JP6776176B2 - 半田付けシステム、半田付け状態検査装置、半田付け状態検査方法および製品の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、基板の孔に通された電子部品に繋がる端子を孔のまわりの基板のランドに半田付けする半田付け装置および半田付け方法に関する。

従来、プリント基板に電子部品を機械的に半田付けする半田付け装置が提供されている。この半田付け装置には、半田の液面にプリント基板を接触させて半田付けするフロー半田付け法や、予めパターンに合わせてクリーム半田を基板に印刷しておきクリーム半田に熱を加えて溶かすことで半田付けするリフロー半田付け法等、様々な方式が提案されている。

ここで、出願人は、円筒形の半田ごてを用い、この半田ごて内にプリント基板のスルーホールに挿通された電子部品のピンを挿入し、内部で半田を溶かして半田付けする方式の半田付け装置を開発し、提供している（特許文献１参照）。

そして、半田ごての温度、半田ごての位置、半田ごての荷重および半田の供給量について、装置の起動時や運用中など所定のタイミイングで確認することにより、半田付けの信頼性や確実性の更なる向上を図っている（特許文献２参照）。

しかしながら、適切に半田付けした製品をより確実に供給することが望まれていた。

特開２０１３−１２０８６９号公報 特開２０１５−１１５４２７号公報

この発明は、上述の問題に鑑みて、半田付け不良を検出できる半田付けシステム、半田付け状態検査装置、半田付け状態検査方法、および製品の製造方法を提供し、より確実に半田付け不良の製品を排除することを目的とする。

この発明は、スルーホールに挿入された端子と前記スルーホールの周りのランドを半田付けする半田付け装置と、前記半田付け装置により半田付けされた半田付け部を検査する検査装置とを備えた半田付けシステムであって、前記半田付け装置は、半田片を定量供給する半田片定量供給部と、定量供給された半田片を挿通する挿通孔を有するノズルと、前記ノズル内の前記半田片を加熱溶融する加熱手段とを備え、前記ノズル内で前記半田片を前記加熱手段で加熱溶融することによって前記ランドの裏面側と表面側に安定した形状の半田付けを行う構成であり、前記検査装置は、記裏面側または前記表面側の一方にのみ設けられ、当該一方の前記半田付け部の面積及び高さと前記半田付け部の体積のいずれか一方または両方、若しくは当該一方の前記半田付け部の静電容量で構成される半田付け部状態データを取得する半田付け部状態取得手段と、前記半田片定量供給部により供給される半田片の半田量で正常に半田付けした場合に前記半田付け部状態取得手段により取得されるデータとして予め定められた基準データと、半田付け後に取得した前記半田付け部状態データに基づいて、実施された半田付けの適否を判定する判定手段とを備え、前記判定手段は、前記半田片定量供給部により半田片を定量供給していることと、前記半田付け部状態取得手段で取得した前記一方の前記半田付け部の前記半田付け部状態データにより、前記半田付け部状態取得手段により状態取得できない領域も含めた半田付けの適否を判定できることを特徴とする半田付けシステム、これに用いる半田付け状態検査装置、これを用いた半田付け状態検査方法、および製品の製造方法であることを特徴とする。

この発明により、半田付け不良を検出できる半田付けシステム、半田付け状態検査装置、半田付け状態検査方法、および製品の製造方法を提供できる。

半田付けシステムの右側面図。 半田付けシステムの外観構成の説明図。 ノズルユニットとヒータユニットの構成を示す拡大断面図。 半田付けシステムの駆動系および制御系の構成を示すブロック図。 半田付けシステムの制御部の機能を示す機能ブロック図。 半田付けをして検査する動作を説明する説明図。 半田付け不良の状態を端面図により説明する説明図。

以下、この発明の一実施形態を図面と共に説明する。

図１および図２は、半田付け装置１ａと搬送装置１ｂと検査装置１ｃを有する半田付けシステム１の外観構成の説明図であり、図１は右側面図、図２（Ａ）は正面図、図２（Ｂ）は半田付け装置１ａのヘッド部３の外装を一部省略して示す平面図である。

図１に示すように、半田付けシステム１は、搬送装置１ｂによる搬送路９上の半田付け対象に半田付けできるように、搬送路９の搬送幅方向外部に半田付け装置１ａが配置され、この半田付け装置１ａに検査装置１ｃが搭載されている。なお、この実施例では半田付け装置１ａに検査装置１ｃを搭載しているが、半田付け装置１ａと検査装置１ｃを独立した別個の装置として構成し、搬送路９の前段に半田付け装置１ａを配置し、後段に検査装置１ｃを配置してもよい。また、半田付け装置１ａに検査装置１ｃを搭載するに際して、この実施例ではノズル２４の右横に配置しているが、ノズル２４の左横、前面、背面、あるいはその他の位置等、適宜の位置に配置してもよい。

半田付け装置１ａは、半田付け対象であるプリント基板Ｐのスルーホールに半田付けを行うノズル２４（半田ごて）を有するヘッド部３と、ヘッド部３およびノズル２４をフローティング状態にするエアーサスペンションユニット５と、エアーサスペンションユニット５およびノズル２４を半田付け対象に近接／離間させる方向（図１の上下方向）に移動させる近接離間方向移動ユニット６と、近接離間方向移動ユニット６およびノズル２４をプリント基板Ｐが搬送される搬送方向（図１の奥行方向，図２（Ａ）の左右方向）に移動させる搬送方向移動ユニット７と、搬送方向移動ユニット７およびノズル２４を搬送方向移動ユニット７の搬送幅方向（図１の左右方向，図２（Ａ）の前後方向）に移動させる搬送幅方向移動ユニット８と、を有している。

エアーサスペンションユニット５の上部には、リールに巻かれた糸半田２が設けられている。この糸半田２は、φ０．３〜φ２．０ｍｍを用いることができ、φ０．６〜φ１．６ｍｍのものを用いることが好ましい。

ヘッド部３の下部には、ノズル２４を備えたノズルユニット２０、および検査装置１ｃの撮像部７０が設けられている。
搬送幅方向移動ユニット８の上面は、プリント基板Ｐを搬送する搬送路９の上面とほぼ同じ高さに構成されている。

ヘッド部３の可動範囲は、搬送幅方向移動ユニット８の上方に位置する待機位置（図１に示すＰ１の位置）と、プリント基板Ｐに対して半田付けを行う半田付け領域Ｅ１，Ｅ２（図２（Ｂ）のＥ１，Ｅ２で囲まれる領域）とになる。ヘッド部３は、これらの待機位置、及び半田付け領域のどの位置であっても近接離間方向移動ユニット６によって移動される。

この構成により、半田付け装置１ａは、待機時にはノズルユニット２０を待機ポジションＰ１の高さおよび位置に待機しておき、半田付け工程を実行するときは半田付け領域Ｅ１，Ｅ２内で待機ポジションＰ１よりも低い（半田付け対象に近い）半田付けポジションＰ２の高さにて半田付けを行う。

また、半田付け後、半田付け装置１ａは、水平方向（ＸＹ方向）の位置はそのままで（つまり半田付けを実施した位置）で半田付けポジションＰ１の高さまで上昇し、この位置で撮像部７０による撮像を行って検査装置１ｃによる検査を実施する。なお、この撮像時の位置は、撮像部７０の設置位置に応じて水平方向（ＸＹ方向）に適宜移動させて半田付けした半田付け部を確実に撮像できるようにすると良い。

図３は、ノズルユニット２０とヒータユニット３０の構成を示す拡大断面図である。ノズルユニット２０付近は、ヒータユニット３０を着脱するヒータユニット装着ユニット４０、糸半田２（図１参照）を加熱するヒータユニット３０、およびノズル２４を備えたノズルユニット２０で構成される。

ノズルユニット２０は、半田ごてとなるノズル２４と、ノズル２４をヒータユニット３０に装着および脱着するためのノズルホルダ２１（着脱手段，ノズルユニット固定手段）を有している。

ノズル２４は、セラミックにより円筒形に形成されており、中央に円柱形の挿通孔２６を備えている。この挿通孔２６は、端子Ｔ（第１導体）を挿入する先端面２４ｄ側から半田片２ａ（図６（Ａ）参照）を供給する基部側まで連通している。また、ノズル２４は、半田付けを行う先端部位近傍に挿通孔２６と外部を接続する側孔２３を備えている。この側孔２３により、ノズル２４内で発生するヒュームを外部へ排出することができる。

ノズル２４の基部側（図示上部側）には、ノズル２４の外周を包み込むと共に固定用のネジ溝２１ａ（雌ネジ）を内面に備えたノズルホルダ２１が設けられている。このノズルホルダ２１は、回り止め部２２によってノズル２４に対して相対回転しないようにノズル２４に固定されている。ノズルホルダ２１のネジ溝２１ａは、ヒータユニット３０のネジ溝３５ａ（雄ネジ）に螺合して固定される。ノズルホルダ２１の内側とノズル２４の外側の間には、筒状のヒータ３６が挿入される円筒形の空間２１ｂが設けられている。この空間２１ｂは、ノズル２４の基部から中央よりも少し先端側まで設けられている。

ヒータユニット３０は、基部側（図示上部側）を装着側として先端側（図示下部側）を略円筒形に形成したヒータホルダ３５と、ヒータホルダ３５の内側に設けられた円筒形のヒータ３６（加熱手段）と、ヒータ３６の内側に設けられた円筒形の半田導入筒３４とを有している。
ヒータ３６は、軸対称に形成されることが好ましく、内部のノズル２４を周囲から略均等に加熱する構成であることがより好ましく、この実施例では円筒形に形成されている。
半田導入筒３４は、ヒータ３６の内部に挿入されたノズル２４の基部に先端が当接し、半田導入筒３４内の孔３４ａがノズル２４の挿通孔２６と連通する。

これにより、上方から供給される切断済みの糸半田２（図１参照）が、孔３４ａおよび挿通孔２６を通過し、ヒータ３６で加熱されたノズル２４により加熱溶融される。

ヒータホルダ３５の基部側（図示上部側）には、接続側面（図示上面）から突出する位置決めピン３１と、接続側面に配置された磁石３３ａと、コネクタ３２とが設けられている。

磁石３３ａは、脱着用ノブ３３（着脱手段，ヒータユニット固定手段）に固定されており、バネ３３ｂによって装着ユニット４０側に付勢されている。この磁石３３ａが装着ユニット４０の金属板４５に磁力で吸着することで、ヒータユニット３０が装着ユニット４０に固定される。そして、ヒータユニット３０を取り外すとき、着脱用エアシリンダ６５（図４参照）によって脱着用ノブ３３を半田導入方向（図示下方）に引くことで磁石３３ａが金属板４５から離間して磁力による吸着力が弱まり、ヒータユニット３０の脱着を行う。

コネクタ３２は、装着ユニット４０のコネクトピン４１に接続され、ヒータ電源線および温度センサ線を通じてヒータ３６及び温度センサ６４（図４参照）に電力供給を可能にする。

位置決めピン３１は、装着ユニット４０の装着面側（図示下面側）に穿設された位置決めブッシュ４２に挿入され、装着ユニット４０とヒータユニット３０の相対位置を位置決めする。これにより、装着ユニット４０の半田導入孔４３とヒータユニット３０の孔３４ａを連結し、切断済みの糸半田２（図１参照）をスムーズに供給できるようにしている。

装着ユニット４０は、ヒータユニット３０の取り付け方向に貫通する半田導入孔４３が設けられており、接続面側（図示下面側）に金属板４５が設けられている。また、装着ユニット４０の接続面側（図示下面側）には、制御部６１（制御手段，図４参照）に繋がるコネクトピン４１、位置決めブッシュ４２、およびヒータユニット密着確認センサ４４が設けられている。

ヒータユニット密着確認センサ４４は、近接センサ等の適宜のセンサで構成され、ヒータユニット３０が装着ユニット４０に密着しているか否かを検出する。

図４は、半田付け装置１ａの駆動系および制御系の構成を示すブロック図である。半田付け装置１ａは、搬送幅方向移動ユニット８（図１参照）に固定されて搬送路９（図１参照）へ向かって真っすぐ伸びるＹ方向の搬送ガイド７ｆと、ステッピングモータ等の駆動機構部７ｅにより搬送ガイド７ｆに沿って移動する搬送ガイド７ｃが設けられている。この駆動機構部７ｅおよび搬送ガイド７ｆは、搬送幅方向移動ユニット８（図１参照）内に収納されている。搬送ガイド７ｃは、搬送路９の搬送方向（Ｘ方向）へ向かって真っすぐ伸びている。

Ｘ方向の搬送ガイド７ｃの上部には、搬送ガイド７ｃに沿ってＸ方向に移動する移動体７ａと、この移動体７ａを搬送ガイド７ｃに沿ってＸ方向へ移動させるステッピングモータ等で構成された駆動機構部７ｂが設けられている。この移動体７ａ、駆動機構部７ｂ、および搬送ガイド７ｃは、搬送方向移動ユニット７（図１参照）内に収納されている。この移動体７ａ、駆動機構部７ｂ、搬送ガイド７ｃ、駆動機構部７ｅ、および搬送ガイド７ｆは、作業させたい任意の位置へノズル２４を移動させるノズル位置移動手段として機能する。

移動体７ａには、ノズル２４がスルーホールに近接／離間する方向に伸びるＺ方向の搬送ガイド５ｃが設けられている。この搬送ガイド５ｃには、Ｚ方向に移動するヘッド固定部５ａ、およびステッピングモータ等で構成される駆動機構部５ｂが設けられている。ヘッド固定部５ａ、駆動機構部５ｂ、および搬送ガイド５ｃは、ノズル２４を半田付け対象に近接／離間させる方向へ移動させる近接離間方向移動手段として機能し、近接離間方向移動ユニット６（図１参照）内に収納されている。

このように構成されたＹ方向の搬送ガイド７ｆとＸ方向の搬送ガイド７ｃ、および駆動機構部７ｂ，７ｅがノズル位置移動手段として機能することにより、ノズル２４の位置を半田付けする任意の位置へ移動させることができる。また、Ｚ方向の搬送ガイド５ｃおよび駆動機構部５ｂが近接離間方向移動手段として機能することにより、移動させた位置でノズル２４を近接方向へ移動させてノズル２４の挿通孔２６内に半田付けするピンを挿通しノズル２４の先端をスルーホールに当接させ、半田付け後に離間させることができる。また、Ｚ方向の搬送ガイド５ｃおよび駆動機構部５ｂにより、ノズルユニット２０（図４参照）及びヒータユニット３０を半田付け位置まで下降し、半田付け後にノズルユニット２０及びヒータユニット３０を上方へ退避することができる。

ヘッド固定部５ａには、フローティングユニット５１が設けられている。このフローティングユニット５１は、エアーサスペンションユニット５（図１）内に設けられ、供給されたエアによってノズルユニット２０を持ち上げ、プリント基板Ｐに対するフローティングユニット５１（ノズル２４が含まれる）の相対的な重みを軽くするものである。例えば、通常の加重を１００とするとフローティングユニット５１の加重が１０％となるようにするなど、適宜の構成とすることができる。

ヘッド部３は、フローティングユニット５１に固定され、半田片定量供給部５０と、その下部のヒータユニット３０と、撮像部７０を備えている。なお、図４では、本来であれば撮像部７０で隠れるヒータユニット３０を見えるようにするために、撮像部７０を実際と異なる位置に模式的に表している。

半田片定量供給部５０は、上部から下方へ糸半田２（図１参照）を挿通する糸半田供給路５２と、糸半田供給路５２内の糸半田をローラで挟み込んで下方（ノズル側）の回転カッター５５の孔５５ａへ送り出す糸半田送り出し機構部５３と、孔５５ａに挿入された糸半田２（図１参照）の先端を当接させて位置決めする当接板５６と、孔５５ａに挿入された糸半田２（図１参照）を回転によりカットする回転カッター５５と、回転カッター５５を回転させるステッピングモータ等の回転機構部５４を備えている。

円盤状の回転カッター５５の厚みと同じ長さの孔５５ａは、必要な糸半田２の長さと同じ長さの孔に形成されている。切断前待機位置となる糸半田供給路５２直下位置にある孔５５ａ（図３の２つの孔５５ａのうち右側の孔５５ａ）の下面を塞ぐように当接板５６が設けられているため、糸半田送り出し機構５３で送り出された糸半田は、切断待機位置の孔５５ａの下端位置と糸半田の先端位置が揃った状態で停止する。この孔５５ａの長さ及びカットした半田片２ａの長さは、１〜３０ｍｍとすることができ、２〜１５ｍｍとすることが好ましい。

糸半田送り出し機構部５３によって糸半田２が切断待機位置の孔５５ａに挿入されて糸半田２（図１参照）の先端が当接板５６に当接した状態で回転カッター５５が回転すると、糸半田２が孔５５ａの挿入長さにカットされるとともに、それまで糸半田供給路５２と連通していた切断前待機位置の孔５５ａが、半田導入筒３４内の孔３４ａと連通する切断後半田片供給位置に移動する。この挿入長さは常に一定であり、糸半田２の太さも一定であるために、常に定量の半田片２ａが形成される。こうして、孔５５ａと孔３４ａが連通した状態で、押し込みロッド５９は、カットされた半田片２ａを上方から下方へ押し込んで半田導入筒３４内へ強制落下させる。

また、これらの構成要素を駆動するべく、各要素は制御部６１によって制御される。制御部６１には、駆動機構部５ｂ、駆動機構部７ｂ、駆動機構部７ｅ、フローティングユニット５１、糸半田送り出し機構部５３、回転機構部５４、ヒータユニット密着確認センサ４４、温度センサ６４、着脱用エアシリンダ６５、カメラ６７、記憶部６８、および投受光制御部７０が接続されている。

カメラ６７は、半田付け対象となるプリント基板のスルーホールおよびピンの位置等を確認して位置決めする際、および、半田付アカメが発生した場合等の半田付け異常を検出する際等に用いられる。

記憶部６８は、プリント基板等の半田付け対象ワークの画像と、この半田付け対象ワークに使用するツール（ノズル２４、ノズルユニット２０、若しくはヒータユニット３０）を関連づけた半田付け対象ワーク別ツールデータ、現在装着しているツールの種類、現在装着しているツールの使用回数および使用時間等のデータを記憶している。

撮像部７０は、２つの投光部７２，７２と、１つの受光部７３を備えている。２つの投光部７２，７２は、受光部７３を中心にして左右対称に配置され、受光部７３の下方位置へ向けて斜めに測定光を投光する。受光部７３は、下方から上方への光を受光する構成であり、下方位置の半田付け部で前記測定光が反射した反射光を受光する。

投受光制御部７５は、投光部７２，７２に測定光を投光させ、その反射光を受光部７３で受光する投受光の制御と、受光部７３から得られた受信信号を制御部６１へ送信する処理を実行する。

図５は、制御部６１がプログラムに従って実行する各種機能部を示す機能ブロック図である。
制御部６１には、半田付け装置１ａを制御する半田付け装置制御部１Ａとして機能する機能部（８１〜８４）と、搬送装置１ｂを制御する搬送装置制御部１Ｂとして機能する機能部（８７）と、検査装置１ｃを制御する検査装置制御部１Ｃとして機能する機能部（９１〜９８）を有している。

加熱部８１は、ヒータ３６の加熱制御を実行し、半田片２ａを溶融して半田付けするのに適切な温度に調節する。
半田供給部８２は、半田片定量供給部５０の動作を制御し、定量の半田片２ａをノズル２４内に供給する。

ノズル位置移動部８３は、搬送方向移動ユニット７（図１参照）および搬送幅方向移動ユニット８の動作を制御してノズル位置を水平方向に移動させる。
ノズル位置下降上昇部８４は、近接離間方向移動ユニット６の動作を制御してノズル位置を垂直方向（半田付け対象に近接／離間する方向）に移動させる。

搬送動作部８７は、搬送路９の搬送動作を制御し、半田付け対象を半田付け位置や検査位置まで搬送し、その位置で半田付け対象を待機させ、半田付け完了や検査完了となると搬送を再開して次の半田付け対象を半田付け位置や検査位置まで搬送する。

パターンマッチング部９１は、撮像部７０で撮像したテクスチャ画像に対して、検査基準画像をサーチするパターンマッチングを行う。検査基準画像を検索するパターンマッチングは、三次元の画像に対して行うのでなく、二次元のテクスチャ画像または高さ画像に対して行うことで、三次元のパターンマッチングに要する膨大な計算量を大幅に簡略化して、迅速、軽負荷にて検査基準画像の位置合わせを行うことができる。

またパターンマッチング部９１は、テクスチャ画像または高さ画像の全体を用いて、検査対象物の画像をサーチするマッチングを行い、このマッチングされた位置及び姿勢に対して判定部９８が画像検査を実行するように構成してもよい。この方法であれば、テクスチャ画像の全体をサーチすることで、検査基準画像の位置合わせを確実に行うことができる。なお、パターンマッチングは、全体サーチに限らず、一部の特徴部分を用いて、検査対象物の画像をサーチするマッチングを行ってもよい。この場合は、全体サーチより短時間で検査基準画像のサーチを行うことができる。

基準面設定部９２は、画像検査時に検査対象物の高さ情報を測定する基準となる平面を基準面として、基準対象物の検査基準画像中に設定する。

高さ画像取得部９３は、複数の縞投影画像に基づいて高さ情報を有する高さ画像を取得する。
測定画像合成部９４は、同じ検査対象物に対して、各投光部７２，７２（図４参照）によりそれぞれ投光した光を受光部７３でそれぞれ受光することで撮像したそれぞれの画像から計算したそれぞれの高さ画像を合成し、一の合成高さ画像を生成する。

三次元画像合成部９５は、観察用照明光源を用いて撮像したテクスチャ画像と、測定光投光部を用いて撮像した測定画像に基づき生成された高さ画像とを合成して、三次元の合成画像ＳＴを生成する。すなわち、高さ画像が有する高さ情報でもって、テクスチャ画像で得られたテクスチャ情報に凹凸を持たせた立体的な画像を生成することができる。

計測部位抽出部９６は、半田付けした半田付け部を計測部位として検査対象画像中（受光部７３で取得した画像）から自動的に抽出する。

計測部９７は、テクスチャ画像上で指定したプロファイル線を通り画面に対して垂直な平面で切断した輪郭線を演算してプロファイルグラフを取得し、プロファイルグラフで示す輪郭線から円や直線などを抽出して、それらの半径や距離を求める。

判定部９８は、撮像部７０で撮像された検査対象物の画像に対して、所定の画像検査を実行する。詳細は後述する。

図６は、プリント基板ＰのランドＲ（第２導体）に電子部品Ｃの端子Ｔを半田付けして半田付け部１００を検査する動作を端面図により説明する説明図であり、図７は半田付け不良の状態を図７（Ａ）〜図７（Ｄ）の端面図により説明する説明図である。
図６（Ａ）は、半田片２ａを端子Ｔに当接するまで供給した状態を示す端面図であり、図６（Ｂ）は、半田片２ａが溶融して熱引けによりスルーホールＨ内に入り込んで半田付けされ半田付け部１００が完成した状態の端面図であり、図６（Ｃ）は、半田付け部１００を撮像部７０で検査する状態の端面図である。

図６（Ａ）に示すように、半田付け対象であるプリント基板Ｐには、スルーホールＨが形成されており、当該スルーホールＨの周りにランドＲ（接続対象）が設けられている。ランドＲは、プリント基板Ｐの表面側（図６では下面側）のリング状のランド表面部Ｒｆと、裏面側（図６では上面側）のリング状のランド裏面部Ｒｂと、当該スルーホールＨの内周面の円筒状のランド内周部Ｒｈとが、導電性の薄膜で一体として形成されている。

当該プリント基板ＰのスルーホールＨには、プリント基板Ｐの表面側から裏面側（図６では下面側から上面側）に向けて、スルーホールＨの中心軸に沿って、電子部品Ｃの端子Ｔが挿入されている。この端子Ｔのプリント基板Ｐからの突き出し長さは、５ｍｍ以下が好ましく、３ｍｍ以下とすることがより好ましい。

半田付けを実行するとき、ノズル２４は、中心軸に端子Ｔが位置し、かつ、ノズル２４の先端面２４ｄがプリント基板Ｐの裏面側（図示上面側）のランドＲｂの表面と平行に当接する状態となる。このとき、ノズル２４に伝えられたヒータ３６からの熱は、先端面２４ｄを介して熱伝導により、裏面側のランドＲｂに伝熱され、ランドＲ全体を加熱する。

また、挿通孔２６の端子Ｔを周りから取り囲んでいる領域では、高温となったノズル２４が輻射する遠赤外線の輻射熱伝達により、端子Ｔを加熱し始める。
この状態で定量の半田片２ａが上方から挿通孔２６内に供給され、挿通孔２６内で加熱されて半田片２ａが溶融する。

溶融した半田片２ａを介して適正温度にまで端子Ｔが加熱されると、溶融した半田片２ａは、ぬれ始め、端子Ｔの先端（図の上端）から端子Ｔの側面を伝って流れ出す。

図６（Ｂ）に示すように、端子Ｔの側面Ｔｗを伝って流れ出した溶融した半田片２ａは、裏面側のランドＲｂに広がり、さらに、毛細管現象により、端子Ｔの側面とスルーホールＨに面するランドＲｈとの隙間にも流入する。そして、表面側のランドＲｆにも広がっていく。

このようにして半田付けが完了すると、裏面側（半田面側）の表面フィレット１０１と、プリント基板Ｐの表面側（部品面側）のバックフィレット１０３の形状および大きさがほぼ同一で、スルーホールＨ内の充填部１０２に半田がしっかり充填された状態の半田付け部１００が形成され、端子ＴとランドＲが良好に半田付けされて、半田付け完了した製品１１０が完成する。

図６（Ｃ）に示すように、撮像部７０は、投受光制御部７５の制御に従って半田付け部１００を撮像する。制御部６１（図４参照）は、検査装置１ｃ（図４参照）として機能する機能部（９１〜９８）（図５参照）により、半田付け部１１０の面積、高さ、および体積を取得し、基準データから所定範囲内にあるか否か判定して、良品か否かを判定する。

具体的には、判定部９８は、検査対象物であるプリント基板Ｐの半田付け部１００の撮像部７０側で撮像可能な領域（つまり表面フィレット１０１）の面積、高さ、および体積といった半田付け部状態データの計測を行った結果を、予め記憶されている基準データの面積、高さ、および体積と比較して、所定の範囲内であれば適切（良品）と判定し、所定の範囲外であれば不適切（不良）と判定する。ここでの判定に用いる半田付け部状態データは、面積、高さ、および体積の少なくとも１つとすることができるが、これらの２つ以上とする、あるいは全てとすることができる。より具体的には、ここでの判定に用いる半田付け部状態データは、面積および高さとするか、体積のみとすることが好ましい。この実施例では、判定に体積を用いるものとする。

さらに、判定部９８は、毎回の判定結果を記憶部６８に記憶しておく。そして、判定部９８は、半田付け部状態データが基準データに対して所定の範囲より小であれば、図７（Ａ）の端面図に示すように、半田付け部１００において判定している領域の半田量が少なく半田付け時の熱量過多か、図７（Ｃ）に示すようにノズル２４内に半田残渣１０５が残ったかのいずれかであると判定する。この場合、半田残渣１０５の次工程持ち出しがあり得る状態であると判定する。

また、判定部９８は、半田付け部状態データが基準データに対して所定の範囲より大であれば、図７（Ｂ）に示すように、半田付け部１００において判定している領域の半田量が多く半田付け時の熱量不足であるか、図７（Ｄ）に示すように、ノズル２４内に残っていた半田残渣１０５が流れ出て半田量過多で半田付けされたかのいずれかであると判定する。

そして、判定部９８は、記憶部６８に記憶されている判定結果を遡り、連続処理内に半田量が少ないとする判定が存在し、それ以降この判定までがずっと良品判定（正常判定）であれば、半田量が少なかったときは、図７（Ｃ）に示すように、ノズル２４内に半田残渣１０５が残ったもので、今回の半田付け時に半田残渣１０５が流れ出たものと判定する。つまり、半田量の「少」（少ない）と「多」（多い）のときの現象が熱量過多と熱量不足ではなく、その間の正常判定の半田付け部１００は、正常に半田付けされている可能性が高いと判定する。ここで、連続処理とは、ノズル２４の清掃や交換が行われることなく連続して半田付け処理を実行していることを指す。

逆に、このように連続処理内で半田量少と半田量多が一対で存在する状況が見られない場合には、判定部９８は、図７（Ａ）に示すように、半田量が少の半田付けは熱量過多であり、半田量が多の半田付けは熱量不足であると判定する。この場合、半田量が少の半田付けの前後の半田付けでも熱量過多が発生している可能性があり、半田量が多の半田付けの前後の半田付けでも熱量不足が発生している可能性があると判定してもよい。
これにより、より精度よく半田付け不良の可能性のある製品をピックアップでき、正常な製品のみを出荷できるようにすることができる。また、これにより、ノズル２４内に半田残渣１０５が残った影響のある期間に半田付けされた製品と、半田残渣１０５が解消されてから半田付けされた製品を区別することができる。

さらに、判定部９８は、このようにして半田量が少ないと判定した半田付けのあと、半田量が多いと判定した半田付けがあった場合に、体積計算から少なかった半田量と多かった半田量の差を計算し、その差が無いが僅かであれば、ノズル２４内に残った半田残渣１０５が全て流れ出たものと判定するとよい。これにより、半田残渣１０５が一部流れ出て残部がノズル２４内に残っている場合にも、その状況を精度よく判定することができ、その残部が流れ出て半田量が多となった場合にも精度よく判定することができる。

以上の構成及び動作により、半田付け不良を検出でき、出来上がった製品１１０が半田付け不良であれば除外することができる。特に、この半田付けシステム１により、低コスト、高速、かつ的確に半田付け不良を検出できる。

半田付けに使用する半田片２ａが常に定量であるため、撮像部７０による撮像という簡便な方法によって良品か不良品かを判定することができる。すなわち、仮に供給される半田片２ａの量にバラツキがあると、完成した半田付け部１００の形状や大きさに変化が生じるために、撮像によって適否を判定することは難しい。このようにバラツキがある場合であれば、溶融後の半田が端子Ｔにどれくらいの面積で接触しているか、ランドＲにどれくらい接触しているか等、詳細に確認しなければ良否判定ができない。

これに対して、定量での半田づけをしているために、半田付け部１００の高さ、面積、および体積の少なくとも１つを基準の高さ、面積、および体積と比較することで、精度よい良否判定を実現できる。

特に、筒状のノズル２４の内部で半田片２ａを溶融して半田付けするために、半田付け部１００の形状が安定しており、半田付け部１００の高さ、面積、および体積の１つでも基準の範囲内かを判定すれば、良否を判定できる。さらに、高さ、面積、および体積の２つ以上が基準の範囲内かを判定すれば、より確実に良否を判定でき、高さ、面積、および体積の全てが基準の範囲内かを判定すれば、さらに確実に良否を判定できる。なお、高さと面積の両方によって適否を判定するか、あるいは体積を判定することによって、判定時間と判定精度のバランスの取れた良好な判定を行うことができる。

また、定量の半田片２ａを供給してノズル２４内で溶融して半田付けする半田付け方法により、十分に溶融した半田がスルーホールＨの向こう側である電子部品Ｃ側（プリント基板Ｐの表側）まで十分に流れ込み、表面フィレット１０１とバックフィレット１０３の大きさおよび形状が安定した半田付けを実現できる。このため、プリント基板Ｐの片側（この実施例では半田付け側）にのみ存在する撮像部７０で撮像したデータを基に判定するだけで、半田付け部１００における撮像されていない領域（この実施例であれば表面側のバックフィレット１０３とスルーホールＨ内の充填部１０２）の状態も含めて良否を判定できる。つまり、撮像されていない領域を検査せずとも、定量の半田片２ａで安定した半田付けが行われているために、撮像されている領域が適性であれば撮像されていない領域も適正であろうことが高確度で推定され、撮像された領域の良否判定のみで全体としての良否判定とすることができる。

尚、本願発明と実施形態の対応において、
半田付け状態検査装置は、検査装置１ｃに対応し、
半田付け部状態取得手段は、検査装置制御部１Ｃと撮像部７０と投受光制御部７５に対応し、
加熱手段は、ヒータ３６に対応し、
受光手段は、受光部７３に対応し、
判定手段は、判定部９８に対応し、
第１導体と第２導体は、端子ＴとランドＲに対応するが、この発明は本実施形態に限られず他の様々な実施形態とすることができる。

例えば、半田付け対象製品とその第１導体と第２導体は、プリント基板Ｐとその端子ＴとランドＲに限らず、モータとそのコイルと端子とする、基板とそのリード線と接点金具とするなど、半田付けする適宜の製品および部品とすることができる。

この場合も上述した実施形態と同様の作用効果を奏することができると共に、第１導体と第２導体を半田片２ａによって半田付けして電気信号が流れるようにできる。

また、第１導体と第２導体の少なくとも一方がノズル２４の挿通孔２６内に一部挿入された状態で半田片２ａを溶融して半田付けすることに限らず、第１導体と第２導体の両方がノズル２４の挿通孔２６の外にある状態でノズル２４内にて半田片２ａを溶融する構成としてもよい。この場合、第１導体と第２導体の少なくとも一方がノズル２４の先端の少なくとも一部に当接するか近接させ、この当接または近接している第１導体または第２導体に半田片２ａの先端を当接させて半田片２ａを溶融すれば、ノズル２４の挿通孔２６内での半田片２ａの溶融を実現でき、フラックスの飛散等を極力防止した良好な半田付けを実施できる。従って、この場合も、半田付け部１００の一方の方向からのみ撮像部７０で撮像して半田付け部１００全体の良否を判定できる。なお、ここでいう半田付け部１００の一方の方向からのみ撮像部７０で撮像するとは、半田付け部１００を挟んで両側から撮像しないことを指すことができ、あるいは、投光部７２が複数存在しても受光部７３が一か所であることを指すことができる。

また、光の照射方向および角度の異なる２つの投光部７２，７２を有する撮像部７０と投受光制御部７５と検査装置制御部１Ｃにより半田付け部１００の３次元形状を捉えて体積を求める構成としたが、これに限らず、カメラによる撮像によって２次元画像を取得してその２次元画像における半田付け部１００の面積を求め、この面積によって半田付けの適否を判定する構成としてもよい。この場合も、上述した実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

また、撮像部７０として２つの投光部７２，７２と１つの受光部７３を備え、受光部７３を検知手段としたが、これに限らず、撮像部７０を、レーザー光線照射部と当該レーザー光線の透過または反射を検出するレーザー光線検知部により構成し、レーザー光線検知部を検知手段としてもよい。この場合も、上述した実施例と同様の作用効果を奏することができる。

また、撮像部７０として、静電容量センサを備え、この静電容量センサを検知手段としてもよい。この場合、静電容量センサは、半田付け前の半田付け位置の静電容量と、半田付け後の半田付け位置の静電容量を取得して、その差分を半田部分による静電容量（すなわち半田部分の質量）として利用すればよい。この場合も、上述した実施例と同様の作用効果を奏することができる。

また、半田付け装置１ａのノズル２４付近に撮像部７０を設けて半田付け装置１ａと検査装置１ｃを一体の装置としたが、これに限らず、半田付け装置１ａとは別の装置として検査装置１ｃを設けてもよい。この場合、製品を搬送する搬送路９の前段に半田付け装置１ａを配置し、後段に検査装置１ｃを配置するとよい。この場合、検査装置１ｃには、撮像部７０の位置を半田付け対象製品に半田付けされた半田付け位置に応じて移動させるＸＹ移動手段（例えば図１に示した搬送方向移動ユニット７および搬送幅方向移動ユニット８）、若しくはＸＹＺ移動手段（例えば図１に示した近接離間方向移動ユニット６、搬送方向移動ユニット７、および搬送幅方向移動ユニット８）を備えると良い。この場合も同じ作用効果を得ることができると共に、半田付けと検査とを別工程とすることで全体のスループットを向上することができる。

この発明は、生産設備で半田付けを実行するような産業に利用することができる。

１…半田付けシステム
１ａ…半田付け装置
１ｃ…検査装置
１Ｃ…検査装置制御部
２ａ…半田片
２４…ノズル
２６…挿通孔
３６…ヒータ
５０…半田片定量供給部
７０…撮像部
７３…受光部
７５…投受光制御部
９８…判定部
１００…半田付け部
１１０…製品
Ｒ…ランド
Ｔ…端子

Claims (7)

1. スルーホールに挿入された端子と前記スルーホールの周りのランドを半田付けする半田付け装置と、前記半田付け装置により半田付けされた半田付け部を検査する検査装置とを備えた半田付けシステムであって、
   前記半田付け装置は、
   半田片を定量供給する半田片定量供給部と、
   定量供給された半田片を挿通する挿通孔を有するノズルと、
   前記ノズル内の前記半田片を加熱溶融する加熱手段とを備え、
   前記ノズル内で前記半田片を前記加熱手段で加熱溶融することによって前記ランドの裏面側と表面側に安定した形状の半田付けを行う構成であり、
   前記検査装置は、
   前記裏面側または前記表面側の一方にのみ設けられ、当該一方の前記半田付け部の面積及び高さと前記半田付け部の体積のいずれか一方または両方、若しくは当該一方の前記半田付け部の静電容量で構成される半田付け部状態データを取得する半田付け部状態取得手段と、
   前記半田片定量供給部により供給される半田片の半田量で正常に半田付けした場合に前記半田付け部状態取得手段により取得されるデータとして予め定められた基準データと、半田付け後に取得した前記半田付け部状態データに基づいて、実施された半田付けの適否を判定する判定手段とを備え、
   前記判定手段は、前記半田片定量供給部により半田片を定量供給していることと、前記半田付け部状態取得手段で取得した前記一方の前記半田付け部の前記半田付け部状態データにより、前記半田付け部状態取得手段により状態取得できない領域も含めた半田付けの適否を判定できることを特徴とする
   半田付けシステム。
2. 前記半田付け部状態取得手段は、
   前記半田付け部を検知する検知手段を備え、
   前記判定手段は、
   前記検知手段により検出可能な範囲の前記半田付け部状態データが適切と判定すれば前記検知手段により検出不可能な範囲の前記半田付け部も含めて適切と判定し、
   前記検出可能な範囲の前記半田付け部状態データが不適切と判定すれば前記検知手段により検出不可能な範囲の前記半田付け部も含めて不適切と判定する構成である
   請求項１記載の半田付けシステム。
3. 前記判定手段は、
   前記半田付け部状態データの面積及び高さと前記半田付け部の体積のいずれか一方または両方、若しくは前記半田付け部状態データの静電容量が前記基準データの面積及び高さと体積のいずれか一方または両方、若しくは静電容量より小であれば、当該半田付け部の半田付け時に前記ノズル内に半田残渣が残ったと判定する構成である
   請求項１または２記載の半田付けシステム。
4. 前記判定手段は、
   前記半田付け部状態データの面積及び高さと前記半田付け部の体積のいずれか一方または両方、若しくは前記半田付け部状態データの質量が前記基準データの面積及び高さと体積、若しくは静電容量より大であれば、当該半田付け部の半田付け時に前記ノズル内に残っていた半田残渣が一緒に半田付けされたものと判定する構成である
   請求項１、２、または３記載の半田付けシステム。
5. スルーホールに挿入された端子と前記スルーホールの周りのランドが半田付けされた前記ランドの裏面側と表面側の一方の半田付け部の面積及び高さと当該一方の前記半田付け部の体積のいずれか一方または両方、若しくは当該一方の前記半田付け部の静電容量で構成される半田付け部状態データを取得する半田付け部状態取得手段と、
   定量で供給される半田片の半田量で正常に半田付けした場合に前記半田付け部状態取得手段により取得されるデータとして予め定められた基準データと、半田付け後に取得した前記半田付け部状態データに基づいて、実施された半田付けの適否を判定する判定手段とを備え、
   前記判定手段は、前記半田片定量供給部により半田片を定量供給していることと、前記半田付け部状態取得手段で取得した前記一方の前記半田付け部の前記半田付け部状態データにより、前記半田付け部状態取得手段により状態取得できない領域も含めた半田付けの適否を判定できることを特徴とする
   半田付け状態検査装置。
6. スルーホールに挿入された端子と前記スルーホールの周りのランドが半田付けされた前記ランドの裏面側と表面側の一方の半田付け部の面積及び高さと前記半田付け部の体積のいずれか一方または両方、若しくは前記半田付け部の静電容量で構成される半田付け部状態データを半田付け部状態取得手段により取得し、
   定量で供給される半田片の半田量で正常に半田付けした場合に前記半田付け部状態取得手段により取得されるデータとして予め定められた基準データと、半田付け後に取得した前記半田付け部状態データに基づいて、実施された半田付けの適否を判定手段により判定し、
   前記判定手段は、前記半田片定量供給部により半田片を定量供給していることと、前記半田付け部状態取得手段で取得した前記一方の前記半田付け部の前記半田付け部状態データにより、前記半田付け部状態取得手段により状態取得できない領域も含めた半田付けの適否を判定できることを特徴とする
   半田付け状態検査方法。
7. 請求項１から４のいずれか１つに記載の半田付けシステムを用いて前記第１導体と前記第２導体を半田付けし、前記判定手段により不適切と判定されたものを除外し適切と判定されたものを製品とする
   製品の製造方法。

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