JP5281389B2

JP5281389B2 - 半田付け装置

Info

Publication number: JP5281389B2
Application number: JP2008331335A
Authority: JP
Inventors: 道博田中
Original assignee: Ｔｄｋラムダ株式会社
Priority date: 2008-12-25
Filing date: 2008-12-25
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2028-12-25
Also published as: JP2010153656A

Description

本発明は、半田付け装置に関するものである。

従来、半田付け装置としては、例えば、気体を加熱する手段と、加熱気体を熱風として送風する手段と、送風された熱風を移動する基板に向けて噴き出す複数のノズル穴を形成した噴き出し手段とを備え、電子部品を装着した基板に熱風を供給して加熱し、電子部品を半田付けするリフロー半田付け装置が開示されている（例えば、特許文献１）。このリフロー半田付け装置では、基板の複数箇所に温度センサーとしての熱電対を取付け、当該基板をリフロー装置内に流して実際の温度プロファイルのデータを取り、そのデータにより、基板の搬送速度、予熱温度、リフロー温度や、リフロー時間などの設定値の調整を行うように構成されている。これにより、上記特許文献１では、正確に基板の温度や部品リード部分の温度を測定することができるので、精度のよい調整を行うことができる。
特開２００３−６９２１１号公報

しかしながら、上記特許文献１のように、熱電対を基板に固定して、温度測定を行う方法では、熱電対の作成、部品への固定に熟練を要するだけでなく、固定の仕方で誤差が発生し易く、時間と労力を要する作業であるという問題があった。また、基板に固定された熱電対は、リフロー炉内における高温度、高湿度の環境に曝されるため、劣化や断線などの不具合が生じ易いので、安定的にワークの温度を測定することが困難であるという問題があった。

そこで、本発明は、安定的にワークの温度を測定することができる半田付け装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る発明は、ワークを加熱し、前記ワークに設けられた半田を溶融するリフロー炉と、前記リフロー炉に前記ワークを搬入する搬入部とを備える半田付け装置において、前記搬入部に前記ワークの温度を測定する温度センサーを内蔵し、前記温度センサーは、ケーブルと、前記ケーブルの一端に設けられたセンサー部とを有し、前記搬入部は、前記ワークを保持する保持部と、前記保持部に連結されたアーム部とを有し、前記保持部内には、前記センサー部を前記ワークに当接させた状態で設置するセンサー設置部が設けられ、前記アーム部内には、前記ケーブルが挿通するケーブル用通路が形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項１によれば、温度センサーがリフロー炉内の環境に曝されることを防止し、温度センサーの劣化やケーブルの断線などの不具合を防止することができるので、安定的にワークの温度を測定することができる。

また、ケーブルをリフロー炉内に引き回さずに温度センサーをリフロー炉内に設けることができるので、ケーブルの劣化や断線をより確実に防止することができる。

（１）全体構成
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１に示す半田付け装置１は、リフロー炉としての蒸気槽２と、前記蒸気槽２内の下部に貯留された液体状の熱媒体３と、前記蒸気槽２の搬入口４から前記蒸気槽２内にワーク５を搬入する搬入部６とを備える、いわゆるベーパーリフロー半田付け装置である。前記蒸気槽２には加熱部７が設けられている。加熱部７は、制御装置８により、蒸気槽２内の熱媒体３を所定温度に加熱するように制御されている。制御装置８は、温度センサー９と、加熱制御部10とを有する。

この半田付け装置１は、加熱部７で熱媒体３を加熱して蒸気を発生し、搬入部６で搬入されたワーク５に設けられた図示しない半田を当該蒸気によって加熱溶融して、リフロー半田付けを行い得るように構成されている。

尚、本実施形態において、ワーク５は図示しない電子部品が載置されたプリント基板である。一般的に、プリント基板に電子部品を載置する際には、まず、回路パターンに対応したステンレス鋼製のメタルマスクを用いて、電子部品が載置される回路パターンであるランド上にクリーム半田が塗布される。その後、メタルマスクを取り除くことにより、電子部品が載置されるランド上だけにクリーム半田が残るように処理される。この工程を経た後、マウンターによりプリント基板上の所定位置に電子部品が載置される。

蒸気槽２は、上部が開口した有底筒状の金属製容器からなり、当該上部に搬入口４が形成されている。搬入口４の周縁には、冷却部11が設けられている。冷却部11は、側壁12の内周面12aに螺旋状に設けられた固定冷却パイプ13と、当該固定冷却パイプ13の下方に配置された回収トレイ14とを有する。この固定冷却パイプ13には、図示しない冷却媒体供給装置から一定温度に保持された冷却媒体が供給されている。

蒸気槽２の底部2aの外側には、加熱部７が設けられている。加熱部７は、種々のものを用いることができるが、例えば内部に電熱線を張り巡らした電熱ヒータを用いることができる。この加熱部７は、蒸気槽２内に貯留された熱媒体３を蒸発させるために必要な熱量を発生させることができるものである。熱媒体３は、使用する半田の融点よりも沸点が高い不活性有機溶剤を用いる。

搬入部６は、ワーク５を着脱自在に保持する一対の保持部15と、当該保持部15に連結されたアーム部16とを備える。搬入部６は、一対の保持部15同士の距離がワーク５の幅長さに合わせて変更することができるように構成されている。

前記保持部15は、上爪17と下爪18とを有し、当該上爪17と下爪18との間にワーク５を挟んで保持し得るように構成されている。上爪17は、アーム部16に対し上下方向に移動自在に設けられている。保持部15でワーク５を保持するには、まず、上爪17が、上方向に移動して下爪18との間の隙間を大きくして当該隙間にワーク５を載置する。次いで、上爪17を下方向に移動させて下爪18との間に当該ワーク５を挟んだ状態で固定することにより、保持部15は、ワーク５を保持し得るように構成されている。また上爪17と下爪18とは、ワーク５の大きさに合わせて、連動して左右方向に移動可能に設けられている。

前記アーム部16は、図示しない移動経路に連結されている。当該アーム部16に連結された保持部15は、移動経路に沿って移動すると共に、搬入口４より上方の位置と、リフロー領域ARとの間を昇降する。

尚、移動経路は、プリント基板を製造するための複数の工程からなるプリント基板製造工程において、ワーク５を各工程間へ移動させるために張り巡らされたレールなどで構成された経路をいう。

このように構成された搬入部６は、図示しない移動経路に沿って各工程間を移動する。また、搬入部６は、蒸気槽２に位置決めされると、保持部15を蒸気槽２内に下降させ、保持部15で固定したワーク５をリフロー領域ARに搬入し、当該ワーク５を熱媒体３の蒸気で加熱し得るように構成されている。

上記構成に加え、本実施形態に係る半田付け装置１は、温度センサー９が搬入部６に内蔵されている。温度センサー９は、図２に示すように、ケーブル20と前記ケーブル20の一端20aに設けられたセンサー部21とを有する。センサー部21は、接触式のものであって、種々のものが考えられるが、例えば、熱電対やサーミスタを用いることができる。

保持部15の上爪17には、センサー設置部22が設けられており、当該センサー設置部22にセンサー部21が設置されている。このセンサー設置部22は、ワーク５の表面5aに当接する側に開口した穴を有し、センサー部21の接触面21aが当該穴から突出した状態でセンサー部21を設置し得るように構成されている。

これにより、保持部15に設置されたセンサー部21は、上爪17と下爪18とがワーク５を挟んで保持することにより、接触面21aがワーク５の表面5aに当接される。また、センサー設置部22は、側面に連通穴23が形成されており、当該連通穴23を介して挿通穴24に連通されている。

挿通穴24は、アーム部16の内部に形成された鉛直方向に伸びる穴であって、下端において連通穴23に連通し、上端において外部に連通されている。前記挿通穴24には、ケーブル20が挿通されている。ケーブル20は、一端20aがセンサー部21に接続されていると共に、他端20bが蒸気槽２の外部に設置された制御装置８に電気的に接続されている。

加熱制御部10は、図示しないが、内部のメモリに予め記憶している動作制御プログラムなどの各種プログラムに従って各種処理を実行する。そして、加熱制御部10は、図示しない電源スイッチがオンされるなどによって電源が投入されると、メモリから基本プログラム等の各種プログラムを適宜読み出して展開する。これにより、加熱制御部10は、これら各種プログラムによって半田付け装置１を統括的に制御し、温度センサー９から取得した基板温度データに基づいて、ワーク５の搬送速度、予熱温度、リフロー温度や、リフロー時間などの各種制御を実現し得るように構成されている。

（２）作用及び効果
次に上記構成の作用及び効果について説明する。まず、プリント基板上に電子部品を載置したワーク５を用意する。当該ワーク５は、保持部15の上爪17と下爪18とで挟んで着脱自在に保持される。このように保持されたワーク５は、アーム部16によって移動経路に沿って各工程へ移動する。ここで、保持部15の上爪17に形成したセンサー設置部22には、センサー部21が設置されている。当該センサー部21は、接触面21aがワーク５の表面5aに当接した状態で設置されている。

リフロー半田工程を行う半田付け装置１では、蒸気槽２内に貯留された液状の熱媒体３が加熱部７により加熱されている。熱媒体３は、その温度が沸点を超えると蒸気を発生する。発生した蒸気は、搬入口４近傍の側壁12の内周面12aに設けられた冷却部11により凝縮され、液状に戻る。液状に戻った熱媒体３は、回収トレイ14で回収され、蒸気槽２内の下部に貯留された液状の熱媒体３に戻される。このようにして、液状の熱媒体３の液面から上昇した蒸気は、当該液面の上方にリフロー領域ARを形成する。

搬入部６は、ワーク５を半田付け装置１へ運んでくると、搬入口４の上方からリフロー領域ARへワーク５を搬入する。リフロー領域ARへ搬入されたワーク５は、所定時間保持され、所定温度に熱せられた蒸気によって加熱される。これにより、ワーク５に設けられたクリーム半田が加熱溶融される。所定時間経過後、搬入部６は、ワーク５を蒸気槽２の上方へ搬出する。

ワーク５がリフロー領域ARに搬入されている間、温度センサー９は、センサー部21でワーク５の表面5aから熱を受け取り、ワーク５の表面5aの温度に応じた温度信号をケーブル20を介して加熱制御部10へ出力する。当該加熱制御部10では、温度信号に基づいて温度データを算出し、当該温度データに応じた制御量を算出して、制御信号を加熱部７へ出力する。このようにして、加熱制御部10は、蒸気槽２を加熱する加熱部７を制御することにより、ワーク５を所定温度に加熱し得る。

ここで、半田付け装置１は、温度センサー９を搬入部６に内蔵したことにより、温度センサー９が蒸気槽２内の環境に曝されることを防止している。これにより、半田付け装置１は、温度センサー９の劣化やケーブル20の断線などの不具合を防止することができるので、安定的にワーク５の温度を測定することができる。さらに、半田付け装置１は、半田付け工程の全体、すなわち、ワーク５の予熱、加熱溶融、及び冷却において、ワーク５の温度を安定的に測定することができる。

また、半田付け装置１は、温度センサー９が搬入部６に内蔵されていることにより、ワーク５毎に温度センサー９を設ける必要がなく、容易にワーク５にセンサー部21を当接させることができるので、安定的にワーク５の温度を測定することができる。

また、搬入部６は、保持部15にセンサー設置部22を設け、保持部15でワーク５を挟むと同時にセンサー部21をワーク５の表面5aに接触させることとした。これにより、半田付け装置１は、確実にセンサー部21をワーク５の表面5aに接触させることができるので、より安定的にワーク５の表面5aの温度を測定することができる。

また、保持部15に設置されたセンサー部21は、上爪17と下爪18とがワーク５を挟んで保持することにより、接触面21aがワーク５の表面5aに当接される。これにより、センサー部21は、ワーク５を保持する力と同じ力で接触面21aをワーク５に当接させることができるので、より安定的にワーク５の表面5aの温度を測定することができる。

また、アーム部16は、挿通穴24を有し、当該挿通穴24にケーブル20を挿通する構成とした。これにより、半田付け装置１は、ケーブル20を蒸気槽２内に引き回さずに温度センサー９を設けることができるので、ケーブル20の劣化や断線をより確実に防止することができる。
（３）変形例
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。例えば、上記した実施形態では、センサー設置部22は保持部15の上爪17に設けた場合について説明したが、本発明はこれに限らず、図３に示すように、下爪18にセンサー設置部22を設け、センサー部21の当接面21aをワーク５の下側の表面5bに当接することとしてもよい。

また、センサー部21は、搬入部６に対し１個設けた場合について説明したが、本発明はこれに限らず、１個の搬入部６に対し二個以上設けてもよい。

また、半田付け装置１としてベーパーリフロー半田付け装置１に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、他の方式、例えば熱風によりリフロー炉を加熱するリフロー半田付け装置１にも適用することができる。

本発明に係る半田付け装置の全体構成を示す縦断面図である。本発明に係る半田付け装置の温度センサーの構成を示す部分断面図である。本発明に係る半田付け装置の温度センサーの変形例を示す部分断面図である。

１半田付け装置
２蒸気槽（リフロー炉）
５ワーク
６搬入部
９温度センサー
15 保持部
16 アーム部
20 ケーブル
21 センサー部
22 センサー設置部
24 ケーブル用通路

Claims

ワークを加熱し、前記ワークに設けられた半田を溶融するリフロー炉と、
前記リフロー炉に前記ワークを搬入する搬入部と
を備える半田付け装置において、
前記搬入部に前記ワークの温度を測定する温度センサーを内蔵し、
前記温度センサーは、ケーブルと、前記ケーブルの一端に設けられたセンサー部とを有し、
前記搬入部は、前記ワークを保持する保持部と、前記保持部に連結されたアーム部とを有し、
前記保持部内には、前記センサー部を前記ワークに当接させた状態で設置するセンサー設置部が設けられ、
前記アーム部内には、前記ケーブルが挿通するケーブル用通路が形成されていることを特徴とする半田付け装置。