JP2012146842A - 選択はんだ付け装置および選択はんだ付け方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】予め決められた所定の領域を加熱するヒータであって前記被はんだ付けワークの板面形状よりも外形が小さいヒータをノズル先端位置の近傍に設けておき、相対位置調節手段により先ず前記ノズル上の溶融はんだと板状の被はんだ付けワークを接触させずに前記予め決められた所定の領域を前記ヒータで加熱し、続いて前記ノズル上の溶融はんだと前記板状の被はんだ付けワークの予め決められた所定の領域とを接触させて選択された領域の被はんだ付け部のみのはんだ付けを行う。
【選択図】図1
Description
すなわち、「局所はんだ付け装置」が対象とする目的の被はんだ付け部や領域のみに熱量を供給しさらにその加熱熱量を調節することはできない。
(5)ノズルに溶融はんだを供給してこのノズル上の溶融はんだと板状の被はんだ付けワークの予め決められた所定の領域とを前記ノズルと前記板状の被はんだ付けワークとの相対位置を調節する相対位置調節手段により接触させて選択された領域の被はんだ付け部のみのはんだ付けを行う選択はんだ付け方法において、次のようにヒータを設けておいてはんだ付けを行うことを特徴とする。
すなわち、前記予め決められた所定の領域を加熱するヒータであって前記被はんだ付けワークの板面形状よりも外形が小さいヒータを前記ノズル先端位置の近傍に設けておき、前記相対位置調節手段により先ず前記ノズル上の溶融はんだと板状の被はんだ付けワークを接触させずに前記予め決められた所定の領域を前記ヒータで加熱し、続いて前記ノズル上の溶融はんだと前記板状の被はんだ付けワークの予め決めた所定の領域とを接触させてはんだ付けを行うことを特徴とする。
すなわち、前記の選択された領域の被はんだ付け部のみのはんだ付けを行う選択はんだ付け工程が複数連続して設けられ、それぞれの工程には前記予め決められた所定の領域を加熱するヒータであって前記被はんだ付けワークの板面形状よりも外形が小さいヒータを前記ノズル先端位置の近傍に設けておく。そして、前記予め決められた所定の領域を複数の領域に分けて前記複数の選択はんだ付け工程で分担してはんだ付け行う場合に、前段の選択はんだ付け工程において前記相対位置調節手段により前記ノズル上の溶融はんだと前記板状の被はんだ付けワークの予め決められた所定の領域とを接触させてはんだ付けを行った後に、後段の選択はんだ付け工程がはんだ付けを行う領域を前記相対位置調節手段により前記ノズル上の溶融はんだと板状の被はんだ付けワークを接触させずに前記ヒータで加熱し、続いて後段の選択はんだ付け工程へ前記板状の被はんだ付けワークを移送させてこの後段に割り当てられた前記領域とノズル上の溶融はんだとを接触させてはんだ付けを行うことを特徴とする。
すなわち、前記予め決められた所定の領域を加熱するヒータであって前記被はんだ付けワークの板面形状よりも外形が小さいヒータを前記ノズル先端位置の近傍に設けておき、前記相対位置調節手段により先ず前記ノズル上の溶融はんだと板状の被はんだ付けワークを接触させずにかつ前記被はんだ付け部が存在する板面側の全面を走行させて加熱し、続いて前記ノズル上の溶融はんだと前記板状の被はんだ付けワークの予め決められた所定の領域とを接触させてはんだ付けを行うことを特徴とする。
すなわち、前記ヒータにより被はんだ付けワークを加熱するに際して、前記被はんだ付けワークと前記ノズルとの相対位置を連続して変移させ前記被はんだ付けワークから見て前記ノズルを前記被はんだ付けワークの予め決められた所定の領域に沿って移動させる場合は、この移動方向の前方側のヒータまたはヒータの加熱部分のみを加熱作動させることを特徴とする。
図1、図2を用いて、本発明に適用されるはんだ供給装置の構成例について説明する。
図1、図2は、プリント配線板へ溶融はんだを供給するはんだ供給装置を説明する図で、図1(a)は、はんだ供給装置の図2(b)で示される平面図のY−Y方向の断面を示す図、図1(b)はノズル体部分の縦断面を示す図でありノズル口上に溢流しないはんだ頭が形成された状態を示す図である。図2(a)は、はんだ供給装置の図2(b)で示される平面図のX−X方向の断面を示す図、図2(b)は、はんだ供給装置を上から見た平面図である。なお、これらの図において温度制御装置や窒素ガス供給装置はシンボル図で描いてある。
すなわち、はんだ槽1内にはヒータ16により加熱されて溶融状態のはんだ13が収容されていて、この溶融はんだ13をポンプ25によりノズル体5へ供給してノズル口6から溶融はんだを溢流・噴流させてはんだ波頭7をノズル上に形成したり、または、溶融はんだをノズル口6から溢流させずに盛り上がった状態のはんだ頭8を形成する。なお、溶融はんだ13の温度は、温度センサ14の温度検出結果を温度制御装置15が参照し、これがヒータ16に供給する電力を調節することにより予め決めた所定の温度に維持される。
なお、29はポンプ25のケーシング、30はポンプ25の吸い込み口、4はポンプ25から送給される溶融はんだの流れを安定化すると共にその溶融はんだをノズル体5へ導くチャンバ体、である。
(1)で説明したはんだ供給装置を用いた選択はんだ付け装置の構成例について説明する。図4は、(1)で説明したはんだ供給装置を用いた選択はんだ付け装置の構成例を説明する図で、制御系はシンボル図で描いてある。なお、ここでは、選択はんだ付け工程が2つの場合について説明しているが、選択はんだ付け工程は2つに限るものではなく、1つだけでもよいし、また、必要に応じて3つ以上設けることもできる。
すなわち、フリーフローコンベアはプリント配線板307を搬送・移送すると共に、フラックス塗布作業や選択はんだ付けを行う際には、プリント配線板307を所定の空間座標上に固定する役目を有する。
なお、コンピュータシステムの入出力ポートの仕様は規格化されているので、例えばPCIポートを利用した各種I/Oポート、LANポートやUSBポート等を介してデータやソフトウェアの入出力を行うことができる。
熱容量の大きい電子部品とは、リード端子の太さが太い電子部品やパワートランジスタのようなリード端子も形状も大きい電子部品,金属製の電子部品(放熱板や金具),等々があり、その他にプリント配線板に形成されている被はんだ付けランドの形状が大きい場合、いわゆる電源パターンのようなベタパターンのような層に繋がっているランド,等々である。
すなわち、図4に示す制御装置320に区間a−b、区間c−d、区間e−f、区間g−h、区間i−j、の各座標値を与え、各区間においてはんだ波頭やはんだ頭を接触させて移動させる方向や速度さらには接触深さを指示することで、各区間すなわち各被はんだ付け領域の選択はんだ付けを行うことができる。
なお、接触深さとは、はんだ波頭やはんだ頭の頂点の3次元空間座標がプリント配線板の厚さ方向の3次元空間座標内にどの程度入り込むかを表すものである。
プリント配線板の被はんだ付け部への選択フラックス塗布とプリント配線板の全体の加熱(予備加熱)は、先の(2)で説明したように行われる。一方で、先の(2)で説明したように本発明では予備加熱工程が必ずしも必要ではないという特徴も有する。すなわち、本発明でははんだ付け工程でプリント配線板の被はんだ付け部ひいては被はんだ付け領域の選択加熱ひいては選択予備加熱が可能であるからである。
このような本発明の作用と効果の1つを理解した上で、はんだ付け工程で行われる選択はんだ付けがどのように行われるかを説明する。
先ず、図4において、第1のはんだ供給装置317aが設けられた工程を第1の選択はんだ付け工程と呼称し、第2のはんだ供給装置317bが設けられた工程を第2の選択はんだ付け工程と呼称することにする。
そして、第1の選択はんだ付け工程では区間a−b、区間c−d、の被はんだ付け領域の選択はんだ付けを実行させ、第2の選択はんだ付け工程では区間e−f、区間g−h、区間i−j、の被はんだ付け領域の選択はんだ付けを実行させる。第1の選択はんだ付け工程では2つの被はんだ付け領域、第2の選択はんだ付け工程では3つの被はんだ付け領域の選択はんだ付けを実行する。
そして、この選択はんだ付けに際しては、ノズル口316aが他の座標から移動して来て座標aに到達した時点でノズル体の先端近傍位置に設けたヒータ315aを点灯開始させる。
続いて、座標bにおいてノズル口316aをプリント配線板307の板面から遠ざけ(以降は降下と言う)させ、ノズル口上のはんだ波頭314aやはんだ頭を被はんだ付け部から離脱させる。また、このノズル口316aの降下に合わせてヒータ315aを消灯する。
すなわち、ノズル口316aが座標cに到達した時点でノズル体の先端近傍位置に設けたヒータ315aを点灯開始させる。続いてノズル体ひいてはノズル口316aを上昇させてプリント配線板307の板面に接近させ、ノズル口上のはんだ波頭314aやはんだ頭を座標cの被はんだ付け部に接触させかつこの接触深さを維持しながら座標cから座標dへノズル口316aを移動させる。続いて、座標dにおいてノズル口316aを降下させてプリント配線板307の板面から遠ざけ、ノズル口上のはんだ波頭314aやはんだ頭を被はんだ付け部から離脱させる。また、このノズル口316aの降下に合わせてヒータ315aを消灯する。
このことは、フラックス塗布工程,予備加熱工程(本発明では必ずしも必要な工程では無い),第1の選択はんだ付け工程,第2の選択はんだ付け工程,の各工程に対して同様の事項であり、各工程が同時に協業して一連の作業を同時併行に行うことができる。
他方で、予備加熱工程で加熱されたプリント配線板307の温度は、第1の選択はんだ付け工程のはんだ付け作業中に低下する。そして第2の選択はんだ付け工程に至るまでの温度低下はさらに大きくなる。しかし、本発明においては、ノズル体の先端近傍位置に設けたヒータ315によって加熱を行いながらはんだ付けを行うので、この低下を補償したはんだ付け作業を行うことができる。
はんだ波頭やはんだ頭の接触深さを深めることでスルーホールにおける溶融はんだのフローアップを促進することができる。また、逆に、接触深さを浅くすることで溶融はんだとの接触面積が小さくなり、隣接部品への接触を確実に防止することができ、またはんだブリッジの発生等を防ぐことができる。
これにより当該の被はんだ付け部位へはんだ波頭やはんだ頭から供給される熱量が多くなって必要な温度上昇が得られ、溶融はんだの濡れ不足等の発生を防ぎ、良好なはんだ濡れの品質の良いはんだ付けを行うことができるようになる。また、スルーホールが在る場合には溶融はんだのフローアップが良好となる。
このことは、電子部品が異なれば各被はんだ付け部位の熱容量も異なってくるので、このような場合は各区間a−b、区間c−d、区間e−f、区間g−h、区間i−j、ごとに最適な移動速度を設定すれば良い。
部分的に熱容量の大きい被はんだ付け部位を有する場合の選択はんだ付け方法について説明する。
先にも説明したように、図5において区間e−f、の座標eは熱容量の大きい被はんだ付け部位である(●で示す部位)。例えば、コネクタにおいて特定のリード端子が太径の仕様になっているような場合である。
このような被はんだ付け部や被はんだ付け領域のはんだ付けにおいて良好なはんだ濡れを得るためには、はんだ波頭やはんだ頭を接触させる前に該部に十分な熱量を供給して予備加熱温度を確実に上昇させ、また先にも説明したように、はんだ波頭やはんだ頭から十分な熱量供給を行う必要がある。
すなわち、第2のはんだ供給装置のノズル体のノズル口316bを区間e−f、の座標eの下方に移動させ、ノズル口316bを上昇させてそのはんだ波頭314bやはんだ頭を接触させる。もちろん、ノズル口316bがeの下方に位置した時点でそのノズル体の近傍に設けたヒータ315bの点灯を開始する。
続いて、はんだ波頭314bやはんだ頭が被はんだ付け部に接触状態を維持し座標eから座標fへ移動させ、fにおいてノズル口316bを降下させヒータ315bを消灯し区間e−f、の選択はんだ付けを完了させる。
また、第1の選択はんだ付け工程において区間a−b、区間c−d、の選択はんだ付けが完了した後に、そのはんだ波頭やはんだ頭が区間e−fの被はんだ付け領域に接触しないようにしてノズル口を座標eから座標fへ移動させ、ノズル体の先端近傍位置に設けたヒータによって区間e−fの被はんだ付け領域の選択的な予備加熱を行い、続いて第1の選択はんだ付け工程から第2の選択はんだ付け工程へプリント配線板を移送し、第2の選択はんだ付け工程で直ちに選択はんだ付け作業を開始させても良い。
これは、この例のように熱容量の大きい被はんだ付け部や被はんだ付け領域が存在する場合に極めて有効である。そして、第1の選択はんだ付け工程のヒータの機能と第2の選択はんだ付け工程との完全な協調作業である。
例えば、第1の選択はんだ付け工程のはんだ付け作業時間が23secであり、第2の選択はんだ付け工程のはんだ付け作業時間が30secであった場合には、その時間長の差である7secを、第1の選択はんだ付け工程による座標e(第2の選択はんだ付け工程が担当する被はんだ付け部や被はんだ付け領域)の予備加熱時間として割り当てることができる。その結果、両選択はんだ付け工程の作業時間に無駄が発生せず、熱容量の大きい被はんだ付け部位に十分な熱量を供給することもできる。そして、工程バランスも最良になる。
さらに、予備加熱工程から第1の選択はんだ付け工程へのプリント配線板307の搬送・移送中や、第1の選択はんだ付け工程から第2の選択はんだ付け工程へのプリント配線板307の搬送・移送中にその移送位置に同期させて、3軸ロボット318上のはんだ供給装置317ひいてはノズル体の先端位置近傍に設けられたヒータ315を移動させ、このプリント配線板307の搬送・移送中にその被はんだ付け領域である区間a−b、区間c−d、区間e−f、区間g−h、区間i−j、の予備加熱を行わせることもできる。
本発明では別個の予備加熱装置を用いることなく、はんだ供給装置のノズル体の先端近傍位置に設けたヒータによって予備加熱を行わせることもできる。この方法について以下に説明する。
図5(b)は、プリント配線板の被はんだ付け面側(図4におけるプリント配線板の下方側の面)を、はんだ供給装置のノズル体の先端近傍位置に設けたヒータによって加熱する例を説明する図である。
続いて、ノズル口を例えば区間a−b、の座標aの下方位置へ移動させ、ノズル体の近傍に設けたヒータを点灯開始させる。続いてノズル体ひいてはノズル口を上昇させてプリント配線板の板面に接近させ、ノズル口上のはんだ波頭やはんだ頭を被はんだ付け部に接触させかつこの接触深さを維持しながら座標aから座標bへノズル口を移動させる。続いて、ノズル口を降下させてプリント配線板の板面から遠ざけ、ノズル口上のはんだ波頭やはんだ頭を被はんだ付け部から離脱させる。また、このノズル口の降下に合わせてヒータを消灯する。
すなわち、(第1または第2の)選択はんだ付け工程においてプリント配線板の全面予備加熱を行ってから、区間a−b、区間c−d、や区間e−f、区間g−h、区間i−j、の加熱と選択はんだ付けを行う方法である。
例えば、第1の選択はんだ付け工程では前段の予備加熱工程でプリント配線板の全体が加熱されたプリント配線板について部分的な加熱を行いながら選択はんだ付け作業を行うが、この作業中にプリント配線板の温度が低下する。そこで、第1の選択はんだ付け工程において選択はんだ付け作業が完了したら、先に説明したよう(図5(b)のように)第1の選択はんだ付け工程でプリント配線板の全体の加熱を行って、その完了後に直ちに第2の選択はんだ付け工程へプリント配線板を移送し、第1の選択はんだ付け工程で予備加熱が行われたプリント配線板の部分的な加熱を伴う選択はんだ付け作業を行うこともできる。
予備加熱を行わせる他の方法について図3を用いて説明する。
図3のように、ノズル体の先端近傍位置に設けるヒータを複数の加熱部分からなるヒータで構成し、ノズル体ひいてはノズル口がプリント配線板上において移動する方向の前方側のヒータのみを点灯させることで、被はんだ付け部の選択加熱を一層厳密に行うことが可能になる。
図3の場合は、4つのヒータ12a〜dを設けて、例えば+X軸方向,−X軸方向,+Y軸方向,−Y軸方向,の4つの座標軸に対応させて設けている。したがって、ノズル口(または、そのはんだ波頭やはんだ頭)がプリント配線板の板面に沿って移動する際に、移動方向の前方方向側すなわちこれからはんだ付けが行われる側の被はんだ付け部や被はんだ付け領域を一層選択的に加熱することができるようになる。例えば、ノズル口が+X方向に移動する場合にはヒータ12bのみを点灯する。これによって、必要な加熱電力をさらに省電力化することが可能になる。
なお、X軸とY軸とに挟まれた例えば+X軸に対する角度45度方向へノズル口を移動させるような場合には、+X軸のヒータ12bと+Y軸のヒータ12aの両方を点灯させれば良い。
このノズル体の先端近傍の周囲に設ける複数のヒータの数を増やせば、ノズル口が移動する座標方向に細かく整合して点灯対応することができるが、各ヒータごとに温度制御装置などの供給電力調節手段を設ける必要がある。
2 カバー体
3 窒素ガスガイド
4 チャンバ体
5 ノズル体
6 ノズル口
7 はんだ波頭
8 はんだ頭
10 反射板
11 ヒータガイド
12 ヒータ
13 溶融はんだ
13a 液面
14 温度センサ
15 温度制御装置
16 ヒータ
17 窒素ガス供給手段
18 流量調節弁
19 流量計
20 窒素ガス
21 速度制御装置
22 モータ
23 モータ軸
24 プーリ
25 ポンプ
26 ポンプ軸
27 プーリ
28 ベルト
29 ポンプケーシング
30 吸い込み口
31 温度制御装置
32 温度センサ
301a〜d フリーフローコンベア
302a〜d モータ
303a〜d ストッパ
304a〜d センサ
305 搬入口
306 搬出口
307 プリント配線板
308 フラックス供給装置
309 フラックス射出ノズル
310 2軸ロボット
311 ヒータ
312 温度センサ
313 温度制御装置
314a、b はんだ波頭
315a、b ヒータ
316a、b ノズル口
317a 第1のはんだ供給装置
317b 第2のはんだ供給装置
318a、b 3軸ロボット
320 制御装置
401 被はんだ付け領域
402 被はんだ付け部
403 ランド
404 コネクタ
405 リード端子
Claims (10)
- 板状の被はんだ付けワークの予め決められた所定の領域にのみ溶融はんだを接触させてはんだ付けを行う選択はんだ付け装置であって、
ノズル口を有するノズルと、
前記ノズルに溶融はんだを供給して前記板状の被はんだ付けワークに接触させる溶融はんだを前記ノズル口上に供給する供給手段と、
前記ノズルと前記板状の被はんだ付けワークの予め決められた所定の領域との相対位置を調節する相対位置調節手段と、を有し、
前記予め決められた所定の領域を加熱するヒータであって前記被はんだ付けワークの板面形状よりも外形が小さいヒータを前記ノズル先端位置の近傍に設けたこと、
を特徴とする選択はんだ付け装置。 - 請求項1に記載の選択はんだ付け装置において、前記ヒータが瞬時点灯可能なヒータであることを特徴とする選択はんだ付け装置。
- 請求項1または請求項2に記載の選択はんだ付け装置において、前記ヒータがノズルを周回する形状で設けられていることを特徴とする選択はんだ付け装置。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の選択はんだ付け装置において、前記ヒータとして、ノズル先端位置の近傍には複数のヒータまたは独立に発熱量が調節可能な複数の加熱部分からなるヒータが設けられていることを特徴とする選択はんだ付け装置。
- ノズルに溶融はんだを供給してこのノズル上の溶融はんだと板状の被はんだ付けワークの予め決められた所定の領域とを前記ノズルと前記板状の被はんだ付けワークとの相対位置を調節する相対位置調節手段により接触させて選択された領域の被はんだ付け部のみのはんだ付けを行う選択はんだ付け方法において、
前記予め決められた所定の領域を加熱するヒータであって前記被はんだ付けワークの板面形状よりも外形が小さいヒータを前記ノズル先端位置の近傍に設けておき、前記相対位置調節手段により先ず前記ノズル上の溶融はんだと板状の被はんだ付けワークを接触させずに前記予め決められた所定の領域を前記ヒータで加熱し、続いて前記ノズル上の溶融はんだと前記板状の被はんだ付けワークの予め決められた所定の領域とを接触させてはんだ付けを行うこと
を特徴とする選択はんだ付け方法。 - ノズルに溶融はんだを供給してこのノズル上の溶融はんだと板状の被はんだ付けワークの予め決められた所定の領域とを前記ノズルと前記板状の被はんだ付けワークとの相対位置を調節する相対位置調節手段により接触させて選択された領域の被はんだ付け部のみのはんだ付けを行う選択はんだ付け方法において、
前記の選択された領域の被はんだ付け部のみのはんだ付けを行う選択はんだ付け工程が複数連続して設けられ、それぞれの工程には前記予め決められた所定の領域を加熱するヒータであって前記被はんだ付けワークの板面形状よりも外形が小さいヒータを前記ノズル先端位置の近傍に設けておき、
前記予め決められた所定の領域を複数の領域に分けて複数の選択はんだ付け工程で分担してはんだ付けを行う場合に、前段の選択はんだ付け工程において前記相対位置調節手段により前記ノズル上の溶融はんだと前記板状の被はんだ付けワークの予め決められた所定の領域とを接触させてはんだ付けを行った後に、後段の選択はんだ付け工程がはんだ付けを行う領域を前記相対位置調節手段により前記ノズル上の溶融はんだと板状の被はんだ付けワークを接触させずに前記ヒータで加熱し、続いて後段の選択はんだ付け工程へ前記板状の被はんだ付けワークを搬送手段で移送させてこの後段に割り当てられた前記領域とノズル上の溶融はんだとを接触させてはんだ付けを行うこと、
を特徴とする選択はんだ付け方法。 - 請求項6記載の選択はんだ付け方法において、前段の選択はんだ付け工程による後段のはんだ付け領域の加熱が熱容量の相対的に大きい被はんだ付け部のみに限定して行われることを特徴とする選択はんだ付け方法。
- ノズルに溶融はんだを供給してこのノズル上の溶融はんだと板状の被はんだ付けワークの予め決められた所定の領域とを前記ノズルと前記板状の被はんだ付けワークとの相対位置を調節する相対位置調節手段により接触させて選択された領域の被はんだ付け部のみのはんだ付けを行う選択はんだ付け方法において、
前記予め決められた所定の領域を加熱するヒータであって前記被はんだ付けワークの板面形状よりも外形が小さいヒータを前記ノズル先端位置の近傍に設けておき、前記相対位置調節手段により先ず前記ノズル上の溶融はんだと板状の被はんだ付けワークを接触させずにかつ前記被はんだ付け部が存在する板面側の全面を走行させて加熱し、続いて前記ノズル上の溶融はんだと前記板状の被はんだ付けワークの予め決められた所定の領域とを接触させてはんだ付けを行うこと、
を特徴とする選択はんだ付け方法。 - 請求項5ないし請求項8のいずれか1項に記載の選択はんだ付け方法において、ノズル先端位置の近傍に設けられるヒータが複数のヒータまたは独立に発熱量が調節可能な複数の加熱部分からなるヒータから成るものであり、
前記ヒータにより被はんだ付けワークを加熱するに際して、前記被はんだ付けワークと前記ノズルとの相対位置を連続して変移させ前記被はんだ付けワークから見て前記ノズルを前記被はんだ付けワークの予め決められた所定の領域に沿って移動させる場合はこの移動方向の前方側のヒータまたはヒータの加熱部分のみを加熱作動させること、
を特徴とする選択はんだ付け方法。 - 請求項5ないし請求項9のいずれか1項に記載のはんだ付け方法において、ノズル上の溶融はんだと板状の被はんだ付けワークの予め決められた所定の領域とを接触させながら移動させて所定の領域にはんだを供給する場合に、前記接触の深さまたは移動の速度の少なくとも何れか一方を可変させながら前記移動を行うことを特徴とする選択はんだ付け方法。
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