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JP6895212B2 - 局所はんだ付け装置 - Google Patents

局所はんだ付け装置 Download PDF

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JP6895212B2 JP2017050757A JP2017050757A JP6895212B2 JP 6895212 B2 JP6895212 B2 JP 6895212B2 JP 2017050757 A JP2017050757 A JP 2017050757A JP 2017050757 A JP2017050757 A JP 2017050757A JP 6895212 B2 JP6895212 B2 JP 6895212B2
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Description

本発明は、はんだ付け性が向上された局所はんだ付け装置に関する。
フローはんだ付け装置は、液体状の溶融はんだが入っているはんだ槽の上にプリント配線基板を搬送し、部品と基板の電極部をはんだ付けする装置である。はんだ槽としては、はんだの液面が静止している静止槽と、はんだ液面に流れがある噴流槽とがある。さらに、噴流の方式としてプリント配線基板の中で必要な箇所のみに噴流はんだを接触させる局所はんだ付け装置が知られている。例えば表面実装部品等が既にはんだ付けされているプリント配線基板に対して、局所はんだ付け装置によって挿入部品(リード部品)が後付けされる。
例えば特許文献1には、平面状噴流波に対してワークの面を接触させてはんだ付けを行うフローディップ装置において、噴流波を形成するための電磁誘導ポンプを不活性ガスによって冷却すること、噴流波とプリント配線基板の接触する領域に不活性ガス雰囲気を形成するために使用することが記載されている。また、特許文献2には、平面状噴流波を形成する噴流ダクトを有するはんだ付け装置において、不活性ガスを必要な区域にのみ供給して不活性ガス雰囲気がはんだ付けを行うことが記載されている。
特許第3897586号公報 特開平11−307926号公報
特許文献1又は特許文献2に記載のように、平面状噴流波に対してワークの面を接触させる方式と比較すると、局所はんだ付け装置では、溶融はんだの噴流波が接触する基板上の領域が限定されているために、熱が拡散してつららが発生したり、スルーホール上がりが不充分となる問題がある。
したがって、本発明の目的は、加温した不活性ガスの雰囲気ではんだ付けを行うことによってはんだ付けの不良が発生する割合が減少された局所はんだ付け装置を提供することにある。
上述した課題を解決するために、本発明は、不活性ガスを加温する加温手段と、
加温手段によって加温された不活性ガスが導入されるチャンバーと、
チャンバー内に設けられた溶融はんだを収容するはんだ槽と、
はんだ槽の上方に配置され、噴流波を発生する1又は複数の局所はんだ付け用の噴流ノズルと、
噴流ノズルの上方位置にワークを搬送する搬送手段と、
はんだ付けを行うときに噴流ノズルとワークの下面の間の空間の体積を小さくするように、ワークを下方向に移動させる移動手段と
チャンバー内で搬送手段の上方に設けられ、ガス供給パイプから吹き出された加温された不活性ガスが衝突する水平な板面を有する第1の干渉板と、第1の干渉板の端部に沿って設けられた上向きの折り曲げ部と、折り曲げ部と接し、第1の干渉板と平行な板面を有する第2の干渉板とを備え、
第2の干渉板によって囲まれた開口を通じてはんだ付け領域に加温された不活性ガスを流すようにした局所はんだ付け装置である。
少なくとも一つの実施形態によれば、加温された不活性ガスが導入されたチャンバー内で、低酸素雰囲気ではんだ付けがなされるので、つららの発生、スルーホール上がりが不充分となる割合を減少させることができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本発明中に記載されたいずれの効果であってもよい。また、以下の説明における例示された効果により本発明の内容が限定して解釈されるものではない。
図1は本発明の一実施の形態による局所はんだ付け装置の構成を示す断面図である。 図2は本発明の一実施の形態による局所はんだ付け装置の構成を示す断面図である。 図3は本発明の一実施の形態による局所はんだ付け装置の構成を示す断面図である。 図4はチャンバー内の不活性ガスの流れを示す断面図である。 図5A及び図5Bは低酸素濃度雰囲気形成の説明に使用する断面図である。 図6A及び図6Bはスルーホール上がり率の説明に使用する断面図である。 図7は不活性ガスの加温方法の他の例の説明に使用する断面図である。 図8は干渉板の他の例の説明に使用する断面図である。 図9は干渉板のさらに他の例の説明に使用する断面図である。 図10は干渉板のよりさらに他の例の説明に使用する断面図である。
以下、本発明を実施の形態について説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。
<1.一実施の形態>
<2.変形例>
なお、以下に説明する一実施の形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において、特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。
<1.一実施の形態>
図1、図2及び図3を参照して本発明の一実施の形態の局所はんだ付け装置1について説明する。図1は、ワークWの搬送方向と平行な断面を示し、図2は、ワークWの搬送方向と直交する断面を示し、図3は、図1のA−A線断面図である。ワークWは、例えばチップ部品等が面実装されているプリント配線基板に対して挿入部品が取り付けられ、フラックスが塗布されたものである。ワークWの下面のはんだ付けの必要な1又は複数の箇所に対して噴流ノズルからの噴流はんだを接触させてはんだ付けが行われる。
上側チャンバー体2a及び下側チャンバー体2bによって箱状のチャンバー体が構成される。下側チャンバー体2bの上面及び下面が開口とされている。上部開口の周囲に鍔部が設けられ、この鍔部がはんだ槽3の上部の鍔部と固定されている。下側チャンバー体2bの下部にはんだ槽3が配置される。
ワーク搬送時及びはんだ付け時には、下側チャンバー体2b上に上側チャンバー体2aが重ねられている。上側チャンバー体2aと下側チャンバー体2bとが上側チャンバー体2aの自重によって密着するようになされる。この場合、チャンバー体の気密性を確保するために、両者の接合面にスポンジ等の弾性体を介在させるようにしてもよい。上側チャンバー体2aに不活性ガス供給部としての不活性ガス供給口4が設けられている。不活性ガスは、例えば窒素ガスである。不活性ガスは、外部からの制御によって、供給/遮断が制御可能とされている。
上側チャンバー体2a及び下側チャンバー体2bからなるチャンバー体には、ワークWの搬入口及び搬出口が設けられる。ワークWが搬送コンベア5a及び5b(搬送コンベア5a及び5bを区別する必要がない場合には、搬送コンベア5と表記する)によって搬入口から局所はんだ付け装置1に搬入される。搬送コンベア5は、ワークWの幅よりやや大きい間隔で平行する2本のローラチェーン等のコンベアであり、それぞれ支持部として搬送方向に延長された支持レールを有している。搬送コンベア5のローラによってワークWが挟持されると共に、各ローラが有するフランジ部にワークWが載置されて搬送される。
搬送コンベア5の支持レールの上方に上側チャンバー体2aの内壁から係止部材としてL型形状の複数のブラケットが突出される。ブラケットの代わりにレールを使用してもよい。図1に示すワーク搬送状態では、上側チャンバー体2aの自重によって、上側チャンバー体2a及び下側チャンバー体2bが一体化されているので、はんだ付けがなされるチャンバー体内部は、搬入口及び搬出口を除くと密閉空間(不活性ガス雰囲気)とされる。さらに、図1に示す状態から搬送コンベア5が上昇すると、支持レール上にブラケットが乗った状態となり、搬送コンベア5の上昇と一緒に上側チャンバー体2aが上昇する。
はんだ槽3内に溶融はんだが収容されている。はんだとして、例えば鉛フリーのものが使用される。図示しないヒータ及び温度制御装置によって溶融はんだの温度が一定に維持される。はんだ槽3には、はんだを上下に延長する作動空隙6a及び6bを通じて噴出させるために、電磁誘導ポンプ7a及び7bが設けられている。
作動空隙6a及び6bの上側の先端に例えばステンレスからなる噴流ノズル9a及び9bが接続されている。噴流ノズル9a及び9bは、例えば矩形の噴出口を有する煙突状のものであり、噴出口からのはんだがワークWの下面のはんだ付けの箇所に接触するようになされている。
ワークWの搬入口の手前と、搬出口の後方にそれぞれ昇降機構10a及び10bが設けられている。昇降機構10a及び10bは、動力源としてモータ11a及び11bを有し、ねじをモータ11a及び11bによって回転によって搬送コンベア5を昇降させる。昇降機構10a及び10b並びにモータ11a及び11bは、ワークW(搬送コンベア5)及びはんだ槽3を相対的に上下方向に移動させる移動手段を構成する。モータ11a,11bの回転は、手動のスイッチ、プログラム(ソフトウェア)、制御回路等によって個別に制御される。昇降時に、搬送コンベア5の位置関係は、変化しないようにされる。昇降機構10a及び昇降機構10bを区別する必要がない場合には、昇降機構10と表記する。なお、モータ及びねじは、昇降機構の一例であり、他の構成の昇降機構を使用してもよい。
はんだ付けの工程は、ワークWが搬入口からはんだ付け装置1内に搬送され、ワークWが噴流ノズル9a、9bの上方で静止される。次に、通常のはんだ付け噴流よりも高出力の噴流にて溶融はんだ表面の酸化膜を除去する。昇降機構10によって、ワークWが載置されている搬送コンベア5が下降され、噴流ノズル9a、9bからの噴流はんだがワークWのはんだ付け箇所に接触するようになされる。例えば噴流ノズル9a、9bから噴流する溶融はんだによって、ワークWの裏面から突出しているリードがワークWの所定箇所にはんだ付けされる。このはんだ付けは、上側チャンバー体2a及び下側チャンバー体2bからなるチャンバー体内部で不活性ガスの雰囲気、並びに低酸素濃度雰囲気でなされる。
はんだ付けが終了すると、昇降機構10によって、搬送コンベア5(ワークW)が第1の位置H1まで上昇される。そして、搬送コンベア5によって搬出口からはんだ付け装置1の外部に取り出される。その後、検査工程によってはんだ付けの良否が検査される。
不活性ガス供給口4に対して上側チャンバー体2aの内部にガス供給パイプとして四方角パイプ21が設けられている。四方角パイプ21は、上側チャンバー体2aの内側の側壁に沿って這わされ、矩形の経路を有するパイプである。四方角パイプ21の下面には多数の孔が形成され、孔を通じて不活性ガスが下方に吹き出される。四方角パイプ21から吹き出された不活性ガスが干渉板21及び干渉板23を通ることによって流速が弱められてワークWに吹き付けられる。
図4は、チャンバー内の不活性ガスの流れを示すものである。四方角パイプ21から下方に吹き出された不活性ガスが干渉板22に衝突し、流速が減少する。さらに、干渉板23に当たって流速が減少する。干渉板22及び23を設けることによって、ワークWに直接的に不活性ガスが当たってワークWが冷やされることを防止できる。これらの干渉板22及び23によってチャンバー内に不活性ガスを充満させることができる。すなわち、折り曲げを付けることで一旦上部の酸素濃度を落とし、その低酸素雰囲気をはんだ付け領域に流すことで、低酸素状態でのはんだ付けを行うことができる。
チャンバー内部に導入される不活性ガスは、加温されたものである。図3に示すように、電磁誘導ポンプ7aの内部のコイルの冷却のために、不活性ガス供給源(図示しない)からの不活性ガスが通るパイプ24が設けられる。このパイプ24をガス供給口4まで延長させ、チャンバー内部に導入する。なお、電磁誘導ポンプ7bについても同様に、冷却用にパイプが設けられ、パイプの延長先がパイプ24と合流されてガス供給口4に接続されている。したがって、導入される不活性ガスは、電磁誘導ポンプの排熱によって加温(又は加温)されている。このような温められた不活性ガスを導入することによってチャンバー内のはんだ付けを良好に行うことができる。
上述した本発明の一実施の形態の処理の流れについて説明する。
無負荷時には、加温された不活性ガスが四方角パイプ21によりチャンバー内に供給される。
干渉板22により供給直後の流速が低下される。
干渉板23によりさらに流速が低下される。
ワークWが搬入される。搬送コンベア5及び上側チャンバー体2aが下降する。
ワークWの搬入によってチャンバー内の雰囲気が上下に2分される。
ワークWの上面は、搬送コンベア5の下降によりワークWの上面側の体積が広がるが、不活性ガスの供給が継続されるので、酸素濃度が下がり続ける。
ワークWの下面は、搬送コンベア5の下降により体積が小さくなるため、酸素濃度が下がった状態ではんだ付けがなされる。
図5Aは、搬送コンベア5が上側の位置(ワーク搬送時の位置)とされている無負荷時の状態を示す。この状態では、ワークWの下面とはんだ槽3の上面の間に斜線で示すような不活性ガスGが存在する。
次に、はんだ付けを行うために搬送コンベア5が下降すると、図5Bに示すように、ワークWの下面とはんだ槽3の上面の間に挟まれて斜線で示すような不活性ガスG’が存在する。図5Bに示す状態の不活性ガスG’の方がより空間の体積が小さくなるので、不活性ガスGと比較して濃度が高くなる。不活性ガスの濃度を高めることによって噴流ノズル9a、9bの近傍の酸素濃度を低下させることができるため、特に局所はんだ付けにおいては、有効である。
本発明の一実施の形態では、搬送コンベア5の下降によってワークWの下面の酸素濃度が下げられ、また、干渉板22及び23が低酸素雰囲気をはんだ付け領域に流す作用を有するので、搬送コンベア5を昇降させる移動手段並びに干渉板22及び23が低酸素濃度雰囲気形成手段を構成する。但し、移動手段及び干渉板の一方のみを設けるようにしてもよい。
上述した本発明の一実施の形態に関してはんだ付けの良否の実験結果を以下に示す。表1は、18個のワークWのサンプルの特定箇所のはんだ接合部に関して、加温なしの場合のスルーホール上がり率(%)の実験結果を示す。スルーホール上がり率は、100%が最良であり、数字が小さくなるほど不良である。表1の実験結果は、酸素濃度が最も高い場合(大気)、酸素濃度が1000ppm の場合、酸素濃度が300ppm の場合のそれぞれでスルーホール上がり率を調べた。
図6A及び図6Bを参照してスルーホール上がり率について説明する。ワークWの基板31にスルーホール33が形成され、スルーホール33の内壁及び周辺に銅パターン32が形成されている。このスルーホール33に対して電子部品の部品リード34が挿入され、局所はんだ付け装置によってはんだ付けがなされる。スルーホール33内にはんだフィレット35が入り込み、銅パターン32と部品リード34の間が接続される。
図6Aに示すように、はんだフィレット35がスルーホール33を完全に埋める状態をスルーホール上がり率100%とする。図6Bに示すように、はんだがスルーホールを上昇しきれず、基板31の上面までにはんだフィレット35が存在しない部分が生じる場合がある。このはんだフィレット35が存在しない部分の距離をdとし、基板31の厚みをTとすると、次式によってスルーホール上がり率が算出される。なお、距離dは、レーザ顕微鏡によって測定された値である。
スルーホール上がり率=(1−(d/T))×100〔%〕
Figure 0006895212
表1の実験結果から、大気雰囲気の場合のスルーホール上がり率の平均値は、84.2%である。酸素濃度(1000ppm )の場合のスルーホール上がり率の平均値は、92.2%である。酸素濃度(300ppm )の場合のスルーホール上がり率の平均値は、97.7%である。
本発明では加温した不活性ガスを導入している。一例として、不活性ガスを150℃程度に加温する。加温した場合の実験結果を以下に示す。表2は、18個のワークWのサンプルに関して、加温ありの場合のスルーホール上がり率(%)の実験結果を示す。但し、大気についての実験は省略している。
Figure 0006895212
表2の実験結果から、酸素濃度(1000ppm )の場合のスルーホール上がり率の平均値は、98.5%である。酸素濃度(300ppm )の場合のスルーホール上がり率の平均値は、100%である。この結果から加温した不活性ガスを使用する方がスルーホール上がり率を向上できることがわかる。
表3は、18個のワークWのサンプルに関して、加温なしの場合のつららの発生の有無の実験結果を示す。×の印は、つららの発生を認めたことを表す。表1の場合と同様に、酸素濃度が最も高い場合(大気)、酸素濃度が1000ppm の場合、酸素濃度が300ppm の場合のそれぞれでつららの発生の有無を調べた。
Figure 0006895212
表2の実験結果から、大気雰囲気の場合のつららの発生率は、83%である。酸素濃度(1000ppm )の場合のつららの発生率は、17%である。酸素濃度(300ppm )の場合のつららの発生率は、0%である。
本発明では加温した不活性ガスを導入している。加温した場合の実験結果を以下に示す。表4は、加温ありの場合のつららの発生の有無の実験結果を示す。×の印は、つららの発生を認めたことを表す。酸素濃度が1000ppm の場合、酸素濃度が300ppm の場合のそれぞれでつららの発生の有無を調べた。
Figure 0006895212
表4の実験結果から、酸素濃度(1000ppm )の場合のつららの発生率は、6%である。酸素濃度(300ppm )の場合のつららの発生率は、0%である。この結果から加温した不活性ガスを使用する方がつららの発生を抑えることができることがわかる。
「不活性ガスの加温方法の他の例」
上述した一実施の形態では、電磁誘導ポンプ7aの内部のコイルの冷却のために使用した不活性ガスをパイプ24を通じてチャンバー内に導入している。不活性ガスの加温の方法としては、はんだ槽3の壁面に這わせたパイプ内に不活性ガスを供給して不活性ガスを加温してもよい。
さらに、図7に示すように、はんだ槽3内にパイプ25を設け、パイプ25内に不活性ガスを通すことによって不活性ガスを加温するようにしてもよい。パイプ25は、はんだ槽3から上方に取り出され、不活性ガス供給口4に接続される。そして、四方角パイプ21を通じてチャンバー内に不活性ガスが供給される。
「干渉板の他の例」
干渉板としては、図8に示す形状のものを使用してもよい。この干渉板26は、四方角パイプ21から吹き出された不活性ガスを反射させるもので、リブ27a及びリブ27bが形成されたものである。これらのリブ27a及び27bが不活性ガスの流路に介在することによって流速を効果的に低下させることができる。
図9は、干渉板のさらに他の例を示す。この他の例では、四方角パイプ21が上方に不活性ガスを吹き出すようになされている。上方に干渉板28が設けられ、干渉板28によって不活性ガスを下方に反射させる。さらに、四方角パイプ21の下方に設けられている干渉板29によって不活性ガスが反射される。このようにして不活性ガスの流速を低下させることができる。
さらに、図10に示すように、干渉板28の多数の孔を形成した干渉板30を設けてもよい。干渉板30の孔を通過して上方に向かった不活性ガスが上側チャンバー体2aの天板の内面で反射されて下方に向かう。さらに、干渉板29で不活性ガスが反射される。このようにして不活性ガスの流速を低下させることができる。
<2.変形例>
以上、本発明の実施の形態について具体的に説明したが、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。また、上述の実施の形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料及び数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料及び数値などを用いてもよい。また、上述の実施の形態の構成、方法、工程、形状、材料及び数値などは、本発明の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。例えば不活性ガスを加温するための構成として、電磁誘導ポンプのコイル及びはんだ槽の壁面(又ははんだ槽の内部)の両方で不活性ガスを加温するようにしてもよい。さらに、はんだ槽の壁面及び内部の両方で不活性ガスを加温してもよい。
W・・・ワーク、1・・・局所はんだ付け装置、2a・・・上側チャンバー体、
2b・・・下側チャンバー体、3・・・はんだ槽、4・・・不活性ガス供給口、
5a,5b・・・搬送コンベア、7a,7b・・・電磁誘導ポンプ、
9a,9b・・・噴流ノズル、10a,10b・・・・昇降機構、
21・・・四方角パイプ、24、25・・・パイプ

Claims (4)

  1. 不活性ガスを加温する加温手段と、
    前記加温手段によって加温された不活性ガスが導入されるチャンバーと、
    前記チャンバー内に設けられた溶融はんだを収容するはんだ槽と、
    前記はんだ槽の上方に配置され、噴流波を発生する1又は複数の局所はんだ付け用の噴流ノズルと、
    前記噴流ノズルの上方位置にワークを搬送する搬送手段と、
    はんだ付けを行うときに前記噴流ノズルと前記ワークの下面の間の空間の体積を小さくするように、前記ワークを下方向に移動させる移動手段と
    前記チャンバー内で前記搬送手段の上方に設けられ、ガス供給パイプから吹き出された前記加温された不活性ガスが衝突する水平な板面を有する第1の干渉板と、前記第1の干渉板の端部に沿って設けられた上向きの折り曲げ部と、前記折り曲げ部と接し、前記第1の干渉板と平行な板面を有する第2の干渉板とを備え、
    前記第2の干渉板によって囲まれた開口を通じてはんだ付け領域に前記加温された不活性ガスを流すようにした局所はんだ付け装置。
  2. 前記加温手段は、前記はんだ槽の噴流に用いる電磁誘導ポンプのコイルの排熱により前記不活性ガスを加温するものである請求項1に記載の局所はんだ付け装置。
  3. 前記加温手段は、前記はんだ槽の壁面を這わしたパイプ内を不活性ガスを通過させることにより前記不活性ガスを加温するものである請求項1に記載の局所はんだ付け装置。
  4. 前記加温手段は、前記はんだ槽内部を這わしたパイプ内を不活性ガスを通過させることにより前記不活性ガスを加温するものである請求項1に記載の局所はんだ付け装置。
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