JP2011181727A - フラックス塗布装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】スルーホールの内壁に塗布されるフラックスの量を多くすることができるとともに、基板の表面に付着されるフラックスの範囲を小さくすることができるフラックス塗布装置を提供すること
【解決手段】フラックス塗布装置30は、基板10に対して上方に配置されノズル45からフラックスFRを排出するディスペンサ40と、ノズル45から排出されるフラックスFRの量であるフラックス排出量Vを制御する制御手段とを備え、基板10に形成されたスルーホール10aにターミナルピン20が挿通された状態でフラックスFRを塗布する。電子制御装置70は、スルーホール10aの孔径A±aとターミナルピン20のピン径Bとに基づいてノズル45から排出されるフラックス径Dを設定して、スルーホール10aの孔径A±aと基板の板厚Gとに基づいて1滴又は複数滴の滴状であるフラックスFRがノズル45から排出されるようにフラックス排出量Vを制御する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、基板に形成されたスルーホールにターミナルピン(リードピン)が挿通された状態で、フラックスをスルーホールの内壁に塗布するフラックス塗布装置に関する。
従来、電子回路基板の製造において、はんだを用いて電子部品を基板に接合する1つの方法として、所謂スルーホール式が知られている。このスルーホール式において、はんだによって電子部品と基板との接合強度を十分に確保するために、フラックスをスルーホールの内壁に塗布しておく必要がある。なお、フラックスとは、スルーホールの内壁から酸化物を除去して、スルーホールの内壁に対するはんだの濡れ性を向上させる目的で塗布される材料(溶材)である。
上述した目的でスルーホールの内壁にフラックスを塗布する装置は、例えば、下記特許文献1に記載されている。図6に示すように、下記特許文献1に記載されているフラックス塗布装置100は、ターミナルピン120が挿通されたスルーホール110aに向けて下方からフラックスFRを霧状かつ放射状に排出するノズル130を備えている。このノズル130から排出されるフラックスFRは、微小であり、スルーホール110aの内壁および基板110の下面に付着される。
特開2002−100857号公報
ところで、上記特許文献1に記載されているフラックス塗布装置100においては、微小なフラックスFRが、スルーホール110aの内壁に無数に付着し、スルーホール110aの内壁にて垂れ難い。従って、フラックスFRがスルーホール110aの内壁に疎らに塗布された状態になり、フラックスFRがスルーホール110aの内壁に塗布される量(以下、「フラックス塗布量」と呼ぶ)が少ないおそれがある。
また、上記特許文献1に記載されているフラックス塗布装置100においては、フラックスFRがノズル130から霧状かつ放射状に排出されるため、フラックスFRが基板110の表面(下面)に付着する範囲(以下、「フラックス塗布範囲」と呼ぶ)が大きくなる。この場合、基板110の表面にはフラックスFRを塗布してはならない部位があるため、フラックスFRを塗布してはならない部位をスルーホール110aから大きく離間させる必要があり、基板110を必要以上に大きく構成する必要があった。また、フラックス塗布範囲が大きい場合、フラックスFRの洗浄工程等の負荷が大きくなっていた。
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、フラックス塗布量を多くすることができるとともに、フラックス塗布範囲を小さくすることができるフラックス塗布装置を提供することを目的とする。
本発明に係るフラックス塗布装置は、基板に対して上方に配置されノズルからフラックスを排出するフラックス排出手段と、前記ノズルから排出されるフラックスの量であるフラックス排出量を制御する制御手段とを備え、前記基板に形成されたスルーホールにターミナルピンが挿通された状態で前記フラックスを前記スルーホールの内壁に塗布するものであって、前記制御手段は、前記スルーホールの径寸法と前記ターミナルピンの径寸法とに基づいて前記ノズルから排出される前記フラックスの最大径を設定して、前記スルーホールの径寸法と前記基板の板厚とに基づいて1滴又は複数滴の滴状であるフラックスが前記ノズルから排出されるように、前記フラックス排出量を制御するものであることを特徴とする。
また、本発明に係るフラックス塗布装置においては、前記制御手段が、前記ノズルから排出されるフラックスの最大径が、前記スルーホールの径寸法と前記ターミナルピンの径寸法との差以上且つ前記スルーホールの径寸法以下になるように、前記フラックス排出量を制御することが好ましい。
また、本発明に係るフラックス塗布装置においては、前記フラックス排出手段は、前記ノズルに連通していて前記フラックスを加圧した状態で貯留しているシリンダと、このシリンダに対して上下動可能に組付けられたピストンと、前記制御手段により制御されていて前記ピストンを上下動させるアクチュエータと、前記ピストンの上下動により開閉して前記シリンダから前記ノズルへ前記フラックスを供給可能な弁部とを有し、前記制御手段は、前記弁部が開いている量と、前記弁部が開いている時間と、前記弁部が閉じている時間と、前記フラックスが前記シリンダから前記ノズルへ押し出される圧力とに基づいて、前記フラックス排出量を制御することが好ましい。
また、本発明に係るフラックス塗布装置においては、前記制御手段により制御されていて前記ノズルから排出されるフラックスの温度を調節可能な温度調節装置が設けられ、前記制御手段は、前記ノズルから排出されるフラックスの温度に基づいて、前記フラックス排出量を制御することが好ましい。なお、本発明に係るフラックス塗布装置において、1つの前記スルーホールに対して、前記フラックスが1滴だけ排出されるものであってもよい。この場合には、フラックスの消費量を最も小さくすることができる。
よって、本発明によれば、制御手段が上述したようにフラックス排出量を制御するため、フラックスが基板の表面に付着し難く、且つ、フラックスがスルーホールの内壁にて表面張力により連続的に膜を張った状態になる。従って、フラックス塗布範囲を極めて小さくできるとともに、フラックス塗布量を多くすることができる。また、フラックス塗布範囲を極めて小さくできることにより、基板を小さく構成することができるとともに、フラックスの洗浄工程における負荷を小さくすることができる。
フラックス塗布装置、基板及びターミナルピンを示した第1実施形態の全体構成図である。 図1の部分拡大図である。 図2に示したフラックスがスルーホールの内壁に付着した直後の状態を示した図である。 図3に示したフラックスがスルーホールの内壁にて乾燥した状態を示した図である。 第2実施形態を示した図2相当の図である。 従来のフラックス塗布装置(ノズル)、基板及びターミナルピンを示した図である。
次に、本発明に係るフラックス塗布装置の実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図1は、基板10と、ターミナルピン(リードピン)20と、フラックス塗布装置30とを示した全体構成図である。
基板10は、図1〜図4に示したように、はんだ(図示省略)を用いて電子部品のターミナルピン20を実装するためのものである。この基板10は、薄板状に形成されていて、板厚方向に貫通している複数個のスルーホール10aを有している。なお、図1〜図3には、複数個のスルーホール10aのうち1つが示されている。ターミナルピン20は、各スルーホール10aに挿通されていて、各スルーホール10aと同軸的に延びている。
フラックス塗布装置30は、図1に示したように、フラックス排出手段としてのディスペンサ40と、マイクロメータ50と、温度調節装置60と、制御手段としての電子制御装置70とを備えている。ディスペンサ40は、電子制御装置70により制御された図示しない移動手段によって、基板10の平面方向に移動することができる。そして、ディスペンサ40は、各スルーホール10aの上方にて基板10の表面に対して平行に移動しながら、フラックスFRを排出する。なお、ディスペンサ40は、各スルーホール10aの上方にて停止して、フラックスFRを排出するものであってもよい。
ディスペンサ40は、ピストン43の上下動によりノズル45から各スルーホール10aに向けてフラックスFRを排出するように構成されている。そのノズル45からは、滴状であるフラックスFRが排出される。それは、電子制御装置70により、ノズル45から排出されるフラックスFRの量であるフラックス排出量Vが制御されるためである。このフラックス排出量Vは、ピストン43の下端面431(以下、「ピストン下端面431」と呼ぶ)とシリンダ41の下壁411の上端面412(以下、「シリンダ上端面412」と呼ぶ)との距離C(以下、「弁部BNが開いている量C」と呼ぶ)、ピストン下端面431とシリンダ上端面412とが離間している時間T1(以下、「弁部BNが開いている時間T1」と呼ぶ)、フラックスFRがシリンダ41からノズル45に向けて押し出される圧力P(以下、「押出し圧力P」と呼ぶ)、ノズル45の排出孔45aの孔径E、及びノズル45から排出されるフラックスFRの温度T(以下、「フラックス温度T」と呼ぶ)に基づいて、変化する。
また、電子制御装置70は、スルーホール10aの孔径Aとターミナルピン20のピン径Bとに基づいて、滴状であるフラックスFRがノズル45から各スルーホール10aに向けて1滴だけ排出されるように、フラックス排出量Vを制御する。フラックスFRが1滴だけ排出されるのは、スルーホール10aの内壁の面積が比較的小さくて、スルーホール10aの内壁に塗布しなければならないフラックスFRの量が少ないためである。この電子制御装置70は、ピストンアクチュエータ42に供給する駆動電流に応じて、上述した弁部BNが開いている時間T1、及びピストン下端面431とシリンダ上端面412とが当接している時間(以下、「弁部BNが閉じている時間T2」と呼ぶ)、即ち弁部BNの開閉時間を調節する。具体的に、電子制御装置70は、ノズル45が各スルーホールの上方に配置されたとき、弁部BNが1回開くように弁部BNの開閉時間を調節する。この結果、フラックスFRがノズル45から各スルーホール10aに向けて1滴だけ排出され、排出されたフラックスFRが球状の液滴となっている。
このディスペンサ40において、シリンダ41はノズル45に連通していて、フラックスFRを加圧した状態で貯留している。ピストンアクチュエータ42は、ピストン43を上下動させるものであり、電子制御装置70により制御されている。ピストン43とシリンダ41の下壁411とが、弁部BNを構成している。弁部BNはピストン43の上下動により開閉してシリンダ41からノズル45へフラックスFRを供給可能である。
貯留容器44は、圧縮された気体及びフラックスFRを貯留するためのものであり、シリンダ41に接続されている。そして、この貯留容器44は、電子制御装置70により内圧を制御されていて、内圧に応じて上述した押出し圧力Pを変化させる。貯留容器44の内圧は、図示しない圧力センサにより検出され、検出された内圧は、電子制御装置70に入力される。ノズル45は、シリンダ41の下壁411に脱着可能に取付けられていて、下端にフラックスFRを排出する排出孔45aを有している。なお、フラックス排出量V、言い換えれば、後述するフラックス径Dを大きく変更する必要がある場合には、予めノズル45を交換して、ノズル45の排出孔45aの孔径Eを変更しておく。
マイクロメータ50は、ピストン43の移動量、即ち上述した弁部BNが開いている量Cを測定するためのものである。測定された弁部BNが開いている量Cは、電子制御装置70に入力される。温度調節装置60は、フラックスFRがノズル45の排出孔45aから排出し易くするためのものである。具体的に、温度調節装置60は、電子制御装置70により制御されているヒーターであり、ノズル45の近傍に配置されている。温度調節装置60は、ノズル45から排出されるフラックスFRの粘性係数(粘度)νが大きくならないように、フラックス温度Tを調節する。フラックス温度Tは、図示しない温度検出センサにより検出され、検出されたフラックス温度Tは、電子制御装置70に入力される。
ところで、本実施形態におけるフラックス塗布装置30において、電子制御装置70は、ノズル45から排出(滴下)されるフラックスFRの最大径D(以下、「フラックス径D」と呼ぶ)が、スルーホール10aの孔径Aとターミナルピン20のピン径Bとの差以上且つスルーホール10aの孔径A以下になるように、フラックス排出量Vを制御する。ここで、フラックス径Dは、基板10の平面方向について、最大の平面方向長さである。このフラックス径Dの設定は、以下の理由に基づく。
第1に、フラックス径Dがスルーホール10aの孔径Aとターミナルピン20のピン径Bとの差より小さい場合、滴下されるフラックスFRが基板10の上面に付着し難く、フラックス塗布範囲が極めて小さく、又は「ゼロ」になる。しかしながら、この場合、フラックスFRが、スルーホール10aの内壁に付着しなくて、スルーホール10aより下方に通り過ぎるおそれがある。また、フラックスFRがスルーホール10aの内壁に付着しても、滴下されるフラックスFRの量、即ちフラックス排出量Vが少ないため、スルーホール10aの内壁にフラックスFRが塗布されていない部分が生じて、フラックス塗布量が少ないおそれがある。なお、滴下されるフラックスFRの数を多くし、且つディスペンサ40が基板10の上面に対して平行に移動しながら各スルーホール10aに向けてフラックスFRを排出する場合には、滴下されるフラックスFRが基板10の上面に付着し易くなり、フラックス塗布範囲が大きくなるという問題が生じる。
第2に、フラックス径Dがスルーホール10aの孔径Aより大きい場合、フラックスFRが基板10の表面に広範囲に付着して、フラックス塗布範囲が大きくなる。また、この場合、滴下されるフラックスFRの量、即ちフラックス排出量Vが多いため、フラックスFRの一部がスルーホール10aの内壁に付着せず、自重によりスルーホール10aより下方に通り過ぎるおそれがある。言い換えると、フラックスFRが無駄に消費されるおそれがある。
上記した第1の場合及び第2の場合を考慮すると、以下の第3の場合が考えられる。第3に、フラックス径Dがスルーホール10aの孔径Aとターミナルピン20のピン径Bとの差以上且つスルーホール10aの孔径A以下である場合、滴下されるフラックスFRが基板10の上面に付着し難い。更に、この場合、図3に示したように、滴下されたフラックスFRがスルーホール10aの内壁を覆うように付着し、その後、図4に示したように、フラックスFRがスルーホール10aの内壁にて表面張力により連続的に膜を張った状態になる。このため、フラックスFRがスルーホール10aより下方に通り過ぎ難い。ここで、フラックスFRがスルーホール10aの内壁にて表面張力により連続的に膜を張った状態とは、スルーホール10aの内壁に付着したフラックスFRが、スルーホール10aの内壁の面積のうち少なくとも50パーセントにおいて、表面張力により連続的に膜を張った状態をいう。従って、この場合、フラックス塗布範囲を極めて小さくできるとともに、フラックス塗布量を多くすることができる。
なお、図3は、ノズル45から排出されたフラックスFRがスルーホール10aの内壁に付着した直後の状態を示している。また、図4は、図3に示したフラックスFRがスルーホール10aの内壁にて乾燥した状態を示している。フラックスFRは通常揮発性が非常に高いため、図4に示したように、フラックスFRが自然に乾燥した後、はんだによって基板10とターミナルピン20とが接合される。
次に、電子制御装置70によるフラックス径Dの制御内容について説明する。フラックス径D、スルーホール10aの孔径A及びターミナルピン20のピン径Bについて寸法公差を考慮して、フラックス径DをD±dとし、スルーホール10aの孔径AをA±aとし、ターミナルピン20のピン径BをB±bとすると、制御されるフラックス径Dは以下の[数1] [数2]で表される。
[数1] (A+a)−(B―b)≦D−d
[数2] D+d≦A−a
上記した[数1] [数2]を整理すると[数3]が得られる。
[数3] A+a−B+b+d≦D≦A−a−d
従って、電子制御装置70は、[数3]が成立するための最適な目標フラックス径Daを設定する。
具体的に、電子制御装置70は、ノズル45の排出孔45aの孔径Eと、フラックス温度Tと、基板10の板厚Gと、スルーホール10aの孔径Aとに基づいて、上記した目標フラックス径Daが成立するための最適な目標フラックス排出量Vaを設定する。そして、電子制御装置70は、フラックス排出量Vの現在値が目標フラックス排出量Vaより小さい場合には、弁部BNが開いている量C、弁部BNが開いている時間T1及び押出し圧力Pのうち少なくとも1つが現在値より大きくなるように調節する。一方、電子制御装置70は、フラックス排出量Vの現在値が目標フラックス排出量Vaより大きい場合には、弁部BNが開いている量C、弁部BNが開いている時間T1及び押出し圧力Pのうち少なくとも1つが現在値より小さくなるように調節する。
このようにして、フラックス排出量Vが制御され、ノズル45が各スルーホール10aの上方に配置されたとき、フラックスFRがノズル45からスルーホール10aに向けて1滴だけ排出される。そして、排出されたフラックスFRのフラックス径Dにおいて、上記した[数3]が成立している。
よって、本実施形態のフラックス塗布装置30では、フラックスFRが基板10の上面に付着し難く、且つ、フラックスFRがスルーホール10aの内壁にて表面張力により連続的に膜を張った状態になる。従って、フラックス塗布範囲を極めて小さくできるとともに、フラックス塗布量を多くすることができる。また、フラックス塗布範囲を極めて小さくできることにより、基板10を小さく構成することができるとともに、フラックスFRの洗浄工程における負荷を小さくすることができる。
なお、発明者は、スルーホール10aの孔径A±aが1.25±0.05(mm)であり、ターミナルピン20のピン径Bが0.4(mm)であり、フラックス径D±dがD±0.1(mm)である場合、即ち1.0(mm)≦D≦1.1(mm)である場合、スルーホール10aに向けて排出されるフラックスFRが1滴であっても、フラックス塗布量を十分に確保できることを確認した。
次に、第2実施形態について説明する。図5は、フラックスFRがノズルから各スルーホール80aに向けて1滴ずつ合計3滴、排出されている状態を示している。この第2実施形態においては、基板80の板厚Kが、上記した第1実施形態における基板10の板厚Gに比して大きく、スルーホール80aの孔径J±jが、上記した第1実施形態におけるスルーホール10aの孔径A±aに比して大きい。このため、スルーホール10aの内壁の面積が、上記した第1実施形態に比して大きい。従って、フラックス塗布量を十分に確保するためには、第1実施形態に比してノズルから排出されるフラックスFRの量、即ちフラックス排出量Vを多くする必要がある。特に、基板80の板厚Kが、上記した第1実施形態における基板10の板厚Gに比して大きいため、フラックスFRがスルーホール80aの内壁にて垂れる距離を、上記した第1実施形態比して大きくする必要がある。このことから、第2実施形態においては、フラックスFRがノズルから各スルーホール80aに向けて合計3滴排出されている。なお、滴下される3滴のフラックスFRは、ディスペンサが基板80の上面に対して平行に(図5の右方から左方へ)移動しながら、各スルーホール80aに向けてフラックスFRを排出するため、図5のように示されている。
この第2実施形態において、電子制御装置は、ノズルが各スルーホール80aの上方に配置されたとき、スルーホール80aの孔径J±j及び基板80の板厚Kとに基づいて、弁部が3回開くように弁部の開閉時間を調節する。この結果、フラックスFRがノズルから各スルーホール80aに向けて1滴ずつ合計3滴排出される。排出される各フラックスFRは、各フラックス径H±hが、スルーホール80aの孔径J±jとターミナルピン20のピン径B±bとの差以上且つスルーホール80aの孔径J±j以下となるように、形成される。これにより、第2実施形態における効果は、第1実施形態の効果と実質的に同一であるため、その説明を省略する。
以上、本発明に係るフラックス塗布装置ついて説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、上記した第2実施形態において、滴下される3滴のフラックスFRのうち少なくとも1滴のフラックスFRにおいて、フラックス径H±hが、スルーホール80aの孔径J±jとターミナルピン20のピン径B±bとの差以上且つスルーホール80aの径J±j以下となるように、形成しても良い。
また、各実施形態において、フラックス径は、スルーホールの孔径とターミナルピンのピン径との差以上且つスルーホールの孔径以下であることに限定されることはない。例えば、フラックス径は、スルーホールの孔径とターミナルピンのピン径との差より小さくても良く、又は、スルーホールの孔径より大きくても良い。
また、各実施形態において、スルーホール10aの内壁に付着したフラックスFRは、スルーホール10aの内壁の面積のうち少なくとも50パーセントにおいて、表面張力により連続的に膜を張っていればよく、例えば、スルーホール10aの内壁に付着したフラックスFRは、スルーホール10aの内壁の上半分における面積、又はスルーホール10aの内壁の下半分における面積において、表面張力により連続的に膜を張っていても良い。
10 基板
20 ターミナルピン
30 フラックス塗布装置
40 ディスペンサ
41 シリンダ
42 ピストンアクチュエータ
43 ピストン
45 ノズル
50 マイクロメータ
60 温度調節装置
70 電子制御装置
FR フラックス

Claims (4)

  1. 基板に対して上方に配置されノズルからフラックスを排出するフラックス排出手段と、
    前記ノズルから排出されるフラックスの量であるフラックス排出量を制御する制御手段とを備え、前記基板に形成されたスルーホールにターミナルピンが挿通された状態で前記フラックスを前記スルーホールの内壁に塗布するフラックス塗布装置において、
    前記制御手段は、前記スルーホールの径寸法と前記ターミナルピンの径寸法とに基づいて前記ノズルから排出される前記フラックスの最大径を設定して、前記スルーホールの径寸法と前記基板の板厚とに基づいて1滴又は複数滴の滴状であるフラックスが前記ノズルから排出されるように、前記フラックス排出量を制御することを特徴とするフラックス塗布装置。
  2. 請求項1に記載するフラックス塗布装置において、
    前記制御手段は、前記ノズルから排出されるフラックスの最大径が、前記スルーホールの径寸法と前記ターミナルピンの径寸法との差以上且つ前記スルーホールの径寸法以下になるように、前記フラックス排出量を制御することを特徴とするフラックス塗布装置。
  3. 請求項1又は2に記載するフラックス塗布装置において、
    前記フラックス排出手段は、前記ノズルに連通していて前記フラックスを加圧した状態で貯留しているシリンダと、このシリンダに対して上下動可能に組付けられたピストンと、前記制御手段により制御されていて前記ピストンを上下動させるアクチュエータと、前記ピストンの上下動により開閉して前記シリンダから前記ノズルへ前記フラックスを供給可能な弁部とを有し、
    前記制御手段は、前記弁部が開いている量と、前記弁部が開いている時間と、前記弁部が閉じている時間と、前記フラックスが前記シリンダから前記ノズルへ押し出される圧力とに基づいて、前記フラックス排出量を制御することを特徴とするフラックス塗布装置。
  4. 請求項1乃至3の何れか一項に記載するフラックス塗布装置において、
    前記制御手段により制御されていて前記ノズルから排出されるフラックスの温度を調節可能な温度調節装置が設けられ、
    前記制御手段は、前記ノズルから排出されるフラックスの温度に基づいて、前記フラックス排出量を制御することを特徴とするフラックス塗布装置。
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