JP3989235B2

JP3989235B2 - はんだ付け装置

Info

Publication number: JP3989235B2
Application number: JP2001358756A
Authority: JP
Inventors: 正信 ▲高▼橋; 洋一横山; 剛士坂口
Original assignee: Ueda Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Ueda Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2001-11-26
Filing date: 2001-11-26
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2021-11-26
Also published as: JP2003158370A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に部品をはんだ接合するはんだ付け装置に関し、特に、スループットの向上が可能となる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
基板に対する部品のはんだ接合は、プリント基板に対する電子部品の実装において、従来より行われているが、製品の小型軽量化の進展に伴い、はんだ接合対象となる部品の微細化が進み、はんだ接合の更なる精度向上が望まれている。
【０００３】
ここで、従来の手作業によるはんだ付け方法について図６を参照して説明する。図６は、微小部品Ｗの基板６０上への実装作業の説明図である。ここで部品Ｗは直方体（例えば高さ２ｍｍ、底面０．７ｍｍ×０．７ｍｍの正方形）の電子部品である。この部品Ｗが縦立した状態で、その底面（すなわち部品Ｗの電極）と基板６０上のパッド６２（すなわち基板６０の電極）とがはんだ接合される。パッド６２には予め熱可塑性のクリームはんだ６４が塗布されており、接合作業者は、ピンセット６６によって部品Ｗを把持してパッド６２上にその底面を押さえつけた状態で、ノズル６８を用いて接合部分に熱風を吹き付ける。
【０００４】
この作業は全て手作業で行われており、時間を要する面倒な作業となっていた。また部品およびノズルを作業者が素手で保持していたため、作業中に部品が動くなどした場合には、所望の接合姿勢あるいは接合強度が得られなくなってしまうという問題があった。
【０００５】
このような問題を解決すべく、発明者らははんだ付け装置を発明し、既に特願２０００−２４１１３１号として出願した。このはんだ付け装置では、部品保管位置から接合位置まで搬送アームによって接合対象部品を搬送し、その部品搬送アームによって基板との接合姿勢に部品を静止保持した状態で、接合部のはんだに熱風を吹きかけてはんだを溶融する。このため手作業時に生じていた上記のような問題が解消され、はんだ接合位置の精度向上、はんだ接合の強度向上、および処理時間の短縮等が実現される。本発明は、このはんだ付け装置に対して改良を図ったものであり、特に、部品の搬送にかかる時間を短縮し、スループットを更に向上することをその目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるはんだ付け装置は、基板に部品をはんだ接合するはんだ付け装置において、筒状の先端アームと、前記先端アームに側方から接続される搬送管内で部品をエア圧送することにより、基板上の接合位置の近傍まで部品を搬送するエア搬送機構と、前記先端アームの筒内に設けられ、前記接合位置近傍に搬送された部品を所定の接合姿勢で保持する部品吸着ノズルと、前記部品吸着ノズルを、前記接合位置に近接または離間するように駆動させる部品吸着ノズル駆動機構と、部品が前記接合姿勢に保持された状態で、基板と部品とのはんだ接合部に加熱ガスを供給し、該接合部に予め塗布されたはんだを溶融する加熱ガス供給ノズルと、前記エア搬送機構と、前記部品吸着ノズル駆動機構と、を制御する制御部と、を備え、前記先端アームに設けられ、筒内側に位置して前記部品吸着ノズルの進路を塞ぐとともに部品の搬送経路の壁面を形成し、筒外側に位置して前記部品吸着ノズルの進路を開放する可動弁を有し、前記制御部は、前記可動弁を、前記接合位置から前記部品吸着ノズルが離間して部品をエア圧送するときは筒内側に位置させて、前記接合位置に位置する部品に前記部品吸着ノズルが近接するときは筒外側に位置させることを特徴とする。こうすれば、部品接合の度に部品保管位置と接合位置との間で部品搬送アームを移動させる場合に比べて部品の搬送時間を低減することができ、スループットの向上を図ることができる。
【０００７】
また本発明にかかるはんだ付け装置では、上記搬送管内に加熱ガスが供給され、該搬送管の部品出口近傍が上記加熱ガス供給ノズルとして機能するのが好適である。こうすれば、部品構成の共用化を図ることができ、装置構成の更なる小型軽量化が可能となる。
【０００８】
また本発明にかかるはんだ付け装置では、上記搬送管は、基板に対して近接／離間自在に構成され、基板に近接した状態では、上記接合姿勢の部品が該搬送管の部品出口近傍に部分的に挿入された状態となるように構成されるのが好適である。このような構成により、搬送管の部品出口近傍を、搬送管内を圧送された部品を位置合わせし、かつ該部品の倒れを抑制する部材として利用することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態にかかるはんだ付け装置１０のブロック図、図２は、はんだ付け装置１０の処理アーム１２の一部を示す斜視図、図３は、処理アーム１２の先端部の断面図、図４は、処理アーム１２の先端部の部品出口２８と部品Ｗとの位置関係を示す図（基板側から見た図）、また図５は、はんだ接合部に供給されるガスの流れを示す図、である。
【００１０】
本実施形態にかかるはんだ付け装置１０は、基板１４（図２）上の接合位置近傍に移動された処理アーム１２（先端アーム１２ａ；図２）の先端部に、搬送管２６（図２）を含むエア圧送機構１６によって部品Ｗを搬送し、搬送された部品Ｗを部品保持機構１８によって接合姿勢に保持し、接合姿勢に保持された部品Ｗの接合部に対しガス供給機構２０で加熱ガスを供給してはんだを溶融し、さらにガス供給機構２０で冷却ガスを供給して接合部を冷却する。
【００１１】
処理アーム１２は、処理アーム駆動機構（例えば複数のＡＣサーボモータ等を含む）２２によって所定の３次元領域内を移動可能に構成される。処理アーム駆動機構２２は制御部（例えばＣＰＵ等）２４によって制御され、部品Ｗの搬送先としての処理アーム１２の先端部を基板１４上の所定の接合位置近傍に移動させる。
【００１２】
エア圧送機構１６は、例えば加圧機構（例えば加圧するためのエアポンプ、電磁制御減圧弁、電磁制御開閉弁等を含む）２５、搬送管２６（図２）などを備える。制御部２４によって制御されたこれらエアポンプあるいは電磁制御弁が動作し、所定の部品Ｗが搬送管２６内を通って、基板１４上の接合位置近傍に位置する処理アームの先端部まで搬送される。搬送管２６の部品出口２８（図２）は、処理アーム１２の先端部に形成される。搬送管２６はその途中に例えば樹脂からなるフレキシブルチューブ３０（図２）を備えており、処理アーム１２の移動に伴って部品出口２８が移動した（例えば基板１４に対する近接／離間）場合にも、フレキシブルチューブ３０が変形することにより、部品Ｗがスムーズに移動することが可能な部品搬送経路が確保される。なお、部品Ｗは、エア圧送機構１６によって搬送される前に、予め部品格納部（図示せず）において所定の整列機構等によって整列されている。この部品格納部は、処理アーム１２と共に移動する部分に設けてもよいし、処理アーム１２を支持する固定された基台（図示せず）側に設けてもよい。
【００１３】
部品保持機構１８は、例えば部品を吸着する部品吸着ノズル３２（図２および図３）、吸引機構（例えば吸引力を発生させるためのエアポンプ、電磁制御弁等を含む）３４、および部品Ｗに対して部品吸着ノズル３２を近接／離間させるノズル駆動機構（例えばエアシリンダ等を含む）３６を備える。
【００１４】
ガス供給機構２０は、例えば加熱あるいは冷却用の媒体としてのガス（例えば窒素ガス）を供給するための加圧機構（例えばエアポンプ、電磁制御弁等）３５、加圧機構３５から供給されたガスを温調する温調機構（例えば加熱する電熱ヒータ［例えばセラミックヒータ、ニクロム線ヒータ等］あるいは冷却するペルチェ素子等を含む）３７、を備える。
【００１５】
上記各機構の動作は、制御部２４によって制御される。制御部２４は上記各機構を含む装置各部を、記憶部（例えばＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等）３９に予め記憶された動作手順に従って動作させ、はんだ接合処理を実行させる。はんだ接合処理の動作開始あるいは終了は、入力部（たとえばキーボードあるいは操作スイッチ等）３８における入力によって制御される。動作手順、条件等をこの入力部３８からの入力によって変更することも可能である。また、このはんだ付け装置１０には出力部（例えばディスプレイ等）４０が設けられており、ここに、装置各部（上記各機構）の動作状態あるいは処理進捗状況（処理数等）などを、適宜所定の形式で出力（例えば表示）させることが可能である。
【００１６】
処理アーム１２は、例えば図２に示すように、部品Ｗを保持する先端アーム１２ａと、処理アーム駆動機構２２（図１）によって駆動されるベースアーム１２ｂと、を含む。図２の例では、先端アーム１２ａは、弾性体（例えば二つのスプリング４２）を介してベースアーム１２ｂに支持（例えば懸架）され、該ベースアーム１２ｂに対しては垂直方向（すなわち基板１４の表面に対して垂直な方向）の移動のみが可能となるように構成されている。このような構成とすることで、処理アーム駆動機構２２（図１）によるベースアーム１２ｂの基板１４方向への押しつけ力が弾性体（スプリング４２）の反発力によって緩和され、部品Ｗと基板１４との間で過剰な押圧力が生じるのが抑制される。
【００１７】
搬送管２６は、例えば図２に示すように、先端アーム１２ａの先端部に側方（例えば斜め４５°上方）から接続されている。また図３に示すように、先端アーム１２ａの先端部は搬送管２６の一部として構成されており、先端アーム１２ａの開口（孔）２８は、搬送管２６によって搬送された部品Ｗの出口に相当する。先端アーム１２ａは、処理アーム駆動機構２２（図１）によって基板１４に対して近接／離間自在となるよう構成される。図３は、先端アーム１２ａが基板１４に近接した状態を示すが、この図からわかるように、基板１４上の接合位置近傍にエア圧送された部品Ｗは、搬送管２６の部品出口（すなわち開口２８）に部分的に挿入された状態となる。これにより、部品Ｗの倒れ（基板１４上への横倒し）が抑制される。またこのとき、例えば図４（基板１４側から上方向に見た図）に示すように搬送された部品Ｗが開口２８の丁度中央に到来するよう、搬送管２６の形状（例えば搬送管２６の断面形状、搬送管２６経路の曲率等）やエアの圧力などが適切に調整される。またこの図に示すように、例えば、部品Ｗの水平断面が正方形である場合には、開口２８の水平断面形状も正方形に形成され、開口２８の大きさは、部品Ｗの側壁と開口２８との間に、部品Ｗの周囲全体にわたって一定幅ｄの間隙が確保されるように設定される。また、部品Ｗが基板１４上に搬送された後、先端アーム１２ａを上下方向および／または水平方向に所定距離範囲内（好ましくは、上下方向には部品Ｗの高さ以内、かつ水平方向には間隙ｄ以内）で移動させるようにしてもよい。こうすれば、部品Ｗが開口２８の側壁面に倒れかかっていた場合にも、これを起立状態に修復することができる。
【００１８】
先端アーム１２ａは、例えば図２および図３に示すように、上下に伸びる筒状に構成されており、部品吸着ノズル３２は、この筒内で、接合位置（近傍）に位置する部品Ｗに近接／離間（上下動）自在に構成される。図２および図３の例では、部品吸着ノズル３２は、先端アーム１２ａに固定されるノズル駆動機構３６としてのエアシリンダ４４によって駆動される。部品吸着ノズル３２は、筒内上側に格納された状態から下降して接合位置近傍に搬送された部品Ｗに近接し、該部品Ｗの基板１４との接合面と反対側の面に当接してこの面を吸着し、所定の接合姿勢となるように（例えば部品Ｗの長手方向が基板１４の表面に対して垂直な方向となるように）該部品Ｗを保持する。基板１４に対する部品Ｗの接合位置および姿勢は、部品吸着ノズル３２が部品Ｗを保持している時の位置／姿勢によって規定される。このため、上記した開口２８に対する部品Ｗの位置の調整に加え、さらに、部品Ｗの保持位置／姿勢に影響する、はんだ付け装置１０の構成部品の形状、互いに結合されるその構成部品の相対的な位置関係、および可動部分（図２および図３の例の場合エアシリンダ４４）の動作量等が、予め適切に調整される。なお、部品Ｗの接合位置／姿勢を、処理アーム駆動機構２２を上下方向あるいは水平方向に駆動させて調整することも可能である。
【００１９】
部品吸着ノズル３２は、図３に示すように、先端アーム１２ａに弾性体（例えばスプリング４６）を介して上下動（基板１４に近接／離間する方向の移動）のみが自在となるように支持（懸架）されており、このスプリング４６の反発力により、部品吸着ノズル３２から部品Ｗに過剰な押圧力が作用するのが抑制される。
【００２０】
加熱ガスおよび冷却ガスは、例えば先端アーム１２ａの筒内に、例えば上側から供給される。図２および図３の例では、先端アーム１２ａの上側部分には、筒内に供給されるエアを加熱する温調機構３７（図１）としてのセラミックヒータ５２が設けられている。なお、ここでは図示しないが、エアを冷却するペルチェ素子を、同じ先端アーム１２ａの筒内に設けることもできる。
【００２１】
図５に示すように、部品吸着ノズル３２によって部品Ｗが基板１４上で所定の接合姿勢で保持された状態で、先端アーム１２ａの筒内にガス（加熱されたガスあるいは冷却用のガス；矢印で示す）が供給される。筒内に供給されたガスは、部品Ｗの側壁と開口２８との間隙から、基板１４に向けて吹き出す。すなわち、先端アーム１２ａの先端部の開口２８が、ガス供給ノズルに相当する。吹き出したガスは、部品Ｗの側壁に沿って流れ、部品Ｗと基板１４との接合部に当たる。このような構成により、加熱ガスを供給した場合には、接合部に予め塗布されたはんだが溶け、冷却用ガスを供給した場合には、溶けたはんだが固まる。このとき、部品Ｗは、上記したように、先端アーム１２ａの先端部の開口２８のほぼ中央に位置するように調整されているため、部品Ｗの周囲には均等なガスの流れが発生し、接合部の周囲に均等に加熱ガスあるいは冷却用ガスが当たり、場所による接合強度のばらつきが抑制される。
【００２２】
また先端アーム１２ａには可動弁５０が設けられている。この可動弁５０は、部品吸着ノズル３２の筒内格納時（すなわち部品Ｗから離間しているとき）には、筒内側に位置して該ノズルの進路を塞ぐとともに部品Ｗの搬送経路の壁面の一部を形成し、かつ部品吸着ノズル３２の下降時（すなわち部品Ｗに近接しているときあるいは部品Ｗの吸着時）には、筒外側に位置して該ノズル３２の進路を開放する。なお、この可動弁５０は、制御部２４（図１）に制御される可動弁駆動機構（例えばＡＣサーボモータ；図示せず）によって駆動されるよう構成するのが好適である。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、エア圧送によって接合位置に部品を搬送することができるため、部品保管位置から接合位置まで搬送アームによって部品を搬送していた場合に比して、部品搬送に要する時間が短縮され、その分スループットを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかるはんだ付け装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施形態にかかるはんだ付け装置の処理アームの一部を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態にかかるはんだ付け装置の処理アーム（先端アーム）の先端部の断面図である。
【図４】本発明の実施形態にかかるはんだ付け装置の処理アームの先端部の部品出口（開口）と部品との位置関係を示す図である。
【図５】本発明の実施形態にかかるはんだ付け装置においてはんだ接合部に供給されるガスの流れを示す図である。
【図６】従来のはんだ付け手法を示す説明図である。
【符号の説明】
１０はんだ付け装置、１２処理アーム（１２ａ先端アーム、１２ｂベースアーム）、１４基板、１６エア圧送機構、１８部品保持機構、２０ガス供給機構、２２処理アーム駆動機構、２４制御部、２６搬送管、２８部品出口（開口）、３２部品吸着ノズル、３７温調機構、５０可動弁。

Claims

基板に部品をはんだ接合するはんだ付け装置において、
筒状の先端アームと、
前記先端アームに側方から接続される搬送管内で部品をエア圧送することにより、基板上の接合位置の近傍まで部品を搬送するエア搬送機構と、
前記先端アームの筒内に設けられ、前記接合位置近傍に搬送された部品を所定の接合姿勢で保持する部品吸着ノズルと、
前記部品吸着ノズルを、前記接合位置に近接または離間するように駆動させる部品吸着ノズル駆動機構と、
部品が前記接合姿勢に保持された状態で、基板と部品とのはんだ接合部に加熱ガスを供給し、該接合部に予め塗布されたはんだを溶融する加熱ガス供給ノズルと、
前記エア搬送機構と、前記部品吸着ノズル駆動機構と、を制御する制御部と、
を備え、
前記先端アームに設けられ、筒内側に位置して前記部品吸着ノズルの進路を塞ぐとともに部品の搬送経路の壁面を形成し、筒外側に位置して前記部品吸着ノズルの進路を開放する可動弁を有し、
前記制御部は、前記可動弁を、前記接合位置から前記部品吸着ノズルが離間して部品をエア圧送するときは筒内側に位置させて、前記接合位置に位置する部品に前記部品吸着ノズルが近接するときは筒外側に位置させることを特徴とするはんだ付け装置。
前記搬送管内に加熱ガスが供給され、該搬送管の部品出口近傍が前記加熱ガス供給ノズルとして機能することを特徴とする請求項１に記載のはんだ付け装置。
前記搬送管は、基板に対して近接／離間自在に構成され、基板に近接した状態では、前記接合姿勢の部品が該搬送管の部品出口近傍に部分的に挿入された状態となるように構成されることを特徴とする請求項１または２に記載のはんだ付け装置。