JP2005177845A

JP2005177845A - 噴流式はんだ付け装置

Info

Publication number: JP2005177845A
Application number: JP2003425110A
Authority: JP
Inventors: Teruo Okano; 輝男岡野; 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: 2003-12-22
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2023-12-22
Also published as: CN1636663A; JP4473566B2; CN100560262C

Abstract

【課題】ワーク全体において融点の高い鉛フリーはんだに対応できる温度プロファイルを得られるようにした噴流式はんだ付け装置を提供する。
【解決手段】ワーク搬送ライン11の下側に、溶融はんだＳを収容するはんだ槽本体12を配置し、このはんだ槽本体12の内部に、溶融はんだを噴流する複数のノズル13，14をワーク搬送方向に間隔をおいて配置する。これらの複数のノズル13，14の間に、各ノズル13，14から噴流した複数の噴流波S1，S2の間に溶融はんだ溜りSpを形成するノズル間プレート17を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のノズルを備えた噴流式はんだ付け装置に関するものである。

ワーク搬送ラインの下側に、溶融はんだを収容するはんだ槽本体が配置され、このはんだ槽本体の内部に、ワーク搬送方向に間隔をおいて、溶融はんだを噴流する１次ノズルおよび２次ノズルが配置された噴流式はんだ付け装置がある。
特公昭６０−５７９４６号公報（第２−３頁、第４図）

この従来の噴流式はんだ付け装置は、１次ノズルと２次ノズルとの間に空間部があるため、ワークとしての部品実装基板をはんだ付けする際に、図５に細線で示されるように基板下面温度を基板搭載部品の許容耐熱温度（例えば250℃程度）まで上昇させても、その基板下面温度は空間部で下降するため、結局、図５に太線で示されるように基板上面温度は200℃程度までしか上昇しない。

このため、従前の錫−鉛はんだに対し環境にやさしいものの、はんだ融点が高く（約217〜227℃）、はんだ濡れ性の悪い鉛フリーはんだを用いる場合は、その鉛フリーはんだにとって基板上面を含む基板全体の温度がはんだの流動性および濡れ性を確保できる温度まで到達する温度プロファイルが得られ難く、例えば、基板のスルーホールにおける、はんだ上りが十分でなくなるなどの問題が生じている。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、はんだ融点が高く部品温度の耐熱性が高まらない現状のはんだ付け技術の問題点を解消して、ワーク全体において融点の高い鉛フリーはんだに対応できる温度プロファイルを得られるようにした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。

請求項１記載の発明は、ワーク搬送ラインの下側に配置され溶融はんだを収容するはんだ槽本体と、前記はんだ槽本体の内部にワーク搬送方向に間隔をおいて配置され溶融はんだを噴流する複数のノズルと、前記複数のノズルの間に設けられ各ノズルから噴流された複数の噴流波の間に溶融はんだ溜りを形成するノズル間プレートとを具備した噴流式はんだ付け装置であり、複数のノズル間にノズル間プレートを設け、複数の噴流波の間に溶融はんだ溜りを形成することで、複数のノズル上にわたって長いワーク浸漬時間を確保できる大きな噴流波を連続的に形成する。これにより、ワーク下面だけでなくワーク上面を含むワーク全体の温度がはんだの流動性および濡れ性を確保できる十分な温度に到達する温度プロファイルを得る。よって、融点が高く濡れ性の悪い鉛フリーはんだを用いた場合においても、ワークのスルーホールにおけるはんだ上りが良好に保たれる。

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、前記複数のノズルにそれぞれ接続された流量調整可能および圧力調整可能な複数のポンプを具備したものであり、ワーク搬送方向に配置された複数のノズルにそれぞれポンプを接続して、これらの各ポンプを個別に流量調整することで、ワーク搬送上流側および下流側の噴流波の波高や浸漬深さを調整するとともに、噴流波表面の酸化物がワーク進行方向へ移動するようにワーク搬送上流側と下流側との相対的な流量バランスを調整して、ワークへの酸化物の付着不良を防止し、また、各ノズルにおいて必要なスルーホールへのはんだ押込み圧が得られる流量に調整する。さらに、ワーク搬送上流側および下流側のノズルからの噴流圧力を調整することにより、ワーク搬送ラインの角度を一般的な上昇傾斜搬送から水平搬送にして、はんだ付け装置前後の高低差を低減または無くし、機構的な簡素化を図る。

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、前記ノズル間プレートに開口された流量調整式の流下ポートを具備したものであり、ノズル間プレートに流量調整式の流下ポートを開口することで、長いディップ距離の途中で溶融はんだ液圧を下げて、ワークから発生したガスをワークの下面から排出するガス抜き効果を得る。特に、鉛フリーはんだのようにはんだ濡れ性の悪いはんだにおいては、はんだ濡れ性を確保するためにガス化しやすい固形分（樹脂成分）を多量に含むフラックスを用いるので、このガス抜き効果が顕著に現われる。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか記載の噴流式はんだ付け装置において、ワーク搬送下流側に位置する前記ノズルの出口側に角度可変に設けられ噴流波形を可変調整する噴流波形フォーマと、この噴流波形フォーマの先端部に上下動調整可能に設けられた堰板とを具備したものであり、ワーク搬送下流側のノズルの出口側で、噴流波形フォーマを角度調整するとともに堰板を上下動調整することで、噴流はんだ面からワークが離脱する位置および角度を調整して、適切なワーク離脱環境が得られ、高熱容量部品の電極やリードに発生しやすいツララ、ブリッジなどのはんだ付け不良が低減する。特に、はんだ融点が高く作業温度に対して凝固しやすい鉛フリーはんだでは、ツララ、ブリッジなどのはんだ付け不良が発生しやすいが、噴流波形フォーマの末端にてワークが噴流はんだから水平方向に離脱するように、ワークが噴流はんだから離脱する出口部離脱位置および角度を噴流波形フォーマおよび堰板で調整することにより、ツララ引離し方向が垂直方向ではなく水平方向になり、ツララが発生しない。また、出口側の噴流波形フォーマの角度調整はワーク浸漬時間を調整する機能も併せ持ち、さらに、上下動調整できる堰板は、はんだ槽本体内はんだ面への溶融はんだ流下速度を調整して、酸化物の発生を低減する。

請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか記載の噴流式はんだ付け装置において、前記複数のノズルの上部開口にそれぞれ設けられたこれらの上部開口より小さな複数の溶融はんだ噴出透孔を具備したものであり、複数のノズルの上部開口にこれらの上部開口より小さな複数の溶融はんだ噴出透孔をそれぞれ設けることで、酸化物の発生を抑えるとともに省エネ運転をするために溶融はんだ噴出流量を減少させた場合でも、ワークのはんだ付けに必要な噴流波高を確保するので、チップ部品の不濡れ不良がなくなるとともに、ワークのスルーホールへの十分なはんだ押込み圧力が発生する。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の噴流式はんだ付け装置において、ワーク搬送下流側のノズル上に設けられた前記溶融はんだ噴出透孔は、ワーク搬送方向と交差する方向に細長くスリット状に形成されたものであり、スリット状の溶融はんだ噴出透孔から噴出した噴流波の壁がスキージのように掻取作用をして、ツララ引離し方向を垂直方向ではなく水平方向にすることで、ツララの発生を防止する。

請求項１記載の発明によれば、複数のノズル間にノズル間プレートを設け、複数の噴流波の間に溶融はんだ溜りを形成することで、複数のノズル上にわたって長いワーク浸漬時間を確保できる大きな噴流波を連続的に形成でき、これにより、ワーク下面だけでなくワーク上面を含むワーク全体の温度がはんだの流動性および濡れ性を確保できる十分な温度に到達する温度プロファイルが得られるので、例えば、融点が高く濡れ性の悪い鉛フリーはんだを用いた場合においても、ワークのスルーホールにおけるはんだ上りを良好に保つことができる。

請求項２記載の発明によれば、ワーク搬送方向に配置された複数のノズルにそれぞれポンプを接続して、これらの各ポンプを個別に流量調整することで、ワーク搬送上流側および下流側の噴流波の波高や浸漬深さを調整できるとともに、例えば、噴流波表面の酸化物がワーク進行方向へ移動するようにワーク搬送上流側と下流側との相対的な流量バランスを調整して、ワークへの酸化物の付着不良を防止でき、また、各ノズルにおいて必要なスルーホールへのはんだ押込み圧が得られる流量に調整できる。さらに、ワーク搬送上流側および下流側のノズルからの噴流圧力を調整することにより、ワーク搬送ラインの角度を一般的な上昇傾斜搬送から水平搬送にすることができ、はんだ付け装置前後の高低差を低減または無くして、機構的な簡素化を図れる。

請求項３記載の発明によれば、ノズル間プレートに流量調整式の流下ポートを開口することで、長いディップ距離の途中で溶融はんだ液圧を下げて、ワークから発生したガスをワークの下面から排出するガス抜き効果を得ることができる。特に、鉛フリーはんだのようにはんだ濡れ性の悪いはんだにおいては、はんだ濡れ性を確保するためにガス化しやすい固形分（樹脂成分）を多量に含むフラックスを用いるので、このガス抜き効果が顕著に現われる。

請求項４記載の発明によれば、ワーク搬送下流側のノズルの出口側で、噴流波形フォーマを角度調整するとともに、堰板を上下動調整することで、噴流はんだ面からワークが離脱する位置および角度を調整して、適切なワーク離脱環境を得ることができ、高熱容量部品の電極やリードに発生しやすいツララ、ブリッジなどのはんだ付け不良を低減できる。特に、はんだ融点が高く作業温度に対して凝固しやすい鉛フリーはんだでは、ツララ、ブリッジなどのはんだ付け不良が発生しやすいが、噴流波形フォーマの末端にてワークが噴流はんだから水平方向に離脱するように、ワークが噴流はんだから離脱する出口部離脱位置および角度を噴流波形フォーマおよび堰板で調整することにより、ツララを引き離す方向を、垂直方向ではなく水平方向にして、ツララを解消できる。また、出口側の噴流波形フォーマの角度調整はワーク浸漬時間を調整する機能も併せ持ち、さらに、上下動調整できる堰板は、はんだ槽本体内はんだ面への溶融はんだ流下速度を調整して、酸化物の発生を低減できる。

請求項５記載の発明によれば、複数のノズルの上部開口にこれらの上部開口より小さな複数の溶融はんだ噴出透孔をそれぞれ設けることで、酸化物の発生を抑えるとともに省エネ運転をするために溶融はんだ噴出流量を減少させた場合でも、ワークのはんだ付けに必要な噴流波高を確保できるので、チップ部品の不濡れ不良を防止できるとともに、ワークのスルーホールへの十分なはんだ押込み圧力を確保できる。

請求項６記載の発明によれば、ワーク搬送下流側のノズル上にワーク搬送方向と交差する方向に細長く形成されたスリット状の溶融はんだ噴出透孔を設けることで、このスリット状の溶融はんだ噴出透孔から噴出した噴流波の壁がスキージのように掻取作用をして、ツララ引離し方向を、垂直方向ではなく水平方向にするので、ツララを解消できる。

以下、本発明を、図１乃至図４に示された一実施の形態を参照しながら詳細に説明する。

図１に示されるように、ワークＷすなわち部品実装基板を搬送するワーク搬送ライン11の下側に、溶融はんだＳを収容するはんだ槽本体12が配置され、このはんだ槽本体12の内部に、溶融はんだＳを噴流する第１のノズル13および第２のノズル14が、ワーク搬送方向に間隔をおいて配置されている。

第１のノズル13および第２のノズル14の上部開口には、これらの上部開口より小さな複数の溶融はんだ噴出透孔15，16がそれぞれ設けられている。

図２に示されるように、ワーク搬送上流側の第１のノズル13上に設けられた溶融はんだ噴出透孔15は、ワーク搬送方向と交差する方向に千鳥足状に配置された多数の小孔である。ワーク搬送下流側の第２のノズル14上に設けられた溶融はんだ噴出透孔16は、ワーク搬送方向と交差する方向に細長くスリット状に形成された多数の長穴である。

前記第１のノズル13と第２のノズル14との間に、各ノズル13，14から噴流された複数の噴流波S1，S2の間に溶融はんだ溜りSpを形成するノズル間プレート17が設けられている。

第１のノズル13および第２のノズル14には、流量調整可能および圧力調整可能な第１のポンプ18および第２のポンプ19がそれぞれ接続されている。これらのポンプ18，19としては、電磁誘導ポンプ、インペラ型ポンプなどを用いる。

ノズル間プレート17の中央には、図２に示されるようにワーク搬送方向に対し直角方向に細長く形成された流量調整式の流下ポート21が開口されている。

この流下ポート21の下側には、逆Ｖ形断面の排出流量調整弁部材22が、この排出流量調整弁部材22を支持する支持部材23の両端部に螺合されたねじ24などにより上下動調整可能に設けられ、この排出流量調整弁部材22の上下動により流下ポート21の開度調整が可能である。

ワーク搬送下流側に位置する第２のノズル14の出口側には、噴流波形を可変調整する噴流波形フォーマ25が、ヒンジ26を中心に角度可変に設けられ、この噴流波形フォーマ25の先端部27は下方へ折曲され、その先端部27に、堰板28が上下動調整可能に設けられている。

噴流波形フォーマ25の角度調整は、この噴流波形フォーマ25に螺合したねじ（図示せず）を第２のノズル14に係合するなどの構造で可能とし、また、堰板28の上下動調整は、堰板28の上下方向に設けられた長穴を挿通した止めねじで堰板28を噴流波形フォーマ25の先端部27に固定するなどの構造で可能とする。

図３に示されるように、ワークＷは、基板ａに搭載された部品ｂのリードｃが基板ａのスルーホールｄに挿入されている。部品ｂには、図１に示されるように基板ａの下面に接着されたチップ部品もある。

次に、この実施の形態の作用を説明する。

前段階でフラックスを塗布されプリヒートされたワークＷが、第１のノズル13の溶融はんだ噴出透孔15から噴出した噴流波S1上に搬入されると、溶融はんだ噴出透孔15から噴出された溶融はんだは、基板ａの下面のランド部と部品ｂの電極またはリードｃとをはんだ付けするとともに、ポンプ18からのはんだ押込み圧によりスルーホールｄを上昇して、基板ａの上面のランド部まで供給される。

このとき、ワークＷが高密度実装基板であっても、多数の小孔状の溶融はんだ噴出透孔15から噴出した乱流状の溶融はんだは、基板ａの下面に発生したフラックスガスを部品間の隙間から追い出すようにして部品間の隅々まで供給される。

噴流波S1ではんだ付けされたワークＷは、基板ａの下面がノズル間プレート17上の溶融はんだ溜りSpと接触したまま、すなわち溶融はんだから十分な熱量を継続的に供給されながら、第２のノズル14上へ搬送される。このとき、水平に搬送される基板ａの下面にあるフラックスガスは、流下ポート21から流れ落ちる溶融はんだとともに下方へガス抜きされ、外部へ排気される。

ワークＷが、第２のノズル14上に搬入されると、長穴状の溶融はんだ噴出透孔16から噴出される幅方向に細長い突条の噴流波S2のはんだ押込み圧が基板ａの下面に作用する。ワークＷの実装部品ｂの電極やリードｃが噴流波S2の出口側から離脱する位置および角度は、図３（ａ）、（ｂ）に示されるように噴流波形フォーマ25のヒンジ26を中心とする角度調整および噴流波形フォーマ25に対する堰板28の上下動調整により調整する。

次に、この実施の形態の効果を説明する。

第１のノズル13と第２のノズル14との間にノズル間プレート17を設け、複数の噴流波S1，S2の間に溶融はんだ溜りSpを形成することで、第１のノズル13上から第２のノズル14上にわたって長いワーク浸漬時間を確保できる大きな噴流波を連続的に形成でき、これにより、図４に示されるように、基板ａの下面だけでなく上面を含むワーク全体の温度がはんだの流動性および濡れ性を確保できる十分な温度に到達する温度プロファイルが得られるので、例えば、融点が高く濡れ性の悪い鉛フリーはんだを用いた場合においても、ワークＷのスルーホールにおけるはんだ上りを良好に保つことができる。

ワーク搬送方向に配置された第１のノズル13および第２のノズル14にそれぞれポンプ18，19を接続して、これらの各ポンプ18，19を個別に流量調整することで、ワーク搬送上流側および下流側の噴流波S1，S2の波高や浸漬深さを調整できるとともに、例えば、噴流波表面の酸化物がワーク進行方向へ移動するようにワーク搬送上流側と下流側との相対的な流量バランスを調整して、ワークＷへの酸化物の付着不良を防止でき、また、各ノズル13，14において必要なスルーホールｄへのはんだ押込み圧が得られる流量に調整できる。さらに、ワーク搬送上流側および下流側のノズル13，14からの噴流圧力を調整することにより、ワーク搬送ライン11の角度を一般的な上昇傾斜搬送（約５°）から水平搬送にすることができ、はんだ付け装置前後の高低差を低減または無くして、機構的な簡素化を図れる。

ノズル間プレート17に流量調整式の流下ポート21を開口することで、長いディップ距離の途中で溶融はんだ液圧を下げて、ワークＷから発生したフラックスガスをワークＷの下面から排出するガス抜き効果を得ることができる。特に、鉛フリーはんだのようにはんだ濡れ性の悪いはんだにおいては、はんだ濡れ性を確保するためにガス化しやすい固形分（樹脂成分）を従来品（10％以下）より多量（12〜15％）に含むフラックスを部品実装基板ａの下面に塗布しておくので、このガス抜き効果が顕著に現われる。

ワーク搬送下流側のノズル14の出口側で、噴流波形フォーマ25を角度調整するとともに、堰板28を上下動調整することにより、図３（ａ）、（ｂ）に示されるように噴流はんだ面からワークＷの実装部品ｂの電極やリードｃが離脱する位置および角度を調整して、適切なワーク離脱環境を得ることができ、高熱容量部品の電極やリードｃに発生しやすいツララ、ブリッジなどのはんだ付け不良を低減できる。

特に、はんだ融点が高く作業温度（約250〜260℃）に対して凝固しやすい鉛フリーはんだでは、ツララ、ブリッジなどのはんだ付け不良が発生しやすいが、図３（ｂ）に示されるように噴流波形フォーマ25の末端にてワークＷが噴流はんだから水平方向に離脱するように、ワークＷが噴流はんだから離脱する出口部離脱位置および角度を噴流波形フォーマ25および堰板28で調整することにより、ツララを引き離す方向を、図３（ａ）に示されるように垂直方向ではなく図３（ｂ）に示されるように水平方向にして、ツララを解消できる。

また、出口側の噴流波形フォーマ25の角度調整はワーク浸漬時間を調整する機能も併せ持ち、さらに、上下動調整できる堰板28は、はんだ槽本体12内のはんだ面への溶融はんだ流下速度を調整して、酸化物の発生を低減できる。噴流波形フォーマ25が高い位置に設定されているときは、ワークＷの離脱位置を堰板28にて調整できる。

第１のノズル13および第２のノズル14の上部開口にこれらの上部開口より小さな複数の溶融はんだ噴出透孔15，16をそれぞれ設けることで、酸化物の発生を抑えるとともに省エネ運転をするために溶融はんだ噴出流量を減少させた場合でも、ワークＷのはんだ付けに必要な噴流波S1，S2の波高を確保できるので、チップ部品などの不濡れ不良を防止できるとともに、ワークＷのスルーホールｄへの十分なはんだ押込み圧力を確保できる。

ワーク搬送下流側のノズル14上にワーク搬送方向と交差する方向に細長く形成されたスリット状の溶融はんだ噴出透孔16を設けることで、このスリット状の溶融はんだ噴出透孔16から噴出した噴流波S2の壁がスキージのように掻取作用をして、ツララ引離し方向を、垂直方向ではなく水平方向にするので、ツララ解消の効果がある。

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。同上はんだ付け装置のノズル間プレートの一部を示す平面図である。同上はんだ付け装置の噴流波形フォーマの作用を示すもので、（ａ）は噴流波形フォーマ下げ状態におけるワーク離脱部分の断面図、（ｂ）は噴流波形フォーマ上げ状態におけるワーク離脱部分の断面図である。同上はんだ付け装置によりはんだ付けされたワークの温度プロファイルを示すグラフである。従来の噴流式はんだ付け装置によりはんだ付けされたワークの温度プロファイルを示すグラフである。

符号の説明

11 ワーク搬送ライン
12 はんだ槽本体
13，14 ノズル
15，16 溶融はんだ噴出透孔
17 ノズル間プレート
18，19 ポンプ
21 流下ポート
25 噴流波形フォーマ
28 堰板
Ｓ溶融はんだ
S1，S2 噴流波
Sp 溶融はんだ溜り

Claims

ワーク搬送ラインの下側に配置され溶融はんだを収容するはんだ槽本体と、
前記はんだ槽本体の内部にワーク搬送方向に間隔をおいて配置され溶融はんだを噴流する複数のノズルと、
前記複数のノズルの間に設けられ各ノズルから噴流された複数の噴流波の間に溶融はんだ溜りを形成するノズル間プレートと
を具備したことを特徴とする噴流式はんだ付け装置。
前記複数のノズルにそれぞれ接続された流量調整可能および圧力調整可能な複数のポンプ
を具備し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。
前記ノズル間プレートに開口された流量調整式の流下ポート
を具備し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。
ワーク搬送下流側に位置する前記ノズルの出口側に角度可変に設けられ噴流波形を可変調整する噴流波形フォーマと、
この噴流波形フォーマの先端部に上下動調整可能に設けられた堰板と
を具備したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の噴流式はんだ付け装置。
前記複数のノズルの上部開口にそれぞれ設けられたこれらの上部開口より小さな複数の溶融はんだ噴出透孔
を具備したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の噴流式はんだ付け装置。
ワーク搬送下流側のノズル上に設けられた前記溶融はんだ噴出透孔は、ワーク搬送方向と交差する方向に細長くスリット状に形成された
ことを特徴とする請求項５記載の噴流式はんだ付け装置。