JP4410490B2 - 自動はんだ付け装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属す技術分野】
本発明は、プリント基板のはんだ付けを行う自動はんだ付け装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリント基板のはんだ付け方法としては、プリント基板を溶融したはんだに接触させてはんだ付けする浸漬法があり、この浸漬法は、自動はんだ付け装置で行う。自動はんだ付け装置とは、プリント基板を搬送する搬送装置の下方にフラクサー、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ものである。この自動はんだ付け装置でプリント基板のはんだ付けを行う場合、搬送装置でプリント基板を搬送しながら、フラクサーでフラックス塗布、プリヒーターで予備加熱、噴流はんだ槽ではんだの付着、冷却機で冷却をすることによりはんだ付けがなされる。
【０００３】
プリント基板にはんだを付着させる噴流はんだ槽には、荒れた波を噴流させる一次噴流ノズルと穏やかな波を噴流させる二次噴流ノズルが設置されている。この一次噴流ノズルから噴流する荒れた波は、プリント基板のスルーホール内やチップ部品のように角張った隅部等に溶融はんだをよく侵入させて未はんだをなくす作用を有している。しかしながら噴流波が荒れていると、はんだ付け部へのはんだの付着状態が安定せず、隣接した導体間にはんだが跨って付着するブリッジや、電子部品のリード先端に角状にはんだが付着するツララを発生させてしまう。プリント基板でのブリッジは該プリント基板を組み込んだ電子機器の正常機能を妨げ、またツララは電子機器使用中にツララ先端から放電現象を起こして電子機器を故障させる原因となる。またスルーホール内へのはんだの濡れ上がりが十分でないと、ディスクリート部品のリードとプリント基板との接着強度が弱くなってしまう。従って、プリント基板のはんだ付け部には、ブリッジやツララがあってはならないものであり、またスルーホール内へははんだが十分に濡れ上がっていなければならないものである。
【０００４】
これらブリッジやツララを修正するのが二次噴流ノズルから噴流する穏やかな波である。二次噴流ノズルからの穏やかな波は、ブリッジやツララを溶かし直して正常なはんだ付け部に修正する。そのため従来の自動はんだ付け装置では、噴流はんだ槽に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を設置していたわけである。
【０００５】
一般に、従来の自動はんだ付け装置では、一次噴流ノズルと二次噴流ノズルとが離れて設置されていた。この理由は、一次噴流ノズルと二次噴流ノズルが接近しすぎていると、それぞれの噴流ノズルから噴流して流出した溶融はんだが、もう一方の噴流ノズルから噴流している溶融はんだに流れ込んでしまう。すると溶融はんだが流れ込まれた噴流ノズルからの噴流する波は形状が崩れてしまい、それぞれの噴流ノズルにおける作用、つまり一次噴流ノズルにおける未はんだ解消作用や二次噴流ノズルにおけるブリッジ、ツララの修正作用をなさなくなってしまうようになる。そのため従来の自動はんだ付け装置では、一次噴流ノズルと二次噴流ノズルとが離れて設置されていたものである。
【０００６】
一次噴流ノズルと二次噴流ノズルとが離れていても、従来のSn-Pbはんだを用いてはんだ付けする場合には、何ら問題がなかった。なぜならば、Sn-Pbはんだは融点が183℃という低い温度であり、プリント基板を一次噴流ノズルではんだ付けした後、二次噴流ノズルに達するまでに多少時間がかかって少し温度が下がっても、一次噴流ノズルで付着したはんだが凝固せず、溶融状態となっていて溶けた状態のブリッジ、ツララの修正が完全に行われるからである。例えブリッジやツララが凝固しても、凝固したブリッジやツララは融点よりも少し低い温度であるため、二次噴流ノズルで溶融はんだに接触させたときに簡単に溶融してブリッジやツララが修正できる。またディスクリート部品において、Sn-Pbはんだを用いてはんだ付けする場合、部品面側のはんだの濡れ上がりも十分であった。
【０００７】
ところで最近は、鉛公害が問題となってきており、古来より使われてきたSn-Pbはんだの使用も規制されるようになってきた。Sn-Pbはんだが問題となるのは、このはんだを用いたプリント基板が埋め立て処分されて酸度の高い酸性雨に接触すると、はんだ中のＰｂ成分を溶かし出して地下水に混入する。このようにＰｂ成分を含んだ地下水を人や家畜が永年月にわたって飲用すると、Pb成分が体内に蓄積された鉛中毒を起こす恐れがあるとして、Pb-Snはんだの使用が規制されるようになってきた。
【０００８】
そのため電子機器業界では、Pbを全く含まない所謂「鉛フリーはんだ」が使用されるようになってきた。鉛フリーはんだとは、Snを主成分とし、これにAg、Cu、Sb、In、Bi、Zn、Ni、Cr、Mo、Fe、Co、P、Ge、Ga等を適宜含有させたものである。現在、電子業界で多く用いられている鉛フリーはんだは、Sn-Ag系、Sn-Cu系、Sn-Ag-Cu系である。これらの鉛フリーはんだは、融点が220℃以上となるため、浸漬法における噴流はんだ槽での溶融はんだの温度は245〜260℃というPb-Snはんだでの使用温度より約40℃も高い温度となっている。
【０００９】
このように融点の高い鉛フリーはんだを従来の自動はんだ付け装置、即ち一次噴流ノズルと二次噴流ノズルとが離れて設置された自動はんだ付け装置に用いると、ブリッジやツララの発生が多く、またスルーホール内への濡れ上がり不足も発生していた。この原因は、上記鉛フリーはんだは、融点が高いため、一次噴流ノズルではんだ付けした後に、少し離れた二次噴流ノズルに達するまでに時間がかかると、その間にプリント基板に付着した鉛フリーはんだの温度が、その融点より大きく下がって一次噴流ノズルでプリント基板に付着した溶融はんだが完全に凝固してしまう。当然、プリント基板で発生したブリッジやツララ、そしてスルーホール内部のはんだも凝固してしまうため、次の二次噴流ノズルから噴流する溶融はんだに接触したときに、基板上のはんだやブリッジ、ツララやスルーホール内のはんだを完全に溶融させることができなくなり、ブリッジやツララが残ったり、スルーホール内への濡れ広がりが十分とならなかったりする。
【００１０】
そこで一次噴流ノズルと二次噴流ノズルを一体化して、プリント基板が一次噴流ノズルから二次噴流ノズルに移動する時間を少なくした自動はんだ付け装置も多数提案されている（参照：特許文献１、２、３）。
【００１１】
【特許文献１】
特開昭58-187259号公報
【特許文献２】
特開昭63-281768号公報
【特許文献３】
実開昭64-20959号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで一次噴流ノズルと二次噴流ノズルを一体化した従来の自動はんだ付け槽では、二次噴流ノズルから噴流して下方に流出した溶融はんだが、一次噴流ノズルから噴流している溶融はんだに干渉して、波の形状を崩してしまい、一次噴流ノズルにおける作用をなさせなくしてしまうものである。そのため従来の一次噴流ノズルと二次噴流ノズルを一体化した自動はんだ付け装置では一次噴流ノズルでの荒れた波が作れなくなるため、ブリッジやツララを解消できないばかりでなく、スルーホール内へ十分に濡れ上がらないことがあった。特に鉛フリーはんだを使用した場合には、これらの問題が顕著に現れていた。本発明は、鉛フリーはんだを使用しても未はんだ、ブリッジやツララを完全になくすことができ、しかもスルーホール内への濡れ上がりが十分に行えるという自動はんだ付け装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、一次噴流ノズルと二次噴流ノズルを接近させたときに、二次噴流ノズルから流出した溶融はんだが、一次噴流ノズルから噴流している溶融はんだに干渉して噴流形状を崩さないようにすることについて鋭意研究を行った結果、一次噴流ノズルで荒波を形成する噴流口を高くして二次噴流ノズルから流出した溶融はんだが高くなった荒波よりも下方を流れるようにすれば一次噴流ノズルから噴流する溶融はんだの形状を崩さなくなることに着目して本発明を完成させた。
【００１４】
本発明は、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はんだ槽に設置された自動はんだ付け装置において、一次噴流ノズルの上面が傾斜し、一次噴流ノズルの上部には凹凸の波を形成する多数の円筒状噴流口が取り付けられており、二次噴流ノズルには一次噴流ノズルの退出側に並設された円筒状噴流口に近接し、高さが調整可能な進入側フォーマーが設けられ、二次噴流ノズルから流出する溶融はんだが、少なくとも進入側フォーマー側に近接する円筒状噴流口の出口より下方に流入するように進入側フォーマーによって調整され、二次噴流ノズルから流出した溶融はんだが、一次噴流ノズルで形成された凹凸の波を崩さずに一次噴流ノズルから流出した溶融はんだと合流して、多数の円筒状噴流口間を通って一次噴流ノズルの傾斜した上面を流動することを特徴とする自動はんだ付け装置である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の自動はんだ付け装置に用いる噴流はんだ槽の二次噴流ノズルには、進入側フォーマーと退出側フォーマーが設置されている。フォーマーとは、噴流ノズルから噴流した後の溶融はんだの流れの速度や角度を決めるものである。二次噴流ノズルに設置された退出側フォーマーは、穏やかな流れを長くして、この間にプリント基板はんだ付け部に形成されたブリッジやツララを修正するようになっており、溶融はんだの流れの速度とプリント基板の溶融はんだへの接触時間が調整できるように角度が可変となっている。また二次噴流ノズルの進入側フォーマーは、一次噴流ノズル側に流動した溶融はんだが一次噴流ノズルで形成された凹凸の荒波を崩さないように高さが調整可能となっている。
【００１６】
以下、図面に基づいて本発明を説明する。図１は本発明自動はんだ付け装置に設置する噴流はんだ槽の断面斜視図、図２は溶融はんだを噴流させてない状態の噴流はんだ槽の平面図、図３は図２のＸ−Ｘ線断面図で溶融はんだを噴流させた状態を説明する図、図４は本発明の他の実施例の断面図、図５は図４の要部拡大図である。
【００１７】
噴流はんだ槽１には、一次噴流ノズル２と二次噴流ノズル３が設置されており、内部にははんだ４が投入されている。はんだ槽１に投入されたはんだ４は、図示しないヒーターで加熱溶融され、所定の温度に保たれるようになっている。一次噴流ノズル２と二次噴流ノズル３は両側が側壁５、５で閉ざされており、それぞれ図示しないダクトに接続されている。ダクトの端部には、やはり図示しない噴流ポンプが設置されており、噴流ポンプの軸６は溶融はんだの液面上まで突出している。液面上に突出した軸６の端部にはプーリー７が取り付けられていて、はんだ槽１の外部に固定されたモーター８のプーリー９と連動している。
【００１８】
一次噴流ノズル２には、上部に多数の円筒状の噴流口１０…が取り付けられれている。該円筒状の噴流口は、一次噴流ノズル２と連通しており、一次噴流ノズル２上で千鳥格子位置に置かれている。一次噴流ノズル２の噴流口１０、１０aの出口をプリント基板の進行方向に結んだ線は略水平である。
【００１９】
二次噴流ノズル３は、溶融はんだを噴流させる出口が広くなっており、上部に進入側フォーマー１１と退出側フォーマー１２が取り付けられている。進入側フォーマー１１は短いひさし状となっており、その先端が一次噴流ノズル２の退出側に並設された円筒状の噴流口１０a…（以下、退出側噴流口という）に近接している。つまり一次噴流ノズル２と二次噴流ノズル３とは、接触はしていないが後述のように、二次噴流ノズルから流出した溶融はんだが一次噴流ノズルから噴流する波を崩さない程度に離れている。さらに進入側フォーマー１１は、上下方向に調整可能（図３の矢印A）となっている。二次噴流ノズル３に取り付けられた退出側フォーマー１２は、二次噴流ノズルへの取付部が軸１３で回動自在（図１、３の矢印B）となっていて、傾斜角度が可変となっている。
【００２０】
ここで本発明の自動はんだ付け装置に設置する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。
【００２１】
モーター８を稼働させて図示しない噴流ポンプでダクト内に溶融はんだ４を送り込み一次噴流ノズル２と二次噴流ノズル３から溶融はんだを噴流させる。このとき一次噴流ノズル２からは図３に示すように、各噴流口１０…、１０a…から溶融はんだが盛り上がった状態で噴流し、多数の噴流口で凹凸の波を形成するようになる。このとき盛り上がって噴流する溶融はんだは、噴流頂部がたえず揺れた状態となっており、これが一次噴流の荒れた波となる。
【００２２】
二次噴流ノズルから噴流する波は、広い噴流の出口から溶融はんだが噴流するため穏やかな波であり、この穏やかな波が進入側フォーマー１１と退出側フォーマー１２に沿って流動する。進入側フォーマー１１に沿って流動する溶融はんだは、進入側フォーマー１１が一次噴流ノズル２の退出側噴流口１０a…に接近しているため、噴流口１０…、１０a…から流出した溶融はんだと合流する。このとき一次噴流ノズル２の噴流口１０、１０aは円筒状で溶融はんだが噴流する出口が高い位置にあるため、進入側フォーマー１１に沿って流動した溶融はんだは、一次噴流ノズル２の噴流口１０…、１０a…の出口よりも下方を流動するようになり、噴流口から噴流するすべての荒れた波を崩すようなことがない。しかしながら退出側噴流口１０aの出口は進入側フォーマー１１に近接しているため、進入側フォーマーから流出する溶融はんだは、退出側噴流口１０aから流出する溶融はんだの形状を少し崩すようになる。退出側噴流口１０aから流出する溶融はんだの形状が少し崩れても、他の噴流口１０…で未はんだをなくしているため問題はない。
【００２３】
図１〜３に示す一次噴流ノズルでは、噴流口１０、１０aの出口をプリント基板の進行方向（図３の矢印Ｃ）に結んだ線が略水平である。従って、プリント基板を３〜５度の搬送角度で搬送すると、進入側の最初の列に設置された噴流口１０（図中最左）から噴流する溶融はんだに対して、プリント基板は深く入って接触し、退出側の最後の列に設置された噴流口１０a（図中最右）から噴流する溶融はんだに対しては浅く接触する。
【００２４】
このようにプリント基板が進入側の噴流口から噴流する溶融はんだに深く入っても、噴流口から噴流する溶融はんだは、その表面張力によりプリント基板の表面に被るようなことはない。しかしながら、理想的には、それぞれの噴流口から噴流する溶融はんだの頂部がプリント基板に対して、同じような状態で接触した方が未はんだ解消にはさらに効果がある。
【００２５】
そこで噴流口の出口を結んだ線をプリント基板の搬送方向と略同じ傾斜となるようにした実施例について説明する。
【００２６】
図４、５は本発明自動はんだ付け装置に設置する噴流はんだ槽の他の実施例である。図４、５に示す噴流はんだ槽は図１〜３に示す噴流はんだ槽とは、一次噴流ノズルの噴流口の出口を結んだ線の角度が相違したものである。図１〜３と同一部分は同一符号を付して、その説明は省略する。
【００２７】
一次噴流ノズル２の上部には、多数の円筒状噴流口１０…、１０a…が取り付けられている。二次噴流ノズルの噴流口１０…、１０a…の出口をプリント基板の進行方向（図４の矢印Ｃ）に結んだ線が退出側方向上方に傾斜している。この傾斜角度は、水平に対してプリント基板の搬送角度（α）と略同一の角度（β）となっている。
【００２８】
このように噴流口の出口を結んだ線が上方となるように傾斜させると、それぞれの噴流口から噴流する溶融はんだの頂部もプリント基板の搬送角度と略同一となるため、プリント基板は全ての噴流口から噴流する溶融はんだと同一条件で接触するようになり、さらに未はんだをなくすことができる。またこの噴流はんだ槽では、退出側噴流口１０aの出口が進入側噴流口１０の出口よりも高い位置にあるため、退出側噴流口１０aから噴流する溶融はんだは、二次噴流ノズル３の退出側フォーマー１１から流出してきた溶融はんだから影響されることが少なく、すべての噴流口から同じ状態の荒波を形成して未はんだをなくす。
【００２９】
また退出側が上方に傾斜した一次噴流ノズルでは、一次噴流ノズル２の上面の進入側が低くなる傾斜面となるため、一次噴流ノズル２の噴流口から流出してきた溶融はんだは該傾斜面に沿って勢いを付けて進入側に流動していく。このように溶融はんだが一次側噴流ノズルの上面を勢いよく流動すると、その流れに引かれて二次噴流ノズルの進入側フォーマーから流出した溶融はんだも一次噴流ノズルの上面に沿って勢いよく流動するため、退出側噴流口から噴流する溶融はんだの噴流に干渉しなくなり、噴流ノズルからは安定した噴流となる。
【００３０】
上記構造を有する本発明自動はんだ付け装置でのプリント基板のはんだ付けは、以下のようになる。図示しない搬送装置で図３の一点鎖線のようにプリント基板を搬送しながら、やはり図示しないフラクサーでフラックス塗布、プリヒーターで予備加熱して噴流はんだ槽１に到来する。噴流はんだ槽１でプリント基板は、一次噴流ノズル２の多数の円筒状噴流口１０…、１０aから噴流する凹凸の荒れた波に接触して、はんだの侵入しにくいチップ部品の隅部やスルーホール内に侵入し、未はんだのないはんだ付けが行われる。しかしながら荒れた波でのはんだ付けでは、プリント基板のはんだ付け部にブリッジやツララが発生しており、またスルーホール内への濡れ上がりが十分でない。そこでこれらの修正のために、一次噴流ノズル２に近接して設置された二次噴流ノズル３から噴流する穏やかな波にプリント基板を接触させる。
【００３１】
本発明の自動はんだ付け装置では、一次噴流ノズルと二次噴流ノズルが近接しており、二次噴流ノズル３の進入側フォーマー１１から流出した溶融はんだが一次噴流ノズル２の噴流口１０…、１０a…から流出した溶融はんだと合流する。従って、一次噴流ノズル２の荒れた波ではんだ付けされたプリント基板は、はんだ付け直後に二次噴流ノズルから噴流する穏やかな波に接触させられる。つまり本発明の自動はんだ付け装置は、一次噴流ノズルでプリント基板に付着した溶融はんだが溶融状態のまま二次噴流ノズルの穏やかな波に接触させられるという時間差のないはんだ付けが行えるものである。従って、融点の高い鉛フリーはんだを用いた場合でも、一次噴流ノズルで付着したはんだを溶融状態のまま、或いは融点間近の高い温度のまま、次の二次噴流ノズルで噴流する溶融はんだに接触させることができる。
【００３２】
本発明の自動はんだ付け装置において、噴流はんだ槽にSn-3Ag-0.5Cuの鉛フリーはんだ（融点：217℃）を投入し、溶融はんだの温度を250℃にしてプリント基板のはんだ付けを行ったところ、ブリッジやツララの発生は皆無であり、またスルーホール内への濡れ上がりが良好であった。一方、従来の自動はんだ付け装置の噴流はんだ槽、即ち一次噴流ノズルと二次噴流ノズルとが離れて設置された自動はんだ付け装置で上記と同一はんだ同一条件ではんだ付けを行ったところ、ブリッジやツララが多発し、またスルーホール内への濡れ上がりが十分でなかった。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の自動はんだ付け装置は、一次噴流ノズルと二次噴流ノズルを近接して設置したにもかかわらず、一次噴流ノズルから噴流する荒れた波をほとんど崩すことがないため、一次噴流ノズルではんだを付着させた後、はんだが溶融状態を保ったまま次の二次噴流ノズルから噴流する溶融はんだに接触させることができる。従って、融点の高い鉛フリーはんだを用いた場合でも、一次噴流ノズルで付着したはんだを溶融状態のまま、或いは融点間近の高い温度を保ったまま二次噴流ノズルの穏やかな波に接触させることができるため、ブリッジやツララを完全に修正でき、しかもスルーホール内への濡れ上がりも十分に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】本発明自動はんだ付け装置に設置する噴流はんだ槽の斜視断面図
【図２】溶融はんだを噴流させてない状態の噴流はんだ槽の平面図
【図３】図２のＸ−Ｘ線断面図で溶融はんだを噴流させた状態を説明する図
【図４】本発明自動はんだ付け装置に設置する噴流はんだ槽の他の実施例の斜視断面図
【図５】図４の要部拡大図
【符号の説明】
１ 噴流はんだ槽
２ 一次噴流ノズル
３ 二次噴流ノズル
４ 溶融はんだ
１０ 噴流口
１１ 進入側フォーマー
１２ 出側フォーマー

Claims (1)

1. 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はんだ槽に設置された自動はんだ付け装置において、
   前記一次噴流ノズルの上面が傾斜し、前記一次噴流ノズルの上部には凹凸の波を形成する多数の円筒状噴流口が取り付けられており、
   前記二次噴流ノズルには前記一次噴流ノズルの退出側に並設された前記円筒状噴流口に近接し、高さが調整可能な進入側フォーマーが設けられ、
   前記二次噴流ノズルから流出する溶融はんだが、少なくとも前記進入側フォーマー側に近接する前記円筒状噴流口の出口より下方に流入するように前記進入側フォーマーによって調整され、
   前記二次噴流ノズルから流出した溶融はんだが、前記一次噴流ノズルで形成された凹凸の波を崩さずに前記一次噴流ノズルから流出した溶融はんだと合流して、前記多数の円筒状噴流口間を通って前記一次噴流ノズルの傾斜した上面を流動することを特徴とする自動はんだ付け装置。

Images