JP2012094771A

JP2012094771A - はんだ付け方法およびはんだ付け装置

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Publication number: JP2012094771A
Application number: JP2010242546A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Ito; 厚伊藤
Original assignee: Nippon Avionics Co Ltd
Current assignee: Nippon Avionics Co Ltd
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2012-05-17

Abstract

【課題】前工程を設けて予めはんだ付け部にはんだを供給しておく必要がなく、はんだの供給量を調整しても、溶融したはんだが意図せずワークに滴下するようなことがないはんだ付け方法とそのための装置を提供する。
【解決手段】第１の部材上に第２の部材をはんだ付けする方法であって、第１の部材を載置台に載置する工程と、第２の部材を第１の部材上に接触させて配置する工程と、加熱手段と第２の部材とに細長形状のはんだを介在させる工程と、載置台と加熱手段とで第１の部材、第２の部材およびはんだを挟持する工程と、はんだの挟持された部分を残して不使用部分を切断する工程と、加熱手段を加熱して挟持されたはんだを溶融させる工程とを有することを特徴とするはんだ付け方法。

【選択図】図１

Description

本発明は、コイル等の電気部品やプリント配線板の接続端子に対してワイヤやリードを接続する際に、はんだ付けを行う方法およびその装置に関する。

従来から電気部品やプリント配線板の接続端子に対して、配線材料であるワイヤやＩＣパッケージのリード等を接続するために、はんだ付けが広く行われている。はんだ付けは低融点ろう材を使用した一種のろう付けである。ろう材としてのはんだは一般に錫系の合金から成り、棒状、糸状、リボン状、球形、あるいは粒状のはんだにフラックスを加えペースト状にしたクリームはんだ等、様々な形態で使用される。また、はんだ槽に溶融したはんだを満たし、これに接続対象を浸漬する方法も広く行われている。

本発明に係るはんだ付け方法およびはんだ付け装置は、例えば図３で示すような接続に適用される。図３において符号５１は電気部品やプリント基板に設けられた接続部であり、この接続部にワイヤ５２が接続されている。ここで接続部５１上には導電体から成る複数の電極５１Ａが形成され、これら電極５１Ａに対応する複数のワイヤ５２がはんだ付けされている。この例の場合ワイヤ５２は、複数の銅からなる細線を撚り合わせた所謂撚り線であり、電極５１Ａから離隔した部分では互いに並べて絶縁樹脂で被覆されたフラットケーブルの形態になっている。

ここで、はんだ付けに必要なはんだを供給する方法としては、ペースト状のはんだをディスペンサで電極上に供給しておく方法、電極数が多い場合はマスク板とスキージを用いて電極上にペースト状のはんだを印刷する方法等、ハンダ付けの工程の前に予めはんだを供給しておく方法がある。また、特許文献１の記載では図４で示すように、矢印アの方向に昇降自在に保持されたはんだ鏝５３と、はんだ供給ノズル５４とを備え、ノズル内に供給された糸はんだ５５をノズル先端部５４Ａから繰り出すことで、鏝先５３Ａの熱で溶融した糸はんだ５５が鏝先５３Ａに付着し、これを接続対象に当接させることではんだ付けを行う自動機用はんだ付けヘッドが開示されている。

また、特許文献２の記載では、表面実装型電子部品のリードをプリント配線板のパッド上にハンダ付けするような、多点接続に用いるはんだ付け装置として、ヘッド内部に複数設けられたガイド穴から複数の糸はんだを貫通させ、さらにこれらガイド穴の出口に設けられたヒータツール（ヒータチップともいう）によりガイド穴の出口近傍の糸はんだを溶融させる。そして、はんだ付けの対象となるリードごとに、これら溶融したはんだを当接させてはんだ付けを行う電子部品用はんだ付け装置が開示されている。

特開平９−３２７７６７号公報（第３頁、図１）特開２００１−１５６４３８号公報（第４頁、図１、図４）

前述したように、はんだ付けの際にはんだを供給する方法として、一つに、はんだ付けの工程の前に別工程を設け、接続の対象となる電極に予めはんだを供給しておく方法がある。この方法を適用した場合、当然に工程が一つ増えることで生産の手間と時間が増加するのに加え、はんだ供給工程のエリアと設備も必要となる。また、接続する対象に応じて最適な量のはんだを予め供給しておくために、例えば前述の図３の電極５１Ａのような場合は、電極５１Ａの面積が一定であるため、供給するペースト状のはんだの厚さでその量を調整するしか方法がないため、調整範囲に制限がある。あるいは、最適なはんだ量を予測して電極５１Ａの面積を予め設定しなければならない。

また、特許文献１や特許文献２のように、はんだ付けの工程ではんだ付け動作の度に、加熱手段に対してはんだを供給する方法もあるが、溶融し液状化したはんだを加熱手段に付着させてはんだ付けを行うため、１回のハンダ付けに使用するはんだの量を調節する場合、はんだの量の変化に伴い加熱手段へのはんだの付着の態様が変化し、つまり溶融したはんだが大きく垂れ下がったり滴下してしまったりするので、はんだの量の調節範囲が制限される。またこのような方式の場合、溶融したはんだが滴下してしまわないように、はんだ付けヘッドの加熱手段に大きな加速度や振動を発生させないような工夫が必要になる。

そこで、本発明はこれらの課題を解決すべく、はんだ付けの前工程として、予め電極にはんだを供給する必要がなく、はんだ付け工程において、供給するはんだの量を広範囲に調整可能とし、且つ溶融はんだが滴下するようなことのない、安定したはんだ付け方法およびその装置を提供するものである。

本発明は第１の態様として、第１の部材上に第２の部材をはんだ付けする方法であって、前記第１の部材を載置台に載置する工程と、第２の部材を第１の部材上に接触させて配置する工程と、加熱手段と前記第２の部材とに細長形状のはんだを介在させる工程と、前記載置台と前記加熱手段とで前記第１の部材、前記第２の部材および前記はんだを挟持する工程と、前記はんだの前記挟持された部分を残して不使用部分を切断する工程と、前記加熱手段を加熱して挟持されたはんだを溶融させる工程とを有することを特徴とするはんだ付け方法を提供する。

これにより、ハンダ付けの対象部材に予めはんだを供給する必要がなくなるため、そのための工程、作業エリアおよび作業設備を設ける必要がなくなる。また、加熱手段に溶融したはんだを付着させないことで、ハンダ付けの対象（以下ワークともいう）に意図せずはんだが滴下するようなことがない。

また本発明は第２の態様として、前記切断は、前記はんだを前記加熱手段の近傍でハーフカットした後、前記不使用部分を前記加熱手段から離隔する方向に牽引することで行うことを特長とする第１の態様として記載のはんだ付け方法を提供する。

これにより、細長形状のはんだの切断箇所近傍を、切断の際に変形（曲がり、潰れ等）させることがないので、人手をかけず連続してはんだ付け作業が行える。

また本発明は第３の態様として、前記細長形状のはんだは、断面が円形の糸はんだ、又は断面が矩形のリボンはんだであることを特徴とする第１または第２のいずれかの態様として記載のはんだ付け方法を提供する。

これにより、リールに巻き回した状態から連続してはんだを供給できるので、はんだ供給機構の構造が単純化でき、装置のコストを低減できると共に連続して繰返しはんだ付け作業が行える。

また本発明は第４の態様として、第１の部材上に第２の部材をはんだ付けする装置であって、前記第１の部材および第２の部材を載置する載置台と、前記載置台の載置面に対して近接および離隔可能に設けられた加熱手段と、前記加熱手段に通電して抵抗発熱を発生させる電源と、細長形状のはんだを前記加熱手段の押圧面に沿って延出させるノズルと、前記細長形状のはんだを切断する切断手段とを備えることを特徴とするはんだ付け装置を提供する。

これにより、第１の態様として記載したはんだ付け方法を実施するための装置を得ることができる。

また本発明は第５の態様として、前記切断手段は、加熱手段の近傍に配置したカッターと、前記細長形状のはんだを把持するクランパーとを備えることを特徴とする第４の態様として記載のはんだ付け装置を提供する。

これにより、第２の態様として記載したはんだ付け方法を実施するための装置を得ることができる。

本発明によると、溶融させる前のはんだをはんだ付けの対象部材と共に挟持してから加熱を開始するので、従来技術のように溶融したはんだを加熱手段に付着させる必要がない。したがって、はんだの供給量を調整するには、細長形状のはんだの断面積を調整すればよく、最適なはんだ供給量が簡単に設定可能となる。さらに、はんだ供給量を調整してもワークの不要な部分にはんだが滴下してしまうことがなく、製品にダメージを与えて歩留りに影響する恐れがない。

本発明の実施形態を示すはんだ付け方法の工程図本発明の実施形態を示すはんだ付け装置の側面図本発明の従来の実施形態を示す斜視図本発明の従来の実施形態の示す側面図

次に、添付図面を参照して、本発明に係るはんだ付け方法およびはんだ付け装置の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明に係るはんだ付け方法の実施例を示す図であり、要部のみを描いた側面図である。図１（ａ）において符号１はワークの一部となる第１の部材であり、図示しない載置台上に載置された電極部である。また、符号２は電極部１の上面に形成された複数の電極であり銅からなる導電層をエッチングして形成したパッドである。そして図示を省略してあるが、電極部１の上面であってパッド２以外の領域には、はんだをはじくためのソルダーレジストが塗布されている。

符号３は電極部１上に形成されたパッド２の上面に接触して配置された第２の部材であり、ワークの他の一部となるものである。本実施例の場合第２の部材は銅の細線を撚ったワイヤ３であり、このワイヤ３はその長手方向が図を見て前後方向になるように配置されているため、図ではワイヤ３の断面として円で描かれている。そして符号４は加熱手段であるヒータチップであり、下面４Ａを押圧面とし、略コの字形の両端４Ｂ，４Ｃ間に電流を流すことで抵抗発熱を得て温度が上昇する。また、このヒータチップ４の押圧面４Ａの近傍に熱電対４Dを固着し、その温度情報をフィードバックしつつ図示しないパスルヒート電源からヒータチップ４に電流を供給することで、瞬間加熱が実現可能となり、さらに予め設定した温度プロファイルに応じたヒータチップ４の温度コントロールが可能となる。またヒータチップ４ははんだの濡れ性が悪いタングステンやモリブデンを素材として用いる。

次に図１（ｂ）に示すように、矢印イの方向へ細長形状のはんだを延出させる。本実施形態の場合図示しないノズルから断面が円形の糸はんだ５を延出させるようにしている。延出させるのはヒータチップ４の押圧面４Ａの直下であって、ヒータチップ４とワイヤ３との間に介在させる。次に図１（ｃ）の矢印ウの方向にヒータチップ４を下降させる。これにより図示しない載置台とヒータチップ４とで、電極部１、ワイヤ３および糸はんだ５を挟持する。そしてまだこの段階ではヒータチップへの通電は行わない。

次に図１（ｃ）の矢印エで示す方向にカッター６を下降させ、ヒータチップ４の近傍の糸はんだ５に傷をつける（所謂ハーフカット）。そして、この後ヒータチップ４の押圧面４Ａで押圧されている部分の糸はんだ５をハンダ付けに使用するので、不使用部分である図を見て右側の部分の糸はんだ５を矢印オの方向に引き離す。次に図示しない電源からヒータチップ４へ電流を出力することで、ヒータチップ４の下に残った糸はんだ５に熱と押圧力を加えて溶融させる。図１（ｄ）に、糸はんだ５が溶融してワイヤ３とパッド２とがハンダ付けされた様子を示す。

以上はんだ付けに直接係わる部分のみを図１に示して、本願発明に係るはんだ付け方法の工程を説明したが、次に本願発明に係るはんだ付け装置について図２を参照して詳細に説明する。図２において符号１００は本発明に係るはんだ付け装置であり、図１で示した方向と同じ方向から見た側面図である。またここで、第１の部材である電極部１、第２の部材であるワイヤ３、ヒータチップ４、糸はんだ５、カッター６は、図１で示したものと同一であるので同一の符号を付してある。

符号７は第１のベースプレートであり、第１のアクチュエータ８の駆動により載置台９に対して近接または離隔する方向に移動可能に支持されている。また、符号１０は第２のアクチュエータであり、下方に延出するロッド１１を出し入れすることにより、ヒータチップ４を載置台９に対して近接または離隔する方向に移動させることを可能としている。ここで、ロッド１１の下端には絶縁ブロック１２が固定されており、この絶縁ブロック１２の下面に一対の給電ブロック１３が互いに離隔させて固定されている。一対の給電ブロック１３は各々がヒータチップ４の両端に接続されるとともに、各々が給電ケーブル１４（図中一点鎖線で示す）により電源１５の出力端子１５Ａに接続されている。

また、ヒータチップ４に固着した熱電対も電源１５の入力端子１５Ｂに接続され（図中二点差線で示す）、ヒータチップ４の押圧面近傍の温度情報を電源１５に与える。電源１５は前記熱電対からの温度情報をフィードバックして出力電流をコントロールする制御部を内蔵するとともに出力トランスを内蔵している。さらに、前面にはタッチパネル付き表示部１５Ｃを備えており、操作者が温度プロファイルを入力することで、急激な温度上昇や所望の温度コントロールを可能としている。

カッター６は第３のアクチュエータ１６の駆動により延出した糸はんだ５に向けて移動し、その先端を糸はんだ５に食い込ませ糸はんだ５を途中まで切断（ハーフカット）し退避する。符号１７はノズルであり、リール１８に巻き回した糸はんだ５が送りローラ１９に送られ、テフロンチューブ２０（テフロンはデュポン社の登録商標）を通ってノズル１７内に搬送される。ノズル１７は糸はんだ５の外径よりも若干太い内径の筒状体であり、糸はんだ５が所定の長さのノズル１７内を通ることで、その曲がりが矯正され直線状になる。

符号２１はクランパーであり、第４のアクチュエータ２２の駆動により、ノズル１７に設けた切り欠き部に露出した糸はんだ５を把持する。また第４のアクチュエータ２２を含むクランパー２１は第２のベースプレート２３にノズル１７とともに固定されており、第５のアクチュエータ２４が駆動することにより、糸はんだ５を把持したクランパー２１はヒータチップ４から離隔する方向（図を見て右方向）に移動する。

次に図２で示したはんだ付け装置の動作について説明する。まず、操作者は載置台９上にワークである電極部１を載置し、ワイヤ３を電極部１のパッドに位置合せして接触するように配置する。この作業は手動で行ってもよいが自動化することは公知の技術で容易に可能である。次に送りローラ１９を駆動させ、糸はんだ５をノズル１７の先端から所定の長さだけヒータチップ４の押圧面に沿って延出させる。次に第１のアクチュエータを駆動し、延出した糸はんだ５がワイヤ３に接触する位置まで、第１のベースプレート７を載置台９の方向に移動させる。

延出した糸はんだ５がワイヤ３に接触した位置で第１のベースプレート７の移動を停止し、第２のアクチュエータ１０を駆動させてヒータチップ４を載置台９の方向に移動させる。この移動でヒータチップ４の押圧面が糸はんだ５に当接し、糸はんだ５を所定の押圧力で載置台９の方向に押圧する。このようにして、載置台９とヒータチップ４とで第１の部材である電極部１、第２の部材であるワイヤ３および糸はんだ５を挟持する。

次に第３のアクチュエータ１６を駆動させて、カッター６を糸はんだ５の方向に移動させることで、糸はんだ５をハーフカットする。そして第４のアクチュエータ２２を駆動させてクランパー２１で糸はんだ５を把持し、つづいて第５のアクチュエータ２４を駆動させて前記ハーフカットから図を見て右側の糸はんだ５（不使用部分）を引き離す。この場合カッター６でハーフカットを行う前から、クランパー２１で糸はんだ５を把持しつづけるようにしてもよい。そして最後に電源１５からヒータチップ４に電力を供給して加熱し、ハンダ付けを行う。

このようにして１回のはんだ付け作業を行うが、各アクチュエータの動作は個々にマニュアル操作してもよいが、各移動量を前もって設定しておく制御部を設け、一連の作業をシーケンス制御するようにしてもよい。また、はんだは細長形状のはんだであれば、断面が円形の糸はんだに限らず、断面が矩形のリボンはんだでも同様の効果を奏する。

１電極部
２パッド
３ワイヤ
４ヒータチップ
５糸はんだ
６カッター
７第１のベースプレート
８第１のアクチュエータ
９載置台
１０第２のアクチュエータ
１１ロッド
１２絶縁ブロック
１３給電ブロック
１４給電ケーブル
１５電源
１６第３のアクチュエータ
１７ノズル
１８リール
１９送りローラ
２０テフロンチューブ
２１クランパー
２２第４のアクチュエータ
２３第２のベースプレート
２４第５のアクチュエータ
１００はんだ付け装置

Claims

第１の部材上に第２の部材をはんだ付けする方法であって、
前記第１の部材を載置台に載置する工程と、
第２の部材を第１の部材上に接触させて配置する工程と、
加熱手段と前記第２の部材とに細長形状のはんだを介在させる工程と、
前記載置台と前記加熱手段とで前記第１の部材、前記第２の部材および前記はんだを挟持する工程と、
前記はんだの前記挟持された部分を残して不使用部分を切断する工程と、
前記加熱手段を加熱して挟持されたはんだを溶融させる工程とを有することを特徴とするはんだ付け方法。
前記切断は、前記はんだを前記加熱手段の近傍でハーフカットした後、前記不使用部分を前記加熱手段から離隔する方向に牽引することで行うことを特長とする請求項１に記載のはんだ付け方法。
前記細長形状のはんだは、断面が円形の糸はんだ、又は断面が矩形のリボンはんだであることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のはんだ付け方法。
第１の部材上に第２の部材をはんだ付けする装置であって、
前記第１の部材および第２の部材を載置する載置台と、
前記載置台の載置面に対して近接および離隔可能に設けられた加熱手段と、
前記加熱手段に通電して抵抗発熱を発生させる電源と、
細長形状のはんだを前記加熱手段の押圧面に沿って延出させるノズルと、
前記細長形状のはんだを切断する切断手段とを備えることを特徴とするはんだ付け装置。
前記切断手段は、加熱手段の近傍に配置したカッターと、前記細長形状のはんだを把持するクランパーとを備えることを特徴とする請求項４に記載のはんだ付け装置。