JP2015185768A

JP2015185768A - 半田付け装置

Info

Publication number: JP2015185768A
Application number: JP2014062481A
Authority: JP
Inventors: 宗和片桐; Munekazu Katagiri
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2014-03-25
Filing date: 2014-03-25
Publication date: 2015-10-22

Abstract

【課題】
ホットエアーの予備加熱手段と、光ビーム投光器が投光する光ビームによる半田加熱手段と、を備える複雑な半田付け装置ではなく、簡潔な機構により実現できるとともにクリーム半田を所定の領域から流出させることなく半田付けを行うことができる半田付け装置半田付け装置が望まれている。
【解決手段】
プリント基板に部品を光ビームにより半田付けする半田付け装置であって、前記光ビームを投光する光ビーム投光器と、この光ビーム投光器を前記プリント基板に対して平行方向、および垂直方向に移動する移動手段と、前記プリント基板の半田の温度を計測する計測手段と、この計測手段から温度計測値を得ると共に、移動手段による光ビーム投光器の位置および光ビーム投光器の投光状態を制御する制御装置と、を備える半田付け装置。
【選択図】図４

Description

本発明は、チップ部品などを、光ビームを用いてプリント基板に半田付けする装置に関する。

従来、赤外線ランプから放射される赤外線を楕円ミラーなどで集光してチップ部品のリード部に集めて半田を溶かして、プリント基板に半田付けする赤外線加熱装置は良く知られている。

たとえば、プリント基板上の導体に、チップ部品を半田付けする場合、第１の遠赤外線ヒータによりプリント基板全体の第１の予備加熱を行ない、次に前記導体にクリーム半田を塗布する。その後、チップ部品にクリーム半田を塗布して、前記チップ部品をプリント基板にセットするとともに、クリーム半田に熱風を吹き付ける第１の予備加熱を実施した後、第１の予備加熱よりも高い温度で加熱する第２の予備加熱を行う。さらにクリーム半田を赤外線光ビームによりに加熱溶融して前記チップ部品を前記プリント基板に半田付けする方法と装置を開示している（特許文献１）。

特開平9-232747公報

熱風による加熱時に、クリーム半田中に含まれるフラックスがゾル化して粘度が低下すると、熱風の圧力によってクリーム半田が所定の領域から流出し、短絡など不具合の原因となることがある。フラックスのゾル化を抑制すべく急速加熱を試みたところ、内部の気体の膨張によってクリーム半田が飛散するという別の問題が発生した。

ホットエアーの予備加熱手段と、光ビーム投光器が投光する光ビームによる半田加熱手段と、を備える複雑な半田付け装置ではなく、簡潔な機構により実現できるとともにクリーム半田を所定の領域から流出させることなく半田付けを行うことができる半田付け装置半田付け装置が望まれている。

プリント基板に部品を光ビームにより半田付けする半田付け装置であって、前記光ビームを投光する光ビーム投光器と、この光ビーム投光器を前記プリント基板に対して平行方向、および垂直方向に移動する移動手段と、前記プリント基板の半田の温度を計測する計測手段と、この計測手段から温度計測値を得ると共に、移動手段による光ビーム投光器の位置および光ビーム投光器の投光状態を制御する制御装置と、を備える半田付け装置である。

本発明では半田付け工程において熱風を用いないので、熱風の風圧によってクリーム半田がプリント基板の導体（所定の領域）の外部に流れ出すことはない。

本発明に係わる、光ビーム投光器が投光する光ビームを説明する図である。チップ部品とプリント基板を説明する図である。本発明に係わる、光ビーム投光器が投光する光ビームが半田を加熱する状態を説明する図である。本発明に係わる、光ビーム投光器が投光する光ビームが半田を溶かす状態を説明する図である。

本発明の実施の形態１.を、図１から図４を参照しながら詳細に説明する。

実施の形態１．

図１は、光ビームの説明図である。符号１は、光ビーム投光器の外形部分を現す。前記本体の内部に、光源（図示せず）、反射鏡（図示せず）と、レンズ（図示せず）が内蔵されている。前記レンズの収束距離は３であり、前記収束距離で、光ビーム投光器が投光する光ビームが最も収束する領域が４である。前記光ビーム投光器１の先端から投光された光ビームが、前記領域４で絞られるとともに、前記領域４から先の様子が、くびれた形の実線で描かれている。前記光ビーム投光器１の前記光源を発光させる電流の供給線は２である。前記光ビーム投光器１の外形寸法は５である。

図２は、チップ部品とプリント基板の半田付けされる際の配置を説明する図である。チップ部品６は、部品の両端に半田部６１と６２を持つ。プリント基板７は、表面に半田用の導体７１と７２を持つ。前記半田部６１と前記導体７１、および前記半田部６２と前記導体７２が、それぞれ半田付けされる部分である。

図３は、光ビーム投光器が投光する光ビームにより半田を加熱する状態を説明する図である。前記光ビーム投光器１を前記プリント基板７の導体の位置に移動し、前記導体の位置において前記光ビーム投光器１を上下に移動する移動手段（図示せず）と、半田付け箇所すなわち半導体の導体箇所を計測する計測手段（図示せず）と、制御装置（図示せず）とを、本発明の半田付け装置は備える。符号９１は、前記光ビーム投光器１の先端部と、前記プリント基板７の導体との距離である。符号８２は、前記光ビーム投光器が投光する光ビームで予備加熱される状態にある半田である。符号８１は、半田付けが完了した半田（リフロー後の半田）を表す。前記光ビーム投光器１が投光する光ビームにより半田を加熱するが、前記９１の値は、収束距離の値より大きくとっている。移動手段は、例えばモータ駆動のピニオンとラック機構であり、前記制御装置の指令により移動、停止する。前記移動手段により、前記光ビーム投光器１が移動する位置は、モータの回転数で計測する。温度計測手段は、放射温度計を採用している。前記温度と、移動位置の数値は、前記制御装置の入力部（図示せず）に送られる。クリーム半田を塗布する装置は図示していない。

図４は、光ビーム投光器が投光する光ビームが半田を溶かす状態を説明する図である。予備加熱後、前記光ビーム投光器１は、前記移動手段により、前記プリント基板７に近づける。前記光ビーム投光器１を移動する時は、光ビームを消してもよいし、点灯したままでもよい。光ビーム投光器１の投光状態、すなわち投光の強さ（エネルギーの量）は前記制御装置によって制御される。前記光ビーム投光器１の先端部と、前記プリント基板７の導体との距離を前記焦点距離９２にして光ビームを当てる。かかる状態で、加熱されたクリーム半田は、溶け出だす。溶け始めた、リフロー途中の半田は８３である。前記半田は溶け続けることで粘性が低下して、最終的に前記チップ部品の半田部と、前期プリント基板の導体とを、半田が繋ぐことで半田付けが行われる（符号８１と同様の状態となる）。

半田付けの過程で、前記温度計測手段は、半田の温度を計測して、計測値は前記制御装置に送られる。前期制御装置は、前期半田の温度が規定の値を超えてフラックスが沸騰しない温度で加熱する。このため半田が飛散してボール状となることを防止できる。

半田付けが完了した後、前記光ビーム投光器１は、前記移動手段により、プリント基板の次の半田付け箇所に移動する。

尚、前記光ビーム投光器１の第１の垂直停止位置と、第２の垂直停止位置は、必ずしも光ビームの収束位置に限定しなくてかまわない。すなわち、クリーム半田が加熱する位置が前記光ビーム投光器１の第２の垂直停止位置、クリーム半田を溶かしてリフローする位置を、前記光ビーム投光器１の第２の垂直停止位置と定義して良い。

本発明の実施の形態２.を、図４を参照しながら詳細に説明する。

実施の形態２．

実施の形態２.の半田付け装置の構成は、実施の形態１. の半田付け装置の構成と同じである。まず、前記光ビーム投光器１と前記プリント基板の導体との距離９２を変化させることなく、前記光ビーム投光器１が投光する光ビームの強さを、第１の光エネルギー量にしてクリーム半田を加熱する。その後、前記光ビーム投光器１が投光する光ビームを、第２の光エネルギー量にして半田を溶かす。半田粘度を低下させて前記チップ部品の半田部と前記プリント基板の導体とを、半田が繋ぐ。前記実施の形態２の前記前記光ビーム投光器１が投光する光ビームの垂直停止位置は一箇所だけであり、プリント基板の半田付け箇所が前記光ビームの収束距離と一致する位置である。

尚、前記光ビーム投光器１の垂直停止位置は、必ずしも光ビームの収束距離に限定しなくてもかまわない。

１光ビーム投光器
２光ビーム投光器の供給電力線
３光ビーム投光器の焦点距離
４収束領域
５光ビーム投光器の外寸法
６チップ部品
６１、６２チップ部品の半田付け部
７プリント基板
７１、７２プリント基板の導体
８１リフロー後の半田
８２加熱中の半田
８３リフロー途中の半田
９１、９２チップ部品の半田付け部と、光ビーム投光器先端部と
の距離

Claims

プリント基板に部品を光ビームにより半田付けする半田付け装置であって、前記光ビームを投光する光ビーム投光器と、この光ビーム投光器を前記プリント基板に対して平行方向および垂直方向に移動する移動手段と、前記プリント基板の半田の温度を計測する計測手段と、この計測手段から温度計測値を得ると共に、移動手段による光ビーム投光器の位置および光ビーム投光器の投光状態を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする半田付け装置。
請求項１において、
前記光ビーム投光器を前記プリント基板に対して垂直方向に移動するとともに、複数の位置で停止することを特徴とする半田付け装置。
請求項２において、
前記光ビーム投光器の第１の垂直停止位置は、前記光ビーム投光器が投光する光ビームが収束しない位置であるとともに、前記光ビーム投光器の第２の垂直停止位置は、プリント基板の半田付け箇所は、前記光ビームが最も収束する位置と一致する位置であることを特徴とする半田付け装置。
請求項３において、
前記第２の垂直停止位置において、前記前記光ビーム投光器が投光する光ビームで半田を加熱する過程で、クリーム半田の温度を前記温度計測手段で計測して、フラックスが沸騰しない温度に光ビーム投光器が投光する光ビームのエネルギーを制御することを特徴とする半田付け装置。