JP2009059920A - プリント基板の半田付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半田付け装置の小型化を図ると共に、予熱後の温度ドロップ等がなく安定品質を確保できるプリント基板の半田付け方法を提供する。
【解決手段】プリント基板４（以下、基板４）の所定半田付け部位を包囲する位置に貫通させた開口を形成したパレット１上面に、半田付け部位を貫通開口１１内に露出させた状態で基板４を保持して搬送すると共に、溶融半田液面上を昇降させてパレット１の下面側から貫通開口１１を介して所定部位に半田付けを行う基板４の半田付け方法において、下降するパレット１下面の貫通開口１１を溶融半田液面で塞ぐことによって、貫通開口１１内を所定温度に上昇させる予熱を行った後、パレット１を下降させて貫通開口１１内に露出した部位を溶融半田２１に浸漬して半田付けを行う。予熱を行った後のパレット１の下降時機は、基板所定部位の温度を検知手段によって判断して行う。
【選択図】図３

Description

本願発明は、電子部品を実装するプリント基板の半田付けの技術分野に属し、特に半田付け部位を溶融半田に浸漬（接触又はデップ）させて行うプリント基板の半田付け方法に関する。

電子部品を実装するプリント基板を溶融半田に浸漬させて半田付けする技術、いわゆるフロー半田付け技術においては、浸漬行程前に半田付け部位又はその近傍に熱を付加する予熱を実施していた。かかる予熱は、半田付け部位に事前塗布したフラックスの活性化、溶融半田への浸漬時に半田付け部位の温度変化量を減少させることによる半田付け品質の安定を図る観点において実施されているものであった。

従来の半田付けにおいては、上記予熱を半田槽での浸漬行程前の搬送段階で専用のヒータに近接させたり、温風を当てたりして実施していた。しかし、かかる予熱方式では予熱専用の設備が別途必要となるため、半田付け装置の大型化やこれによる製造コスト上昇等の問題があった。

かかる問題点を解消するために、例えば、特許文献１には、半田槽内で溶融半田を噴流するノズルをプリント基板の搬入方向に張り出す形状として溶融半田を流入させ、この張り出し部分の溶融半田にプリント基板を近接させて搬送しつつ、溶融半田の輻射熱により予熱を行う発明が開示されている。

また、特許文献２には、半田槽の溶融半田内に熱伝導性が高い材質から成る予熱台を設置すると共に、浸漬行程前にプリント基板をこの予熱台に一旦載置し、溶融半田の輻射熱と予熱台への熱伝導により予熱を行う発明が開示されている。
特開２００２−１１８３５５号公報（第２−３頁、第１図） 特開平１０−１７３３２８号公報（第３―４頁、第２図）

しかしながら、特許文献１に示す予熱方式の半田付けでは、噴流ノズルの形状が大型化するため、半田槽の大型化による半田付け装置全体の大型化は避けられない問題であった。また、特許文献２に示す予熱方式の半田付けについても、溶融半田内に予熱台を設置するために半田槽が大型化する問題が依然としてあった。

さらに、上記特許文献の半田付けでは、予熱後にプリント基板を溶融半田に浸漬する位置へと所定の距離において略水平移動させる行程があった。このため、移動時に予熱温度が一時的に低下するいわゆる"温度ドロップ"が発生する結果、所望予熱温度が得られずに浸漬時の半田付け品質が安定し難い問題があった。

そこで、本願発明は、半田付け装置の小型化を図ることができると共に、予熱後の温度ドロップ等がなく安定した品質を確保できるプリント基板の半田付け方法を提供する。

上記の課題を解決するために、本願発明にかかるプリント基板の半田付け方法は、以下のように構成している。

すなわち、プリント基板（以下、「基板」と略称する。）の所定半田付け部位を包囲する位置に貫通させた開口を形成したパレットの上面に、半田付け部位を当該貫通開口内に露出させた状態で基板を保持して搬送すると共に、溶融半田液面上を昇降させてパレットの下面側から上記貫通開口を介して所定部位に半田付けを行う基板の半田付け方法において、下降するパレット下面の貫通開口を溶融半田液面で塞ぐことによって、該貫通開口内を所定温度に上昇させる予熱を行った後、さらにパレットを下降させて貫通開口内に露出した基板の部位を溶融半田に浸漬し、半田付けを行うことを特徴としている。

上記のパレット下面の貫通開口を溶融半田液面で塞ぐとは、具体的には溶融半田液面にパレット下面側の一部を接触させる一方、半田付け部位は溶融半田には接触させないように近接させた状態である。また、貫通開口内を所定温度に上昇させる予熱においては、半田付け部位はパレットからの伝導熱、溶融半田からの輻射熱、貫通開口空間の対流熱によって予熱されることとなる。なお、予熱はこの位置でパレットを停止させて実施しても良く、半田付け部位を溶融半田液面に接触させなければ微少に下降を継続させつつ実施しても良い。

上記貫通開口内の予熱を行った後のパレットの下降時機は、パレット又は基板の所定部位の温度を検知手段によって判断して行うことを特徴としている。検知手段としては接触型、非接触型のものを適宜に選択して採用することが可能であるが、レーザを利用した非接触型の検知手段が好適である。

また、貫通開口内に露出した基板の半田付け部位への半田付けにおいては、パレットを下降させずに噴流半田液を用いる、別言すれば、溶融半田液面を噴流状態と
させて半田付け部位を浸漬するようにしても良い。この溶融半田液を噴流させる判断も検知手段により行うことが好適である。

本願発明にかかる基板の半田付け方法は、上記方法を採るため、以下の効果を奏する。
まず、半田槽の溶融半田を予熱に利用するために専用の予熱設備が省略可能となり、半田付け装置全体の小型化及びこれによるイニシャルコストの削減はもちろんのこと、予熱設備の熱源削除によりランニングコストも大きく削減できる。

そして、基板の半田付け部位の予熱を、溶融半田液へのパレットの接触及び溶融半田液面への近接状態により実施しているため、パレットからの伝導熱及び溶融半田の輻射熱、さらには貫通開口内の対流熱により半田付け部位が効率的に予熱されることとなり、予熱時間の大幅な短縮が可能となる。

また、予熱後の浸漬位置への移動が殆どないために半田付け行程全体のサイクルタイムを削減可能な上、予熱温度が一時的に落ち込むいわゆる"温度ドロップ"を防止することも可能となる。この温度ドロップがない場合には、フラックスの良好な活性化状態を維持できると共に、半田付け部位の溶融半田への浸漬時における温度変化が小さくなり、安定した半田付け品質を確保できることとなる。

さらには、予熱ドロップがないために浸漬時における溶融半田全体の温度低下が防止され、半田槽全体の観点では溶融半田の温度維持によるランニングコスト削減の効果も発揮する。

以下に、本願発明にかかる基板の半田付け方法（以下、「本方法」と称する。）の最良の実施形態例について、図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本方法による半田付けを示す動作説明図であり、図２は本方法おける基板及びパレットを示す一部切り欠き斜視図であり、図３は本方法の予熱状態を示す動作説明図であり、図４は本方法の半田付け部位の浸漬状態を示す動作説明図であり、図５は本方法の半田付け部位の浸漬状態の変形例を示す動作説明図であり、図６は本方法の予熱行程（Ａ）と従来方法の予熱行程（Ｂ）の温度変化を示すグラフである。

本方法で用いる半田付け装置は、少なくとも溶融半田２１を貯留する半田槽２と、この半田槽２の上方側にパレット１に載置した矩形状の基板４を水平移動させて搬入出（矢印Ｘ）し得る搬送手段（図示省略）と、半田槽２の上方に位置した基板４を溶融半田２１に浸漬し得る程度に上下動（矢印Ｚ）する昇降手段（図示省略）と、を有する構成である。前記の搬送手段及び昇降手段の具体的構成については既存機構を適宜に組み合わせたものであり、本願発明の主眼ではないため、図示等は省略する。

半田槽２は基板４を載置したパレット１が浸漬可能な上方開放部を有する矩形容器状を成し、その内部に溶融半田２１を貯留している。半田槽２は内部に貯留する溶融半田２１をヒータ等から成る適宜な加温・溶融手段（図示省略）をもって加熱し、半田の溶融状態を維持している。また、半田槽２は溶融半田２１が常時環流し、所定ノズル等から噴流する形態のいわゆる"噴流型半田槽"ではなく、溶融半田液面が静置状態で安定し、適宜に内部攪拌を実施すると共にかかる攪拌時に液面に噴流状態を一時的に成す形態のいわゆる"静止型半田槽"である。

基板４はパレット１に載置されて、半田槽２に対して搬送手段や昇降手段により搬入出及び昇降を行っている。パレット１は、上面側に基板４を載置して保持し得る程度の肉厚、例えば、６〜１２ｍｍ程度を有する樹脂材から形成した板体であり、基板４と干渉しない部位を搬送手段や昇降手段と連結又は連係している。また、パレット１は、基板下面の半田付け部位に対応する位置を包囲するように貫通開口１１を形成し、電子部品４１のリード４２や半田付け部位のみを溶融半田２１の液面側に露出させている。さらに、パレット１は、基板４の電子部品４１の配置状況に対応した複数の窪み１２の形成やカバー１３を配設し、半田付け部位以外は溶融半田２１と接触しないように格別な処理を施している。

次に、本願発明の主眼である基板４の半田付け方法について、図３、図４及び図５に基づいて、以下に説明する。

先ず、基板４を載置したパレット１を搬送手段により半田槽２の上方に位置させる。この行程は、基板４の半田槽２に対する水平方向の位置決め行程である。

次に、パレット１を略水平状態を維持しつつ昇降手段により下降させ、溶融半田２１の液面にパレット１の下面の一部を接触させる一方、半田付け部位やリード４２を溶融半田２１の液面に対向して接触させない状態とさせている。この状態は別言すれば、パレット１の貫通開口１１が溶融半田２１の液面により塞がれる状態である。かかる状態はパレット１の貫通開口内を所定温度に上昇させる結果、基板４の半田付け部位を予熱する予熱行程である。

かかる予熱行程時には、半田付け部位は溶融半田２１と接触するパレット側からの伝わる間接的な伝導熱と溶融半田２１からの直接的な輻射熱により加熱されることとなる。さらに、基板４の半田付け部位はパレット１と溶融半田２１の液面により塞がれた閉空間が形成され、この閉空間内の対流熱によっても加熱されることとなり、予熱時間の大幅な短縮が可能となる。

ところで、半田付け部位の予熱温度としては、事前塗布したフラックスが活性化してリード４２や配線パターンの酸化被膜を除去し、半田の濡れ性を高める９０〜１００°Ｃ程度が好適であるとされている。そこで、半田槽２、パレット１、基板４を共通として、本方法による所定の半田付け部位の温度変化と従来の予熱ヒータ等による温度変化を測定したところ、図６の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、１００°Ｃの到達時間が約半分（２１秒と４３秒）となる実験データを得た。

半田付け部位の予熱完了後には、予熱位置からパレット１をさらに下降（矢印ａ）させて半田付け部位を溶融半田２１に浸漬させて半田付けしている。この行程は基板４の半田付け部位の浸漬行程であるが、上記の予熱位置からの下降距離は殆どなく（本実施例でも２〜４ｍｍ程度）、浸漬させている。したがって、予熱完了後に熱源から一時的に離れるような従来方法にはあった移動行程もなく、予熱温度が一時的に低下するいわゆる"温度ドロップ"の発生なく浸漬行程に移行できる。また、かかる温度ドロップがないことにより、所望予熱温度を確保できるために半田付け部位の浸漬時における温度変化量が減少し、半田付け品質の安定性に加えて半田槽２の溶融半田全体の温度低下を防止することもできる。

ちなみに、溶融半田の液温２５５°Ｃ、浸漬時間６秒において、浸漬時の所定半田付け部位の温度変化量を計測したところ、予熱ヒータによる従来方法では約２０°Ｃであったが、本方法では半分の約１０°Ｃとなる実験データを得た。

上記の予熱行程のパレット位置から浸漬行程のパレット位置までの下降時機は、タイマーにより予め設定した時間後としても良く、また、例えば、図４に記載するようなレーザ等を利用した非接触型の１又は複数の温度センサ３や接触型の温度センサ（図示省略）の検知情報により判断するようにしても良い。

上記浸漬行程はパレット１を予熱行程位置からさらに下降させて行っているが、この形態に限定せずに溶融半田２１の液面を浸漬時のみ適宜に噴流させるようにして行っても良い。具体的には、図５に示すように、溶融半田２１の内部に棒状、板状、箱状又はこれらの組み合わせて成る攪拌手段２２を配設し、これを略水平に移動（矢印ｍ）させて液面側の一部を噴流（矢印ｕ）又は盛り上げさせて、予熱行程位置で停止した半田付け部位を浸漬する形態としても良い。かかる形態であれば、浸漬行程のパレット１の下降動作を省略することが可能となる。

最後に、浸漬行程位置からパレット１を上昇させて半田切りしつつ半田槽２の上方へ位置させ、この位置から搬送手段により外部へと搬送する。なお、浸漬行程位置からパレット１の上昇においては、いわゆるパレット１及び基板４を傾斜させつつ上昇させて半田切りする"いわゆるピールバック（傾斜離脱）"を行うようにしても良い。

本方法による半田付けを示す動作説明図である。 図２は本方法おける基板及びパレットを示す一部切り欠き斜視図である。 本方法の予熱状態を示す動作説明図である。 本方法の半田付け部位の浸漬状態を示す動作説明図である。 本方法の半田付け部位の浸漬状態の変形例を示す動作説明図である。 本方法の予熱行程（Ａ）と従来方法の予熱行程（Ｂ）の温度変化を示すグラフである。

符号の説明

１ パレット
１１ 貫通開口
１２ 窪み
１３ カバー
２ 半田槽
２１ 溶融半田
２２ 攪拌手段
３ 温度センサ
４ 基板
４１ 電子部品
４２ リード

Claims (3)

1. プリント基板の所定半田付け部位を包囲する位置に貫通させた開口を形成したパレットの上面に、半田付け部位を当該貫通開口内に露出させた状態でプリント基板を保持して搬送すると共に、溶融半田液面上を昇降させてパレットの下面側から上記貫通開口を介して所定部位に半田付けを行うプリント基板の半田付け方法において、
   下降するパレット下面の貫通開口を溶融半田液面で塞ぐことによって、該貫通開口内を所定温度に上昇させる予熱を行った後、さらにパレットを下降させて貫通開口内に露出したプリント基板の部位へ半田付けを行うことを特徴としたプリント基板の半田付け方法。
2. 該貫通開口内の予熱を行った後のパレットの下降時機を、パレット又はプリント基板の所定部位の温度を検知手段によって判断して行うことを特徴とする請求項１記載のプリント基板の半田付け方法。
3. 貫通開口内に露出したプリント基板の半田付け部位への半田付けにおいて、噴流半田液を用いたことを特徴とする請求項１又は２記載のプリント基板の半田付け方法。

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