JP6800768B2

JP6800768B2 - 半田付け装置

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Publication number: JP6800768B2
Application number: JP2017016631A
Authority: JP
Inventors: 和平岡; 心哉河喜多; 京井　正之; 正之京井; 靖池田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2017-02-01
Filing date: 2017-02-01
Publication date: 2020-12-16
Anticipated expiration: 2037-02-01
Also published as: US20200376580A1; US11420282B2; JP2018122332A; WO2018142733A1

Description

本発明は、半田付け装置に関する。

配線基板のランドと挿入型実装部品の端子との半田付けに、筒状の半田鏝を用いる方法が知られている。例えば特許文献１には、両端が開口した半田鏝である筒を加熱手段で加熱し、筒内部を落下させてランドに達した糸半田を、筒の先端部で加熱して溶融させるようにした電子機器製造装置が開示されている。

特許文献１に記載の方法によれば、閉鎖空間である筒内部において、糸半田を溶融半田とすることで、一定量の半田材料によりランドとピンとを接合することができる。このため、配線基板上への半田ボールやフラックス残渣の飛散を抑制し、端子間の電気的短絡不良を防止することが可能である。

特開２０１３−７７８４０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、配線基板に多数の端子を半田付けする場合、各端子毎に半田付けを行う必要があるため、半田付け作業に長時間を要し、生産性が低かった。また、配線基板において、ランドと接続する内層や引出線の熱容量が大きい場合、鏝先の温度が低下し、配線基板の裏面側まで十分な熱量を確保できず、半田の未ぬれが発生するおそれがあった。

そこで、本発明の目的は、半田付けの作業時間を短縮することができ、かつ半田の未ぬれを抑制することができる半田付け装置を提供することにある。

本発明に係る半田付け装置の好ましい実施形態としては、一方の端部から供給された半田片を通過させる空間を有する筒状の半田片誘導管の複数本と、前記半田片誘導管を保持する第一保持部と、前記第一保持部を加熱する加熱部と、を有し、前記半田片誘導管の、半田付けする側の先端部が、前記第一保持部の内側に配設されていることを特徴とする。

本発明によれば、半田付けの作業時間を短縮することができ、かつ半田の未ぬれを抑制することができる半田付け装置を実現することができる。

実施例に係る半田付け装置の断面図である。半田片誘導管１０が挿入された第一保持部２０を、半田片誘導管１０の下端面側から見た下面図である。半田片誘導管１０が挿入された第一保持部２０を、半田片誘導管１０の下端面側から見た下面図である。実施例に係る半田付け装置の断面図である。半田付け装置による加熱時における配線基板の裏面側のランド温度の測定結果を示す図である。図４に示すランド温度の測定条件を示す図である。半田未ぬれを抑制するためのアシスト加熱の要否の比較検討結果を示す図である。

図１は、実施例に係る半田付け装置の断面図である。図１に示すように、実施例に係る半田付け装置１００は、複数本の半田片誘導管１０と、半田片誘導管１０を保持する第一保持部２０とを有している。

半田片誘導管１０は、両端が開口しており、半田片供給口１０１から供給された糸半田片５０を通過させる空間を有する筒状体である。第一保持部２０は金属製の板状体であり、図２Ａに示すように、複数の孔部２０１を有している。半田片誘導管１０は、それぞれ、半田付けする側の先端部１０２（以下、単に半田片誘導管１０の先端部１０２という）側の部位が、第一保持部２０の孔部２０１に挿入されて保持されている。半田片誘導管１０は、その外周面が、第一保持部２０の孔部２０１の内周面と接している。また、半田片誘導管１０の先端部１０２は、第一保持部２０の内側に配設されている。図１に示す例では、半田片誘導管１０の先端部１０２は、第一保持部２０の下端面２０２と同一面上に配置されている。

第一保持部２０の両側面には、第一保持部２０を加熱する加熱部４０が設置されている。加熱部４０は、通電によって発熱するヒータ４１を備えている。

半田片誘導管１０は、半田片供給口１０１側の部位が、第二保持部３０により保持されている。第二保持部３０は、複数の孔部を有する樹脂製の板状体であり、この孔部に半田片誘導管１０が挿入されている。

第一保持部２０及び加熱部４０の上面には、これらの上面一帯を覆う面積を有する支持板８１ａが設置されており、支持板８１ａと略同面積の支持板８１ｂが、第二保持部３０の上面に設置されている。支持板８１ａ、８１ｂ間には、その四隅に支柱８２が設置されている。第二保持部３０上には、支持板８１ｂを介して、半田片誘導管１０の半田片供給口１０１を固定するための固定部９０が設置されている。なお、支持板８１ａ、８１ｂ、固定部９０には、それぞれ、第一保持部２０、第二保持部３０と同様の配列で孔部が形成されており、それぞれの孔部に半田片誘導管１０が挿入されている。

半田片誘導管１０は、支持板８１ａ、８１ｂ間において、第一保持部２０により保持されている部位と、第二保持部３０により保持されている部位との間の領域Ｐが、外部空間に露出している。

半田付け装置１００の下方には、配線基板６０が配置される。配線基板６０の各スルーホール内には、挿入型実装部品７０のハウジング７２に固定された端子７１が挿入される。なお、各スルーホールには、内壁から基板表面にかけて、スルーホールランド（図示省略）が形成されている。配線基板６０は、各スルーホール内に挿入された端子７１の図１の上側の突出部が、半田付け装置１００の各半田片誘導管１０内に入るように配置される。上記のように配置した配線基板６０の表面には、第一保持部２０の下端面２０２が当接される。

半田片誘導管１０としては、６００℃程度の温度に耐える耐熱性を有し、かつ少なくともその内周面が、半田材料に対して濡れにくい性質を有する材料により形成されているものであればよい。半田片誘導管１０は、単一の材料で形成されていてもよく、複数の材料の組み合わせにより形成されていてもよい。

半田片誘導管１０は、上記した耐熱性を有しかつ半田材料に対して濡れにくい性質を得る観点から、例えばガラス、セラミック等の無機材料や、アルミニウム、ステンレス、チタン等の非ぬれ性金属により形成することが望ましい。また、半田片誘導管１０は、これらの材料の組み合わせにより形成することも可能である。例えばガラスは、耐熱性を有し、半田材料に対して濡れにくく、かつ低コストであるため、好適に用いることができる。

第一保持部２０は、６００℃程度の温度に耐える耐熱性を有し、かつ少なくともその下端面が、半田材料に対して濡れにくい性質を有する金属材料により形成されているものであればよい。第一保持部２０は、上記した耐熱性を有しかつ熱伝導性に優れた材料により形成されていることが望ましく、具体的には、アルミニウムやステンレスにより形成されていることが望ましい。

第二保持部３０は、１００℃程度の温度に対する耐熱性を有する樹脂材料を用いることができる。第二保持部３０としては、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等を用いることが望ましい。

次に、図１に示す半田付け装置１００を用いた半田付けの動作について説明する。まず、加熱部４０のヒータ４１に通電すると、ヒータ４１の熱が第一保持部２０に伝わり、第一保持部２０が加熱される。

上記したように、実施例に係る半田付け装置１００は、半田片誘導管１０の先端部１０２を第一保持部２０から突出させず、第一保持部２０内に配設されるようにしているため、配線基板６０の表面には、金属製の板状体である第一保持部２０の下端面２０２全体が当接される。これにより、第一保持部２０に伝えられた熱は、半田片誘導管１０に伝えられるとともに、配線基板６０に伝えられる。

次いで、半田片誘導管１０の半田片供給口１０１から、フラックスを内包した糸半田片５０を供給する。糸半田片５０投入時には、不図示の気体流入手段により、不図示のガイド管を通じて、半田片誘導管１０内にアシスト気体８を流入させることがよい。糸半田片５０投入時にアシスト気体８を流入させることにより、半田材料や端子７１の酸化を防止することができ、また、アシスト気体８が半田片誘導管１０内を通過する際に、半田片誘導管１０内部の空間を高温化し、配線基板６０と端子７１とを熱対流により加熱することができる。

アシスト気体８としては、糸半田５０や端子７１の酸化防止の観点からは、不活性ガスである窒素やアルゴン等が適している。また、配線基板６０及び端子７１の加熱の観点からは、気体の種類は特に限定されず、例えば安価である空気が適している。

半田片供給口１０１から投入された糸半田は、アシスト気体８とともに半田片誘導管１０１内を落下し、端子７１上に到達した時点で、第一保持部２０、半田片誘導管１０及び配線基板６０の熱により溶融する。溶融した半田により、端子７１がスルーホール内に半田付けされる。

糸半田５０の投入時には、糸半田片誘導管１０１の外部空間に露出されている領域、即ち、第一保持部２０により保持されている部位と第二保持部３０により保持されている部位との間の領域Ｐの周辺に、外気を対流させて、半田片誘導管１０の領域Ｐを冷却することが好ましい。

例えば、支持板８１ａ、８１ｂの間の領域に向けて、冷却ファンにより冷却風を送風することにより、半田片誘導管１０の領域Ｐの周辺に外気を対流させる。これにより、半田片誘導管１０の領域Ｐが冷却されるため、糸半田５０が端子７１上に到達する前に溶融して、半田片誘導管１０の内壁に付着する等の不具合を防止することができる。

なお、図１に示す例では、半田片誘導管１０の領域Ｐを外部空間に露出させて、この領域Ｐの周辺に外気を対流させる形態を示したが、必ずしもこれに限定されない。例えば、半田片誘導管１０の領域Ｐの周辺を筐体で囲み、筐体内に冷却風を供給するようにしてもよい。

糸半田片５０の直径及び長さは、半田付けに必要な半田量に応じて適宜定めればよい。例えば、端子７１の外径が０．６ｍｍである場合には、糸半田片５０の直径を０．８ｍｍ、半田片誘導管１０の内径を１．３ｍｍ、糸半田片５０の長さを６ｍｍに設定することで、半田片誘導管１０内において、糸半田片５０が端子７１と隣接しながら起立する状態とすることができる。これにより、糸半田片５０が速やかにかつ均等に加熱される。

なお、第一保持部２０における孔部２０１の配列は、挿入型実装部品７０と接続された配線基板６０の端子７１の配列に応じて、適宜定めることができる。第一保持部２０は、例えば、図２Ａに示すように、孔部２０１が縦方向、横方向共に一直線上に並んで配列された形態でもよいし、図２Ｂに示すように、孔部２０１が千鳥状に配列された形態であってもよい。

以上説明した実施例に係る半田付け装置１００によれば、半田片誘導管１０を複数備えているため、複数の端子７１を、一度の作業により半田付けすることができる。従って、筒状の半田鏝を用いて一端子ずつ半田付けを行っていた従来の半田付け装置と比較して、半田付け作業に要する時間を短縮することができる。

また、実施例に係る半田付け装置１００によれば、半田片誘導管１０の先端部１０２を、第一保持部２０の外側に突出させず、第一保持部２０の内側に配設しているため、半田付けを行う配線基板６０の表面に、第一保持部２０を当接させることができる。これにより、加熱部４０の熱が、第一保持部２０により配線基板６０に伝えられるため、例えば筒状の半田鏝を用いる場合と比較して、配線基板６０との接触面積を増大させることができる。従って、配線基板６０の裏面まで熱が伝わり易くなる。このため、スルーホールランドに接続する内層や引出線の熱容量が大きい場合でも、半田材料が配線基板６０の裏面に到達する前に固まる、所謂半田未濡れの発生を抑制することができる。

また、実施例に係る半田付け装置１００は、加熱部４０により加熱される第一保持部２０と、半田片誘導管１０とを別部材としているため、第一保持部２０、半田片誘導管１０を、それぞれに適した材料を用いて形成することができる。即ち、第一保持部２０により、加熱部４０の熱を配線基板６０に伝えることができるため、半田片誘導管１０の材質に拠らずに、半田の未濡れを抑制することができる。例えば、第一保持部２０を、熱伝導性の良好なアルミニウム等の金属材料により形成し、半田片誘導管１０を、ガラス管により形成することで、半田の未濡れの発生を抑制し、かつ製造コストや、半田片誘導管１０の交換に伴うコストが低減された半田付け装置１００とすることができる。

また、実施例に係る半田付け装置１００によれば、加熱部４０の熱が、第一保持部２０を介して、各半田片誘導管１０や配線基板６０に伝えられるため、加熱部４０から離れた位置に設置された半田片誘導管１０や、加熱部４０から離れた配線基板６０の領域にも、加熱部４０の熱が略均等に伝えられる。このため、複数の端子７１を一度に半田付けする場合においても、半田の未濡れの発生を抑制することができる。

また、図１に示す半田付け装置１００では、半田片誘導管１０の先端部１０２が、第一保持部２０の下端面２０２と同一面上に形成されているため、仮に配線基板６０に凹凸があったり、半田付け時に配線基板６０に反りが生じた場合においても、各スルーホールランドから隣接するスルーホールランドへの半田材料の漏れを抑制することができる。

なお、図３に示すように、半田片誘導管１０の先端部１０２は、第一保持部２０の下端面２０２よりも、半田片供給口１０１側の位置に配置されていてもよいが、少なくとも端子７１上に落下する糸半田片５０の上端よりも第一保持部２０の下端面２０２側に配設されていることが好ましい。これにより、加熱された糸半田片５０内のフラックスが、第一保持部２０の孔部２０１の内周面に付着した場合でも、容易に清掃することができる。

図４に、半田付け装置による加熱時における、配線基板の裏面側のランド温度の測定結果を示す。図４では、筒状の半田鏝を備えた従来の半田付け装置を用いた場合と、図１に示す半田付け装置１００を用いた場合それぞれについての、ランド温度の測定結果を示す。なお、従来の半田付け装置は、具体的には、単体のセラミック製の筒状半田鏝を、その外周に設置したヒータにより加熱する構成のものを使用した。また、図１に示す半田付け装置１００は、第一保持部２０としてアルミニウム製の板状体を用い、半田片誘導管１０としてガラス管を用いたものを使用した。

温度測定は、配線基板６０の裏面のランドに熱電対を接触させて行った。図５に、ランド温度の測定時における、配線基板の加熱温度（℃）、加熱時間（秒）及び基板オフセット量（ｍｍ）を示す。

図４には、配線基板のランドに接続する内層や引出線の熱容量が大きい場合、小さい場合それぞれについての温度測定を行った結果を示す。図４に示すように、従来の半田付け装置を用いた場合、熱容量が大きい配線基板では、熱容量が小さい配線基板と比較して、基板裏面のランド温度が約１／２以下程度であった。

一方、図１に示す半田付け装置１００を用いた場合には、熱容量が大きい配線基板６０の基板裏面のランドの温度は、熱容量が小さい配線基板６０と略同程度の温度が得られた。

次に、配線基板の裏面側のランドの半田未ぬれを抑制するために行う、アシスト加熱の要否を比較した。図６に、比較検討結果を示す。図６においても、図４の検証と同様、従来の半田付け装置を用いた場合と図１に示す半田付け装置１００を用いた場合との比較検証を行った。

図６では、図４の検証で用いた配線基板のうち熱容量が大きい配線基板について、アシスト加熱を行った場合、アシスト加熱を行わなかった場合のそれぞれについて、半田付けを行ったときの半田未ぬれの発生の有無を検証した。

なお、アシスト加熱は、配線基板の近傍に設置した熱源の熱を、配線基板の半田付けを行う領域に向けて送ることにより行った。半田付け時の条件は、図４の検証と同様、図５の表に示す条件で行った。なお、半田未ぬれの発生の有無は、配線基板の裏面側のランドを目視で観察することにより行った。

図６の表に示すように、従来の半田付け装置を用いた場合には、熱容量の大きい配線基板においてアシスト加熱を行わなかった場合、配線基板の裏面側のランドに半田の未ぬれが発生しており、未ぬれ防止には、アシスト加熱が必要であった。

一方、図１に示す半田付け装置１００では、熱容量の大きい配線基板において、アシスト加熱を行わなくても、基板裏面側のランドにおける半田未濡れが抑制されていた。なお、図６の表中、「○」は半田未濡れが発生しなかったことを示し、「×」は半田未濡れが発生したことを示す。

１００…半田付け装置、８…アシスト気体、１０…半田片誘導管、１０１…半田片供給口、１０２…先端部、２０…第一保持部、２０１…孔部、２０２…下端面、３０…第二保持部、４０…加熱部、５０…糸半田片、６０…配線基板、７０…挿入型実装部品、７１…端子、７２…ハウジング、８１ａ、８１ｂ…支持板、８２…支柱、９０…固定部、Ｐ…領域

Claims

一方の端部から供給された半田片を通過させる空間を有する筒状の半田片誘導管の複数本と、
前記半田片誘導管を保持する第一保持部と、
前記第一保持部を加熱する加熱部と、を有し、
前記半田片誘導管の、半田付けする側の先端部が、前記第一保持部の内側に配設され、
前記半田片誘導管の半田付け側先端部は、前記第一保持部の端面と同一面上に配置されている
ことを特徴とする半田付け装置。
前記第一保持部は、複数個の孔部が形成された金属製の板状体であり、
前記半田片誘導管は、前記孔部に挿入されて、前記第一保持部に保持されていることを特徴とする請求項１に記載の半田付け装置。
前記第一保持部よりも半田片供給口側の位置に配設されて前記半田片誘導管を保持する第二保持部を有し、
前記半田片誘導管は、前記第一保持部により保持された部位と前記第二保持部により保持された部位との間に、外部に露出した領域を有することを特徴とする請求項１に記載の半田付け装置。
前記半田片誘導管の半田付け側先端部は、前記第一保持部の端面よりも、半田片供給口側の位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の半田付け装置。
前記第一保持部は、アルミニウム又はステンレスにより形成され、
前記半田片誘導管は、ガラス、セラミック、アルミニウム、ステンレス又はチタンにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の半田付け装置。