参照すると、レーザ光源１２から供給されるエネルギ総和は全工程を通して１０Ｊに設定されている。

≪開始状態≫
図１０（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、まず、はんだ接合の対象となる基板８１と電子部品８２を準備する。具体的に、レーザ光源１２と対向する基板８１の第１の面側に端子８２ａを露出させて第１の面の裏面となる第２の面側に電子部品８２を配置する。また、これと併せて、ステップＳ１における措置として、第１アクチュエータ１４を作動させて、直進光の径が拡大する方向にコリメートレンズ１５を移動させておく。具体的に、コリメートレンズ１５をレーザ光源１２から離れる方向に移動させておく。また、第３アクチュエータ３３を作動させて、半円集光ＳＨ、第１スポット光Ｓ１及び第２スポット光Ｓ２が照射され、このときのエネルギ分配が、
半円集光ＳＨ＋第１スポット光Ｓ１：第２スポット光Ｓ２＝３：１
となるように第１アキシコレンズ３４を移動させておく。このエネルギ分配は適宜変更することができる。

ステップＳ１に引き続き行われるステップＳ２では、第４アクチュエータ５３を作動させ、リング光と第１スポット光Ｓ１とが照射可能な状態としておく。ここで、リング光は、半円集光ＳＨと第２スポット光Ｓ２とが、第４アクチュエータ５３の作動に伴って回転することにより形成される。ステップＳ２では、併せてエンコーダ７１による位置検出を開始する。

≪予備加熱工程≫
ステップＳ２に引き続いて行われるステップＳ３及びステップＳ４において予備加熱が行われる。制御部７０は、予備加熱工程において、パッド８１ａ上及び端子８２ａ上にレーザ光を照射すると共にパッド８１ａ上に照射されたレーザ光を前記パッドの円環状に沿わせて回転移動させる。図８を参照すると、より具体的に、コリメートレンズ１５、第１アキシコレンズ３４を共に下降状態とする。これにより、第１スポット光Ｓ１、第２スポット光Ｓ２及び半円集光ＳＨを作り出す。図１５及び図１６を参照すると、予備加熱工程では、パッド８１ａに７Ｊ、端子８２ａに３Ｊが供給されるようにエネルギ分配が行われる。この時点では、はんだ６１は供給されていないので、はんだに供給されるエネルギは０Ｊである。予備加熱工程では、レーザ光源１２の移動、すなわち、エキスパンダ部１０とリング光整形部３０との相対移動は行わないが、第４アクチュエータ５３により集光レンズ部５０を回転させる。これにより、パッド８１ａを均一に予備加熱することができる。

ステップＳ３では、レーザ光源１２によるレーザ照射がｏｎ状態とされ、予備加熱時間のカウントが開始される。図１１（Ａ）を参照すると、予備加熱工程では、図１０（Ａ）を参照して説明した開始状態を維持しつつレーザ照射が行われる。具体的に、基板８１の第１の面から露出した端子８２ａ上に第１スポット光Ｓ１の照射位置が設定される。また、第１の面の端子８２ａの周囲に設けられたパッド８１ａ上に第２スポット光Ｓ２の照射位置と半円集光ＳＨの照射位置が設定されてレーザ照射が行われる。図１１（Ｂ−１）を参照すると、レーザ照射の開始直後は半円集光ＳＨと第２スポット光Ｓ２とがパッド８１ａを照射する。図１１（Ｂ−２）を参照すると、第４アクチュエータ５３が作動しているため、半円集光ＳＨと第２スポット光Ｓ２がパッド８１ａ上で回転する。そして、図１１（Ｂ−３）を参照すると、リング光が形成される。なお、第１スポット光Ｓ１は一貫して端子８２ａを照射し、エネルギを与えている。ステップＳ４では、予備加熱カウントの完了を確認する。ここで、予備加熱時間は、パッド８１ａに７Ｊのエネルギを付与することができ、端子８２ａに３Ｊのエネルギを付与することができる時間に設定されている。予備加熱カウント完了が確認されると、予備加熱は完了したものとしてステップＳ５へ進む。

≪はんだ溶融工程≫
ステップＳ４に引き続いて行われるステップＳ５〜ステップＳ９においてはんだ溶融が行われる。制御部７０は、はんだ供給器６０にパッド８１ａ上にはんだ６１を供給させるとともに、供給されたはんだ６１上にレーザ光を照射し、その状態を保持させる、すなわち、回転移動は行わない。図８を参照すると、より具体的に、コリメートレンズ１５を上昇させ、第１アキシコレンズ３４の下降状態を維持する。これにより、第１スポット光Ｓ１、第２スポット光Ｓ２及び半円集光ＳＨを作り出す。はんだ溶融工程では、レーザ光源１２の移動、すなわち、エキスパンダ部１０とリング光整形部３０との相対移動を行い、上述のように第４アクチュエータ５３による集光レンズ部５０の回転は行わない。図１５及び図１６を参照すると、はんだ溶融工程では、パッド８１ａに１Ｊ、端子８２ａに１Ｊ、はんだ６１に８Ｊが供給されるようにエネルギ分配が行われる。これにより、パッド８１ａ及び端子８２ａは保温され、はんだ６１が加熱及び溶融される。すなわち、図１２（Ａ）、（Ｂ）を参照すると、基板８１の第１の面から露出した端子８２ａに第１スポット光Ｓ１の照射位置が設定される。また、はんだ供給位置に第２スポット光Ｓ２の照射位置が設定される。そして、レーザ光源１２から照射されるレーザ光の第２スポット光Ｓ２へのエネルギの分配比率を第１スポット光Ｓ１への分配比率よりも高く設定する。

ステップＳ５では、エンコーダ７１の出力に基づいて、第２スポット光Ｓ２がはんだ供給器６０によるはんだ供給位置に位置決めできたか否かを判断する。ステップＳ５でＹｅｓと判断したときは、ステップＳ６へ進む。一方、ステップＳ５でＮｏと判断したときは、Ｙｅｓと判断するまでステップＳ５の措置を繰り返す。

ステップＳ６では、はんだ供給位置に第２スポット光Ｓ２の照射位置を設定した状態で第４アクチュエータ５３の回転を停止させる。そして、ステップＳ６に引き続いて行われるステップＳ７では、第１アクチュエータ１４と第３アクチュエータ３３とを作動させて、第２スポット光Ｓ２となるリング光を形成する。また、これとともに、第２アクチュエータ１７を作動させて、エキスパンダ部１０をリング光整形部３０に対して水平方向に移動させる。これにより、図７における（Ｃ−３）で示すように照射面積の偏りが生じる。これにより、第２スポット光Ｓ２によるエネルギ付与の割合が高くなる。この結果、はんだ６１に集中的にエネルギが分配される状態となる。

ステップＳ７に引き続いて行われるステップＳ８では、はんだ供給器６０によりはんだ６１の供給が行われる。そして、予め定められた時間が経過し、所定量のはんだ６１の供給が完了すると、ステップＳ９においてはんだ供給は終了となる。供給されたはんだ６１は、高いエネルギ状態とされた第２スポット光Ｓ２によって迅速に加熱され、溶融する。溶融したはんだ６１は、パッド８１ａ上にぬれ拡がる。

≪フィレット成形工程≫
ステップＳ９に引き続いて行われるステップＳ１０〜ステップＳ１３において、フィレット形成が行われる。制御部７０は、パッド８１ａ上にレーザ光を照射すると共にパッド８１ａ上に照射されたレーザ光をパッド８１ａの円環状に沿わせて回転移動させる。図８を参照すると、より具体的に、コリメートレンズ１５の上昇状態を維持し、第１アキシコレンズ３４を上昇状態とする。これにより、第１スポット光Ｓ１を消滅させ、第２スポット光Ｓ２及び半円集光ＳＨを作り出す。フィレット形成工程では、レーザ光源１２の移動、すなわち、エキスパンダ部１０とリング光整形部３０との相対移動は行わず、予備加熱工程と同様のポジションに復帰させる。そして、第４アクチュエータ５３による集光レンズ部５０の回転を行う。これにより、ぬれ拡がったはんだ６１、パッド８１ａを均一に加熱することができ、フィレットを形成することができる。図１５及び図１６を参照すると、フィレット形成工程では、パッド８１ａに１Ｊ、端子８２ａに１Ｊ、はんだ６１に８Ｊが供給されるようにエネルギ分配が行われる。これにより、パッド８１ａ及び端子８２ａは保温され、はんだ６１が加熱される。ただし、フィレット形成工程では、後述するように第１スポット光Ｓ１は照射されない。このため、端子８２ａには、第１スポット光Ｓ１は照射されず、端子８２ａは間接的にエネルギが付与され、保温される。

フィレット形成工程では、パッド８１ａ上にぬれ拡がったはんだ６１上に第２スポット光Ｓ２の照射位置と半円集光ＳＨの照射位置が設定されレーザ照射が行われる。これを実現するために、ステップＳ１０では、第２アクチュエータ１７を水平作動させて、エキスパンダ部１０の位置を当初の位置に復帰させてエネルギが均等に配分される位置とする。また、第３アクチュエータ３３を作動させて、リング光の寸法を半円集光ＳＨと第２スポット光Ｓ２を実現する寸法に調整する。具体的にレーザ光源１２に近づく方向に第１アキシコレンズ３４を移動させてリング光が第１集光レンズ５１ａに入射しない寸法に調整する。これにより、図１３における（Ｂ−１）に示すようにパッド８１上にぬれ拡がったはんだ６１上に第２スポット光Ｓ２と半円集光ＳＨが照射される。

そして、ステップＳ１０に引き続いて行われるステップＳ１１で、第４アクチュエータ５３が作動することにより、図１３における（Ｂ−２）や（Ｂ−３）に示すように、リング状の照射が実現される。ステップＳ１１では、レーザをｏｆｆするためのカウントを開始する。そして、ステップＳ１２において、レーザをｏｆｆするカウントが完了したことを確認すると、レーザ照射をｏｆｆする。ここで、レーザをｏｆｆするための時間は、フィレットを形成するための時間として予め定められている。ステップＳ１２に引き続いて行われるステップＳ１３では、第４アクチュエータ５３の作動を停止する。

≪作業終了後≫
図１４を（Ａ）、（Ｂ）を参照すると。一連の工程が終了した後は、次回のはんだ付作業に移行すべく、図１０（Ａ）に示した状態に各レンズを移動させておく。

以上が、はんだ接合装置１００を用いたはんだ接合操作、はんだ接合方法の一例である。実施形態のはんだ接合装置、はんだ接合方法によれば、各工程によってレーザ光のエネルギ分配をして、はんだ付け作業に含まれる各工程に応じてパッド、端子及びはんだへ適切なエネルギ分配を行うことができる。この結果、はんだ付けの作業時間を短縮しつつ、基板やパッド、電子部品の損傷を抑制し、はんだ接合の品質を向上させることができる。また、単一のレーザ光源のエネルギ分配を行っているため、はんだ接合装置が必要とするレーザ光源を少なくすることが可能となり、はんだ接合装置の製造コストを抑制することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
（付記１）
基板上に配置される円環状のパッドと、前記パッドの円環内に臨む端子とを、前記パッド上に供給されるはんだによって接合するはんだ接合装置であって、
レーザ光源によるレーザ光の照射位置を、前記パッド上、又は、前記パッド上及び前記端子上に形成するとともに、前記パッド上に照射したレーザ光を前記パッドの円環状に沿わせて回転移動させる回転駆動部を備えるレーザ照射装置と、
前記パッド上にはんだを供給するはんだ供給器と、
を備えるはんだ接合装置。
（付記２）
はんだ接合操作における予備加熱工程において、前記パッド上及び前記端子上にレーザ光を照射すると共に前記パッド上に照射されたレーザ光を前記回転駆動部により前記パッドの円環状に沿わせて回転移動させ、
はんだ接合操作におけるはんだ溶融工程において、前記はんだ供給器に前記パッド上にはんだを供給させるとともに、前記回転駆動部による前記回転運動を停止させ、供給された前記はんだ上にレーザ光を照射し、その状態を保持させ、
はんだ接合操作におけるフィレット形成工程において、前記パッド上にレーザ光を照射すると共に前記パッド上に照射されたレーザ光を前記回転駆動部により前記パッドの円環状に沿わせて回転移動させる制御部とを備える付記１に記載のはんだ接合装置。
（付記３）前記レーザ照射装置は、
前記レーザ光源を備え、前記レーザ光源によって照射されたレーザ光を径が調整された直進光として出力するエキスパンダ部と、
前記エキスパンダ部によって径が調整された直進光を所望の寸法を有するリング光に整形するリング光整形部と、
前記リング光整形部によって整形されたリング光を複数の集光位置に分配する集光レンズ部と、
を備え、
前記エキスパンダ部と前記リング光整形部とを前記レーザ光源が発するレーザ光の光軸と直交する方向に相対移動させて、前記直進光の前記リング光整形部への入射状態を変更する駆動部と、を備え、
前記制御部は、前記駆動部を制御することにより前記パッド上へ照射されるレーザ光と前記端子上へ照射されるレーザ光の分配を変更する付記２記載のはんだ接合装置。
（付記４）
前記レーザ照射装置は、前記はんだ溶融工程において、前記はんだ上に照射されるスポット光と、前記パッド上に照射される半円集光を形成する請求項２又は３に記載のはんだ接合装置。
（付記５）
前記エキスパンダ部は、コリメートレンズを備えるとともに、前記コリメートレンズと前記レーザ光源と光軸方向距離を変化させて直進光の径を調整する駆動部備える付記３に記載のはんだ接合装置。
（付記６）
前記リング光整形部は、光軸方向に配列された複数のアキシコレンズを備えた付記３に記載のはんだ接合装置。
（付記７）
前記集光レンズ部は第１スポット光を形成する第１集光レンズと、第２スポット光を形成する第２集光レンズと、半円集光を形成する第３集光レンズを含む付記３に記載のはんだ接合装置。
（付記８）
レーザ光源と対向する基板の第１の面側に端子を露出させて前記第１の面の裏面となる第２の面側に電子部品を配置する工程と、
前記基板の前記第１の面から露出した前記端子上に第１スポット光の照射位置を設定するとともに、前記第１の面の前記端子の周囲に円環状に設けられたパッド上に第２スポット光の照射位置と半円集光の照射位置を設定し、前記第２スポット光と前記半円集光を前記パッドの円環状に沿わせて回転移動させてレーザ照射を行う予備加熱工程と、
前記基板の前記第１の面から露出した前記端子に第１スポット光の照射位置を設定するとともに、はんだ供給位置に第２スポット光の照射位置を設定し、前記第２スポット光の照射位置を固定した状態でレーザ照射を行うはんだ溶融工程と、
前記パッド上にぬれ拡がったはんだ上に第２スポット光の照射位置と半円集光の照射位置を設定し、前記第２スポット光と前記半円集光を前記パッドの円環状に沿わせて回転移動させてレーザ照射を行うフィレット形成工程と、
を含むはんだ接合方法。
（付記９）
前記はんだ溶融工程は、前記レーザ光源から照射されるレーザ光の第２スポット光へのエネルギの分配比率を第１スポット光への分配比率よりも高く設定してレーザ照射を行う付記８に記載のはんだ接合方法。

１レーザ照射装置１０エキスパンダ部
１１第１フレーム部材１２レーザ光源
１３第１支柱１４第１アクチュエータ
１５コリメートレンズ１６第１レンズ保持枠
１７第２アクチュエータ３０リング光整形部
３１第２フレーム部材３２第２支柱
３３第３アクチュエータ３４第１アキシコレンズ
３５第２レンズ保持枠３６第２アキシコレンズ
５０集光レンズ部５１組み立てレンズ
５１ａ第１集光レンズ５１ｂ第２集光レンズ
５１ｃ第３集光レンズ５２第３レンズ保持枠
５３第４アクチュエータ６０はんだ供給器
６１はんだ７０制御部
７１エンコーダ８１基板
８１ａパッド８２電子部品
８２ａ端子１００はんだ接合装置
Ｓ１第１スポット光Ｓ２第２スポット光
ＳＨ半円集光

Claims

基板上に配置される円環状のパッドと、前記パッドの円環内に臨む端子とを、前記パッド上に供給されるはんだによって接合するはんだ接合装置であって、
レーザ光源によるレーザ光の照射位置を、前記パッド上、又は、前記パッド上及び前記端子上に形成するとともに、前記パッド上に照射したレーザ光を前記パッドの円環状に沿わせて回転移動させる回転駆動部を備えるレーザ照射装置と、
前記パッド上にはんだを供給するはんだ供給器と、
はんだ接合操作における予備加熱工程において、前記パッド上及び前記端子上にレーザ光を照射すると共に前記パッド上に照射されたレーザ光を前記回転駆動部により前記パッドの円環状に沿わせて回転移動させ、はんだ接合操作におけるはんだ溶融工程において、前記はんだ供給器に前記パッド上にはんだを供給させるとともに、前記回転駆動部による前記回転運動を停止させ、供給された前記はんだ上にレーザ光を照射し、その状態を保持させ、はんだ接合操作におけるフィレット形成工程において、前記パッド上にレーザ光を照射すると共に前記パッド上に照射されたレーザ光を前記回転駆動部により前記パッドの円環状に沿わせて回転移動させる制御部と、
を備えるはんだ接合装置。
前記レーザ照射装置は、
前記レーザ光源を備え、前記レーザ光源によって照射されたレーザ光を径が調整された直進光として出力するエキスパンダ部と、
前記エキスパンダ部によって径が調整された直進光を所望の寸法を有するリング光に整形するリング光整形部と、
前記リング光整形部によって整形されたリング光を複数の集光位置に分配する集光レンズ部と、
を備え、
前記エキスパンダ部と前記リング光整形部とを前記レーザ光源が発するレーザ光の光軸と直交する方向に相対移動させて、前記直進光の前記リング光整形部への入射状態を変更する駆動部と、を備え、
前記制御部は、前記駆動部を制御することにより前記パッド上へ照射されるレーザ光と前記端子上へ照射されるレーザ光の分配を変更する請求項１に記載のはんだ接合装置。
前記レーザ照射装置は、前記はんだ溶融工程において、前記はんだ上に照射されるスポット光と、前記パッド上に照射される半円集光を形成する請求項１又は２に記載のはんだ接合装置。
前記集光レンズ部は第１スポット光を形成する第１集光レンズと、第２スポット光を形成する第２集光レンズと、半円集光を形成する第３集光レンズを含む請求項２に記載のはんだ接合装置。
レーザ光源と対向する基板の第１の面側に端子を露出させて前記第１の面の裏面となる第２の面側に電子部品を配置する工程と、
前記基板の前記第１の面から露出した前記端子上に第１スポット光の照射位置を設定するとともに、前記第１の面の前記端子の周囲に円環状に設けられたパッド上に第２スポット光の照射位置と半円集光の照射位置を設定し、前記第２スポット光と前記半円集光を前記パッドの円環状に沿わせて回転移動させてレーザ照射を行う予備加熱工程と、
前記基板の前記第１の面から露出した前記端子に第１スポット光の照射位置を設定するとともに、はんだ供給位置に第２スポット光の照射位置を設定し、前記第２スポット光の照射位置を固定した状態でレーザ照射を行うはんだ溶融工程と、
前記パッド上にぬれ拡がったはんだ上に第２スポット光の照射位置と半円集光の照射位置を設定し、前記第２スポット光と前記半円集光を前記パッドの円環状に沿わせて回転移動させてレーザ照射を行うフィレット形成工程と、
を含むはんだ接合方法。
前記はんだ溶融工程は、前記レーザ光源から照射されるレーザ光の第２スポット光へのエネルギの分配比率を第１スポット光への分配比率よりも高く設定してレーザ照射を行う請求項５に記載のはんだ接合方法。