JP5484080B2 - はんだ付け装置 - Google Patents

Description

本発明は、溶融はんだを噴出し口から流出させて、電子部品が実装された回路基板に対するはんだ付け作業を行うはんだ付け装置に関する。

いわゆるディップはんだ付け作業を行うはんだ付け装置は、加熱されて溶融した溶融はんだを溜めるはんだ槽と、はんだ槽を覆う蓋体に開口する噴出し口と、スクリュー機構を有して溶融はんだを加圧する加圧部とを有している。

溶融はんだは、加圧部により加圧されてはんだ槽の内部に送り込まれ、はんだ槽の内部圧力によって、溶融はんだが噴出し口から流出する。電子部品が実装された回路基板のはんだ付け箇所が前記噴出し口に対向し、溶融はんだが前記はんだ付け箇所に供給される。

この種のはんだ付け装置は、噴出し口から流出するはんだの流れが安定していることが望まれ、例えば、流出するはんだが脈動したり、流出しているはんだの表面に傾きや波が発生すると、回路基板のはんだ付け箇所へのはんだの供給量にばらつきが生じ、その結果、はんだブリッジが形成されたり、はんだ付け不良が生じるおそれがある。

以下の特許文献１に記載されたはんだ付け装置は、密閉された内槽の内部に、上部にはんだが流出する上部開口が形成された角筒状のノズルが設けられている。ポンプの吐出口から吐出された溶融はんだが内装の内部に供給されると、溶融はんだが、ノズルの周囲を渦巻状に旋回しながら下部に向かって流れ、ノズルの下部開口からノズル内に入り、上部開口から吐出される。この発明は、ノズルの周囲に渦巻状のはんだの流れを形成することで、ノズル内に供給されるはんだの圧力を一定にしようとするものである。

しかし、特許文献１に記載のはんだ付け装置は、ノズルの周囲で溶融はんだが渦巻状に流れるため、ノズルの下部開口からノズル内に入った溶融はんだに渦巻状の流れが残りやすく、ノズルの上部開口から流出するはんだの流れに、渦巻きに起因する脈動が作用しやすくなる。また、ノズルの外周を渦巻状に流れる溶融はんだが内槽の下部まで移動し、そこからノズルの下部開口に入り込む構造であるために、内槽内へ供給される溶融はんだの流れの抵抗力が大きくなり、大きな出力のポンプが必要になる。

特開昭６３−１３７５７０号公報

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、噴出し口から溶融はんだを安定した流れで流出させることができ、しかも比較的に低負荷で溶融はんだを循環させることができるはんだ付け装置を提供することを目的としている。

本発明は、溶融はんだが供給されるはんだ槽と、前記はんだ槽の上方を閉じる蓋体と、前記蓋体に形成された噴出し口と、溶融はんだを連続的に加圧する加圧部とを有し、前記加圧部で加圧された溶融はんだが前記はんだ槽に供給されて、前記噴出し口から流出するはんだ付け装置において、
前記加圧部と前記はんだ槽とを繋ぐ供給流路が設けられ、前記供給流路は、一端に流入口が他端に流出口が開口し、前記流入口と前記流出口以外が閉鎖された閉鎖通路であり、前記加圧部で加圧された溶融はんだが前記流入口から前記供給流路に流入し、前記供給流路内を流れた溶融はんだが前記流出口から前記はんだ槽に供給され、
上方から見たときに、前記はんだ槽が四角形状で、前記加圧部が前記はんだ槽と区画されて配置され、前記供給流路が前記はんだ槽の周囲に、少なくとも２辺に沿って配置されており、
前記供給流路の前記流入口の開口方向と前記流出口の開口方向とが、９０度以上の曲がり角を有していることを特徴とするものである。

本発明のはんだ付け装置は、加圧部で加圧されて供給流路に流れ込んだ溶融はんだが、閉鎖通路である供給流路を流れ、しかも供給流路内で流れが９０度以上曲がる。この間に流れが安定し、層流に近い安定した流れとなってはんだ槽に供給される。供給流路からはんだ槽に入ったときに、はんだの流れが止まって停滞しようとするため、はんだ槽内ではんだが安定し、溶融はんだが噴出し口からほとんど脈動がなく安定して流れ出るようになる。その結果、回路基板のはんだ付け箇所にはんだを安定して供給することができる。

さらに、前記供給流路は、下流側よりも上流側の方が断面積が小さい部分を有していることが好ましい。前記供給流路は、前記流入口から続く第１流路、第１流路から直角に曲げられた第２流路、第２流路から直角に曲げられ、前記流出口に続く第３流路からなり、第２流路の断面積が第１流路より小さく、第３流路の断面積が第２流路より大きいものとできる。

供給流路内を流れる溶融はんだが、断面積の小さい部分がから断面積の大きな部分に入ることで流速が低下し、流れが安定して層流に近い流れとなって、はんだ槽に入り込むようになる。

また、本発明は、前記供給流路の前記流出口の開口面積が、前記はんだ槽の縦断面の断面積の１／５以下であることが好ましい。

上記のように、流出口の開口面積をはんだ槽の断面積よりも十分に小さくすることで、供給流路からはんだ槽内に流れ込んではんだの流れのエネルギーが小さくなり、噴出し口へはんだを送り出すための圧力が安定し、噴出し口から流出するはんだの流れを安定させやすくなる。

本発明のはんだ付け装置は、加圧部で加圧されて供給された溶融はんだが、安定した流れとなってはんだ槽に入り込む。はんだ槽内で流れが抑制されて、溶融はんだが噴出し口から流出するため、噴出し口から流出するはんだの流れに脈動や波が発生しにくくなり、回路基板などのはんだ付け箇所に溶融はんだを安定して供給することが可能になる。

本発明の実施の形態のはんだ付け装置を示すものであり、蓋体を外した状態の平面図、 蓋体が取り付けられたはんだ付け装置を示すものであり、図１をＩＩ−ＩＩで切断した断面図、 比較例のはんだ付け装置の平面図、

図１と図２に示すはんだ付け装置１は、熱伝導率の高い金属で形成された筐体２を有している。筐体２は、平坦な底壁部３を有し、前壁部４と後壁部５と左壁部６および右壁部７が、底壁部３から垂直に延びている。前壁部４と後壁部５と左壁部６および右壁部７は、それぞれ平坦であり、それぞれ直角に組み合わされている。筐体２は上方の開口部８が開放された立方体形状であり、図１に示す平面形状は四角形である。

筐体２の下側に熱源が設けられ、はんだ付け作業を行うときは、筐体２が加熱され、内部のはんだが溶融状態となる。

筐体２の内部には複数の隔壁が設けられている。筐体２の内部の後部には、後壁部５と平行で垂直の後隔壁１１が設けられている。筐体２の内部の前部には、前壁部４と平行で垂直の前隔壁１３が設けられている。前隔壁１３と後隔壁１１は互いに平行である。左壁部６の内側には左隔壁１２が、右壁部７の内側には右隔壁１４が設けられている。左隔壁１２と左壁部６は平行であり、右隔壁１４と右壁部７は平行である。また、後隔壁１１と後壁部５との間には、補助隔壁１５が設けられている。それぞれの隔壁は、筐体２と同じ熱伝導率の高い金属板で形成されている。

後隔壁１１と前隔壁１３と左隔壁１２および右隔壁１４で囲まれた領域がはんだ槽２１であり、はんだ槽２１は、筐体２の内部で区画された区画領域の中で容積が最も大きい。

後壁部５と後隔壁１１と右壁部７および補助隔壁１５で囲まれた領域がはんだ溜め部２２であり、循環した後の溶融はんだであって、回路基板のはんだ付け箇所に付着しなかった溶融はんだがはんだ溜め部２２に溜められる。

後壁部５と後隔壁１１と左壁部６および補助隔壁１５で囲まれた領域が加圧部２３である。図２に示すように、加圧部２３の下部には、上側が加圧蓋体１６で区分された加圧室２３ａが設けられている。後隔壁１１の下部には流入口３０ａが開口している。流入口３０ａは、はんだ槽２１の外周に形成されている供給流路３０に連通している。なお、加圧室２３ａは、はんだ槽２１とは分離されて区画されている。

前記加圧蓋体１６に、支持筒体２４が固定されている。支持筒体２４は加圧蓋体１６の上方において、はんだ溜め部２２に連通している。支持筒体２４の下端の開口部２４ａは、加圧蓋体１６よりも下側で加圧室２３ａに連通している。支持筒体２４の上部には上下に間隔を空けて配置された軸受２６が保持され、軸受２６によって、スクリュー軸２５ａが回転自在に支持されている。スクリュー軸２５ａの下部にスクリュー２５が固定されており、スクリュー２５の下部は、加圧室２３ａの内部に位置している。

支持筒体２４の上にはブラケット２７を介して支持板２８が固定されており、この支持板２８に回転駆動源であるモータ機構２９が固定されている。モータ機構２９は、電磁モータと減速機構とを有しており、減速機構で減速された回転力が出力軸２９ａからジョイント２９ｂを介してスクリュー軸２５ａに与えられる。

図１に示す平面構造では、供給流路３０が、はんだ槽２１の周囲を囲むように配置されている。供給流路３０は、第１流路３１と第２流路３２および第３流路３３とから構成されている。第１流路３１は、左壁部６と左隔壁１２の間に形成され、図２に示すように、上部が流路蓋体３４で塞がれ下部が底壁部３で囲まれた閉鎖通路であり、前記流入口３０ａを介して加圧室２３ａに連通している。第２流路３２は、前壁部４と前隔壁１３の間に形成され、上部が流路蓋体３４で塞がれ下部が底壁部３で囲まれた閉鎖通路であり、前記第１流路３１と連通している。第３流路３３は、右壁部７と右隔壁１４の間に形成され、上部が流路蓋体３４で塞がれ下部が底壁部３で囲まれた閉鎖通路であり、前記第２流路３２と連通している。そして、第３流路３３は、流出口３０ｂを介してはんだ槽２１に連通している。

供給流路３０を形成する第１流路３１と第２流路３２および第３流路３３は、流入口３０ａと流出口３０ｂ以外の部分が閉じられた閉鎖通路（管路）である。流入口３０ａは加圧室２３ａに連通しており、流出口３０ｂがはんだ槽２１に連通している。第１流路３１と第２流路３２は９０度曲がり、第２流路３２と第３流路３３も９０度曲がっており、流入口３０ａの開口方向と流出口３０ｂの開口方向が２７０度の曲がり角度を有している。

中央のはんだ槽２１の上部は、蓋体３６で塞がれている。蓋体３６には、上方へ突出する筒部３７が一体に形成され、筒部３７の上部に噴出し口３８が開口している。図１と図２に示すはんだ付け装置１では、蓋体３６の中央部に長方形の噴出し口３８が開口している。蓋体３６は、取り外し自在であり、回路基板４１のはんだ付け箇所の変更に伴って、噴出し口３８の位置と形状が相違する蓋体３６に取り替え可能である。

はんだ槽２１の内部空間は、流出口３０ｂを介して第３流路３３に連通され、噴出し口３８を通じて上方の外部空間に連通されており、それ以外は閉鎖されている。

第１流路３１、第２流路３２および第３流路３３のそれぞれの断面の断面積は、はんだ槽２１をＸ−Ｘ面で切断した断面積およびはんだ槽２１をＹ−Ｙ面で切断した断面積の双方よりも十分に小さい。また、流出口３０ｂの開口面積は、はんだ槽２１をＸ−Ｘ面で切断した断面積およびＹ−Ｙ面で切断した断面積の双方よりも十分に小さく、１／５以下であり、好ましくは１／１０以下である。

第２流路３２の断面積は、第１流路３１の断面積よりも小さく、第３流路３３の断面積は、第２流路３２の断面積よりも大きい。そして流出口３０ｂの開口面積は、第３流路３３の断面積よりも小さい。

回路基板４１のはんだ付け箇所にはんだを供給するときは、筐体２の全体が過熱されて内部のはんだが溶融された状態で、モータ機構２９が始動し、スクリュー軸２５ａとスクリュー２５が回転する。スクリュー２５の回転により、はんだ溜め部２２内の溶融はんだが支持筒体２４の内部に引き込まれ、加圧室２３ａ内のはんだが加圧されて、流入口３０ａから第１流路３１に供給される。

第１流路３１の内部を進む溶融はんだは、流路が直角に曲げられて第２流路３２に送られ、さらに流路が直角に曲げられて第３流路３３に送られる。第３流路３３の内部を流れる溶融はんだは、後隔壁１１に当たって直角に曲げられ、流出口３０ｂからはんだ槽２１内に送り込まれる。流出口３０ｂからはんだ槽２１にはんだが供給されることで、はんだ槽２１の内部の圧力が高くなり、溶融はんだが筒部３７の内部を上がって噴出し口３８から流出する。流出したはんだは、蓋体３６の上面を伝わって、はんだ溜め部２２の内部に循環する。

噴出し口３８から溶融はんだが流出しているときに、電子部品を実装した回路基板４１が、噴出し口３８に接近するように下降し、回路基板４１のはんだ付け箇所にはんだが供給された後に、回路基板４１がゆっくり引き上げられる。

加圧室２３ａの内部では、スクリュー２５が回転しているため、溶融はんだに推進エネルギーが与えられて、溶融はんだが乱流状態となって、流入口３０ａから第１流路３１に送り込まれる。溶融はんだが第１流路３１を流れるうちに流れが安定し、９０度曲げられて第２流路３２に送られるとさらに流れが安定する。さらに９０度曲げられて第３流路３３の内部を流れ、安定した流れとなって、流出口３０ｂからはんだ槽２１の内部に送られる。

閉鎖通路である長い供給流路３０の内部を流れるうちに、スクリュー２５の推進力で乱流状態となって送り出される溶融はんだが、層流または層流に近い状態の安定した流れとなってはんだ槽２１に送り込まれる。第２流路３２から第３流路３３に移行する際に、その境界部で、閉鎖通路（管路）の断面積が拡大するために、第３流路３３に入り込んだはんだの流れが遅くなり、これによってさらに安定した流れとなる。また第２流路３２の断面積を小さくすることで、第１流路３１から第３流路３３への単位時間当たりの流量を増加することができ、はんだが流れる時間を短くできる。

第３流路３３の断面積に対してはんだ槽２１の断面積がきわめて大きく、また流出口３０ｂの開口面積に対してはんだ槽２１の断面積がきわめて大きい。そのために、第３流路３３から流出口３０ｂを経てはんだ槽２１に入ったはんだの流れが急激に低下し、はんだははんだ槽２１の内部で停滞しようとする。よって、はんだ槽２１の内部ではんだの流れを抑制でき、はんだ槽２１内の溶融はんだは、噴出し口３８からほとんど脈動することなく、また波が形成されることなく、安定して流出するようになる。

図３は、比較例となるはんだ付け装置１０１の平面図である。
このはんだ付け装置１０１は、はんだ槽１３１を覆う蓋体に、筒部３７および噴出し口３８が形成されている。加圧部２３は、はんだ槽１３１に直接に連通し、加圧部２３に設けられたスクリューによって、溶融はんだが加圧されて、はんだ槽１３１の内部に直接に送り込まれる。

このはんだ付け装置１０１では、加圧部１２３内においてスクリューで加圧される溶融はんだの流れの乱れが直接にはんだ槽１３１に及ぶため、噴出し口３８から流出する溶融はんだに脈動などが生じやすくなり、前記はんだ付け装置１のように安定した流れではんだを流出されるのが難しい。

本発明の実施の形態のはんだ付け装置１と比較例のはんだ付け装置１０１を使用して、液体の流れ特性を測定してみた。溶融はんだの代わりに白色に着色した水を使用し、はんだ付け装置１とはんだ付け装置１０１に双方においてスクリューを１２００〜２２０３ｒｐｍで回転させて、着色水を循環させ、噴出し口３８から流れ出る水の表面の高さの変化をレーザ変位計を使用して測定した。噴出し口３８は、長辺を８０ｍｍ、短辺を２０ｍｍ、高さを３０ｍｍとした。

測定結果を工程能力指数（ＣＰＫ）に換算したところ、比較例のはんだ付け装置１０１のＣＰＫが０．５２２であるのに対し、実施の形態のはんだ付け装置１ではＣＰＫが１．４７６〜１．５４５であった。次に、実施の形態のはんだ付け装置１の右隔壁１４を外して、供給流路３０を第１流路３１と第２流路３２のみの構造にした場合には、ＣＰＫが１．３５１〜１．４４５であった。これに対し、右隔壁１４と前隔壁１３を外して、第１流路３１のみとしたものでは、ＣＰＫが１．０３９から１．２６２と低下した。

したがって、供給流路３０は、流入口３０ａの流入方向と流出口３０ｂの流出方向が、少なくも９０度以上の曲がり角を有していることが好ましく、供給流路３０は、四角形状のはんだ槽２１の少なくとも２辺に沿って設けられていることが好ましい。

１ はんだ付け装置
２ 筐体
２１ はんだ槽
２２ はんだ溜め部
２３ 加圧部
２３ａ 加圧室
２５ スクリュー
３０ 供給流路
３０ａ 流入口
３０ｂ 流出口
３１ 第１流路
３２ 第２流路
３３ 第３流路
３６ 蓋体
３７ 筒部
３８ 噴出し口
４１ 回路基板

Claims (4)

1. 溶融はんだが供給されるはんだ槽と、前記はんだ槽の上方を閉じる蓋体と、前記蓋体に形成された噴出し口と、溶融はんだを連続的に加圧する加圧部とを有し、前記加圧部で加圧された溶融はんだが前記はんだ槽に供給されて、前記噴出し口から流出するはんだ付け装置において、
   前記加圧部と前記はんだ槽とを繋ぐ供給流路が設けられ、前記供給流路は、一端に流入口が他端に流出口が開口し、前記流入口と前記流出口以外が閉鎖された閉鎖通路であり、前記加圧部で加圧された溶融はんだが前記流入口から前記供給流路に流入し、前記供給流路内を流れた溶融はんだが前記流出口から前記はんだ槽に供給され、
   上方から見たときに、前記はんだ槽が四角形状で、前記加圧部が前記はんだ槽と区画されて配置され、前記供給流路が前記はんだ槽の周囲に、少なくとも２辺に沿って配置されており、
   前記供給流路の前記流入口の開口方向と前記流出口の開口方向とが、９０度以上の曲がり角を有していることを特徴とするはんだ付け装置。
2. 前記供給流路は、下流側よりも上流側の方が断面積が小さい部分を有している請求項１記載のはんだ付け装置。
3. 前記供給流路は、前記流入口から続く第１流路、第１流路から直角に曲げられた第２流路、第２流路から直角に曲げられ、前記流出口に続く第３流路からなり、第２流路の断面積が第１流路より小さく、第３流路の断面積が第２流路より大きい請求項１または２記載のはんだ付け装置。
4. 前記供給流路の前記流出口の開口面積が、前記はんだ槽の縦断面の断面積の１／５以下である請求項１ないし３のいずれかに記載のはんだ付け装置。

Images