JP5278531B2

JP5278531B2 - 電子部品の半田付け方法及び装置

Info

Publication number: JP5278531B2
Application number: JP2011503743A
Authority: JP
Inventors: 忠則桧垣; 孝及川; 洋介富沢
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2010-01-13
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2030-01-13
Also published as: WO2010103861A1; JPWO2010103861A1; CN102349123A; MY158308A; CN102349123B

Description

本発明はチップコイルなどの電子部品の電極に半田液を付着させる方法及び装置に関するものである。

チップコイルを製造する場合、ボビンにコイルを巻装した後、コイルの両端をボビンの一方のつば部裏面に形成された電極へ引き回し、その後で電極とコイル端部とを半田付けしている。半田付け方法として、電極を形成したボビンの一方のつば部裏面を半田液に浸漬し、ボビンを引き上げることで、電極に半田液を付着させている。ところが、ボビンの一方のつば部裏面を半田液に浸漬し、単純に引き上げるだけでは、電極以外の部分に半田が付着したり、必要量以上の半田が付着するという問題がある。

特許文献１には、チップコイルの電極へ半田液を付着させる方法が開示されている。この方法は、図５に示すように、チップコイル１００を半田液１０１に浸して半田液を電極に付着させた後、チップコイル１００の電極を半田液１０１から引き上げ、表面張力によって半田液の液面が電極につながっている状態で、ピン部材１０２を電極に対して相対的に略平行移動させて、電極につながっている半田液１０１を分離するものである。

この半田付け工法では、下側のつば部全体を半田液に浸漬する方法を採っている。この時、つば部の電極間の領域も半田槽内に浸漬されるため、製品の小型化による電極間寸法が短くなることや、電極寸法バラツキ、余剰フラックスの影響等により、電極間への半田残り不良が発生する可能性がある。また、半田液を分離するためにピン部材を必要とし、その駆動機構も必要になるという問題がある。

特許文献２には、ボビンに巻回されたコイルの端部を、そのボビンに植設されたピンに半田付けする方法が開示されている。すなわち、水平軸Ｘ、Ｙおよび垂直軸Ｚとよりなる直交３軸を設定し、水平軸Ｙまわりの回動角座標をθとし、Ｙ軸に垂直で、角θ方向に回動する座標軸をＸとし、Ｘ軸まわりの回動角座標をφとする。図６に示すように、ボビン１１０をＸ軸方向に支持し、このボビンを、当該ボビンの仕様ごとに設定される所定角度ずつ角φ方向に回動させるとともに、角θ方向の角位置を所定の値とし、φ方向の角位置およびθ方向の角位置を所定の値に保った状態でボビン１１０をＺ軸方向に下降させて、ピン１１１を半田液１１２中に浸漬する方法である。

特許文献２の方法では、ボビンを傾けた状態でＺ方向に下降させて半田液に浸漬し、一方の電極（ピン）に半田液を付着させ、ボビンをＺ方向に上昇させた後、ボビンをＸ軸周りに回転させ、しかる後に、再度Ｚ方向に下降させて半田液に浸漬するという動作を繰り返すことになる。このように１回の浸漬ごとにＺ方向に引き上げるだけであるから、必要量以上の半田液が電極に付着する可能性があり、半田量のコントロールができない。また、ボビンを昇降させる動作を２回繰り返さなくてはならないため、半田付け工程に時間がかかってしまう。

特開２００６−１７３６４４号公報特開平４−３２００１６号公報

本発明は、電極間への半田残り不良が発生せず、かつ適正量の半田液を電極に付着させることができる電子部品の半田付け方法及び装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、電子部品の一端部に間隔をあけて形成された一対の電極に半田液を付着させる方法において、水平軸Ｘ、Ｙおよび垂直軸Ｚよりなる直交３軸を設定し、前記一対の電極の対向方向に対して垂直な方向をＸ軸とし、前記一対の電極の対向方向が半田液面と平行になるように前記電子部品を半田液面より上方で支持する第１の工程と、前記電子部品を、半田液面より下方に位置するＸ軸と平行な第１軸を回転中心として、前記電極のうちの一方の電極を半田液面に浸漬する位置へ揺動させる第２の工程と、前記電子部品を前記第１軸を回転中心として、前記一方の電極が表面張力によって半田液とつながった状態のまま、前記電極のうちの他方の電極を半田液面に浸漬する位置へ揺動させる第３の工程と、前記一対の電極の対向方向が半田液面に対して平行になるように、前記電子部品を半田液面より上方で、かつ表面張力によって半田液が電極につながった状態で保持する第４の工程と、前記電子部品を、半田液面より上方に位置するＹ軸と平行な第２軸を回転中心として上方へ回転させ、半田液を電極から振り切る第５の工程と、を有する電子部品の半田付け方法を提供する。

また、本発明に係る半田付け装置は、電子部品の一端部に間隔をあけて形成された一対の電極に半田液を付着させる装置において、水平軸Ｘ、Ｙおよび垂直軸Ｚよりなる直交３軸を設定し、前記一対の電極の対向方向に対して垂直な方向をＸ軸とし、前記電子部品の電極を形成した端部と反対側の端部をチャックするチャック手段と、前記チャック手段を、半田液面より下方に位置するＸ軸と平行な第１軸を回転中心として、前記電極のうちの一方の電極を半田液面に浸漬する位置と他方の電極を半田液面に浸漬する位置との間で揺動させ、かつその中間位置で前記一対の電極の対向方向が半田液面に対して平行になるように、前記電子部品を半田液面より上方で、かつ表面張力によって半田液が電極につながった状態で保持する第１の駆動手段と、前記半田液が電極につながった状態で電子部品を半田液面より上方で保持したチャック手段を、半田液面より上方に位置するＹ軸と平行な第２軸を回転中心として上方へ回転させ、半田液を電極から振り切る第２の駆動手段と、を有する。

本発明では、電極間に半田液が接触しないように、電極より下方で半田液中に位置するＸ軸と平行な第１軸を回転中心として電子部品を揺動させ、片方の電極ずつ半田液に浸漬する。このとき、一方の電極を半田液に浸漬した後、他方の電極を半田液に浸漬する際に、一方の電極が表面張力によって半田液とつながった状態を維持するようにする。そして、電子部品を半田液の上方でかつ表面張力によって半田液が両方の電極につながった状態で保持し、半田液面より上方に位置するＹ軸と平行な第２軸を中心として回転させながら振り上げる。振り上げ方向は、一対の電極の対向方向と直交方向であるから、両方の電極につながった半田液は振り切られ、電極間に半田液が残らない。このように、半田液への浸漬時も引き上げ時も共に、半田液が電極間の領域に接触しないため、電極間への半田残り不良が起こらない。また、第２軸を中心として電子部品を上方へ回転させる際、半田液が両方の電極につながった状態で回転させるため、その回転速度（加速度）や回転初期位置を適切に設定することで電極への半田付着量を適正に制御することができる。そのため、不必要に多量の半田が付着するという不具合を解消できる。

本発明の半田付け方法では、第１軸を中心として電子部品を揺動させることで両方の電極に半田を付着させ、その状態から第２軸を中心として電子部品を振り上げることで半田を振り切るため、特許文献２に記載のような１回の浸漬ごとにＺ方向に引き上げる動作が必要でなく、少ない動作で半田付け作業を完了できる。また、特許文献１に示されるような半田液を電極から分離するためのピン部材が不要であり、そのための駆動機構も不要である。したがって、装置を簡素に構成できる。

第３の工程において、表面張力によって半田液が電極につながった状態のまま、電子部品を半田液面に対して垂直方向に引き上げるのがよい。第２の工程で電子部品を左右に揺動させた直後では、左右の電極への半田付着量がアンバランスになる可能性がある。そこで、揺動が終了した電子部品を半田液面に対して垂直方向に引き上げることで、左右の電極につながる半田液の量を均等にでき、その後で第２軸を中心として振り上げることにより、左右の電極への半田付着量を均等にすることができる。

発明の好ましい実施形態の効果

以上のように、本発明によれば、半田液中に位置するＸ軸と平行な第１軸を回転中心として電子部品を揺動させ、片方の電極ずつ半田液に浸漬した後、半田液面より上方に位置するＹ軸と平行な第２軸を中心として回転させることで、半田液を振り切るようにしたので、半田液への浸漬時も引き上げ時も共に半田液が電極間に接触せず、電極間への半田残り不良を解消できる。また、第２軸を中心として電子部品を上方へ回転させる際、その加速度を適切に設定することで、ピン部材などの外部手段を用いることなく、電極への半田液付着量を適正に制御できる。

（ａ）は本発明に係る電子部品の一例であるチップコイルの表側から見た斜視図、（ｂ）は裏側から見た斜視図である。本発明に係る半田付け方法の原理を示す図である。本発明に係る半田付け装置の一例の正面図である。図３に示す半田付け装置の側面図である。従来の半田付け方法の一例の説明図である。従来の半田付け方法の他の例の説明図である。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る電子部品の一例であるチップコイルを示す。このチップコイル１は、両端部につば部３，４を有するコア２の巻胴部（図示せず）にコイル８を巻装したものである。コイル８の両端部８ａ，８ｂは、一方のつば部３の裏面側へ引き回され、つば部３の裏面両端部に形成された一対の溝部３ａ，３ｂに案内されている。これら溝部３ａ，３ｂの底面からつば部３の両端面にかけて連続する電極３ｃ，３ｄ（斜線で示す）が形成されている。後述するように、これら電極３ｃ，３ｄとコイル８の両端部８ａ，８ｂとがそれぞれ半田付けされる。図１において、一対の電極３ｃ，３ｄの対向方向に対して垂直な方向をＸ軸とし、平行な方向をＹ軸としている。

ここで、本発明の半田付け方法の原理を図２に従って説明する。具体的には、つば部３の縦×横が３．２ｍｍ×２．５ｍｍのサイズのチップコイルにおいて、以下のステップにより半田付けを実施する。

まず図２の（ａ）のように、電極３ｃ，３ｄを有するつば部３が下向きでかつ半田液Ｓの上方に位置するように、チップコイル１を水平に支持する。チップコイル１を支持するために、電極３ｃ，３ｄを有しないつば部４をチャック手段等によって把持すればよい。この状態において、チップコイル１の半田液Ｓの液面からの高さＨ₁を３〜７ｍｍ程度とするのがよい。

次に、図２の（ｂ）に示すように、チップコイル１の直下で半田液Ｓより下方に位置するＸ軸と平行な第１軸Ｘ１を回転中心として、チップコイル１を鉛直軸から左方向に角度θ₁だけ傾け、一方の電極３ｃを半田液Ｓに浸漬する。このとき、半田液Ｓに一方の電極３ｃは浸漬されるが、つば部３の裏面中間部や他方の電極３ｄには半田液Ｓが付着しないように、第１軸Ｘ１の位置と角度θ₁を設定する。第１軸Ｘ１は例えば半田液面から０〜５ｍｍ下の位置に設定し、揺動角度θ₁は例えば３０〜４０°とするのがよい。

次に、図２の（ｃ）に示すように、第１軸Ｘ１を回転中心として、チップコイル１を鉛直軸から右方向に角度θ₂だけ傾け、他方の電極３ｄを半田液Ｓに浸漬する。このとき、先に浸漬された電極３ｃと半田液Ｓとが表面張力によりつながった状態を維持する。チップコイル１は、当該チップコイル１の半田液Ｓの液面からの高さＨ₁より大きな回転半径で揺動するので、チップコイル１は水平方向へ移動しながら傾けられ、電極３ｃと半田液Ｓとのつながりを切ることなく、しかも電極間の領域には半田液Ｓが付着しない。なお、揺動角度θ₂はθ₁と同じ角度でもよいが、異なる角度としてもよい。また、回転半径は左右で同じ長さでもよいが、異なる長さとしてもよい。

次に、図２の（ｄ）のように、つば部３が半田液Ｓの液面に対して平行になるように、チップコイル１を水平状態に戻す。このとき、チップコイル１は、半田液Ｓの液面より上方で保持され、表面張力によって半田液Ｓが電極３ｃ，３ｄに個別につながった状態となる。チップコイル１の半田液Ｓの液面からの高さＨ₂は図２の（ａ）における高さＨ₁と同じでもよいが、半田液Ｓの液面と平行な状態で高さＨ₁よりも１〜４ｍｍ程度チップコイル１を上昇させてもよい。この場合には、両電極３ｃ，３ｄの半田濡れ形状をより均等にすることができる。

次に、図２の（ｅ）のように、チップコイル１の直上に位置しかつＹ軸と平行な第２軸Ｙ１を回転中心として、チップコイル１を上方へ急速に回転させ、半田液Ｓを電極３ｃ，３ｄから振り切る。この回転方向は、一対の電極３ｃ，３ｄの対向方向と直交方向であるから、電極に付着した半田液Ｓが電極間の領域に流れるという事態が発生しない。回転速度（加速度）及び回転中心Ｙ１の位置を適切に設定することで、各電極３ｃ，３ｄに残る半田液Ｓの量を適切に制御できる。

最後に、引上げ後の半田が固まる前に、図２の（ｆ）のように電極面をプレス手段９によってプレスすることで、電極形状を整える。なお、このプレス作業は必要に応じて実施すればよい。

前記説明は、３．２×２．５ｍｍサイズのチップコイルの例であるが、揺動角θ₁，θ₂、高さ、回転半径等はチップコイルのサイズにより変わる。また、チップコイル１を半田付けする前に半田付け部分にフラックスを塗布するが、このフラックスの塗布作業も上記と同様の方法で実施してもよい。但し、フラックスは半田液に比べて表面張力が小さいので、チップコイル１のつば部３全面をフラックスに浸漬してもよい。

図３，図４は、本発明に係る半田付け方法を実施するための具体的装置の一例を示す。この半田付け装置は、半田液Ｓを貯留した半田槽１０と、揺動のための第１モータ２０と、振り切りのための第２モータ３０とを備えている。第１モータ２０は、ベース１１上に水平に固定され、その回転軸２１は半田液Ｓの液面より下方に位置している。回転軸２１の軸線が第１軸Ｘ１である。第１モータ２０の回転軸２１にはアーム２２が連結され、アーム２２の先端部には、アーム２２に対して上下方向にスライド自在なスライド部材２３が取り付けられている。スライド部材２３に第２モータ３０が水平に固定され、第２モータ３０の回転軸３１にチャック手段４０が連結されている。回転軸３１の軸線が第２軸Ｙ１である。チャック手段４０は、固定爪４１と可動爪４２とを備えており、両爪４１，４２間でチップコイル１の電極を有しないつば部４をチャック可能となっている。

アーム２２の先端部近傍には第３モータ５０が固定されている。この第３モータ５０は、スライド部材２３、第２モータ３０及びチャック手段４０を上下に昇降させるものであり、図２の（ａ）におけるチップコイル１の半田液面からの高さＨ₁を調整したり、図２の（ｄ）におけるチップコイル１の半田液面からの高さＨ₂を調整するのに使用できる。

図３に示すように、第１モータ２０の回転軸２１の軸線Ｘ１は半田液Ｓの液面より下方位置している。そのため、第１モータ２０を正逆方向に駆動すると、図２の（ｂ）〜（ｃ）で説明したように、チップコイル１は左右に揺動し、両側の電極を半田液Ｓに浸漬させることができる。第１モータ２０を中立位置へ戻した後、つまり図２の（ｄ）のようにつば部３が半田液Ｓの液面に対して平行になるようにチップコイル１を水平に戻した後、第２モータ３０を駆動すると、図２の（ｅ）のようにチップコイル１は第２軸Ｙ１を中心として上方へ振り上げられ、半田液Ｓを電極３ｃ，３ｄから振り切ることができる。なお、図３では、チップコイル１の中心軸が第２軸Ｙ１に対してＸ軸方向（振り上げ方向）にオフセットしている例を示したが、これは第２モータ３０を駆動したときに半田液Ｓの振り切りを容易にするためである。このオフセット量は任意に設定できる。

前記実施例では、第１モータ２０が第１軸Ｘ１を中心としてチャック手段４０を揺動させる第１の駆動手段を構成し、第２モータ３０が第２軸Ｙ１を中心としてチャック手段４０を回転させる第２の駆動手段を構成する例を示したが、これは単なる一例に過ぎない。例えば、チャック手段を３軸及びθ軸ロボットに連結し、当該ロボットによってＸ軸、Ｚ軸、θ軸をコントロールすることによって、第１の駆動手段及び第２の駆動手段を構成してもよい。また、カムやリンク等の伝達機構を利用してチップコイルの揺動運動／振り上げ運動を行ってもよい。

本発明の半田付け方法は、前述のようにチップコイルのような小型電子部品の半田付けに適しているが、一方の端部に一対の電極を有する電子部品であれば適用可能である。電極は、つば部裏面に溝を形成し、この溝にコイルの端部を案内した部分に限らず、ピン状の電極でもよいし、板状電極、平面状の電極面でもよい。

Ｓ半田液
１チップコイル（電子部品）
２コア
３，４つば部
３ｃ，３ｄ電極
８コイル
８ａ，８ｂ両端部
１０半田槽
２０第１モータ（第１の駆動手段）
３０第２モータ（第２の駆動手段）
４０チャック手段
５０第３モータ（第３の駆動手段）
Ｘ１第１軸
Ｙ１第２軸

Claims

電子部品の一端部に間隔をあけて形成された一対の電極に半田液を付着させる方法において、
水平軸Ｘ、Ｙおよび垂直軸Ｚよりなる直交３軸を設定し、前記一対の電極の対向方向に対して垂直な方向をＸ軸とし、
前記一対の電極の対向方向が半田液面と平行になるように前記電子部品を半田液面より上方で支持する第１の工程と、
前記電子部品を、半田液面より下方に位置するＸ軸と平行な第１軸を回転中心として、前記電極のうちの一方の電極を半田液面に浸漬する位置へ揺動させる第２の工程と、
前記電子部品を前記第１軸を回転中心として、前記一方の電極が表面張力によって半田液とつながった状態のまま、前記電極のうちの他方の電極を半田液面に浸漬する位置へ揺動させる第３の工程と、
前記一対の電極の対向方向が半田液面に対して平行になるように、前記電子部品を半田液面より上方で、かつ表面張力によって半田液が電極につながった状態で保持する第４の工程と、
前記電子部品を、半田液面より上方に位置するＹ軸と平行な第２軸を回転中心として上方へ回転させ、半田液を電極から振り切る第５の工程と、を有する電子部品の半田付け方法。
前記第４の工程は、表面張力によって半田液が電極につながった状態のまま、前記電子部品を半田液面に対して垂直方向に引き上げる工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の電子部品の半田付け方法。
電子部品の一端部に間隔をあけて形成された一対の電極に半田液を付着させる装置において、
水平軸Ｘ、Ｙおよび垂直軸Ｚよりなる直交３軸を設定し、前記一対の電極の対向方向に対して垂直な方向をＸ軸とし、
前記電子部品の電極を形成した端部と反対側の端部をチャックするチャック手段と、
前記チャック手段を、半田液面より下方に位置するＸ軸と平行な第１軸を回転中心として、前記電極のうちの一方の電極を半田液面に浸漬する位置と他方の電極を半田液面に浸漬する位置との間で揺動させ、かつその中間位置で前記一対の電極の対向方向が半田液面に対して平行になるように、前記電子部品を半田液面より上方で、かつ表面張力によって半田液が電極につながった状態で保持する第１の駆動手段と、
前記半田液が電極につながった状態で電子部品を半田液面より上方で保持したチャック手段を、半田液面より上方に位置するＹ軸と平行な第２軸を回転中心として上方へ回転させ、半田液を電極から振り切る第２の駆動手段と、を有する電子部品の半田付け装置。
前記第１の駆動手段によって電子部品を半田液面より上方で、かつ表面張力によって半田液が電極につながった状態で保持した状態で、電子部品を半田液面に対して垂直方向に引き上げる第３の駆動手段を有することを特徴とする請求項３に記載の電子部品の半田付け装置。