JP5580703B2 - リフロー半田付け装置 - Google Patents
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Description
図1から図4を参照しながら、リフロー半田付け装置(以下、本装置と記載する。)1の全体構成を説明する。以下の説明において、図中、矢印X1−X2方向を左方(左側)−右方(右側)、矢印Y1−Y2方向を前方(前側)−後方(後側)、矢印Z1−Z2方向を上方(上側)−下方(下側)として説明を行う。
図27の上段(A)から図27の下段(C)を参照しながら、基板Pの構成について説明する。図27(A)は、半田ボールHB(図27(B)(C)参照)が搭載された状態の基板Pを実装面側から見た平面図である。図27の中段(B)は、図27(A)のA部分の拡大図である。図27の下段(C)は、図27(B)に示す切断線C−Cにおける断面の概略の構成を示す断面図である。
架体2は、底板16と、支柱17と、天板18とを有する。底板16は、平面視において略矩形を呈し、底板16の四隅にはそれぞれ支柱17が立設されている。そして、支柱17の上端部には、天板18が支持されている。底板16の上面には、固定板19が配置されている。固定板19は底板16に対して固定された状態で備えられている。そして、固定板19に対して、超音波振動印加機構7および搬送機構8が固定された状態で取り付けられている。そして、天板18の上面には、リフロー炉6が取り付けられている。
(筐体20の構成)
リフロー炉6は、筐体20を有し、筐体20内に予熱機構3、加熱機構4および冷却機構5が配置されている。筐体20は、下側筐体21と、下側筐体21の上部に形成される開口部22(図5,図7参照)を開閉することができる蓋体23とを有している。蓋体23は、下側筐体21の後側に設けられる蝶番機構24により回動可能に支持されている。蝶番機構24の回動軸は左右方向に配置され、蓋体23は、該回動軸の周りに、図中矢印R(図2参照)で示すように前後方向に回動することができる。
図3および図7を参照して、予熱機構3の構成について説明する。図7は、下側筐体20の内部を上方から見た図であり、予熱機構3、加熱機構4、冷却機構5のうち、下側筐体20の内部に配置される部分の構成を上方から見た構成が示されている。
図3,4,7に示すように、加熱機構4は、ヒータ29と、ホーン10と、ヒータ11と、窒素ガス噴出部31等を有する。ヒータ29は、中波長の赤外線ヒータである。ホーン10は、たとえば、鋼材から形成される塊体であり略直方体を呈している。ホーン10には、超音波振動子12が接続されている。
冷却機構5は、図3および図7に示すように、冷却台37と、窒素ガス噴出部32等を有する。予熱台36は、たとえば、アルミ材から形成される塊体であり略直方体を呈している。冷却台37は、基板Pを載置することができる載置面49を有する。載置面49は、冷却台37の上面に形成され、基板Pの全体を載置面49の内側に配置することができる面積と形状とされている。
超音波振動印加機構7は、超音波振動子12とホーン10とを有する。超音波振動子12は、固定板19に取り付けれている。ホーン10は、超音波振動子12に接続されている。超音波振動子12は、たとえば、5KHzから60KHzの周波数の振動を発振することができるものである。また、超音波振動子12により振動されるホーン10の載置面47における振幅は0.2μmから5μmとすることができる。振動周波数や振幅は、接合される半田の量、加熱温度、半田接合部への印加時間等に応じて、適宜に設定される。超音波振動子12から発振される振動は、共鳴体としての機能を有するホーン10により増幅されながら載置面47に伝播される。なお、本装置1では、超音波振動子12により振動されるホーン10の載置面47における振幅は、3μmとされている。5μmを超える振幅を超音波振動子12により得ることは、振動子の構造上難しく、また、振幅を0.2μm未満とすると、後述する半田の濡れ性の向上が得難くなる。振幅を、3μmとすることで、超音波振動子12の構造を現実的なものとすることができると共に、半田の濡れ性を十分に確保することができる。
搬送機構8は、基板Pを載置するための2本の杆体13,13と、杆体13,13を上下方向に移動させる上下移動機構14と、杆体13,13を水平方向に移動させる水平移動機構15と(図1,3参照)を備える。上下移動機構14は、杆体13,13を図8に実線で示す下方位置Zaと点線で示す上方位置Zbとに移動することができる。また、水平移動機構15は、杆体13,13を図8に実戦で示す左方位置Xaと点線で示す右方位置Xbとに移動することができる。杆体13,13は、前後方向に互いに平行に配置されている。
上下移動機構14は、上下駆動機構50と、支持板51と、4つのスライダ52,52,52,52とを有する。支持板51は、上方から見た形状が矩形を呈し、この支持板51の上面には、水平移動機構15が載置されている。
上下駆動機構50は、図示を省略するモータおよびボールねじ機構を有している。ボールねじ機構は、周知な構成のものを用いることができる。つまり、回転軸を上下方向に向けて配置されるねじ軸と、このねじ軸にベアリングボールを介してねじ結合するナット部とを有し、ナット部が支持板51に対して固定される構成を有する。したがって、モータによりねじ軸を回転することで、ボールねじ機構を介して支持板51を上下に昇降させることができる。
水平移動機構15は、杆体13,13が支持される移動枠53と、エアーシリンダ54と、2本の杆体13,13を移動枠53に対して支持する4本の支持柱55,55,55,55とを有している。移動枠53は、図9に示すように、前後に配置される枠辺53A,53Aと、左右に配置される枠辺53B,53Bとを有する。枠辺53Aと枠辺53Aは互いに平行に配置され、また、枠辺53Bと枠辺53Bとも互いに平行に配置されている。すなわち、移動枠53は矩形を呈している。
次に、上述のように構成される本装置1の動作について、図10から図26を参照しながら説明する。なお、以下に説明する本装置1の動作は、制御部9(図1参照)により実行されるものであるが、必要に応じて、動作の一部を手動にて制御するようにすることもできる。図10から図24は、基板Pのリフロー炉6内における搬送の仕方を示すものである。図25,26は、シャッタ41L,41Rの開閉動作を示すものである。
先ず、搬送の開始に先立って、杆体13,13は、図10に示すように、左方位置Xaかつ上方位置Zbに配置される。図10に示す杆体13,13の配置は、基板Pを搬送する杆体13,13の初期位置である。このとき、シャッタ41L,41Rは、図25の上段(A)および下段(B)に示すように開放位置に配置されている。杆体13,13が、上述の初期位置に配置されている状態で、1枚目の基板P1を、凹部13Baの位置に載置する。基板P1の杆体13,13への載置は、たとえば、図示を省略するローダーを用いて自動で行うことができる。
そして、エアーシリンダ54を駆動させ、図11に示すように、杆体13,13を右方位置Xbかつ上方位置Zbに配置させる。杆体13,13が上方位置Zbに配置されているとき、凹部13B(13Ba,13Bb,13Bc,13Bd)は、載置面46,47,49よりも上方に位置している。したがって、凹部13Baに載置された基板P1は、杆体13,13が右方に移動する際に、載置面46よりも上方を移動し、予熱台36に衝突することはない。
次いで、上下移動機構14を駆動して、図12に示すように、杆体13,13を右方位置Xbかつ下方位置Zaに配置させる。そして、図26の上段(A)および下段(B)に示すように、シャッタ41L,41Rを閉鎖位置に配置させる。杆体13,13が下方位置Zaに配置されることで、凹部13Baに載置されている基板P1が、載置面46に載置される。載置面46に載置された基板P1は、予熱処理が行われる。すなわち、載置面46に載置された基板P1は、ヒータ45により加熱された予熱台36およびヒータ28により加熱され予熱温度に加熱される。予熱温度は上述したように概ね150℃である。
基板P1を載置面46に載置させた後、エアーシリンダ54を駆動して、杆体13,13を下方位置Zaに配置したまま左方に移動させ、図13に示すように、杆体13,13を左方位置Xaかつ下方位置Zaに配置させる。杆体13,13が下方位置Zaに配置されているとき、上縁13Aは載置面46,47,49よりも下方に位置している。そのため、杆体13,13が左方に移動させられても、載置面46に載置されている基板P1に杆体13,13が衝突することはない。
次いで、図25(A)(B)に示すように、シャッタ41L,41Rを開放位置に配置させると共に、上下移動機構14を駆動して、杆体13,13を上方位置Zbに移動させ、図14に示すように、左方位置Xaかつ上方位置Zbに移動させる。すなわち、杆体13,13を初期位置に移動させる。杆体13,13を図13に示す位置から上方に移動させると、載置面46に載置されている1枚目の基板P1は、杆体13,13の凹部13Bbの部分に載置された状態で、杆体13,13と共に上方に移動し、載置面46から離間させられる。杆体13,13が、初期位置に配置されている状態で、2枚目の基板P2を、凹部13Baの位置に載置する。
そして、エアーシリンダ54を駆動して、図15に示すように、杆体13,13を右方位置Xbかつ上方位置Zbに配置させる。これにより、1枚面の基板P1は、載置面47の上方に配置され、2枚目の基板P2は、載置面46の上方に配置される。
次いで、上下移動機構14を駆動して、図16に示すように、杆体13,13を右方位置Xbかつ下方位置Zaに配置させる。そして、図26(A)(B)に示すように、シャッタ41L,41Rを閉鎖位置に配置させる。杆体13,13が下方位置Zaに配置されることで、凹部13Baに載置されている2枚目の基板P2は、載置面46に載置され、予熱機構3により予熱される。一方、1枚目の基板P1は、載置面47に載置される。載置面47に載置された基板P1は、半田溶融処理が行われる。つまり、載置面47に載置された1枚目の基板P1は、ヒータ11により加熱されているホーン10およびヒータ29による加熱により半田ボールHBの溶融温度に加熱され、半田ボールHBが溶融させられる。
1枚目の基板P1を載置面47に載置させると共に、2枚目の基板P2を載置面46に載置させた後、エアーシリンダ54を駆動して、杆体13,13を下方位置Zaに配置したまま左方に移動し、図17に示すように、杆体13,13を左方位置Xaかつ下方位置Zaに配置させる。
次いで、図25(A)(B)に示すように、シャッタ41L,41Rを開放位置に配置させると共に、上下移動機構14を駆動して、杆体13,13を上方位置Zbに移動させ、図18に示すように、左方位置Xaかつ上方位置Zb、すなわち初期位置に移動させる。杆体13,13を図17に示す位置から上方に移動させると、載置面46に載置されている2枚目の基板P2は、杆体13,13の凹部13Bbの部分に載置された状態で、杆体13,13と共に上方に移動され、載置面46から離間される。また、載置面47に載置されている1枚目の基板P1は、杆体13,13の凹部13Bcの部分に載置された状態で、杆体13,13と共に上方に移動され、載置面47から離間される。杆体13,13が、初期位置に配置されている状態で、3枚目の基板P3を、凹部13Baの位置に載置する。
そして、エアーシリンダ54を駆動して、図19に示すように、杆体13,13を右方位置Xbかつ上方位置Zbに配置させる。これにより、1枚面の基板P1は、載置面49を含んで載置面49上に形成される冷却領域64に配置される。また、2枚目の基板P2は、載置面47の上方に配置されると共に、3枚目の基板P3は、載置面46の上方に配置される。
次いで、上下移動機構14を駆動して、図20に示すように、杆体13,13を右方位置Xbかつ下方位置Zaに配置させる。そして、図26(A)(B)に示すように、シャッタ41L,41Rを閉鎖位置に配置させる。杆体13,13が下方位置Zaに配置されることで、凹部13Baに載置されている3枚目の基板P3は、載置面46に載置され、予熱機構3により予熱処理される。また、凹部13Bbに載置されている2目の基板P2は、載置面47に載置され、加熱機構4により半田溶融処理される。
1枚目の基板P1を載置面49に載置すると共に、2枚目の基板P2を載置面47に載置し、そして3枚目の基板P3を載置面46に載置した後、エアーシリンダ54を駆動して、杆体13,13を下方位置Zaに配置したまま左方に移動し、図21に示すように、杆体13,13を左方位置Xaかつ下方位置Zaに配置させる。
次いで、図25(A)(B)に示すように、シャッタ41L,41Rを開放位置に配置させると共に、上下移動機構14を駆動して、杆体13,13を上方位置Zbに移動させ、図22に示すように、左方位置Xaかつ上方位置Zb、すなわち初期位置に移動させる。杆体13,13を図21に示す位置から上方に移動させると、載置面46に載置されている3枚目の基板P3は、杆体13,13の凹部13Bbの部分に載置された状態で、杆体13,13と共に上方に移動され、載置面46から離間される。
そして、エアーシリンダ54を駆動して、図23に示すように、杆体13,13を右方位置Xbかつ上方位置Zbに配置させる。杆体13,13が右方位置Xbかつ上方位置Zbに配置されると、半田付け処理が完了し半田接合部が形成された1枚面の基板P1は、リフロー炉6の右側の外側に排出される。そして、2枚目の基板P2は、載置面49の上方に配置され、3枚目の基板P3は、載置面47の上方に配置され、4枚目の基板P4は、載置面46の上方に配置される。リフロー炉6の右側の外側に排出された1枚目の基板P1は、図示を省略するアウトローダーにより杆体13,13から取り除かれる。
次いで、上下移動機構14を駆動して、図24に示すように、杆体13,13を右方位置Xbかつ下方位置Zaに配置させる。そして、図26(A)(B)に示すように、シャッタ41L,41Rを閉鎖位置に配置させる。杆体13,13が下方位置Zaに配置されることで、凹部13Baに載置されている4枚目の基板P4は、載置面46に載置され、予熱機構3により予熱処理される。また、凹部13Bbに載置されている3枚目の基板P3は、載置面47に載置され、加熱機構4により半田溶融処理される。半田溶融処理においては、上述したように、溶融された半田に対して超音波が印加される。また、凹部13Bcに載置されている2枚目の基板P2は、載置面49に載置され、冷却処理される。
上述したように、本実施の形態における本装置1は、半田接合部が形成される半田接合部被形成体としての基板Pに搭載されている半田ボールHBを加熱し溶融させる加熱手段として加熱機構4と、加熱機構4により加熱を行う前に、半田ボールHBの溶融温度よりも低く、かつ、基板Pの温度よりも高い温度で基板Pを加熱する予熱手段としての予熱機構3と、加熱機構4により半田ボールHBが溶融された後、溶融された半田を冷却する冷却手段としての冷却機構5と、加熱機構4により基板Pを加熱する際に、基板Pに対して超音波振動を印加する超音波振動印加手段としての超音波振動印加機構7と、予熱機構による予熱時、および加熱機構4による加熱時において、基板Pの雰囲気を非酸化性雰囲気である窒素雰囲気とすることができる酸化防止手段としての窒素ガス噴出部30,31と、基板Pを、予熱機構3により形成される予熱領域58、加熱機構により形成される加熱領域59、冷却機構5により形成される冷却領域64の順で搬送する搬送手段としての搬送機構8とを備えている。
本装置1は、直径が150μm以下の半田ボールHB(以下、小径半田ボールHBと記載する。)が搭載される基板Pに対して行う半田付け処理に特に適している。直径が150μmを超える半田ボール(以下、大径半田ボールと記載する。)が搭載される基板は、半田ボールの配置間隔が比較的広く、フラックス塗付部を形成する間隔を大きくすることができる。したがって、フラックス塗付部に塗付されるフラックスの量も多くすることができる。一方、小径半田ボールHBが搭載される基板Pは、小径半田ボールHBの配置間隔が比較的狭く、フラックス塗付部Paを形成する間隔も狭くなる。
Pd … 領域(半田ボールが搭載される位置)
Pf … 半田接合部
HB … 半田ボール
1 … リフロー半田付け装置
3 … 予熱機構(予熱手段)
4 … 加熱機構(加熱手段)
5 … 冷却機構(冷却手段)
7 … 超音波振動印加機構(超音波振動印加手段)
8 … 搬送機構(搬送手段)
14 … 上下移動機構(上下移動手段)
15 … 水平移動機構(水平移動手段)
30,31,32 … 窒素ガス噴出部(酸化防止手段)
47 … 載置面
47B … 溝
48 … 吸気装置(吸気手段)
58 … 予熱領域
59 … 加熱領域
64 … 冷却領域
Claims (3)
- 半田接合部が形成される半田接合部被形成体に搭載されている半田ボールを加熱し溶融させる加熱手段と、
前記加熱手段により加熱を行う前に、前記半田ボールの溶融温度よりも低く、かつ、前記半田接合部被形成体の温度よりも高い温度で前記半田接合部被形成体を加熱する予熱手段と、
前記加熱手段により前記半田ボールが溶融された後、溶融された半田を冷却する冷却手段と、
前記加熱手段により前記半田接合部被形成体を加熱する際に、前記半田接合部被形成体に対して超音波振動を印加する超音波振動印加手段と、
前記予熱手段による予熱時および前記加熱手段による加熱時において、前記半田接合部被形成体の雰囲気を非酸化性雰囲気とすることができる酸化防止手段と、
前記半田接合部被形成体を、前記予熱手段により形成される予熱領域、前記加熱手段により形成される加熱領域、前記冷却手段により形成される冷却領域の順で搬送する搬送手段と、
を備え、
前記超音波振動印加手段は、
前記半田接合部被形成体が載置され前記超音波振動を印加することができる載置面を有し、
前記載置面は、前記半田接合部被形成体の全体を、前記載置面の内側に配置することができる形状であり、
前記載置面は、前記加熱手段により加熱され、
前記搬送手段は、前記半田接合部被形成体を、上下方向に移動する上下移動手段と、水平方向に移動する水平移動手段とを有し、
前記上下移動手段は、ボールねじ機構により、前記半田接合部被形成体の上下方向への移動を行い、
前記加熱領域に搬送された前記半田接合部被形成体は、前記上下移動手段により前記載置面に載置される、
ことを特徴とするリフロー半田付け装置。 - 請求項1に記載のリフロー半田付け装置において、
前記載置面には、該載置面に沿って溝が形成され、
前記載置面に前記半田接合部被形成体が載置された状態で、前記溝内を吸気することができる吸気手段を備えている、
ことを特徴とするリフロー半田付け装置。 - 請求項2に記載のリフロー半田付け装置において、
前記溝は、前記載置面に前記半田接合部被形成体が載置されたときに、前記半田接合部被形成体の半田ボールが搭載される位置と重ならない位置に配置されている、
ことを特徴とするリフロー半田付け装置。
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