JP2005167170A - 溶融はんだ付け装置又は溶融はんだメッキ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 プリント配線板への微細電子部品等の集積化と小型化が進展し、多品種小ロットのワークへの対応が求められるはんだ付け装置において、はんだ溶融槽や搬送装置などの装置本体側を調整する方法では、ワーク種類の変更に応じて迅速かつ効率的に微調整することが困難であるという問題点があった。
【解決手段】 溶融はんだ液面に着接浸漬するためのアームの先端部に保持されたワークに外接する矩形のワーク仮想枠の一辺をＡ、Ａと対向するワーク仮想枠の辺をＢ、とし、溶融はんだ液面へのワークの着接浸漬を「下げ」、溶融はんだ液面からのワークの引上げ離脱を「上げ」、としたときに、ワークの昇降を、（１）Ａ「下げ」、（２）Ｂ「下げ」、（３）Ａ「上げ」、（４）Ｂ「上げ」、の順により行うことを特徴とする溶融はんだ付け装置又は溶融はんだメッキ装置を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、溶融はんだ槽の溶融はんだ液面にプリント配線板等のワークを着接浸漬して、はんだ付け又ははんだメッキを行う溶融はんだ付け装置又は溶融はんだメッキ装置に関する。

従来、電子部品を搭載したプリント配線板等のワークを溶融はんだ槽に浸漬してはんだ付けする方法又は装置は、溶融はんだをノズル等から噴流させ、はんだ噴流波にワークのはんだ面を接触させて行う噴流式が一般的である。噴流式はんだ付けでは、ワークの電子部品の搭載の稠密化等により、溶融はんだのぬれ不良や、ブリッジ、ボタ付等のはんだ不良が発生しやすいために、１次噴流に引き続いて２次噴流にワークを接触させて、１次噴流で生じたはんだ不良を、２次噴流により修正・補正するダブル・ウェーブ方式が噴流式の主流となっている。

ダブル・ウェーブ方式は、さらにはんだ不良の発生を抑制するためにさまざまな技術開発が取り組まれてきたが、社会的な規制動向に対応して、鉛フリーはんだ付けが求められる中、はんだ付け装置分野では、有鉛はんだよりも高い溶融温度への対応不足による各種はんだ不良の発生や、ワークの耐熱性によるはんだ付け時問の制約に対して、より高度なはんだ付け制御技術が必要とされてきている。

これに対し、従来技術として、１次噴流から２次噴流までの温度管理に関する技術（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）や、溶融はんだ噴流波とワークとの接触状態をより微細に調整する技術（例えば、特許文献３及び特許文献４参照。）等が公知となっている。
前者は、ダブル・ウェーブ方式の噴流はんだ付けにおいて、１次噴流と２次噴流の間でのワークはんだ付け面の温度低下が不良発生の原因であるとして、２つの噴流の距離を極小化したり、２つの噴流の間にヒータを設置したりすることで、はんだ付け面の温度低下を防止するものである。また、後者は、噴流はんだの噴流形状を噴流はんだの流れ系統に設置した案内板の角度を微細に調整したり、溶融はんだ槽上でワークを移動させる搬送装置の端部を上下動して、ワークはんだ付け面と溶融はんだの離脱位置や離脱角度を制御するものである。
特開２０００−３２３８２７号公報 特開２００２−１５８４３２号公報 特開２００３−２３６６５５号公報 特開２００３−２０４１４７号公報

前記特許文献１及び特許文献２の技術では、同一形状のワークを大量にはんだ付けする場合には、ワークに応じた予めの調整を前提として有効であると考えられるが、実際のはんだ付けの現場では、プリント配線板の種類、電子部品のレイアウトの違い、などワークの種類は多品種化しており、それに対応したはんだ付け装置の調整が困難であった。これに対し、前記特許文献３及び特許文献３の技術では、ワークの種類ごとに調整することができるものであったが、溶融はんだの離脱角度や離脱速度を制御するというデリケートな制御を行うため、その制御系統や機械機構が複雑なものとなるとともに、溶融はんだ槽内や搬送装置に複雑な機械機構が設置されるため、メンテナンス性に問題を有するものであった。

前記の特許文献１乃至特許文献４に代表される従来技術の多くが、ワークに噴流はんだを接触させる噴流はんだ付け固有の課題に鑑みたものであったため、移動するワークへの溶融はんだの接触形態はワーク側では受動的に調整されるものとなっており、軽く小さなワークへのはんだ付けのために、溶融槽の噴流機構やワーク搬送装置など大きな機械機構を微細に制御することが必要とされていた。

プリント配線板への微細電子部品等の集積化と小型化が今後も進展し、はんだ付け装置も、ますます多品種小ロットのワークへの対応が求められると予想される中で、従来技術のように、はんだ溶融槽や搬送装置などの装置本体側を調整する方法では、ワーク種類の変更に応じて迅速かつ効率的に微調整することが困難であった。また、搬送装置によるワーク移動では微調整の効果はワークの移動方向での２次元的なものに限定されるものであった。

本願発明者は、鋭意研究開発を行い、ワークをロボット・アームで保持し、アームの制御によりワークを溶融はんだ槽のはんだ液面に着接浸漬する方法において、アームによるワークのはんだ液面への着接浸漬及び引上げ離脱の状態をワーク種類に応じて微細に調整することで、上記の課題を解決できることを見出すに至った。

すなわち、本願請求項１の発明は、プリント配線板等のワークを溶融はんだ槽の溶融はんだ液面に着接浸漬するためのアームを有する溶融はんだ付け装置又は溶融はんだメッキ装置であって、ワークは、アームの先端部のワーク保持部により保持され、溶融ハンダ槽の上部に移動され、ワークに外接する矩形のワーク仮想枠を設定したときの、ワーク仮想枠の一辺をＡ、Ａと対向するワーク仮想枠の辺をＢ、とし、ＡとＢとはアームによって独立して昇降できるように制御され、溶融はんだ液面へのワークの着接浸漬を「下げ」、溶融はんだ液面からのワークの引上げ離脱を「上げ」、としたときに、アームによるワークの昇降を、（１）Ａ「下げ」、（２）Ｂ「下げ」、（３）Ａ「上げ」、（４）Ｂ「上げ」、の順により１回又は２回連続して行うことを特徴とする溶融はんだ付け装置又は溶融はんだメッキ装置を提供する。

本願請求項２の発明は、前記アームによる前記Ａ又は前記Ｂの「下げ」又は「上げ」の状態の保持時間は、制御により個別任意に調整できることを特徴とする請求項１に記載の溶融はんだ付け装置又は溶融はんだメッキ装置を提供する。

本願請求項３の発明は、前記アームによる前記Ａ又は前記Ｂの「下げ」又は「上げ」の状態へのアーム作動の速度は、制御により個別任意に調整できることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の溶融はんだ付け装置又は溶融はんだメッキ装置を提供する。

本願請求項４の発明は、前記アームによる前記Ａ又は前記Ｂの「下げ」時のワークの溶融はんだ液面への着接浸漬深さ又は「上げ」時のワークの溶融はんだ液面からの引上げ離脱高さは、制御により個別任意に調整できることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の溶融はんだ付け装置又は溶融はんだメッキ装置を提供する。

本願請求項５の発明は、前記溶融はんだ槽は、流動はんだ液面を生起するものであって、前記アームによる前記Ａ又は前記Ｂの「下げ」時のはんだ液面の流れ方向に対する水平角度を、制御により個別任意に調整できることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の溶融はんだ付け装置又は溶融はんだメッキ装置を提供する。

本願請求項６の発明は、前記アームによるワークの昇降を２回連続して行うときは、１回目のアームの制御と２回目のアームの制御は、個別に制御方法を設定することができることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の溶融はんだ付け装置又は溶融はんだメッキ装置を提供する。

本願請求項１から請求項５の発明によれば、多品種小ロット化するワークへのはんだ付け又ははんだメッキを行うときに、溶融はんだ液面へのワークの着接浸漬やはんだ液面からのワークの引上げ離脱をアームの微細な制御によりワークに最適な状態で行うことを可能とするものである。また、噴流はんだ方式における噴流はんだへの２回の接触により得られる効果も、アームによるワークのはんだ溶融層への２回の着接浸漬により同様に得ることができ、溶融はんだ付け装置の従来技術の課題を克服して極めて有効な効果を発揮するものである。

図１は本願発明のワークの基本姿勢を示す図であり、図２（ａ）乃至図２（ｄ）は、本願発明によるアームによるワークの基本動作を模式的に示したものである。
ワークはワーク保持部により保持されて、ワーク保持部と連結したアーム機構により昇降が制御されている。本願におけるアームはワーク保持部に保持されたワークの移動及び昇降制御又は姿勢制御を行うアクチュエータ機構を有するものを総称しており、機械機構は任意のものを選択することができる。アームの本数は特に制約はなく、本願発明の制御が行えるものであれば１本でもよいし、２本から４本でもよい。アームが複数本の場合は、それぞれが個別に制御できるようになっていることが望ましい。ワーク保持部は、直接にワークを掴み持ったり嵌め込んだりするものでもよいし、枠形状又はレール状のキャリアにワークを載置固定するものでもよい。
図１及び図２においては、ワークを直接に掴み持つワーク保持部を有する４本のアームにより、溶融はんだ液面へのワークの着接浸漬及び引上げ離脱を行う例を示している。

図３は、本願発明におけるワーク仮想枠の設定を示す図である。
ワーク仮想枠は、制御のために設定されるワークに外接する便宜的な矩形範囲を指す。当然に、図３（ａ）に示すとおり、矩形のワークのワーク仮想枠はワークと同一のものになるが、ワーク形状が切り欠など複雑形状や矩形以外の形状となるときは、図３（ｂ）にように、ワークが外接する矩形範囲が設定される。ワーク仮想枠の一辺をＡとし、Ａと対向する辺がＢと設定される。Ａ及びＢは、ワークの昇降動作を制御するための設定であるため、最初にはんだ液面に着接する辺をＡと設定するものとする。

本願では、ワークがはんだ液面に着接浸漬した状態を「下げ」、ワークがはんだ液面から引上げ離脱した状態を「上げ」、と便宜的にいうものであるが、「下げ」の状態は、はんだ付け面に十分に溶融はんだが接触するとともに、電子部品リードの挿入されたスルーホール内に溶融はんだが昇るように、必要程度に応じて、ワーク下面をはんだ液面以下に浸漬する状態や、はんだメッキなどにおいては、ワーク上面をはんだ液面以下に浸漬する状態も指すものである。「上げ」の状態は、「下げ」の状態から引き上げられ、電子部品リードを含むワーク下面が、はんだ液面より離脱する状態を指すものである。いずれの状態についても、本願請求項４の発明のように、「下げ」と「上げ」の状態におけるはんだ液面とワークの位置関係は個別任意に制御することができる。

図１は、アー厶の昇降作動の基準姿勢を示すものである。
ワークははんだ溶融槽上部以外の場所においてワーク保持部により保持され、はんだ溶融槽はんだ液面上部に移動されている。溶融はんだ槽上に移動されたワークのはんだ付け面には予めフラックスが塗布されている。

図２（ａ）は、ワーク仮想枠のＡの「下げ」の状態を示すものである。図２（ｂ）は、Ａの「下げ」に引き続いてＢを「下げ」にした状態を示すものである。図２（ｃ）は、続いてＡを「上げ」にした状態を示し、図２（ｄ）は、引き続いてＢを「上げ」にした状態を示す。このとき、本願請求項２の発明のように、上記のＡ又はＢの「下げ」又は「上げ」の状態を保持する時間は、個別に任意に制御できるとともに、本願請求項３の発明のように、それぞれの「下げ」又は「上げ」の状態にワークを制御するアームの作動速度は、個別に任意に制御することができる。また、アームの作動は、例えば、Ａが「下げ」の状態へのアーム作動を開始するとともに、Ａが「下げ」となる前にＢが「下げ」の状態へのアーム作動を開始するなど、各アームの作動は同時的に進行してもよい。

前記のワークのアームの昇降制御によるはんだ液面との着接浸漬又は引上げ離脱の制御により、ワークとはんだ液面の接触時間、接触離脱角度を制御することが可能となる。また、Ａ「下げ」Ｂ「下げ」の状態の前後において、Ａ又はＢのいずれか一方がはんだ液面と離脱した状態において、塗布されたフラックスのガスが好適に排出され、フラックスガスの抜け不足によるはんだ不良の発生を防止できる。

図２（ａ）乃至図２（ｄ）の状態へのアームによるワークの昇降・姿勢制御ははんだメッキ等の場合においては１回で終了する場合があるが、はんだ付けの場合は、１回目の制御により発生したはんだ不良の解消のために、図２（ａ）乃至図２（ｄ）の状態に引き続いて、再度図２（ａ）乃至図２（ｄ）の状態に連続してワークの昇降・姿勢制御が行われ、噴流はんだ付けにおけるダブル・ウェーブ方式と同様の効果を得ることができる。
但し、無鉛はんだを用いるときは、溶融はんだの温度が２５０℃から２６０℃となることが一般的であるため、ワークの電子部品の耐熱限界などにより、上記２回の制御を概ね６秒以内に完了することが望ましい。
また、本願請求項６の発明のように、２回連続した制御を行うときは、１回目の制御と２回目の制御を、別々の制御条件を設定して行うことができる。

さらに、本願請求項５の発明のように、溶融はんだ槽が流動はんだ液面を生起するものであってもよく、そのときは、アームによるＡ又はＢの「下げ」時のはんだ液面の流れ方向に対する水平角度は、９０度直行してもよいし、個別に任意の角度に調整することができる。本願発明では、溶融はんだ槽のはんだ液面を均一に常時一定の温度に保ち、かつ、ヒータ加熱による溶融はんだ槽内部の温度分布のばらつきをなくすために、流動はんだ液面を生起する溶融はんだ槽を用いることが望ましい。

本願発明は、上記の説明に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本願発明の範囲内に包含されることはいうまでもない。

ワークの基本姿勢を模式的に示す図。 アー厶によるワークの基本動作を模式的に示す図。（ａ）基本姿勢、（ｂ）Ａ「下げ」の状態、（ｃ）Ｂ「下げ」の状態、（ｄ）Ａ「上げ」の状態、（ｅ）Ｂ「上げ」の状態、を示す。 ワーク仮想枠の設定を示す図（平面図）。（ａ）ワークが矩形の場合、（ｂ）ワークが矩形以外の場合、を示す。

符号の説明

００ 溶融はんだ液面
１０ ワーク
２０ ワーク保持部
３０ アーム
４０ ワーク仮想枠

Claims (6)

1. プリント配線板等のワークを溶融はんだ槽の溶融はんだ液面に着接浸漬するためのアームを有する溶融はんだ付け装置又は溶融はんだメッキ装置であって、
   ワークは、アームの先端部のワーク保持部により保持され、溶融ハンダ槽の上部に移動され、
   ワークに外接する矩形のワーク仮想枠を設定したときの、ワーク仮想枠の一辺をＡ、Ａと対向するワーク仮想枠の辺をＢ、とし、
   ＡとＢとはアー厶によって独立して昇降できるように制御され、
   溶融はんだ液面へのワークの着接浸漬を「下げ」、溶融はんだ液面からのワークの引上げ離脱を「上げ」、としたときに、
   アームによるワークの昇降を、（１）Ａ「下げ」、（２）Ｂ「下げ」、（３）Ａ「上げ」、（４）Ｂ「上げ」、の順により１回又は２回連続して行うことを特徴とする、
   溶融はんだ付け装置又は溶融はんだメッキ装置
2. 前記アームによる前記Ａ又は前記Ｂの「下げ」又は「上げ」の状態の保持時間は、制御により個別任意に調整できることを特徴とする、
   請求項１に記載の溶融はんだ付け装置又は溶融はんだメッキ装置
3. 前記アームによる前記Ａ又は前記Ｂの「下げ」又は「上げ」の状態へのアーム作動の速度は、制御により個別任意に調整できることを特徴とする、
   請求項１又は請求項２に記載の溶融はんだ付け装置又は溶融はんだメッキ装置
4. 前記アー厶による前記Ａ又は前記Ｂの「下げ」時のワークの溶融はんだ液面への着接浸漬深さ又は「上げ」時のワークの溶融はんだ液面からの引上げ離脱高さは、制御により個別任意に調整できることを特徴とする、
   請求項１から請求項３のいずれかに記載の溶融はんだ付け装置又は溶融はんだメッキ装置
5. 前記溶融はんだ槽は、流動はんだ液面を生起するものであって、前記アームによる前記Ａ又は前記Ｂの「下げ」時のはんだ液面の流れ方向に対する水平角度を、制御により個別任意に調整できることを特徴とする、
   請求項１から請求項４のいずれかに記載の溶融はんだ付け装置又は溶融はんだメッキ装置
6. 前記アームによるワークの昇降を２回連続して行うときは、１回目のアームの制御と２回目のアームの制御は、個別に制御方法を設定することができることを特徴とする、
   請求項１から請求項５のいずれかに記載の溶融はんだ付け装置又は溶融はんだメッキ装置

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