JP4273601B2 - クリームはんだのディスペンサ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クリームはんだを回路基板に塗布する際に使用するディスペンサ装置に関し、更に詳細には、スキージ（Sqeeze) でスキージング（Sqeezing）する際、パネルの表面に残るクリームはんだの量を少なくして、クリームはんだの性能劣化を防止するようにした、ディスペンサ装置、特にマルチスポットディスペンサ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回路基板は、基板上に電子部品をはんだ実装する配線パターンを備えた電子部品実装用の基板であって、配線パターンにクリームはんだを塗布し、それによって電子部品をはんだ実装するようになっている。
【０００３】
ここで、図７を参照して、例えば実公平６−２７７５号公報に開示されているような、従来のマルチスポットディスペンサ装置の構成と、その使用方法を説明する。図７は、従来のマルチスポットディスペンサ装置の要部の構成と動作を示す模式的断面図である。
従来のマルチスポットディスペンサ装置１０は、図７に示すように、クリームはんだをパネル面上に載せるパネル１２と、パネル１２の下面から突出するように圧入され、パネル面に直交する方向にクリームはんだを吐出するノズル１４と、パネル面上のクリームはんだＣをスキージングしてノズル１４から押し出すスキージ１６とを備えている。
クリームはんだＣを回路基板Ｂに塗布する際には、パネル１２上にクリームはんだＣを載せ、図７に示すように、スキージ１６を図７の右手側から左手側に動かしてクリームはんだＣをスキージングしてノズル１４からクリームはんだＣを押し出し、パネル１４の下面に対面した回路基板Ｂにクリームはんだを塗布している。
【０００４】
そして、スキージ１６でクリームはんだＣをスキージングするときには、パネル１２上にクリームはんだが所定の厚さで残るように、スキージ１６を操作している。
スキージ１６をパネル１２上に接触させてクリームはんだＣをスキージすると、クリームはんだの粒子が潰れ、潰れた粒子がノズル１４に詰まり、ノズル１４からクリームはんだが出なくなって、塗布できなくなる。そこで、従来、パネル１２上に間隙を有するようにスキージ１６を位置決めしてスキージングし、パネル１２上に所定の厚さのクリームはんだ層を残している。
また、パネル表面とスキージ１６の先端との隙間を調整することにより、クリームはんだの塗布量を調節することができるので、パネル１２上にクリームはんだ層を残している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のマルチスポットディスペンサ装置を使ってクリームはんだを回路基板上に塗布したとき、以下のような問題があった。
第１の問題は、マルチスポットディスペンサ装置を使用してクリームはんだを回路基板上に塗布して間に、回路基板上に塗布するクリームはんだの塗布量が減少するということである。
第２の問題は、回路基板に塗布したクリームはんだをリフローすると、クリームはんだの温度が１００℃位で、水蒸気がクリームはんだから発生し、はんだが安定した状態で溶融、固化しないために、接合不良等が生じることである。
第３の問題は、均一一様な品質のクリームはんだ塗布膜を形成することが難しいという問題である。
第４の問題は、ノズルのノズル内径が細い場合、例えば内径が１．０ｍｍ以下の場合、クリームはんだをノズルから押し出すことが難しく、クリームはんだを塗布することが出来なかったり、又は安定した状態で塗布することが出来なかったりするという問題である。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、均一一様な品質のクリームはんだ塗布膜を一様な塗布量で回路基板上に形成できる、クリームはんだのディスペンサ装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上述の第１から第４の問題の原因を追求し、次のような知見を得た。
第１から第３の問題は、全て、クリームはんだがパネルの表面上に残ることに原因がある。
【０００８】
第１の問題は、パネルの表面に残ったクリームはんだから、フラックス等の溶剤が揮発することに起因している。クリームはんだには、鉛、錫、等の金属物質とフラックス等の溶剤とが含まれているが、フラックス等の溶剤は揮発性であって、パネル上に残ったクリームはんだから揮発して、クリームはんだの粘度が次第に高くなる。粘度の高い残留クリームはんだは、追加された新たなクリームはんだに混合されるために、クリームはんだは粘度が高くなってノズルから押し出され難くなって、塗布量が少なくなる。そして、空気に触れる面積が広いほど、フラックスは揮発し易いので、従来のようにパネルの表面上に薄い層でクリームはんだを残すと、一層、この問題が顕著になる。
【０００９】
第２の問題は、パネルの表面に残ったクリームはんだの吸湿に起因している。即ち、パネル表面に残ったクリームはんだは、空気に接触し、空気中の水分を吸湿する。吸湿したクリームはんだをリフローすると、クリームはんだの温度が１００度ぐらいで、水蒸気がクリームはんだから発生し、はんだが安定した状態で溶融、固化しないので、接合不良等が生じる。
【００１０】
第３の問題も、同じく、パネルの表面上に残ったクリームはんだが新しいクリームはんだに混合されてノズルから押し出されることに起因している。クリームはんだを塗布する際、パネル上に残ったクリームはんだは、ローリングがされないので、古いクリームはんだと新たに投入した新しいクリームはんだとが塊状で混在し、この結果、ノズルから押し出されるクリームはんだが、均一で無くなる。
【００１１】
第４の問題は、従来のマルチスポットディスペンサ装置では、一段のスキージでスキージが構成されているので、内径が１．０ｍｍ以下のノズルのようにノズルのノズル内径が細い場合、クリームはんだとノズル内壁の摩擦により、クリームはんだをノズルから押し出すことが難しくなることに起因している。
【００１２】
上述のように、従来のマルチスポットディスペンサ装置で生じる第１から第３の問題は、スキージを駆動させた後にパネルの表面に残ったクリームはんだに起因している。
そこで、本発明者は、クリームはんだがパネルの表面に残留しないようにすることが必要であると考え、スキージでスキージングした後にパネルの表面に残るクリームはんだを掻き取ってスキージ前方のクリームはんだ溜まりに戻すことを着想し、実験を重ねて本発明を完成する到った。
【００１３】
上記目的を達成するために、上述の知見に基づいて、本発明に係るクリームはんだのディスペンサ装置は、パネル上に載せられたクリームはんだをスキージによりスキージングして、パネルに設けられたノズルから押し出して、回路基板にクリームはんだを塗布する、クリームはんだのディスペンサ装置において、スキージが、スペーサを介してそれぞれスペーサより下方に伸び、移動方向に順次配された板状の穴開きスキージと、リターンスキージとを備えている。また、穴開きスキージは、パネル上に間隙を介して位置する下端スキージ刃と、穴開きスキージの移動方向に貫通する貫通穴とを有し、クリームはんだをスキージングしてノズル内に押し込み、このノズルから回路基板上に吐出する。そして、リターンスキージは、穴開きスキージの下端スキージ刃より下方に伸びて前記パネル上に接触する下端スキージ刃を有し、穴開きスキージの残留クリームはんだを掻き取り、この掻き取られたクリームはんだを穴開きスキージの貫通穴を通して、穴開きスキージの前面のクリームはんだ溜まりに押し戻すようにしている。
【００１４】
本発明では、穴開きスキージの下端スキージ刃でパネル上のクリームはんだをスキージングしてノズルから押し出し、パネル上に残ったクリームはんだをパネル面に密着したスキージ刃を有するリターンスキージで掻き取り、スペーサの下方のリターンスキージと穴開きスキージとの間の空間に溜め、そして穴開きスキージの貫通穴から穴開きスキージの前方のクリームはんだ溜まりに戻す。
これにより、従来のディスペンサ装置とは異なり、パネルの表面にはクリームはんだが残らない。
【００１５】
本発明の好適な実施態様では、リターンスキージの下端スキージ刃をパネル上に接触させるように、下端スキージ刃の位置を調節する位置調節装置をリターンスキージに備える。これにより、パネル上に残ったクリームはんだを確実にスキージ刃で掻き取ることができる。
また、本発明の別の好適な実施態様では、穴開きスキージの下端スキージ刃をパネルに対して一定の角度を保持するように、穴開きスキージを固定する固定手段を備えている。これにより、ノズルからの押し出し量を一定にして、クリームはんだの塗布膜の厚さを一定にすることができる。
【００１６】
本発明の更に別の好適な実施態様では、穴開きスキージが、ＰＯＭ（Polyoxymethylene、ポリオキシメチレン／アセタール樹脂）、又はＰＯＭと同じ硬度の材料で形成され、リターンスキージが、ウレタン、又はウレタンと同じ硬度の材料で形成されている。
穴開きスキージをＰＯＭ等の硬度の高い材料で形成することにより、穴開きスキージの磨滅を防止し、また、リターンスキージをウレタン等の硬度の低い柔軟な材料で形成することにより、クリームはんだの粒子を潰すことなく、パネル上に残ったクリームはんだを掻き取ることができる。
【００１７】
好適には、穴開きスキージは、上端にもスキージ刃を有する。これにより、下端スキージ刃が磨滅したとき、上端のスキージ刃を使用することができる。
【００１８】
更に好適には、穴開きスキージが複数枚の穴開きスキージをスキージ方向に重ねた組み合わせ穴開きスキージとして構成されている。
多段の穴開きスキージを使うことにより、クリームはんだの塗布量を増加させることができる。ノズルが同一内径であれば、多段の穴開きスキージを適用したとき、塗布量は、一枚の穴開きスキージのときの塗布量の約１．２倍〜１．５倍に増加させることができる。
よって、内径の細いノズルを使用して、従来と同様の塗布量のクリームはんだを塗布することができるので、従来より塗布ピッチの狭い塗布の要求に対応することが出来る。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照して、実施形態の例に基づいて本発明をより詳細に説明する。
図１は本実施形態の例のマルチスポットディスペンサ装置の構成を示す側面図、図２はスキージ動作体の構成を示す側面図、図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ、穴開きスキージの構成を示す 斜視図、側面図、及び正面図、並びに図４はリターンスキージの構成を示す斜視図である。
本実施形態の例のマルチスポットディスペンサ装置３０は、図１に示すように、パネル面上のクリームはんだをスキージするスキージ機構を支持する基盤３２と、基盤３２上に配置され、下方に向かって延びるノズル３４を備えたパネル３６と、基盤３２の下方に配置され、回路基板Ｂを載置させる受台３８と、受台３８を昇降させる受台駆動シリンダ４０と、回路基板Ｂを受台３８上に搬送する搬送装置４２とを備えている。
【００２０】
スキージ機構は、図１に示すように、２本のスキージ本体４４Ａ、Ｂと、２本のスキージ本体４４Ａ、Ｂを水平方向に駆動する水平駆動装置４５とから構成されている。
スキージ本体４４Ａ、Ｂは、図１に示すように、それぞれ、スキージ動作部４６Ａ、Ｂと、スキージ動作部４６Ａ、Ｂを支持する支持部４７Ａ、Ｂと、支持部４７Ａ、Ｂにそれぞれ設けられ、スキージ動作部４６Ａ、Ｂを昇降させるスキージ駆動シリンダ４８Ａ、Ｂとを備えている。
【００２１】
スキージ本体４４Ａ、Ｂは、図２に示すように、Ｌ字状のスキージ固定板４９と、スペーサ５０を介して相互に離隔してそれぞれスキージ固定板４９に固定されたリターンスキージ５２及び穴開きスキージ５４とを備えている。
スキージ固定板４９は、スキージ駆動シリンダ４８の下端に連結されていて、スキージ駆動シリンダ４８の伸縮動作に応じて、スキージ本体４４Ａ、Ｂが昇降する。
【００２２】
リターンスキージ５２は、図２及び図４に示すように、下端にスキージ刃を有し、クリームはんだの粒子を潰さないように、ウレタン等の軟質の材料で形成された板状体である。
穴開きスキージ５４は、図３（ａ）から（ｃ）に示すように、スキージング時に変形しないようにＰＯＭ等の硬度の高い材料で形成された、断面が略平行四辺形の板状体であって、中央部分に横長の貫通穴５８を上下２段、左右２列に有し、上端及び下端にスキージ刃を備えている。これにより、下端のスキージ刃が長期の使用により磨滅して良好なスキージングができなくなったときには、上端のスキージ刃を使用することができる。
横長貫通穴５８は、後述するようにクリームはんだを戻す穴として機能し、図３（ｂ）に示すように、スキージの移動方向、即ちパネル面の長手方向と平行な方向に貫通し、図３（ｃ）に示すように、パネル面の横方向に平行な横長の長穴になっている。
【００２３】
リターンスキージ５２及び穴開きスキージ５４は、それぞれ、以下のようにしてスキージ固定板４９に装着されている。
穴開きスキージ５４は、穴開きスキージ５４の貫通穴を貫通する取り付けネジ６０によってＬ字状のスキージ固定板４９の垂直板部６２及びスペーサ５０に固定されていて、下端のスキージ刃の角度が一定に保たれるようになっている。
リターンスキージ５２は、Ｌ字状のリターンスキージ固定板６４を介してスペーサ５０に固定されている。
【００２４】
リターンスキージ５２は、図２及び図４に示すように、上部に段差を備えていて、その段差に水平部及び垂直部からなるＬ字状のリターンスキージ固定板６４が、重ねられ、組み合わせられている。
リターンスキージ固定板６４は、水平部が一端でスペーサ５０に固定され、垂直部がリターンスキージ５２に連結されている。リターンスキージ固定板６４の水平部には、図４に示すように、リターンスキージ５２の高さを調節する高さ調節ネジ６６をネジ結合させるタップ穴６８が設けてある。高さ調節ネジ６６は、タップ穴６８をネジ結合して貫通し、下端がリターンスキージ５２の上面に接触し、上端でＬ字状スキージ固定板４９の水平部６９に回転自在に連結されている。
【００２５】
また、リターンスキージ固定板６４の垂直部には、リターンスキージ５２をスペーサ５０に固定する取り付けネジ７０を貫通させる貫通孔７２が設けてある。
リターンスキージ５２は、リターンスキージ固定板６４の貫通孔７２、次いでリターンスキージ５２の上部に設けられた縦長の縦長孔（図示せず）を貫通する取り付けネジ７０によってスペーサ５０に固定される。尚、スペーサ５０には、取り付けネジ７０をネジ結合するネジ穴が設けてある。
高さ調節ネジ６６を回してリターンスキージ５２の縦長孔の長さの範囲でリターンスキージ５２の上下位置を調整することにより、リターンスキージ５２をパネル３６に接触させ、リターンスキージ５２とパネル３６との間に隙間を無くすことができる。
【００２６】
スキージ動作部４６Ａ、Ｂは、図１に示すように、リターンスキージ５２同士が対向して外側に位置し、その内側にスペーサ５０、更に穴開きスキージ５４が位置するように配置で、一体的に連結され、水平駆動装置４５に駆動されて水平方向に移動する。
【００２７】
水平駆動装置４５は、一体的に連結されたスキージ本体４４Ａ、Ｂを保持して、水平に移動させる無端ベルト７３と、駆動モータ（図示せず）により回転して無端ベルト７３を駆動する駆動側プーリ７４と、駆動側プーリ７４の反対側にあって無端ベルト７３の走行を案内する案内プーリ７６と、スキージ本体４４Ａ、Ｂの水平走行を案内する案内レール７８とを備えている。
駆動モータによって駆動側プーリ７４を回転させると、無端ベルト７３が走行し、これによりスキージ本体４４Ａ、Ｂは案内レール７８により案内されつつ所定の位置に移動する。
【００２８】
回路基板Ｂを受台３８上に搬送する搬送装置４２は、既知の搬送装置であって、搬送されて来た回路基板Ｂを所定位置に停止させるストッパ８０を備えている。
また、図１中、８２はマルチスポットディスペンサ装置３０のハウジングである。
【００２９】
図１から図５を参照して、本実施形態の例のマルチスポットディスペンサ装置３０の使用方法を説明する。
先ず、ノズル３４を備えたパネル３６を基盤３２上の所定位置に取付け、続いてパネル３６上に所定量のクリームはんだＣを載せる。以上で、準備作業が終了する。
【００３０】
次いで、回路基板Ｂを搬送装置４２で搬送し、ストッパ８０で回路基板Ｂを所定の位置に停止させ、位置決めを行う。
次に、受台駆動シリンダ４０を動作させて受台３８を上昇させ、回路基板Ｂを受台３８に載せ、パネル３６下の所定位置に停止させる。
続いて、一列目のスキージ本体４４Ａのスキージ駆動シリンダ４８Ａを動作させてスキージ動作部４６をを下降させ、設定位置でスキージ動作部４６を停止させる。
【００３１】
次いで、駆動モータを起動して無端ベルト７３を走行させ、スキージ本体４４Ａを右から左に、又は左から右に移動させ、移動する穴開きスキージ５４によって、図５に示すように、パネル３６上のクリームはんだＣをスキージングしてノズル３４内に押し込み、ノズル３４から回路基板Ｂ上に吐出させる。
穴開きスキージ５４がノズル３４上を通過したとき、図５に示すように、パネル３６上にクリームはんだＣが残留する。残留クリームはんだＣは、移動するリターンスキージ５２により掻き取られ、掻き取られたクリームはんだＣは、穴開きスキージ５４とリターンスキージ５２の間にあるスペーサ５２の下に溜まり、溜まったクリームはんだＣは、穴開きスキージ５４の横長貫通穴５８を通って穴開きスキージ５４の前面のクリームはんだ溜まりに再び押し戻される。
所定距離を移動した後、スキージ動作部４６Ａは、スキージ駆動シリンダ４８Ａにより所定の位置まで上昇する。
【００３２】
次いで、受台駆動シリンダ４０を動作させて、受台３８に載っているクリームはんだＣを塗布した回路基板Ｂを搬送位置まで下降させ、搬送装置４２に載せて搬出する。
続いて、受台駆動シリンダ４０を駆動して受台３８を更に下降させ、所定の位置に停止させる。
【００３３】
続いて、２枚目の回路基板Ｂを搬送し、ストッパ８０により所定の位置に位置決めを行う。
次に、受台３８を受台駆動シリンダ４０で上昇させ、回路基板Ｂを受台３８に載せパネル３６下の所定の位置に停止する。
次いで、二列目のスキージ本体４４Ｂのスキージ駆動シリンダ４８Ｂを動作させて、スキージ動作体４６Ｂを下降させ、設定位置に停止させる。
駆動モータを起動して無端ベルト７３を一列目のスキージ本体４４Ａの方向とは逆に走行させ、一列目とは逆にスキージ本体４４Ｂを右から左に、又は左から右に移動させ、穴開きスキージ５４でパネル３６上のクリームはんだＣをノズル３４から押し出す。
以下、一列目のスキージ本体４４Ａと同様にして、塗布作業を行う。
【００３４】
尚、連続動作でクリームはんだＣを塗布する際には、上述した、準備作業以下の動作を繰り返す。
【００３５】
また、一枚の回路基板Ｂにクリームはんだを塗布する際、スキージ本体４４Ａを右から左、次いでスキージ本体４４Ｂを左から右に移動させて、一枚の回路基板Ｂにクリームはんだを往復塗布すると、クリームはんだＣの塗布量のバラツキを大幅に低減することができる。
【００３６】
実施形態の例の改変例
また、穴開きスキージ５４が一枚のときには、図６（ａ）に示すように、クリームはんだＣの塗布量に制約がある。そこで、穴開きスキージ５４を２枚、又は３枚重ねて組合わせた多段スキージ型のマルチスポットディスペンサ装置を使用すると、、図６（ｂ）に示すように、クリームはんだＣの塗布量を増加させることが出来る。
尚、多段スキージ型は、従来のマルチスポットディスペンサ装置のスキージにも適用することができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の構成によれば、リターンスキージでパネル上に残ったクリームはんだを掻き取り、掻き取ったクリームはんだを貫通穴を介して穴開きスキージの前方のクリームはんだ溜まりに戻しているので、クリームはんだをパネルの表面に残さないようにすることができる。これにより、以下の効果を奏する。
（１）従来のように、パネル上に残り、フラックスが揮発したクリームはんだをノズルから押し出すことがないので、クリームはんだの粘度変化が防止され、クリームはんだの塗布量が安定する。
（２）クリームはんだの空気に触れる面積が小さくなり、吸湿が少なくなる。従って、リフロー時スプラッシングが発生し難く、安定した形状のはんだ付けが可能となる。
（３）クリームはんだをパネル表面に残さない構造を備えているので、ディスペンサ装置の作動中、常に、クリームはんだがローリングされている。従って、クリームはんだの性状が常に一定となり、安定したはんだ付けが可能となる。
（４）穴無しスキージの多段化により、クリームはんだの塗布量が増加する。換言すれば、従来のディスペンサ装置と同じ内径のノズルでも、従来のディスペンサ装置に比べて、クリームはんだの塗布量を増加させることができる。また、内径の小さいノズルの使用が可能となるので、狭いピッチでクリームはんだを塗布することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の例のマルチスポットディスペンサ装置の構成を示す模式的側面図である。
【図２】スキージ動作体の構成を示す側面図である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ、穴開きスキージの構成を示す 斜視図、側面図、及び正面図である。
【図４】リターンスキージの構成を示す斜視図である。
【図５】スキージ動作体の機能を説明する模式的側面図である。
【図６】図６（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、１段スキージ及び多段スキージによるクリームはんだの塗布状態を示す模式図である。
【図７】従来のマルチスポットディスペンサ装置の要部の構成を示す模式的側面図である。
【符号の説明】
１０……従来のマルチスポットディスペンサ装置、１２……パネル、１４……ノズル、１６……スキージ、Ｂ……回路基板、Ｃ……クリームはんだ、３０……実施形態の例のマルチスポットディスペンサ装置、３２……基盤、３４……ノズル、３６……パネル、３８……受台、４０……受台駆動シリンダ、４２……搬送装置、４４……スキージ本体、４５……水平駆動装置、４６……スキージ動作部、４７……支持部、４８……スキージ駆動シリンダ、４９……スキージ固定板、５０……スペーサ、５２……リターンスキージ、５４……穴開きスキージ、５８……横長の貫通穴、６０……取り付けネジ、６２……垂直板部、６４……リターンスキージ固定板、６６……高さ調節ネジ、６８……タップ穴、７０……取り付けネジ、７２……貫通孔、７３……無端ベルト、７４……駆動側プーリ、７６……案内プーリ、７８……案内レール、８０……ストッパ、８２……ハウジング。

Claims (5)

1. パネル上に載せられたクリームはんだをスキージによりスキージングして、パネルに設けられたノズルから押し出して、回路基板にクリームはんだを塗布する、クリームはんだのディスペンサ装置において、
   前記スキージが、スペーサを介してそれぞれ前記スペーサより下方に伸び、移動方向に順次配された板状の穴開きスキージと、リターンスキージとを備え、
   前記穴開きスキージは、前記パネル上に間隙を介して位置する下端スキージ刃と、前記穴開きスキージの移動方向に貫通する貫通穴とを有し、
   前記クリームはんだをスキージングして前記ノズル内に押し込み、前記ノズルから前記回路基板上に吐出するとともに、
   前記リターンスキージは、前記穴開きスキージの下端スキージ刃より下方に伸びて前記パネル上に接触する下端スキージ刃を有し、前記穴開きスキージの残留クリームはんだを掻き取り、前記掻き取られたクリームはんだを前記穴開きスキージの前記貫通穴を通して前記穴開きスキージの前面のクリームはんだ溜まりに押し戻す、
   ことを特徴とするクリームはんだのディスペンサ装置。
2. 前記リターンスキージは、前記リターンスキージの下端スキージ刃を前記パネル上に接触させるように、前記下端スキージ刃の位置を調節する位置調節装置を備えていることを特徴とする請求項１に記載のクリームはんだのディスペンサ装置。
3. 前記穴開きスキージの下端スキージ刃を前記パネルに対して一定の角度を保持するように、前記穴開きスキージを固定する固定手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のクリームはんだのディスペンサ装置。
4. 前記穴開きスキージは、上端にもスキージ刃を有することを特徴とする請求項１に記載のクリームはんだのディスペンサ装置。
5. 前記穴開きスキージが、複数枚の穴開きスキージをスキージ方向に重ねた組み合わせ穴開きスキージとして構成されていることを特徴とする請求項１に記載のクリームはんだのディスペンサ装置。

Images