JP2856322B1 - ビームはんだ付け装置 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 はんだ付けの生産効率を向上させつつ、はん
だ付けの品質の安定化を図ったビームはんだ付け装置を
提供する。 【解決手段】 光ビームを発生する光源１１１の近傍に
該光源の温度を検出する温度センサ１１を設ける。搬送
されてくる基板１３１上の電子部品１３４を一定時間光
ビームで照射加熱し、電子部品を基板にはんだ付けす
る。光ビームを照射後、次の光ビーム照射が行われるま
での待機時間における光源の温度低下を予測し、前記温
度センサの検出値が前記予測値より低い場合には光源を
予熱し、はんだ付けに必要な温度を確保する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビームはんだ付け
装置に関し、特に光ビームの熱を利用してはんだ付けを
行うビームはんだ付け装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は、従来のこの種のビームはんだ付
け装置１００の概略構成図である。図９に示すように、
ビームはんだ付け装置１００は、光源（例えば、ハロゲ
ンランプ）１１１と、該光源の周囲を取り囲むように配
置されたランプハウス１１２と、該ランプハウスの開口
部側に配置された集光レンズ１１３等からなる光学系１
０１と、該光学系の下方において矢印方向に搬送される
プリント基板１３１の表面および裏面温度をそれぞれ監
視する温度センサ１２３，１２４とを備えている。プリ
ント基板１３１上には、被はんだ付けワークとしての電
子部品１３４が搭載され、プリント基板１３１と電子部
品１３４との間には、クリームはんだ１３５が予め塗布
されている。

【０００３】そして光源１１１から発せられた光ビーム
がランプハウス１１２内で反射され、集光レンズ１１３
で集光されて電子部品１３４の被はんだ付け部としての
リード部等に照射され、光ビームの熱により電子部品１
３４がプリント基板１３１にはんだ付けされる。温度セ
ンサ１２３，１２４は基板１３１の表裏両面の温度を監
視し、図示しない制御装置により、はんだ付け時に基板
１３１および電子部品１３４が過度に加熱されないよう
し、設定温度以上に加熱された場合、ビームの照射を停
止するようにしている。

【０００４】かかる構成のビームはんだ付け装置１００
は、図示しないクリームはんだ塗布装置および部品搭載
装置等と共に工場における生産ラインとして使用される
ことが多い。そしてビームはんだ付け装置を含めた部品
実装装置が生産ライン化されている場合に、はんだ付け
を行うプログラム（加熱時間，熱量設定等）は、一定の
タクトタイム〔図１０参照、基板搬送方向の基準位置に
対し、先の基板１３１ａの所定位置（例えば、加熱開始
位置）が到来してから次の基板１３１ｂの所定位置が到
来するまでの経過時間〕で基板が搬送されてくることを
前提に作成される。

【０００５】

【発明が解決しょうとする課題】しかしながら、被はん
だ付けワーク（プリント基板等）の生産量が少量であっ
たり、前工程等の生産設備に不具合が発生したりするな
ど、前述の一定のタクトタイムで基板が搬送されない場
合が少なくない。一定のタクトタイムでプリント基板が
搬送されないと、はんだ付け部付近の基板温度が基板毎
に若干変化してしまう。また、ビームはんだ付け装置が
クリーンルーム等の室温が管理された場所に設置されて
いないと、設備稼働時毎に室温が若干変化してしまう。

【０００６】前述の一定のタクトタイムでプリント基板
が搬送されなかったり、室温が日によって変化すると、
ランプハウス内部やはんだ付け部付近等の温度が変化す
るため、通常のはんだ付けプログラムでは、正常なはん
だ付けがなされず、ブリッジ発生等のはんだ付け不良を
起こし易い。かかる不都合の解決手段として、プリント
基板の表裏面温度を監視する基板温度センサを設け、該
温度センサの検出値が設定温度になったなら加熱を停止
するようにした信頼性向上手段が提案がされている（例
えば、特開平４−９１８５８号公報）。しかし、この信
頼性向上手段を前記生産ラインに適用する場合に、加熱
時間として前記一定のタクトタイムを越える長時間を要
するときは、正常に基板が流れずビームはんだ付け装置
のところで加熱待ちの基板が渋滞し、生産効率が悪化す
るという不都合がある。

【０００７】そこで本発明の目的は、はんだ付けの生産
効率を向上させつつ、はんだ付けの品質の安定化を図っ
たビームはんだ付け装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に請求項記載の発明は、一定の時間間隔で順次搬送され
てくる被はんだ付けワークが搭載されたプリント基板の
被はんだ付け部を、光源が発する光ビームにより一定時
間加熱してはんだ付けを行うビームはんだ付け装置にお
いて、前記光源の温度を検出する温度検出手段と、搬送
されてくる前記プリント基板の到来を検出する到来検出
手段と、該到来検出手段が検出した先のプリント基板に
対する一定時間の加熱終了後から、次のプリント基板が
到来するまでの待機時間が経過する間における、前記光
源の温度低下を予測する温度低下予測手段と、前記温度
検出手段が検出した前記光源の温度が、前記温度低下予
測手段が予測した温度より低い場合には、前記光源を予
熱制御する予熱制御手段とを備えたことを特徴とする。

【０００９】このようにすれば、予測温度が所定値より
低い場合には光源を予熱するようにしているので、加熱
を再開したときに所定時間内に必要とするはんだ付け温
度となり、生産効率を上げつつ、はんだ付けの品質が安
定したビームはんだ付け装置を提供することができる。

【００１０】また別の請求項に記載の発明は、一定の時
間間隔で順次搬送されてくる被はんだ付けワークが搭載
されたプリント基板の被はんだ付け部を、光源が発する
光ビームにより一定時間加熱してはんだ付けを行うビー
ムはんだ付け装置において、順次搬送されている前記プ
リント基板が搬送停止した場合に、該搬送停止後の搬送
再開を検出する搬送再開検出手段と、該搬送再開検出手
段がプリント基板の搬送再開を検出した場合には、前記
光ビームの光ビーム強度を増加すると共に、前記一定の
加熱時間を短縮する制御を行う加熱制御手段とを備えた
ことを特徴とする。

【００１１】このようにすれば、搬送再開の場合には、
光ビーム強度を上げて加熱時間を短縮しているので、生
産効率を上げつつ、はんだ付けの品質が安定したビーム
はんだ付け装置を提供することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施形態例
に基づいて説明する。なお、既に説明した部分には同一
符号を付し、重複記載を省略する。

【００１３】（１）第１実施形態例 図１は本実施形態例のビームはんだ付け装置１０の概略
構成図、図２は該装置１０の制御系のブロック図であ
る。図１，図２において、光源１１１はハロゲンランプ
からなり、電子部品１３４のリード部をはんだ付けする
のに必要な熱を光によって発生する。なお、ハロゲンラ
ンプの代わりにキセノンランプ，レーザ光発生装置等を
使用してもよい。ランプハウス１１２は光源１１１から
の光を反射させる機能を有すると共に、余分な光が不必
要な箇所に照射されないように光源１１１の周囲を取り
囲んでおり、ランプハウス１１２の内面は反射効率の良
い材料（例えば、金）によりメッキが施されている。

【００１４】集光レンズ１１３は光源１１１から発せら
れた光を集光し、電子部品１３４のリード部等のはんだ
付け部を照射する。ランプハウス１１２内には熱電対か
らなる温度センサ１１が設置され、ランプハウス内の温
度を常にモニタしている。生産ラインにおける前工程
（例えば、クリームはんだ塗布装置，電子部品搭載装置
等）には搬送される基板１３１の通過を検出する透過式
の認識センサ１２（１２ａ，１２ｂ）が複数箇所設置さ
れ、基板１３１がどの工程に位置しているかをモニタし
ている。非接触型赤外線式温度計からなる基板温度セン
サ１２３，１２４は、それぞれ基板１３１の表裏両面の
温度を常にモニタしている。

【００１５】図２に示した情報処理部１３は次の処理を
行う。即ち、図３において、加熱時間は基板の搬送速
度，寸法，光源の加熱特性等に基づいて予め決められて
いるものとする。この状態で、搬送されてくる先の基板
１３１ａの所定位置（加熱開始位置）が認識センサ１２
ａを通過した後、次の基板１３１ｂの所定位置（加熱開
始位置）が該センサ１２ａを通過する迄の経過時間（タ
クトタイム）から前記加熱時間を引き算した時間が待機
時間である（タクトタイム−加熱時間＝待機時間）。該
待機時間においては、光源１１１には通電されず光ビー
ムは発生されないので、光源１１１の温度は徐々に低下
していく（次に詳しく説明する。図４参照）。

【００１６】制御部１４は、次に搬送されてくる基板１
３１を加熱する際のランプハウス１１２の内部温度が低
下しているため、タクトタイムを越えるまで加熱時間を
長くする必要があると判断した場合には、次に説明する
予備加熱プログラムを実行する信号を出したり、基板温
度センサ１２３，１２４によって得られた基板１３１の
温度情報から、基板１３１を加熱する温度プログラムを
最適に制御する。

【００１７】次に本実施形態例の動作を、図５に示すフ
ローチャートを参照しつつ、(i) 基本動作と、(ii)予備
加熱動作と、(iii) 強制加熱動作とに分けて説明する。 (i) 基本動作 基板の搬送開始により（ステップＳ１）、先の基板１３
１ａがビームはんだ付け装置の加熱位置（図１に示す位
置）まで搬送されてくると（ステップＳ２：ＮＯ）、次
に説明する通常の加熱プログラム〔図６（Ａ）および図
７に示すプログラムＡ〕により、ビームはんだ付け装置
は先の基板１３１ａに搭載されている電子部品１３４の
リード部およびクリームはんだ１３５を加熱し（基本加
熱）、はんだ付けを行う（ステップＳ３）。このプログ
ラムＡは、電子部品１３４をはんだ付けするための基本
プログラムであり、予めオペレータが情報処理部１３の
メモリ領域（図示せず）に記憶させておく。プログラム
Ａの加熱時間は０→ｔ５であり、光源１１１のピーク出
力は時間ｔ１→ｔ３におけるｐ１である。

【００１８】前述の加熱の間に、温度センサ１２３，１
２４は常に先の基板１３１ａの表裏両面をモニタし、異
常を検出した場合には加熱を停止する。また前記加熱の
間にランプハウス温度センサ１１はランプハウス１１２
内部の温度をモニタし、認識センサ１２ａは次に搬送さ
れてくる基板１３１ｂをモニタしている。そして先の基
板１３１ａのはんだ付けが終了すると（ステップＳ
４）、ビームはんだ付け装置から搬出される（ステップ
Ｓ５）。

【００１９】次いで、次の基板１３１ｂが加熱開始され
るまでの時間（待機時間、図６参照）に、タクトタイム
を越えるまで加熱時間を長くする必要がないと情報処理
部１３が判断した場合には（ステップＳ６：ＮＯ）、制
御部１４は予備加熱実行プログラムを作動させず、光源
１１１への通電を停止し光源１１１は待機状態となり、
ステップＳ２に戻る（次に説明する）。

【００２０】(ii)予備加熱動作 図４は経過時間と光源温度との関係を示す特性図であ
る。図４において、前述の基本プログラムの場合は、予
備加熱不要温度（例えば、１００℃）以上の温度を維持
している間に次の基板１３１ｂが検出され、基本加熱が
再開されるようにプログラムしておく（図４において
「通常動作時の光源部温度曲線」と記す）。この基本加
熱の再開温度がＰ１である。この場合は、予定通り基板
は順次はんだ付けされていくので、生産効率は当初の予
定通りとなる。なお、予備加熱不要温度は、ランプの種
類，ランプの温度特性，基本プログラムの内容，ランプ
ハウスの熱容量（保温性）等に基づいて情報処理部１３
によって計算される。

【００２１】これに対し、予備加熱プログラム作動の場
合は、待機時間内に予備加熱不要温度（例えば、１００
℃）になったことを温度センサ１１が検出する。これを
放置しておくと、図４の右端に示すように、ピーク温度
に到達するのに時間差が出てしまい、この時間差が基板
の搬送枚数に応じて累積されていくので、生産効率が低
下する。

【００２２】この事態を防止したのが予備加熱動作であ
る。即ち、温度センサ１１が待機時間内に予備加熱不要
温度（例えば、１００℃）以下になったことを検出した
場合には、情報処理部１３は予備加熱プログラムを作動
させ、制御部１４を介して光源１１１に通電することに
よりランプ温度を基本加熱再開温度Ｐ１の近傍温度まで
上げておくようにする。このようにすれば、図４に示す
ように、次の基板１３１ｂが検出されたときには、光源
１１１は基本加熱再開温度Ｐ１を基点にして加熱を再開
することができるので、ピーク温度に到達するのに時間
差が生じることがない。従って、生産効率の低下を防止
できる。

【００２３】次に予備加熱動作を説明する。前記ステッ
プＳ６において、次の基板１３１ｂが加熱開始されるま
での待機時間内に、温度センサ１１の検出した温度が所
定値以下〔予備加熱不要温度（例えば、１００℃）以
下〕であると情報処理部１３が判断した場合には（ステ
ップＳ６：ＹＥＳ）、制御部１４から予備加熱プログラ
ム実行の信号を出して光源１１１から光ビームを照射
し、ランプハウス１１２内部の温度低下を防止する（ス
テップＳ７、図４の「予備加熱プログラム作動」を参
照）。この予備加熱の出力ピークは、前記通常の加熱プ
ログラムの出力ピークｐ１の約半分のｐ３である〔図６
（Ｂ）参照〕。

【００２４】そして該予備加熱を待機時間だけ継続し、
ランプハウス１１２内部の温度を基本加熱再開温度Ｐ１
に略等しい温度まで上昇させた後、予備加熱プログラム
を終了させステップＳ２に戻る〔図６（Ｂ）参照〕。こ
のようにすれば、予め決定されているタクトタイムで順
次プリント基板のはんだ付けを行うことができるので、
順次搬送されてくる基板が渋滞を起こすことがない。

【００２５】(iii) 強制加熱動作（装置停止後の復旧動
作） ビームはんだ付け装置自体が何らかの原因で停止した場
合における復旧直後の動作を説明する。図７において、
前述の如くプログラムＡは通常の加熱プログラムを示し
ているのに対し、プログラムＢはピーク出力をアップさ
せた強制加熱プログラムを示している。該プログラムＢ
は、加熱時間がｔ０→ｔ４であり、出力ピークはｐ２で
ある。そして加熱するエネルギーはプログラムＡの場合
とプログラムＢの場合とでは等しくしておく（「ｔ１〜
ｔ３」×ｐ１＝「ｔ１〜ｔ２」×ｐ２）。このプログラ
ムＢは、プログラムＡに基づいて情報処理部１３で前述
の演算結果を出力するようにしておくので、オペレータ
が入力する必要はない。

【００２６】次に動作を説明する。ステップＳ２におい
て、ビームはんだ付け装置が何らかの原因で停止し（ス
テップＳ２：ＹＥＳ）、復旧した直後は（ステップＳ
８：ＹＥＳ）、ビームはんだ付け装置のところで加熱待
ちの基板１３１が渋滞していることがある。即ち、認識
センサ１２は常に基板の搬送状況を監視しており、該セ
ンサ１２に予め設定されている時間以上に基板１３１を
認識した場合には（ステップＳ９：ＹＥＳ）、情報処理
部１３から制御部１４を経由して光源１１１に加熱出力
アップ（プログラムＡからプログラムＢに変更する）の
信号が送られ、プログラムＢの強制加熱状態にてはんだ
付けを実行し（ステップＳ１０）、その後ステップＳ４
に戻る。つまりピーク出力をアップしてピーク出力加熱
時間を「ｔ１→ｔ３」から「ｔ１→ｔ２」に減少させる
ことにより、トータルの加熱時間を「ｔ０→ｔ５」から
「ｔ０→ｔ４」に短縮することによって加熱時間を短く
し、渋滞を解消する。そして渋滞が解消したら、通常の
プログラムＡに戻す。

【００２７】（２）第２実施形態例 ビームはんだ付け装置を生産ラインに適用する場合に
は、複数台を適用することがある。図８は本実施形態例
のブロック図であり、複数台の代表例として２台のビー
ムはんだ付け装置を生産ラインに組み込んだ場合であ
る。図８に示すように、本実施形態例のビームはんだ付
け装置１０Ａは、次にそれぞれ説明する第１のビームは
んだ付け装置２０と、第２のビームはんだ付け装置２０
Ａと、前記２台のビームはんだ付け装置２０，２０Ａを
統合して制御する制御装置３０とを備えて構成されてい
る。

【００２８】前記第１，第２のビームはんだ付け装置２
０，２０Ａは、前記第１実施形態例のビームはんだ付け
装置１０から認識センサ１２，情報処理部１３，制御部
１４を除いたものであり、光源１１１とランプ温度セン
サ１１と表面基板温度センサ１２３と裏面基板温度セン
サ１２４とを備えている。前記制御装置３０は、各ビー
ムはんだ付け装置２０，２０Ａを統合して制御する統合
制御部３１と、ランプ温度センサ１１，認識センサ１２
ａ〜１２ｄ，基板温度センサ１２３，１２４からの情報
をトータル的に処理する統合情報処理部３２とを備えて
いる。

【００２９】そして第１，第２のビームはんだ付け装置
２０，２０Ａの加熱プログラムＡ，Ｂ（図７参照）を別
々に制御可能にしておくことにより、各ビームはんだ付
け装置の加熱プログラムの最適化だけではなく、各ビー
ムはんだ付け装置が互いにリンクした生産ラインとして
のトータル的な最適化を図ることにより、より一層の早
期の渋滞解消およびタクトタイムの回復を見込むことが
でき、更なるはんだ付け品質の安定化を望むことができ
る。また、本実施形態例のビームはんだ付け装置１０Ａ
は、常に流れているプリント基板を認識センサ１２ａ〜
１２ｄによってモニタしているので、はんだ付けしたプ
リント基板の数量等の生産情報をも管理することが可能
である。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように請求項記載の発明に
よれば、予測温度が所定値より低い場合には、光源を予
熱しているので、直ちに必要とする温度となり、生産効
率を上げつつ、はんだ付けの品質が安定化したビームは
んだ付け装置を提供することができる。また別の請求項
記載の発明によれば、何らかの理由により装置が停止さ
れ、搬送再開の場合には、光ビーム強度を上げて加熱時
間を短縮しているので、生産効率を上げつつ、はんだ付
けの品質が安定したビームはんだ付け装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態例の機構系の概略構成図
である。

【図２】同第１実施形態例の制御系のブロック図であ
る。

【図３】同第１実施形態例におけるタクトタイム，加熱
時間，待機時間を説明する図である。

【図４】同第１実施形態例における経過時間と光源温度
との関係を示す特性図である。

【図５】同第１実施形態例の動作を示すフローチャート
である。

【図６】同第１実施形態例の加熱動作を示すプログラム
の概念図であって、（Ａ）は基本プログラム、（Ｂ）は
予備加熱プログラムである。

【図７】同第１実施形態例におけるプログラムの加熱時
間と光源出力との関係を示す図である。

【図８】同第２実施形態例の制御系のブロック図であ
る。

【図９】従来例の機械系の概略構成図である。

【図１０】従来例におけるタクトタイム，加熱時間等を
示す概念図である。

【符号の説明】

１０ ビームはんだ付け装置 １１ 温度センサ（温度検出手段） １２ 認識センサ（到来検出手段、搬送再開検出手段） １３ 情報処理部（温度低下予測手段、予熱制御手段、
加熱制御手段） １４ 制御部（予熱制御手段、加熱制御手段） １１１ 光源 １１２ ランプハウス １１３ 集光レンズ １２３，１２４ 温度センサ １３１ プリント基板 １３１ａ 先のプリント基板 １３１ｂ 次のプリント基板 １３４ 電子部品（被はんだ付けワーク） １３５ クリームはんだ

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一定の時間間隔で順次搬送されてくる被
   はんだ付けワークが搭載されたプリント基板の被はんだ
   付け部を、光源が発する光ビームにより一定時間加熱し
   てはんだ付けを行うビームはんだ付け装置において、 前記光源の温度を検出する温度検出手段と、 搬送されてくる前記プリント基板の到来を検出する到来
   検出手段と、 該到来検出手段が検出した先のプリント基板に対する一
   定時間の加熱終了後から、次のプリント基板が到来する
   までの待機時間が経過する間における、前記光源の温度
   低下を予測する温度低下予測手段と、 前記温度検出手段が検出した前記光源の温度が、前記温
   度低下予測手段が予測した温度より低い場合には、前記
   光源を予熱制御する予熱制御手段とを備えたことを特徴
   とするビームはんだ付け装置。
2. 【請求項２】前記光源と前記温度検出手段とをランプハ
   ウス内に収納したことを特徴とする請求項１記載のビー
   ムはんだ付け装置。
3. 【請求項３】 一定の時間間隔で順次搬送されてくる被
   はんだ付けワークが搭載されたプリント基板の被はんだ
   付け部を、光源が発する光ビームにより一定時間加熱し
   てはんだ付けを行うビームはんだ付け装置において、 順次搬送されている前記プリント基板が搬送停止した場
   合に、該搬送停止後の搬送再開を検出する搬送再開検出
   手段と、 該搬送再開検出手段がプリント基板の搬送再開を検出し
   た場合には、前記光ビームの光ビーム強度を増加すると
   共に、前記一定の加熱時間を短縮する制御を行う加熱制
   御手段とを備えたことを特徴とするビームはんだ付け装
   置。
4. 【請求項４】 前記順次搬送されている場合における光
   源の光ビーム強度と一定の加熱時間との積と、前記搬送
   再開した場合における増加した光ビーム強度と前記短縮
   した加熱時間との積とを、ほぼ等しくしたことを特徴と
   する請求項３記載のビームはんだ付け装置。