JP4078599B2

JP4078599B2 - 噴流はんだ槽、噴流はんだ付け装置及び方法

Info

Publication number: JP4078599B2
Application number: JP2002370005A
Authority: JP
Inventors: 正仁峯▲崎▼
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2022-12-20
Also published as: JP2004200575A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、噴流はんだ槽、噴流はんだ付け装置及び噴流はんだ付け方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子工業では、プリント配線板の高密度実装に対処するため、表面実装技術（ＳＭＴ）が導入されている。それに対応する微小接合技術（ＩＣチップをプリント配線板に実装する技術等）でははんだ付けが多用され、その一種に噴流はんだ付けがある。これは、プリント配線板をコンベアで搬送し、はんだ槽の噴流ノズルから上方に噴流している溶融はんだに接触させるものである。
【０００３】
図８に従来の噴流はんだ付け装置を示す（特許文献１参照）。このはんだ付け装置はコンベア７０、噴流はんだ槽７３及び把持部材７８等を含む。プリント配線板８０を搬送するコンベア７０の上下左右が断面長方形チャンバ７１により覆われ、チャンバ出口直前にはんだ槽７３が配置されている。チャンバ７１の底部には入口から出口に向かってフラクサやプリヒータ（不図示）等が配置されている。
【０００４】
噴流はんだ槽７３上方でチャンバ７１の天井板を上方に突出させて突出部７５が形成されている。発生装置（不図示）から窒素ガスがパイプを通してチャンバ７１の出口近くに形成された吹出し口７６から突出部７５の密閉空間内に噴出される。図９に示すように、突出部７５内に配置された把持部材７８がプリント配線板８０を把持しており、噴流される溶融はんだがプリント配線板８０の裏面に付着される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２６１２０９号（段落番号０００４及び０００９、図１参照）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、環境問題等の理由から洗浄を必要としないフラックスを用いた場合、フラックスからはんだ付けまでの間にプリント配線板８０の端子や銅箔が酸化されるおそれがある。これを考慮して、吹出し口７６から突出部７５内に窒素ガスを吹き出し、不活性雰囲気下で噴流はんだ付けを行っている。
【０００７】
しかし従来の噴流はんだ付け装置では、はんだ槽７３の上方に形成した大きな突出部７５内に窒素ガスを充填させている。そのために、噴流はんだ付け装置が大型化するのみならず、多量の窒素ガスが必要となる。
【０００８】
本発明は上記事情を鑑みてなされたもので、小型化されかつ窒素ガスの使用量が少なくて済む噴流はんだ槽、噴流はんだ付け装置及び噴流はんだ付け方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願の発明者は、従来例のようにはんだ槽の開口全体を覆うのではなく、噴流ノズルの上方空間のみをカバーで覆うことを考えた。その上でカバーを、常に噴流ノズルの上方空間を覆い吹出し口から窒素ガスを吹き出す固定カバーと、プリント配線板を把持した把持部材と択一的にノズル上方空間に移動され、吹き出し口から窒素ガスを吹き出す可動カバーとに二分した。
▲１▼本願の第１発明による噴流はんだ槽は、上方に開口し溶融はんだを貯えた本体と；本体内に配置され溶融はんだを上方に噴流する噴流ノズルと；本体に固定され噴流ノズルの上方空間を覆い窒素ガスを吹き出す吹出し口を有する固定カバーと；本体に取り付けられ噴流ノズルの上方空間を覆う前進位置と覆わない後退位置との間で移動し、前進位置で窒素ガスを吹き出す吹出し口を有する移動カバーと；から成ることを特徴とする。
【００１０】
噴流はんだ槽は、固定カバーが上方空間の一部を覆い、前進位置に前進した移動カバーが上方空間の残部を覆う。
（２）本願の第２発明による噴流はんだ付け装置は、貯えた溶融はんだを上方に噴流する噴流ノズルを持つ本体、噴流ノズルの上方空間を覆い窒素ガスを吹き出す固定カバー、及び噴流ノズルの上方空間を覆う前進位置と覆わない後退位置との間で移動し、前進位置で窒素ガスを吹き出す移動カバーを含む噴流はんだ槽と；はんだ付け母材を把持及び開放する把持・開放位置と把持したはんだ付け母材を噴流ノズルから噴流する溶融はんだに接触させる接触位置との間で移動可能な把持機構と、把持機構を把持・開放位置と接触位置との間で移動させる移動部材と、
を含む母材供給機構と；から成ることを特徴とする。
【００１１】
把持機構は２組のチャック爪対を持ち、一方のチャック爪対が基板の移動方向前方及び後方の縁部を把持し、他方のチャック爪対が両側方の縁部を把持する。他方のチャック爪対の前方側のチャック爪は、噴流ノズルの上方に位置し固定カバーから吹き出す窒素ガスを噴流する溶融はんだに向けて案内するガス案内部を持つ。
（３）本願の第３発明による噴流はんだ付け方法は、溶融はんだを上方に噴流する噴流ノズルの上方空間を覆う位置に固定された固定カバーから窒素ガスを吹き出し、上方空間を覆う位置に前進した移動カバーから窒素ガスを吹き出すガス吹き出し工程と；移動カバーを噴流ノズルの上方空間から外れた位置に後退させ、代わりにはんだ付け母材を把持した把持機構を噴流する溶融はんだに接触する接触位置に前進させるはんだ付着工程と；から成ることを特徴とする。
【００１２】
請求項３の噴流はんだ付け方法は、請求項２のはんだ付着工程において、移動カバーがノズルの上方空間から外れ把持機構が接触位置に前進する前は溶融はんだの噴流量を多く、把持機構が接触位置に前進した後は少なくする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
＜噴流はんだ槽＞
噴流ノズル、特にその開口はははんだ付け母材に応じて種々の形状を持つことができ、それにより噴流する溶融はんだ（以下「噴流はんだ」と略称する）の形状が異なる。
【００１４】
固定カバーと移動カバーとは本体の開口のうち、噴流ノズルの上方空間のみを覆う。つまり、平面視において、固定カバー及び移動カバーが覆うのは本体の開口の一部に過ぎない。固定カバーは本体に固定され、移動カバーは前進位置と後退位置との間で移動可能に本体に取り付けられている。
【００１５】
固定カバー及び移動カバーは種々の形状を持つことができる。例えば、固体カバーと移動カバーとを面対称又はそれに近い形状にし、移動カバーを固定カバーに接近させて噴流ノズルの開口の上方に小空間を形成することができる。尚、本体の開口のその他の部分は蓋部材で覆っておくことができる。
＜噴流はんだ付け装置＞
噴流はんだ付け装置は噴流はんだ槽と母材供給機構とを含む。噴流はんだ槽については上述した。母材供給機構の把持機構は、一組又は二組のチャック爪対を持つことができる。一組の場合、チャック爪対が基板の移動方向前後方の縁部、又は両側方の縁部を把持する。これに対して、二組の場合は、一方のチャック爪対が基板の移動方向前方及び後方の縁部を把持し、他方のチャック爪対が両側方の縁部を把持する。
【００１６】
一組でも二組でも、はんだ付け母材即ち把持機構の前方前にあるチャック爪に、噴流はんだの上方に位置し、固定カバーから吹き出す窒素ガスを噴流はんだに向かって案内するガス案内部を設けることができる。尚、二組の場合は側方を把持するチャック爪にも把持機構の移動方向と直交する方向に伸びるガス案内部を設けることができる。
＜噴流はんだ付け方法＞
噴流はんだ付け方法は、上記噴流はんだ付け装置の使用方法に相当する。ガス供給工程では、噴流はんだ槽の噴流ノズルの上方空間を覆う位置に固定された固定カバーに対して、移動カバーが上方空間を覆う位置に前進して対向する。そして、固定カバー及び移動カバーからそれぞれ窒素ガスを吹き出す。
【００１７】
はんだ付着工程では、移動カバーが噴流ノズルの上方空間から外れた位置に後退し、代わりにはんだ付け母材を把持した把持機構が接触位置に前進する。そして、はんだ付け母材が噴流はんだに接触され、噴流はんだがはんだ付け母材に付着する。噴流はんだ槽は１つのみ設けても良いが、２つ設けることが望ましい。この場合、１次噴流はんだ槽で基板の裏面に噴流はんだを付着させ、２次噴流はんだ槽で基板に付着したはんだを成形する。
【００１８】
尚、はんだ付け母材は接触位置から外れた把持位置で把持される。この位置ではまた、既にはんだ付けの終了したはんだ付け母材が開放される。また、表面に電子部品が実装された基板はベルトコンベアに載置され、はんだ付け前にプリヒート等の前処理がなされ、はんだ付け後に冷却等の後処理がなされる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説明する。
（構成）
図１に示すように、はんだ付け装置は噴流はんだ槽１０と、母材供給機構３０とから成る。このうち、噴流はんだ槽１０は図２に示すように、本体１１、噴流ノズル１３、固定カバー２１及び移動カバー２４を含む。本体１１は上方が開口した容器形状を持ち、その内部に溶融したはんだＳを貯えている。本体１１内に配置された噴流ノズル１３の一端１４が上方に開口し、その他端には供給部１６、駆動部１７及び制御部１８が接続されている。制御部１８で駆動部１７を駆動すると、供給部１６に収容された溶融はんだＳが噴流ノズル１３に供給される。
【００２０】
固定カバー２１はＬ字形状断面で一定幅を持ち、噴流ノズル１３の開口１４の上方空間２０の一部を覆うように本体１１に固定されている。開口１４の上方空間２０に窒素ガスを吹き出す吹出し口２２を持つ。
【００２１】
移動カバー２４はＬ字形状断面で一定幅を持ち、駆動機構により前進位置と後退位置との間で移動され、窒素ガスを吹き出す吹出し口２７を持つ。図３に示すように、駆動機構は、案内ロッド２５と、移動カバー２４に取り付けられ案内ロッド２５に案内されて移動する移動部材２６とを含む。移動カバー２４は、図３に二点鎖線で示す前進位置では、開口１４の上方空間２０の残部を覆い、実線で示す後退位置では上方空間２０から外れる。
【００２２】
母材供給機構３０は、図４、図５及び図６に示すように、互いに直交して配置された二組のチャック機構３２及び３７と、チャック機構を移動させる移動部材４２とを含む。一方のチャック機構３２は二つのチャック爪３３及び３４を持ち、矩形状の基板４７の対向する一対の縁部４８ａ及び４８ｂを把持する。他方のチャック機構３７は二つのチャック爪３８及び３９を持ち、対向する他方の縁部４９ａ及び４９ｂを把持する。
【００２３】
基板４７の接触時前方側となるチャック爪３３は前方に伸びるガス案内部３５を持ち、その幅は基板４７の幅（約５０ｍｍ）とほぼ等しい。チャック爪３３に隣接するチャック爪３９はガス案内部３５と直交する方向に伸びるガス案内部４０を持っている。図１から明らかなように、移動部材４２はチャック機構３２及び３７に結合され伸縮可能な伸縮部材４３と、該伸縮部材４３を揺動可能に支持する支持部材４４とを有する。
（作用）
前回の噴流はんだ付けの終了時、噴流はんだ付け装置は図２に示す状態にある。移動カバー２４が前進位置にあり、固定カバー２１と共同して噴流はんだＴの上方空間２０を覆っている。小さな上方空間内２０に吹出し口２２及び２７から窒素ガスが噴出されている。これにより、非はんだ付け時において、噴流はんだＴの表面が酸化することが防止される。
【００２４】
次に、移動カバー２４を後退位置に後退させるとともに、制御部１８で駆動部１７を制御して、噴流はんだＴの噴出量を通常状態（基板４７を噴流はんだＴに接触させるとき）よりも増加させる。これにより、たとえ噴流はんだＴの表面に多少の酸化被膜が形成されていても、その酸化被膜は噴出量が増加した噴流はんだＴにより周辺に流出し、除去される。
【００２５】
次に、噴流はんだＴの噴出量を通常状態に戻し、図４に示すように、把持・開放位置で基板４７を把持したチャック機構３２及び３７を接触位置に前進させる。すると、噴流はんだＴが基板４７の裏面の所定場所に接触し、付着する。このとき、固定カバー２１とチャック爪３３のガス案内部３５とで噴流はんだＴの上方に上方開口２０が形成され、この上方空間２０内に固定カバー２１の吹出し口２２から窒素ガスが吹き出される。これにより、噴流はんだＴの表面の酸化が防止される。
（効果）
第１に、非はんだ付け時もはんだ付け時も噴流はんだＴの酸化が防止される。非はんだ付け時は固定カバー２１及び移動カバー２４が噴流はんだＴの上方空間２０を覆い、大気が噴流はんだＴに接触するのを防止する。また、はんだ付け時は、固定カバー２１とチャック機構３２及び３７のガス案内部３５及び４０とが上方空間２０を覆い、大気が噴流はんだＴに接触するのを防止する。
【００２６】
特に、チャック爪３３の移動方向前方側にガス案内部３５を設けたので、移動カバー２４が後退しているはんだ付け時でも、固定カバー２１とガス案内部３５とにより噴流はんだＴの上方空間２０が形成される。これに関連して、ガス案内部３５の長さと基板４７の先端での酸素ガス濃度との関係を調べ、その結果を図７に示す。
【００２７】
図７は上記はんだ付け装置において、窒素ガスを小空間に８０ｌ／分供給したときの、ガス案内部３５の長さと基板４７の先端４８ａにおける酸素ガス濃度との関係を示す。直線ｘは限界ガス濃度を示し、酸素ガスの濃度がこれよりも高くなると、噴流はんだＴの表面が酸化する虞がある。
【００２８】
これから分かるように、ガス案内部３５の長さが約５２ｍｍよりも広いときは酸素ガス濃度が限界ガス濃度ｘよりも低く、噴流はんだＴの酸化が防止される。これは、ガス案内部３５により噴流はんだＴの上方空間２０内に窒素ガスが確実に供給されたからと考えられる。
【００２９】
第２に、非はんだ付け時もはんだ付け時も、上方空間２０への窒素ガスの吹出し量が少なくできる。窒素ガスは、非はんだ付け時は固定カバー２１と移動カバー２４とで形成される噴流はんだＴの上方空間２０内に吹き出され、はんだ付け時は固定カバー２１とチャック爪３３のガス案内部３５とで形成される上方空間２０内に吹き出されるに過ぎないからである。
【００３０】
第３に、非はんだ付け時に噴流はんだＴの表面に形成される酸化被膜が破壊し難く、溶融はんだＳの更なる酸化が防止される。基板４７が噴流ノズル１３の上方から後退し、移動カバー２４が噴流ノズル１３の上方を覆っているとき、噴流はんだＴの量を減少させ、はんだ付けしないときの噴流はんだＴの量を少なくするためである。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べてきたように、第１発明の噴流はんだ槽によれば、固定カバーと前進した移動カバーとで形成される小さな空間に窒素ガスを吹き出すに過ぎないので、窒素ガスの吹き出し量が少なくて済むとともに、噴流はんだ槽を小型化できる。請求項２によれば、固定カバーと移動カバーとにより噴流ノズルの上方空間が確実に覆われる。
【００３２】
第２発明の噴流はんだ付け装置及び第３発明の噴流はんだ付け方法によれば、非はんだ付け時は固定カバーと移動カバーとにより噴流ノズルの上方空間が覆われ、噴流はんだの酸化が防止される。また、はんだ付け時は固定カバーとチャック機構の一部により噴流ノズルの上方空間が覆われ噴流はんだの酸化が防止されると共に、はんだ付け母材に噴流する溶融はんだが確実に付着する。
【００３３】
請求項４によれば、はんだ付け母材がチャック機構により確実に把持される。。請求項５によれば、はんだ付け時に噴流する溶融はんだの酸化がより確実に防止される。請求項７によれば、噴流する溶融はんだの量を抑制しつつその酸化が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による噴流はんだ付け装置の実施例を示す正面説明図である。
【図２】図１の要部拡大図であり、本発明による噴流はんだ槽の実施例を示す正面説明図である。
【図３】図２の作動を示す斜視説明図である。
【図４】図１の作動説明図であり、本発明による噴流はんだ付け方法の実施例を示す正面説明図である。
【図５】図４の要部平面図である。
【図６】チャック機構の斜視図である。
【図７】基板の先端での酸素ガス濃度とガス案内部の長さとの関係を示すグラフである。
【図８】従来例を示す要部正面図である。
【図９】同じく縦断面図である。
【符号の説明】
１０：噴流はんだ槽１１：本体
１３：ノズル１４：開口
２０：上方空間２１：固定カバー
２２：吹出し口２４：移動カバー
２７：吹出し口３０：母材供給機構
３２、３７：チャック機構３３，３４，３８，３９：チャック爪
３５、４０：ガス案内部４２：移動部材
４７：基板Ｓ：溶融はんだ
Ｔ：噴流はんだ

Claims

上方に開口し溶融はんだを貯えた本体と、
前記本体内に配置され、溶融はんだを上方に噴流する噴流ノズルと、
前記本体に固定され、前記噴流ノズルの上方空間の一部を覆い、窒素ガスを吹き出す吹出し口を有する固定カバーと、
前記本体に取り付けられ、前記噴流ノズルの上方空間の残部を覆う前進位置と覆わない後退位置との間で移動し、前進位置で窒素ガスを吹き出す吹出し口を有する移動カバーと、
はんだ付け母材を把持及び開放する把持・開放位置と把持したはんだ付け母材を前記噴流ノズルから噴流する溶融はんだに接触させる接触位置との間で移動可能な把持機構と、該把持機構を把持・開放位置と接触位置との間で移動させる移動部材とを含む母材供給機構と、を備え、
前記把持機構は、基板を把持するチャック爪を持ち、
前記チャック爪は、前記噴流ノズルの上方に位置し前記固定カバーから吹き出す窒素ガスを噴流する溶融はんだに向けて案内するガス案内部を持つことを特徴とする噴流はんだ付け装置。
溶融はんだを上方に噴流する噴流ノズルの上方空間を覆う位置に固定された固定カバーから窒素ガスを吹き出し、上方空間を覆う位置に前進した移動カバーから窒素ガスを吹き出すガス吹き出し工程と、
前記移動カバーを前記噴流ノズルの上方空間から外れた位置に後退させ、代わりにはんだ付け母材を把持した把持機構を噴流する溶融はんだに接触する接触位置に前進させるはんだ付着工程と、
から成ることを特徴とする噴流はんだ付け方法。
前記はんだ付着工程において、前記移動カバーがノズルの上方空間から外れ前記把持機構が接触位置に前進する前は溶融はんだの噴流量を多く、該把持機構が接触位置に前進した後は少なくする請求項２に記載の噴流はんだ付け方法。