JP2020092245A - Automatic soldering device for surface mounting component - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はプリント基板上に微細な表面実装部品をオフライン上で実装する技術に関するものである。The present invention relates to a technique for mounting a fine surface mount component on a printed circuit board offline.
昨今の電子部品の小型化の動向により、長辺方向で1mm以下の電子部品が市場に登場している。これらの部品の実装はチップマウンターに代表されるような自動機の専用チャックにより指定個所に搬送されリフロー工程により半田付けすることで実装しているが、後工程や修正工程などでは、手作業による半田付けを実施する必要がある。Due to the recent trend toward miniaturization of electronic components, electronic components having a length of 1 mm or less have appeared on the market. Mounting of these parts is carried out by soldering in a reflow process after being transported to a designated place by a dedicated chuck of an automatic machine such as a chip mounter, but in the post process and correction process, it is done manually. It is necessary to perform soldering.
手作業による半田付けに代表される工具として半田ごてが挙げられるが一般的な半田ごてによる半田付け作業では、部品の半田付けする端子とプリント基板の実装ラウンドの両方に小手先を同時に当てて加熱し、半田を溶融して、部品とプリント基板の実装ラウンドの両方を半田により溶接する必要がある。
そのため、ピンセットなどにより部品を掴みながら、指定個所に部品を押さえながら、半田ごての先端を部品と基板の両方に当てながら、半田を補充する作業を同時進行で行う必要があり部品が微細な状態になると、半田ごての先端が端子部やラウンドに当たり難い、あるいは部品の抑えが不十分になるなど作業上の困難を伴う現状がある。A soldering iron is a typical tool for manual soldering, but in general soldering with a soldering iron, apply a small hand at the same time to both the component soldering terminal and the PCB mounting round. It is necessary to heat, melt the solder, and weld both the component and the printed circuit board mounting round with solder.
Therefore, it is necessary to simultaneously replenish the solder while grasping the component with tweezers, holding the component in the designated place, and applying the tip of the soldering iron to both the component and the board at the same time. In this state, the tip of the soldering iron is hard to hit the terminal portion or the round, or the holding of the parts is insufficient, which is a work situation.
また、部品に半田ごてを当てる関係から、その当てる力に対抗できる力で部品を押さえつける力が必要であるが、例えば0603サイズと呼ばれるような部品では、部品の長辺方向で0.6mmの大きさであり、押さえつけに使用できる個所の大きさは0.5mmに満たない状態であり半田ごてが当たりやすいように部品を掴むことすら困難な状態である。
更に、微細な大きさの部品を摘みながら、部品を押さえながら、半田ごてを当てながら、半田を充填し溶かす作業を手作業で実施しようとした場合、加工対象部位が部品を掴むピンセットや半田ごての陰に入り目視で状況を見ながら作業することが困難になり更に作業を難しくしている。Further, since a soldering iron is applied to a component, it is necessary to hold down the component with a force capable of counteracting the applied force. For example, a component called 0603 size has a length of 0.6 mm in the long side direction of the component. The size is small, and the size of the part that can be used for pressing is less than 0.5 mm, and it is difficult to even grasp a part so that the soldering iron can easily hit.
Furthermore, if you try to manually fill and melt the solder while pinching a small size component, holding down the component, and applying the soldering iron, the target area to be machined is tweezers or solder. It is difficult to work while visually checking the situation due to the shadow of the trowel, which makes the work even more difficult.
あるいは、過去には、チップ部品に特化した半田ごてが提案されているが、部品の形状や大きさが限定され、多様化する部品の形状や大きさに対して汎用的でない問題がある。
他にも、加熱した温風を対象部品とプリント基板に吹きかけて、部品とプリント基板を加熱して半田付けする例が提案されているが、この方法の場合、対象部品が非常に軽いために吹きかけた温風により部品が飛散して実装に失敗する可能性があるという問題がある。Alternatively, a soldering iron specialized for chip components has been proposed in the past, but the shape and size of the component are limited, and there is a problem that it is not general-purpose with respect to diversifying component shapes and sizes. ..
Another example is proposed in which heated hot air is blown onto the target component and the printed circuit board to heat and solder the component and the printed circuit board.However, in this method, the target component is very light There is a problem that the components may scatter due to the blown warm air and the mounting may fail.
解決すべき課題は、微細な部品であっても、部品の半田付けする端子と、プリント基板の実装ラウンドの両方を加熱し、半田を溶融させて半田付けできるようにする点と、部品を掴みながら、指定個所に部品を押さえながら、半田ごての先端を部品と基板の両方に当てながら、半田を補充する作業を同時進行で行うことに起因する作業性の困難を解消する点である。
また、自動化することにより手作業による加熱時間や温度の伝達ムラを解消して均一な加工を繰り返し行えるようにする点である。The problem to be solved is that even for minute parts, both the terminals to which the parts are soldered and the mounting round of the printed circuit board are heated so that the solder can be melted and soldered. However, this is to eliminate the difficulty in workability due to the simultaneous replenishment work of the solder while pressing the part at the designated place and applying the tip of the soldering iron to both the part and the board.
Another point is that by automating, uneven heating time and temperature transmission due to manual work can be eliminated and uniform processing can be repeated.
本発明では、半田付けの為の加熱の熱源にハロゲンランプなどの光源の光を概ね直径10mm以下の範囲に集光した光による熱源を利用する。
予め部品を実装するプリント基板の実装ラウンドに、予備半田、あるいはクリーム半田の塗布を行い、当該箇所に部品を置いた状態で、指定された照射位置に半田付けする部品が来るようにプリント基板を設置してから、作業開始の操作を行うことで設定した条件で光を発し、その熱により半田付けを行う装置とすることで、これまでの、部品を掴みながら、指定個所に部品を押さえながら、半田ごての先端を部品と基板の両方に当てながら、半田を補充する作業を同時進行で行う作業を、クリーム半田を塗る、または予備半田をする、部品を置く、基板をセットする、の3つの独立した手作業と、自動化した光の照射により再現性の高い部分的な半田付けを実現する。In the present invention, as a heat source for heating for soldering, a heat source using light obtained by condensing light from a light source such as a halogen lamp in a range of a diameter of 10 mm or less is used.
Pre-solder or cream solder is applied to the mounting round of the printed circuit board where components are to be mounted in advance, and the printed circuit board is placed so that the component to be soldered will come to the specified irradiation position with the component placed at that location. After the installation, the work is started to emit light under the set conditions, and the heat is used to perform soldering. While applying the tip of the soldering iron to both the component and the board, the work of replenishing the solder at the same time can be done by applying cream solder, pre-soldering, placing parts, setting the board. Achieves highly reproducible partial soldering by three independent manual operations and automated light irradiation.
設定条件は照射距離と照射時間を設定するが、照射距離は照射開始から数秒程度の時間で半田溶接に適した温度になるように熱源となる光を集光するための高さを設定し、詳細の設定を光の照射時間で設定できるようにする。The setting conditions set the irradiation distance and irradiation time, but the irradiation distance sets the height for condensing the light that will be the heat source so that the temperature is suitable for solder welding within a few seconds from the start of irradiation, Allows detailed settings to be set by the irradiation time of light.
本発明により、従来であれば部品を掴みながら、指定個所に部品を押さえながら、半田ごての先端を部品と基板の両方に当てながら、半田を補充する作業を同時進行で行う作業を、クリーム半田を塗る、または予備半田をする、部品を置く、基板をセットする、の3つの独立した工程にすることで、1つ1つの作業を簡単化して、作業性を単純化し、光を自動的に照射するため、繰り返し再現性の高い加工を作業者の熟練度に依存されずに実現できる効果がある。
また、光の照射エリア内は範囲的に加熱されるため、半田ごての当たり損ねにより、端子だけ、あるいはラウンドだけが加熱されるなどの加熱の不均一による半田付け不良などが発生し難くなる効果があり、エリア的な加熱によって溶融した半田の表面張力のバランスによるセンタリング効果が発生し、部品の位置修正を自然に行う効果もある。
さらに、従来の半田では機械的に半田ごてを押し付ける関係から、プリント基板上のパターンを痛める場合があったが、本発明では、このような機械的な負荷が解消されているため、プリント基板上のパターンを痛めるリスクが軽減される効果がある。
なお、本発明では微細部品のみならず、集光した光のエリアと同程度の表面実装部品であれば流用できる効果もある。According to the present invention, the conventional work of simultaneously performing the work of replenishing the solder while gripping the component, holding the component at a designated place, and applying the tip of the soldering iron to both the component and the board is performed simultaneously. By applying solder or pre-soldering, placing parts, and setting the board, it is possible to simplify each work by simplifying the work individually and automatically turning on the light. Since the irradiation is performed on the workpiece, it is possible to realize a highly reproducible process without depending on the skill of the operator.
In addition, since the light irradiation area is heated in a range, it is less likely that a soldering failure will occur due to non-uniform heating such as heating only the terminals or only the rounds due to damage to the soldering iron. There is an effect, and a centering effect is generated due to the balance of the surface tension of the solder melted by area heating, and there is also an effect of naturally correcting the position of the component.
Further, in the conventional solder, the pattern on the printed circuit board may be damaged due to the mechanical pressing of the soldering iron, but in the present invention, such a mechanical load is eliminated, so that the printed circuit board is It has the effect of reducing the risk of damaging the above pattern.
Note that the present invention has an effect that not only minute components but also surface-mounted components having the same extent as the area of condensed light can be diverted.
半田溶接のための熱源として光を利用することにより半田ごてによる作業に伴う、部品を掴みながら、指定個所に部品を押さえながら、半田ごての先端を部品と基板の両方に当てながら、半田を補充する作業を同時進行で行う作業を、クリーム半田を塗る、または予備半田をする、部品を置く、基板をセットする、の3つの独立した工程と自動化した光の照射ができるようにするために加工対象となる基板をセットしたとき状態で光源から加工対象までの距離が設定された位置関係になるような構造とし、この距離によって照射された光がレンズにより集光したエリアが概ね直径30mm以下の範囲で、半田の溶接に足りる温度になるよう設計された構造とすることで、加工対象周辺の温度が照射の時間経過とともに上昇する構造とした。By using light as a heat source for solder welding, while gripping the component accompanying the work with the soldering iron, holding the component in the designated place, and applying the tip of the soldering iron to both the component and the board, In order to be able to perform the work of performing the replenishment work in parallel with three independent steps of applying cream solder or pre-soldering, placing parts, and setting the board, and automated light irradiation. The structure is such that when the substrate to be processed is set, the distance from the light source to the processing target is in the set positional relationship, and the area where the light irradiated by this distance is focused by the lens is approximately 30 mm in diameter. By adopting a structure designed to have a temperature that is sufficient for solder welding within the following range, the temperature around the object to be processed increases with the elapse of irradiation time.
その上で、光の照射時間を設定要素として設定できる構造として、この構造により光源から対象部品までの距離を、温度変動の特性が照射時間に比例近似する範囲で、かつ照射時間の設定を想定した照射時間の下限値で、加工を想定した温度の下限値になり、また、照射時間の設定を想定した照射時間の上限値で、加工を想定した温度の上限値になる範囲の距離を光源から加工対象までの距離として設定できるようにすることで、温度の加減調整を照射時間で比例的に調整できる距離が得られる構造とした。In addition, as a structure that can set the light irradiation time as a setting element, this structure assumes that the distance from the light source to the target component is within the range where the characteristics of temperature fluctuations are approximate to the irradiation time and the irradiation time is set. The lower limit of the irradiation time is the lower limit of the temperature for which the processing is assumed, and the upper limit of the irradiation time for which the setting of the irradiation time is the upper limit of the temperature for which the processing is assumed is the light source. The distance from the workpiece to the processing target is set so that the temperature can be adjusted proportionally with the irradiation time.
また光源の光量を制御する調光器と、これらの機器の動作をプログラミングできる制御部を備え、使用者の作業開始操作により、設定された時間分だけ光を照射するようにすることで、安定した加工条件が加工毎に再現できるようにした。In addition, a dimmer that controls the amount of light from the light source and a control unit that can program the operation of these devices are provided, and by starting operation of the user, light is emitted for the set time, which stabilizes the operation. The processing conditions that were set can be reproduced for each processing.
図1は、本発明の実施例である。1の光源は、ハロゲンやキセノンなどのランプであり、2の固定具により、3の凹レンズとの位置関係を固定して4の集光した光を照射できる形状としている。2の固定具は、5のプリント基板を置いた際に、1の光源と6の加工対象部品との距離が4の集光した光のエリアの直径が10mm以下で、予め設定された照射時間で光を照射した際に半田付けできる温度まで集光した光のエリアの温度が上昇できる位置になるように10のボディに固定されている。FIG. 1 is an embodiment of the present invention. The
9の電源コードを通じて8の調光器に電力供給を行う。8の調光器はPWMやPFM制御などにより1の光源への電力供給を調整できる機能があり7の操作部により操作された内容に従い1の光源の明るさ、つまり照射する熱量を制御できる。
例えば、7の操作部の操作により、8の調光器で弱い光により1の光源を発光させることで光の照射位置を弱い光で照らした状態にして、6の加工対象部品を乗せた状態の5のプリント基板を設置する際に、6の加工対象部品を光の照射位置に合わせやすくすることができる。Power is supplied to the dimmer of 8 through the power cord of 9. The
For example, by operating the operation unit of 7, the light source of 1 is caused to emit light by the dimmer of 8 to illuminate the irradiation position of the light with the weak light, and the component of 6 to be processed is placed. It is possible to easily align the processing target component of 6 with the light irradiation position when the printed circuit board of 5 is installed.
10のボディは11の台座に固定され、11の台座上に12の基板高さ調整部を設置することで5のプリント基板を置く高さを任意に設定できる。
1の光源から6の加工対象部品までの距離は、12の基板高さ調整部により調整できる。
12の基板高さ調整部は装置に固定されている必要はなく、図8に示すような構造で11の台座上を自在に動くようにしても良い。The
The distance from the light source of 1 to the component to be processed of 6 can be adjusted by the substrate height adjusting unit of 12.
The substrate
図2は、図1で示す構造体のうち4の固定部が13の昇降器により上下に昇降する機能を持たせた場合の例である。
4の固定具はまた、13の昇降器と14の連結部により連結され、13の昇降器の昇降動作により加工を行う位置から15の収納位置へ4の固定具を移動でき、5のプリント基板を置く際に4の固定具が、5のプリント基板の出し入れの際に障害にならないようにする効果がある。
13の昇降器にはエアシリンダーや電動アクチュエーターなどが利用できる。FIG. 2 is an example of a case where four fixing portions of the structure shown in FIG. 1 have a function of moving up and down by 13 elevators.
The fixture of 4 is also connected by the connecting portion of the elevator of 13 and the connecting portion of 14, and the fixture of 4 can be moved from the processing position to the storage position of 15 by the lifting operation of the elevator of 13 and the printed board of 5 There is an effect that the fixing tool of 4 does not hinder the loading and unloading of the printed circuit board of 5 when placing the board.
An air cylinder, an electric actuator or the like can be used for the elevator of 13.
図3は、図1で示す構造体に16の遮光板を備えた例である。
16の遮光板は、半田付け操作の際に照射される光を減光し作業者の目を守る働きがある。
尚、16の遮光板は、7の操作部の操作に連動して5のプリント基板の出し入れの際に障害にならないように開閉動作をさせても良い。FIG. 3 is an example in which the structure shown in FIG. 1 is provided with 16 light shielding plates.
The
The
図4は、図1で示す構造体に17のレーザーポインターを備えた例である。
17のレーザーポインターは、17のレーザーポインターから発せられた18のレーザー光は、光の照射位置と一致する位置に照射されるよう設置されている。
6の加工対象部品を乗せた状態の5のプリント基板を設置する際に、6の加工対象部品を18のレーザー光が照らす点に合わせることで6の加工対象部品を光の照射位置に合わせやすくすることができる。FIG. 4 is an example in which the structure shown in FIG. 1 is provided with 17 laser pointers.
The seventeen laser pointer is installed so that the eighteen laser light emitted from the seventeen laser pointer is applied to a position corresponding to the light irradiation position.
When installing the printed circuit board of 5 on which the processing target component of 6 is placed, it is easy to align the processing target component of 6 with the irradiation position of the light by adjusting the processing target component of 6 to the point illuminated by the laser beam of 18 can do.
図5は、図1で示す構造体を模擬した試験装置により実験で得られた光源から加工対象までの距離と照射時間に対する温度のデータから得られた、光源から加工対象までの距離と照射時間に対する温度を求めるための近似式の例である。
図6は図5の近似式から模擬した特性グラフの例であり、例えば、光源から加工対象までの距離を24mmと仮定した場合で加工温度を350℃から400℃の範囲の任意の温度を設定しようとした場合、t1からt2の範囲で加熱時間、つまり照射時間を調整することで任意の温度になる様子が伺える。FIG. 5 shows the distance from the light source to the processing target and the irradiation time obtained from the temperature data with respect to the distance from the light source to the processing target and the irradiation time obtained in the experiment by the test apparatus simulating the structure shown in FIG. It is an example of an approximate expression for obtaining the temperature for.
FIG. 6 is an example of a characteristic graph simulated from the approximate expression of FIG. 5. For example, assuming that the distance from the light source to the processing target is 24 mm, the processing temperature is set to an arbitrary temperature in the range of 350° C. to 400° C. When trying to do so, it can be seen that the heating temperature, that is, the irradiation time is adjusted in the range from t1 to t2 to reach an arbitrary temperature.
図7は、図5の近似式から得られる加熱時間に対する温度の変化の様子を模擬した例であり、温度と時間の関係が比例関係でないことが伺える。
しかし、図7で示すT1からT2までの温度では、t3からt4までの加熱時間に対して比較的、比例的な関係であり、このような直線近似する温度の帯域が半田付け加工に適した温度になるように、光源から加工対象までの距離を設定する。
この距離の設定により、温度と加熱時間つまり照射時間との関係が比例的になり照射時間の制御によって半田付け加工を行う温度を比例的に設定できるようになる。
ちなみに、直線近似帯域の直線に対する変動量は20%以下が好ましい。
また、照射時間の設定範囲に上限値を持たせることにより、加工対象が過剰な温度にならないように温度保護をすることもできる。FIG. 7 is an example of simulating the state of temperature change with respect to heating time obtained from the approximate expression of FIG. 5, and it can be seen that the relationship between temperature and time is not proportional.
However, the temperature from T1 to T2 shown in FIG. 7 is relatively proportional to the heating time from t3 to t4, and such a temperature band that approximates a straight line is suitable for soldering. The distance from the light source to the processing target is set so that the temperature is reached.
By setting this distance, the relationship between the temperature and the heating time, that is, the irradiation time becomes proportional, and the temperature at which the soldering process is performed can be set proportionally by controlling the irradiation time.
Incidentally, it is preferable that the variation amount of the linear approximation band with respect to the straight line is 20% or less.
Further, by providing an upper limit value in the setting range of the irradiation time, it is possible to perform temperature protection so that the processing target does not become an excessive temperature.
図8は、図1で示す12の基板高さ調整部の例であり、19の固定側高さ調整部と20の稼働側高さ調整部の間に21の加工対象プリント基板を挟む構造になっている。
この場合、底面から基板までの高さは最適に調整された高さhに固定されている。
この状態で、12の基板高さ調整部ごと図1に示す11の台座の上を自在にスライドさせることで照射位置と12の加工対象プリント基板上の加工実施部位との位置関係を最適な高さを保ちながら合わせることができる。FIG. 8 is an example of the 12 board height adjusting section shown in FIG. 1, and has a structure in which the processing target printed
In this case, the height from the bottom surface to the substrate is fixed at an optimally adjusted height h.
In this state, the 12 board height adjusting sections are freely slid on the
微細な表面実装部品を多用したプリント基板の後加工工程や修正工程の用途に適用できる。It can be applied to the post-processing and repair processes of printed circuit boards that make extensive use of fine surface-mounted components.
1 光源
2 固定具
3 凹レンズ
4 集光した光
5 プリント基板
6 加工対象部品
7 操作部
8 調光器
9 電源コード
10 ボディ
11 台座
12 基板高さ調整部
13 昇降器
14 連結部
15 収納位置
16 遮光板
17 レーザーポインター
18 レーザー光
19 固定側高さ調整部
20 稼働側高さ調整部
21 加工対象プリント基板1 Light Source 2
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JP2018237754A JP2020092245A (en) | 2018-12-03 | 2018-12-03 | Automatic soldering device for surface mounting component |
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Cited By (1)
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KR20220022727A (en) * | 2020-08-19 | 2022-02-28 | 한국디지털포렌식기술표준원 주식회사 | Digital forensics for data recovery of portable electronic devices with alignment means using light source and filter |
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KR20220022727A (en) * | 2020-08-19 | 2022-02-28 | 한국디지털포렌식기술표준원 주식회사 | Digital forensics for data recovery of portable electronic devices with alignment means using light source and filter |
KR102379203B1 (en) * | 2020-08-19 | 2022-03-28 | 한국디지털포렌식기술표준원 주식회사 | Digital forensics for data recovery of portable electronic devices with alignment means using light source and filter |
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