JP3998225B2 - 噴流はんだ槽 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント基板、特に微小なチップ部品搭載のプリント基板を溶融はんだではんだ付けする噴流はんだ槽に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時の電子機器は、軽薄短小の傾向から非常に小型化されてきており、それに使用する電子部品も小型となってきている。この小型の電子部品はチップ部品と呼ばれており、チップ部品をプリント基板に実装するには一般にソルダペーストではんだ付けすることにより行っている。このソルダペーストとは、粉末はんだとクリーム状のフラックスを混練して作製したものであるが、粉末はんだの製造やフラックスとの混練作業に多大な手間がかかるため、材料費が非常に高価となっている。従って、テレビ、ビデオ、ラジカセのように比較的安価な家電製品のプリント基板にチップ部品を実装する場合、ソルダペーストを用いてはんだ付けしていたのでは価格が高騰となってしまう。そこで家電製品のプリント基板にチップ部品を実装する場合は材料費が安価で、しかも大量生産が可能な浸漬はんだ付け法で行っている。
【０００３】
浸漬はんだ付け法とは、プリント基板をフラクサー、プリヒーター、噴流はんだ槽、冷却機、等の処理装置が設置された自動はんだ付け装置ではんだ付けする方法である。
【０００４】
ここで自動はんだ付け装置によるプリント基板のはんだ付けについて簡単に説明する。
【０００５】
自動はんだ付け装置では、プリント基板を自動はんだ付け装置の搬送装置で搬送しながらフラクサーでフラックス塗布、プリヒーターで予備加熱、噴流はんだ槽で溶融はんだの付着、冷却機でプリント基板に付着した溶融はんだの冷却を行うようになっている。
【０００６】
自動はんだ付け装置の噴流はんだ槽には、荒れた波を噴流する一次噴流ノズルと穏やかな波を噴流する二次噴流ノズルが設置されている。一次噴流ノズルでは荒れた波で溶融はんだが侵入しにくい箇所に溶融はんだを侵入させて未はんだをなくすものであり、二次噴流ノズルの穏やかな波は一次噴流ノズルの荒れた波で発生したブリッジやツララ等を修正するものである。
【０００７】
ところでチップ部品をプリント基板のはんだ付け面に搭載して浸漬法ではんだ付けした場合、チップ部品が直方体であるため、プリント基板のはんだ付け部であるパターンとチップ部品の電極部が直角の隅部となってしまう。プリント基板のはんだ付け部がこのように隅部となったプリント基板を噴流はんだ槽ではんだ付けすると、噴流口から噴流する溶融はんだが隅部に存在するフラックス・フュームを除去できず未はんだとなってしまうことがあった。そのためチップ部品を搭載したプリント基板のはんだ付けでは、荒れた波を作る噴流ノズルが必ず必要なものである。
【０００８】
従来より、荒れた波を作る噴流ノズルは多数提案されていた。荒れた波を作る例としては、噴流口内で外部からの動力により揺動体を回転させたり往復動させたりするもの（特公昭６２−４６２７０号、特公平５−８５２６２号）、噴流口内に多孔板を設置したもの（特公昭６３−１５０６３６号）、噴流口内に遊動体を設置し、この両端を引っ張りバネで保持したもの（特公平１−５９０７３号）等がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
これら荒れた波を作る噴流はんだ槽は、チップ部品を搭載したプリント基板に対して未はんだの解消に効果はあるものの別の問題を生じることがあった。例えば外部から動力で遊動体を動かして荒れた波を作るノズルは、モーターを熱いはんだ槽近くに設置するため、モーターの寿命が短くなったり、はんだ槽の温度変化によりモーターの回転数が変化して噴流状態が変わってしまったりすることがあった。
【００１０】
また噴流口に多孔板を設置した噴流はんだ槽では、多孔板の穴にはんだの酸化物が付着しやすく、長時間使用している間に穴の大きさが変わるため、やはり噴流状態も変わってしまうことがあった。
【００１１】
噴流口内に設置した遊動体をバネで保持した噴流ノズル（以下、バネ遊動式噴流ノズルという）は、遊動体が常に噴流するはんだで動かされているため、遊動体に酸化物が付着しにくく、しかも外部からの動力を必要としないためモーターの回転数の変化による噴流状態の変化が起こらないないという他の噴流はんだ槽にない優れた特長を有している。
【００１２】
しかしながら、従来のバネ遊動式噴流はんだ槽は、微小なチップ部品に対しては隅部へのはんだの侵入が充分ではなく、近時のようにチップ部品が高密度に実装されたプリント基板では未はんだを発生させることが稀にあり、また荒れた波を強くして未はんだをなくそうとすると、プリント基板の表面に溶融はんだが付着してしまうという所謂「はんだ被り」が生じてしまうことがあった。
【００１３】
本発明はバネ遊動式噴流ノズルにおいて、従来のものよりもチップ部品隅部への溶融はんだの侵入がしやすく、高密度実装のプリント基板でも完全に未はんだをなくすことができ、しかもはんだ被りのないという噴流はんだ槽を提供することにある。
【００１４】
従来のバネ遊動式噴流ノズルは、図４に示すように、噴流口２の略中央位置、即ちプリント基板の搬送方向（一点鎖線の矢印）手前にある進入側ノズル板３ａと遊動体６の間隔Ｚ、および搬送方向前方にある退出側ノズル板３ｂと遊動体６の間隔Ｚとがほとんど同じ間隔であった。このように遊動体を噴流口の中央に設置したのは、噴流口から噴流する溶融はんだの頂部をほぼ水平状態にして、噴流口から噴流する荒れた波をプリント基板全体に均一に接触させようとするためである。
【００１５】
また従来のバネ式遊動体ノズルにおける遊動体の浸漬位置、つまり進入側ノズル板３ａ、退出側ノズル板３ｂの上部から遊動体上部までの深さＤがこれら両ノズル板上部よりも、かなり下方、実際には深さＤが４〜５mm下方の位置となっていた。遊動体をノズル板上部から４〜５mm浸漬した位置に設置したのは、遊動体を深い位置に設置すると噴流口から噴流する溶融はんだの荒れた波が水平となり、プリント基板に均一に接触できると思われていたからである。
【００１６】
ところが、従来の噴流口の略中央位置に遊動体を設置したバネ遊動式噴流ノズルでは、荒れた波が少しでも大きくなると、プリント基板の表面にはんだ被りが起こってしまい、不必要な箇所にはんだが付着して電子機器の不良の原因となることがあった。
【００１７】
また遊動体を噴流口の内部に４〜５mm浸漬した従来のバネ遊動式噴流ノズルでは、チップ部品のはんだ付け部に未はんだを発生させることがあった。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明者が、従来のバネ遊動式噴流ノズルにおいて、プリント基板の表面にはんだ被りを起こす原因について鋭意研究を重ねた結果、自動はんだ付け装置では、プリント基板を搬送装置で上方に少し傾斜（α：約５度）させて搬送することから、従来のバネ遊動式噴流ノズルのように噴流部分がほぼ水平であると、噴流部分全体にプリント基板を接触させるためには、進入側ノズル板近傍で噴流する溶融はんだに深く浸漬しなければならず、このときに進入側ノズル板近傍で噴流する溶融はんだがプリント基板の表面に被ってしまうものであった。
【００１９】
また遊動体を噴流口の内部に４〜５mm浸漬させた従来のバネ遊動式噴流ノズルでは、噴流する上部が凹凸のある荒れた状態となるが、凹凸部の頂部がほぼ水平となるため、進入側ノズル板近傍で噴流している荒れた波でチップ部品の隅部に存在するフラックス・フュームが除去されかかっても、プリント基板は長時間溶融はんだに接触し続けるため、一度除去されかかったフラックス・フュームが溶融はんだに邪魔されて、そこに留まり未はんだとなってしまうものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明者は、バネ遊動式噴流ノズルにおいて、進入側ノズル板近傍で噴流する溶融はんだの高さと退出側ノズル板近傍で噴流する溶融はんだの高さを傾斜搬送されるプリント基板に合わせることができれば、プリント基板表面への被りもなくなり、またプリント基板が荒れた波に接触したときにフラックス・フュームが抜け出る空間ができればフラックス・フュームも抜けやすくなることに着目して本発明を完成させた。
【００２２】
本発明は、一次噴流ノズルの噴流口が進入側ノズル板と退出側ノズル板で形成され、該噴流口内には長手方向にわたって棒状の遊動体が設置されていて、しかも該遊動体の両側がバネで保持されている噴流はんだ槽において、前記退出側ノズル板と遊動体の間隔が進入側ノズル板と遊動体の間隔よりも広くなっており、また前記バネは複数箇所で屈曲しているとともに、屈曲方向が縦方となった波状の板バネであることを特徴とする噴流はんだ槽である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明では、進入側ノズル板近傍で噴流する溶融はんだ（以下、進入側噴流はんだという）に頂部を形成し、また退出側ノズル板近傍で噴流する溶融はんだ（以下、退出側噴流はんだという）に頂部を形成し、進入側噴流はんだの頂部と退出側噴流はんだの頂部を結んだ線をプリント基板の傾斜搬送角度に合わせるようにする。このように進入側噴流はんだの頂部と退出側噴流はんだの頂部を結んだ線が搬送角度に合っていると、プリント基板には決してはんだ被り起こすことがない。
【００２５】
退出側噴流はんだの頂部を進入側噴流はんだの頂部よりも高くする手段としては遊動体を進入側ノズル板に近付ける。つまり進入側ノズル板と遊動体の間隔を狭め、退出側ノズル板と遊動体の間隔を、それよりも広くするものである。このように遊動体の両側の間隔を異にすると、間隔の広い方からの流出量が間隔の狭い方からの流出量よりも多くなることから、間隔の広い方から噴流する溶融はんだの高さも高くなる。
【００２６】
また本発明の噴流はんだ槽では、遊動体の上部をノズル板の上部と略同一、詳細には遊動体の上部をノズル板上部よりも１mm高い位置からノズル板上部よりも２mm低い位置に設置する。噴流口内で遊動体の上部の位置をノズル板上部から＋１mm〜−２mmの間に置くと、遊動体上の溶融はんだが少なくなるため、溶融はんだを噴流口から噴流させたときに遊動体上部では溶融はんだが高く噴流しなくなり、進入側噴流はんだが山、遊動体上部が谷、そして退出側噴流はんだが山という状態になる。このように噴流口から噴流する溶融はんだが「山・谷・山」となる噴流はんだでプリント基板のはんだ付けを行うと、先ず進入側噴流はんだの部分でチップ部品の隅部に溶融はんだが侵入しようとし、その直後に谷の部分に移動するため、ここでフラックス・フュームが容易に抜けて溶融はんだがチップ部品の隅部に侵入する。また進入側噴流はんだで充分に溶融はんだが侵入しなかった部分には次の山のところ、つまり退出側噴流はんだのところで侵入するため、未はんだのないはんだ付けができるものとなる。
【００２７】
【実施例】
以下図面に基づいて本発明を説明する。図１は本発明実施例の斜視図、図２は同要部拡大斜視図、図３は本発明噴流はんだ槽における噴流状態を説明する側面断面図である。
【００２８】
バネ遊動式噴流ノズル１は、噴流口２が一対のノズル板３ａ、３ｂと側板４、４から形成されている。側板４、４はノズル板３ａ、３ｂよりも高さが高くなっている。これは噴流口から噴流した溶融はんだをノズル板の方から流出させるためである。
【００２９】
噴流はんだ槽には、図示しないポンプとモーターが設置され、ポンプの稼働により溶融はんだが下方から送られて、噴流口から噴流するようになっている。側板４、４には穴５、５が穿設されており、該穴を通して遊動体６が設置されている。穴５、５は遊動体６の直径よりも大径となっており、遊動体の自由な遊動を妨げない大きさとなっている。一対のノズル板３ａ、３ｂ間で形成される噴流口２の幅は５〜７mmが適当であり、該噴流口内に設置する遊動体の直径は１．５〜３mmが適当である。
【００３０】
遊動体６の両端にはバネ７、７が設置されている。実施例のバネは複数箇所で屈曲した波状の板バネであり、屈曲方向は縦方となっている。該板バネは、一端が遊動体６の端部に固定され、他端がホルダー８、８に固定されている。ホルダー８、８は図示しないはんだ槽本体に固定されている。板バネ７は立設した状態、即ち板バネは溶融はんだの噴流方向と平行した状態に設置されている。従って、板バネは横方には振れるが縦方には全く振れない。
【００３１】
遊動体６は、図３に示すように噴流口２内において、図示しないプリント基板は一点鎖線の矢印のように傾斜角度αをもって搬送され、進入側ノズル板３ａと遊動体６の間隔Ｘは、退出側のノズル板３ｂと遊動体６の間隔Ｙよりも狭くなっている。つまり間隔Ｘと間隔Ｙの関係はＸ＜Ｙとなっている。このように遊動体の両側の間隔をＸ＜Ｙにすると、噴流口から噴流する溶融はんだは進入側よりも退出側が高く噴流するようになる。つまり、プリント基板は少し上方に傾斜した状態（約５度）で搬送されるため、溶融はんだの噴流高さを進入側よりも退出側の方を高くしておくと、プリント基板は表面の被りがなくなり、噴流する溶融はんだに均一に接触することができるようになる。しかしながら、遊動体が退出側方向に大きく遊動すると、波が安定しなくなるため、退出側ノズル板３ｂの略中央には遊動体の大きな遊動を拘束する拘束片９が設置されている。
【００３２】
次に上記噴流はんだ槽における溶融はんだの噴流状態について説明する。図示しないポンプを稼働させると、図３に示すように溶融はんだ１０は下方から送られて、噴流口２から噴流し、一対のノズル板３ａ、３ｂから流出する。このとき下方から流動してくる溶融はんだ中に遊動体６が設置されているため、遊動体の後部（図中上部）の流れに所謂カルマンの渦流が発生し、流れが乱されるとともに、勢いのある溶融はんだの流れにより遊動体が揺らされようとする。しかしながら、遊動体は両端が立設した板バネ７、７で保持されているため遊動体も遊動し、該遊動体の遊動にともなって噴流口２から噴流する溶融はんだ１０は、遊動体の遊動により荒れた波となる。このとき噴流口２から噴流する溶融はんだは、進入側が狭く退出側が広くなっているため、進入側よりも退出側の方が高く噴流し、上方に傾斜して搬送されるプリント基板は進入側と退出側で均一に接触するようになる。このとき進入側でチップ部品の隅部に侵入しようとした溶融はんだはフラックス・フュームが抜けきれないが、その後の谷となる空間部でフラックス・フュームが完全に抜けるようになる。退出側でも同様の現象が起こりプリント基板は未はんだのないはんだ付けが行われる。
【００３３】
本発明の噴流はんだ槽でチップ部品が大量に搭載されたプリント基板のはんだ付けを行ったところ、未はんだは皆無であったが、従来のバネ式噴流はんだ槽で同じプリント基板のはんだ付けを行ったところ、未はんだが発生していた。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、プリント基板の表面へのはんだの被りをなくすことができるにもかかわらず、荒れた波に均一に接触させることができ、しかも荒れた波を山・谷・山のように頂部を二箇所にしたことから、一度では侵入できなかったチップ部品の隅部に二度の荒れた波の侵入する機会を与えることができるため、未はんだの発生が皆無となるという信頼性に優れたはんだ付けが行えるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の噴流はんだ槽の斜視図
【図２】同要部拡大斜視図
【図３】本発明噴流はんだ槽における噴流状態を説明する側面断面図
【図４】従来の噴流はんだ槽における噴流状態を説明する側面断面図
【符号の説明】
１ バネ噴流式ノズル
２ 噴流口
３ａ 進入側ノズル板
３ｂ 退出側ノズル板
４ 側板
５ 穴
６ 遊動体
７ 板バネ
８ ホルダー
９ 拘束片
１０ 溶融はんだ

Claims (1)

1. 一次噴流ノズルの噴流口が進入側ノズル板と退出側ノズル板で形成され、該噴流口内には長手方向にわたって棒状の遊動体が設置されていて、しかも該遊動体の両側がバネで保持されている噴流はんだ槽において、前記退出側ノズル板と遊動体の間隔が進入側ノズル板と遊動体の間隔よりも広くなっており、また前記バネは複数箇所で屈曲しているとともに、屈曲方向が縦方となった波状の板バネであることを特徴とする噴流はんだ槽。

Images