JP2007335715A

JP2007335715A - 半田付け方法

Info

Publication number: JP2007335715A
Application number: JP2006167200A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Shimizu; 俊明清水; Yoshio Mizutani; 喜夫水谷; Shinji Nogami; 信二野上; Ichiro Aoki; 一郎青木
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2007-12-27

Abstract

【課題】基板に電子部品を実装する半田付け方法に関し、無鉛半田を用いた場合に糸引き現象が発生するという課題を解決し、優れた品質の半田付け作業が安定して行える半田付け方法を提供することを目的とする。
【解決手段】プリント基板１に設けられたランド３に半田フラックス４を滴下すると共に電子部品の端子５ａを熱風加熱し、無鉛半田１２を用いて半田鏝方式のロボット半田により電子部品の端子５ａをランド３に接続する半田付け方法において、半田鏝１０の先端部に無鉛半田１２を供給し、この半田鏝１０をランド３に当接することにより溶融した無鉛半田１２を半田付け部に流入させて半田フィレット１３を形成する１次半田付けを行い、続いてこの状態で半田鏝１０の先端部に無鉛半田１２を供給して２次半田付けを行った後、半田鏝１０を引き離す方法により、良好な半田付け作業を安定して行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は各種電子部品をプリント基板に実装して半田付けを行う半田付け方法の中で、特に、無鉛半田を用いて半田鏝方式のロボット半田による半田付け作業を行う際に最適な半田付け方法に関するものである。

電子部品を基板に実装する際に用いられる半田付け作業においても、昨今の地球環境保護の観点から鉛を含有しない鉛フリー半田材料（以下、無鉛半田と呼ぶ）を用いることが検討され、種々の無鉛半田が実用化されているが、この種の無鉛半田は従来の一般的な半田材料（Ｓｎ−Ｐｂ共晶半田等）に比べて融点が高いために様々な工夫を凝らすことが必要となり、そのために各種の提案がなされている。

図４はこの種の無鉛半田を用いてフロー半田を行う従来の半田付け方法を説明するための基板近傍の拡大図であり、図４において、２０は基板、２１はこの基板２０に設けられたスルーホール、２２は電子部品、２３はこの電子部品２２から引き出されたリード、２４は上記基板２０に設けられたランドである。２５は基板２０に高温の気体２６を吹き付ける吹き付け手段である。

このように構成されたフロー半田付け装置を用いて、フラックス塗布工程およびプリヒート工程を経た基板２０が、溶融した半田材料を１次噴流および２次噴流として基板２０の下面に順次接触させることによって、基板２０に半田材料を供給する半田材料供給手段の上方に搬送され、基板２０のスルーホール２１が１次噴流２７の上方に位置すると、１次噴流２７として供給された半田材料２８が、スルーホール２１の内壁を構成するランド２４の部分と、電子部品２２から引き出されたリード２３との間の環状空間を通って濡れ上がる。

このとき、ランド２４ならびにスルーホール２１内を濡れ上がってくる半田材料２８に、高温の気体２６によって熱が供給される。これにより、半田材料２８がスルーホール２１内を濡れ上がる際に、ランド２４および基板２０を通じて奪われる熱量を減少させることができるので、半田材料２８の温度低下を減少でき、よって、半田材料２８がスルーホール２１内を十分濡れ上がることができるものであり、この後、引き続いて２次噴流と接触して、電子部品２２がフロー半田付けされた基板２０が作製されるものである。

このようにして作製される従来の基板２０は、無鉛半田を用いた場合に最適で、濡れ上がり不足やブリッジ等の発生率を効果的に低減して優れた品質の半田付け作業を行うことができるというものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００２−１７６２５０号公報

しかしながら上記従来の半田付け方法では、フロー半田付け作業が可能な場合には応用できるものの、フロー半田付け装置が無い場合や、基板上に大型の電子部品や耐熱性が劣る電子部品等を実装するために個々の電子部品毎に半田付け作業が必要な場合等には応用できないという問題があった。

従って、無鉛半田を用いて半田鏝方式のロボット半田により電子部品の端子をランドに接続する半田付け作業を行うにあたり、上記特許文献１で提案された技術を利用して、基板に設けられたランドにフラックスを塗布すると共に、電子部品の端子を熱風加熱して半田付け作業を行っても、溶融した無鉛半田が半田付け部（基板に設けたスルーホールの内壁と電子部品の端子外周との環状空間、ならびに基板の表裏面に設けたランド）に十分に回り込まなかったり、あるいは半田付けを終えて半田鏝を引き離す際に、溶融した半田の一部が半田鏝に付着したまま引っ張られて糸引き不良を発生させるという課題があった。

また、このような半田付け作業を行う電子部品の端子が、両面にめっき層が形成された金属板を打ち抜き加工することにより形成され、打ち抜き加工面にめっき層が存在しない状態のものである場合には、特に半田濡れ性が悪化することから、溶融した半田が半田付け部に十分に回り込まずにボイドと呼ばれる空洞が発生し、半田付け強度を著しく悪化させるという課題があった。

本発明はこのような従来の課題を解決し、無鉛半田を用いた半田鏝方式のロボット半田による半田付け作業においても、優れた品質の半田付け作業を安定して行うことが可能な半田付け方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために本発明は、プリント基板に設けられたランドに半田フラックスを滴下すると共に電子部品の端子を熱風加熱し、無鉛半田を用いて半田鏝方式のロボット半田により電子部品の端子をランドに接続する半田付け方法において、半田鏝の先端部に無鉛半田を供給し、続いてこの半田鏝をランドに当接することにより溶融した無鉛半田を半田付け部に流し込んで半田フィレットを形成する１次半田付けを行い、続いてこの状態で半田鏝の先端部に無鉛半田を供給して２次半田付けを行った後、半田鏝を半田付け部から引き離すことにより半田付けを行うようにしたものである。

以上のように本発明による半田付け方法は、無鉛半田を用いた半田鏝方式のロボット半田による半田付け作業においても、半田付け作業を２つのステップに区分して連続して行うことにより、半田フラックスを最適に供給することができるようになるため、溶融した半田が半田付け部に十分に回り込み、しかも半田鏝を引き離す際に糸引き現象が発生することもなく、優れた品質の半田付け作業を安定して行うことができるようになるという効果が得られるものである。

（実施の形態）
以下、実施の形態を用いて、本発明の特に全請求項に記載の発明について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１（ａ）〜（ｅ）は本発明の一実施の形態による半田付け方法を説明するための製造工程図、図２は同半田付け方法に用いる半田付け装置の構成を示した概念図であり、図１と図２において、１はプリント基板、２はこのプリント基板１に設けられたスルーホール、３はこのスルーホール２の内壁を含むプリント基板１の表裏面に形成された銅箔からなるランド、４はこのランド３上に塗布されたフラックスであり、このフラックス４は上記ランド３の表面側からスルーホール２の内壁を覆い、さらにランド３の裏面側まで覆うように塗布されているものである。

５は上記プリント基板１に実装される電子部品の一つであるコネクタ、５ａはこのコネクタ５から引き出されたリード端子、６は同じくプリント基板１に取り付けられたヒートシンク、６ａはこのヒートシンク６に取り付けられた電子部品から引き出されたリード端子、７は上記リード端子５ａ、６ａを熱風加熱する予熱ヒータ、８は上記熱風加熱を効果的に行うためのフードカバーである。

９は上記フラックス４をランド３に塗布するためのフラックスディスペンサ、１０は半田鏝、１１は半田供給ノズル、１２はこの半田供給ノズル１１から供給されるヤニ入り無鉛糸半田であり、上記半田鏝１０は図示しないロボットにより制御されて半田付け作業を行うように構成されているものである。

このように構成された半田付け装置を用いて行う本発明の半田付け方法について説明すると、まず、プリント基板１のスルーホール２内にコネクタ５、ヒートシンク６に取り付けられた電子部品の各リード端子５ａ、６ａを夫々挿入し、半田付け部のランド３にフラックスディスペンサ９によりフラックス４を塗布すると共に、上記リード端子５ａ、６ａを予熱ヒータ７により熱風加熱する（図１（ａ））。

続いて、半田鏝１０の先端に半田供給ノズル１１からヤニ入り無鉛糸半田１２を供給して溶融状態で盛り付ける１次半田供給を行い（図１（ｂ））、引き続き、半田鏝１０を降下してランド３に当接することにより、予め塗布されたフラックス４を消失させると共に、半田鏝１０に盛り付けられたヤニ入り無鉛糸半田１２をスルーホール２内に流し込んで半田フィレット１３を表裏面に形成する１次半田付けを行う（図１（ｃ））。なお、この１次半田付けの半田量は、全半田量の７０〜８０％程度が最適である。

引き続き、この状態で半田鏝１０の先端に半田供給ノズル１１からヤニ入り無鉛糸半田１２を供給する２次半田供給を行って２次半田付けを行った後（図１（ｄ））、半田鏝１０を引き上げて半田付け作業を終了する。なお、この２次半田付けの半田量は、全半田量の２０〜３０％程度が最適である。

このような方法によって半田付け作業を行うことにより、無鉛半田を用いた場合でも良好な品質の半田付け作業を行うことが可能になり、特に２次半田付けを行うことにより、半田鏝１０を半田付け部から引き離す際に、２次半田供給によって供給されたヤニ入り無鉛糸半田１２に含まれるフラックスが効果的に作用するために糸引き現象を抑制することができるという格別の効果を奏するものである。

また、上記コネクタ５、ヒートシンク６に取り付けられた電子部品のリード端子５ａ、６ａが、両面にめっき層が形成された金属板を打ち抜き加工することにより形成されたものである場合には、このリード端子５ａ、６ａの打ち抜き加工面にはめっき層が存在しないために半田濡れ性が極めて悪く、スルーホール２内にボイドができやすいものであるが、本発明の半田付け方法を用いることによってこのような問題も解消し、良好な品質の半田付け作業を行うことが可能になるものである。

また、図３は本発明の半田付け方法による半田付け作業のシーケンスを示したものであり、図３に示すように、予熱ヒータ７の加熱はフラックス４の塗布と同じタイミングでＯＮし、フラックス４の塗布を終えて半田付けを行うタイミングと同時に予熱ヒータ７をＯＦＦするようにしたものである。このようにすることにより、半田付け作業中に予熱ヒータ７からの熱風がスルーホール２内を通過して半田鏝１０の先端に当たり、半田鏝１０の温度を低下させてしまうという現象を防止することができ、さらに安定した半田付け作業を行うことができるようになるものである。

このように本発明による半田付け方法は、無鉛半田を用いた半田鏝方式のロボット半田による半田付け作業においても、半田付け作業を２つのステップに区分して連続して行うことにより、半田フラックスを最適に供給することができるようになるため、溶融した半田が半田付け部に十分に回り込み、しかも半田鏝を引き離す際に糸引き現象が発生することもなく、優れた品質の半田付け作業を安定して行うことができるようになるという格別の効果を奏するものである。

本発明による半田付け方法は、無鉛半田を用いた半田付け作業においても、優れた品質の半田付けを安定して行うことができるという効果を有し、特に高い信頼性が要求される車用の分野等として有用である。

（ａ）〜（ｅ）本発明の一実施の形態による半田付け方法を説明するための製造工程図同半田付け装置の構成を示した概念図同半田付け作業のシーケンスを示したチャート従来の半田付け方法を説明するための基板近傍の拡大図

符号の説明

１プリント基板
２スルーホール
３ランド
４フラックス
５コネクタ
５ａ、６ａリード端子
６ヒートシンク
７予熱ヒータ
８フードカバー
９フラックスディスペンサ
１０半田鏝
１１半田供給ノズル
１２ヤニ入り無鉛糸半田

Claims

プリント基板に設けられたランドに半田フラックスを滴下すると共に電子部品の端子を熱風加熱し、無鉛半田を用いて半田鏝方式のロボット半田により電子部品の端子をランドに接続する半田付け方法において、半田鏝の先端部に無鉛半田を供給し、続いてこの半田鏝をランドに当接することにより溶融した無鉛半田を半田付け部に流し込んで半田フィレットを形成する１次半田付けを行い、続いてこの状態で半田鏝の先端部に無鉛半田を供給して２次半田付けを行った後、半田鏝を半田付け部から引き離すことにより半田付けを行うようにした半田付け方法。
１次半田付けで行う半田量を２次半田付けで行う半田量よりも多くした請求項１に記載の半田付け方法。
半田付け時に熱風加熱を停止するようにした請求項１に記載の半田付け方法。
半田付けされる電子部品の端子が、両面にめっき層が形成された金属板を打ち抜き加工することにより形成され、打ち抜き加工面にめっき層が存在しない状態であるものを用いた請求項１に記載の半田付け方法。