JP2004296889A

JP2004296889A - フロー装置、噴射ノズル、電気光学装置モジュールの製造装置、電気光学装置モジュールの製造方法、回路基板の製造装置及び回路基板の製造方法

Info

Publication number: JP2004296889A
Application number: JP2003088797A
Authority: JP
Inventors: Eiji Oishi; 英治大石; Yasuto Shimura; 康人志村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】融解温度の高く鉛を含まない半田を使用可能なスポットフロー装置を提供する。
【解決手段】スポットフロー装置に用いられる噴射ノズル３０は、内筒３１と外筒３２を備える。内筒３１は半田槽１０に設置されたポンプＰに連結されている。ポンプＰが駆動されると溶解半田が内筒３１を上昇して吐出される。吐出された溶解半田の一部はプリント基板に付着するが、その他の溶解半田は、通路３３を介して半田槽１０に戻される。この噴射ノズル３０を用いることにより、溶解半田をスポット的に吐出することができる。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶解半田を噴射する噴射ノズル、これを用いたフロー装置、電気光学装置モジュールの製造装置、電気光学装置モジュールの製造方法、回路基板の製造装置及び回路基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリント基板に形成された配線と電子部品と固定すると共に電気的な導通を取るために、半田付けが行われる。電子機器を量産する場合には、フロー装置を用いて半田付けが行われることが多い。
【０００３】
図８は従来のフロー装置における半田付けの様子を示す説明図である。この図に示すよう半田槽１０Ａには、溶解した半田１（以下、溶解半田と称する）が蓄えられている。そして、半田槽１０Ａの内部に配置されたポンプＰを駆動することによって、溶解半田１を液面Ｙから持ち上げる。この場合、ポンプＰの種類にもよるが、液面Ｙ自体を持ち上げるので噴流の幅は大きなものとなっていた。このようなフロー装置が、例えば、特許文献１に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２７１０１３
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半田には、鉛と錫の合金からなるものの他、錫、銀、及び銅の合金からなるものが知られている。後者の半田は鉛を含まないので、環境保護の観点から使用することが望ましい。
【０００６】
しかしながら、鉛を含まない半田は、溶融温度が約２２０度であり、鉛を含む半田の溶解温度である約１８３度と比較して溶解温度が高い。このような鉛を含まない半田を従来のフロー装置で使用すると、高温の溶解半田の噴流がプリント基板と大きな面積で接触して、半田付け時にプリント基板の温度が上昇する。このため、プリント基板に反りが発生したり、あるいは、耐熱許容範囲を超えて電子部品にダメージを与えるといった問題があった。また、半田付け時の温度低下が遅れるため、半田の酸化が進み易いといった問題があった。さらには、スルーホールへの半田上がりが悪いといった問題もあった。
【０００７】
一方、プリント基板においてフロー装置による半田付けを行う面と反対の面を冷却することによって、プリント基板の温度上昇を抑制することも考えられるが、この場合には、冷却装置を設ける必要があるので、装置が大掛かりになるといった問題がある。
【０００８】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、環境保護の観点より鉛を含まない半田を用いても基板の温度上昇を低減させることが可能なフロー装置及び噴射ノズルを提供することを解決課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係るフロー装置は、溶解半田を蓄える半田槽と、前記溶解半田を基板に対して噴射すると共に前記基板に付着しなかった前記溶解半田を回収して前記半田槽に戻す複数の噴射ノズルと、前記半田槽に蓄えられた前記溶解半田を前記各噴射ノズルへ供給する半田供給手段とを備える。
【００１０】
この発明によれば、個々の噴射ノズルが、基板に対して半田を噴射して、さらに余りの溶解半田を半田槽に戻すように構成されているから、必要な箇所にスポット的に半田を吐出することが可能となる。このため、溶解半田の噴流に基板をさらしていた従来のフロー装置と比較して、基板と溶解半田との接触面積を縮小することができる。この結果、基板の温度上昇を抑制できるので、溶解温度の高い鉛を含まない半田を用いても、基板の反り、や部品のダメージといった問題を解消できる。
【００１１】
ここで、前記半田槽は、上面に前記半田槽の内部と外部を分離する蓋が設けられており、前記各噴射ノズルを、前記蓋から外部に突出するように形成することが好ましい。さらに、前記蓋と前記溶解半田と仕切られる空間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段を備えることが好ましい。この場合には、溶解半田が空気と触れるのは、噴射ノズルの先端に限られるので、溶解半田の酸化を回避できる。特に、鉛を含まない半田は融解温度が高いため、酸化され易いが、このフロー装置によれば酸化を有効に防止することが可能である。
【００１２】
また、前記半田供給手段は、前記各噴射ノズルから噴射する前記溶解半田の量を各々調整することが好ましい。この場合、半田の量の調整には、溶解半田を吐出するか否かをオン・オフで制御する場合を含む。
【００１３】
さらに、このフロー装置は、前記基板と前記各噴射ノズルとの相対位置を調整する位置調整機構と、前記基板の位置を検出して検出信号を出力する検出手段と、前記溶解半田を付着させる半田領域の基板上の位置を示す位置データ及び前記検出信号に基づいて、前記半田領域が前記噴射ノズルの上に位置するように前記位置調整機構を制御するとともに、前記半田領域が前記噴射ノズルの上に位置するとき当該噴射ノズルから前記溶解半田を噴射させるように前記半田供給手段を制御する制御手段とを備えることが望ましい。
【００１４】
この発明によれば、位置データに基づいて、溶解半田の噴射制御を実行できるので、複雑な半田領域を有する基板であっても、設計時のデータを流用することにより、人が半田領域をコンピュータなどに入力する手間を省くことができる。さらに、どのような基板にも対応できるといった汎用性を持たせることができる。
【００１５】
ここで、上述したフロー装置に用いられる噴射ノズルは、前記溶解半田を噴射する内筒と、前記内筒の外径より大きな内径を有し、前記内筒の外側に配置される外筒とを備え、前記内筒と前記外筒との間に形成される通路を介して前記溶解半田を回収するものであることが好ましい。
【００１６】
次に、本発明に係る噴射ノズルは、溶解半田を基板に対して噴射すると共に前記基板に付着しなかった前記溶解半田を回収するものであって、前記溶解半田を噴射する内筒と、前記内筒の外径より大きな内径を有し、前記内筒の外側に配置される外筒とを備え、前記内筒と前記外筒との間に形成される通路を介して前記溶解半田を回収することを特徴とする。この噴射ノズルによれば、溶解半田の吐出と回収とを一体化して行うことができる。また、溶解半田を中心から吐出して外周部で回収するので、噴流の幅を絞ることができる。このため、微小な領域への半田付けやスルーホールへの半田上がりを良好にできる。
【００１７】
また、本発明に係る電気光学装置モジュールの製造装置は、電気光学装置および該電気光学装置に接続される基板を備える電気光学装置モジュールを製造する装置であって、上述したフロー装置あるいは上述した噴射ノズルを備えることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る電気光学装置モジュールの製造方法は、電気光学装置を備える電気光学装置モジュールを製造する方法であって、上述したフロー装置あるいは上述した噴射ノズルを用いて、該電気光学装置に接続される前記基板に対する前記溶解半田の噴射を行うことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る回路基板の製造装置は、溶解半田が付着された基板を有する回路基板を製造する装置であって、上述したフロー装置あるいは上述した噴射ノズルを備えることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る回路基板の製造方法は、上述したフロー装置あるいは上述した噴射ノズルを用いて、前記基板に対する前記溶解半田の噴射を行うことを特徴とする。
【００２１】
これらの電気光学装置モジュールの製造装置及びその製造方法、並びに回路基板の製造装置及び製造方法によれば、必要な箇所にスポット的に半田を吐出することが可能となり、基板と溶解半田との接触面積を縮小することができる。この結果、基板の温度上昇を抑制できるので、溶解温度の高い鉛を含まない半田を用いても、基板の反り、や部品のダメージといった問題を解消できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
＜１．実施形態＞
図１に、本発明に係るスッポトフロー装置の全体構成を示す。スポットフロー装置１００は、プリント基板Ａを搬送する搬送機構１１０、溶解半田１を収容する半田槽１０、半田槽１０を上下に移動させる移動機構１２０、不活性ガスを半田槽１０へ供給する不活性ガス供給部１３０、及び、装置全体を制御する制御装置１４０を備える。スポットフロー装置１００では、鉛を含む半田は勿論のこと、鉛を含まない半田を使用することができる。以下の説明では、融解温度の高い鉛を含まない半田を使用するものとする。
【００２３】
図２に、半田槽１０の外観を示す。半田槽１０の上面は蓋２０で覆われており、蓋２０によって半田槽１０の内側と外部が分離される。半田槽１０の側面には、吸入口４１と排出口４２が設けられている。吸入口４１には、不活性ガス供給部１３０から供給される不活性ガスが供給され、排出口４２から不活性ガスが排出されるようになっている。従って、半田槽１０の内部において、蓋２０と溶解半田１と仕切られる空間は不活性ガスで満たされている。なお、不活性ガスとしては、例えば、窒素を用いることができる。
【００２４】
蓋２０には、複数の噴射ノズル３０が設けられている。この例では、噴射ノズル３０が、プリント基板Ａにおいて半田を付着させる複数の半田領域に対応して各々配置されているものとする。噴射ノズル３０は、図示せぬポンプＰと連結されており、溶解半田１をプリント基板Ａに対して噴射すると共にプリント基板Ａに付着しなかった溶解半田１を回収して半田槽１０に戻す機能がある。
【００２５】
図３は、噴射ノズル３０と半田槽１０の一部断面を示す斜視図である。なお、図３は、蓋２０を省略して記載してある。半田槽１０には、ヒーター５０が設けられている。ヒーター５０には、制御装置１４０の制御の下、電力が供給される。これにより、溶解半田１の温度が制御される。
【００２６】
噴射ノズル３０は、内筒３１と外筒３２を備える。内筒３１はポンプＰと接続されている。外筒３２は内筒３１の外径より大きな内径を有し、内筒３１の外側に配置される。内筒３１と外筒３２との間には、通路３３が形成される。ポンプＰは制御装置１４０によって駆動される。ポンプＰが駆動されると、溶解半田１が内筒３１の内部を上昇して開口部から噴射される。プリント基板Ａには、半田を付着させるべき半田領域が形成されている。噴流の幅は、半田領域の面積によるが、概ね１ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。噴射された溶解半田１の一部は、プリント基板Ａの半田領域に付着するが、その余りの溶解半田１は通路３３を介して半田槽１０に回収される。
【００２７】
スポットフロー装置１００における半田付けは、以下の手順で行われる。第１に、制御装置１４０は、図１に示す搬送機構１１０を制御してプリント基板Ａを半田槽１０の上部に移動させる。第２に、制御装置１４０は、移動機構１２０を制御して半田槽１０を上方向に移動させ、所定の噴射ノズル３０が半田領域の真下にくるようにプリント基板Ａと噴射ノズル３０の相対位置を調整する。第３に、制御装置１４０は、ポンプＰを駆動して、噴射ノズル３０から溶解半田１を吐出させ、半田付けを行う。図４に、溶解半田１の吐出時におけるプリント基板Ａと噴射ノズル３０の位置関係を示す。第４に、制御装置１４０は、移動機構１２０を制御して半田槽１０を下方向に移動させる。そして、上述した第１〜第４の工程を繰り返すことによって、複数のプリント基板Ａに対して半田付けを順次実行する。
【００２８】
このスッポトフロー装置１００の利点は以下の通りである。まず、噴射ノズル３０は、内筒３１と外筒３２とが一体に形成されているから、幅が狭い噴流をスポット的に吐出することができる。このため、レジストで覆われたパターン等の非半田領域は溶解半田１の噴流にさらされることがなくなる。従って、プリント基板Ａの温度上昇は最小限に止まるので、融解温度の高い鉛を含まない半田を用いたとしても、プリント基板Ａが反ったり、部品の耐熱許容範囲を超えてその性能が劣化するといった不都合を解消することができる。
【００２９】
図５にスルールホールにおける半田上がりの様子を示す。噴射ノズル３０による噴流は、中心から吐出され周囲に向けて戻りの流れが生じる。従って、スルールホールＳＨの中心向けて溶解半田１が吐出され、スルールホールＳＨに入りきらなかった溶解半田１が通路３３に戻される。従来のフロー装置では、噴流の幅が太いため、プリント基板Ａが噴流と接触する位置によっては、溶解半田１が横に流れることがあり、スルーホールＳＨに溶解半田１を十分供給することができなかった。これに対して、スッポトフロー装置１００では、スポット的に溶解半田１を吐出するので、スルーホールＳＨに溶解半田１を直接送り込むことができる。この結果、スポットフロー装置１００によれば、半田上がりが悪い鉛を含まない半田を用いても、高い信頼性の下にスルーホールＳＨの半田付けを行うことができる。
【００３０】
また、スッポトフロー装置１００は、上述したように半田槽１０の内部空間を不活性ガスで満たしたので、溶解半田１が空気にさらされるのは、噴射ノズル３０の先端だけである。融解温度が高い鉛を含まない半田は、その温度が高いことから酸化されやすい。しかし、このスポットフロー装置１００では、溶解半田１が空気に触れる面積が極めて小さいので、半田の酸化を有効に防止できる。
【００３１】
従来のフロー装置で半田の酸化を防止しようとすると、フロー装置自体を不活性ガスが満たされた環境で運転する必要があり、大量の不活性ガスを消費すると共に装置が大型化するといった問題があったが、このスポットフロー装置１００によれば、小規模な装置で不活性ガスの消費量を大幅に削減することができる。
【００３２】
＜２．応用例＞
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す応用が可能である。
【００３３】
（１）上述した実施形態では、半田槽１０に複数の噴射ノズル３０を設けたが、１個の噴射ノズル３０と半田槽１０に設けてもよい。この場合には、半田槽１０が小型化されるので、移動の自由度を大幅に拡大することができる。また、ポンプＰと噴射ノズル３０は１対１に対応するように設けたが、１個のポンプＰに複数の噴射ノズル３０を連結してもよい。
【００３４】
（２）上述した実施形態において、複数の噴射ノズル３０は、プリント基板Ａに形成される複数の半田領域に各々対応するように形成したが、図６に示すように規則性を持って配置してもよい。抵抗、コンデンサ、あるいはトランジスタといった電子部品は、その端子幅が規格化されていることが多い。このため、ある噴射ノズル３０と隣接する噴射ノズル３０との間の距離Ｌを規格化された端子幅に合わせることが好ましい。これによって、プリント基板Ａにおいて、隣接する半田領域を同時に半田付けすることが可能となる。
【００３５】
（３）上述した実施形態において、制御装置１４０は搬送機構１１０を制御してプリント基板Ａを間欠的に移動させたが、連続的に移動させてもよい。この場合には、プリント基板Ａの移動にあわせて、制御装置１４０は溶解半田１の噴流をオン・オフ制御することが好ましい。
【００３６】
（４）一般に、プリント基板ＡはＣＡＤなどによって設計されているので、半田領域のプリント基板Ａ上の位置を示す領域位置データは既知であることが多い。そこで、この領域位置データを用いて、スポットフロー装置１００を制御することも可能である。図７は、領域位置データを用いた制御を行うスポットフロー装置１００の主要部を示すブロック図である。
【００３７】
このスポットフロー装置１００は、プリント基板Ａの位置を検出して検出信号１５０ａを出力する位置センサ１５０を備える。制御装置１４０は、半田領域の位置を示す領域位置データＤ１を記憶したメモリ１４１及びＣＰＵ１４２を備える。ＣＰＵ１４２は、制御プログラムを実行することにより、センサデータ処理部１４２Ａ、ポンプ制御部１４２Ｂ、及び移動機構制御部１４２Ｃとして機能する。
【００３８】
センサデータ処理部１４２Ａは、検出信号１５０ａに基づいて、プリント基板Ａの位置を示す基板位置データＤ２を生成する。ポンプ制御部１４２Ｂは、領域位置データＤ１及び基板位置データＤ２に基づいて、ポンプＰ１〜Ｐｎのオン・オフを制御する駆動信号Ｓ１〜Ｓｎを生成する。これによって、所定の噴射ノズル３０が半田領域の真下に位置すると、溶解半田１が噴射される。
【００３９】
移動機構制御部１４３Ｃは、領域位置データＤ１及び基板位置データＤ２に基づいて移動機構１２１を制御する。この例の移動機構１２１は上下方向のみならず、左右方向にも半田槽１０の位置を移動させることができるようになっている。そして、移動機構制御部１４３Ｃは、移動機構１２１を用いて、所定の噴射ノズル３０が目標とする半田領域の真下にくるように半田槽１０を左右方向に制御し、その位置で半田槽１０を上方向に移動させるように制御する。そして、移動機構制御部１４２Ｃは、溶解半田１の吐出が終了した後、半田槽１０を下方向に移動させ、次の目標となる半田領域の真下に噴射ノズル３０が位置するように半田槽１０を移動させる。
【００４０】
この例では、半田槽１０を移動させたが、噴射ノズル３０とプリント基板Ａの半田領域との相対位置を制御できればよいので、プリント基板Ａの位置を移動させてもよく、あるいは、半田槽１０及びプリント基板Ａの双方を移動させて、相対位置を制御してもよい。
【００４１】
（５）また、本発明は、溶解半田が付着され、該半田を介して各種実装部品が実装されてなる回路基板の製造装置又は製造方法に適用可能である。
【００４２】
（６）また、本発明は、電気光学装置に接続される、フレキシブル又はリジッドなプリント基板に適用可能であり、電気光学装置及びこれに接続されるプリント基板を有してなる電気光学装置モジュールの製造装置又は製造方法に適用可能である。尚、本発明の適用可能な電気光学装置としては、単純マトリクス方式あるいは、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）やＴＦＤ（薄膜ダイオード）等のアクティブ素子（能動素子）を用いたアクティブマトリクス方式の液晶装置に適用することができる。
【００４３】
（７）さらに、本発明が適用可能な電気光学装置は液晶装置に限定されず、エレクトロルミネッセンス装置、特に、有機エレクトロルミネッセンス装置、無機エレクトロルミネッセンス装置等や、プラズマディスプレイ装置、ＦＥＤ（フィールドエミッションディスプレイ）装置、ＬＥＤ（発光ダイオード）表示装置、電気泳動表示装置、薄型のブラウン管、液晶シャッター等を用いた小型テレビ、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を用いた装置などの各種の電気光学装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスッポトフロー装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】同装置に用いる半田槽１０の外観を示す斜視図である。
【図３】噴射ノズル３０と半田槽１０の一部断面を示す斜視図である。
【図４】溶解半田１の吐出時におけるプリント基板Ａと噴射ノズル３０の位置関係を示す説明図である。
【図５】スルールホールにおける半田上がりの様子を示す説明図である。
【図６】応用例に係る各噴射ノズル３０の位置関係を示す斜視図である。
【図７】応用例に係るスポットフロー装置の構成を示すブロック図である。
【図８】図８は従来のフロー装置における半田付けの様子を示す説明図である。
【符号の説明】
１…溶解半田、１０…半田槽、２０…蓋、３０…噴射ノズル、３１…内筒、３２…外筒、３３…通路、１００…スポットフロー装置（フロー装置）、１２０、１２１…移動機構（位置調整機構）、１３０…不活性ガス供給部（不活性ガス供給手段）、１４２…ＣＰＵ（制御手段）、１５０…位置センサ（検出手段）、Ａ…プリント基板（基板）、Ｐ…ポンプ（半田供給手段）。

Claims

溶解半田を蓄える半田槽と、
前記溶解半田を基板に対して噴射すると共に前記基板に付着しなかった前記溶解半田を回収して前記半田槽に戻す複数の噴射ノズルと、
前記半田槽に蓄えられた前記溶解半田を前記各噴射ノズルへ供給する半田供給手段と
を備えたことを特徴とするフロー装置。
前記半田槽は、上面に前記半田槽の内部と外部を分離する蓋が設けられており、
前記各噴射ノズルを、前記蓋から外部に突出するように形成した
ことを特徴とする請求項１に記載のフロー装置。
前記蓋と前記溶解半田と仕切られる空間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載のフロー装置。
前記半田供給手段は、前記各噴射ノズルから噴射する前記溶解半田の量を各々調整することを特徴とする請求項１乃至２のうちいずれか１項に記載のフロー装置。
前記基板と前記各噴射ノズルとの相対位置を調整する位置調整機構と、
前記基板の位置を検出して検出信号を出力する検出手段と、
前記溶解半田を付着させる半田領域の基板上の位置を示す位置データ及び前記検出信号に基づいて、前記半田領域が前記噴射ノズルの上に位置するように前記位置調整機構を制御するとともに、前記半田領域が前記噴射ノズルの上に位置するとき当該噴射ノズルから前記溶解半田を噴射させるように前記半田供給手段を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする請求項４に記載のフロー装置。
前記噴射ノズルは、前記溶解半田を噴射する内筒と、前記内筒の外径より大きな内径を有し、前記内筒の外側に配置される外筒とを備え、前記内筒と前記外筒との間に形成される通路を介して前記溶解半田を回収することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載のフロー装置。
溶解半田を基板に対して噴射すると共に前記基板に付着しなかった前記溶解半田を回収する噴射ノズルであって、
前記溶解半田を噴射する内筒と、
前記内筒の外径より大きな内径を有し、前記内筒の外側に配置される外筒とを備え、
前記内筒と前記外筒との間に形成される通路を介して前記溶解半田を回収する
ことを特徴とする噴射ノズル。
電気光学装置および該電気光学装置に接続される基板を備える電気光学装置モジュールの製造装置であって、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のフロー装置あるいは請求項７に記載の噴射ノズルを備えることを特徴とする電気光学装置モジュールの製造装置。
電気光学装置を備える電気光学装置モジュールの製造方法であって、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のフロー装置あるいは請求項７に記載の噴射ノズルを用いて、該電気光学装置に接続される前記基板に対する前記溶解半田の噴射を行うことを特徴とする電気光学装置モジュールの製造方法。
溶解半田が付着された基板を有する回路基板の製造装置であって、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のフロー装置あるいは請求項７に記載の噴射ノズルを備えることを特徴とする回路基板の製造装置。
回路基板の製造方法であって、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のフロー装置あるいは請求項７に記載の噴射ノズルを用いて、前記基板に対する前記溶解半田の噴射を行うことを特徴とする回路基板の製造方法。