JP2006315043A - リフロー溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 温度が低い状態でリフロー溶接するとワークに導通不良が起きるので、始動直後は空打ちをしてホルダーを温める必要があった。一方、ヒーターチップに常に電流を流して高温のアイドリング状態を維持する場合は、ピーク温度が規格の上限を超えるオーバーシュートを起こす問題があった。
【解決手段】 一方に半田膜を形成した二つの金属を重ねてヒーターチップで加熱し、半田膜を溶融してこれら二つの金属を半田付けするリフロー溶接装置において、絶縁材を介して対向した一対の導体からなる移動自在なホルダー32と、ホルダー32に取付けられ通電によって高温となるヒーターチップ33と、ホルダー32を加熱する加熱手段とを設ける。溶接動作を休止している期間中、加熱手段によってホルダー32を加熱して、ホルダー32の温度を１００°Ｃ以上の一定温度に維持する。
【選択図】 図１

Description

本発明は小型電子部品等の極めて狭い部分における半田付け接続に適するリフロー溶接装置の構成に関するものである。

電子部品におけるリード線と電極との接合には、抵抗溶接やレーザー接合、アーク溶接、超音波接合、リフロー溶接など様々な方法が用いられてきた。ところが近年、電子部品の小型化が進み、２ｍｍ角以下のものも増えてきている。このような小型の電子部品になると、アース電極が必要な抵抗溶接を行うのは難しくなる。また、電極が薄く小さくなると溶断しやすくなるため、レーザー接合、アーク溶接なども困難となる。これらの接合方法の中では、リフロー溶接が小型の電子部品に比較的対応が容易である。

リフロー溶接は、半田メッキした金属上に別の金属を重ねておき、熱源によってこの半田を溶かして接合するものである。熱源としては、高温炉の輻射熱を用いるものや、電流を流して発生したジュール熱を利用するヒーターチップを用いたものがある。本発明は、このヒーターチップ方式のリフロー溶接装置の改良を目的としたものである。

モリブデンやタングステン等の高抵抗材料で構成されるヒーターチップは、熱容量の大きいホルダーに取付けられる。溶接装置の運転を３０分以上停止すると、ホルダーの温度は安定時に比べて１００°Ｃ近くも低下する。ホルダーの温度が低い状態でリフロー溶接すると接合が不十分となり、ワークの電子部品に導通不良が起きる可能性が高まる。このため、運転を開始した直後は温度が上がるまで空打ちをして、ホルダーを温める必要があった。
特開平８−２２９６７５号公報

ホルダーが温まるまでの待ち時間をなくすために、ヒーターチップに常に電流を流して高温のアイドリング状態を維持することも考えられている。ところが、その場合、溶接電源の電流を常時流すことになるので、アイドリング状態から急激に温度を上げるとオーバーシュートを起こしてピーク温度が規格の上限を超えることがあった。リフロー溶接は抵抗溶接等に比べると溶接時間が長いので、温度を上げすぎると電子部品に短絡不良が発生する原因となる。

本発明は、少なくとも一方に半田膜を形成した二つの金属を重ねてヒーターチップで加熱し、半田膜を溶融してこれら二つの金属を半田付けするリフロー溶接装置において、絶縁材を介して対向した一対の導体からなる移動自在なホルダー32と、ホルダー32に取付けられ通電によって高温となるヒーターチップ33と、ホルダー32を加熱する加熱手段とを備え、溶接動作を休止している期間中、加熱手段によってホルダー32を加熱して、ホルダー32の温度を１００°Ｃ以上の一定温度に維持する構成を特徴とする。

本発明によれば、溶接装置の運転開始時や一時的に停止した後の再開時における温度変動がきわめて少なくなり、安定した接合品質を得ることができる。また、電子部品のリード線が絶縁被覆線である場合も線材を溶断せずに確実に絶縁被膜を剥離できるので、導通不良の発生を防止できる効果もある。

図１及び図２は本発明によるリフロー溶接装置の一実施例を示すものである。水平方向に移動自在なベース10の側面に、ガイドレール12が固定してある。ガイドレール12には、溶接ヘッド30を支持したアーム20を噛み合わせてある。アーム20の上部に取付けたロッド22が図示しないエアシリンダあるいはボールネジ等の駆動装置に連結してある。溶接ヘッド30を保持したアーム20は、これらの駆動装置によって上下動される。

溶接ヘッド30は、アーム20に固定された絶縁材からなる取付台31と一対の導体からなるホルダー32、ヒーターチップ33等を備えている。取付台31の下面に固定されたホルダー32は、絶縁板34を介して対向した二つのホルダー32ａ、32ｂに分かれている。これらのホルダー32ａ、32ｂは、熱容量の大きなクロム銅などで構成してあり、ヒーターチップ33に電流を流す電極の役目を果たすと同時に蓄熱器を兼ねている。それぞれのホルダー32ａ、32ｂに取付けた端子35（図２）は図示しない電源装置に接続してある。

ホルダー32の下面には、ホルダー32加熱用のヒーター36を支持板37で固定して取付けてある。ヒーター36としては絶縁性に優れたセラミックヒーターが適している。ホルダー32の温度を熱電対等のセンサーで監視し、溶接動作を休止している期間中も、ホルダー32の温度が１００°Ｃ以上の一定温度、例えば１２０°Ｃとなるようにヒーター36をオンオフして調節する。この状態で、溶接開始スイッチをオンにしたとき、ヒーターチップ33に電流が流れて発熱し、特にその先端部が高温になる。溶接動作が連続したときのホルダー32の過熱を防ぐために、冷却ファンを使用してもよい。

図３は、ワークの電子部品40がインダクタの場合の接合動作を示している。リング型のコア43に取付けられた電極42には、あらかじめ半田メッキが施してある。ドラム型のコア44には絶縁被覆されたコイル41が巻回され、コイル41の端末のリード線41ａが電極42の上に引き出されている。下降させたヒーターチップ33の先端を電極42の上に重ねたリード線41ａに押し当て、ヒーターチップ33に電流を流して加熱する。このときのヒーターチップ33の先端の温度は、リード線41ａや電極42のサイズによって異なるが、８００°Ｃ〜１２００°Ｃ程度になされる。

ヒーターチップ33が接触した部分のリード線41ａは絶縁被膜が溶けて導体が露出し、それと同時に電極42の半田メッキ層も溶かされる。この後、ヒーターチップ33を上昇させて冷却することにより、半田が硬化してリード線41ａと電極42は半田付けされる。なお、図２の溶接装置全体を時計方向に９０°回転させ、溶接ヘッド30の移動方向が水平方向となるように構成してもよい。

また、図４及び図５に示すようにヒーター36はホルダー32から分離して設けてもよい。これらの図においても前記実施例と対応する部分には同一符号を付してある。溶接動作を中断して待機するときは図４のようにヒーター36の上にホルダー32を載置してホルダー32を加熱して保温する。一方、溶接動作を行う時は図５のようにホルダー32がヒーター36から離れて、接合を行うワークまでヒーターチップ33を移動させるものである。

本発明の装置の第１実施例を示す正面図 同装置の側面図 溶接動作を示す一部断面正面図 本発明の装置の第２実施例を示す溶接休止時の側面図 同装置の溶接動作時の側面図

符号の説明

30 溶接ヘッド
32 ホルダー
33 ヒーターチップ
36 ヒーター

Claims (3)

1. 少なくとも一方に半田膜を形成した二つの金属を重ねてヒーターチップで加熱し、半田膜を溶融してこれら二つの金属を半田付けするリフロー溶接装置において、
   絶縁材を介して対向した一対の導体からなる移動自在なホルダーと、
   該ホルダーに取付けられ通電によって高温となるヒーターチップと、
   ホルダーを加熱する加熱手段とを備え、
   溶接動作を休止している期間中、加熱手段によってホルダーを加熱して、ホルダーの温度を１００°Ｃ以上の一定温度に維持することを特徴とするリフロー溶接装置。
2. 二つの金属が、小型電子部品のリード線と電極である請求項１のリフロー溶接装置。
3. 加熱手段が、ホルダーに取付けられたセラミックヒーターである請求項１のリフロー溶接装置。

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