JPH06218534A - レーザ光加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プリント配線基板及び電子部品に熱的ストレ
スを与えることなく、半田付を行ったり、半田付された
電子部品を取り外す。 【構成】 レーザ光を出力するレーザ発振器１と、出力
レーザ光をレーザ発振器１から加熱対象部材４まで導く
光ファイバ部材２と、光ファイバ部材２で導かれたレー
ザ光を被加熱対象部材の対象部位へ集光する光学系３と
を含み、光ファイバ部材の対象部位側端部の断面形状
を、加熱対象部材４に所望する被加熱形状に合わせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザ光を熱源とする加
熱装置に係り、特に高密度の表面実装部品をプリント配
線基板にリフロー半田付するのに好適なレーザ光加熱装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子機器に対する小型高性能化の
要求に答えて、電子機器の実装密度の向上には著しいも
のがある。半導体集積回路の集積度の向上に伴い、ＬＳ
Ｉパッケージの端子数は増加し、端子ピッチは縮小する
傾向にあり、現在のカスタムＬＳＩでは、２５０ピン前
後の端子数と、０．５ｍｍの端子ピッチをもつＱＦＰ
（４方向端子型フラットパッケージ；ｑｕａｄ ｆｌａ
ｔ ｐａｃｋａｇｅ）型ＩＣが主流となりつつある。

【０００３】また、抵抗器やコンデンサなどの受動回路
部品においても、チップ部品が多用され、その大きさ
が、１．６ｍｍ×０．８ｍｍあるいは１．２５ｍｍ×
０．６ｍｍの品種（いわゆる１６０８部品や１２０６部
品）が使われ始めている。これらの部品を搭載するプリ
ント配線基板も、高密度実装に対応して、積層の多層
化、表面実装および配線パターンの高密度化が進んでい
る。

【０００４】このような微細な端子ピッチを持つ電子部
品を、プリント配線基板に半田付する場合には、従来か
らの半田槽を使用するフロー半田付法では、端子間に半
田ブリッジができて好ましくない。このため、予めプリ
ント配線基板の半田付箇所に、クリーム半田をスクリー
ン印刷しておき、接着剤で電子部品を仮止めした後、加
熱して半田を熔かして半田付するリフロー半田付法が採
用されている。

【０００５】このリフロー半田付法に用いられる加熱方
法には、プリント配線基板全体を加熱して半田付する一
括接続と、個々の電子部品毎に半田付する個別接続とが
ある。一括接続の加熱方法には、赤外線ランプ等から発
する赤外線を用いて加熱する赤外線リフローや、不活性
液体の飽和蒸気相の中にプリント配線基板を通して加熱
する蒸気相リフローや、熱風をプリント配線基板に吹き
付ける熱風リフローなどがある。また、個別接続の加熱
方法には、レーザ光を使うレーザ・リフローや、ヒータ
を接続部に当て、パルス電流を流すパルス・ヒートなど
がある。

【０００６】なお、従来プリント配線基板を修理するた
めに、電子部品を取り外す場合には、熱風を吹き付けて
加熱するか、取外し対象の電子部品形状に合わせた特殊
なコテ先を取り付けた半田ゴテで加熱する方法をとって
いた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
一括接続のリフロー半田付方法では、半田付対象の電子
部品やプリント配線基板全体が加熱されるために、電子
部品や基板に熱的ストレスが加えられていた。この熱的
ストレスは、電子部品やプリント配線基板を構成する各
種の部材の熱膨張率の違いから機械的ストレスとなり、
これらの電気的接続点の信頼度を低下させ、場合によっ
ては、電子部品が故障したり、プリント配線基板が断線
するという問題点があった。

【０００８】また、端子ピッチの縮小に対応して、プリ
ント配線基板の半田付ランドピッチ及びランド幅も縮小
され、この結果ランド間ブリッジを防止するために、半
田印刷の厚さは従来よりも薄くされることになる。この
ように、１つの半田付箇所の半田量が少なくなると、熔
融した半田のランドからの盛り上がりの高さも小さくな
る。このため、半田付時に加えられる熱によるプリント
配線基板の反りによる部品端子の平面からの浮き上がり
の高さが、溶融した半田のランドからの高さを超える確
率が高くなり、前記端子が半田付されないという不良が
発生するという問題点があった。

【０００９】また、故障した電子部品をプリント配線基
板から取り外して、新しい電子部品と交換する場合に
は、取外時および取付時の２回に亙って、プリント配線
基板の同じ箇所が長時間加熱されるために、熱的ストレ
スによるパターン剥離や周囲の電子部品の故障が生じや
すいという問題点があった。

【００１０】また、個別接続ができる加熱方法であるレ
ーザ・リフローや、パルス・ヒートなどでは、熱的スト
レスの問題は無いものの、半田付対象の電子部品の端子
１本毎に、レーザ照射や、パルス電流の印加を行ってい
たために、半田付に時間が掛かり過ぎて生産性が極端に
悪くなるという問題点があった。さらに、レーザ・リフ
ローや、パルス・ヒートでは、故障した電子部品を取り
外すことができないという問題点もあった。

【００１１】以上の問題点に鑑み、本発明の主要な課題
は、電子部品やプリント配線基板に与える熱的ストレス
を少なくして、高い信頼性を持つ半田付を行い、製品の
歩留まりを高めることである。また、本発明の別の課題
は、プリント配線基板や他の電子部品に与える熱的スト
レスを少なくして、故障した電子部品をプリント配線基
板から取り外すことである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明においては、レー
ザ光を出力するレーザ発振器と、出力レーザ光を前記レ
ーザ発振器から被加熱対象部材まで導く光ファイバ部材
と、光ファイバ部材で導かれたレーザ光を被加熱対象部
材の対象部位へ集光する光学系とを含み、前記光ファイ
バ部材の前記対象部位側端部の断面形状を、対象部材に
所望する被加熱形状に合わせることにより前記課題を解
決するものである。また、本発明においては、被加熱対
象部材が半田付対象部材であり、かつ被加熱部位が半田
付対象部位であることができる。

【００１３】

【作用】本発明のレーザ光加熱装置は、レーザ発振器に
よるレーザ光を熱源として、光ファイバ部材により、レ
ーザ光を半田付対象部品の半田付箇所まで導くととも
に、光ファイバ部材の半田付箇所側端部の形状を、半田
付対象部品の端子配列形状に合わせて成型することによ
り、半田付対象部品の端子部分のみを選択的に加熱する
ことができる。これにより、他の電子部品に熱的ストレ
スを加えることなく半田付することが可能となる。ま
た、故障した電子部品をプリント配線基板から取り外す
場合にも、他の電子部品に熱的ストレスを与えることな
く、故障部品を取り外すことができる。

【００１４】

【実施例】次に、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１（ａ）は、本発明のレーザ光加熱装置を半田
付装置に応用した第１の実施例の概略構成図である。同
図において、半田付の熱源であるレーザ発振器１から、
半田付対象部材である電子部品４まで、光ファイバ部材
である光ファイバ束２を用いてレーザ光を導く。光ファ
イバ束２の半田付対象側端部には、集光レンズを含む光
学系３が設けられており、半田付け箇所にレーザ光のエ
ネルギーを集中できるようになっている。レーザ発振器
１は、そのレーザ光出力を熱源として用いるので、発振
周波数の安定化や発振モードの制御は、簡略化すること
が可能である。

【００１５】図１（ａ）における光ファイバ束２のレー
ザ発振器１側の断面Ａ−Ａを同図（ｂ）に、また半田付
される電子部品４側の断面Ｂ−Ｂを同図（ｃ）に示す。
本実施例では、光ファイバ束２のレーザ発振器側の断面
形状を円形としたが、これに限定されず、レーザ発振器
１の光出力端子形状に合わせればよい。

【００１６】また、光ファイバ束２の電子部品４側の断
面形状を長方形としたが、光ファイバ束２は、多数の極
細い光ファイバを束ねた構造であるので、半田付される
電子部品４の端子形状に合わせて、種々の形状（例えば
円形、正方形など）に変化させることが可能である。

【００１７】図２は、レーザ光による半田付の様子を示
す図であるが、光学系３には、光ファイバ束２で導かれ
たレーザ光の焦点を、電子部品４の端子の半田付部位に
合わせるための焦点装置６と、その焦点ツマミ７とが設
けられている。この焦点ツマミ７は、左右に回転させる
ことにより、光学系３全体の水平を保ちつつプリント配
線基板表面からの高さを上下に調節できるものである。

【００１８】次に、本発明のレーザ光加熱装置を用いた
半田付方法について説明する。所要の配線パターンの形
成と所要の積層加工が施されたプリント配線基板は、半
田付されるランド部分以外にレジストがスクリーン印刷
される。次いで、半田付されるランド部分に、クリーム
半田がスクリーン印刷される。次に、端子部分が予備半
田メッキされた電子部品を、接着剤でプリント配線基板
に仮止めする。ここまでは、通常のリフロー半田付と同
じである。

【００１９】一方、半田付装置においては、半田付され
る電子部品の形状に、光ファイバ端部の形状を合わせ
る。次いで、本装置の光学系３を電子部品４が仮止めさ
れたプリント配線基板上にセットする。このとき、焦点
ツマミ７を調節して、レーザ光の焦点が、半田付箇所に
一致するように合わせる。この焦点合わせは、半田付さ
れる電子部品４の位置を認識して、本装置の光学系３ま
たはプリント配線基板の相互位置を合わせる機構と、連
動させてもよい。

【００２０】次いで、レーザ発振器１を発振させて、レ
ーザ光を電子部品４の半田付箇所に照射する。すると、
このレーザ光の熱により、スクリーン印刷された半田が
熔けて、前記電子部品４の端子が一括して半田付され
る。このとき、レーザ光は、半田付箇所のみに照射され
るので、他の電子部品や、プリント配線基板に熱的スト
レスを与えることが無い。

【００２１】尚、故障したプリント配線基板を修理する
などの目的で、電子部品をプリント配線基板から取り外
す場合も、本装置の光ファイバ端部の形状を電子部品に
合わせて、同様な手順で行える。

【００２２】図３は、本発明の第２実施例である銘板刻
印機の概略構成図である。レーザ発振器１、光ファイバ
束２および光学系３は、前記第１の実施例と同じであ
る。本第２実施例の銘板刻印機は、半田付の代わりに、
プラスチック板１０にレーザ光を照射することにより、
所望の刻印を施すことがを目的とするものである。この
目的のために、光ファイバ束２の光学系側端部を、刻印
を所望する文字パターンや図形パターンとする。本装置
を使用して刻印を行うと、従来の銘板刻印に使用されて
いた高価な金型が不要となる。

【００２３】以上、好ましい実施例を説明したが、これ
は本発明の範囲を限定するものではない。当業者は本発
明の精神に基づき多様な変更を案出することが可能であ
ろう。例えば、前記実施例では、本発明の光ファイバ部
材に光ファイバ束を用いていたが、対象部位側端部の断
面形状を被加熱形状に合わせ得る限り、本発明はこの種
の光ファイバ束に限定されず、一体あるいは分割構成さ
れた光ファイバ部材も本発明の技術的範囲内である。

【００２４】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、レ
ーザ光を導く光ファイバ束の形状を被加熱物の形状に合
わせることにより、加熱対象部位のみを加熱することが
できる。このため、加熱対象部位以外の部分に熱的スト
レスを与えることなく加熱することができるという効果
がある。また、本発明のレーザ光加熱装置を半田付に応
用することにより、プリント配線基板や電子部品に熱的
ストレスを与えることなく半田付できるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例である半田付装置の概略
構成図。

【図２】半田付装置の光学系の詳細図。

【図３】本発明の第２の実施例である刻印装置の概略構
成図。

【図４】従来のレーザ半田付装置の概略図。

【符号の説明】

１ レーザ発振器 ２ 光ファイバ部材 ３ 光学系 ４ 被加熱部材（被半田付部材） ５ プリント配線基板 ６ 焦点装置 ７ 焦点ツマミ １０ プラスチック板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を出力するレーザ発振器と、 出力レーザ光を前記レーザ発振器から加熱対象部材まで
   導く光ファイバ部材と、 光ファイバ部材で導かれたレーザ光を加熱対象部材の対
   象部位へ集光する光学系とを含み、 前記光ファイバ部材の前記対象部位側端部の断面形状
   を、対象部材に所望する被加熱形状に合わせることを特
   徴とするレーザ光加熱装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、加熱対象部材が半田
   付対象部材であり、かつ被加熱部位が半田付対象部位で
   あることを特徴とするレーザ光加熱装置。