JP2005353712A - Ｘ線透視カメラを含む半田付装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 半田を溶融させる２５０℃前後の高温環境にも耐熱保証したＸ線透視カメラを含む半田付装置を提供する。
【解決手段】 半田付の対象物（１０）を出し入れ可能な加熱炉（２０）と、前記対象物（１０）にＸ線照射するＸ線照射手段（３０）と、前記Ｘ線照射手段（３０）によりＸ線照射された前記対象物（１０）を撮影するＸ線透視カメラ（４０）と、前記Ｘ線照射手段（３０）または前記Ｘ線透視カメラ（４０）と前記対象物（１０）の間に配設されてＸ線を透過する耐熱隔壁（５１〜５３）と、を備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば多ピンの表面実装部品であるＩＣ樹脂パッケージをプリント基板に実装する際に、端子の半田付工程を品質管理または分析するためのＸ線透視カメラを含む半田付装置に関する。

従来、電子部品実装基板検査に係り、特に多ピンの表面実装部品であるＩＣが搭載された基板の半田付状態の検査手段として、被検査基板上方に設置された照明により検査対象を照らし、カメラにて撮影し、撮影された画像中の半田付検査領域において、予め撮影された端子先端部から検出された標準信号波形と、検査時に得られる端子を含む検査領域の画像信号とを比較し、一致する部分を探索する手段を設けることにより端子先端部の位置を確定できるようにしたものがあった。

また、端子先端位置が安定に確定されるため、半田付領域の特定も確実になり半田付部分の画像信号を蓄積することにより、半田付部標準信号波形を作成できるので、半田付部標準信号波形と検査時に得られる半田付部分の画像信号とを比較し、差異が大きい場合はこれを通告することにより、半田付状態を観察できる（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−６８４１５号公報（段落［０００７］〜［００２０］、図１）

しかし、半田付状態を観察するため、検査員による目視検査に代えた検査装置は、基本的に目視検査を代行する機能であり、目視不可能な部分、例えば部品等の間に挟まる位置を半田付するために、肉眼または可視光線カメラでは認識不可能な部分まで透視して検査することはできないという欠点があった。

一方、医療、防犯または科学分析を目的としたＸ線透視装置は周知であるが、半田を溶融させる２５０℃前後の高温環境に対する耐熱対策を施したＸ線透視カメラを含む半田付装置、すなわち、２５０℃前後まで耐熱保証されたＸ線観察装置を実現したものはなかった。

そこで、本発明は、ＩＣ樹脂パッケージおよびプリント基板まで透視して観察できるＸ線透視装置を、２５０℃前後まで耐熱保証することにより前記課題を解決できるようにしたＸ線透視カメラを含む半田付装置を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、半田付の対象物（１０）を出し入れ可能な加熱炉（２０）と、前記対象物（１０）にＸ線照射するＸ線照射手段（３０）と、前記Ｘ線照射手段（３０）によりＸ線照射された対象物（１０）を撮影するＸ線透視カメラ（４０）と、前記Ｘ線照射手段（３０）または前記Ｘ線透視カメラ（４０）と前記対象物（１０）の間に配設されてＸ線を透過する耐熱隔壁（５１〜５９）と、を備えたことを特徴とするＸ線透視カメラを含む半田付装置である。

請求項１に係る発明によれば、耐熱保証温度の低いＸ線照射手段およびＸ線透視カメラであっても、加熱炉の間に配設されてＸ線を透過する断熱部材による耐熱隔壁を備えたことにより、耐熱保証されるので、半田付の進行状況に応じてリアルタイムの観察が実現する。
リアルタイムの観察により、半田中のボイド、半田ボールの発生、半田の濡れおよび拡がりに係る現象が解析可能になる。

請求項２に記載の発明は、前記耐熱隔壁（５１〜５９）として、チタンを含有する金属板を備えたことを特徴とする請求項１に記載のＸ線透視カメラを含む半田付装置である。

請求項２に係る発明によれば、チタンを含有する金属板は、ある程度のＸ線を透過し耐熱性に優れた物性がある。例えば、純度１００％に近いチタンプレートは４００℃以上の耐熱性がある。一方、半田の溶融温度は２５０℃前後なので、前記耐熱隔壁としての効果を発揮できる。

請求項３に記載の発明は、前記Ｘ線透視カメラ（４０）の画角内に撮影可能な位置に前記対象物（１０）を配し、かつ前記対象物（１０）が前記画角内で撮影される映像に対する干渉を避けられる位置に発熱体（２２）を配設したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＸ線透視カメラを含む半田付装置である。

請求項３に係る発明によれば、前記Ｘ線透視カメラ（４０）の画角外に発熱体（２２）を配設し、画角内に前記対象物（１０）を配して撮影可能な位置関係を保持すれば、Ｘ線透視映像に前記発熱体（２２）の影を写り込ませる害が及ばない。

請求項４に記載の発明は、前記Ｘ線透視カメラ（４０）の光軸（Ｘ１，Ｘ２）を中心として同軸状に配設された環状または筒状の前記発熱体（２２）と、この発熱体（２２）に接続され前記対象物（１０）に向けて熱風（Ｈ）を集中させる漏斗状の加熱ノズル（２３）と、を備えたことを特徴とする請求項３に記載のＸ線透視カメラを含む半田付装置である。

請求項４に係る発明によれば、前記Ｘ線透視カメラ（４０）の光軸（Ｘ１，Ｘ２）を中空の内部に貫通させるように、環状または筒状の前記発熱体（２２）が配設されているので、この発熱体（２２）は前記Ｘ線透視カメラ（４０）の画角に抵触しない。さらに、この発熱体（２２）およびその周端を延長するように接続された漏斗状の加熱ノズル（２３）は総じて筒体であり、その筒体の影がＸ線透視映像に写り込まないように構成されている。しかも、その筒体の先は漏斗状の加熱ノズル（２３）を形成しているので、前記対象物（１０）に向けて熱風（Ｈ）を集中することにより半田付の熱効率を高めることができる。

請求項５に記載の発明は、前記加熱ノズル（２３）をＸ線透過材料により構成したことを特徴とする請求項４に記載のＸ線透視カメラを含む半田付装置である。

請求項５に係る発明によれば、前記加熱ノズル（２３）が、前記Ｘ線透視カメラ（４０）の光軸（Ｘ１，Ｘ２）に干渉し、前記画角に抵触する位置関係であっても、Ｘ線透視映像には前記加熱ノズル（２３）の影が写り込まない。

請求項６に記載の発明は、前記加熱ノズル（２３）を透明な耐熱ガラスにより構成したことを特徴とする請求項４または請求項５に記載のＸ線透視カメラを含む半田付装置である。

請求項６に係る発明によれば、透明な耐熱ガラスにより構成された前記加熱ノズル（２３）は、外部から当該装置内を観察する際の視界を遮らないので目視観察に有利である。

請求項７に記載の発明は、半田付に関連する作業または支援を外部からの操作により実行できるロボットハンド（６０）を、前記加熱炉（２０）の内部に配設したことを特徴とする請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載のＸ線透視カメラを含む半田付装置である。

請求項７に係る発明によれば、半田付に関連する作業として、半田（３１）が溶融する状態をＸ線透視カメラ（４０）の映像（動画像）によりリアルタイムで観察しながら、ロボットハンド（６０）を当該装置の外部から操作して、不具合等の修正ができる。例えば、半田ブリッジによるショートを解消できるほか、基板上の部品配置または載置状態の傾きの修正が可能になる。

請求項８に記載の発明は、前記耐熱隔壁（５１〜５９）として、耐熱温度４００℃以上のチタン、カーボン、マグネシウム、またはこれらの合金を用いたことを特徴とする請求項２ないし請求項７の何れか１項に記載のＸ線透視カメラを含む半田付装置である。

請求項９に記載の発明は、前記チタン合金の成分はチタン５０％以上であることを特徴とする請求項２ないし請求項８の何れか１項に記載のＸ線透視カメラを含む半田付装置である。

請求項８，９に係る発明による成分で構成された前記チタン合金の物性により、Ｘ線のみを透過して熱は遮断する前記耐熱隔壁（５１〜５９）の目的を効率よく達成できる。

請求項１０に記載の発明は、少なくともＸ線が装置外へ漏洩する可能性のある箇所を鉛板（９０）でＸ線遮蔽したことを特徴とする請求項１ないし請求項９の何れか１項に記載のＸ線透視カメラを含む半田付装置である。

請求項１０に係る発明によれば、人畜に有害なＸ線が装置外へ漏洩することを、鉛板（９０）によりＸ線遮蔽するので、当該装置の使用者および周囲の人畜をＸ線被曝の危険から防護できる。

請求項１１に記載の発明は、前記鉛板（９０）には、鉛入りガラス板（５）による観察窓（７２）を配設したことを特徴とする請求項１０に記載のＸ線透視カメラを含む半田付装置である。

請求項１１に記載の発明によれば、可視光線を透過しＸ線は遮蔽する性質の鉛入りガラス板（５）が介在する観察窓（７２）の外から装置内を目視観察する使用者はＸ線被曝することなく安全に観察ができる。また、Ｘ線発生源であるＸ線照射手段（３０）は、Ｘ線遮蔽可能な観察窓（７２）以外の全てを鉛板（９０）で覆われているので、Ｘ線の漏洩がなく周囲に対しても人畜無害である。

請求項１に係る本発明によれば、耐熱保証温度の低いＸ線照射手段およびＸ線透視カメラであっても、加熱炉の間に配設されてＸ線を透過する断熱部材による耐熱隔壁を備えたことにより、耐熱保証されるので、半田付の進行状況に応じてリアルタイムの観察が実現する。
リアルタイムの観察により、半田中のボイド、半田ボールの発生、半田の濡れおよび拡がりに係る現象が解析可能になる。

請求項２に係る発明によれば、チタンを含有する金属板は、ある程度のＸ線を透過し耐熱性に優れた物性があるので、前記耐熱隔壁としての効果を発揮できる。

請求項３に係る発明によれば、Ｘ線透視映像に前記発熱体（２２）の影を写り込ませる害が及ばない。

請求項４に係る発明によれば、発熱体（２２）および加熱ノズル（２３）の影が、Ｘ線透視映像に写り込まない。しかも、漏斗状の加熱ノズル（２３）は、前記対象物（１０）に向けて熱風（Ｈ）を集中するので、半田付の熱効率を高めることができる。

請求項５に係る発明によれば、前記加熱ノズル（２３）が、前記Ｘ線透視カメラ（４０）の光軸（Ｘ１，Ｘ２）に干渉し、前記画角に抵触する位置関係であっても、Ｘ線透視映像には前記加熱ノズル（２３）の影が写り込まない。半田付に関連する作業をＸ線透視カメラ（４０）の映像（動画像）によりリアルタイムで観察できる。

請求項６に係る発明によれば、外部から当該装置内を目視観察するのに有利である。

請求項７に係る発明によれば、半田付に関連する作業として、半田（３１）が溶融する状態をＸ線透視カメラ（４０）の映像（動画像）によりリアルタイムで観察しながら、ロボットハンド（６０）を当該装置の外部から操作して、不具合等の修正ができる。例えば、半田ブリッジによるショートを解消できるほか、基板上の部品配置または載置状態の傾きの修正が可能になる。

請求項８，９に係る発明による成分で構成された前記チタン合金の物性により、Ｘ線のみを透過して熱は遮断する前記耐熱隔壁（５１〜５９）の目的を効率よく達成できる。

請求項１０に係る発明によれば、人畜に有害なＸ線が装置外へ漏洩することを、鉛板（９０）によりＸ線遮蔽するので、当該装置の使用者および周囲の人畜をＸ線被曝の危険から防護できる。

請求項１１に係る発明によれば、観察窓（７２）の外から装置内を目視観察する使用者はＸ線被曝することなく安全に観察ができる。

以下、本発明の実施の形態に関し、図面を参照しながら説明する。なお、全図にわたり、同一効果を奏する部分には同一符号を付して、重複する説明は省略する。

図１は、実施形態に係るＸ線透視カメラを含む半田付装置（以下、「本装置」と略す）の基本形を示す縦断面図である。図１に示す本装置１００は、半田付または観察の対象物１０を出し入れ可能な加熱炉２０の外部に配設されたＸ線透視カメラ４０により、対象物１０の半田付状況をリアルタイムに観察することを可能にしたものである。

加熱炉２０の中底部２５近傍では、図示せぬ対象物載置台（後程、図９に沿って説明するワークステージ８０に関し、図１〜図８にわたり省略）等が配設されており、半田付の対象物１０として、主にプリント基板１１およびその所定位置にＩＣ１２を配置し、ＩＣ１２の端子をプリント基板１１の配線パタンに半田付する。また、近年の特殊方式によるＩＣ１２の場合、その端子形状が従来型と異なり、ＩＣ１２の樹脂パッケージがプリント基板１１と密着する密着面に端子が配設されているので、端子がＩＣ１２の樹脂パッケージに隠れて全く外観上の目視検査が不可能となる問題があった。

そこで、半田を溶融可能な加熱炉２０の外部に配設されたＸ線透視カメラ４０により、対象物１０の半田付状況をリアルタイムに観察できるように構成した。すなわち、Ｘ線照射手段３０を加熱炉２０の底蓋位置に配設し、このＸ線照射手段３０によりＸ線照射された対象物１０の透視映像を撮影するＸ線透視カメラ４０を、加熱炉２０の上蓋位置に配設している。

加熱炉２０の内部は半田を溶融可能な２５０℃前後の高温環境であるが、Ｘ線照射手段３０およびＸ線透視カメラ４０は何れも高温環境の使用に耐えられないので、耐熱防御の必要がある。そこで、Ｘ線は透過するが耐熱防御を可能にするチタンの薄板による耐熱隔壁５１，５２，５３を加熱炉２０の底蓋位置に２枚と上蓋位置に１枚を配設した。
この耐熱隔壁５１，５２，５３は、耐熱温度４００℃以上の保証された純チタン、チタン合金、カーボン、マグネシウム、またはこれらの合金を用いており、チタン合金ならば、その成分はチタン５０％以上が望ましく、このような成分で構成された純チタン、チタン合金、その他の物性により、Ｘ線のみを透過して熱は遮断する耐熱隔壁５１〜５３の目的を効率よく達成できる。

加熱炉２０は、断熱筒体２１の内部に環状の発熱体２２が固定され、その発熱体２２の下方の周端に接続する漏斗状の加熱ノズル２３を配設し、図示せぬファン等により、発熱体２２を上下に貫く貫通穴２７の上方から下方へと熱風Ｈを吹き降ろすと、加熱ノズル２３の作用により、漏斗で覆われた発熱体２２の下方に熱風Ｈが集中する。このように、発熱体２２から対象物１０に向けて熱風を集中する漏斗状の加熱ノズル２３は半田付の熱効率を高めることができる。

発熱体２２からの熱風Ｈが集中するところに、半田付の対象物１０が配され、主にプリント基板１１の所定位置にＩＣ１２を載置し、ＩＣ１２の端子をプリント基板１１の配線パタンのランドに半田付される。そして、近年の特殊方式によるＩＣ１２の場合、その端子形状が従来型と異なり、ＩＣ１２の樹脂パッケージがプリント基板１１と密着する密着面に端子が配設されているので、端子がＩＣ１２の樹脂パッケージに隠れるため目視検査が全く不可能となる。

そこで、加熱炉２０の底蓋位置に、後記する耐熱保証を施して配設されたＸ線照射手段３０から、適切な強度のＸ線を加熱炉２０の内部へ向けて照射する装置と、加熱炉２０の上蓋位置に配設されたＸ線透視カメラ４０との組み合わせにより、リアルタイムの目視検査または分析等を可能にする。

以下、チタンの薄板による耐熱隔壁５１，５２，５３が、Ｘ線は減衰も少なく透過させ、熱は遮断して耐熱防御する様子を説明する。なお、純度１００％に近いチタンプレートは４００℃以上の耐熱性がある。一方、半田の溶融温度は２５０℃前後なので、前記耐熱防御用の耐熱隔壁としての効果を十分に発揮できる。

加熱炉２０は、その中底部２５付近で最高温度が得られるように設計されており、合計３枚の耐熱隔壁５１，５２，５３のうち耐熱隔壁５１，５２の２枚を加熱炉２０の底蓋位置に配設し、加熱炉２０の底蓋位置に近いＸ線照射手段３０を耐熱防御し、残る１枚の耐熱隔壁５３を加熱炉２０の上蓋位置に配設し、加熱炉２０の上蓋位置に近いＸ線透視カメラ４０を耐熱構造としている。

図１において、加熱炉２０の縦方向の中心を貫通する光軸Ｘ１で示すように、Ｘ線照射手段３０から加熱炉２０の内部へ向けて照射されたＸ線は、加熱炉２０の底蓋位置にある耐熱隔壁５１，５２の２枚を貫通し、プリント基板１１および、その上に載置されたＩＣ１２との間に位置する半田付箇所１３を透視できるように、発熱体２２の貫通穴２７を筒抜けした後に、加熱炉２０の上蓋位置に配された耐熱隔壁５３の１枚を貫通してＸ線透視カメラ４０まで到達する。なお、Ｘ線も光の一種と見なしてカメラ等の光学機器に対応する説明の便宜上、Ｘ線照射手段３０からＸ線透視カメラ４０のレンズ中心に向かう直線を「光軸」と呼び、垂直方向の場合に限り「光軸Ｘ１」、垂直以外の方向の場合は「光軸Ｘ２」と符号を区別している。

このとき、半田付箇所１３を透視するのにＸ線を遮る物体は、プリント基板１１および、その銅箔パタン（図示せず）と、ＩＣ１２の接続端子（図示せず）と樹脂パッケージのほかは、合計３枚のチタン薄板による耐熱隔壁５１，５２，５３のみである。この耐熱隔壁５１，５２，５３と樹脂パッケージは、Ｘ線を僅かながら減衰させる程度で、そのまま透過させるので、銅箔パタンによるランドとＩＣ１２の接続端子の重なり位置関係および半田の状態をリアルタイムで観察できる。

また、Ｘ線透視カメラ４０の画角内にニクロム線等の発熱体２２が写り込む不具合を避けるように、Ｘ線透視カメラ４０の光軸（図１の光軸Ｘ１）を中心として同軸状に配設された発熱体２２は、Ｘ線透視カメラ４０の画角外に配設されるような構成である。すなわち、環状または筒状の発熱体２２の貫通穴２７から対象物１０を望むＸ線透視カメラ４０により、その被写体である半田付箇所１３を素通しできるようなカメラアングルである。

そして、漏斗状の加熱ノズル２３は、発熱体２２から対象物１０に向けて熱風を集中するので、半田付の熱効率を高めることができる。また、加熱炉２０の中底部２５付近に加熱ノズル２３の吹き出し口１７が配され、その円形の吹き出し口１７の吹き出し範囲内に半田付の対象物１０が位置する。このようにしておけば、加熱ノズル２３がＸ線透視の視界をさえぎることなく、しかも半田付に必要な高温を維持できる。

このように、単体では高温環境に弱いＸ線照射手段３０およびＸ線透視カメラ４０であっても、これらの精密機器と加熱炉２０の間に配設されてＸ線を透過するチタンまたはチタン合金による耐熱隔壁５１〜５３により、耐熱保証されるので、半田付の進行状況に応じてリアルタイムの観察が実現し、半田中のボイド、半田ボールの発生、半田の濡れおよび拡がりに係る現象も解析することが可能になる。

図２は、可動型Ｘ線透視カメラを含む半田付装置を示す縦断面図である。図２において、Ｘ線照射手段３０と可動型のＸ線透視カメラ４０を直線で結ぶ光軸Ｘ１を、時計回りに約６０度回転させた光軸Ｘ２に沿って、斜視映像も得られるようにしている。光軸Ｘ１，Ｘ２の経路上に、Ｘ線の透過をさえぎる障害物があれば、Ｘ線を透過する材料に置き換えて、光軸Ｘ１，Ｘ２の経路を確保している。

図２に示すように、Ｘ線は透過するが耐熱防御を可能にするチタンの薄板による耐熱隔壁５１，５５，５３を、本体３の周囲に配設している。すなわち、本体３の底蓋位置に１枚の耐熱隔壁５１、両側面を覆う耐熱隔壁５５、上蓋位置に１枚の耐熱隔壁５３を配設した。

本体３には、図示せぬ炭酸ガス、窒素または水素等のボンベに接続されて、そのガスを供給可能な不活性ガス供給管７が気密保持して接続されている。その不活性ガスを供給することにより、本体３周辺の急速冷却のほか、後記する酸化防止等の機能も適宜に発揮し得る。

図３は、図２の装置によるリアルタイム観察の説明図であり、（ａ）は平面透視図（ｂ）は要点のみを拡大した斜視映像である。図２に示すように、プリント基板１１に載置されたＩＣ１２および半田付箇所１３を、光軸Ｘ１方向でＸ線透視すれば図３（ａ）に示す平面透視図のように投影されるが、半田付けの仕上がり品質を管理する上で、光軸Ｘ２方向によるＸ線透視が有効であり、図３（ｂ）の斜視映像を影絵にしたようなイメージで投影される。なお、光軸Ｘ２方向に投影した場合は、図３（ｂ）に示した斜視映像の視線とは異なるが、これは単に図解説明の便宜上の問題に過ぎない。

図４は、ロボットハンドの動作説明図であり、（ａ）リワーク前と、（ｂ）リワーク途中の対象物である。図４において、ロボットハンド６０は、先端に吸着部６１を具備したアーム６２が摺動かつ回動自在に、支柱６３で支持されており、詳細な図解は省略するが、制御された駆動力により適宜動作し、真空ポンプ等の吸着作用により吸着部６１がＩＣ１２の把持と開放を自在にする。

図４（ａ）に示すように、上下動作自在の加熱ノズル２３が、リワーク前の対象物１０の真上に、矢印６４方向に下降し、対象物１０に被せられて熱風Ｈを浴びせると、半田付箇所１３の温度が上昇して半田が溶融する。一般的に、一度半田付けしたＩＣ１２の半田を溶かして外した後に付け直すようなリワークは、熟練技能者の精密な手作業に委ねられ、熱風Ｈを浴びせてから半田が溶融するまでの所要時間等は、作業者の技能的ノウハウとされているが、同一条件であれば、ほぼ正確に再現できるので、ソフトウェアとの協働によれば、ロボットハンド６０による無人自動リワークも不可能ではない。

図４（ｂ）に示すように、リワーク途中の対象物１０は、半田が溶融するまでの所要時間を適正に管理され、ロボットハンド６０のアーム６２の先端に具備された吸着部６１が、真空ポンプ等の吸着作用によりＩＣ１２を把持する。このとき、半田が溶融する過程を本装置１００のＸ線透視カメラ４０により、リアルタイム観察できることが、品質管理上、極めて有効である。

図５は、耐熱ガラスを用いた加熱ノズルの斜視映像であり、（ａ）角型ノズルと、（ｂ）筒型ノズルである。図５（ａ）に示す角型ノズル１４は、その周囲４面を透明な耐熱ガラス板１５が、それぞれの稜線を形成する窓枠１６に固定され、角型ノズルの吹き抜けに構成されている。その角型ノズル１４の周囲４方向の何れからでもノズル吹き出し口１７ａの内側に位置する対象物１０に照明を施しながら、カメラまたは肉眼による観察が可能になっている。なお、角型ノズル１４において、平板状の耐熱ガラス板１５を透過して観察する実像に歪みが生じない長所がある。

図５（ｂ）に示す筒型ノズル１８は、形状を例えて説明すると化学実験器具である三角フラスコを水平に切断して上半分だけにしたものを、倒立させて漏斗の型に支持して用い、漏斗の上から吹き降ろす熱風Ｈを、ノズルの吹き出し口１７ｂの内側に位置する対象物１０に向けて集中させる。

前記三角フラスコに例えて説明したように、筒型ノズル１８は透明な耐熱ガラス製の吹き抜け構造なので、その筒の内外を見通すことができる。なお、筒型ノズル１８は部品点数１点で簡素に構成できる長所がある。

図６は、鉛入りガラス板による観察窓を配設したＸ線遮蔽鉛箱の縦断面図である。図６において、Ｘ線遮蔽鉛箱７０の中央部に本装置１００が設置され、Ｘ線遮蔽鉛箱７０の外部からの遠隔操作等により、本装置１００を使用するが、使用者９は鉛板９０のＸ線遮蔽効果によりＸ線被曝を避けることができる。

しかし、鉛板９０はＸ線遮蔽効果と共に、可視光線も遮断するので、使用者９がＸ線遮蔽鉛箱７０の外部から本装置１００の様子を安全に目視確認するための工夫として、鉛入りガラス板５による観察窓７２を配設している。鉛入りガラス板５は、透明ガラスに混入した鉛成分のため、鉛板９０と同様のＸ線遮蔽効果があって、可視光線は透過するので、使用者９はＸ線遮蔽鉛箱７０の外部から、鉛入りガラス板５による観察窓７２を通して本装置１００の様子を安全に目視確認することができる。

図７は、外部熱源方式による本装置の縦断面図である。図７に示す本装置３００は外部熱源１により発生した熱風Ｈを、熱風導入管２により本体３´まで導入し、本体３´の内部に至っては熱風導入管２の先端をなす熱風ブロワ４から対象物１０に吹きかけて加熱し、半田付けする構成である。

また、図７に示すように、Ｘ線は透過するが耐熱防御を可能にするチタンの薄板による耐熱隔壁５１，５５，５３を、本体３´に配設している。すなわち、本体３´の底蓋位置に１枚の耐熱隔壁５１、両側面を覆う耐熱隔壁５５、上蓋位置に１枚の耐熱隔壁５３を配設した。

したがって、Ｘ線照射手段３０とＸ線透視カメラ４０を結ぶ光軸Ｘ１をＸ２へと移動した場合は、図２に示した本装置２００の場合に不可避とされた発熱体２２に遮られて生じる死角が生じない。なぜならば、図１および図２で示した装置本体に内装された発熱体２２等の熱源１を、本装置３００では外部に設けたので、本体３´が簡素化され、Ｘ線照射手段３０とＸ線透視カメラ４０を結ぶ光軸Ｘ１の途中でＸ線を遮る物が少なくて済むので、Ｘ線透視による観察が有利になる。

また、本体３´の４つの側面のうち対面する２面（図７の左右）は耐熱隔壁５５で覆われているため内部を目視できないが、耐熱隔壁５５の直角方向にあって対面する２面（図７の前後）には、耐熱ガラス板７３による観察窓７４を配設し、内部を目視観察できるように構成されている。その場合も、図６に示したように、目視観察する使用者９がＸ線被曝を避けるため、使用者９はＸ線遮蔽鉛箱７０の外部から、鉛入りガラス板５による観察窓７２を通して本装置３００の様子を安全に目視確認すればよい。

図８は、真空炉により構成した本装置の縦断面図であり、図８に示す本装置４００の主要部である真空炉１９には、図示せぬ真空ポンプに接続されて吸引可能な吸気管６と、窒素または水素等のボンベに接続されて、そのガスを供給可能な不活性ガス供給管７が気密保持して接続されている。

また、チタンの薄板による耐熱隔壁５１，５７，５８を真空炉１９に配設している。すなわち、真空炉１９の底蓋位置に１枚の耐熱隔壁５１、両側面を覆う耐熱隔壁５８、上蓋位置に１枚の耐熱隔壁５７を配設した。そして、耐熱ガラス板７３による観察窓７４を配設し、内部を目視観察できるように構成されている。これらは図７に示した本装置３００と同一効果の部分であり、同一符号を付して説明を省略している。

真空炉１９の４つの側面のうち対面する２面（図８の左右）は耐熱隔壁５８で覆われているため内部を目視できないが、耐熱隔壁５８の直角方向にあって対面する２面（図８の前後）には、観察窓７４が配設されている。

なお、図８に示した真空炉１９においては、２つの技術的意義があるために吸気減圧している。一つはガス抜き、すなわち直径約３０μｍの粉末半田とフラックスを有機溶剤等で練り合わせたクリーム半田を加熱溶融した際に、有機溶剤等が揮発するなどして発生したガスを、吸気減圧した雰囲気で積極的に沸騰させてガス抜きすることである。このガス抜きにより、半田付の仕上がり以後にボイド（気泡）等として残留し固化する気泡の弊害を、加熱溶融した半田付の最中に完全除去することができる。

吸気減圧することの、もう一つの技術的意義は、炉内の気圧を下げる目的で真空にするのではなく、半田が炉内の酸素と化合して酸化することを防ぐことである。したがって真空炉１９の炉内から酸素を含む空気を吸気管６より吸引除去し、その代わりに炉外のボンベから１００％窒素または、その窒素に０〜２０％の水素を混入した不活性ガスを不活性ガス供給管７より供給する。ちなみに、酸化物に対する還元作用を有効利用するためには最低でも約３００℃以上の高温環境が必要であり、半田付には不適切な過熱状態となり、還元作用の応用は利用しづらいので、酸化物を生じないように酸化防止対策を重視している。

本装置４００の両側の高い位置に、透明な鉛入りガラス板７５を嵌めた熱線照射窓７６が設けてあり、その熱線照射窓７４の外側にランプヒータ８が配設されており、耐熱ガラス７５越しに熱線を透過させ、本装置４００の底部中心に位置する対象物１０に向けて集中的に照射している。ランプヒータ８はハロゲンランプまたは水銀ランプが適切であり、ハロゲンランプまたは水銀ランプから約１０ｃｍ程度の至近距離であれば、半田を溶融させるのに必要十分な３００℃近くの高温環境を確実に設定できる。また、これらの発熱発光源から全方位に放散する熱線は、光と類似する性質なので反射鏡等の焦点距離を適用して熱線ビームＲを対象物１０に収斂させればさらに効率良く過熱できる。

本装置４００は図８から読み取れるように、Ｘ線照射手段３０とＸ線透視カメラ４０を結ぶ光軸Ｘ１，Ｘ２を遮る障害物が、真空炉１９の中心部から取り払われた構造なので、必要なＸ線透視画像を容易に得られる。また、観察窓７４および熱線照射窓７６には、それぞれ耐熱ガラス板７３，７５が嵌められており、本装置４００の内外にわたる気圧の差に耐えて密封維持できる構造である。

図９は、ワークステージ（対象物載置台）の姿勢制御に関する説明図である。図９において、原点ＯによるＸ，Ｙ，Ｚ座標軸（以下、単に「軸」と略す）の各軸を基準にしてワークステージ８０の姿勢制御が可能である。すなわち、各軸方向の平行移動のほか、Ｙ軸またはＺ軸を回転軸として回転させる姿勢制御も可能であるために、半田付の仕上げ品質の管理、やり直しの品質管理および作業の工程分析も容易になっている。

なお、ワークステージ８０の材料も、耐熱隔壁５１〜５９同様にＸ線透過と耐熱性に優れたチタンの薄板によることが望ましい。また、周知のサーボ制御技術等によりワークステージ８０の姿勢制御は実現できるので、更なる詳細な説明は省略する。

図１０は、棒状ヒータを内装した本装置であり、（ａ）平面断面図と、（ｂ）縦断面図である。そして、同図（ｃ）は本装置により発見されるボイド等の説明図である。また、図１０（ａ）は、同図（ｂ）のＢ−Ｂ線による平面断面図を示し、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線による縦断面図を示している。なお、図１０（ａ）における破線Ｃと破線Ｄの交点が、図９で示した原点Ｏに相当し、Ｚ軸を回転軸としてワークステージ８０を回転させた様子を破線で示している。

図１０（ａ）（ｂ）において、本装置５００の前面には耐熱ガラス板７３を嵌めた観察窓７４が配設され、本装置５００の両側面にはチタン板による耐熱隔壁５５が配設されている。ここに図示せぬＸ線照射手段３０とＸ線透視カメラ４０を結ぶ光軸Ｘ２を、破線Ｃと破線Ｄによる狭角α（図１０（ａ））、破線Ｅと破線Ｆによる狭角β（図１０（ｂ））の範囲内に設定すれば、光軸Ｘ２を遮る障害物耐は熱隔壁５５のみであり、熱隔壁５５はＸ線の透過を阻止しないので、必要なＸ線透視画像を確実に得られる。つまり、光軸Ｘ２を適宜に回転させるか、ワークステージ８０を回転させるか、それらの両方を回転させるか、何れかの方法により、所望の透視映像が得られる。

図１０（ｂ）において、ニクロム線等による発熱体の棒状ヒータ３５が、本装置５００の天井近くで等間隔に４本並べて配設され、光軸Ｘ１，Ｘ２（図２，図７，図８参照）４３）を遮る障害物にならないように構成されている。また、本装置５００の上蓋中心部に設けた穴３６を耐熱ガラス板３７で塞がれ、その耐熱ガラス板３７の上から原点Ｏへ向けて垂直にレーザ光線を照射して距離を測定する機能を備えたレーザ照射部４１が配設されている。

このレーザ照射部４１は、照射される対象物１０の表面までの距離を測定するので、既知の寸法であるレーザ照射部４１からワークステージ８０表面までの寸法から引き算すれば、対象物１０の厚み寸法が算出されるので、対象物１０の特定に便利である。なお、レーザ照射部４１はオプション設定であり、レーザ照射部４１を用いずに、その位置にＸ線透視カメラ４０を配設した構成が基本設定である。その場合は、対象物１０から垂直の下方にＸ線照射手段３０を配設する（図１，図２，図６，図７，図８参照）。

また、図１０（ｂ）における破線Ｅと破線Ｆによる交点も、図９で示した原点Ｏに相当し、Ｙ軸を回転軸としてワークステージ８０を揺動させる様子を破線で示している。ワークステージ８０を揺動させる効果は、対象物１０に対するトップビュー（平面的）観察のみであったところを、斜視（立体的）観察まで得られる効果である。具体的には１０図（ｃ）に示す対象物１０上の半田３１に含まれるボイド３２，３３および凹部３４は、斜視観察により、高さ位置まで確認できる。

斜視観察に関し、図２、図７および図８で示したように、Ｘ線照射手段３０とＸ線透視カメラ４０を結ぶ垂直の光軸Ｘ１から斜めの光軸Ｘ２へとずらすことでも実現する。すなわち、光軸Ｘ１に沿った視線において、対象物１０に対するトップビュー観察のみであったところを、斜めの光軸Ｘ２へと視線をずらすことにより、斜視観察まで得られる効果である。そして、これと同様の斜視観察の効果を、本装置５００ではワークステージ８０の揺動により実現できる。

図１１は、熱風循環方式による本装置の模式図であり、（ａ）縦断面図と、（ｂ）平面断面図である。図７に示した外部熱源方式による本装置３００と類似の作用効果に加えて、対象物１０の上下両面から熱風Ｈを効率よく循環させる工夫がなされている。すなわち、図１１に示す本装置６００は、ワークステージ８０および対象物１０から離れた位置に配設された発熱体４２により発生した熱を、循環ファン４３によりダクト４４，４５を通じて対象物１０の上下両面にそれぞれ熱風Ｈとして効率よく吹きかける。

また、図１１（ａ）に示すＸ線照射手段３０とＸ線透視カメラ４０を結ぶ光軸Ｘ１上には、ダクト４４，４５が介在してＸ線透視の障害になるように見えるが、図１１（ｂ）に示すとおり、ダクト４４，４５のそれぞれの吹き出し口４４ａ，４５ａは、光軸Ｘ１に干渉しないようにワークステージ８０の近傍で開口する構成である。

なお、Ｘ線照射手段３０とＸ線透視カメラ４０を結ぶ光軸Ｘ１上には、Ｘ線は透過するが耐熱防御を可能にするチタンの薄板による耐熱隔壁５４，５６を配設している。すなわち、本体６００の底面に１枚の耐熱隔壁５４、上蓋位置に１枚の耐熱隔壁５６をそれぞれ配設している。
図１１（ｂ）に示す扉４８は、対象物１０の出し入れ時以外は閉じておくので、熱を逃がさず、効率が良い。

このように、図１および図２で示した装置本体に内装された発熱体２２等の熱源を、本装置６００ではワークステージ８０および対象物１０から離れた位置に配設し、ダクト４４，４５を通じて対象物１０の上下両面にそれぞれ熱風Ｈとして効率よく吹きかけるので、ワークステージ８０の周辺が簡素化される。したがって、Ｘ線照射手段３０とＸ線透視カメラ４０を結ぶ光軸Ｘ１の途中でＸ線を遮る物が少なくて済むので、Ｘ線透視による観察が有利になる。

図１２は、Ｘ線透視カメラの拡大率に関する説明図であり、対象物１０にＸ線照射手段３０からＸ線を照射し、Ｘ線透視カメラ４０により、プリント基板１１の裏側から透視する際の、実物大に対する撮影映像の拡大率を図解して説明する。

比較例として最適ではないが、説明の便宜上、本発明の対象物１０の設定位置を、スライド映写機におけるスライドフィルム設定位置に置き換えて考察すれば、直感的理解を得られるように、光源からスライドフィルムまでの距離が短いほど、または、スライドフィルムから投影スクリーンまでの距離が長いほど、拡大率が大きい。ただし、実際のスライド映写機には投影レンズの焦点距離が関与しているほか、本発明のＸ線透視カメラ４０固有の拡大能力も少なからず影響している。

図１２に戻って説明を続けると、Ｘ線照射手段３０から対象物１０までの距離をＶ、対象物１０からＸ線透視カメラ４０までの距離をＩと定義すれば、実物大に対する撮影映像の拡大率＝Ｉ／Ｖである。したがって、より大きく鮮明な画像を得るためには、Ｘ線照射手段３０を、対象物１０に近づけて相互の距離Ｖを小さくすればよい。

距離Ｖを小さくするため、Ｘ線照射手段３０を対象物１０に近づけると、Ｘ線を透過させるため断熱体２４に明けた穴２８から、Ｘ線照射手段３０が受ける熱による障害が発生しやすくなるので、穴２８を耐熱隔壁５９で塞ぐことにより、Ｘ線照射手段３０を耐熱防御し、さらにＸ線照射手段３０に風４７を送風できるように空冷ブロア管４６を配設している。

なお、加熱手段２６には、ランプヒータ８（図８参照）を流用してもよく、その他、熱風ブロア４（図７参照）または、図示せぬコイルヒータ等を用いても構わない。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されることはなく、例えば発熱体２２，４２にも電熱線以外のものを用いても構わない。

実施形態に係るＸ線透視カメラを含む半田付装置の基本形を示す縦断面図である。 可動型Ｘ線透視カメラを含む半田付装置を示す縦断面図である。 図２の装置によるリアルタイム観察の説明図であり、（ａ）平面透視図と、（ｂ）要点のみを拡大した斜視映像である。 ロボットハンドの動作説明図であり、（ａ）リワーク前と、（ｂ）リワーク途中の対象物である。 耐熱ガラスを用いた加熱ノズルの斜視映像であり、（ａ）角型ノズルと、（ｂ）筒型ノズルである。 鉛入りガラス板による観察窓を配設したＸ線遮蔽鉛箱の縦断面図である。 外部熱源方式による本装置の縦断面図である。 真空炉により構成した本装置の縦断面図である。 ワークステージの姿勢制御に関する説明図である。 棒状ヒータを内装した本装置であり、（ａ）平面断面図と、（ｂ）縦断面図である。（ｃ）は本装置により発見されるボイド等の説明図である。 熱風循環方式による本装置の模式図であり、（ａ）縦断面図と、（ｂ）平面断面図である。 Ｘ線透視カメラの拡大率に関する説明図である。

符号の説明

１ 外部熱源
２ 熱風導入管
３，３´ 本体
４ 熱風ブロワ
５ 鉛入りガラス板
６ 吸気管
７ 不活性ガス供給管
８ ランプヒータ
９ 使用者
１０ （半田付および観察の）対象物
１１ プリント基板
１２ ＩＣ
１３ 半田付箇所
１４ 角型ノズル
１５，３７，７３，７５ 耐熱ガラス板
１６ 窓枠
１７，１７ａ，１７ｂ 吹き出し口
１８ 筒型ノズル
１９ 真空炉
２０ 加熱炉
２１ 断熱筒体
２２，４２ 発熱体
２３ 加熱ノズル
２４ 断熱体
２５ 加熱炉２０の中底部
２６ 加熱手段
２８，３６ 穴
２７ 貫通穴
３０ Ｘ線照射手段
３１ 半田
３２，３３ ボイド
３４ 凹部
３５ 棒状ヒータ
４０ Ｘ線透視カメラ
４１ レーザ照射部
４３ 循環ファン
４４，４５ ダクト
４４ａ，４５ａ 吹き出し口
４６ 空冷ブロア管
４７ 風
４８ 扉
５１〜５９ 耐熱隔壁
６０ ロボットハンド
６１ 吸着部
６２ アーム
６３ 支柱
６４，６５ 矢印
７０ Ｘ線遮蔽鉛箱
７２，７４ 観察窓
７６ 熱線照射窓
８０ ワークステージ
９０ 鉛板
１００ Ｘ線透視カメラを含む半田付装置
２００ 可動型Ｘ線透視カメラを含む半田付装置
３００ 外部熱源方式による本装置
４００ 真空炉により構成した本装置
５００ 棒状ヒータを内装した本装置
６００ 熱風循環方式による本装置
Ｈ 熱風
Ｘ１，Ｘ２ Ｘ線照射手段３０とＸ線透視カメラ４０を結ぶ光軸
α，β 狭角

Claims (11)

1. 半田付の対象物（１０）を出し入れ可能な加熱炉（２０）と、
   前記対象物（１０）にＸ線照射するＸ線照射手段（３０）と、
   前記Ｘ線照射手段（３０）によりＸ線照射された前記対象物（１０）を撮影するＸ線透視カメラ（４０）と、
   前記Ｘ線照射手段（３０）または前記Ｘ線透視カメラ（４０）と前記対象物（１０）の間に配設されてＸ線を透過する耐熱隔壁（５１〜５９）と、を備えたことを特徴とするＸ線透視カメラを含む半田付装置。
2. 前記耐熱隔壁（５１〜５９）として、チタンを含有する金属板を備えたことを特徴とする請求項１に記載のＸ線透視カメラを含む半田付装置。
3. 前記Ｘ線透視カメラ（４０）の画角内に撮影可能な位置に前記対象物（１０）を配し、かつ前記対象物（１０）が前記画角内で撮影される映像に対する干渉を避けられる位置に発熱体（２２）を配設したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＸ線透視カメラを含む半田付装置。
4. 前記Ｘ線透視カメラ（４０）の光軸（Ｘ１，Ｘ２）を中心として同軸状に配設された環状または筒状の前記発熱体（２２）と、この発熱体（２２）に接続され前記対象物（１０）に向けて熱風（Ｈ）を集中させる漏斗状の加熱ノズル（２３）と、を備えたことを特徴とする請求項３に記載のＸ線透視カメラを含む半田付装置。
5. 前記加熱ノズル（２３）をＸ線透過材料により構成したことを特徴とする請求項４に記載のＸ線透視カメラを含む半田付装置。
6. 前記加熱ノズル（２３）を透明な耐熱ガラスにより構成したことを特徴とする請求項４または請求項５に記載のＸ線透視カメラを含む半田付装置。
7. 半田付に関連する作業を外部からの操作により実行できるロボットハンド（６０）を前記加熱炉（２０）の内部に配設したことを特徴とする請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載のＸ線透視カメラを含む半田付装置。
8. 前記耐熱隔壁（５１〜５９）として、耐熱温度４００℃以上のチタン、カーボン、マグネシウム、またはこれらの合金を用いたことを特徴とする請求項２ないし請求項７の何れか１項に記載のＸ線透視カメラを含む半田付装置。
9. 前記チタン合金の成分はチタン５０％以上であることを特徴とする請求項２ないし請求項８の何れか１項に記載のＸ線透視カメラを含む半田付装置。
10. 少なくともＸ線が装置外へ漏洩する可能性のある箇所を鉛板（９０）でＸ線遮蔽したことを特徴とする請求項１ないし請求項９の何れか１項に記載のＸ線透視カメラを含む半田付装置。
11. 前記鉛板（９０）には、鉛入りガラス板（５）による観察窓（７２）を配設したことを特徴とする請求項１０に記載のＸ線透視カメラを含む半田付装置。
    

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