(57)【要約】【課題】第１の加工物と第２の加工物の間に接合部を形成するようにはんだを溶融させるためのはんだ付けシステムを提供すること。【解決手段】このシステムは、エネルギ発生システム、はんだごて先端部、およびはんだの制御された量を計量分配するようになされた分配器とを備えることができる。このはんだごて先端部は、エネルギ発生システムと動作的に連通する非濡れ性はんだ接触層を含む。このエネルギ発生システムは、はんだごて先端部と連通する誘導、電気的、または熱発生システムを含むことができる。この非濡れ性はんだ接触層は、溶融はんだによって濡れ得ない材料を備える。このシステムは、接合部内のはんだの量の制御を可能にする。【選択図】図１
2009131898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱をはんだに伝導し、前記はんだを溶融し、かつ前記溶融はんだと接触しているようになされた非濡れ性はんだ接触層からなり、前記非濡れ性はんだ接触層が前記溶融はんだによって濡れ得ない材料からなる、はんだごて先端部。
【請求項２】
前記非濡れ性はんだ接触層が、非可融性金属、金属窒化物、金属酸化物、金属リン酸塩、耐熱金属またはそれらの組合せのうちの少なくとも１つからなる、請求項１に記載のはんだごて先端部。
【請求項３】
前記非濡れ性はんだ接触層が、クロム、チタン、ニオブ、モリブデン、タングステン、窒化クロム、窒化アルミニウム、窒化チタン、リン酸アルミニウム化合物、または耐熱金属またはそれらの組合せのうちの少なくとも１つからなる、請求項１に記載のはんだごて先端部。
【請求項４】
前記非濡れ性はんだ接触層が、本質的にクロム、窒化クロム、チタン、窒化チタン、またはそれらの組合せからなる、請求項１に記載のはんだごて先端部。
【請求項５】
さらに支持構造体からなり、前記非濡れ性はんだ接触層が前記支持構造体の少なくとも一部分を覆い、かつそれと熱連通しており、前記支持構造体が前記非濡れ性はんだ接触層に熱を供給するようになされている、請求項１に記載のはんだごて先端部。
【請求項６】
さらに前記支持構造体と前記非濡れ性はんだ接触層の間の保護層からなり、前記保護層が前記支持構造体から前記非濡れ性はんだ接触層に熱を伝導するようになされている、請求項５に記載のはんだごて先端部。
【請求項７】
前記保護層が鉄からなる、請求項６に記載のはんだごて先端部。
【請求項８】
はんだに熱を伝導し、前記はんだを溶融し、かつ前記溶融はんだと接触しているようになされている非濡れ性はんだ接触層であって、前記非濡れ性はんだ接触層が前記溶融はんだによって濡れ得ない材料からなる非濡れ性はんだ接触層と、
前記非濡れ性はんだ接触層と動作的に連通するエネルギ発生システムであって、前記はんだを溶融するための熱を容易に作り出すようになされているエネルギ発生システムとからなる、はんだごて。
【請求項９】
前記エネルギ発生システムが、前記非濡れ性はんだ接触層の加熱を誘導するようになされた誘導システムを含む、請求項８に記載のはんだごて。
【請求項１０】
前記エネルギ発生システムが、電気が前記非濡れ性はんだ接触層を通り流れるとき熱が発生するように、前記非濡れ性はんだ接触層と電気的に連通する電力供給部を含む、請求項８に記載のはんだごて。
【請求項１１】
さらに支持構造体からなり、前記非濡れ性はんだ接触層が前記支持構造体の少なくとも一部分を覆い、かつ前記エネルギ発生システムが、熱が前記支持構造体から前記非濡れ性はんだ接触層に伝導されるように、前記支持構造体と連通する、請求項８に記載のはんだごて。
【請求項１２】
前記エネルギ発生システムが、前記支持構造体の加熱を誘導するようになされた誘導システムである、請求項１１に記載のはんだごて。
【請求項１３】
前記エネルギ発生システムが、電気が前記支持構造体を通り流れるとき熱が発生するように、前記支持構造体と電気的に連通する電力供給部を含む、請求項１１に記載のはんだごて。
【請求項１４】
前記支持構造体が熱伝導コアであり、前記エネルギ発生システムが、熱が熱発生システムから前記熱伝導コアを介して前記非濡れ性はんだ接触層に流れるように、前記熱伝導コアと熱連通する熱発生システムである、請求項１１に記載のはんだごて。
【請求項１５】
第１の加工物と第２の加工物の間に接合部を形成するようにはんだを溶融させるためのはんだ付けシステムであって、
エネルギ発生システムと、
前記エネルギ発生システムと動作的に連通するはんだごて先端部であって、はんだに熱を伝導し、前記はんだを溶融し、かつ前記溶融はんだと接触しているようになされている非濡れ性はんだ接触層からなり、前記非濡れ性はんだ接触層が前記溶融はんだによって濡れ得ない材料を備えるはんだごて先端部と、
前記はんだの制御された量を前記はんだごて先端部または前記第１の加工物および任意選択で前記第２の加工物に近接する位置に計量分配するようになされた分配器とからなる、はんだ付けシステム。
【請求項１６】
前記エネルギ発生システムが、前記はんだごて先端部内に加熱を誘導するようになされた誘導システムを含む、請求項１５に記載のはんだ付けシステム。
【請求項１７】
前記エネルギ発生システムが、電気が前記はんだごて先端部を通り流れるとき熱が発生するように、前記非濡れ性はんだ接触層と電気的に連通する電力供給部を含む、請求項１５に記載のはんだ付けシステム。
【請求項１８】
さらに支持構造体からなり、前記非濡れ性はんだ接触層が前記支持構造体の少なくとも一部分を覆い、前記エネルギ発生システムが、熱が前記支持構造体から前記非濡れ性はんだ接触層に伝導されるように、前記支持構造体と動作的に連通する、請求項１５に記載のはんだ付けシステム。
【請求項１９】
前記エネルギ発生システムが、前記支持構造体の加熱を誘導するようになされた誘導システムである、請求項１８に記載のはんだ付けシステム。
【請求項２０】
前記エネルギ発生システムが、電気が前記支持構造体を通り流れるとき熱が発生するように、前記支持構造体と電気的に連通する電力供給部を含む、請求項１８に記載のはんだ付けシステム。
【請求項２１】
前記支持構造体が熱伝導コアであり、前記エネルギ発生システムが、熱が熱発生システムから前記熱伝導コアを通り前記非濡れ性はんだ接触層に流れるように、前記熱伝導コアと熱連通する熱発生システムである、請求項１８に記載のはんだ付けシステム。
【請求項２２】
非濡れ性はんだ接触層からなるはんだごて先端部と動作的に連通する分配器にはんだを供給することと、
第２の加工物と接触する第１の加工物を準備することと、
前記はんだの計量分配される量を前記分配器から前記第１の加工物および任意選択で前記第２の加工物に近接する前記はんだごて先端部の位置に計量分配することと、
前記はんだを前記はんだごて先端部を通り伝導される熱で前記はんだの少なくとも溶融温度の温度まで加熱し、それによって前記はんだが、前記非濡れ性はんだ接触層、前記第１の加工物、および任意選択で前記第２の加工物と接触している間溶融状態であることと、
前記はんだが溶融状態にある間に、前記はんだごて先端部を前記はんだから後退させることであって、前記はんだごて先端部に実質的に前記溶融はんだがないこととからなる、接合部を形成するために付着されるはんだの量を制御する方法。
【請求項２３】
前記はんだごて先端部を後退させた後で、かつ前記溶融はんだが冷却する際、第１の接合部が前記第１の加工物と前記第２の加工物の間に形成され、前記第１の接合部が前記はんだの前記計量分配された量と実質的に同じ前記はんだの第１の量を有する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
第４の加工物と接触している第３の加工物を準備することと、
前記はんだの第２の計量分配される量を前記分配器から前記第３の加工物および任意選択で前記第４の加工物に近接する前記はんだごて先端部の第２の位置に計量分配することと、
前記はんだを前記はんだごて先端部を通り伝導される熱で前記はんだの少なくとも溶融温度の温度まで加熱し、それによって前記はんだが、前記非濡れ性はんだ接触層、前記第３の加工物、および任意選択で前記第４の加工物と接触している間溶融状態であることと、
前記はんだが溶融状態にある間に、前記はんだごて先端部を前記はんだから後退させることであって、前記はんだごて先端部に前記溶融はんだが実質的になく、かつ前記溶融はんだの冷却に際し、第２の接合部が前記第３の加工物と前記第４の加工物の間に形成され、前記第２の接合部が前記第１の接合部内の前記はんだの第１の量と実質的に同じ前記はんだの第２の量を有することとをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記はんだを供給することが、第１の構成要素としてのフラックスからなるはんだペーストと第２の構成要素としてのはんだ合金とを供給することを含む、請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にはんだ付けシステムおよびはんだごてに関し、より詳しくは溶融はんだに濡れないはんだごて先端部に関する。
【背景技術】
【０００２】
既存のはんだごて技術は、「濡れることができる（ｗｅｔｔａｂｌｅ）」はんだごて先端部を使用する。換言すれば、このはんだごて先端部は、溶融はんだをその加工表面上に広げるのを容易にするように設計される。鉄、鉄−ニッケル、および他の鉄合金などの金属は、溶融はんだと接触している間、それらが溶融はんだに濡れるが、それでもなお大々的に劣化しないので、しばしばはんだごて先端部に使用される。
【０００３】
濡れは、表面上に液体の小滴またはしずくを置くことによって実験的に観察することができる。しずくの形状は液体と表面の間の濡れの性質を定性的に示す。しずくがパンケーキそっくりに平らになる場合は、この液体は表面を濡らす。しずくが、最近ワックス掛けした車表面上の水のようにほとんど球状の形状のままである場合は、この液体は表面を濡らさない。したがって、はんだごて先端部の表面を濡らさない溶融はんだは、重力または何らかの他の力の影響の下で、その表面から落とされる傾向にある。対照的に、はんだごて先端部の表面を濡らす溶融はんだは、その表面にくっつくまたは粘着する傾向になるであろう。前に述べたように、溶融はんだは鉄および鉄−ニッケル合金のはんだごて先端部を濡らす傾向にある。
【０００４】
定量的に、溶融はんだの小滴とはんだごて先端部の表面との間に形成される接触角をはんだごて先端部上の溶融はんだの濡れ性を求めるために測定することができる。この接触角は、溶融はんだとはんだごて先端部の表面の界面と溶融はんだの小滴の表面との間で測定される。したがって、９０度より大きく測定される接触角は、溶融はんだがはんだごて先端部を濡らさないことを示す。すなわち、溶融はんだの小滴はいくらか球形になる。他方では、９０度より少ない接触角は、溶融はんだがはんだごて先端部の表面を濡らすことを示す。換言すれば、溶融はんだの小滴は平らになり、はんだごて先端部の表面に粘着するまたはくっつく傾向になる。したがって、濡れ可能なはんだごて先端部ではんだ付けしている間、溶融はんだははんだごて先端部に粘着する。
【０００５】
既存のはんだごて先端部に伴う１つの問題点は、接合部に移送されるはんだの量のばらつきである。特に、この問題点は、電子機器等の電気的接続部をはんだ付けするなどの、大量生産はんだ付けプロセスで現れる。移送されるはんだの量は多数の要因によって決まるが、１つの主要な要因ははんだごて先端部にくっつくまたは粘着するはんだの量である。換言すれば、接合部に移送されるはんだの量は、１つの接合部から次の接合部にどれくらい多くのはんだが先端部に粘着するかに直接関連している。
【０００６】
接合部に移送されるはんだの量のばらつきのみが問題点ではなく、作業者がはんだごて先端部から接合部に伝達される熱の量を求めることもまた困難または不可能である。加工物への熱伝達は、加工物とはんだごて先端部の間の溶融はんだの量によって決まる。したがって、はんだごて先端部上の溶融はんだの変動する量は、加工物に伝達される熱の量の変動を生じさせる。多くの場合、過大な熱は構成部品を損傷させるであろうし、かつ他方では、過少な熱または過少なはんだ、または過少な熱と過少なはんだの両方は、結果として形成される接合部が不完全になる可能性がある。それが十分ではない場合、多くの他の問題点が従来技術のはんだごて先端部の濡れ可能な性質に起因して続いて起きる。例えば、連続する接続部間のはんだスパイクおよびはんだブリッジは、先端部が後退するときはんだごて先端部に粘着する溶融はんだに起因して形成されることが知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、一連の連続する接合部へのはんだの繰り返し可能な移送を容易にするはんだごて先端部を有するはんだ付けシステムが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、非濡れ性はんだ接触層を備えるはんだごて先端部を提供する。この非濡れ性はんだ接触層は、熱をはんだに伝導し、このはんだを溶融し、かつ溶融はんだと接触しているようになされている。この非濡れ性はんだ接触層は、溶融はんだに濡れ得ない材料を備える。別の実施形態では、溶融はんだの小滴とこの非濡れ性はんだ接触層の間で測定される接触角は約９０度より大きい。
【０００９】
本発明によれば、はんだごても提供される。一実施形態ではこのはんだごては、はんだごて先端部とはんだごての非濡れ性はんだ接触層と連通するエネルギ発生システムとを含む。このエネルギ発生システムは、はんだを溶融するための熱を作り出すようになされている。一実施形態では、このエネルギ発生システムは、非濡れ性はんだ接触層の加熱を誘導するようになされた誘導システムである。別の実施形態では、このエネルギ発生システムは、電気が非濡れ性はんだ接触層を通り流れるとき熱が発生するように、非濡れ性はんだ接触層と電気的に連通する電力供給部である。さらに別の実施形態では、このエネルギ発生システムは、非濡れ性はんだ接触層と熱的に連通する熱発生システムである。この熱発生システムによって発生する熱は、はんだを溶融するように非濡れ性はんだ接触層を通り流れる。
【００１０】
本発明によって、第１の加工物と第２の加工物の間に接合部を形成するようにはんだを溶融させるためのはんだ付けシステムも提供される。このシステムは、エネルギ発生システム、非濡れ性はんだ接触層を備えるはんだごて先端部、および分配器を備える。この分配器は、はんだごて先端部または第１の加工物および任意選択で第２の加工物に近接する位置にはんだの制御された量を計量分配するようになされている。
【００１１】
本発明によれば、接合部を形成するために付着させられるはんだの量を制御する方法も提供される。この方法は、分配器にはんだを供給することと、第２の加工物と接触する第１の加工物を準備することと、はんだの計量分配される量を分配器から第１の加工物および任意選択で第２の加工物に近接するはんだごて先端部の位置に計量分配することと、はんだごて先端部を通り伝導される熱ではんだをはんだの少なくとも溶融温度の温度まで加熱することと、はんだごて先端部に実質的に溶融はんだがないように、はんだが溶融状態にある間にはんだごて先端部をはんだから後退させることとを含む。
【００１２】
本発明のこれらのおよび他の目的、利点および特徴は、添付の図面を参照して行われる以下の詳細な説明を概観するとき、当業者に、より容易に明らかになるであろう。
【００１３】
本明細書に組み込まれ、かつ本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を図示し、かつ上記で与えられた本発明の全体的な説明および以下で与えられる詳細な説明と共に、本発明を明らかにするのに役立つ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１を参照すると一実施形態では、はんだ付けシステム１０は、溶融はんだ１９が加工物１４、１６を濡らすようにはんだ１８を溶融しかつ加工物１４、１６を加熱することによって、第１の加工物１４と第２の加工物１６の間に接合部１２を形成するようになされている。この接合部１２は、溶融はんだ１９が固化するとき形成される。このはんだ付けシステム１０は、はんだごて先端部２２と動作的に連通するエネルギ発生システム２０を備える。この分野で知られているように、このエネルギ発生システム２０は、図２に示すように、例えばはんだごて先端部２２の誘導加熱が可能な誘導システム、電流がはんだごて先端部を通過するときそれが熱くなる（しばしばジュール加熱と呼ばれる）ように、はんだごて先端部２２が十分な電気抵抗を有してよい場合に、はんだごて先端部２２を含む回路に電力を供給することができる電力供給部、またははんだごて先端部２２と熱連通する軸部２４または他の熱伝導導管に熱を供給することができる電気抵抗加熱システムであることができる。
【００１５】
別の実施形態では、かつ図２を続けて参照すると、システム１０は、制御される量のはんだ１８を両方の加工物１４、１６およびはんだごて先端部２２に近接して計量分配するための分配器２６を含む。この分配器２６は、はんだを供給するためにこの分野で知られている多数の自動または手動操作分配器または供給機構のうちの任意の１つであることができる。この分配器２６は、図１に示すようにはんだを軸部２４と接触するように、あるいは図２および２Ａに示すようにはんだごて先端部２２に隣接してはんだを供給するように、はんだを計量分配または供給することができることが理解されるであろう。
【００１６】
さらに別の実施形態では、このシステム１０は、図２に示すように分配器２６と動作的に連通するスイッチ２８を含む。このスイッチ２８は、はんだ１８の制御される量を計量分配するように分配器２６を作動させるために使用することができる。スイッチ２８は、作業者が通常指または足を使用してスイッチ２８を手動で、あるいは別法として、キャパシタンスを使用するものなどの、センサと協働して自動制御によって作動させることができるように配置することができる。例えば、作業者は図示のように、はんだごて先端部２２を回路基板および電気リード線などの、加工物１４、１６に近接して最初に位置決めすることができる。はんだごて先端部２２が所望の位置になった後、作業者は足踏みペダル・スイッチで分配器２６を動作させることによって制御される量のはんだ１８をはんだごて先端部２２のところに、またはその近傍に計量分配することができる。図２は手動はんだ付けシステム、例えば、携帯型のはんだごてとして理解することができるが、このシステム１０は、例えば、ロボット位置決めシステムに取り付けられる自動はんだごてであることができる。
【００１７】
再度図１を参照すると、はんだごて先端部２２は非濡れ性はんだ接触層３２を含む。この非濡れ性はんだ接触層３２は、エネルギ発生システム２０との協働で発生し、非濡れ性はんだ接触層３２から伝導される熱がそれと接触するはんだ１８を溶融できるように、前に説明したように、エネルギ発生システム２０と動作的に連通している。したがって、エネルギ発生システム２０を作動させることは、（電気的、磁気的、または熱的）エネルギを発生させる。順に、そのエネルギは、伝導を介して熱を非濡れ性はんだ接触層３２にかつ／またはそれを通り流れるようにさせ、あるいは、例えば誘導を介してまたはジュール加熱を介して、非濡れ性はんだ接触層３２が熱を発生するようにさせる。
【００１８】
エネルギ発生システム２０のうちの任意の１つからのエネルギで生じた熱は、前に説明したように、非濡れ性はんだ接触層３２と接触するはんだ１８を溶融させ、かつ加工物１４、１６も加熱することができる。溶融はんだ１９は、非濡れ性はんだ接触層３２に隣接して湯だまりを形成することができる。したがってはんだ付け中、はんだごて先端部２２は、少なくとも部分的に溶融はんだ１９と接触している。十分な量のはんだ１８が湯だまり内に計量分配され、溶融はんだ１９が加工物１４、１６を濡らした後、はんだごて先端部２２は後退させられる。次いで接合部１２が、溶融はんだ１９が冷えるとき溶融はんだ１９の固化に際して形成される。当業者は、加工物１４、１６は金属構成部品を含むことができ、かつプリント回路基板、線、および電気的端子上のはんだ付けに対する参照が本明細書で行われる場合があるが、本発明はそれらに限定されないことを理解するであろう。
【００１９】
前に述べたように、この非濡れ性はんだ接触層３２は、溶融はんだ１９または溶融はんだとフラックスの組合せによって濡れ得ない材料を備える。さらに、例示としてかつ限定ではなく、図１、２、２Ａおよび３に示すように、この非濡れ性はんだ接触層３２は円錐形状であることができる。円錐形状の形態が図示されているが、当業者は、他の形状、例えばチゼル形状、ダイヤモンドのようなまたはピラミッドの形状、平らな表面を有する他の形状、または事実上任意の他の形状も使用できることに気づくであろう。その上、図に示されていないが、この非濡れ性はんだ接触層３２は、はんだごて先端部２２の長さを長手方向に走る樋または溝を含む形状を有することができる。この分野で知られているように、１つまたは両方の加工物１４、１６からある距離のところでこの樋内にはんだを導入することができる。図１に示すように、このはんだは樋内で溶融し、接合部１２が形成される加工物１４、１６に向かって引き続き流れることができる。
【００２０】
次に図２Ａを参照すると、一実施形態では、このはんだごて先端部２２は支持構造体３０も含み、非濡れ性はんだ接触層３２が支持構造体３０の一部分を覆う。この支持構造体３０は、非濡れ性はんだ接触層３２に対し機械的な剛性を与えることができる。したがって、支持構造体３０は、加工物１４、１６との潜在的に強制的な接触中、非濡れ性はんだ接触層３２を支持することができる。一実施形態では、この支持構造体３０は、エネルギ発生システム２０と動作的に連通している。例えば、いくつかの実施形態では、この支持構造体３０は、誘導またはジュール加熱を介してエネルギ発生システム２０によって加熱することができる。結果として、この支持構造体３０は、はんだを溶融するために非濡れ性はんだ接触層３２に熱を伝導することができる。
【００２１】
別の実施形態では、図２および２Ａに示すように、この支持構造体３０は（図２に示す）熱発生システム２１および非濡れ性はんだ接触層３２と熱連通する熱伝導コア３１である。したがって、この熱伝導コア３１は、熱を非濡れ性はんだ接触層３２に伝導する。一実施形態では、この非濡れ性はんだ接触層３２は、熱伝導コア３１と直接かつ連続的な接触にある。この非濡れ性はんだ接触層３２は、熱伝導コア３１の全表面のほとんどをすっぽり包み、したがって、溶融はんだ１９が熱伝導コア３１と接触するのを防止することができる。
【００２２】
例示としてかつ限定ではなく、この熱伝導コア３１は、他の熱伝導材料も熱を熱発生システム２１から非濡れ性はんだ接触層３２に伝導するのに使用できるが、銅を備えることができる。この分野で知られているように、銅は溶融はんだ１９との接触で急速に劣化する可能性がある。したがって一実施形態では、非濡れ性はんだ接触層３２が、溶融はんだ１９が熱伝導コア３１に接触するのを実質的に防止するために、熱伝導コア３１の一部分を覆う。
【００２３】
別の実施形態では、非濡れ性はんだ接触層３２は、支持構造体３０上に形成される被覆であることができる。この被覆は、例えば電気めっきを含む１つまたは複数の電着プロセスなどの、この分野で知られている方法によって形成することができる。追加の例示として、他の被覆プロセスは、この分野で知られているように、浸漬被覆、気相堆積プロセス、例えばＰＶＤおよびＣＶＤ、またはイオンビーム支援蒸着（ＩＢＡＤ）を含むことができる。
【００２４】
前に簡単に述べたように、この非濡れ性はんだ接触層３２は、溶融はんだ１９または溶融はんだとフラックスの組合せによって濡れ得ない材料を備える。この非濡れ性はんだ接触層３２は、クロムまたはクロム合金；チタンまたはチタン合金；ニオブまたはニオブ合金；モリブデン；タングステン；窒化チタン、窒化クロム、または窒化アルミニウムなどの金属窒化物；リン酸アルミニウム化合物などの金属リン酸塩化合物；アルミナなどの金属酸化物；プラチナなどの耐熱金属；プラチナ−ロジウム合金などの耐熱金属合金、または非可融性金属（すなわち、溶融錫が通常の動作温度で実質的に中に浸透しない金属）を備えることができる。例えば、商標ＣＥＲＡＢＬＡＫ（商標）の下で売られている、１つの市販のリン酸塩化合物は、非濡れ性はんだ接触層３２を形成するために使用することができ、イリノイ州、エバンストンのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍｓ，Ｉｎｃ．から入手可能である。濡れ得ない材料は、（フラックスありまたはなしの）溶融はんだ１９に濡れない材料、すなわちその材料に対して溶融はんだ１９が認め得るほどに粘着しない材料を呼ぶ。材料が濡れ得ないことの１つの目安は、非濡れ性はんだ接触層３２と接触している溶融はんだ１９の小滴の接触角が約９０度より大きいことである。別の目安は、はんだごて先端部２２上の溶融はんだ１９が、表面から事実上しずくの形態で落ちることである。非濡れ性はんだ接触層３２は、単一の濡れ得ない金属元素を含むことができ、あるいは濡れ得ない全体的な特性を有する元素の合金または他の組合せを含むことができる。
【００２５】
一実施形態によれば、この非濡れ性はんだ接触層３２は、本質的にクロム、チタン、窒化クロム、窒化チタン、またはそれらの組合せからなる。「本質的にからなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」によって、非濡れ性はんだ接触層３２を形成する材料に他の元素が意図的に加えられないことを意味する。しかしながら、原材料または製造プロセスからの他の元素の不純物含有量は企図することができる。
【００２６】
別の実施形態では、この非濡れ性はんだ接触層３２は、本質的にクロムからなる。クロムは支持構造体３０の上にこの分野で知られた方法によってめっきすることができる。この実施形態では、非濡れ性はんだ接触層３２の厚さＴ１は、少なくとも約５０マイクロインチ（約１．３μｍ）、例えば、約５０マイクロインチから約３０００マイクロインチ（約１．３μｍから約７６．２μｍ）である。クロムのより薄い被覆は、溶融はんだが直接支持構造体３０と接触するのを許す恐れのある過剰な孔隙率または割れを示す可能性がある。他方では、より厚い被覆は、はんだ１８および加工物１４、１６への熱伝達を最初に減少させる可能性がある。当業者は、非濡れ性はんだ接触層３２が作られる材料が、非濡れ性はんだ接触層３２の厚さを決定付ける可能性があることを理解するであろう。その上、エネルギ発生システム２０が誘導システムまたは電力供給部であるそれらの実施形態では、この非濡れ性はんだ接触層３２は、はんだ１８および加工物１４、１６との接触からの圧力が、非濡れ性はんだ接触層３２を認め得るほどに変形させないように、あるいは非濡れ性はんだ接触層３２の温度を低下させないように、熱容量を与えるために十分に厚くすることができる。換言すれば、非濡れ性はんだ接触層３２の構成は、機械的な剛性を備え、ならびに具体的なはんだ付けプロセスに対して十分な熱容量を有するべきである。
【００２７】
別の実施形態では、この非濡れ性はんだ接触層３２は、１つまたは複数の前に述べた材料で充満させた被覆を備えることができる。例えば、この非濡れ性はんだ接触層３２は、溶融はんだ１９による非濡れ性はんだ接触層３２の濡れを妨げるために、十分な量の窒化クロムで充満された鉄または非鉄金属であることができる。非濡れ性表面を備えながらはんだ１８および加工物１４、１６への迅速な熱伝達をできる限り容易にして、窒化クロムを備えるこの非濡れ性はんだ接触層３２の厚さＴ１は、約０．０１μｍ未満、すなわち材料の単に数原子層であることができる。
【００２８】
はんだ１８は、ロードアイランド州のＥＦＤ，Ｉｎｃ．ｏｆ  Ｅａｓｔ  Ｐｒｏｖｉｄｅｎｃｅなどから市販される様々なはんだ合金のうちの１つであることができる。はんだ１８は、図１および２に示すように線として、あるいは第１の構成要素としてのペーストおよび第２の構成要素としてのフラックスとして構成することができる。フラックス、例えば、水溶性の、不透明な（ｎｏ−ｃｌｅａｎ）、松脂でいくらか活性化された、または松脂で活性化されたフラックスは、加工物１４、１６の濡れ性を促進させるために線またはペーストに加えることができる。
【００２９】
はんだ１８は、１つまたは複数の金属を含むことができる。例示としてこのはんだ１８は、錫、鉛、銀、ビスマス、銅、またはアンチモンまたはそれらの合金または組合せを含むことができる。上記で述べた元素の様々な組合せの合金は、それぞれ特定の用途を有することができる。しかしながら、広く使用されるはんだ合金には、例えば、錫−鉛合金、例えば、６０Ｓｎ−４０Ｐｂおよび６３Ｓｎ−３７Ｐｂが含まれる。しかしながら「鉛なし（ｌｅａｄ−ｆｒｅｅ）」はんだ合金、例えば、錫−銅および錫−アンチモン合金ベースのはんだがこの分野で知られている。
【００３０】
いくつかの場合、これらの合金によるはんだ付けのプロセスは似ており、溶融温度でのみ異なることが理解されるであろう。しかしながら、より高い溶融温度はんだ、特に鉛なしはんだは、プロセス条件に対しより敏感になる傾向がある。さらに、従来技術では、より高い動作温度は全ての構成部品に対してより大きな要求を課し、それらをより速く磨耗させ、かつよりしばしば故障させる。例えば、従来技術のはんだごて先端部は、高い温度でより急速に劣化し、より頻繁な保守および交換が必要となる。その上、より高い溶融温度はんだは、プロセスの視点からより寛容でない可能性がある。すなわち、それらは、プロセス・パラメータが厳密に正しくないとき、よりショルダスパイク（ｓｈｏｕｌｄｅｒ  ｓｐｉｋｅ）を形成しがちであり、かつ構成部品間にはんだブリッジを促進させる可能性がある。したがって、はんだごて先端部２２の１つの態様には、延長される先端部寿命、欠陥の減少、および製造コストの全体的な低減が含まれ得る。
【００３１】
次いではんだ付け中に、かつ図２Ａを参照すると、非濡れ性はんだ接触層３２は、はんだ１８の少なくとも溶融温度、かつはんだ付けプロセスとより高温のロウ付けプロセスの間の境界と考えられる約８４０°Ｆ（４５０℃）を一般に超えない温度まで加熱される。例えば、錫−鉛はんだの溶融温度は約３６１．４°Ｆ（１８０℃）であり、鉛なし錫合金のうちのいくつか（例えば、２０Ｓｎ８０Ａｕ）は、５３６°Ｆ（２８０℃）と同じ高さの溶融温度を有する。結果として、はんだ１８が非濡れ性はんだ接触層３２と接触するとき、はんだ１８は溶融する。したがって、溶融はんだ１９は非濡れ性はんだ接触層３２ならびに加工物１４、１６と接触する。しかしながら、従来技術のはんだごて先端部と違って、溶融はんだ１９は非濡れ性はんだ接触層３２を濡らさない。換言すれば、非濡れ性はんだ接触層３２と接触している溶融はんだ１９の小滴の接触角は約９０度より大きく、例えば１８０度に近づく。したがって、溶融はんだ１９は非濡れ性はんだ接触層３２に認め得るほどに粘着しない。
【００３２】
次に図３を参照すると、別の実施形態では、はんだごて先端部２２は、支持構造体３０の少なくとも一部分を覆う保護層３４を備える。この非濡れ性はんだ接触層３２は、この保護層３４と熱連通しており、支持構造体３０の少なくとも一部分を覆う。一実施形態では、この保護層３４は、支持構造体３０と非濡れ性はんだ接触層３２の間に置かれ、それらと直接的にかつ連続して接触していることができる。この保護層３４は、支持構造体３０から非濡れ性はんだ接触層３２に熱を伝達するようになされている。この保護層３４は、図２に示すように、溶融はんだ１９が支持構造体３０に直接接触するのを防止するようにもなされている。
【００３３】
前に述べたように、溶融はんだが化学的に銅を含む他の金属を攻撃し劣化させることが知られている。はんだごて先端部２２の使用または酷使に起因する擦り傷、割れ、または擦り減らされた領域などから、非濡れ性はんだ接触層３２内に開口部が形成される事象では、例えば、銅熱伝達コアは破壊されない。その場合は、非濡れ性はんだ接触層３２ははんだごて先端部２２の有用性を延長させるように再加工するまたは矯正することができる。一実施形態では、この保護層３４は、ニッケルまたはニッケル合金を備える。この保護層３４は、支持構造体３０の熱膨張率と非濡れ性はんだ接触層３２の熱膨張率の間の中間の熱膨張率を与えることによって、非濡れ性はんだ接触層３２の支持構造体３０への結合を促進させることもできる。
【００３４】
再度図１を参照すると、本明細書で説明されるようなはんだ付けシステム１０の実施形態は、欠陥のある接合部のパーセントを減少させ、その結果それらを再加工する必要性をなくすことによって、コストを低減することができる。一実施形態では、このシステム１０は、コストを低減し、様々な電子構成部品を接続するために作られる接合部の品質を改善するようになされる。このはんだ付けシステム１０の一態様は、各接合部１２内のはんだ１８の量、ならびに各接合部１２に加えられる熱の正確かつ繰り返し可能な制御を可能にする。分配器２６から計量分配されるはんだ１８の量は、接合部１２を形成するはんだの量とほとんど同じであることは理解されるであろう。したがって、多くの接合部を各接合部１２内のはんだ１８の量が実質的に同じになるように作ることができる。例えば、非濡れ性はんだ接触層３２にほとんどまたは全くはんだが粘着しないので、第１の接合部内のはんだ１８の量は第２の接合部内のはんだ１８の量とほぼ同じであることができる。結果として、過剰なはんだの消費量を減らすまたはなくすことができ、その上、はんだごて先端部２２と加工物１４、１６の間の接触時間はより精密に制御され、その結果温度に敏感な加工物の起こり得る劣化を防止することができる。
【００３５】
したがって、使用では、支持構造体３０および非濡れ性はんだ接触層３２を備えるはんだごて先端部２２を有するこのはんだ付けシステム１０は、第１の加工物１４と第２の加工物１６間に接合部１２を形成するために、制御された量のはんだ１８を付着させる。その目的のために、本発明の方法は、はんだごて先端部２２と動作的に連通する分配器２６にはんだ１８を供給することを含む。この分配器２６は、計量分配される量のはんだ１８を加工物１４、１６のうちの１つまたは両方に近接してはんだごて先端部２２に計量分配する。この方法は、非濡れ性はんだ接触層３２と加工物１４、１６のうちの１つまたは両方と接触している溶融はんだ１９を形成するために、計量分配されたはんだ１８をはんだごて先端部２２を介して伝導される熱によって少なくともその溶融温度に加熱することをさらに含む。次いではんだごて先端部２２は後退させられ、計量分配されたはんだが冷却し、加工物１４、１６の間に接合部１２を形成するままにさせ、計量分配されたはんだは後退したはんだごて先端部２２に実質的に全く粘着せず、すなわち、後退したはんだごて先端部２２は実質的に溶融はんだ１９がない。このプロセスは、新たな加工物について繰り返すことができ、各々の形成される接合部は、実質的に同じ量のはんだを含む。
【００３６】
本発明を様々な好ましい実施形態の説明によって示し、かつこれらの実施形態をある程度詳細に説明してきたが、添付の特許請求の範囲の範囲をそのような詳細に制限する、またはいかなる形でも限定することは出願人の意図ではない。追加の利点および改変を当業者は容易に思い付くであろう。本発明の様々な特徴は、使用者の必要性および好みに応じて単独であるいは多数の組合せで使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】エネルギ発生システムと連通するはんだごて先端部の一実施形態の部分横断面図である。
【図２】はんだ付けシステムの一実施形態の線図的斜視図である。
【図２Ａ】はんだごて先端部の一実施形態の部分横断面図である。
【図３】はんだごて先端部の別の実施形態の部分横断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【外国語明細書】
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