JPH10335806A - 回路モジュールの製造方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接続不良の問題を解消し、レーザビームによ
る部品接続を良好に行うことができる回路モジュールの
製造方法を提供する。 【解決手段】 ランド４の半田５を照射レーザビームＬ
Ｂのエネルギーによって溶融してから、溶融した半田５
が硬化する前に電子部品１の外部電極１ａを溶融半田５
に押し当てるようにしているので、ランド４の半田５を
照射レーザビームＬＢによって十分に加熱溶融して、こ
の十分に加熱溶融された半田５を用いて電子部品１の外
部電極１ａを基板３のランド４に接続することができ
る。依って、照射レーザビームＬＢのエネルギーを高値
に設定しなくとも、半田５の溶け残りを原因とした接続
不良の問題を解消して、レーザビームＬＢによる部品接
続を極めて良好に行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザビームを利
用して電子部品と基板との電気的な接続を行う回路モジ
ュールの製造方法と、この方法実施に好適な回路モジュ
ールの製造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】特開平４−３１４３９０号公報には、レ
ーザビームを利用して電子部品を基板に実装する方法が
開示されている。具体的には、電子部品をその外部電極
が予めランド面に塗布したクリーム半田と接触するよう
に基板上に搭載した後、クリーム半田に向けてレーザビ
ームを照射してこれを溶融させることによって、外部電
極とランドとを半田を介して電気的に接続する方法が示
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この接続方法では、電
子部品をその外部電極が予めランド面に塗布したクリー
ム半田と接触するように基板上に搭載した後に、クリー
ム半田に向けてレーザビームを照射しているため、外部
電極とランドとの間に挟まれて陰になっている部分のク
リーム半田に対して直接レーザビームを照射することが
できない。

【０００４】つまり、外部電極とランドとの間に挟まれ
て陰になっている部分のクリーム半田に溶け残りが発生
して、接続面積や強度の不足を原因として接続不良を生
じる不具合がある。

【０００５】この不具合は、照射レーザビームのエネル
ギー（パワーと照射時間の積）を高値に設定することで
ある程度改善することができる。しかし、レーザビーム
のパワーを上げると電子部品が熱的ダメージを強く受け
て品質低下や特性変化等の問題を生じてしまう。一方、
レーザビームの照射時間を長くすると、１部品当たりの
接続時間が長くなって高速化に対応できなくなってしま
う。

【０００６】本発明は前記事情に鑑みて創作されたもの
で、その目的とするところは、接続不良の問題を解消
し、レーザビームによる部品接続を良好に行うことがで
きる回路モジュールの製造方法と、この製造方法を的確
に実施できる回路モジュールの製造装置を提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の製造方法は、基板の電極に予め設けられた
接合材にレーザビームを照射して、該接合材を照射レー
ザビームのエネルギーによって溶融してから、溶融した
接合材が硬化する前に電子部品の電極を溶融接合材に押
し当てて、該電子部品を基板上に搭載する、ことをその
主たる特徴とする。この製造方法によれば、基板電極の
接合材を照射レーザビームによって十分に加熱溶融し
て、接合材の溶け残りの問題を解消することができ、十
分に加熱溶融された接合材を用いて部品電極を基板電極
に不良なく接続することができる。

【０００８】一方、本発明の製造装置は、電子部品を吸
着して基板に搭載する部品搭載装置と、搭載部品に対応
する基板の電極に予め設けられた接合材に向けてレーザ
ビームを照射するレーザビーム照射装置と、接合材を照
射レーザビームのエネルギーによって溶融してから、溶
融した接合材が硬化する前に電子部品の電極を溶融接合
材に押し当てるように、部品搭載とレーザビーム照射を
制御する制御装置とを備えた、ことをその主たる特徴と
する。この製造装置によれば、部品搭載装置とレーザビ
ーム照射装置とこれらを制御する制御装置によって、前
記の製造方法を的確に実施できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１乃至図５は本発明の第１実施
形態を示すもので、図１（ａ）〜（ｆ）は部品実装のプ
ロセスを示す図、図２は部品実装に用いる光学系と制御
系の構成図、図３は部品実装のタイミングチャート、図
４はランドに対するレーザビームの照射形状を示す図、
図５はランドに対するレーザビームの照射の様子を示す
図である。

【００１０】図１において、符号１は電子部品、符号２
は上下移動を可能とした吸着ノズル、符号３は基板、符
号４はランド（基板電極）、符号５は半田である。

【００１１】電子部品１は、偏平四角柱形で長手方向両
端部に外部電極１ａを有する部品、例えばチップ抵抗器
やチップコンデンサやチップインダクタ等のチップ部品
である。

【００１２】半田５は、Ｓｎ−Ｐｂ系合金から成る半田
粒とフラックスとを練り合わせた溶融温度が１５０〜４
００度前後のクリーム半田であり、ランド４の上面全域
に予めコーティングされている。勿論、この半田５に
は、Ｓｎ−Ｐｂ系合金以外の半田粒、例えばＳｎ系合金
やＡｇ系合金やＩＮ系合金やＡｕ系合金から成る半田粒
を含むものも、レーザの種類と波長や、電子部品１及び
基板３の耐熱性と電極材質等に応じて使用することがで
きる。また、この半田５は、クリーム半田に限らず、半
田メッキやその他の方法でプリコートされたものであっ
てもよく、バンプ状のものであってもよい。

【００１３】図２において、符号１１は吸着ノズル２の
動作とレーザ発振をシーケンス制御するコンピュータ、
符号１２はレーザ電源、符号１３はレーザ発振器、符号
１４はビーム分割器、符号１５はレーザビームを伝送す
る光ファイバ、符号１６は集光レンズ等から成る対物光
学素子、符号ＬＢはレーザビームである。

【００１４】レーザ発振器１３は、赤外域の波長を持つ
レーザ、例えばＣＷ発振やパルス発振のＹＡＧレーザや
ＣＯ₂ レーザやＣＯレーザで、１００Ｗクラスのパワー
を有している。勿論、他の赤外光レーザやＹＡＧ：ＳＨ
Ｇ等の可視光レーザでも対応可能である。レーザの種類
と波長は、半田５の種類と物性や、電子部品１及び基板
３の耐熱性と電極材質等に応じて適宜選択されるが、半
田表面での反射損失が小さいＹＡＧレーザが好ましく使
用できる。また、このレーザ発振器１３には、レーザ発
振を制御するシャッター（図示省略）が内蔵されてい
る。

【００１５】ビーム分割器１４は、ハーフミラー１４ａ
と３つのミラー１４ｂを備えており、レーザ発振器１３
から出射されたレーザビームＬＢをエネルギーが一致し
た２つのビームに分割する。勿論、レーザ発振器１３か
ら出射されたレーザビームＬＢを、光路差なく分岐して
同時照射できるものであれば、ミラーの数及び構成は図
示例のものに限らず、例えばハーフミラー１４ａと１つ
のミラー１４ｂを備えたものでもよい。

【００１６】光ファイバ１５は、分割されたレーザビー
ムＬＢを２つの対物光学素子１６それぞれに伝送する。
この光ファイバ１５には石英系ファイバやＫＲＳ系ファ
イバやその他の周知の光ファイバの中から、使用するレ
ーザの種類と波長に応じて適宜選択される。

【００１７】対物光学素子１６は、電子部品１に対応す
る２つのランド４に向かってレーザビームＬＢを照射す
る。図示例のものでは、２つの対物光学素子１６は、垂
直に下降する電子部品１の長手方向両側に、基板３の実
装面に対して鋭角的な角度をもって対称に配置されてい
る。

【００１８】ここで、第１実施形態における部品実装の
プロセスを図１と図３〜図５を参照して説明する。

【００１９】まず、図示省略の部品供給箇所に横向き姿
勢で供給されている電子部品１の上面中央を吸着ノズル
２で吸着して取り出し、そして電子部品１を吸着した吸
着ノズル２を基板３上に移動して、電子部品１の外部電
極１ａをこれに対応したランド４と位置合わせして待機
させる。

【００２０】次に、吸着ノズル２によって電子部品１を
待機位置から垂直（基板３の実装面に対して直角）に一
定速度で下降させ、図１（ａ）に示すように、下降を開
始してから所定時間ｔ１が経過したところで、各ランド
４の半田５に向けてレーザビームＬＢを同時に照射す
る。各々の照射レーザビームＬＢのパワーは、半田５の
種類や、電子部品１及び基板３の耐熱性と電極材質等に
よって異なるが、概ね１〜５０Ｗである。

【００２１】図１（ａ）から分かるように、各々の照射
レーザビームＬＢは、基板３の実装面に対して鋭角的な
角度θ（図面では約７５度）をもって傾いており、各々
のレーザビームＬＢは、電子部品１の長手方向両側から
各半田５に向けて斜めに照射される。

【００２２】ランド４に対するレーザビームＬＢの照射
形状ＩＳは図４（ａ）に示すような円形または楕円でも
良いが、ランド４の平面形状が矩形の場合でも、半田５
全体をムラなく加熱溶融するためには照射形状ＩＳの大
きさをランド４の平面形状に極力近づけることが望まし
い。例えば、ランド４の平面形状が矩形の場合にはマス
ク等を用いてレーザビームＬＢの照射形状ＩＳをこれに
ほぼ一致した矩形としたり（図４（ｂ）参照）、ランド
４の平面形状が円形の場合にはレーザビームＬＢの照射
形状Ｉｓをこれにほぼ一致した円形とすれば（図４
（ｃ）参照）、半田５全体を均一に加熱して溶融ムラを
防止できる。

【００２３】また、ランド４に対するレーザビームＬＢ
の照射には、図５（ａ）に示すようなマスクＭを用いる
ことを前提とした結像加熱方式や、図５（ｂ）に示すよ
うなマスクを用いないことを前提とした焦点加熱方式が
適宜利用できる。結像加熱方式の場合は、マスクの形状
によって任意の照射形状が得られる。また、焦点加熱方
式の場合は、マスクによってレーザビームＬＢを遮るこ
とがないためエネルギーロスがない。

【００２４】レーザビームＬＢの照射を開始してから所
定時間ｔ２が経過すると、図１（ｂ）に示すように、電
子部品１の外部電極１ａが照射レーザビームＬＢの光路
に侵入し、照射レーザビームＬＢの一部が電子部品１の
外部電極１ａにそれぞれ当たる。前記の時間ｔ２では、
各半田５全体にレーザビームＬＢが照射され、該レーザ
ビームＬＢのエネルギーによって各半田５が十分に加熱
されて溶融する。

【００２５】そして、電子部品１の外部電極１ａがレー
ザビームＬＢの光路に侵入してから所定時間ｔ３が経過
すると、図１（ｃ）に示すように、溶融した半田５に電
子部品１の外部電極１ａの下面が接触する。前記の時間
ｔ３では、電子部品１の外部電極１ａがレーザビームＬ
Ｂのエネルギーによって常温よりも高い温度に暖められ
る。

【００２６】電子部品１の外部電極１ａが溶融半田５に
接触してから所定時間ｔ４が経過するまでは、図１
（ｄ）に示すように、各外部電極１ａが溶融半田５に押
し当てられ、溶融半田５が各外部電極１ａの他の面に回
り込んで付着する。ちなみに、電子部品１の外部電極１
ａを溶融半田５に押し当てるときの最大加圧量は３００
〜２０００ｇである。

【００２７】レーザビームＬＢの照射は前記時間ｔ４が
経過した時点で停止されるが、電子部品１の押し当て
は、図１（ｅ）に示すように、レーザビームＬＢの照射
が停止してから所定時間ｔ５が経過するまで継続され
る。この時間ｔ５では、溶融した半田５が硬化し、搭載
された電子部品１の外部電極１ａと基板３のランド４と
が半田５を介して電気的に接続される。

【００２８】そして、前記時間ｔ５が経過すると、図１
（ｅ）に示すように、吸着ノズル２の負圧が解除されて
吸着ノズル２が上昇して、１つの電子部品１の実装が完
了する。

【００２９】ちなみに、前記の時間ｔ１，ｔ２，ｔ３及
びｔ５は何れも約１０ｍｓで、時間ｔ４は約５ｍｓであ
る。つまり、１つの電子部品１の実装に要する時間は、
電子部品１が待機位置が下降を開始してから約４５ｍｓ
となり、極めて短い時間で部品実装を行うことができ
る。

【００３０】また、電子部品１の外部電極１ａにレーザ
ビームＬＢが当たっている時間（＝ｔ３＋ｔ４）は約１
５ｍｓであるが、同時間、または同時間とｔ２との比率
は、照射レーザビームＬＢの傾斜角度θと電子部品１の
搭載速度によって規定することができる。つまり、角度
θを小さくするかまたは搭載速度を速めれば、外部電極
１ａにレーザビームＬＢが当たっている時間を短縮する
ことができる。

【００３１】このように、第１実施形態によれば、ラン
ド４の半田５を照射レーザビームＬＢのエネルギーによ
って溶融してから、溶融した半田５が硬化する前に電子
部品１の外部電極１ａを溶融半田５に押し当てるように
しているので、ランド４の半田５を照射レーザビームＬ
Ｂによって十分に加熱溶融して、この十分に加熱溶融さ
れた半田５を用いて電子部品１の外部電極１ａを基板３
のランド４に接続することができる。依って、照射レー
ザビームＬＢのエネルギーを高値に設定しなくとも、半
田５の溶け残りを原因とした接続不良の問題を解消し
て、レーザビームＬＢによる部品接続を極めて良好に行
うことができる。

【００３２】また、基板３上に搭載される電子部品１の
外部電極１ａを、その下降途中から照射レーザビームＬ
Ｂの光路に侵入させて、外部電極１ａに照射レーザビー
ムＬＢの一部を当てるようにしているので、半田付け前
の外部電極１ａを常温よりも高い温度に暖めることによ
り、外部電極１ａに対する溶融半田５の乗りを向上させ
て半田付けを高品質で実施することができる。

【００３３】さらに、電子部品１の外部電極１ａが溶融
半田５に押し当てられて時間ｔ４が経過するまで、半田
５に対するレーザビームＬＢの照射を継続しているの
で、外部電極１ａとの接触によって奪われた熱を補って
半田５の溶融状態を適正に維持できると共に、外部電極
１ａの表面への溶融半田５の回り込みを良好に行うこと
ができる。

【００３４】さらにまた、待機位置にある電子部品１が
下降を開始してから約４５ｍｓで１つの電子部品１の実
装を完了できるので、１部品当たりの実装に要する時間
を短縮して高速化を実現できると共に、１部品当たり
０．１ｓｅｃの供給速度を備える高速型の電子部品供給
装置にも十分に追従できる利点がある。

【００３５】さらにまた、電子部品１が実装されるラン
ド４の半田５のみを照射レーザビームＬＢによって加熱
溶融できるので、リフロー半田付けのように隣接するラ
ンド４の半田５も同時に加熱溶融されて相互短絡を生じ
るといった問題を解消して、狭ピッチでの部品実装を高
精度で支障なく行うことができる。

【００３６】尚、前述の第１実施形態では、照射レーザ
ビームＬＢのパワーを一定にしてその照射をオンオフ制
御するものを例示したが、照射レーザビームＬＢのパワ
ーを可変制御してもよい。図６はこの可変制御の一例を
示すもので、ここでは、レーザビームＬＢの照射を開始
してから時間ｔ２が経過するまでは照射レーザビームＬ
ＢのパワーをＭＡＸ値まで徐々に上昇させ、電子部品１
の外部電極１ａが照射レーザビームＬＢの光路に侵入し
てから時間ｔ３が経過するまでは照射レーザビームＬＢ
のパワーをＭＡＸ値よりも低くし、溶融半田５に電子部
品１の外部電極１ａが接触してから時間ｔ４が経過する
までは照射レーザビームＬＢのパワーを徐々に低下させ
て時間ｔ４が経過したところでレーザビームＬＢの照射
を停止するようにしている。このようにすれば、半田５
が急激に加熱されて半田ボール等を生じることを防止で
きると共に、照射レーザビームＬＢが外部電極１ａに当
たることによって電子部品１が受ける熱的ダメージを抑
制することができる。

【００３７】ちなみに、照射レーザビームＬＢのパワー
を可変する方法としては、レーザ発振器１３の電源１２
を制御する他、光路途中にＮＤフィルタ等の強度調整フ
ィルタを介装する方法や、光路途中にスリット等の強度
制御孔を持つ光学素子を介装してレーザビームＬＢの通
過量を変化させる方法や、レンズやビームエキスパンダ
等を用いて照射レーザビームＬＢのエネルギー密度を変
化させる方法等が適宜採用できる。

【００３８】図７と図８には、第１実施形態とは異なる
レーザビーム照射方法をそれぞれ示してある。

【００３９】図７（ａ），（ｂ）に示した照射方法は、
各レーザビームＬＢを電子部品１の幅方向片側から各半
田５に向けて斜めに照射するようにしたものである。各
照射レーザビームＬＢ（奥側のレーザビームは省略）
は、基板３の実装面に対して鋭角的な角度θ（図面では
約７５度）をもって傾いており、各々のレーザビームＬ
Ｂは、電子部品１の幅方向片側から各半田５に向けて斜
めに照射される。このようにしても、第１実施形態と同
様に、ランド４の半田５を照射レーザビームＬＢのエネ
ルギーによって溶融してから、溶融した半田５が硬化す
る前に電子部品１の外部電極１ａを溶融半田５に押し当
てることでき、また下降途中の電子部品１の外部電極１
ａにレーザビームＬＢを当てて暖めることができる。

【００４０】図８（ａ），（ｂ）に示した照射方法は、
各レーザビームＬＢを各ランド４の半田５に向けて垂直
（基板３の実装面に対して垂直）に照射するようにした
ものである。各レーザビームＬＢ（奥側のレーザビーム
は省略）を各半田５に対して垂直に照射する一方、吸着
ノズル２によって電子部品１を下降するときの移動経路
を基板３に対して鋭角的な角度θ（図面では約５０度）
をもって傾斜させ、基板３上に搭載される電子部品１の
外部電極１ａに下降途中から照射レーザビームＬＢの一
部が当たるようにしている。このようにしても、第１実
施形態と同様に、ランド４の半田５を照射レーザビーム
ＬＢのエネルギーによって溶融してから、溶融した半田
５が硬化する前に電子部品１の外部電極１ａを溶融半田
５に押し当てることでき、また下降途中の電子部品１の
外部電極１ａにレーザビームＬＢを当てて暖めることが
できる。

【００４１】図９（ａ）〜（ｅ）には、第１実施形態と
は異なる光学系の構成をそれぞれ示してある。

【００４２】図９（ａ）に示した光学系は、電子部品１
の幅方向片側からランド４の半田に向けてレーザビーム
ＬＢを斜めに照射するようにしたもので、図７に示した
レーザビーム照射方法に採用できる。図示省略のレーザ
発振器からのレーザビームＬＢは、光ファイバ１５及び
対物光学素子１６を介して電子部品１に対応する２つの
ランド４に向かって同時照射される。

【００４３】図９（ｂ）に示した光学系は、電子部品１
の長さ方向両側や幅方向片側からランド４の半田に向け
てレーザビームＬＢを斜めに照射するもので、図１と図
７のレーザビーム照射方法に採用できる。図示省略のレ
ーザ発振器からのレーザビームＬＢは、光ファイバ１５
及び対物光学素子１６を介して反射ミラー１７に照射さ
れ、反射ミラー１７からの反射ビームＬＢが電子部品１
に対応する２つのランド４に向かって同時照射される。

【００４４】図９（ｃ）と図９（ｄ）に示した光学系
も、対物光学素子１６の配置位置及び向きと反射ミラー
１７の構成を除けば図９（ｂ）に示した光学系と基本的
には同じである。これら光学系では、反射ミラー１７の
角度を変更することで、照射レーザビームＬＢの位置を
調整できる。

【００４５】図９（ｅ）に示した光学系は、ランド４の
半田に向けてレーザビームＬＢを垂直に照射するように
したもので、図８のレーザビーム照射方法に採用でき
る。図示省略のレーザ発振器からのレーザビームＬＢ
は、光ファイバ１５及び対物光学素子１６を介して電子
部品１に対応する２つのランド４に向かって同時照射さ
れる。

【００４６】図１０には、第１実施形態とは異なる吸着
ノズルの構成を示してある。

【００４７】図１０（ａ），（ｂ）に示した吸着ノズル
２１はその先端に電子部品１の上面を覆う鍔部２１ａを
有している。この吸着ノズル２１を用いれば、下降途中
の電子部品１の外部電極１ａの主に上面にレーザビーム
ＬＢが当たることを鍔部２１ａによって回避して、電子
部品１が受ける熱的ダメージを抑制することができる。

【００４８】図１１（ａ），（ｂ）には、第１実施形態
とは異なる吸着ノズルの構成をそれぞれ示してある。

【００４９】図１１（ａ）に示した吸着ノズル２２はそ
の先端に電子部品１の上面を覆う鍔部２２ａを有すると
共に、鍔部２２ａの内面に電子部品１の上面形状に合致
した凹部２２ｂを有している。この吸着ノズル２２を用
いれば、下降途中の電子部品１の外部電極１ａの主に上
面にレーザビームＬＢが当たることを鍔部２２ａによっ
て回避して、電子部品１が受ける熱的ダメージを抑制す
ることができる。また、吸着ノズル２２に対する電子部
品１の位置決めを凹部２２ｂを利用して行うことができ
る。

【００５０】図１１（ｂ）に示した吸着ノズル２３はそ
の先端に電子部品１の上面を覆うフィルタ２３ａを有し
ている。フィルタ２３ａは、例えばガラス基板にクロム
を蒸着して形成した反射型のＮＤフィルタ等から成り、
電子部品１の外部電極１ａの主に上面に当たるレーザビ
ームＬＢの強度をフィルタ２３ａによって低減して、電
子部品１が受ける熱的ダメージを抑制することができ
る。

【００５１】図１２には、第２のレーザビームを併用し
て半田５を加熱溶融する方法を示してある。この方法
は、レーザビーム透過性の基板３１を使用する場合に有
用であり、基板３１の上側からランド４の半田５に向け
てレーザビームＬＢ１を照射するときに、基板３１の下
側（裏面側）から基板３１を通じてランド４に向けてレ
ーザビームＬＢ２を照射するようにしている。このよう
にすれば、半田５の加熱溶融に必要な熱量を下側のレー
ザビームＬＢ２によって補うことができるので、上側の
レーザビームＬＢ１として低エネルギーのものを使用し
ても同様の部品接続を行うことができ、上側のレーザビ
ームＬＢ１が当たることによって電子部品１が受ける熱
的ダメージも抑制することができる。

【００５２】尚、図１２に示した方法は、レーザビーム
透過性を有しない基板を使用する場合にも有用であり、
基板の上側からランド４の半田５に向けてレーザビーム
ＬＢ１を照射するときに、基板の下側（裏面側）からラ
ンド４に向けてレーザビームＬＢ２を照射すれば、該レ
ーザビームＬＢ２によって基板の主にランド４の下側部
分を加熱して、この熱によって半田５の加熱溶融を補助
することができる。

【００５３】図１３（ａ）〜（ｄ）には、レーザビーム
照射のタイミングを機械的に制御する構成とその動作を
示してある。図中の符号４１は吸着ノズル２をコイルバ
ネバネ４２の付勢下で上下移動可能に支持する移動アー
ム、４３は移動アーム４１の外側に設けられたレーザビ
ームオン用のスイッチ、４４は移動アーム４１に設けら
れた遮光板、４４ａは遮光板４４に設けられたビーム通
過孔、４５は移動アーム４１の内側に設けられたレーザ
ビームオフ用のスイッチである。光ファイバ１５と対物
光学素子１６と反射ミラー１７の構成は図９（ｄ）に示
した光学系と同じである。

【００５４】移動アーム４１が待機位置から所定距離下
降すると、図１３（ａ）に示すように、レーザビームオ
ン用のスイッチ４３が作動して、レーザビームＬＢが対
物光学素子１６から出射される。このときは対物光学素
子１６とミラー１７の間に遮光板４４が入り込んでいる
ため、対物光学素子１６から出射されたレーザビームＬ
Ｂは遮光板４４によって遮断される。

【００５５】移動アーム４１がさらに下降すると、図１
３（ｃ）に示すように、遮光板４４のビーム通過孔４４
ａがレーザビームＬＢの光路に合致し、対物光学素子１
６から出射されたレーザビームＬＢがビーム通過孔４４
ａを通じて反射ミラー１７に照射され、該反射ミラー１
７からの反射ビームがランド４の半田に向けて照射され
る。

【００５６】前記のレーザビーム照射はビーム通過孔４
４ａの縦長さ分だけ電子部品１の下降に合わせて継続し
て実施される。下降する電子部品１の外部電極がランド
４の半田（溶融半田）に押し当てられた後は、移動アー
ム４１の下降に伴って吸着ノズル２がコイルバネ４２の
付勢力に抗して移動アーム４１内に潜り込む。そして、
電子部品１の外部電極がランド４の半田（溶融半田）に
押し当てられて所定時間が経過すると、図１３（ｄ）に
示すように、対物光学素子１６とミラー１７の間に再び
遮光板４４が入り込んで、対物光学素子１６から出射さ
れたレーザビームＬＢが遮光板４４によって遮断され
る。これと同時に、移動アーム４１内に潜り込んだ吸着
ノズル２によってレーザビームオフ用のスイッチ４５が
作動し、対物光学素子１６からのレーザビーム出射が停
止する。

【００５７】このような構成を採用すれば、第１実施形
態のようなシーケンス制御を行わなくとも、移動アーム
１３の動作によってレーザビームＬＢの照射タイミング
を機械的に制御して第１実施形態と同様の部品実装を行
うことができる。勿論、レーザビームオン用のスイッチ
４３とレーザビームオフ用のスイッチ４５の作動位置が
正確に規定できれば、前記の遮光板４４は必ずしも必要
なものではない。

【００５８】図１４乃至図１６は本発明の第２実施形態
を示すもので、図１４は実装機とこれに用いられる光学
系と制御系の構成図、図１５は回転ヘッドの上面図、図
１６は吸着された電子部品の位置補正方法を示す図であ
る。

【００５９】図１４において、符号５１は実装機、符号
５２は実装機の動作とレーザ発振をシーケンス制御する
コンピュータ、符号５３はレーザ電源、符号５４はレー
ザ発振器、符号５５はビーム分割器である。レーザ電源
５３とレーザ発振器５４とビーム分割器５５の構成は第
１実施形態と同じであるためその説明を省略する。

【００６０】実装機５１は、回転ヘッド５１ａと、回転
ヘッド５１ａの下面側に３０度の角度間隔で設けられた
１２個のロッド５１ｂと、各ロッド５１ｂの下面に設け
られた吸着ノズル５１ｃと、基板３を支持するＸＹθテ
ーブル５１ｄと、一対の対物光学素子５１ｅと、対物光
学素子５１ｅを支持するＸＹテーブル５１ｆと、ビーム
分割器５５からのレーザビームＬＢを各対物光学素子５
１ｅに伝送する光ファイバ５１ｇとを備えている。

【００６１】回転ヘッド５１ａは、図示省略の駆動源に
よって上面から見て反時計回り方向に３０度間隔で間欠
回動を行う。また、各ロッド５１ｂは軸心を中心とした
回動と昇降を可能としており、図示省略の駆動源によっ
て回動または昇降を行う。

【００６２】この実装機５１では、図１５に示す回転ヘ
ッド５１ａのＡ位置で電子部品１の吸着を行い、Ｂ位置
で吸着部品１の高さ検査を行い、Ｃ位置で吸着部品１の
幅及び長さ検査と向き検出を行い、Ｄ位置で吸着部品１
の角度補正を行う。また、Ｅ位置で搭載位置とレーザビ
ーム照射位置の補正を行ってから吸着部品１を基板３に
実装し、Ｆ位置で寸法不良品の排出を行い、Ｇ位置でノ
ズル掃除を行う。

【００６３】ここで、第２実施形態における部品実装の
プロセスを説明する。

【００６４】まず、回転ヘッド５１ａの間欠回動によっ
て１つのロッド５１ｂがＡ位置に停止したときに、この
ロッド５１ｂを上昇位置から下降させて、同位置の下側
に横向き姿勢で供給されている電子部品１の上面中央を
吸着ノズル５１ｃで吸着して取り出し、ロッド５１ｂを
下降位置から上昇位置に復帰させる。

【００６５】次に、回転ヘッド５１ａの間欠回動によっ
て電子部品１を吸着しているロッド５１ｂがＢ位置に停
止したときに、吸着ノズル５１ｃに吸着されている電子
部品１の側面像を図示省略のＣＣＤカメラによって撮像
し、画像データに基づいて高さ寸法の良否を判定するこ
とにより行う。

【００６６】次に、回転ヘッド５１ａの間欠回動によっ
て電子部品１を吸着しているロッド５１ｂがＣ位置に停
止したときに、吸着ノズル５１ｃに吸着されている電子
部品１の下面像を図示省略のＣＣＤカメラによって撮像
し、画像データに基づいて幅及び長さ寸法の良否と向き
の良否を判定すると共に、向き不良の場合にはＸＹθ方
向のずれ量を検出する。

【００６７】このＸＹθ方向のずれ量の検出は以下のよ
うに行う。まず、図１６（ａ）に示すように、ＣＣＤカ
メラを通じて得られた電子部品１の下面像から、吸着ノ
ズル５１ｃの中心Ｐ１を通る基準ラインに対する電子部
品１のθ方向のずれ量αを検出する。そして、図１６
（ｂ）に示すように、吸着ノズル５１ｃをθ方向のずれ
量α回転させたときの吸着ノズル５１ｃの中心Ｐ１と電
子部品１の中心Ｐ２のＸＹ座標系での位置を検出し、相
互の位置からＸ方向のずれ量とＹ方向のずれ量をそれぞ
れ検出する。

【００６８】次に、回転ヘッド５１ａの間欠回動によっ
て電子部品１を吸着しているロッド５１ｂがＤ位置に停
止したときに、吸着部品１に前記のようなθ方向のずれ
量αがある場合には、これを修正するためにロッド５１
ｂをθ方向のずれ量α回転させる。

【００６９】次に、回転ヘッド５１ａの間欠回動によっ
て電子部品１を吸着しているロッド５１ｂがＥ位置に停
止したときに、吸着部品１に前記のようなＸＹ方向のず
れ量がある場合には、これを修正するためにテーブル５
１ｄをＸＹ方向に変位させて搭載位置の補正を行うと共
に、テーブル５１ｆをＸＹ方向に変位させてレーザビー
ム照射位置の補正を行う。そして、ロッド５１ｂ（吸着
ノズル５１ｃ）を上昇位置から下降させて、図１（ａ）
〜（ｆ）と同様のプロセスで部品接続を行う。

【００７０】Ｂ位置とＣ位置における寸法検査の結果、
寸法不良品と判定された場合には、Ｅ位置における部品
実装は実行されず、電子部品１は吸着状態のままＦ位置
まで移動する。そして、回転ヘッド５１ａの間欠回動に
よってロッド５１ｂがＦ位置に停止したときに、吸着ノ
ズル５１ｃの吸着が解除され、寸法不良の電子部品１が
自重落下して容器等に回収される。

【００７１】次に、回転ヘッド５１ａの間欠回動によっ
てロッド５１ｂがＧ位置に停止したときに、吸着ノズル
５１ｃに向けてエアを吹き付けられてノズル掃除が実行
される。

【００７２】このように、第２実施形態によれば、回転
ヘッド５１ａを間欠回動する動作の中で、第１実施形態
と同様のレーザビームによる部品実装を連続的に実施す
ることができる。

【００７３】また、吸着ノズル５１ｃに吸着された電子
部品１のＸＹθ方向のずれ量を検出し、部品実装の前段
階でこのずれ量に基づいて部品搭載位置とレーザビーム
照射位置の補正を行うようにしているので、電子部品１
を基板３に対して正確な位置に実装することができる。

【００７４】さらに、吸着ノズル５１ｃに吸着された電
子部品１の寸法を検出し、寸法不良と判定された場合に
は部品実装を実行せず、寸法不良の電子部品１を回収す
るようにしているので、寸法不良の電子部品１が誤って
基板３に実装されることを防止することがでいる。

【００７５】尚、前述の第２実施形態では、対物光学素
子５１ｅそのものを移動することでレーザビーム照射位
置の補正を行うものを例示したが、図９（ｂ）〜（ｄ）
に示したミラー使用の光学系を用いれば、ミラーの角度
を変更させることによってレーザビーム照射位置の補正
を同様に行うことができる。勿論、ミラーの代わりにプ
リズム等の他の光路変更素子を用いても同様の補正が行
える。

【００７６】また、前述の第２実施形態では、吸着ノズ
ル５１ｃとして先端面が平らなものを例示したが、図１
７（ａ）に示すように、吸着ノズル５１ｃにテーパ面を
有するガイド凹部５１ｃ１を設けるようにすれば、図１
７（ｂ）に示すように、吸着ノズル５１ｃに対する電子
部品１の吸着位置をガイド凹部５１ｃ１を利用して修正
して、θ方向のずれを解消することもできる。

【００７７】以上、前述の第１，第２実施形態では、偏
平四角柱形で長手方向両端部に外部電極を有するものを
電子部品として例示したが、偏平四角柱形以外の形状を
有する電子部品や、長手方向両端部以外の位置に外部電
極を有する電子部品や、リード端子を有する電子部品で
あっても、部品の種類を問わず同様の実装方法を適用で
きることは言うまでもない。

【００７８】また、前述の第１，第２実施形態では、半
田を接合材として用いたものを例示したが、レーザビー
ムのエネルギーによって溶融可能な半田以外の金属材料
や導電性樹脂材料等を接合材として用いても、同様の部
品実装を行うことができる。

【００７９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
基板の電極の接合材を照射レーザビームによって十分に
加熱溶融してから、この十分に加熱溶融された接合材を
用いて電子部品の電極を基板の電極に接続することがで
きるので、照射レーザビームのエネルギーを高値に設定
しなくとも、接合材の溶け残りを原因とした接続不良の
問題を解消することができ、これによりレーザビームに
よる部品接続を極めて良好に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る、部品実装のプロ
セスを示す図

【図２】第１実施形態に係る、部品実装に用いる光学系
と制御系の構成図

【図３】第１実施形態に係る、部品実装のタイミングチ
ャート

【図４】第１実施形態に係る、ランドに対するレーザビ
ームの照射形状を示す図

【図５】第１実施形態に係る、ランドに対するレーザビ
ームの照射の様子をそれぞれ示す図

【図６】照射レーザビームのパワーを可変制御する方法
を示すタイミングチャート

【図７】ランドに対するレーザビームの照射方法の変更
形態を示す図

【図８】ランドに対するレーザビームの照射方法の変更
形態を示す図

【図９】光学系の変更形態をそれぞれ示す図

【図１０】吸着ノズルの変更形態を示す図

【図１１】吸着ノズルの変更形態をそれぞれ示す図

【図１２】第２のレーザビームを併用して半田を加熱溶
融する方法を示す図

【図１３】レーザビーム照射のタイミングを機械的に制
御する構成とその動作を示す図

【図１４】本発明の第２実施形態に係る、実装機とこれ
に用いられる光学系と制御系の構成図

【図１５】第２実施形態に係る、回転ヘッドの上面図

【図１６】第２実施形態に係る、吸着された電子部品の
位置補正方法を示す図

【図１７】吸着ノズルの変更形態を示す図

【符号の説明】

１…電子部品、１ａ…外部電極、２…吸着ノズル、３…
基板、４…ランド（基板電極）、５…半田、ＬＢ…レー
ザビーム、ＩＳ……レーザビームの照射形状、１１…コ
ンピュータ、１２…レーザ電源、１３…レーザ発振器、
１４…ビーム分割器、１５…光ファイバ、１６…対物光
学素子、１７…反射ミラー、２１，２２，２３…吸着ノ
ズル、ＬＢ１，ＬＢ２…レーザビーム、５１…実装機、
５１ａ…回転ヘッド、５１ｃ…吸着ノズル、５１ｄ…テ
ーブル、５１ｅ…対物光学素子、５１ｆ…テーブル、５
１ｇ…光ファイバ、５２…コンピュータ、５３…レーザ
電源、５４…レーザ発振器、５５…ビーム分割器。

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子部品の電極を接合材を介して基板の
   電極に接続する回路モジュールの製造方法において、 基板の電極に予め設けられた接合材にレーザビームを照
   射して、該接合材を照射レーザビームのエネルギーによ
   って溶融してから、 溶融した接合材が硬化する前に電子部品の電極を溶融接
   合材に押し当てて、該電子部品を基板上に搭載する、 ことを特徴とする回路モジュールの製造方法。
2. 【請求項２】 接合材に対するレーザビームの照射を、
   電子部品の電極が溶融接合材に押し当てられるまで継続
   する、 ことを特徴とする請求項１記載の回路モジュールの製造
   方法。
3. 【請求項３】 基板上に搭載される電子部品の電極にそ
   の途中から照射レーザビームの少なくとも一部が当た
   る、 ことを特徴とする請求項１または２記載の回路モジュー
   ルの製造方法。
4. 【請求項４】 レーザビームの照射光路と電子部品の搭
   載経路の少なくとも一方を基板の実装面に対して鋭角を
   成すように傾斜させることで、基板上に搭載される電子
   部品の電極がその途中からレーザビームの照射光路に侵
   入するようにした、 ことを特徴とする請求項３記載の回路モジュールの製造
   方法。
5. 【請求項５】 電子部品の電極に照射レーザビームが当
   たっている時間を、レーザビームの照射光路と電子部品
   の搭載経路の少なくとも一方の傾斜角度と、電子部品の
   搭載速度の、少なくとも一方によって規定した、 ことを特徴とする請求項４記載の回路モジュールの製造
   方法。
6. 【請求項６】 基板上に搭載される電子部品の電極がレ
   ーザビームの照射光路に侵入するまでの照射レーザビー
   ムのパワーよりも、電子部品の電極がレーザビームの照
   射光路に侵入した後の照射レーザビームのパワーを低く
   する、 ことを特徴とする請求項４または５記載の回路モジュー
   ルの製造方法。
7. 【請求項７】 基板の実装面側から電極の接合材に向け
   てレーザビームを照射するときに、基板の実装面とは反
   対の面側から基板の電極に向けて第２のレーザビームを
   照射する、 ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の回
   路モジュールの製造方法。
8. 【請求項８】 前記基板が、前記第２のレーザビームに
   対して透過性を有する、 ことを特徴とする請求項７記載の回路モジュールの製造
   方法。
9. 【請求項９】 接合材に照射されるレーザビームの照射
   形状が、接合材の平面形状に整合している、 ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項記載の回
   路モジュールの製造方法。
10. 【請求項１０】 前記接合材が半田である、 ことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項記載の回
    路モジュールの製造方法。
11. 【請求項１１】 電子部品の電極を接合材を介して基板
    の電極に接続する回路モジュールの製造装置において、 電子部品を吸着して基板に搭載する吸着ノズルを有する
    部品搭載装置と、 基板の電極に予め設けられた接合材に向けてレーザビー
    ムを照射するレーザビーム照射装置と、 接合材を照射レーザビームのエネルギーによって溶融し
    てから、溶融した接合材が硬化する前に電子部品の電極
    を溶融接合材に押し当てるように、部品搭載とレーザビ
    ーム照射を制御する制御装置とを備える、 ことを特徴とする回路モジュールの製造装置。
12. 【請求項１２】 前記制御装置は、接合材に対するレー
    ザビームの照射が、電子部品の電極が溶融接合材に押し
    当てられるまで継続するように、部品搭載とレーザビー
    ム照射を制御する、 ことを特徴とする請求項１１記載の回路モジュールの製
    造装置。
13. 【請求項１３】 基板上に搭載される電子部品の電極が
    その途中からレーザビームの照射光路に侵入するよう
    に、前記レーザビーム照射装置からのレーザビームの照
    射光路と前記部品搭載器具による電子部品の搭載経路の
    少なくとも一方を基板の実装面に対して鋭角を成すよう
    に傾斜させた、 ことを特徴とする請求項１１または１２記載の回路モジ
    ュールの製造装置。
14. 【請求項１４】 前記レーザビーム照射装置から接合材
    に照射されるレーザビームの照射形状が、接合材の平面
    形状に整合するように調整されている、 ことを特徴とする請求項１１乃至１３の何れか１項記載
    の回路モジュールの製造装置。
15. 【請求項１５】 前記部品搭載装置が、複数の吸着ノズ
    ルを有する回転ヘッドを備える、 ことを特徴とする請求項１１乃至１４の何れか１項記載
    の回路モジュールの製造装置。
16. 【請求項１６】 前記部品搭載装置の吸着ノズルに吸着
    された電子部品のずれ量を検出する検出装置と、 検出されたずれ量に応じて部品搭載位置とレーザビーム
    照射位置を補正する補正装置とを備える、 ことを特徴とする請求項１１乃至１５の何れか１項記載
    の回路モジュールの製造装置。