JP2001284788A - 基板の半田付け装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半田付け品質が安定で、小型、低コストのセ
ル生産の半田付けが可能で、品種切替時間が短縮できる
基板の半田付け装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 基板１３をＸ，Ｚ方向に移動自在とする
Ｘ軸ロボット１、Ｚ軸ロボット２でなる移動手段と、基
板揺動カム８、基板揺動検出板１０を結合して回転駆動
する基板揺動モータ６と、タイミング検出センサー７
と、基板揺動カム８で揺動駆動され駆動力を伝達するレ
バー９と、爪ガイド１２を介して基板１３を把持し保持
する把持爪１６をスライド軸受１１にて脱着自在に設置
され支点ピン１５を支点に揺動自在なフレーム１４をレ
バー９の片端に連結した構成でなる基板治具部、および
静止半田槽１８でなり、半田付けの後修正などが不要と
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は各種の電子部品など
を実装した基板の半田付け装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来におけるプリント基板を使用した基
板の半田付け装置について図面を用いて説明する。図３
は従来の基板の半田付け装置における動作概要工程図、
図４は同噴流半田付け装置の要部断面図、そして図５は
静止半田付け装置における動作概要工程図である。

【０００３】図３において４０は所定回路などを形成し
たプリント基板に各種の電子部品などを実装してなる基
板、そして主に基板挿入部４１、フラックス塗布部４
２、基板のプリヒート部４３、そして半田付け部４４の
工程順に配列して構成された半田付け装置を、各部の工
程において一定の基板搬送スピードで基板ガイドを有し
たコンベアにより基板４０を搬送して、基板４０すなわ
ち実装された各種の電子部品などのリード端子やチップ
部品とプリント基板の所定箇所のランドを半田付けす
る。

【０００４】半田付け部におけるフロー方式の噴流半田
槽は図４に示すように、高耐熱性のステンレス材やセラ
ミック材などでなる噴流筒４５と、この噴流筒４５の上
部に設置された同材でなるガイド板４６，４７を配設し
た同じ材料でなる噴流半田槽４８に、共晶半田などによ
る溶融半田４９が循環しフローしている。

【０００５】そして、基板４０を基板挿入部より移送し
て供給し、フラックス塗布部にて基板４０の所定の片面
にフラックスを塗布し、続いて基板のプリヒート部にて
基板４０の半田付けする面を所定温度に予熱された基板
４０が移送されて半田付け部の噴流半田槽４８の上部に
移載される。

【０００６】そしてまず、進入部ａにおいてフローして
いる溶融半田４９の流圧により、基板４０のフラックス
のガス抜きあるいは余分なフラックスを除去する。次
に、浸漬部ｂにおいて基板４０の各種電子部品のリード
端子やチップ部品を実装している面を、噴流筒４５の先
端やガイド板４６の上をフローする溶融半田４９の内部
に浸漬させ、基板４０の半田付けランドと各種の電子部
品などのリード端子やチップ部品などを加熱するととも
に溶融半田４９になじませる。

【０００７】そして、基板４０が噴流半田槽４８の内部
から離脱する際、離脱部ｃにおいて基板４０の半田付け
ランドと各種の電子部品などのリード端子やチップ部品
などの間に半田フィレットを形成するのである。これら
の工程を経て半田付けが行われる一貫生産ラインとして
構成され、大量生産を行っている。

【０００８】また、図５においては静止半田槽を有した
基板の半田付け装置を示すものであり、半田付け工程は
前記で説明した噴流半田付け槽と同様であるが、基板４
０の搬送形態としては、基板４０を把持し保持するガイ
ドに作業者にて装着し、フラックス塗布部４２、基板の
プリヒート部４３、静止半田付け部５０の各工程を移動
循環した後、基板４０は基板挿入位置までリターンして
作業者により取出される基板の半田付け装置としたもの
である。

【０００９】なお、前記静止半田付け部５０は、静止半
田槽に溶融された半田の液面をセンサーなどで液面高さ
を管理し、自動的に半田を供給する機構と、基板４０の
所定箇所を半田付けする前に半田液面の半田カスを除去
する機構を具備して、半田液面を安定して管理できるよ
うになっている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来における基板の半田付け装置では、基板４０を一定速
度で移送されるコンベア方式などの搬送形態をとってい
る大量生産方式であり、基板４０の移送中にフラックス
塗布、プリヒートを通過させる機構を有しているが、フ
ラックス塗布部４２においては発泡式によるフラックス
塗布のため、フラックス塗布量のバラツキをおさえるこ
とが困難であり、また赤外線などの輻射熱を用いた基板
のプリヒート部４３にはフラックスの乾燥および基板４
０の予備加熱が基板４０の搬送速度に左右されるため、
ヒータ部が大型化され、それにより半田付け装置が大型
化する。

【００１１】また、半田付け部４４，５０においては噴
流半田付け方式、静止半田付け方式などの方式がある
が、噴流半田付け方式に対しては、噴流半田槽４８の噴
流筒４５の噴流口より形成される溶融半田４９の噴流形
状および半田流速が、場所やあるいは経時的に変化を起
こすため半田付け条件の設定が難しく、かつ維持も難し
い。

【００１２】さらに、基板４０が半田付け部４４の噴流
半田槽４８における溶融半田４９から離脱する離脱部ｃ
は、半田フィレットを形成する最も重要な部分である
が、この部分でのフィレット形成を制御する要因である
基板４０を溶融半田４９から引上げる方向、速度、タイ
ミングなどを基板４０の搬送速度と溶融半田４９の流速
の相対速度、および基板４０の移送角度で調整する必要
があり、安定性がなく条件設定が困難であり、また定量
化することも難しく、半田付け品質を安定させることが
困難であるという課題を有していた。

【００１３】また、静止半田付け方式では半田付けする
際に、半田槽内の溶融半田の上面は一定であり、前記噴
流半田付け方式のような半田面の変動がなく、半田付け
に対する外乱を押えることはできるが、離脱部において
は前記噴流半田付け方式と同等な課題を有しており、半
田フィレットを形成する部分では基板４０の引上げ速度
が基板４０の移送速度で決定されているために条件設定
が難しく、半田付け品質を安定させることが困難である
という共通の課題を有していた。

【００１４】また前記の半田付け方式からなる基板の半
田付け装置では基板４０の品種切替えに時間を要し、小
ロット生産に対応が困難であるという課題を有してい
た。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明の基板の半田付け装置は、電子部品などを実装
した基板をＸおよびＺ方向に移動自在とするロボットで
なる移動手段と、基板を把持し保持あるいは規制するガ
イド、基板の姿勢を保持しながら揺動自在とし、かつ揺
動スピードを可変可能な駆動機構を備え、前記移動手段
に連結された基板治具部、基板の面積よりやや大きい開
口部を有する静止半田槽で構成してなり、近傍に未半田
付けあるいは半田付け済の基板におけるプリント基板の
基板供給取出しを行う基板脱着部と、基板の大きさに対
応してフラックス塗布範囲が設定可能で、フラックス塗
布量と塗布時間が設定および可変可能なフラックス塗布
部と、基板を予熱するプリヒート部を設置したものであ
り、基板の移送スピード、フラックス塗布量、プリヒー
ト時間、半田付け条件などを外部制御操作により設定可
能とし、基板の大きさ、実装部品の種類などが各種基板
の対応が可能な半田付け装置であり、半田付けの後修正
などが不要で、均一な高品質の半田付けが可能となり、
さらに品種切替持間が短縮できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、電子部品などを実装した基板をＸおよびＺ方向に移
動自在とするロボットでなる移動手段と、基板を把持し
保持あるいは規制するガイド、基板の姿勢を保持しなが
ら揺動自在とし、かつ揺動スピードを可変可能な駆動機
構を備え前記移動手段に連結された基板治具部、基板の
面積よりやや大きい開口部を有する静止半田槽で構成し
てなる基板の半田付け装置としたものであり、均一で安
定した半田付けができるという作用を有する。

【００１７】本発明の請求項２に記載の発明は、基板治
具部を、カムと揺動検出板を結合し回転駆動するモータ
と、揺動検出板に対応したタイミング検出センサーと、
カムにより揺動駆動し駆動力を伝達するレバーと、爪ガ
イドを介して基板を把持し保持する把持爪を脱着自在に
設置し支点ピンを支点に揺動自在なフレームを前記レバ
ーの片端に連結した構成としてなる請求項１に記載の基
板の半田付け装置としたものであり、請求項１に記載の
作用に加えて、半田付けに最適な条件や動作設定が容易
にできるという作用を有する。

【００１８】本発明の請求項３に記載の発明は、未半田
付けあるいは半田付け済基板でなる基板の供給取出しを
行う基板脱着部と、基板にフラックスを塗布するフラッ
クス塗布部と、基板を予熱するプリヒート部を近傍に設
置してなる請求項１に記載の基板の半田付け装置とした
ものであり、小型、低コストでセル生産に対応できると
いう作用を有する。

【００１９】本発明の請求項４に記載の発明は、基板の
大きさ、実装部品の種類などが異なる各種の基板に対応
するため、基板の搬送スピード、フラックス塗布量、プ
リヒート時間、半田付け条件を別個外部制御操作により
設定可能とする請求項１に記載の基板の半田付け装置と
したものであり、多品種少量生産に対応できるという作
用を有する。

【００２０】以下、本発明のプリント基板を使用した基
板の半田付け装置における実施の形態について図面を用
いて説明する。図１は本発明の実施の形態における基板
の半田付け装置の要部構成図である。

【００２１】図１において１はＸ軸方向に移動自在なＸ
軸ロボットであり、その一端にはＸ軸ベース２が設置さ
れている。３はＸ軸ベース２に取付けられたＺ軸方向に
移動自在なＺ軸ロボットであり、その一端にはＺ軸ベー
ス４が設置されている。以上により、基板１３などの移
動手段を構成している。

【００２２】１６は基板１３を把持するステンレスなど
の高耐熱性金属材、高耐熱性樹脂材あるいはセラミック
材などでなる移動自在な把持爪であり、把持爪１６をガ
イドし、かつ交換可能で取付け再現性を確保する同じ材
料でなる爪ガイド１２の一端に設置されている。

【００２３】そして、爪ガイド１２、把持爪１６はＺ軸
ベース４の先端に揺動自在に取付けられており、前記移
動手段により爪ガイド１２、把持爪１６をＸ，Ｚ方向に
移動自在となっている。

【００２４】５は金属材などでなるブラケットであり、
Ｚ軸ベース４の片面の所定箇所に取付けられ、正逆回転
自在でスピードコントロールが可能な基板揺動モータ６
を装着しており、基板揺動モータ６の駆動軸には基板１
３の各種動作を設定できる基板揺動カム８と、基板揺動
カム８の位置や動作のタイミングを検出する基板揺動検
出板１０が取付けられ、そして基板揺動検出板１０と対
応するタイミング検出センサー７がその近傍に設置され
ており、基板揺動カム８の動作と同期するレバー９が揺
動自在に取付けられ、基板１３を保持する把持爪１６へ
の駆動力を伝達している。

【００２５】１４は金属材などでなるフレームであり、
その一端に前記の把持爪１６が取付けられ、基板揺動カ
ム８と同期したレバー９の動作により支点ピン１５を支
点としてフレーム１４が揺動動作をする。なお、図１に
示すように複数のスライド軸受１１がフレーム１４に取
付けられており、把持爪１６、爪ガイド１２を平行に取
出せるようにして、基板１３を脱着可能としている。以
上により基板治具部を構成している。

【００２６】そして、１８は基板１３におけるプリント
基板の面積よりやや大きい開口部を有する高耐熱性のス
テンレス材などでなる静止半田槽であり、共晶半田など
の溶融半田１９を充填し、液面制御および半田上面の酸
化によるカスを排除する機構（以上図示せず）を設けて
いる。なお、１７は高耐熱性のステンレス材やセラミッ
ク材などでなる基板１３のガイドであり、把持爪１６で
保持できない方向（図１においては前後方向）位置に設
置されており、基板１３の半田付け時の反りなどを抑制
するものである。

【００２７】次に動作について説明する。把持爪１６お
よびガイド１７により把持し保持された基板１３を、Ｚ
軸ロボット３の駆動により下降させ、各種の電子部品を
所定箇所に実装した基板１３の半田付け面を、静止半田
槽１８の溶融半田１９に浸入させて浸漬する。

【００２８】前記動作により、基板１３の半田付け面に
塗布されているフラックスのガス抜きや、余分なフラッ
クスの除去を行うのであるが、基板１３が溶融半田１９
に浸入後に基板１３をＸ軸ロボット１の駆動によりＸ方
向に移動させてもよく、またあらかじめ基板揺動モータ
６の駆動により基板１３を傾斜させておき、溶融半田１
９に浸漬させた後、基板揺動モータ６を駆動させて基板
１３を溶融半田１９と水平となる位置としてもよい。

【００２９】そして、その位置で基板１３の半田付け面
を溶融半田１９に浸漬させたまま、基板１３の半田付け
ランドと各種の電子部品のリード端子やチップ部品など
を加熱しながら溶融半田１９になじませる。続いて、基
板揺動モータ６を駆動させることにより基板１３を揺動
させ片方側から引上げて、フィレット形成を行う。

【００３０】この時、基板１３を上昇させる速度、方向
などの条件設定は、溶融半田１９が静止しているため
に、直接引上げ速度や方向を制御することにより容易に
実現でき、かつ定量化することが可能であり、液面高さ
のバラツキすなわち変動を噴流半田槽による溶融半田１
９の液面高さのバラツキより小さくすることができ、半
田付け品質が優れかつ安定した半田フィレットが形成さ
れるのである。

【００３１】なお、基板１３の実装部品の中で特にリー
ドピンピッチが小さい部品については、基板揺動カム８
に対する揺動動作のカム曲線、カム変位量、または基板
揺動モータ６のスピードなどを変動させて半田フィレッ
トが形成される瞬間の速度を調整することができ、品種
毎に半田付け条件を最適に設定することが可能である。

【００３２】図２は他の実施の形態における基板の半田
付け装置の正面図である。なお、前記実施の形態で説明
した同一の部品や構成部分の詳細な説明は省略する。

【００３３】図２において２０は基板１３の供給出入を
行う基板脱着部、２１は基板１３の半田付け面にフラッ
クスを塗布するフラックス塗布部であり、ポンプなどに
よりフラックスを噴霧状にして基板１３の所定箇所に吹
き付け塗布する機構であり、塗布量、塗布時間などが任
意に設定可能である。

【００３４】また、２２は基板１３などへのフラックス
塗布範囲を制限するフタ、２３は前記フラックス塗布部
２１を基板１３の幅方向（図２においては前後方向）に
移動自在とするフラックス駆動機構である。

【００３５】２４は基板１３の所定片面を予備加熱する
ためのプリヒート部で、エアー式の加熱機構であり、ヒ
ータ、エアーの流量制御器２５、そしてヒータの温度調
節器２６を備えている。１８は基板１３と実装された各
種の電子部品を半田付けする前記実施の形態で説明した
半田付け装置と同じ静止半田槽、そして１９は溶融半田
である。

【００３６】次に動作について説明する。まず半田付け
を行う基板１３を前記実施の形態で説明したＸ軸ロボッ
ト１の駆動によりＸ軸ベース２が動作して、基板１３が
スライド軸受１１を移動して半田付け装置の外側までス
ライドし、基板１３を基板脱着部２０の上部位置まで取
出して、基板１３を半田付け治具（図示せず）に装着す
る。

【００３７】なお、基板１３の脱着は半田付け装置の外
側にて行うのであり、作業しやすい構成で、基板１３の
脱着の際、後工程の搬送機構などと連結可能な構成とし
ている。

【００３８】次にＸ軸ロボット１の駆動によりフラック
ス塗布部２１に基板１３が移送され、基板１３の所定半
田付け面にフラックスが塗布される。

【００３９】この際、基板１３の形状、大きさによりフ
タ２２を交換することが可能であり、フラックス塗布条
件およびＸ軸ロボット１の搬送速度を任意に設定可能と
することにより、フラックスの塗布条件出しを定量的に
評価できて、フラックス塗布量のバラツキを押えること
が可能となる。

【００４０】次にプリヒート部２４まで基板１３を搬送
し、基板１３の予備加熱を行う。この際、予備加熱の条
件出しをプリヒート部２４の流量制御器２５、温度調節
器２６およびＸ軸ロボット１の搬送速度を任意に設定可
能とすることにより、予備加熱の条件出しを定量的に評
価することを可能としており、設備スペースも小さくす
ることが可能となる。

【００４１】その後、静止半田槽１８の直上まで基板１
３を搬送して、前記実施の形態と同じ動作により半田付
けを行う。その後、半田付け動作が終了し、半田付け済
の基板１３を基板脱着部２０へ復帰させるのである。

【００４２】以上、説明した半田付け装置における基板
１３の各種の対応として、別個外部の制御操作部におい
てスイッチなどにより条件設定を可能としている。

【００４３】

【発明の効果】以上、本発明による基板の半田付け装置
によれば、安定した品質の半田付けが可能で、小型、低
コストが要求されるセル生産の半田付けが可能となり、
品種切替時間を短縮することができるという効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における基板の半田付け装
置の要部構成図

【図２】他の実施の形態における基板の半田付け装置の
正面図

【図３】従来の基板の半田付け装置における動作概要工
程図

【図４】同噴流半田付け装置の要部断面図

【図５】同静止半田付け装置における動作概要工程図

【符号の説明】

１ Ｘ軸ロボット ２ Ｘ軸ベース ３ Ｚ軸ロボット ４ Ｚ軸ベース ５ ブラケット ６ 基板揺動モータ ７ タイミング検出センサー ８ 基板揺動カム ９ レバー １０ 基板揺動検出板 １１ スライド軸受 １２ 爪ガイド １３ 基板 １４ フレーム １５ 支点ピン １６ 把持爪 １７ ガイド １８ 静止半田槽 １９ 溶融半田 ２０ 基板脱着部 ２１ フラックス塗布部 ２２ フタ ２３ フラックス駆動機構 ２４ プリヒート部 ２５ 流量制御器 ２６ 温度調節器

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/00 ３１０ Ｂ２３Ｋ 3/00 ３１０Ｋ ３１０Ｒ // Ｂ２３Ｋ 101:42 101:42 (72)発明者 山内 康介 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 和田 弘志 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 4E080 AA01 5E319 AA02 AA07 AB01 CC23 CD22 CD31

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各種電子部品などを実装した基板をＸお
   よびＺ方向に移動自在とするロボットでなる移動手段
   と、基板を把持し保持あるいは規制するガイド、基板の
   姿勢を保持しながら揺動自在とし、かつ揺動スピードを
   可変可能な駆動機構を備え前記移動手段に連結された基
   板治具部、基板の面積よりやや大きい開口部を有する静
   止半田槽で構成してなる基板の半田付け装置。
2. 【請求項２】 基板治具部を、カムと揺動検出板を結合
   し回転駆動するモータと、揺動検出板に対応したタイミ
   ング検出センサーと、カムにより揺動駆動し駆動力を伝
   達するレバーと、爪ガイドを介して基板を把持し保持す
   る把持爪を脱着自在に設置し支点ピンを支点に揺動自在
   なフレームを前記レバーの片端に連結した構成としてな
   る請求項１に記載の基板の半田付け装置。
3. 【請求項３】 未半田付けあるいは半田付け済基板の供
   給取出しを行う基板脱着部と、基板にフラックスを塗布
   するフラックス塗布部と、基板を予熱するプリヒート部
   を近傍に設置してなる請求項１に記載の基板の半田付け
   装置。
4. 【請求項４】 基板の大きさ、実装部品の種類などが異
   なる各種の基板に対応するため、基板の搬送スピード、
   フラックス塗布量、プリヒート時間、半田付け条件を別
   個外部制御操作により設定可能とする請求項１に記載の
   基板の半田付け装置。