JP2002340769A - はんだの広がり率試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 はんだの広がり率試験において、人手による
作業、特に熟練度の必要な手作業を削減し、試験結果の
均一化を図るとともに、削減物質の使用を廃絶し、環境
保護に貢献する。 【解決手段】 試料としてのはんだ４を載置した試験片
２と、該試験片を保持する試験片保持手段３と、試験片
の試料はんだを溶融するソルダーバス（溶融空間）５
と、該試験片保持手段を上記ソルダーバス（溶融空間）
とそれ以外の空間との間で移送する移送手段６と、溶融
後凝固した試料はんだの高さを計測するレーザーユニッ
ト７とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、はんだ広がり率試
験に関する。詳しくは、はんだ広がり率試験において、
人手による操作をできるだけ削減し、かつ、より正確な
はんだの広がり率試験を可能にする技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、はんだの広がり率試験は日本工業
規格（ＪＩＳ：Japan Industrial Standards）より規格
化されている（ＪＩＳ Ｚ ３１９７:1999）。

【０００３】これを簡単に説明すると、たとえば、やに
入りはんだの場合、０．３０±０．０３ｇの試料（はん
だ）を銅板上に載せ、これらを試験片としてソルダーバ
ス（はんだ槽）に浮かべる。

【０００４】試料（はんだ）が溶融後３０秒間保持して
試験片をソルダーバスからその水平を保ちながら持ち上
げ、室温まで冷却する。

【０００５】次に、フラックス残渣を溶剤、たとえば、
イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で洗浄する。

【０００６】そして、このような試験片のはんだの高さ
をマイクロメータなどにより測定し、試料としてのはん
だを「球」とみなした場合のその直径と上記溶融し冷却
後のはんだの高さとの関係を広がり率として算出する。

【０００７】しかして、その評価は、濡れ性の良好な
（広がり率の大きな）はんだは「山（はんだの高さ）」
は低く、濡れ性の悪い（広がり率の小さい）はんだは
「山」が高いままということになる。

【０００８】なお、はんだの広がり率試験の詳細につい
てはＪＩＳ（ＪＩＳ Ｚ ３１９７:1999）を参照された
い。

【０００９】そして、このようなはんだの広がり率試験
は、従来、手作業により行われている。

【００１０】すなわち、試料を載せた銅板（試験片）を
ペンチなどで挟み、この試験片をソルダーバスに浮か
べ、その状態を保持して３０秒後に、試験片をペンチで
挟んだまま引き上げ室温まで冷却する。

【００１１】その後、フラックス残渣を除去し、はんだ
の高さの測定を行う。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記したよ
うに、従来のはんだの広がり率試験にあっては、その作
業のすべてを人手により行っていたため、コストが高い
という問題がある。

【００１３】また、その作業は熟練度が必要であり、一
定の試験結果がなかなか得られないという問題がある。
具体的には、試験片をソルダーバスに浮かべ、はんだの
溶融後試験片を引き上げるときに、試験片を水平な状態
のまま引き上げるのが難しく、また、引き上げに際し、
引き上げ速度を一定に保ち、溶融したはんだに振動（手
振れなどによる。）などを与えないようにしなければな
らず、熟練度が必要であり、熟練者による作業であって
も、均一な試験結果を得られるとは限らなかった。

【００１４】さらに、フラックス残渣を除去するために
溶剤（たとえばＩＰＡ）が必要であり、このような削減
物質（環境への配慮によりできるだけ使用しないことが
望ましい物質）を使用しなければならず、環境への悪影
響が懸念されるという問題があった。

【００１５】そこで、本発明は、はんだの広がり率試験
において、人手による作業、特に熟練度の必要な手作業
を削減し、試験結果の均一化を図るとともに、削減物質
の使用を廃絶し、環境保護に貢献するを課題とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明はんだの
広がり率試験装置は、上記した課題を解決するために、
試料としてのはんだを載置した試験片と、該試験片を保
持する試験片保持手段と、試験片の試料はんだを溶融す
る溶融空間と、該試験片保持手段を上記溶融空間とそれ
以外の空間との間で移送する移送手段と、溶融後凝固し
た試料はんだの高さを計測するレーザーユニットとを備
えたものである。

【００１７】したがって、本発明はんだの広がり率試験
装置にあっては、はんだの広がり率試験において最も熟
練を要した試験片の引き上げを、移送手段により行うよ
うにしたので、試験片の水平度を保つことが容易で、か
つ、安定した速度でおこなうことができるため、溶融し
た試料はんだがその移送時に変形したり偏ったりするこ
とが無く、凝固したときに試料はんだの状態の均一化を
図ることができ、安定した計測をおこなうことができ、
よって、はんだの広がり率試験の精度を向上させること
ができる。

【００１８】また、上記はんだの広がり率試験装置にあ
っては、凝固した試料はんだの高さ測定にレーザーユニ
ット７を用いたので、試料はんだに含まれていたフラッ
クスの残渣を除去する必要が無く、従来のように、その
洗浄に用いられていたＩＰＡなどの溶剤を用いる必要は
なく、削減物質の使用を廃絶し、環境保護に貢献する。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１及び図２は本発明にかかるは
んだの広がり率試験装置の実施の形態を示すものであ
り、はんだの広がり率試験装置１は、試験片２を保持す
る試験片保持部材３と、該試験片保持部材３により保持
された試験片２の試料であるはんだ（以下「試料はん
だ」という。）４を溶融するソルダーバス５と、上記試
験片２を上記ソルダーバス５内に挿脱するための移送手
段６と、溶融後凝固した試験片２の試料はんだ４の高さ
を計測するためのレーザーユニット７とを備える（図１
参照）。

【００２０】試験片２は、銅板８に試料はんだ４を載置
したものであるが、これはＪＩＳ規格により規格化され
たものであり、かかるＪＩＳ規格を遵守しない場合には
銅板８に限らされるものではない。また、試料はんだ４
には、やに入りはんだ、やに無しはんだ、ソルダーペー
ストなど一般に「はんだ」と称されるものが含まれ、も
ちろん、無鉛はんだも含まれる。

【００２１】また、銅板８は正方形をしており、その一
の角部が直角に折り曲げられており、該折り曲げられた
部分が上記試験片保持部材３によって把持される把持部
８ａとなっている（図３、図４参照）。

【００２２】試験片保持部材３は、試験片２を固定的に
保持できるものであれば良く、たとえば試験片２を把持
するクリップなどが考えられるが、これに限定されるも
のではない。

【００２３】また、保持した試験片２はその移送時、特
に試料はんだ４が溶融状態の時の移送において、試験片
２が水平である必要があり、そのため、上記試験片保持
部材３は試験片２を比較的強固に把持する必要がある。
これは、特に、ソルダーバス５内の溶融はんだ９上に試
験片２を浮かべる必要があり、その引き上げ時に溶融は
んだ９の粘着力による抵抗があるため、これに十分打ち
勝って水平を保つようにする必要があるからである。

【００２４】また、当該はんだの広がり率試験は複数、
たとえば５つの試料はんだ４、４、・・・を試験してそ
の平均値を取ることがＪＩＳ規格により規格化されてい
るため、試験片２を試験片保持部材３に対して比較的容
易に着脱することができるものが好ましく、この点から
も上述のようなクリップが好適である。

【００２５】ソルダーバス５は、溶融したはんだが満た
されたものであるが、これはＪＩＳ規格で規格化された
ものである。かかるＪＩＳ規格を遵守しない場合には、
試料はんだ４を溶融させることができる高温な雰囲気、
たとえば、高温室のような閉空間であっても良い。ただ
し、試験片２を挿入したときに温度変化が少ないこと
（温度の均一化）が好ましく、また、コスト、安全性を
考慮したとき、ＪＩＳ規格の上記ソルダーバス５が好適
である。

【００２６】移送手段６は、上記試験片保持部材３を上
記ソルダーバス５内に挿脱するものである。

【００２７】具体的には、移送手段６は、スライダーベ
ース１０と該スライダーベース１０を上下方向に移動さ
せる送りネジ１１と該送りネジ１１を回転させる駆動モ
ータ１１とスライダーベース１０を案内する案内レール
１３、１３と上記スライダーベース１０から伸び一端に
上記試験片保持部材３が支持された腕部材１４とから成
る。

【００２８】そして、かかる移送手段６は、基台１５と
該基台１５に立設された支柱１６と該支柱１６の上端に
おいて上記送りネジ１１の上端を支持する支持片１７と
により支持されている。

【００２９】上記送りネジ１１は、その下端が上記基台
１５に設けられた駆動モータ１１のモータ軸に直結する
ように支持され、また、その上端は上記支持片１７に回
転自在に支持されている。

【００３０】スライダーベース１０に取着された腕部材
１４はソルダーバス５の上方まで伸び、さらにその先端
が下方に折れ曲がっており、該下端部に上記試験片保持
部材３が取着されている。

【００３１】上記案内レール１３、１３は、上記支柱１
６に取り付けられており、スライダーベース１０は該案
内レール１３、１３に案内されて上下方向に移動自在に
支持される。

【００３２】また、スライダーベース１０には上下方向
に貫通する貫通孔が設けられ、該貫通孔内に上記送りネ
ジ１１が螺合されるボールナット（図示は省略する。）
が設けられている。

【００３３】そして、移送手段６はその駆動モータ１１
を回転させると、送りネジ１１が回転し、案内レール１
３、１３に沿ってスライダーベース１０が上下方向に移
動して、試験片保持部材３を上下方向に移動させること
になる。

【００３４】レーザーユニット７は、凝固した試料はん
だ４の高さを計測するものである。レーザーユニット７
は、レーザー光を照射しその反射光を受光することによ
り、レーザー光を反射した物体の有無を確認することが
できることを利用するか、或いは、反射光を受光したと
きにレーザー光の波長と出射光と反射光との位相差から
測距することができることを利用する。

【００３５】本発明はんだの広がり率試験装置１にあっ
ては、レーザーユニットを上述したいずれの使用法もす
ることができる。

【００３６】たとえば、前者のようにレーザーユニット
７を用いる場合は、水平に置かれた試験片２に対してほ
ぼ水平にレーザー光を照射しながらレーザーユニット７
をほぼ垂直方向に移動させ、銅板８の表面を検出した
後、試料はんだ４の頂部の検出を行い、レーザーユニッ
ト７の垂直方向の移動量を求めることにより、凝固した
試料はんだ４の高さを計測することができる。

【００３７】また、後者のようにレーザーユニット７を
用いる場合は、水平に置かれた試験片２の上方にレーザ
ーユニット７を配し、レーザー光を凝固した試料はんだ
４に向かって照射させながらこれを試料はんだ４に対し
て走査することにより、銅板８の表面までの距離と試料
はんだ４の頂部までの距離とを検出することができ、そ
の差分を求めることにより、凝固した試料はんだ４の高
さを計測することができる。

【００３８】そして、この実施の形態にかかるはんだの
広がり率試験装置１にあっては、前者のようにしてレー
ザーユニット７を用いるものであり、レーザーユニット
７は、上方に移送された試験片２に近接する位置の任意
の場所に、レーザー光がほぼ水平で試験片２に照射され
る向きで配置されている。

【００３９】しかして、はんだの広がり率試験装置１に
より試料はんだ４の広がり率を試験する場合には、次の
ようにして行う。

【００４０】先ず、銅板８の把持部８ａを試験片保持部
材３によって把持させる。このとき、銅板８が水平にな
るようにする。なお、この作業は当該はんだの広がり率
試験装置１のスライダーベース１０を上方に位置させて
行う。

【００４１】銅板８に試料はんだ４を載置する。試料は
んだ４はＪＩＳ規格に従い、所定の大きさのものとす
る。

【００４２】はんだの広がり率試験装置１の駆動モータ
１２を駆動し、スライダーベース１０を下降させ、ソル
ダーバス５内の溶融はんだ９上に試験片２を浮かべ、駆
動モータ１２の回転を停止する。

【００４３】試験片２の試料はんだ４が溶融し始めてか
ら所定時間（ＪＩＳ規格では３０秒間）経過後、駆動モ
ータ１２を逆転させてスライダーベース１０を上昇さ
せ、試験片２をソルダーバス５の溶融はんだ９から離間
させる。このとき、その上昇速度はできるだけ低速であ
ることが好ましい。これは、低速にすることにより、溶
融した試料はんだ４が加速度により、変形したり偏って
しまうことを防止するためである。

【００４４】上記スライダーベース１０が十分上昇し、
ソルダーバス５から離間した位置で、駆動モータを１２
を停止させ、試料はんだ４の冷却を行う。この冷却は、
いわゆる空冷が好ましい。実際のはんだ付けにおいて
も、空冷が一般的であるからである。

【００４５】試料はんだ４が凝固したところで、試料は
んだ４の高さの計測を行う。この計測には、上述のレー
ザーユニット７を用いるが、かかるはんだの広がり率試
験装置１にレーザーユニット７を固定しているため、上
記駆動モータ１２を回転させて、試験片２を上下方向に
移動させて計測する。

【００４６】すなわち、レーザーユニット７からレーザ
ー光を照射しながら、試験片２をたとえば上方へ移動さ
せ、銅板８の上面を検出する。次に、そのまま試験片２
を上方へ移動させ、試料はんだ４の頂部を検出する。そ
して、銅板８の上面の検出位置と試料はんだ４の頂部の
検出位置との差を駆動モータ１２の回転数などから算出
して試料はんだ４の「山」の高さを計測する。

【００４７】これにより、上記試料はんだ４の広がり率
をＪＩＳ規格に基づき算出する。そして、このような計
測を５つの試料はんだ４、４、・・・について行い、そ
の平均値を算出して、この試料はんだ４の広がり率、す
なわち、濡れ性を判定する。

【００４８】以上のように、はんだの広がり率試験装置
１にあっては、はんだの広がり率試験において最も熟練
を要した試験片２の引き上げを、移送手段６により行う
ようにしたので、試験片２の水平度を保つことが容易
で、かつ、安定した速度でおこなうことができるため、
溶融した試料はんだ４がその移送時に変形したり偏った
りすることが無く、凝固したときに試料はんだ４の状態
の均一化を図ることができ、安定した計測をおこなうこ
とができる。

【００４９】また、上記はんだの広がり率試験装置１に
あっては、凝固した試料はんだ４の高さ測定にレーザー
ユニット７を用いたので、試料はんだ４に含まれていた
フラックスの残渣を除去する必要が無く、従来のよう
に、その洗浄に用いられていたＩＰＡなどの溶剤を用い
る必要はなく、削減物質の使用を廃絶し、環境保護に貢
献する。

【００５０】なお、上記実施の形態において、レーザー
ユニット７を試験片２に対して固定的にしたが、試験片
２を固定しておいてレーザーユニット７を上下方向に移
動させるようにすることで試料はんだ４の高さの測定を
行うこともできる。

【００５１】そして、このようなレーザーユニット７は
既知のもので良く、また、既知の使用方向により凝固し
た試料はんだ４の高さを計測することができる。

【００５２】また、試料はんだ４が溶融し始めてから所
定時間経過後、試験片２を溶融はんだ９から引き上げる
ようにしているが、この所定時間の計測にタイマーを用
いて自動的に駆動モータ１２を駆動するようにすると良
い。

【００５３】この場合、試料はんだ４が溶融し始めたこ
とをトリガーとしてタイマーを作動させるわけである
が、これには、たとえば、画像処理により画像の変化を
捉えて、これをトリガーとしてタイマーを作動させるよ
うにすることが有効である。

【００５４】すなわち、画像処理に基づく場合、小型カ
メラなどにより撮影して得た画像情報が試料はんだ４の
溶融し始めの前後で、相違するため、この差分が検出で
きたときに、タイマーを作動させるようにすると良い。

【００５５】これにより、従来は目視により溶融開始時
期を判断しており、これによると上記所定時間について
の誤差が大きすぎたことを是正することができる。

【００５６】また別な方法として、レーザーユニット７
により、試験片２上の試料はんだ４を溶融前から計測し
ておき、溶融開始を高さの変化に基づき、タイマーの作
動時期を特定するようにしても良い。

【００５７】また、上記実施の形態にあっては、移送手
段６として送りネジとこれを回転させる駆動モータと送
りネジに支持されたスライダーベースとにより構成した
が、本発明はこれに限らず、ラック＆ピニオンなどの
他、多腕型ロボットなどであっても良い。

【００５８】さらに、その移送手段６の移送方向は、上
下方向に限らず、水平方向への移動を行うものであって
も良い。たとえば、上記ＪＩＳ規格を遵守すれば、試験
片２をソルダーバスに浮かべる必要があるため、少なく
とも上下方向の移動成分を含むものでなければならない
が、ソルダーバス５が単なる高温雰囲気中の閉空間であ
れば、水平方向のみの移送手段６であっても良い。

【００５９】また、移送手段６には、その駆動モータ１
２の振動を試験片保持部材３に伝えないようにすること
が良く、既知の免震機構を搭載することが好ましい。こ
れは、移送中の試料としての溶融した試料はんだ４に振
動が伝わると、凝固時に偏りが生じ、凝固した試料はん
だ４の高さ測定が不精確になってしまうことを防止する
ためである。

【００６０】この他、前記した各実施例において示した
各部の具体的な形状乃至構造は、本発明を実施するに当
たっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、こ
れらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈される
ことがあってはならないものである。

【００６１】

【発明の効果】以上に記載したところから明らかなよう
に、本発明はんだの広がり率試験装置は、試料としての
はんだを載置した試験片と、該試験片を保持する試験片
保持手段と、試験片の試料はんだを溶融する溶融空間
と、該試験片保持手段を上記溶融空間とそれ以外の空間
との間で移送する移送手段と、溶融後凝固した試料はん
だの高さを計測するレーザーユニットとを備えたことを
特徴とする。

【００６２】したがって、本発明はんだの広がり率試験
装置にあっては、はんだの広がり率試験において最も熟
練を要した試験片の引き上げを、移送手段により行うよ
うにしたので、試験片の水平度を保つことが容易で、か
つ、安定した速度でおこなうことができるため、溶融し
た試料はんだがその移送時に変形したり偏ったりするこ
とが無く、凝固したときに試料はんだの状態の均一化を
図ることができ、安定した計測をおこなうことができ、
よって、はんだの広がり率試験の精度を向上させること
ができる。

【００６３】また、上記はんだの広がり率試験装置にあ
っては、凝固した試料はんだの高さ測定にレーザーユニ
ット７を用いたので、試料はんだに含まれていたフラッ
クスの残渣を除去する必要が無く、従来のように、その
洗浄に用いられていたＩＰＡなどの溶剤を用いる必要は
なく、削減物質の使用を廃絶し、環境保護に貢献する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るはんだの広がり率試験装置の基本
構成を概念的に示す側面図である。

【図２】はんだの広がり率試験装置を一部を断面にして
示す平面図である。

【図３】溶融前の状態の試料はんだが載置された銅板を
示す斜視図である。

【図４】溶融後凝固した試料はんだが載置された銅板を
示す斜視図である。

【符号の説明】

１…はんだの広がり率試験装置、２…試験片、３…試験
片保持部材、４…試料はんだ、５…ソルダーバス（溶融
空間）、６…移送手段、７…レーザーユニット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料としてのはんだを載置した試験片
   と、 該試験片を保持する試験片保持手段と、 試験片の試料はんだを溶融する溶融空間と、 該試験片保持手段を上記溶融空間とそれ以外の空間との
   間で移送する移送手段と、 溶融後凝固した試料はんだの高さを計測するレーザーユ
   ニットとを有することを特徴とするはんだの広がり率試
   験装置。