JP2008060501A - フローはんだ付け装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
噴流波を形成する溶融はんだの流れを調節して制御することで安定した流れ方向と速度を噴流波に与え、高品質で安定したプリント配線板のはんだ付け実装を可能にすること。
【解決手段】
吹き口部に設けられた噴流孔２ｃより噴流して形成した溶融はんだの噴流波によりプリント配線板の被はんだ付け部に溶融はんだを供給してはんだ付けを行うフローはんだ付け装置において、
噴流孔２ｃの側方に、端部に多数の凸部３ａを並べて形成した溢流制御板３を設け、前記噴流孔より噴流した溶融はんだを一時的に溜めると共に前記溶融はんだを溢流させることで噴流波を形成する。この溢流制御板の位置を上下左右に調節することで、溶融はんだの流れる方向と速度とを調節することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子部品を搭載したプリント配線板のような被はんだ付けワークと溶融はんだの噴流波を接触させてはんだ付けを行い、該電子部品をプリント配線板にはんだ付け実装するためのフローはんだ付け装置に関する。

フローはんだ付け装置には、プリント配線板の被はんだ付け部に溶融はんだを確実に供給し十分な濡れを確保し、また、スルーホールには溶融はんだを確実に濡れ上がらせることが求められ、これら多数存在する被はんだ付け部のフィレット形状も揃っていることが求められる。そして、これらをパラメータとするはんだ付け品質がプリント配線板の各部において均一に分布することが求められる。

従来用いられているフローはんだ付け装置の一例を図４および図５を用いて説明する。図４は、従来のフローはんだ付け装置の概要を説明する斜視図である。また、図５は、図４のフローはんだ付け装置のプリント配線板の搬送方向Ａに沿った方向の断面を示した図で、（ａ）はその全容の縦断面を示す図、（ｂ）は吹き口部および噴流波の近傍部分のみを示した図、である。

図４に示されたはんだ槽１０には溶融状態のはんだが収容され、この溶融はんだ１１は図示しないヒータおよび温度センサそしてこれらに接続されてはんだの温度を制御する温度制御装置とにより予め決めた所定の温度に維持されている。そして、この溶融はんだ１１を図５（ａ）に示された電磁ポンプ２０等のはんだ送給手段により吹き口体１に送給し、この吹き口体１に設けられた噴流板２の噴流孔２ｃから噴流させて噴流波６を形成する構成である。

図５（ａ）に例示する電磁ポンプ２０はＡＬＩＰ型の電磁ポンプであり、外部コアに捲回された駆動コイル２１に多相交流を供給して、内部コア２２との間に移動磁界を発生させて溶融はんだに推力を与える仕組みであり、外部コアと内部コアとの間に推力発生流路２４が形成されている。なお、プロペラ式等のポンプを使用した装置も多数ある。また、吹き口体１内に設けられた整流板７は電磁ポンプ２０の吸い込み口２３から吸い込まれて送給される溶融はんだの流れを整えるための手段であり、噴流板２に安定した送給圧力で溶融はんだを供給するために設けてある。

そして、電磁ポンプ２０や吹き口体１等は吊り下げ具１２ではんだ槽１０の上縁にねじ１４等により固定され、溶融はんだ１１中から容易に引き上げてメンテナンスを行うことができるように構成されている。把手１３はこの引き上げの際の把持手段である。

噴流波６は、噴流板２に設けた噴流孔２ｃの列すなわち透孔列から噴流して形成され、その後は噴流板２の案内部２ａを流れ下ってはんだ槽１０内に還流する。図４および図５の例では噴流孔２ｃが３列に配列され各噴流孔の位置関係は千鳥状配置である。この噴流孔２ｃの列すなわち透孔列は１列や２列のものもあるが、通常は２〜５列程度で使用されている。また、図５に示すように各噴流孔から噴流した溶融はんだは合流して１つの噴流波６を形成する。

そして、この噴流波６に搬送コンベア１６で搬送（矢印Ａ方向）されるプリント配線板１５の下方側の面すなわち被はんだ付け面を接触させ、このプリント配線板１５の被はんだ付け部やスルーホールに溶融はんだが供給され、はんだ付けが行われる。なお、図４および図５では搬送コンベア１６を略図で示している。また、図５（ｂ）では、プリント配線板１５を仰角θで搬送する場合を例示している。

なお、吹き口体１に噴流板２を設けずに、四角形の開口を有する吹き口体から直接に溶融はんだを噴流させて噴流波を形成する場合もあり、このようにして形成される噴流波は被はんだ付け部のフィレット形状を整える目的の整形噴流波として使用される場合が一般的である。例えば、図４や図５に示す噴流波６を１次噴流波として使用し続いて先の整形噴流波を２次噴流波として使用して、プリント配線板に対する溶融はんだの供給を２段に行うはんだ付け方法である。

このようなフローはんだ付けを行う場合において、プリント配線板の被はんだ付け部に溶融はんだを確実に供給して十分な濡れを確保し、また、スルーホールには溶融はんだを確実に濡れ上がらせ、被はんだ付け部のフィレット形状も良好な形状に整形する必要がある。そして、プリント配線板には多数の被はんだ付け部が存在するので、これら多数の被はんだ付け部において均一なはんだ付け状態すなわち均一な品質が求められる。

特許文献１の技術では、噴流孔の列の間に案内溝を設け、この案内溝に沿って溶融はんだが流れるように流れを制御することによって、溶融はんだを確実にプリント配線板の被はんだ付け部に供給するように構成している。
実開平４−４７８６２号公報

図４に示す従来のフローはんだ付け装置では、噴流波６を形成した溶融はんだは案内部２ａを流れ下ってはんだ槽１０に還流する。この場合において、噴流波６を形成している溶融はんだと案内部２ａを流れ下っている溶融はんだとは１つに繋がっていて帯状の形態を有している。このことは特許文献１の技術においても同様である。

すなわち、図４に示す噴流板２上に噴流した溶融はんだとその案内部２ａを流れ下る溶融はんだとで１つの噴流波が形成されていて、噴流板２上を流れる溶融はんだの流れ方向や速度は隣接する流れの方向や流速の影響を受けて変動し、同様に案内部２ａを流れ下る溶融はんだの流れ方向や速度も隣接する流れの方向や流速の影響を受けて変動する。さらに、噴流板２上を流れる溶融はんだの流れ方向や速度は案内部２ａを流れ下る溶融はんだの流れ方向や流速の影響を受けて変動する。

したがって、図４や特許文献１の技術では、帯状で１つに形成されている溶融はんだの流れの一部に流れ方向や速度の変動を生じると、その変動が周囲の溶融はんだの流れに影響を与えて順次この影響が広まり、噴流波の流れ方向や速度が噴流波の各部において変動を繰り返すようになる。これは、噴流波を形成する溶融はんだの流れる方向や速度が制御されていないからである。特許文献１の技術でさえ、噴流波を形成した溶融はんだがはんだ槽に還流する際の流れの前記変動の影響を受けるため、噴流波の流れ方向や速度が変動を繰り返す。

そのため、この噴流波の変動が、プリント配線板に存在する多数の被はんだ付け部の各部においてはんだ付け品質が不均一に分布し、またこのはんだ付け品質が時間と共に変動する問題となって現れている。

本発明の目的は、噴流波を形成する溶融はんだの流れを調節し制御することでプリント配線板の実装状態に適した噴流波を形成すると共に安定した流れ状態すなわち安定した流れ方向と速度を噴流波に与え、プリント配線板における被はんだ付け部の位置やはんだ付けを行っている時刻に依らずに安定して溶融はんだを供給し、高品質で安定したプリント配線板のはんだ付け実装を可能にすることにある。

本発明は、噴流波を形成する溶融はんだの流れ方向と速度すなわち流れのベクトルを制御することで、安定した噴流波を形成できるように構成したところに特徴がある。

（１）噴流孔より噴流して形成した溶融はんだの噴流波によりプリント配線板の被はんだ付け部に溶融はんだを供給してはんだ付けを行うフローはんだ付け装置において、前記噴流孔の側方に、前記噴流孔より噴流した溶融はんだを一時的に溜めると共に前記溶融はんだを溢流させることで噴流波を形成し、かつ前記溶融はんだが溢流する端部に多数の凸部を並べて形成した溢流制御板を設けるようにフローはんだ付け装置を構成する。

これにより、噴流波を形成する溶融はんだは、凸部と凸部との間に形成される凹部に向かってより多く流れるようになり、噴流波を形成する溶融はんだの流れに定まった方向性を与えることができるようになる。したがって、流れの制御された噴流波を形成することができる。また、流れ方向を定めることにより各部に生じていた流れ方向の変動とその広まりによる干渉が激減する。さらに、溶融はんだが流れる速度についても変動が激減しその広まりによる干渉も激減する。したがって、安定した流れの噴流波を形成することができる。

（２）溶融はんだが噴流する透孔を列状に並べて構成された透孔列から溶融はんだを噴流させて形成した噴流波によりプリント配線板の被はんだ付け部に溶融はんだを供給してはんだ付けを行うフローはんだ付け装置において、溶融はんだが噴流する透孔の側方に設けられて前記透孔列から噴流した溶融はんだを一時的に溜めると共に前記溶融はんだを溢流させることで噴流波を形成し、かつ前記溶融はんだが溢流する端部に多数の凸部を前記透孔の列方向の間隔の整数倍または整数分の１の間隔で並べて形成した溢流制御板を設けるようにフローはんだ付け装置を構成する。

これにより、前記（１）と同様に各透孔から噴流した溶融はんだは、凸部と凸部との間に形成される凹部に向かってより多く流れるようになり、各透孔から噴流した溶融はんだの流れに定まった方向性を与えることができるようになる。したがって、流れの制御された噴流波を形成することができる。

また、各透孔から噴流した溶融はんだの流れ方向が定まったことにより、各透孔から噴流する溶融はんだの流れ相互間の干渉も激減する。すなわち、各部に生じていた流れ方向の変動も極めて少なくなり、その広まりによる干渉も激減する。さらに、各部に生じていた速度の変動も極めて少なくなり、その広まりによる干渉も激減する。したがって、安定した流れの噴流波を形成することができる。

（３）前記（１）（２）の構成において、溢流制御板から溢流する溶融はんだが凸部と凸部との間に形成される凹部からそれぞれ条状流に分割されて溢流する大きさに凸部を形成した溢流制御板を備えるように構成したフローはんだ付け装置である。

この構成では、噴流波を形成した溶融はんだは溢流制御板の各凹部から条状流となって流下してはんだ槽に還流する。そのため、噴流波を形成する溶融はんだの流れに最も強い方向性を与えることができるようになり、噴流波を形成する溶融はんだの流れ方向と速度は最も安定し、最も安定した噴流波を形成することができる。

（４）前記（１）（２）（３）の構成において、溢流制御板は少なくとも噴流波の高さ方向およびこの方向に直交する横方向の何れかの方向に位置調節可能に設けられるように構成したフローはんだ付け装置である。

これにより、噴流波を形成する溶融はんだの流れ方向ひいては速度も調節できるようになり、プリント配線板に溶融はんだを供給する際の流れ方向を調節することができると共に噴流波の形状も調節できるようになり、しかもそれらを安定に維持することができるようになる。

本発明によれば、噴流波を形成する溶融はんだの流れ方向やその速度を制御することができるようになり、ひいては噴流波の形状も調節することができるようになる。すなわち、溶融はんだを噴流した後の流れを制御することができるようになるので、自然発生的に生じていた変動とその変動の広がりによる干渉が激減し、極めて安定した噴流波を形成することができるようになる。

その結果、プリント配線板における被はんだ付け部の位置やはんだ付けを行っている時刻に依らずに安定して溶融はんだを供給し、高品質で安定したプリント配線板のはんだ付け実装を行うことができるようになる。

本発明におけるフローはんだ付け装置の構成例を図面を用いて説明する。本発明のフローはんだ付け装置の基本となる構成部分は図４および図５に示すフローはんだ付け装置と同じであり、噴流波を形成する吹き口体周辺の構成が異なる。

図１は本発明に用いる噴流板及び溢流制御板の構成を説明するための図で、図２及び図３は本発明に用いる溢流制御板の作用を説明するための図である。

まず、本発明に用いる溢流制御板について説明すると、図１（ａ）には多数の凸部により形成される凹部の深さが浅くかつそれらの形状を正弦状に形成した溢流制御板の構成例が示されており、図１（ｂ）に多数の凸部により形成される凹部の深さが深く凸部の形状を三角形に形成した溢流制御板の構成例が示されている。なお、凸部や凹部の形状は、これに限定されるものではない。穏やかな流れを形成する形状すなわち曲線や直線の組み合わせにより構成される形状であればよい。そして、この溢流制御板は噴流板に取り付けられ、この溢流制御板が取り付けられた噴流板がねじ孔２ｄを介して吹き口体にねじ２ｅで固定される等の手段によって図４および図５のフローはんだ付け装置に用いられる。

図１（ａ）（ｂ）の何れにおいても、溢流制御板３は噴流波の高さ方向の矢印Ｂ方向とそれに直交する横方向の矢印Ａ方向に位置調節可能に設けてある。すなわち、溢流制御板３には矢印Ａ方向および矢印Ｂ方向の位置調節量を与える大きさの調節孔３ｃを設けてあり、この溢流制御板３を前記調節孔３ｃよりも大きい押さえ板４で締めつけて固定する構成である。この締めつけは、押さえ板４を通り前記調節孔３ｃを通るねじ４ａを噴流板２の案内部２ａに螺合して行われ、これにより目的とする位置に溢流制御板３を移動させて固定することができる。

そして、噴流板２には、その長手方向すなわち図４において搬送されるプリント配線板１５の搬送方向Ａに対して直交する方向に透孔列を３列設けてありすなわち噴流孔２ｃを３列に設けてあり、隣り合う噴流孔２ｃが千鳥状に配置されるように設けてある。

また、溢流制御板３の隣合う凸部３ａ間の間隔が、噴流孔２ｃの列（長手方向の３つの列）における隣り合う噴流孔２ｃの間隔に等しくなるように構成してある。これにより、噴流孔２ｃから噴流した溶融はんだの流れ方向を規則正しく制御することができるようになる。

したがって、図１（ａ）の例では、各噴流孔２ｃから噴流した溶融はんだは噴流板２上に留まって溜まり部２ｂを形成した後に、主に溢流制御板３の凹部３ｂを通ってはんだ槽内へ還流する。噴流孔２ｃからの溶融はんだの噴流量すなわちポンプから供給する溶融はんだの単位時間当たりの送給流量を少なく調節すれば、溜まり部２ｂの溶融はんだは溢流制御板３の凹部３ｂのみを通って流れてはんだ槽内に還流し、条状流（図２（ａ）（ｂ）の５）となってはんだ槽内に還流する。

他方、図１（ｂ）の例では溢流制御板３の凹部が深いため、各噴流孔２ｃから噴流した溶融はんだが噴流板２上に溜まりを形成する時間は短く、直ちに溢流制御板３の各凹部３ｂを通る条状流となってはんだ槽内に還流する。この図１（ｂ）の例では凸部３ａが三角形に形成してあるので、溢流制御板３を矢印Ｂ方向すなわちその高さ位置を調節することにより、凹部から還流する条状流（図２（ａ）（ｂ）の５）の流量も調節することができる。

図２は、溢流制御板３の横方向すなわち図１の矢印Ａ方向の位置を調節することにより、噴流孔から噴流した溶融はんだの流れすなわち噴流波を構成する溶融はんだの流れがどのように制御されるかを説明する図で、図２（ａ）と（ｂ）とは溢流制御板３の位置が相違し凸部３ａを黒色で示し凹部３ｂを白色で示している。

図２（ａ）のように溢流制御板３の横方向の位置を調節すると、各噴流孔２ｃから噴流した溶融はんだは同図の矢印で示すように斜め方向へ列状に流れて噴流波を形成し、凹部３ｂから条状流５となってはんだ槽内へ還流する。このように、噴流波を形成する溶融はんだの流れに定まった方向性が与えられ、流れ方向が安定した噴流波が形成される。したがって、溶融はんだの流れが相互に干渉し難くなって溶融はんだが流れる速度も安定する。

また、図２（ｂ）のように溢流制御板３の横方向の位置を調節すると、各噴流孔から噴流した溶融はんだは同図の矢印で示すように前後方向へ列状に流れて噴流波を形成し、凹部３ｂから条状流５となってはんだ槽内へ還流する。この調節例の場合においても、溶融はんだが流れる方向は図２（ａ）の場合とは相違するものの、噴流波を形成する溶融はんだの流れに定まった方向性が与えられ、流れ方向が安定した噴流波が形成される。したがって、溶融はんだの流れが相互に干渉し難くなって溶融はんだが流れる速度も安定する。なお、このように溢流制御板は溶融はんだの流動状態を制御するものであるから、流動制御板ともいうことができる。

このように、噴流波を構成する溶融はんだの流れ方向と速度が安定化し、しかも流れ方向を制御することができるので、プリント配線板の実装状態（主に電子部品の種類やその配置状態の相違によって規定される被はんだ付け部の分布状態）によって最適な噴流波すなわち最も良好に溶融はんだを供給して濡れやスルーホールの濡れ上がりが良好となる噴流波を形成することができるようになる。

図３は、図１（ａ）の溢流制御板の上下方向すなわち図１（ａ）の矢印Ｂ方向の位置を調節することにより、噴流孔２ｃから噴流した溶融はんだの流れすなわち噴流波６を構成する溶融はんだの流れがどのように制御されるかを説明する図で、図３（ａ）は溢流制御板３の位置を高く調節した例を示し、図３（ｂ）は溢流制御板３の位置を低く調節した例を示している。

図３（ａ）のように溢流制御板３の位置を高くすると、噴流孔２ｃから噴流した溶融はんだが噴流板２上に溜まる量が多くなり、噴流波６の波高が高くなると同時に噴流波形状に生じるリップルは小さくなる。他方で、図３（ｂ）のように溢流制御板３の高さを低くすると、噴流孔２ｃから噴流した溶融はんだが噴流板２上に溜まる量は少なくなり、噴流波６の波高が低くなると同時に噴流波形状に生じるリップルは大きくなる。図３（ｂ）の状態でポンプから送給する溶融はんだの単位時間当たり送給流量を増やすと、破線で示すように噴流波６を形成した溶融はんだの供給量が多くなり噴流波６の波高が高くなって溢流制御板３の凸部３ａからも溢流するようになるが、溢流流量は凹部３ｂからの溢流流量が多く、噴流波６を形成する溶融はんだの流れ方向が大きく変化することはない。

このように、噴流孔から噴流して噴流波を形成した溶融はんだの流れに一定の方向性を与えることで溶融はんだの流れ方向と速度が安定し、この噴流波を用いてプリント配線板のはんだ付け実装を行うことにより、はんだ付け品質が１枚のプリント配線板内の位置によって変化したり、プリント配線板毎に変化したりすることがなくなり、安定した品質ではんだ付け実装を行うことができるようになる。しかもプリント配線板の実装状態に応じて溶融はんだの流れ方向を調節して制御し、また噴流波形状を調節して制御し、最も高いはんだ付け品質が得られるように調節することができるようになる。

なお、溢流制御板３の隣合う凸部３ａ間の間隔は、噴流孔２ｃの列（長手方向の３つの列）における隣り合う噴流孔２ｃの間隔と異なってもよい。好ましくは整数倍や整数分の１倍であれば良いが、制御性は若干劣るものの必ずしも一致している必要はない。

また、図１〜図３に示した例では、噴流板に多数の透孔すなわち溶融はんだの噴流孔を設けた例を説明したが、この噴流板の上方の平らな部分すなわち多数の噴流孔が設けられた部分に１つの大きな長方形の噴流孔を設けて構成してもよい。この場合においては、図示はしないが形状が平面的な噴流波が得られる。そして、噴流波を形成した溶融はんだは主に溢流制御板の凹部から流れ出てはんだ槽内に還流するので、図１〜図３で説明したように流れ方向と速度が制御されて安定した噴流波を形成することができる。もちろん、噴流波を形成した溶融はんだが各凹部から流れ出て条状流となってはんだ槽内に還流するように構成してもよい。

本発明にかかるフローはんだ付け装置は、電子部品が搭載されたプリント配線板のはんだ付け実装に使用される。そして、不安定に変化し易い噴流波を安定な状態に制御することが可能になり、従来よりも一層品質の優れたはんだ付け実装を可能にして電子産業に貢献することができる。

本発明の主要部の構成を説明する斜視図 本発明に用いる溢流制御板の作用を説明するための図 本発明に用いる溢流制御板の作用を説明するための図 従来のフローはんだ付け装置の概要を説明する斜視図 従来のフローはんだ付け装置の主要部を説明する断面図

符号の説明

１ 吹き口体
２ 噴流板
２ａ 案内部
２ｂ 溜まり部
２ｃ 噴流孔
２ｄ ねじ孔
３ 溢流制御板
３ａ 凸部
３ｂ 凹部
３ｃ 調節孔
４ 押さえ板
４ａ ねじ
５ 条状流
６ 噴流波
７ 整流板
１０ はんだ槽
１１ 溶融はんだ
１２ 吊り下げ具
１３ 把手
１４ ねじ
１５ プリント配線板
１６ 搬送コンベア
２０ 電磁ポンプ
２１ 外部コアおよび駆動コイル
２２ 内部コア
２３ 吸い込み口
２４ 推力発生流路

Claims (4)

1. 噴流孔より噴流して形成した溶融はんだの噴流波によりプリント配線板の被はんだ付け部に溶融はんだを供給してはんだ付けを行うフローはんだ付け装置において、
   前記噴流孔の側方に、前記噴流孔より噴流した溶融はんだを一時的に溜めると共に前記溶融はんだを溢流させることで噴流波を形成し、かつ前記溶融はんだが溢流する端部に多数の凸部を並べて形成した溢流制御板を設けたこと、
   を特徴とするフローはんだ付け装置。
2. 溶融はんだが噴流する透孔を列状に並べて構成された透孔列から溶融はんだを噴流させて形成した噴流波によりプリント配線板の被はんだ付け部に溶融はんだを供給してはんだ付けを行うフローはんだ付け装置において、
   前記溶融はんだが噴流する透孔の側方に、前記透孔列から噴流した溶融はんだを一時的に溜めると共に前記溶融はんだを溢流させることで噴流波を形成し、かつ前記溶融はんだが溢流する端部に多数の凸部を前記透孔の列方向の間隔の整数倍または整数分の１の間隔で並べて形成した溢流制御板を設けたこと、
   を特徴とするフローはんだ付け装置。
3. 溢流制御板は溢流制御板から溢流する溶融はんだが凸部と凸部との間に形成される凹部からそれぞれ条状流に分割されて溢流する大きさに凸部を形成したこと、
   を特徴とする請求項１または請求項２記載のフローはんだ付け装置。
4. 溢流制御板は少なくとも噴流波の高さ方向およびこの方向に直交する横方向の何れかの方向に位置調節可能に設けられていること、
   を特徴とする請求項１ないし請求項３記載のフローはんだ付け装置。

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