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WO1993013903A1 - Procede de brasage - Google Patents

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WO1993013903A1
WO1993013903A1 PCT/JP1992/000032 JP9200032W WO9313903A1 WO 1993013903 A1 WO1993013903 A1 WO 1993013903A1 JP 9200032 W JP9200032 W JP 9200032W WO 9313903 A1 WO9313903 A1 WO 9313903A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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probe
brazing
contact
laser beam
tip
Prior art date
Application number
PCT/JP1992/000032
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Norio Daikuzono
Original Assignee
S.L.T. Japan Co., Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by S.L.T. Japan Co., Ltd. filed Critical S.L.T. Japan Co., Ltd.
Priority to KR1019930702220A priority Critical patent/KR970004225B1/ko
Priority to RU9293054775A priority patent/RU2095206C1/ru
Priority to DE69211850T priority patent/DE69211850T2/de
Priority to DE0584356T priority patent/DE584356T1/de
Priority to EP92903329A priority patent/EP0584356B1/en
Priority to PCT/JP1992/000032 priority patent/WO1993013903A1/ja
Priority to AU11690/92A priority patent/AU662893B2/en
Priority to US07/852,050 priority patent/US5272310A/en
Publication of WO1993013903A1 publication Critical patent/WO1993013903A1/ja

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    • H05K3/3447—Lead-in-hole components

Definitions

  • the present invention relates to a method for brazing electronic components and the like.
  • Conventional technology
  • soldering has been used in the electronics industry.
  • soldering in addition to soldering, soldering, flow soldering such as immersion, liquid immersion, ultrasonic immersion, etc .: infrared method, hot air Reflow soldering methods such as the electrical method, electrical resistance method, ultrasonic method, laser method, and high frequency induction method are also used.
  • the laser method can focus the laser light as fine spots, so that it can be suitable for miniaturization of electronic equipment and miniaturization of elements, and its output is electrically or optically.
  • advantages such as easy control.
  • the brazing material is non-contact type, there is an advantage that no impurities are mixed into the brazing material.
  • the rate of heat rise is slow, which causes a decrease in the brazing speed.
  • the laser beam has high convergence, it has a certain degree of diffusivity. Therefore, as shown in FIGS. 27 and 28, a material that is not desired to be heated, for example, a portion of the base material 1 is heated. This can result in thermal damage to that area.
  • a main object of the present invention is to provide a brazing method that can perform brazing sufficiently at a low output and can surely heat only a target heating portion. Disclosure of the invention
  • the laser beam is incident on a probe through which the laser beam can pass, and is emitted from a tip portion thereof.
  • the tip is brought into substantial contact with a brazing material or a member to be joined.
  • the probe since the probe is substantially in contact with the brazing material or the workpiece, there is no energy loss due to the radiation of the laser beam into the air, and the laser beam is transmitted to the brazing forest or the workpiece. As a result, the laser beam can be brazed even at a low output. Further, even if the laser beam is reflected on the filter material or the surface of the member to be joined, the reflected light is reflected on the surface of the probe and is again incident on the brazing material or the member to be joined, so that loss due to reflection is small. In addition, by setting the shape of the probe and the emission site, it is possible to limit the spot of the laser beam, thereby heating only the brazing material or the member to be joined, and preventing the base material from being thermally damaged.
  • a recess having substantially the same shape as the contact surface of the brazing material or the member to be joined so that the tip of the probe comes into surface contact with the brazing material or the member to be joined. it can. This makes it possible to make the laser light more efficiently enter the brazing material or the member to be joined.
  • a layer having an infrared ray converting means for converting a part of laser light or an infrared ray which is easy to be absorbed by a material to be irradiated may be formed at a contact portion at a tip of the probe. It can. In this case, visible light may be emitted in addition to infrared light.
  • the laser light scattering means unlike the conventional non-contact linear irradiation from the same direction in the non-contact method, it is possible to irradiate the brazing material or the surface of the workpiece from all directions. Even in the case of irradiation, the degree of reflection is reduced, and the irradiation efficiency is thereby increased.
  • infrared ray conversion means for example, infrared radiation particles are included in the layer, the laser light is absorbed by the infrared radiation particles and converted into infrared light, and the infrared light and the unabsorbed laser light are filtered. Since the laser beam or the member to be joined is irradiated, brazing at a lower output can be performed as compared with the case of simply irradiating a single laser beam.
  • a supply hole for supplying the brazing material and a cooling medium passage for supplying the cooling medium, which passes through the inside of the probe and reaches the contact portion, can be formed.
  • Detects the amount of laser beam returned from the incident surface of the probe controls the amount of incident laser beam as an index of the temperature of the irradiated area, and passes the brazing material through the probe.
  • a temperature probe is placed in contact with or in close proximity to the laser, and based on the temperature signal from this temperature probe, By controlling the gear, appropriate brazing control can be performed.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a brazing start state in the first embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a molten state of the brazing material
  • FIG. 3 is a detailed view of FIG. 1
  • FIG. 4 is an example of a probe holding structure.
  • FIG. 5 is an explanatory view in the case of using a probe having a concave portion
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a main portion of the probe having the concave and convex portions
  • FIG. 7 is a diagram showing a laser light scattering means and a heat ray emitting means.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a main part of a probe having a layer provided thereon
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a main part of a probe having a layer provided thereon
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a main part of an embodiment in which irregularities are further formed
  • FIG. Fig. 10 is a front view of an example of interconnecting conductors
  • Fig. 11 is a longitudinal sectional view
  • Fig. 12 is an overall view of the brazing equipment
  • Fig. 13 is the return of laser light.
  • Fig. 14 is a graph showing its characteristics
  • Fig. 15 is a schematic diagram of another temperature detection example
  • Figs. 16 to 19 are Perspective view of the example
  • Fig. 20 is a schematic view of an example using a semiconductor laser
  • Fig. 21 is a vertical cross-sectional view of a handpiece
  • Fig. 22 is a state in which electronic components are brazed to a printed board.
  • Fig. 10 is a front view of an example of interconnecting conductors
  • Fig. 11 is a longitudinal sectional view
  • Fig. 12 is an overall view of the brazing equipment
  • Fig. 13 is the
  • Fig. 23 to Fig. 25 are explanatory diagrams of the brazing mode by the Tayaro method
  • Fig. 26 is a schematic diagram of a continuous brazing line
  • Fig. 27 is a conventional brazing by laser beam irradiation
  • Fig. 28 is a schematic diagram of the brazing method and the molten state of the brazing material.
  • FIG. 1 to FIG. 3 and FIG. 12 show the first embodiment, in which a laser beam from a laser beam generator 12 excited by a laser beam generating power supply 11 is emitted.
  • Has a half mirror 13 for temperature detection and a condenser lens 14 Then, the light enters the rear end of the optical fiber 15 and is emitted from the front end.
  • a contact probe 20 according to the present invention is disposed in front of the tip of the optical fiber 115, and a laser beam is emitted from the rear end of the contact probe 20.
  • a workpiece 2 is placed on a base material 1, for example, a metal base material, and a brazing material, for example, a formed brazing material 3 is coated thereon.
  • a brazing material for example, a formed brazing material 3 is coated thereon.
  • the probe 20 descends, the tip of the probe 20 comes into contact with the brazing material 3, and one laser beam is emitted from the tip of the probe 20.
  • the brazing filler metal 3 most of the laser beam is incident on the brazing filler metal 3 and is used as a melting energy.
  • the brazing material 3 shows a flow state according to the surface tension of the material.
  • the probe 20 can be fixed at the initial contact position, but the contact area can be increased by lowering the probe 20 as the flow proceeds.
  • the brazing material 3 is completely melted, move the probe 20 up and away and wait for the next brazing material to be carried in.
  • a laser beam is emitted through the probe 20 and a single c- laser light is incident on the probe 20.
  • some light is emitted from the outer surface, but is reflected toward the tip. Therefore, as shown in detail in FIG. 3, laser beams are emitted from the tip of the probe 20 in various directions.
  • the surface of the brazing filler metal 3 is irradiated with laser light from various directions to the surface of the brazing filler metal 3 in this embodiment, instead of the linear irradiation as in the conventional case.
  • the present invention although a part of the laser beam is reflected on the surface of the brazing filler metal 3, Compared to the conventional example, the amount of one laser beam incident along the normal direction As a whole, the amount of reflected laser light is reduced as a whole, and efficient irradiation can be performed.
  • FIG. 4 shows an example of a connection structure between the optical fiber 115 and the probe 20.
  • the optical fiber 115 is held in the holder 16 and the male end is attached to the tip of the holder 16.
  • the connector 17 and the female connector 18 are screwed together, and the probe 20 can be fixed to the end of the female connector 18 by caulking or the like. In this case, since the laser light output is low, it is generally not necessary.
  • the holder 16 and the connector 11 ⁇ , 18 and the optical fiber 15 to provide a small gap, and supply air or cooling water W to the gap from the water supply port 16a to cool the rear end of the probe 20. Can be.
  • the cooling water W used for cooling flows out from the drain port 18a to the outside.
  • the material of the probe according to the present invention is not fundamentally limited as long as it transmits laser light and has heat resistance, but it is not limited to artificial or natural diamond or sapphire.
  • inorganic materials such as quartz, single-crystal zirconium oxide, and high-melting glass, translucent heat-resistant plastics may be used.
  • the laser beam is scattered from the tip of the probe or converted into infrared light, and the infrared light is emitted.
  • the surface of the probe 20 can be processed to have irregularities 20a (clouding).
  • a layer containing a scattering powder 22A of laser light may be formed on the uneven surface 20a as shown in FIG.
  • a material having a higher refractive index of the laser light than the material of the probe 20 described above or the above-described example material is selected.
  • Can be This material can be formed as a layer by means such as coating using a material that transmits laser light as a binder.
  • an infrared conversion powder 22B such as carbon, graphite, iron oxide, and manganese oxide can be used.
  • a concave portion 21 A having a shape strictly or substantially along the outer surface of the forming filter material 3. It is.
  • the above-mentioned diffused infrared ray generating layer 23 can be formed in the concave portion 21A.
  • a reflective film of laser light such as gold or aluminum can be formed by plating o
  • FIG. 5 shows the inside of the program 21. The relationship between the position along the central longitudinal section line and the intensity (power density) of the laser beam is shown. From this graph, it can be seen that in order to efficiently irradiate the laser beam with a small output, it is effective to form the concave portion of the probe tip shape according to the brazing mode.
  • a probe 21 having a concave portion 21A shaped along the outer shape of the conductor 2A is prepared, and a wax molding is formed on both sides of the joint portion of the conductor 2A. It is possible to melt and braze the molded filter media 3A, 3A while preventing the movement of the conductor 2A by the probe 21 in contact with it. it can.
  • brazing it is possible to perform brazing by pinching the abutting portions of the conductors 2A and 2A with the probes 21 and 21 having the recesses 21A. it can.
  • the brazing material is provided in the abutting portion in advance, and a supply hole 24 for the brazing material is formed in the probe 21 as shown in FIG.
  • the brazing can be performed after or while supplying the particulate brazing material.
  • the probe 20 can be used to manage brazing.
  • a laser beam L preferably a laser beam in the infrared region having a wavelength of 0.7 / im or more, for example, one YAG laser beam (wavelength 1.06 ⁇ m) is converted into a half mirror 1
  • the reflected light from the tip returns from the back of the probe 20 to the incident side, and this is used for the wavelength 1.06.
  • an optical sensor 52 such as lead sulfide detects the component intensity of the wavelength 2.
  • the tip probe temperature can be detected in correlation with the tip probe temperature.
  • an insertion hole 25 is formed at an appropriate position of the probe 20, for example, at the center, and a temperature detection sensor 26 such as a thermocouple is inserted into the insertion hole 25.
  • a temperature detection sensor 26 such as a thermocouple is inserted into the insertion hole 25.
  • the temperature of the brazing material 3 can be directly detected. In this case, as long as the tip diameter of the through-hole 25 is small, the brazing material does not enter the through-hole 25 due to its surface tension.
  • Figure 12 shows an example of a brazing system.
  • the arithmetic and control unit 50 drives the laser beam generating power supply 11 via the interface 53 and the power supply controller 54, and the laser from the laser light generator 12 is excited by this.
  • One light is incident on the rear end of the optical fiber 15 via the temperature detecting half mirror 13 and the condenser lens 14 and is emitted from the front end.
  • the contact probe of the above-described embodiment for example, the probe 21, is placed, and a laser beam enters from the rear end of the contact probe 21, and the brazing material enters from the tip. It is emitted to 3 or the member 2 to be joined.
  • the brazing material is supplied from the brazing material storage tank 55 to the brazing material supply hole 24 formed in the probe 21. From this brazing material storage tank 55 or another storage tank, flux as well as brazing material can be supplied from the supply holes 24. Controlling the melting and cooling of the brazing material is often preferred for proper brazing. Therefore, a cooling medium supply path 27 is formed in the probe 21 so that, for example, the cool air from the cool air generator 56 is supplied from the supply pipe 57 and the supply path 27 to the tip of the probe 21. it can.
  • positioning means 59 for raising and lowering the holding head 58 and moving the holding head 58 to an arbitrary position in the horizontal direction is provided. I have.
  • the positioning means 59 is driven via a controller 160 by a signal from the arithmetic and control unit 50.
  • a contact or optical non-contact position detector 61 is provided and its position Based on the signal, the positioning means 59 is driven, and the holding head 58 is moved up and down and horizontally positioned.
  • a carry-in or supply signal of the base material 1, the workpiece 2 and the brazing material 3, and the like are also taken into the arithmetic and control unit 50.
  • 62 is a brazing filler supply controller
  • 63 is a cool air supply controller
  • 64 is a display means such as a CRT display device.
  • cooling medium such as water, or a reducing atmosphere gas such as nitrogen or an inert gas such as argon can be supplied from the supply path 27. In the latter case, it is effective for preventing oxidation of the joint.
  • a plurality of probes can be mounted on the holding head, and each probe can be moved in common.
  • a means for moving the holiday probe can be provided together with the common means for moving the holding head.
  • the shape of the probe according to the present invention is not limited.
  • the probe 201 is cylindrical and the tip is flat, and the through hole 20 is cylindrical as shown in Fig. 17 and the center is circular in cross section.
  • a probe 204 having a bent portion 204a at the tip of the main body portion of the shape may be mentioned.
  • the tips of various probes are flat and As described above, a concave portion may be formed, an arc portion may be formed, or any other appropriate shape may be used according to the purpose.
  • the through hole 202a. Can be used as a supply path for a brazing filler metal, an insertion hole for temperature detection means, or a supply path for a cooling medium.
  • the laser light from the laser light generator 12 is optically connected to the probe via the optical fiber 15, but as shown in FIGS. 20 and 21,
  • the diode laser 130 is driven by the laser light generation power supply 11 to generate laser light, which can be directly incident on the probe 20 directly through the condenser lens 14. it can.
  • the diode laser 130 a small one is commercially available, so it should be housed in the holder 131 and be structured to hold the condenser lens 14 and the probe 20. Thus, a very inexpensive and small one can be obtained.
  • ⁇ 32> is a conducting wire.
  • FIG. 22 shows a mode in which the terminals of electronic components such as the IC chip 35 and the capacitor 36 are brazed to the portions where the printed wiring 34 has been previously formed on the substrate 33.
  • FIGS. 23 to 25 show the mode of brazing the IC chip 35 to the base material 1 by the reflow method.
  • the (A) stage in each figure shows the mode of supplying the brazing material, and (B) shows the IC mode.
  • the set state of the chip 35 is shown, and (C) shows the state of brazing by laser light irradiation.
  • Fig. 23 shows the brazing material 3B layer previously formed on the surface of the base material 1 by plating
  • Fig. 24 shows the brazing material 3C arranged
  • Fig. 24 shows the In this case, 3D brazing material is used.
  • the laser beam can be directly applied to the member 3 to be joined.
  • the transport table 37 is intermittently fed from the supply table 38 to the board 33, for example.
  • the parts to be brazed are set by the parts supply robot 39 installed on the upstream side of the transfer table 37, and the set semi-finished product is supplied onto the transfer table 37.
  • the brazing can be performed by a brazing robot 40 provided on the downstream side, and the product can be temporarily stored in the stock yard 41 temporarily.
  • the head 39 A of the parts supply port bot 39 and the head 4 OA of the brazing robot 40 can move freely along the X-axis and Y-axis in the horizontal plane as it moves up and down. Has become.
  • the laser light used as mentioned above, YAG laser, holo Mi Yuumu YAG laser first light, erbium YAG laser light, other diode laser beam, Yotsute to C 0 2 laser beam of throat purposes It can be selected as appropriate.
  • brazing material examples include Sn-Pb, Sn, Pb, Au, In, and A1. Further, an appropriate flux can be used for brazing.
  • the optical fiber when the generated laser light is transmitted through an optical fiber as a probe, the optical fiber itself is brought into contact with a filter medium or a member to be joined without using the above-mentioned probe. Since the same effect is obtained even when used in this way, a probe including the optical fiber in this case is used. Further, in this case, a concave portion may be formed at the tip of the optical fiber probe, or the above-mentioned scattering means or infrared conversion means may be provided. By breaking the cladding at the end of the optical fiber to expose the core, the laser beam can be emitted from the side.
  • the optical fiber can also be embedded in a separate probe and integrated. Industrial applicability As described above, according to the present invention, it is possible to sufficiently perform brazing at a low output and to surely heat only a target heating portion.

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Description

明 細 書
ろう付け方法 技術分野
本発明は、 電子部品などのろう付け方法に関する。 従来の技術
近年の電子工業の隆盛に伴って、 導電線の接続、 コ ンデンサ一な どの取付、 I C部品の取付などの重要性がより高まつている。
古くからはんだ付け （ろう付け） が、 電子工業分野が使用されて いる。 しかし、 近年では、 接合を良好に行うために、 ろう付けと し て、 コテはんだ付け法の他に、 浸漬法、 液中浸漬法、 超音波浸漬法 などのフローはんだ付け法 ： 赤外線法、 熱風法、 電気抵抗法、 超音 波法、 レーザー法、 高周波誘導法などのリ フローはんだ付け法など も用いられている。
この場合、 レーザ一法は、 レーザー光を微細なスポッ トと して集 光できるので、 電子機器の小型化、 素子の微細化に好適に対応でき るほか、 その出力を電気的または光学的に容易にコン 卜ロールでき るなどの利点もある。 さ らに、 ろう材に対して非接触式であるため に、 ろう材中への不純物の混入がない利点がある。
この非接触式のレーザ一法は、 たとえば図 2 7のように、 母材 1 に対して、 接合すべき被接合部材 2たとえば導線を成形ろぅ材 3 に よりろう付けする際に、 成形ろう材 3 の表面にレーザ一光 Lを照射 するものである。
しかし、 ろう材 3の表面でのレーザー光の反射率が高く、 したが つてレーザ一光の吸収率が低く、 もって大出力でレーザ一光を出射 する必要がある。 このために、 レーザ一光発生電源設備のなどの大 型化を招く。
また、 被接合部材 2の昇熱は、 主と してろう材 3からの熱伝導に よるものであるために、 その昇熱速度が遅く、 ろう付け速度の低下 の原因となっている。
さらに、 レーザ一光は出射位置から空気中に出射されると急激に そのエネルギーが低下し、 照射点に至るまでの間に大部分がロスと なってしまう。
しかも、 レーザ一光は、 収束性が高いものの、 ある程度の拡散性 があるので、 図 2 7および図 2 8 に示すように、 加熱したく ない部 材、 たとえば母材 1の部分を加熱してしまい、 その部分の熱的損傷 を生じることもある。
そこで、 本発明の主たる目的は、 低出力で充分にろう付けを行う ことができるとともに、 対象加熱部位のみを確実に加熱できること ができるろう付け方法を提供することにある。 発明の開示
本発明では、 レーザー光を照射して被接合部材を母材に対してろ う付けする方法において、 前記レーザ一光をレーザー光が透過可能 なプローブに入射して、 その先端部から出射させるとともに、 前記 先端部をろう材または被接合部材に実質的に接触させる。
これにより、 プロ—ブがろう材または被接合部材に実質的に接触 しているので、 レーザ一光の空気中への放射によるエネルギーロス なく、 ろう林または被接合部材にレ一ザ一光が入射されるので、 結 果として、 レーザ一光を低出力でもろう付けを行う ことができる。 また、 ろぅ材または被接合部材表面でレーザ一光を反射するとして も、 その反射光がプローブ表面で反射し、 再びろう材または被接合 部材に入射されるので、 反射によるロスが少ない。 しかも、 プローブの形状および出射部位を設定するこ とにより、 レーザー光のスポッ 卜を限定することができ、 もってろう材または 被接合部材のみを加熱することができ、 母材の熱損傷を防止できる 本発明のある態様と して、 プローブの先端部がろう材または被接 合部材に対して面で接触するようにろう材または被接合部材の接触 表面形状とほぼ同一の凹部を形成することができる。 これにより、 より レーザ—光を効率的にろう材または被接合部材に入射させるこ とができる。
プロ一ブの先端の接触部位に、 レーザ一光の散乱手段またはレー ザ—光の一部を照射対象材料が吸収され易い赤外線に変換する赤外 線変換手段を有する層を形成するこ とができる。 この場合、 赤外線 のほか、 可視光も出射してもよい。
レーザー光の散乱手段を有すると、 ろう材または被接合部材表面 に対して、 従来の非接触方式における同一方向からの直線的照射と 異なり、 あらゆる方向からの照射が可能となり、 たとえ近接状態で の照射であっても、 反射度合いが少なく なり、 もって照射効率が高 まる。 また、 赤外線変換手段、 たとえば赤外線放射粒子を層中に含 有させると、 レーザ一光がその赤外線放射粒子により吸収され、 赤 外線に変換され、 この赤外線と吸収されなかったレーザ一光とがろ ぅ材または被接合部材に照射されるので、 単にレーザ一光の照射の 場合に比較して、 低出力でのろう付けが可能となる。
プローブ内を通り、 前記接触部位に至る、 ろう材を供給する供給 孔ゃ冷却媒体を供給する冷却媒体通路を形成するこ とができ る。
プロ一ブの入射面からの戻り レーザ一光の量を検出して、 照射部 位の温度の指標と して、 入射レーザ一光の量を制御したり、 プロ一 ブ内を通り、 ろう材に接触または近接して温度プローブを配設し、 この温度プローブからの温度信号に基づいて出射レーザ一光ェネル ギ一を制御することにより、 適切なろう付け管理を行う ことができ る。 図面の簡単な説明
第 1図は第 1実施例におけるろう付け開始状態断面図、 第 2図は そのろう材の溶融状態断面図、 第 3図は第 1図の詳細図、 第 4図は プローブの保持構造例の縦断面図、 第 5図は凹部を有するプローブ を用いた場合の説明図、 第 6図は凹凸を形成したプローブの要部断 面図、 第 7図はレーザー光の散乱手段および熱線出射手段を設けた 層を有するプロ一ブの要部断面図、 第 8図はさらに凹凸を形成した 態様の要部断面図、 第 9図はろう材の E置例を異にする例の工程順 に示した概要図、 第 1 0図は導線相互に接続例の正面図、 第 1 1図 はその縦断面図、 第 1 2図はろう付け設備全体図、 第 1 3図はレー ザ一光の戻りを利用した例の概要図、 第 1 4図はその特性を示すグ ラフ、 第 1 5図は他の温度検出例の概要図、 第 1 6図〜第 1 9図は プローブの例の斜視図、 第 2 0図は半導体レーザーを用いる例の概 要図、 第 2 1図はハン ドピースの縦断面図、 第 2 2図はプリ ン ト基 板への電子部品のろう付け状態概要図、 第 2 3図〜第 2 5図はタヤ ロー法によるろう付け態様の説明図、 第 2 6図は連続ろう付けライ ンの概要図、 第 2 7図は従来のレーザー光照射によるろう付け方法 の概要図、 第 2 8図はそのろう材の溶融状態の概要図.である。 発明を実施するための最良の形態
以下本発明を図面に示す実施例によりさらに詳説する。
第 1図〜第 3図および第 1 2図は第 1実施例を示したもので、 レ 一ザ一光発生電源 1 1 に励起されたレーザ一光発生器 1 2からのレ —ザ一光が、 温度検出用ハーフ ミ ラ一 1 3および集光レンズ 1 4を 介して、 光ファイバ一 1 5 の後端に入射され、 その先端から出射さ れる。 光ファイバ一 1 5の先端の前方には、 本発明に係る接触用プ ローブ 2 0が配置され、 レーザ一光が接触用プローブ 2 0 の後端か り人射される。
一方、 予め母材 1、 たとえば金属母材上に被接合部材 2が載置さ れ、 その上にろう材、 たとえば成形ろう材 3が被覆される。 ろう付 けに際しては、 プローブ 2 0が下降し、 その先端が成形ろう材 3 に 接触されるとともに、 レーザ一光がプローブ 2 0先端から出射され る。 これに伴って、 レーザ一光の一部が成形ろう材 3の表面で反射 するものの、 大部分は成形ろう材 3中に入射され、 その溶融エネル ギ一と して用いられる。 溶融に伴って、 第 2図に示すように、 成形 ろう材 3がその材質による表面張力に応じたフロー状態を示す。 こ のとき、 プローブ 2 0を当初の接触位置に固定しておく こともでき るが、 フローの進行に応じてプローブ 2 0を下降させて、 接触面積 を大きくすることができる。 ろう材 3 の溶融が完了したならば、 プ ローブ 2 0を上昇離間させて、 次のろう付けの材料の搬入を待つ。 本発明では、 従来のように、 空気中を伝播させたままで対象物に 照射するのでなく、 レーザー光をプローブ 2 0を通して出射させる c レーザ一光をプローブ 2 0 に入射させると、 そのプローブ 2 0の形 状に応じて、 外表面で一部は出射するものの、 反射して先端に向か う。 したがって、 第 3図に詳細を示すように、 プローブ 2 0の先端 部分からは、 種々の方向にレーザー光が出射する。 その結果、 従来 例るように、 直進的照射でなく、 実施例では成形ろう材 3の表面に 対して、 種々の方向からレーザ一光が照射される。 その結果、 第 3 図と第 2 7図との模擬的比較からも容易に推測できるように、 本発 明の場合、 成形ろう材 3の表面でレーザ一光の一部が反射するもの の、 従来例に比較して、 法線方向沿って入射する レーザ一光の光量 が多く なり、 もって全体と して、 反射する レーザ一光量が少なくな り、 効率的な照射を行う ことができる。
第 4図は、 光ファイバ一 1 5 とプローブ 2 0 との連結構造例を示 したもので、 光ファイバ一 1 5をホルダ一 1 6内に保持するととも に、 ホルダ一 1 6の先端に雄コネク夕一 1 7 と雌コネクタ一 1 8 と を螺合させ、 雌コネクター 1 8の先端にプローブ 2 0をカシメなど により固定した構造することができる。 この場合、 レーザ一光出力 が低くて足りるので、 一般には必要ないが、 プローブ 2 0の後端部 分が熱により損耗することを防止するなどの目的で、 ホルダ一 1 6 およびコネクタ一 1 Ί、 1 8 と、 光ファイバ一 1 5 との間に小さな 隙間を設け、 空気または冷却水 Wをその間隙に給水口 1 6 aから供 給して、 プローブ 2 0の後端部分を冷却することができる。 冷却に 供した冷却水 Wは、 排水口 1 8 aから外部に流出する。
本発明に係るプローブの材質としては、 レーザー光が透過し、 耐 熱性を有するものであれば、 基本的に材質を限定されるものではな いが、 人工または天然を問わずダイヤモン ド、 サファイア、 石英、 単結晶酸化ジルコニウム、 高融点ガラスなどの無機材料のほか、 透 光性耐熱プラスチックなどでもよい。
好ま しく は、 プローブの先端からレーザ一光が散乱し、 あるいは 赤外線に変換されてその赤外線が出射することがより好ま しい。 レ 一ザ一光を散乱させる手段として、 第 6図のように、 プローブ 2 0 の表面を凹凸 2 0 a加工 （く もり加工） することを挙げることがで きる。
また、 平滑な表面あるいは第 6図に示すように、 凹凸 2 0 a表面 にレーザ一光の散乱性粉 2 2 Aを含有した層を形成してもよい。 こ の場合、 レーザ一光の散乱性粉としては、 前述のプローブ 2 0の素 材より レーザー光の屈折率が高い材料、 前述の例示材料から選択す ることができる。 この材料は、 、 レーザ一光の透過性材料をバイ ン ダ一と して、 塗布などの手段により層と して形成できる。
さ らに、 好適にはレーザー光の一部が赤外線に変換されて出射す るものを用いる。 この赤外線変換手段と しては、 第 7図に示すよう に、 カーボン、 グラフアイ 卜、 酸化鉄、 酸化マンガンなどの赤外線 変換粉 2 2 Bを用いることができ、 たとえばこの赤外線変換粉 2 2 Bを層と してプローブ 2 0の表面に塗布によって形成することがで きる。 この層の形成に際して、 第 8図に示すように、 凹凸 2 0 a表 面に形成することもできる。
もちろん、 第 7図および第 8図に示すように、 この赤外線変換粉 2 2 Aと レーザ—光散乱性粉 2 2 Aの両者を含有する散乱赤外線発 生層 2 3を形成すると、 レーザ一光の散乱性および赤外線出射性も しく は赤外線出射率が高まる。 両図から、 レーザ一光の散乱状態お よび便宜的に波形矢印で示した赤外線出射状態が容易に判明するで あろう。
さらに、 第 5図のように、 接触対象部材、 たとえば第 5図の実施 例では、 成形ろぅ材 3の外表面に厳密にまたはほぼ沿つた形状の凹 部 2 1 Aを形成することが好適である。 この凹部 2 1 Aに前述の散 乱赤外線発生層 2 3を形成することができる。
もし、 レーザ一光のスポッ 卜性を高め、 プローブの他の部分から レーザ一光を出射させたく ない場合には、 たとえば第 5図に示す散 乱赤外線発生層 2 3以外の部分の表面に、 金やアルミニウムなどの レーザ一光の反射性膜をメ ツキなどにより形成しておく ことができ o
本発明に従って、 接触用プローブを用いると、 第 5図に示すよう に、 成形ろう材に沿った形状とすることができるほか、 種々の態様 を採ることができる点で汎用性がある。 第 5図にプロ一プ 2 1 の中 央縦断面線に沿った位置と レーザ一光の強度 （パワー密度） との柜 関を示してある。 このグラフからも、 小出力で効率的にレーザ一光 を照射させるためには、 プローブの先端形状をろう付け態様に応じ て凹部を形成することが有効であることが判明しょう。
たとえば、 順に好適を示す第 9図に示すように、 導線 2 Aの外形 に沿った形状の凹部 2 1 Aを有するプローブ 2 1を用意するととも に、 導線 2 Aの接合部位両側に成形ろう林 3 A、 3 八を85設し、 導 線 2 Aの移動をこれに接触させたプロ一ブ 2 1 により防止しながら、 成形ろぅ材 3 A、 3 Aを溶融させてろう付けすることができる。
また、 第 1 0図および第 1 1図に示すように、 凹部 2 1 Aを有す るプローブ 2 1、 2 1で導線 2 A、 2 Aの突き合わせ部分をピンチ してろう付けを行う ことができる。 この場合、 ろう材は予め突き合 わせ部分に設けておく ほか、 第 1 1図に示すように、 プローブ 2 1 にろう材の供給孔 2 4を形成し、 この供給孔 2 4から半溶融状態ま たは粒子状のろう材を供給した後またはしながらろう付けを行う こ とができる。
プローブ 2 0を利用してろう付けの管理に用いることができる。 たとえば、 第 1 3図に示すように、 レーザー光 L、 好ましく は波長 が 0. 7 /i m 以上の赤外域のレーザー光、 たとえば Y A Gレーザ一光 (波長 1. 06〃 m ) をハーフ ミ ラー 1 3を透過させてプローブ 2 0 に 入射させて先端部から出射させる場合、 主に先端部からの反射光が プローブ 2 0の背面から入射側に戻ることを利用して、 これを波長 1. 06 z m の成分を力ッ 卜するカツ 卜フィ ルター 5 1を通した後、 硫 化鉛などの光センサー 5 2により、 波長 2. OO ii m の成分強度を検出 することにより、 第 1 4図に示すように、 先端プローブ温度との相 関の下で、 先端プローブ温度を検出できる。 その結果、 ろう付け管 理に用いることができる。 さらに、 第 1 5図に示すように、 プローブ 2 0の適宜の位置、 た とえば中央部分に挿通孔 2 5を形成し、 その挿通孔 2 5に熱電対な どの温度検出センサー 2 6を挿通して、 直接的にろう材 3の温度を 検出できる。 この場合、 揷通孔 2 5の先端径が小さい限り、 ろう材 はその表面張力により揷通孔 2 5内には侵入しない。
第 1 2図は、 ろう付けシステムの例を示したものである。 演算制 御装置 5 0 により、 イ ンターフェイス 5 3および電源コン ト ローラ 一 5 4を介してレーザ一光発生電源 1 1が駆動され、 これにより励 起されたレーザー光発生器 1 2からのレーザ一光が、 温度検出用ハ —フ ミ ラ一 1 3および集光レンズ 1 4を介して、 光ファイバ一 1 5 の後端に入射され、 その先端から出射される。 光ファイバ一 1 5 の 先端の前方には、 前述の態様の接触用プローブ、 たとえばプローブ 2 1が £置され、 レーザー光が接触用プローブ 2 1 の後端から入射 され、 その先端部からろう材 3 または被接合部材 2に対して出射さ れる。
一方で、 プローブ 2 1 に形成されたろう材供給孔 2 4に対してろ う材貯槽 5 5からろう材が供給される。 このろう材貯槽 5 5からま たは別の貯槽から、 ろう材のほかフラックスも供給孔 2 4から供給 できる。 また、 ろう材の溶融と冷却をコン ト ロールすることはろう 付けを適切に行う上で好適な場合が多い。 そこで、 プローブ 2 1 に 冷却媒体の供給路 2 7を形成し、 たとえば冷気の発生装置 5 6から の冷気を供給管路 5 7および供給路 2 7からプローブ 2 1 の先端部 に供給することができる。
さらに、 生産ライ ンに適用する場合には、 プローブ 2 1 を保持用 へッ ド 5 8に保持させて、 これを自動的に昇降させるようにするこ とが好ま しい。 そこで、 保持用へッ ド 5 8を昇降させ、 かつ水平方 向の任意に位置に移動させるための位置決め手段 5 9が K設されて いる。 この位置決め手段 5 9は、 演算制御装置 5 0からの信号によ りコ ン ト ローラ一 6 0を介して駆動される。 これに対応して、 保持 へッ ド 5 8の、 換言すれば、 プローブ 2 1 の位置を検出するために. 接触式または光学的な非接触式の位置検出器 6 1が設けられ、 その 位置信号に基づいて、 位置決め手段 5 9が駆動され、 保持へッ ド 5 8の昇降および水平方向の位置決めがなされる。 なお、 位置決めの ために、 保持へッ ド 5 8の位置信号のほか、 母材 1、 被接合部材 2 およびろう材 3の搬入または供給信号なども演算制御装置 5 0 に取 り込まれる。
なお、 6 2はろう材供給用コン トローラ一、 6 3は冷気供給用コ ントローラー、 6 4は C R T表示装置などの表示手段である。
また、 供給路 2 7から冷気に代えて、 水などの他の冷却媒体、 あ るいは窒素などの還元性雰囲気ガスもしく はアルゴンなどの不活性 ガスを供給することもできる。 後者の場合、 接合部分の酸化防止な どに有効である。
さらに、 保持へッ ドに複数のプローブを装着し、 各プローブを共 通的に移動させることができる。 この場合、 保持へッ ドの共通移動 手段と共に、 假别のプロ一ブを移動させる手段を設けることができ る。
本発明に係るプローブとしては、 その形状を限定されるものでは ない。 たとえば、 第 1 6図に示すように、 円筒状であり、 先端がフ ラッ トなプローブ 2 0 1、 第 1 7図に示すように円筒状であり、 中 央が断面円形の貫通孔 2 0 2 aを有するプローブ 2 0 2、 第 1 8図 に示すように長方形の本体部分の先端がテ一パ部分 2 0 3 aを有す るプローブ 2 0 3、 第 1 9図に示すように円錐形の本体部分の先端 に屈曲部分 2 0 4 aを有するプローブ 2 0 4などを挙げることがで きる。 また、 各種のプローブの先端は、 平坦であるほか、 前述のよ うに凹部を形成したり、 円弧部分を形成したり、 その他目的に応じ て適宜の形状とすることができる。 前記の貫通孔 2 0 2 a .は、 ろう 材の供給路や温度検出手段の挿入孔、 あるいは冷却媒体の供給路な どに利用できる。
一方、 前記実施例では、 レーザー光発生器 1 2からのレーザー光 を光ファイバ一 1 5を介して光学的にプローブと連結してあるが、 第 2 0図および第 2 1図に示すように、 レーザー光発生電源 1 1 に より、 ダイオー ドレーザ一 3 0を駆動させて、 レーザー光を発生さ せ、 これを単に集光レンズ 1 4を介して直接的にプローブ 2 0に入 射させることができる。 また、 ダイオー ドレーザ一 3 0の場合、 小 型のものが市販されているので、 これをホルダ一 3 1 内に収容する とともに、 集光レンズ 1 4およびプローブ 2 0を保持する構造にす ることにより、 きわめて安価なかつ小型のものを得ることができる < 3 2は通電用導線である。
第 2 2図は基板 3 3上に予めプリ ン ト配線 3 4 された個所に I C チップ 3 5やコンデンサ一 3 6などの電子部品の端子をろう付けす る態様を示してある。
第 2 3図〜第 2 5図はリ フロー法により、 I Cチップ 3 5を母材 1 にろう付け態様を示し、 各図の （A ) 段階をろう材の供給態様を、 ( B ) は I Cチップ 3 5のセッ 卜状態を、 （ C ) はレーザー光の照 射によりろう付けしている状態を示している。 第 2 3図は母材 1 の 表面に予めメ ツキによりろう材 3 B層を形成したもので、 第 2 4図 は形成ろう材 3 Cを配置したもので、 第 2 4図はク リーム状ろう材 3 Dを用いる場合である。 これらの態様からも明らかなように、 レ —ザ一光を被接合部材 3 に直接照射することができる。
連続的にろう付けする場合、 第 2 6図に示すように、 搬送テープ ル 3 7 に対して、 供給テーブル 3 8から間欠的にたとえば基板 3 3 を供給し、 搬送テーブル 3 7の上流側に設置された部品供給ロボッ 卜 3 9 により、 ろう付けすべき部品をセッ トし、 セッ ト済の半成品 を搬送テーブル 3 7上に供給し、 その後、 下流側に設けられたろう 付けロボッ ト 4 0によりろう付けし、 成品を順次ス 卜 ックヤー ド 4 1 に一時貯留する態様とすることができる。 この場合、 部品供給口 ボッ ト 3 9のへッ ド 3 9 Aおよびろう付けロボッ ト 4 0のへッ ド 4 O Aは、 昇降とともに、 水平面内の X軸および Y軸に自由に移動可 能となっている。
本発明において、 用いるレーザー光としては、 前述のように、 Y A Gレーザー光、 ホロ ミ ユウム Y A Gレーザ一光、 エルビウム Y A Gレーザー光、 ダイオー ドレーザー光のほか、 C 0 2 レーザー光な ど目的によつて適宜選択できる。
ろう材としては、 S n— P b系、 S n系、 P b系、 A u系、 I n 系、 A 1系などのものを挙げることができる。 さらに、 ろう付けに 際して適宜のフラックスを用いることができる。
なお、 本発明において、 プローブとしては、 発生したレーザ一光 を光フアイバーを介して伝達する場合、 前述のプロ一ブを用いるこ となく、 光ファイバ一そのものをろぅ材または被接合部材に接触し て用いても同様の効果を奏するので、 この場合の光フアイバーを含 んでプローブとする。 さらに、 この場合、 光ファイバ一プローブの 先端に凹部を形成したり、 前述の散乱手段や赤外線変換手段を設け ることもできる。 光ファィバーの先端のクラッ ドを破断してコアを 露出させて、 レーザ一光の出射を側面からも行うようにすることが できる。 光フアイバーを別部材のプローブに埋設して一体化させる こともできる。 産業上の利用可能性 以上の通り、 本発明によれば、 低出力で充分にろう付けを行う こ とができるとともに、 対象加熱部位のみを確実に加熱できることが できる。

Claims

請求の範囲
1 . レーザ一光を照射して被接合部材を母材に対してろう付けする 方法において、
前記レーザ一光をレーザー光が透過可能なプローブに入射して、 その先端部から出射させるとともに、 前記先端部をろう材または被 接合部材に実質的に接触させることを特徵とするろう付け方法。
2 . プローブの先端部がろぅ材に対して面で接触するようにろう材 の接触表面形状とほぼ同一の溝が形成されている請求項 1記載のろ う付け方法。
3 . プローブの先端の接触部位に、 レーザ一光の散乱手段を有する 層が形成されている請求項 1記載の方法。
4 . プローブの先端の接触部位に、 レーザー光の一部を照射対象材 料が吸収され易い赤外線に変換する赤外線変換手段を有する層を形 成されている請求項 1記載のろう付け方法。
5 . プローブの先端の接触部位に、 レーザ—光の散乱用粒子と赤外 線変換粉粒子とを含有する層が形成されいてる請求項 1記載のろう 付け方法。
6 . プローブ内を通り、 前記接触部位に至る、 ろう材を供給する供 給孔が形成されている請求項 1記載のろう付け方法。
7 . プローブ内を通り、 前記接触部位に至る、 その接触部位を還元 性または不活性ガス下に置く ための雰囲気ガスを供給する供給孔が 形成されている請求項 1記載のろう付け方法。
8 . プローブ内を通り、 前記接触部位に至る、 冷却媒体を供給する 冷却媒体通路が形成されている請求項 1記載のろう付け方法。
9 . プローブの入射面からの戻り レーザー光の量を検出して、 照射 部位の温度の指標として、 入射レーザー光の量を制御する請求項 1 記載のろう付け方法。 .
1 0 . プローブ内を通り、 ろう材に接触または近接して温度プロ一 ブを K設し、 この温度プロ一ブからの温度信号に基づいて出射レ一 ザ一光エネルギーを制御する請求項 1記載のろう付け方法。
1 1 . ろう付け加工ヘッ ドの複数のプロ一ブが装着され、 各プロ一 ブからレーザ一光を出射する請求項 1記載のろう付け方法。
1 2 . プローブはろう材の溶融とともに、 母材側に移動して常にろ ぅ材と接触状態を 維持する請求項 1記載のろう付け方法。
1 3 . プローブは、 耐熱性の透光性セラ ミ ックスからなる請求項 1 —ブのろう付け方法。
1 4 . プローブは、 光ファイバ一そのものであり、 その先端が照射 対象部位に接触または近接させる請求項 1記載のろう付け方法。
1 5 . レーザー光は光ファイバ一を通して、 その前方に配設した别 のプローブに入射する請求項 1記載のろう付け方法。
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