JP2004223546A

JP2004223546A - 噴流式はんだ付け装置

Info

Publication number: JP2004223546A
Application number: JP2003012504A
Authority: JP
Inventors: Kozo Kezuka; 康造毛塚; Makoto Iida; 誠飯田; Shikio Hasegawa; 式男長谷川; Masaki Iijima; 正貴飯島; Shunichi Yoshida; 俊一吉田
Original assignee: Tamura Corp; Tamura FA System Corp
Current assignee: Tamura Corp; Tamura FA System Corp
Priority date: 2003-01-21
Filing date: 2003-01-21
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】ワークに対する良好なはんだ付けを確保する。
【解決手段】ワークＷの一次ノズル１２側のはんだ離脱位置から二次ノズル１３側のはんだ浸漬開始位置までの距離を、ワークＷの一次ノズル１２側のはんだ浸漬開始位置から一次ノズル１２側のはんだ離脱位置までの距離の２倍以下とする。ワークＷの一次ノズル１２側のはんだ離脱位置から二次ノズル１３側のはんだ浸漬開始位置までの間でのワークＷの温度の落ち込みを抑制する。融点が比較的高い鉛フリーはんだでのワークＷに対する良好なはんだ付けを確保できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融はんだを収容したはんだ槽を備えた噴流式はんだ付け装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、プリント配線基板（以下、このプリント配線基板を単に「基板」という）に電子部品（以下、この電子部品を単に「部品」という）を搭載したワークをはんだ付けする場合、はんだ槽内の溶融はんだにより複数の突起状の乱流波を形成する一次ノズル、および、はんだ槽内の溶融はんだにより平面状の整形波を形成する二次ノズルをはんだ槽内に有する噴流式はんだ付け装置上にワークを供給して、これらのノズルから噴流する噴流はんだ波によりワークをはんだ付けするようにしている。これらノズルは、はんだ槽内でワークの進行方向に互いに離間されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
最近は、環境上の問題から鉛を用いない鉛フリーはんだによるはんだ付けが行われるようになったが、鉛フリーはんだは、従来の錫−鉛はんだよりも融点が高く、一方、基板に搭載される各部品は、それぞれの耐熱温度があり、鉛フリーはんだの融点が部品耐熱温度に近づいており、使用可能のはんだ温度幅が従来よりも狭くなっている。
【０００４】
このため、より条件の厳しいワークの温度管理が要求されるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−３０５４３２号公報（第２−３頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のはんだ付け装置では、一次ノズルと二次ノズルとが比較的大きく離間されているため、一次ノズルにて噴流された溶融はんだに対するワークのはんだ離脱位置から二次ノズルにて噴流された溶融はんだに対するワークのはんだ浸漬開始位置の間でワークの温度が比較的大きく落ち込み、例えば鉛フリーはんだの融点よりも相当に低い温度までワークの温度が落ち込むと、良好なはんだ付けが得られないという問題点を有している。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、良好なはんだ付けを確保できる噴流式はんだ付け装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、溶融はんだを収容したはんだ槽と、このはんだ槽内から溶融はんだを噴流することにより乱流波を形成し、上方を移動するワークに対してはんだ付けする一次ノズルと、この一次ノズルに対してワークの進行側に配置され、前記はんだ槽内から溶融はんだを噴流することにより整形波を形成し、上方を移動するワークに対してはんだ付けする二次ノズルとを具備し、前記一次ノズルおよび二次ノズルは、ワークの前記一次ノズル側のはんだ離脱位置から前記二次ノズル側のはんだ浸漬開始位置までの距離が、ワークの前記一次ノズル側のはんだ浸漬開始位置から前記一次ノズル側のはんだ離脱位置までの距離の２倍以下になるようにはんだ槽内に設けられた噴流式はんだ付け装置であり、ワークの前記一次ノズル側のはんだ離脱位置から前記二次ノズル側のはんだ浸漬開始位置までの距離を、ワークの前記一次ノズル側のはんだ浸漬開始位置から前記一次ノズル側のはんだ離脱位置までの距離の２倍以下とすることで、ワークの前記一次ノズル側のはんだ離脱位置から前記二次ノズル側のはんだ浸漬開始位置までの間でのワークの温度の落ち込みを抑制し、例えば融点が比較的高い鉛フリーはんだでのワークに対する良好なはんだ付けを確保できる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の噴流式はんだ付け装置において、一次ノズルおよび二次ノズルが、ワークの前記一次ノズル側のはんだ離脱位置から前記二次ノズル側のはんだ浸漬開始位置までの距離と、ワークの前記一次ノズル側のはんだ浸漬開始位置から前記一次ノズル側のはんだ離脱位置までの距離とが等しくなるようにはんだ槽内に設けられた噴流式はんだ付け装置であり、ワークの前記一次ノズル側のはんだ離脱位置から前記二次ノズル側のはんだ浸漬開始位置までの距離と、ワークの前記一次ノズル側のはんだ浸漬開始位置から前記一次ノズル側のはんだ離脱位置までの距離とを等しくすることで、前記一次ノズルにて形成された乱流波と前記二次ノズルにて形成された整形波との干渉を防止でき、より良好なはんだ付けを確保できる。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の噴流式はんだ付け装置において、一次ノズルは、溶融はんだの噴流口にワークの進行方向に４列設けられ、はんだ槽内の溶融はんだをワークに対して噴流する噴流孔を備えた噴流式はんだ付け装置であり、前記一次ノズルの噴流口に、ワークの進行方向に４列設けられた噴流孔により、前記二次ノズル側のはんだ浸漬開始位置に前記一次ノズル側のはんだ離脱位置をより近づけることができ、また、４列の噴流孔でワークの加熱時間を増加させて充分な熱量をワークに蓄積できるので、前記一次ノズルと前記二次ノズルとの間でのワークの温度の落ち込みをより抑制し、ワークに対するより良好なはんだ付けを確保できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１および図２に示された実施の形態を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
図１に示されるように、溶融はんだ１を収容したはんだ槽２には、図示されない第１の電磁誘導ポンプと第２の電磁誘導ポンプとがワークＷの進行方向に互いに離間されてそれぞれ設けられている。
【００１３】
これらの電磁誘導ポンプは、はんだ槽２の縦板部５の外側面に、誘導コイルを巻線した図示されない一次鉄心が配置され、縦板部５の内側面に、通路７を介して二次鉄心８が配置されている。そして、各誘導コイルに通電することで、各通路７内の溶融はんだ１に上向きの推力を与える。はんだ槽２内には、はんだを溶解する図示されないヒータが配設されている。
【００１４】
さらに、各通路７には、上方向に向かってワークＷの進行前後方向にそれぞれ拡開されたポンプ吐出口９に連通されている。
【００１５】
各電磁誘導ポンプの二次鉄心８の上端部には、ノズル嵌着座部１１がそれぞれ設けられ、これらのノズル嵌着座部１１上には、一次ノズル１２および二次ノズル１３がそれぞれ嵌着されている。
【００１６】
これらの一次ノズル１２および二次ノズル１３の上側には、ワークＷを把持して搬送するコンベア１４が傾斜状に配設されている。
【００１７】
各電磁誘導ポンプのポンプ作用により通路７内を上昇した溶融はんだ１は、一次ノズル１２および二次ノズル１３の上端に開口された噴流口１５，１６からそれぞれ噴流して、上方を移動するワークＷに対して溶融はんだ１を供給する。
【００１８】
一次ノズル１２は、図２に示されるように、上側に噴流口１５を開口した略角筒状の一次ノズル本体２１を備えている。この一次ノズル本体２１は、長手方向をワークＷの進行方向に交差する方向に向けてはんだ槽２内に取付けられている。
【００１９】
一次ノズル本体２１には、一次ノズル１２側の通路７を経由した溶融はんだ１を蛇行させながら均一化する図示されない多孔性の整流板が複数内蔵されている。
【００２０】
一次ノズル本体２１の下端部の周囲には、フランジ部２２が突設され、このフランジ部２２がノズル嵌着座部１１上に固定されることで、一次ノズル１２がノズル嵌着座部１１上に取付けられている。
【００２１】
また、一次ノズル本体２１のワークＷの進行方向前側の側面、すなわち前側面２３は、図１および図２に示されるように、上下方向に略垂直に設けられ、一次ノズル本体２１のワークＷの進行方向後側の側面、すなわち後側面２４には、ワークＷの進行方向前側に向けて傾斜した斜面部２５が形成されている。
【００２２】
したがって、一次ノズル本体２１の上端部、すなわち噴流口１５は、一次ノズル本体２１の幅方向についてワークＷの進行方向前側に偏心し、この噴流口１５のワークＷの進行方向の中心は、一次ノズル１２側の通路７、あるいはポンプ吐出口９のワークＷの進行方向の中心よりもワークＷの進行方向前側に位置している。
【００２３】
さらに、噴流口１５には、図１に示されるように、この噴流口１５を閉塞する多孔板２６が一対のボルト２７にて取付けられている。この多孔板２６のワークＷの進行方向前側および後側から、固定フィン２８，２９がそれぞれ突設されている。
【００２４】
これら固定フィン２８，２９は、先端部がそれぞれ下方向に向けて傾斜しており、固定フィン２９は、斜面部２５と平行に突出されている。これら固定フィン２８，２９は、噴流口１５から噴流された溶融はんだ１をはんだ槽２に案内する。
【００２５】
多孔板２６には、この多孔板２６の長手方向に多数の、かつ、この多孔板２６のワークＷの進行方向に複数、例えば４列の噴流孔３１が貫通して千鳥状に設けられている。これら噴流孔３１からは、一次ノズル１２側の通路７を経由した溶融はんだ１が上方向に噴流される。このため、一次ノズル１２の上側には、図１に示されるように、乱流波である突起状の一次噴流波が複数形成される。
【００２６】
そして、ワークＷが、このワークＷの進行方向の最後部に位置した噴流孔３１からの一次噴流波と接触してから、ワークＷの進行方向の最前部に位置した噴流孔３１からの一次噴流波より離脱するまでの距離、言い換えると一次ノズル１２側のはんだ浸漬開始位置からはんだ離脱位置までの距離、すなわち一次ディップ長さＬ１は、例えば４８．３ｍｍに設定されている。
【００２７】
一方、二次ノズル１３は、上側に噴流口１６を開口し図示されない多孔性の整流板を複数内蔵した略角筒状の二次ノズル本体３２を備えている。この二次ノズル本体３２は、上端部がワークＷの進行方向後側に傾斜している。したがって、噴流口１６のワークＷの進行方向の中心は、二次ノズル１３側の通路７のワークＷの進行方向の中心よりもワークＷの進行方向後側に偏心している。
【００２８】
このため、一次ノズル１２側のはんだ離脱位置から二次ノズル１３側のはんだ浸漬開始位置までの距離、すなわちブランク長さＬ２は、例えば４８．３ｍｍに設定されている。したがって、一次ノズル１２と二次ノズル１３とは、一次ディップ長さＬ１がブランク長さＬ２の２倍以下、具体的には一次ディップ長さＬ１とブランク長さＬ２とが等しくなるように、はんだ槽２内に配設されている。
【００２９】
二次ノズル本体３２の噴流口１６におけるワークＷの進行方向後側には、固定フィン３３が設けられている。この固定フィン３３は、先端部がそれぞれ下方向に向けて傾斜しており、噴流口１６から噴流された溶融はんだ１をはんだ槽２に案内する。
【００３０】
二次ノズル本体３２の噴流口１６におけるワークＷの進行方向前側には、フィン３４が設けられている。このフィン３４は、ワークＷの進行方向に略水平に延設されている。
【００３１】
フィン３４の先端部には、被取付板３５が一体に設けられている。この被取付板３５は、フィン３４に対して上方向に突出し、先端部がワークＷの進行方向後側に傾斜している。この被取付板３５には、上下方向に細長く形成された複数の図示されない長孔が互いに平行に穿設されている。
【００３２】
被取付板３５の長孔には、フィン３４上の溶融はんだ流をオーバーフローさせる堰板３６が図示されないボルトにより上下方向に移動調整可能に取付けられている。この堰板３６は、「バックプレート」と呼ばれている。この堰板３６は、噴流口１６から噴流された溶融はんだ１をオーバーフローさせるとともに、このオーバーフローさせた溶融はんだをはんだ槽２内に案内する。
【００３３】
このため、二次ノズル１３の上側には、図１に示されるように、整形波である平面状の二次噴流波が形成される。
【００３４】
次に、上記図１および図２に示された実施の形態の作用効果を、図３乃至図１０も参照しながら説明する。
【００３５】
ヒータにより溶解された溶融はんだ１は、電磁誘導ポンプにより上向きの推力を与えられ、各通路７およびポンプ吐出口９を経由して各整流板により均一化された後、一次ノズル１２の噴流口１５および二次ノズル１３の噴流口１６からそれぞれ噴流される。
【００３６】
このとき、一次ノズル１２では、各噴流孔３１から溶融はんだ１が噴流されることにより、複数の突起状の一次噴流波が形成される。
【００３７】
また、二次ノズル１３では、噴流口１６から噴流された溶融はんだ１がフィン３４の上側を案内されて堰板３６をオーバーフローした後、はんだ槽２へと案内されて戻されることで、平面状の二次噴流波が形成される。
【００３８】
そして、コンベア１４により搬送されているワークＷは、はんだ槽２の前段に配設された図示されないプリヒータにより所定の温度までプリヒートされ、このプリヒートされたワークＷに対して、一次ノズル１２にて形成した一次噴流波をワークＷの隅々まで供給して確実にはんだ付けをした後、コンベア１４によりさらに搬送されたワークＷに対して、一次ノズル１２によるはんだを二次ノズル１３にて形成した二次噴流波で整形してはんだ付けする。
【００３９】
図３は、一次ディップ長さＬ１およびブランク長さＬ２が異なる３種類の噴流式はんだ装置を示し、例えば（ａ）のように一次ディップ長さＬ１およびブランク長さＬ２を、ともに４８．３ｍｍに設定した場合には、図４および図５の破線に示されるような温度プロファイルが得られる。
【００４０】
また、（ｂ）のように、噴流孔３１をワーク進行方向に３列とし、一次ディップ長さＬ１を例えば２９．２ｍｍ、ブランク長さＬ２を例えば５４．２ｍｍに設定した場合、すなわちブランク長さＬ２を一次ディップ長さＬ１の約１．８６倍とした場合には、図４および図５の２点鎖線に示されるような温度プロファイルが得られる。
【００４１】
さらに、（ｃ）のように、噴流孔３１をワーク進行方向に３列とし、一次ディップ長さＬ１を例えば２９．２ｍｍ、ブランク長さＬ２を例えば８０．８ｍｍに設定した場合、すなわちブランク長さＬ２を一次ディップ長さＬ１の約２．７７倍とした場合には、図４および図５の実線に示されるような温度プロファイルが得られる。
【００４２】
したがって、図３の（ｂ）および（ｃ）を比較して、一次ノズル１２と二次ノズル１３との間の距離を近づけて一次ノズル１２側のはんだ離脱位置から二次ノズル１３側のはんだ浸漬開始位置までの距離を短くすることで、ブランク長さＬ２を一次ディップ長さＬ１の２倍以下にすると、一次ノズル１２側のはんだ離脱位置から二次ノズル１３側のはんだ浸漬開始位置までの間でのワークＷの温度の落ち込みを約１０℃抑制できる。
【００４３】
このため、ブランク長さＬ２が一次ディップ長さＬ１の２倍以下になるように一次ノズル１２と二次ノズル１３との間の距離を近づけることで、ブランク長さＬ２を一次ディップ長さＬ１の２倍より大きくした従来の場合のようにワークＷの温度が必要以上に落ち込むことを抑制でき、鉛フリーはんだでのワークＷに対する良好なはんだ付けを確保できる。
【００４４】
また、例えばブランク長さＬ２を一次ディップ長さＬ１に比べて極端に小さくした場合などには、一次ノズル１２により形成した一次噴流波と二次ノズル１３により形成した二次噴流波とが互いに繋がって干渉するおそれがあるが、一次ディップ長さＬ１とブランク長さＬ２とを等しくしたことにより、一次噴流波と二次噴流波との干渉を防止でき、より良好なはんだ付けを確保できる。
【００４５】
ブランク長さＬ２を４８．３ｍｍに制限することで、一次ノズル１２と二次ノズル１３との間にはんだ酸化物がたまりやすくなることを防止できる。
【００４６】
さらに、図３の（ａ）および（ｂ）を比較して、一次ノズル１２の噴流口１５の噴流孔３１をワークＷの進行方向に４列とし、噴流口１５を二次ノズル１３側に近づけることで、一次ノズル１２側のはんだ離脱位置から二次ノズル１３側のはんだ浸漬開始位置までの距離をさらに短くすると、一次ノズル１２側のはんだ離脱位置から二次ノズル１３側のはんだ浸漬開始位置までの間でのワークＷの温度の落ち込みをさらに約１５℃抑制できる。
【００４７】
このため、噴流孔３１をワークＷの進行方向に４列設けることで、二次ノズル１３側のはんだ浸漬開始位置に一次ノズル１２側のはんだ離脱位置をより近づけることができ、また、４列の噴流孔３１でワークＷの加熱時間を増加させて充分な熱量をワークＷに蓄積できるので、一次ノズル１２と二次ノズル１３との間でのワークＷの温度の落ち込みをより抑制でき、ワークＷに対するより良好なはんだ付けを確保できる。
【００４８】
さらに、噴流孔３１を４列に制限することで、噴流孔３１を５列以上にした場合のように、ワークＷの被はんだ付け面に予め塗布されたフラックスが一次噴流波を通過する途中でなくなってしまうことを防止できる。
【００４９】
そして、図７乃至図１０は、図６に示されるワークＷのＡ点乃至Ｄ点の各点について、図３の（ａ）および図３の（ｃ）の噴流式はんだ付け装置にてはんだ付けした際の温度プロファイルを示す。ここで、ワークＷのＡ点は、ワークＷの上面に位置し、ワークＷのＢ点乃至Ｄ点は、それぞれワークＷの下面、すなわち被はんだ付け面に位置している。
【００５０】
図３の（ａ）に示される噴流式はんだ付け装置において、ワークＷをはんだ付けした際には、Ａ点は、図７および図８の２点鎖線に示されるような温度プロファイル、Ｂ点は、図７および図８の破線に示されるような温度プロファイル、Ｃ点は、図７および図８の実線に示されるような温度プロファイル、Ｄ点は、図７および図８の１点鎖線に示されるような温度プロファイルがそれぞれ得られる。
【００５１】
すなわち、被はんだ付け面側のＢ点乃至Ｄ点のいずれにおいても、一次ノズル１２側のはんだ離脱位置から二次ノズル１３側のはんだ浸漬開始位置までの間の最低温度が１９０℃を上回り、鉛フリーはんだの一般的な融点である２００℃前後に近い温度となっている。
【００５２】
一方、図３の（ｃ）に示される噴流式はんだ付け装置において、ワークＷをはんだ付けした際には、Ａ点は、図９および図１０の２点鎖線に示されるような温度プロファイル、Ｂ点は、図９および図１０の破線に示されるような温度プロファイル、Ｃ点は、図９および図１０の実線に示されるような温度プロファイル、Ｄ点は、図９および図１０の１点鎖線に示されるような温度プロファイルがそれぞれ得られる
すなわち、被はんだ付け面側のＢ点乃至Ｄ点のいずれにおいても、一次ノズル１２側のはんだ離脱位置から二次ノズル１３側のはんだ浸漬開始位置までの間の最低温度が１６０℃前後となり、鉛フリーはんだの一般的な融点である２００℃前後に比べて低い温度となっている。
【００５３】
したがって、上記実施の形態のように構成することで、ワークＷの被はんだ付け面全体において、温度の落ち込みを抑制できる。
【００５４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、ワークの一次ノズル側のはんだ離脱位置から二次ノズル側のはんだ浸漬開始位置までの間でのワークの温度の落ち込みを抑制し、例えば融点が比較的高い鉛フリーはんだでのワークに対する良好なはんだ付けを確保できる。
【００５５】
請求項２記載の発明によれば、一次ノズルにて形成された乱流波と二次ノズルにて形成された整形波との干渉を防止でき、より良好なはんだ付けを確保できる。
【００５６】
請求項３記載の発明によれば、一次ノズルと二次ノズルとの間でのワークの温度の落ち込みをより抑制し、ワークに対するより良好なはんだ付けを確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る噴流式はんだ付け装置の一実施の形態を示す断面図である。
【図２】同上噴流式はんだ装置の一次ノズルを示す斜視図である。
【図３】同上噴流式はんだ装置の対比例を示す断面図である。
（ａ）同上噴流式はんだ装置を示す断面図
（ｂ）同上噴流式はんだ装置の対比例を示す断面図
（ｃ）同上噴流式はんだ装置の他の対比例を示す断面図
【図４】同上噴流式はんだ装置による時間とワークの温度との関係を示すグラフである。
【図５】図４に示すグラフの一部を拡大して示すグラフである。
【図６】同上噴流式はんだ装置に使用されるワークを示す平面図である。
【図７】図３（ａ）に示す噴流式はんだ装置による時間と図６に示すワークの温度との関係を示すグラフである。
【図８】図７に示すグラフの一部を拡大して示すグラフである。
【図９】図３（ｃ）に示す噴流式はんだ装置による時間と図６に示すワークの温度との関係を示すグラフである。
【図１０】図９に示すグラフの一部を拡大して示すグラフである。
【符号の説明】
Ｗワーク
１溶融はんだ
２はんだ槽
１２一次ノズル
１３二次ノズル
１５噴流口
３１噴流孔

Claims

溶融はんだを収容したはんだ槽と、
このはんだ槽内から溶融はんだを噴流することにより乱流波を形成し、上方を移動するワークに対してはんだ付けする一次ノズルと、
この一次ノズルに対してワークの進行側に配置され、前記はんだ槽内から溶融はんだを噴流することにより整形波を形成し、上方を移動するワークに対してはんだ付けする二次ノズルとを具備し、
前記一次ノズルおよび二次ノズルは、ワークの前記一次ノズル側のはんだ離脱位置から前記二次ノズル側のはんだ浸漬開始位置までの距離が、ワークの前記一次ノズル側のはんだ浸漬開始位置から前記一次ノズル側のはんだ離脱位置までの距離の２倍以下になるようにはんだ槽内に設けられた
ことを特徴とする噴流式はんだ付け装置。
一次ノズルおよび二次ノズルは、ワークの前記一次ノズル側のはんだ離脱位置から前記二次ノズル側のはんだ浸漬開始位置までの距離と、ワークの前記一次ノズル側のはんだ浸漬開始位置から前記一次ノズル側のはんだ離脱位置までの距離とが等しくなるようにはんだ槽内に設けられた
ことを特徴とする請求項１記載の噴流式はんだ付け装置。
一次ノズルは、溶融はんだの噴流口にワークの進行方向に４列設けられ、はんだ槽内の溶融はんだをワークに対して噴流する噴流孔を備えた
ことを特徴とする請求項１または２記載の噴流式はんだ付け装置。