JP2002368404A - プリント基板の部分はんだ付け方法および部分噴流はんだ槽 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】はんだ付け群以外の不必要な箇所には絶対には
んだが付着せず、しかもスルーホール内にはんだが完全
に侵入するという部分はんだ付け方法及び部分噴流はん
だ槽を提供する。 【解決手段】部分噴流はんだ槽は、ノズル８内にポンプ
と連通したダクト１４が設置され、ダクト１４の上端は
ノズル上端よりも下方に位置し、ノズル壁面１２の下部
に溶融はんだの流出口が形成されていて、流出口が形成
されたノズル壁面１２とダクト間には間隙１５が設けら
れている。またノズル８の上部にプリント基板を載置
し、溶融はんだをプリント基板に接触させるとともに溶
融はんだを流動させてはんだ付けを行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリント基板の必
要箇所だけに噴流する溶融はんだではんだ付けするはん
だ付け方法および、それに使用する噴流はんだ槽に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般にプリント基板のはんだ付けは、自
動はんだ付け装置で行なっている。自動はんだ付け装置
とは、フラクサー、プリヒーター、噴流はんだ槽、冷却
機等が設置されたものである。該自動はんだ付け装置で
プリント基板のはんだ付けを行なう場合、プリント基板
の裏面全面にフラクサーでフラックス塗布、プリヒータ
ーで予備加熱、噴流はんだ槽ではんだの付着、冷却機で
冷却してはんだ付けが完了する。

【０００３】ところで最近のプリント基板は、図５に示
すようにプリント基板１の裏面にある多数のはんだ付け
部２…が集合してはんだ付け群３を形成している。この
ように多数のはんだ付け部がはんだ付け群を形成するの
は、プリント基板に搭載する電子部品がPGAやデュアル
パッケージのように一個の電子部品に多数のリードが設
置されていたり、コネクターのように多数のジャックと
導通する電極が取り付けられていたりしているからであ
る。また最近のプリント基板は、実装密度を高めるため
に、プリント基板の裏面に表面実装部品DやコネクターC
等を搭載することがある。従って、最近のプリント基板
では、はんだ付け部がはんだ付け群となり、裏面に表面
実装部品やコネクター等が搭載されているものが多くな
っている。

【０００４】裏面に表面実装部品やコネクター等が搭載
されたプリント基板を一般のプリント基板のはんだ付け
に使用する自動はんだ付け装置ではんだ付けすると、表
面実装部品やコネクターに問題が起きてしまう。つまり
自動はんだ付け装置では、裏面全面にフラックス塗布を
行ない、裏面前面を予備加熱し、そして裏面全面に溶融
はんだを接触させるため、裏面に搭載された表面実装部
品は高温となった溶融はんだと接触して機能劣化や熱損
傷をおこし、また裏面に取り付けられたコネクターはジ
ャックの挿入孔に溶融はんだが侵入してコネクターとし
てまったく使用不能にしてしまう。そこで従来よりプリ
ント基板の必要箇所だけに溶融はんだを接触させるとと
もに、不要箇所には熱影響を及ばすことがなくはんだ付
けが行なえるという所謂「部分噴流はんだ槽」が採用さ
れていた。

【０００５】部分噴流はんだ槽とは、図６に示すように
部分噴流はんだ槽４の中に噴流ポンプ５と多数のノズル
６…が設置されており、また内部には図示しないヒータ
ーではんだ７が溶融状態に保たれている。ノズルの設置
位置は、図５に示すプリント基板１のはんだ付け群３…
と一致したところである。

【０００６】図７に示すように、従来の部分噴流はんだ
槽に使用されていたノズル６は、はんだ付け群と略同一
形状の単なる筒状のものであった。この筒状ノズルでプ
リント基板をはんだ付けする状態を図８で説明する。

【０００７】部分噴流はんだ槽を設置する部分はんだ付
け装置には、はんだ付け群だけに液状のフラックスを塗
布するフラクサー、はんだ付け群だけを加熱して液状フ
ラックスを乾燥させるとともに昇温させるプリヒーター
等が設置されている。

【０００８】上記のような部分はんだ付け装置でプリン
ト基板の部分はんだ付けをする場合、図示しない搬送チ
ャックでプリント基板を把持したまま図示しないフラク
サーで部分フラックス塗布、図示しないプリヒーターで
部分予備加熱を行ない、その後、部分噴流はんだ槽４で
はんだの付着を行う。部分噴流はんだ槽でのはんだの付
着は、プリント基板をプリント基板の多数のはんだ付け
群とはんだ槽の多数のノズルが一致するところまで搬送
し、搬送チャックでプリント基板を把持したままノズル
上方で停止する。このときプリント基板は、ノズル上端
と少しの間隔をおいて停止している。そして全てのノズ
ル６…から溶融はんだ７を噴流させ、溶融はんだをプリ
ント基板１のはんだ付け群に一定時間接触させてはんだ
の付着を行なう。このときノズルから噴流する溶融はん
だは、プリント基板に接触してからノズル６の外壁を伝
って下方に流下し、部分噴流はんだ槽４の溶融はんだ７
に流れ込む。このようにしてはんだ付け群のはんだ付け
部にはんだが付着したならば、搬送チャックをノズル上
から移動させて冷却し、所定の位置でプリント基板の把
持を解いてはんだ付けが終了する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、先に搭載さ
れている表面実装部品やコネクター等とはんだ付け群と
が近接しているようなプリント基板を、従来の部分噴流
はんだ槽ではんだの付着を行なうと、溶融はんだが先に
搭載されていた表面実装部品の電極に付着して短絡した
り、やはり先に搭載されていたコネクターの挿入孔に侵
入して使用不能になったりすることがあった。また従来
の部分噴流はんだ槽では、多層基板のスルーホール内に
充分にはんだが侵入しないという問題もあった。本発明
は、はんだ付け群以外の不必要な箇所には絶対にはんだ
が付着せず、しかもスルーホール内にはんだが完全に侵
入するという部分はんだ付け方法及び部分噴流はんだ槽
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、はんだ付
け群以外の不必要な箇所にはんだが付着するのは、図８
に示すようにノズル６を出た溶融はんだ７がノズルの外
壁に沿って流出するためであることが分かった。つまり
ノズル６の外壁に沿って流出する溶融はんだがノズルに
近いところに先に搭載された表面実装部品Dやコネクタ
ーCに接触して、そこから表面実装部品Dのはんだ付け部
やコネクターCの挿入孔に流入してしまうからである。
また従来の部分噴流はんだ槽でスルーホール内にはんだ
が侵入しないのは、ノズルから噴流した溶融はんだがプ
リント基板に接触したときに噴流圧力が充分でないため
であることが判明した。

【００１１】そこで本発明者らは、ノズルから噴流した
溶融はんだをノズルの外部に流出させないようにすれ
ば、はんだ付け群と先に搭載した表面実装部品やコネク
ター等が近接していても、溶融はんだが表面実装部品や
コネクター等に接触して不必要な箇所にはんだを付着さ
せるようなことはなくなり、またプリント基板と接触す
る噴流はんだの圧力を高くするようにすれば、スルーホ
ール内へのはんだの侵入も充分に行なえることに着目し
て本発明を完成させた。

【００１２】本発明は、プリント基板の多数のはんだ付
け群と部分噴流はんだ槽に設置された多数のノズルを一
致させてプリント基板をノズル上に載置し、その後、ノ
ズル内の溶融はんだをノズル内で上昇させてノズル上に
載置されたプリント基板のはんだ付け群に接触させると
ともに、ノズル内で溶融はんだを流動させることを特徴
とするプリント基板の部分はんだ付け方法である。

【００１３】また本発明は、ノズルはプリント基板のは
んだ付け群と略同一形状となっており、該ノズル壁面の
一壁面または複数の壁面の下部に溶融はんだの流出部が
形成されていて、しかもノズル内には噴流ポンプと連通
し上端がノズル上端よりも僅か下方に位置したダクトが
設置されているととともに、流出部が形成されたノズル
壁面とダクト間には間隙が設けられていることを特徴と
する部分噴流はんだ槽でもある。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の部分噴流はんだ槽は、ノ
ズル上端をナイフエッジにしておくことが望ましい。な
ぜならばノズル上端をナイフエッジにしておくと、該上
端にはんだが残らなくなるからである。つまり部分噴流
はんだ槽では、常時、溶融はんだを噴流状態にしておく
ものではなく、プリント基板にはんだを付着させるとき
だけ溶融はんだをノズル内に導入させて噴流させる。そ
のため非噴流時には、溶融はんだがノズル内の下方にあ
り、ノズルは冷めた状態となっている。そして噴流時に
溶融はんだをノズル内に導入して噴流させると、冷めた
ノズルによって噴流する溶融はんだの温度が下げられ
る。その結果、温度が下がった溶融はんだは、はんだ付
け性が悪くなるため、プリント基板のはんだ付け部に、
はんだが完全に付着せず、未はんだやブリッジ等を発生
させてしまうことになる。また、一度プリント基板には
んだを付着させた後、溶融はんだをノズルの下方に下げ
ると、ノズルの内壁にははんだの酸化物が付着する。従
って、そのまま次のプリント基板にはんだを付着させる
ためにノズルから溶融はんだの噴流を行なうと、ノズル
内壁に付着していた酸化物が噴流する溶融はんだととも
に流出してプリント基板に付着してしまうことがある。
そこでプリント基板に溶融はんだを付着させる前にノズ
ルから溶融はんだを噴流させる「カラ噴流」を行ない、
ノズルを加熱するとともにノズル内に付着していた酸化
物の清掃を行なう。このカラ噴流時、ノズル上端が平ら
であるとノズル上端にはんだが残ってしまい、これがプ
リント基板の不要箇所に付着することがあるため、ノズ
ル上端にはんだが残らないように傾斜を付したナイフエ
ッジにしておく。

【００１５】また本発明の部分噴流はんだ槽では、カラ
噴流時にノズルの温度が素早く昇温するようにノズルを
熱伝導性が良好な材料で作製するとよい。熱伝導性が良
好な材料としては銅があるが、銅をそのままノズルに使
用すると、銅に溶融はんだが金属的に接合してしまい、
長時間経過するうちに銅が溶融はんだ中に溶け込んでし
まうようになる。そこで銅製のノズルに溶融はんだが接
合しないように、ノズルに表面処理を施しておく。該表
面処理としては、チタニウムが適している。

【００１６】本発明の部分噴流はんだ槽に使用するノズ
ルは、ノズル下部に形成する溶融はんだの流出部を一箇
所以上とするものである。該流出部の形成箇所は、ノズ
ル内に設置したダクトとノズル壁面間に間隙を設け、該
間隙のあるノズル壁面の下部をあけて流出部とする。ダ
クトとノズル壁面間に間隙を設けるのは、図１に示すよ
うにノズルの一つの壁面の一箇所、或いは図２に示すよ
うに相対向する二つのノズル壁面の二箇所であり、これ
らの壁面の下部に流出部を形成する。該流出部は、溶融
はんだの液面より上方にあっても、或いは溶融はんだの
液面下にあってもよい。

【００１７】ノズルの形状はプリント基板のはんだ付け
群に合わせるものであり、矩形の他、L字型、凸型、十
字型等、各種の形状にすることもできる。これら矩形以
外の形状のノズルでは、流出部を二箇所以上にすること
もできる。流出部を二箇所以上にすることにより溶融は
んだの流れの方向を適宜選択でき、流出方向の適正な選
択によりブリッジの防止もさらに効果的になる。

【００１８】本発明の部分噴流はんだ槽に使用する溶融
はんだ流動用のポンプはピストン式が適している。つま
り従来の自動はんだ付け装置の噴流はんだ槽に使用され
ていたインペラ式のポンプは部分はんだ付けに適してい
ないからである。インペラ式ポンプは、回転始めに溶融
はんだを勢いよく流動させるため、部分噴流はんだ槽の
ようにノズルが細いものではノズルから高い圧力で溶融
はんだが噴流し、それが不必要な部分に付着してしま
う。またインペラは安定した回転ができないためノズル
から噴流する溶融はんだの高さを一定にすることができ
ず所謂「脈流」となって、はんだ付け不良をおこすこと
があった。さらにまたインペラ式は、部分噴流はんだ槽
においては、ノズル全体から均一に噴流させることが困
難であり、それぞれのノズルから均一な噴流ができなか
った。一方、ピストン式は、シリンダー内の溶融はんだ
をピストンの降下で押し出すため、ピストンの駆動始め
から終了まで安定した吐出が可能であり、脈流がなく、
また部分噴流はんだ槽においては全てのノズルから均一
な噴流ができるものである。そしてまたピストン式は、
ピストンの上下動をボールネジとその螺合部で行ない、
ボールネジまたは螺合部の回動をサーボモーターで行な
えば、上下動の速度を如何様にも容易に制御できるよう
になる。

【００１９】

【実施例】次に本発明の部分噴流はんだ槽について説明
する。図１、２は本発明の部分噴流はんだ槽に設置する
ノズルの一部破断斜視図である。

【００２０】図１に示すノズル８は、図５に示すプリン
ト基板１のはんだ付け群と略同一形状となっている。矩
形のノズル８は、四つの壁面９、１０、１１、１２から
形成されていて、そのうちの三つの壁面９、１０、１１
は溶融はんだ中に没しており溶融はんだ中でポンプ５と
連通している。壁面１２は、途中で切れており、切れた
部分の下部が溶融はんだの流出部１３となっている。ノ
ズル８内にはダクト１４が設置されている。ダクト１４
は、上端がノズル８の上端よりも少し低くなっており、
溶融はんだの液面下でポンプ５と連通している。またダ
クトと流出部１３を有するノズル壁面１２との間には、
間隙１５が設けられている。図１ではコ字型ダクトであ
り、両側がノズルの短尺壁面に密着したもので示した
が、板状のものの両側をノズルの短尺壁面に密着したも
のでもよい。

【００２１】図２に示す矩形のノズル１６は、四つの壁
面１７、１８、１９、２０から形成されている。これら
の壁面は、全て下部が途中で切られており、相対向する
長尺の壁面１８、２０の下部が流出部１３、１３となっ
ている。ノズル１５内にはポンプ５と連通したダクト２
１が設置されている。ダクト２１は上端がノズル１６の
上端よりも低くなっており、流出部１３、１３を有する
ノズル壁面１８、２０間に間隙１５、１５が設けられて
いる。

【００２２】上記ノズルを設置した部分噴流はんだ槽に
おけるプリント基板のはんだ付け方法について説明す
る。

【００２３】プリント基板１は、図示しない搬送チャッ
クで把持され、図示しないフラクサーではんだ付け群に
フラックスが塗布され、図示しないプリヒーターで予備
加熱され、部分噴流はんだ槽４に到来する。部分噴流は
んだ槽４には、プリント基板１のはんだ付け群と一致し
たところに、はんだ付け群と略同一形状のノズル８、１
６が設置されている。プリント基板はそれぞれのはんだ
付け群が、それに対応するノズル上まで搬送される。こ
こでプリント基板のはんだ付着を行なう前にノズルの昇
温とノズル内壁清掃のためにカラ噴流を行なう。カラ噴
流後、プリント基板をノズル上に載置し、しばらくの間
ノズル上で載置したままにする。ノズル上に載置された
プリント基板は、ノズル内にある溶融はんだで加熱され
てはんだ付け群がはんだ付けに適した温度まで昇温され
る。その後、ポンプ５を作動させてポンプ内の溶融はん
だをダクト内に送流する。ダクトから送られた溶融はん
だは、ノズルの上部まで噴流し、ノズルに載置されたプ
リント基板のはんだ付け群に接触する。このときダクト
から噴流してきた溶融はんだは、プリント基板に接触
後、図１のように一側に流出部があるノズル８では、図
３の左側に示すように流出部１３方向に流動し、また図
２のように両側に流出部１３、１３があるノズル１６で
は図３の右側に示すように両側の流出部１３，１３方向
に流動する。このときプリント基板２の裏面に表面実装
部品DやコネクターCがはんだ付け群に近接して搭載され
ていても、噴流後の溶融はんだはノズルの外方に流出し
ないため、表面実装部品やコネクター等には絶対に接触
しない。そしてプリント基板をノズル上に載置してノズ
ルから溶融はんだを噴流させると、溶融はんだは少ない
流出部からしか流出できないため、ノズル内の圧力は高
まり、スルーホール内にも溶融はんだは侵入していくよ
うになる。

【００２４】このようにして、はんだ付け群のはんだ付
け部にはんだが付着したならば、ノズルからの噴流を止
め、搬送チャックでプリント基板を把持してノズル上か
ら上方に持ち上げると同時に、次の図示しない冷却ゾー
ンまで搬送する。冷却ゾーンで冷却したプリント基板
は、所定の位置で搬送着から解放してはんだ付けが終了
する。

【００２５】本発明の部分噴流はんだ槽を用いて、精密
加工機械用制御盤に使用する多層のプリント基板のはん
だ付けを行った。該プリント基板には表面にPGAやデュ
アルパッケージ等の電子部品が搭載され、裏面に表面実
装部品とコネクターが取り付けられており、また多数の
スルーホールが穿設されていた。PGAやデュアルパッケ
ージのリードはプリント基板の表面から裏面に挿通して
おり、裏面で多数のはんだ付け部がはんだ付け群となっ
ている。はんだ付け後のプリント基板を観察したとこ
ろ、裏面の表面実装部品やコネクターにははんだが付着
してなく、またスルーホール内にははんだが完全に侵入
していた。一方、従来の部分噴流はんだ槽で同一のプリ
ント基板のはんだ付けを行なったところ、裏面に搭載し
てあった表面実装部品やコネクターには不必要な箇所に
はんだが付着しており、スルーホール内にははんだが充
分に侵入していなかった。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によればプ
リント基板のはんだ付け時に、裏面に搭載した表面実装
部品やコネクターに不必要なはんだが付着することがな
いばかりでなく、スルーホール内にもはんだが完全に侵
入するという信頼性に優れたはんだ付け部が得られるも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の部分噴流はんだ槽に使用するノズルの
実施例

【図２】本発明の部分噴流はんだ槽に使用するノズルの
他の実施例

【図３】本発明の部分噴流はんだ槽でプリント基板をは
んだ付けする説明図

【図４】本発明部分噴流はんだ槽の平面図

【図５】プリント基板の裏面

【図６】従来の部分噴流はんだ槽の平面図

【図７】従来の部分噴流はんだ槽に使用するノズルの斜
視図

【図８】従来の部分噴流はんだ槽でプリント基板をはん
だ付けする説明図

【符号の説明】

８ ノズル １２ ノズル壁面 １３ 流出部 １４ ノズル １５ 間隙

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 沼田 主税 東京都足立区千住橋戸町23番地 千住金属 工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4E080 AA01 AB03 CA01 CA20 CB03 5E319 AA03 AB01 AC01 CC24 GG03

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プリント基板の多数のはんだ付け群と部分
   噴流はんだ槽に設置された多数のノズルを一致させてプ
   リント基板をノズル上に載置し、その後、ノズル内の溶
   融はんだをノズル内で上昇させてノズル上に載置された
   プリント基板のはんだ付け群に接触させるとともに、ノ
   ズル内で溶融はんだを流動させることを特徴とするプリ
   ント基板の部分はんだ付け方法。
2. 【請求項２】ノズルはプリント基板のはんだ付け群と略
   同一形状となっており、該ノズル壁面の一壁面または複
   数の壁面の下部に溶融はんだの流出部が形成されてい
   て、しかもノズル内には噴流ポンプと連通し上端がノズ
   ル上端よりも僅か下方に位置したダクトが設置されてい
   るととともに、流出部が形成されたノズル壁面とダクト
   間には間隙が設けられていることを特徴とする部分噴流
   はんだ槽。
3. 【請求項３】前記ノズルの上端は、ナイフエッジとなっ
   ていることを特徴とする請求項２記載の部分噴流はんだ
   槽。
4. 【請求項４】前記ノズルは、銅板にチタンメッキが施さ
   れた材料からなることを特徴とする請求項２、３記載の
   部分噴流はんだ槽。