JP2012016744A - 半田付け装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 太陽電池１２のＴＣＯ基板の透明電極層の直線部位３６（始端Ｐｓ及び終端Ｐｅ）への半田付けにおいて、Ｐｓ近辺のかすれや半田ダマを防止する。
【解決手段】操作１として、超音波半田コテ２３のコテ先２４を接近位置に保持して、コテ先２４をＸ軸方向正側へＰｓからＰ３まで移動させる。その際、Ｐｓ−Ｐ１間は供給引き（コテ先２４への半田線２９の供給有り）とし、Ｐ１−Ｐ３間は空引き（コテ先２４への半田線２９の供給無し）とする。次に、操作２として、コテ先２４を、離反位置に保持しつつ、Ｘ軸方向へ戻す。次に、操作３として、超音波半田コテ２３のコテ先２４を、再び接近位置に保持しつつ、コテＸ軸方向正側へＰｓからＰ５まで移動させる。その際、Ｐｓ−Ｐ２間は空引きとし、Ｐ２−Ｐ４間は供給引きとし、Ｐ４−Ｐｅ間は空引きとする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ワークの線状部位への半田付けを行う半田付け装置及び方法に関する。

特許文献１は、太陽電池へリード線を半田付けする半田付け装置を開示する。該半田付け装置によれば、太陽電池の両側の側辺部に沿ってリード線取付け領域を有する太陽電池に対し、該リード線取付け領域に一定のピッチで半田バンプの列を予め形成しておき（特許文献１の図５参照）、該列の上にリード線を押し付けるとともに、半田コテを半田バンプの１ピッチずつ移動させて、半田バンプを溶融させて、リード線を太陽電池のリード線取付け領域に取付けている（特許文献１の段落００３５及び００３６参照）。

特許文献２は、太陽電池においてガラス基板に積層されている金属裏面電極層にリボンワイヤを半田付けする半田付け装置を開示する（特許文献２の図２参照）。該半田付け装置によれば、金属裏面電極層の両側の側辺部に一定のピッチで予備半田の列を形成し、該列の上にリボンワイヤを載せて、超音波半田コテをリボンワイヤに沿って１ピッチずつ移動させつつ、各予備半田の箇所では、超音波半田コテをリボンワイヤの上面側に当てて、下面側の予備半田を溶融し、リボンワイヤを金属裏面電極層に固定している（特許文献２の例えば図３及び段落００２０参照）。

特許文献３は、プリント基板等における線状部位に対して半田付けを行う半田付け装置を開示する（特許文献３の例えば０００１参照）。該半田付け装置によれば、線状部位における単位長さ当りの半田付け量を調整するようになっている（特許文献３の図３及び図４参照）。

太陽電池における半田付け処理では、線状に並んだ複数の透明電極に対し、半田を線状に付けて相互に接続することが行われている。従来の半田付け装置では、線状部位に沿った半田コテの１回の移動により該線状部位への半田付けを済ませるとともに、該移動中の半田コテへの半田線（糸半田）の供給量を線状部位上の部位に応じて制御することは行われていない。

特開２００１−１２７３２２号公報 特開２００８−２８２９１９号公報 特開平１１−１３８２５５号公報

太陽電池の透明電極は、例えばＺｎＯ（酸化亜鉛）から成り、無鉛半田との馴染みが悪い。したがって、半田コテへの半田供給量が、太陽電池の線状部位の中間部における半田付けが適切化するように、調整すると、線状部位の始端側の半田付けがかすれ易くなるという不具合がある。これに対処して、線状部位の始端側の半田付けでは、半田コテへの半田線の供給量を増大させると、始端側の範囲における半田が許容範囲より厚くなり、すなわち半田ダマが生じてしまう。半田コテへの半田供給量を、線状部位の始端近辺におけるかすれと半田ダマとの両方を回避できるように、精密に調整することは非常に難しい。

引用文献１，２は、連続して線状に延びる半田付けについて言及していない。引用文献３は、連続して線状に延びる半田付けについて言及するものの、その場合に始端近辺におけるかすれや半田ダマに対処する仕方については説明していない。

本発明の目的は、線状部位の始端近辺におけるかすれや半田ダマを防止しつつ、線状に延びる半田付けを適正化する半田付け装置及び方法を提供することである。

第１発明によれば、半田付け装置は、
半田コテと、
ワークに対して前記半田コテを相対移動させる移動装置と、
前記半田コテへ半田を供給する半田供給装置と、
前記移動装置及び前記半田供給装置の制御を介して前記ワークの線状部位への線状の半田付けを前記半田コテに行わせる制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記半田コテを半田供給有りで前記線状部位の始端から終端の方へ移動させて前記線状部位の始端側の第１の範囲の半田付けを行わせ、
次に、前記半田コテが前記第１の範囲の半田に接触しないように前記半田コテを前記線状部位から離しつつ前記始端の方へ戻し、
次に、前記半田コテを半田供給無しで前記第１の範囲の半田に接触させつつ前記線状部位の始端から終端の方へ移動させるとともに、移動途中より半田供給有りに切換えて前記第１の範囲に連なる前記線状部位の終端側の第２の範囲の半田付けを前記半田コテに行わせることを特徴とする。

第１発明によれば、半田コテは、線状部位の始端から終端の方へ第１の範囲を２回、移動し、１回目の半田供給有りでの移動で付着させた半田に対し、２回目の半田供給無しでの移動で線状部位の終端の方へ引き摺って半田の厚さを調整する。これにより、線状部位の始端近辺の半田の厚さが適正化され、該始端近辺の半田付けについてかすれや半田ダマの発生を防止することができる。

第２発明によれば、第１発明において、前記制御部は、
半田供給有りでの前記第１の範囲への半田付けによる単位移動長さ当りの半田付け量が、半田供給有りでの前記第２の範囲への半田付けによる単位移動長さ当りの半田付け量より大となるように、前記半田コテへの半田供給量を制御することを特徴とする。

第２発明によれば、線状部位の第１の範囲に対し、１回目の半田供給有りでの半田コテの移動で付着した半田は厚めとなり、この厚めの半田は２回目の半田供給無しでの半田コテの移動で厚さを矯正される。この結果、線状部位の始端近辺に半田の厚さを適正化することができる。

第３発明によれば、第１又は第２発明において、前記制御部は、
半田供給無しでの前記第１の範囲における前記半田コテの最大移動速度は、半田供給有りでの前記第２の範囲における前記半田コテの最大移動速度の１／３０〜１／２とすることを特徴とする。

第３発明によれば、第１の範囲の半田供給無しでの半田コテの移動が十分に遅い速度で行われることになるので、第１の範囲の半田の厚さの矯正処理の信頼性が高まる。

第４発明によれば、半田付け方法は、
半田コテを半田供給有りでワークの線状部位の始端から終端の方へ移動させて前記線状部位の始端側の第１の範囲の半田付けを行わせ、
次に、前記半田コテが前記第１の範囲の半田に接触しないように前記半田コテを前記線状部位から離しつつ前記始端の方へ戻し、
次に、前記半田コテを半田供給無しで前記第１の範囲の半田に接触させつつ前記線状部位の始端から終端の方へ移動させるとともに、移動途中より半田供給有りに切換えて前記第１の範囲に連なる前記線状部位の終端側の第２の範囲の半田付けを前記半田コテに行わせる。

第５発明は、第４発明において、半田供給有りでの前記第１の範囲への半田付けによる単位移動長さ当りの半田付け量が、半田供給有りでの前記第２の範囲への半田付けによる単位移動長さ当りの半田付け量より大となるように、前記半田コテへの半田供給量を制御することを特徴とする。

第６発明は、第４又は第５発明において、半田供給無しでの前記第１の範囲における前記半田コテの最大移動速度は、半田供給有りでの前記第２の範囲における前記半田コテの最大移動速度の１／３０〜１／２とすることを特徴とする。

自動半田付け装置の主要部構成図。 太陽電池において線状の半田付けが行われる直線部位の箇所を示す図である。 太陽電池の直線部位への半田付けに対し制御部による超音波半田コテの操作手順の説明図である。 図３の操作の各進行時点における半田の状態変化を示す図である。

図１において、自動半田付け装置１０は三次元移動装置１１と、ワークとしての太陽電池１２が上面に載置される温調テーブル１３とを備える。温調テーブル１３は例えばホットプレートから成る。

三次元移動装置１１は、水平バー１７と垂直バー１８とを備えている。水平バー１７は、第１の水平方向としてのＹ軸方向へ移動自在にベース（図示せず）に支持されているコラム（図示せず）に、Ｚ軸方向へ移動自在に支持されている。水平バー１７は、また、第２の水平方向としてのＸ軸方向へ温調テーブル１３より長く延びている。垂直バー１８は、Ｘ軸方向へ移動自在に水平バー１７に支持されている。ブラケット１９は、垂直バー１８の下端部に固定されている。

超音波半田コテ２３は、コテ先２４が下側になるように、かつ水平方向に対して例えば約３０°の傾斜角でブラケット１９に取付けられている。半田線フィーダ２７はブラケット１９に取付けられ、半田線ガイド２８は、基端部を半田線フィーダ２７に固定され、先端部をコテ先２４の近辺に到達させている。半田線フィーダ２７には、半田線２９（図３）のコイルがセットされ、半田線２９は、該コイルから繰り出されて、半田線ガイド２８内を通ってコテ先２４へ導かれる。

超音波半田コテ２３は本発明の半田コテに相当する。本発明の半田コテは、超音波半田コテに限定されず、ヒータ式の半田付け装置であってもよい。三次元移動装置１１は本発明の移動装置に相当する。本発明の移動装置は、三次元移動装置に限定されず、半田コテについてＸ軸及びＹ軸方向のみの移動を行わせるものであってもよい。

制御部３１は、データやプログラムを格納するメモリ、及びプログラムを実行するＣＰＵを含み、Ｚ軸サーボ３２及びＸ軸サーボ３３へ制御信号を送って、Ｚ軸サーボ３２及びＸ軸サーボ３３を介して水平バー１７のＺ軸方向位置及び垂直バー１８のＸ軸方向位置を制御する。超音波半田コテ２３のコテ先２４のＸ座標及びＺ座標は垂直バー１８のＸ軸方向位置及び水平バー１７のＺ軸方向位置により一義に決まる。

図２は、太陽電池１２における直線部位３６を示している。太陽電池１２は、長方形の板状であり、ガラス基板上に裏面電極槽、光吸収層、透明電極層を積層したものである。直線部位３６は、透明電極層の左右の側辺部、すなわち太陽電池１２におけるＹ軸方向両側の側辺部に沿ってＸ軸方向へ太陽電池１２の全長にわたって延びている。超音波半田コテ２３は、左右の直線部位３６にその全長にわたって半田を付ける。なお、直線部位３６への線状の半田付けは、後に、該半田付けへのリード線等を接続する場合に、電極抵抗を低減させる効果がある。

本発明のワークは、太陽電池１２に限定されない。直線部位３６のような線状の半田付け部位をもつワークであればよい。本発明の線状部位は、直線状に限定されない。曲線や屈曲線等、始端と終端とを有する所定長さの連続線状に延びているものであればよい。

図３は、太陽電池１２の直線部位３６への半田付けに対し制御部３１による超音波半田コテ２３の操作手順の説明図である。操作手順の実行により直線部位３６に形成される半田膜の状態変化については図４で後述する。この太陽電池１２では、直線部位３６の全長、すなわち太陽電池１２の長さは７２０ｍｍを想定している。また、直線部位３６に形成される半田膜の厚さは０．１ｍｍ以下を想定している。半田の材料は無鉛材料とする。

図３において、横方向は自動半田付け装置１０におけるＸ軸方向に一致させている。Ｐｓ，Ｐｅは、それぞれ直線部位３６の始端及び終端と定義する。座標の単位はｍｍとし、原点をＰｓに設定する。ＰｓのＸ座標＝０、ＰｅのＸ座標＝７２０となる。図３では、Ｐｓ，Ｐｅ以外にＰ１〜Ｐ５が定義されている。これらＰ１〜Ｐ５のＸ座標に関しては、Ｐｓ＜Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ４＜Ｐｅ＜Ｐ５となっている。Ｐｓ−Ｐ１間の長さ：Ｐ１−Ｐｅ間の長さは、例えば、１：９である。

図３において、「供給引き」とは、コテ先２４へ半田線２９を供給しつつ、コテ先２４をＸ軸の正方向へ移動させることを意味する。「空引き」とは、コテ先２４への半田線２９の供給を停止して、コテ先２４をＸ軸の正方向へ移動させることを意味する。「逃げ切り」とは、コテ先２４がＰｅに到達した後も、超音波半田コテ２３を、なお、Ｘ軸の正方向へ移動させ続けることを意味し、超音波半田コテ２３は、「逃げ切り」中は減速され、「逃げ切り」の終端Ｐ５において停止する。コテ先２４の「逃げ切り」中は、コテ先２４への半田線２９の供給は行わない。「戻し」とは、コテ先２４をＸ軸の負方向へ移動させることを意味する。「戻し」中は、当然に、コテ先２４への半田線２９の供給は停止されている。

さらに、超音波半田コテ２３（コテ先２４）について「接近位置」及び「離反位置」を定義する。「接近位置」とは、超音波半田コテ２３がＸ軸の正方向へ移動しつつ直線部位３６へ半田を付けるＺ軸方向位置と定義する。また、コテ先２４がＺ軸方向へ太陽電池１２から離れる側を正側とし、「離反位置」とは、直線部位３６へ付着済みの半田に対してＺ軸方向正側へ離したＺ軸方向位置と定義する。したがって、超音波半田コテ２３が「離反位置」に保持される限り、超音波半田コテ２３のＸ座標及びＹ座標が何であっても、コテ先２４が直線部位３６上の半田ダマに接触することはない。

具体的には、「接近位置」は、後述の図４（ａ）、（ｂ）、（ｄ）及び（ｅ）における実線のコテ先２４の位置であり、「離反位置」は、後述の図４（ｃ）における実線のコテ先２４の位置である。なお、前述の「逃げ切り」では、超音波半田コテ２３は、Ｚ座標を接近位置に保持したまま、Ｘ軸方向へ移動させてもよいし、Ｚ座標を増大させつつ、Ｘ軸方向へ移動させてもよい。

制御部３１は、直線部位３６への半田付けを操作１、２，３の順番に実行する。なお、この例では、コテ先２４の温度は、操作１の開始から操作３の終了まで、特に制御されず、半田線２９の融解温度以上に保持されている。また、操作３の終了後に、半田付け対象の直線部位３６を別のものへ変更する場合には、通常、超音波半田コテ２３の超音波作動は停止している。

三次元移動装置１１を介する制御部３１による超音波半田コテ２３の位置制御のプログラミングには、超音波半田コテ２３の特定の複数の位置について適宜、ティーチングが利用される。

操作１では、コテ先２４を、接近位置に保持しつつ、Ｘ軸方向へＰｓからＰ３まで移動させる。操作１において、ＰｓからＰ１までの移動範囲では、コテ先２４は供給引きとされ、また、Ｐ１からＰ３までの移動範囲では、コテ先２４は空引きとされる。Ｘ軸方向へ移動中のコテ先２４のＸ座標は、Ｘ軸サーボ３３からのフィードバック信号から検出してもよいし、ＰｓからＸ軸方向へ移動開始する時点からの経過時間を計測し、Ｐ１，Ｐ３に対応する経過時間になった時をＰ１，Ｐ３の到達時点と判断してもよい。後述のＰ２，Ｐ４，Ｐｅ，Ｐ５へのコテ先２４の到達を検出する場合も同様である。

操作２では、コテ先２４を離反位置に保持しつつ、Ｘ軸方向へＰ２からＰｓまで戻す。

操作３では、コテ先２４を、再び接近位置に保持しつつ、Ｘ軸方向へＰｓからＰ５まで移動させる。操作３において、ＰｓからＰ２までの移動範囲では、コテ先２４は空引きとされ、Ｐ２からＰ４までの移動範囲では、コテ先２４は供給引きとされ、Ｐ４からＰｅまて移動範囲では、コテ先２４は空引きとされ、ＰｅからＰ５までの移動範囲では、コテ先２４は逃げ切りとされる。

図４は、図３の操作の各進行時点における半田４０の状態変化を示している。図４（ａ）〜（ｅ）の順番に時間が経過している。図４（ａ）は操作１における供給引き開始時の状態を示す。図４（ｂ）は操作１における空引き終了時の状態を示す。図４（ｃ）は操作２の終了時の状態を示す。図４（ｄ）は操作３における最初の空引き開始時の状態を示す。図４（ｅ）は操作３における供給引き開始後の状態を示す。

図３及び図４を参照して、各操作に伴う直線部位３６における半田４０の状態変化について説明する。なお、図４において、Ｄ１，Ｄ５はＸ軸方向の正側へのコテ先２４の移動を示し、Ｄ３はＸ軸方向の負側へのコテ先２４の移動を示す。Ｄ２はＺ軸方向正側へのコテ先２４の移動を示し、Ｄ４はＺ軸方向負側へのコテ先２４の移動を示す。さらに、コテ先２４はＺ軸方向へ接近位置と離反位置とへ切り換えられ、図４（ａ）、（ｂ）、（ｄ）及び（ｅ）のコテ先２４は「接近位置」にあり、図４（ｃ）において、上側の２つのコテ先２４は「離反位置」にあり、下側の１つのコテ先２４は「接近位置」になっている。

コテ先２４への半田線２９の供給量は、操作１の供給引きにおける直線部位３６の単位長さ当りの半田付け量が操作３の供給引きにおける直線部位３６の単位長さ当りの半田付け量より大となるように制御される。例えば、操作１の供給引きにおける直線部位３６への半田付けによる半田４０の厚さ、すなわち図４（ａ）〜（ｃ）における半田４０の厚さは、許容範囲の上限より少し大となるようにし、半田付けを行う。これに対し、操作３の供給引きにおける直線部位３６への半田付けによる半田４０の厚さ、すなわち図４（ｅ）における半田４０の厚さは、許容範囲内となるようにし、半田付けを行う。

なお、操作１において直線部位３６のＰｓ近辺に付着した半田４０には、通常、今回の直線部位３６に対する操作１の供給引き期間に半田線フィーダ２７からコテ先２４へ供給された半田だけてなく、前回の操作３の終了時から今回の操作１の開始時までコテ先２４に付着して残っていた半田も含まれることがある。この場合は、操作１によるＰｓ近辺の半田４０の付着量はコテ先２４への半田線２９の今回の供給量より大となる。

操作１の供給引きにおける直線部位３６への半田付け量が多目となる結果、直線部位３６のＰｓ近辺では、半田のかすれが防止される。しかし、その反面、付着量が過大気味となって、図４（ｂ）に示すように、半田ダマ４１がＰｓ近辺に生じ易くなる。半田ダマ４１における半田４０の厚さは、半田４０の厚さについての許容範囲の上限を超えたものになってしまう。

操作１の終了後、操作２が実施される。これにより、コテ先２４は、図４（ｃ）に示すように、接近位置から離反位置に切換えられて、離反位置に保持されつつ、Ｐｓの方へ戻される。

操作３の開始に伴い、コテ先２４が半田ダマ４１に当てられる。操作３における半田ダマ４１へのコテ先２４の接触に伴い、半田ダマ４１は再融解する。操作３の最初の空引きにより、半田ダマ４１は、図４（ｄ）に示すように、Ｘ軸方向負側の面においてコテ先２４に当接されて、コテ先２４の空引きに伴いＸ軸方向正側へ押し出される。これにより、半田４０の厚さは、図４（ｅ）に示すように、直線部位３６とコテ先２４との距離、すなわち厚さの許容範囲内に調整されて、半田ダマ４１は除去される。また、半田ダマ４１の余分な半田は、直線部位３６におけるＰ１−Ｐ２（図３）間の半田付けに利用される。

半田ダマ４１の余分な半田による半田４０の延長が終わる前に、コテ先２４への半田線２９の供給が再開され、直線部位３６への半田４０は、途切れることなく、Ｐｅまで連続的に形成される。

Ｘ軸方向への超音波半田コテ２３の移動速度について、操作１，３共に、開始時は、速度０から増速され、終了時は速度０へ減速される。また、中間では、一定速度に維持される。しかしながら、操作３の供給引きでは、空引きからの切換えに伴う開始時に増速が行われ、その後に一定速度になる。操作３における最初の空引きでの、半田ダマ４１の矯正を確実にするために、操作３における空引きの移動速度は低く設定される。操作３において、Ｐｓ−Ｐ２間のＸ軸方向最大移動速度は、Ｐ２−Ｐｅ間のＸ軸方向最大移動速度の１／３０〜１／２とされる。

典型的には、操作３におけるＰｓ−Ｐ２間のＸ軸方向最大移動速度は、初期時の増速が終了しだい生じ、その後、超音波半田コテ２３（コテ先２４）がＰ２に達するまで、維持される。典型的には、操作３におけるＰ２−Ｐｅ間のＸ軸方向最大移動速度は、Ｐ２からの増速が終了しだい生じ、その後、超音波半田コテ２３がＰｅに到達するまで維持される。

本発明は、上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更（付加及び削除も含む。）が可能である。

１０：自動半田付け装置（半田付け装置）、１１：三次元移動装置（移動装置）、１２：太陽電池（ワーク）、２３：超音波半田コテ（半田コテ）、２９：半田線、３１：制御部、３６：直線部位、４０：半田、４１：半田ダマ。

Claims (6)

1. 半田コテと、
   ワークに対して前記半田コテを相対移動させる移動装置と、
   前記半田コテへ半田を供給する半田供給装置と、
   前記移動装置及び前記半田供給装置の制御を介して前記ワークの線状部位への線状の半田付けを前記半田コテに行わせる制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記半田コテを半田供給有りで前記線状部位の始端から終端の方へ移動させて前記線状部位の始端側の第１の範囲の半田付けを行わせ、
   次に、前記半田コテが前記第１の範囲の半田に接触しないように前記半田コテを前記線状部位から離しつつ前記始端の方へ戻し、
   次に、前記半田コテを半田供給無しで前記第１の範囲の半田に接触させつつ前記線状部位の始端から終端の方へ移動させるとともに、移動途中より半田供給有りに切換えて前記第１の範囲に連なる前記線状部位の終端側の第２の範囲の半田付けを前記半田コテに行わせることを特徴とする半田付け装置。
2. 請求項１記載の半田付け装置において、
   前記制御部は、
   半田供給有りでの前記第１の範囲への半田付けによる単位移動長さ当りの半田付け量が、半田供給有りでの前記第２の範囲への半田付けによる単位移動長さ当りの半田付け量より大となるように、前記半田コテへの半田供給量を制御することを特徴とする半田付け装置。
3. 請求項１又は２記載の半田付け装置において、
   前記制御部は、
   半田供給無しでの前記第１の範囲における前記半田コテの最大移動速度は、半田供給有りでの前記第２の範囲における前記半田コテの最大移動速度の１／３０〜１／２とすることを特徴とする半田付け装置。
4. 半田コテを半田供給有りでワークの線状部位の始端から終端の方へ移動させて前記線状部位の始端側の第１の範囲の半田付けを行わせる工程と、
   前記半田コテが前記第１の範囲の半田に接触しないように前記半田コテを前記線状部位から離しつつ前記始端の方へ戻す工程と、
   前記半田コテを半田供給無しで前記第１の範囲の半田に接触させつつ前記線状部位の始端から終端の方へ移動させるとともに、移動途中より半田供給有りに切換えて前記第１の範囲に連なる前記線状部位の終端側の第２の範囲の半田付けを前記半田コテに行わせる工程と
   を備えることを特徴とする半田付け方法。
5. 請求項４記載の半田付け方法において、
   半田供給有りでの前記第１の範囲への半田付けによる単位移動長さ当りの半田付け量が、半田供給有りでの前記第２の範囲への半田付けによる単位移動長さ当りの半田付け量より大となるように、前記半田コテへの半田供給量を制御することを特徴とする半田付け方法。
6. 請求項４又は５記載の半田付け方法において、
   半田供給無しでの前記第１の範囲における前記半田コテの最大移動速度は、半田供給有りでの前記第２の範囲における前記半田コテの最大移動速度の１／３０〜１／２とすることを特徴とする半田付け方法。

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