JP5103197B2 - 溶融金属の監視システム - Google Patents

Description

本発明は、溶融金属中の金属組成が適正値にあるかどうかを適宜監視し、適正範囲を外れるおそれがあるなどの場合に遅滞なく稼動源にこれを報知し、的確な処置を行うことによって適正な組成の溶融金属に回復させるためのシステムに係り、特に溶融はんだ槽におけるはんだ組成を監視するシステムに好適なシステムに関するものである。

近年のはんだ合金は、環境などの面から鉛を含有しない無鉛はんだ合金に移行しつつある。無鉛はんだ合金としては、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の合金と、Ｓｎ−Ｃｕ系の合金が主流であるが、いずれの合金もＡｇやＣｕ、あるいはＮｉが添加されている組成ではＮｉの含有量の許容範囲は比較的厳格であり、許容値を外れた場合には溶融はんだ合金の流動性が悪化したり、ぬれ性が悪化することがあり、さらにはドロスの発生が増加するという問題が起こり、はんだの接合不良につながることになる。

しかしながら、現状では稼動中の溶融はんだ槽における組成は適当な周期でこれを操業者が測定するが、この測定値をはんだ合金の製造者に告知し、当該はんだ製造者がこれを分析して適切な指示を行なうまでには相当の時間が経過してしまうので、この指示がはんだ槽の稼動者に届くときにはもはや当該はんだ槽の成分は大きく変化しており、届いた指示は適切性を欠いてしまうという問題がある。即ち、適正なはんだ付けを実現するためには、はんだ槽中の溶融はんだがどのような状態であるかを測定してから、製造者が指示を行なうまでにどれだけ時間を短縮することができるかという点に大きく影響される。

もちろん、このような問題ははんだ合金のみに限らず、同様の条件下で操業するような溶融金属組成であれば、やはり同じような問題が生じるおそれがある。

特開２００４−２４６６５０号公報 特開２００２−２８５９０１号公報

一般論として、監視対象と監視者が遠隔地に存在する場合には、ネットワークを介して通信を行なって監視対象から情報をアップロードし、監視者においてこれを分析した結果をダウンロードする手法が普及している。例示した先行技術はこの例である。しかしながら、稼動中のはんだ槽における溶融はんだ合金の組成を監視して、これを適正に制御するためのネットワークシステムは公知技術として存在しない。

本発明は、ネットワークによって関連づけられた監視対象たるはんだ槽中の溶融はんだなどの溶融金属と、監視者であるはんだ製造者などの分析者との間で情報の受け渡しを行ない、適正範囲の金属組成を回復するための遅滞のない指示を行うことが可能なシステムを開示することを目的とするものである。

本発明では、上記目的を達成するために、ホストコンピュータを備えた監視者と、個別コンピュータを備えた監視対象とをネットワークで通信するシステムを構築した。そして、個別コンピュータは少なくとも溶融金属槽の溶融温度を適宜間隔で測定し、この測定温度を予め定められた周期、またはホストコンピュータからのアップロードコマンドに応じて前記ホストコンピュータにアップロードする。一方、前記溶融金属槽から採取した金属サンプルには監視対象の特定、及び採取時間を含めたロット記号を付与したうえでこれを分析し、この分析データをロット記号と共に前記ホストコンピュータに入力する。ホストコンピュータでは、前記アップロードされた溶融温度と前記分析データを予め備えられた分析プログラムで分析し、この分析結果を前記監視対象に対してダウンロードするという一連の手段を用いた。

監視対象は個別コンピュータを備えており、この個別コンピュータは監視対象である溶融金属の操業装置を制御するとともに、溶融金属の温度や稼働状況などをデータとして管理する。そして、決められた周期でこれらのデータをホストコンピュータにネットワークを介して送信する。あるいは、ホストコンピュータからのアップロードの指示コマンドがダウンロードされれば、これに応じて先に送信したデータ以降のデータを送信する。一方、定期的・不定期的に限らず、監視対象では溶融金属のサンプルを分析用に採取し、これに監視対象が特定されるＩＤや、採取時間などを付加したうえでロット記号を付与する。ロット記号が付与されたサンプルは分析に供せられ、その分析値はホストコンピュータにロット記号と共に入力される。入力手段は、直接入力であっても、データ送信手段であってもよい。そして、ホストコンピュータではサンプルの分析値と、送信された監視対象に係るデータからサンプルの組成が適切であるかどうかを判定し、適切でない場合、あるいは稼働状況から判断して適切な範囲を逸脱する可能性がある場合には、監視対象に対してこれを指示し、例えば特定の合金や純金属の追加量を明示する。

さらに本発明のより詳細な手段としては、溶融金属は、はんだ合金であり、監視対象がディップはんだ付装置やプリント基板表面にはんだ箔を設けるためのレベラー装置などが例であるが、広く溶融はんだを用いる装置に適用するものである。はんだ合金はディップはんだ付作業などを行えば確実に処理基板数に応じて消費されていくが、残った溶融はんだ合金にはプリント基板などからＣｕの溶出などを原因として組成が徐々に変化する。この場合、例えばＣｕ含有量が多くなれば溶融はんだの流動性に悪影響を及ぼすことがあって好ましくないので、監視者側のホストコンピュータにおいてサンプルの分析データが入力されると同時にその時点における状況を判定することができ、即座に監視対象に対して情報を提供することができる。

個別コンピュータはその他のデータをも採取することがあり、はんだの溶融温度に加えて、ワークの搬送速度、プレヒート温度を測定し、前記溶融温度と共にホストコンピュータにデータとしてアップロードするという手段を選択的に用いる。これらのデータがホストコンピュータにアップロードされることによって、ホストコンピュータではより精密に監視対象の現状を判断することができ、さらに正確な指示が可能となる。

本発明のシステムを採用すれば、監視者はホストコンピュータにネットワークで接続されている監視対象を遠隔地において複数同時に常時監視することができ、稼働中の異常発熱などに対して即座に警告を送信することができる。また、分析用のサンプルをロット記号とともに採取し、この分析結果を入力することによって、サンプル採取時の監視対象の履歴を参照しながら追加用の合金の組成や投入量を指示することができ、精密なはんだ付作業に資することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態を、添付した図面に従って説明する。図１は本発明のシステムを実現するためのネットワークを模式的に示したものであり、１はネットワーク、２は監視者、３・・・３は監視対象である。ネットワーク１は本発明では既知のインターネットリンクを予定するが、公衆に供せられるネットワークに限定されるものではなく、イントラネットやＬＡＮなどであってもよい。監視対象３は単数であって監視者と一対一の関係である場合と、監視対象３が複数存在して監視者１が監視対象３・・・３を並列的に監視する場合の双方を含む。

図２は監視対象を示したブロック図であり、一例としてはんだ付装置を用いる。図中、１１ははんだ付装置、１２は溶融はんだ合金が収容されたはんだ槽、１３ははんだ付作業のためのライン、１４はライン１３にチャックなどで並べられたワークをはんだ付に適した温度まで予熱するためのプレヒータである。このはんだ付装置は、噴流式フローはんだ付装置と呼ばれるディップはんだ付装置の一種であり、はんだ槽１２の溶融はんだ合金を噴流させ、プリント基板の必要部分に噴流した溶融はんだを接触させてはんだ付を行なうものである。１５ははんだ付装置１１に設置されている個別コンピュータであり、通常の操業制御を行うと同時に後述するはんだ付装置の情報を制御・取得する。

ところで、はんだ槽１２内の溶融はんだは、はんだ付作業でプリント基板の金属箔や実装部品のリード線に接触することによって、金属箔やリード線の表面から金属が溶出するので、当初の溶融はんだ組成は時系列で変化する。例えば、リード線がＣｕの場合にはいわゆる銅くわれが生じ、はんだ槽の溶融はんだのＣｕ濃度は上昇する。しかし、このようにＣｕ濃度が許容範囲を超える場合には、溶融はんだの流動性が悪くなってはんだ付時にブリッジが発生するなど、はんだ付に悪影響を及ぼすので、はんだ槽内の溶融はんだ組成は高い頻度で監視することが好ましい。

そこで、本実施形態ではこのような監視を次の構成によって達成している。図３は図２のはんだ付装置に設置された個別コンピュータをネットワーク１に接続したものであり、ネットワークがインターネットの場合にはターミナルアダプタ３１を介して接続する。なお、このターミナルアダプタ３１は、公知の構成であれば採用することが可能であり、例えば商用電源３２にコネクタ３３を接続することによって、電源ラインの外殻を利用してデータ通信を行なう構成なども適用することが可能である。このように接続すれば、はんだ付装置１１に設備された個別コンピュータ１５の制御によって、監視者２に設置されたホストコンピュータ（図示せず）と通信を行なうことができる。監視対象３の個別コンピュータ１５と監視者２のホストコンピュータの接続については、ネットワークを介する構成であれば特に限定するものではない。本発明のような遠隔監視、かつ技術的に接続される監視対象が設置されている地域などを限定する必要がないものであれば、現在ではインターネットが最適である。

なお、操業中のはんだ槽について何を監視するかは、絶対的なものではないが、少なくとも次の情報が必要である。すなわち、本発明において必要な情報は、はんだ付作業が適正であるかどうか、あるいはあまり長くない将来にはんだ槽中のはんだ合金組成が許容値を外れてしまうかどうかを確認することができるための最小限の情報を示す。この情報としては、はんだ槽温度、プレヒート温度、操業時のワークの供給速度、供給枚数、はんだの溶解時間、溶解期間、及び使用時間などがあげられる。溶融はんだそのものの温度については、はんだ槽の部分において温度偏析があるため、複数個所ではんだ槽温度を測定して例えば平均値を算出するなどによって決定する。なお、この実施形態におけるはんだ槽温度とはんだそのものの温度は実質的に同じであるととらえる。また、情報として出力されるはんだ温度をどのように決定するかについては、本発明の主たる目的ではなく、適切な温度管理がなされたうえでの温度が出力されることを前提としている。そして、これらの情報にさらに加えて、はんだの溶解時間、溶解期間、使用時間などを監視することもある。使用時間とは、はんだ槽を総入れ替えせずに消費したはんだを追加する場合には、総使用時間、及び追加後の時間を指す。

続いて、本発明の構成を利用して稼働中のはんだ槽の監視を行う実例について図４のフローシートに基づいて説明する。先ず、はんだ槽の監視を行い、かつ適切な指示を行うためには定められた時点における溶融はんだの組成を分析する必要があるが、これに先立ってはんだ槽に最初に投入されたはんだ合金の組成については予め監視者側のホストコンピュータに入力される。この入力時には、当該はんだ合金の組成範囲の許容値などについても当然入力されることになる。続いて、監視対象３におけるはんだ付装置が操業されればプレヒート温度やワークの搬送速度、はんだ槽温度などが測定され、個別コンピュータ１５がこれらの情報を必要であれば記憶し、不要なものについては読み飛ばす。次に、何らかの手段によって監視対象のはんだ槽から分析サンプルを採取し、この分析サンプルに対してロット記号を付与する。ロット記号の内容は任意であるが、少なくとも採取したサンプルの属するはんだ槽、採取時間を一連の数字列や文字列、あるいは二進ビット列などで特定する。ここで、採取したサンプルとロット記号は分析が完了して分析結果がデータ化されるまでは、入れ違いなどの誤りを回避するために不可分で管理する。ロット記号が付与された分析サンプルは、分析装置にかけられてその組成が分析され、この分析結果がホストコンピュータにロット記号とともに入力される。分析装置ははんだ付装置付近に設定されている場合と、はんだ付装置から遠隔場所に存在する場合があるが、いずれにしても分析データがホストコンピュータにロット記号に関連づけて入力される。

なお、監視対象のはんだ槽は常時定められた情報が取得されており、個別コンピュータ１５によってこれらのデータが制御される。たとえば、はんだ槽の温度情報であればはんだ槽の適宜箇所に設置された温度センサのデータを管理し、ワークの搬送速度であればこれを数値として管理する。そして、このように管理されたデータはネットワークを介して監視者側に供えられたホストコンピュータにデータがアップロードされる。データのアップロードについては、予め決められた間隔で個別コンピュータ１５が自発的に行う手段であっても、ホストコンピュータから出力されるアップロードコマンドに応じて行う手段であってもよい。このように、ロット記号が付された分析サンプルの採取と、はんだ付装置の各種情報をホストコンピュータにアップロードすることとは、別個の手続きによって行われる。なお、ロット記号に付された情報は、上述したようなはんだ槽の特定、及び採取時間だけではなく、はんだ槽の温度などを付加することによって、ホストコンピュータ側における判断をより詳細にすることも可能である。

上述したような構成によって、稼働中のはんだ付装置のはんだ槽における溶融はんだの組成を把握すると同時にはんだ付装置の操業履歴についても適宜把握することになるので、分析サンプルの組成だけでなく、操業条件全般にわたって監視者から監視対象に対して指示、または示唆を遠隔地であっても行うことができ、精密なはんだ付を可能とする。ここで指示、または示唆とは、一般的には現状のはんだ槽の組成に対してどのような組成の合金、あるいは純金属をどの程度追加するかという組成面における情報、あるいははんだ槽の温度管理、プレヒート温度管理など、はんだ付に必要な情報を広くいうものである。また、監視者には多数の監視対象のデータが蓄積されることになるから、今まで原因が不明であった不良はんだ付などについても学習が容易になり、これを監視対象に対してフィードバックすることにより、なお精密なはんだ付に供することが可能となる。

本発明のシステムを示す概略図 監視対象を示す概略図 監視対象をネットワークに接続した状態の概略図 監視者と監視対象の作業を示すフロー図

符号の説明

１ ネットワーク
２ 監視者
３ 監視対象
１１ はんだ付装置
１２ はんだ槽
１４ プレヒータ

Claims (3)

1. ホストコンピュータを備えた監視者と、個別コンピュータを備えた監視対象とをネットワークで通信するシステムであって、前記個別コンピュータは少なくとも溶融金属槽の溶融温度を適宜間隔で測定し、この測定温度を予め定められた周期、または前記ホストコンピュータからのアップロードコマンドに応じて前記ホストコンピュータにアップロードする一方、前記溶融金属槽から採取した金属サンプルには監視対象の特定、及び採取時間を含めたロット記号を付与したうえでこれを分析し、この分析データをロット記号と共に前記ホストコンピュータに入力し、前記アップロードされた溶融温度と前記分析データを予めホストコンピュータに備えた分析プログラムで分析し、前記監視対象に係るデータ中のサンプル組成が適切でないとき、又は可動状況から判断して適切な範囲を逸脱する可能性があるときに、前記監視対象に対してダウンロードによって指示することを特徴とする溶融金属の監視システム。
2. 溶融金属は、はんだ合金であり、監視対象はディップはんだ付装置である請求項１記載の溶融金属の監視システム。
3. 個別コンピュータは、はんだの溶融温度に加えて、ワークの搬送速度、プレヒート温度を測定し、前記溶融温度と共にホストコンピュータにデータとしてアップロードする請求項２記載の溶融金属の監視システム。

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