JP2012245553A

JP2012245553A - 半田付け装置

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Publication number: JP2012245553A
Application number: JP2011120220A
Authority: JP
Inventors: Hachiji Yokota; 八治横田
Original assignee: Yokota Technica Co Ltd
Current assignee: Yokota Technica Co Ltd
Priority date: 2011-05-30
Filing date: 2011-05-30
Publication date: 2012-12-13
Anticipated expiration: 2031-05-30
Also published as: JP5868614B2; WO2012164776A1

Abstract

【課題】半田付け時に、半田付け部に気泡が残る半田付け不良を低減でき、冷却効率もよい半田付け装置を提供する。
【解決手段】２つの部材の間の半田付け部を加熱溶融した後、減圧雰囲気で脱泡処理し、その後冷却する半田付け装置において、半田付け部を加熱溶融する手段が設けられ、前記手段で半田付け部を加熱溶融後、減圧雰囲気で脱泡処理を行う処理室２と、前記処理室２から搬出された部材の半田付け部を冷却する手段３とを有し、前記処理室２と冷却手段３が不活性ガスで満たされている不活性ガス室１の内部に設置されている。前記加熱溶融手段がヒータ１３と送風機１４を有し、前記ヒータ１３で加熱された雰囲気気体が前記送風機１４により処理室２内を循環して半田付け部を加熱溶融することが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、半田付け装置に関し、特に半田付け時に減圧雰囲気で半田付け部の脱泡を行なう半田付け装置に関する。

２つの部材の半田付けにおいて、半田接合部にボイドが形成されるのを抑制するために例えば特許文献１の技術が知られている。特許文献１では、チャンバが２つの部材を載置するための載置台を有し、この載置台の内部にヒータと水冷装置を内蔵している。チャンバの内部は真空ポンプによって真空引きされて所定の減圧雰囲気に保持できるとともに、チャンバと外部とをつなぐ排気管に取り付けられているバルブを開放してチャンバ内部の真空状態を開放できるように構成されている。

したがって、ヒータが作動されると、チャンバ内の雰囲気ガスが所定の半田付け温度まで加熱され、所定時間保持される。これにより、２つの部材の半田付け部は加熱溶融される。この後、真空ポンプの作動により、チャンバの内部が所定の減圧雰囲気にされ、所定時間維持される。これにより、半田付け部の溶融半田に含まれている気泡が脱泡される。その後、ヒータの作動は停止され、水冷装置が作動して半田付け部を冷却する。真空ポンプは所定のタイミングで作動を停止され、チャンバ内は大気圧とされる。

以上のようにして、ボイドのない良好な半田接合部を形成する。

特開平１０−１９３１６６号公報

上記半田付け装置は半田付け部の加熱後、冷却を同じチャンバ内で行っているため、冷却効率がよくない問題がある。また、載置台に内蔵されているヒータで加熱した雰囲気ガスで半田付け部の加熱を行うが、加熱雰囲気ガスを循環することは記載されていない。

本発明の目的は、半田付け時に、半田付け部に気泡が残る半田付け不良を低減でき、冷却効率もよい半田付け装置を提供することである。

本発明は、２つの部材の間の半田付け部を加熱溶融した後、減圧雰囲気で脱泡処理し、その後冷却する半田付け装置において、
半田付け部を加熱溶融する手段が設けられ、前記手段で半田付け部を加熱溶融後、減圧雰囲気で脱泡処理を行う処理室と、
前記処理室から搬出された部材の半田付け部を冷却する手段とを有し、
前記処理室と冷却手段が不活性ガスで満たされている不活性ガス室の内部に設置されていることを特徴とする。

前記加熱溶融手段がヒータと送風機を有し、前記ヒータで加熱された雰囲気気体が前記送風機により処理室内を循環して半田付け部を加熱溶融することが好ましい。

前記処理室が前記送風機の吐出口に接続されている導風ダクトと、この導風ダクトに接続されて加熱雰囲気気体を半田付け部に吹き出す熱風噴出手段とを有していることが好ましい。

前記冷却手段が送風機を有し、雰囲気気体が前記送風機により循環して半田付け部を冷却することが好ましい。

前記不活性ガス室の外部から不活性ガス室内の処理室の手前位置まで配設されている搬送コンベヤと、この搬送コンベヤで搬送された前記部材を前記処理室に搬出入する手段とを有していることが好ましい。

本発明によれば、半田付け部が処理室内で脱泡処理されるため、半田付け部に気泡が残る半田付け不良を低減できる。また、加熱溶融及び脱泡を行う処理室とは別個に冷却手段を配置したので、加熱溶融後の半田付け部を効率よく冷却できる。また、前記処理室と冷却手段が不活性ガス雰囲気で満たされた不活性ガス室に設けられているので、処理室から搬出された部材が冷却手段へ移る際に半田付け部の酸化を防止できる。更に、加熱溶融手段がヒータと送風機を有し、前記ヒータで加熱された雰囲気気体が前記送風機により処理室内を循環して半田付け部を加熱溶融するようにすれば、半田付け部を均一に効率よく加熱溶融できる。

本発明の一実施形態である半田付け装置の概要を示す平面図である。同正面図である。半田付け装置の処理室部分を示す縦断面図である。半田付け装置の冷却手段部分を示す縦断面図である。処理室と窒素ガス供給源及び真空ポンプとの接続構成を示す図である。基板支持フレームのフレーム部分に移載ロッドの先端部の凹溝が挿入した状態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は挿入部分を示す一部断面正面図である。チェーンコンベヤを示す正面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面を参照しながら説明する。

半田付け装置は、図１及び図２に示されているように、不活性ガス供給源（図示せず）から供給される不活性ガスで満たされている不活性ガス室１を有し、不活性ガス室１の内部に処理室２と冷却手段３が設置されている。不活性ガスとして本実施形態では窒素ガスが供給されている。

不活性ガス室１の外部から不活性ガス室１の内部にわたって基板搬送コンベヤ４が水平に配設されている。不活性ガス室１内において、基板搬送コンベヤ４は冷却手段３が配置されている冷却ゾーンを通って処理室２の手前位置まで配置されている。基板搬送コンベヤ４はチェーンコンベヤからなっており、左右に間隔をおいて一対設けられている。不活性ガス室１の入口側の壁部には、電子部品を搭載したプリント基板５（以下、単に基板５ともいう。）を載置した基板支持フレーム６（図６参照）を載せた基板搬送コンベヤ４が通る開口が形成されている。基板搬送コンベヤ４はコンベヤチェーンの連結ピンが内側に突出しており、左右の基板搬送コンベヤ４の内側に突出している連結ピンで基板支持フレーム６の下面の左右端部を支持しながら、基板５を不活性ガス室１内の処理室２の手前位置まで搬送する。また、前記基板５を処理室２の手前位置から不活性ガス室１の外部へ搬送する。電子部品を搭載したプリント基板５は、半田付け箇所にペースト状のクリーム半田が塗られている。

基板搬送コンベヤ４で処理室２の手前位置まで搬送された基板５は、搬出入手段７によって処理室２へ送り込まれ、処理室２内で半田付け部の加熱溶融と脱泡処理が施される。その後、基板５は搬出入手段７によって処理室２から搬出され、基板搬送コンベヤ４に移載される。基板５はその後、冷却手段３によって半田付け部が冷却された後、基板搬送コンベヤ４によって不活性ガス室１から外部に搬出される。

図３に示されているように、処理室２は上下に分割されて上側筐体２Ａと下側筐体２Ｂとから構成されている。下側筐体２Ｂは不活性ガス室１内に固定配置されている。これに対して、上側筐体２Ａは上下に移動可能に構成されている。

上側筐体２Ａは上面に連結された吊りロッド８で吊持されている。吊りロッド８は上方に延びて不活性ガス室１の上壁を上下動可能に貫通して立設されている。吊りロッド８はリンク部材９の一端部に回動可能に連結されており、リンク部材９の他端部が不活性ガス室１の外部に配置されているシリンダ装置１０の進退ロッド１０ａの上端に回動可能に連結されている。リンク部材９は中間部が支軸１１で垂直面内を回動可能に支持されている。

したがって、シリンダ装置１０によって進退ロッド１０ａが上下動することにより、処理室２の上側筐体２Ａが上下に移動し、上側筐体２Ａが下側筐体２Ｂに密接する密閉状態（図３参照）と、上側筐体２Ａが下側筐体２Ｂに対して間隔を置いて上方に配置される開放状態の２つの状態を採る。

処理室２は加熱された雰囲気気体を循環させる熱風循環装置１２を有している。熱風循環装置１２は雰囲気気体を加熱するヒータ１３、加熱された雰囲気気体を循環させる送風機１４、送風機１４を駆動するモータ１５、送風機１４の吐出口に接続されている導風ダクト１６、熱風噴出ケーシング部材１７、及び熱風噴出ケーシング部材１７に接続されている導風ダクト１８を有している。

送風機１４は垂直な回転軸を有し、下側筐体２Ｂ内の底部に配置し、回転軸が不活性ガス室１の下側に配置されているモータ１５の回転軸に接続されている。送風機１４は上面に開口する吸入口が処理室２内に臨み、外周に開口する吐出口が導風ダクト１６に接続している。導風ダクト１６は送風機１４の半径方向に延び、更に上方に垂直に下側筐体２Ｂの上端部まで延びて先端が開口している。ヒータ１３は下側筐体２Ｂ内の送風機１４の上方位置に配置している。

熱風噴出ケーシング部材１７は上側筐体２Ａ内の上部位置に配置固定されており、加熱された雰囲気気体を電子部品を搭載したプリント基板５に吹き出すための熱風噴出口を下面に複数有している。熱風噴出ケーシング部材１７には導風ダクト１８が接続している。導風ダクト１８は熱風噴出ケーシング部材１７から水平に延び、更に下方に垂直に上側筐体２Ａの下端部まで延びて先端が開口している。

上側筐体２Ａ内の導風ダクト１８は、処理室２が密閉状態のとき、下側筐体２Ｂ内の導風ダクト１６に連結される。したがって、処理室２が密閉状態のとき、ヒータ１３により加熱された雰囲気気体は、送風機１４により、送風機１４の吸入口から吸入され、吐出口から吐出されて導風ダクト１６，１８内を流れ、熱風噴出ケーシング部材１７内に流入し、複数の熱風噴出口から、基板支持レール１９に支持された基板支持フレーム６上の電子部品を搭載したプリント基板５の上面に吹き付けられる。基板支持レール１９は上側筐体２Ａ内に左右一対、水平に設けられている。

電子部品を搭載したプリント基板５の上面に吹き付けられた熱風は、電子部品を搭載したプリント基板５を加熱した後、処理室２内の空間部を下方へ流れ、ヒータ１３を通過して加熱され、送風機１４に吸入され、吐出される。このようにして、加熱された雰囲気気体が処理室２内を循環し、電子部品を搭載したプリント基板５を加熱する。

処理室２は半田付け部の脱泡が行なわれる所定の減圧雰囲気まで真空ポンプ２０（図５参照）によって減圧できるように構成されている。すなわち、処理室２には真空ポンプ２０が接続され、処理室２と真空ポンプ２０とを接続するライン２１にはラインの開閉を行う開閉バルブ２２が設けられている。また、処理室２には窒素ガス供給源２３が接続されており、処理室２と窒素ガス供給源２３との間の接続ライン２４に開閉バルブ２５が設けられている。

したがって、電子部品を搭載したプリント基板５は、真空ポンプ２０によって所定の真空雰囲気まで減圧された処理室２内で溶融半田部が脱泡される。

冷却手段３は図４に示されているように、不活性ガス室１内の非加熱の雰囲気気体を循環させる冷却風循環装置２６を有している。冷却風循環装置２６は雰囲気気体を循環させる上下一対の送風機２７，２８、一対の送風機２７，２８を駆動するモータ２９、上側の送風機２７の吐出口に接続されている導風ダクト３０、この導風ダクト３０に接続されている下側の冷却風噴出ケーシング部材３１、下側の送風機２８の吐出口に接続されている導風ダクト３２、この導風ダクト３２に接続されている上側の冷却風噴出ケーシング部材３３を有している。

上下一対の送風機２７，２８は垂直な共通の回転軸を有し、不活性ガス室１内の底部付近に配置し、回転軸が不活性ガス室１の下側に配置されているモータ２９の回転軸に接続されている。

上側の送風機２７は上面に開口する吸入口が不活性ガス室１内に臨み、外周に開口する吐出口が導風ダクト３０に接続し、導風ダクト３０が基板搬送コンベヤ４より下方位置に配置されている下側の冷却風噴出ケーシング部材３１に接続されている。冷却風噴出ケーシング部材３１は不活性ガス室１内の非加熱の雰囲気気体を電子部品を搭載したプリント基板５の下面に吹き出すための冷却風噴出口を上面に複数有している。

下側の送風機２８は下面に開口する吸入口が不活性ガス室１内に臨み、外周に開口する吐出口が導風ダクト３２に接続し、導風ダクト３２が基板搬送コンベヤ４より上方位置に配置されている上側の冷却風噴出ケーシング部材３３に接続されている。冷却風噴出ケーシング部材３３は不活性ガス室１内の非加熱の雰囲気気体を電子部品を搭載したプリント基板５の上面に吹き出すための冷却風噴出口を下面に複数有している。

したがって、不活性ガス室１内の非加熱の雰囲気気体は、上側の送風機２７により、送風機２７の吸入口から吸入され、吐出口から吐出されて導風ダクト３０内を流れ、下側の冷却風噴出ケーシング部材３１内に流入し、複数の冷却風噴出口から基板搬送コンベヤ４上の電子部品を搭載したプリント基板５の下面に吹き付けられる。また、下側の送風機２８により、送風機２８の吸入口から吸入され、吐出口から吐出されて導風ダクト３２内を流れ、上側の冷却風噴出ケーシング部材３３内に流入し、複数の冷却風噴出口から基板搬送コンベヤ４上の電子部品を搭載したプリント基板５の上面に吹き付けられる。

電子部品を搭載したプリント基板５の上下面に吹き付けられた雰囲気気体は、電子部品を搭載したプリント基板５の半田付け部を冷却した後、不活性ガス室１内の空間部を下方へ流れ、送風機２７，２８に吸入され、吐出される。このようにして、非加熱の雰囲気気体が不活性ガス室１内の冷却ゾーンで循環し、基板搬送コンベヤ４上の電子部品を搭載したプリント基板５の半田付け部を冷却する。

次に、基板搬送コンベヤ４上の基板支持フレーム６に載置された電子部品を搭載したプリント基板５を処理室２に搬出入する搬出入手段７を図１、図２、図６及び図７により説明する。

図１及び図２に示されているように、不活性ガス室１の外部にチェーンコンベヤ３４が配設されている。チェーンコンベヤ３４は左右一対の基板搬送コンベヤ４の間の一側寄りに平行に水平に配置されている。このチェーンコンベヤ３４の一側に移載ロッド３５の後端部が固定されている。移載ロッド３５は一対の基板搬送コンベヤ４の間の中央位置に基板搬送コンベヤ４と平行に水平に直線的に延びており、その先端部の上面に基板支持フレーム６のフレーム部分が挿入可能な凹溝３６（図６参照）を有している。

上記搬出入手段７の作動を説明する。

基板支持フレーム６に支持された電子部品を搭載したプリント基板５は基板搬送コンベヤ４によって不活性ガス室１内の処理室２の手前位置まで搬送される。この状態から、前記基板５が処理室２内に搬入される動作は次のようにして行われる。

搬出入手段７のチェーンコンベヤ３４が図７の矢印Ａ方向に回転すると、チェーンコンベヤ３４に固定された移載ロッド３５が次のように動作して、基板５を載せた基板支持フレーム６を処理室２内に搬入する。

すなわち、移載ロッド３５の後端部がチェーンコンベヤ３４の回転によって、図７に示すチェーンコンベヤ３４のＡ点（搬入待機位置）からＢ点に移動すると、移載ロッド３５は後退しながら上昇する。更に、移載ロッド３５の後端部がチェーンコンベヤ３４のＢ点からＣ点に移動すると、移載ロッド３５は前進しながら上昇し、Ｃ点で移載ロッド３５の先端部の上面の凹溝３６が基板支持フレーム６の後部フレーム部分に挿入する。更に、移載ロッド３５の後端部がチェーンコンベヤ３４のＣ点からＤ点に進むと、移載ロッド３５が基板支持フレーム６を前進させて、電子部品を搭載したプリント基板５を載せた基板支持フレーム６が処理室２内の基板支持レール１９に受け渡される。

次に、移載ロッド３５の後端部がチェーンコンベヤ３４のＤ点からＥ点に移動すると、移載ロッド３５は下降しながら前進し、移載ロッド３５の先端部の上面の凹溝３６が基板支持フレーム６のフレーム部分から外れ、更にチェーンコンベヤ３４の回転によってＦ点（搬出待機位置）に移動して待機する。

前記基板５が処理室２内から搬出される動作は次のようにして行われる。

搬出入手段７のチェーンコンベヤ３４が図７の矢印Ｂ方向に回転すると、チェーンコンベヤ３４に固定された移載ロッド３５が次のように動作して、基板５を載せた基板支持フレーム６を処理室２内から搬出する。

すなわち、移載ロッド３５の後端部がチェーンコンベヤ３４の回転によって、図７に示すチェーンコンベヤ３４のＦ点（搬出待機位置）からＥ点に移動すると、移載ロッド３５は前進して少し上昇する。更に、移載ロッド３５の後端部がチェーンコンベヤ３４のＥ点からＤ点に移動すると、移載ロッド３５は後退しながら上昇し、Ｄ点で移載ロッド３５の先端部の上面の凹溝３６が基板支持フレーム６の後部フレーム部分に挿入する。更に、移載ロッド３５の後端部がチェーンコンベヤ３４のＤ点からＣ点に進むと、移載ロッド３５が基板支持フレーム６を後退させて、電子部品を搭載したプリント基板５を載せた基板支持フレーム６が処理室２内の基板支持レール１９から基板搬送コンベヤ４に受け渡される。

次に、移載ロッド３５の後端部がチェーンコンベヤ３４のＣ点からＢ点に移動すると、移載ロッド３５は下降しながら後退し、移載ロッド３５の先端部の上面の凹溝３６が基板支持フレーム６のフレーム部分から外れ、更にチェーンコンベヤ３４の回転によってＡ点（搬入待機位置）に戻り、待機する。

以下、上記半田付け装置の動作を説明する。

不活性ガス室１及び処理室２内は窒素ガスが供給されて窒素ガス雰囲気で満たされている。

電子部品を搭載したプリント基板５を載せた基板支持フレーム６は、基板搬送コンベヤ４に載せられ、基板搬送コンベヤ４によって不活性ガス室１内を処理室２の手前位置まで搬送され、搬出入手段７で処理室２内の基板支持レール１９に移載される。このとき、処理室２の上側筐体２Ａはシリンダ装置１０によって下側筐体２Ｂに対して間隔をおいて上方に配置されている。

前記基板５を載せた基板支持フレーム６が処理室２内の基板支持レール１９に移載されると、上側筐体２Ａはシリンダ装置１０によって下方に移動して下側筐体２Ｂに密接し、処理室２は密閉状態（図３参照）とされる。

処理室２内ではヒータ１３で加熱された雰囲気気体が送風機１４に吸入され、吹き出されて室内を循環しており、電子部品を搭載したプリント基板５は、熱風噴出ケーシング部材１７の熱風噴出口から吹き出される加熱雰囲気気体によって加熱される。

電子部品を搭載したプリント基板５は処理室２内で所定時間加熱されて半田付け部が溶融される。

この後、開閉バルブ２５が閉じられるとともに、真空ポンプ２０の接続ライン２１の開閉バルブ２２が開放され、真空ポンプ２０が作動する。これにより、処理室２内の窒素ガスは真空ポンプ２０によって所定の真空雰囲気になるまで排気される。

処理室２は半田付け部の脱泡を行なえる所定の真空雰囲気で所定時間保持され、前記基板５の半田付け部が処理室２内で所定時間、脱泡処理される。

その後、開閉バルブ２２が閉じられ、開閉バルブ２５が開放され、窒素ガス供給源２３から窒素ガスが処理室２内に供給される。次に、上側筐体２Ａがシリンダ装置１０によって上方に移動し、下側筐体２Ｂに対して間隔をおいて上方に配置された後、前記基板５を載せた基板支持フレーム６は搬出入手段７によって処理室２から基板搬送コンベヤ４に移載される。不活性ガス室１内の冷却手段３が設けられている冷却ゾーンでは、不活性ガス室１内の非加熱の雰囲気気体が送風機２７，２８に吸入され、吹き出されて循環しており、基板搬送コンベヤ４上の前記基板５は冷却ゾーンで、半田付け部が上下の冷却風噴出ケーシング部材３１，３３の冷却風噴出口から吹き出される雰囲気気体によって所定時間冷却される。冷却後、基板搬送コンベヤ４上の電子部品を搭載したプリント基板５は不活性ガス室１から外部に搬出される。

以上に述べた通り、電子部品を搭載したプリント基板５は半田付け部が処理室２内を循環する加熱雰囲気気体で加熱溶融され、その後、減圧された処理室２内で脱泡処理される。前記基板５は、その後、処理室２から搬出され、不活性ガス室１内の冷却手段３が設けられている冷却ゾーンで循環する非加熱の雰囲気気体で半田付け部が冷却固化され、電子部品が基板上に半田付けされる。

１・・不活性ガス室、２・・処理室、２Ａ・・上側筐体、２Ｂ・・下側筐体、３・・冷却手段、４・・基板搬送コンベヤ、５・・電子部品を搭載したプリント基板、６・・基板支持フレーム、７・・搬出入手段、８・・吊りロッド、９・・リンク部材、１０・・シリンダ装置、１０ａ・・進退ロッド、１１・・支軸、１２・・熱風循環装置、１３・・ヒータ、１４・・送風機、１５・・モータ、１６・・導風ダクト、１７・・熱風噴出ケーシング部材、１８・・導風ダクト、１９・・基板支持レール、２０・・真空ポンプ、２１・・接続ライン、２２・・開閉バルブ、２３・・窒素ガス供給源、２４・・接続ライン、２５・・開閉バルブ、２６・・冷却風循環装置、２７，２８・・送風機、２９・・モータ、３０・・導風ダクト、３１・・下側の冷却風噴出ケーシング部材、３２・・導風ダクト、３３・・上側の冷却風噴出ケーシング部材、３４・・チェーンコンベヤ、３５・・移載ロッド、３６・・凹溝。

Claims

２つの部材の間の半田付け部を加熱溶融した後、減圧雰囲気で脱泡処理し、その後冷却する半田付け装置において、
半田付け部を加熱溶融する手段が設けられ、前記手段で半田付け部を加熱溶融後、減圧雰囲気で脱泡処理を行う処理室と、
前記処理室から搬出された部材の半田付け部を冷却する手段とを有し、
前記処理室と冷却手段が不活性ガスで満たされている不活性ガス室の内部に設置されていることを特徴とする半田付け装置。
前記加熱溶融手段がヒータと送風機を有し、前記ヒータで加熱された雰囲気気体が前記送風機により処理室内を循環して半田付け部を加熱溶融することを特徴とする請求項１記載の半田付け装置。
前記処理室が前記送風機の吐出口に接続されている導風ダクトと、この導風ダクトに接続されて加熱雰囲気気体を半田付け部に吹き出す熱風噴出手段とを有していることを特徴とする請求項２記載の半田付け装置。
前記冷却手段が送風機を有し、雰囲気気体が前記送風機により循環して半田付け部を冷却することを特徴とする請求項１、２又は３記載の半田付け装置。
前記不活性ガス室の外部から不活性ガス室内の処理室の手前位置まで配設されている搬送コンベヤと、この搬送コンベヤで搬送された前記部材を前記処理室に搬出入する手段とを有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半田付け装置。