(57)【要約】【課題】  本発明は、ボイドを確実に除去し、しかも、引け巣の発生を抑制しながら基板に素子をはんだ付けすることができる技術を提供する。【解決手段】  本発明のはんだ付け装置は、はんだを介して素子が配置された基板を載置する載置台と、はんだを加熱し溶融させる加熱手段と、載置台を傾ける傾斜手段と、溶融したはんだに含まれるボイドの位置を認識し、ボイドの位置情報を取得するボイド位置認識手段と、取得されたボイドの位置情報に基づいてボイドの移動速度を算出する移動速度算出手段と、傾斜手段を制御する制御手段とを備えている。その制御手段は、算出されたボイドの移動速度に基づいて載置台の目標傾斜角度を決定し、傾斜手段を制御して載置台を決定した目標傾斜角度に傾ける。【選択図】  図１
2006165402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだを介して素子が配置された基板を載置する載置台と、
前記はんだを加熱し溶融させる加熱手段と、
前記載置台を傾ける傾斜手段と、
溶融したはんだに含まれるボイドの位置を認識し、ボイドの位置情報を取得するボイド位置認識手段と、
取得されたボイドの位置情報に基づいてボイドの移動速度を算出する移動速度算出手段と、
算出されたボイドの移動速度に基づいて前記載置台の目標傾斜角度を決定し、前記傾斜手段を制御して前記載置台を決定した目標傾斜角度に傾ける制御手段と、
を備えているはんだ付け装置。
【請求項２】
溶融したはんだの端部の位置を測定する手段をさらに備え、
前記制御手段が、ボイドの移動速度と、ボイドの位置情報と、溶融したはんだの端部の位置に基づいて、前記目標傾斜角度を決定することを特徴とする請求項１のはんだ付け装置。
【請求項３】
前記制御手段が、ボイドの最寄りの溶融したはんだの端部がボイドよりも高所に位置する方向に載置台を傾けることを特徴とする請求項２のはんだ付け装置。
【請求項４】
基板に素子をはんだ付けする方法であって、
はんだを介して素子が配置された基板を載置台に載置する工程、
載置台に載置された基板と素子の間に介在するはんだを溶融する工程、
溶融したはんだに含まれるボイドの位置を認識し、ボイドの位置情報を取得する工程、
前記ボイドの位置情報に基づいてボイドの移動速度を算出する工程、
算出されたボイドの移動速度に基づいて前記載置台の目標傾斜角度を決定する工程、
前記載置台を前記目標傾斜角度に傾ける工程、
を備えているはんだ付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に素子をはんだ付けする技術に関する。詳しくは、基板に素子をはんだ付けする際に、ボイドのないはんだ接合部を形成する装置と方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板に素子を固定するために、はんだ付けすることが多い。多くは、基板に素子を固定するのと同時に両者の電気的導通を確保するためにはんだ付けされることが多いが、なかには、電気的導通を確保する必要はなく専ら固定するために、はんだ付けされることもある。本発明は後者のはんだ付けにも有用な技術である。
【０００３】
基板に素子を固定するために、面的に拡がる素子の底面を面的に拡がるはんだ接合部で基板にはんだ付けする手法が発達している。この場合、面的に拡がる溶融はんだの内部にボイドが発生することがある。溶融はんだに発生したボイドが凝固したはんだ接合部の内部に残留すると、はんだ接合部の品質を劣化させる要因となる。例えば、はんだ接合部の内部にボイドが存在すると、繰り返し荷重に起因して応力集中が起こり、はんだ接合部の疲労寿命が著しく低減する。また、はんだ接合部の内部にボイドが存在すると、局所的な電気抵抗の増大を招き、基板と素子の間を流れる電流密度を低下させてしまう。
【０００４】
そこで、ボイドのないはんだ接合部を形成する技術が必要とされている。
例えば特許文献１には、基板と溶融はんだと素子を積層したものを載置する載置台を傾斜させることによって、ボイドを除去する技術が開示されている。この技術では、一列に並べられた複数のホットプレート上ではんだ付けを行う。複数のホットプレートは、予熱領域、加熱領域、冷却領域に区分されている。基板とはんだと素子を積層したものは、ロボットアームによって、予熱領域から加熱領域に搬送され、加熱領域から冷却領域に搬送される。基板と素子の間に介在するはんだは、予熱領域と加熱領域にある間に加熱されて溶融し、冷却領域で冷却されて凝固する。
加熱領域のホットプレート（載置台）は、所定の方向に所定の傾斜角だけ傾けることができる。加熱領域のホットプレートを傾けると、ホットプレート上の基板が傾斜する。図９に示すように、基板２０が傾斜すると、溶融はんだ２４の内部に存在するボイド５０は、素子２２に沿って上方に移動し、溶融はんだ２４の端部から放出される。
【特許文献１】特開２００４−２５２７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術によると、溶融はんだ２４から大部分のボイド５０を除去することが可能であり、はんだ接合部の品質を大幅に向上することができる。しかしながら、溶融はんだの内部に存在するボイド５０は、その大きさや位置、または溶融はんだの粘度等の要因によって、溶融はんだ２４中を移動する形態が異なるため、前述のように基板２０を所定の角度傾斜させることだけではボイド５０を除去することができない場合がある。すなわち、同じ角度だけホットプレートを傾けた場合であっても、発生するボイド５０の大きさや位置によって、ボイド５０が溶融はんだ中をほとんど移動しない場合がある。
また溶融はんだ２４を介して対面する素子底面と基板表面が平行でないことがある。この場合、ホットプレートを傾斜させても、ボイド５０が移動しないことになる（図１０参照）。
上記のいずれの場合でも、特許文献１の技術によると、ボイド５０が除去されず、はんだ接合部内に残留してしまう。
【０００６】
特許文献１で利用する傾斜角を大きく設定しておけば、ボイド５０が除去されないという問題は解決される。しかしながら、ホットプレートを大きく傾斜させると、ボイド５０が勢い良く移動する場合がある。ボイド５０が勢い良く移動して、はんだ２４の端部から勢い良く抜けると、その端部に引け巣を生じてしまう場合がある。図１１ははんだ付けされた素子を上方から見た図であり、はんだ接合部の端部４６に発生する引け巣５２を模式的に示したものである。このような引け巣５２は、ボイド５０と同様に、はんだ接合部の品質を著しく劣化させる。特許文献１の技術では、ボイド５０を確実に除去しようとすると引け巣５２が発生し、引け巣５２の発生を抑制しようとするとボイド５０が残留する現象が発生する。特許文献１の技術では、ボイド５０を確実に除去しながら引け巣５２の発生を抑制することが難しい。
【０００７】
本発明では上記課題を解決する。本発明では、ボイドを確実に除去し、しかも、引け巣の発生を抑制しながら基板に素子をはんだ付けすることができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の装置は、基板に素子をはんだ付けするために利用される。その装置は、はんだを介して素子が配置された基板を載置する載置台と、はんだを加熱し溶融させる加熱手段と、載置台を傾ける傾斜手段と、溶融したはんだに含まれるボイドの位置を認識し、ボイドの位置情報を取得するボイド位置認識手段と、取得されたボイドの位置情報に基づいてボイドの移動速度を算出する移動速度算出手段と、傾斜手段を制御する制御手段とを備えている。その制御手段は、算出されたボイドの移動速度に基づいて載置台の目標傾斜角度を決定し、傾斜手段を制御して載置台を決定した目標傾斜角度に傾ける。
【０００９】
基板と素子の間に介在する溶融はんだに含まれるボイドの位置は、例えばＸ線カメラを用いて認識することができる。溶融はんだの内部にボイドが存在する位置では、Ｘ線が透過するはんだの厚みが残部に比して薄くなるため、強い強度を保ったＸ線が受光される。従って、Ｘ線カメラを用いて得られるＸ線透過画像の陰影から、ボイドの位置や大きさ等を取得することができる。なお、Ｘ線カメラを用いて得られるＸ線透過画像の陰影から、溶融はんだの輪郭を識別することが可能であり、溶融はんだ内におけるボイド位置を精度良く取得することができる。
【００１０】
また基板と素子の間に介在する溶融はんだに含まれるボイドの位置は、サーモグラフィ法を用いて認識することもできる。
溶融はんだは高温であり、溶融はんだに接している素子や基板も高温となっている。はんだの内部にボイドが存在すると、ボイドの含まれない健全な部位との熱伝導率の相違から、素子や基板の表面温度に影響を及ぼす。一般に、ボイドの近傍に存在する素子や基板の表面温度は、他の部位での表面温度に比べて、低い温度が観測される。従って、例えば赤外線カメラを用いて素子の表面温度分布を測定することによって、溶融はんだ中のボイド位置やボイドの大きさ等を取得することができる。
その他に、超音波等を利用して溶融はんだ中のボイドの位置を認識することもできる。本発明では、任意のボイド位置認識手法を採用することができ、特定の手法に制限されることがない。
【００１１】
本発明では、ボイドの位置情報に基づいて、そのボイドの移動速度を算出する。本明細書でボイドの移動速度とは、単位とする所定の時間あたりのボイドの移動量のことを言う。ボイドの移動速度は、例えば所定の時間間隔でボイドの位置の認識を２回以上実施して、そのボイドの移動量を特定することによって、算出することができる。
ボイドの移動速度を算出することによって、そのボイドが動いているのか、あるいは、ほとんど動いていないのかを判別することができる。またボイドが動いている場合には、緩やかに動いているのか、あるいは、勢い良く動いているのかを判別することができる。
【００１２】
移動速度算出手段は、ボイドの移動速度を算出する。移動速度算出手段は、ボイド位置認識手段と組み合わされて一体の装置として具現化されてもよいし、制御手段と組み合わされて一体の装置として具現化されてもよい。また上記とは異なり、移動速度算出手段は、独立した１つの装置として具現化されてもよい。
【００１３】
本発明の制御手段は、算出されたボイドの移動速度に基づいて載置台の目標傾斜角度を決定する。ボイドがほとんど動いていないのであれば、より大きな目標傾斜角度を決定する。ボイドの移動が速すぎるのであれば、より小さな目標傾斜角度を決定する。制御手段は、こうして決定した目標傾斜角度に載置台を傾ける。これによって、ボイドを適切な速度で確実に排除することが可能となる。ボイドを確実に除去し、しかも、引け巣の発生を抑制することができる。
ボイドがほとんど動いていない場合には、載置台の傾斜角を大きくしてボイドの移動を促進する。溶融はんだの内部にボイドが残留することなく、確実にボイドを除去することができる。ボイドが勢い良く動いている場合には、載置台の傾斜角を小さくしてボイドの移動速度を低下させる。ボイドが溶融はんだの端部から勢いよく放出されるのを抑制し、引け巣が発生するのを抑制することができる。
【００１４】
上記のはんだ付け装置では、溶融したはんだの端部の位置を測定する手段をさらに備えていることが好ましい。また制御手段が、ボイドの移動速度と、ボイドの位置情報と、溶融はんだの端部の位置に基づいて、前記目標傾斜角度を決定することが好ましい。
このような構成とすることによって、ボイド移動速度のみならずボイド位置と溶融はんだ端部との位置関係の両者を加味して載置台の傾斜角度を決定することができる。例えばボイドが勢い良く動いている場合であっても、ボイドが溶融はんだ端部から遠い位置に存在する場合には、載置台の傾斜角度を緩める必要はない。ボイドが溶融はんだ端部へ向けて高速に移動し、ボイドと溶融はんだ端部との距離が近づいたときに、載置台の傾斜角を小さくすることによってボイドの勢いを抑制すれば、はんだ接合部の端部に引け巣が発生することを防止することができる。これによって、ボイドの除去に要する時間を短縮することができる。
ボイドの除去に要する時間を短縮することによって、はんだを溶融させておくための熱エネルギーを低減することができる。また、はんだ付け作業に従事する作業者の作業時間を軽減することもできる。さらに、生産スケジュールの短縮をはかることができる。
なお基板と素子の寸法が共通し、はんだ付けの仕様も共通している複数個の製品を順次処理していく場合には、溶融はんだの端部の位置も共通している。このような場合には、予め溶融はんだの端部の位置を測定して記憶しておくことによって、各製品ごとに溶融はんだの端部の位置を測定する手間を省くことができる。基板を載置台上の共通位置に載置すれば、溶融はんだの端部の位置が共通化されるからである。
【００１５】
上記のはんだ付け装置では、制御手段が、ボイドの最寄りの溶融したはんだの端部がボイドよりも高所に位置する方向に載置台を傾けることが望ましい。
この構成とすることによって、ボイドを最も近い溶融はんだの端部から放出することができる。従って、ボイドの除去に要する時間をさらに短縮することが可能となる。
【００１６】
本発明は、基板に素子をはんだ付けする方法としても具現化される。本発明のはんだ付け方法は、はんだを介して素子が配置された基板を載置台に載置する工程、載置台に載置された基板と素子の間に介在するはんだを溶融する工程、溶融したはんだに含まれるボイドの位置を認識し、ボイドの位置情報を取得する工程、前記ボイドの位置情報に基づいてボイドの移動速度を算出する工程、算出されたボイドの移動速度に基づいて前記載置台の目標傾斜角度を決定する工程、前記載置台を前記目標傾斜角度に傾ける工程を備えている。
本方法によると、ボイドを適切な速度で移動する傾斜角度に傾けることができる。これによって、ボイドを確実に排除し、しかも、引け巣の発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の装置と方法を用いることによって、ボイドを確実に排除し、しかも、引け巣の発生を抑制しながら、基板に素子をはんだ付けすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を具現化した実施例について図面を参照して説明する。最初に実施例の主要な特徴を列記する。
（形態１）  溶融はんだに向けてＸ線を照射し、透過したＸ線の強度の分布を計測する透過型Ｘ線カメラによって、ボイド位置を認識する。
（形態２）  ２以上のボイドが認識される場合、最も移動速度が大きいものに着目して目標傾斜角を決定する。
【実施例】
【００１９】
（第１実施例）
本実施例の装置を図面を参照しながら説明する。図１は本実施例のはんだ付け装置２を模式的に示す図である。はんだ付け装置２は、チャンバ４と、制御装置６と、画像処理装置８と、アクチュエータ制御装置１１とを備えている。チャンバ４内には、ホットプレート１０、ジャイロ機構１２、Ｘ線撮影装置１４、ヒータ１６が設けられている。はんだ付け装置２は、基板２０に素子２２をはんだ２４を用いてはんだ付けする。本実施例のはんだ付け装置２では、制御装置６と画像処理装置８とアクチュエータ制御装置１１の全体が、ホットプレート１０の目標傾斜角を決定し、ジャイロ機構１２を制御してホットプレート１０を傾ける制御装置に相当する。
【００２０】
ホットプレート１０は、上部に基板２０を載置することができる面１８を備えている。ホットプレート１０は、ジャイロ機構１２によって図１の矢印の方向に回転可能に支持されており、ジャイロ機構１２のアクチュエータが駆動することによって上部の面１８の傾斜角度が調整される。
【００２１】
ジャイロ機構１２は、アクチュエータ（図示されない）とジャイロセンサ（図示されない）とを備えている。そのアクチュエータは、アクチュエータ制御装置１１から入力される制御信号に基づいて、ホットプレート１０を所定の方向（本実施例では、図１の矢印の方向）に回転させて、ホットプレート１０の上部の面１８を傾斜させる。ジャイロセンサはホットプレート１０の傾斜角度を計測して、アクチュエータ制御装置１１へ出力する。
【００２２】
アクチュエータ制御装置１１は、制御装置６からの指示によって、ジャイロ機構１２のアクチュエータを駆動する。アクチュエータ制御装置１１は、制御装置６から入力される目標傾斜角と、ジャイロ機構１２から入力されるホットプレート１０の傾斜角に基づいて、ホットプレート１０が目標傾斜角で傾斜するように、ジャイロ機構１２へ制御信号を送信する。
【００２３】
Ｘ線撮影装置１４は、Ｘ線投光装置３０とＸ線カメラ３２とを備えている。Ｘ線投光装置３０はホットプレート１０の下部に位置し、画像処理装置８からの指示によってホットプレート１０の下面からＸ線を照射する。Ｘ線カメラ３２はホットプレート１０の上方に位置し、ホットプレート１０を挟んでＸ線投光装置３０と対向している。Ｘ線カメラ３２は、画像処理装置８からの指示によってＸ線を受光し、受光されるＸ線の強度分布を画像処理装置８へ出力する。
【００２４】
画像処理装置８は、制御装置６、Ｘ線投光装置３０、Ｘ線カメラ３２と接続している。画像処理装置８は、制御装置６からＸ線撮影の指示を受信すると、Ｘ線投光装置３０にＸ線を照射する指示を送信し、さらにＸ線カメラ３２にＸ線を受光する指示を送信する。その後、画像処理装置８はＸ線カメラ３２から入力されるＸ線の強度分布をＡ／Ｄ変換して、撮像画像データを作成し、制御装置６へ出力する。
【００２５】
ヒータ１６は、チャンバ４内を雰囲気加熱することによって、ホットプレート１０の上に載置される基板２０上のはんだ２４を加熱する。ヒータ１６によって加熱されたはんだ２４は溶融して、溶融した状態が維持される。ヒータ１６は制御装置６に接続されており、制御装置６からの指示に応じてチャンバ４内を加熱する。
【００２６】
制御装置６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、入出力装置等を備えるコンピュータである。制御装置６は、画像処理装置８、アクチュエータ制御装置１１、ヒータ１６と接続しており、それぞれの動作を制御する。制御装置６のＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等の記憶装置には、はんだ付け装置２の動作を指示するプログラムが記憶されており、そのプログラムを順次実行していくことによって、はんだ付け装置２は動作する。
【００２７】
以下では、はんだ付け装置２の制御装置６が実行する処理を説明する。ホットプレート１０上に素子２２とはんだ２４を備える基板２０が載置されると、制御装置６はヒータ１６に指示を送信して、チャンバ４内の加熱を開始させる。ヒータ１６の加熱によってはんだ２４が溶融した状態となると、図２のフローチャートに示すボイド除去の処理が開始される。
【００２８】
まずステップＳ２では、ホットプレート１０の目標傾斜角の初期値を設定する。本実施例では、ステップＳ２で設定される目標傾斜角は１０°である。
ステップＳ４では、Ｘ線撮影装置１４による撮影を実施し、基板２０のＸ線透過画像を取得する。Ｘ線投光装置３０から照射されたＸ線は、ホットプレート１０、基板２０、はんだ２４、素子２２を透過して、Ｘ線カメラ３２で受光される。Ｘ線カメラ３２は受光したＸ線の強度分布を画像処理装置８へ送信する。画像処理装置８はＸ線カメラ３２から送信されるＸ線強度分布をＡ／Ｄ変換して、撮影画像データを作成し、制御装置６へ送信する。
【００２９】
ステップＳ６では、画像処理装置８によって作成された撮影画像データから、ボイドの有無を検出して、ボイドが存在する場合にはその位置を検出する。作成された撮影画像データにおけるボイドは、画像処理の技術分野で公知であるエッジ検出技術を用いることで特定される。制御装置６は上記のエッジ検出技術によって特定されたボイドの輪郭から、ボイドの中央の位置を特定する。制御装置６は特定されたボイドの位置を各ボイドを識別する識別符号と関連付けて記憶する。
【００３０】
ステップＳ８では、ステップＳ６でボイドが検出されたか否かを判断する。ボイドが検出された場合（ステップＳ８でＹＥＳの場合）、制御装置６ははんだ２４にボイドが残留していると判断して、処理はステップＳ１０へ進む。ボイドが１つも検出されなかった場合（ステップＳ８でＮＯの場合）、制御装置６ははんだ２４にボイドは残留していないものと判断して、ボイド除去の処理を終了する。
【００３１】
ステップＳ１０では、ステップＳ６で検出された各ボイドの移動量を算出する。ボイドの除去を開始した直後で、いまだボイドの位置の履歴が記憶されていない場合には、ボイドの移動量は０に設定する。それ以外の場合、ボイドの移動量は、制御装置６に記憶されているボイドの位置の履歴から算出する。図３に示すように、Ｘ線カメラ３２から見て、ボイドがある時点で位置４２で検出され、その後所定時間が経過した時点で位置４４で検出されたとする。このような場合に、制御装置６に記憶されているボイドの位置４２から、新たに検出されたボイドの位置４４までの距離ｄを算出して、算出された距離をこのボイドの移動量として特定する。
【００３２】
ステップＳ１２では、ステップＳ１０で算出された各ボイドの移動量のうち最大のものを特定する。
【００３３】
ステップＳ１４では、ステップＳ１２で特定された最大移動量を、上限値δmaxと比較する。最大移動量がδmaxを超えている場合（ステップＳ１４でＹＥＳの場合）、ボイドが許容される上限速度を超えて移動していると判断して、処理はステップＳ１６へ進む。最大移動量がδmaxを超えていない場合（ステップＳ１４でＮＯの場合）、ボイドは許容される上限速度を超えることなく移動していると判断して、処理はステップＳ１８へ進む。
【００３４】
ステップＳ１６では、ホットプレート１０の目標傾斜角を、所定量減少させる。本実施例では、ホットプレート１０の目標傾斜角を０．１°減少させる。ステップＳ１６が終了すると、処理はステップＳ２２へ進む。
【００３５】
ステップＳ１８では、ステップＳ１２で特定された最大移動量を、下限値δminと比較する。最大移動量がδminに満たない場合（ステップＳ１８でＹＥＳの場合）、ボイドが動いていないか、極端にゆっくりと動いていると判断して、処理はステップＳ２０へ進む。最大移動量がδmin以上の場合（ステップＳ１８でＮＯの場合）、ボイドは許容される速度範囲内で移動していると判断して、処理はステップＳ２２へ進む。
【００３６】
ステップＳ２０では、ホットプレート１０の目標傾斜角を、所定量増加させる。本実施例では、ホットプレート１０の目標傾斜角を０．１°増加させる。ステップＳ２０が終了すると、処理はステップＳ２２へ進む。
【００３７】
ステップＳ２２では、ジャイロ機構１２のアクチュエータを駆動して、ホットプレート１０の上部の面１８を目標傾斜角まで傾斜させる。ホットプレート１０の傾斜に伴い、基板２０、素子２２、はんだ２４も傾斜する。はんだ２４の内部に存在するボイドは、素子２２の下面をガイドとして、はんだ２４の端部へ向けて移動する。
【００３８】
ステップＳ２４では、ステップＳ４で今回の撮影を実施した時点から所定の時間が経過するまで待機する。これによって、ホットプレート１０の傾斜を変化させるために要する時間に関わらず、常に所定の時間間隔ではんだ２４のＸ線撮影を実施することができる。従って、上記した各ボイドの移動量から、各ボイドの移動する速度を評価することができる。
以上の処理を実施した後、処理はステップＳ４へ進み、ステップＳ４以降の処理を繰り返し実施する。
【００３９】
上記によってボイドが除去される様子を説明する。まずＸ線撮影によってボイドが検出されると、ホットプレート１０は予め定められた目標角（本実施例では１０°）まで傾斜する。このホットプレート１０の傾斜によって、ボイドが許容される速度範囲内（δmin〜δmax）で移動する場合には、ホットプレート１０の傾斜角はボイドがはんだ２４の端部から放出されるまでそのまま維持される。ボイドがすべて除去され、ボイドが全く検出されなくなると、ボイド除去の処理は終了する。
【００４０】
ホットプレート１０を傾斜させているときに、ボイドがほとんど動かない場合、ホットプレート１０はさらに傾斜していき、そのボイドの移動を促進する。本実施例では、そのボイドが許容される速度範囲内で移動するようになるまで、ホットプレート１０の傾斜角は０．１°ずつ増加していく。ホットプレート１０の傾斜角が増加することによってボイドが加速され、そのボイドが許容される速度範囲内で移動するようになると、ホットプレート１０の傾斜角はそれ以上増加することなく、そのまま維持される。これによって、確実にボイドを除去することが可能となる。
【００４１】
逆にホットプレート１０を傾斜させているときに、ボイドが許容される上限速度を超えて移動している場合、ホットプレート１０は傾斜を緩めて、そのボイドの移動を抑制する。本実施例では、そのボイドが許容される速度範囲内で移動するようになるまで、ホットプレート１０の傾斜角は０．１°ずつ減少していく。ホットプレート１０の傾斜が緩やかになることによってそのボイドが減速され、そのボイドが許容される速度範囲内で移動するようになると、ホットプレート１０の傾斜角はそれ以上減少することなく、そのまま維持される。これによって、ボイドの移動速度を抑えることが可能となり、端部からボイドが勢い良く抜けることで生じる引け巣の発生を防止することができる。
【００４２】
ボイド除去の処理が終了すると、制御装置６は、ヒータ１６による加熱を停止して、はんだ２４を冷却する。はんだ２４が冷却されて凝固すると、はんだ付け装置２は動作を終了する。
【００４３】
上記実施例では、はんだ２４にボイドが複数個検出される場合に、各撮影の間で最も移動量の大きいボイド、すなわち最も勢い良く移動しているボイドに着目して、そのボイドが許容される速度範囲内で移動するように、ホットプレート１０の傾斜を調整する。これによって、一つ一つのボイドを確実に除去していくことが可能であり、これを繰返すことで全てのボイドを除去して、ボイドのないはんだ接合部を形成することができる。また最も勢い良く移動するボイドが上限速度を超えずに移動するよう調整するため、その他のボイドもまた上限速度を超えて移動することが無く、はんだの端部からどのボイドが抜けても引け巣を発生することがない。
【００４４】
（第２実施例）
本発明の他の１つの実施例を、図を参照しながら説明する。以下では、第１実施例と共通する事項については、説明を省略する。
【００４５】
図４は本実施例のはんだ付け装置２０２の構成を模式的に示している。本実施例のはんだ付け装置２０２は、チャンバ４と、制御装置２０６と、画像処理装置８と、アクチュエータ制御装置２１１とを備えている。チャンバ４内には、ホットプレート２１０、傾斜機構２１２、Ｘ線撮影装置１４、ヒータ１６が設けられている。
【００４６】
ホットプレート２１０は、上部に基板２０を載置することができる面１８を備えている。ホットプレート２１０は、傾斜機構２１２によって２軸での回転が可能となるように支持されており、傾斜機構２１２のアクチュエータが駆動することによって上部の面１８の傾斜が調整される。ホットプレート２１０は、図４の左右方向に伸びる軸と、図４の紙面垂直方向に伸びる軸の２軸に関して回転することができる。
【００４７】
傾斜機構２１２は、４つのアクチュエータ２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄを備えている。アクチュエータ２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄは、それぞれ直動アクチュエータである。図５に示すように、４つのアクチュエータ２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄ（図では隠れている）は、それぞれホットプレート２１０の４隅の下部に回転可能に接続され、アクチュエータ制御装置２１１からの指示によってホットプレート２１０を押し上げる。
傾斜機構２１２は、アクチュエータ２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄによる押し上げ量を調整することによって、ホットプレート２１０の面１８が傾斜する方向と、傾斜する角度とを調整することができる。
【００４８】
アクチュエータ制御装置２１１は、制御装置２０６からの指示によって、傾斜機構２１２のアクチュエータ２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄを駆動する。アクチュエータ制御装置２１１は、制御装置２０６から入力される傾斜方向と目標傾斜角に基づいて、ホットプレート２１０がその傾斜方向にその目標傾斜角で傾斜するように、傾斜機構２１２のアクチュエータ２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄの押し上げ量を算出し、アクチュエータ２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄへ制御信号を送信する。アクチュエータ制御装置２１１は、ホットプレート２１０の傾斜角度と傾斜方向とを独立して制御することができる。
【００４９】
制御装置２０６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、入出力装置等を備えるコンピュータである。制御装置２０６は、画像処理装置８、アクチュエータ制御装置２１１、ヒータ１６と接続しており、それぞれの動作を制御する。制御装置２０６のＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等の記憶装置には、はんだ付け装置２０２の動作を指示するプログラムが記憶されており、そのプログラムを順次実行していくことによって、はんだ付け装置２０２は動作する。
【００５０】
以下では、はんだ付け装置２０２の制御装置２０６が実行する処理を説明する。ホットプレート２１０上に素子２２とはんだ２４を備える基板２０が載置されると、制御装置２０６はヒータ１６に指示を送信して、チャンバ４内の加熱を開始させる。ヒータ１６の加熱によってはんだ２４が溶融した状態となると、図６のフローチャートに示すボイド除去の処理が開始される。
【００５１】
まずステップＳ２０２では、ホットプレート１０の目標傾斜角の初期値を設定する。本実施例では、ステップＳ２０２で設定される目標傾斜角は５°である。
【００５２】
ステップＳ２０４では、Ｘ線撮影装置１４による撮影を実施し、Ｘ線透過画像を取得する。Ｘ線投光装置３０から照射されたＸ線は、ホットプレート２１０、基板２０、はんだ２４、素子２２を透過して、Ｘ線カメラ３２で受光される。Ｘ線カメラ３２は受光したＸ線の強度分布を画像処理装置８へ送信する。画像処理装置８はＸ線カメラ３２から送信されるＸ線強度分布をＡ／Ｄ変換して、撮影画像データを作成し、制御装置２０６へ送信する。
【００５３】
ステップＳ２０６では、画像処理装置８によって作成された撮影画像データから、ボイドの有無を検出して、ボイドが存在する場合にはその位置を検出する。作成された撮影画像データにおけるボイドは、画像処理の技術分野で公知であるエッジ検出技術を用いることで特定される。制御装置２０６は上記のエッジ検出技術によって特定されたボイドの輪郭から、それぞれのボイドの中央の位置と大きさを特定する。制御装置２０６は特定されたボイドの位置と大きさを、各ボイドを識別する識別符号と関連付けて記憶する。
またステップＳ２０６では、画像処理装置８によって作成された撮影画像データから、はんだ２４の端部の位置を検出する。はんだ２４の端部の位置は、上記と同様に、公知のエッジ検出技術を用いることで特定される。制御装置２０６は、検出されたはんだ２４の端部の位置を記憶する。
【００５４】
ステップＳ２０８では、ステップＳ２０６でボイドが検出されたか否かを判断する。ボイドが検出された場合（ステップＳ２０８でＹＥＳの場合）、制御装置２０６ははんだ２４にボイドが残留していると判断して、処理はステップＳ２１０へ進む。ボイドが１つも検出されなかった場合（ステップＳ２０８でＮＯの場合）、制御装置２０６ははんだ２４にボイドは残留していないものと判断して、ボイド除去の処理を終了する。
【００５５】
ステップＳ２１０では、ステップＳ２０６で検出された各ボイドのうちで、はんだ２４の端部まで最も近い位置に存在するボイドを選択する。
図７は基板２０を上方から見た場合の、はんだ２４の端部と検出されるボイドの位置関係を模式的に示す。図７では一例として、ステップＳ２０６で３つのボイドが検出された場合の、検出されたボイド６０ａ、６０ｂ、６０ｃと、はんだ２４の端部４６Ａ、４６Ｂ、４６Ｃ、４６Ｄの位置関係を示している。
ボイド６０ａは、はんだ２４の端部４６Ｂまでの距離がＸａであり、はんだ２４の端部４６Ａまでの距離がＹａである。ボイド６０ｂははんだ２４の端部４６Ｂまでの距離がＸｂであり、はんだ２４の端部４６Ｃまでの距離がＹｂである。ボイド６０ｃははんだ２４の端部４６Ｄまでの距離がＸｃであり、はんだ２４の端部４６Ａまでの距離がＹｃである。上述したＸａ、Ｙａ、Ｘｂ、Ｙｂ、Ｘｃ、Ｙｃのうちで、最小のものを選択する。図７の例では、上述したＸａ、Ｙａ、Ｘｂ、Ｙｂ、Ｘｃ、ＹｃのうちでＸａが最も小さく、はんだ２４の端部に最も近いボイドとして、ボイド６０ａが選択される。
【００５６】
ステップＳ２１２では、ステップＳ２１０で選択されたボイドに対応するはんだの端部を特定する。図７の例では、ステップＳ２１０で選択されたボイド６０ａに対応するはんだ２４の端部４６Ｂが特定される。
【００５７】
ステップＳ２１４では、ホットプレート２１０を傾斜させる方向を設定する。制御装置２０６はステップＳ２１０で選択されたボイドが最寄りの端部から放出されるように、ホットプレート２１０を傾斜させる方向を設定する。図７の例では、ボイド６０ａが端部４６Ｂから放出されるように、ホットプレート２１０において図７の左側が上昇して右側が下降するように、傾斜方向を設定する。
【００５８】
ステップＳ２１６では、ステップＳ２１０で選択されたボイドの移動量を算出する。ボイドの除去を開始した直後で、いまだボイドの位置の履歴が記憶されていない場合には、ボイドの移動量は０に設定する。それ以外の場合、ボイドの移動量は、制御装置２０６に記憶されているボイドの位置の履歴から算出する。
またステップＳ２１６では、ステップ２１０で選択されたボイドの大きさを特定する。
【００５９】
ステップＳ２１８では、ステップＳ２１６で算出された移動量を、下限値δminと比較する。移動量がδminに満たない場合（ステップＳ２１８でＹＥＳの場合）、制御装置２０６はボイドがほとんど動いていないと判断して、処理はステップＳ２２０へ進む。最大移動量がδmin以上の場合（ステップＳ２１８でＮＯの場合）、制御装置２０６はボイドが許容される下限速度以上で動いていると判断して、処理はステップＳ２２２へ進む。
【００６０】
ステップＳ２２０では、ホットプレート２１０の傾斜角の補正量を算出する。傾斜角の補正量は、ステップＳ２１６で算出されたボイドの移動量と大きさに基づいて特定される。
ホットプレート２１０を傾斜させたときのボイドの挙動は、そのボイドの大きさによって異なる。例えば、ホットプレート２１０を傾斜させた場合、大きなボイドほどよく付勢されて移動速度は大きく増加し、小さなボイドほどあまり付勢されずに移動速度はそれほど増加しない。
本実施例では、ボイドの速度と、そのボイドの大きさと、そのボイドを所定の速度まで付勢するための傾斜角補正量との関係を試験等によって予め取得しておき、それらの関係を対応表として制御装置２０６に記憶しておく。制御装置２０６は、ステップＳ２１６で算出されたボイドの移動量と大きさに基づいて、記憶された対応表から、ホットプレート２１０の傾斜角の補正量を算出することができる。
【００６１】
ステップＳ２２２では、ステップＳ２１０で選択されたボイドからはんだ２４の端部までの距離を、しきい値Ｌと比較する。ボイドから端部までの距離がしきい値Ｌに満たない場合（ステップＳ２２２でＹＥＳの場合）、制御装置２０６はそのボイドが端部からもうすぐ放出されると判断し、処理はステップＳ２２４へ進む。ボイドから端部までの距離がしきい値Ｌ以上の場合（ステップＳ２２２でＮＯの場合）、制御装置２０６はそのボイドはまだ端部から放出されないと判断し、処理はステップＳ２３２へ進む。
【００６２】
ステップＳ２２４では、ステップＳ２１６で算出されたボイドの移動量を、上限値δmaxと比較する。移動量がδmaxを超えている場合（ステップＳ２２４でＹＥＳの場合）、ボイドは許容される速度を超えて移動していると判断して、処理はステップＳ２２６へ進む。移動量がδmax以下の場合（ステップＳ２２４でＮＯの場合）、ボイドは許容される速度範囲内で動いていると判断して、処理はステップＳ２３２へ進む。
【００６３】
ステップＳ２２６では、ホットプレート２１０の傾斜角の補正量を算出する。傾斜角の補正量は、ステップＳ２１６で算出されたボイドの移動量と大きさに基づいて特定される。
本実施例では、ボイドの速度と、そのボイドの大きさと、そのボイドを所定の速度まで減速するための傾斜角補正量との関係を試験等によって予め取得しておき、それらの関係を対応表として制御装置２０６に記憶しておく。制御装置２０６は、ボイドの移動量と、ボイドの大きさに基づいて、記憶された対応表から、ホットプレート２１０の傾斜角の補正量を算出することができる。
【００６４】
ステップＳ２２８では、ホットプレート２１０の目標傾斜角を補正する。制御装置２０６は、ステップＳ２２０またはステップＳ２２６で算出されたホットプレート２１０の傾斜角の補正量と、現在の目標傾斜角から、新たな目標傾斜角を設定する。
【００６５】
ステップＳ２３０では、傾斜機構２１２のアクチュエータ２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄを駆動して、ホットプレート２１０の傾斜角を補正する。制御装置２０６は、ステップＳ２２８で算出された目標傾斜角を、アクチュエータ制御装置２１１へ送信する。アクチュエータ制御装置２１１は、受信される目標傾斜角に基づいて、アクチュエータ２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄのそれぞれの押上げ量を算出して、各アクチュエータを駆動する。アクチュエータ２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄが駆動されて、ホットプレート２１０の傾斜角は補正される。
【００６６】
ステップＳ２３２では、ステップＳ２０４で今回の撮影を実施した時点から所定の時間が経過するまで待機する。これによって、ホットプレート２１０の傾斜を変化させるために要する時間に関わらず、常に所定の時間間隔ではんだ２４のＸ線撮影を実施することができる。従って、各ボイドの移動量から、そのボイドの移動速度を評価することができる。
以上の処理を実施した後、処理はステップＳ２０４へ進み、ステップＳ２０４以降の処理を繰り返し実施する。
【００６７】
上記した一連の処理によってボイド除去の処理が終了すると、制御装置２０６は、ヒータ１６による加熱を停止して、はんだ２４を冷却する。はんだ２４が冷却されて凝固すると、はんだ付け装置２０２は動作を終了する。
【００６８】
上記の実施例では、はんだ２４の端部の位置を、ステップＳ２０６でその都度検出している。しかしながら、はんだ２４の端部の位置は、はんだ付けを実施している間ほとんど変化しないため、最初に検出された端部の位置を制御装置２０６に記憶しておいて、その後は記憶された端部の位置を用いて上記の処理を実施してもよい。
また、はんだ２４の端部の位置は、撮影画像データから検出することなく、他の方法によって予め特定しておいて、制御装置２０６に記憶しておいてもよい。
【００６９】
上記の実施例では、ホットプレート２１０は２軸に関して傾斜が可能である。このような構成とすることによって、任意の方向からボイドを放出することが可能となり、最も近い端部からボイドを放出することが可能となる。ボイドの移動に係る時間を短縮することができ、ボイドの除去に要する時間を短縮することができる。
【００７０】
上記の実施例では、第１実施例とは異なり、はんだ２４の端部に最も近い位置で検出されるボイドに着目して、そのボイドが好適に除去されるようにホットプレート２１０の傾斜を制御する。このような手法によっても、はんだ２４の内部に含まれるボイドを確実に除去することができる。
【００７１】
上記の実施例では、はんだ２４の端部に最も近い位置で検出されるボイドが、もうすぐ放出されそうなのか、まだ放出されそうにないのかを判断して（ステップＳ２２２）、もうすぐ放出されそうな場合に上限速度を超えないように調整する。このような構成とすることによって、ボイドが端部から離れた位置にあるにも関わらずホットプレート２１０の傾斜を無駄に緩めてしまう事態が回避され、ボイドの除去に要する時間が短縮される。
【００７２】
（第３実施例）
本発明の他の１つの実施例を、図を参照しながら説明する。以下では、第１実施例と共通する事項については、説明を省略する。
本実施例の装置を図面を参照しながら説明する。図８は本実施例のはんだ付け装置３０２を模式的に示す図である。はんだ付け装置３０２は、チャンバ４と、制御装置３０６と、画像処理装置３０８と、アクチュエータ制御装置１１とを備えている。チャンバ４内には、ホットプレート１０、ジャイロ機構１２、赤外線カメラ３１４、ヒータ１６が設けられている。
【００７３】
赤外線カメラ３１４は、ホットプレート１０の上部に位置し、画像処理装置３０８からの指示によって素子２２、はんだ２４を備える基板２０を上方から撮影する。赤外線カメラ３１４は、撮影される赤外線の強度分布を画像処理装置３０８へ出力する。
【００７４】
画像処理装置３０８は、制御装置３０６、赤外線カメラ３１４と接続している。画像処理装置３０８は、制御装置３０６から赤外線撮影の指示を受信すると、赤外線カメラ３１４に撮影の指示を送信する。その後、画像処理装置３０８は赤外線カメラ３１４から入力される赤外線の強度分布をＡ／Ｄ変換して、撮像画像データを作成し、制御装置３０６へ出力する。
【００７５】
制御装置３０６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、入出力装置等を備えるコンピュータである。制御装置３０６は、画像処理装置３０８、アクチュエータ制御装置１１、ヒータ１６と接続しており、それぞれの動作を制御する。制御装置３０６の動作は、第１実施例の制御装置６とほぼ同じであるから、説明を省略する。
【００７６】
上記のような構成としても、はんだ２４の内部に含まれるボイドの位置を計測することができる。はんだ２４を溶融した状態で維持するために加熱された基板２０と素子２２は高温となっており、その表面からは赤外線が放出されている。本実施例のはんだ付け装置３０２では、上記した素子２４の表面から放出される赤外線を撮影して、赤外線撮影画像を取得する。
はんだ２４の内部にボイドが存在する場合、ボイドが存在する位置の近傍の素子２４の表面温度は、他の健全部の素子２４の表面温度に比べて、僅かに低い温度となる。従って、素子２４の表面から放出される赤外線の強度は、ボイドが存在する位置の近傍では、他の部位に比べて弱いものとなる。従って赤外線カメラ３１４によって撮影される赤外線画像から、ボイドの位置を測定することができる。
【００７７】
本実施例のはんだ付け装置３０２は、Ｘ線撮影を行う代わりに、赤外線撮影を行う。Ｘ線を照射する必要がないため、Ｘ線を照射する装置が不要であり、はんだ付け装置を安価に製作することができる。
さらに、Ｘ線を照射する必要がないため、ボイドを除去する処理において消費する電力を低減することができる。
【００７８】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】図１は本発明のはんだ付け装置を模式的に示す図である（第１実施例）。
【図２】図２は本発明のはんだ付け方法を説明するフローチャートである（第１実施例）。
【図３】図３はボイドの移動量の算出を説明する図である。
【図４】図４は本発明のはんだ付け装置を模式的に示す図である（第２実施例）。
【図５】図５は傾斜機構２１２を模式的に示す斜視図である。
【図６】図６は本発明のはんだ付け方法を説明するフローチャートである（第２実施例）。
【図７】図７は端部に最も近いボイドの選択を説明する図である。
【図８】図８は本発明のはんだ付け装置を模式的に示す図である（第３実施例）
【図９】図９はボイドを除去する様子を示す図である。
【図１０】図１０はボイドが除去されない様子を示す図である。
【図１１】図１１ははんだの端部に生じる引け巣を示す図である。
【符号の説明】
【００８０】
２・・・はんだ付け装置
４・・・チャンバ
６・・・制御装置
８・・・画像処理装置
１０・・・ホットプレート
１１・・・アクチュエータ制御装置
１２・・・ジャイロ機構
１４・・・Ｘ線撮影装置
１６・・・ヒータ
１８・・・面
２０・・・基板
２２・・・素子
２４・・・はんだ
３０・・・Ｘ線投光装置
３２・・・Ｘ線カメラ
４２、４４・・・ボイド位置
４６・・・はんだの端部
４６Ａ、４６Ｂ、４６Ｃ、４６Ｄ・・・はんだの端部
５０・・・ボイド
５２・・・引け巣
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ・・・ボイド
２０２・・・はんだ付け装置
２０６・・・制御装置
２１０・・・ホットプレート
２１１・・・アクチュエータ制御装置
２１２・・・傾斜機構
２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄ・・・アクチュエータ
３０２・・・はんだ付け装置
３０６・・・制御装置
３０８・・・画像処理装置
３１４・・・赤外線カメラ
【図１】
2006165402.tif 000003
【図２】
2006165402.tif 000004
【図３】
2006165402.tif 000005
【図４】
2006165402.tif 000006
【図５】
2006165402.tif 000007
【図６】
2006165402.tif 000008
【図７】
2006165402.tif 000009
【図８】
2006165402.tif 000010
【図９】
2006165402.tif 000011
【図１０】
2006165402.tif 000012
【図１１】
2006165402.tif 000013