JP2999223B2 - はんだ付け接合方法及び装置 - Google Patents
はんだ付け接合方法及び装置Info
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- JP2999223B2 JP2999223B2 JP2154889A JP15488990A JP2999223B2 JP 2999223 B2 JP2999223 B2 JP 2999223B2 JP 2154889 A JP2154889 A JP 2154889A JP 15488990 A JP15488990 A JP 15488990A JP 2999223 B2 JP2999223 B2 JP 2999223B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power
- function
- temperature
- peak
- heater
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K3/00—Tools, devices, or special appurtenances for soldering, e.g. brazing, or unsoldering, not specially adapted for particular methods
- B23K3/02—Soldering irons; Bits
- B23K3/03—Soldering irons; Bits electrically heated
- B23K3/033—Soldering irons; Bits electrically heated comprising means for controlling or selecting the temperature or power
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
- Connections Effected By Soldering, Adhesion, Or Permanent Deformation (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、はんだ付け作業中、どの時点ではんだ付け
接合又は結合が適切に完了したかを決定するための電力
測定に関し、特に、はんだごて又は他の電気的ヒータに
より提供されるピーク電力を測定することによって、は
んだ付け結合の適切な完了が決定されるように、はんだ
付け機構の各種パラメータを予め決定することに関す
る。
接合又は結合が適切に完了したかを決定するための電力
測定に関し、特に、はんだごて又は他の電気的ヒータに
より提供されるピーク電力を測定することによって、は
んだ付け結合の適切な完了が決定されるように、はんだ
付け機構の各種パラメータを予め決定することに関す
る。
［従来技術及び発明が解決しようとする課題］ 冷間ろう付け接合は、電気的機構及び電子的機構にお
いて、この産業の開始以来、主要な問題源となってき
た。冷間ろう付け接合に対して保証される以上の加熱の
し過ぎは高価な電子チップを確実に損ない破壊すること
になるので、電子チップ等の集積回路の出現に伴なって
冷間ろう付け接合に関する問題は大きく増大してきてい
る。こうして、はんだ付け作業者、特に高度な生産性が
要求されるはんだ付け作業者は、はんだ付け作業に際し
て、共に欠陥品又は欠陥基板となってしまうような不充
分な加熱と過剰な加熱との間でしばしば網渡り作業が強
いられている。
いて、この産業の開始以来、主要な問題源となってき
た。冷間ろう付け接合に対して保証される以上の加熱の
し過ぎは高価な電子チップを確実に損ない破壊すること
になるので、電子チップ等の集積回路の出現に伴なって
冷間ろう付け接合に関する問題は大きく増大してきてい
る。こうして、はんだ付け作業者、特に高度な生産性が
要求されるはんだ付け作業者は、はんだ付け作業に際し
て、共に欠陥品又は欠陥基板となってしまうような不充
分な加熱と過剰な加熱との間でしばしば網渡り作業が強
いられている。
［課題を解決するための手段及びその作用］ 本発明は、ピーク電力の測定を行なうことによって、
良質なはんだ付け接合を保証できる２つの異なる実施例
を開示するものである。
良質なはんだ付け接合を保証できる２つの異なる実施例
を開示するものである。
第１実施例において、特定時間長以内に到達された電
力ピークによって、その結合部が良質なはんだ付け接合
が提供され得る適正温度に達したことが示される。
力ピークによって、その結合部が良質なはんだ付け接合
が提供され得る適正温度に達したことが示される。
即ち、この方法においては、もし特定時間以内に所定
のピーク電力が達成されたならば、良質なはんだ付け接
合に要求される所定の温度が達成されたことが理解され
る。ここで挙げられる各種パラメータは例示的なもので
あり、此等パラメータは負荷の特定分類毎に変更され予
め決定されねばならない。
のピーク電力が達成されたならば、良質なはんだ付け接
合に要求される所定の温度が達成されたことが理解され
る。ここで挙げられる各種パラメータは例示的なもので
あり、此等パラメータは負荷の特定分類毎に変更され予
め決定されねばならない。
各種パラメータを決定するために、時間に対する基本
的な関数が決定される。上記特定時間の間、上昇温度に
晒される各種要素の最大安全露出を決定するためには、
基板等の組織構造と共にその基板上の各種構成部材の温
度に関する物理的許容公差が検討される。１つの要素が
露出されるか晒される温度は、はんだごて先端の形状及
びワット数を考慮しての熱源に対して配置される当該要
素の位置や、はんだごての温度や、はんだ付けされるべ
き接合部への熱伝達率等に依存して変化する。次なるパ
ラメータは適切なはんだ付け接合を提供するために伝達
されるべき熱であり、はんだの溶融温度と全複合体から
の熱の放散率との関数である。
的な関数が決定される。上記特定時間の間、上昇温度に
晒される各種要素の最大安全露出を決定するためには、
基板等の組織構造と共にその基板上の各種構成部材の温
度に関する物理的許容公差が検討される。１つの要素が
露出されるか晒される温度は、はんだごて先端の形状及
びワット数を考慮しての熱源に対して配置される当該要
素の位置や、はんだごての温度や、はんだ付けされるべ
き接合部への熱伝達率等に依存して変化する。次なるパ
ラメータは適切なはんだ付け接合を提供するために伝達
されるべき熱であり、はんだの溶融温度と全複合体から
の熱の放散率との関数である。
此等パラメータが決定されたならば、実験によって適
切なはんだ付け接合を提供するに望ましい温度を達成す
るに要求されるピーク電力が決定される。その後、はん
だ付け工程の作業者はそのピーク電力が達成されたこと
示す信号だけに集中すればよいことになる。
切なはんだ付け接合を提供するに望ましい温度を達成す
るに要求されるピーク電力が決定される。その後、はん
だ付け工程の作業者はそのピーク電力が達成されたこと
示す信号だけに集中すればよいことになる。
本発明の第２実施例においては、適切なはんだ付け接
合の決定手段として、ピーク電力対時間の曲線の内の特
殊形状が選択される。電力ははんだ付けされるべき連結
部に接触しているヒータに供給される。はんだの流れを
観測し、その連結部が適切に加熱され、溶融されたと決
定された時に、その時間に対する電力のプロット点が注
目される。このプロット点は接合完了の印を提供するこ
とになる。
合の決定手段として、ピーク電力対時間の曲線の内の特
殊形状が選択される。電力ははんだ付けされるべき連結
部に接触しているヒータに供給される。はんだの流れを
観測し、その連結部が適切に加熱され、溶融されたと決
定された時に、その時間に対する電力のプロット点が注
目される。このプロット点は接合完了の印を提供するこ
とになる。
この工程に用いられているヒータの熱的イナーシャ
（慣性）は低いことが必要であり、その熱源はヒータの
先端でなくてはならず、熱シンク又は他の熱源から基本
的には絶縁されねばならない。その絶縁の用途でセラミ
ックが用いられる。ヒータの熱的イナーシャは加熱され
る部材の熱的イナーシャよりも相当に小さいことが必要
である。熱的イナーシャをより低減するためには、電流
源とヒータとを誘導式に接続することで行なう。
（慣性）は低いことが必要であり、その熱源はヒータの
先端でなくてはならず、熱シンク又は他の熱源から基本
的には絶縁されねばならない。その絶縁の用途でセラミ
ックが用いられる。ヒータの熱的イナーシャは加熱され
る部材の熱的イナーシャよりも相当に小さいことが必要
である。熱的イナーシャをより低減するためには、電流
源とヒータとを誘導式に接続することで行なう。
本発明の概念が生み出される過程で使用され、本願に
表示された曲線及びデータを得るのに使用されたはんだ
ごては、米国特許第4,839,501号及び同第4,256,945号に
開示されている。
表示された曲線及びデータを得るのに使用されたはんだ
ごては、米国特許第4,839,501号及び同第4,256,945号に
開示されている。
米国特許第4,839,501号に開示されるはんだごては、
低導電性チューブ及びこのチューブの一端に接続された
コイルからなる加熱手段と、被加熱部材と接する先端部
とを有する。この先端部の後方には強磁性材料が配設さ
れ、はんだごて内部には一定電流源に接続された導電性
コイルが巻回されている。このコイルにより、強磁性材
料に磁束が結合されて強磁性材料をキュリー温度付近ま
で加熱することができる。
低導電性チューブ及びこのチューブの一端に接続された
コイルからなる加熱手段と、被加熱部材と接する先端部
とを有する。この先端部の後方には強磁性材料が配設さ
れ、はんだごて内部には一定電流源に接続された導電性
コイルが巻回されている。このコイルにより、強磁性材
料に磁束が結合されて強磁性材料をキュリー温度付近ま
で加熱することができる。
また、米国特許第4,256,945号に開示されるはんだご
ては、高熱伝導性及び高導電性を有する非磁性材料の基
材又はコアを備え、この基材又はコアは、比較的低い導
電性を有する強磁性材料面で覆われている。加熱要素が
高周波電流により励起されると、初期には表層効果によ
り電流の流れが強磁性材料面に制限される。強磁性材料
のキュリー温度領域に温度が上昇すると表層効果が減少
し、基材又はコアの非磁性材料まで電流が流れるように
なる。その結果、電流が流れる部分の導電性が高くなり
抵抗が減少する。そこで、高周波の周波数を選択し、一
定電流源を調節し、さらに加熱要素の寸法と材料パラメ
ータを選択することにより、強磁性材料のキュリー温度
付近の狭い温度領域において温度調節が可能となる。
ては、高熱伝導性及び高導電性を有する非磁性材料の基
材又はコアを備え、この基材又はコアは、比較的低い導
電性を有する強磁性材料面で覆われている。加熱要素が
高周波電流により励起されると、初期には表層効果によ
り電流の流れが強磁性材料面に制限される。強磁性材料
のキュリー温度領域に温度が上昇すると表層効果が減少
し、基材又はコアの非磁性材料まで電流が流れるように
なる。その結果、電流が流れる部分の導電性が高くなり
抵抗が減少する。そこで、高周波の周波数を選択し、一
定電流源を調節し、さらに加熱要素の寸法と材料パラメ
ータを選択することにより、強磁性材料のキュリー温度
付近の狭い温度領域において温度調節が可能となる。
これらのはんだごては、下記式（１）の関係を満たす
ことによって一定電流で駆動される温度自動調節式のヒ
ータとなる。
ことによって一定電流で駆動される温度自動調節式のヒ
ータとなる。
（ΔI/|I|）＜（1/2）×（ΔR/|R|） （１） ここで、ΔＩは強磁性材料等の発熱体内を流れる電流
Ｉの変化であり、ΔＲは発熱体がキューリ温度に近づい
たときの発熱体の抵抗Ｒの変化である。式（１）は、電
流の大きさに対する電流変化の比が、抵抗の大きさに対
する抵抗変化の比の1/2未満である関係を満たす限り、
電流の変化にかかわらず自動調節機能が達成されること
を意味する。なお、式（１）が満たされる範囲において
はΔI/|I|が極めて小さいので電流がほぼ一定に保たれ
ているとして差支えないものと考えられる。
Ｉの変化であり、ΔＲは発熱体がキューリ温度に近づい
たときの発熱体の抵抗Ｒの変化である。式（１）は、電
流の大きさに対する電流変化の比が、抵抗の大きさに対
する抵抗変化の比の1/2未満である関係を満たす限り、
電流の変化にかかわらず自動調節機能が達成されること
を意味する。なお、式（１）が満たされる範囲において
はΔI/|I|が極めて小さいので電流がほぼ一定に保たれ
ているとして差支えないものと考えられる。
［実施例］ 以下に詳述する本発明の第１実施例には以下の如き仮
定が設けてある。
定が設けてある。
1. 良質のはんだ付け結合とはその結合部の温度が５秒
以内に450〜500゜Fまでに上昇した場合の結合をいう。
以内に450〜500゜Fまでに上昇した場合の結合をいう。
2. この450〜500゜Fの結合部温度は0.5秒間は保持され
なければならい。
なければならい。
3. はんだ付け工程の作業者には、良質はんだ付け結合
が形成されたことを決定するために、ピーク電流出力の
読み取りをなすことが要求されるのみである。ヒータ先
端部材を選別する作業を操作技術者が要求してもよい。
この点については後程説明する。結合領域面と接するは
んだごて先端の面積は同様の全ての作業において常に一
定に保持されなければならない。
が形成されたことを決定するために、ピーク電流出力の
読み取りをなすことが要求されるのみである。ヒータ先
端部材を選別する作業を操作技術者が要求してもよい。
この点については後程説明する。結合領域面と接するは
んだごて先端の面積は同様の全ての作業において常に一
定に保持されなければならない。
4. ヒータ先端面は適切にすずめっきされて維持されな
ければならない。
ければならない。
5. 結合部の温度勾配又は温度変化の割合は重要ではな
いと考えることにする（常にそうとは限らない）。
いと考えることにする（常にそうとは限らない）。
第１図のグラフを考察する前に、はんだ付け結合の形
成中、伝熱に関して２つの位相が生じることに着目す
る。第１の位相は過渡的なものである。上記ヒータ先端
部材に蓄えられたエネルギーと結合部の熱的必要条件に
基づいて熱が伝達される。はんだ付け結合の形成の際に
現われるこの位相は、そのヒータ温度（電力）がそのは
んだ付け結合部の温度と関連しないので、この発明にと
ってさほど有用ではない。ヒータ温度がその最小点に到
達して増大を開始した後は、結合部温度はヒータ温度に
依存することになる。よって、ここで１つの重要な設計
ガイドラインが定義される。このはんだ付け方法を有効
なものとするには、ヒータは結合部に熱を供給しなけれ
ばならない。ここで定義される関連性は温度又は時間の
関数としてのヒータに供給される電力との関連性に依存
するので、本発明を実施する際に、もしヒータ出力が要
求されなければ、良質なはんだ付け結合が生じたか否か
を決定することは不可能となる。こうして電力と温度と
が関連づけられたので、この位相ははんだ付け結合部に
関する有力な情報を提供するものである。
成中、伝熱に関して２つの位相が生じることに着目す
る。第１の位相は過渡的なものである。上記ヒータ先端
部材に蓄えられたエネルギーと結合部の熱的必要条件に
基づいて熱が伝達される。はんだ付け結合の形成の際に
現われるこの位相は、そのヒータ温度（電力）がそのは
んだ付け結合部の温度と関連しないので、この発明にと
ってさほど有用ではない。ヒータ温度がその最小点に到
達して増大を開始した後は、結合部温度はヒータ温度に
依存することになる。よって、ここで１つの重要な設計
ガイドラインが定義される。このはんだ付け方法を有効
なものとするには、ヒータは結合部に熱を供給しなけれ
ばならない。ここで定義される関連性は温度又は時間の
関数としてのヒータに供給される電力との関連性に依存
するので、本発明を実施する際に、もしヒータ出力が要
求されなければ、良質なはんだ付け結合が生じたか否か
を決定することは不可能となる。こうして電力と温度と
が関連づけられたので、この位相ははんだ付け結合部に
関する有力な情報を提供するものである。
添付する第１図等には３つの曲線が描写されており、
各曲線は電力対結合部温度のグラフである。全ての曲線
は全体的には同一の輪郭を有している。
各曲線は電力対結合部温度のグラフである。全ての曲線
は全体的には同一の輪郭を有している。
第１図に示す如く、１つのはんだ付け工程においては
３つの異なる領域が確認される。領域１は「蓄積熱」と
云われる。はんだ付け結合を形成するこの位相におい
て、全ての熱はヒータ先端の蓄積熱によって供給され
る。正味の電力（ヒータ先端に実際に供給される電力を
意味する）は変化しないが、先端温度は低下する。この
位相は１秒間以内に急激に生じて明確に完了する。この
領域でのはんだ付け結合部の温度制御は不可能である。
できる限り速くヒータを負荷に対応させたいので、先端
の熱的イナーシャはできる限り小さいことが望ましい。
いったんヒータがその先端温度の下落に対応すると、領
域２、即ち「過渡的な加熱」が始まる。電力は急激にそ
のピークへと増大し、上記領域１の場合よりも緩慢では
あるが、結合部温度は上昇し続ける。先端温度の更なる
低下による何等かの寄与と共に、ヒータから熱がその結
合部へ供給される。はんだ付け結合部はヒータから直接
的に伝達された熱が支配的となるため、その温度制御は
改善されるが、依然として作業者の判断が要求される。
領域３、即ち「定常状態での加熱」は最も興味深いもの
である。この位相において、結合部温度は上昇するもの
の正味の電力は減少する。結合部温度はゆっくりと上昇
し、当該結合部への熱はヒータによって供給されてい
る。温度は定常状態熱伝達の法則に従って上昇するの
で、結合部温度は次式のように電力と関連することにな
る。
３つの異なる領域が確認される。領域１は「蓄積熱」と
云われる。はんだ付け結合を形成するこの位相におい
て、全ての熱はヒータ先端の蓄積熱によって供給され
る。正味の電力（ヒータ先端に実際に供給される電力を
意味する）は変化しないが、先端温度は低下する。この
位相は１秒間以内に急激に生じて明確に完了する。この
領域でのはんだ付け結合部の温度制御は不可能である。
できる限り速くヒータを負荷に対応させたいので、先端
の熱的イナーシャはできる限り小さいことが望ましい。
いったんヒータがその先端温度の下落に対応すると、領
域２、即ち「過渡的な加熱」が始まる。電力は急激にそ
のピークへと増大し、上記領域１の場合よりも緩慢では
あるが、結合部温度は上昇し続ける。先端温度の更なる
低下による何等かの寄与と共に、ヒータから熱がその結
合部へ供給される。はんだ付け結合部はヒータから直接
的に伝達された熱が支配的となるため、その温度制御は
改善されるが、依然として作業者の判断が要求される。
領域３、即ち「定常状態での加熱」は最も興味深いもの
である。この位相において、結合部温度は上昇するもの
の正味の電力は減少する。結合部温度はゆっくりと上昇
し、当該結合部への熱はヒータによって供給されてい
る。温度は定常状態熱伝達の法則に従って上昇するの
で、結合部温度は次式のように電力と関連することにな
る。
（ヒータ温度）−（結合部温度） ＝（正味電力）×（熱的抵抗） 第１図は電力対結合部温度の曲線に対する負荷の大き
さの効力を示している。如何なる所与のヒータ先端形状
においても、負荷の増大はピーク電力を増大させ、ピー
ク電力時の温度を低下させることになる。大きい負荷及
び中位の負荷に形成されたはんだ付け結合は良質の結合
ではなかった。第１図において、曲線Ｘ−小は非常に小
さな負荷をもってピークＸが達成される例を示すもので
あり、かかる非常に小さな負荷を用いた場合は、過剰な
電力が供給されたはんだごての場合のように、所望の温
度に到達した後かなりたってピーク電力が生じたため
に、良質な結合を提供しなかった。
さの効力を示している。如何なる所与のヒータ先端形状
においても、負荷の増大はピーク電力を増大させ、ピー
ク電力時の温度を低下させることになる。大きい負荷及
び中位の負荷に形成されたはんだ付け結合は良質の結合
ではなかった。第１図において、曲線Ｘ−小は非常に小
さな負荷をもってピークＸが達成される例を示すもので
あり、かかる非常に小さな負荷を用いた場合は、過剰な
電力が供給されたはんだごての場合のように、所望の温
度に到達した後かなりたってピーク電力が生じたため
に、良質な結合を提供しなかった。
第２図には、負荷（中位の負荷）を一定としてヒータ
先端形状を変えた場合のグラフを示す。このグラフより
明らかな如く、Ａで示す曲線のようなより大型及び／或
は矩形のヒータ先端は、ピーク電力が増大し、ピーク電
力時の温度も上昇している。よって、013で示されるヒ
ータカートリッジによって形成されたはんだ付け結合だ
けが良質な結合であると考えられる。此等３つのカート
リッジ全ては35ワット・ヒータであり、全ての曲線は同
一時間経過に亙って描写されている。このように、結合
部温度が正味の電力から予測できるので、第３領域、即
ち「定常状態での加熱」が最も興味深い。
先端形状を変えた場合のグラフを示す。このグラフより
明らかな如く、Ａで示す曲線のようなより大型及び／或
は矩形のヒータ先端は、ピーク電力が増大し、ピーク電
力時の温度も上昇している。よって、013で示されるヒ
ータカートリッジによって形成されたはんだ付け結合だ
けが良質な結合であると考えられる。此等３つのカート
リッジ全ては35ワット・ヒータであり、全ての曲線は同
一時間経過に亙って描写されている。このように、結合
部温度が正味の電力から予測できるので、第３領域、即
ち「定常状態での加熱」が最も興味深い。
第４図には、此等の試験に採用されたはんだ入り容器
から成る温度制御付きのはんだ壺又はポットを図示す
る。此等の試験ははんだごて先端を溶融はんだ中に置く
ことによって行なわれた。このはんだポットによる負荷
試験によって、カートリッジ先端の温度が異なるときの
当該カートリッジの出力電力の特徴付けを行なうことが
できる。ここでの出力電力対温度の変化はその先端の熱
的抵抗に起因している。熱的抵抗がより低ければ低い程
（矩形且つ大型の先端の場合）、その曲線はより急峻と
なる。第３図は同一ワット数であるが異なる大きさを有
する３つの異なるカートリッジのはんだポットによる負
荷試験の結果を示す。これもまた定常状態の熱伝達であ
るので、良質なはんだ結合の形成を出力電力で確認する
ことができる。良質な結合は、450゜〜500゜Fの間の温
度で形成される。カートリッジSTTC−037では、その場
合の出力電力は11.5から9.5ワットである。.033の先端
カートリッジを使用した際には、そのピーク電力を少な
くとも9.5ワットで達成しなければならない。もしそう
でなければ、結合部温度はあまりに高過ぎることになる
か、カートリッジ先端の選択が正しくなかったのであ
る。もしピーク電力が11.5ワットを越えても、５秒間以
内にその電力が11.5ワットに減少したならば、良質なは
んだ付け結合が行なわれるであろう。
から成る温度制御付きのはんだ壺又はポットを図示す
る。此等の試験ははんだごて先端を溶融はんだ中に置く
ことによって行なわれた。このはんだポットによる負荷
試験によって、カートリッジ先端の温度が異なるときの
当該カートリッジの出力電力の特徴付けを行なうことが
できる。ここでの出力電力対温度の変化はその先端の熱
的抵抗に起因している。熱的抵抗がより低ければ低い程
（矩形且つ大型の先端の場合）、その曲線はより急峻と
なる。第３図は同一ワット数であるが異なる大きさを有
する３つの異なるカートリッジのはんだポットによる負
荷試験の結果を示す。これもまた定常状態の熱伝達であ
るので、良質なはんだ結合の形成を出力電力で確認する
ことができる。良質な結合は、450゜〜500゜Fの間の温
度で形成される。カートリッジSTTC−037では、その場
合の出力電力は11.5から9.5ワットである。.033の先端
カートリッジを使用した際には、そのピーク電力を少な
くとも9.5ワットで達成しなければならない。もしそう
でなければ、結合部温度はあまりに高過ぎることになる
か、カートリッジ先端の選択が正しくなかったのであ
る。もしピーク電力が11.5ワットを越えても、５秒間以
内にその電力が11.5ワットに減少したならば、良質なは
んだ付け結合が行なわれるであろう。
第５図は、本発明に係るはんだごての制御機構のブロ
ック図である。図面中、操作用ハンドルとして示したは
んだごて10には、電力センサー14を含むRF6−30型電力
供給源12によってrf電力が供給されている。センサー14
ははんだごて10に供給される電力を検知し、ピーク電力
指示計16にdc信号を供給している。ピーク電力が指示さ
れたならば、はんだ付け結合は完了され、工程作業は終
了されることになる。工程の終了はその工程作業者によ
ってなされてもよく、装備機構によって全自動的に行な
わせてもよい。
ック図である。図面中、操作用ハンドルとして示したは
んだごて10には、電力センサー14を含むRF6−30型電力
供給源12によってrf電力が供給されている。センサー14
ははんだごて10に供給される電力を検知し、ピーク電力
指示計16にdc信号を供給している。ピーク電力が指示さ
れたならば、はんだ付け結合は完了され、工程作業は終
了されることになる。工程の終了はその工程作業者によ
ってなされてもよく、装備機構によって全自動的に行な
わせてもよい。
第６図は本発明の第２実施例に用いられるヒータを示
す。中空円筒形のセラミック本体24又は他の熱的且つ電
気的な絶縁体にコイル22が巻回されている。この中空セ
ラミック本体24内には強磁性コア26がコイル22と同軸状
に配置されている。強磁性体から成る中空シェル28がコ
イル22を覆って上記中空セラミック体24の端部を越えて
当該セラミック体の回りに配置されており、その先端に
はヒータ先端30を提供している。
す。中空円筒形のセラミック本体24又は他の熱的且つ電
気的な絶縁体にコイル22が巻回されている。この中空セ
ラミック本体24内には強磁性コア26がコイル22と同軸状
に配置されている。強磁性体から成る中空シェル28がコ
イル22を覆って上記中空セラミック体24の端部を越えて
当該セラミック体の回りに配置されており、その先端に
はヒータ先端30を提供している。
工程作業に際して、コイル22を励磁すると、コア26に
よって高められた磁束がシェル28に結合する。前述の米
国特許第4,256,945号に開示されるように、シェル28は
強磁性材料であるためその表層効果により誘導電流の流
れがシェル28の表面部分に制限されるため、電流が流れ
る部分の断面積が小さくなりシェル全体の電気抵抗が大
きくなる。このような大きな抵抗に基づく抵抗加熱によ
りこの強磁性材料のキュリー温度、この例の場合には約
500゜F近くまでシェル28は加熱される。また、加熱温度
がキュリー温度に近づくにつれ、シェル28とコア26は常
磁性に近づき表層効果が減少するので、誘導電流はシェ
ル28の断面全体を流れるようになり、シェル28を電流が
流れる部分の断面積が大きくなり全体抵抗が小さくな
る。その結果、抵抗加熱量が減少して温度が低下する。
シェル28の温度が低下すると、シェル28とコア26は強磁
性に近づき表層効果が増大して、シェル28が再びキュリ
ー温度まで加熱される。以上のような加熱サイクルが繰
り返されることになる。
よって高められた磁束がシェル28に結合する。前述の米
国特許第4,256,945号に開示されるように、シェル28は
強磁性材料であるためその表層効果により誘導電流の流
れがシェル28の表面部分に制限されるため、電流が流れ
る部分の断面積が小さくなりシェル全体の電気抵抗が大
きくなる。このような大きな抵抗に基づく抵抗加熱によ
りこの強磁性材料のキュリー温度、この例の場合には約
500゜F近くまでシェル28は加熱される。また、加熱温度
がキュリー温度に近づくにつれ、シェル28とコア26は常
磁性に近づき表層効果が減少するので、誘導電流はシェ
ル28の断面全体を流れるようになり、シェル28を電流が
流れる部分の断面積が大きくなり全体抵抗が小さくな
る。その結果、抵抗加熱量が減少して温度が低下する。
シェル28の温度が低下すると、シェル28とコア26は強磁
性に近づき表層効果が増大して、シェル28が再びキュリ
ー温度まで加熱される。以上のような加熱サイクルが繰
り返されることになる。
第７図にははんだ付け結合の善し悪しを示し得る特性
曲線を示す。
曲線を示す。
曲線Ａにおいて、ヒータはＸ点でキュリー温度に到達
して最大加熱状態となり、そして負荷に伝達されている
電力は低点X1に落ちる。第２ピークであるＹ点ははんだ
溶融の結果であり、熱がはんだ付け結合部へ向って拡大
し伝達されてヒータ温度が減少することになる。これは
温度を維持するためにより多くの電力を要求している。
加熱されるべき全ての要素が加熱された後、ヒータはア
イドル状態となり、温度はレベルＺまで落ちる。曲線Ａ
で示されているように、このアイドル電力が無負荷状態
を示す線Z1の上方にあれば、結合は適切に完了したこと
になる。
して最大加熱状態となり、そして負荷に伝達されている
電力は低点X1に落ちる。第２ピークであるＹ点ははんだ
溶融の結果であり、熱がはんだ付け結合部へ向って拡大
し伝達されてヒータ温度が減少することになる。これは
温度を維持するためにより多くの電力を要求している。
加熱されるべき全ての要素が加熱された後、ヒータはア
イドル状態となり、温度はレベルＺまで落ちる。曲線Ａ
で示されているように、このアイドル電力が無負荷状態
を示す線Z1の上方にあれば、結合は適切に完了したこと
になる。
曲線Ｂは不良のはんだ付け結合の特性曲線である。こ
の曲線ではＸ点でピーク電力まで立ち上がるものの、曲
線Ａに示されるようなはんだの溶融を表わす第２のピー
ク点Ｙが存在しない。すなわち、曲線Ｂでは、はんだが
溶融温度以下のキュリー温度に達すると先端温度が初期
温度まで低下してしまい、強磁性が低減した結果として
現れる点Ｙが存在しないことになる。また、この曲線Ｂ
においては、Ｘ点を過ぎて正味電力がほぼ一定となるア
イドル状態値が、曲線Ａに示される無負荷状態を表わす
線Z1付近まで低下しており、負荷に熱が殆ど伝達されて
いないか全くなされていないことを示している。
の曲線ではＸ点でピーク電力まで立ち上がるものの、曲
線Ａに示されるようなはんだの溶融を表わす第２のピー
ク点Ｙが存在しない。すなわち、曲線Ｂでは、はんだが
溶融温度以下のキュリー温度に達すると先端温度が初期
温度まで低下してしまい、強磁性が低減した結果として
現れる点Ｙが存在しないことになる。また、この曲線Ｂ
においては、Ｘ点を過ぎて正味電力がほぼ一定となるア
イドル状態値が、曲線Ａに示される無負荷状態を表わす
線Z1付近まで低下しており、負荷に熱が殆ど伝達されて
いないか全くなされていないことを示している。
前述のように、はんだ付け結合に際して要求される所
望の関数としてのピーク電力は、はんだの溶融温度以上
の温度を与えるレベルである必要がある。したがって、
曲線Ｂのように、曲線Ａと同様にピーク点Ｘにおいて最
大加熱状態が達成されているものの、Ｘ点においてはん
だ溶融温度に達しないものは、本発明に含まれない。
望の関数としてのピーク電力は、はんだの溶融温度以上
の温度を与えるレベルである必要がある。したがって、
曲線Ｂのように、曲線Ａと同様にピーク点Ｘにおいて最
大加熱状態が達成されているものの、Ｘ点においてはん
だ溶融温度に達しないものは、本発明に含まれない。
このように、本発明の第２実施例に従えば、第７図を
基に詳述したように、電力対時間のグラフを観察するこ
とによって、そのはんだ付け結合の善し悪しが容易に決
定されることになる。
基に詳述したように、電力対時間のグラフを観察するこ
とによって、そのはんだ付け結合の善し悪しが容易に決
定されることになる。
なお、第２実施例で用いるヒータはその電力供給量が
強磁性材料のキュリー点とそれ以下の温度では異なり、
すなわち正味電力が温度によって変化するものである
が、このようなヒータでは、第７図（ａ）に示す正味電
力と時間との関係において、時間の関数として表わされ
る正味電力には既に温度による効果が含まれているもの
と考えられる。
強磁性材料のキュリー点とそれ以下の温度では異なり、
すなわち正味電力が温度によって変化するものである
が、このようなヒータでは、第７図（ａ）に示す正味電
力と時間との関係において、時間の関数として表わされ
る正味電力には既に温度による効果が含まれているもの
と考えられる。
［発明の効果］ 本発明は以上説明したように構成されているので、は
んだ付け工程作業に際して良質なはんだ付け結合の完了
を容易に決定することが可能となる。
んだ付け工程作業に際して良質なはんだ付け結合の完了
を容易に決定することが可能となる。
第１図は負荷の大きさに依存しての電力対結合部温度の
特性曲線、第２図はヒータ先端の形状に依存しての電力
対結合部温度の特性曲線、第３図は同一ワット数である
異なる３つのカートリッジによるはんだポットを用いた
負荷試験結果を示す特性図、第４図ははんだポットの概
略図、第５図は本発明に係るはんだごての制御機構のブ
ロック図、第６図は本発明の第２実施例に採用されるヒ
ータの概略断面図、第７図ははんだ付け結合の良否を示
し得る特性曲線を示す。 図面中の主な参照番号 10……はんだごて、12……電力供給源、14……電力セン
サー、16……電力指示計、22……コイル、24……中空円
筒形セラミック本体、26……コア、28……中空シェル、
30……ヒータ先端。
特性曲線、第２図はヒータ先端の形状に依存しての電力
対結合部温度の特性曲線、第３図は同一ワット数である
異なる３つのカートリッジによるはんだポットを用いた
負荷試験結果を示す特性図、第４図ははんだポットの概
略図、第５図は本発明に係るはんだごての制御機構のブ
ロック図、第６図は本発明の第２実施例に採用されるヒ
ータの概略断面図、第７図ははんだ付け結合の良否を示
し得る特性曲線を示す。 図面中の主な参照番号 10……はんだごて、12……電力供給源、14……電力セン
サー、16……電力指示計、22……コイル、24……中空円
筒形セラミック本体、26……コア、28……中空シェル、
30……ヒータ先端。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−87549（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−6837（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−216854（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−192875（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−187263（ＪＰ，Ａ) 特表 昭60−500981（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 1/00 B23K 3/02 B23K 3/03 B23K 3/04
Claims (7)
- 【請求項１】適切なはんだ付け工程の完了を決定する方
法において、 はんだ付けされようとする部材に隣接する物理的な部材
を損なうことなく適切なはんだ付け結合を行なうに際し
て要求されるパラメータの関数としての、ヒータへ入力
される必要なピーク電力を予め決定し、 はんだ付け操作を開始し、 上記ヒータへの電力を測定して上記パラメータの関数と
してのピーク電力の発生を確定し、 上記パラメータの所望の関数としての上記ピーク電力を
検出することにより、上記はんだ付け工程を終了するこ
とから成る適切なはんだ付け工程の完了を決定する方
法。 - 【請求項２】上記所望の関数は、上記電力の時間的変化
に関するグラフが特殊形状となる関数である、請求項１
記載の方法。 - 【請求項３】上記所望の関数は、前記ピーク電力に後続
して現われ、かつ当該ピーク電力より小さいピーク電力
値を伴う関数である、請求項１記載の方法。 - 【請求項４】上記後続ピーク電力出現後の時間的電力変
化が、所定の基準電力レベル以上に維持される、請求項
３記載の方法。 - 【請求項５】上記ヒータに入力される電力値は、第１の
ピーク値に上昇し、該第１のピーク値から下降し、次い
で第２のピーク値まで上昇し、さらに所定の基準電力レ
ベル以上の電力レベルに下降する、請求項１記載の方
法。 - 【請求項６】適切なはんだ付け工程の完了を決定する装
置において、 適切なはんだ付け結合を行なうに際して要求されるパラ
メータの関数としての、ヒータへ入力される必要なピー
ク電力を予め決定する手段と、 はんだ付け操作を開始する手段と、 電力を測定して上記パラメータの関数としてのピーク電
力の発生を確定する手段と、 上記パラメータの所望の関数としての上記ピーク電力を
検出することにより、上記はんだ付け工程を終了する手
段と、 を備えて成る適切なはんだ付け工程の完了を決定する装
置。 - 【請求項７】上記電力を測定する手段が、負荷に伝達さ
れる電力に関連した関数を確立する手段を含む、請求項
６に記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US36530089A | 1989-06-13 | 1989-06-13 | |
| US365,300 | 1989-06-13 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0327872A JPH0327872A (ja) | 1991-02-06 |
| JP2999223B2 true JP2999223B2 (ja) | 2000-01-17 |
Family
ID=23438301
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2154889A Expired - Lifetime JP2999223B2 (ja) | 1989-06-13 | 1990-06-13 | はんだ付け接合方法及び装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0403260B1 (ja) |
| JP (1) | JP2999223B2 (ja) |
| AT (1) | ATE115454T1 (ja) |
| CA (1) | CA2018561C (ja) |
| DE (1) | DE69015009T2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10220297A1 (de) * | 2002-05-07 | 2003-11-27 | Innotronic Gmbh | Verfahren zur Überwachung der Lötspitzentemperatur eines Lötkolbens |
| US7259356B2 (en) * | 2003-11-07 | 2007-08-21 | Delaware Capital Formation, Inc. | Temperature self-regulating soldering iron with removable tip |
| US9516762B2 (en) | 2014-08-04 | 2016-12-06 | Ok International Inc. | Soldering iron with automatic soldering connection validation |
| US10688578B2 (en) | 2014-08-04 | 2020-06-23 | OK International, Inc | Variable temperature controlled soldering iron |
| US10716220B2 (en) | 2014-08-04 | 2020-07-14 | Ok International, Inc. | Variable temperature controlled soldering iron |
| CA2915654C (en) * | 2015-07-08 | 2018-05-01 | Delaware Capital Formation, Inc. | An intelligent soldering cartridge for automatic soldering connection validation |
| US10974335B2 (en) * | 2018-07-10 | 2021-04-13 | Hakko Corporation | Composite soldering, de-soldering station load detection |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4256945A (en) * | 1979-08-31 | 1981-03-17 | Iris Associates | Alternating current electrically resistive heating element having intrinsic temperature control |
| US4839501A (en) * | 1984-12-21 | 1989-06-13 | Metcal, Inc. | Cartridge soldering iron |
| JPS6245469A (ja) * | 1985-08-26 | 1987-02-27 | Nippei Toyama Corp | レ−ザ半田付け装置の制御方法 |
| JPS6444277A (en) * | 1987-08-11 | 1989-02-16 | Nippon Kokan Kk | Temperature control method |
-
1990
- 1990-06-08 CA CA002018561A patent/CA2018561C/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-06-13 JP JP2154889A patent/JP2999223B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1990-06-13 AT AT90306451T patent/ATE115454T1/de not_active IP Right Cessation
- 1990-06-13 EP EP90306451A patent/EP0403260B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-06-13 DE DE69015009T patent/DE69015009T2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ATE115454T1 (de) | 1994-12-15 |
| DE69015009D1 (de) | 1995-01-26 |
| EP0403260A2 (en) | 1990-12-19 |
| CA2018561A1 (en) | 1990-12-13 |
| CA2018561C (en) | 1994-08-30 |
| EP0403260B1 (en) | 1994-12-14 |
| DE69015009T2 (de) | 1995-04-20 |
| EP0403260A3 (en) | 1991-02-06 |
| JPH0327872A (ja) | 1991-02-06 |
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