JP2000307235A - 電子回路基板の反り矯正機構を備えたフローはんだ付け装置及び反り矯正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電子回路基板の多種多様な基板形状と部品実装
形態に応じて、基板を矯正するピンの配置をフレキシブ
ル且つ自動的に変更し、しかも高精度な基板の反り矯正
を行う。 【解決手段】電子回路基板上の電子部品の配置と反り矯
正を行う矯正ピン及びバックアップピンとの相対的な位
置関係を照合し、部品とピンが干渉しない位置を算出
し、その情報によりこれらピンを自動的に非干渉領域に
移動させ、反りの生じた電子回路基板を挟持する。電子
回路基板の矯正を行う際には、基板をあらかじめ基板軟
化温度以上まで加熱し、押付けピンで基板を挟持し平坦
化した後、基板軟化温度以下になるまで除冷し、基板を
硬化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子回路基板へ電
子部品を搭載し、はんだ付けにて組立を行う製造技術分
野に係わり、特に、電子部品を高密度に実装した電子回
路基板をフローはんだ付けした後に生ずる基板の反りの
矯正を行う電子回路基板の反り矯正機構を備えたフロー
はんだ付け装置及び電子回路基板の反り矯正方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子回路基板は、製品の機能拡充
と情報処理の高速化により高密度実装と多層基板化の傾
向にある。従って、はんだ付け工程においては、良好な
はんだ付け品質を確保するために、電子回路基板への予
熱もしくははんだ付け温度の高温化、またははんだ付け
時間の延長により基板に対する熱ストレスが増大し、は
んだ付け中に搭載部品の重さ等により電子回路基板が下
側に反る不具合が発生していた。

【０００３】従来の電子回路基板の反り矯正方法は、特
開平５−４１５７７号公報、特開平９−２３０５３号公
報に示されているように、電子回路基板のはんだ付け後
に再度加熱し外力を加える方法と温度制御により反りを
矯正する方法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】電子回路基板の反り仕
上がり仕様に高精度が要求されるものに対しては、反り
の矯正は基板への加熱に加え、強制的に基板を平坦な状
態にする外的な作用を加えることが必要不可欠である。
上記従来方式では、電子回路基板を加熱し上下に配置し
た基板抑え構造により基板を強制的に平坦な状態にして
いるが、多種多様な形状をした電子回路基板に対して
は、品種変更の際に行うピンの位置替え等の段取り替え
に多大な時間を要していた。また、温度を制御する方法
においては、精度が要求される基板、例えば、反りの許
容精度が０．５ｍｍ以下の基板に対しては応用すること
ができない。

【０００５】本発明の目的はフローはんだ付けで生ずる
基板の反りを高精度に平坦な状態に矯正する電子回路基
板の反り矯正機構を備えたフローはんだ付け装置及び電
子回路基板の反り矯正方法を提供することにある。本発
明の他の目的は品種変更に対するピン位置の段取り替え
を自動化してフローはんだ付けで生ずる基板の反りを平
坦な状態に矯正する電子回路基板の反り矯正機構を備え
たフローはんだ付け装置及び電子回路基板の反り矯正方
法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の目的を達成する
ために、本発明による電子回路基板の反り矯正機構を備
えたフローはんだ付け装置は、フローはんだ付けによっ
て反りが生じた電子回路基板をガラス転移温度以上の状
態に一定時間保持するための加熱手段と、加熱された前
記電子回路基板の下面を支持するバックアップピンと、
前記電子回路基板の上面より電子回路基板の反りを矯正
する矯正治具と、前記電子回路基板をガラス転移温度以
下になるまで強制的に冷却する冷却ファンとを備え、前
記バックアップピンと前記矯正治具によって前記電子回
路基板を平坦な状態に保持すると共に、前記冷却ファン
によって前記電子回路基板をガラス転移温度以下になる
ように冷却する。前記矯正治具は矯正ピンであり、前記
矯正ピンと前記バックアップピンによって前記電子回路
基板を狭持する。また、前記矯正治具は吸着ノズルであ
り、前記バックアップピンによって支持された前記電子
回路基板を前記吸着ノズルで吸着して前記電子回路基板
を平坦に保持する。

【０００７】本発明の目的を達成すために、本発明によ
る電子回路基板の反り矯正方法は、基板に実装される電
子部品の種類や実装位置が異なり、且つ前記基板自体の
形状や寸法が異なる電子回路基板の反りを矯正するため
に、前記電子回路基板外形寸法と前記電子部品基板の基
準位置情報を有する基板情報と、電子部品外形寸法と前
記電子部品の基準位置情報を有する部品情報と、部品実
装位置座標情報とから部品搭載情報を作成し、前記電子
回路基板を支持するためのバックアップピン及び前記電
子回路基板の反りを矯正する複数の矯正治具の座標情報
を取り込むことによって前記電子部品と前記バックアッ
プピン及び前記矯正治具の干渉する箇所の座標情報を自
動的に算出し、前記電子部品と干渉する座標にいる前記
バックアップピンと前記矯正治具を自動制御により干渉
しない位置に移動させる。

【０００８】また、本発明による電子回路基板の反り矯
正方法は、電子回路基板の基板外形寸法と前記電子回路
基板の基準位置情報を有する基板情報と電子部品外形寸
法と電子部品の基準位置情報を有する部品情報と部品を
搭載する位置寸法を有する部品搭載位置情報により、バ
ックアップピンと矯正治具がそれぞれの移動範囲の中で
前記電子部品と干渉する位置を算出し、前記移動範囲内
のどこにも干渉を回避出来る場所が無い場合には、該当
する前記ピン及び前記矯正治具を動作させないように
し、他の干渉しない前記ピン及び前記矯正治具で前記電
子回路基板を保持して前記電子回路基板の反りを矯正す
る。前記矯正治具は矯正ピンであり、前記バックアップ
ピンと前記矯正ピンで前記電子回路基板を平坦に狭持し
て前記電子回路基板の反りを矯正する。また、前記矯正
治具は吸着ノズルであり、前記吸着ノズルで前記電子回
路基板の上面を真空吸着して前記電子回路基板を平坦な
状態に保持して前記電子回路基板の反りを矯正する。

【０００９】本発明による電子回路基板の反り矯正機構
を備えたフローはんだ付け装置は、基板の下側に設置し
たバックアップピンと上側に設置した矯正ピンとを自動
的に動作させて電子回路基板を挟持することによって、
複雑な格好に反った前記電子回路基板を平坦な状態に矯
正する機能を持つ。

【００１０】本電子回路基板の反り矯正機構を備えたフ
ローはんだ付け装置では、前記電子回路基板の反り矯正
機構を多種多様な形状をした前記電子回路基板に対応さ
せるために前記バックアップピン及び矯正ピンを自動的
に段取り替えをする。このため、前記電子回路基板の寸
法、外形情報と前記電子部品の寸法、外形情報と前記電
子部品の位置座標情報をもとに部品搭載情報を作成し、
前記バックアップピン及び前記矯正ピンの位置座標と部
品搭載情報を照合し、各々の前記バックアップピン、矯
正ピンと前記電子部品とが干渉しない位置情報を作成す
る。これにより、各々の前記バックアップピン、前記矯
正ピンを自動制御して前記電子部品と干渉しない位置に
移動させた後、前記バックアップピン、前記矯正ピンを
基板に対して突き出して挟み込み、前記電子回路基板を
平坦な状態に矯正して、電子部品を破損させることなく
反りを矯正する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明による電子回路基板
の反り矯正機構を備えたフローはんだ付け装置の実施の
形態について、幾つかの実施例を用い、図面を参照して
説明する。

【００１２】第１図は本発明による電子回路基板の反り
矯正機構を備えたフローはんだ付け装置の各工程を示す
概略図である。このフローはんだ付け装置はフローはん
だ付け工程、基板加熱、反り矯正工程の各工程よりな
り、作業順序に従って示されている。フローはんだ付け
工程では、電子回路基板１に実装された電子部品２フロ
ーはんだ漕３が作り出す噴流はんだ８によりはんだ付け
される。次にコンベア７によって基板１を加熱工程に搬
送し、基板１の上下に配したヒータ４によって基板１を
加熱する。更に、次の基板反り矯正工程では、基板１の
上下に配したバックアップピン５と矯正ピン６によって
基板１を上下方向から挟持し、強制的に基板１を平坦な
状態に矯正する。

【００１３】第２図は電子回路基板が図１に示す各工程
を順次通過した時の部品はんだ付け部の温度変化を示す
特性図であり、横軸に時間ｔを示し、縦軸に温度Ｔを示
す。図において、フローはんだ付け工程の前にフラック
ス塗布工程と、基板予備加熱工程があり、この工程を経
た後フローはんだ付け工程に入る。フローはんだ付け工
程では、電子回路基板１の部品はんだ付け部のピーク温
度が２００〜２３０℃にまで達し、基板１の軟化温度、
即ち基板１に含まれているガラスのガラス転移温度であ
る１３０℃をはるかに上回る温度になる。基板１がガラ
ス転移温度以上になると、その基板１は軟化状態にあり
電子部品２の自重等により下側に反りが生じる。

【００１４】そこで、基板１の反りを矯正するため、は
んだ付け後に基板１が自然冷却で温度が下がる途中に基
板加熱工程を設置し、基板１をヒータ４によってガラス
転移温度以上に保持させ、その直後に基板矯正工程を設
け、この工程にて基板１を上下方向からバックアップピ
ン５と矯正ピン６で挟持し、そのまま基板１が硬化する
ガラス転移温度以下になるまで保持する。これによって
基板１の反りはなくなり、基板１は平坦な状態に矯正さ
れる。

【００１５】図３は本発明による電子回路基板の反り矯
正機構を備えたフローはんだ付け装置における基板の反
り矯正実施前の基板矯正機構の側面図である。図は基板
の反り矯正工程における基板矯正機構の構造を示してお
り、フローはんだ付け後に基板１はコンベア７によっ
て、反り矯正機構内に搬送される。この時点において、
移動手段９Ａに保持された矯正ピン６及び移動手段９Ｂ
に保持されれたバックアップピン５は基板１から離され
た状態に置かれている。この基板矯正機構に搬送された
最初の状態において、基板１ははんだ付け時の高温加熱
により基板軟化温度以上に熱せられて軟化し、電子部品
２の自重によって下側に反りが生じている。特に基板１
を搬送するコンベア７は、基板１の両側端を２〜３ｍｍ
しか支持していないため、基板１の中央部分の反りが顕
著に現れている。

【００１６】図４は本発明による電子回路基板の反り矯
正機構を備えたフローはんだ付け装置における基板の反
り矯正中の基板矯正機構の一実施例を示す側面図であ
る。図において、コンベア７によって基板反り矯正工程
に搬送された基板１をバックアッップピン５と矯正ピン
６で基板１を上下方向から挟持して反りの生じた基板１
を矯正して平坦にしている。この矯正ピン６とバックア
ップピン５とは、それぞれのピンが突出した時に電子部
品２との干渉を避けるため、それぞれの移動手段９Ａ、
９Ｂの上に設置されており、電子部品２と干渉しない位
置に移動して、基板１を押さえる動作を行う。

【００１７】第５図は本発明による電子回路基板の反り
矯正機構を備えたフローはんだ付け装置のバックアップ
ピンと矯正ピン及びピンの移動手段を自動的に制御する
ための手順の一実施例を示すフローチャートである。図
において、データベースとしては、基板情報データベー
ス１０、部品情報データベース１１、部品実装位置座標
情報データベース１２を持っている。基板情報データベ
ース１０は基板の品名、図番、外形寸法、基板原点位
置、基板認識マーク位置等の情報を有している。部品情
報データベース１１は、部品の品名、図番、外形寸法、
ピン数、基準ピンの位置等の情報を有している。また、
部品実装位置座標情報データベース１２は、基板の組立
図番毎の部品実装位置を示すＸ−Ｙ座標情報と部品の実
装方向等を有している。これらのデータベース１０、１
１、１２から基板１にどの様な品名の部品が何処にどの
ような範囲に実装されているかを数値化したものが部品
実装情報データベース１３である。例えば、基板原点を
（ｘ０、ｙ０）、部品の外形寸法を縦＝ａ０、横＝ｂ
０、部品実装位置を（ｘ１、ｙ１）とすると、部品実装
情報データベース１３には、（ｘ０＋ｘ１、ｙ０＋ｙ
１）の位置に縦ａ０、横ｂ０の大きさの部品が縦あるい
は横向きで実装されている、というように数値化された
データが保管されている。また、バックアップピン５、
矯正ピン６の座標に関する情報がバックアップピン矯正
ピン座標情報データベース１４である。この部品実装情
報データベース１３と、バックアップピン、矯正ピンの
座標情報データベース１４からのバックアップピン５と
矯正ピン６の座標情報１４との相対的な位置座標関係を
照合して、各ピンと部品が干渉しない座標を算出した結
果が、干渉箇所座標情報データベース１５となる。この
干渉箇所座標情報データベース１５はバックアップピン
及び矯正ピンの制御コントローラ１６に入力される。こ
のコントローラ１６の出力によって、移動手段９Ａ、９
Ｂは制御され、バックアップピン５と矯正ピン６を電子
部品２と干渉しない箇所に移動する。

【００１８】なお、バックアップピン５と矯正ピン６は
装置に複数個設置しており、それぞれピン５、６は制御
コントローラ１６からの制御信号により単独で動作を行
う。また、バックアップピン５や矯正ピン６の移動範囲
内に電子部品２とピン５，６が干渉しない領域が無い場
合は、該当するピンが接続されたシリンダ１７を動作さ
せないように制御している。

【００１９】第６図は本発明による電子回路基板の反り
矯正機構を備えたフローはんだ付け装置の基板矯正機構
の他の実施例を示す側面図である。本基板の矯正機構に
おいては、矯正ピン６を使用する替わりに吸着ノズル１
８を使用して電子回路基板１の反り矯正を行っていい
る。電子回路基板１は、コンベア７によって反り矯正工
程に搬送されると、吸着ノズル１８は電子回路基板１の
基板上面を真空吸着し、上方に引っ張り上げる。これに
より、電子回路基板１の反りを平坦な状態に矯正するこ
とができる。

【００２０】第７図は本発明による電子回路基板の反り
矯正機構を備えたフローはんだ付け装置の一実施例を示
す側面図である。以下、図を用いて、電子回路基板１の
はんだ付け工程〜反り矯正工程に至る手順についてを説
明する。電子回路基板１は図示の基板着脱場所１９でフ
ローはんだ付け装置に投入される。次にフラックス塗布
部２０→予備加熱部２１→はんだ漕２２→基板加熱部２
３→反り矯正部２４→基板昇降部２５ａ→基板リターン
コンベア２６→基板昇降部２５ｂを通って、再び基板着
脱場所１９に搬送される。ここで、基板加熱部２３は図
２で説明した通り、基板温度を基板軟化温度に維持する
ためのもので、はんだ漕２２と反り矯正部２４との間を
中継するコンベア上に加熱ヒータ４が設置されている。

【００２１】図８は本発明による電子回路基板の反り矯
正機構を備えたフローはんだ付け装置の反り矯正機構の
一実施例を示す斜視図である。電子回路基板１は基板加
熱部２３で基板軟化温度以上に加熱された状態で反り矯
正部２４内に搬送され位置決めされる。次にバックアッ
プピン５と矯正ピン６はそれぞれ基板上の電子部品２と
干渉しない位置で基板１を挟持し、反りの生じた基板１
を平坦な状態に矯正する。

【００２２】基板１が基板軟化温度以下になった後、バ
ックアップピン５と矯正ピン６は基板１の挟持を解除
し、基板１を昇降装置２５ａへ搬出する。なお、基板１
の反りを矯正した後、基板を冷却し、且つ、装置内部の
温度を一定に保つため、装置カバー２７には、外気取入
れ用のファン２８と排気ダクト２９が設置されている。

【００２３】本発明の実施例においては、矯正ピン６や
吸着ノズル１８を使用して基板１を平坦に保って基板の
反りを矯正している。本発明においては矯正ピン６や吸
着ノズル１８以外にも基板１を平坦にすることが出来る
ものならばどのようなものを使用してもよい。従って、
本発明においては、矯正ピン６や吸着ノズル１８等を含
めて矯正治具と言う。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば電子回路基板の反りを精
度よく矯正することが出来る。また、本発明によれば、
多種多様な実装形態をした電子回路基板に対して、実装
された電子部品の位置と基板を押え付けるピンの位置を
相対的に照合し、お互いが干渉しない位置を算出して、
自動的にピンの位置を移動させているため、段取り作業
の無人化を図ることが出来るとともに、段取り替えに人
が介在しないため、作業ミスによる部品の破損を防ぐこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電子回路基板の反り矯正機構を備
えたフローはんだ付け装置の各工程を示す概略図であ
る。

【図２】第２図は電子回路基板が図１に示す各工程を順
次通過した時の部品はんだ付け部の温度変化を示す特性
図である。

【図３】本発明による電子回路基板の反り矯正機構を備
えたフローはんだ付け装置における基板の反り矯正実施
前の基板矯正機構の側面図である。

【図４】本発明による電子回路基板の反り矯正機構を備
えたフローはんだ付け装置における基板の反り矯正中の
基板矯正機構の一実施例を示す側面図である。

【図５】本発明による電子回路基板の反り矯正機構を備
えたフローはんだ付け装置のバックアップピンと矯正ピ
ン及びピンの移動手段を自動的に制御するための手順の
一実施例を示すフローチャートである。

【図６】本発明による電子回路基板の反り矯正機構を備
えたフローはんだ付け装置の基板矯正機構の他の実施例
を示す側面図である。

【図７】本発明による電子回路基板の反り矯正機構を備
えたフローはんだ付け装置の一実施例を示す側面図であ
る。

【図８】本発明による電子回路基板の反り矯正機構を備
えたフローはんだ付け装置の反り矯正機構の一実施例を
示す斜視図である。

【符号の説明】

１…電子回路基板、２…電子部品、３…フローハンダ付
け漕、４…加熱ヒータ、５…バックアップピン、６…矯
正ピン、７…コンベア、８…噴流はんだ、９…移動手
段、１０…基板情報データベース、１１…部品情報デー
タベース、１２…部品実装位置座標情報データベース、
１３…部品実装情報データベース、１４…バックアップ
ピンと矯正ピンの座標情報、１５…干渉箇所座標情報デ
ータベース、１６…バックアップピンと矯正ピンの制御
コントローラ、１７…シリンダ、１８…吸着ノズル、１
９…基板着脱場所、２０…フラックス塗布部、２１…予
備加熱部、２２…はんだ漕、２３…基板加熱部、２４…
反り矯正部、２５…基板昇降部、２６…基板リターンコ
ンベア、２７…装置カバー、２８…外気取入れファン、
２９…排気ダクト。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武藤 良児 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所情報通信事業部 (72)発明者 小野 秀樹 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所情報通信事業部 Ｆターム(参考） 5E319 AA03 AC01 CC33 CD35 CD46 CD47 CD51 GG11 5E343 AA02 BB54 ER33 ER54

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フローはんだ付けによって反りが生じた電
   子回路基板をガラス転移温度以上の状態に一定時間保持
   するための加熱手段と、加熱された前記電子回路基板の
   下面を支持するバックアップピンと、前記電子回路基板
   の上面より電子回路基板の反りを矯正する矯正治具と、
   前記電子回路基板をガラス転移温度以下になるまで強制
   的に冷却する冷却ファンとを備え、前記バックアップピ
   ンと前記矯正治具によって前記電子回路基板を平坦な状
   態に保持すると共に、前記冷却ファンによって前記電子
   回路基板をガラス転移温度以下になるように冷却するこ
   とを特徴とする電子回路基板の反り矯正機構を備えたフ
   ローはんだ付け装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の電子回路基板の反り矯正機
   構を備えたフローはんだ付け装置において、前記矯正治
   具は矯正ピンであり、前記矯正ピンと前記バックアップ
   ピンによって前記電子回路基板を狭持することを特徴と
   する電子回路基板の反り矯正機構を備えたフローはんだ
   付け装置。
3. 【請求項３】基板に実装される電子部品の種類や実装位
   置が異なり、且つ前記基板自体の形状や寸法が異なる電
   子回路基板の反りを矯正するために、前記電子回路基板
   外形寸法と前記電子部品基板の基準位置情報を有する基
   板情報と、電子部品外形寸法と前記電子部品の基準位置
   情報を有する部品情報と、部品実装位置座標情報とから
   部品搭載情報を作成し、前記電子回路基板を支持するた
   めのバックアップピン及び前記電子回路基板の反りを矯
   正する複数の矯正治具の座標情報を取り込むことによっ
   て前記電子部品と前記バックアップピン及び前記矯正治
   具の干渉する箇所の座標情報を自動的に算出し、前記電
   子部品と干渉する座標にいる前記バックアップピンと前
   記矯正治具を自動制御により干渉しない位置に移動させ
   ることを特徴とする電子回路基板の反り矯正方法。
4. 【請求項４】電子回路基板の基板外形寸法と前記電子回
   路基板の基準位置情報を有する基板情報と電子部品外形
   寸法と電子部品の基準位置情報を有する部品情報と部品
   を搭載する位置寸法を有する部品搭載位置情報により、
   バックアップピンと矯正治具がそれぞれの移動範囲の中
   で前記電子部品と干渉する位置を算出し、前記移動範囲
   内のどこにも干渉を回避出来る場所が無い場合には、該
   当する前記ピン及び前記矯正治具を動作させないように
   し、他の干渉しない前記ピン及び前記矯正治具で前記電
   子回路基板を保持して前記電子回路基板の反りを矯正す
   ることを特徴とする電子回路基板の反り矯正方法。
5. 【請求項５】請求項３又は４記載の電子回路基板の反り
   矯正方法において、前記矯正治具は矯正ピンであり、前
   記バックアップピンと前記矯正ピンで前記電子回路基板
   を平坦に狭持して前記電子回路基板の反りを矯正するこ
   とを特徴とする電子回路基板の矯正方法。
6. 【請求項６】請求項３又は４記載の電子回路基板の反り
   矯正方法において、前記矯正治具は吸着ノズルであり、
   前記吸着ノズルで前記電子回路基板の上面を真空吸着し
   て前記電子回路基板を平坦な状態に保持して前記電子回
   路基板の反りを矯正することを特徴とする電子回路基板
   の反り矯正方法。