JP2014147943A

JP2014147943A - 溶融金属吐出装置及び方法

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Publication number: JP2014147943A
Application number: JP2013016820A
Authority: JP
Inventors: Fumiharu Yabunaka; 文春薮中; Kazuyoshi Takayama; 和義高山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2014-08-21
Anticipated expiration: 2033-01-31
Also published as: JP5896932B2

Abstract

【課題】従来に比べて吐出作業効率及びエネルギー効率の向上が可能である、溶融金属吐出装置及び方法を提供する。
【解決手段】溶融した金属を対象物へ吐出する溶融金属吐出装置であって、加熱ヒーター１１１を有する容器で、その内部を溶融状態のはんだ１５１で完全に満たし密封して保持する溶融金属保持容器１１０と、この溶融金属保持容器に取り付けられ内部へ溶融すべき固体のはんだを挿入する金属材料挿入装置１２０と、この金属材料挿入装置によるはんだの挿入に対応して吐出口を開き、供給された金属量に対応した量の溶融はんだを溶融金属保持容器から吐出する開閉装置１３０とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶融した金属を対象物に吐出する装置及び方法に関する。

溶融した金属を対象物に吐出する溶融金属吐出装置は、例えば回路基板の生産に用いられる。この場合、溶融金属吐出装置は、回路基板に配置された半導体素子、抵抗器、コンデンサ、及びリアクトルなどの電子部品を、回路基板に形成された配線に接合させるために、溶融したはんだを吐出して基板に塗布する。
近年では、各種製品の小型化及び高性能化に対応するために、電子部品の小型化が進むとともに回路の実装密度が増加している。よって各部品の接合端子間でのはんだによる短絡を抑制するため、接合に用いるはんだの量を精密に制御し吐出する、高精度化が求められている。

一方、従来の溶融金属吐出装置では、例えば、シリンジ内に吸引貯蔵された溶融はんだを、シリンジ内部へのプランジャーの挿入により押圧駆動して、シリンジ先端部に設けた開口部から溶融はんだを吐出させている（例えば特許文献１）。また、例えば、糸状のはんだをルツボ内に供給してヒーターにより溶融させた後、ルツボ内にガスを供給して加圧することで、所定量の溶融はんだを吐出させる。さらに吐出後の液だれによる吐出量の不安定さを防止するため、ルツボ内を真空ポンプにより排気して負圧にすることで、はんだ供給量を制御している（例えば特許文献２）。

特開平１０−１３７９３０号公報（図１）特開２００８−９３６９０号公報（図１）

しかしながら特許文献１の場合、プランジャーを駆動させてシリンジ内の溶融はんだを押し出して吐出させているため、シリンジ内の溶融はんだを使い切ると、はんだを溶融させている別設の溶融槽までシリンジを移動させて溶融はんだをシリンジ内へ吸引補充する必要がある。よって、はんだ塗布効率が著しく低下するとともに、シリンジの加熱保温に要する電力とは別に、はんだ溶融槽の加熱保温用電力も必要であり、過剰な電力消費が発生する。

また、特許文献２の溶融金属吐出装置では、溶融したはんだを吐出させるガスを供給する弁の開閉動作でガス供給量を制御してルツボ内の圧力を増加させている。よって、供給ガス圧の変動及び弁の駆動時における摩擦などによる動作のバラツキによって、ルツボ内からのはんだ吐出量が変動する。さらに、真空排気ポンプによってルツボ内を負圧にするため、はんだ吐出穴からルツボ内に空気が気泡となって侵入しやすい。そのため、侵入した気泡が溶融はんだ内を上昇中では溶融はんだの液面は規定高さに位置しても、気泡が溶融はんだ液面を抜けると液面が低下する。このようにガス加圧空間の体積が変化するため、ガス供給量を制御しても、はんだ吐出に必要な圧力が変動し、吐出量は変動してしまう。また常時真空排気ポンプを駆動させる必要があるため、装置の動作に余分な電力消費が発生する。

本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、従来に比べて吐出作業効率及びエネルギー効率の向上が可能である、溶融金属吐出装置及び方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様における溶融金属吐出装置は、溶融した金属を対象物へ吐出する溶融金属吐出装置であって、加熱体を有する容器で、その内部を溶融状態の金属で完全に満たし密封して保持するとともに、溶融金属を吐出する吐出口を有する溶融金属保持容器と、上記溶融金属保持容器に取り付けられ、この溶融金属保持容器内へ溶融すべき固体の金属を挿入する金属材料挿入装置と、上記金属材料挿入装置による上記溶融金属保持容器内への金属材料の挿入に対応して上記吐出口を開く開閉装置と、を備え、上記金属材料挿入装置及び上記開閉装置によって、上記溶融金属保持容器内へ供給された固体金属量に対応した量の溶融金属を溶融金属保持容器から対象物へ吐出することを特徴とする。

本発明の一態様における溶融金属吐出装置によれば、溶融金属保持容器、金属材料挿入装置、及び開閉装置を備え、固体の金属材料を密封した溶融金属保持容器内へ挿入することで、挿入された固体金属材料の量に対応した量の溶融金属を吐出口から吐出するように構成した。これにより、使用の際に消費した分の溶融金属量と同じ体積の固体金属材料を溶融金属保持容器内に補充できる。よって、溶融金属保持容器内から溶融金属の使い切りを回避することができ、溶融金属を容器内へ再充填するための余分な動作が排除できる。したがって、溶融金属の吐出作業効率を従来よりも向上させることができる。また、溶融金属を供給するための溶融金属槽を別途設置する必要が無いことから、装置全体のスペースを小さくすることができ、かつ溶融金属槽への電力供給を削除できることからエネルギー効率を向上させることもできる。

本発明の実施の形態１による溶融金属吐出装置を示す断面図である。図１に示す溶融金属吐出装置において、溶融金属吐出のときの構成部品の動作を示す図である。図１に示す溶融金属吐出装置の変形例を示す断面図である。図１に示す溶融金属吐出装置において、溶融金属吐出時の動作例を示す図である。

本発明の実施形態である溶融金属吐出装置及び方法について、図を参照しながら以下に説明する。ここで、溶融金属吐出方法は、溶融金属吐出装置を用いて実行される溶融金属の吐出方法である。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。また、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け当業者の理解を容易にするため、既によく知られた事項の詳細説明及び実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。また、以下の説明及び添付図面の内容は、特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
また、溶融金属として、以下の実施形態でははんだを例に採る。このはんだとしては、鉛を含む従来のはんだ、及び鉛を含まない鉛フリーはんだの両方が該当する。尚、溶融金属は、はんだに限定するものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による溶融金属吐出装置１０１の概略構成を示す断面図である。この溶融金属吐出装置１０１は、溶融した金属を対象物１５２へ吐出する装置であり、基本的構成部分として、溶融金属保持容器１１０と、金属材料挿入装置１２０と、開閉装置１３０とを備え、さらに排出プラグ１４０を有することができる。

溶融金属保持容器１１０は、例えば筒状の金属あるいはセラミック製で、その内部を溶融状態の金属、ここでは溶融はんだ１５１で完全に満たし密封して保持する容器であり、漏斗状の容器底部には、溶融状態のはんだ１５１を対象物１５２へ吐出する吐出口１１２が設けられている。また、溶融金属保持容器１１０の側面部分及び底部には、加熱体の一例としての加熱ヒーター１１１が設置されている。加熱ヒーター１１１は、一例として、容器側面部分では溶融金属保持容器１１０に埋設され、容器底部では溶融金属保持容器１１０の外面に貼付されており、溶融金属保持容器１１０内の金属、ここでははんだ１５１を溶融状態に保持可能なように溶融金属保持容器１１０を加熱する能力を有する。
また、溶融金属保持容器１１０の上部には、金属材料挿入装置１２０、及び開閉装置１３０が設置されている。

金属材料挿入装置１２０は、溶融すべき固体の金属材料、ここでは固体のはんだ１５０、例えば糸はんだ、を溶融金属保持容器１１０内へ挿入する装置であり、はんだの送り機構１２１と、シール１２２とを有する。シール１２２は、パイプ状の部材であり、一端が溶融金属保持容器１１０の上部に固定され、糸はんだ１５０についてシール内穴を通過可能とするが、糸はんだ１５０とシール１２２の内穴との間に隙間を生じさせない部材である。よって、シール１２２は、溶融金属保持容器１１０内の密封性を維持する部材でもある。また、上述のように溶融金属保持容器１１０は、はんだ１５０を溶融状態に維持可能な温度に達することから、シール１２２は耐熱性をも有する材料で作製される。
送り機構１２１は、糸はんだ１５０を、溶融金属保持容器１１０の外部からシール１２２を通して溶融金属保持容器１１０の内部へ挿入する機構である。

開閉装置１３０は、金属材料挿入装置１２０による溶融金属保持容器１１０内への糸はんだ１５０の挿入に対応して吐出口１１２を開き、供給された固体はんだ１５０の金属量に対応した量の溶融状態のはんだ１５１を溶融金属保持容器１１０から対象物１５２へ吐出する装置であり、吐出プラグ１３１と、上下駆動機構１３２と、カウンターボリューム１３３とを有する。

吐出プラグ１３１は、棒状で、その先端には吐出口１１２に嵌合可能な嵌合部１３１ａを有する、例えば金属あるいはセラミック製の部材であり、溶融金属保持容器１１０の上部を貫通し吐出口１１２に向けて溶融金属保持容器１１０の内部を延在する。
カウンターボリューム１３３は、棒状で、例えば金属あるいはセラミック製の部材であり、溶融金属保持容器１１０の上部を貫通し、その先端は溶融金属保持容器１１０に収納される。
上下駆動機構１３２は、溶融金属保持容器１１０の外部に配置され、吐出プラグ１３１及びカウンターボリューム１３３の後端に接続されて、吐出プラグ１３１及びカウンターボリューム１３３を上下方向に移動させる装置である。また、上下駆動機構１３２と、金属材料挿入装置１２０の送り機構１２１とは、上述のように動作が連係するように互いに電気的あるいは機械的に接続されている。

上下駆動機構１３２によって吐出プラグ１３１の嵌合部１３１ａが吐出口１１２に嵌合しているとき、溶融金属保持容器１１０内の溶融しているはんだ１５１は吐出口１１２から外部へ吐出されることはなく、一方、嵌合部１３１ａと吐出口１１２とが非嵌合の状態では、溶融しているはんだ１５１は吐出口１１２から外部へ吐出される。

排出プラグ１４０は、溶融金属保持容器１１０の上部に設けられ、金属材料挿入装置１２０による糸はんだ１５０の挿入に伴う溶融状態のはんだ１５１の圧力上昇を開放するため、開閉動作可能なプラグである。

上述のように、本実施形態において開閉装置１３０は、吐出口１１２を開、閉栓する吐出プラグ１３１、吐出プラグ１３１の動作方向と逆向きに動作するカウンターボリューム１３３、及び上下駆動機構１３２とを備えた構成であるが、図示する構成に限定するものではない。つまり、溶融金属保持容器１１０内への糸はんだ１５０の挿入に対応して吐出口１１２を開き、供給された金属量に対応した量の溶融状態のはんだ１５１を溶融金属保持容器１１０から吐出する、という機能を満たす装置構成を有するものであればよい。例えば、図４の（ａ），（ｂ）に示すように直線移動もしくは旋回移動するスライド式カバー１３４が吐出口１１２に対して溶融金属保持容器１１０の外側に設置され、吐出口１１２を開閉し上述の機能を有する装置であってもよい。

以上のように構成された溶融金属吐出装置１０１における動作、つまり溶融金属吐出方法について、以下に説明する。
まず、溶融金属保持容器１１０内に設置した吐出プラグ１３１を上下駆動機構１３２によって吐出口１１２に押し当てて吐出口１１２を閉塞した状態で、金属材料挿入装置１２０の送り機構１２１によって、シール１２２の内穴を通して糸はんだ１５０を溶融金属保持容器１１０内に供給する。

この供給動作により、加熱ヒーター１１１によって糸はんだ１５０の溶融温度以上に加熱された溶融金属保持容器１１０の内壁に糸はんだ１５０が接触し、溶融金属保持容器１１０の内側で、糸はんだ１５０は溶融する。糸はんだ１５０を供給し続けることで、溶融金属保持容器１１０内に溶融はんだ１５１が蓄積されていく。このとき、初期状態にて溶融金属保持容器１１０内に存在した空気などのガスは、糸はんだ１５０が溶融金属保持容器１１０内に連続して供給され体積圧縮されることで加圧される。この加圧力によって、溶融金属保持容器１１０の上部に設けた排出プラグ１４０が押し上げられ、糸はんだ１５０は、加圧による抵抗を受けることなく溶融金属保持容器１１０内へ供給でき、溶融金属保持容器１１０の内部全体を溶融はんだ１５１で満たすことができる。

このような状態で、図２に示すように、金属材料挿入装置１２０によって糸はんだ１５０を溶融金属保持容器１１０内に供給すると同時に、上下駆動機構１３２によって、溶融金属保持容器１１０の内部で吐出プラグ１３１を鉛直方向上方に移動させて溶融金属保持容器１１０の吐出口１１２を開栓する。このとき、カウンターボリューム１３３は、鉛直方向下方に移動させ、吐出プラグ１３１が溶融金属保持容器１１０から出た体積を補い、吐出プラグ１３１の上方移動によって生じる吐出口１１２からの空気の吸引を防ぐ。よって、溶融金属保持容器１１０内に蓄積された溶融はんだ１５１は、溶融金属保持容器１１０内に糸はんだ１５０が挿入されることで挿入された糸はんだ１５０と同じ体積だけ、吐出口１１２から液滴状の吐出はんだ１５３として対象物１５２へ吐出される。

このように、本実施形態の溶融金属吐出装置１０１によれば、溶融金属保持容器１１０内から吐出させる溶融はんだ１５１の体積と同じ体積の糸はんだ１５０を、溶融金属保持容器１１０内へ溶融はんだ１５１の吐出と同時に供給することができる。よって、溶融金属保持容器１１０において、作業工程中において溶融はんだ１５１を使い切ることは無く、従来のように溶融はんだを吐出容器内へ再充填するための動作を排除することができ、吐出作業効率を向上させることができる。
さらに、溶融はんだ１５１を供給するための溶融はんだ槽を別途設置する必要が無いことから、装置全体のスペースを従来に比べて小さくすることができるとともに、溶融はんだ槽にて発生していた余分な加熱電力を削除することもできる。したがって、装置のエネルギー効率も向上させることができる。

また、溶融金属保持容器１１０の先端部は、図３に示すように筒状に伸ばすことで、対象物１５２が上記先端部に対して奥まって位置する場合でも直接溶融はんだを塗布することが可能となる。

１０１溶融金属吐出装置、１１０溶融金属保持容器、１１１加熱ヒーター、
１１２吐出口、１２０金属材料挿入装置、１２１送り機構、１２２シール、
１３０開閉装置、１３１吐出プラグ、１３２上下駆動機構、
１４０排出プラグ、１５０糸はんだ、１５１溶融はんだ、１５２対象物。

Claims

溶融した金属を対象物へ吐出する溶融金属吐出装置であって、
加熱体を有する容器で、その内部を溶融状態の金属で完全に満たし密封して保持するとともに、溶融金属を吐出する吐出口を有する溶融金属保持容器と、
上記溶融金属保持容器に取り付けられ、この溶融金属保持容器内へ溶融すべき固体の金属を挿入する金属材料挿入装置と、
上記金属材料挿入装置による上記溶融金属保持容器内への金属材料の挿入に対応して上記吐出口を開く開閉装置と、を備え、
上記金属材料挿入装置及び上記開閉装置によって、上記溶融金属保持容器内へ供給された固体金属量に対応した量の溶融金属を溶融金属保持容器から対象物へ吐出することを特徴とする溶融金属吐出装置。
上記溶融金属保持容器に取り付けられ、金属材料の挿入に伴う溶融金属の圧力上昇を開放する排出プラグをさらに備えた、請求項１に記載の溶融金属吐出装置。
溶融した金属を対象物へ吐出する溶融金属吐出方法であって、
加熱体及び吐出口を有する溶融金属保持容器内を、溶融状態の金属で完全に満たし密封して保持し、
溶融すべき固体の金属を上記溶融金属保持容器内へ挿入すると同時に、上記吐出口から溶融した金属の吐出を行う、
ことを特徴とする溶融金属吐出方法。