JP2001015902A - 局部溶融はんだづけ方法並びにその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板にＤＩＰ部品、コネクタ等をはんだ接合
する局部溶融はんだづけ方法並びに装置において、はん
だブリッジを確実に防止し、良好なはんだづけ加工を行
なう。 【解決手段】 局部溶融はんだづけ装置１０は、溶融は
んだＨを充填するはんだ槽１１と、はんだ槽１１を加熱
するヒーター１２と、溶融はんだＨの搬送機構１３を備
えるとともに、はんだ槽１１の上面開口に、はんだづけ
スポットに対応して多数の吐出ノズル２１を設けたマル
チノズル板２０を装着し、マルチノズル板２０の吐出ノ
ズル２１を通じて基板３０へのはんだづけを行なう。は
んだづけをスポット毎に行なうことにより、はんだブリ
ッジをなくし、かつマルチノズル板２０を通じて基板３
０の良好な加熱状態を維持し、しかもマルチノズル板２
０に設けたガス抜き溝２２，２３から効率の良いガス抜
きを行なうことにより、精度の良いはんだづけ加工を行
なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、局部溶融はんだ
づけ方法並びにその装置に関し、とくに、ＤＩＰ型部品
を基板にはんだづけする際、はんだブリッジ現象を確実
に防止でき、はんだ加工性に優れた局部溶融はんだづけ
方法並びにその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般の電子機器の構成について、図６を
例示して説明すると、電子機器１は、複数の信号を処理
するための内部回路が備わった基板２に対して半導体チ
ップ部品３が表面実装されており、入出力部コネクタ４
及び大型のＤＩＰ部品５が基板２に対してはんだづけ加
工されている。

【０００３】基板２にコネクタ４及びＤＩＰ部品５がは
んだづけされる理由としては、電子機器の入出力関連部
品としてのコネクタ４は繰り返し抜き差しが行なわれる
部品であることから、機械的な負荷が要求され、基板２
に対する半導体チップ部品３の表面実装方法では、要求
される強度を確保することが困難であるため、はんだづ
け加工が必要である。また、例えば、大型のアルミ電解
コンデンサ等のＤＩＰ部品５は、表面実装が可能な小型
部品にすることが困難であることから、コネクタ４と同
様、基板２に対してはんだづけ加工が必要となる。

【０００４】図７は、基板２に対して大型のＤＩＰ部品
５をはんだづけする構造が示されている。すなわち、基
板２のランド２ａ内にＤＩＰ部品５の端子５ａを挿入し
て、ランド２ａ内にはんだを付着させ、はんだづけ加工
を行なうというものであり、上述したように、基板２に
半導体チップ部品３等を表面実装を行なった後、コネク
タ４やＤＩＰ部品５等のはんだづけ加工を行なってい
る。尚、基板２のランドに接合されるはんだを図中符号
６で示す。

【０００５】また、ＤＩＰ部品５の端子５ａを基板２の
スルーホール２ａ内に挿入してはんだづけを行なういわ
ゆる局部溶融はんだづけ方法として、従来は図８，図９
に示す局部溶融はんだづけ装置を使用している。

【０００６】この装置は、はんだ槽７内に溶融はんだＨ
が充填されており、はんだ槽７の上部に溶融はんだノズ
ル８が設けられており、ノズル８上に基板２、ＤＩＰ部
品５をセットし、図示しない吐出ポンプ等のはんだ搬送
機構により、溶融はんだＨの液面高さを上昇させ、端子
５ａにはんだづけ加工を行なうというものであり、以
下、はんだづけ加工の各工程について、図１０（ａ）〜
（ｅ）を基に順を追って説明する。

【０００７】まず、図１０（ａ）に示すように、基板２
を溶融はんだノズル８の開口を蓋するように装着した
後、図１０（ｂ）に示すように、吐出ポンプを駆動させ
て、溶融はんだＨを押し出し、溶融はんだノズル８の内
壁に沿ってはんだ液面を上昇させる。そして、はんだＨ
の液面上昇に対応して、図１０（ｃ）に示すように、溶
融はんだＨの表面張力により、端子５ａをはんだが上昇
する。

【０００８】この一連の溶融はんだＨの液面上昇におい
て、当初、溶融はんだＨの表面は、酸化膜等で覆われて
おり、溶融はんだＨがノズル８に沿って上昇する際、溶
融はんだＨとノズル８内面間で発生する流動抵抗によ
り、図１１（ａ），（ｂ）に示すように、ノズル８とは
んだの界面のはんだ（酸化したはんだ）Ｈ１は、はんだ
が上昇する動きに取り残され、溶融はんだの内側の清浄
なはんだＨ２が表面に現れることになる。

【０００９】従って、図１０（ｄ）に示すように、清浄
なはんだＨ２面と基板２のはんだづけ部が接触するが、
ここで溶融はんだＨの吐出を停止させ、この高さで液面
を保持する。この清浄なはんだＨ２と基板ランドが反応
し、はんだづけが行なわれる。

【００１０】また、基板２のはんだづけ部が溶融はんだ
Ｈにより加熱されるため、基板２表面に予め塗布してお
いたフラックスが活性化し、はんだづけ部を占領すると
ともに、フラックスがはんだづけ部の端子５ａに沿って
上昇することにより、はんだがフラックスの後を追って
はんだの表面張力によって端子５ａを上昇することにな
る。

【００１１】その後、所定の高さまではんだが上昇した
後、はんだの吐出ポンプを逆転させ、図１０（ｅ）に示
すように、溶融はんだＨを下降させ、基板ランドに付着
したはんだ６とはんだ槽７の溶融はんだＨが切れること
になる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の局部溶
融はんだづけ方法では、以下の問題点が指摘されてい
る。

【００１３】まず、はんだづけ加工時には、フラックス
や基板２等から加熱により多くのガスが発生する。従来
方法によると、はんだづけ部全面を溶融はんだＨで覆う
ことになり、このガスが逃げられず、ガスがはんだＨと
基板２間の接触を阻害し、はんだＨが付かず、精度の良
いはんだづけが行なえないという加工不良が発生する。

【００１４】また、本来、はんだ液面を下降させ、はん
だの表面張力により溶融はんだＨを切り、必要なはんだ
のみを基板ランドに残す必要があるが、はんだづけ部全
面が溶融はんだＨで覆われているため、近接する基板ラ
ンド間で完全にはんだを切ることができず、いわゆるは
んだブリッジ６ａと呼ばれる不良を引き起こすことがあ
る（図１２参照）。

【００１５】更に、従来方法によると基板２に与えられ
る熱は、溶融はんだＨと接触しているはんだづけ部に限
定され、溶融はんだＨの熱により供給される熱量だけで
あるため、基板２が加熱不足となり、基板２の熱容量に
よっては良好なはんだづけができない。

【００１６】この発明は、このような従来の問題点に着
目してなされたもので、はんだづけスポットの数だけ溶
融はんだの吐出ノズルを設けることにより、はんだブリ
ッジが発生することがなく、良好なはんだづけが行なえ
る局部溶融はんだづけ方法並びにその装置を提供するこ
とを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願の請求項１に記載の発明は、溶融はんだを充填
したはんだ槽の上面開口に複数の吐出ノズルを備えたマ
ルチノズル板を装着し、該マルチノズル板の吐出ノズル
と基板のはんだづけスポットを一致させてマルチノズル
板上に基板をセットした後、はんだ槽内の溶融はんだの
液面を上昇させ、マルチノズル板の吐出ノズルを通じて
基板のはんだづけスポットに溶融はんだをはんだづけす
ることを特徴とする。

【００１８】本願の請求項２に記載の発明は、はんだを
溶融させる加熱手段によりマルチノズル板を加熱し、こ
の加熱状態のマルチノズル板を介して基板の保熱状態を
維持することを特徴とする。

【００１９】本願の請求項３に記載の発明は、溶融はん
だを充填するはんだ槽と、はんだ槽内の溶融はんだを加
熱溶融させる加熱手段と、はんだ槽内の溶融はんだの量
を増減させ、溶融はんだの液面を上下させる溶融はんだ
の搬送機構と、はんだ槽の上面開口に装着され、複数の
吐出ノズルを有するマルチノズル板とからなることを特
徴とする。

【００２０】本願の請求項４に記載の発明は、マルチノ
ズル板は、熱伝導性の良好な素材から構成されていると
ともに、マルチノズル上に基板をセットした際、基板と
の当接面積を多く確保できるように平板状であることを
特徴とする。

【００２１】本願の請求項５に記載の発明は、マルチノ
ズル板の基板対向面には吐出ノズル同士を連通させ、か
つマルチノズル板の端縁に至るガス抜き溝が形成されて
いることを特徴とする。

【００２２】本願の請求項６に記載の発明は、はんだ槽
には、溶融はんだの液面高さを検出できる液面高さ検出
手段と、液面高さ検出手段の信号により、内部に設けた
補助はんだ槽から溶融はんだ槽内に溶融はんだを供給
し、溶融はんだの液面高さを制御する液面高さ制御手段
を備えたことを特徴とする。

【００２３】本願の請求項７に記載の発明は、溶融はん
だをはんだ槽内で循環させる循環系搬送機構が設けられ
ていることを特徴とする。

【００２４】本願の請求項８に記載の発明は、溶融はん
だの循環経路に溶融はんだ中の汚れを除去するフィルタ
ー機構が設けられていることを特徴とする。

【００２５】従って、請求項１に記載の方法並びに請求
項３に記載の装置によれば、はんだ槽内部の溶融はんだ
は、はんだ槽の上面に装着されているマルチノズル板の
複数の吐出ノズルに沿って溶融はんだが上昇し、基板の
はんだづけスポット間で溶融はんだのつながりがないた
め、はんだ切れの過程でははんだづけ部毎に独立しては
んだの切断が行なわれ、安定したはんだ切りが可能とな
り、ブリッジ不良等が発生することがない。

【００２６】更に、溶融はんだ液面の酸化膜は、液面上
昇時、個々の吐出ノズルの内面との間の流動抵抗によ
り、ノズル内面側に引き寄せられ、その結果、各吐出ノ
ズルの液面には清浄な溶融はんだが表われ、この清浄な
溶融はんだが基板のはんだづけ部に付着する。

【００２７】次に、請求項２に記載の方法並びに請求項
４に記載の送致によれば、はんだづけ加工時において、
マルチノズル板を通して基板が充分に加熱されるため、
良好なはんだ品質が得られるとともに、基板が充分に加
熱されるためにブリッジ不良が発生することがない。

【００２８】また、請求項５に記載の発明によれば、マ
ルチノズル板にガス抜き溝が形成されているため、はん
だづけ加工中に発生する様々なガスを効率良く基板の下
面から外部に除去することができ、基板ランドとはんだ
との界面にガスが入り込むことがなく、未はんだの発生
を有効に抑えることができる。

【００２９】更に、請求項６に記載の発明によれば、は
んだ槽内のはんだ液の液面高さを安定化できるため、マ
ルチノズル板の溝にはんだが漏れ出し、ガス抜き効果の
消滅やブリッジ不良の発生を防止できる。また、はんだ
の消費によるはんだ量の減少に対して安定したはんだの
液面高さを確保できる。

【００３０】次いで、請求項７に記載の発明によれば、
はんだ槽内の溶融はんだを常に循環駆動させる循環系搬
送機構が設けられているため、はんだブリッジの原因と
なる酸化膜等の発生を抑えることができる。

【００３１】次に、請求項８に記載の発明によれば、循
環経路にドロス等の汚れを除去するフィルター機構を設
けたため、ドロス等の汚れが偏在することがなく、溶融
はんだの純度を高めることができ、はんだづけ不良を未
然に防止できる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る局部溶融はん
だづけ方法並びにはんだづけ装置の実施形態について、
添付図面を参照しながら詳細に説明する。

【００３３】図１は本発明による局部溶融はんだづけ装
置の一実施形態の構成を示す概要図、図２は同装置の内
部機構を示す側面断面図、図３は同装置の内部機構を示
す上面断面図、図４，図５は同装置のマルチノズル板を
示す平面図並びに一部破断側面図である。

【００３４】本発明による局部溶融はんだづけ装置１０
は、所定内容積のはんだ槽１１を備えるとともに、この
はんだ槽１１の上面開口を覆うマルチノズル板２０が装
着されている。

【００３５】本発明に係る局部溶融はんだづけ装置１０
は、このマルチノズル板２０を設けたことが特徴である
が、その前に装置１０内部の機構について、図２，図３
を基に説明すると、装置１０には、はんだ槽１１内部に
収容される溶融はんだＨを所定温度に加熱溶融させるた
めに、はんだ槽加熱ヒーター１２が内蔵されているとと
もに、はんだ槽１１内の溶融はんだＨを搬送する２系統
の搬送機構が設けられている。

【００３６】一方の搬送機構は吐出系搬送機構であり、
はんだ槽１１内部で溶融はんだＨの液面を上下させる吐
出ポンプ１３がモーター１３１の駆動軸１３２に連結さ
れており、液面上昇用補助はんだ槽１３３とはんだ槽１
１との間を連通する連通路１３４内に吐出ポンプ１３が
設けられている。そして、この吐出ポンプ１３の駆動に
より、液面上昇用補助はんだ槽１３３から溶融はんだＨ
をはんだ槽１１内に供給して、はんだ槽１１内の溶融は
んだＨの液面を上昇させるとともに、その逆にはんだ槽
１１内の溶融はんだＨを液面上昇用補助はんだ槽１３３
内に回収することにより、液面を下降させることができ
る。

【００３７】また、他方の搬送機構としては、はんだ槽
１１内の溶融はんだＨを循環させる循環系であり、図３
に示すように、循環ポンプ１４，１５によりはんだ槽１
１内の溶融はんだＨを循環経路１６を通じて供給、ある
いは回収することにより、はんだ槽１１内の溶融はんだ
Ｈを循環させることができ、更に、この循環経路１６内
に溶融はんだＨ内のドロス等の汚れを除去するドロスフ
ィルター１７が設置されている。

【００３８】尚、図３では循環ポンプ１４，１５のモー
ターは図示されていないが、図２において供給側の循環
ポンプ１４のモーター１４１、駆動軸１４２が図示され
ている。

【００３９】また、本発明に係る局部溶融はんだづけ装
置１０は、はんだ槽加熱ヒーター１２等の加熱手段と２
系統の搬送機構（吐出系、循環系）に加えて、図１に示
すようにはんだ槽１１内の溶融はんだＨの液面高さを検
知する側長計１８が設けられており、この側長計１８に
より、はんだ槽１１内の溶融はんだＨの液面高さを検知
して、消費された溶融はんだＨに対応して、図示しない
制御装置からの指令で吐出ポンプ１３を駆動させること
により、液面上昇用補助はんだ槽１３３からはんだ槽１
１内に不足分を補うようにして、常に所望の液面高さを
維持できるようになっている。

【００４０】次に、はんだ槽１１の上面開口に装着され
るマルチノズル板２０の構成について説明すると、図
４，図５に示すように、マルチノズル板２０には、複数
の吐出ノズル２１が開設されているとともに、このマル
チノズル板２０の上面（基板３０装着面側）には、２種
類のパターンのガス抜き溝２２，２３が設けられてい
る。

【００４１】一方側のガス抜き溝２２は、各吐出ノズル
２１の周囲に設けられ、吐出ノズル２１同士を連通さ
せ、かつ外部と通じるようにマルチノズル板２０の端末
まで延びている。

【００４２】また、他方側のガス抜き溝２３は、複数の
吐出ノズル２１（この実施形態では４つの吐出ノズル）
をまとめて収容する大きさを備えており、このガス抜き
溝２３から直接外部に連絡溝を介して連通させても良い
が、上述したガス抜き溝２２と連通させるようにしても
良い。

【００４３】更に、上記マルチノズル板２０は、装置１
０に内蔵されているはんだ槽加熱ヒーター１２からの熱
を基板３０側に有効に伝達できるように熱伝導性の優れ
た素材（例えば、アルミニウム）で形成され、基板３０
と広い当接面積を確保できるように平板状に設けられて
いる。

【００４４】以上が本発明に係る局部溶融はんだづけ装
置１０の構成についてであるが、上記装置１０を使用し
た局部溶融はんだづけ方法について簡単に説明すると、
図１に示すように、局部溶融はんだづけ装置１０の上
面、すなわちマルチノズル板２０の上面に基板３０、Ｄ
ＩＰ部品４０を装着する。このとき、ＤＩＰ部品４０
は、基板３０のランドに端子４１を挿入した状態となっ
ている。そして、基板３０とＤＩＰ部品４０とのはんだ
づけスポットに対応して、マルチノズル板２０には吐出
ノズル２１が対応して形成されている。

【００４５】従って、マルチノズル板２０の上面に基板
３０、ＤＩＰ部品４０を装着した後、吐出ポンプ１３を
駆動して、はんだ槽１１内の溶融はんだＨの液面高さを
上昇させれば、溶融はんだＨはマルチノズル板２０の吐
出ノズル２１を上昇していき、ＤＩＰ部品４０の端子４
１を伝って上昇し、基板３０の基板ランドに付着する。

【００４６】そして、本発明方法では、はんだづけ加工
部に対応して設けられたマルチノズル板２０の個々の吐
出ノズル２１を通じてはんだづけが行なわれるため、隣
接するはんだづけスポット間ではんだブリッジが形成さ
れることがなく、また、清浄な溶融はんだＨを使用で
き、しかも、マルチノズル板２０を通じて基板３０も充
分加熱された状態であるため、良好なはんだづけ加工が
可能である。

【００４７】更に、マルチノズル板２０に設けたガス抜
き溝２２，２３を通じてはんだづけ加工時に発生する種
々のガスが基板３０とはんだとの間に介入することがな
く、外部に有効に除去できるため、このことも良好なは
んだづけ加工を行なう上に有利である。

【００４８】従って、本発明方法によれば、基板３０に
ＤＩＰ部品４０の端子４１を局部溶融はんだづけする
際、優れたはんだ加工性能が得られる。

【００４９】また、側長計１８等の液面高さ計測手段を
設け、溶融はんだＨの液面の高さを安定化できるため、
マルチノズル板２０のガス抜き溝２２，２３にはんだが
漏れ出し、ガス抜き効果に支障与えたりすることがな
く、また、溶融はんだＨの消費によるはんだ量の減少に
対して安定した液面高さを確保できる。

【００５０】更に、はんだ槽１１内の溶融はんだＨの搬
送機構として、循環系を新たに設けたため、ドロス等の
汚れが偏在したり、酸化膜等が偏在することがなく、ま
た、循環経路１６にドロスフィルター１７等のフィルタ
ー機構を設けることにより、ドロス等の汚れを除去でき
ることから、溶融はんだＨの純度を良好に維持でき、こ
のこともはんだ加工の精度を高めることに貢献できると
いう利点がある。

【００５１】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明に係る局部溶
融はんだづけ方法並びにその装置によれば、はんだづけ
スポットに対応する複数の吐出ノズルを備えたマルチノ
ズル板を使用して局部溶融はんだづけを行なうというも
のであるから、はんだブリッジが発生することがなく、
精度の良いはんだづけ加工が行なえるという効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る局部溶融はんだづけ装置の一実施
形態の構成を示す概要図である。

【図２】図１に示す局部溶融はんだづけ装置における装
置内部の機構を示す説明図である。

【図３】図１に示す局部溶融はんだづけ装置における内
部機構を示す上面断面図である。

【図４】図１に示す局部溶融はんだづけ装置におけるマ
ルチノズル板を示す平面図である。

【図５】図１に示す局部溶融はんだづけ装置におけるマ
ルチノズル板の一部破断側面図である。

【図６】電子機器の構成を示す説明図である。

【図７】電子機器におけるＤＩＰ部品のはんだづけ構成
を示す説明図である。

【図８】従来の局部溶融はんだづけ装置を示す斜視図で
ある。

【図９】従来の局部溶融はんだづけ装置の構成を示す断
面図である。

【図１０】従来の局部溶融はんだづけ方法を示す説明図
である。

【図１１】溶融はんだの液面上昇時における酸化はんだ
と清浄なはんだとの関係を示す説明図である。

【図１２】従来の局部溶融はんだづけ方法におけるはん
だブリッジを示す説明図である。

【符号の説明】

１０ 局部溶融はんだづけ装置 １１ はんだ槽 １２ はんだ槽加熱ヒーター １３ 吐出ポンプ １３１ モーター １３２ 駆動軸 １３３ 液面上昇用補助はんだ槽 １４，１５ 循環ポンプ １５１ モーター １５２ 駆動軸 １６ 循環経路 １７ ドロスフィルター １８ 側長計 ２０ マルチノズル板 ２１ 吐出ノズル ２２，２３ ガス抜き溝 ３０ 基板 ４０ ＤＩＰ部品 ４１ 端子 Ｈ 溶融はんだ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２３Ｋ 3/06 Ｂ２３Ｋ 3/06 Ｓ 3/08 3/08 // Ｂ２３Ｋ 101:42

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融はんだを充填したはんだ槽の上面開
   口に複数の吐出ノズルを備えたマルチノズル板を装着
   し、該マルチノズル板の吐出ノズルと基板のはんだづけ
   スポットを一致させてマルチノズル板上に基板をセット
   した後、はんだ槽内の溶融はんだの液面を上昇させ、マ
   ルチノズル板の吐出ノズルを通じて基板のはんだづけス
   ポットに溶融はんだをはんだづけすることを特徴とする
   局部溶融はんだづけ方法。
2. 【請求項２】 はんだを溶融させる加熱手段によりマル
   チノズル板を加熱し、この加熱状態のマルチノズル板を
   介して基板の保熱状態を維持することを特徴とする請求
   項１に記載の局部溶融はんだづけ装置。
3. 【請求項３】 溶融はんだを充填するはんだ槽と、はん
   だ槽内の溶融はんだを加熱溶融させる加熱手段と、はん
   だ槽内の溶融はんだの量を増減させ、溶融はんだの液面
   を上下させる溶融はんだの搬送機構と、はんだ槽の上面
   開口に装着され、複数の吐出ノズルを有するマルチノズ
   ル板とからなることを特徴とする局部溶融はんだづけ装
   置。
4. 【請求項４】 マルチノズル板は、熱伝導性の良好な素
   材から構成されているとともに、マルチノズル上に基板
   をセットした際、基板との当接面積を多く確保できるよ
   うに平板状であることを特徴とする請求項３に記載の局
   部溶融はんだづけ装置。
5. 【請求項５】 マルチノズル板の基板対向面には吐出ノ
   ズル同士を連通させ、かつマルチノズル板の端縁に至る
   ガス抜き溝が形成されていることを特徴とする請求項３
   又は４に記載の局部溶融はんだづけ装置。
6. 【請求項６】 はんだ槽には、溶融はんだの液面高さを
   検出できる液面高さ検出手段と、液面高さ検出手段の信
   号により、内部に設けた補助はんだ槽から溶融はんだ槽
   内に溶融はんだを供給し、溶融はんだの液面高さを制御
   する液面高さ制御手段を備えたことを特徴とする請求項
   ３乃至５のいずれかに記載の局部溶融はんだづけ装置。
7. 【請求項７】 溶融はんだをはんだ槽内で循環させる循
   環系搬送機構が設けられていることを特徴とする請求項
   ３乃至６のいずれかに記載の局部溶融はんだづけ装置。
8. 【請求項８】 溶融はんだの循環経路に溶融はんだ中の
   汚れを除去するフィルター機構が設けられていることを
   特徴とする請求項７に記載の局部溶融はんだづけ装置。