JP2016221570A - 電子部品のはんだ浸漬方法及び浸漬装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金めっきを除去する工程では、従来、人手により目視で確認しながら浸漬を行っており、ＩＣ部品を予備はんだ槽に落下してしまう、また、浸漬深さにばらつきが生じてしまう等の品質上の課題があった。
【解決手段】電子部品のリード部あるいは電極部を、はんだ漕に所定の深さに浸漬する浸漬装置であって、前記電子部品を吸着した状態で、前記電子部品を水平方向に対し所定の角度回転させる回転機構と、前記回転機構により前記電子部品を傾斜させた状態で、所定の深さとなるまで前記電子部品のリード部あるいは電極部をはんだ漕に浸漬させる上下機構とを備えるようにした。
【選択図】 図１

Description

この発明は、電子部品の予備はんだ浸漬方法、及び浸漬装置に関するものである。

電子部品のはんだ付け工程において、はんだ付け強度の信頼性を確保するために、部品のはんだ付けを行う前に、部品のリード/電極部の金めっきを除去する必要がある。その理由として、はんだ材料のＳｎ(錫)とＡｕ(金)が化合すると金属間化合物が生成され、この化合物には脆性材の特徴があってはんだ付け強度不足の要因となるためである。一般に、リード/電極部の金めっきを除去する方法のひとつに、溶融されたはんだ槽(以降、予備はんだ槽という)に部品のリード／電極部への浸漬が行われている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１-２０１５３号公報

部品のリード／電極部の金めっき除去の良否は、予備はんだ槽に浸漬する深さに影響される。
従来は人手で部品を持ち、目視で確認しながら浸漬を行っており、高額なＩＣ部品を予備はんだ槽に落下してしまうことや、浸漬深さにばらつきが生じてしまう等の品質上の課題があった。従来、特許文献１のようにはんだ槽の液面の高さを検知し、浸漬深さを制御する移動機構を有した装置が開示されている。

しかしながら、特許文献１において、液面の高さのみを検知するだけでは、部品の大きさ、リードの長さが異なる場合の浸漬深さが制御できず、金めっき除去が困難となる。また、浸漬角度を一定にしたまま上下移動を行うため、はんだ槽液面の表面張力によって、部品のリード間にはんだが付着してしまい、リード間ではんだ付け不良(いわゆる、ブリッジ不良)となる課題がある。

この発明は係る課題を解決するためになされたもので、部品大きさやリード長さが異なる場合であっても、浸漬深さを一定に制御し、かつ浸漬時の角度を制御することで、金めっき除去によるはんだ付け不良を抑制し、高信頼性のはんだ接合部を得ることのできる電子部品の予備はんだ浸漬方法及び浸漬装置を提供することを目的とする。

この発明に係る浸漬装置は、電子部品のリード部あるいは電極部を、はんだ漕に所定の深さに浸漬する浸漬装置であって、前記電子部品を吸着した状態で、前記電子部品を水平方向に対し所定の角度回転させる回転機構と、前記回転機構により前記電子部品を傾斜させた状態で、所定の深さとなるまで前記電子部品のリード部あるいは電極部をはんだ漕に浸漬させる上下機構とを備える。

この発明によれば、部品大きさやリード長さが異なる場合であっても浸漬深さを一定に制御でき、はんだ付け不良の発生を抑制して、信頼性の高いはんだ接合を行うことができる。

この発明の実施の形態１に係る浸漬装置の断面図であって、部品がセットされた状態を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る浸漬装置の断面図であって、部品（はんだ付け対象物）が予備はんだ槽へ浸漬された状態を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る浸漬装置の断面図であって、部品（はんだ付け対象物）が予備はんだ槽へ浸漬後に上昇された状態を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る浸漬装置の動作を説明する動作フローである。 この発明の実施の形態１に係る浸漬装置において、予備はんだ漕にリード端子を浸漬する浸漬深さの目安を示した例である。 この発明の実施の形態１に係る回転機構部の構成を説明する図である。 この発明の部品リード部の断面図であって、リードヒール部の浸漬深さ目安を示す図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る浸漬装置１００の断面図である。
浸漬装置１００は、リード／電極部の金めっき除去を行う部品３を吸着・固定する吸着機構部４と、吸着機構部４を保持した状態で、吸着機構部４ごと水平軸を中心に回転させる回転機構を備えた回転機構部５と、レールガイド７に沿って、部品３を吸着・固定した吸着機構部４と回転機構部５を上下方向に移動可能な上下機構部６と、上下機構部６を保持するレールガイド７と、部品３を上方から撮像し部品３の浸漬部を画像認識により認識するカメラ２と、溶融はんだの液面の高さを検知する液面検知センサ１と、液面のドロス（はんだの酸化物）を除去するワイパー９と、溶融はんだを溜める予備はんだ槽８と、浸漬装置１００の全体の動作を制御する制御部１０を有している。

部品３は抵抗やコンデンサやＩＣ等の電子部品であり、予め金めっきが施されたリード端子３１を備えてプリント配線板等にはんだにより電気的に接続される。先述の通り、部品３のはんだ付けを行う前には、はんだ付け強度の信頼性を確保する目的で部品のリード/電極部の金めっきを除去することを行う。ここでは、金めっきを除去する方法として、予備はんだ槽に部品のリード／電極部を浸漬することを行う。
ＩＣを例にすると、ＩＣリード端子には通常、はんだが付着することを禁止するはんだ禁止エリアが設定されており、作業者ははんだ禁止エリアにはんだが付着することがないように注意しながら、部品のリード／電極部を浸漬することで、リード/電極部の金めっきの除去を行う。
例えば４辺からリード端子３１が突き出ているＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）の場合には、４辺の全てのリード端子３１についてはんだ禁止エリアが設定されており、はんだ禁止エリアにはんだが付着することなく、予備はんだ漕にリード端子３１を浸漬し、４辺のリード端子３１の金めっきを除去する必要がある。
図５は、ＱＦＰにおいてリード端子３１の金めっきを除去する際に、予備はんだ漕にリード端子３１を浸漬する浸漬深さの目安を記載した一例である。Ｌ字型のリード端子３１の高さをｈとして、（１/２）・ｈを浸漬深さの目安として、予備はんだ漕にリード端子３１を浸漬することで、浸漬させた部分のリード端子３１の金めっきを除去する。

吸着機構部４は、表面に部品吸着用の複数の穴を有しており、吸引用配管を介して図示しない吸引装置により部品３を吸着する。また、吸着機構部４は部品回転機構４ａを有しており、制御部１０からの指示により、部品３を吸着する吸着面に対し垂直となる方向を回転軸４ｂとして３６０度回転を行うことができる構造となっている。これにより、部品３は吸着機構部４に吸着・固定されたまま、部品回転機構４ａにより、３６０度自由な向きに回転させることができる。部品３がＱＦＰの場合には、回転させることで、４辺のリード端子３１を順番に所定の角度、例えば予備はんだ漕に浸漬する方向に設定することが可能となる
なお、部品回転機構４ａには回転角度を計測するセンサが備えられており、センサで計測した回転角度は適宜、制御部１０に出力される。また、部品回転機構４ａは３６０度回転可能であるが、所定の基準方向に対して＋方向に１８０度、−方向に１８０度回転可能なものであってもよい。

回転機構部５は、上下機構部６に設けられた回転中心５ａを中心軸として回転可能な回転機構であり、図１では、矢印５ｂの方向に回転する。回転機構部５の先には吸着機構部４が設けられており、吸着機構部４により部品３が吸着される。回転機構部５の回転角は制御部１０からの信号により制御可能であり、水平方向を０度として、下向きに９０度まで角度制御ができる。
また、回転機構部５は、後述の通り、部品３の中心位置を部品回転機構４ａの回転中心に一致させるセンタリング機構を備え、部品３をセンタリングブロック５１に突き当てることで部品３のセンタリングを行うことができる。

このように、制御部１０は、部品３を吸着機構部４により吸着固定された状態で、回転軸４ｂを回転軸として回転角を制御することが可能であり、また、回転軸５ａを回転軸として回転角を制御可能である。

レール７は、予備はんだ槽８を載置する加熱装置付きの台座面に対して略垂直方向に立って設置されており、上下機構部６は、レール７に沿って上下方向に移動可能である。上下機構部６の上下位置は制御部１０により制御される。

カメラ２は予備はんだ槽８の上方にあって、撮像方向が下向きに設置され、予備はんだ槽８に溜められた溶融はんだや吸着機構部４に吸着固定された部品３等を撮像する。

液面検知センサ１は、予備はんだ槽８に溜められた溶融はんだの液面の高さを計測可能なセンサであり、液面の高さを制御部１０に出力する。

ワイパ９は、制御部１０からの制御信号により溶融はんだの液面状をスキージし、溶融はんだの酸化物を除去するものである。

次に、本実施の形態に係る浸漬装置１００の動作を図１〜図７を参照しながら説明する。なお、以下では、リード端子を浸漬する場合について説明するが、リード端子の代わりに電極部を浸漬してもよい。

図４の動作フロー図において、浸漬装置１００の電源を入れると制御部１０が動作を開始し、浸漬装置１００を初期状態にセットアップする。初期状態では、上下機構部６がレールガイドに沿って最上方に移動し、回転機構部５が回転軸５ａを中心に回転動作を開始し、回転機構部５が水平となった位置で停止する。このとき、回転機構部５の先端部分に保持された吸着機構部４も水平に置かれる（図４のステップＳ０１）。
また、部品回転機構４ａも初期状態の回転位置にセットされる。

作業者は、部品３を、水平に置かれた吸着機構部４上に吸着固定する（Ｓ０２）。
図６は、回転機構部５を正面から見た図である。回転機構部５は、先述の通り一組のセンタリング用ブロック５１を備えており、センタリング用ブロック５１の各々のブロックは図６の通り、上下方向、左右方向に移動可能である。センタリング用ブロック５１の位置を予め部品３の寸法に合わせて設定しておくことにより、作業者は、部品３をセンタリング用ブロック５１に突き当てることにより、所望の位置に位置決めすることができる。

吸着機構部４の上方に設置されたカメラ２は、吸着固定された部品３を上方から撮像する（Ｓ０３）。カメラ２は画像処理機能を有しており、撮像した画像から部品３のリード先端の位置を取得することが可能である。なお、この画像処理機能は、制御部１０が有していてもよい。

次にカメラ２は、画像処理により、画面上で部品３を浸漬する位置（浸漬位置）を算出する（Ｓ０４）。
浸漬位置とは、予備はんだ槽８に溜められた溶融はんだに、部品３のリード端子３１の先端を浸漬させる浸漬深さを示す位置であり、例えばＱＦＰの場合は、先述の通り、Ｌ字型リード高さの半分の位置である。
なお、ＱＦＰ以外の場合でも、部品毎のはんだが付着することを禁止するはんだ禁止エリアと撮像画像から、画面上でリード端子３１の浸漬位置を算出する。
カメラ２が浸漬する部品３のリード先端の位置を確認することで、予め判っている部品毎のリード形状を参照することにより、部品３の大きさやリード長さが異なる場合であっても、部品３の浸漬する位置を正確に算出することができる。
そして、浸漬位置を正確に算出することで、次に回転機構部５を現在の水平に保持した状態から下方向に回転角θだけ傾けた時の浸漬位置も算出することが可能となる。

液面検知センサ１は、予備はんだ漕８に溜められた溶融はんだの液面の高さを検知する（Ｓ０５）。
液面の高さを検知することで、部品３を下降させたときのリード端子３１の浸漬の深さを算出することができるようになる。

次に、制御部１０は、回転機構部５を下斜め方向に角度θだけ傾ける（Ｓ０６）。例えば、傾ける角度θを約４５°として、回転機構部５を４５度下斜め方向に回転させる。

このように、本実施の形態に係る浸漬装置１００は、回転機構部５を回転させ回転機構部５の先に設けられた吸着機構部４に吸着された部品を斜め方向からカメラ２で観察可能とすることで、部品３のリード端子３１を溶融はんだに浸漬する浸漬深さを精度良く制御することが可能となる。
その後、制御部１０は、カメラ２で算出した浸漬位置と、液面検知センサ１で取得した溶融はんだの液面の高さをもとに、上下機構部６の位置移動量にフィードバックすることで上下機構部６の移動量を制御して上下機構部６を下降する（Ｓ０７）。

図２は、本実施の形態に係る浸漬装置１００の断面図であって、はんだ付け対象の部品３のリード端子３１が予備はんだ槽の溶融はんだへ浸漬された状態を示す図である。
このように、リード端子３１を溶融はんだへ浸漬する際、制御部１０は、回転機構部５を下斜め方向（図２の矢印Ｂの方向。回転角θ＝約４５°）に傾け、傾けた状態で上下機構部６により部品３を下方向（図２の矢印Ａの方向）に下降させる。下降させる量は、先に算出した浸漬位置に基づき、傾けた状態の部品３のリード端子３１が所望の位置まで溶融はんだに浸漬する位置を算出することで定められる。

このように本実施の形態では、部品３を水平方向から傾けた状態で、上下機構部６により下降させ、部品３を斜めにして浸漬させるようにした。これにより、部品３の浸漬状態の確認を容易に行うことができるという効果が得られる。特に、ＱＦＰのような場合には、部品３を斜めにして浸漬させることで、部品３のリードヒール部の半分の高さ程度をカメラ２で確認しながら浸漬させることが可能となる。
図７は、部品リード部の断面図であって、リードヒール部の浸漬深さ目安を示す図である。このように、部品３を斜めにして浸漬させることにより、目安となるリードヒール部の浸漬深さまで、精度よくリード端子３１を浸漬させることで、浸漬箇所の金めっきを除去することができる。

次に、制御部１０は、浸漬後に回転機構部５が液面の水平方向に対して直角(約９０度付近)に傾くのと同時に上下機構部６を上昇させる（Ｓ０８）。
図３は、部品３のリード端子３１が予備はんだ槽へ浸漬後に上昇された状態を示した図である。
本実施の形態で、回転機構部５が直角に傾きながら上昇することにより、液面の表面張力によってリード間に付着したはんだを自由落下により除去させることが可能となるという効果を生じる。

上下機構部６が図１の初期位置まで上昇し、回転機構部５が水平方向に戻るよう傾く（Ｓ０９）。

次に、ワイパー９で液面のドロスを除去する（Ｓ１０）。

以降、ステップＳ０１〜Ｓ１０を繰り返し動作することで、リード端子３１を所望の浸漬深さで予備はんだ漕８に浸漬することができ、浸漬部分の金めっきを除去することが可能となる。
なおＱＦＰの場合、１辺のリード端子３１の浸漬が終了した後は、部品回転機構４ａにより部品３を９０度回転させることにより、隣接する辺のリード端子３１についても同様にして予備はんだ漕８に浸漬させることができる。

以上の通り、本実施の形態に係る浸漬装置１００は、リード／電極部の金めっき除去を行う部品３を吸着・固定する吸着機構部４と、吸着機構部４を保持した状態で、吸着機構部４ごと回転させる回転機構を備えた回転機構部５と、レールガイド７に沿って、部品３を吸着・固定した吸着機構部４と回転機構部５を上下方向に移動可能な上下機構部６と、上下機構部６を保持するレールガイド７と、部品３の浸漬部を画像認識により補正値を算出するカメラ２と、液面検知センサ１と、液面のドロス（はんだの酸化物）を除去するワイパー９と、溶融はんだを溜める予備はんだ槽８と、浸漬装置１００の全体の動作を制御する制御部１０を備え、部品３を斜め方向に保持した状態でリード端子３１を予備はんだ槽８の溶融はんだ中に浸漬させるようにした。

本実施の形態に係る浸漬装置によれば、部品の大きさや、リード端子３１の長さが異なる場合であっても浸漬深さを一定に制御することが可能となり、リード端子３１に予め付着した金めっきの除去を確実に行うことで、はんだ付け工程における不良発生を抑制し、製品の品質を向上させることができる。

１ 液面検知センサ、２ カメラ、３ 部品、４ 吸着機構部、４ａ 部品回転機構、４ｂ 回転軸、５ 回転機構部、５ａ 回転軸、５ｂ 回転方向、６ 上下機構部、７ レールガイド、８ 予備はんだ槽、９ ワイパー、１０ 制御部、３１ リード端子、５１ センタリング用ブロック、１００ 浸漬装置

Claims (5)

1. 電子部品のリード部あるいは電極部を、はんだ漕に所定の深さに浸漬する浸漬装置であって、
   前記電子部品を吸着した状態で、前記電子部品を水平方向に対し所定の角度回転させる回転機構と、
   前記回転機構により前記電子部品を傾斜させた状態で、所定の深さとなるまで前記電子部品のリード部あるいは電極部をはんだ漕に浸漬させる上下機構と、
   を備えることを特徴とする浸漬装置。
2. 前記はんだ漕に溜められた溶融はんだの液面の高さを検知する液面検知センサと、
   前記電子部品を撮像し、前記電子部品のリード部あるいは電極部を前記はんだ漕に浸漬する浸漬位置を定める撮像部と、
   を備え、
   前記上下機構は、前記液面の高さと、前記電子部品の浸漬位置と、前記回転機構により前記電子部品を傾斜させる傾斜角度をもとに、前記電子部品を下降させる下降量を取得し、前記下降量だけ前記電子部品を下降させることを特徴とする請求項１記載の浸漬装置。
3. リード部あるいは電極部を有する電子部品を吸着固定する吸着機構部と、
   前記吸着機構部を水平軸を中心に回転させる回転機構を備えた回転機構部と、
   レールガイドに沿って、前記回転機構部を溶融はんだの液面に対して上下方向に移動可能な上下機構部と、
   前記電子部品を上方から撮像し、前記電子部品の浸漬位置を画像認識により認識する撮像部と、
   溶融はんだの液面の高さを検知する液面検知センサと、
   溶融はんだを溜めるはんだ槽と、
   前記回転機構部により前記電子部品を所定の角度で傾けた状態で、前記上下機構部により前記リード部あるいは電極部を前記溶融はんだに浸漬する制御部と、
   を備えることを特徴とする浸漬装置。
4. 前記電子部品はリード部あるいは電極部には金めっきが施されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の浸漬装置。
5. 電子部品のリード部あるいは電極部をはんだ漕に所定の深さで浸漬する電子部品のはんだ浸漬方法であって、
   電子部品を吸着した状態で、前記電子部品を水平方向に対し所定の角度まで回転させる工程と、
   前記回転により、前記電子部品を傾斜させた状態で、所定の深さとなるまで前記電子部品のリード部あるいは電極部をはんだ漕に浸漬させる工程と、
   を備えることを特徴とする電子部品のはんだ浸漬方法。

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