(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント基板の配線電極上に電子部品のリード端子を設置し、該リード端子の設置部分にレーザ光を照射すると共に、不活性ガスあるいは還元性ガスよりなる加熱されたシールドガスを吹き付けてはんだ付けを行う電子部品のはんだ付け方法において、
前記レーザ光の光軸を前記シールドガスの吹き出し口内に配置し、
前記シールドガスの吹き出し口内に、前記レーザ光が通過する開口を有する内側ノズルを配置し、
前記内側ノズルの外周面と、前記シールドガスの吹き出し口内周面との間に、ヒータを配置して加熱シールドガス供給路とし、
前記シールドガスの吹き出し口内の前記レーザ光の進行経路と実質的に干渉しない位置に、前記シールドガスが通過可能な蓄熱材を設け、
前記シールドガスの一部を前記内側ノズル内に導入し、前記開口を通して前記吹き出し口から流出させ、
前記シールドガスの残部を前記加熱シールドガス供給路に導入し、前記シールドガスの吹き出し口を通して流出させることを特徴とする電子部品のはんだ付け方法。
【請求項２】
前記蓄熱材が金属の多孔質メッシュである請求項１記載の電子部品のはんだ付け方法。
【請求項３】
前記シールドガスの吹き出し口の形状を細長いスリット状にすると共に、前記レーザ光を線状ビームとなるように集光させつつ、前記シールドガスの吹き出し口内を通過させて照射する請求項１又は２記載の電子部品のはんだ付け方法。
【請求項４】
プリント基板の配線電極上に設置された電子部品のリード端子の配列方向に合わせて、前記シールドガスの吹き出し口を回転させると共に、前記レーザ光の線状ビームも該吹き出し口と一緒に回転させる請求項３記載の電子部品のはんだ付け方法。
【請求項５】
プリント基板の配線電極上に電子部品のリード端子を設置し、該リード端子の設置部分を加熱してはんだ付けする電子部品のはんだ付け装置において、
レーザ光を集光して所定箇所に照射するレーザ光照射手段と、
不活性ガスあるいは還元性ガスよりなる加熱されたシールドガスを所定箇所に吹き付けるシールドガス吹き付け手段とを備え、
前記レーザ光の光軸が前記シールドガスの吹き出し口内に配置され、
前記シールドガスの吹き出し口内に、前記レーザ光が通過する開口を有する内側ノズルが配置され、かつ、前記内側ノズルの外周面と、前記シールドガスの吹き出し口内周面との間にヒータが配置されて加熱シールドガス供給路をなし、前記シールドガスの一部が前記内側ノズル内に導入されて、前記開口を通して前記吹き出し口から流出し、前記シールドガスの残部が前記加熱シールドガス供給路に導入されて、前記シールドガスの吹き出し口を通して流出するように構成され、
前記不活性ガスの吹き出し口内の前記レーザ光の進行経路と実質的に干渉しない位置に、前記シールドガスが通過可能な蓄熱材が設けられていることを特徴とする電子部品のはんだ付け装置。
【請求項６】
前記蓄熱材が金属の多孔質メッシュである、請求項５記載の電子部品のはんだ付け装置。
【請求項７】
前記シールドガス吹き付け手段の吹き出し口が細長いスリット状をなし、前記レーザ光照射手段は、レーザ光を線状ビームとなるように集光させる集光手段を有し、この集光手段によって形成される線状ビームの光軸が前記シールドガス吹き付け手段の吹き出し口内に配置されている請求項５又は６記載の電子部品のはんだ付け装置。
【請求項８】
前記シールドガス吹き付け手段の吹き出し口と、この吹き出し口内に光軸を有する前記線状ビームとを、一緒に回転させる回転手段を有する請求項７記載の電子部品のはんだ付け装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品をプリント基板に表面実装するためのはんだ付け方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリント基板などに搭載される表面実装用の電子部品としては、ＱＦＰ（Quad Flat Package) タイプやＳＯＰ(Small Outline Package) タイプなどのフラットパッケージＩＣ（以下ＦＰＩＣという）がある。
【０００３】
これらの電子部品のリード端子とプリント基板側の配線電極との接続は、はんだ付けなどの方法により行われる。通常、はんだ付けの方法としては、量産が可能なリフロー炉による処理が主流を占めている。また、リフロー炉による処理のできない電子部品の場合は、後付け工程ではんだゴテ、光ビーム、熱風、あるいはレーザ光などによる方法が行われる。
【０００４】
また、はんだ付け部へのはんだ材の供給方法としては、予めプリント基板の配線パターン上にはんだペーストをスクリーン印刷しておく方法や、微小量の塗布が繰り返し可能なディスペンサーによる方法や、はんだワイヤを自動供給する方法などがある。
【０００５】
更に、はんだ付け時には、はんだ材とともにフラックスが使用される。はんだ接合のメカニズムは、加熱時にフラックスがまず先に溶解し、接合部表面の酸化膜を化学的に剥離する。そして、その表面上で溶けたはんだがぬれ広がり、電子部品のリード端子とプリント基板の配線電極とがはんだ材を介して接合されるのである。
【０００６】
一方、特開昭６１−２５３１７０号公報には、レーザ発生源と、該発生源から発生されるレーザ光をはんだと被加工物とで構成される被接合部位に照射するためのレーザ照射部とを少なくとも備え、該レーザ光の照射によって被接合部位から発生する光遮蔽物を除去するためのガス吐出手段を更に設けたことを特徴とするレーザはんだ付け装置が開示されている。また、レーザ光照射ノズルにガスを導入して、レーザ光の出射口と、ガス吐出口とを共用させた実施態様が示されている。また、光遮蔽物を除去するためのガスとして加熱空気を用いると、はんだ付け効率やはんだ品質の向上に有効であるとともに、不活性ガスを用いると、はんだ付け最中のはんだの酸化によるはんだ付け品質の劣化防止に有効であることが記載されている。
【０００７】
また、特開平５−１０４２７９号公報には、キセノンランプ又はＹＡＧレーザ発振器などの発光部と、前記発光部の光の集光部を有する集光手段を備え、前記集光部の近傍に位置させたはんだ付け部などの被加熱物に集光した光を照射して、前記被加熱物を加熱、溶融する光加熱装置であって、前記被加熱物の周辺の雰囲気の酸素濃度を５％以下とする不活性ガスあるいは還元性ガスよりなるシールドガスの供給手段を備えた光加熱装置が開示されている。また、シールドガスのガスノズルを通して、集光手段によって集光されたレーザ光を照射する実施態様が示されている。また、ガス温度調整器を使用し、シールドガスを加熱して用いることにより、はんだ付け部を予熱することが記載されている。
【０００８】
上記の特開昭６１−２５３１７０号および特開平５−１０４２７９号の各公報には、レーザ光の照射と、加熱された不活性ガス等の吹き付けとを併用して、はんだ付けを行う方法が示されている。
【０００９】
更にまた、特開平５−９２２７５号公報には、はんだ付けされる基板をプリヒートする際に均一な温度分布を得るための加熱装置として、本体ケースの一側に空気吹き込み口が設けられ、本体ケースの内部にヒータが設けられ、本体ケースの他側の開口に、触媒用多孔質材にて形成された熱風吹き出し板が設けられた加熱装置が開示されている。また、触媒用多孔質材として、ウレタンフォームを基材とした三次元網状の骨格構造を有する材料を用いた実施態様が示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このような電子部品のはんだ付け方法では、フラックスの溶融、蒸発時と、はんだ溶融時において、溶融したはんだの内部の気泡（ガス）が膨脹して破裂するために、その際はんだが微小粒子となって飛び散りやすい。このはんだボールが付着したプリント基板をそのまま使用すると、何らかの振動等によりはんだボールが落下、あるいは移動して、他の接続配線部に入り込み、短絡などの原因となり、プリント基板の信頼性を損なうことになる。
【００１１】
また、従来のリフロー炉による処理の場合は、はんだボールやフラックス残渣などは、次の洗浄工程で除去されてきた。しかし、最近では、フロンなどによる洗浄は環境問題を招くことが指摘され、洗浄工程を省略することが多くなってきた。このため、はんだボールの発生を効果的に抑制できるはんだ付け技術の開発が望まれていた。
【００１２】
更に、リフロー炉による処理ができない後付け部品のはんだ付けでは、例えば、はんだゴテ、光ビーム、熱風、レーザ光などにより局所加熱することが行われているが、はんだ付け部の温度急上昇などの影響で、はんだボールの発生がより多くなることもあった。
【００１３】
一方、特に、上記の特開平５−１０４２７９号公報には、レーザ光の照射に、不活性ガスあるいは還元性ガスよりなる加熱されたシールドガスの吹き付けを併用することにより、はんだボールの発生を防止できることが示されているが、加熱ガスがノズルの先端から単純に吐出されるので、加熱される範囲の温度分布は中央部の温度が高く、周辺へ広がるにつれて温度は次第に低くなるような山型の温度分布となる。
【００１４】
これによって、例えば、ＳＯＰの多数のリード端子を相対的に移動させながらはんだ付けするような場合に接合箇所の温度分布が不均一になりやすく、はんだボールが部分的に発生したり、あるいはぬれ性が不足したりするという問題点があった。
【００１５】
また、連続的にリフロー炉による処理のできない電子部品の後付け工程においては、加熱ガスをＯＮ／ＯＦＦすることがあるが、この場合、加熱ガスをＯＦＦしたときに雰囲気温度の低下が速く、再度、加熱ガスをＯＮしたときの温度回復に時間がかかるので、はんだ付けの処理時間が長くなるという問題点もあった。
【００１６】
更に、特開平５−９２２７５号公報の従来技術においては、はんだ付けされる基板を均一に予熱できるものの、リフロー炉による処理において予め基板全体を加熱する方法であるため、接合箇所を局所加熱する場合には直接適用できないという問題点があった。
【００１７】
本発明は、以上の問題点を鑑みなされたもので、電子部品のはんだ付け部周辺に付着するはんだボールの発生を抑え、かつ、ぬれ性良好なはんだ付け部を得ることができ、しかも、加熱ガスをＯＮ／ＯＦＦさせた場合にも短時間ではんだ付けが可能な、電子部品のはんだ付け方法及びその装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の電子部品のはんだ付け方法は、プリント基板の配線電極上に電子部品のリード端子を設置し、該リード端子の設置部分にレーザ光を照射すると共に、不活性ガスあるいは還元性ガスよりなる加熱されたシールドガスを吹き付けてはんだ付けを行う電子部品のはんだ付け方法において、前記レーザ光の光軸を前記シールドガスの吹き出し口内に配置し、前記シールドガスの吹き出し口内に、前記レーザ光が通過する開口を有する内側ノズルを配置し、前記内側ノズルの外周面と、前記シールドガスの吹き出し口内周面との間に、ヒータを配置して加熱シールドガス供給路とし、前記シールドガスの吹き出し口内の前記レーザ光の進行経路と実質的に干渉しない位置に、前記シールドガスが通過可能な蓄熱材を設け、前記シールドガスの一部を前記内側ノズル内に導入し、前記開口を通して前記吹き出し口から流出させ、前記シールドガスの残部を前記加熱シールドガス供給路に導入し、前記シールドガスの吹き出し口を通して流出させることを特徴とする。
【００１９】
本発明のはんだ付け方法によれば、不活性ガスあるいは還元性ガスよりなる加熱されたシールドガスが、吹き出し口の手前で蓄熱材を通過することで保温、蓄熱される。これによって、吹き出し温度やガス圧力が均一化されるので、接合箇所を均一に加熱することが可能となり、これによって、はんだボールの発生が抑制され、はんだのぬれ性が向上する。
【００２０】
また、連続的にリフロー炉による処理のできない電子部品の後付け工程において加熱ガスをＯＮ／ＯＦＦする場合にも、蓄熱材の保温・蓄熱効果により、加熱ガスをＯＦＦしたときの雰囲気ガスの温度の低下が少なく、再度、加熱ガスをＯＮしたときに速やかにはんだ付け処理を行うことができる。
【００２１】
本発明のはんだ付け方法においては、前記蓄熱材が金属の多孔質メッシュであることが好ましい。これによれば、金属は熱伝導性に優れ、しかも多孔質メッシュによって大きな接触面積が確保されるので、より優れた保温性、蓄熱性を得ることができる。
【００２２】
また、前記シールドガスの吹き出し口の形状を細長いスリット状にすると共に、前記レーザ光を線状ビームとなるように集光させつつ、前記シールドガスの吹き出し口内を通過させて照射することが好ましい。これによれば、電子部品から突出する複数のリード端子の列に沿って一度にシールドガスを吹き付けて予熱又は余熱し無酸化雰囲気を形成することができ、その状態でリード端子の列に沿って一度にレーザ光を照射できるので、複数のリード端子を同時に加熱して、短時間で効率よくはんだ付けすることができ、はんだ付けの作業性をより向上することができる。
【００２３】
更に、プリント基板の配線電極上に設置された電子部品のリード端子の配列方向に合わせて、前記シールドガスの吹き出し口を回転させると共に、前記レーザ光の線状ビームも該吹き出し口と一緒に回転させることが好ましい。これによれば、リード端子が電子部品のチップの縦辺と横辺の両方から出ているような場合でも、電子部品等の設置方向を変更せずに、シールドガスの吹き出し口及びレーザ光の線状ビームを回転させるだけで、はんだ付け作業を行うことができる。
【００２４】
一方、本発明の電子部品のはんだ付け装置は、プリント基板の配線電極上に電子部品のリード端子を設置し、該リード端子の設置部分を加熱してはんだ付けする電子部品のはんだ付け装置において、レーザ光を集光して所定箇所に照射するレーザ光照射手段と、不活性ガスあるいは還元性ガスよりなる加熱されたシールドガスを所定箇所に吹き付けるシールドガス吹き付け手段とを備え、前記レーザ光の光軸が前記シールドガスの吹き出し口内に配置され、前記シールドガスの吹き出し口内に、前記レーザ光が通過する開口を有する内側ノズルが配置され、かつ、前記内側ノズルの外周面と、前記シールドガスの吹き出し口内周面との間にヒータが配置されて加熱シールドガス供給路をなし、前記シールドガスの一部が前記内側ノズル内に導入されて、前記開口を通して前記吹き出し口から流出し、前記シールドガスの残部が前記加熱シールドガス供給路に導入されて、前記シールドガスの吹き出し口を通して流出するように構成され、前記不活性ガスの吹き出し口内の前記レーザ光の進行経路と実質的に干渉しない位置に、前記シールドガスが通過可能な蓄熱材が設けられていることを特徴とする。
【００２５】
本発明のはんだ付け装置によれば、不活性ガスあるいは還元性ガスよりなる加熱されたシールドガスが、吹き出し口の手前で蓄熱材を通過することで保温、蓄熱される。これによって、吹き出し温度やガス圧力が均一化されるので、接合箇所を均一に加熱することが可能となり、これによって、はんだボールの発生が抑制され、はんだのぬれ性が向上する。
【００２６】
また、連続的にリフロー炉による処理のできない電子部品の後付け工程において加熱ガスをＯＮ／ＯＦＦする場合にも、蓄熱材の保温・蓄熱効果により、加熱ガスをＯＦＦしたときの雰囲気ガスの温度の低下が少なく、再度、加熱ガスをＯＮしたときに速やかにはんだ付け処理を行うことができる。
【００２７】
本発明のはんだ付け装置においては、前記蓄熱材が金属の多孔質メッシュであることが好ましい。これによれば、金属は熱伝導性に優れ、しかも多孔質メッシュによって大きな接触面積が確保されるので、より優れた保温性、蓄熱性を得ることができる。
【００２８】
また、前記シールドガス吹き付け手段の吹き出し口が細長いスリット状をなし、前記レーザ光照射手段は、レーザ光を線状ビームとなるように集光させる集光手段を有し、この集光手段によって形成される線状ビームの光軸が前記シールドガス吹き付け手段の吹き出し口内に配置されていることが好ましい。これによれば、電子部品から突出する複数のリード端子の列に沿って一度にシールドガスを吹き付けて予熱又は余熱し無酸化雰囲気を形成することができ、その状態でリード端子の列に沿って一度にレーザ光を照射できるので、複数のリード端子を同時に加熱して、短時間で効率よくはんだ付けすることができ、はんだ付けの作業性をより向上することができる。
【００２９】
また、前記シールドガス吹き付け手段の吹き出し口と、この吹き出し口内に光軸を有する前記線状ビームとを、一緒に回転させる回転手段を有することが好ましい。これによれば、リード端子が電子部品のチップの縦辺と横辺の両方から出ているような場合でも、電子部品等の設置方向を変更せずに、シールドガスの吹き出し口及びレーザ光の線状ビームを回転させるだけで、はんだ付け作業を行うことができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１〜３には、本発明のはんだ付け装置の一実施形態が示されている。
【００３１】
図１は本発明によるはんだ付け装置の一実施形態を示す概略構成図であり、図２は本発明によるはんだ付け装置におけるガスノズル近傍の部分拡大断面図であり、図３は図２の底面図である。
【００３２】
図１において、ＹＡＧレーザ等のレーザ発振器１は、光ファイバ２を介して集光ユニット３に接続されており、これらが本発明におけるレーザ光照射手段を構成している。レーザ発振器１で出力されたレーザ光４は、光ファイバ２を通して伝送され、集光ユニット３を通して集光される。
【００３３】
集光ユニット３のレーザ光出射面には、ガスノズル１１が取付けられている。この場合、加熱されたシールドガスの熱が、集光ユニット３側に伝導して熱くならないように、接続境界部にはエアギャップが設けられ、更に断熱材、例えば「デュロストーン」（商品名、ロッシェリンググループ製）が介装されて、熱絶縁がなされている。
【００３４】
図２に示すように、ガスノズル１１の内径側には内側ノズル１０１が設けられており、ガスノズル１１の集光ユニット３側の端面は、レーザ光を透過する透明パネル１９で覆われ、ガスノズル１１の反対側の端面には、シールドガスの吹き出し口を有するノズルチップ１６が取付けられている。
【００３５】
また、図３に示すように、ノズルチップ１６内には、リング状をなす蓄熱材１７が配置されており、レーザ光の進行経路が蓄熱材１７と実質的に干渉しないように中央にレーザ光通過穴１８が設けられている。そして、図２に示すように、内側ノズル１０１のノズルチップ１６側の端部１０１Ａは、ノズルチップ１６側に向かって閉じる円錐状に形成されるとともに、その先端部に蓄熱材１７のレーザ光通過穴１８と同軸で、かつ、同じ内径の開口部が設けられており、この開口部と蓄熱材１７の集光ユニット３側の端面が接するようにして蓄熱材１７が配設されている。
【００３６】
ガスノズル１１の周面の１箇所には、窒素ガス等のシールドガス１４を導入する導入口１３が形成されている。また、ガスノズル１１と内側ノズル１０１との間の空間１１１には、電気ヒータ１２と加熱温度を検出し制御するための図示しない熱電対とが配置されており、上記導入口１３から空間１１１内に導入されたシールドガス１４を加熱して高温シールドガス１５とし、この高温シールドガス１５をノズルチップ１６内に配置された蓄熱材１７を通して噴出するようになっている。また、前記集光ユニット３を通して集光されたレーザ光は、蓄熱材１７に設けられたレーザ光通過穴１８を通って出力されるようになっている。
【００３７】
また、内側ノズル１０１の集光ユニット３側の端部１０１Ｂは集光ユニット３側に向かって開く円錐状に形成されるとともに、その先端部がガスノズル１１の内周面と接するように形成されているが、端部１０１Ｂのうち導入口１３の近傍部分のみは図２に示すように切り欠き部１０２が設けられており、導入口１３から流入するシールドガス１４の一部は切り欠き部１０２を介して内側ノズル１０１の内径側の空間１１２内に流入し、レーザ光通過穴１８を通して、加熱されないシールドガス１４Ａとして流出するようになっている。なお、このレーザ光通過穴１８を通して流出する加熱されないシールドガス１４Ａの流量は微量でよく、レーザ光の通過する空間１１２が若干の正圧になり、蓄熱材１７を通して噴出された高温シールドガス１５が空間１１２内に逆流してこないようにすることができればよい。
【００３８】
なお、内側ノズル１０１の形状は、図２に示される形状に限定されるものではなく、その外周面とノズル１１の内周面との間に電気ヒータ１２および熱電対を収納するための空間１１１が形成されるともに、その内径側にレーザ光が通るための空間１１２が形成され、導入口１３から流入するシールドガス１４が空間１１１と空間１１２とに分流するようになっていればよい。
【００３９】
一方、プリント基板８の表面には配線電極９が形成されており、例えばＦＰＩＣ（フラットパッケージＩＣ）などの電子部品５のリード端子６が、上記配線電極９の対応する部分に当接するように設置されている。配線電極９のはんだ付け部分には、はんだペーストをスクリーン印刷してなるはんだ層７が予め形成されている。そして、リード端子６と、はんだ層７と、配線電極９とが上下に当接し合った部分が、はんだ付けすべき接合箇所１０をなしている。
【００４０】
次に、上記はんだ付け装置を用いた本発明のはんだ付け方法の一実施形態を説明する。
【００４１】
電子部品５の両側から延出する複数本のリード端子６を、プリント基板８の配線電極９の対応する部分に当接するように位置決めして、電子部品５をプリント基板８上に載置しておく。なお、配線電極９のはんだ付けすべき箇所には前記はんだ層７が形成されており、リード端子６は、このはんだ層７を介して配線電極９上に載置される。また、はんだ層７のはんだ材としては、通常使用される共晶はんだ（Ｐｂ−Ｓｎ）や、鉛フリーはんだなど、電子部品用のはんだ材が用いられる。
【００４２】
この状態で、導入口１３から窒素ガス等のシールドガス１４をガスノズル１１内に導入する。シールドガス１４は、ガスノズル１１内に配置された電気ヒータ１２によって好ましくは５０〜３００℃、より好ましくは１５０〜２５０℃に加熱されて高温シールドガス１５となり、この高温シールドガス１５が、蓄熱材１７及びレーザ光通過穴１８を通して、接合箇所１０に吹き付けられる。なお、このときの高温不活性ガス１５の噴出圧は０．０１〜０．５ＭＰａ、流速は０．５〜１０ＮＬ（リットル）／分（ワークの大きさによる）が好ましい。
【００４３】
ここで、本発明においては、この蓄熱材１７の存在により、高温シールドガス１５が均一なガス流速、温度となって吐出されるので、接合箇所１０において、均一な圧力、温度を得ることが可能になる。これにより、接合箇所１０を均一に予熱することが可能となるので、はんだボールの発生が抑制され、はんだのぬれ性が向上する。
【００４４】
蓄熱材１７としては、蓄熱性がある材質であって高温シールドガス１５が蓄熱材１７中を通過可能であり、高温に耐える耐熱温度を有しているものが使用可能であるが、セラッミクス、樹脂等よりも熱伝導性に優れる金属の多孔質メッシュであることが好ましい。また、金属としては、熱伝導率、耐熱性、強度、コスト等の点からステンレスを用いることが好ましいが、他にハステロイ、モネルなどの特殊合金なども使用できる。
【００４５】
このような蓄熱材１７としては、例えばμｍ単位の精密な孔が均一に分布したステンレス板等が挙げられる。このような金属の多孔質メッシュは、多孔質金属プレートという名称で、例えばグローバル電子工業株式会社等より、ろ過、空気流動、発泡、通気、消音の目的で市販されているものが好適に使用できる。
【００４６】
また、ノズルチップ１６の吹き出し口の形状は必ずしも図３のような円形でなくともよい。ノズルチップ１６の吹き出し口の大きさは、はんだ付けすべき電子部品の大きさ、形状によって適宜選択すればよいが、通常は、図３における内径ａが円に換算した直径で１０ｍｍ以上であることが好ましい。
【００４７】
また、レーザ光通過穴１８は、レーザ光が蓄熱材１７に遮断されないように開口されていれば穴径は小さい程よく、例えば、その内径ｂがφ３〜５ｍｍであることが好ましい。
【００４８】
以上のように、高温シールドガス１５によって、接合箇所１０を均一に予熱又は余熱した後、レーザ発振器１からのレーザ照射を行う。
【００４９】
すなわち、レーザ発振器１で出力されるレーザ光４は、光ファイバ２を通して集光ユニット３に導入され、集光ユニット３内に配置されたレンズによって集光されて、ガスノズル１１の内部を通り、ノズルチップ１６の吹き出し口の蓄熱材１７のレーザ通過穴１８から出射して、接合箇所１０、特にはリード端子６に局所的に照射される。
【００５０】
その結果、レーザ光４が照射された部分を中心としてはんだ層７が溶融してぬれ広がり、リード端子６と配線電極９とをはんだ付けする。なお、リード端子６及び配線電極９の表面の酸化膜は、高温シールドガス１５の吹き付けとレーザ光４の照射とフラックスとによって、はんだ付け前に焼失、除去される。また、レーザ光４が照射される部分は、高温シールドガス１５が吹き付けられる領域となっているので、加熱部分が常にシールドガスでシールドされ、酸化等が防止される。
【００５１】
更に、レーザ光４の光軸が高温シールドガス１５のノズルチップ１６の吹き出し口内に配置されているので、レーザ光４によって高温シールドガス１５の吹き付け方向を目視で確認することができ、位置調整がしやすい。また、高温シールドガス１５の吹き付け方向とレーザ光４の光軸とが同じになるので、高温シールドガス１５のガス流が電子部品５によって影響を受けない角度、例えば垂直方向等から吹き付けることができる。
【００５２】
また、本発明においては、蓄熱材１７の存在により、高温シールドガス１５が均一なガス流速、温度となって吐出されるので、接合箇所１０において、均一な圧力、温度を得ることが可能になる。これにより、接合箇所１０を均一に予熱することが可能となるので、はんだボールの発生が抑制され、はんだのぬれ性が向上する。
【００５３】
更にまた、蓄熱材１７の蓄熱効果によって、連続的にリフロー炉による処理のできない、電子部品の後付け工程において加熱ガスをＯＮ／ＯＦＦする場合にも、蓄熱材１７の保温・蓄熱効果により、加熱ガスをＯＦＦしたときの雰囲気ガスの温度の低下が少なく、再度、加熱ガスをＯＮしたときの温度回復が速くなるので、短時間ではんだ付けを行うことができる。
【００５４】
なお、上記レーザ光４の出力は特に限定されないが、通常１〜４０Ｗ（ワークの種類、大きさによる）が好ましい。
【００５５】
また、ＹＡＧレーザ等を用いたレーザ発振は、通常、連続発振（ＣＷ）で行われているが、レーザ出力をパルス化することもできる。このように、レーザ出力をパルス化すると、レーザ光がＯＮのときに溶融、ＯＦＦのときに冷却となる。また、このパルスの繰り返し周波数（Ｈｚ）、あるいはパルスＯＮ時間の設定により、はんだの溶融温度が制御しやすくなるため、急激な温度上昇が抑えられ、はんだボールが発生するのを抑制して、はんだ付け部の品質を向上させることができる。
【００５６】
なお、レーザ出力をパルス化するための内部シャッターとしては、メカシャッターでＯＮ、ＯＦＦするもの、電気的シャッターでＯＮ、ＯＦＦするものなどがある。
【００５７】
また、レーザ発振器としては、ＹＡＧレーザに限らず、熱エネルギー加工が可能であれば、他のレーザを使用することもできる。また、通常のＣＷ・ＹＡＧレーザであってもよいが、パルス出力させる場合には市販のノーマルパルスＹＡＧレーザを使用することもできる。ノーマルパルスＹＡＧレーザは、ピーク出力が高いため、はんだ付けに使用されたことはなかったが、レーザの出力（平均出力、パワー密度、エネルギー密度）を極めて低く抑えることによって、はんだ付け用レーザへの転用が可能である。
【００５８】
更に、前記実施形態では、レーザ光の伝送手段として光ファイバを用いたが、伝送手段はこれに限るものではなく、例えば空中伝送（例えばミラーによる反射の伝送）などの手段を用いることもできる。
【００５９】
更にまた、シールドガスとしては、不活性ガスあるいは還元性ガスのいずれでもよい。また、シールドガスとして用いる不活性ガスは、上述の窒素ガスに限らず、無酸化ガスであるヘリウムガス、アルゴンガスでもよい。また、シールドガスとして用いる還元性ガスは、例えば水素ガスでもよく、また、上記のような窒素ガス等の不活性ガスと水素ガス等の還元性ガスとの混合ガスでもよい。
【００６０】
更にまた、プリント基板にはんだ付けする電子部品としては、ＦＰＩＣに限らず、その他のＩＣ、チップ抵抗器、電解コンデンサなどに適用することも可能である。
【００６１】
なお、本発明においては、高温シールドガスの出力（熱エネルギー）を、レーザ光の出力（熱エネルギー）よりも大きくし、はんだ付け部分を高温シールドガスによって主として加熱し、レーザ光の照射による加熱を補助的に用いてはんだ付けを行ってもよい。
【００６２】
すなわち、例えば図１において、プリント基板８上へＦＰＩＣ等の電子部品５のはんだ付けする場合、高温シールドガス１５を接合箇所１０に直接吹き付けて、はんだの溶融温度よりも１００〜１０℃低い温度、より好ましくは７０〜２０℃低い温度まで加熱しておき、その状態で補助的にレーザ光を照射してはんだを溶融させ、はんだ付けを行うことができる。このようなはんだ付けを行うと、高温シールドガスによって均一に加熱された領域のうち、接合箇所の中心部にレーザ光を照射することによって局所的に迅速に高温となるため、より速いはんだ付けが可能となり、熱エネルギーが無駄なく効率よく利用される。また、接合箇所１０を過度に加熱してしまうことが防止され、はんだボールの発生を抑制し、はんだのぬれ性も向上させることができる。
【００６３】
図４、５には、本発明のはんだ付け装置の他の実施形態が示されている。図４は本発明のはんだ付け装置の他の実施形態を示す集光ユニット近傍の部分拡大斜視図であり、図５は図４におけるノズルチップの底面図である。
【００６４】
このはんだ付け装置は、集光手段としてシリンドリカルレンズ２５を用い、集光ユニット２３で、コリメートされた円形断面のレーザ光２４を、シリンドリカルレンズ２５により集光して横断面が線状のレーザ光２６にしている。
【００６５】
ノズルチップ２８は、その横断面形状が長方形状をなす直方体で構成されており、ノズルチップ２８内には蓄熱材２９が配置されている。さらに、図５に示すように、蓄熱材２９の中央には、線状のレーザ光２６の進行経路が蓄熱材２９と実質的に干渉しないように中央にスリット状のレーザ光通過穴３０が設けられ、高温シールドガス３１を蓄熱材２９及びレーザ光通過穴３０から吹き出すようにしている。そして、線状のレーザ光２６が、レーザ光通過穴３０の中央を通って高温シールドガス３１のガス吹き付け領域３２内の中央に照射されるようになっている。なお、上記の集光手段はシリンドリカルレンズに限定されるものではなく、レーザ光の横断面が線状となるように集光させるものであればよい。
【００６６】
上記ノズルチップ２８の吹き出し口の大きさは、はんだ付けすべき電子部品の大きさ、形状によって適宜選択すればよいが、通常は、図５における内径の幅ｃ（ｍｍ）および長さｄ（ｍｍ）は、例えばＦＰＩＣの片側１辺のサイズを幅Ｃ（ｍｍ）、長さＤ（ｍｍ）とすれば、ｃ≧Ｃ＋２、ｄ≧Ｄ＋２であることが好ましい。例えば、はんだ付けすべきＦＰＩＣであるＳＯＰ（Small Outline Package）のリードの片側１辺のサイズが幅３（ｍｍ）×長さ１８（ｍｍ）であるとき、上記吹き出し口のサイズを幅５（ｍｍ）×長さ２０（ｍｍ）とすることにより、ＳＯＰの片側１辺の幅および長さに対応させることができる。
【００６７】
このように、このはんだ付け装置を用いてはんだ付けする場合には、ノズルチップ２８から吹き出す高温シールドガス３１が、細長いガス吹き付け領域３２を形成し、ＳＯＰのリード端子の１辺分をガスシールドすることができる。この状態で線状のレーザ光２６を移動させながらリード端子に順次照射することにより、例えばＦＰＩＣの多数のリード端子の片側１辺を１度にはんだ付けすることができる。また、高温シールドガス３０のガス吹き付け領域３２内にレーザ光２６が照射されるので、無酸化雰囲気にて、かつ、予熱又は余熱された状態で、高速、高効率に、しかも高品質のはんだ付けが可能となる。
【００６８】
なお、線状のレーザ光２６を移動させるに伴ってガス吹き付け領域３２も移動するので、ガス吹き付け領域３２が１辺のリード端子の全てを常にガスシールドするわけではないが、実際上はこれで十分である。なお、ガス吹き出し口の長さをもっと長くして線状のレーザ光２６の移動に対して常に完全ガスシールドできるようにしてもかまわない。
【００６９】
図６には、本発明のはんだ付け装置の更に他の実施形態が示されている。同図に示すように、このはんだ付け装置は、図４に示したはんだ付け装置の構成において、シリンドリカルレンズ２５とガスノズル２７とノズルチップ２８とを一体化して、レンズ・ガスノズル・ユニット３３を構成し、図示しない駆動機構によって、このレンズ・ガスノズル・ユニット３３を、レーザ光軸３４を中心として回転可能な構造としたものである。
【００７０】
すなわち、シリンドリカルレンズ２５が、光軸３４を中心に任意の方向に回転することができ、そのときにガスノズル２７及びノズルチップ２８も一体となって同一方向に回転するようになっている。また、円形のレーザ光２４は、シリンドリカルレンズ２５で集光されて線状のレーザ光２６となり、最後に線状ビーム３５となって照射されるが、この線状ビーム３５も、シリンドリカルレンズ２５の回転により、同一方向に回転する。
【００７１】
したがって、電子部品、例えばＦＰＩＣの各辺からリード線が出ている場合でも、各辺の方向に合わせてレンズ・ガスノズル・ユニット３３を回転させることにより、細長の長方形状のガス吹き出し口及び線状ビーム３５を、各辺のリード線の配列方向に一致させることができる。
【００７２】
これにより、ＦＰＩＣの１つの辺から突出する複数のリード線の配列方向に沿うようにはんだ付けを行った後、それと直角方向の他の辺から突出する複数のリード線の配列方向に沿うように、レンズ・ガスノズル・ユニット３３を回転させてはんだ付けすることができ、この作業を繰り返すことによって、ＦＰＩＣの配置等を変えずに、全てのリード線を効率よくはんだ付けすることができる。
【００７３】
【実施例】
図１に示したはんだ付け装置を用い、プリント基板８の配線電極９上に載置されたＦＰＩＣからなる電子部品５のリード端子６を、配線電極９上に予め形成されたはんだ層７を介してはんだ付けした。なお、この実施例では、はんだ層７のはんだ材は、電子部品用のはんだ材のうち、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の鉛フリーはんだとした。このはんだ材の溶融温度は２２０〜２２１℃程度である。
【００７４】
シールドガス１４としては、窒素ガスを用い、この窒素ガスを電気ヒータ１２で２５０℃に加熱し、ノズルチップ１６の吹き出し口から、圧力０．２ＭＰａ、流速１．５ＮＬ／分の条件で吹き付けた。
【００７５】
また、ノズルチップ１６内には、蓄熱材１７として、材質ステンレス、空隙率３０％であって、厚さ５ｍｍ、直径１０ｍｍで中央に３ｍｍφのレーザ光通過穴１８を設けたリング状の金属の多孔質メッシュを配置した。
【００７６】
一方、レーザ発振器１としては、ＹＡＧレーザを用い、１０Ｗの出力のレーザ光を、０．３秒（リード端子当り）の条件で照射した。
【００７７】
はんだ付けに際しては、まず、上記シールドガス１４を吹き付けて、はんだ付けすべき箇所を上記はんだ層７の溶融温度よりも３０℃低い温度に加熱し、その状態で上記レーザ光をはんだ付けすべき箇所の中心にスポット的に照射してはんだを溶融させ、はんだ付けを行った。
【００７８】
その結果、はんだ付けの速度は１リード端子当り０．３秒で行うことが可能であり、はんだ付けしたプリント基板８上に、はんだボールの存在は皆無であった。
【００７９】
また、シールドガス１４の吹き付け方向と、レーザ光４の光軸とが一致しているので、加熱スポットを位置決めすることが容易であった。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電子部品のはんだ付けに際し、レーザ光と高温シールドガスとを併用し、レーザ光の光軸を高温シールドガスのガスノズルの吹き出し口内に配置すると共に、シールドガスの吹き出し口内の前記レーザ光の進行経路と実質的に干渉しない位置に、シールドガスが通過可能な蓄熱材を設けることによって、はんだボールの発生を抑え、かつ、ぬれ性良好なはんだ付け部を得ることができ、しかも、加熱ガスをＯＮ／ＯＦＦさせた場合にも短時間ではんだ付けを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるはんだ付け装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】  同はんだ付け装置におけるガスノズル近傍の部分拡大断面図である。
【図３】  図２の底面図である。
【図４】  本発明によるはんだ付け装置の他の実施形態を示す集光ユニット近傍の部分拡大斜視図である。
【図５】  図４におけるノズルチップの底面図である。
【図６】  本発明によるはんだ付け装置の更に他の実施形態を示す集光ユニット近傍の部分拡大斜視図である。
【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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【図６】
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