JP4467000B2

JP4467000B2 - 噴流はんだ槽

Info

Publication number: JP4467000B2
Application number: JP2004243056A
Authority: JP
Inventors: 彰高口
Original assignee: 千住システムテクノロジー株式会社
Priority date: 2004-08-24
Filing date: 2004-08-24
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2024-08-24
Also published as: TW200608847A; JP2006055904A; TWI371236B

Description

本発明は、溶融はんだを噴流させ、該噴流した溶融はんだにプリント基板を接触させてはんだ付けを行う噴流はんだ槽に関する。

一般にプリント基板のはんだ付けは自動はんだ付け装置で行う。この自動はんだ付け装置とは、装置本体内にフラクサー、プリヒーター、噴流はんだ槽、冷却機等、はんだ付けのための処理装置が設置されたものである。また、これらの処理装置上を一対の搬送レールが架設されており、該搬送レールにはそれぞれ無端の搬送チェーンが回動している。プリント基板は、相対向する搬送チェーンに取り付けられた多数の爪により搬送され、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、冷却機で冷却が行われて、はんだ付けがなされる。

ここで従来の噴流はんだ槽の構造について説明する。図４は従来の噴流はんだ槽の平面図、図５は図４のB-B線断面図、図６は一次噴流ノズルの一部破断斜視図である。

噴流はんだ槽の本体１は、無蓋の箱状であり、内部には溶融はんだSが入れられている。溶融はんだSは図示しない電熱ヒーターにより所定の温度で溶融状態が保たれるようになっている。本体１内には一次噴流ノズル２と二次噴流ノズル３が設置されている。一次噴流ノズル２は、荒れた波を噴流し二次噴流ノズルは穏やかな波を噴流するようになっている。この一次噴流ノズルは荒れた波を噴流させて、溶融はんだが侵入しにくいスルーホール内やチップ部品の隅部に溶融はんだを容易に侵入させて未はんだをなくすものである。しかるに一次噴流ノズルは波が荒れているため、ツララやブリッジ等のはんだ付け不良を発生させてしまう。そこで、これらのはんだ付け不良を二次噴流ノズルから噴流する穏やかな波で修正する。噴流ノズルの内部構造は一次噴流ノズルも二次噴流ノズルも同じであるため従来の噴流はんだ槽については、以後、一次噴流ノズルで説明する。一次噴流ノズル２は内部の略中央に多数の孔を有する整流板４が配置されており、上部には多数の孔が穿設された造波板５が取り付けられている。

一次噴流ノズル２は、ダクト６に接続されている。ダクト６は端部にポンプケース７が形成されており、該ポンプケース内には多数の羽根を有するインペラポンプ８が収納されている。インペラポンプ８の上部中央には軸９が取り付けられており、該軸はポンプケース７の上部に穿設された孔１０から溶融はんだSの液面上まで突出している。軸９の上端にはプーリー１１が取り付けられており、該プーリーはベルト１２を介してモーター１３のプーリー１４と連動している。またポンプケース７の下部には、溶融はんだを吸込む流入口１５が穿設されている。このような構造を有する噴流はんだ槽は特許文献１〜５に記載されている。
特開平6-246433号公報特開平7-75868号公報特開平7-202410号公報 2001-352161号公報 2002-59261号公報

続いて上記構造を有する従来の噴流はんだ槽での稼動状態について説明する。先ず、モーター１３を回転させると、その回転はモーター１３のプーリー１４を回転させ、ベルト１２を介して軸用のプーリー１１を回転させ、そして軸９を回転させてインペラポンプ８を回転させる。インペラポンプ８が回転すると、ポンプケース７の下部に穿設された流入口１５から溶融はんだSがポンプケースー７内に流入する。ポンプケース７内に流入した溶融はんだSは、ダクト６内を横方に流動し、一次噴流ノズル２内に入る。横方の流れで一次噴流ノズル２内に流入した溶融はんだSは、図５の矢印で示すように一次噴流ノズル２の端部に当たって流動方向を上向きに変える。このとき溶融はんだの横方の流れは、一次噴流ノズルの端部に当たって上向きの流れに変わるため、流れが乱れた乱流となる。この乱流は一次噴流ノズルの中央に配置された整流板４の多数の孔を通過することにより整流にされる。整流となった溶融はんだは、一次噴流ノズル２上部の造波板５により荒れた波に変えられる。この荒れた波に図示しないプリント基板が接触すると、溶融はんだが侵入しにくいスルーホール内やチップ部品の隅部に侵入して未はんだをなくす。

一次噴流ノズル２で噴流する溶融はんだは、スルーホール内やチップ部品の隅部に侵入するが、荒れているためツララやブリッジ等の不良が発生する。そこで一次噴流ノズルで発生した不良を二次噴流ノズル３から噴流する穏やかな波に接触させて修正をする。

ところで従来、噴流はんだ槽に使用されていたはんだは、Pb-63Snの共晶はんだであった。この共晶はんだは、融点が183℃と比較的低いため、はんだ付け時に電子部品やプリント基板に対する熱影響が少なく、しかもはんだの濡れ性に優れているため未はんだのようなはんだ付け不良が少ないという特長を有するものである。しかしながら共晶はんだは、鉛を含有しているため人体に対する鉛の影響が問題となっており、現在は共晶はんだの使用が自粛されるようになってきた。この共晶はんだの代替として鉛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。この鉛フリーはんだとは、Snを主成分として、これにAg、Cu、Bi、Sb、In、Ni、Co、Mn、Ge、Ga、P等を適宜添加したものである。

鉛フリーはんだは、錫主成分であるため溶融温度が共晶はんだよりも高く、しかも錫主成分の鉛フリーはんだは、銅や鉄等と合金化しやすいものである。それ故、噴流はんだ槽においては食われという大きな問題を起こすことがあった。この噴流はんだ槽での食われの問題とは、鉛フリーはんだを使用したときに噴流はんだ槽を構成する構成部材が侵食されることである。この構成部材のうちダクトが食われるとダクト内に流入した溶融はんだがダクトから外部に流出して噴流ノズルからの噴流量が少なくなってしまうし、またポンプが食われると溶融はんだを流動させる力が弱くなって必要な噴流高さが得られなくなり、さらにまた整流板が食われると充分に整流されなくなって噴流ノズルから噴流している溶融はんだが適正な噴流波とならなくなる。

これらの構成部材が食われる理由は、鉛フリーはんだ中の殆どを占める錫が噴流はんだ槽の構成部材と合金化するからである。この噴流はんだ槽の構成部材の多くは、鉄を主成分としてニッケルやクロームが添加されたステンレスで作られている。ステンレスは、表面にニッケルやクロームの強力な酸化膜が形成されているため、該酸化膜が錫との合金化を防いでいる。しかしながら、何らかの原因でステンレス表面の酸化膜がなくなると、この部分に溶融した鉛フリーはんだが濡れて、ステンレス中の鉄と鉛フリーはんだ中の錫が合金化する。鉄は融点が高いが鉄と錫が合金化すると合金は鉄よりも融点が下がるため、合金が溶融はんだ中に溶け出す。このようにして噴流はんだ槽の構成部材は徐々に合金化が進んで、ついには構成部材に穴が開いたり構成部材が欠けたりするようになる。

従来の噴流はんだ槽は、構成部材、特にダクト、ポンプ、整流板等の構成部材に食われの発生が多かった。つまり前述のように食われは、ステンレス表面の酸化膜が除去されたときに、その部分で鉄と錫が合金化することにより起こるものであるが、溶融はんだが強く当たったり、強く擦れたりすると、その部分の酸化膜が除去されて合金化し、食われが起こる。従来の噴流はんだ槽は、前述のように本体内にダクトを設置してダクト端部のポンプケースにインペラポンプを収納し、噴流ノズル内に整流板を設置した構造であるがために食われが起こりやすいものであった。つまり従来の噴流ノズルでは、インペラポンプが回転するとインペラポンプの羽根が溶融はんだに強く当たるため、羽根の部分の酸化膜が除去されて羽根が食われ、またダクトの流入口は溶融はんだを吸込むため穴の周囲が強く擦られて酸化膜が除去されて食われ、そしてまた噴流ノズルは横方の流れが上方の流れに変えられるときに一次噴流ノズルの端部に当たり、該端部の酸化膜が除去されて食われ、さらにまた整流板の孔は勢いよく通過する溶融はんだに擦られて酸化膜が除去されて食われる。このようにして溶融はんだに擦られたり、溶融はんだが勢いよく当たったりする部分では酸化膜が除去されて、溶融はんだが濡れるため合金化し、その結果、食われとなってしまうものであった。

本発明者は、噴流はんだ槽の構成部材において、溶融はんだが強く当たったり強く擦れたりしない構造であれば食われが起こらなくなることに着目して本発明を完成した。つまり従来の噴流はんだ槽では、ダクトを用いるため、どうしてもポンプを収納するポンプケースが必要となり、また溶融はんだが狭いダクト内を早い流速で流動するためダクトの端部に強く当たり、さらにまた端部で当たって乱流となった溶融はんだを整流にするために整流板を設置しなければならなかった。従来の噴流はんだ槽は、このダクト設置による溶融はんだとの擦れや衝突で食われが発生していたものである。そこで本発明者はダクトをなくせば溶融はんだが早く流れたり、乱流となったりしないようになることに着目して本発明を完成させた。

本発明は、本体内に一次噴流ノズルと二次噴流ノズルが設置された噴流はんだ槽において、本体は横方仕切り板で上室と下室の上下二室に分けられているとともに、下室は縦方仕切り板で一次噴流ノズルが設置された一次室と二次噴流ノズルが設置された二次室に分けられていることを特徴とする噴流はんだ槽である。

噴流はんだ槽において、ダクトを使用することは食われの発生の原因ともなるものであるが、本発明の噴流はんだ槽ではダクトを使用しないため食われが発生しない。つまり噴流はんだ槽でダクトを使用すると、ダクトの端部にポンプケースを形成し、該ポンプケース内ではインペラポンプが溶融はんだに強く当たり、ポンプ収納ケース下部の流入口からは溶融はんだが勢いよく流入して流入口を擦るようになって食われが発生する。またダクトを使用すると狭いダクト内を溶融はんだが横方に速い速度で流動して噴流ノズルの端部に勢いよく当たって食われが発生する。さらにまた噴流ノズルで溶融はんだの流動方向が横方から上方に変えられたときに乱流となるため、この乱流を修正する整流板が必要となって整流板の孔は勢いよく通過する溶融はんだで擦られて食われが発生する。しかしながら本発明の噴流はんだ槽は、本体内を横方仕切り板で上下二室の上室と下室に分けるとともに、下室を一次室と二次室に分けたため、ダクトを使用しなくてすむようになり、その結果、ダクト使用による食われ発生の問題がなくなった。また一次室と二次室はダクトよりも広くなっているため溶融はんだが勢いよく流れることがなく、溶融はんだの擦れによる食われも発生しない。さらにまたダクトを使用しないことから乱流もなくなり、整流板が必要なくなったため整流板における食われもなくなった。

本発明では、ダクトを使用せず、下室を一次室と二次室に分けてあり、一次室と二次室の端部の横方仕切り板となるところにシリンダーを形成してある。しかも該シリンダー内に圧力ポンプを設置すると、該圧力ポンプは溶融はんだに圧力をかけて、該圧力で噴流ノズルから溶融はんだを噴流させるようになる。つまり圧力ポンプは溶融はんだを勢いよく流動させず、また噴流はんだが構成部材を強く擦るようなことがなくない。

以下、図面に基づいて本発明の噴流はんだ槽を説明する。図１は本発明噴流はんだ槽の縦横の二側で切断した斜視図、図２は本発明噴流はんだ槽の平面図、図３は図２のA-A線断面図である。図４、５、６の従来の噴流はんだ槽と同一部分は同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

本発明の噴流はんだ槽は、本体１内が横方仕切り板１６で上室１７と下室１８の上下二室に分けられている。また下室１８は、縦方仕切り板１９で一次室２０と二次室２１の左右二室に分けられている。そして横方仕切り板１６の一次室２０の上部となるところには、一次室と連通した一次噴流ノズル２が設置されている。この一次噴流ノズル２から少し離れた横方仕切り板１６には孔２２が穿設されており、該孔と一致したところにシリンダ２３が取り付けられている。シリンダ２３内には圧力ポンプ２４が配置されている。圧力ポンプ２４の上部中央には軸２５が立設されており、該軸は溶融はんだSの液面上に突出している。軸２５の先端に取り付けられたプーリー１１はベルト１２を介してモーター１３のプーリー１４と連動している。

また横方仕切り板１６の二次室２１の上部となるところには、二次室と連通した二次噴流ノズル３が設置されている。この二次噴流ノズルから少し離れた横方仕切り板１６には孔２２が穿設されており、該孔と一致したところにシリンダ２３が取り付けられている。シリンダ２３内には圧力ポンプ２４が配置されている。圧力ポンプ２４の上部中央には軸２５が立設されており、該軸は溶融はんだSの液面上に突出している。軸２５の先端に取り付けられたプーリー１１はベルト１２を介してモーター１３のプーリー１４と連動している。

次に上記構造を有する本発明噴流はんだ槽における稼動状態について説明する。ここでは二次噴流ノズルについての説明を行う。先ず、モーター１３を回転させると、その回転はモーターのプーリー１４を回転させ、ベルト１２を介して軸用のプーリー１１を回転させ、そして軸２５を回転させて圧力ポンプ２４を回転させる。シリンダ２３内で圧力ポンプ２４が回転すると、上室１７にあった溶融はんだSは圧力ポンプに吸引されて二次室２１内にある溶融はんだに圧力（矢印）をかける。二次室にかけられた圧力は二次室２１内の溶融はんだに伝播して二次噴流ノズル３内にあった溶融はんだを二次噴流ノズル３の上方（矢印）に押しやる。二次噴流ノズル３内で上方に押しやられた溶融はんだは、二次噴流ノズル３から穏やかに噴流する。この二次噴流ノズルから噴流している溶融はんだに図示しないプリント基板が接触して一次噴流ノズルで発生したツララやブリッジ等のはんだ付け不良を修正するものである。

上述のように本発明噴流はんだ槽では、本体内を上室と下室の上下二室に分けるとともに、下室を一次室と二次室の左右二室に分けてあり、一次噴流ノズルと二次噴流ノズルから噴流する溶融はんだは、それぞれ一次室と二次室を通るようになっているため、ダクトを使用していない。つまり本発明の噴流はんだ槽は、従来の噴流はんだ槽のようなダクトを使用することによる各構成部材の食われの問題が全く発生しないものである。

本発明の噴流はんだ槽は、鉛フリーはんだを用いた場合には食われの問題解消に特に優れた効果を奏するものである。しかしながら古来から使用されてきたPb-Snはんだにおいても長年月使用している間に噴流はんだ槽の構成部材に食われが発生することがあるため、本発明の噴流はんだ槽は、鉛フリーはんだに係わらずPb-Snはんだを用いた噴流はんだ槽にも適用できることは言うまでもない。

本発明噴流はんだ槽の縦横の二側で切断した斜視図本発明噴流はんだ槽の平面図図２のA-A線断面図従来の噴流はんだ槽の平面図図４のB-B線断面図一次噴流ノズルの一部破断斜視図

符号の説明

１本体
２一次噴流ノズル
３二次噴流ノズル
１６横方仕切り板
１７上質
１８下室
１９縦方仕切り板
２０一次室
２１二次室
２３シリンダ
２４圧力ポンプ

Claims

本体内に一次噴流ノズルと二次噴流ノズルが設置された噴流はんだ槽において、
本体内を上室と下室の上下二室に分ける横方仕切り板と、
前記下室を一次室と二次室の左右二室に分ける縦方仕切り板と、
前記横方仕切り板の一次室の上部に設けられ一次室と連通した一次噴流ノズルと、
前記一次室と前記上室とを連通するように前記横方仕切り板を貫通して設けられた一次噴流ノズル側の孔と、
該一次噴流ノズル側の孔に取り付けられたシリンダーと、
該一次噴流ノズル側の孔に取り付けられたシリンダーに設置され下方に圧力をかけ溶融はんだを噴流させる一次室の圧力ポンプと、
前記横方仕切り板の二次室の上部に設けられ二次室と連通した二次噴流ノズルと、
前記二次室と前記上室とを連通するように前記横方仕切り板を貫通して設けられた二次噴流ノズル側の孔と、
該二次噴流ノズル側の孔に取り付けられたシリンダーと、
該二次噴流ノズル側の孔に取り付けられたシリンダーに設置され下方に圧力をかけ溶融はんだを噴流させる二次室の圧力ポンプとからなることを特徴とする鉛フリー用噴流はんだ槽。