JP4972475B2

JP4972475B2 - はんだ付け装置

Info

Publication number: JP4972475B2
Application number: JP2007161466A
Authority: JP
Inventors: 武彦川上; 文弘山下
Original assignee: Tamura Corp
Current assignee: Tamura Corp
Priority date: 2007-06-19
Filing date: 2007-06-19
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2027-06-19
Also published as: JP2009004439A

Description

この発明は、はんだペーストを加熱、溶融するはんだ付け装置に関する。

電子部品またはプリント配線基板（以下、基板と適宜称する。）に対して予めはんだを供給しておき、高温の炉内に基板を搬送コンベヤで搬送し、はんだ付けを行ったり、熱硬化性接着剤によって電子部品を基板上に固定するために、はんだ付け装置が使用されている。

このような装置の内部では、例えば炉内の高温により基板が変形したり、金属からなる搬送装置の搬送チェーンを案内するレールが歪んで基板が搬送チェーンから落下することがある。このため、基板の落下を検出するようにしている。

例えば、従来、図１に示すように、はんだ付け装置１の入口と出口にそれぞれ基板検出用センサ２ａおよび２ｂを設けると共に、搬送チェーン３の送り量を検出するための検出装置を搬送チェーン３を送る回転軸３ａに設けることにより、所定区間における搬入された基板６の枚数と搬出された基板６の枚数とを検出し、搬出された基板の枚数から基板６の落下を間接的に検出する方法が用いられていた。

また、図２に示すように、はんだ付け装置１内の搬送チェーン３の下にレーザ投光器５ａおよびレーザ受光器５ｂからなるレーザセンサを設け、搬送チェーン３から落下した基板６がレーザ光５ｃを遮断することにより落下を検出する方法が用いられていた。なお、この方法の場合、レーザ受光器５ｂの部分にミラーを配設し、レーザ投光器５ａに近接させてレーザ受光部を設け、レーザ光５ｃを受光するようにしてもよい。

ところが、図１の方法では、例えば炉４内で故意に基板６の出し入れが行われた場合、入口の基板検出用センサ２ａと出口の基板検出用センサ２ｂとが異なる基板枚数を検出してしまい、基板６が落下していないにも関わらず落下が検出されてしまう。また、実際基板６の落下が起こった場合にすぐに落下を検出することができないため、基板６が長時間炉４内に放置されたままとなり、はんだ付け作業に支障が出る場合もある。

また、図２の方法では、基板６の落下が起こった場合に直ちに落下を判定することができるものの、基板６が略水平に落下するような場合、レーザ光５ｃの遮断される量が少なく、基板６の落下を検出できないおそれがあった。また、レーザ投光器５ａに熱が加わるためにレーザ光５ｃの光軸がずれたり、炉４内の熱によりレーザ光５ｃの光軸が揺らぐことにより、レーザ受光器５ｂがレーザ光５ｃを受光できなくなるおそれがあった。さらに、レーザ投光器５ａとレーザ受光器５ｂ間の距離が大きく、炉４内で発生するフラックスガスによってレーザ受光器５ｂの受光量が減少し、落下検出が困難となるおそれがあった。

このような問題を解決するために、下記の特許文献１には、基板搬送コンベアの下部に落下基板搬送コンベアを設け、落下基板搬送コンベアに振動検出センサを接触させて基板の落下による落下基板搬送コンベアの振動を検出することで、基板の落下を検出する基板落下検出装置が開示されている。特許文献１の基板落下検出装置では、基板の落下検出にレーザを用いないため、レーザの光軸のずれや揺らぎ、フラックスガスによる受光量の減少について考慮する必要がなく、また、基板６が落下したときの振動を検出するので基板６の落下の姿勢を問わず検出可能である。
特開平６−１９８４２４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の基板落下検出装置では、振動検出センサが落下基板搬送コンベアに接触しているので、センサの摩耗が生じるおそれがあり、メンテナンスが必要となる。また、基板搬送コンベアの下部に落下基板搬送コンベアを必要とすることから、基板両面に対するはんだ付けに適用することができないという問題があった。

したがって、この発明は、上記問題点を解消し、基板の落下検出を容易に行うことができるはんだ付け装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は、被加熱体を搬送する搬送手段と、
被加熱体を加熱するための炉と、
搬送手段から被加熱体が落下した際に落下を検出する落下検出手段と、
搬送手段と、炉と、落下検出手段とを収納する外板と
を有し、
落下検出手段は、
搬送手段の下部において搬送方向と同方向に張られ、被加熱体の落下時に被加熱体と接触して振動する検知線と、
検知線の振動状態を検出して被加熱体の落下を判定する光学センサと、
を有し、
光学センサは、発光素子および受光素子を有し、検知線が発光素子および受光素子の間に位置し、検知線の振動による受光素子の受光量の変化から振動状態を検出するはんだ付け装置である。

上述のはんだ付け装置では、光学センサが炉の外に設けられることが好ましい。

この発明によれば、被加熱体の落下時に被加熱体と接触する検知線と、検知線の振動を検出するセンサが非接触の状態で、被加熱体の落下を検出することができるセンサ等の検出部の摩耗の心配がなく、ほとんどメンテナンスを必要としない。また、この発明によれば、搬送チェーンの下部をほとんど遮ることなく被加熱体の落下を検出することができるため、被加熱体下面の加熱力を落とすことなく被加熱体の落下検出を行うことができる。さらに、検知線の振動状態の検出に光学センサを用いた場合、光学センサの発光素子および受光素子を近い距離で設置することができるため、フラックスガスの影響による受光量の減少がほとんど生じず、検知線の振動状態の検出を確実に行うことができる。

以下、この発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図３には、この発明の一実施の形態によるはんだ付け装置の一例であるリフロー装置１０の概略的構成を示す。また、図４には、図３に示すリフロー装置１０の外板１１を除く概略的構成を示す。

このリフロー装置１０は、主に、リフロー装置１０内に被加熱体Ｗ、例えば両面に表面実装用電子部品が搭載されたプリント配線基板を搬送するための搬送チェーン１３と、搬送チェーン１３から被加熱体Ｗが落下した際に落下を検出する落下検出部１２と、被加熱体Ｗを上下から加熱し、加熱後に冷却するためのリフロー炉１４と、全体を外側から覆う外板１１からなる。このリフロー装置１０では、被加熱体Ｗが搬送チェーン１３の上に置かれ、搬入口２１からリフロー装置１０内に搬入された後、搬送チェーン１３が所定速度で矢印方向（図３に向かって右から左方向）へ被加熱体Ｗを搬送し、被加熱体Ｗが搬出口２２から取り出される。

一例として、図４に示すように、搬入口２１から搬出口２２に至る搬送経路に沿って、リフロー炉１４が例えば９個のゾーンＺ１からＺ９に順次分割され、これらのゾーンＺ１〜Ｚ９がインライン状に配列されている。フラックス回収システム２３ａが搬入口２１側に設けられ、搬出口２１側にフラックス回収システム２３ｂおよび２３ｃが設けられている。搬入口２１側から７個のゾーンＺ１〜Ｚ７が加熱ゾーンであり、搬出口２２側の２個のゾーンＺ８およびＺ９が冷却ゾーンである。冷却ゾーンＺ８およびＺ９に関連して強制冷却ユニット２４が設けられている。なお、ゾーン数は、一例であって、他の個数のゾーンを備えても良い。

上述した複数のゾーンＺ１〜Ｚ９がリフロー時の温度プロファイルにしたがって被加熱体Ｗの温度を制御する。加熱ゾーンＺ１〜Ｚ７のそれぞれは、それぞれ送風機を含む上部加熱装置１５ａおよび下部加熱装置１５ｂを有する。例えばゾーンＺ１の上部加熱装置１５ａから搬送される被加熱体Ｗに対して熱風が吹きつけられ、下部加熱装置１５ｂから搬送される被加熱体Ｗに対して熱風が吹きつけられ、はんだが溶融される。

搬送チェーン１３は、例えば図５Ａに上面図を示すように、被加熱体Ｗの幅と略同等かそれ以上の間隔で設けられた２本のチェーン１３ａおよび１３ｂを有している。２本のチェーン１３ａおよび１３ｂのそれぞれの内側には、突出するように設けられた複数のピン１３ｃおよび１３ｄが設けられている。搬送チェーン１３には、図５Ａ中に二点鎖線で示すように被加熱体Ｗが載置される。

図５Ｂに、図５Ａのａ−ａ´方向の断面を示す。一方のチェーン１３ａは、搬送方向と直交する方向において設置位置が固定されている。また、他方のチェーン１３ｂは、チェーン１３ａと平行に設けられ、搬送方向と直交する方向において設置位置が可変され、チェーン１３ａとチェーン１３ｂとの距離が変更可能なように構成されている。これにより、搬送チェーン１３は、幅の異なる複数種類の被加熱体Ｗの搬送を行うことができるように構成されている。

図６、図９Ａおよび図９Ｂに、落下検出部１２の一例の構成を示す。図６は、図３に示す落下検出部１２を上面から見た断面構成である。また、図９Ａおよび図９Ｂは、図６のワイヤ１６と直交する方向の断面を示し、図９Ａはワイヤー１６が略静止している場合を、図９Ｂはワイヤー１６が振動している場合を示す。落下検出部１２は、搬送チェーン１３の下部において搬送方向と同方向に張られ、被加熱体Ｗ落下時に被加熱体Ｗと接触して振動する検知線であるワイヤー１６と、ワイヤー１６を張力を一定に保って張るためのスプリング１７と、ワイヤー１６の振動を検出するためのセンサ１８からなる。

ワイヤー１６は、例えば耐熱性、耐食性および十分な強度を有する材料、例えば金属からなり、具体的にはステンレス（ＳＵＳ）等を用いることができる。

センサ１８は、発光素子１８ａ、例えば半導体レーザ（図示せず）から出射されたレーザ光が受光素子１８ｂ、例えばフォトダイオード（図示せず）によって検出され、受光素子１８ｂの受光量に応じたレベルの検出信号を出力する。発光素子１８ａは、発光素子がワイヤー１６の振動方向にライン状に複数配列されたもの（ライン型センサ）や、発光素子がワイヤー１６の振動方向およびワイヤーの張られた方向に二次元状に配列されたもの（エリア型センサ）でも良い。受光素子１８ｂも同様である。なお、図７に示すように、スプリング１７の代わりにワイヤー１６の一端部に錘１９を接続し、ワイヤー１６の張力が保たれるようにしても良い。

ワイヤー１６は、例えば、図８Ａのように、２本のチェーン１３ａおよび１３ｂの距離が最小であるときに、２本のチェーン１３ａおよび１３ｂ間の下部に設けられる。これにより、２本のチェーン１３ａおよび１３ｂ間の距離がどのように設定されても被加熱体Ｗの落下時にワイヤー１６に被加熱体Ｗが接触してワイヤー１６が振動する。

また、図８Ｂに示すように、設置位置が可変とされた他方のチェーン１３ｂのガイド部材（図示せず）に固定部材１６ａを設けてワイヤー１６を固定し、チェーン１３ｂの設置位置の可変に連動してワイヤー１６の設置位置が可変されるようにしても良い。なお、ガイド部材とは、チェーン１３ａおよび１３ｂが装置の搬入口２１から搬出口２２方向に向けて送られる際にチェーン１３ａおよび１３ｂを案内するものである。このような構成では、チェーン１３ａおよびチェーン１３ｂの距離が最小になった場合にワイヤー１６が２本のチェーン１３ａおよび１３ｂ間に位置するように調整しなければならない。これにより、図８Ａの場合と同様に、２本のチェーン１３ａおよび１３ｂ間の距離がどのように設定されても被加熱体Ｗの落下時に被加熱体Ｗがワイヤー１６に接触する。

固定部材１６ａは、例えばリフロー装置１０内の搬入口２１側と搬出口２２側にそれぞれ設けられ、ワイヤー１６の両端が固定部材１６ａによって固定される。このとき、スプリング１７を一方の固定部分に設けてもよい。また、搬入口２１側および搬出口２２側の一方の固定部材１６ａにワイヤー１６を固定して、他方を図７に示すように錘によってワイヤー１６が張られるようにしても良い。

また、リフロー装置１０のリフロー炉１４が長い場合、固定部材１６ａは、上述の位置の他に、リフロー炉１４の搬入口２１と搬出口２２の中間部にも設けられるようにしてもよい。この場合、中間部で２本のワイヤー１６が固定される。そして、１本のワイヤー１６が、中間部の固定部材１６ａから搬入口２１側の固定部材１６ａに対して導出される。また、もう１本のワイヤー１６が、中間部の固定部材１６ａから搬出口２２側の固定部材１６ａに対して導出される。搬入口２１側と搬出口２２側では、図７に示すように、錘によってワイヤー１６が張られるようにしてもよい。なお、このように２本のワイヤー１６を用いる場合は、例えばリフロー炉１４内の搬入口２１側および搬出口２２側にそれぞれセンサ１８を設けるようにする。

ワイヤー１６の振動は、発光素子１８ａと受光素子１８ｂとを有するセンサ１８により検出される。図９Ａに示すように、ワイヤー１６が略静止した状態では、ワイヤ−１６に遮られた一部分が影となって受光素子１８ｂで検出される。また、図９Ｂに示すように、ワイヤー１６が被加熱体Ｗの落下により振動した場合は、ワイヤー１６がレーザ光を遮る範囲が大きくなって受光素子１８ｂの受光量が減少する。

なお、センサ１８は、リフロー炉１４の外に設けられることが好ましい。センサ１８に熱が加わった場合、レーザの光軸がずれて検出が困難になるなどの障害が発生するおそれがあるためである。

このようにして検出した受光量に応じたレベルの検出信号は、図示しない判定部に送られ、例えば予め図示しない記憶領域等に記憶させておいたワイヤー１６静止時の受光素子１８ｂの受光量に応じたレベルの検出信号と比較される。ワイヤー１６静止時と比して受光素子１８ｂでの受光量が変化した場合には、それが被加熱体Ｗの落下によるものか熱風等による振動のようなノイズによるものかが判定される。判定部において被加熱体Ｗの落下と判定された場合には、例えばはんだ付け装置の動作を制御するコントローラに落下検出信号が送信される。そして、落下検出信号を受信したＣＰＵは、はんだ付け装置の動作を停止させたり、被加熱体が落下したことを知らせるランプを点灯させるなどの任意の動作を命令する。

また、センサ１８としては、図９Ａおよび図９Ｂに示す透過型の構成の他に、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すような、発光素子１８ｃと受光素子１８ｂとが隣接された反射型センサを用いてもよい。反射型センサを用いる場合、図１０Ａに示すように、例えばワイヤー１６が略静止した状態では、センサ１８の発光素子１８ｃから出射されたレーザ光がワイヤー１６で反射してセンサ１８の受光素子１８ｄで検出される。一方、ワイヤー１６が被加熱体Ｗの落下により振動した場合は、受光素子１８ｄの受光量が非振動時に比して減少する。

また、図９Ａおよび図９Ｂとは逆に、ワイヤー１６が振動した場合にレーザ光がワイヤー１６に反射して受光素子１８ｄで検出され、ワイヤー１６が略静止している場合には受光素子１８ｄがレーザ光を検出しないようにしても良い。

落下検出部１２の他の構成として、ワイヤー１６に遮光板を設け、遮光板によって発光素子１８ａおよび受光素子１８ｂを有するセンサ１８のレーザ光を遮るようにして設ける。

このような構成の場合、ワイヤー１６が略静止した状態ではレーザ光が遮光板によって遮られるため、受光素子１８ｂはレーザ光を検出しない。そして、被加熱体Ｗが落下してワイヤー１６が振動すると遮光板が上下方向に変位し、受光素子１８ｂがレーザ光を受光して被加熱体Ｗの落下を検出する。

なお、遮光板は、ワイヤー１６の静止時にはレーザ光を遮らないような位置に設けられ、ワイヤー１６が振動して遮光板が変位した際にレーザ光を遮るようにしても良い。

以上のように、ワイヤー１６とワイヤー１６の振動を検出するセンサ１８を用いた場合、リフロー炉１４内で被加熱体Ｗに対して吹きつけられる熱風によりワイヤー１６が微振動する。このため、受光素子１８ｂや反射型センサの受光素子１８ｄでは、被加熱体Ｗの落下時のワイヤー１６の振動パターンと、熱風による微振動等のノイズによる振動パターンとを、その受光量の変化量等により判別し、また、遮光板を用いた場合は、熱風による微振動等のノイズの場合にはレーザ光が遮断され、被加熱体Ｗの落下時には受光素子１８ｂがレーザ光を受光するように遮光板の寸法を調整する等の方法により、確実に被加熱体の落下検出が行われるようにしている。

上述のような落下検出を行うことができるリフロー装置等のはんだ付け装置では、被加熱体の落下時に被加熱体と接触するワイヤーと、ワイヤーの振動を検出するセンサが非接触であるため、センサの摩耗の心配がなく、ほとんどメンテナンスを必要としない。

また、搬送チェーンの下部をほとんど遮ることがないため、被加熱体下面の加熱力を落とすことなく被加熱体の落下検出を行うことができる。

以上、この発明の一実施の形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の一実施の形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

例えば、ワイヤーの振動の検出は、光学センサのみでなく、ワイヤーに二次元加速度センサまたは三次元加速度センサを取り付けることにより行なっても良い。また、図１０に示す構成の場合は、メカニカルセンサを設けて遮光板の変位量により振動を検出するようにしても良い。

また、この発明では、はんだ付け装置の一例としてリフロー装置を例に挙げて説明したが、フロー型のはんだ付け装置に適用してもよい。また、はんだ付け装置以外の、熱硬化性樹脂剤によって電子部品を基板上に固定する接着装置に適用可能してもよい。

従来の基板落下検出が可能なはんだ付け装置を示す模式図である。従来の基板落下検出が可能なはんだ付け装置を示す模式図である。この発明の一実施の形態によるはんだ付け装置の構成の一例を示す模式図である。この発明の一実施の形態によるはんだ付け装置の構成の一例を示す模式図である。この発明の一実施の形態によるはんだ付け装置の搬送チェーンの構成の一例を示す模式図である。この発明の一実施の形態によるはんだ付け装置の落下検出部の構成の一例を示す模式図である。この発明の一実施の形態によるはんだ付け装置の落下検出部の構成の他の例を示す模式図である。この発明の一実施の形態によるはんだ付け装置の落下検出部の構成の一例を示す模式図である。この発明の一実施の形態によるはんだ付け装置の落下検出部の構成の他の例を示す模式図である。この発明の一実施の形態によるはんだ付け装置の落下検出部の構成の他の例を示す模式図である。

符号の説明

１・・・はんだ付け装置
２ａ，２ｂ・・・基板検出用センサ
３ａ・・・回転軸
４・・・炉
５ａ・・・レーザ投光器
５ｂ・・・レーザ受光器
６・・・基板
１０・・・リフロー装置
１１・・・外板
１２・・・落下検出部
１３・・・搬送チェーン
１３ａ，１３ｂ・・・チェーン
１３ｃ，１３ｄ・・・ピン
１４・・・リフロー炉
１６・・・ワイヤー
１６ａ・・・固定部材
１７・・・スプリング
１８・・・センサ
１８ａ，１８ｃ・・・発光素子
１８ｂ，１８ｄ・・・受光素子
１９・・・錘

Claims

被加熱体を搬送する搬送手段と、
上記被加熱体を加熱するための炉と、
上記搬送手段から上記被加熱体が落下した際に落下を検出する落下検出手段と、
上記搬送手段と、上記炉と、上記落下検出手段とを収納する外板と
を有し、
上記落下検出手段は、
上記搬送手段の下部において搬送方向と同方向に張られ、上記被加熱体の落下時に上記被加熱体と接触して振動する検知線と、
上記検知線の振動状態を検出して上記被加熱体の落下を判定する光学センサと、
を有し、
上記光学センサは、発光素子および受光素子を有し、上記検知線が上記発光素子および上記受光素子の間に位置し、上記検知線の振動による上記受光素子の受光量の変化から上記振動状態を検出するはんだ付け装置。
上記光学センサが上記炉の外に設けられる請求項１に記載のはんだ付け装置。
上記光学センサは、
上記被加熱体の落下による上記検知線の振動か、またはノイズによる上記検知線の振動かを判定する
請求項１および２の何れかに記載のはんだ付け装置。
上記搬送手段は、
搬送方向と直交する方向において設置位置が固定された第１のチェーンと、
上記第１のチェーンと平行に設けられ、上記搬送方向と直交する方向において設置位置が可変とされた第２のチェーンと、
上記第１のチェーンおよび上記第２のチェーンのそれぞれの対向面から突出し、上記被加熱体が載置される複数のピンと、
からなり、上記第２のチェーンの設置位置の可変に連動して上記検知線の設置位置が可変される
請求項１乃至３の何れかに記載のはんだ付け装置。