(57)【要約】【解決手段】  表面に錫メッキの施された金属端子に対してレーザ光を照射して、錫メッキの表層だけを溶融させて、ウィスカの発生を防止するウィスカ防止方法であり、レーザ光Ｌのパワー密度が１５０Ｗ／ｍｍ２の時に搬送速度を１．７〜５０ｍｍ／ｓｅｃとし、パワー密度が１８００Ｗ／ｍｍ２の時に搬送速度を１３００ｍｍ／ｓｅｃとする範囲内であれば、良好にウィスカの発生を防止できる。【効果】  効率的にウィスカの発生を防止することができる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品の表面に施された錫メッキの表層にレーザ光を照射して、上記錫メッキ表面でのウィスカの発生を防止するウィスカ防止方法において、
照射位置におけるパワー密度が１５０〜１８００Ｗ／ｍｍ２のレーザ光を、上記物品に対して１．７〜１３００ｍｍ／ｓｅｃで相対移動させながら照射することを特徴とするウィスカ防止方法。
【請求項２】
物品の表面に施された錫メッキの表層にレーザ光を照射して、上記錫メッキ表面でのウィスカの発生を防止するウィスカ防止方法において、
照射位置におけるパワー密度が１５０〜１８００Ｗ／ｍｍ２のレーザ光を、上記物品に０．００１〜０．６秒間照射することを特徴とするウィスカ防止方法。
【請求項３】
レーザ光を照射するレーザ光照射手段と、表面に錫メッキの施された物品を保持する保持手段とを備え、上記錫メッキの表層にレーザ光を照射して、上記錫メッキ表面でのウィスカの発生を防止するウィスカ防止装置において、
上記レーザ光照射手段は、照射位置におけるパワー密度が１５０〜１８００Ｗ／ｍｍ２のレーザ光を照射し、上記レーザ光の照射位置と保持手段とを１．７〜１３００ｍｍ／ｓｅｃで相対移動させる移動手段を備えることを特徴とするウィスカ防止装置。
【請求項４】
レーザ光を照射するレーザ光照射手段と、表面に錫メッキの施された物品を保持する保持手段とを備え、上記錫メッキの表層にレーザ光を照射して、上記錫メッキ表面でのウィスカの発生を防止するウィスカ防止装置において、
上記レーザ光照射手段は、照射位置におけるパワー密度が１５０〜１８００Ｗ／ｍｍ２のレーザ光を照射すると共に、上記物品に０．００１〜０．６秒間、当該レーザ光を照射することを特徴とするウィスカ防止装置。
【請求項５】
レーザ光照射手段が照射するレーザ光を、光強度分布がトップハットモードのレーザ光に変換する光学変換手段を設けた請求項３または請求項４のいずれかに記載のウィスカ防止装置。
【請求項６】
上記レーザ光照射手段は、ＣＯ２レーザ発振器を備えることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれかに記載のウィスカ防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はウィスカ防止方法及びその装置に関し、詳しくは、物品の表面に施された錫メッキの表層にレーザ光を照射して、上記錫メッキ表面でのウィスカの発生を防止するウィスカ防止方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、環境問題等により鉛の使用が制限され、電子部品の端子やコネクタ等の表面に施すメッキには、鉛を含まない錫メッキが使用されている。しかしながら、鉛を含まない錫メッキの場合、錫メッキの表面にウィスカが発生して、回路が当該ウィスカにより短絡してしまう等の問題が発生する。
このウィスカの発生を防止するため、従来、錫メッキの施された物品の表面に無機化合物や有機化合物を塗布し、その後レーザ光や赤外線ランプ等により、当該物品の表面に赤外線を照射することで、ウィスカの発生を防止することが行われている。（特許文献１）
【特許文献１】特開昭５９−１４３０８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１の場合、ウィスカの発生を防止するためには、物品に上記化合物を塗布しなければならず、また赤外線照射後、これらの化合物を洗浄する必要があるため、作業が煩雑となっていた。
このような問題に鑑み、本発明は効率的に上記ウィスカの発生を防止することの可能なウィスカ防止方法及びその装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
すなわち、請求項１のウィスカ防止方法は、物品の表面に施された錫メッキの表層にレーザ光を照射して、上記錫メッキ表面でのウィスカの発生を防止するウィスカ防止方法において、
照射位置におけるパワー密度が１５０〜１８００Ｗ／ｍｍ２のレーザ光を、上記物品に対して１．７〜１３００ｍｍ／ｓｅｃで相対移動させながら照射することを特徴としている。
【０００５】
また請求項２のウィスカ防止方法は、物品の表面に施された錫メッキの表層にレーザ光を照射して、上記錫メッキ表面でのウィスカの発生を防止するウィスカ防止方法において、
照射位置におけるパワー密度が１５０〜１８００Ｗ／ｍｍ２のレーザ光を、上記物品に０．００１〜０．６秒間照射することを特徴としている。
【０００６】
さらに、請求項３におけるウィスカ防止装置は、レーザ光を照射するレーザ光照射手段と、表面に錫メッキの施された物品を保持する保持手段とを備え、上記錫メッキの表層にレーザ光を照射して、上記錫メッキ表面でのウィスカの発生を防止するウィスカ防止装置において、
上記レーザ光照射手段は、照射位置におけるパワー密度が１５０〜１８００Ｗ／ｍｍ２のレーザ光を照射し、上記レーザ光の照射位置と保持手段とを１．７〜１３００ｍｍ／ｓｅｃで相対移動させる移動手段を備えることを特徴としている。
【０００７】
そして、請求項４におけるウィスカ防止装置は、レーザ光を照射するレーザ光照射手段と、表面に錫メッキの施された物品を保持する保持手段とを備え、上記錫メッキの表層にレーザ光を照射して、上記錫メッキ表面でのウィスカの発生を防止するウィスカ防止装置において、
上記レーザ光照射手段は、照射位置におけるパワー密度が１５０〜１８００Ｗ／ｍｍ２のレーザ光を照射すると共に、上記物品に０．００１〜０．６秒間、当該レーザ光を照射することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１及び請求項３のウィスカ防止方法及びその装置によれば、上記パワー密度のレーザ光線を錫メッキの表層に照射することで、当該錫メッキの表層部だけが融解し、またレーザ光を上記速度で移動させることで、錫メッキを必要以上に溶解させずにウィスカの発生を防止することができる。
【０００９】
さらに請求項２及び請求項４のウィスカ防止方法及びその装置によれば、上記パワー密度のレーザ光線を錫メッキの表層に照射することで、当該錫メッキの表層部だけが融解し、またレーザ光を上記期間照射することで、錫メッキを必要以上に溶解させずにウィスカの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図示実施例について説明すると、図１は本実施例におけるウィスカ防止装置１を示し、物品としての金属端子２を保持・搬送する保持手段及び移動手段としての搬送手段３と、上記金属端子２にレーザ光Ｌを照射するレーザ光照射手段４とを備えている。
図２は、上記金属端子２の搬送状態を示した図であり、金属端子２は板厚の薄い金属製の材料で製造され、その表面にはニッケルメッキが施された後、さらにその表面に５〜２０μｍの厚さで錫メッキが施されている。なお、錫メッキとしては、錫合金メッキを使用することも可能である。
また、本実施例の金属端子２は、複数の金属端子２が付け根部分２ａで搬送方向に向けて相互に連結され、上記付け根部分２ａには搬送方向に向けて等間隔に貫通孔２ｂが穿設されている。
そして図１に示すように、連結された金属端子２はロール５に巻回された状態でウィスカ防止装置１に供給されるようになっている。
【００１１】
上記搬送手段３は、上記金属端子２の巻回されたロール５を回転可能に保持する保持軸１１と、上記ロール５から金属端子２を巻き取るロール６を保持する巻取り軸１２と、これら保持軸１１及び巻取り軸１２の間に設けられた２つの搬送ロール１３，１４とを備え、上記巻取り軸１２と図示右方の搬送ロール１４はモータ等の駆動手段１５，１６によって回転するようになっている。
そして金属端子２は、保持軸１１に保持されたロール５から引き出されると、搬送ロール１３，１４によって下方を保持され、その後、巻取り軸１２に保持されたロール６に巻取られるようになっている。
また、上記搬送ロール１４の外周には、上記金属端子２の付け根部分２ａに穿設された貫通孔２ｂの間隔と同一の間隔で突起１４ａが形成されており、当該突起１４ａと上記貫通孔２ｂとが嵌合した状態で搬送ロール１４を回転させることで、金属端子２を滑らさずに任意の搬送速度で搬送することができる。
さらに、金属端子２の搬送速度は上記搬送ロール１４の回転によって定められ、上記巻取り軸１２の回転速度は、巻取り径に応じて、搬送ロール１４の搬送速度に同期しながら自動的に調整されるようになっている。
【００１２】
そして、本実施例のレーザ光照射手段４は、レーザ光Ｌを水平方向に発振するレーザ発振器２０と、発振されたレーザ光Ｌを下方に反射させる反射ミラー２１と、レーザ光Ｌを所定の強度分布に変換する光学変換手段２２と、レーザ光Ｌを所定の照射位置に集光する集光レンズ２３とから構成されている。
上記レーザ発振器２０は波長１０．６μｍのレーザ光Ｌを発振するＣＯ２レーザ発振器であり、加工に応じてＣＷ発振又はパルス発振が可能であり、またその出力やパルスの発振周期やパルス幅等を適宜調整できるようになっている。
上記光学変換手段２２はレーザ発振器２０が発振したレーザ光Ｌの強度分布をほぼ均一なトップハットモードに変換する光学素子であり、この光学変換手段２２として、例えばカライドスコープなどのビームホモジナイザを使用することができる。
この光学変換手段２２を用いることにより、発振されたレーザ光を所定の強度分布に変換することができ、光軸付近にレーザ光Ｌの強度が集中してしまうのを防止することができる。
そして光学変換手段２２によって変換されたレーザ光Ｌは、集光レンズ２３によって上記搬送ロール１３，１４の中間となる所定の照射位置に、所定のパワー密度で照射される。
なお、レーザ発振器２０として、発振条件や加工条件を適宜調整すれば、ＣＯ２レーザ発振器に代えて、半導体レーザ発振器やＹＡＧレーザ発振器等を用いることも可能であり、またレーザ光Ｌの光路上にアパーチャを設けることで、レーザ光Ｌの断面形状を金属端子２の形状にあわせることもできる。
【００１３】
上記構成を有するウィスカ防止装置１の動作について説明すると、最初に金属端子２の巻回されたロール５を保持軸１１に装着し、金属端子２の一端を巻取り軸１２に装着されているロール６に固定し、金属端子２の付け根部分２ａに形成された貫通孔２ｂを、上記搬送ロール１４の突起１４ａに嵌合させておく。
この状態からウィスカ防止装置１を作動させると、金属端子２は上記搬送ロール１４と巻取り軸１２とによって、巻取り軸１２に装着されたロール６に金属端子２が巻き取られてゆく。このとき搬送手段３は、金属端子２を搬送速度１．７〜１３００ｍｍ／ｓｅｃの範囲で連続的に搬送する。
一方、ウィスカ防止装置１の作動により、レーザ発振器２０からはレーザ光Ｌが連続的にＣＷ発振され、このレーザ光Ｌは反射ミラー２１で反射した後、上記光学変換手段２２によりトップハットモードに変換され、集光レンズ２３によって所定の照射位置に照射される。
このとき、レーザ光Ｌの照射位置を図２に示す金属端子２の先端部分とし、当該照射位置におけるレーザ光Ｌのパワー密度が１５０〜１８００Ｗ／ｍｍ２の範囲となるように設定する。
レーザ光Ｌの照射位置を金属端子２の先端部分にするのは、錫メッキ内で応力が発生する部分にウィスカが発生しやすいからであり、本実施例の金属端子の場合、金属端子２の先端部に応力が発生するからである。
なお、金属端子２のその他の部分にも応力が発生する場合には、応力発生位置に合わせて、上記照射位置を任意に変更可能であることは言うまでもない。
【００１４】
このようにして、金属端子２を上記搬送速度で搬送し、また照射位置におけるレーザ光Ｌのパワー密度を上記範囲に設定することで、金属端子２に施された錫メッキの表層部分だけがレーザ光Ｌによって溶融し、これによって錫メッキの施された部分が改質され、その後金属端子２の先端部分に応力が発生しても、錫メッキの表面にウィスカが発生するのを防止することができる。
そして、ロール５の全ての金属端子２に対してレーザ光Ｌの照射が行われると、一度ウィスカ防止装置１は停止し、その後作業者が巻取り軸１２に装着されているロール６を取り外して、未だレーザ光Ｌの照射を受けていない面が上面を向くようにロール６を上記保持軸１１に装着する。
ロール６から引き出した金属端子２を巻取り軸１２に装着された新たなロールに取付け、再びウィスカ防止装置１を作動させると、金属端子２の先端部分に先ほどと同じ条件でレーザ光Ｌが照射され、これにより、金属端子２に施された両面の錫メッキが改質される。
このように、所定範囲の搬送速度で、照射位置に所定範囲のパワー密度のレーザ光Ｌを照射することで、錫メッキの表面に化合物を塗布することなく、ウィスカの発生を良好に防止することができる。
【００１５】
図３は、実際にウィスカの発生を良好に防止できる条件について、金属端子２の搬送速度と、レーザ光Ｌの照射位置におけるパワー密度とをそれぞれ変化させて実験した結果を表したグラフであり、横軸に搬送速度、縦軸にパワー密度が示されている。
この図３において、○は良好にウィスカの発生を防止できた条件、×はウィスカの発生を防止できなかった条件を示しており、×となる原因として、錫メッキの下層のニッケルメッキまでも溶融してしまった場合や、錫メッキが十分に溶融しなかった場合が考えられる。
そしてこの図３から明らかなように、パワー密度が１５０Ｗ／ｍｍ２の時に搬送速度を１．７〜５０ｍｍ／ｓｅｃとし、パワー密度が１８００Ｗ／ｍｍ２の時に搬送速度を１３００ｍｍ／ｓｅｃとする範囲内であれば、良好にウィスカの発生を防止できることが明らかとなった。
なお、金属端子２を上記搬送速度で移動させる場合、上記レーザ光照射手段４から照射されるレーザ光Ｌをパルス発振にしてもよい。つまり、レーザ光Ｌの照射位置を金属端子が通過するときだけ、レーザ光を照射させればよい。
【００１６】
次に、上記実施例では搬送手段３により金属端子２を所定の搬送速度で連続的に移動させているが、金属端子２を間欠的に移動させても、ウィスカの発生を防止することが可能である。
具体的には、上記レーザ光Ｌの照射位置に上記実施例と同じパワー密度でレーザ光Ｌを照射するようにし、この状態で搬送手段３が金属端子２をレーザ光Ｌの照射位置に停止させたら、レーザ光照射手段４のレーザ発振器２０が、レーザ光Ｌを０．００１〜０．６秒間の範囲で発振する。
そしてレーザ光Ｌの照射が終了したら、搬送手段３により、金属端子２を所定距離だけ移動させる。
このようにすれば、金属端子２に施された錫メッキの表層部分だけがレーザ光Ｌによって溶融し、これによって錫メッキの施された部分が改質され、その後金属端子２の先端部分に応力が発生しても、錫メッキの表面にウィスカが発生するのを防止することができる。
【００１７】
図４は、ウィスカの発生を良好に防止できる条件について、金属端子２へのレーザ光Ｌの照射時間と、レーザ光Ｌの照射位置でのパワー密度とをそれぞれ変化させて実験した結果を表したグラフであり、横軸にパワー密度、縦軸に照射時間が示されている。
そしてこの図４から明らかなように、パワー密度が１５０Ｗ／ｍｍ２の時に照射時間を０．０２〜０．６秒とし、パワー密度が１８００Ｗ／ｍｍ２の時に照射時間を０．００１秒とする範囲内であれば、良好にウィスカの発生を防止できることが明らかとなった。
【００１８】
さらに、上記実施例における金属端子２以外にも、錫メッキの施された物品であれば、ウィスカの発生を防止することができる。
図５は物品としてのコネクタ部品３１であり、このコネクタ部品３１の両端には、平行に金属製の端子３２が複数露出し、この端子３２の表面にはそれぞれ錫メッキが施されている。
そして錫メッキの表面にウィスカが発生すると、隣接する端子３２同士で短絡してしまうおそれがあるので、ウィスカの発生を防止する必要がある。
そこで、上記実施例のようなウィスカ防止装置１を用いることで、ウィスカの発生を防止することができる。このとき上記実施例による搬送手段３に代え、保持手段及び移動手段として、従来公知のコンベヤベルト等を用いることが可能である。
【００１９】
なお上記実施例では、光学変換手段２２がレーザ光Ｌをトップハットモードに変換しているが、これに代えてレーザ光Ｌの強度分布がレーザ光の外周に集中するリングモードとすることも可能であり、この場合、アキシコンレンズを使用することが考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施例におけるウィスカ防止装置についての配置図。
【図２】物品としての金属端子を説明する平面図。
【図３】レーザ光のパワー密度と、金属端子の搬送速度との関係を示したグラフ。
【図４】レーザ光のパワー密度と、レーザ光の照射時間との関係を示したグラフ。
【図５】物品としてのコネクタ部品についての平面図。
【符号の説明】
【００２１】
１  ウィスカ防止装置              ２  金属端子
３  搬送手段                      ４  レーザ光照射手段
２２  光学変換手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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