JP4408643B2 - Soldering method and apparatus - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品やコネクタ等の部品が取り付けられた基板等のハンダ付け対象物のハンダ付け箇所に対してハンダ付けを行うハンダ付け方法及びその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、ハンダ付け用コテ部材のコテ先に糸状のハンダを供給しながら、ハンダ付け用コテ部材をハンダ付け対象物である基板のハンダ付け箇所に沿って相対的に移動させるハンダ付け方法が知られている。このハンダ付け方法において、ハンダ付け用コテ部材のコテ先が加熱され、ハンダ供給手段によりコテ先にハンダが供給されると、コテ先に接触したハンダが溶融する。この溶融したハンダが、コテ先に隣接するハンダ付け箇所に到達してハンダ付けされる。また、このハンダ付け方法を用いてハンダ付け対象物上の直線状に並んだ複数のハンダ付け箇所に対してハンダ付けをする場合は、上記ハンダ付け用コテ部材のコテ先を複数のハンダ付け箇所の並び方向に沿って相対的に移動させる。これにより、複数のハンダ付け箇所を連続的にハンダ付けすることができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記ハンダ付け方法を用いて基板の複数のハンダ付け箇所に沿ってコテ先を相対的に移動させながらハンダ付けを行うと、特定のハンダ付け箇所で導通不良やリード間のショート(ブリッジ)等のハンダ付け不良が発生する場合があった。
図16は、上記ハンダ付け不良が発生した基板の一例を示す部分平面図である。図示のように、基板200の表面からスルーホール204からリード201が突出している複数列のハンダ付け箇所205に沿ってコテ先31を矢印A及びBの順番で相対的に移動するように基板200を移動させて半田付けを行った。この半田付け後の各ハンダ付け箇所205を観察したところ、図中の72番ピン及び74番ピンのリード201の半田付け箇所205でスルーホール204内にハンダが入り込んでないハンダ付け不良が発生していることがわかった。また、このようにスルーホール204内に入り込んでいかなかったハンダはコテ先に余分に付着することになり、このコテ先の余分なハンダがリード間に供給されてブリッジを形成してしまうこともわかった。これらのハンダ付け不良は、特に融点が高く粘りの強い無鉛ハンダを用いたハンダ接合において多発する傾向にあった。このようなハンダ付け不良が発生すると、リード201とスルーホール204の表面との間の導通が不十分になったり導通がまったくとれなかったりする。また、上記リード間のハンダのブリッジはリード間のショートの原因となる。
【0004】
そこで、本発明者らは、各種ハンダ付け条件を変えたハンダ付けテストや、ハンダ付け結果の詳細な分析を行うことにより、上記ハンダ付け不良の原因の特定を試みた。このハンダ付けテスト及び分析にあたっては、ハンダ付けの基本が▲1▼基板のハンダ付け箇所及びハンダの加熱、▲2▼ハンダの供給及び▲3▼フラックスによる酸化物の除去(清掃)である点に着目し、次のような様々な項目を考慮した。すなわち、基板の温度、ハンダのスルーホールへの流れ込み、ハンダ付け状態、ハンダ付け箇所の状態、コテ先の相対移動速度、ハンダの供給量、コテ先の接触状態、コテ先の温度等の項目を考慮した。上記ハンダ付け箇所の状態としては、リードの挿入状態、基板の反り、配線の位置などを考慮した。これらを考慮したハンダ付けテスト及び分析を詳細に行った結果、本発明者らは、コテ先でハンダ付けを開始するときの基板上のハンダ付け箇所の温度が充分に上昇していないことが、上記ハンダ付け不良の原因であることを見い出した。
【0005】
なお、従来のハンダ付け方法では、ハンダ付け箇所及びそこに供給される溶融ハンダの酸化を防止するために、加熱された不活性ガス(窒素ガス)をコテ先の側面に沿ってハンダ付け箇所に吹き付ける場合があった。しかしながら、この酸化防止のための加熱された不活性ガスの吹き付けは、溶融ハンダが吹き飛ばない程度に行う必要があり、コテ先でハンダ付けを開始するときのハンダ付け箇所の温度を充分に加熱できるものではなかった。
【0006】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、ハンダ付けを開始するときのハンダ付け箇所の加熱温度不足によるハンダ付け不良を防止することができるハンダ付け方法及びその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】
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、ハンダ付け対象物に対して複数のハンダ付け箇所の並びに沿ってコテ先を相対的に移動させることにより該複数のハンダ付け箇所に対して連続的にハンダ付けを行う半田付け方法であって、該ハンダ付け対象物の該複数のハンダ付け箇所それぞれのハンダ付けに先立って、該ハンダ付け箇所に加熱ガスを吹き付けることにより、ハンダが供給される前の該ハンダ付け箇所を140℃以上に予備加熱するステップと、該ハンダ付け箇所の予備加熱の後、該ハンダ付け箇所の温度が140℃を下まわらない状態で該ハンダ付け箇所に対する溶融ハンダの供給を開始するステップとを有し、上記予備加熱のための加熱ガスの吹き付け方向は、上記ハンダ付け箇所があるハンダ付け対象物表面に垂直な方向に対して上記コテ先の相対移動方向側に傾いた方向であり、上記コテ先の移動の際に、該コテ先の相対移動方向下流側で上記複数のハンダ付け箇所に上記加熱ガスを連続的に吹き付けることにより、上記予備加熱を該複数のハンダ付け箇所に対して連続的に行うことを特徴とするものである。
請求項2の発明は、請求項1のハンダ付け方法において、上記ハンダ付け対象物のハンダ付け箇所のハンダ付け中に溶融ハンダが供給されている該ハンダ付け箇所へ加熱された不活性ガスの吹き付けるものであり、上記予備加熱を、該不活性ガスの吹き付けに先立って、該ハンダ付け箇所に加熱ガスを吹き付けることにより行うことを特徴とするものである。
【0008】
請求項3の発明は、コテ先と該コテ先を加熱する加熱手段とを有するハンダ付け用コテ部材と、該コテ先にハンダを供給するハンダ供給手段と、ハンダ付け対象物に対して該コテ先を相対的に移動するように該ハンダ付け対象物と該ハンダ付け用コテ部材との間の相対的な位置関係を変化させる相対位置可変手段とを備え、該ハンダ付け対象物に対して複数のハンダ付け箇所の並びに沿って該コテ先を相対的に移動させることにより該複数のハンダ付け箇所に対して連続的にハンダ付けを行うハンダ付け装置であって、該コテ先とともに相対移動し該コテ先の相対移動方向下流側で該ハンダ付け対象物のハンダが供給される前のハンダ付け箇所を140℃以上に予備加熱するように該ハンダ付け箇所に加熱ガスを吹き付ける予備加熱用ノズルと、該予備加熱用ノズルに該加熱ガスを供給する加熱ガス供給手段とを設け、該予備加熱用ノズルと該コテ先との距離を、該予備加熱で加熱された該ハンダ付け箇所の温度が140℃を下まわらない状態で該ハンダ付け箇所に対する溶融ハンダの供給が開始されるように設定し、上記予備加熱のための加熱ガスの吹き付け方向が、上記ハンダ付け箇所があるハンダ付け対象物表面に垂直な方向に対して上記コテ先の相対移動方向側に傾いた方向になるように、上記予備加熱用ノズルを設けたことを特徴とするものである。
請求項4の発明は、請求項3のハンダ付け装置において、上記コテ先によって溶融したハンダが供給されているハンダ付け箇所に加熱された不活性ガスを吹き付ける不活性ガス用ノズルを備え、上記予備加熱用ノズルを、該不活性ガス用ノズルとは別に設けたことを特徴とするものである。
請求項5の発明は、請求項3又は4のハンダ付け装置において、上記予備加熱で加熱されるハンダ付け箇所の加熱温度を切り換える予備加熱温度切り換え手段を備えたことを特徴とするものである。
請求項6の発明は、請求項5のハンダ付け装置において、上記ハンダ付け箇所に対するハンダ付け条件に応じて、上記予備加熱で加熱される該ハンダ付け箇所の加熱温度を切り換えるように、上記予備加熱温度切り換え手段を制御する制御手段を備えたことを特徴とするものである。
【0009】
前述のように、本発明者らによるハンダ付けテスト及びその分析の結果、ハンダ付けを開始するときのハンダ付け箇所の温度が充分に上昇していないことが、上記ハンダ付け不良の原因であることがわかった。かかる知見に基づいて、本発明者らは、ハンダ付け開始時のハンダ付け箇所の温度に関しハンダの種類やハンダ付け対象物の種類などの条件を変えながらハンダ付け箇所の加熱実験やハンダ付け実験等を繰り返し行った。その結果、上記ハンダ付け不良を防止するためにハンダ付け開始時のハンダ付け箇所が140℃を下まわらないようにすることが重要であることがわかった。
そこで、請求項1のハンダ付け方法では、ハンダ付け対象物の複数のハンダ付け箇所それぞれのハンダ付けに先立って、ハンダ付け箇所に加熱ガスを吹き付けることにより、ハンダを供給する前のハンダ付け箇所を140℃以上に予備加熱している。そして、ハンダ付け箇所の予備加熱の後、そのハンダ付け箇所の温度が140℃を下まわらない状態でハンダ付け箇所に対する溶融ハンダの供給を開始している。このように予備加熱を行うことにより、ハンダ付け対象物のハンダ付け箇所が140℃を下まわらない熱的に活性化した状態で当該ハンダ付け箇所に対する溶融ハンダの供給を開始することができ、ハンダ付け箇所の加熱温度不足によるハンダ付け不良を防止することができる。
更に、ハンダ付け対象物に対して複数のハンダ付け箇所の並びに沿ってコテ先を相対的に移動しつつ、コテ先の相対移動方向下流側でハンダ付け箇所に加熱ガスを吹き付ける。この加熱ガスの吹き付けにより、各ハンダ付け箇所に対する上記予備加熱及びハンダ付けを連続的に行うことができる。
また、ハンダ付け箇所があるハンダ付け対象物表面に垂直な方向に対してコテ先の相対移動方向側に傾いた方向に、加熱ガスを吹き付けている。従って、ハンダ付け中のハンダ付け箇所で溶融しているハンダが加熱ガスで吹き飛ばされにくい。
また、ハンダ付け対象物のハンダ付け箇所に供給される溶融ハンダの酸化等を防止するために、ハンダ付け箇所のハンダ付け中に溶融ハンダが供給されているハンダ付け箇所へ加熱された不活性ガスの吹き付ける場合がある。しかしながら、本発明者らの実験等により、このようなハンダ付け中の加熱された不活性ガスの吹き付けだけでは、ハンダ付け開始時のハンダ付け箇所が十分に高い温度になっていない場合があることがわかった。
そこで、請求項2のハンダ付け方法では、上記不活性ガスの吹き付けに先立って、ハンダを供給する前のハンダ付け箇所に加熱ガスを吹き付けて予備加熱している。このように加熱された不活性ガスの吹き付けに先立って予備加熱を行うことにより、ハンダ付け箇所が熱的に活性化した状態でハンダ付け箇所に対する溶融ハンダの供給を開始することができる。これにより、ハンダ付け箇所の加熱温度不足によるハンダ付け不良を防止することができる。
なお、上記請求項1及び2のハンダ付け方法におけるハンダ付け箇所の予備加熱は、ハンダ付け対象物自体の熱損傷やフラックスの焦げ付き等が発生しない程度の温度範囲内で行うのが好ましい
【0010】
請求項のハンダ付け装置は、上記請求項1のハンダ付け方法によるハンダ付けに用いることができる。
請求項のハンダ付け装置は、上記請求項2のハンダ付け方法によるハンダ付けに用いることができる
に、請求項のハンダ付け装置では、ハンダ付け箇所に対するハンダ付け条件に応じて、上記予備加熱で加熱されるハンダ付け箇所の加熱温度を切り換える。ハンダ付け条件としては、ハンダの種類、ハンダ付け対象物の種類、コテ先の移動速度等が挙げられる。この加熱温度の切り換えにより、ハンダ付け条件を変えたときでもハンダ付け箇所に対する適正な予備加熱を行うとともに、過剰な予備加熱を回避することができる。
また特に、請求項のハンダ付け装置では、上記ハンダ付け箇所に対するハンダ付け条件が変わったときに上記予備加熱による加熱温度を自動的に切り換えることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、ハンダ付け対象物としての基板(PCB)に対して自動的にハンダ付けするハンダ付け方法及びハンダ付け装置(ハンダ付けロボット)に適用した実施形態について説明する。
図2は本実施形態に係るハンダ付け装置としてのハンダ付けロボットの概略構成を示す正面図である。このハンダ付けロボットは、上部に作業台101を有する装置本体100と、スタンド部材102、103と、X軸ガイド部材104と、ハンダ付けユニット10とを備えている。スタンド部材102、103は、装置本体100の両側部に取り付けられている。X軸ガイド部材104は、スタンド部材102、103の上部において両スタンド部材間に架け渡すように取り付けられている。ハンダ付けユニット10は、X軸ガイド部材104に対してX軸方向(図中の左右方向)に移動可能に取り付けられている。
【0012】
上記作業台101の中央部には、Y軸方向(図中の前後方向)に延びた2本のガイドレール105、106が形成され、このガイドレールに沿って可動ブラケット107、108がY軸方向に移動可能に取り付けられている。この可動ブラケット107、108上には作業テーブル109が取り付けられ、作業テーブル109に基板支持スタンド110、111を介してハンダ付け対象物としての基板200が装着される。上記可動ブラケット107、108のY軸方向の駆動は、基板上のハンダ付け箇所に関する情報に基づいて後述の制御部で制御される。この基板上のハンダ付け箇所に関する情報のデータは前もって実行されるデータ取り込み作業(ティーチング作業)で取得される。そして、この取得されたデータは、ハンダ付け時の各種パラメータ等のデータとともに、メモリーカードスロット112に挿入されているメモリーカード113に記憶される。
【0013】
上記ハンダ付けユニット10は、ユニット本体11と、ハンダ供給サブユニット20A、20Bと、ハンダ付けヘッド30とを備えている。ハンダ供給サブユニット20A、20Bは、ユニット本体11の両側に取り付けられている。ハンダ付けヘッド30は、ユニット本体11から下方に延びた昇降スライド軸12に中継部材13や揺動アーム14等を介して取り付けられている。
上記ユニット本体11の背面側には図示しない可動ブラケットを有し、この可動ブラケットがX軸ガイド部材104側に形成されているガイドレール(不図示)にガイドされる。このようにガイドされることにより、ハンダ付けユニット10をX軸方向に移動させることができる。
【0014】
上記ユニット本体10から下方に延びた昇降スライド軸12は、Z軸方向(図中上下方向)に移動するように駆動制御するとともに、そのZ軸方向の中心軸を中心として回転するように回転駆動することができるようになっている。この昇降スライド軸12に連結された中継部材13には、ハンダ付けヘッド30の先端のコテ先を所定の圧力で基板200に押圧できるように、図示しないエアー加圧機構が組み込まれている。また、中継部材13に連結されている揺動アーム14は、ハンダ付けヘッド30を所定の角度に傾けて固定できるように構成されている。
【0015】
上記ハンダ付けヘッド30は、ハンダ付け用コテ部材(以下「コテ部材」という)32と、ハンダ供給ヘッド34A、34Bとを備えている。コテ部材32は、先端部に平板状のコテ先31を有し、コテ先加熱手段としてのヒータを内蔵している。また、ハンダ供給ヘッド34A、34Bは、コテ部材32の両側に固定アーム部材33A、33Bで固定されている。このハンダ供給ヘッド34A、34Bのコテ先31側の先端部には、ハンダガイド部材として、糸状ハンダが通過できる中空構造のニードル部材35A、35Bを備えている。また、このハンダ供給ヘッド34A、34Bには、それぞれ独立にハンダ供給制御可能な上記ハンダ供給サブユニット20A、20Bからハンダ供給チューブ21A、21Bを介して、糸状ハンダが供給される。
【0016】
また、上記ハンダ供給ヘッド34A、34Bには、上記糸状ハンダ40をニードル部材35A、35Bから吐出させる前に予備的に加熱するハンダ予備加熱手段としてのヒータを備えている。このように予備的に加熱することにより、フラックスの急激な温度上昇を抑え、ハンダ玉・フラックス飛散を防止することができる。
【0017】
上記ハンダ供給サブユニット20A、20Bは、送出ローラ対22A、22B及びモータ(不図示)を有するハンダ供給装置23A、23Bと、ハンダ収容部としてのハンダリール24A、24Bとを備えている。上記送出ローラ対22A、22Bは糸状ハンダ40を挾持しながら回転することによりハンダ40をハンダ供給チューブ21A、21B側に送り出すものである。この送出ローラ対の一方のローラがモータで駆動される駆動ローラ、もう一方のローラが従動ローラとなっている。また、両送出ローラの間隔は糸状ハンダ40を所定の圧力で挾持するように調整され、上記駆動ローラは糸状ハンダ40を所定の速度で送出するとともに糸状ハンダの送出を選択的にオン/オフできるように回転制御される。上記各ハンダリール24A、24Bには糸状ハンダ40が一定量巻き付けられている。
このハンダ供給サブユニット20A、20Bと、上記ハンダ供給チューブ21A、21B及び上記ハンダ供給ヘッド34A、34Bとにより、コテ部材32のコテ先31にハンダを供給するハンダ供給手段が構成されている。
なお、上記ハンダ供給装置23A、23Bには、適宜、ハンダ切れを検知するセンサやハンダ詰まりを検知するセンサなどを設けてもよい。また、上記ハンダ供給装置23A、23Bは、上記送出ローラ対22A、22Bを用いたものに限定されるものではなく、他の機構で糸状ハンダを送出するように構成してもよい。
【0018】
図1及び図3は上記コテ部材32の先端部の拡大側面図及び拡大正面図である。コテ部材32のコテ先31は平板状に形成され、基板200に対するコテ先の相対移動の方向に沿って延在する2つの外向きの露出側面にそれぞれハンダ供給面310A、310Bを有している。このハンダ供給面310A、310Bのそれぞれに、上記ハンダ供給ヘッド34A、34Bのニードル部材35A、35Bの先端が近接して対向するように配置されている。ニードル部材35A、35Bの先端から吐出した糸状ハンダ40は、コテ先31のハンダ供給面310A、310Bに接触して溶融する。この溶融したハンダ40’は、各ハンダ供給面に沿って重力で流下することにより、基板200上のハンダ付け箇所から突出している突出部材であるリード201を覆うように供給される。
【0019】
また、図1に示すように上記コテ先31の先端面はコテ部材32の中心軸に対して所定の角度で傾いた面に加工されている。このように先端面を傾けることにより、コテ部材32を傾けて移動させる場合にコテ先31の先端面と基板200の面とがほぼ平行になって両者が確実に接する。コテ部材32を傾けると、コテ部材32を基板200上でスムーズに移動させることができるとともに、コテ部材32の駆動負荷も低減させることができる。
【0020】
また、図4に示すように、上記コテ先31の幅W1はハンダ供給箇所の間隔であるリード201の間隔W2よりも狭くなるように設定されている。このようにコテ先31の幅W1を設定することにより、コテ先31とリード201とを干渉させることなく、コテ先31のハンダ供給面で溶融したハンダ40’をリード201上に確実に流下させることができる。従って、ハンダ付け箇所を確実にハンダ付けすることができる。
また、本実施形態ではコテ先31の露出側面にある2つのハンダ供給面310A、310Bでハンダを溶融し、ハンダ供給面310A、310Bの外側に位置するリード201上に流下させている。従って、両面実装基板のようにリード201の近傍に部品202があったとしても部品202とコテ先31とが干渉することがなく、ハンダ付け箇所を確実にハンダ付けすることができる(図4参照)。また、コテ先31が部品202に接触したりすることもないので、部品202の損傷を回避することができる。
【0021】
また、上記コテ部材32には、図1及び図3に示すように加熱された不活性ガスとしての窒素ガスF1をハンダ付け箇所に吹き付ける不活性ガス用ノズル321が設けられている。この不活性ガス用ノズル321は、コテ先保持ケース320の内周面とコテ先加熱保持部311の外周面との隙間に形成されている。図示しない窒素ガス供給装置から供給される窒素ガスは、図示しないガス圧調整器及び窒素ガス供給ホース322を通してコテ部材32の上部に設けられた窒素ガス受け部323で受ける。窒素ガス受け部321から導入された窒素ガスは、コテ先保持ケース320の内周面とコテ先加熱保持部311の外周面との隙間を通過するときに、ヒータを内蔵したコテ先加熱保持部311で加熱される。この加熱された窒素ガスが、不活性ガス用ノズル321の下端の吹き出し口から出射し、ハンダ付け箇所に吹き付けられる。この不活性ガスF1の吹き付けにより、溶融したハンダの酸化やコテ先で加熱されたリード201及びランド203の表面の酸化を防止することができる。しかも、上記窒素ガスはある程度加熱された状態でハンダ付け箇所に吹き付けられるので、不活性ガスF1によってハンダ付け箇所が冷却されるのを防止することができる。
【0022】
上記構成のハンダ付けロボットでは、コテ部材32のコテ先31の2つのハンダ供給面310A、310Bに糸状ハンダ40を供給し、各ハンダ供給面に対向する2列のハンダ供給箇所に溶融したハンダ40’を到達させることができる。従って、従来のコテ先の一つのハンダ供給面に一方向からハンダを供給する場合に比して、2列のハンダ供給箇所の連続的な自動ハンダ付けをより効率的に行うことができる。
しかしながら、前述のように基板200の複数のハンダ付け箇所に沿ってコテ先31を移動させながらハンダ付けを行うと、特定のハンダ付け箇所でハンダ付け不良(導通不良)が発生する場合があった。そして、本発明者らによるハンダ付けテスト及びその分析の結果、ハンダ付けを開始するときのハンダ付け箇所の温度が充分に上昇していないことが、上記ハンダ付け不良の原因であることがわかった。また、このハンダ付けを開始するときのハンダ付け箇所の加熱温度不足は、上記加熱された窒素ガス(不活性ガス)の吹き付けを行う場合も同様に発生することもわかった。
【0023】
そこで、本実施形態のハンダ付けロボットでは、上記加熱された窒素ガス(不活性ガス)の吹き付けに先立って、ハンダ付け箇所に加熱ガスを吹き付けて所定の温度まで予備加熱するように構成した。具体的には、図1に示すように、上記不活性ガス用ノズル321とは別に、コテ先31の相対移動方向下流側でハンダ付け箇所に加熱ガスF2を吹き付ける予備加熱用ノズル36を設けた。
上記予備加熱用ノズル36の吹き出し口36aは、加熱ガスF2の吹き付け方向が、ハンダ付け箇所がある基板表面200aに垂直な方向に対してコテ先31の相対移動方向側に傾いた方向になるように形成している。このように加熱ガスF2の吹き付け方向を傾けることにより、予備加熱用ノズル36の吹き出し口36aから射出した加熱ガスがハンダ付け箇所に直接吹き付けられるのを回避することができる。従って、加熱ガスの吹き出し気流が溶融ハンダを吹き飛ばすことによるハンダ付け不良を防止することができる。
【0024】
また、上記予備加熱のための加熱ガスは、溶融ハンダに直接的に触れることがないので、前述の窒素ガス等の不活性ガスではなく通常の空気を圧縮した圧縮エアーを用いることができる。この圧縮エアーは、図示しない圧縮エアーラインから供給され、図示しないガス圧調整器及び圧縮エアー供給ホース362を通して予備加熱用ノズル36の加熱保持部360上部に設けられた圧縮エアー受け部361で受ける。圧縮エアー受け部361から導入された圧縮エアーは、加熱保持部360内部を通過するときに、加熱保持部360の中心に内蔵されたヒータ(例えばセラミックヒータ)で加熱される。この加熱された圧縮エアーF2が、予備加熱用ノズル36の下端の吹き出し口36aから出射し、ハンダ付け前のハンダ付け箇所に吹き付けられる。上記ヒータへは、予備加熱用ノズル36の加熱保持部360上部に接続された電源ケーブル363を介して電流が供給される。このヒータへ供給される電流は、先端がヒータに接するように設けられた熱電対364で検知されたヒータ温度に基づいて制御される。この制御により、予備加熱用ノズル36から出射される圧縮エアーの温度が所定の温度に維持される。
【0025】
また、本発明者らは、各種ハンダや各種基板・リードについて上記予備加熱用ノズル36からの加熱ガスによる加熱実験及びハンダ付け実験を行うことにより、ハンダ付け不良が発生しない予備加熱条件を見い出した。
まず、上記コテ先31を上方に退避させてハンダ付けを行わずに基板を移動させながら加熱ガスによる予備加熱のみを行った。この実験には、図5に示す基板200を用いた。この基板200には、コネクタ部品のリード(30ピン×4列)が突出した合計120箇所のハンダ付け箇所がある。この複数のハンダ付け箇所のうち5箇所(62番ピン、21番ピン、82番ピン、51番ピン、118番ピン)のハンダ付け箇所について温度変化プロファイルを測定した。これらの5箇所のハンダ付け箇所のうち21番ピン及び51番ピンのハンダ付け箇所が、従来のハンダ付け方法でハンダ付け不良が発生した箇所であり、配線パタン等の関係から熱が逃げやすく温度が上昇しにくいと思われる箇所である。
上記温度変化プロファイルは、各ハンダ付け箇所のランド(表面に露出した電極部分)に固定した熱電対を用い、加熱ガスF2の吹き付け位置を図5中の矢印A方向及びB方向に移動させながら1秒ごとに測定した。
【0026】
図6〜図13は、上記コテ先31によるハンダ付けを行わずに基板を移動させながら加熱ガスによる予備加熱のみを行った加熱実験の結果を示している。この図6〜図13はそれぞれ、予備加熱用ノズル36の加熱保持部360内のヒータ温度を400℃、500℃、525℃、550℃、575℃、600℃、625℃及び650℃に設定したときの温度変化プロファイルである。また、各図中の曲線▲1▼、▲2▼、▲3▼、▲4▼及び▲5▼はそれぞれ、基板200上の上記62番ピン、21番ピン、82番ピン、51番ピン及び118番ピンのハンダ付け箇所の温度変化プロファイルである。
これらの図6〜図13の結果から、同じ条件で加熱ガスF2を吹き付けているにもかかわらず、温度変化プロファイルが大きく異なることがわかる。そして、従来のハンダ付け方法でハンダ付け不良が発生した2つのハンダ付け箇所(21番ピン及び51番ピン)では、特に温度上昇が小さいことがわかった。また、図11(予備加熱ヒータ温度:600℃)〜図13(予備加熱ヒータ温度:650℃)においては、予備加熱時のハンダ付け箇所のピーク温度が140℃以上である。しかも、予備加熱によってハンダ付け箇所の温度がピークになってから所定時間経過後(コテ先31が所定位置にあったとしたときハンダ付け開始タイミングに対応)に140℃を下まわっていないことがわかった。
【0027】
次に、上記図6〜図13と同じ条件で予備加熱を行うとともに、コテ先31を所定の位置にセットしてハンダ付けを連続して行ってみた。この実験では、直径が0.65mmであって融点が比較的高い無鉛ハンダ(融点:217℃)からなる糸状ハンダをコテ先31の両面から供給して行った。また、コテ先31の加熱温度は380±20℃に制御した。
この予備加熱及びハンダ付けの実験結果により、上記図11〜図13と同じ予備加熱を行ったときに、上記5つのハンダ付け箇所のすべてで良好なハンダ付けが得られた。これに対し、上記図6(予備加熱ヒータ温度:400℃)〜図12(予備加熱ヒータ温度:575℃)と同じ予備加熱を行ったときには、2つのハンダ付け箇所(21番ピン及び51番ピン)でハンダ付け不良が発生した。
【0028】
図14は、ハンダ付け不良が発生しなかったハンダ付け箇所について予備加熱及びその後のハンダ付けを連続して行ったときの典型的な温度変化プロファイルを示している。図中のToは、ハンダ付け箇所が予備加熱用の加熱ガスの吹き付け中心を通過してから当該ハンダ付け箇所にコテ先が接触してハンダ付けが開始されるまでの時間(本実施形態では約2.7秒)である。
この図14のように、ハンダ付け箇所を140℃以上に一旦予備加熱し、そのハンダ付け箇所の温度が140℃を下まわらない状態で当該ハンダ付け箇所のハンダ付けを開始することにより、ハンダ付け不良を確実に防止できた。この実験では融点が比較的高い無鉛ハンダを使用したが、融点が低い鉛含有の共晶ハンダ(融点:約183℃)を使用する場合も同様にハンダ付け不良を確実に防止できると考えられる。なお、共晶ハンダについても、上述の無鉛ハンダの場合と同様に予備加熱及びハンダ付けの実験を行った。その結果、ハンダ付け箇所を110℃以上に一旦予備加熱し、そのハンダ付け箇所の温度が110℃を下まわらない状態で当該ハンダ付け箇所のハンダ付けを開始することにより、ハンダ付け不良を確実に防止できることがわかった。
【0029】
以上、本実施形態によれば、基板200の各ハンダ付け箇所に対して予備加熱を行うことにより、コテ先31でハンダ付けを開始するときのハンダ付け箇所の加熱温度不足に起因したハンダ付け不良を防止することができる。すなわち、各ハンダ付け箇所のスルーホールの中にハンダを確実に入れることができ、しかもコテ先31に余分なハンダが付着することがないのでコテ先の余分なハンダによるリード間のショート(ブリッジ)が発生しない。特に融点が高く粘りが強い無鉛ハンダの場合は上記リード間のショート(ブリッジ)が多発する傾向があったが、本実施形態によれば、かかる無鉛ハンダを用いた場合でも上記リード間のショート(ブリッジ)の発生がなく、ハンダ付けロボットで自動的に早く且つ高品質なハンダ付けが可能となる。
また、ハンダの種類やハンダ付け対象物の種類等のハンダ付け条件が同じであれば、予備加熱を行わない場合に比してコテ先31の相対移動速度を高めることができ、ハンダ付け速度を飛躍的に高めることができる。また、コテ先の相対移動速度を高めても良好なハンダ付けが可能になるため、ハンダ付け箇所に供給されるハンダがコテ先31で過剰に加熱されることがなく、ハンダの酸化を防止することもできる。
また、上記予備加熱用ノズル36を用いて予備加熱用の加熱ガスF2を吹き付けることにより、必要なハンダ付け箇所だけをスポット的に予備加熱することができる。したがって、予備加熱箇所の近くにあるハンダ付け済みの部品におけるハンダが溶けて強度が低下する等の熱的な悪影響を回避できる。実際に、リフロー等で既に部品がハンダ付けされている基板について予備加熱実験を行い、そのときの予備加熱箇所とその隣りにある部品の温度変化プロファイルを熱電対を用いて測定してみた。その結果、予備加熱箇所では140℃程度まで加熱されているにもかかわらず、その予備加熱箇所から5〜10mm程度はなれた部品の温度上昇は110℃以下であった。
ここで、予備加熱用ノズル36の吹き出し口36aの口径は次のように設定するのが好ましい。すなわち、コテ先進行方向と直交する方向(横方向)における吹き出し口36aの口径の幅寸法は、予備加熱したいポイントの幅一杯(ハンダ付けするリードの列の幅一杯)に設定するのが好ましく、上記予備加熱実験では8〜10mmに設定した。また、コテ先進行方向(縦方向)における吹き出し口36aの口径の幅寸法は、上記横方向の幅寸法が広くなるほど狭くするように設定するのが好ましく、上記予備加熱実験では1〜2.5mmに設定した。
また、予備加熱用ノズル36の吹き出し口36aとハンダ付け対象の基板との距離は、近すぎると基板へのダメージ等が発生するおそれがあり、逆に遠すぎると加熱効率が悪く加熱するポイントを狙う調整が難しく余分なところに加熱ガスが当たってしまう確立が高くなる。したがって、予備加熱用ノズル36の吹き出し口36aとハンダ付け対象の基板との距離は、基板へのダメージ等の発生がなく、且つ所定の加熱効率で加熱して狙いの温度まで予備加熱できるとともに加熱するポイントに加熱ガスを限定的に当てることができるように調整可能な範囲に設定するのが好ましい。上記予備加熱実験では、予備加熱用ノズル36の吹き出し口36aとハンダ付け対象の基板との距離を5〜10mmの範囲に設定し、最適な距離は5mmであった。
なお、予備加熱用ノズル36からの予備加熱用の加熱ガスF2を吹き付け面積は、ハンダ付け対象の基板の回路パターンや部品の配置等に基づいて、予備加熱用ノズル36の吹き出し口36aの口径や吹き出し口36aと基板との距離等で調整できる。
【0030】
なお、上記実験に用いたハンダ付けロボットでは、上記予備加熱用の加熱ガスF2の吹き付け位置と上記コテ先31によるハンダ付け位置との離間距離は10mm程度である。この構成では、ハンダ付け箇所の予備加熱温度のピークから2.7秒後にコテ先31によるハンダ付けが開始される。しかしながら、上記予備加熱用の加熱ガスF2の吹き付け位置と上記コテ先31によるハンダ付け位置との離間距離が変わった場合は、上記140℃の予備加熱条件が確保できないおそれがある。また、コテ先31の相対移動速度等のハンダ付け条件が変わった場合も、上記140℃の予備加熱条件が確保できないおそれがある。
そこで、ハンダの種類、コテ先の相対移動速度などのハンダ付け条件に応じて、上記予備加熱で加熱されるハンダ付け箇所の加熱温度を切り換えるのが好ましい。この場合、ハンダ付け条件を変えたときでもハンダ付け箇所に対する適正な予備加熱を行うとともに、過剰な予備加熱を回避することができる。
上記ハンダ付け箇所の予備加熱温度を切り換える予備加熱温度切り換え手段としては、予備加熱用ノズル36の加熱保持部360に内蔵された予備加熱ヒータに供給する電流を変更できるヒータ電源を用いることができる。その他、上記圧縮エアーの流量を調整することができるガス圧調整器や、エアー供給路を流れる圧縮エアーをON/OFFすることができる電磁弁等を用いることもできる。
【0031】
また、上記圧縮エアーの流量や上記予備加熱ヒータに供給する電流は、ハンダ付け対象の基板について予め実験等で求めた予備加熱温度の測定結果に基づいて決定した制御シーケンスにしたがって制御するようにしてもよい。上記予備加熱温度を測定する実験は、例えばハンダ付け対象の基板が変わったときに実行され、基板上のハンダ付け箇所における複数の測定ポイントに熱電対等の温度センサーを取り付けて行う。このように温度センサーを取り付けた状態で、上記圧縮エアーの流量等の予備加熱条件を切り換えながら各測定ポイントにおける温度変化プロファイルを測定する。この測定結果から、上記圧縮エアーの流量等の最適な予備加熱条件を決定し、制御シーケンスのデータの一部として後述のメモリーカード113に記憶しておく。実際の基板のハンダ付けは、メモリーカード113から読み出した制御シーケンスのデータに基づいて上記圧縮エアー等の予備加熱条件を切り換えながら行う。
【0032】
また、上記予備加熱で加熱されるハンダ付け箇所の加熱温度を、ハンダの種類、コテ先の相対移動速度などのハンダ付け条件に応じて自動的に切り換えるように、予備加熱温度切り換え手段を制御する制御手段を設けてもよい。
【0033】
図15は、上記ハンダ付けロボットの制御系の主要部を示すブロック図である。制御手段としての制御部500は、CPU、RAM、ROM、I/Oインターフェース等を用いて構成されている。この制御部500には上記メモリーカード113に対するデータ書き込み及び読み出しを行うメモリカードドライブ装置501、及び各種モータ駆動回路502A、502B、503〜505が接続されている。この各種モータ駆動回路302A、302B、303〜305、各回路に接続されたモータ、各モータで駆動される可動ブラケット、該可動ブラケットをガイドするガイドレール等により、基板200とコテ部材32との間の相対的な位置関係(直線的な距離及び回転角度)を変化させる相対位置可変手段が構成されている。
また、上記制御部500には、予備加熱用ノズル36の加熱保持部360に内蔵された予備加熱ヒータに電流を供給するヒータ電源510が接続されている。さらに、上記圧縮エアーの流量を調整することができるガス圧調整器511や予備加熱ヒータの温度を検知する温度センサ512も接続されている。温度センサ512の出力は、ヒータ電源510から供給する電流の制御に用いられる。
【0034】
また、前述のようにハンダ付け対象の基板200のハンダ付け箇所に関するデータや、ハンダ付け時の各種パラメータ(糸状ハンダの吐出量、コテ部材の相対移動速度など)のデータはメモリーカード113に記憶されている。このメモリーカード113内のデータがメモリカードドライブ501を介して制御部500内に取り込まれる。このデータに基づいて各モータ駆動部に対する指令信号が生成され、送信される。各モータ駆動部は指令信号に基づいて、それぞれ対応するパルスモータ306A、306B、307〜309を回転駆動する。
【0035】
また、メモリーカード113内のデータに基づき、例えば基板200のハンダ付け箇所が標準の基板よりも加熱しにくいと判断した場合は、予備加熱ヒータの温度設定を高めにしたり、圧縮エアーの流量を多くしたりするように制御する。また、コテ部材の相対移動速度が標準よりも高めに設定されていると判断した場合も同様に制御する。
逆に、基板200のハンダ付け箇所が加熱しやすいと判断した場合は、予備加熱ヒータの温度設定を低めに制御したり、圧縮エアーの流量を少なくするように制御したりする。また、標準の無鉛ハンダではなく融点が低い鉛含有の共晶ハンダを使用すると判断したり、コテ部材の相対移動速度が標準よりも低めに設定されていると判断したりした場合も同様に制御する。
このように制御することにより、ハンダ付け条件を変えたときでもハンダ付け箇所に対する適正な予備加熱を行うとともに、過剰な予備加熱を回避することができる。
【0036】
なお、上記ハンダ付け箇所に関するデータ等は、磁気ディスク(フレキシブルディスク、ハードディスク)、磁気テープ、光ディスク等の他の記憶媒体に記憶させて用いるように構成してもよい。また、装置本体100に接続されたパソコン等の外部装置から、上記ハンダ付け箇所に関するデータ等を取り込むように構成してもよい。
【0037】
【発明の効果】
請求項1乃至の発明によれば、ハンダを供給する前のハンダ付け箇所に対する予備加熱により、ハンダ付けを開始するときのハンダ付け箇所の加熱温度不足によるハンダ付け不良を防止することができる。すなわち、各ハンダ付け箇所のスルーホールの中にハンダを確実に入れることができ、しかもコテ先に余分なハンダが付着することがないのでコテ先の余分なハンダによるリード間のショート(ブリッジ)が発生しないという効果がある。特に融点が高く粘りが強い無鉛ハンダを用いた場合でも上記リード間のショート(ブリッジ)の発生がなく、ハンダ付け装置で自動的に早く且つ高品質なハンダ付けが可能となる。しかも、各ハンダ付け箇所に対する上記予備加熱及びハンダ付けを連続的に行うことができるとともに、ハンダ付け中のハンダ付け箇所で溶融しているハンダが加熱ガスで吹き飛ばされることによるハンダ付け不良を防止することができるという効果がある。
に、請求項の発明によれば、ハンダ付け条件を変えたときでもハンダ付け箇所に対する適正な予備加熱を確保するとともに、過剰な予備加熱によるハンダ付け対象物自体の熱損傷やフラックスの焦げ付き等の発生を防止することができるという効果がある。
また特に、請求項の発明によれば、ハンダ付け条件が変わったときの予備加熱温度の自動切り換えが可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るハンダ付け装置におけるコテ部材の先端部の拡大側面図。
【図2】同ハンダ付け装置の概略構成を示す正面図。
【図3】同コテ部材の先端部の拡大正面図。
【図4】同コテ部材のコテ先の拡大図。
【図5】予備加熱の実験に用いた基板の部分平面図。
【図6】予備加熱ヒータ温度が400℃のときのハンダ付け箇所の温度変化プロファイル。
【図7】予備加熱ヒータ温度が500℃のときのハンダ付け箇所の温度変化プロファイル。
【図8】予備加熱ヒータ温度が525℃のときのハンダ付け箇所の温度変化プロファイル。
【図9】予備加熱ヒータ温度が550℃のときのハンダ付け箇所の温度変化プロファイル。
【図10】予備加熱ヒータ温度が575℃のときのハンダ付け箇所の温度変化プロファイル。
【図11】予備加熱ヒータ温度が600℃のときのハンダ付け箇所の温度変化プロファイル。
【図12】予備加熱ヒータ温度が625℃のときのハンダ付け箇所の温度変化プロファイル。
【図13】予備加熱ヒータ温度が650℃のときのハンダ付け箇所の温度変化プロファイル。
【図14】ハンダ付け不良が発生しなかったハンダ付け箇所について予備加熱及びその後のハンダ付けを連続して行ったときの典型的な温度変化プロファイルの説明図。
【図15】同ハンダ付け装置の制御系の要部を示すブロック図。
【図16】ハンダ付け不良が発生した基板の部分平面図。
【符号の説明】
200 基板
200a 基板表面
201 リード
202 部品
203 ランド
204 スルーホール
205 ハンダ付け箇所
30 ハンダ付けヘッド
31 コテ先
310A、310B ハンダ供給面
311 コテ先加熱保持部
32 コテ部材
320 コテ先保持ケース
321 不活性ガス用ノズル
322 窒素ガス供給ホース
323 窒素ガス受け部
34A,34B ハンダ供給ヘッド
35A,35B ニードル部材
36 予備加熱用ノズル
36a 吹き出し口
360 加熱保持部
361 圧縮エアー受け部
362 圧縮エアー供給ホース
363 電源ケーブル
364 熱電対
40 糸状ハンダ
40’ 溶融したハンダ
500 制御部
510 ヒータ電源
511 ガス圧調整器
512 予備加熱ヒータの温度センサ
F1 窒素ガスの流れ
F2 予備加熱用加熱ガスの流れ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a soldering method and apparatus for performing soldering on a soldering portion of a soldering target object such as a board to which components such as electronic components and connectors are attached.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a soldering method is known in which a soldering iron member is relatively moved along a soldering position of a substrate, which is an object to be soldered, while supplying thread-like solder to the iron tip of the soldering iron member. ing. In this soldering method, when the iron tip of the soldering iron member is heated and the solder is supplied to the iron tip by the solder supply means, the solder contacting the iron tip is melted. The molten solder reaches a soldering spot adjacent to the tip of the solder and is soldered. In addition, when soldering a plurality of soldering points arranged in a straight line on a soldering object using this soldering method, the soldering iron member has a plurality of soldering points. It is moved relatively along the line direction. Thereby, a several soldering location can be soldered continuously.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, if soldering is performed while relatively moving the tip of the substrate along a plurality of soldering points on the substrate using the above-described soldering method, conduction failure or shorting between leads (bridge) at a specific soldering point. In some cases, poor soldering occurs.
FIG. 16 is a partial plan view showing an example of the substrate on which the soldering failure has occurred. As shown in the figure, the substrate 200 is relatively moved in the order of arrows A and B along a plurality of rows of soldering points 205 where the leads 201 protrude from the through holes 204 from the surface of the substrate 200. Was moved and soldered. When each soldered portion 205 after the soldering was observed, a soldering defect in which solder did not enter the through hole 204 occurred at the soldered portion 205 of the lead 201 of the 72nd pin and the 74th pin in the figure. I found out. Further, the solder that has not entered the through hole 204 in this way will be excessively attached to the tip of the iron, and this extra solder at the tip of the iron may be supplied between the leads to form a bridge. all right. These soldering defects tend to occur frequently in solder joints using lead-free solder having a high melting point and high viscosity. When such a soldering failure occurs, conduction between the lead 201 and the surface of the through hole 204 may be insufficient or may not be conducted at all. The solder bridge between the leads causes a short circuit between the leads.
[0004]
Therefore, the present inventors tried to identify the cause of the soldering failure by performing a soldering test with various soldering conditions changed and a detailed analysis of the soldering result. In this soldering test and analysis, the basics of soldering are (1) soldering location and soldering of the substrate, (2) solder supply and (3) oxide removal (cleaning) by flux. Attention was paid to the following various items. In other words, items such as substrate temperature, solder flow into the through-hole, soldering state, soldering point state, solder tip relative movement speed, solder supply amount, tip contact state, tip temperature, etc. Considering. As the state of the soldered portion, a lead insertion state, a substrate warp, a wiring position, and the like were considered. As a result of conducting a detailed soldering test and analysis taking these into consideration, the present inventors have found that the temperature of the soldering point on the substrate when starting soldering at the tip has not sufficiently increased, It has been found that it is the cause of the above soldering failure.
[0005]
In the conventional soldering method, in order to prevent oxidation of the soldered portion and the molten solder supplied thereto, heated inert gas (nitrogen gas) is applied to the soldered portion along the side surface of the soldering tip. There was a case of spraying. However, it is necessary to spray the heated inert gas for preventing the oxidation to such an extent that the molten solder does not blow off, and the temperature of the soldering portion when starting soldering at the tip can be sufficiently heated. It was not a thing.
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a soldering method and apparatus capable of preventing a soldering failure due to insufficient heating temperature at a soldering point when starting soldering. Is to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above-mentioned object, the invention of claim 1 is characterized in that the tip of the solder is relative to the object to be soldered along the arrangement of a plurality of soldering points.Moved toA soldering method for performing continuous soldering on the plurality of soldering points by moving the soldering object prior to soldering each of the plurality of soldering points of the soldering object. The step of preheating the soldered portion before the solder is supplied to 140 ° C. or more by spraying a heating gas to the portion, and after the preheating of the soldered portion, the temperature of the soldered portion is 140 ° C. Starting to supply molten solder to the soldering location in a state where the soldering location is not below, the spraying direction of the heating gas for the preheating is perpendicular to the surface of the soldering object where the soldering location is located A direction inclined relative to the direction of relative movement of the tip with respect to a different direction.TransferDuring the movement, the preheating is continuously performed on the plurality of soldering points by continuously blowing the heating gas to the plurality of soldering points on the downstream side in the relative movement direction of the tip. It is characterized by this.
  According to a second aspect of the present invention, in the soldering method according to the first aspect, the heated inert gas is sprayed onto the soldering portion to which the molten solder is supplied during the soldering of the soldering portion of the soldering object. The preliminary heating is performed by spraying a heating gas on the soldering portion prior to spraying the inert gas.
[0008]
  According to a third aspect of the present invention, there is provided a soldering iron member having a iron tip and a heating means for heating the iron tip, a solder supply means for supplying solder to the iron tip, and the iron for the soldering object. Relative position variable means for changing the relative positional relationship between the soldering object and the soldering iron member so as to move relative to the tip, and a plurality of relative positions of the soldering object. Relative to the soldering pointMoved toA soldering device for continuously soldering the plurality of soldering points by moving the soldering object, wherein the soldering device moves relative to the soldering tip and moves downstream of the soldering tip in the relative movement direction of the soldering target. A preheating nozzle for spraying a heating gas to the soldering portion so as to preheat the soldering portion before the solder is supplied to 140 ° C. or more, and a heating gas supply for supplying the heating gas to the preheating nozzle Means for supplying molten solder to the soldering point in a state where the temperature of the soldering point heated by the preheating does not fall below 140 ° C. Is set so that the direction of spraying the heating gas for the preheating is perpendicular to the surface of the soldering object where the soldering portion is located. As will become inclined direction relative movement direction, it is characterized in that provided with the preliminary heating nozzle.
  According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the soldering apparatus according to the third aspect, further comprising an inert gas nozzle for spraying a heated inert gas to a soldering portion to which solder melted by the iron tip is supplied. The heating nozzle is provided separately from the inert gas nozzle.
  According to a fifth aspect of the present invention, in the soldering apparatus according to the third or fourth aspect of the present invention, preheating temperature switching means for switching the heating temperature of the soldering portion heated by the preheating is provided.
  According to a sixth aspect of the present invention, in the soldering apparatus according to the fifth aspect, the preheating is performed so as to switch a heating temperature of the soldering portion heated by the preheating according to a soldering condition for the soldering portion. Control means for controlling the temperature switching means is provided.
[0009]
  As described above, the result of the soldering test and analysis by the present inventors is that the soldering temperature at the start of soldering is not sufficiently increased, which is the cause of the soldering failure. I understood. Based on such knowledge, the present inventors changed the conditions such as the type of solder and the type of the soldering object with respect to the temperature of the soldering point at the start of soldering, and the heating experiment or soldering experiment of the soldering spot. Was repeated. As a result, it was found that it is important that the soldering location at the start of soldering does not fall below 140 ° C. in order to prevent the above-described soldering failure.
  Therefore, in the soldering method of claim 1,pluralSoldering pointsRespectivelyPrior to solderingBy spraying heated gas on the soldering points,The soldering part before supplying the solder is preheated to 140 ° C. or higher. Then, after preheating the soldered portion, supply of molten solder to the soldered portion is started in a state where the temperature of the soldered portion does not fall below 140 ° C. By performing preheating in this way,Of soldering objectIt is possible to start supplying the molten solder to the soldering point in a state where the soldering point is thermally activated so that the soldering point does not fall below 140 ° C., and to prevent soldering failure due to insufficient heating temperature of the soldering point. it can.
Furthermore, while moving the soldering tip relatively along the arrangement of the plurality of soldering points with respect to the soldering object, heated gas is blown to the soldering point on the downstream side in the relative movement direction of the soldering tip. By spraying the heating gas, the preliminary heating and soldering can be continuously performed on each soldering portion.
Further, the heating gas is blown in a direction inclined toward the relative movement direction side of the iron tip with respect to the direction perpendicular to the surface of the soldering object where the soldering portion is located. Therefore, the solder melted at the soldering location during soldering is not easily blown off by the heated gas.
  In addition, in order to prevent oxidation of the molten solder supplied to the soldering location of the soldering object, an inert gas heated to the soldering location where the molten solder is supplied during soldering of the soldering location May spray. However, according to experiments conducted by the present inventors, the soldering location at the start of soldering may not be at a sufficiently high temperature only by spraying the heated inert gas during soldering. I understood.
  Therefore, in the soldering method according to the second aspect, prior to the spraying of the inert gas, the heating gas is sprayed to the soldering site before the solder is supplied to perform preliminary heating. By performing preliminary heating prior to blowing the heated inert gas in this way, it is possible to start supplying molten solder to the soldering location in a state where the soldering location is thermally activated. Thereby, it is possible to prevent a soldering failure due to insufficient heating temperature of the soldering portion.
  In addition, it is preferable to perform the preheating of the soldering portion in the soldering method according to the first and second aspects of the present invention within a temperature range that does not cause thermal damage to the soldering object itself or burning of the flux..
[0010]
  Claim3The soldering apparatus according to claim 11'sIt can be used for soldering by a soldering method.
  Claim4The soldering apparatus according to claim 12Can be used for soldering by soldering method.
SpecialAnd claims5In this soldering apparatus, the heating temperature of the soldering spot heated by the preheating is switched according to the soldering condition for the soldering spot. Examples of the soldering conditions include the type of solder, the type of soldering object, and the moving speed of the tip. By switching the heating temperature, even when the soldering conditions are changed, proper preheating is performed on the soldering portion, and excessive preheating can be avoided.
  In particular, the claims6In this soldering apparatus, the heating temperature by the preheating can be automatically switched when the soldering condition for the soldering location is changed.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a soldering method and a soldering apparatus (soldering robot) for automatically soldering a substrate (PCB) as an object to be soldered will be described.
FIG. 2 is a front view showing a schematic configuration of a soldering robot as a soldering apparatus according to the present embodiment. The soldering robot includes an apparatus main body 100 having a work table 101 at the top, stand members 102 and 103, an X-axis guide member 104, and a soldering unit 10. The stand members 102 and 103 are attached to both side portions of the apparatus main body 100. The X-axis guide member 104 is attached so as to be bridged between the stand members at the upper part of the stand members 102 and 103. The soldering unit 10 is attached to the X-axis guide member 104 so as to be movable in the X-axis direction (left-right direction in the figure).
[0012]
Two guide rails 105 and 106 extending in the Y-axis direction (the front-rear direction in the figure) are formed at the center of the work table 101, and the movable brackets 107 and 108 extend along the guide rail in the Y-axis direction. It is attached to be movable. A work table 109 is mounted on the movable brackets 107 and 108, and a substrate 200 as a soldering object is mounted on the work table 109 via substrate support stands 110 and 111. The driving of the movable brackets 107 and 108 in the Y-axis direction is controlled by a control unit described later based on information on the soldering location on the substrate. Data on the information on the soldering portion on the substrate is acquired by a data fetching operation (teaching operation) executed in advance. The acquired data is stored in the memory card 113 inserted in the memory card slot 112 together with data such as various parameters at the time of soldering.
[0013]
The soldering unit 10 includes a unit main body 11, solder supply subunits 20 </ b> A and 20 </ b> B, and a soldering head 30. The solder supply subunits 20 </ b> A and 20 </ b> B are attached to both sides of the unit body 11. The soldering head 30 is attached to an elevating slide shaft 12 extending downward from the unit main body 11 via a relay member 13, a swing arm 14, and the like.
A movable bracket (not shown) is provided on the back side of the unit body 11, and this movable bracket is guided by a guide rail (not shown) formed on the X-axis guide member 104 side. By being guided in this way, the soldering unit 10 can be moved in the X-axis direction.
[0014]
The elevating slide shaft 12 extending downward from the unit main body 10 is driven and controlled so as to move in the Z-axis direction (vertical direction in the figure), and is rotated so as to rotate around the central axis in the Z-axis direction. Can be done. An air pressure mechanism (not shown) is incorporated in the relay member 13 connected to the elevating slide shaft 12 so that the tip of the soldering head 30 can be pressed against the substrate 200 with a predetermined pressure. Further, the swing arm 14 connected to the relay member 13 is configured so that the soldering head 30 can be fixed at a predetermined angle.
[0015]
The soldering head 30 includes a soldering iron member (hereinafter referred to as “steel member”) 32 and solder supply heads 34A and 34B. The iron member 32 has a flat iron tip 31 at the tip, and incorporates a heater as a iron tip heating means. The solder supply heads 34A and 34B are fixed to both sides of the iron member 32 by fixed arm members 33A and 33B. At the tip of the solder supply heads 34A, 34B on the tip 31 side, there are provided hollow needle members 35A, 35B through which thread-like solder can pass as solder guide members. The solder supply heads 34A and 34B are supplied with thread-like solder from the solder supply subunits 20A and 20B, which can be controlled independently of solder supply, via the solder supply tubes 21A and 21B.
[0016]
The solder supply heads 34A and 34B are provided with heaters as solder preheating means for preliminarily heating the thread-like solder 40 before discharging it from the needle members 35A and 35B. By preliminarily heating in this way, it is possible to suppress a rapid temperature rise of the flux and to prevent solder balls / flux scattering.
[0017]
The solder supply subunits 20A and 20B are provided with solder supply devices 23A and 23B having a pair of delivery rollers 22A and 22B and a motor (not shown), and solder reels 24A and 24B as solder accommodating portions. The delivery roller pair 22A, 22B is configured to feed the solder 40 toward the solder supply tubes 21A, 21B by rotating while holding the thread-like solder 40. One roller of the feed roller pair is a driving roller driven by a motor, and the other roller is a driven roller. Further, the interval between the two feeding rollers is adjusted so as to hold the thread-like solder 40 with a predetermined pressure, and the drive roller can feed the thread-like solder 40 at a predetermined speed and selectively turn on / off the thread-like solder. The rotation is controlled as follows. A threaded solder 40 is wound around the solder reels 24A and 24B by a certain amount.
The solder supply subunits 20A and 20B, the solder supply tubes 21A and 21B, and the solder supply heads 34A and 34B constitute solder supply means for supplying solder to the tip 31 of the iron member 32.
Note that the solder supply devices 23A and 23B may be appropriately provided with a sensor for detecting solder breakage, a sensor for detecting solder clogging, and the like. The solder supply devices 23A and 23B are not limited to those using the delivery roller pair 22A and 22B, and may be configured to send the thread-like solder by another mechanism.
[0018]
1 and 3 are an enlarged side view and an enlarged front view of the distal end portion of the iron member 32. FIG. The iron tip 31 of the iron member 32 is formed in a flat plate shape, and has solder supply surfaces 310A and 310B on two outwardly exposed side surfaces extending along the direction of relative movement of the iron tip with respect to the substrate 200, respectively. . The tips of the needle members 35A and 35B of the solder supply heads 34A and 34B are arranged so as to be close to and face each of the solder supply surfaces 310A and 310B. The thread-like solder 40 discharged from the tips of the needle members 35A and 35B comes into contact with the solder supply surfaces 310A and 310B of the tip 31 and melts. The melted solder 40 ′ is supplied so as to cover the leads 201 that are protruding members protruding from the soldering portions on the substrate 200 by flowing down along the solder supply surfaces by gravity.
[0019]
Further, as shown in FIG. 1, the tip surface of the iron tip 31 is processed into a surface inclined at a predetermined angle with respect to the central axis of the iron member 32. By tilting the tip surface in this way, when the iron member 32 is moved while being tilted, the tip surface of the tip 31 and the surface of the substrate 200 are substantially parallel to each other so that they are in contact with each other. When the iron member 32 is inclined, the iron member 32 can be smoothly moved on the substrate 200, and the driving load of the iron member 32 can be reduced.
[0020]
As shown in FIG. 4, the width W1 of the tip 31 is set to be narrower than the interval W2 of the leads 201, which is the interval between the solder supply locations. By setting the width W1 of the iron tip 31 in this way, the solder 40 ′ melted on the solder supply surface of the iron tip 31 can surely flow down onto the lead 201 without causing interference between the iron tip 31 and the lead 201. be able to. Therefore, it is possible to reliably solder the soldering portion.
Further, in this embodiment, the solder is melted by the two solder supply surfaces 310A and 310B on the exposed side surface of the tip 31 and is allowed to flow down onto the lead 201 positioned outside the solder supply surfaces 310A and 310B. Therefore, even if the component 202 exists in the vicinity of the lead 201 as in the case of a double-sided mounting board, the component 202 and the iron tip 31 do not interfere with each other, and the soldering location can be reliably soldered (see FIG. 4). ). Further, since the tip 31 does not come into contact with the component 202, damage to the component 202 can be avoided.
[0021]
Further, as shown in FIGS. 1 and 3, the iron member 32 is provided with an inert gas nozzle 321 for blowing nitrogen gas F1 as a heated inert gas onto a soldering portion. The inert gas nozzle 321 is formed in a gap between the inner peripheral surface of the tip holding case 320 and the outer peripheral surface of the tip heating holding unit 311. Nitrogen gas supplied from a nitrogen gas supply device (not shown) is received by a nitrogen gas receiving portion 323 provided on the top of the iron member 32 through a gas pressure regulator (not shown) and a nitrogen gas supply hose 322. When the nitrogen gas introduced from the nitrogen gas receiving portion 321 passes through the gap between the inner peripheral surface of the tip holding case 320 and the outer peripheral surface of the tip heating holding portion 311, the tip heating holding portion with a built-in heater. 311 is heated. The heated nitrogen gas is emitted from the blowout port at the lower end of the inert gas nozzle 321 and blown to the soldered portion. By blowing the inert gas F1, it is possible to prevent oxidation of the melted solder and oxidation of the surfaces of the lead 201 and the land 203 heated by the iron tip. In addition, since the nitrogen gas is blown onto the soldering portion in a state of being heated to some extent, it is possible to prevent the soldering portion from being cooled by the inert gas F1.
[0022]
In the soldering robot having the above-described configuration, the thread-like solder 40 is supplied to the two solder supply surfaces 310A and 310B of the iron tip 31 of the iron member 32, and the molten solder 40 is melted in two rows of solder supply locations facing each solder supply surface. 'Can be reached. Therefore, continuous automatic soldering of two rows of solder supply locations can be performed more efficiently than in the case where solder is supplied from one direction to one solder supply surface of a conventional iron tip.
However, when soldering is performed while moving the tip 31 along a plurality of soldering locations of the substrate 200 as described above, a soldering failure (conducting failure) may occur at a specific soldering location. . As a result of the soldering test and analysis by the present inventors, it was found that the soldering temperature was not sufficiently increased when soldering was started, which was the cause of the soldering failure. . It has also been found that the shortage of the heating temperature at the soldering point when starting the soldering occurs in the same manner when the heated nitrogen gas (inert gas) is sprayed.
[0023]
Therefore, the soldering robot according to the present embodiment is configured to preheat to a predetermined temperature by spraying a heating gas to a soldering point prior to the spraying of the heated nitrogen gas (inert gas). Specifically, as shown in FIG. 1, apart from the inert gas nozzle 321, a preheating nozzle 36 that blows the heated gas F <b> 2 at the soldering location on the downstream side in the relative movement direction of the tip 31 is provided. .
The blowing port 36a of the preheating nozzle 36 is such that the blowing direction of the heating gas F2 is inclined in the direction of relative movement of the tip 31 with respect to the direction perpendicular to the substrate surface 200a where the soldering portion is located. Is formed. By tilting the blowing direction of the heating gas F2 in this way, it is possible to avoid the heating gas injected from the blowing port 36a of the preheating nozzle 36 being directly blown to the soldering portion. Accordingly, it is possible to prevent a soldering failure caused by blowing off the molten solder by the blowing gas flow of the heated gas.
[0024]
Further, since the heating gas for the preheating does not directly contact the molten solder, compressed air obtained by compressing normal air can be used instead of the inert gas such as nitrogen gas. This compressed air is supplied from a compressed air line (not shown) and is received by a compressed air receiving part 361 provided on the heating holding part 360 of the preheating nozzle 36 through a gas pressure regulator and a compressed air supply hose 362 (not shown). The compressed air introduced from the compressed air receiving part 361 is heated by a heater (for example, a ceramic heater) built in the center of the heating and holding part 360 when passing through the inside of the heating and holding part 360. The heated compressed air F2 exits from the blowout port 36a at the lower end of the preheating nozzle 36 and is blown to the soldering location before soldering. A current is supplied to the heater via a power cable 363 connected to the upper part of the heating holding unit 360 of the preheating nozzle 36. The current supplied to the heater is controlled based on the heater temperature detected by a thermocouple 364 provided so that the tip is in contact with the heater. By this control, the temperature of the compressed air emitted from the preheating nozzle 36 is maintained at a predetermined temperature.
[0025]
In addition, the present inventors have found out preheating conditions in which soldering defects do not occur by conducting heating experiments and soldering experiments with the heating gas from the preheating nozzle 36 on various solders and various substrates / leads. .
First, only the preliminary heating with the heating gas was performed while moving the substrate without retracting the iron tip 31 and soldering. In this experiment, the substrate 200 shown in FIG. 5 was used. This board 200 has a total of 120 soldering locations where the lead (30 pins × 4 rows) of the connector parts protrudes. The temperature change profile was measured for 5 soldered locations (62nd pin, 21st pin, 82nd pin, 51st pin, 118th pin) among the plurality of soldered locations. Of these 5 soldering locations, the 21st pin and 51st pin soldering locations are locations where soldering failure has occurred in the conventional soldering method, and heat is easily lost due to wiring patterns, etc. It is a place where it seems that it is hard to rise.
The temperature change profile is 1 while using the thermocouple fixed to the land (electrode portion exposed on the surface) of each soldering position and moving the spraying position of the heating gas F2 in the directions of arrows A and B in FIG. Measured every second.
[0026]
6 to 13 show the results of a heating experiment in which only the preliminary heating with the heating gas is performed while moving the substrate without performing soldering with the iron tip 31. FIG. 6-13, the heater temperature in the heating holding part 360 of the preheating nozzle 36 was set to 400 ° C., 500 ° C., 525 ° C., 550 ° C., 575 ° C., 600 ° C., 625 ° C. and 650 ° C., respectively. It is a temperature change profile at the time. In addition, the curves (1), (2), (3), (4) and (5) in each figure are the 62nd pin, 21st pin, 82nd pin, 51st pin and the like on the substrate 200, respectively. It is a temperature change profile of the soldering location of the 118th pin.
From these results of FIGS. 6 to 13, it can be seen that the temperature change profiles are greatly different even though the heating gas F <b> 2 is blown under the same conditions. And it turned out that temperature rise is especially small in two soldering locations (No. 21 pin and No. 51 pin) where defective soldering has occurred in the conventional soldering method. Moreover, in FIG. 11 (preheating heater temperature: 600 degreeC)-FIG. 13 (preheating heater temperature: 650 degreeC), the peak temperature of the soldering location at the time of preheating is 140 degreeC or more. Moreover, it is found that the temperature does not fall below 140 ° C. after a predetermined time has elapsed since the temperature of the soldering point has reached a peak due to preheating (corresponding to the soldering start timing when the tip 31 is at the predetermined position). It was.
[0027]
Next, preheating was performed under the same conditions as in FIGS. 6 to 13, and the soldering tip 31 was set at a predetermined position and soldering was continuously performed. In this experiment, thread solder composed of lead-free solder (melting point: 217 ° C.) having a diameter of 0.65 mm and a relatively high melting point was supplied from both sides of the tip 31. The heating temperature of the iron tip 31 was controlled to 380 ± 20 ° C.
According to the preliminary heating and soldering experimental results, when the same preheating as in FIGS. 11 to 13 was performed, good soldering was obtained at all the five soldering points. On the other hand, when the same preheating as in FIG. 6 (preheating heater temperature: 400 ° C.) to FIG. 12 (preheating heater temperature: 575 ° C.) is performed, two soldering locations (the 21st pin and the 51st pin) ), Soldering failure occurred.
[0028]
FIG. 14 shows a typical temperature change profile when the preheating and the subsequent soldering are continuously performed on the soldering portion where the soldering failure does not occur. In the figure, To is the time from when the soldering point passes through the spraying center of the preheating heating gas until the soldering tip comes into contact with the soldering point and soldering starts (in this embodiment, approximately 2.7 seconds).
As shown in FIG. 14, the soldering part is preheated to 140 ° C. or more once, and soldering is started by starting the soldering part in a state where the temperature of the soldering part does not fall below 140 ° C. Defects could be reliably prevented. In this experiment, lead-free solder having a relatively high melting point was used. However, it is considered that soldering defects can also be reliably prevented when lead-containing eutectic solder (melting point: about 183 ° C.) having a low melting point is used. For eutectic solder, preheating and soldering experiments were conducted as in the case of the lead-free solder described above. As a result, pre-heating the soldered part to 110 ° C or higher, and starting the soldering of the soldered part in a state where the temperature of the soldered part does not fall below 110 ° C, it is possible to ensure soldering defects. I found that it can be prevented.
[0029]
As described above, according to the present embodiment, by performing preliminary heating on each soldering portion of the substrate 200, poor soldering due to insufficient heating temperature at the soldering portion when soldering is started at the tip 31. Can be prevented. That is, solder can be surely inserted into the through hole of each soldering location, and no extra solder adheres to the iron tip 31, so a short between the leads due to the extra solder at the iron tip (bridge) Does not occur. In particular, in the case of lead-free solder having a high melting point and high viscosity, shorts (bridges) between the leads tend to occur frequently. However, according to the present embodiment, even when such lead-free solder is used, the shorts between the leads ( (Bridge) does not occur, and soldering robots can automatically and quickly perform high-quality soldering.
Also, if the soldering conditions such as the type of solder and the type of soldering object are the same, the relative moving speed of the iron tip 31 can be increased as compared with the case where preheating is not performed, and the soldering speed can be increased. It can be improved dramatically. Further, even if the relative movement speed of the soldering tip is increased, good soldering is possible. Therefore, the solder supplied to the soldering point is not excessively heated by the soldering tip 31, and the solder is prevented from being oxidized. You can also.
Further, by spraying the heating gas F2 for preheating using the preheating nozzle 36, it is possible to preheat only the necessary soldering spot in a spot manner. Therefore, it is possible to avoid thermal adverse effects such as melting of the solder in the soldered part near the preheating portion and the strength being lowered. Actually, a preheating experiment was performed on a substrate on which components were already soldered by reflow or the like, and the temperature change profile of the preheating location at that time and the adjacent components was measured using a thermocouple. As a result, the temperature rise of the parts that were about 5 to 10 mm away from the preheating location was 110 ° C. or less, even though the preheating location was heated to about 140 ° C.
Here, the diameter of the outlet 36a of the preheating nozzle 36 is preferably set as follows. That is, it is preferable to set the width dimension of the diameter of the blowout port 36a in the direction (lateral direction) orthogonal to the iron tip traveling direction to the full width of the point to be preheated (the full width of the row of leads to be soldered), In the preheating experiment, it was set to 8 to 10 mm. Moreover, it is preferable to set so that the width dimension of the diameter of the blower outlet 36a in the iron tip advancing direction (longitudinal direction) becomes narrower as the width dimension in the lateral direction becomes wider, and in the preliminary heating experiment, 1 to 2.5 mm. Set to.
In addition, if the distance between the blow-out port 36a of the preheating nozzle 36 and the substrate to be soldered is too close, damage to the substrate may occur. There is a high probability that the target gas will be difficult to adjust and the heated gas will hit the excess. Accordingly, the distance between the blowout port 36a of the preheating nozzle 36 and the substrate to be soldered is such that there is no damage to the substrate, and the substrate can be preheated to the target temperature by heating at a predetermined heating efficiency and heated. It is preferable to set an adjustable range so that the heating gas can be applied to the points to be limited. In the preheating experiment, the distance between the blowing port 36a of the preheating nozzle 36 and the substrate to be soldered was set in the range of 5 to 10 mm, and the optimum distance was 5 mm.
The area for spraying the preheating heating gas F2 from the preheating nozzle 36 is based on the circuit pattern of the board to be soldered, the arrangement of components, etc. It can be adjusted by the distance between the outlet 36a and the substrate.
[0030]
In the soldering robot used in the experiment, the separation distance between the spraying position of the heating gas F2 for preheating and the soldering position by the tip 31 is about 10 mm. In this configuration, soldering with the tip 31 is started 2.7 seconds after the peak of the preheating temperature at the soldering location. However, if the separation distance between the spraying position of the heating gas F2 for preheating and the soldering position by the tip 31 is changed, the preheating condition of 140 ° C. may not be ensured. In addition, even when the soldering conditions such as the relative moving speed of the iron tip 31 change, the 140 ° C. preheating condition may not be ensured.
Therefore, it is preferable to switch the heating temperature of the soldering portion heated by the preheating according to the soldering conditions such as the type of solder and the relative movement speed of the tip. In this case, even when the soldering conditions are changed, it is possible to perform appropriate preheating for the soldering portion and to avoid excessive preheating.
As the preheating temperature switching means for switching the preheating temperature at the soldering location, a heater power source capable of changing the current supplied to the preheating heater built in the heating holding unit 360 of the preheating nozzle 36 can be used. In addition, a gas pressure regulator that can adjust the flow rate of the compressed air, an electromagnetic valve that can turn ON / OFF the compressed air flowing through the air supply path, and the like can also be used.
[0031]
Further, the flow rate of the compressed air and the current supplied to the preheating heater are controlled according to a control sequence determined based on the measurement result of the preheating temperature obtained in advance through experiments or the like for the substrate to be soldered. Also good. The experiment for measuring the preheating temperature is performed, for example, when the substrate to be soldered changes, and is performed by attaching temperature sensors such as thermocouples to a plurality of measurement points at the soldering locations on the substrate. With the temperature sensor attached in this manner, the temperature change profile at each measurement point is measured while switching the preheating conditions such as the flow rate of the compressed air. From this measurement result, the optimum preheating conditions such as the flow rate of the compressed air are determined and stored in a memory card 113 described later as part of control sequence data. The actual soldering of the substrate is performed while switching the preheating conditions such as the compressed air based on the control sequence data read from the memory card 113.
[0032]
Further, the preheating temperature switching means is controlled so that the heating temperature of the soldering portion heated by the preheating is automatically switched according to the soldering conditions such as the type of solder and the relative movement speed of the tip. Control means may be provided.
[0033]
FIG. 15 is a block diagram showing the main part of the control system of the soldering robot. The control unit 500 serving as a control unit is configured using a CPU, RAM, ROM, I / O interface, and the like. The control unit 500 is connected to a memory card drive device 501 for writing data to and reading data from the memory card 113 and various motor drive circuits 502A, 502B, 503 to 505. These various motor drive circuits 302A, 302B, 303 to 305, motors connected to the respective circuits, movable brackets driven by the respective motors, guide rails for guiding the movable brackets, and the like between the substrate 200 and the iron member 32 The relative position variable means is configured to change the relative positional relationship (linear distance and rotation angle).
The control unit 500 is connected to a heater power supply 510 that supplies current to the preheating heater built in the heating holding unit 360 of the preheating nozzle 36. Further, a gas pressure adjuster 511 that can adjust the flow rate of the compressed air and a temperature sensor 512 that detects the temperature of the preheater heater are also connected. The output of the temperature sensor 512 is used to control the current supplied from the heater power supply 510.
[0034]
Further, as described above, data relating to the soldering location of the substrate 200 to be soldered and various parameters during soldering (such as the discharge amount of the threaded solder and the relative movement speed of the iron member) are stored in the memory card 113. ing. Data in the memory card 113 is taken into the control unit 500 via the memory card drive 501. Based on this data, a command signal for each motor drive unit is generated and transmitted. Each motor drive unit rotationally drives the corresponding pulse motor 306A, 306B, 307 to 309 based on the command signal.
[0035]
Further, based on the data in the memory card 113, for example, when it is determined that the soldered portion of the substrate 200 is harder to heat than the standard substrate, the temperature setting of the preheating heater is increased or the flow rate of the compressed air is increased. To control. The same control is performed when it is determined that the relative movement speed of the iron member is set higher than the standard.
On the contrary, when it is determined that the soldered portion of the substrate 200 is easy to heat, the temperature setting of the preheater is controlled to be lower or the flow rate of the compressed air is reduced. Also, control is performed in the same way when it is judged that lead-containing eutectic solder with a low melting point is used instead of standard lead-free solder, or when the relative moving speed of the iron member is set lower than the standard. To do.
By controlling in this way, even when the soldering conditions are changed, it is possible to perform appropriate preheating on the soldering portion and to avoid excessive preheating.
[0036]
In addition, you may comprise so that the data regarding the said soldering location etc. may be memorize | stored and used for other storage media, such as a magnetic disk (flexible disk, hard disk), a magnetic tape, and an optical disk. Further, it may be configured to take in data relating to the soldering location from an external device such as a personal computer connected to the apparatus main body 100.
[0037]
【The invention's effect】
  Claims 1 to7According to this invention, it is possible to prevent poor soldering due to insufficient heating temperature at the soldering point when soldering is started by preheating the soldering point before supplying the solder. In other words, it is possible to securely put the solder into the through hole of each soldering point, and there is no adhesion of extra solder to the tip of the iron, so there is no short (bridge) between the leads due to the extra solder at the tip of the iron. There is an effect that it does not occur. In particular, even when lead-free solder with a high melting point and high viscosity is used, there is no short-circuit (bridge) between the leads, and a soldering device can automatically and quickly perform high-quality soldering.. Moreover,The above preheating and soldering can be continuously performed on each soldering point.WithThere is an effect that it is possible to prevent a soldering failure caused by blowing the solder melted at the soldering position during the soldering with the heated gas.
SpecialAnd claims6According to this invention, even when the soldering conditions are changed, the appropriate preheating for the soldering portion is ensured, and the occurrence of the thermal damage of the soldering object itself due to excessive preheating or the burning of the flux is prevented. There is an effect that can be.
  In particular, the claims7According to the invention, it is possible to automatically switch the preheating temperature when the soldering condition is changed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged side view of a tip portion of a iron member in a soldering apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view showing a schematic configuration of the soldering apparatus.
FIG. 3 is an enlarged front view of a tip portion of the iron member.
FIG. 4 is an enlarged view of the iron tip of the iron member.
FIG. 5 is a partial plan view of a substrate used in a preheating experiment.
FIG. 6 is a temperature change profile of a soldering portion when the preheater temperature is 400 ° C.
FIG. 7 is a temperature change profile of a soldered portion when the preheater temperature is 500 ° C.
FIG. 8 is a temperature change profile of a soldering portion when the preheater temperature is 525 ° C.
FIG. 9 is a temperature change profile of a soldered portion when the preheater temperature is 550 ° C.
FIG. 10 is a temperature change profile of a soldered portion when the preheater temperature is 575 ° C.
FIG. 11 is a temperature change profile of a soldered portion when the preheater temperature is 600 ° C.
FIG. 12 is a temperature change profile of a soldered portion when the preheater temperature is 625 ° C.
FIG. 13 is a temperature change profile of a soldering portion when the preheating heater temperature is 650 ° C.
FIG. 14 is an explanatory diagram of a typical temperature change profile when preheating and subsequent soldering are continuously performed on a soldering portion where no soldering failure has occurred.
FIG. 15 is a block diagram showing a main part of a control system of the soldering apparatus.
FIG. 16 is a partial plan view of a substrate on which a soldering failure has occurred.
[Explanation of symbols]
200 substrates
200a Substrate surface
201 leads
202 parts
203 rand
204 Through hole
205 Soldering points
30 Soldering head
31 tips
310A, 310B Solder supply surface
311 Iron heating holding part
32 Iron parts
320 Tip holding case
321 Nozzle for inert gas
322 Nitrogen gas supply hose
323 Nitrogen gas receiver
34A, 34B Solder supply head
35A, 35B Needle member
36 Preheating nozzle
36a outlet
360 Heating holding part
361 Compressed air receiver
362 Compressed air supply hose
363 Power cable
364 thermocouple
40 Threaded solder
40 'molten solder
500 Control unit
510 Heater power supply
511 Gas pressure regulator
512 Preheater temperature sensor
F1 Flow of nitrogen gas
F2 Heating gas flow for preheating

Claims (6)

ハンダ付け対象物に対して複数のハンダ付け箇所の並びに沿ってコテ先を相対的に移動させることにより該複数のハンダ付け箇所に対して連続的にハンダ付けを行う半田付け方法であって、
該ハンダ付け対象物の該複数のハンダ付け箇所それぞれのハンダ付けに先立って、該ハンダ付け箇所に加熱ガスを吹き付けることにより、ハンダが供給される前の該ハンダ付け箇所を140℃以上に予備加熱するステップと、
該ハンダ付け箇所の予備加熱の後、該ハンダ付け箇所の温度が140℃を下まわらない状態で該ハンダ付け箇所に対する溶融ハンダの供給を開始するステップとを有し、
上記予備加熱のための加熱ガスの吹き付け方向は、上記ハンダ付け箇所があるハンダ付け対象物表面に垂直な方向に対して上記コテ先の相対移動方向側に傾いた方向であり、
上記コテ先の移動の際に、該コテ先の相対移動方向下流側で上記複数のハンダ付け箇所に上記加熱ガスを連続的に吹き付けることにより、上記予備加熱を該複数のハンダ付け箇所に対して連続的に行うことを特徴とするハンダ付け方法。
A soldering method is carried out continuously soldered to soldering points of the plurality of by relatively moving the tip along the arrangement of a plurality of soldering points against soldering object,
Prior to soldering each of the plurality of soldering points of the soldering object, the soldering point before the solder is supplied is preheated to 140 ° C. or more by blowing a heating gas to the soldering point. And steps to
After the preheating of the soldering part, starting the supply of molten solder to the soldering part in a state where the temperature of the soldering part does not fall below 140 ° C,
The blowing direction of the heating gas for the preheating is a direction inclined toward the relative movement direction side of the iron tip with respect to the direction perpendicular to the soldering target surface where the soldering portion is located,
Upon moving the tip, with the tip of the relative movement direction downstream side by blowing the heated gas continuously to the plurality of soldering points, with respect to the soldering portions of the plurality of the preliminary heating Soldering method characterized by being performed continuously.
請求項1のハンダ付け方法において、
上記ハンダ付け対象物のハンダ付け箇所のハンダ付け中に溶融ハンダが供給されている該ハンダ付け箇所へ加熱された不活性ガスの吹き付けるものであり、
上記予備加熱を、該不活性ガスの吹き付けに先立って、該ハンダ付け箇所に加熱ガスを吹き付けることにより行うことを特徴とするハンダ付け方法。
The soldering method according to claim 1,
The soldering part to which the molten solder is supplied during soldering of the soldering part of the soldering object is sprayed with heated inert gas,
A soldering method, wherein the preheating is performed by spraying a heating gas on the soldering portion prior to spraying the inert gas.
コテ先と該コテ先を加熱する加熱手段とを有するハンダ付け用コテ部材と、該コテ先にハンダを供給するハンダ供給手段と、ハンダ付け対象物に対して該コテ先を相対的に移動するように該ハンダ付け対象物と該ハンダ付け用コテ部材との間の相対的な位置関係を変化させる相対位置可変手段とを備え、該ハンダ付け対象物に対して複数のハンダ付け箇所の並びに沿って該コテ先を相対的に移動させることにより該複数のハンダ付け箇所に対して連続的にハンダ付けを行うハンダ付け装置であって、
該コテ先とともに相対移動し該コテ先の相対移動方向下流側で該ハンダ付け対象物のハンダが供給される前のハンダ付け箇所を140℃以上に予備加熱するように該ハンダ付け箇所に加熱ガスを吹き付ける予備加熱用ノズルと、該予備加熱用ノズルに該加熱ガスを供給する加熱ガス供給手段とを設け、
該予備加熱用ノズルと該コテ先との距離を、該予備加熱で加熱された該ハンダ付け箇所の温度が140℃を下まわらない状態で該ハンダ付け箇所に対する溶融ハンダの供給が開始されるように設定し、
上記予備加熱のための加熱ガスの吹き付け方向が、上記ハンダ付け箇所があるハンダ付け対象物表面に垂直な方向に対して上記コテ先の相対移動方向側に傾いた方向になるように、上記予備加熱用ノズルを設けたことを特徴とするハンダ付け装置。
A soldering iron member having a soldering tip and a heating means for heating the soldering tip, solder supply means for supplying solder to the soldering tip, and moving the soldering tip relative to the soldering object And a relative position varying means for changing a relative positional relationship between the soldering object and the soldering iron member, and a plurality of soldering points along the soldering object. Te a soldering apparatus for performing continuous soldered to soldering points of the plurality of by relatively moving the tip,
A gas that moves relative to the soldering tip and heats the soldering point before pre-heating the soldering point before the solder of the soldering target is supplied to the soldering point at 140 ° C. or higher. A preheating nozzle for spraying and a heating gas supply means for supplying the heating gas to the preheating nozzle,
The distance between the preheating nozzle and the iron tip is such that the supply of molten solder to the soldering point is started in a state where the temperature of the soldering point heated by the preheating does not fall below 140 ° C. Set to
The preparatory heating gas blowing direction for the preheating is such that the soldering point is inclined to the direction of relative movement of the soldering tip with respect to a direction perpendicular to the surface of the soldering target object. A soldering apparatus comprising a heating nozzle.
請求項3のハンダ付け装置において、
上記コテ先によって溶融したハンダが供給されているハンダ付け箇所に加熱された不活性ガスを吹き付ける不活性ガス用ノズルを備え、
上記予備加熱用ノズルを、該不活性ガス用ノズルとは別に設けたことを特徴とするハンダ付け装置。
The soldering apparatus according to claim 3.
An inert gas nozzle that blows the heated inert gas onto a soldering point where solder melted by the iron tip is supplied;
A soldering apparatus, wherein the preheating nozzle is provided separately from the inert gas nozzle.
請求項3又は4のハンダ付け装置において、
上記予備加熱で加熱されるハンダ付け箇所の加熱温度を切り換える予備加熱温度切り換え手段を備えたことを特徴とするハンダ付け装置。
The soldering apparatus according to claim 3 or 4,
A soldering apparatus comprising preheating temperature switching means for switching a heating temperature of a soldering portion heated by the preheating.
請求項5のハンダ付け装置において、
上記ハンダ付け箇所に対するハンダ付け条件に応じて、上記予備加熱で加熱される該ハンダ付け箇所の加熱温度を切り換えるように、上記予備加熱温度切り換え手段を制御する制御手段を備えたことを特徴とするハンダ付け装置。
The soldering apparatus according to claim 5, wherein
Control means for controlling the preheating temperature switching means so as to switch the heating temperature of the soldering spot heated by the preheating according to the soldering conditions for the soldering spot is provided. Soldering device.
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