JP2024002245A - Soldering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加熱ヘッドの位置を補正する機構を備えたはんだ付け装置に関する。 The present invention relates to a soldering device equipped with a mechanism for correcting the position of a heating head.
従来、電子部品をワークに対し押圧しながら加熱することにより電子部品をワークに熱
圧着する装置が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an apparatus for thermocompression bonding an electronic component to a workpiece by heating the electronic component while pressing the electronic component against the workpiece.
特許文献1のスリ-ブはんだ付け装置では、はんだを供給するスリーブと、スリーブを加熱するヒータと、スリーブを移動させる移動機構と、検出部と、判定部とを備える。
特許文献2の数値制御装置では、熱変位補正機能を備え、熱補正データ記憶手段と、補正プログラム解析手段と、補正プログラム判定手段と、補正データ補正手段とを具備する。
従来より、熱変位が小さくなる補正を行うアームを備え、組付け時に加熱ヘッドの位置、速度、および姿勢を制御する、はんだ付け装置は知られていない。
The sleeve soldering apparatus of
The numerical control device of
Conventionally, there has been no known soldering apparatus that includes an arm that performs correction to reduce thermal displacement and that controls the position, speed, and orientation of a heating head during assembly.
組付け時のエミッタの押し込み過多で発生するはんだ溢れの発生原因には、ティーチミス、設備部品の緩み、またはヘッド部熱膨張等があげられる。本発明では、はんだ付け時の昇温工程から降温工程に至る工程におけるヘッド部の熱膨張と熱収縮に伴う課題を解決する。 Causes of solder overflow caused by excessive pushing of the emitter during assembly include teaching errors, loosening of equipment parts, and thermal expansion of the head. The present invention solves problems associated with thermal expansion and contraction of the head portion during the steps from the temperature raising step to the temperature lowering step during soldering.
加熱構造をもつはんだ組付けでは、組付けアームが熱伸びで昇温前と昇温後で例えば0.28mm程度、熱伸び量に差異がある。
要求される精度例えば±0.05mmの高精度の組付けが要求されるはんだ付け装置では、設備全体の昇温完了まで長時間かかり、不稼働時間があると再稼働までに長時間かかり、また一時的に設備を停止すると再稼働までに長時間かかり、さらにヒータをOFFすると再稼働まで長時間がかかり、時間損失が大きいという問題がある。
In solder assembly with a heating structure, there is a difference in the amount of thermal expansion of the assembly arm, for example, about 0.28 mm before and after the temperature is raised.
Required precision Soldering equipment that requires high-precision assembly, for example ±0.05 mm, takes a long time to complete the temperature rise of the entire equipment, and if there is a period of downtime, it takes a long time to restart the equipment. If the equipment is temporarily stopped, it will take a long time to restart the equipment, and if the heater is turned off, it will take a long time to restart the equipment, resulting in a large loss of time.
本発明は、上述に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱伸びをキャンセルできるアームを備え、位置、速度及び姿勢を制御するはんだ付け装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a soldering device that is equipped with an arm that can cancel thermal expansion and that controls position, speed, and orientation.
本発明のはんだ付け装置は、被接合物(3)の上面にはんだ(2)を塗布し、そのはんだの上方からワーク(1)を下降して被接合物に対しはんだを介してワークを接合するはんだ付け装置であって、ワークの上面をエアで吸引し、ワークを浮かせる第1吸引手段(25、27)と、前記第1吸引手段及び、ワークを温度調節可能な温度センサを有し、ワークの上面に当接するまで昇降可能な加熱ヘッド(11)と、前記加熱ヘッドを上下に昇降可能に駆動する第1駆動部(28)と、前記第1吸引手段から独立して作動可能であって、ワークの上面をエアで吸引し、ワークを浮かせる第2吸引手段(35、36)と、前記第2吸引手段及び、ワークを冷却可能な冷却装置を有し、前記加熱ヘッドから独立して作動可能であってワークの上面に当接するまで昇降可能な冷却ヘッド(31)と、前記冷却ヘッドを上下に昇降可能に駆動する第2駆動部(29)と、前記加熱ヘッドに設けられ、前記加熱ヘッドを加熱するヒータと、前記加熱ヘッドの熱伸び差による上昇動作を作り出す調整機構(40)と、前記加熱ヘッド及び前記冷却ヘッドの位置を制御する指令値を前記第1駆動部及び前記第2駆動部へ出力する制御装置(100)と、を備える構成を採用する。 The soldering device of the present invention applies solder (2) to the upper surface of a workpiece (3), lowers the workpiece (1) from above the solder, and joins the workpiece to the workpiece through the solder. A soldering device comprising: first suction means (25, 27) for suctioning the upper surface of the workpiece with air to float the workpiece; the first suction means; and a temperature sensor capable of adjusting the temperature of the workpiece; A heating head (11) that is movable up and down until it comes into contact with the upper surface of the workpiece, a first drive section (28) that drives the heating head so that it can be raised and lowered up and down, and a first drive section (28) that can be operated independently of the first suction means. and a second suction means (35, 36) for suctioning the upper surface of the workpiece with air to float the workpiece, and a cooling device capable of cooling the second suction means and the workpiece, and is independent of the heating head. a cooling head (31) which is operable and can be raised and lowered until it comes into contact with the upper surface of the workpiece; a second driving part (29) which drives the cooling head so as to be raised and lowered up and down; A heater that heats the heating head, an adjustment mechanism (40) that creates a rising motion due to the difference in thermal expansion of the heating head, and a command value that controls the positions of the heating head and the cooling head. A configuration including a control device (100) that outputs output to two drive units is adopted.
本発明によると、ワークを加熱する加熱ヘッドの動作と冷却する冷却ヘッドの動作とを独立し、加熱ヘッドの熱影響を受けることなしに、ワークを冷却し降温する動作を行う。このとき、ワーク加熱からワーク冷却への切替速度を短時間で行える。ワークの温度を昇降するにあたり熱効率が良い。
さらに、加熱ヘッドを上下に昇降するアームの熱伸び方向と反対方向に加熱ヘッドの位置調整を行う調整機構を設けたことにより、被接合物に対しはんだを介してワークを接合するとき、はんだ層の厚みを制御し、余剰はんだをフィレットで吸収する。これより、組付け時の位置、速度及び姿勢を制御しはんだ付け品質を向上することができる。
According to the present invention, the operation of the heating head for heating the workpiece and the operation of the cooling head for cooling the workpiece are independent, and the operation of cooling the workpiece and lowering its temperature is performed without being affected by the heat of the heating head. At this time, the switching speed from workpiece heating to workpiece cooling can be changed in a short time. Good thermal efficiency in raising and lowering the temperature of the workpiece.
Furthermore, by providing an adjustment mechanism that adjusts the position of the heating head in the opposite direction to the thermal expansion direction of the arm that moves the heating head up and down, it is possible to The thickness of the solder is controlled and excess solder is absorbed by the fillet. This makes it possible to control the position, speed, and posture during assembly and improve the soldering quality.
以下、複数の実施形態によるはんだ付け装置を図面に基づき説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。 Hereinafter, soldering devices according to a plurality of embodiments will be described based on the drawings. In addition, in a plurality of embodiments, substantially the same constituent parts are given the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
(第一実施形態)
本発明の第一実施形態について図1から図4に基づいて説明する。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described based on FIGS. 1 to 4.
本発明の第一実施形態のはんだ付け装置は、図1に示すエミッタとしてのワーク1をコレクタ5側に接合する例について説明する。この場合、コレクタ5の上面に半導体素子4、被接合物としてのスペーサ3の順に層構造になっており、スペーサ3にワーク1をはんだ接合する。
The soldering apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to an example in which a
被接合物に相当するコレクタ5の上面に被接合物に相当する半導体素子4、被接合物に相当するスペーサ3が、この順に層構造に形成され、スペーサ3の上方に搬送されるワークに相当するエミッタ1が下降し、スペーサ3の上面ではんだ2を介してエミッタ1がはんだ接合される。
A
図1(A)に示すはんだ接合前の状態のワーク1は、はんだ付け装置10が図1(B)に示すはんだ層厚みdを調節または制御することで、図1(B)に示すはんだ接合後の状態のワーク1に移行する。
By adjusting or controlling the solder layer thickness d shown in FIG. 1(B) by the
はんだ付け装置10について、図1から図4に基づいて説明する。はんだ付け装置10は、ワークの上部に、ワーク1を加熱する加熱ヘッド11と、ワーク1を冷却する冷却ヘッド31とを備えている。加熱ヘッド11及び冷却ヘッド31は、ワークを吸引する図示しない吸着管を有している。
ワークの下部に、コレクタ5を加熱する加熱ブロック60と、コレクタ5を冷却する冷却ブロック70を備えている。
The
A
本実施形態は、ヘッド側の構成とブロック側の構成を併せて、ワークの昇温及び降温の高速化及び高サイクル性を図ったものである。 In this embodiment, the structure on the head side and the structure on the block side are combined to achieve high-speed heating and cooling of the workpiece and high cycle performance.
ワーク1の上部の構成については、加熱ヘッド11は、第1駆動部に相当するサーボモータSM2の駆動力により、アーム41、第1ロッド42などを含むリンク機構40を経由して、例えば図示しない加熱側第1ローダー及びこれに直交する加熱側第2ローダーからなる可動装置を経由し、鉛直方向および水平方向に位置制御される。前記加熱側第1ローダー及び前記加熱側第2ローダーは特許請求の範囲に記載の第1駆動部に相当する。
Regarding the structure of the upper part of the
本実施形態の加熱ヘッド、冷却ヘッド、及びワークを吸引し吸着する装置については、特開2022-040015号公報に記載のはんだ付け装置の加熱ヘッド、冷却ヘッド、及びワークを吸引し吸着する装置の構成と同様の構成である。 Regarding the heating head, cooling head, and device for suctioning and adsorbing a workpiece according to this embodiment, the heating head, cooling head, and device for suctioning and adsorbing a workpiece of a soldering apparatus described in JP-A No. 2022-040015 are described. The configuration is similar to the configuration.
加熱ヘッド11は、ワーク1をエア圧力により吸着および離脱可能な第1吸引手段としての吸着管25、27、加熱ヘッド11を加熱する加熱装置としてのセラミックヒータ、加熱ヘッドの温度を調節するヘッド温度センサとしてのシース型熱電対21及びワーク1に接触して温度を調節する接触式温度センサとしての接触式熱電対13を有している。
The
この加熱ヘッド11は、吸着管25、27のオフによりワーク1を不保持のとき、セラミックヒータのオンにより、予熱することができる。
また、吸着管25、27のオンによりワーク1を保持するとき、シース型熱電対21をオフにし、接触式熱電対13をオンにし、接触式熱電対13をワーク1に接触させ、ワーク1の高精度な温度管理を行うことができる。
This
When holding the
冷却ヘッド31は、駆動装置に相当するサーボモータSM1の駆動力により、アーム94、95などを含むリンク機構を経由して、例えば図示しない冷却側第1ローダー及びこれに直交する冷却側第2ローダーからなる可動装置を経由し、鉛直方向および水平方向に位置制御される。
The
冷却ヘッド31は、ワーク1をエア圧力により吸着および離脱可能な第2吸引手段としての吸着管35、36、図示しない冷却水管からなる冷却装置を有している。冷却ヘッド31は、冷却側第1ローダー及び冷却側第2ローダーからなる可動装置により、ワーク1の吸着管35、36により、ワーク1をリフトするために吸着する動作及び離脱する動作を加熱ヘッド11の同様の動作から独立して行う。
The
また冷却ヘッド31は、ワーク1の冷却について、加熱ヘッド11から分離した熱の影響を受けない構造になっており、セラミックヒータ及びシース型熱電対の影響を受けない構造になっている。冷却ヘッド31は、ワーク1を加熱し昇温する加熱ヘッド11の動作から独立して、ワーク1を冷却し降温する動作を行う。このため、ワーク加熱からワーク冷却への切替速度(昇降温最速)を短時間で行える。ワーク1の温度を昇降するにあたり熱効率が良い。
Further, the
ワーク1の下部について、本実施形態のはんだ付け装置は、基本的に、コレクタ5を加熱する加熱ブロック60と、コレクタ5を冷却する冷却ブロック70とを備えている。冷却ブロック70は、図1(A)に示すコレクタ5の下面を支持可能な水準Lが固定水準である。これに対し、加熱ブロック60がサーボモータSM3に相当する第3駆動部88によって冷却ブロック70に対し上下に往復動可能になっている。
Regarding the lower part of the
加熱ブロック60は、第3駆動部88により鉛直方向に位置制御される。
The position of the
加熱ブロック60は、コレクタ5をエア圧力により吸着および離脱可能な第4吸引手段としての吸着管65、加熱ブロック60を加熱する加熱装置としての図示しないセラミックヒータ、加熱ブロック60の温度を調節するヘッド温度センサとしての図示しないシース型熱電対及びコレクタ5に接触して温度を調節する接触式温度センサとしての接触式熱電対を有している。
The
この加熱ブロック60は、吸着管65のオフによりコレクタ5を不保持のとき、セラミックヒータのオンにより、予熱することができる。また、吸着管65のオンによりコレクタ5を保持するとき、シース型熱電対をオフにし、接触式熱電対をオンにし、接触式熱電対をコレクタ5に接触させ、コレクタ5の高精度な温度管理を行うことができる。
This
冷却ブロック70は、位置水準Lが固定である。
The
冷却ブロック70は、コレクタ5をエア圧力により吸着および離脱可能な第3吸引手段としての吸着管75、冷却水管からなる図示しない冷却装置を有している。冷却ブロック70は、吸着管75により、コレクタ5を吸着する動作及び離脱する動作を加熱ブロック60の同様の動作から独立して行う。
The
また冷却ブロック70は、第5温度センサに相当する昇温および降温可能な加熱冷却装置を有している。加熱冷却装置は、カートリッジヒータ(冷却側加熱機構)とシース型熱電対(冷却側ブロック温調センサ)からなる。
Further, the
冷却ブロック70およびコレクタ5の冷却について、加熱ブロック60から分離した熱の影響を受けない構造になっており、セラミックヒータ及びシース型熱電対の影響を受けない構造になっている。冷却ブロック70は、コレクタ5を加熱し昇温する加熱ブロック60の動作から独立して、コレクタ5を冷却し降温する動作を行う。このため、コレクタ加熱からコレクタ冷却への切替速度(昇降温最速)を短時間で行える。コレクタ5の温度を昇降するにあたり熱効率が良い。
Regarding the cooling of the
冷却ブロック70又は加熱ブロック60は、コレクタ5を支持可能である。ワーク下部のブロック側の構成について、加熱及び冷却の機能を分離している。
A
本実施形態は、図2に示すように、本実施形態は、加熱ヘッド11、冷却ヘッド31、及び加熱ブロック60の位置を制御する制御装置(PLC)100を備える。制御装置100は、サーボモータSM1、SM2、SM3に指示を出力し、各サーボモータの駆動で各アームの位置(操作量)が決まる。
As shown in FIG. 2, this embodiment includes a control device (PLC) 100 that controls the positions of the
本実施形態は、加熱ヘッド11のアームの熱伸び差を補正する図3及び図4に示す熱圧縮構造に相当するリンク機構40を備える。
This embodiment includes a
図3及び図4に示すように、駆動部28の駆動力がリンク機構40を経由して加熱ヘッド11を上下動(昇降)する。
この構成においてリンク機構40のIV部分に図4に示す補正機構部44を有する。
補正機構部44は、固定部に相当するアーム41のレール46に案内されて上下に移動可能な可動部に相当するスライダ47を有する。スライダ47は、レール46に相対移動可能な加熱ヘッド11に固定されている。加熱ヘッド11に固定される第1ロッド42の上端に連結部43の一端が回動可能に支持され、連結部43の他端に第2ロッド45が回動可能に支持されている。第2ロッド45の下端はアーム41に固定されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the driving force of the
In this configuration, a
The
第1ロッド42は、相対的に小さい膨張率の例えばスーパーインバー(熱膨張係数0.24(×10-6/℃))からなり、第2ロッド45は相対的に大きい膨張率の例えばアルミニウム(熱膨張係数27.3(×10-6/℃))からなる。
例えば、第1ロッド42及び第2ロッド45の長さが20mm、加熱ヘッド11の昇温前の温度と昇温後の温度の温度差が80℃あるとすると、熱伸び差0.043mmになる。この熱伸び差をもって加熱ヘッド11の下端の熱伸び方向の伸びを打ち消す方向(吸収方向)の熱伸び差で吸収する。これにより、アーム全体の熱伸び量をゼロに近づけることができる。
The
For example, if the length of the
制御装置100は、加熱ヘッド11、冷却ヘッド31、及び加熱ブロック60の各々アームに、通常制御量の指示値を指示する。上下機構のサーボモータを備えたアームは、上下の高さが制御される。
The
図2に示すように、本実施形態は、ワーク1を吸着する加熱ヘッド11、冷却ヘッド31、及び加熱ブロック60の各アームの温度情報を取得し、各アームの温度情報に基づいて加熱ヘッド、冷却ヘッド、及び加熱ブロックに指示を出すPCL(制御装置)、及び、各アーム41、第1ロッド42の上下位置を操作するサーボモータSM1、SM2、SM3等からなる駆動部28、29、88を備える。温度センサに相当する熱電対の温度から第1ロッド42の先端の熱伸び量を計算し、制御補正量に入れて指示し制御する。
As shown in FIG. 2, in this embodiment, temperature information of each arm of the
PLCは、加熱ヘッド、冷却ヘッド、及び加熱ブロックの各アームの熱電対の温度を取得し、各アームの先端の熱伸び量を計算する。補正量は、昇温時の温度と熱伸び量から予め取得しておく。 The PLC acquires the temperature of the thermocouple of each arm of the heating head, cooling head, and heating block, and calculates the amount of thermal expansion at the tip of each arm. The correction amount is obtained in advance from the temperature at the time of heating and the amount of thermal expansion.
PLCは、加熱ヘッド11、冷却ヘッド31、及び加熱ブロック60の各アームに、通常制御量に熱伸び補正量を入れた指示値の指示をする。PLCの指示により、上下機構のサーボモータを備えたアームは、上下の高さを制御する。
The PLC instructs each arm of the
本実施形態は、各アームの熱膨張量を計算し、各アームの上下の高さを操作することにより、はんだ付けの組み付け時に、位置、速度、及び姿勢を制御し、はんだ付けの品質を向上させる。 This embodiment calculates the amount of thermal expansion of each arm and manipulates the vertical height of each arm to control the position, speed, and posture during soldering assembly, improving the quality of soldering. let
加熱ヘッド11を支持するアームを、図3及び図4に示す。
図4に示すように、はんだ付け装置は、アームの一部に、熱膨張量の異なる異種金属を用いた熱圧縮構造を備える。アームの一部は、熱膨張量の異なる異種金属であることより、熱伸び差による上昇動作を作りだし、アーム全体の熱伸び量を0に近づける。熱伸び差で補正量を設定する。
The arm supporting the
As shown in FIG. 4, the soldering device includes a part of the arm with a thermocompression structure using different metals having different amounts of thermal expansion. Since parts of the arm are made of different metals with different amounts of thermal expansion, a rising motion is created due to the difference in thermal expansion, and the amount of thermal expansion of the entire arm approaches zero. Set the correction amount based on the thermal expansion difference.
加熱ヘッド11を支持するアームは、固定部に相当するアーム41と、軸方向に上下移動する可動部に相当するスライダ47を備える。
The arm that supports the
(表1)
(Table 1)
表1に示すように、本発明は、熱膨張量の異なる異種金属を用いる。アルミニウムの線膨張係数は、27.3(×10-6/℃)である。
スーパーインバーの線膨張係数は、0.24(×10-6/℃)である。スーパーインバーは、鉄、ニッケル、コバルトの合金で、常温域での熱膨張率がごく小さい金属材料である。
As shown in Table 1, the present invention uses different metals having different amounts of thermal expansion. The linear expansion coefficient of aluminum is 27.3 (×10 −6 /° C.).
The linear expansion coefficient of Super Invar is 0.24 (×10 −6 /° C.). Super Invar is an alloy of iron, nickel, and cobalt, and is a metal material with a very small coefficient of thermal expansion at room temperature.
例えば、アルミニウムとスーパーインバーの異なる熱膨張係数の異種金属を適材適所に用いることで、加熱前と加熱後の温度差が生じた際に、素材の違いにより熱伸び差を作ることができる。設備の昇温前(設備稼働開始時)、昇温後(稼働して温度が安定したとき)の温度差が分かれば、材質違いの部分の長さを任意に設定することにより熱伸びする量をキャンセルすることが可能となる。 For example, by using different metals with different coefficients of thermal expansion, such as aluminum and Super Invar, in the right materials and in the right places, it is possible to create a difference in thermal expansion due to the difference in materials when there is a temperature difference between before and after heating. If you know the temperature difference before the equipment temperature rises (when the equipment starts operating) and after the equipment temperature rises (when the temperature stabilizes after operation), you can determine the amount of thermal expansion by arbitrarily setting the length of the parts of different materials. It is possible to cancel.
次に、はんだ付け準備からはんだ付け完了までのはんだ付け動作の工程について、順に説明する。
<第1工程>
Next, the steps of the soldering operation from preparation for soldering to completion of soldering will be explained in order.
<First step>
図5(A)に示すように、ワーク1をコレクタ5側に接合する例について説明する。コレクタ5の上面に半導体素子4、スペーサ3の順に層構造になっており、スペーサ3にワーク1をはんだ接合する。ワーク1がはんだ付け装置10に搬入される。ワーク1の下方にはコレクタ5側のスペーサ3上のはんだ2の上方にワーク1が搬送される。
An example in which the
はんだ付け装置10は、ワーク上部側に、ワーク1を加熱する加熱ヘッド11と、ワーク1を冷却する冷却ヘッド31とを備え、ワーク下部側に、コレクタ5を加熱する加熱ブロック60と、コレクタ5を冷却する冷却ブロック70とを備えている。
The
加熱ヘッド11は、冷却ヘッド31よりも下降した位置にある。そして、加熱ヘッド11と冷却ヘッド31の下方で、加熱ブロック60上に被接合物としてのコレクタ5側が載置される。コレクタ5は、加熱ブロック60により吸着管65で矢印90方向に吸引される。加熱ブロック60は、冷却ブロック70よりも上昇した位置にある。
<第2工程>
The
<Second process>
はんだ2の上方で別置きされたワーク1に対し、加熱ヘッド11が下降し、図5(B)に示すように、ワーク1に接触したとき、吸着管25、27のオンにより矢印7方向に吸引されるワーク1は加熱ヘッド11の下面に吸着される。
<第3工程>
When the
<3rd process>
次いで、図5(C)に示すように、加熱ヘッド11がワーク1を吸着した状態で、加熱ヘッド11から矢印8方向への熱伝導によりワーク1を加熱するとともに下降しはんだ2を溶融し、はんだ接合する。
<第4工程>
Next, as shown in FIG. 5C, with the
<4th step>
次いで、図5(D)に示すように、加熱ブロック60を下降し、冷却ブロック70の上面をコレクタ5に接触するとともに吸着管75をオンにし、矢印89方向にエアを吸引し、コレクタ5を加熱ブロック60の吸引から冷却ブロック70による吸引に切り替える。
<第5工程>
Next, as shown in FIG. 5(D), the
<5th step>
次いで、図6(E)に示すように、冷却ヘッド31を下降し、冷却ヘッド31の下面をワーク1に接触するとともに吸着管35、36をオンにし、矢印9方向にエアを吸引し、ワーク1を加熱ヘッド11の吸引と冷却ヘッド31による吸引の同時吸引に切り替える。
冷却ブロック70は、コレクタ5を支持するとともに吸着管75によりコレクタ5を吸引する。
<第6工程>
Next, as shown in FIG. 6(E), the cooling
The
<6th step>
次いで、図6(F)に示すように、矢印39方向に熱を奪い、冷却を促進し、はんだ接合速度を速める。加熱ヘッド11の吸着管25、27をオフにし、ワーク1から加熱ヘッド11をリフトする。すると冷却ヘッド31による吸引に切り替わり、同時に冷却ヘッド31の冷却水管32をオンにし、ワーク1およびこれに接合するはんだ2の冷却を促進する。
<第7工程>
Next, as shown in FIG. 6(F), heat is removed in the direction of
<7th step>
はんだ接合が完了したら、図6(G)に示すように、冷却ヘッド31の吸着管35、36をオフにし、ワーク1の吸引を停止し、ワーク1から冷却ヘッド31を離間し、装置の動作を停止する。以上をもって、はんだ接合を終了する。
When the soldering is completed, as shown in FIG. 6(G), the
本実施形態によると、加熱ヘッド11と冷却ヘッド31が互いに別異の駆動装置によって駆動され、ワーク1の吸引及び加熱動作と、ワーク1の吸引及び冷却動作とが独立してされるので、切替動作の制御により高速に加熱動作と冷却動作を切替えることができる。したがって、高速にかつ高効率にワーク1の加熱、はんだ付け、冷却を行うことができ、熱効率を向上することができ、はんだ2によるワーク1と被接合物としてのスペーサ3とを高速接合することができる。
According to the present embodiment, the
上述した実施形態では、加熱ヘッド11の吸着管25、27をオンからオフに切り替える前に冷却ヘッド31の吸着管35、36をオンにしワーク1の受取りを加熱ヘッド11から冷却ヘッド31に切り替えるから、同時に2個のワーク1のはんだ付け接合位置の精度を向上することができる。
In the embodiment described above, before switching the
本実施形態では、加熱ヘッド11の吸着管25、27による吸着でワーク1の位置を特定した後、その上で、連続してリフト中に、同時に冷却ヘッド31の吸着管35、36によるワーク1の吸着を行うから位置精度が向上する。
In this embodiment, after the position of the
本実施形態のはんだ付け装置によれば、加熱と冷却が互いに独立しているため、加熱ヘッド11及び冷却ヘッド31のそれぞれの温度変化が少なく、サイクル性が良い。また、ワーク1を接触式熱電対13、14により直接温度検出して加熱しているため、不良が出にくい。はんだ2を急冷するため、ボイドが生じにくいし、はんだ品質が良好になるという効果がある。
According to the soldering apparatus of this embodiment, heating and cooling are independent of each other, so there is little temperature change in each of the
さらに、炉レス構造のため省スペース、省エネ、省設備コストに貢献するし、はんだ付け装置の体格を小型設備にできるので、メンテナンス性が良いという利点もある。 Furthermore, the furnace-less structure contributes to space savings, energy savings, and equipment cost savings, and since the soldering device can be made into a compact device, it also has the advantage of being easy to maintain.
(比較形態)
比較形態について図9から図10に基づいて説明する。
(Comparison form)
A comparison mode will be explained based on FIGS. 9 to 10.
図10に示すように、はんだ付けは、加熱、組付、コレクタ側の冷却受け渡し、エミッタ側の冷却受け渡しの工程があり、完成する。比較形態では、組付時に、エミッタの押込みの過多ではんだ溢れが発生する。エミッタの押込みの過多の原因の一つに、加熱ヘッドの熱膨張がある。 As shown in FIG. 10, soldering is completed through the steps of heating, assembly, cooling and transferring on the collector side, and cooling and transferring on the emitter side. In the comparative example, during assembly, solder overflow occurs due to excessive pushing of the emitter. One of the causes of excessive emitter indentation is thermal expansion of the heating head.
図9に、加熱ヘッドのアームの熱膨張量の経時変化を示す。ヒータが昇温し時間が経過するにつれ、熱伸び量が増加する。ヒータをONにしてから、経過時間が5分で昇温が完了し、経過時間が100分で熱伸びが完了する。ヒータ昇温の完了後、熱伸び量は0.28になり、製品要求精度の0.1より大きく、異常処置等で変動し、はんだ溢れの発生の懸念がある。 FIG. 9 shows the change over time in the amount of thermal expansion of the arm of the heating head. As the temperature of the heater increases and time elapses, the amount of thermal expansion increases. After turning on the heater, the temperature rise is completed in 5 minutes, and the thermal elongation is completed in 100 minutes. After the heating of the heater is completed, the amount of thermal elongation is 0.28, which is greater than the product required accuracy of 0.1, and it fluctuates due to abnormal treatment, etc., and there is a concern that solder overflow may occur.
これに対し、上記の実施形態によると、加熱ヘッドの昇温前温度が昇温後温度に至っても温度差は前述したリンク機構を有する補正機構部44によって熱伸びが吸収されるから、余剰はんだをフィレットで吸収したり、はんだ層の厚み制御することができるのではんだ溢れ等によるはんだ品質不良を低減することができる。
In contrast, according to the above embodiment, even if the temperature before heating the heating head reaches the temperature after heating, the thermal elongation is absorbed by the
(第二実施形態)
本発明の第二実施形態について図1、図2、図3及び図7に基づいて説明する。
(Second embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described based on FIGS. 1, 2, 3, and 7.
第二実施形態は、図1、図2及び図3に示す構成について、第1実施形態と同様である。第二実施形態は第一実施形態の図4に代わる図7に示す構成を備える。 The second embodiment is similar to the first embodiment with respect to the configuration shown in FIGS. 1, 2, and 3. The second embodiment includes the configuration shown in FIG. 7 instead of FIG. 4 of the first embodiment.
加熱ヘッド11、冷却ヘッド31、及び加熱ブロック60は、各々アームを備える。
図3に示すIV部分の構成は、図7に示すアーム41と第1ロッド42の間の構成に現れる。相対移動可能な構成は、固定部に相当する案内レール46と、案内レール46に相対移動可能な可動部に相当するスライダ47で構成される。熱圧縮調整機構部は、リンク機構部54で構成される。リンク機構部54は、アーム41に固定される第3ロッド91の先端の支点57にリンク55が回動可能に支持される。リンク55は、支点57から一方向に長さaの位置に支点56を有し、支点57から逆方向に長さbの位置に支点58を有する。支点58は、アーム41に固定される第4ロッド92の先端に固定される。
The
The configuration of the IV portion shown in FIG. 3 appears in the configuration between the
第3ロッド91の素材の熱膨張率は、第4ロッド92素材の熱膨張率よりも大きい。例えば第3ロッド91をアルミニウムで形成し、第4ロッド92をスーパーインバーで形成する。熱伸び差で補正量を設定する。
これにより、2種の相異なる金属材料の採用とてこの原理を用いて熱伸び方向の熱伸びを打ち消す方向に増長して昇温前と昇温後のアーム等の熱膨張伸びを補正し、熱伸び差による加熱ヘッド11の上昇動作を作りだし、熱伸びを圧縮し、アーム全体の熱伸び量を0に近づける。したがって、はんだ付け時の余剰はんだを適切にフィレットで吸収したり、はんだ厚み制御を適切に行うことができる。
The coefficient of thermal expansion of the material of the
As a result, the use of two different metal materials and the lever principle are used to increase the thermal expansion in the direction of canceling out the thermal expansion in the thermal expansion direction, thereby correcting the thermal expansion and elongation of the arms, etc. before and after the temperature rise, A rising motion of the
図7に示すように、第二実施形態は、アームにリンク機構部54を備える。
熱伸び方向とは逆方向の吸収方向に、熱伸び差に補正量を設定する。
リンク機構部54は、アーム41が熱伸び下降すると、上昇動作を行い、熱伸び差を小さくする。
As shown in FIG. 7, the second embodiment includes a
A correction amount is set for the thermal expansion difference in the absorption direction opposite to the thermal expansion direction.
When the
加熱ヘッド11のアームを、図3及び図7に示す。
図7に示すように、はんだ付け装置は、アームの一部に、熱膨張量の異なる異種金属を用いた熱圧縮構造を備える。アームの一部は、2種類の熱膨張量の異なる異種金属であることより、リンク機構で、加熱前と加熱後の温度差が生じた際に、素材の違いにより熱伸び差を作ることができる。
The arms of the
As shown in FIG. 7, the soldering device includes a part of the arm with a thermal compression structure using different metals having different amounts of thermal expansion. Part of the arm is made of two different types of metals with different amounts of thermal expansion, so when there is a temperature difference between before and after heating in the link mechanism, it is possible to create a difference in thermal expansion due to the difference in materials. can.
加熱ヘッド11の熱圧縮調整機構部は、固定部と、軸方向に上下移動する可動部を備える。
アーム41の固定部に熱膨張量の大きい金属と熱膨張量の小さい金属を、吸収方向である、軸方向の上に延びるように設ける。アームの固定部と可動部は、連結固定部及び連結可動部により連結される。アームの固定部の金属は一部分が可動部の金属(第1金属)より熱膨張量の大きい異種金属(第2金属)と可動部の金属より熱膨張量の小さい異種金属(第3金属)である。固定部のその他の部分の金属は可動部の金属と同じ種類の第1金属である。アームの可動部は、昇温の熱膨張により熱伸び方向の軸方向の下に伸びるが、固定部の第2金属及び第3金属は熱膨張により軸方向の上により大きく伸びる。
The thermal compression adjustment mechanism section of the
A metal with a large amount of thermal expansion and a metal with a small amount of thermal expansion are provided at the fixed portion of the
軸方向の上に熱膨張する固定部の金属の熱膨張量による可動部の上昇量が、軸方向の下に膨張する可動部の金属の熱膨張量より大きく、アーム全体の熱膨張量を0に近づける。 The amount of rise of the movable part due to the amount of thermal expansion of the metal of the fixed part that thermally expands upward in the axial direction is greater than the amount of thermal expansion of the metal of the movable part that expands downward in the axial direction, and the amount of thermal expansion of the entire arm is reduced to 0. get closer to
本実施形態によれば、設備の昇温前(設備稼働開始時)、昇温後(稼働して温度が安定したとき)の温度差が分かれば、材質違いの部分の長さを任意に設定することにより熱伸びする量をキャンセルすることが可能となる。 According to this embodiment, if the temperature difference before the equipment temperature rises (when the equipment starts operating) and after the equipment temperature rises (when the temperature stabilizes after operation), the length of the parts made of different materials can be set arbitrarily. By doing so, it becomes possible to cancel the amount of thermal expansion.
第二実施形態の他の基本的構成は、第一実施形態と同様である。 Other basic configurations of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.
(第三実施形態)
本発明の第三実施形態について図8に基づいて説明する。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described based on FIG. 8.
図8に示すように、本発明の第三実施形態は、ワークを吸着する加熱ヘッド11、冷却ヘッド31、及び加熱ブロック60を支持する各アーム41、93、94、95の温度情報を取得し、各アーム41、93、94、95の温度情報に基づいて加熱ヘッド11、冷却ヘッド31、及び加熱ブロック60に指示を出すPLC(制御装置100)、及び、各アームの上下位置を操作するサーボモータSM1、SM2、SM3等からなる駆動部28、29、88を備える。温度センサに相当する熱電対101、102、103、104、105、106、107、108の温度からアームの先端の熱伸び量を計算し、制御補正量に入れて指示し制御する。
As shown in FIG. 8, the third embodiment of the present invention acquires temperature information of each
制御装置(PLC)100は、加熱ヘッド11、冷却ヘッド31、及び加熱ブロック60の各アームの熱電対101、102、103、104、105、106、107、108の温度を取得し、各アーム93、94、95の先端の熱伸び量を計算する。補正量は、昇温時の温度と熱伸び量から予め取得しておく。
A control device (PLC) 100 acquires the temperatures of
PLCは、加熱ヘッド11、冷却ヘッド31、及び加熱ブロック60を支持する各アーム41、93、94、95に、通常制御量に熱伸び補正量を入れた指示値相当の指示をする。PLCの指示により、上下機構のサーボモータを備えたアームは、加熱ヘッド11、冷却ヘッド31、及び加熱ブロック60の上下の高さを制御する。
The PLC gives instructions to the
本実施形態は、各アーム41、93、94、95の熱膨張量を計算し各アーム41、93、94、95の上下の高さを操作することにより、はんだ付けの組み付け時に、位置、速度、及び姿勢を制御し、はんだ付けの品質を向上させる。
In this embodiment, by calculating the amount of thermal expansion of each
第三実施形態の他の基本的構成は、第一実施形態と同様である。
熱電対によって各アームの温度検出を行い、検出温度に応じて加熱ヘッドの位置、速度及び姿勢を補正制御することができる。したがって、はんだ層δの厚み制御することではんだ付け品質を向上する。また位置制御することで余剰はんだをフィレットで吸収することができ、はんだ付けの品質を向上することができる。
Other basic configurations of the third embodiment are the same as those of the first embodiment.
The temperature of each arm is detected by a thermocouple, and the position, speed, and orientation of the heating head can be corrected and controlled according to the detected temperature. Therefore, controlling the thickness of the solder layer δ improves soldering quality. Further, by controlling the position, excess solder can be absorbed by the fillet, and the quality of soldering can be improved.
以上、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
本発明のはんだ付け装置は、前記調整機構は、前記加熱ヘッドを支持する素材に異なる熱膨張率材料の素材を用い、前記加熱ヘッドの温度上昇に伴い前記加熱ヘッドの位置変位を変更するリンク機構(40)を備える構成にしてもよい。
本発明のはんだ付け装置は、前記リンク機構は、前記第1駆動部側に設けられる固定部(41、46)と、前記加熱ヘッドを支持し、前記固定部に対し重力方向及び反重力方向に相対移動可能な可動部(47)と、前記固定部と前記可動部との中間に熱伸量の異なる異種金属を用いて前記加熱ヘッドの位置変位量をゼロに近づける補正機構部(44)とを備える構成にしてもよい。
As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various forms without departing from the gist thereof.
In the soldering apparatus of the present invention, the adjustment mechanism is a link mechanism that uses a material with a different coefficient of thermal expansion as a material that supports the heating head, and changes the positional displacement of the heating head as the temperature of the heating head increases. (40) may be used.
In the soldering device of the present invention, the link mechanism supports a fixing part (41, 46) provided on the first drive part side and the heating head, and is arranged in a gravitational direction and an anti-gravity direction with respect to the fixing part. a movable part (47) that is relatively movable; and a correction mechanism part (44) that uses dissimilar metals with different amounts of thermal expansion between the fixed part and the movable part to bring the positional displacement of the heating head closer to zero. The configuration may include the following.
本発明のはんだ付け装置は、前記補正機構部は、てこの原理を使用する熱圧縮機構をもつリンク機構部(54)を備える構成にしてもよい。
本発明のはんだ付け装置は、前記固定部と前記可動部との間に相対移動を可能にするスライダ(47)を備える構成にしてもよい。
In the soldering apparatus of the present invention, the correction mechanism section may include a link mechanism section (54) having a thermal compression mechanism using the lever principle.
The soldering device of the present invention may include a slider (47) that allows relative movement between the fixed part and the movable part.
本発明のはんだ付け装置は、加熱ヘッドの熱伸びする変位量に影響を与えるアーム(93、94、95)の温度を検出する温度センサ(101、102、103、108)と、前記第1駆動部又は前記第2駆動部に前記温度センサの検出する温度に相応する熱伸びを補正する制御信号を送出する制御装置(100)と、を備える構成にしてもよい。 The soldering apparatus of the present invention includes a temperature sensor (101, 102, 103, 108) that detects the temperature of the arm (93, 94, 95) that affects the displacement amount of thermal expansion of the heating head, and the first drive The second drive unit may also include a control device (100) that sends a control signal for correcting thermal expansion corresponding to the temperature detected by the temperature sensor.
1: エミッタ(ワーク)、
2: はんだ、
5: コレクタ(被接合物)、
10: はんだ付け装置、
11: 加熱ヘッド、
25、27:吸着管(第1吸引手段)、
28: 加熱側第1ローダー(第1駆動部)、
29: 加熱側第2ローダー(第1駆動部)、
31: 冷却ヘッド、
35、36:吸着管(第2吸引手段)、
60: 加熱ブロック、
65: 吸着管(第4吸引手段)、
70: 冷却ブロック、
75: 吸着管(第3吸引手段)、
88: 第3駆動部。
1: Emitter (work),
2: Solder,
5: Collector (object to be joined),
10: Soldering device,
11: heating head,
25, 27: Adsorption tube (first suction means),
28: Heating side first loader (first drive section),
29: Heating side second loader (first drive section),
31: Cooling head,
35, 36: Adsorption tube (second suction means),
60: heating block,
65: Adsorption tube (fourth suction means),
70: Cooling block,
75: Adsorption tube (third suction means),
88: Third drive section.
Claims (6)
ワークの上面をエアで吸引し、ワークを浮かせる第1吸引手段(25、27)と、
前記第1吸引手段及び、ワークを温度調節可能な温度センサを有し、ワークの上面に当接するまで昇降可能な加熱ヘッド(11)と、
前記加熱ヘッドを上下に昇降可能に駆動する第1駆動部(28)と、
前記第1吸引手段から独立して作動可能であって、ワークの上面をエアで吸引し、ワークを浮かせる第2吸引手段(35、36)と、
前記第2吸引手段及び、ワークを冷却可能な冷却装置を有し、前記加熱ヘッドから独立して作動可能であってワークの上面に当接するまで昇降可能な冷却ヘッド(31)と、
前記冷却ヘッドを上下に昇降可能に駆動する第2駆動部(29)と、
前記加熱ヘッドに設けられ、前記加熱ヘッドを加熱するヒータと、
前記加熱ヘッドの熱伸び差による上昇動作を作り出す調整機構(40)と、
前記加熱ヘッド及び前記冷却ヘッドの位置を制御する指令値を前記第1駆動部及び前記第2駆動部へ出力する制御装置(100)と、を備えるはんだ付け装置。 A soldering device that applies solder (2) to the upper surface of a workpiece (3), lowers the workpiece (1) from above the solder, and joins the workpiece to the workpiece via the solder,
first suction means (25, 27) that suctions the upper surface of the workpiece with air and floats the workpiece;
a heating head (11) that has the first suction means and a temperature sensor that can adjust the temperature of the workpiece, and that can be raised and lowered until it comes into contact with the upper surface of the workpiece;
a first drive unit (28) that drives the heating head so that it can move up and down;
second suction means (35, 36) operable independently from the first suction means to suction the upper surface of the workpiece with air and float the workpiece;
a cooling head (31) that has the second suction means and a cooling device capable of cooling the workpiece, is operable independently from the heating head, and is movable up and down until it comes into contact with the upper surface of the workpiece;
a second drive unit (29) that drives the cooling head so that it can move up and down;
a heater provided in the heating head and heating the heating head;
an adjustment mechanism (40) that creates a rising motion due to a difference in thermal expansion of the heating head;
A soldering apparatus comprising: a control device (100) that outputs command values for controlling the positions of the heating head and the cooling head to the first drive section and the second drive section.
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