JP2008244068A - 噴流はんだ付け装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置の裏面側に高さの大きな突起が存在する場合にも、突起とはんだ噴流装置との衝突を回避できる噴流はんだ付け装置を提供する。
【解決手段】噴流はんだ付け装置１０は、パッケージ５０を搭載し所定方向２４に搬送するコンベア１１と、コンベア１１上のパッケージ５０に向けて溶融はんだ２３を噴流させる噴流ノズル２２を有するはんだ噴流装置１２とを備え、配線基板５１のスルーホール５６内部のはんだ付けを行う。噴流はんだ付け装置１０は、パッケージ５０の表面のプロファイル情報を記憶する記憶部３２と、プロファイル情報とコンベアの搬送速度とに基づいて、パッケージ５０が噴流ノズルの位置を通過する際におけるパッケージ５０の表面と噴流ノズル２２との間の距離を予測する予測部３３と、予測部３３による予測結果に基づいて、コンベア１１とはんだ噴流装置１２との間の間隔を制御する位置制御手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、噴流はんだ付け装置に関し、更に詳しくは、コンベア式の噴流はんだ付け装置に関する。

パッケージは、配線基板とこの配線基板の表面に実装された種々の電子部品とを備える。電子部品の配線基板への実装に際しては、配線基板上に形成された電極パッドに対してはんだ付けされる場合と、配線基板に形成されたスルーホール内に電極端子を挿入した状態ではんだ付けされる場合とがある。本明細書では、後者の電子部品をスルーホール付け電子部品と呼ぶ。スルーホール付け電子部品のはんだ付けに際しては、一般にコンベア式の噴流はんだ付け装置が用いられる。

図７（ａ）〜（ｄ）は、コンベア式の噴流はんだ付け装置を用いたはんだ付けの各ステップを順次に示す断面図である。コンベア１１に載せられたパッケージ５０は、図７（ａ）に示すように所定方向２４に搬送され、図７（ｂ）に示すようにはんだ噴流装置１２の噴流ノズル２２から噴流される溶融はんだ２３によって、スルーホール５６内部のはんだ付けが行われる。引き続き、図７（ｃ）に示すようにパッケージ５０は所定方向２４に搬送され、図７（ｄ）に示すように、パッケージ５０がはんだ噴流装置１２上を通過することによって、はんだ付け工程が終了する。

コンベア式の噴流はんだ付け装置については、例えば特許文献１に記載されている。
特開２００５−２３６００１号公報（図１）

従来のパッケージでは、図７に示したように、配線基板の裏面側には電子部品が実装されていないか、或いはチップコンデンサや小型のＳＯＰ（Single Outline Package）といった高さの小さな電子部品が実装されている程度であった。同図において、噴流ノズル２２から噴流される溶融はんだ２３の高さは５〜１０ｍｍ程度であり、配線基板５１の裏面と噴流ノズル２２との距離は３〜８ｍｍ程度に設定される。

ところが近年、パッケージを搭載する電子装置の高集積化に伴い、配線基板の裏面側にも電子部品（以下、裏面電子部品と呼ぶ）が多く実装されるようになって来ており、中には高さが１０ｍｍに達するコネクタなどが実装されることがある。しかし、この場合、配線基板５１の裏面と噴流ノズル２２との距離をはんだ付けに適した値に設定すると、裏面電子部品の高さがその値を上回り、図８の符号６１に示すように、裏面電子部品５４とはんだ噴流装置１２とが衝突する問題が生じている。

このため、高さの大きな裏面電子部品を備えるパッケージのはんだ付け工程に際しては、電子部品毎に局部的なはんだ付けを行うか、或いは、はんだゴテを用いた手作業でのはんだ付けを行わざるを得ず、工程が煩雑になり、製造時間及び製造コストが増大していた。

本発明は、上記に鑑み、半導体装置の裏面側に高さの大きな突起が存在する場合にも、突起とはんだ噴流装置との衝突を回避できる噴流はんだ付け装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の視点に係る噴流はんだ付け装置は、
半導体装置を搭載し所定方向に搬送するコンベアと、該コンベア上の半導体装置に向けて溶融はんだを噴流させる噴流ノズルを有するはんだ噴流装置とを備え、前記半導体装置のはんだ付けを行う噴流はんだ付け装置において、
前記半導体装置の表面のプロファイル情報を記憶する記憶部と、
前記プロファイル情報と前記コンベアの搬送速度とに基づいて、前記半導体装置が前記噴流ノズルの位置を通過する際における前記半導体装置の表面と前記噴流ノズルとの間の距離を予測する予測部と、
前記予測部による予測結果に基づいて、前記コンベアと前記はんだ噴流装置との間の間隔を制御する位置制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明の第２の視点に係る噴流はんだ付け装置は、
半導体装置を搭載し所定方向に搬送するコンベアと、該コンベア上の半導体装置に向けて溶融はんだを噴流させる噴流ノズルを有するはんだ噴流装置とを備え、前記半導体装置のはんだ付けを行う噴流はんだ付け装置において、
前記コンベアの搬送速度に基づいて、前記半導体装置が前記噴流装置を通過する通過時刻を予測する予測部と、
前記予測部による予測結果に基づいて、前記コンベアと前記はんだ噴流装置との間の間隔を制御する位置制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、半導体装置の表面のプロファイルに合わせて、コンベアとはんだ噴流装置との間の間隔を制御することによって、半導体装置の裏面側に高さの大きな突起が存在する場合にも、突起とはんだ噴流装置との衝突を回避できる。なお、コンベアとはんだ噴流装置との間の間隔の制御に際しては、コンベア及びはんだ噴流装置のうちの一方を他方に対して移動させてもよく、或いは、双方を移動させてもよい。

本発明の第１の視点に係る噴流はんだ付け装置では、前記記憶部は、前記半導体装置の表面に形成された突起の位置及び高さを少なくとも記憶してもよい。また、はんだ噴流装置に対してコンベアの上流側に配設され半導体装置を検出する検出部を備え、前記予測部は、検出部が半導体装置を検出した時刻と、プロファイル情報と、コンベアの搬送速度とに基づいて、半導体装置が噴流ノズルの位置を通過する際における半導体装置の表面と噴流ノズルとの間の距離を予測してもよい。

本発明の第２の視点に係る噴流はんだ付け装置の好適な態様では、前記はんだ噴流装置に対して前記コンベアの上流側に配設され前記半導体装置の突起を検出する検出部を備え、前記予測部は、前記コンベアの搬送速度と前記検出部による突起の検出結果とに基づいて、前記突起が前記噴流ノズルの位置を通過する時刻を予測してもよい。半導体装置ごとに突起の位置が異なっても、突起とはんだ噴流装置との衝突を回避できる。この場合、検出部は、半導体装置の突起の高さを更に検出し、予測部は、検出部が検出した突起の通過時間帯及び高さとコンベアの搬送速度とに基づいて、半導体装置が噴流ノズルの位置を通過する際における半導体装置の表面と噴流ノズルとの間の距離を予測してもよい。

以下に、添付図面を参照し、本発明の実施形態を更に詳しく説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る噴流はんだ付け装置の構成を示す断面図である。噴流はんだ付け装置１０は、パッケージ５０を載せて所定方向２４に搬送するコンベア１１と、コンベア１１の下部に配設されたはんだ噴流装置１２とを備える。はんだ噴流装置１２は、溶融はんだ槽２１と、コンベア１１上のパッケージ５０に向けて溶融はんだ２３を噴流させる噴流ノズル２２とを有する。図示しないが、はんだ噴流装置１２の上流にはフラックス塗布機構及び予備加熱機構が、下流には冷却機構がそれぞれ配設されている。コンベア１１は、その両端でコンベア保持部１３によって保持されている。

パッケージ５０は、配線基板５１と、配線基板５１の上面側に配設された上面電子部品５２及びスルーホール付け電子部品５３と、裏面側に配設された裏面電子部品５４とを有する。裏面電子部品５４は、例えばコネクタであって、１０ｍｍ程度の高さを有する。裏面電子部品５４の表面には、裏面電子部品５４を保護するための保護カバー５５が形成されている。保護カバー５５は、耐熱性カバーやマスキングテープ等であり、裏面電子部品５４と溶融はんだ２３との接触を避けるために形成されている。上面電子部品５２及び裏面電子部品５４は、配線基板５１の表面に形成された電極パッドに接続されている。

スルーホール付け電子部品５３は、噴流はんだ付け装置１０を用いたはんだ付けに際して、配線基板５１と未接合の状態にあり、配線基板５１に形成されたスルーホール５６にその電極端子を挿入した状態で配線基板５１上に載置されている。また、噴流はんだ付け装置１０を用いてスルーホール５６内部にはんだを充填することによって、電極端子がこのスルーホール５６内に接合される。

はんだ噴流装置１２は、配線基板５１の裏面と噴流ノズル２２との距離が３ｍｍになるような高さ位置に配設されている。噴流ノズル２２から噴流される溶融はんだ２３の高さは、５ｍｍ程度である。

本実施形態では、噴流はんだ付け装置１０は、上記構成に加えて、コンベア保持部１３の高さを調整することによってコンベア１１の高さを調整する高さ調整機構１４と、はんだ噴流装置１２の上流側に配設され、パッケージ５０の到達を検出する検出部３１とを備える。また、コンベア１１の搬送速度情報及びパッケージ５０の裏面のプロファイル情報を記憶する記憶部３２と、検出部３１からパッケージ５０の検出情報を受け取り、検出部３１がパッケージ５０の到達を検出した時刻情報と記憶部３２に記憶された搬送速度情報及びプロファイル情報とに基づき、パッケージ５０が噴流ノズル２２の位置を通過する際におけるパッケージ５０の裏面と噴流ノズル２２との間の距離を予測する予測部３３と、予測部３３から距離予測情報を受け取り、その受け取った距離予測情報に基づき、高さ調整機構１４を制御する制御部３４とを備える。

記憶部３２、予測部３３、及び、制御部３４は、中央演算装置及び記憶装置を備え、予め設定された制御プログラムによって動作するコンピュータ装置として構成される。プロファイル情報は、パッケージ５０の裏面内における突起の位置及び高さの情報を含む。本実施形態でパッケージ５０の裏面内における突起は、裏面電子部品５４及び保護カバー５５である。

高さ調整機構１４は、コンベア保持部１３に対応して、コンベア１１の双方の端部に配設された、モータ１５と、モータ１５の回転軸と同軸に接続されたボールネジ１６とを備える。コンベア保持部１３にはボールネジ１６に対応したナット部分が形成され、ボールネジ１６がこのナット部分に対して回転することによって、コンベア保持部１３をコンベア１１と一体的に上下動させることが出来る。なお、同図中、コンベア１１を水平に示したが、実際には所定方向２４に高くなるように傾斜している。

図２は、はんだ噴流装置１２とその上流付近を拡大して示す平面図である。コンベア１１は２列が配設され、それらの間からはんだ噴流装置１２が露出している。噴流ノズル２２は、コンベア１１と直交方向に延びている。パッケージ５０は、配線基板５１の側縁部がコンベア１１上に載置されている。

検出部３１は、遮断センサであって、コンベア１１の一端に配設された発光部３５と、コンベア１１の他端に配設された受光部３６とを有しており、パッケージ５０の通過に際して、発光部３５から出射し受光部３６に入射する光が配線基板５１により遮断されることによって、その通過を検出する。発光部３５及び受光部３６は、コンベア１１と一体的に上下動するように構成されている。

図３（ａ）〜（ｄ）は、図１の噴流はんだ付け装置１０を用いたはんだ付けの各ステップを順次に示す断面図である。図１と同様に、はんだ噴流装置１２の付近の構成のみを示す。図３（ａ）に示すように、パッケージ５０が搬送され検出部３１に差し掛かると、検出部３１がパッケージ５０の到達を検出する。予測部３３は、検出部３１から検出情報を受け、検出部３１がパッケージ５０の到達を検出した時刻情報と記憶部３２に記憶されたコンベア１１の搬送速度情報及びパッケージ５０の裏面のプロファイル情報とに基づき、パッケージ５０が噴流ノズル２２の位置を通過する際におけるパッケージ５０の裏面と噴流ノズル２２との間の距離を予測する。

スルーホール付け電子部品５３が、はんだ噴流装置１２上に差し掛かると、図３（ｂ）に示すように、溶融はんだ２３によってスルーホール５６の内部が充填され、スルーホール付け電子部品５３の電極端子がスルーホール５６内に接合される。更に、突起がはんだ噴流装置１２に近づくと、制御部３４が、予測部３３から受け取った距離予測情報に基づき、高さ調整機構１４を作動させて、図３（ｃ）の符号２５に示すように、コンベア保持部１３を所定距離だけ上昇させる。これによって、同図に示すように、突起とはんだ噴流装置１２との衝突を回避できる。

引き続き、突起が噴流はんだ槽２１を通過すると、制御部３４が、予測部３３から受け取った距離予測情報に基づき、高さ調整機構１４を作動させて、図３（ｄ）の符号２６に示すように、コンベア保持部１３を元の位置まで下降させる。これによって、コンベア１１とはんだ噴流装置１２との位置関係を元の状態に戻す。パッケージ５０がはんだ噴流装置１２上を通過することによって、このパッケージ５０に対するはんだ付け工程が終了する。

本実施形態の噴流はんだ付け装置１０によれば、パッケージ５０の裏面のプロファイルに合わせてコンベア１１を上下動させることが出来るので、パッケージ５０の裏面側に高さの大きな突起が存在する場合にも、突起とはんだ噴流装置１２との衝突を回避できる。なお、図２において、遮断センサの動作原理は上記に限定されない。

図４は、第１実施形態の一変形例に係る噴流はんだ付け装置の構成を示す断面図である。噴流はんだ付け装置４１は、検出部３１がラインセンサからなる点が第１実施形態とは異なる。本変形例では、検出部３１は、その受光部がコンベア１１の側部に対向して高さ方向に一列に並んでおり、通過するパッケージ５０について、突起の高さを検出する。

予測部３３は、検出部３１から突起の検出情報高さ情報を受け、突起の通過時間帯情報及び高さ情報と記憶部３２に記憶されたコンベア１１の搬送速度情報とに基づき、パッケージ５０が噴流ノズル２２の位置を通過する際におけるパッケージ５０の裏面と噴流ノズル２２との間の距離を予測する。本実施形態では、記憶部３２にパッケージ５０の裏面のプロファイル情報を記憶させておく必要はない。

本変形例の噴流はんだ付け装置４１では、検出部３１が突起の高さを検出するので、パッケージ５０ごとに突起の位置や高さが異なっても、突起とはんだ噴流装置との衝突を回避できる。

図５は、本発明の第２実施形態に係る噴流はんだ付け装置の構成を示す断面図である。噴流はんだ付け装置４２は、コンベア１１に代えて、はんだ噴流装置１２を上下動させる点において、図１の噴流はんだ付け装置１０と異なる。噴流はんだ付け装置４２は、はんだ噴流装置１２を保持するはんだ噴流装置・保持部４３を備える。はんだ噴流装置・保持部４３の両端にはボールネジ１６に対応したナット部分が形成され、ボールネジ１６がこのナット部分に対して回転することによって、はんだ噴流装置・保持部４３をはんだ噴流装置１２と一体的に上下動させることが出来る。

図６（ａ）〜（ｄ）は、図５の噴流はんだ付け装置４２を用いたはんだ付けの各ステップを順次に示す断面図である。突起がはんだ噴流装置１２に近づくと、制御部３４が、高さ調整機構１４を作動させて、図６（ｃ）の符号２６に示すように、はんだ噴流装置・保持部４３を所定距離だけ下降させる。これによって、同図に示すように、突起とはんだ噴流装置１２との衝突を回避できる。

引き続き、突起が噴流はんだ槽２１を通過すると、制御部３４が、高さ調整機構１４を作動させて、図６（ｄ）の符号２５に示すように、はんだ噴流装置・保持部４３を元の位置まで上昇させる。これによって、コンベア１１とはんだ噴流装置１２との位置関係を元の状態に戻す。なお、本実施形態でも、第１実施形態の変形例に示したように、検出部３１をラインセンサとして構成してもよい。また、第１実施形態や第２実施形態と異なり、コンベア１１及びはんだ噴流装置１２の双方を上下動させてもよい。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の噴流はんだ付け装置は、上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。

本発明の第１実施形態に係る噴流はんだ付け装置の断面図である。 図１のはんだ噴流装置の付近を拡大して示す平面図である。 図３（ａ）〜（ｄ）は、図１の噴流はんだ付け装置を用いたはんだ付けの各ステップを順次に示す断面図である。 第１実施形態の一変形例に係る噴流はんだ付け装置の断面図である。 本発明の第２実施形態に係る噴流はんだ付け装置の断面図である。 図６（ａ）〜（ｄ）は、図５の噴流はんだ付け装置を用いたはんだ付けの各ステップを順次に示す断面図である。 図７（ａ）〜（ｄ）は、従来の噴流はんだ付け装置を用いたはんだ付けの各ステップを順次に示す断面図である。 従来の噴流はんだ付け装置の問題点を示す断面図である。

符号の説明

１０：噴流はんだ付け装置
１１：コンベア
１２：はんだ噴流装置
１３：コンベア保持部
１４：高さ調整機構
１５：モータ
１６：ボールネジ
２１：噴流はんだ槽
２２：噴流ノズル
２３：溶融はんだ
２４：方向
３１：検出部
３２：記憶部
３３：予測部
３４：制御部
３５：発光部
３６：受光部
４１：噴流はんだ付け装置
４２：噴流はんだ付け装置
４３：はんだ噴流装置・保持部
５０：パッケージ
５１：配線基板
５２：上面電子部品
５３：スルーホール付け電子部品
５４：裏面電子部品
５５：保護カバー
５６：スルーホール

Claims (4)

1. 半導体装置を搭載し所定方向に搬送するコンベアと、該コンベア上の半導体装置に向けて溶融はんだを噴流させる噴流ノズルを有するはんだ噴流装置とを備え、前記半導体装置のはんだ付けを行う噴流はんだ付け装置において、
   前記半導体装置の表面のプロファイル情報を記憶する記憶部と、
   前記プロファイル情報と前記コンベアの搬送速度とに基づいて、前記半導体装置が前記噴流ノズルの位置を通過する際における前記半導体装置の表面と前記噴流ノズルとの間の距離を予測する予測部と、
   前記予測部による予測結果に基づいて、前記コンベアと前記はんだ噴流装置との間の間隔を制御する位置制御手段とを備えることを特徴とする噴流はんだ付け装置。
2. 前記記憶部は、前記半導体装置の表面に形成された突起の位置及び高さを少なくとも記憶する、請求項１に記載の噴流はんだ付け装置。
3. 半導体装置を搭載し所定方向に搬送するコンベアと、該コンベア上の半導体装置に向けて溶融はんだを噴流させる噴流ノズルを有するはんだ噴流装置とを備え、前記半導体装置のはんだ付けを行う噴流はんだ付け装置において、
   前記コンベアの搬送速度に基づいて、前記半導体装置が前記噴流装置を通過する通過時刻を予測する予測部と、
   前記予測部による予測結果に基づいて、前記コンベアと前記はんだ噴流装置との間の間隔を制御する位置制御手段とを備えることを特徴とする噴流はんだ付け装置。
4. 前記はんだ噴流装置に対して前記コンベアの上流側に配設され前記半導体装置の突起を検出する検出部を備え、前記予測部は、前記コンベアの搬送速度と前記検出部による突起の検出結果とに基づいて、前記突起が前記噴流ノズルの位置を通過する時刻を予測する、請求項３に記載の噴流はんだ付け装置。

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