JP2010269341A - はんだ付けノズルおよびはんだ付け装置 - Google Patents

Abstract

【課題】はんだ付けノズルの外枠近傍においても、溶融はんだの噴流をはんだ付け対象物に安定して接触させることができるはんだ付けノズルおよびはんだ付け装置を提供する。
【解決手段】はんだ付けノズル２０は、溶融はんだ２を噴流させてはんだ付けするための開口部２５を有する外枠２２と、外枠２２の開口部２５の平面視における長手方向を中央部２６ａと両端部２６ｂとに区切る隔壁２１とを備えている。溶融はんだ２が中央部２６ａから隔壁２１上を通って両端部２６ｂに流れるように構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、はんだ付けノズルおよびはんだ付け装置に関し、特に噴流はんだ付けにおけるはんだ付けノズルおよびそれを用いたはんだ付け装置に関するものである。

はんだ付け方法として、溶融はんだにはんだ付け対象物を浸漬させる噴流はんだ付け工法がある。この工法は、はんだ付けノズルから溶融はんだを噴流させて、たとえばプリント配線板のスルーホールに挿入された電子部品に噴流はんだを接触させる方法である。これにより、はんだ付け対象物がはんだ付けされる。

たとえば実開平６−５６１号公報によれば、噴流はんだ付け工法に用いられる噴流浴型ハンダ溶融装置の噴流装置が開示されている。この噴流装置では、ハンダ槽内の溶融ハンダが噴流チャンバー内に押し上げられ、噴流往路を介して先端ノズル部の先端開口部に供給される。先端開口部に供給された溶融ハンダは、噴流帰路を介して排出口から溶融ハンダ溜まりに戻る。噴流往路内の溶融ハンダ供給量と噴流帰路内の溶融ハンダ排出量とがバランスする。溶融ハンダがその表面張力により先端開口部から盛り上がると共に、この状態が保持される。先端開口部の盛り上がり部分の溶融ハンダに電子部品のリード線がディッピングされることによってハンダ付けが行われる。噴流往路と噴流帰路とは、先端ノズル部に隣接して設けられているか、または同心状に配置されている。

実開平６−５６１号公報

噴流はんだ付け工法では、はんだ付けノズルの先端開口部の溶融はんだは、断面視において上方に凸形状となる。上記の公報に記載されたノズルは、平面視において細長い先端開口部を有しているので、断面視における溶融はんだの凸形状の中央部と両端部との高さの差が大きくなる。したがって、断面視におけるノズルの先端開口部の中央部ではたとえばプリント配線板のリード部に十分なはんだを供給することができる。

しかし、断面視におけるノズルの先端開口部の両端部であるノズルの外枠近傍では、プリント配線板のリード部に十分なはんだを供給することができない。これにより、十分なはんだ付けがされない未はんだ不良が発生する。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、はんだ付けノズルの外枠近傍においても、溶融はんだの噴流をはんだ付け対象物に安定して接触させることができるはんだ付けノズルおよびはんだ付け装置を提供することである。

本発明のはんだ付けノズルは、溶融はんだを噴流させてはんだ付けするための開口部を有する外枠と、外枠の開口部の平面視における長手方向を中央部と両端部とに区切る隔壁とを備えている。溶融はんだが中央部から隔壁上を通って両端部に流れるように構成されている。

本発明のはんだ付けノズルによれば、溶融はんだが中央部から隔壁上を通って両端部に流れるように構成されているため、はんだ付けノズルの外枠近傍においても、溶融はんだの噴流を安定して接触させることができる。

本発明の実施の形態１におけるはんだ付け装置を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態１におけるはんだ付けノズルを概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態１におけるはんだ付けノズル内のはんだ噴流を概略的に示す斜視図である。 比較例におけるはんだ付けノズルを概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態２におけるはんだ付けノズルを概略的に示す断面図である。 実施例における幅と未接触領域との関係を示す図である。 実施例における長さの割合と未接触領域との関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
最初に、本発明の実施の形態１の構成について説明する。

図１および図２を参照して、本実施の形態のはんだ付け装置１０は、はんだ槽１と、モータ３と、モータ軸４と、インペラ５と、チャンバ６と、ノズル板７と、はんだ付けノズル２０とを主に有している。なお、図１および図２においては、溶融はんだ２も図示されている。また図２ではプリント配線板１１なども図示されている。

はんだ付け装置１０は、はんだ付けノズル２０から溶融はんだ２を噴流させてはんだ付け対象物に溶融はんだ２を接触させてはんだ付けする装置である。

はんだ槽１は、少なくとも上面の一部が開口した中空の筐体で構成されている。その筐体の内部に溶融はんだ２が貯留されている。その筐体の内部にモータ軸４と、インペラ５と、チャンバ６とが配置されている。チャンバ６にはノズル板７が取り付けられている。ノズル板７は、はんだ槽１の開口した上面に配置されている。ノズル板７にはんだ付けノズル２０が取り付けられている。はんだ付けノズル２０は、はんだ槽１の開口した上面から上方へ突出するように配置されている。

チャンバ６の下端には吸入口６ａが形成されている。吸入口６ａの近傍にインペラ５が配置されている。インペラ５がチャンバ６の内部に配置されている。インペラ５は、はんだ槽１の外部に配置されたモータ３とモータ軸４を介して回転可能に配置されている。なお、インペラ５は、溶融はんだ２をはんだ付けノズル２０に供給することができればよくチャンバ６の外部に配置されていてもよい。

はんだ付けノズル２０は、隔壁２１と、外枠２２と、遮蔽板２４とを有している。外枠２２は、溶融はんだ２を噴流させてはんだ付けするための開口部２５を有している。隔壁２１は、外枠２２の開口部２５の平面視における長手方向（図１、図２の矢印Ｓ方向）を中央部２６ａと両端部２６ｂとに区切るように構成されている。中央部２６ａは隔壁２１が互いに対向する内側の部分である。両端部２６ｂは、外枠２２と隔壁２１とが互いに対向し隣り合う部分である。開口部２５の中央部２６ａの平面視における長手方向の中央に遮蔽板２４が配置されている。

遮蔽板２４の幅が開口部２５の中央部２６ａの幅の６０％〜９０％に構成されていることが好ましい。これにより、開口部２５の中央部２６ａの中央２７ａの溶融はんだ２の流れが阻害され、両側２７ｂを通る溶融はんだ２の流量が増加する。そのため、中央部２６ａおよび両端部２６ｂのはんだ上面の高さが均一化される。

平面視における隔壁２１の外周面から外枠２２の内周面までの距離が２〜４ｍｍに構成されていることが好ましい。これにより、隔壁２１と外枠２２との間に溶融はんだ２が詰まらない。また、外枠２２近傍の溶融はんだ２の高さが低くならない。

断面視において隔壁２１の上端部より外枠２２の上端部が３〜５ｍｍ上方に配置されていることが好ましい。これにより、外枠２２近傍の溶融はんだ２の高さが高くなる。

図３を参照して、開口部２５の長手方向（図中矢印Ｓ方向）の長さは、たとえば８８．５ｍｍに形成されている。開口部２５の短手方向（図中矢印Ｔ方向）の長さは、たとえば４．６ｍｍに形成されている。

次に、本実施の形態の動作について説明する。
図１および図２を参照して、はんだ槽１に貯留された溶融はんだ２が吸入口６ａからチャンバ６内に流入する。モータ軸４を介してモータ３の駆動力を受けることによって、インペラ５が回転する。インペラ５が回転することによって、吸入口６ａからチャンバ６内に流入した溶融はんだ２が図１中矢印Ａのようにチャンバ６内部を通ってはんだ付けノズル２０に向かって供給される。

図２および図３を参照して、溶融はんだ２が開口部２５の中央部２６ａを図２中矢印２８のように噴流する。この溶融はんだ２の噴流経路が噴流往路３０となる。溶融はんだ２は中央部２６ａの先端でオーバーフローする。オーバーフローした溶融はんだ２が中央部２６ａから隔壁２１上を通って両端部２６ｂに流れる。この溶融はんだ２の噴流経路が噴流帰路３１となる。隔壁２１と外枠２２との距離および上端部の段差が調整されることによって、溶融はんだ２が外枠２２近傍まで満たされる。これにより、開口部２５から噴流した溶融はんだ２の凸形状がフラットにされる。

遮蔽板２４が開口部２５の中央部２６ａの平面視における長手方向の中央２７ａの溶融はんだ２の噴流を遮る。このため、溶融はんだ２が遮蔽板２４の長手方向の両側２７ｂを通る。したがって、両側２７ｂを通る溶融はんだ２の流量が増加する。中央２７ａの溶融はんだ２の流れが阻害され流量が減少する。そのため、中央部２６ａおよび両端部２６ｂのはんだ上面の高さがより均一化される。これにより、開口部２５から噴流した溶融はんだ２の凸形状がフラットにされる。

はんだ付け対象物の一例としてプリント配線板１１がはんだ付けされる様子について説明する。プリント配線板１１の電極１２に部品１３のリード端子１４ａ,１４ｂが挿入される。電極１２とリード端子１４ａ,１４ｂとの隙間を覆うように溶融はんだ２が付着する。開口部２５から噴流した溶融はんだ２の凸形状がフラットであるため、開口部２５の中央部２６ａに配置されたリード端子１４ａに加えて、両端部２６ｂに配置されたリード端子１４ｂにも十分なはんだが供給される。

次に、本実施の形態の作用効果について比較例と比較して説明する。
比較例は、本実施の形態と比較して、はんだ付けノズルの構成が主に異なっている。図４を参照して、比較例のはんだ付けノズル２０では、単純に噴流圧で上昇しているので開口部２５付近の溶融はんだ２の凸形状が本実施例と比較して大きくなる。そのため、はんだ付けノズル外枠４１の近傍では溶融はんだ２が十分に供給されない。そのため、開口部２５の両端部２６ｂに配置されたリード端子１４ｂに溶融はんだ２が十分に接触せず、未はんだ不良が発生する。

これに対して、本実施の形態によれば、溶融はんだ２が外枠２２の開口部２５の中央部２６ａから隔壁２１上を通って両端部２６ｂに流れるように構成されているため、開口部２５から噴流した溶融はんだ２の凸形状をフラットにすることができる。つまり、開口部２５から噴流した溶融はんだ２の開口部２５の長手方向における均一性を向上することができる。これにより、はんだ付けノズル２０の外枠２２近傍においても、溶融はんだ２の噴流をはんだ付け対象物に安定して接触させることができる。よって、はんだ付けノズル２０の外枠２２近傍においても、信頼性の高いはんだ接合部を得ることができる。

また、設計上の制約によって外枠２２の幅を拡大できない場合でも、外枠２２近傍において溶融はんだ２の噴流をはんだ付け対象物に安定して接触させることができるので、設計上の制約を抑えることができる。

また、遮蔽板２４が溶融はんだ２の中央２７ａの噴流を遮り、溶融はんだ２を遮蔽板２４の長手方向の両側２７ｂに通すように構成されているため、中央２７ａの流れを抑制し両側２７ｂの溶融はんだ２の流量を増加させることができる。これにより、溶融はんだ２の凸形状をさらにフラットにすることができる。つまり、開口部２５から噴流した溶融はんだ２の開口部２５の長手方向における均一性をさらに向上することができる。よって、はんだ付け対象物へ溶融はんだ２をさらに均一に接触させることができる。

また、遮蔽板２４の幅がの開口部２５の中央部２６ａの幅の６０％〜９０％に構成されているため、開口部２５の中央部２６ａの中央２７ａの溶融はんだ２の流れが阻害され、両側２７ｂを通る溶融はんだ２の流量が増加する。したがって、中央部２６ａおよび両端部２６ｂのはんだ上面の高さが均一化される。これにより、開口部２５から噴流した溶融はんだ２の凸形状をフラットにすることができる。

平面視における隔壁２１の外周面から外枠２２の内周面までの距離が２〜４ｍｍに構成されているため、隔壁２１と外枠２２との間に溶融はんだ２が詰まらない。また、外枠２２近傍の溶融はんだ２の高さが低くならない。これにより、開口部２５から噴流した溶融はんだ２の凸形状をフラットにすることができる。

断面視において隔壁２１の上端部より外枠２２の上端部が３〜５ｍｍ上方に配置されているため、外枠２２近傍の溶融はんだ２の高さが高くなる。これにより、開口部２５から噴流した溶融はんだ２の凸形状をフラットにすることができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２では、実施の形態１と比較して、遮蔽板の形状が主に異なっている。図５を参照して、本実施の形態では、遮蔽板２４が上に凸形状に構成されている。

なお、本実施の形態のこれ以外の構成は上述した実施の形態１と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

以上により、本実施の形態によれば、実施の形態１と同様の作用効果を有する。
また、遮蔽板２４が上に凸形状に構成されているため、はんだ液面に発生する酸化物が凸形状に沿って落下するため遮蔽板２４の上に溜まることを防止することができる。また、遮蔽板２４の上に溜まった酸化物が、はんだ付け対象物に付着することを防止することができる。

次に、本発明の実施例について比較例と比較して説明する。

実施例について、はんだが未接触状態となる範囲を検証した。検証では透明なガラス板をはんだ付けノズル２０に搭載してガラス板に溶融はんだ２が接触する状態を観察した。なお、溶融はんだ２として、一般的な鉛フリーはんだ材であるＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだを用いた。はんだ付けノズル２０先端から噴流した溶融はんだ２の高さが２ｍｍになるように装置を設定した。具体的にはモータ３の回転数を調整した。

隔壁２１の上端部と外枠２２の上端部との段差（以下、段差）が４ｍｍ、遮蔽板２４の中央部２６ａに対する長さの割合（以下、長さの割合）が７５％の場合において、隔壁２１の外周面から外枠２２の内周面までの幅（以下、幅）が１〜５ｍｍの場合について、はんだの未接触範囲（以下、未接触範囲）を測定した。測定結果を図６に示す。図６の横軸は幅１〜５ｍｍを示す。縦軸は、幅１〜５ｍｍに対する未接触範囲を示す。

外枠２２と両端部のリード端子１４ｂとの距離が２ｍｍの場合にはんだ付けできることを目標とした。そのため未接触範囲は２ｍｍ以下を目標範囲とした。幅１ｍｍでは未接触範囲が目標範囲以下ではあるが、隔壁２１と外枠２２との間ではんだの詰まりが発生した。また、幅５ｍｍでは未接触範囲が目標範囲に到達しない。以上より、段差４ｍｍ、長さの割合７５％の場合、幅２〜４ｍｍで未接触範囲が目標範囲内となることがわかった。

上述した結果に基づき、幅３ｍｍにおいて、段差２〜６ｍｍ、長さの割合０〜９０％の場合について、未接触範囲を測定した。測定結果を図７に示す。図７の横軸は、長さの割合を示す。縦軸は未接触範囲を示す。図７では、図６で示した段差が４ｍｍ、長さ割合７５％の場合における幅１〜５ｍｍの場合の未接触範囲も図示している。

段差２ｍｍの場合、長さ割合０、２５、５０、６０、７５、９０％で未接触範囲が目標範囲に到達しない。段差６ｍｍの場合、長さ割合７５、９０％では未接触範囲が目標範囲内となるが、長さ割合が０、２５、５０、６０％の場合、未接触範囲が目標範囲に到達しない。段差３〜５の場合、長さ割合０、２５、５０％では未接触範囲が目標範囲に到達しないが、長さ割合６０、７５、９０％の場合、未接触範囲が目標範囲内となる。

以上より、幅３ｍｍ、段差３〜５ｍｍ、長さ割合６０〜９０％では、未接触範囲が目標範囲内となることがわかった。

よって、幅２〜４ｍｍ、段差３〜５ｍｍ、長さ割合６０〜９０％では未接触範囲が目標範囲となることがわかった。

次に、実施例と比較例とのはんだ付け性評価を行なった。評価結果を表１に示す。

プリント配線板１１としてガラスクロスにエポキシ樹脂を含有させた基材を用いた。はんだ温度は２５０℃とした。なお、フラックスは標準的なＲＭＡ（Ｒｏｓｉｎ Ｍｉｌｄｌｙ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ）タイプのものを使用した。評価として、評価基板数（３０枚）に対する未はんだ不良発生基板数を調査した。比較例では未はんだ不良発生基板数が９枚であったが、実施例では０枚であった。これより、実施例では比較例と比べて未接触範囲が狭くなり、未接触範囲が目標範囲に到達したことがわかった。

なお、実施例では、プリント配線板１１として、ガラスクロスにエポキシ樹脂を含有させた基材について説明したが、これに限るものではない。絶縁性を有する材料であって、たとえばガラス不織布、紙基材などにポリイミド樹脂、フェノール樹脂などを含有させた基材を用いてもよい。

また、実施例では、はんだは、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだの場合について説明したが、これに限るものではない。たとえばＳｎ−Ｃｕ系はんだ、Ｓｎ−Ｂｉ系はんだ、Ｓｎ−Ｉｎ系はんだ、Ｓｎ−Ｓｂ系はんだ、またはＳｎ−Ｐｂ系はんだのいずれを用いてもよい。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。

本発明は、噴流はんだ付けにおけるはんだ付けノズルおよびそれを用いたはんだ付け装置に特に有利に適用され得る。

１ はんだ槽、２ 溶融はんだ、３ モータ、４ モータ軸、５ インペラ、６ チャンバ、７ ノズル板、１０ はんだ付け装置、２０ はんだ付けノズル、２１ 隔壁、２２ 外枠、２３ 排出口、２４ 遮蔽板、２５ 開口部、２６ａ 中央部、２６ｂ 両端部。

Claims (7)

1. 溶融はんだを噴流させてはんだ付けするための開口部を有する外枠と、
   前記外枠の前記開口部の平面視における長手方向を中央部と両端部とに区切る隔壁とを備え、
   前記溶融はんだが前記中央部から前記隔壁上を通って前記両端部に流れるように構成されている、はんだ付けノズル。
2. 前記中央部の平面視における長手方向の中央に配置された遮蔽板をさらに備え、
   前記遮蔽板は、前記溶融はんだの前記中央の噴流を遮り、前記溶融はんだを前記遮蔽板の長手方向の両側に通すように構成されている、請求項１に記載のはんだ付けノズル。
3. 前記遮蔽板の幅が前記中央部の幅の６０％〜９０％に構成されている、請求項２に記載のはんだ付けノズル。
4. 前記遮蔽板が上に凸形状に構成されている、請求項２または３に記載のはんだ付けノズル。
5. 平面視における前記隔壁の外周面から前記外枠の内周面までの距離が２〜４ｍｍに構成されている、請求項１〜４のいずれかに記載のはんだ付けノズル。
6. 断面視において前記隔壁の上端部より前記外枠の上端部が３〜５ｍｍ上方に配置されている、請求項１〜５のいずれかに記載のはんだ付けノズル。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のはんだ付けノズルを備えた、はんだ付け装置。

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