超音波はんだ付け装置
【課題】振動子からの超音波振動を確実かつ効率良く鏝先部分に伝達することができると共に、該鏝先部分の熱伝導率が高く、該鏝先部分が損耗した場合には相鏝先部分だけを部分的に交換することが可能な超音波はんだ付け装置を得る。
【解決手段】溶融したはんだに超音波振動を作用させてはんだ付けを行う超音波はんだ鏝１と、該超音波はんだ鏝１に線状はんだＷを供給するはんだ供給装置２とを有し、上記超音波はんだ鏝１は、超音波振動を発生させる振動子１１と、この振動子１１からの超音波振動を鏝先チップ１３に伝達するホーン１２と、該ホーン１２の先端に接続された上記鏝先チップ１３と、該鏝先チップ１３を加熱するヒータ１５とを有し、上記鏝先チップ１３が、銅製の母材の表面を鉄メッキ層で被覆することにより形成され、上記ホーン１２が、上記鏝先チップ１３より熱伝導率の低い金属素材で形成される。
【解決手段】溶融したはんだに超音波振動を作用させてはんだ付けを行う超音波はんだ鏝１と、該超音波はんだ鏝１に線状はんだＷを供給するはんだ供給装置２とを有し、上記超音波はんだ鏝１は、超音波振動を発生させる振動子１１と、この振動子１１からの超音波振動を鏝先チップ１３に伝達するホーン１２と、該ホーン１２の先端に接続された上記鏝先チップ１３と、該鏝先チップ１３を加熱するヒータ１５とを有し、上記鏝先チップ１３が、銅製の母材の表面を鉄メッキ層で被覆することにより形成され、上記ホーン１２が、上記鏝先チップ１３より熱伝導率の低い金属素材で形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波の振動エネルギーを利用してはんだ付けを行う超音波はんだ付け装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波の振動エネルギーを利用してはんだ付けを行う超音波はんだ付け装置は、例えば特許文献１や特許文献２等によって公知である。この種の超音波はんだ付け装置は、上記特許文献１、２に記載されているように、はんだ付け面上に別の塗布工程で予め塗布された溶融はんだに、はんだ鏝の鏝先部を通じて超音波振動を作用させ、それによってこの溶融はんだをはんだ付け面に付着させる方式のものと、線状はんだをはんだ鏝の熱で溶融させてはんだ付け面に供給すると同時に、この溶融はんだに上記はんだ鏝の鏝先部から超音波振動を作用させることによってこの溶融はんだをはんだ付け面に付着させる方式のものとがある。
【０００３】
上記超音波はんだ付け装置は、通常、図１０に示すようなはんだ鏝を備えている。このはんだ鏝６０は、超音波振動を発生させる振動子６１と、該振動子６１からの超音波振動を伝達するホーン６２とを備えていて、該ホーン６２の先端に鏝先部６３が形成され、ヒータがこの鏝先部６３の外周に直接巻き付けられるか、又は該鏝先部６３の内部に内蔵されている。そして、溶融したはんだに上記鏝先部６３を通じて超音波振動を作用させるものである。
【０００４】
上記超音波はんだ付け装置において、はんだ付け時に超音波振動が果たす役割は非常に大きくかつ重要であるため、上記従来のはんだ鏝６０は、超音波振動の確実な伝達に主眼をおいて作られている。即ち、振動子６１からの超音波振動をできるだけ減衰させないままホーン６２から鏝先部６３を通じて溶融はんだに伝達できるように、該ホーン６２及び鏝先部６３が、超音波の伝導性に勝れたステンレスやタングステン、モリブデン、チタン等の金属により形成されている。このため、上記はんだ鏝６０は、超音波の伝達性に優れるが、鏝先部６３の熱伝導率が低く、この鏝先部６３で線状はんだを溶融させてはんだ付けする場合、その溶融に時間がかかって作業効率が悪いという問題を有していた。また、上記ホーン６２と鏝先部６３とが一体に形成されている場合、繰り返し使用することによって該鏝先部６３が損耗した場合に、ホーン全体を交換しなければならないためコストが高くつくという問題も有していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２８４４３３０号公報
【特許文献２】特許第３２０５４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、振動子からの超音波振動を確実かつ効率良く鏝先部分に伝達することができると共に、該鏝先部分の熱伝導率が高く、該鏝先部分が損耗した場合には相鏝先部分だけを部分的に交換することが可能な超音波はんだ付け装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため本発明の超音波はんだ付け装置は、溶融したはんだに超音波振動を作用させてはんだ付けを行う超音波はんだ鏝と、この超音波はんだ鏝に線状はんだを供給するはんだ供給装置とを有し、上記超音波はんだ鏝は、超音波振動を発生させる振動子と、この振動子からの超音波振動を鏝先チップに伝達するホーンと、該ホーンの先端に接続され、上記線状はんだを熱で溶融させると共に溶融したはんだに超音波振動を作用させる上記鏝先チップと、該鏝先チップを加熱するヒータとを有し、上記鏝先チップは、銅製の母材の表面を鉄メッキ層で被覆することにより形成され、上記ホーンは、上記鏝先チップより熱伝導率の低い金属素材で形成され、上記はんだ供給装置は、上記鏝先チップに線状はんだを供給するように構成されている。
【０００８】
本発明において好ましくは、上記ホーンと上記鏝先チップとの間に、これらのホーンと鏝先チップとを密に接続して超音波振動の伝達性を高める中継部材が介設されていることであり、より好ましくは、この中継部材がベリリウム銅で形成されていることである。
【０００９】
また、本発明においては、上記ホーンが、上記振動子に基端部を接続された第１ホーン部と、該第１ホーン部の先端と上記鏝先チップとの間に介在する第２ホーン部とを有していて、該第２ホーン部の少なくとも一部が上記第１ホーン部及び鏝先チップより小径化されることにより、この第２ホーン部の介在によって上記鏝先チップの熱が上記第１ホーン部に伝わりにくくされていることが望ましい。
【００１０】
あるいは、上記鏝先チップが、該鏝先チップの側面に開口するはんだ導入口と先端面に開口するはんだ導出口とを結ぶはんだ保持孔を有し、上記線状はんだが上記はんだ導入口に供給されて鏝先チップとの接触により溶融し、溶融したはんだが表面張力により上記はんだ保持孔に保持されると共に、保持された溶融はんだが超音波振動の作用で上記はんだ導出口から流出するように構成されていても良い。
【００１１】
また、本発明は、上記溶融したはんだに向けて不活性ガスを噴出させるように構成することもできる。このため、上記超音波はんだ鏝が、上記振動子とホーンと鏝先チップとの外周をガス流路を介して取り囲む鏝ホルダを有し、該鏝ホルダは、上記振動子に対応する位置に不活性ガスを導入するガス導入口を有すると共に、上記鏝先チップに対応する位置に該鏝先チップの外周を取り囲むガス噴出口を有していて、上記ガス導入口から導入されて上記振動子と接触した不活性ガスを上記ガス噴出口から上記溶融したはんだに向けて噴出するように構成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、超音波はんだ鏝の鏝先チップを、銅製の母材の表面を鉄メッキ層で被覆することにより形成し、この鏝先チップをホーンの先端に接続したので、該鏝先チップの熱伝導性が高められ、該鏝先チップで線状はんだを短時間に効率良く溶融させつつ、振動子からの超音波振動を上記ホーン及び該鏝先チップを通じて溶融はんだに確実かつ効率良く伝達させてはんだ付けを行うことが可能となる。また、該鏝先チップが損耗した場合には該鏝先チップだけを部分的に交換することができるため経済的である。更に、上記ホーンを上記鏝先チップより熱伝導率の低い素材で形成したことにより、上記鏝先チップの熱がこのホーンを通じて振動子に伝わりにくいため、鏝先チップの熱効率を高めながら、該鏝先チップからの熱による上記振動子の誤作動や損傷等の発生を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る超音波はんだ付け装置を模式的に示す構成図である。
【図２】超音波はんだ鏝の鏝本体を示す側面図である。
【図３】図２に示す鏝本体の分解図である。
【図４】鏝先チップの拡大断面図である。
【図５】鏝本体の他の構成例を示す要部拡大側面図である。
【図６】図５の分解図である。
【図７】中継部材の平面図である。
【図８】超音波はんだ付け装置の他の実施形態を部分的に示す要部断面図である。
【図９】図８に示された鏝本体を先端面側から見た斜視図である。
【図１０】従来の超音波はんだ付け装置で用いられている鏝本体の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１には、本発明に係る超音波はんだ付け装置が模式的に示されている。この超音波はんだ付け装置は、電気・電子部品の端子同士即ち金属同士をはんだ付けする場合や、ガラスなどのセラミックスと金属とをはんだ付けする場合、あるいはセラミックスの表面にはんだをコーティングする場合などに使用されるもので、特に、太陽電池基板の製造時に、ガラス製又は金属製の基板の表面に電極用配線をはんだ付けする場合に好適に使用することができる。
【００１５】
上記超音波はんだ付け装置は、溶融したはんだに超音波振動を作用させてはんだ付けを行う超音波はんだ鏝１と、該超音波はんだ鏝１に線状はんだＷを供給するはんだ供給装置２と、上記溶融したはんだやはんだ付け部位４等に上記超音波はんだ鏝１を通じて窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスＧを供給するガス供給装置３とを有している。
【００１６】
上記超音波はんだ鏝１は、取付機構６を介して自動はんだ付け機７に上下動自在なるように取り付けられ、鏝先端をはんだ付け部位４に接触させてはんだ付けを行うもので、ばね力や自重等によって上記鏝先端の接触圧が設定されるようになっている。また、この自動はんだ付け機７と上記はんだ供給装置２及びガス供給装置３とは、装置全体を制御する制御装置８に接続され、この制御装置８で設定されたプログラムに従って制御されることにより、上記超音波はんだ鏝１によってはんだ付けが自動的に行われるように構成されている。
【００１７】
上記超音波はんだ鏝１は、超音波振動を発生させる振動子１１と、この振動子１１に上端部を連結されて該振動子１１からの超音波振動を鏝先チップ１３に伝達するホーン１２と、該ホーン１２の先端に接続され、上記線状はんだＷを熱で溶融させると共に溶融したはんだ（溶融はんだ）に超音波振動を作用させる上記鏝先チップ１３と、上記振動子１１とホーン１２及び鏝先チップ１３との外周を取り囲む鏝ホルダ１４と、該鏝ホルダ１４の内部に設けられて上記鏝先チップ１３を加熱するヒータ１５とを有している。
【００１８】
図２からも分かるように、上記振動子１１とホーン１２と鏝先チップ１３とは、それらがはんだ鏝１の軸線Ｌに沿って一列に接続されることにより鏝本体１０を形成しており、この鏝本体１０が、上記鏝ホルダ１４の内部に、ガス流路１７を形成する環状の空間を介して該鏝ホルダ１４と同心状に配置され、この鏝ホルダ１４の内周と該鏝本体１０の外周との間に介設された保持部材１８を介して上記軸線Ｌ方向に振動できるように保持されている。この保持部材１８は、１カ所だけでなく、複数カ所に設けることもできる。
【００１９】
上記振動子１１は、１０−１００ｋＨｚ程度の超音波振動を発生させるもので、そのリード線が上記制御装置８に接続され、この制御装置８で制御されるようになっている。
【００２０】
上記ホーン１２は、超音波の伝導性に勝れた金属素材、例えばステンレスやタングステン、モリブデン、チタン、鉄等によって断面円形の棒状に形成されたものである。このホーン１２は、図３からも分かるように、上記振動子１１に基端部を接続された第１ホーン部１２ａと、該第１ホーン部１２ａの先端と上記鏝先チップ１３との間に介在する第２ホーン部１２ｂとからなっていて、これら第１ホーン部１２ａと第２ホーン部１２ｂとが、第１ホーン部１２ａの接続面１２ｃに設けられたねじ２１を第２ホーン部１２ｂの接続面１２ｄに設けられたねじ孔２２にねじ込むことにより、上記接続面１２ｃ，１２ｄ同士を密に接触させた状態で互いに分離可能に接続されている。しかし、上記ねじ２１とねじ孔２２との配置は、上述した場合と逆であっても良い。また、上記第１ホーン部１２ａと第２ホーン部１２ｂとは一体に形成することもできる。
【００２１】
上記第２ホーン部１２ｂは、少なくとも一部を上記第１ホーン部１２ａ及び鏝先チップ１３より小径にして断面積を小さくすることにより、熱伝導性を低く抑えられており、これにより、上記鏝先チップ１３の熱がこの第２ホーン部１２ｂを通じて上記第１ホーン部１２ａ（従って振動子１１）に伝わりにくくし、熱による振動子１１の誤作動や損傷等の発生を防止している。
【００２２】
一方、上記鏝先チップ１３は、上記線状はんだＷと接触することによって該線状はんだＷを溶融させると共に、溶融したはんだに超音波振動を作用させてはんだ付けを行うもので、上記ホーン１２に比べて高い熱伝導性を有するように、銅を素材として形成されている。具体的には、図４に示すように、銅製の母材２４の表面を鉄メッキ層２５で被覆することによりこの鏝先チップ１３が形成されている。
上記鏝先チップ１３は、円柱形をした本体部１３ａと、次第に先細り状をなす先端部１３ｂとからなっており、このうち本体部１３ａは、上記ヒータ１５で加熱される部分であり、上記先端部１３ｂは、線状はんだＷを溶融させる部分、即ちはんだの濡れ面となる部分である。従って、上記ヒータ１５は、主として上記本体部１３ａを取り囲むように配設されている。また、このヒータ１５は、振動する上記鏝先チップ１３に対して非接触の状態に配置され、上記鏝ホルダ１４に保持されている。
なお、上記鏝先チップ１３は、はんだ付け時に上記ヒータ１５で例えば３００〜４５０℃程に加熱される。
【００２３】
上記鉄メッキ層２５は、銅の耐腐食性を高めるためのもので、１０−１０００μｍ程度の厚さに形成することができるが、厚さが小さいほど鏝先チップ１３の耐腐食性は低くなり、厚さが大きいほど鏝先チップ１３の熱伝導性が低下するため、両者のバランスを考慮した場合、好ましい鉄メッキ層２５の厚さは５０−５００μｍ程度である。このような鉄メッキ層２５の形成により、銅製の上記鏝先チップ１３の耐腐食性が高められる。
上記鏝先チップ１３の外面には、図４に鎖線で示すように、はんだの濡れ面となる上記先端部１３ｂを除くその他の部分、即ち本体部１３ａの外面に、上記鉄メッキ層２５の上から、はんだを付着しにくくするための硬質クロムメッキ層２６を設けても良い。
【００２４】
上記鏝先チップ１３は、上記本体部１３ａの基端の接続面１３ｃに形成されたねじ孔２８に、上記ホーン１２における第２ホーン部１２ｂの先端の接続面１２ｅに形成されたねじ２９をねじ込むことにより、上記接続面１３ｃ，１２ｅ同士を密に接触させた状態で上記ホーン１２に分離可能なるように接続されている。上記接続面１３ｃは鉄メッキ層２５で覆われているため、上記鏝先チップ１３と上記第２ホーン部１２ｂとは、この鉄メッキ層２５を介して相互に密着していることになる。上記接続面１３ｃ及び１２ｅは、何れも平坦な面に仕上げられている。
【００２５】
なお、上記鏝先チップ１３を形成する銅の熱伝導率は、３００℃で凡そ３８１ｋ／Ｗ／ｍ−１・Ｋ−１であって、この熱伝導率は、上記ホーン１２を形成する金属素材であるステンレスやタングステン、モリブデン、チタン、鉄などの熱伝導率より大きい。
【００２６】
このように、上記ホーン１２を超音波の伝導性に勝れた金属素材で形成し、上記鏝先チップ１３を、熱伝導性に勝れた銅製の母材２４の表面を鉄メッキ層２５で被覆することにより形成したので、該鏝先チップ１３で線状はんだＷを瞬時に効率良く溶融させつつ、振動子１１からの超音波振動を上記ホーン１２から該鏝先チップ１３を通じて溶融はんだに確実かつ効率良く伝達させてはんだ付けを行うことが可能となる。また、鏝先チップ１３がはんだとの接触によって腐蝕したり損耗したりした場合には、該鏝先チップ１３だけを取り外して交換することができる。
【００２７】
上記鏝ホルダ１４は、ステンレス等の金属素材によって円筒状に形成され、上記鏝本体１０の外周を上記ガス流路１７となる空間を介して取り囲んでおり、この鏝ホルダ１４の上端部に上記取付機構６が取り付けられている。この鏝ホルダ１４の上端部付近の側面には、上記振動子１１の上端部に対応する位置に、上記ガス供給装置３からの不活性ガスＧをガス流路１７内に導入するガス導入口３２が設けられ、該鏝ホルダ１４の下端部には、上記鏝先チップ１３の先端部１３ｂを取り囲む位置に、環状のガス噴出口３３が下向きに開口している。
【００２８】
そして、はんだ付け時に、上記ガス導入口３２から不活性ガスＧが供給されると、この不活性ガスＧは、先ず上記振動子１１に接触し、超音波振動により発熱した該振動子１１を冷却して昇温したあと、上記ガス流路１７内を下向きに流れ、上記ヒータ１５を通過することにより再昇温され、上記ガス噴出口３３から噴射される。従って、上記保持部材１８は、上記ガス流路１７を完全に塞がないように多孔状等に構成されている。
ここで、上記不活性ガスＧは、上記振動子１１を冷却して昇温したあとに上記ヒータ１５と接触するため、低温のまま該ヒータ１５と接触する場合のように該ヒータ１５から多くの熱を奪うことがなく、従って、該ヒータ１５による鏝先部１３の加熱を殆ど阻害しない。
【００２９】
このようにして、上記鏝先部１３の先端部１３ｂや溶融はんだ及びはんだ付け部位４等が上記不活性ガス雰囲気中に包まれた状態ではんだ付けが行われるため、それらの酸化が防止され、高品質のはんだ付けが行われることになる。また、上記不活性ガスＧを超音波振動子１１の冷却に使用し、その結果昇温した不活性ガスＧを溶融はんだの酸化防止のために使用しているため、上記超音波振動子１１を冷却するための特別な手段も、上記不活性ガスを予備加熱するための補助ヒータ等も必要としない。見方を変えれば、上記超音波振動子１１が不活性ガスＧのための予備加熱手段を兼用しているということができる。
【００３０】
上記ガス流路１７は、上記ヒータ１５の位置で該ヒータ１５の内周側及び外周側の一方又は両方に形成することができるが、鏝先部１３を効率良く加熱するためには、該ヒータ１５と鏝先部１３との間のギャップｇをできるだけ小さくすることが望ましく、その場合に上記ガス流路１７は、主として該ヒータ１５の外周側、即ち該ヒータ１５の外周面と鏝ホルダ１４の内周面との間に形成されることになる。この場合、該ヒータ１５は、不活性ガスの流れを妨げない枠状あるいは多孔状の部材によって上記鏝ホルダ１４の内面に支持される。
【００３１】
上記はんだ供給装置２は、線状はんだＷを上記はんだ鏝１の鏝先チップ１３に向けて送り出すはんだノズル３５と、リール３６に巻かれた線状はんだＷを上記はんだノズル３５に向けて必要量ずつ送り出すはんだ供給部３７とを有している。図中３８は、内部を線状はんだＷが通る合成樹脂製のガイドチューブである。
上記はんだノズル３５は、上記鏝ホルダ１４にノズル支持機構を介して取り付けられている。このノズル支持機構は、上記鏝ホルダ１４に固定された支持ブロック４０と、該支持ブロック４０にはんだ鏝１の軸線Ｌと平行する方向に移動自在に支持された第１支持アーム４１と、該第１支持アーム４１の下端に上記軸線Ｌと直交する連結軸４３を中心に回動自在に連結された第２支持アーム４２とを有し、この第２支持アーム４２に上記はんだノズル３５が、先端のはんだ送出口３５ａを上記鏝先チップ１３の先端部１３ｂの側面に向けて取り付けられている。
【００３２】
上記構成を有する超音波はんだ付け装置ではんだ付けを行うときは、上記超音波はんだ鏝１をはんだ付け部位４に対して垂直か又は若干傾けた姿勢にし、上記ガス供給装置３から不活性ガスＧをガス流路１７内に供給しながら、上記はんだ供給装置２から鏝先チップ１３の側面に向けて必要量の線状はんだＷを連続的又は間欠的に供給し、振動子１１からの超音波振動をホーン１２を通じて該鏝先チップ１３に作用させる。このとき、上記線状はんだＷは、上記鏝先チップ１３の熱により瞬時に溶融してはんだ付け部位４に供給されると同時に、該鏝先チップ１３を通じて超音波振動の作用を受け、それによって該はんだ付け部位４に強固に付着する。なお、上記鏝先チップ１３の先端面は、超音波はんだ鏝１を基板５に対して垂直に向けた場合でも若干傾けた場合でも、該基板５に対して平行をなすように形成されていることが望ましい。
【００３３】
ここで、上記はんだ付け時に、上記超音波はんだ鏝１を上下動させて鏝先チップ１３の先端面を各はんだ付け部位４に個々に接触させるようにすれば、ポイントはんだ付けを行うことができ、上記鏝先チップ１３の先端面を基板５に接触又は近接させた状態で、上記超音波はんだ鏝１をはんだ付け部位４の列に沿って移動させれば、移動はんだ付けを行うことができる。また、ガラスなどのセラミックスの表面にはんだをコーティングする場合や、太陽電池基板の製造時にガラス製又は金属製の基板の表面に電極用配線をはんだ付けする場合等には、この移動はんだ付けの手法が用いられる。
なお、上記移動はんだ付けを行う場合、上記鏝先チップ１３の先端面は、上記基板５と平行に向けられる。
【００３４】
図５及び図６には、本発明の第２実施形態として鏝本体１０Ａの要部が示されている。この第２実施形態の鏝本体１０Ａが上記第１実施形態の鏝本体１０と異なる点は、ホーン１２と鏝先チップ１３との間に、該ホーン１２と鏝先チップ１３との接続を密にして超音波振動の伝達性を高めるための中継部材４６が介設されているという点である。また、上記鏝先チップ１３の接続面１３ｃは、鉄メッキ層２５で覆われることなく、銅がそのまま露出する面に形成されている。
【００３５】
上記中継部材４６は、銅より酸化しにくくかつ硬質で超音波振動の伝達性に勝れた金属素材からなるもので、図７からも分かるように、ワッシャのような円環形をした板状の部材であり、その中心孔４６ａ内に上記ねじ２９を挿通した状態で上記ホーン１２の接続面１２ｅと鏝先チップ１３の接続面１３ｃとの間に挟持されている。
上記中継部材４６を形成する金属素材として好ましいものは、ベリリウム銅である。このベリリウム銅は、ベリリウムを３％まで含む銅合金で、強度と耐摩耗性及び耐腐食性と弾性とに勝れる金属である。
【００３６】
上記鏝先チップ１３の接続面１３ｃが鉄メッキ層２５で被覆されていない場合、この鏝先チップ１３がヒータで加熱されると、上記接続面１３ｃの銅が酸化し、酸化銅となり易い。この酸化銅は、非常に脆い物質で崩壊し易く、また、この酸化銅が形成されるとその部分の体積が増す。従って、鏝先チップ１３の接続面１３ｃとホーン１２の接続面１２ｅとが直接接続されていると、上記酸化銅の形成によって両接続面間に隙間が発生し、この隙間によって超音波振動の伝達性が極端に低下することになる。
【００３７】
この問題は、上述したように、両接続面１２ｅ，１３ｃ間に銅より硬質で酸化しにくい上記中継部材４６、特にベリリウム銅製の中継部材４６を介在させることにより、解消される。即ち、このような中継部材４６を有する上記鏝本体１０Ａの鏝先チップ１３がヒータ１５で加熱されると、上記接続面１３ｃの銅と中継部材４６とが、少なくとも一部溶融して相互に固着する焼き付き現象を生じ、それによってこれらの接続面１３ｃと中継部材４６とが強固に且つ密に接合される。一方、上記中継部材４６とホーン１２の接続面１２ｅとの間に酸化物は発生しにくいため、これらの中継部材４６とホーン１２とは密接している。この結果、上記鏝先チップ１３とホーン１２との間の超音波振動の伝達が上記中継部材４６を介して良好に行われることになる。
【００３８】
この第２実施形態の上記以外の構成は、上記第１実施形態と実質的に同じである。
なお、上記鏝先チップ１３の接続面１３ｃが鉄メッキ層２５で被覆されている場合、被覆されていない場合より酸化物は発生しにくいが、この場合にも、鏝先チップ１３とホーン１２との間に上記中継部材４６を介在させても構わない。
【００３９】
図８及び図９には、本発明の第３実施形態として、はんだ付け装置の要部が示されている。この第３実施形態で用いられる鏝本体１０Ｂの先端の鏝先チップ１３には、該鏝先チップ１３の側面に開口するはんだ導入口５１と、先端面１３ｄに開口するはんだ導出口５２と、これらのはんだ導入口５１とはんだ導出口５２とを結ぶ傾斜したはんだ保持孔５０とが設けられ、上記はんだ導入口５１内に、はんだノズル３５から線状はんだＷが供給されるように構成されている。上記はんだ保持孔５０は、全長にわたり一定の孔径を有していて、上記はんだ導入口５１とはんだ導出口５２とを直線的に結んでいる。しかし、上記はんだ保持孔５０の孔径は、例えばはんだ導入口５１側からはんだ導出口５２側に向けて次第に狭くなるといったように、該はんだ保持孔５０の長さ方向に次第に変化していても良い。また、該はんだ保持孔５０は、上記はんだ導入口５１とはんだ導出口５２とを曲線的に結んでいても良い。
【００４０】
上記はんだ導入口５１に供給された線状はんだＷは、鏝先チップ１３と接触することにより溶融して溶融はんだＷ’となり、上記はんだ保持孔５０内に充填される。そして、上記鏝先チップ１３に超音波振動が作用すると、この溶融はんだＷ’が上記はんだ導出口５２から流出し、はんだ付け部位４に塗布されてはんだ付けが行われる。また、上記鏝先チップ１３に超音波振動が作用していないとき、上記はんだ保持孔５０内の溶融はんだＷ’は、表面張力の作用で該はんだ保持孔５０内に保持される。従って、上記はんだ保持孔５０の孔径は、溶融はんだを表面張力の作用で該はんだ保持孔５０内に保持し得る大きさである。
【００４１】
ここで、セラミックスなどの基板５の表面にはんだをコーティングする場合、上記鏝先チップ１３の先端面１３ｄを該基板５に平行に接触又は近接させた状態で移動はんだ付けが行われるが、その際上記第３実施形態の鏝先チップ１３を使用することにより、該鏝先チップ１３の先端面と全く同じ幅ではんだをコーティングすることができる。図中Ｗ”がコーティングされたはんだである。例えば、上記鏝先チップ１３の先端面１３ｄが円形である場合、その円の直径ｄと正確に同じ幅ではんだをコーティングすることができる。
この第３実施形態の上記以外の構成は、上記第１実施形態又は第２実施形態と実質的に同じである。
【００４２】
上記各実施形態は、ガス供給装置３から不活性ガスを噴射しながらはんだ付けを行うように構成されているが、溶融はんだの酸化をそれほど考慮しなくても良い条件下ではんだ付けを行う場合には、上記ガス供給装置３を省略することができる。
また、上記各実施形態は、はんだ付けを自動的に行う自動はんだ付け装置であるが、本発明は、超音波はんだ鏝１を手に持ってはんだ付けを行う手動のはんだ付け装置にも適用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１ 超音波はんだ鏝
２ はんだ供給装置
１１ 振動子
１２ ホーン
１２ａ 第１ホーン部
１２ｂ 第２ホーン部
１３ 鏝先チップ
１３ｄ 先端面
１５ ヒータ
２４ 母材
２５ 鉄メッキ層
４６ 中継部材
５０ はんだ保持孔
５１ はんだ導入口
５２ はんだ導出口
Ｗ 線状はんだ
Ｗ’ 溶融はんだ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波の振動エネルギーを利用してはんだ付けを行う超音波はんだ付け装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波の振動エネルギーを利用してはんだ付けを行う超音波はんだ付け装置は、例えば特許文献１や特許文献２等によって公知である。この種の超音波はんだ付け装置は、上記特許文献１、２に記載されているように、はんだ付け面上に別の塗布工程で予め塗布された溶融はんだに、はんだ鏝の鏝先部を通じて超音波振動を作用させ、それによってこの溶融はんだをはんだ付け面に付着させる方式のものと、線状はんだをはんだ鏝の熱で溶融させてはんだ付け面に供給すると同時に、この溶融はんだに上記はんだ鏝の鏝先部から超音波振動を作用させることによってこの溶融はんだをはんだ付け面に付着させる方式のものとがある。
【０００３】
上記超音波はんだ付け装置は、通常、図１０に示すようなはんだ鏝を備えている。このはんだ鏝６０は、超音波振動を発生させる振動子６１と、該振動子６１からの超音波振動を伝達するホーン６２とを備えていて、該ホーン６２の先端に鏝先部６３が形成され、ヒータがこの鏝先部６３の外周に直接巻き付けられるか、又は該鏝先部６３の内部に内蔵されている。そして、溶融したはんだに上記鏝先部６３を通じて超音波振動を作用させるものである。
【０００４】
上記超音波はんだ付け装置において、はんだ付け時に超音波振動が果たす役割は非常に大きくかつ重要であるため、上記従来のはんだ鏝６０は、超音波振動の確実な伝達に主眼をおいて作られている。即ち、振動子６１からの超音波振動をできるだけ減衰させないままホーン６２から鏝先部６３を通じて溶融はんだに伝達できるように、該ホーン６２及び鏝先部６３が、超音波の伝導性に勝れたステンレスやタングステン、モリブデン、チタン等の金属により形成されている。このため、上記はんだ鏝６０は、超音波の伝達性に優れるが、鏝先部６３の熱伝導率が低く、この鏝先部６３で線状はんだを溶融させてはんだ付けする場合、その溶融に時間がかかって作業効率が悪いという問題を有していた。また、上記ホーン６２と鏝先部６３とが一体に形成されている場合、繰り返し使用することによって該鏝先部６３が損耗した場合に、ホーン全体を交換しなければならないためコストが高くつくという問題も有していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２８４４３３０号公報
【特許文献２】特許第３２０５４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、振動子からの超音波振動を確実かつ効率良く鏝先部分に伝達することができると共に、該鏝先部分の熱伝導率が高く、該鏝先部分が損耗した場合には相鏝先部分だけを部分的に交換することが可能な超音波はんだ付け装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため本発明の超音波はんだ付け装置は、溶融したはんだに超音波振動を作用させてはんだ付けを行う超音波はんだ鏝と、この超音波はんだ鏝に線状はんだを供給するはんだ供給装置とを有し、上記超音波はんだ鏝は、超音波振動を発生させる振動子と、この振動子からの超音波振動を鏝先チップに伝達するホーンと、該ホーンの先端に接続され、上記線状はんだを熱で溶融させると共に溶融したはんだに超音波振動を作用させる上記鏝先チップと、該鏝先チップを加熱するヒータとを有し、上記鏝先チップは、銅製の母材の表面を鉄メッキ層で被覆することにより形成され、上記ホーンは、上記鏝先チップより熱伝導率の低い金属素材で形成され、上記はんだ供給装置は、上記鏝先チップに線状はんだを供給するように構成されている。
【０００８】
本発明において好ましくは、上記ホーンと上記鏝先チップとの間に、これらのホーンと鏝先チップとを密に接続して超音波振動の伝達性を高める中継部材が介設されていることであり、より好ましくは、この中継部材がベリリウム銅で形成されていることである。
【０００９】
また、本発明においては、上記ホーンが、上記振動子に基端部を接続された第１ホーン部と、該第１ホーン部の先端と上記鏝先チップとの間に介在する第２ホーン部とを有していて、該第２ホーン部の少なくとも一部が上記第１ホーン部及び鏝先チップより小径化されることにより、この第２ホーン部の介在によって上記鏝先チップの熱が上記第１ホーン部に伝わりにくくされていることが望ましい。
【００１０】
あるいは、上記鏝先チップが、該鏝先チップの側面に開口するはんだ導入口と先端面に開口するはんだ導出口とを結ぶはんだ保持孔を有し、上記線状はんだが上記はんだ導入口に供給されて鏝先チップとの接触により溶融し、溶融したはんだが表面張力により上記はんだ保持孔に保持されると共に、保持された溶融はんだが超音波振動の作用で上記はんだ導出口から流出するように構成されていても良い。
【００１１】
また、本発明は、上記溶融したはんだに向けて不活性ガスを噴出させるように構成することもできる。このため、上記超音波はんだ鏝が、上記振動子とホーンと鏝先チップとの外周をガス流路を介して取り囲む鏝ホルダを有し、該鏝ホルダは、上記振動子に対応する位置に不活性ガスを導入するガス導入口を有すると共に、上記鏝先チップに対応する位置に該鏝先チップの外周を取り囲むガス噴出口を有していて、上記ガス導入口から導入されて上記振動子と接触した不活性ガスを上記ガス噴出口から上記溶融したはんだに向けて噴出するように構成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、超音波はんだ鏝の鏝先チップを、銅製の母材の表面を鉄メッキ層で被覆することにより形成し、この鏝先チップをホーンの先端に接続したので、該鏝先チップの熱伝導性が高められ、該鏝先チップで線状はんだを短時間に効率良く溶融させつつ、振動子からの超音波振動を上記ホーン及び該鏝先チップを通じて溶融はんだに確実かつ効率良く伝達させてはんだ付けを行うことが可能となる。また、該鏝先チップが損耗した場合には該鏝先チップだけを部分的に交換することができるため経済的である。更に、上記ホーンを上記鏝先チップより熱伝導率の低い素材で形成したことにより、上記鏝先チップの熱がこのホーンを通じて振動子に伝わりにくいため、鏝先チップの熱効率を高めながら、該鏝先チップからの熱による上記振動子の誤作動や損傷等の発生を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る超音波はんだ付け装置を模式的に示す構成図である。
【図２】超音波はんだ鏝の鏝本体を示す側面図である。
【図３】図２に示す鏝本体の分解図である。
【図４】鏝先チップの拡大断面図である。
【図５】鏝本体の他の構成例を示す要部拡大側面図である。
【図６】図５の分解図である。
【図７】中継部材の平面図である。
【図８】超音波はんだ付け装置の他の実施形態を部分的に示す要部断面図である。
【図９】図８に示された鏝本体を先端面側から見た斜視図である。
【図１０】従来の超音波はんだ付け装置で用いられている鏝本体の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１には、本発明に係る超音波はんだ付け装置が模式的に示されている。この超音波はんだ付け装置は、電気・電子部品の端子同士即ち金属同士をはんだ付けする場合や、ガラスなどのセラミックスと金属とをはんだ付けする場合、あるいはセラミックスの表面にはんだをコーティングする場合などに使用されるもので、特に、太陽電池基板の製造時に、ガラス製又は金属製の基板の表面に電極用配線をはんだ付けする場合に好適に使用することができる。
【００１５】
上記超音波はんだ付け装置は、溶融したはんだに超音波振動を作用させてはんだ付けを行う超音波はんだ鏝１と、該超音波はんだ鏝１に線状はんだＷを供給するはんだ供給装置２と、上記溶融したはんだやはんだ付け部位４等に上記超音波はんだ鏝１を通じて窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスＧを供給するガス供給装置３とを有している。
【００１６】
上記超音波はんだ鏝１は、取付機構６を介して自動はんだ付け機７に上下動自在なるように取り付けられ、鏝先端をはんだ付け部位４に接触させてはんだ付けを行うもので、ばね力や自重等によって上記鏝先端の接触圧が設定されるようになっている。また、この自動はんだ付け機７と上記はんだ供給装置２及びガス供給装置３とは、装置全体を制御する制御装置８に接続され、この制御装置８で設定されたプログラムに従って制御されることにより、上記超音波はんだ鏝１によってはんだ付けが自動的に行われるように構成されている。
【００１７】
上記超音波はんだ鏝１は、超音波振動を発生させる振動子１１と、この振動子１１に上端部を連結されて該振動子１１からの超音波振動を鏝先チップ１３に伝達するホーン１２と、該ホーン１２の先端に接続され、上記線状はんだＷを熱で溶融させると共に溶融したはんだ（溶融はんだ）に超音波振動を作用させる上記鏝先チップ１３と、上記振動子１１とホーン１２及び鏝先チップ１３との外周を取り囲む鏝ホルダ１４と、該鏝ホルダ１４の内部に設けられて上記鏝先チップ１３を加熱するヒータ１５とを有している。
【００１８】
図２からも分かるように、上記振動子１１とホーン１２と鏝先チップ１３とは、それらがはんだ鏝１の軸線Ｌに沿って一列に接続されることにより鏝本体１０を形成しており、この鏝本体１０が、上記鏝ホルダ１４の内部に、ガス流路１７を形成する環状の空間を介して該鏝ホルダ１４と同心状に配置され、この鏝ホルダ１４の内周と該鏝本体１０の外周との間に介設された保持部材１８を介して上記軸線Ｌ方向に振動できるように保持されている。この保持部材１８は、１カ所だけでなく、複数カ所に設けることもできる。
【００１９】
上記振動子１１は、１０−１００ｋＨｚ程度の超音波振動を発生させるもので、そのリード線が上記制御装置８に接続され、この制御装置８で制御されるようになっている。
【００２０】
上記ホーン１２は、超音波の伝導性に勝れた金属素材、例えばステンレスやタングステン、モリブデン、チタン、鉄等によって断面円形の棒状に形成されたものである。このホーン１２は、図３からも分かるように、上記振動子１１に基端部を接続された第１ホーン部１２ａと、該第１ホーン部１２ａの先端と上記鏝先チップ１３との間に介在する第２ホーン部１２ｂとからなっていて、これら第１ホーン部１２ａと第２ホーン部１２ｂとが、第１ホーン部１２ａの接続面１２ｃに設けられたねじ２１を第２ホーン部１２ｂの接続面１２ｄに設けられたねじ孔２２にねじ込むことにより、上記接続面１２ｃ，１２ｄ同士を密に接触させた状態で互いに分離可能に接続されている。しかし、上記ねじ２１とねじ孔２２との配置は、上述した場合と逆であっても良い。また、上記第１ホーン部１２ａと第２ホーン部１２ｂとは一体に形成することもできる。
【００２１】
上記第２ホーン部１２ｂは、少なくとも一部を上記第１ホーン部１２ａ及び鏝先チップ１３より小径にして断面積を小さくすることにより、熱伝導性を低く抑えられており、これにより、上記鏝先チップ１３の熱がこの第２ホーン部１２ｂを通じて上記第１ホーン部１２ａ（従って振動子１１）に伝わりにくくし、熱による振動子１１の誤作動や損傷等の発生を防止している。
【００２２】
一方、上記鏝先チップ１３は、上記線状はんだＷと接触することによって該線状はんだＷを溶融させると共に、溶融したはんだに超音波振動を作用させてはんだ付けを行うもので、上記ホーン１２に比べて高い熱伝導性を有するように、銅を素材として形成されている。具体的には、図４に示すように、銅製の母材２４の表面を鉄メッキ層２５で被覆することによりこの鏝先チップ１３が形成されている。
上記鏝先チップ１３は、円柱形をした本体部１３ａと、次第に先細り状をなす先端部１３ｂとからなっており、このうち本体部１３ａは、上記ヒータ１５で加熱される部分であり、上記先端部１３ｂは、線状はんだＷを溶融させる部分、即ちはんだの濡れ面となる部分である。従って、上記ヒータ１５は、主として上記本体部１３ａを取り囲むように配設されている。また、このヒータ１５は、振動する上記鏝先チップ１３に対して非接触の状態に配置され、上記鏝ホルダ１４に保持されている。
なお、上記鏝先チップ１３は、はんだ付け時に上記ヒータ１５で例えば３００〜４５０℃程に加熱される。
【００２３】
上記鉄メッキ層２５は、銅の耐腐食性を高めるためのもので、１０−１０００μｍ程度の厚さに形成することができるが、厚さが小さいほど鏝先チップ１３の耐腐食性は低くなり、厚さが大きいほど鏝先チップ１３の熱伝導性が低下するため、両者のバランスを考慮した場合、好ましい鉄メッキ層２５の厚さは５０−５００μｍ程度である。このような鉄メッキ層２５の形成により、銅製の上記鏝先チップ１３の耐腐食性が高められる。
上記鏝先チップ１３の外面には、図４に鎖線で示すように、はんだの濡れ面となる上記先端部１３ｂを除くその他の部分、即ち本体部１３ａの外面に、上記鉄メッキ層２５の上から、はんだを付着しにくくするための硬質クロムメッキ層２６を設けても良い。
【００２４】
上記鏝先チップ１３は、上記本体部１３ａの基端の接続面１３ｃに形成されたねじ孔２８に、上記ホーン１２における第２ホーン部１２ｂの先端の接続面１２ｅに形成されたねじ２９をねじ込むことにより、上記接続面１３ｃ，１２ｅ同士を密に接触させた状態で上記ホーン１２に分離可能なるように接続されている。上記接続面１３ｃは鉄メッキ層２５で覆われているため、上記鏝先チップ１３と上記第２ホーン部１２ｂとは、この鉄メッキ層２５を介して相互に密着していることになる。上記接続面１３ｃ及び１２ｅは、何れも平坦な面に仕上げられている。
【００２５】
なお、上記鏝先チップ１３を形成する銅の熱伝導率は、３００℃で凡そ３８１ｋ／Ｗ／ｍ−１・Ｋ−１であって、この熱伝導率は、上記ホーン１２を形成する金属素材であるステンレスやタングステン、モリブデン、チタン、鉄などの熱伝導率より大きい。
【００２６】
このように、上記ホーン１２を超音波の伝導性に勝れた金属素材で形成し、上記鏝先チップ１３を、熱伝導性に勝れた銅製の母材２４の表面を鉄メッキ層２５で被覆することにより形成したので、該鏝先チップ１３で線状はんだＷを瞬時に効率良く溶融させつつ、振動子１１からの超音波振動を上記ホーン１２から該鏝先チップ１３を通じて溶融はんだに確実かつ効率良く伝達させてはんだ付けを行うことが可能となる。また、鏝先チップ１３がはんだとの接触によって腐蝕したり損耗したりした場合には、該鏝先チップ１３だけを取り外して交換することができる。
【００２７】
上記鏝ホルダ１４は、ステンレス等の金属素材によって円筒状に形成され、上記鏝本体１０の外周を上記ガス流路１７となる空間を介して取り囲んでおり、この鏝ホルダ１４の上端部に上記取付機構６が取り付けられている。この鏝ホルダ１４の上端部付近の側面には、上記振動子１１の上端部に対応する位置に、上記ガス供給装置３からの不活性ガスＧをガス流路１７内に導入するガス導入口３２が設けられ、該鏝ホルダ１４の下端部には、上記鏝先チップ１３の先端部１３ｂを取り囲む位置に、環状のガス噴出口３３が下向きに開口している。
【００２８】
そして、はんだ付け時に、上記ガス導入口３２から不活性ガスＧが供給されると、この不活性ガスＧは、先ず上記振動子１１に接触し、超音波振動により発熱した該振動子１１を冷却して昇温したあと、上記ガス流路１７内を下向きに流れ、上記ヒータ１５を通過することにより再昇温され、上記ガス噴出口３３から噴射される。従って、上記保持部材１８は、上記ガス流路１７を完全に塞がないように多孔状等に構成されている。
ここで、上記不活性ガスＧは、上記振動子１１を冷却して昇温したあとに上記ヒータ１５と接触するため、低温のまま該ヒータ１５と接触する場合のように該ヒータ１５から多くの熱を奪うことがなく、従って、該ヒータ１５による鏝先部１３の加熱を殆ど阻害しない。
【００２９】
このようにして、上記鏝先部１３の先端部１３ｂや溶融はんだ及びはんだ付け部位４等が上記不活性ガス雰囲気中に包まれた状態ではんだ付けが行われるため、それらの酸化が防止され、高品質のはんだ付けが行われることになる。また、上記不活性ガスＧを超音波振動子１１の冷却に使用し、その結果昇温した不活性ガスＧを溶融はんだの酸化防止のために使用しているため、上記超音波振動子１１を冷却するための特別な手段も、上記不活性ガスを予備加熱するための補助ヒータ等も必要としない。見方を変えれば、上記超音波振動子１１が不活性ガスＧのための予備加熱手段を兼用しているということができる。
【００３０】
上記ガス流路１７は、上記ヒータ１５の位置で該ヒータ１５の内周側及び外周側の一方又は両方に形成することができるが、鏝先部１３を効率良く加熱するためには、該ヒータ１５と鏝先部１３との間のギャップｇをできるだけ小さくすることが望ましく、その場合に上記ガス流路１７は、主として該ヒータ１５の外周側、即ち該ヒータ１５の外周面と鏝ホルダ１４の内周面との間に形成されることになる。この場合、該ヒータ１５は、不活性ガスの流れを妨げない枠状あるいは多孔状の部材によって上記鏝ホルダ１４の内面に支持される。
【００３１】
上記はんだ供給装置２は、線状はんだＷを上記はんだ鏝１の鏝先チップ１３に向けて送り出すはんだノズル３５と、リール３６に巻かれた線状はんだＷを上記はんだノズル３５に向けて必要量ずつ送り出すはんだ供給部３７とを有している。図中３８は、内部を線状はんだＷが通る合成樹脂製のガイドチューブである。
上記はんだノズル３５は、上記鏝ホルダ１４にノズル支持機構を介して取り付けられている。このノズル支持機構は、上記鏝ホルダ１４に固定された支持ブロック４０と、該支持ブロック４０にはんだ鏝１の軸線Ｌと平行する方向に移動自在に支持された第１支持アーム４１と、該第１支持アーム４１の下端に上記軸線Ｌと直交する連結軸４３を中心に回動自在に連結された第２支持アーム４２とを有し、この第２支持アーム４２に上記はんだノズル３５が、先端のはんだ送出口３５ａを上記鏝先チップ１３の先端部１３ｂの側面に向けて取り付けられている。
【００３２】
上記構成を有する超音波はんだ付け装置ではんだ付けを行うときは、上記超音波はんだ鏝１をはんだ付け部位４に対して垂直か又は若干傾けた姿勢にし、上記ガス供給装置３から不活性ガスＧをガス流路１７内に供給しながら、上記はんだ供給装置２から鏝先チップ１３の側面に向けて必要量の線状はんだＷを連続的又は間欠的に供給し、振動子１１からの超音波振動をホーン１２を通じて該鏝先チップ１３に作用させる。このとき、上記線状はんだＷは、上記鏝先チップ１３の熱により瞬時に溶融してはんだ付け部位４に供給されると同時に、該鏝先チップ１３を通じて超音波振動の作用を受け、それによって該はんだ付け部位４に強固に付着する。なお、上記鏝先チップ１３の先端面は、超音波はんだ鏝１を基板５に対して垂直に向けた場合でも若干傾けた場合でも、該基板５に対して平行をなすように形成されていることが望ましい。
【００３３】
ここで、上記はんだ付け時に、上記超音波はんだ鏝１を上下動させて鏝先チップ１３の先端面を各はんだ付け部位４に個々に接触させるようにすれば、ポイントはんだ付けを行うことができ、上記鏝先チップ１３の先端面を基板５に接触又は近接させた状態で、上記超音波はんだ鏝１をはんだ付け部位４の列に沿って移動させれば、移動はんだ付けを行うことができる。また、ガラスなどのセラミックスの表面にはんだをコーティングする場合や、太陽電池基板の製造時にガラス製又は金属製の基板の表面に電極用配線をはんだ付けする場合等には、この移動はんだ付けの手法が用いられる。
なお、上記移動はんだ付けを行う場合、上記鏝先チップ１３の先端面は、上記基板５と平行に向けられる。
【００３４】
図５及び図６には、本発明の第２実施形態として鏝本体１０Ａの要部が示されている。この第２実施形態の鏝本体１０Ａが上記第１実施形態の鏝本体１０と異なる点は、ホーン１２と鏝先チップ１３との間に、該ホーン１２と鏝先チップ１３との接続を密にして超音波振動の伝達性を高めるための中継部材４６が介設されているという点である。また、上記鏝先チップ１３の接続面１３ｃは、鉄メッキ層２５で覆われることなく、銅がそのまま露出する面に形成されている。
【００３５】
上記中継部材４６は、銅より酸化しにくくかつ硬質で超音波振動の伝達性に勝れた金属素材からなるもので、図７からも分かるように、ワッシャのような円環形をした板状の部材であり、その中心孔４６ａ内に上記ねじ２９を挿通した状態で上記ホーン１２の接続面１２ｅと鏝先チップ１３の接続面１３ｃとの間に挟持されている。
上記中継部材４６を形成する金属素材として好ましいものは、ベリリウム銅である。このベリリウム銅は、ベリリウムを３％まで含む銅合金で、強度と耐摩耗性及び耐腐食性と弾性とに勝れる金属である。
【００３６】
上記鏝先チップ１３の接続面１３ｃが鉄メッキ層２５で被覆されていない場合、この鏝先チップ１３がヒータで加熱されると、上記接続面１３ｃの銅が酸化し、酸化銅となり易い。この酸化銅は、非常に脆い物質で崩壊し易く、また、この酸化銅が形成されるとその部分の体積が増す。従って、鏝先チップ１３の接続面１３ｃとホーン１２の接続面１２ｅとが直接接続されていると、上記酸化銅の形成によって両接続面間に隙間が発生し、この隙間によって超音波振動の伝達性が極端に低下することになる。
【００３７】
この問題は、上述したように、両接続面１２ｅ，１３ｃ間に銅より硬質で酸化しにくい上記中継部材４６、特にベリリウム銅製の中継部材４６を介在させることにより、解消される。即ち、このような中継部材４６を有する上記鏝本体１０Ａの鏝先チップ１３がヒータ１５で加熱されると、上記接続面１３ｃの銅と中継部材４６とが、少なくとも一部溶融して相互に固着する焼き付き現象を生じ、それによってこれらの接続面１３ｃと中継部材４６とが強固に且つ密に接合される。一方、上記中継部材４６とホーン１２の接続面１２ｅとの間に酸化物は発生しにくいため、これらの中継部材４６とホーン１２とは密接している。この結果、上記鏝先チップ１３とホーン１２との間の超音波振動の伝達が上記中継部材４６を介して良好に行われることになる。
【００３８】
この第２実施形態の上記以外の構成は、上記第１実施形態と実質的に同じである。
なお、上記鏝先チップ１３の接続面１３ｃが鉄メッキ層２５で被覆されている場合、被覆されていない場合より酸化物は発生しにくいが、この場合にも、鏝先チップ１３とホーン１２との間に上記中継部材４６を介在させても構わない。
【００３９】
図８及び図９には、本発明の第３実施形態として、はんだ付け装置の要部が示されている。この第３実施形態で用いられる鏝本体１０Ｂの先端の鏝先チップ１３には、該鏝先チップ１３の側面に開口するはんだ導入口５１と、先端面１３ｄに開口するはんだ導出口５２と、これらのはんだ導入口５１とはんだ導出口５２とを結ぶ傾斜したはんだ保持孔５０とが設けられ、上記はんだ導入口５１内に、はんだノズル３５から線状はんだＷが供給されるように構成されている。上記はんだ保持孔５０は、全長にわたり一定の孔径を有していて、上記はんだ導入口５１とはんだ導出口５２とを直線的に結んでいる。しかし、上記はんだ保持孔５０の孔径は、例えばはんだ導入口５１側からはんだ導出口５２側に向けて次第に狭くなるといったように、該はんだ保持孔５０の長さ方向に次第に変化していても良い。また、該はんだ保持孔５０は、上記はんだ導入口５１とはんだ導出口５２とを曲線的に結んでいても良い。
【００４０】
上記はんだ導入口５１に供給された線状はんだＷは、鏝先チップ１３と接触することにより溶融して溶融はんだＷ’となり、上記はんだ保持孔５０内に充填される。そして、上記鏝先チップ１３に超音波振動が作用すると、この溶融はんだＷ’が上記はんだ導出口５２から流出し、はんだ付け部位４に塗布されてはんだ付けが行われる。また、上記鏝先チップ１３に超音波振動が作用していないとき、上記はんだ保持孔５０内の溶融はんだＷ’は、表面張力の作用で該はんだ保持孔５０内に保持される。従って、上記はんだ保持孔５０の孔径は、溶融はんだを表面張力の作用で該はんだ保持孔５０内に保持し得る大きさである。
【００４１】
ここで、セラミックスなどの基板５の表面にはんだをコーティングする場合、上記鏝先チップ１３の先端面１３ｄを該基板５に平行に接触又は近接させた状態で移動はんだ付けが行われるが、その際上記第３実施形態の鏝先チップ１３を使用することにより、該鏝先チップ１３の先端面と全く同じ幅ではんだをコーティングすることができる。図中Ｗ”がコーティングされたはんだである。例えば、上記鏝先チップ１３の先端面１３ｄが円形である場合、その円の直径ｄと正確に同じ幅ではんだをコーティングすることができる。
この第３実施形態の上記以外の構成は、上記第１実施形態又は第２実施形態と実質的に同じである。
【００４２】
上記各実施形態は、ガス供給装置３から不活性ガスを噴射しながらはんだ付けを行うように構成されているが、溶融はんだの酸化をそれほど考慮しなくても良い条件下ではんだ付けを行う場合には、上記ガス供給装置３を省略することができる。
また、上記各実施形態は、はんだ付けを自動的に行う自動はんだ付け装置であるが、本発明は、超音波はんだ鏝１を手に持ってはんだ付けを行う手動のはんだ付け装置にも適用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１ 超音波はんだ鏝
２ はんだ供給装置
１１ 振動子
１２ ホーン
１２ａ 第１ホーン部
１２ｂ 第２ホーン部
１３ 鏝先チップ
１３ｄ 先端面
１５ ヒータ
２４ 母材
２５ 鉄メッキ層
４６ 中継部材
５０ はんだ保持孔
５１ はんだ導入口
５２ はんだ導出口
Ｗ 線状はんだ
Ｗ’ 溶融はんだ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融したはんだに超音波振動を作用させてはんだ付けを行う超音波はんだ鏝と、この超音波はんだ鏝に線状はんだを供給するはんだ供給装置とを有し、
上記超音波はんだ鏝は、超音波振動を発生させる振動子と、この振動子からの超音波振動を鏝先チップに伝達するホーンと、該ホーンの先端に接続され、上記線状はんだを熱で溶融させると共に溶融したはんだに超音波振動を作用させる上記鏝先チップと、該鏝先チップを加熱するヒータとを有し、
上記鏝先チップは、銅製の母材の表面を鉄メッキ層で被覆することにより形成され、
上記ホーンは、上記鏝先チップより熱伝導率の低い金属素材で形成され、
上記はんだ供給装置は、上記鏝先チップに線状はんだを供給するように構成されていることを特徴とする超音波はんだ付け装置。
【請求項２】
上記ホーンと上記鏝先チップとの間に、該ホーンと鏝先チップとを密に接続して超音波振動の伝達性を高める中継部材が介設されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波はんだ付け装置。
【請求項３】
上記中継部材がベリリウム銅からなることを特徴とする請求項２に記載の超音波はんだ付け装置。
【請求項４】
上記ホーンが、上記振動子に基端部を接続された第１ホーン部と、該第１ホーン部の先端と上記鏝先チップとの間に介在する第２ホーン部とを有していて、該第２ホーン部の少なくとも一部が上記第１ホーン部及び鏝先チップより小径化されることにより、この第２ホーン部の介在によって上記鏝先チップからの熱が上記第１ホーン部に伝わりにくくされていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の超音波はんだ付け装置。
【請求項５】
上記鏝先チップが、該鏝先チップの側面に開口するはんだ導入口と先端面に開口するはんだ導出口とを結ぶはんだ保持孔を有し、上記線状はんだが上記はんだ導入口に供給されて鏝先チップとの接触により溶融し、溶融したはんだが表面張力により上記はんだ保持孔内に保持されると共に、保持された溶融はんだが超音波振動の作用で上記はんだ導出口から流出するように構成されていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の超音波はんだ付け装置。
【請求項６】
上記超音波はんだ鏝が、上記振動子とホーンと鏝先チップとの外周をガス流路を介して取り囲む鏝ホルダを有し、該鏝ホルダは、上記振動子に対応する位置に不活性ガスを導入するガス導入口を有すると共に、上記鏝先チップに対応する位置に該鏝先チップの外周を取り囲むガス噴出口を有していて、上記ガス導入口から導入されて上記振動子と接触した不活性ガスを上記ガス噴出口から上記溶融したはんだに向けて噴出するように構成されていることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の超音波はんだ付け装置。
【請求項１】
溶融したはんだに超音波振動を作用させてはんだ付けを行う超音波はんだ鏝と、この超音波はんだ鏝に線状はんだを供給するはんだ供給装置とを有し、
上記超音波はんだ鏝は、超音波振動を発生させる振動子と、この振動子からの超音波振動を鏝先チップに伝達するホーンと、該ホーンの先端に接続され、上記線状はんだを熱で溶融させると共に溶融したはんだに超音波振動を作用させる上記鏝先チップと、該鏝先チップを加熱するヒータとを有し、
上記鏝先チップは、銅製の母材の表面を鉄メッキ層で被覆することにより形成され、
上記ホーンは、上記鏝先チップより熱伝導率の低い金属素材で形成され、
上記はんだ供給装置は、上記鏝先チップに線状はんだを供給するように構成されていることを特徴とする超音波はんだ付け装置。
【請求項２】
上記ホーンと上記鏝先チップとの間に、該ホーンと鏝先チップとを密に接続して超音波振動の伝達性を高める中継部材が介設されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波はんだ付け装置。
【請求項３】
上記中継部材がベリリウム銅からなることを特徴とする請求項２に記載の超音波はんだ付け装置。
【請求項４】
上記ホーンが、上記振動子に基端部を接続された第１ホーン部と、該第１ホーン部の先端と上記鏝先チップとの間に介在する第２ホーン部とを有していて、該第２ホーン部の少なくとも一部が上記第１ホーン部及び鏝先チップより小径化されることにより、この第２ホーン部の介在によって上記鏝先チップからの熱が上記第１ホーン部に伝わりにくくされていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の超音波はんだ付け装置。
【請求項５】
上記鏝先チップが、該鏝先チップの側面に開口するはんだ導入口と先端面に開口するはんだ導出口とを結ぶはんだ保持孔を有し、上記線状はんだが上記はんだ導入口に供給されて鏝先チップとの接触により溶融し、溶融したはんだが表面張力により上記はんだ保持孔内に保持されると共に、保持された溶融はんだが超音波振動の作用で上記はんだ導出口から流出するように構成されていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の超音波はんだ付け装置。
【請求項６】
上記超音波はんだ鏝が、上記振動子とホーンと鏝先チップとの外周をガス流路を介して取り囲む鏝ホルダを有し、該鏝ホルダは、上記振動子に対応する位置に不活性ガスを導入するガス導入口を有すると共に、上記鏝先チップに対応する位置に該鏝先チップの外周を取り囲むガス噴出口を有していて、上記ガス導入口から導入されて上記振動子と接触した不活性ガスを上記ガス噴出口から上記溶融したはんだに向けて噴出するように構成されていることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の超音波はんだ付け装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−５１００７（Ｐ２０１１−５１００７Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０４９５１（Ｐ２００９−２０４９５１）
【出願日】平成２１年９月４日（２００９．９．４）
【出願人】（３９００１４８３４）株式会社ジャパンユニックス (21)
【出願人】（０００２４３３６４）本多電子株式会社 (255)
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月４日（２００９．９．４）
【出願人】（３９００１４８３４）株式会社ジャパンユニックス (21)
【出願人】（０００２４３３６４）本多電子株式会社 (255)
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