JP2001257463A - 噴流式はんだ付けにおける一次噴流はんだの高さ検出方法と検出手段をもったプリント配線基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 適正なはんだ付けを行わせるために、生産ラ
インの稼働率を低下させないで、一次噴流はんだの高さ
を正確に検出できるようにすること。 【解決手段】 電子部品を仮実装させたプリント配線基
板１の下面を一次噴流はんだ４ａと二次噴流はんだ４ｂ
とに接触させてはんだ付けを行う際、プリント配線基板
内または捨て基板にサイズの異なる複数の孔を設け、こ
れら孔を通してプリント配線基板の下面に接触する噴流
はんだの噴き上げ状況を検出し、高さを判定するもので
ある。従って、はんだ処理工程中に直接検出できるので
あり、常に適正な接触状態になるように工程を中断する
ことなく調整することができるので稼働率を低下させな
いで、不良品の発生も大幅に抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融はんだを噴流
状態にし、その噴流はんだにプリント配線基板の下面を
接触させてはんだ付けを行う、いわゆる噴流式はんだ付
け方法であって、その噴流はんだの高さを検出する方法
と、噴流式はんだ付けに供せられる検出機能を備えたプ
リント配線基板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の噴流式はんだ付けに関して、噴
流はんだの高さを検出し調整する装置としては、例え
ば、特開昭６３−２２０９７３号公報及び特開平１
−２０５５９３号公報に開示された構成のものが従来例
として公知になっており、また、これら従来例の技術を
更に改良したとする技術が、例えば、特開平７−２１
４２９７号公報に開示されて公知になっている。

【０００３】前記の公知技術は、溶融はんだを噴流さ
せる噴流ノズルと噴流ポンプを備えた噴流はんだ槽であ
って、溶融はんだの噴流頂部を斜め方向から横切って光
が通るように光源と、該光源からの光を受ける受光部と
を備え、該受光部における受光量をもって溶融はんだの
噴流高さ検出信号とし、その検出信号を制御装置に付与
して噴流ポンプのモータを制御するものである。そし
て、溶融はんだの噴流頂部を斜め方向から横切るように
光源と受光部とを設けてあることから、プリント配線基
板によって光源からの光が遮られるため、プリント配線
基板が噴流頂部にさしかかる直前の高さのみを検出して
制御し、プリント配線基板が噴流はんだの頂部に接触し
ている間は制御装置を停止しているというものである。

【０００４】また、前記の公知技術は、噴流はんだの
高さを検出して自動調整する方法と装置が開示されてお
り、その検出手段として、透明耐熱板が使用され、該透
明耐熱板をキャリアの固定部に取り付けて噴流はんだに
当て支い、噴流はんだの当たり幅の形状寸法を光学（カ
メラ）的に検出測定し、その測定した形状寸法を制御部
にフィードバックして、噴流はんだの高さ及び搬送され
るプリント配線基板の傾きを調整するというものであ
る。

【０００５】更に、前記の公知技術は、前記及び
よりも進歩した一次ノズルと二次ノズルとを装備した噴
流式はんだ付け方法と装置が開示され、その一次ノズル
と二次ノズルとを装備して一般的に行っているはんだ付
けのやり方、即ち、ワークであるプリント配線基板を傾
斜させて搬送し、傾斜した搬送状態で噴流はんだに接触
させてはんだ付けを行っていたが、そのワークであるプ
リント配線基板を水平方向に搬送させても、ブリッジ、
つららあるいはぼたつきが防止できるというものであっ
て、一次ノズルと二次ノズルとを、ワークの移動方向に
対して直行する方向ではなく水平面内で傾斜させて配設
する構成にしたものである。

【０００６】一般的に行われている噴流式はんだ付け
で、噴流はんだ槽に一次ノズルと二次ノズルとを装備し
ているということは、２種類の目的の異なる噴流状態が
形成されているのであり、一次噴流は、プリント配線基
板に搭載した電子部品を正確にはんだ付けすることを目
的とし、密集度の高い部位にまではんだが行き渡るよう
に、比較的強く且つその噴流の頂部が激しく揺れ動く
（流動する）ように頂部の幅を狭くして速く噴流させら
れており、その結果、はんだが過多に付着するようにな
る。そして、二次噴流は、先の一次噴流で過多に付着し
てかぶっているはんだを連れ戻すと共に、はんだ付け部
位を整形することを目的としており、その噴流の頂部は
幅が広く緩やか（穏やか）に流れるようにしているので
ある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記及び
の従来例に係る噴流式はんだ付けにおいては、一次ノ
ズルと二次ノズルとを装備していないのであり、密集度
の高い部位にまではんだが行き渡るように、比較的強く
且つその噴流の頂部が激しく流動するように頂部の幅を
狭くして速く噴流させるという思想がないばかりでな
く、前記の従来例は、プリント配線基板が実際に噴流
はんだに接触している時の状態については検出ができな
いのであり、しかも、制御が間歇的に行われると、作業
効率を考慮した間隔をもって連続するプリント配線基板
の搬送速度と、モータの起動速度と溶融はんだの流動反
応速度との関係とで、制御の追従が遅れて噴流はんだの
高さ変動が著しくなり、適正な制御ができないという問
題点を有している。

【０００８】また、前記の従来例においては、透明耐
熱板が常時噴流はんだに接触しており、また、プリント
配線基板は所定の間隔をもって搬送されているので、接
触する時と搬送間隔の存在により接触しない時があり、
その都度噴流はんだの頂部は押されたり押されなかった
りして、透明耐熱板における噴流はんだの当たり幅の形
状寸法が変動することになり、その変動に対応して調整
しなければならないので、適正な制御に困難性を有する
という問題点がある。

【０００９】更に、前記の従来例においては、一次ノ
ズルと二次ノズルとを装備しているが、発明としての主
たる目的は、ワークであるプリント配線基板を水平方向
に搬送させ、二次ノズルにおける溶融はんだの噴流方向
をその搬送方向に対向させて噴流させることにより、基
板と噴流はんだとの相対速度が速くなって、はんだ切れ
性が良くなり、ブリッジ、つららあるいはぼたつきを防
止するというものであって、はんだ付け工程中において
一次噴流はんだの頂部の高さを検出し、その高さを調整
するという思想は開示されていないのである。

【００１０】従って、従来技術の噴流式はんだ付けにお
いて、一次噴流は、密集度の高い部位にまではんだを行
き届かせて、プリント配線基板に搭載した電子部品を正
確にはんだ付けするためには、常に一次噴流が適正な高
さ及び状態になっていることが重要なのであり、その一
次噴流の高さを正確に検出して適正な噴流状態にするこ
とに解決しなければならない課題を有している。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記従来例の課題を解決
する具体的手段として本発明は、電子部品を仮実装させ
たプリント配線基板の下面を一次噴流はんだと二次噴流
はんだとに接触させてはんだ付けを行うものであって、
前記プリント配線基板内または捨て基板にサイズの異な
る複数の孔を設け、これら孔を通してプリント配線基板
の下面に接触する噴流はんだの噴き上げ状況を検出し、
該噴き上げ状況によって噴流はんだの高さを判定するこ
とを特徴とする噴流式はんだ付けにおける一次噴流はん
だの高さ検出方法、並びに、噴流式はんだ付けに供せら
れるプリント配線基板であって、該プリント配線基板内
または捨て基板に、下面に接触する噴流はんだの高さを
検出する検出手段を設けたことを特徴とするプリント配
線基板、とを提供するものである。

【００１２】また、本発明においては、一次噴流はんだ
の高さ判定は、目視または光学的に行われること；検出
手段は、サイズの異なる複数の孔であること；及びサイ
ズの異なる複数の孔は、大きい方から小さい方に順序良
くまたはその逆に且つ直線状に所定の間隔をもって形成
されていること；を更に付加的要件として含むものであ
る。

【００１３】本発明に係る一次噴流はんだの高さ検出方
法は、プリント配線基板に設けたサイズの異なる複数の
孔を介して、はんだ処理工程中にプリント配線基板の下
面に接触している噴流はんだの噴き上げ状況を直接検出
できるのであり、それによって一次噴流はんだの高さを
判定して常に適正な接触状態（高さ）になるように調整
し、はんだ付け工程において、刻々と変化する噴流はん
だの高さに起因して生ずる不良品の発生を大幅に抑制で
きるのである。

【００１４】更に、本発明に係る噴流式はんだ付けに供
せられるプリント配線基板は、それ自体に、はんだ処理
工程の際に下面に接触する噴流はんだの高さを検出する
検出手段を設けてあるので、噴流式はんだ付け装置に対
して別構成の余分な検出手段を必要とせず、装置全体と
して簡略化できるのである。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に本発明を図示の実施の形態に
より更に詳しく説明する。図１〜４に示した第１の実施
の形態において、例えば、ＩＣ、ＬＳＩ、コンデンサ等
の複数の電子部品が搭載されるプリント配線基板１であ
って、該プリント配線基板１内の適宜位置に噴流はんだ
の高さ検出手段２を設ける。この高さ検出手段２は、い
わゆる孔群であって、サイズの異なる複数の孔２ａ〜２
ｅからなり、これらを所定の間隔をもって略直線状に形
成したものである。

【００１６】検出手段としての孔群、即ち複数の孔２ａ
〜２ｅを直線状に設ける方向は、噴流式はんだ付け工程
において、プリント配線基板１が搬送される方向と平行
する方向で、且つプリント配線位置及び電子部品の実装
位置を避けた位置であり、好ましくは基板の辺縁に近い
位置に形成する。なお、プリント配線基板１の設計段階
で、検出のために最も都合の良い位置にこれら複数の孔
２ａ〜２ｅを形成すべく、プリント配線部及び電子部品
の実装位置とを考慮して予め設計しておけば良いのであ
り、生産プロセスを変更することなくプリント配線基板
が製造できるのである。

【００１７】この場合のサイズの異なる複数の孔２ａ〜
２ｅは、図２に示したように、例えば、大径のものが
４．５ｍｍで、小径のものが２．５ｍｍ程度であり、略
０．５ｍｍの差をもって５個の孔を形成し、その形成間
隔は略６．０ｍｍ程度である。各孔の形成間隔をあまり
長くすると、プリント配線部分及び電子部品の実装位置
の制約を受けてプリント配線基板１内に形成できないこ
とになり、また、孔のサイズとしてあまり大きくする
と、表面側に噴流はんだの一部が溢出して不良品を発生
させてしまうし、あまり小さくすると、噴流はんだの状
態が視認できず、高さ判定に困難性が伴うという問題が
生ずる。

【００１８】従って、大径のもので４．５ｍｍにする
と、噴流はんだが表面側にわずかに突出するが、はんだ
自体の表面張力によって溢出しない範囲であり、また、
小径のもので２．５ｍｍ程度が判定できる最小範囲であ
る。そして、これらサイズの異なる孔の配列について
は、大径サイズから順次小径サイズにするか、または小
径サイズから順次大径サイズなるように選択的に形成で
きるが、好ましい配列は、大径サイズから順次小径サイ
ズにした方が良い。

【００１９】このように形成されたプリント配線基板１
に所定の電子部品を仮実装し、一般的な噴流式はんだ付
け装置に供給してはんだ付けを行うものであって、図３
に示したように、溶融はんだ４が収納されているはんだ
槽５には、一次ノズル６と二次ノズル７とが近接した状
態で装備されており、これらノズルには図示していない
がそれぞれ駆動制御がなされる噴流モータが接続されて
いる。そして、噴流モータの駆動により一次ノズル６か
らは比較的波動の激しい急峻な一次噴流はんだ４ａを噴
出させ、二次ノズル７からは比較的穏やかで幅広い流動
となる二次噴流はんだ４ｂを噴出させてある。但し、図
示した噴流式はんだ付け装置は、あくまでも一例であっ
て、一次及び二次噴流はんだ４ａ、４ｂの高さ及び形状
については、装置メーカーによって異なる場合がある。

【００２０】はんだ付けしようとするプリント配線基板
１は、噴流式はんだ付け装置に対して矢印ａで示したよ
うに傾斜させた状態で、一次ノズル６の一次噴流はんだ
４ａと二次ノズル７の二次噴流はんだ４ｂに順次接触さ
せながら搬送する。この場合の搬送傾斜角度は略３〜５
°程度であり、この傾斜によってプリント配線基板１に
おけるはんだ切れを良くしてある。

【００２１】プリント配線基板１は、まず、噴流の頂部
が激しく揺れ動いて流動する一次ノズル６の一次噴流は
んだ４ａに接触させることにより、密集度の高い部位に
まではんだを充分行き渡らせて確実なはんだ付けを行わ
せる。その結果として、はんだが過多に付着するように
なるが、引き続いて、穏やかに流動している二次ノズル
７の二次噴流はんだ４ｂに接触させることにより、先の
一次噴流はんだ４ａとの接触で過多に付着している余剰
のはんだを連れ戻すと共に、はんだ付け部位を適正な状
態に整形するのである。

【００２２】そこで、密集度の高い部位においても確実
なはんだ付けを行わせるために、一次ノズル６の一次噴
流はんだ４ａが、プリント配線基板１に適正に接触して
いるか否かを検出手段、即ちサイズの異なる複数の孔２
ａ〜２ｅによって検出する。つまり、適正に接触してい
るか否かの目安は、一次噴流はんだ４ａが設定された高
さをもって噴流しているか否かであり、設定された高さ
をもって噴流していれば、プリント配線基板１との接触
が予定された噴流圧をもって略一定の細い帯状に接触し
ているのである。

【００２３】従って、搬送されているプリント配線基板
１に一次ノズル６の一次噴流はんだ４ａが予定された噴
流圧で接触しているか否かをサイズの異なる複数の孔２
ａ〜２ｅによって検出するのであり、例えば、適正な噴
流圧をもって適正な高さに噴流している場合には、図４
に示したように、検出手段２において最初に接触する大
径の孔２ａにおいては、一次噴流はんだ４ａの一部がプ
リント配線基板１の上面にまで噴き上がる。続いて、次
に接触する孔２ｂにおいても、接触した一次噴流はんだ
４ａの一部が、孔２ａと略同じようにプリント配線基板
１の上面にまで噴き上がって突出し、目視によってその
噴き上がり（突出）状態が確認できるものである。いず
れの場合でも、噴き上がったはんだがプリント配線基板
１の上面に僅かに突出するが、噴流はんだの表面張力に
よって、プリント配線基板１の上面には溢出しないので
ある。

【００２４】次に接触する中間の孔２ｃにおいては、孔
径が小さくなったこと及びはんだの表面張力が存在する
ことにより、プリント配線基板１の上面にまでは噴き上
がらず、孔２ｃの略中間部近傍までしか達しないのであ
る。そして、それ以降の孔２ｄ〜２ｅにおいては、更
に、孔径が小さくなったこととはんだの表面張力とによ
って噴流するはんだは孔の底部近傍にしか位置しないの
である。このような検出手段２における噴流はんだの状
況を、例えば、目視によって確認することで、適正な噴
流圧をもって適正な高さに噴流していると判定できるの
である。

【００２５】仮に、噴流圧が低く噴流高さが低い場合に
は、大径の孔２ａ、２ｂからは噴流はんだが突出しない
ことになり、逆に噴流圧が高く噴流高さが高い場合に
は、大径の孔２ａ、２ｂから突出した噴流はんだがプリ
ント配線基板１の上面には溢出し、中間の孔２ｃ及びそ
れ以降の孔２ｄ〜２ｅにおいても、噴き上がったはんだ
がプリント配線基板１の上面に突出するようになる。従
って、これらの状況、即ち実際に処理されているプリン
ト配線基板１を直接確認することで、一次噴流はんだ４
ａの適正または不適正を判定することができ、不適正な
場合には、直ちに対処して不良品の発生を防止できるの
である。

【００２６】この検出については、作業者が目視によっ
て検出手段２を確認できる外に、光学的手段によって確
認することもできる。例えば、搬送されるプリント配線
基板１の検出手段２、即ちサイズの異なる複数の孔２ａ
〜２ｅが通過する位置で且つ一次噴流はんだ４ａの頂部
付近に対して、斜め方向から赤外線を発射する発射部
と、その発射した赤外線が噴流はんだの頂部で反射した
反射光を受光する受光部とを備えた光学的検出手段８を
配設し、該光学的検出手段８によってはんだ付け処理中
における一次噴流はんだ４ａの高さが適正か否かを検出
できるのである。

【００２７】即ち、光学的検出手段８によって一次噴流
はんだ４ａの頂部付近に対して赤外線の発射しておき、
処理されるプリント配線基板１が通過する毎に、大径の
孔２ａ、２ｂとに突出する噴流はんだと、中間サイズの
孔２ｃの中間部まで達する噴流はんだとによって一定の
間隔で所定光量が反射され、それらの反射光を受光部で
受けることになる。つまり、通常は斜め方向から光を発
射しているので、プリント配線基板１側からの反射はほ
とんど得られないが、大径の孔２ａ、２ｂに突出する噴
流はんだ及び中間サイズの孔２ｃの中間部に達する噴流
はんだは、頂部が円弧状または球面状を呈していること
から、所定光量の反射光が得られるのである。

【００２８】従って、光学的検出手段８によって検出手
段２から得られる反射光は、一次噴流はんだ４ａの高さ
が適正な場合には、一定の間隔で且つ略一定の光量であ
ることから、その間隔と光量とを基準値として予め記憶
させおき、その基準値と実際のはんだ付け工程で順次受
光する間隔と光量とを順次比較して、特に光量が基準値
よりも多くなったときには、噴流の度合いを抑制すべく
信号を発し、光量が基準値よりも少なくなったときに
は、噴流の度合いを増大させるように信号を発して自動
的に制御させることができる。

【００２９】これらの制御は、噴流モータの駆動を制御
することによって行うものであり、該噴流モータの駆動
制御は、検出された光量情報に基づき適宜の制御部を介
して遂行される。なお、目視によって確認したときに
は、手動により制御部を操作して噴流の度合いを調整で
きるのである。

【００３０】次に、図５に示した第２の実施の形態につ
いて説明する。この実施の形態に係るプリント配線基板
１１は、いわゆる集合プリント基板と称されるものであ
り、複数枚の本体基板１１ａと、捨て基板１１ｂとがス
リット状の切り込み１２を介して未だ一連に連結してい
る状態のものであり、各本体基板１１ａを使用する際
に、スリット状の切り込み１２に沿って切り離されるも
のである。

【００３１】このプリント配線基板１１においても、切
り離される前に、各本体基板１１ａに当然の如く複数の
電子部品が仮実装されはんだ付けされるものであって、
そのはんだ付けは、前記第１の実施の形態と同様に、一
次ノズル６と二次ノズル７とを有する噴流式はんだ付け
装置によって行われる。

【００３２】そのはんだ付け工程に際して、プリント配
線基板１１が一次噴流はんだ４ａと接触する状態、即
ち、一次噴流はんだ４ａの高さを検出するために、本体
基板１１ａの周囲にある捨て基板１１ｂの適宜位置に形
成された前記第１の実施の形態と同様の検出手段２によ
って検出する。

【００３３】この検出手段２も、前記第１の実施の形態
と同様に、いわゆる孔群であって、サイズの異なる複数
の孔２ａ〜２ｅからなり、これら大きさ、配列方式及び
配列間隔も同様であって、直線状に配列形成してある。
また、この検出手段２である孔群の形成に当たっては、
プリント配線基板１１を形成する段階の切り込み１２を
入れるときに一緒に形成すればよいのであり、生産プロ
セスを変更することなくプリント配線基板１１が製造で
きるのである。

【００３４】そして、この第２の実施の形態に係るプリ
ント配線基板１１においても、前記第１の実施の形態で
説明したと同様のはんだ付け処理が行われるので、その
はんだ付け処理の説明については、重複するので省略す
る。

【００３５】いづれにしても、本発明に係るは、噴流式
はんだ付けに供せられるプリント配線基板１、１１が、
そのはんだ処理工程において、一次噴流はんだと接触し
ている状態、即ち検出手段における噴流はんだの突出度
を直接検出できることから、一次噴流はんだの噴流高さ
を正確に検出して調整または制御することができるので
ある。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る一次噴
流はんだの高さ検出方法は、電子部品を仮実装させたプ
リント配線基板の下面を一次噴流はんだと二次噴流はん
だとに接触させてはんだ付けを行うものであって、前記
プリント配線基板内または捨て基板にサイズの異なる複
数の孔を設け、これら孔を通してプリント配線基板の下
面に接触する噴流はんだの噴き上げ状況を検出し、該噴
き上げ状況によって噴流はんだの高さを判定する構成と
したことにより、はんだ処理工程中にプリント配線基板
の下面に接触している噴流はんだの噴き上げ状況を直接
検出できるのであり、それによって一次噴流はんだの高
さを判定して常に適正な接触状態（高さ）になるように
調整することができ、その調整は、はんだ付け工程を中
断することなく遂行でき、稼働率（生産性）を低下させ
ないで、しかも一次噴流はんだの高さが適正な高さに維
持されることで、不良品の発生を大幅に抑制できるとい
う優れた効果を奏する。

【００３７】また、本発明に係る噴流式はんだ付けに供
せられるプリント配線基板は、プリント配線基板内また
は捨て基板に、下面に接触する噴流はんだの高さを検出
する検出手段を設けた構成としたことにより、その検出
手段は、プリント配線基板の生産プロセスを変更せずに
形成できるので、安価に提供できると共に、プリント配
線基板自体に、はんだ処理工程の際に下面に接触する噴
流はんだの高さを検出する検出手段を設けてあるので、
噴流式はんだ付け装置に対して別構成の余分な検出手段
を付加する必要がなく、装置全体としても簡略化できる
という優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプリント配線
基板を略示的に示した平面図である。

【図２】同プリント配線基板における検出手段の一例を
拡大して示した説明図である。

【図３】同プリント配線基板を用いて一次噴流はんだの
高さを検出する状況を説明するための説明図である。

【図４】同プリント配線基板における検出手段で、一次
噴流はんだの検出状況を拡大して示した説明図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態に係るプリント配線
基板を略示的に示した平面図である。

【符号の説明】

１、１１ プリント配線基板； ２ 検出手段；２ａ〜
２ｅ サイズの異なる複数の孔； ４ 溶融はんだ；４
ａ 一次噴流はんだ； ４ｂ 二次噴流はんだ； ５
はんだ槽；６ 一次ノズル； ７ 二次ノズル； ８
光学的検出手段；１１ａ 本体基板； １１ｂ 捨て基
板； １２ スリット状の切り込み；ａ プリント配線
基板の搬送方向を示す矢印。

───────────────────────────────────────────────────── 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 101:42 Ｂ２３Ｋ 101:42

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子部品を仮実装させたプリント配線基
   板の下面を一次噴流はんだと二次噴流はんだとに接触さ
   せてはんだ付けを行うものであって、 前記プリント配線基板内または捨て基板にサイズの異な
   る複数の孔を設け、 これら孔を通してプリント配線基板の下面に接触する噴
   流はんだの噴き上げ状況を検出し、 該噴き上げ状況によって噴流はんだの高さを判定するこ
   とを特徴とする噴流式はんだ付けにおける一次噴流はん
   だの高さ検出方法。
2. 【請求項２】 一次噴流はんだの高さ判定は、 目視または光学的に行われる請求項１に記載の一次噴流
   はんだの高さ検出方法。
3. 【請求項３】 噴流式はんだ付けに供せられるプリント
   配線基板であって、 該プリント配線基板内または捨て基板に、下面に接触す
   る噴流はんだの高さを検出する検出手段を設けたことを
   特徴とするプリント配線基板。
4. 【請求項４】 検出手段は、 サイズの異なる複数の孔である請求項３に記載のプリン
   ト配線基板。
5. 【請求項５】 サイズの異なる複数の孔は、 大きい方から小さい方に順序良くまたはその逆に且つ直
   線状に所定の間隔をもって形成されている請求項４に記
   載のプリント配線基板。