JP2012054394A

JP2012054394A - はんだ付け装置およびはんだ付け方法

Info

Publication number: JP2012054394A
Application number: JP2010195549A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Harikae; 光尋張替; Makoto Yoshida; 吉田　　誠
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2010-09-01
Filing date: 2010-09-01
Publication date: 2012-03-15

Abstract

【課題】小型ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き表面実装部品の安定したリペア品質を確保できるリペア装置を提供する。
【解決手段】プリント基板に実装されているＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き表面実装部品のはんだ接合部を加熱されたエアーをノズルから吹き付けることで加熱溶融して取り外し、取り付けする表面実装部品リペア装置において、部品を囲う形状のノズル本体を加熱して、はんだ溶融温度以上に加熱した時点で取り付けするＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品を囲うようにプリント基板上へ下降させ、部品外周の端子部のはんだを溶融させ、はんだが完全に溶融した後でノズルを上昇させて部品外周の端子部のはんだ付けを行ない、ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品の仮固定を行なう。部品仮固定後、そのままノズルから加熱されたエアーをＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品へ吹き付けてＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ部のはんだ付けを行なう。
【選択図】図２

Description

本発明は、はんだ付け装置およびはんだ付け方法に係り、特にプリント基板に実装する部品裏面に露出パッドを備えた表面実装部品（ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品と呼ぶ）のリペア作業が容易なはんだ付け装置およびはんだ付け方法に関する。

表面実装部品は、はんだペーストを印刷したプリント基板に搭載され、リフロー（はんだペーストの再溶融）により、プリント基板に接続される。プリント基板の検査により、表面実装部品の不具合があると、該当表面実装部品のみを一旦プリント基板から取り外し、他の表面実装部品を再接続する必要がある。この工程をリペアと呼ぶ。また、後半の再接続をリペアはんだ付けと呼ぶ。

図１を参照して、ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品を説明する。ここで、図１は、ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品の下方からの斜視図である。図１において、ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４は、その底面にプリント基板との電気的接続部である部品端子部１４と、部品端子部１４の内側に部品端子部１４と同様にプリント基板にはんだ付けするＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ部１５とを備えている。

ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品は、ＢＧＡ部品と同様に部品裏面でプリント基板と、はんだ付けがなされる。このため、リペアは、ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品全体を、加熱用ヒータで加熱されたエアーで加熱して、はんだを溶融させた後に部品を取り外す。次に、取り外した箇所のプリント基板上にはんだペーストを乗せて部品を搭載後、再度部品全体を、加熱エアーで加熱して、部品裏面側のはんだペーストを溶融させてはんだ付けを行なう。リペアは、上述した手順を組み込んだリペア装置を使用して、自動で作業を行なっている。特許文献１は、電子部品を均一に加熱可能なリペア装置を開示している。

年々、ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品は、小型・軽量化が進んでいる。その具体的な数値は、４ｍｍ×４ｍｍ、１０ｍｍ×７.５ｍｍ、３２ｍｇ〜０.１３ｇ等である。小型・軽量化が進み、リペアはんだ付けにおいて、部品全体を加熱エアーで加熱する際に、はんだ付けされる前にエアーの力で部品のずれや飛散などが起こるようになってきている。

特開２００９−１４１０１２号公報

本発明は、小型・軽量化が進んだＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品のはんだ付けが可能なはんだ付け装置およびはんだ付け方法を提供する。

上述した課題は、はんだ印刷されたプリント基板上と、このプリント基板に搭載された表面実装部品とをはんだ付けするはんだ付け装置において、表面実装部品は、その接続面の外周に複数の部品端子部と、接続面の部品端子部の内側に露出パッドとを有し、部品端子部とプリント基板とを接続する加熱手段と、部品端子部とプリント基板とが接続された状態で、露出パッドとプリント基板とを接続する加熱エアー吹き付け手段と、を有するはんだ付け装置により、達成できる。

また、その接続面の外周に複数の部品端子部と、接続面の部品端子部の内側に露出パッドとを有する表面実装部品と、この表面実装部品をはんだ印刷されたプリント基板上に搭載して、表面実装部品と、プリント基板とをはんだ付けするはんだ付け方法において、部品端子部とプリント基板とを接続する工程と、部品端子部とプリント基板とが接続された状態で、露出パッドとプリント基板とを接続する加熱エアー吹き付け工程とを含むはんだ付け方法により、達成できる。

本発明に拠れば、小型・軽量化が進んだＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品のはんだ付けが可能なはんだ付け装置およびはんだ付け方法を提供できた。

ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品の裏面からの斜視図である。ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品のはんだ付け方法を説明するリペアはんだ付け装置の要部構成断面図である。ノズル先端部の拡大側面図である。リペア装置の斜視図である。他のノズルの斜視図である。他のノズル先端部の拡大側面図である。他のＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品のはんだ付け方法を説明するリペアはんだ付け装置の要部構成断面図である。さらに他のＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品のはんだ付け方法を説明するリペアはんだ付け装置の要部構成断面図である。

以下本発明の実施の形態について、実施例を用い図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実質同一部位には同じ参照番号を振り、説明は繰り返さない。

図２と図３を参照して、実施例１のＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品のはんだ付け方法を説明する。図２において、リペアはんだ付け装置１００は、制御部５０、エアー加熱用ヒータ１２、ノズル加熱用ヒータ１３、吸引ポンプ３０、ノズル１、吸着ノズル２を備える。制御部５０は、エアー加熱用ヒータ１２、ノズル加熱用ヒータ１３、吸引ポンプ３０、図示しないエアー弁、Ｚ１軸モータ、Ｚ２軸モータを制御する。ノズル１は、ノズル加熱用ヒータ１３と接続されている。ノズル２は、吸引ポンプ３０に接続されている。エアー２０は、エアー加熱用ヒータ１２を通過することによって加熱される。

ノズル１は、ノズル加熱用ヒータ１３により、抵抗加熱される。ノズル１が予め温度センサにより取得したノズル１の温度プロファイルを基にはんだ溶融温度以上に加熱された時点で、リペアはんだ付け装置１００は、図２（ａ）に示す通り第１のＺ軸Ｚ１を稼働させてノズル１を部品端子部１４近傍のプリント基板３上のはんだ接続パッド部に接触させる。この結果、部品端子部１４のはんだペースト１０は、溶融する。

ここで、ノズル１の先端は、図３に示す通り、櫛歯状となっており、プリント基板３上のはんだ接続パッド部のみに接触する構造となっている。これは、プリント基板３への熱ストレスを防止するためである。

図２に戻って、部品端子部１４のはんだペーストが完全に溶融した時点で、リペアはんだ付け装置１００は、ノズル１を第１のＺ軸Ｚ１を稼働させて上昇させる。この結果、ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４の部品端子部１４は、冷却し、プリント基板３とはんだ付けされる。次に図２（ｂ）に示す通り、リペアはんだ付け装置１００は、エアー加熱用ヒータ１２によりはんだ溶融温度以上に加熱されたエアー２０をエアー吹き出し口１１よりＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４に吹き付ける。リペアはんだ付け装置１００は、予め温度センサにより取得したエアー２０によるＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４およびはんだ付け部の温度プロファイルに従ってＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ部１５のはんだを溶融させてはんだ付けを行なう。

図４を参照して、リペアはんだ付け装置１００の構造を説明する。図４において、リペアはんだ付け装置１００は、テーブル６、Ｘ軸稼動部７、Ｙ軸稼動部８、第１のＺ軸Ｚ１、第２のＺ軸Ｚ２、Ｘ−Ｙ−Ｚ軸調整スイッチ９から構成されている。Ｘ軸稼動部７は、テーブル６に乗っている。Ｙ軸稼動部８は、Ｘ軸稼動部７に乗っている。第１のＺ軸Ｚ１は、Ｙ軸稼動部８に乗っている。第２のＺ軸Ｚ２は、第１のＺ軸Ｚ１に乗っている。テーブル６には、プリント基板３、トレイ５が乗っている。トレイ５には、ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４が乗っている。ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４の取り外し方について、以下説明する。ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４が実装されたプリント基板３をテーブル６にセットする。Ｘ−Ｙ−Ｚ軸調整スイッチ９（９Ｘ、９Ｙ、９Ｚ）を操作し、先ずはＸ軸稼働部７とＹ軸稼働部８を動作させてＸ−Ｙの座標軸を決定する。これは、ノズル１のセンタとＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４のセンタの位置を合わせる。その後、ノズル１を一端が接続された第１のＺ軸Ｚ１を稼働させＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４をノズル１が囲うように部品上部にセットすることで３軸の位置合わせが完了する。

次いで、第２のＺ軸Ｚ２を稼働し、吸着ノズル２を降下させてＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４を吸着する。この状態で、エアー加熱用ヒータ１２で加熱されたエアー２０をノズル１から吹き付け、ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４のはんだを溶融させる。ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４のはんだが完全に溶融した後、第２のＺ軸Ｚ２を稼働させ上昇することによりＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４をプリント基板３から取り外すことができる。

一方、ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４の基板への取り付け方について、以下説明する。はんだペースト１０が印刷されたプリント基板３をテーブル６にセットする。ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４を収納しているトレイ５よりノズル１に取り付いている吸着ノズル２によってＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４を吸着する。ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４の搭載位置情報を予めＸ−Ｙ−Ｚ軸調整スイッチ９に入力し、Ｘ軸稼働部７、Ｙ軸稼働部８および第１のＺ軸Ｚ１、第２のＺ軸Ｚ２を稼働させることで、プリント基板３上の目的の位置に搭載する。その後、ノズル１を加熱して一旦ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４を周囲のはんだで仮固定する。その後、ノズル１からエアー加熱用ヒータ１２で加熱されたエアー２０を吹き付けることによってＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ１５のはんだペースト１０を溶融させて取り付ける。

なお、仮固定したＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４の周囲のはんだも再溶融する。しかし、液化はんだの表面張力により、位置ずれ、飛散等は、発生しない。すなわち、エアー加熱の前半は、はんだの仮固定、後半は、はんだの表面張力により、ずれを防止するものである。

図５および図６を参照して、実施例２を説明する。図５は、ノズル１Ａの下方からの斜視図を示したものである。図５において、ノズル１Ａは、図３の櫛歯形状の先端部の代わりに、先端部形状を平らにし、且つ、ノズル下面側の四隅にそれぞれ０.１ｍｍの突起部１６を配している。実施例１と同様にノズル１Ａは、ノズル加熱用ヒータ１３と接続されている。しかし、突起部１６を配する四隅部分は、熱伝導率の低い材料を使用し、温度上昇を遅くする。ノズル加熱用ヒータ１３によりノズル１Ａは、突起部１６を配する四隅部分以外が急速に加熱される。予め温度センサにより取得したノズル１Ａの加熱部の温度プロファイルを基にはんだ溶融温度以上に加熱された時点で、図６（ａ）に示す通り第１のＺ軸Ｚ１を稼働させてノズル１をＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４の上部から周囲を囲うようにプリント基板３上に下降させる。図６（ｂ）に示す通りノズル１は、四隅の突起部１６のみがプリント基板３上に接触する構造となる。図６（ｂ）において、ノズル１Ａの加熱部分は、プリント基板３との間に０.１ｍｍのクリアランスが生じる。はんだペースト１０の高さは、およそ０.１２ｍｍから０.１５ｍｍであることから、ノズル１Ａの加熱部分は、部品端子部１４近傍のはんだペースト１０に接触してはんだペースト１０を溶融させる。はんだペースト１０が完全に溶融した時点で、ノズル１Ａを第１のＺ軸Ｚ１を稼働させて上昇させてＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４の部品端子部１４をはんだ付けすることで仮固定する。

はんだペースト１０を溶融させる際、ノズル１Ａの加熱部分とプリント基板３との間に０.１ｍｍのクリアランスがあるため、プリント基板３への熱ストレスを防止できる。実施例２は、ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４の端子配置形状に左右されず共通のノズル１Ａでのはんだ仮固定ができる。はんだ仮固定後、実施例１と同様に、エアー加熱用ヒータ１２によりはんだ溶融温度以上に加熱されたエアー２０をエアー吹き出し口１１よりＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４に吹き付け、予め温度センサにより取得したエアー２０によるＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４およびはんだ付け部の温度プロファイルに従ってＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ部１５のはんだを溶融させてはんだ付けを行なう。

図７を参照して、実施例３を説明する。図７において、リペアはんだ付け装置１００Ａのノズル１Ｂは、図５のノズル１Ａの外周にエアー２０を逃がすエアー排気口１７を備えたノズルである。実施例１、実施例２と同様にノズル１Ｂは、ノズル加熱用ヒータ１３と接続されている。しかし、突起部１６を配する四隅部分は、熱伝導率の低い材料を使用し、温度上昇を遅くする。ノズル加熱用ヒータ１３によりノズル１Ｂは、突起部１６を配する四隅部分以外が急速に加熱される。予め温度センサにより取得したノズル１Ｂの加熱部の温度プロファイルを基にはんだ溶融温度以上に加熱された時点で、リペアはんだ付け装置１００Ａは、第１のＺ軸Ｚ１を稼働させてノズル１ＢをＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４の上部から周囲を囲うようにプリント基板３上に下降させる。図６（ｂ）に示す通りノズル１Ｂは、０.１ｍｍのクリアランスを以って四隅の突起部１６のみがプリント基板３上に接触する。ノズル１Ｂの加熱部分は、部品端子部１４のはんだペースト１０に接触する。この結果、はんだペースト１０を溶融させる。はんだペースト１０が完全に溶融した時点で、リペアはんだ付け装置１００Ａは、ノズル加熱用ヒータ１３を遮断して、ノズル１Ｂの温度を下降させる。この結果、ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４の部品端子部１４をはんだ付けする。

はんだ仮固定後、実施例１と同様に図７に示す通り、エアー加熱用ヒータ１２によりはんだ溶融温度以上に加熱されたエアー２０をエアー吹き出し口１１よりＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４に吹き付ける。この時、ノズル１Ｂは下降したままでプリント基板３と接触しており、ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４を覆っている状態となるが、ノズル１Ｂ外周の熱風を逃がすエアー排気口１７から上方にエアー２０を逃がす。排気を周囲の部品にぶつけないことで、周囲の部品およびプリント基板３へのストレスを防止する。更に、予め温度センサにより取得したエアー２０によるＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４およびはんだ付け部の温度プロファイルに従ってＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ部１５のはんだを溶融させてはんだ付けを行ない、ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４を取り付ける。これにより、ノズル１Ｂの上昇動作を行なうプロセスを省いて、ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４のはんだ仮付けを実施する。

図８を参照して、実施例４を説明する。図８において、リペアはんだ付け装置１００Ｂは、制御部５０、エアー加熱用ヒータ１２、吸引ポンプ３０、ノズル４０、吸着ノズル２を備える。制御部５０は、エアー加熱用ヒータ１２、吸引ポンプ３０、図示しないエアー弁、Ｚ１軸モータ、Ｚ２軸モータを制御する。ノズル２は、吸引ポンプ３０に接続されている。エアー２０は、エアー加熱用ヒータ１２を通過することによって加熱される。

実施例１ないし実施例３では、ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４の仮固定は、抵抗加熱、ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ部１５のはんだ接続を含む本固定は、エアー加熱を採用した。これに対して、実施例４は、ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４の仮固定、ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ部１５のはんだ接続を含む本固定とも、エアー加熱を採用する。加熱源が一つとなるので、設備が小型となるメリットがある。しかし、ノズル４０がやや複雑な構造となる。

図８において、リペアはんだ付け装置１００Ｂは、本固定用のエアー２０−１に対して独立した配管ルートを持つ部分供給エアー２０−２を備える。ノズル４０は、その本体全体が独立してエアーを通す管を有する構造となっている。ノズル４０は、その管と部分供給エアー２０−２の独立した配管は接続されている。部分供給エアー２０−２は、ノズル４０の管を通って部分供給エアー２０−２専用吹き出し口１８から部分供給エアー２０−２を吹き付ける。

図８（ａ）において、リペアはんだ付け装置１００Ｂは、先ず第１のＺ軸Ｚ１を稼働させてノズル４０をＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４の上部から周囲を囲うようにプリント基板３上に下降させる。リペアはんだ付け装置１００Ｂは、エアー加熱用ヒータ１２によりはんだ溶融温度以上に加熱された部分供給エアー２０−２を部分供給エアー２０−２専用吹き出し口１８よりＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４の部品端子部１４のはんだ接続パッド部に吹き付ける。部分供給エアー２０−２専用吹き出し口１８は、ノズル４０内側の方が下側に長く、加熱された部分供給エアー２０−２をＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４の外側に逃がす構造となっている。予め温度センサにより取得した部分供給エアー２０−２によるＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４の部品端子部１４におけるはんだ付け部の温度プロファイルに従って、リペアはんだ付け装置１００Ｂは、部品端子部１４のはんだを溶融させてはんだ付けすることで仮固定する。

次に、リペアはんだ付け装置１００Ｂは、第１のＺ軸Ｚ１を稼働させてノズル４０を上昇させて、図８（ｂ）に示す通り、エアー加熱用ヒータ１２によりはんだ溶融温度以上に加熱されたエアー２０−１をエアー吹き出し口１１よりＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４に吹き付ける。予め温度センサにより取得したエアー２０−１によるＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４およびはんだ付け部の温度プロファイルに従って、リペアはんだ付け装置１００Ｂは、ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ部１５のはんだを溶融させてはんだ付けを行なう。この結果、リペアはんだ付け装置１００Ｂは、ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４をプリント基板３に取り付ける。

以上、詳述したように、実施例４によれば、ノズル４０は、ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４の本体を加熱する用途のみではなく、ノズル４０自体を仮固定用のはんだ付け器具とする構成であるため、自動でＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品４の取り付けを可能とし、且つ安定した品質の確保を可能とするものである。

１…ノズル、２…吸着ノズル、３…プリント基板、４…ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ付き部品、５…トレイ、６…テーブル、７…Ｘ軸稼働部、８…Ｙ軸稼働部、９Ｘ…Ｘ軸調整スイッチ、９Ｙ…Ｙ軸調整スイッチ、９Ｚ…Ｚ軸調整スイッチ、１０…はんだペースト、１１…エアー吹き出し口、１２…エアー加熱用ヒータ、１３…ノズル加熱用ヒータ、１４…部品端子部、１５…ＥｘｐｏｓｅｄＰａｄ部、１６…突起部、１７…エアー排気口、１８…部分供給エアー、２０…エアー、３０…吸引ポンプ、４０…ノズル、５０…制御部、１００…リペアはんだ付け装置。

Claims

はんだ印刷されたプリント基板上と、このプリント基板に搭載された表面実装部品とをはんだ付けするはんだ付け装置において、
前記表面実装部品は、その接続面の外周に複数の部品端子部と、前記接続面の前記部品端子部の内側に露出パッドとを有し、
前記部品端子部と前記プリント基板とを接続する加熱手段と、
前記部品端子部と前記プリント基板とが接続された状態で、前記露出パッドと前記プリント基板とを接続する加熱エアー吹き付け手段と、を有することを特徴とするはんだ付け装置。
請求項１に記載のはんだ付け装置であって、
前記加熱手段は、抵抗加熱手段であることを特徴とするはんだ付け装置。
請求項１に記載のはんだ付け装置であって、
前記加熱手段は、第２の加熱エアー吹き付け手段であることを特徴とするはんだ付け装置。
その接続面の外周に複数の部品端子部と、前記接続面の前記部品端子部の内側に露出パッドとを有する表面実装部品と、この表面実装部品をはんだ印刷されたプリント基板上に搭載して、前記表面実装部品と、前記プリント基板とをはんだ付けするはんだ付け方法において、
前記部品端子部と前記プリント基板とを接続する工程と、
前記部品端子部と前記プリント基板とが接続された状態で、前記露出パッドと前記プリント基板とを接続する加熱エアー吹き付け工程とを含むはんだ付け方法。