JP2005167142A - はんだ付け装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型軽量でありながら従来の大型設備と同様の機能を有し、生産性の向上が可能なはんだ付け装置を提供する。
【解決手段】プリント基板４０をはんだ付け装置１に固定し、局所的なはんだ付けができる噴流ノズル１１を有する小型噴流はんだ槽１０を、Ｙ軸リニアアクチュエータ２１、Ｘ軸リニアアクチュエータ２２、Ｚ軸リニアアクチュエータ２３と制御部を有するロボット機構２０で三次元的に移動させてはんだ付けを行う。プリント基板４０ではなく小型のはんだ槽１０を移動させればよいので装置は小型となるので複数並べた場合でもライン長が短くなる。複数のプリント基板４０をＸ方向に一列に固定し、Ｘ軸リニアアクチュエータ２２をその長さに対応させて延長すれば１台の小型噴流はんだ槽１０で複数のプリント基板４０のはんだ付けを一度に行うことができ、ライン長も短くなる。
【選択図】図１

Description

本発明ははんだ付け装置に関し、特に三次元移動小型噴流はんだ槽を有するはんだ付け装置に関する。

従来、電子機器製品の製造工程でのスルーホール対応部品とプリント基板とのはんだ付けには、概ね以下の方法が採用されている。大型設備においては、プリント基板の一辺と同じかあるいはそれ以上の巾を持つ大型噴流はんだ槽上をコンベアによりプリント基板を一方向に搬送させることにより、はんだ噴流波にプリント基板裏面全面を接触させて加熱し、はんだの供給を同時に行う方法が用いられている。この方法においては、特に両面実装基板ではスルーホール対応部品のみを選択的にはんだ付けすることが困難であり、選択的にはんだ付けを行うためにははんだ付けの不要な部分に対する基板マスキングや専用キャリアを使用する必要があり、工数増とともに、冶工具の準備による費用が発生しており、生産効率化の障害となっていた。また小型設備を用いてはんだ噴流波を基板の裏面に接触させて手による基板の定置保持による加熱とはんだ供給を同時に行う方法が行われている。この方法でも基板の熱損傷の保護、他のスルーホール間のブリッヂ防止のため基板裏面のマスキングが必要であり、また、手作業によるはんだ付け位置の移動と保持をおこなうため、一定したはんだ付け品質が保てず、補修等で工数増となり生産効率化の障害となっている。

これらの共通の問題点は、これらの装置によってプリント基板へスルーホール対応部品をはんだ付けする場合に、プリント基板裏側全面をはんだ噴流波に接触させて加熱とはんだ供給を行う構造であるため、既にはんだ付けされた裏面搭載部品や熱に弱い電子部品はマスキングテープで保護したり、基板端よりはみでるコネクタなどの電子部品はキャリアを使用したりする必要がある。また局所はんだ付けする必要がある部品等を保護するマスキングテープの貼り付けや、場合によっては基板を搬送させるためにキャリア等の生産治具が必要であり、生産効率の障害になっていることである。

この問題を解決する方法として、噴流はんだ槽を小型ノズル対向方式としてはんだ付け部分を限定し、その上に設けたプリント基板固定テーブルをＸ−Ｙ−Ｚ方向に可動とする機構を設け、プリント基板をＸ−Ｙ−Ｚ方向に移動させて、所望の部分のみはんだ付けを行う装置が開示されている（特許文献１参照）。また、溶融はんだを収容したはんだ槽に、溶融はんだを被はんだ付け物に対して案内する複数の上下方向に可動な局所ノズルを設けて、はんだ槽および被はんだ付け物を相対的に移動可能とすることによって所望の部分に所望の形状のノズルを対向させてその部分のはんだ付けを行う装置が開示されている（特許文献２参照）。
特開平１−２６６９６１号公報 特開２０００−１６７６６１号公報

特許文献１、特許文献２に記載の装置によって、マスキングテープやキャリアの使用は必要なくなったが、特許文献１に記載の装置においては、プリント基板自体をＸ−Ｙ−Ｚ方向に移動させる必要があるため、プリント基板の移動範囲と移動装置のために広い範囲を必要とするという問題点がある。また、特許文献２に記載の装置においては、複数のノズルを設けるためにはんだ槽自体が大きくなり、プリント基板および／またははんだ槽自体を移動させて所望の部分に所望の形状のノズルを対向させるためにはやはり広い範囲を必要とするという問題点がある。

また、従来のスルーホール対応部品をはんだ付けする大型装置では１０ｍにおよぶ生産ラインが構築されており、組み立て作業者と、補修・仕上げ作業者間に距離があり、互いに応援したり応援を受けたりすることが難しいので、生産効率の障害や、余分な工数を発生させているという問題点がある。

本発明の目的は、小型軽量でありながら従来の大型設備と同様の機能を有し、生産性の向上が可能なはんだ付け装置を提供することにある。

本発明のはんだ付け装置は、
プリント基板にスルーホール対応部品をはんだ付けするはんだ付け装置において、プリント基板を保持する基板支持部と、はんだを噴流させ局所的なはんだ付けができる噴流ノズルを有するはんだ槽と、はんだ槽を保持してＸ・Ｙ・Ｚの３方向に移動させ、噴流ノズルをプリント基板のはんだ付けのための所定の位置に設定させることが可能なロボット機構とを備えたことを特徴とする。

基板支持部は、１枚のプリント基板を保持し、はんだ槽は１枚のプリント基板を対象に移動してはんだ付けを行ってもよく、複数のプリント基板を保持し、はんだ槽は複数のプリント基板を対象に移動してはんだ付けを行ってもよく、複数のプリント基板を１列に保持してもよい。

ロボット機構は、それぞれがＸ・Ｙ・Ｚの３方向に直線運動が可能な３台のリニアアクチュエータと位置制御のための制御部とを有していてもよい。

噴流ノズルははんだ槽に1個設けられており、はんだ付けの対象により異なった形状のノズルに交換が可能であってもよい。

プリント基板を固定し、はんだ槽を移動させてはんだ付けを行うので装置が小型となり、複数のプリント基板を並べて同時にはんだ付けを行う場合も全長を短くすることができる。

本発明の第１の効果は、プリント基板へスルーホール対応部品をはんだ付けする場合に、プリント基板および電子部品を保護するためのマスキングテープの貼付けが不要になることである。

その理由は、小型噴流はんだ槽をＸ軸−Ｙ軸−Ｚ軸に移動可能なロボットに搭載して動作させることにより、専用のノズルでスルーホール対応部品のリードのみを局所はんだ付けができるためである。

第２の効果は、作業者間で応援をしたり応援を受けたりしながら生産を行うことができ生産能力向上が見込めることである。

その理由は、マスキングテープ貼り付け等の作業が軽減され、なおかつ生産ラインを直線化した場合にその長さが短縮されたためである。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の三次元移動小型噴流はんだ槽を有するはんだ付け装置の模式的正面図であり、図２は本発明の第１の実施の形態の三次元移動小型噴流はんだ槽を有するはんだ付け装置の模式的上面図である。

本発明の三次元移動小型噴流はんだ槽を有するはんだ付け装置１は、小型噴流はんだ槽１０を三次元移動可能なロボット機構２０で移動させ、プリント基板４０に取り付けられたスルーホール対応部品４１の局所はんだ付けを行う。

はんだ付け装置１は、小型噴流はんだ槽１０と、ロボット機構２０と、筐体３０と、基板支持台３１とを有する。

小型噴流はんだ槽１０はロボット機構２０のＺ軸リニアアクチュエータ２３によってはんだ槽支持台１２を介して保持され、Ｘ−Ｙ−Ｚ方向に三次元の移動が可能であり、槽内の溶融はんだを不図示の噴流装置により局所的なはんだ付けができる噴流ノズル１１より噴出させる。

ロボット機構２０はＹ軸リニアアクチュエータ２１、Ｘ軸リニアアクチュエータ２２、Ｚ軸リニアアクチュエータ２３、不図示の制御装置を有している。Ｙ軸リニアアクチュエータ２１は筐体３０の底面に固定され、そのスライダーはＸ軸リニアアクチュエータ２２を保持してＹ方向に移動が可能であり、Ｘ軸リニアアクチュエータ２２のスライダーはＺ軸リニアアクチュエータ２３を保持してＸ方向に移動が可能であり、Ｚ軸リニアアクチュエータ２３はスライダーを介して保持する小型噴流はんだ槽１０を上下方向、即ちＺ方向に移動させることが可能である。Ｘ軸リニアアクチュエータ２２が長くて不安定な場合はＹ軸リニアアクチュエータ２１から離れた位置に、保持部分が摺動可能な支持台をＹ方向に設けてＸ軸リニアアクチュエータ２２を支持してもよい。リニアアクチュエータは電気式でも油圧式であってもよい。また、目的に合った三次元移動が可能であればリニアアクチュエータに限定されるものではなく、例えば回転機能を組み込んだロボット機構であってもよい。

制御装置の指示により、Ｙ軸リニアアクチュエータ２１、Ｘ軸リニアアクチュエータ２２の動作によって小型噴流はんだ槽１０をはんだ付けのための所定の位置に移動させ、Ｚ軸リニアアクチュエータ２３による小型噴流はんだ槽１０の上昇によって噴流ノズル１１を目標とするプリント基板４０に装着されたスルーホール対応部品４１の端子４２に近接させ、はんだ槽１０内の溶融はんだを噴流装置により局所的なはんだ付けができる噴流ノズル１１より噴出させることによりはんだ付けが行われる。複数のはんだ付け位置を制御装置に記憶させておくことによって自動的に連続してはんだ付けを行うことが可能である。

プリント基板４０は、はんだ付け装置１の筐体３０の上面に設けられた基板支持台３１の基板受け部３２によって保持されている。

この実施の形態では噴流ノズル１１は1個としているが形状の異なったノズルを複数設けてもよい。ただノズルを複数とすると本発明の特徴であるはんだ槽の小型化と逆行し、装置が大きくなる。ノズルを１個として複数の形状のノズルを交換可能としてもよい。図２では断面が正方形なノズルとしているが、図３に示すように複数の端子が同時にはんだ付け可能なように長方形のノズルと交換可能としてもよい。

次に、本発明の第１の実施の形態の三次元移動小型噴流はんだ槽を有するはんだ付け装置を用いたはんだ付け動作について説明する。図３は本発明の第１の実施の形態の三次元移動小型噴流はんだ槽を有するはんだ付け装置を用いたはんだ付け動作の流れを示す模式図であり、（ａ）は小型噴流はんだ槽を始点まで移動させた状態、（ｂ）は小型噴流はんだ槽を上昇させてはんだ付けを行った状態、（ｃ）は小型噴流はんだ槽を終点まで移動させてはんだ付けを行った状態、（ｄ）は小型噴流はんだ槽を下降させた状態である。

先ず、はんだ付けを行うプリント基板４０に対して、スルーホール対応部品４１を挿入するスルーホールへポイントはんだ付け用フラックスを塗布し、予熱・乾燥を行う。その後、三次元移動可能な小型噴流はんだ槽１０を有するはんだ付け装置１の基板支持台３１に設置し、スルーホール対応部品４１をルーホールに挿入後、はんだ付け装置１を稼動させる。

先ず小型噴流はんだ槽１０を最初のはんだ付け位置の下までＹ軸リニアアクチュエータ２１、Ｘ軸リニアアクチュエータ２２の動作によって移動させる［図３（ａ）］、次に、はんだ槽１０内の溶融はんだを噴流装置により噴流ノズル１１より噴出させた後に、Ｚ軸リニアアクチュエータ２３によって小型噴流はんだ槽１０を上昇させ噴流ノズル１１を目標の端子４２に近接させ、端子４２にはんだを接触させて加熱とはんだ供給を行う。スルーホール対応部品４１のリードの本数や、形状、基板厚等に対応するため、はんだ接触時間や、噴流量、引きはんだ付け速度はあらかじめプログラムに指定する［図３（ｂ）］。

次に、小型噴流はんだ槽１０をＺ軸リニアアクチュエータ２３によってプリント基板４０の裏面に搭載されている電子部品や、他のスルーホール対応部品４１の端子４２に接触しない高さまで下降させ、次のはんだ付け位置の下までＹ軸リニアアクチュエータ２１、Ｘ軸リニアアクチュエータ２２の動作によって移動させ、はんだ槽１０内の溶融はんだを噴流装置により噴流ノズル１１より噴出させた後に、Ｚ軸リニアアクチュエータ２３によって小型噴流はんだ槽１０を上昇させ噴流ノズル１１を目標の端子４２に近接させ、端子４２にはんだを接触させて加熱とはんだ供給を行う［図３（ｃ）］。

はんだ付け終了ならば、Ｚ軸リニアアクチュエータ２３によって小型噴流はんだ槽１０を下降させる［図３（ｄ）］。プログラム終了であれば図３（ａ）の位置まで小型噴流はんだ槽１０を移動させる。

ここでは、説明を簡略にするためにはんだ付けの位置を２箇所としたが、複数の位置で次々とはんだ付けを行ってもよい。またここでは、多ピンのコネクタを例としたので長方形の噴流ノズル１１としたが、正方形の噴流ノズル１１により１ピンづつはんだ付けを行ってもよい。

次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。図４は本発明の第２の実施の形態の三次元移動小型噴流はんだ槽を有するはんだ付け装置の模式的上面図である。

第１の実施の形態では、１個のプリント基板を対象とする三次元移動小型噴流はんだ槽を有するはんだ付け装置であったが、第２の実施の形態では１列に配置された複数のプリント基板を対象とする三次元移動小型噴流はんだ槽を有するはんだ付け装置であり、筐体３０の上面に複数の基板支持台３１が１列に配置されていることと、ロボット機構２０のＸ軸リニアアクチュエータ２２が筐体３０の全長に渉って設けられている以外は構成も動作も第１の実施の形態と同じなので、同じ構成には同じ符号を付し、説明を省略する。

図４には３個の基板支持台３１の例が示されているが、ここには２名のオペレータ５０が配置されているだけであり、オペレータ５０が互いに応援したり、応援を受けたりして作業ができるので従来の大型設備に比べてオペレータ５０を削減することができる。

ここでは、３個の基板支持台３１の例が示されているが、これに限定されるものではなく、２個でも４個以上であってもよく、１列でなく２列となっていてもよい。また、ここでは１基の小型噴流はんだ槽１０で３個の基板支持台３１に対応している例が示されているが、各基板支持台３１ごとに１基の小型噴流はんだ槽１０が設けられていてもよい。

このように大型の設備であっても従来に比べて設備が小型化できて短い生産ラインとすることができる。１実施例によれば、生産ライン長６ｍ、設備外形０．６×０．９ｍの本実施の形態の三次元移動小型噴流はんだ槽を有するはんだ付け装置によって、従来の生産ライン長１０ｍ、設備外形４．５×１．２ｍの設備と同等の生産能力を得ることができた。また個別対応が可能な噴流ノズル１１を用いているのでマスキング等の付随作業が軽減されることで大幅に工数が削減でき、ライン長が短いので互いに応援したり、応援を受けたりしながら生産できるためサイクルタイムが短縮し、生産能力が向上する。それによってこれまでの実施例によれば大型設備の約半分の工数で、ほぼ同等かそれ以上の生産能力を得ることができた。

本発明の第１の実施の形態の三次元移動小型噴流はんだ槽を有するはんだ付け装置の模式的正面図である。 本発明の第１の実施の形態の三次元移動小型噴流はんだ槽を有するはんだ付け装置の模式的上面図である。 本発明の第１の実施の形態の三次元移動小型噴流はんだ槽を有するはんだ付け装置を用いたはんだ付け動作の流れを示す模式図である。（ａ）は小型噴流はんだ槽を始点まで移動させた状態である。（ｂ）は小型噴流はんだ槽を上昇させてはんだ付けを行った状態である。（ｃ）は小型噴流はんだ槽を終点まで移動させてはんだ付けを行った状態である。（ｄ）は小型噴流はんだ槽を下降させた状態である。 本発明の第２の実施の形態の三次元移動小型噴流はんだ槽を有するはんだ付け装置の模式的上面図である。

符号の説明

１ はんだ付け装置
１０ 小型噴流はんだ槽
１１ 噴流ノズル
１２ はんだ槽支持台
２０ ロボット機構
２１ Ｙ軸リニアアクチュエータ
２２ Ｘ軸リニアアクチュエータ
２３ Ｚ軸リニアアクチュエータ
２４ Ｙ軸支持台
３０ 筐体
３１ 基板支持台
３２ 基板受け部
４０ プリント基板
４１ スルーホール対応部品
４２ 端子
５０ オペレータ

Claims (6)

1. プリント基板にスルーホール対応部品をはんだ付けするはんだ付け装置において、
   前記プリント基板を保持する基板支持部と、
   はんだを噴流させ局所的なはんだ付けができる噴流ノズルを有するはんだ槽と、
   前記はんだ槽を保持してＸ・Ｙ・Ｚの３方向に移動させ、前記噴流ノズルを前記プリント基板のはんだ付けのための所定の位置に設定させることが可能なロボット機構と、を備えたことを特徴とするはんだ付け装置。
2. 前記基板支持部は１枚のプリント基板を保持し、前記はんだ槽は１枚のプリント基板を対象に移動してはんだ付けを行う、請求項１に記載のはんだ付け装置。
3. 前記基板支持部は複数のプリント基板を保持し、前記はんだ槽は複数のプリント基板を対象に移動してはんだ付けを行う、請求項１に記載のはんだ付け装置。
4. 前記基板支持部は複数のプリント基板を１列に保持する、請求項３に記載のはんだ付け装置。
5. 前記ロボット機構は、それぞれがＸ・Ｙ・Ｚの３方向に直線運動が可能な３台のリニアアクチュエータと位置制御のための制御部とを有する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のはんだ付け装置。
6. 前記噴流ノズルは前記はんだ槽に1個設けられており、はんだ付けの対象により異なった形状のノズルに交換が可能である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のはんだ付け装置。

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