JP2018061978A - 半田付けシステム、半田付け製品製造方法、半田付け方法、及び半田 - Google Patents

Abstract

【課題】フラックスに起因した半田付け不良の発生を抑制する半田付けシステム、半田付け製品製造方法、半田付け方法、及び半田を提供する。【解決手段】ノズル２４と、前記ノズル２５を加熱するヒータ３０と、半田ごてである前記ノズル２４と半田付け対象である端子Ｔ及びランドＲとの相対位置を当接離間方向へ変化させる端子Ｔ及びランドＲを有する半田付け装置１と、前記ノズル２４によって溶融されて前記端子Ｔ及びランドＲに半田付けされる半田を用いて半田付けする半田付けシステムについて、前記半田ごては、前記半田付け対象の半田付け部の周囲を囲む囲み形状に形成され、前記半田は、フラックスが含有され、前記フラックスを、加熱されると炭化温度に到達するまでに９０％以上揮発する構成とした。【選択図】図５

Description

この発明は、半田付け対象に対して半田付けするような半田付けシステム、半田付け製品製造方法、半田付け方法、及び半田に関する。

従来、プリント基板に電子部品を半田付けする半田付け装置が提案されている。このような半田付け装置で利用される半田には、フラックスが含有されている。フラックスは、半田付けする金属の母材表面に存在する酸化膜を除去し、溶融半田の表面張力を低下させてぬれ性を促進させ、さらに、再酸化を防止する役割を担っている。

このように、半田付けにおいてフラックスは重要な役割を担うものであるが、逆に半田付け不良の原因にもなっている。この半田付け不良には、フラックスに起因するものとして、溶融半田内のフラックスが急激な温度上昇によって気化し内部圧力が上昇して内部爆発が発生することによる半田ボールおよびフラックスの飛散を原因とするもの、およびフラックスが炭化して残存したフラックス残渣を原因とするもの等がある。
内部爆発による半田ボールの飛散はプリント基板等に不具合を発生させるものであるから、これを防止するべく気化しないフラックスを用いることが望まれている。

当該フラックスに関して、さらに、電気絶縁性が良好で、はんだボールが少なく、かつはんだ付け性が良好なはんだフラックスを提供することを目的として、金属含有量が５０ｐｐｍ以下でかつ２０重量％エタノール溶液とした際の電気伝導度が１．０μＳ／ｃｍ以下である重合ロジン類（Ａ）を含有するはんだフラックスの発明がなされている（特許文献１参照）。

また、特許文献２では、メチルデヒドロアビエチン酸を、はんだフラックス用樹脂として使用すると、従来用いられている水添ロジンおよび不均化ロジンよりも、はんだ飛散を抑制することができ、かつボイドが発生しにくくフラックスに優れた洗浄性を付与し得ることの開示がなされている。

しかしながら、これらフラックスに起因した半田付け不良の発生を完全に抑制できるものではなく、さらなる半田付け不良の低減が望まれていた。

特開２００９−２８５７１５号公報 特開２０１５−９８０３５号公報

この発明は、上述の問題に鑑みて、フラックスに起因した半田付け不良の発生を抑制する半田付けシステム、半田付け製品製造方法、半田付け方法、及び半田を提供することを目的とする。

この発明は、半田ごてと、前記半田ごてを加熱する加熱手段と、前記半田ごてと半田付け対象との相対位置を当接離間方向へ変化させる駆動手段を有する半田付け装置と、前記半田ごてによって溶融されて前記半田付け対象に半田付けされる半田を用いて半田付けする半田付けシステムであって、前記半田ごては、前記半田付け対象の半田付け部の周囲を囲む囲み形状に形成され、前記半田は、フラックスが含有され、前記フラックスは、加熱されると炭化温度に到達するまでに９０％以上揮発する構成である半田付けシステム、半田付け製品製造方法、半田付け方法、及び半田であることを特徴とする。

この発明により、フラックスに起因した半田付け不良の発生を抑制する半田付けシステム、半田付け製品製造方法、半田付け方法、及び半田を提供できる。

半田付けシステムの右側面図。 半田付けシステムの外観構成の説明図。 ノズルユニットとヒータユニットの構成を示す拡大断面図。 半田付け装置の駆動系および制御系の構成を示すブロック図。 ノズルの各部分の機能を模式的に説明する図。 ＴＧ法によるフラックスの揮発減量率の温度依存性を示すグラフ図。

以下、この発明の一実施形態を図面等と共に説明する。

＜半田付け装置＞
図１および図２は、半田付け装置１と糸半田２（半田）を有する半田付けシステムＡの外観構成の説明図であり、図１は右側面図、図２（Ａ）は正面図、図２（Ｂ）はヘッド部３の外装を一部省略して示す平面図である。

図１に示すように、半田付け装置１は、半田付け対象であるプリント基板Ｐのスルーホールに設けられたランド（接続対象）と端子（接続対象）の半田付けを行うノズル２４（半田ごて）を有するヘッド部３と、ヘッド部３およびノズル２４をフローティング状態にするエアーサスペンションユニット５と、エアーサスペンションユニット５およびノズル２４を半田付け対象に当接／離間させる方向（図１の上下方向）に移動させる当接離間方向移動ユニット６と、当接離間方向移動ユニット６およびノズル２４をプリント基板Ｐが搬送される搬送方向（図１の奥行方向，図２（Ａ）の左右方向）に移動させる搬送方向移動ユニット７と、搬送方向移動ユニット７およびノズル２４を搬送方向移動ユニット７の搬送幅方向（図１の左右方向，図２（Ａ）の前後方向）に移動させる搬送幅方向移動ユニット８を有している。

エアーサスペンションユニット５の上部には、リールに巻かれた糸半田２が設けられている。この糸半田２は、φ０．３〜φ２．０ｍｍを用いることができ、φ０．６〜φ１．６ｍｍのものを用いることが好ましい。

ヘッド部３の下部には、ノズル２４を備えたノズルユニット２０が設けられている。
搬送幅方向移動ユニット８の上面は、プリント基板Ｐを搬送する搬送路９の上面とほぼ同じ高さに構成されている。

ヘッド部３の可動範囲は、搬送幅方向移動ユニット８の上方に位置する待機位置（図１に示すＰ１の位置）と、プリント基板Ｐに対して半田付けを行う半田付け領域Ｅ１，Ｅ２（図２（Ｂ）のＥ１，Ｅ２で囲まれる領域）とになる。ヘッド部３は、これらの待機位置、及び半田付け領域のどの位置であっても当接離間方向移動ユニット６によって移動される。

この構成により、半田付け装置１は、待機時にはノズルユニット２０を待機ポジションＰ１の高さおよび位置に待機しておき、半田付け工程を実行するときは半田付け領域Ｅ１，Ｅ２内で待機ポジションＰ１よりも低い（半田付け対象に近い）半田付けポジションＰ２の高さにて半田付けを行う。

図３は、ノズルユニット２０とヒータユニット３０の構成を示す拡大断面図である。ノズルユニット２０付近は、ヒータユニット３０を着脱するヒータユニット装着ユニット４０、糸半田２（図１参照）を加熱するヒータユニット３０、およびノズル２４を備えたノズルユニット２０で構成される。

ノズルユニット２０は、半田ごてとなるノズル２４と、ノズル２４をヒータユニット３０に装着および脱着するためのノズルホルダ２１（着脱手段，ノズルユニット固定手段）を有している。

ノズル２４は、円筒形で中央に円柱形の孔２６を備えている。この孔２６は、端子Ｔを挿入する先端側２５ａから半田片２ａを供給する基部側２５ｂまで連通している。なお、このノズル２４は、半田付けを実行する半田付け部を囲む多角筒状、楕円筒状など適宜の囲み形状とすることができるが、この実施形態のように円筒形が好ましい。

ノズル２４の基部側（図示上部側）には、ノズル２４の外周を包み込むと共に固定用のネジ溝２１ａ（雌ネジ）を内面に備えたノズルホルダ２１が設けられている。このノズルホルダ２１は、回り止め部２２によってノズル２４に対して相対回転しないようにノズル２４に固定されている。ノズルホルダ２１のネジ溝２１ａは、ヒータユニット３０のネジ溝３５ａ（雄ネジ）に螺合して固定される。ノズルホルダ２１の内側とノズル２４の外側の間には、筒状のヒータ３６が挿入される円筒形の空間２１ｂが設けられている。この空間２１ｂは、ノズル２４の基部から中央よりも少し先端側まで設けられている。

ヒータユニット３０は、基部側（図示上部側）を装着側として先端側（図示下部側）を略円筒形に形成したヒータホルダ３５と、ヒータホルダ３５の内側に設けられた円筒形のヒータ３６（加熱手段）と、ヒータ３６の内側に設けられた円筒形の半田導入筒３４とを有している。
ヒータ３６は、軸対称に形成されることが好ましく、内部のノズル２４を周囲から略均等に加熱する構成であることがより好ましく、この実施例では円筒形に形成されている。
半田導入筒３４は、ヒータ３６の内部に挿入されたノズル２４の基部に先端が当接し、半田導入筒３４内の孔３４ａがノズル２４の孔２６と連通する。

これにより、上方から供給される切断済みの糸半田２（図１参照）が、孔３４ａおよび孔２６を通過し、ヒータ３６で加熱されたノズル２４により加熱溶融される。

ヒータホルダ３５の基部側（図示上部側）には、接続側面（図示上面）から突出する位置決めピン３１と、接続側面に配置された磁石３３ａと、コネクタ３２とが設けられている。

磁石３３ａは、脱着用ノブ３３に固定されており、バネ３３ｂによって装着ユニット４０側に付勢されている。この磁石３３ａが装着ユニット４０の金属板４５に磁力で吸着することで、ヒータユニット３０が装着ユニット４０に固定される。そして、ヒータユニット３０を取り外すとき、着脱用エアシリンダ６５（図４参照）によって脱着用ノブ３３を半田導入方向（図示下方）に引くことで磁石３３ａが金属板４５から離間して磁力による吸着力が弱まり、ヒータユニット３０の脱着を行う。

コネクタ３２は、装着ユニット４０のコネクトピン４１に接続され、ヒータ電源線および温度センサ線を通じてヒータ３６及び温度センサ６４（図４参照）に電力供給を可能にする。

位置決めピン３１は、装着ユニット４０の装着面側（図示下面側）に穿設された位置決めブッシュ４２に挿入され、装着ユニット４０とヒータユニット３０の相対位置を位置決めする。これにより、装着ユニット４０の半田導入孔４３とヒータユニット３０の孔３４ａを連結し、切断済みの糸半田２（図１参照）をスムーズに供給できるようにしている。

装着ユニット４０は、ヒータユニット３０の取り付け方向に貫通する半田導入孔４３が設けられており、接続面側（図示下面側）に金属板４５が設けられている。また、装着ユニット４０の接続面側（図示下面側）には、制御部６１（制御手段，図４参照）に繋がるコネクトピン４１、位置決めブッシュ４２、およびヒータユニット密着確認センサ４４が設けられている。
ヒータユニット密着確認センサ４４は、近接センサ等の適宜のセンサで構成され、ヒータユニット３０が装着ユニット４０に密着しているか否かを検出する。

図４は、半田付け装置１の駆動系および制御系の構成を示すブロック図である。半田付け装置１は、搬送幅方向移動ユニット８（図１参照）に固定されて搬送路９（図１参照）へ向かって真っすぐ伸びるＹ方向の搬送ガイド７ｆと、サーボモータあるいはステッピングモータ等の駆動機構部７ｅにより搬送ガイド７ｆに沿って移動する搬送ガイド７ｃが設けられている。この駆動機構部７ｅおよび搬送ガイド７ｆは、搬送幅方向移動ユニット８（図１参照）内に収納されている。搬送ガイド７ｃは、搬送路９の搬送方向（Ｘ方向）へ向かって真っすぐ伸びている。

Ｘ方向の搬送ガイド７ｃの上部には、搬送ガイド７ｃに沿ってＸ方向に移動する移動体７ａと、この移動体７ａを搬送ガイド７ｃに沿ってＸ方向へ移動させるステッピングモータ等で構成された駆動機構部７ｂが設けられている。この移動体７ａ、駆動機構部７ｂ、および搬送ガイド７ｃは、搬送方向移動ユニット７（図１参照）内に収納されている。この移動体７ａ、駆動機構部７ｂ、搬送ガイド７ｃ、駆動機構部７ｅ、および搬送ガイド７ｆは、作業させたい任意の位置へノズル２４を移動させるノズル位置移動手段として機能する。

移動体７ａには、ノズル２４がランドに当接／離間する方向に伸びるＺ方向の搬送ガイド５ｃが設けられている。この搬送ガイド５ｃには、Ｚ方向に移動するヘッド固定部５ａ、およびステッピングモータ等で構成される駆動機構部５ｂが設けられている。ヘッド固定部５ａ、駆動機構部５ｂ、および搬送ガイド５ｃは、ノズル２４を半田付け対象に当接／離間させる方向へ移動させる当接離間方向移動手段（駆動手段）として機能し、当接離間方向移動ユニット６（図１参照）内に収納されている。

このように構成されたＹ方向の搬送ガイド７ｆとＸ方向の搬送ガイド７ｃ、および駆動機構部７ｂ，７ｅがノズル位置移動手段として機能することにより、ノズル２４の位置を半田付けする任意の位置へ移動させることができる。また、Ｚ方向の搬送ガイド５ｃおよび駆動機構部５ｂが当接離間方向移動手段として機能することにより、移動させた位置でノズル２４を当接方向へ移動させてノズル２４の孔２６内に半田付けする端子を挿通しノズル２４の先端をランドに当接させ、半田付け後に離間させることができる。これにより、ノズル２４とランドの相対位置を当接離間方向へ変化させることができる。なお、この実施例ではノズル２４を移動させているが、半田付け対象を有するプリント基板Ｐを移動させる、あるいはノズル２４とプリント基板Ｐの両方を移動させることによって、両者の相対位置を当接離間方向へ変化させてもよい。

ヘッド固定部５ａには、フローティングユニット５１が設けられている。このフローティングユニット５１は、エアーサスペンションユニット５（図１）内に設けられ、供給されたエアによってプリント基板Ｐに対するフローティングユニット５１（ノズル２４が含まれる）の相対的な重みを軽くするものである。例えば、通常の加重を１００とするとフローティングユニット５１の加重が１０％となるようにするなど、適宜の構成とすることができる。
これにより、プリント基板Ｐに対するノズル２４の押付力を弱め、プリント基板Ｐにかけるストレスを軽減してプリント基板Ｐの破損を防止できる。特に、当接離間方向移動ユニット６による近接方向移動量を、ノズル２４の先端位置がランドの位置よりもさらに奥（この例では下方）の所定位置（例えばランドの位置より１０ｍｍ下方）まで移動する量に設定してもフローティングユニット５１のフローティング機能によってプリント基板Ｐにかかる加重を実際の重量よりも小さい荷重（例えば４ニュートン）とすることができる。
また、このようにノズル２４の近接方向移動量を半田付け位置よりも深く設定することにより、ノズル２４の先端の少なくとも一部を確実にランドに接触させることができ、ランドとノズル２４の先端の隙間について、接触部分以外のごく小さい隙間のみとするか全面接触して無くすことができるため、半田ボール等が隙間から漏れ出るといったことを防止できる。

ヘッド部３は、フローティングユニット５１に固定され、糸半田２（図１参照）を挿通する糸半田供給路５２と、糸半田供給路５２内の糸半田をローラで挟み込んで送り出す糸半田送り出し機構部５３（半田供給手段）が設けられ、底部にヒータユニット３０を備えている。

ヒータユニット３０の上部には、孔５５ａに挿入された糸半田２（図１参照）を回転によりカットする回転カッター５５と、回転カッター５５を回転させるステッピングモータ等の回転機構部５４を備えている。円盤状の回転カッター５５の厚みと同じ長さの孔５５ａは、必要な糸半田２の長さと同じ長さの孔に形成されている。この孔５５ａの長さ及びカットした半田片２ａの長さは、１〜３０ｍｍとすることができ、２〜１５ｍｍとすることが好ましい。糸半田送り出し機構部５３によって必要量の糸半田２が孔５５ａに挿入された状態で回転カッター５５が回転すると、糸半田２が孔５５ａの挿入長さにカットされるとともに、それまで糸半田供給路５２と連通していた孔５５ａが移動して半田導入筒３４内の孔３４ａと連通する。この連通した状態で、カットされた糸半田２を押し込みロッド５９により半田導入筒３４内へ強制落下させる。

また、これらの構成要素を駆動するべく、各要素は制御部６１によって制御される。制御部６１には、駆動機構部５ｂ、駆動機構部７ｂ、駆動機構部７ｅ、フローティングユニット５１、糸半田送り出し機構部５３、回転機構部５４、ヒータユニット密着確認センサ４４、温度センサ６４、着脱用エアシリンダ６５、カメラ６７、及び記憶部６８が接続されている。

カメラ６７は、半田付け対象を有するプリント基板のスルーホール（若しくはランド）およびピンの位置等を確認して位置決めする際、および、半田付アカメが発生した場合等の半田付け異常を検出する際等に用いられる。

記憶部６８は、プリント基板等の半田付け対象ワークの画像と、この半田付け対象ワークに使用するツール（ノズル２４、ノズルユニット２０、若しくはヒータユニット３０）を関連づけた半田付け対象ワーク別ツールデータ、現在装着しているツールの種類、現在装着しているツールの使用回数および使用時間等のデータを記憶している。

＜半田付け対象および半田付け部＞
図５は、プリント基板Ｐに電子部品Ｃを半田付けするノズル２４近傍を模式的に示す縦断端面図である。

プリント基板Ｐには、スルーホールＨが形成されており、当該スルーホールＨの周りにランドＲ（接続対象，半田付け対象）が設けられている。ランドＲは、プリント基板Ｐの表面側（図５では下面側）のリング状のランド表面部Ｒｆと、裏面側（図５では上面側）のリング状のランド裏面部Ｒｂと、当該スルーホールＨの内周面の円筒状のランド内周部Ｒｈとが、導電性の薄膜で一体として形成されている。

当該プリント基板ＰのスルーホールＨには、プリント基板Ｐの表面側から裏面側（図５では下面側から上面側）に向けて、スルーホールＨの中心軸に沿って、電子部品Ｃの端子Ｔ（接続対象、半田付け対象）が挿入されている。この端子Ｔのプリント基板Ｐからの突き出し長さは、５ｍｍ以下が好ましく、３ｍｍ以下とすることがより好ましい。この端子Ｔの突出部分周辺でランド裏面部Ｒｂの上面付近となる部位が半田付けを実行する半田付け部となる。

＜ノズル＞
ノズル２４は、肉厚一定の円筒形状で、材質にはセラミックが用いられている。セラミックは半田に対するぬれ性が金属製のランドＲおよび端子Ｔより低いため、溶融した半田を把持してしまうことを防止できる。

ノズル２４の後端側（基部側２５ｂ）には、ノズル２４を同心円状に外周側から取り囲むようにしてヒータ３６が設けられている。ヒータ３６には、電力容量が８０あるいは１３５ワットのセラミックヒータが用いられている。そして、当該ヒータ３６により、ノズル２４は外周側から加熱される。

ノズル２４の先端面２４ｄ（図示下端）は、プリント基板Ｐのランド裏面部Ｒｂの表面と平行に当接する。このため、ノズル２４に伝えられたヒータ３６からの熱は、先端面２４ｄを介して熱伝導によりランド裏面部Ｒｂに伝熱され、ランドＲ全体を加熱する。

ノズル２４の先端面２４ｄの開口サイズ（孔２６のサイズ）は、ランド裏面部Ｒｂの外周サイズよりも小さく形成されている。これにより、ノズル２４の先端面２４ｄの開口部分が全周に渡ってランド裏面部Ｒｂに当接できるため、隙間が生じず隙間から半田ボールやフラックスが漏れ出ることを防止している。

＜半田＞
半田は、半田材料とフラックスによって形成されており、フラックスは半田全体の２重量％となるように構成されている。このフラックスは、円柱形の糸半田２の中心部分に円柱形に配置する、あるいは半田材料と混合して存在させるなど、適宜の方法により半田中に存在させると良い。この実施形態では円柱形の糸半田２の中心部分に円柱形にフラックスを配置している。なお、この実施形態で「半田」と記載したときは、上述した糸半田２および半田片２ａの両方を意味している。
半田材料は、一般的に半田として用いられる適宜の材料で構成されている。

＜フラックスの成分＞
フラックスは、樹脂系フラックス、有機水溶性フラックス、無機フラックス、またはその他のフラックスとすることができる。

樹脂系フラックスは、基材をロジン（松脂）、その変性樹脂または合成樹脂などの水に溶けない樹脂で形成することができる。
有機水溶性フラックスは、基材をポリアルキレングリコール、グリセリンなど（多価アルコール）の水溶性のものとし、有機酸、有機アミン・ハロゲン化水素酸塩、有機酸・アミン塩等の水溶性活性剤とを溶剤（水溶性アルコール）に溶かして粘度調整して形成することができる。
無機フラックスは、活性剤を塩酸などの無機酸や塩化亜鉛、塩化アンモニウムなどのハロゲン化物などの無機系材料で形成することができる。

この実施例では、フラックスに、基材としてロジンを含有している樹脂系フラックスを用いている。このロジンは、軟化点が７７℃以下のものを利用することができ、７６℃以下のものがより好ましく、７５℃以下のものがさらに好ましく、７４℃程度のものが好適である。また、このロジンは、軟化点が５０℃以上のものを利用することができ、６０℃以上のものが好ましく、６５℃以上のものがより好ましく、７０℃以上のものがさらに好ましく、７４℃程度が好適である。

また、フラックスは、３５０℃での加熱減量率が７５％以上のものとすることができ、８０％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましく、９５％以上であることがさらに好ましく、９７％以上であることがさらに好ましく、９８％以上であることが好適である。

また、フラックスは、４００℃での加熱減量率が８７％以上のものとすることができ、９０％以上であることが好ましく、９５％以上であることがより好ましく、９８％以上であることがさらに好ましく、９９％以上であることが好適である。

また、この実施例ではフラックスに適宜の活性剤を含有させている。この活性剤として、ジエチルアミン・ＨＢｒを用いているが、これに限らず適宜の活性剤を用いることができる。

次の表１は、実施例１〜３および比較例１，２のフラックスの成分を示している。
表に示す素材について、この実施例では次のものを用いている。
合成樹脂： 三洋化成工業株式会社「ユーメックス１０１０」
液状有機酸： 岡村製油株式会社「ＳＢ−２０」
マレイン酸変性ロジン： 荒川化学工業株式会社「マルキード Ｎｏ．３２」
重合ロジン： 荒川化学工業株式会社「アラダイム Ｒ−９５」
不均化ロジン： 荒川化学工業株式会社「ロンジス Ｒ」
水素添加ロジン： 荒川化学工業株式会社「ハイペールＣＨ」

＜実施例１＞
フラックスの成分は、特殊変性ロジンが９２％で、ジエチルアミン・ＨＢｒが３％、液状有機酸が５％添加されている。
特殊変性ロジンは、主としてホットメルト粘着剤の用途で使用されている。フラックスの用途として一般には重合ロジンがよく用いられているが、マレイン酸変性ロジン同様、軟化点の温度は高めになっている。この点、特殊変性ロジンは、軟化点の温度が比較的低いという特徴がある。
ジエチルアミン・ＨＢｒは、半田付けする金属の母材表面を覆っている酸化膜を除去する除去作用を助けるための活性剤として添加されている。
液状有機酸は、活性剤としてジエチルアミン・ＨＢｒと併用する形で添加されている。

＜実施例２＞
フラックスの成分は、特殊変性ロジンが９７％で、ジエチルアミン・ＨＢｒが３％添加されている。

＜実施例３＞
フラックスの成分は、マレイン酸変性ロジンが１８％、水素添加ロジンが３６％、不均化ロジンが３６％で、ジエチルアミン・ＨＢｒが３％、液状有機酸が５％、合成樹脂が２％添加されている。

＜比較例１＞
フラックスの成分は、重合ロジンが９７％で、ジエチルアミン・ＨＢｒが３％添加されている。

＜比較例２＞
フラックスの成分は、重合ロジンが４６％、マレイン酸変性ロジンが４６％で、ジエチルアミン・ＨＢｒが３％、合成樹脂が５％添加されている。

＜ＴＧ法＞
半田付け不良の一つに、フラックス残渣の剥離がある。本発明によるフラックスが、その不良原因であるフラックスの残渣の発生を抑制するものとなっているか否かを判断するため、ＴＧ法を用いてフラックスの揮発減量率の評価を行っている。

ＴＧ法は、熱重量測定法の略で、試料の温度を一定のプログラムに従って変化させながら、その試料の重量を温度の関数として測定する方法である。
ここでは、試料を加熱した時に、試料の重量変化を連続的に測定している。

試料は、４７０℃程度まで加熱し、その間の試料の重量変化を、フラックスの蒸発（揮発）による揮発減量率の変化として測定している。
ここで、揮発減量率が高いということは、フラックスの蒸発（揮発）量が多いことを、すなわち、フラックスの残存量あるいは残渣が少ないことを意味している。

＜ＴＧ法による揮発減量率の測定結果＞
図６は、加熱によっても蒸発（揮発）せずに残存するフラックスの残存量率（１００％−揮発減量率）の温度変化を示すグラフである。例として、実施例１と比較例２とを挙げている。

図のグラフＧ１に示すように、実施例１は、１５０℃付近から徐々に蒸発が始まり、３３０℃位でほぼ蒸発は終了し、その後の減量はほとんどない。実施例１の揮発減量率は、３５０℃で９７．２８％、４００℃では９８．４１％に達している。すなわち、炭化が進む４００℃前後で、実施例１のフラックスの残渣（残量）は２％以下となっている。

この実施例１では、半田の融点である２１７℃を超えて２５０℃±２０℃（すなわち２３０℃〜２７０℃）で半田付けすることを想定しており、半田付け時の温度では半分以上のフラックスが残存している。従って、フラックスの機能を十分に働かせた半田付けを実施できるようにしている。

その一方で、溶融したフラックスがノズル２４に付着していると、ノズル温度は４２０℃〜４５０℃であるから、さらに温度上昇する。そのように温度上昇しても、３５０℃に到達する際には十分に揮発してフラックスの残量が２重量％程度になっている。このため、さらに温度上昇してフラックスが炭化する温度である４００℃に到達する際には、ほとんどのフラックスが蒸発して残存しておらず、ノズル２４内に炭化したフラックスが付着することを防止できる。

また、ノズル２４で直接加熱されるランドＲによって半田付けした半田が加熱されて温度上昇したときも、同様に炭化前にフラックスが蒸発するため、フラックスの炭化による半田不良を防止できる。

また、この実施例１では、急激にフラックスが揮発していくため、従来例となる比較例１，２に比べると半田ボールが飛散しやすい。しかし、筒型のノズル２４が半田付けする際の半田の周囲を囲んでいるため、従来のように半田ボールがプリント基板Ｐ上に飛散して半田不良を生じることがない。

一方、比較例２は、２５０℃付近から漸く蒸発が始まり、急速な減量が３５０℃位まで進行し、その後も４５０℃位まで僅かずつ減量し続けている。そのため、比較例２のフラックスは、３５０℃では約３０％程度残っており、４００℃前後でも１０％程度が残存している。従って、半田ごてやランド等にフラックスが付着していて高温になると、蒸発せずに炭化して付着する。炭化したフラックスがランド等に付着すると半田不良に繋がり、炭化したフラックスがノズル２４に付着するとノズル２４の内壁のぬれ性が高まってしまい、次の半田がノズル２４の内壁に保持されてしまうという問題が生じてくる。

このように、実施例１と比較例２では、蒸発（揮発）が活発化し始める３００℃付近や炭化前の３５０℃付近で、フラックスの残存量率（１００％−揮発減量率）の違いが顕著に表れている。

表１に示すように、３００℃に加熱された時点での揮発減量率は、実施例１が４９％で最も高く、次いで、実施例１が僅差の４６％で、少し差が開いて実施例３が３２％となっている。
これに対して、比較例１及び比較例２の同上の揮発減量率は、それぞれ２３％と１８％で、低い値となっている。

このように、比較例１、２に比較して、実施例１〜３のフラックスは、残渣が発生し難い。中でも、実施例１と実施例２のフラックスは好適であり、実施例１のフラックスが最も好ましい。

＜半田付け方法、半田付け製品製造方法＞
このように構成された半田付け装置１および糸半田２を用いて、半田付けシステムＡは次のように動作する。
すなわち、半田付け装置１は、Ｙ方向の搬送ガイド７ｆとＸ方向の搬送ガイド７ｃ、および駆動機構部７ｂ，７ｅがノズル位置移動手段として機能することにより、ノズル２４の位置を半田付けする任意の位置へ移動させる。

半田付け装置１は、Ｚ方向の搬送ガイド５ｃおよび駆動機構部５ｂが当接離間方向移動手段として機能することにより、移動させた位置でノズル２４を当接方向へ移動させてノズル２４の孔２６内に半田付けする端子を挿通しノズル２４の先端をランドに当接させる。

半田付け装置１は、糸半田２から所定量の半田片を切断し、この半田片を半田としてノズル２４内へ供給し、この半田をヒータ３６の熱をノズル２４から伝えることによって加熱する。このとき、半田は、ノズル２４内という周囲が囲まれた閉鎖空間の中で加熱される。なお、閉鎖空間は、ノズル２４の内側の空間を指しており、スルーホールによる空間や、ノズル２４の上方の機構内の空間は除外される。

フラックスが溶融温度に到達するとフラックスが半田から流れ出し、半田が溶融温度に到達すると半田付けが実行される。このとき、本発明のフラックスを用いていることにより、半田付けに必要な温度以上にフラックスが温度上昇しても炭化したフラックスが残存することを防止できる。

半田付けが完了すると、半田付け装置１は、ヘッド部およびノズル２４を上方へ移動させてランドＲから離間させ、次の半田付けのために待機する。

このようにして、プリント基板Ｐの端子ＴとランドＲが半田（半田片２ａ）によって半田付けされた半田付け製品が製造される。

以上の構成および動作により、フラックスに起因した半田付け不良の発生を抑制する半田付けシステムＡ、半田付け装置１、半田付け方法、半田付け製品製造方法、及び半田（糸半田２）を提供することができる。

すなわち、当該半田付け装置１を用いた半田付けは、ノズル２４の孔２６内に半田付けするピン（電子部品の端子など）を挿通し、ノズル２４の先端をスルーホールに当接させた状態で、上方から供給される半田片２ａが、孔２６を通過してノズル２４の内面２５に接触し、ヒータ２３で加熱されたノズル２４により加熱溶融されることにより行われる。

このため、当該半田付け装置１を用いた場合には、溶融した半田の内側にあるフラックスが、加熱によりガス化し周囲の溶融半田の一部を飛散させることがあっても、飛散した当該溶融半田は、周囲を囲うノズル２４により遮蔽されるため、ノズル２４の外に流出しにくい。これにより、はんだボールがプリント基板Ｐ上に飛散することを防止することができる。また同様に、ノズル２４で周囲が囲まれているために、飛散するフラックスもノズル２４の内側に留まり下方の半田付け部に戻ってくる。これにより、フラックスが飛散して減少することを防止できるため、半田内に含有させておくフラックスの量を減少させることができ、フラックスを原因とする半田不良の発生率を減少させることができる。

同様にして、フラックス自身もノズル２４の外への流出が抑制される。
通常、フラックス入り半田に入っているフラックスの量は、飛散してしまって有効に作用しない分が一定割合で存在するとして、その分が増量されている。
一方、当該半田付け装置１を用いた場合には、上述のように、フラックスは、飛散しても半田と共に依然としてノズル内に留まり、そのほとんどが有効に作用する。

このため、フラックス入り半田のフラックス含有量は、通常、４重量％程度必要とされているが、当該半田付け装置１に用いるフラックス入り半田においては、そのフラックス含有量は、３重量％以下に低減することが可能であり、より好ましくは２重量％以下に低減することが可能である。これにより、材料コストの低減も図れる。加えて、次に述べる残渣の低減にもなる。

当該半田付け装置１を用いた場合には、半田が溶融した際、フラックスはノズル２４内部に飛散し、その一部はノズル２４内壁に付着し、その後、炭化して残渣となって徐々に堆積していく。堆積すると半田に対するぬれ性が高まり、半田を把持して半田付け不良が発生する原因となる上に、放置すれば最悪ノズル内部が閉塞する恐れがある。

しかし、本発明によるフラックスは、炭化前に殆どが揮発するため、残渣となってノズル内に堆積する量が非常に少ない。

このため、装置を停止してノズル内壁等を定期的に清掃する頻度が少なくて済み、また、清掃時間も短くて済む。これにより、装置稼働率の低下を抑制することができる。

また、本発明のフラックスは、一般的に使用される半田のフラックスよりも揮発性が高いものの、半田付けを行う温度では半分以上が残存するよう構成されており、かつ、ノズル２４で囲まれた閉空間内で用いられるため、フラックスによる各種機能、すなわち酸化膜を除去して半田付けの接合を高める機能、接合後の再酸化を防止して腐食から保護する機能、半田の切れ性を高める機能を十分に働かせて良好な半田付けを行うことができる。

以上のように、フラックスの蒸発開始温度を低くしつつ半田付け温度ではある程度（例えば半分以上）のフラックスが残りつつ、炭化温度に至る前に殆どが蒸発するフラックスを用い、かつ端子Ｔと溶融半田の周囲をノズル２４で囲んで閉空間にて半田の溶融と半田付けを行う構成とすることで、フラックスの揮発温度を低くするとフラックスの機能が働きにくくなるとともに半田ボールも飛散しやすくなり、フラックスの揮発温度を高くすると炭化による残渣が残りやすくなるという相反する課題を解決し、半田不良の発生率を非常に低くすると共にノズル２４の残渣除去メンテナンス（クリーニング）の頻度を激減させることができる。

メンテナンスについて詳述すると、ノズル２４の形状を囲み形状として半田ボールの飛散を防止するだけでは、構造上ノズル２４内にフラックスが付着し炭化して残渣が残り、表面粗度が高くなってぬれ性が高まり、残渣除去のメンテナンスが必要になる。これに対して、フラックスを炭化前に揮発させることで、この残渣除去のメンテナンス（クリーニング）の必要性を激減させることができる。

このように、ノズル２４の内面および先端面のクリーニングに要する時間および回数を大幅に削減できることにより、プリント基板Ｐの生産稼働率を向上させることができ、清掃管理を容易にでき、さらに清掃時間を短縮することができる。

なお、この発明は、上述の実施形態に限るものではなく、様々な実施形態とすうことができる。
例えば、ノズル２４は、半田付けを行う先端部位近傍に孔２６と外部を接続する側孔を備えてもよい。この側孔は、半田が溶融する位置より高い位置（半田の溶融位置よりノズル基部側の位置）に設けると良く、側孔の穿孔方向が溶融半田を中心とする放射方向と異なる方向（例えば水平方向）とすることが好ましい。これにより、蒸発したフュームを外部へ放出できるようにしつつ、飛散する半田ボールが側孔から外へ出ることを防止できる。
また、特殊変性ロジンは、例えば荒川化学工業株式会社「パインクリスタル ＫＲ−８５」等の超淡色ロジンにより代用することもできる。

この発明は、半田付けを行う適宜の産業に利用することができる。

１…半田付け装置
２４…ノズル
３０…ヒータユニット
Ｒ…ランド
Ａ…半田付けシステム

Claims (10)

1. 半田ごてと、
   前記半田ごてを加熱する加熱手段と、
   前記半田ごてと半田付け対象との相対位置を当接離間方向へ変化させる駆動手段を有する半田付け装置と、
   前記半田ごてによって溶融されて前記半田付け対象に半田付けされる半田
   を用いて半田付けする半田付けシステムであって、
   前記半田ごては、前記半田付け対象の半田付け部の周囲を囲む囲み形状に形成され、
   前記半田は、フラックスが含有され、
   前記フラックスは、加熱されると炭化温度に到達するまでに９０％以上揮発する構成である半田付けシステム。
2. 前記フラックスは、３５０℃でのフラックス残量が５重量％以下である
   請求項１記載の半田付けシステム。
3. 前記半田に含まれる前記フラックスのフラックス含有量が３重量％以下である
   請求項１または２記載の半田付けシステム。
4. 前記半田ごては、
   前記半田付け部よりも前記半田に対するぬれ性が低い素材で形成された
   請求項１、２または３記載の半田付けシステム。
5. 前記フラックスは、特殊変性ロジンとジエチルアミン・ＨＢｒとを含有する
   請求項１から４の何れかに記載の半田付けシステム。
6. 前記フラックスは、液状有機酸をさらに含有する
   請求項５記載の半田付けシステム。
7. 前記特殊変性ロジン、前記ジエチルアミン・ＨＢｒ、及び前記液状有機酸の含有量が、それぞれ約９２重量％、３重量％、及び５重量％である
   請求項６記載の半田付けシステム。
8. 半田ごてと、前記半田ごてを加熱する加熱手段と、前記半田ごてと半田付け対象との相対位置を当接離間方向へ変化させる駆動手段を有する半田付け装置が、前記半田ごてによって溶融されて前記半田付け対象に半田付けされる半田を用いて半田付けする半田付け方法であって、
   前記駆動手段によって前記半田ごてと前記半田付け対象の相対位置を両者が当接する方向へ変化させて、前記半田付け対象の半田付け部の周囲を囲む囲み形状に形成された前記半田ごてにより前記半田付け部の周囲を囲み、
   フラックスが含有されている前記半田を前記加熱手段により加熱された半田ごて内で加熱し、前記フラックスを炭化温度に到達するまでに９０％以上揮発させる半田付け方法。
9. 半田ごてと、前記半田ごてを加熱する加熱手段と、前記半田ごてと半田付け対象との相対位置を当接離間方向へ変化させる駆動手段を有する半田付け装置が、前記半田ごてによって溶融されて前記半田付け対象に半田付けされる半田を用いて半田付けし、半田付け製品を製造する半田付け製品製造方法であって、
   前記駆動手段によって前記半田ごてと前記半田付け対象の相対位置を両者が当接する方向へ変化させて、前記半田付け対象の半田付け部の周囲を囲む囲み形状に形成された前記半田ごてにより前記半田付け部の周囲を囲み、
   フラックスが含有されている前記半田を前記加熱手段により加熱された半田ごて内で加熱し、前記フラックスを炭化温度に到達するまでに９０％以上揮発させる半田付け製品製造方法。
10. 加熱されると炭化温度に到達するまでに９０％以上揮発するフラックスが含有されている
    半田。