JP6831610B1 - 静止型フローはんだ付け装置 - Google Patents

Abstract

【課題】はんだ液面の適宜な可変によって、最良のはんだ付け処理を速やかに行うことを目的とする静止型フローはんだ付け装置を提供する。【解決手段】本発明に係る静止型フローはんだ付け装置Ｍは、溶融はんだ液２２を液面静止状態で貯留したはんだ槽２と、パレット４１に保持した基板４を昇降させて、溶融はんだ液に対して所定速度で浸漬及び離脱させる基板昇降機構３と、溶融はんだ液へのフロート５１の没入容積を可変してはんだ液面を昇降させる液面昇降機構５と、から構成する。上記液面昇降機構は、パレットの溶融はんだ液への接触時を契機としてはんだ液面を降下させる制御、及びパレットのはんだ液面からの離脱開始時を契機としてはんだ液面を上昇させる制御を行い、基板のはんだ液中への浸漬速度、又ははんだ液からの離脱速度を最適に設定している。【選択図】図２

Description

本発明は、静止型フローはんだ付け装置に関し、特に、はんだ付け基板のはんだ液への浸漬時及び離脱時におけるはんだ液面の昇降速度の制御手段を備えた静止型フローはんだ付け装置に関する。

フローはんだ付け装置には、溶融はんだ液の状態によって液面を静止状態で維持する静止型と、溶融はんだ液を噴流状態に維持する噴流型がある。特に、静止型はんだ付け装置は、基板を載置して保持したディップ用のパレットを昇降機構に保持し、はんだ液面に向かって昇降させることによって、はんだ液に浸漬させていた。

このような静止状態のはんだ液面に基板を接触させてはんだ付け処理する装置としては、例えば、特許文献１で提案された半田ディップ装置がある。この開示発明の構成は、はんだ液槽の上方に昇降可能に配設したアームでクランパを介して基板を保持すると共に、該クランパの水平方向両端に２個の導通センサを対設し、この２個の導通センサのはんだ液面へ接触導通信号を、前記アームの上下動機構用の駆動制御回路に送出して、前記基板の降下距離を規正して、浸漬時の液面高さに対応した位置で停止させてはんだ付け処理をするものである。これにより、リードへのはんだ付着不良を防止するものであった。

また、ワークの浸漬処理加工方法として特許文献２に記載の発明が開示されている。これは前記ワークの降下動作に伴って降下せしめる液面検知部で処理液面を検知し、この液面検知信号に基づいて前記ワーク昇降駆動装置によるワークの降下動作を制御することで、前記ワークの下端側が処理液に浸漬される浸漬長を制御するものであった。

特開平６−２２６４４４号公報 特開２００９−２０８１３０号公報

しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２で開示されている発明は、はんだ液面の位置を検知して基板のリードの接触時間を制御するものであった。そのため、下記の課題があった。

すなわち、基板の昇降制御機構のみを有するはんだ付け装置においては、処理対象の基板をディップ用のパレットで保持して、所定の速度で溶融はんだ液に向かって降下させた場合、パレットが溶融はんだ液へ接触して浸漬するにしたがってはんだ液面が上昇するため、実際の降下速度は相対的に速い速度となって、はんだ不良等の品質低下を招く課題があった。これを避けるため、降下速度を遅く設定すればよいが、はんだ付け処理のサイクルタイムが長くなる問題があった。

また、同様の課題は、浸漬した基板をはんだ液面から離脱させる場合においてもあった。すなわち、所定の離脱速度で上昇させる行程では、パレッ卜が溶融はんだ液から離脱始めると、パレットの排除容積が減少してはんだ液面が降下することから、実際の離脱速度は相対的に速くなってしまい、狙った速度で離脱させられず、目的の品質にならない課題があった。これを回避するため、離脱速度を遅くすれば、サイクルタイムが長くなる問題があった。

そこで、本発明は基板を保持したパレットの昇降速度を変更することなく、はんだ液面の適宜な可変によって、最良のはんだ付け処理を速やかに行うことを目的とする静止型フローはんだ付け装置を提供するものである。

上記課題を解決するため、本発明に係る静止型フローはんだ付け装置は、溶融はんだ液を液面静止状態で貯留したはんだ槽と、パレットに保持した基板を昇降させて、溶融はんだ液に対して所定速度で浸漬及び離脱させる基板昇降機構と、溶融はんだ液へのフロートの没入容積を可変してはんだ液面を昇降させる液面昇降機構と、から成り、前記液面昇降機構は、前記パレットの溶融はんだ液への接触時を契機としてはんだ液面を降下させる制御、及び前記パレットのはんだ液面からの離脱開始時を契機としてはんだ液面を上昇させる制御を行うことを特徴としている。

また、前記液面昇降機構の前記パレットの溶融はんだ液への接触時を契機としてはんだ液面を降下させる制御においては、前記フロートをはんだ液面から所定深さまで没入させた状態で維持して置き、前記パレットの溶融はんだ液への没入により発生するはんだ液面の上昇を、前記フロートの引揚げによって生じるはんだ液面の降下によって相殺するように制御したことを特徴としている。

また、前記液面昇降機構の前記パレットのはんだ液面からの離脱開始時を契機としてはんだ液面を上昇させる制御においては、前記フロートをはんだ液面から全部又は一部を露出した状態で維持して置き、前記パレットのはんだ液面からの離脱開始により発生するはんだ液面の降下を、前記フロートの没入によって生じるはんだ液面の上昇によって相殺するように制御したことを特徴としている。

別言すると、上記液面昇降機構の制御は、前記基板のはんだ液面との接触時又は離脱開始時を契機として、基板の移動方向とは逆方向にはんだ液面を昇降させることによって、基板のはんだ液中への浸漬速度、又ははんだ液からの離脱速度を最適に設定することを特徴としている。

上記構成を採用することにより、本発明はパレットに載置した基板の溶融はんだ液への浸漬行程、及び溶融はんだ液からの離脱行程において、基板昇降機構と連係させて液面昇降機構を作動させることにより、基板と溶融はんだ液との浸漬速度及び離脱速度を最適速度に設定することにより、最良のはんだ付けを行うことができる。

本実施例のはんだ付け装置を示す外観斜視図である。 図１のＡＡ線断面図である。 本実施例の液面昇降機構を示す一部切り欠き斜視図である。 本実施例のパレットを示す断面図である。 本実施例のはんだ付け装置のはんだ液への浸漬工程を示す説明図である。 本実施例のはんだ付け装置のはんだ液からの離脱工程を示す説明図である。

以下に、本発明にかかる実施形態の一例（以下、「本実施例」と称する。）について、図面に基づいて説明する。

図１に図示するＭは、本実施例の概要を示すはんだ付け装置であり、はんだ槽２、基板昇降機構３、及び液面昇降機構５、を主要構成要素として、枠体構成の設置台１によって保持している。

（１）はんだ槽２について
上記はんだ槽２は、上面を開放した矩形の箱体状を成し、枠体状の架台２１によって周囲及び底部側を支持している。はんだ槽２には、溶融はんだ液２２（以下、「はんだ液」と、及びはんだ液面を「液面」と略称する。）を所定深さまで貯留させ、かつその液面２３は、静止状態に維持するようにしている。

また、はんだ槽２の縁部上位付近には、長手方向に沿って、平行に対向配置した２本のガイドレール２５に架設されて、駆動手段（図示省略）により水平移動するスキージ２４を配設している。このスキージ２４は、液面２３に留まる酸化皮膜や金属塵を掻き取るように除去するためのものである。

（２）基板昇降機構３について
次に、上記基板昇降機構３は、前記架台２１に隣接して、前記設置台１に配設した垂直多関節型のロボット３１と、その可動アーム３１ａの先端部に可動自在に取り付けたパレット支持体３２と、から構成している。このパレット支持体３２は、はんだ処理対象の基板４を水平に保持するパレット４１を支持するためのものである。前記ロボット３１は、パレット支持体３２の可動により、支持したパレット４１をはんだ液２２の上位に移動させて、支持した基板４を水平状態又は傾斜状態に維持し、その状態で昇降作動させるものである。

前記パレット支持体３２は、Ｈ字状を成す帯板の各端部の４箇所から垂下状に延びる帯板状のフック３２ａによる係止によって、パレット４１を着脱自在に保持するように構成している。

また前記パレット４１は肉厚板の形態を成し、載置した基板４に実装した電子部品４２のリード４３を、液面２３の側に露出させるための区画した開口部４１ａを形成している。

上記構成の基板昇降機構３は、上記ロボット３１の作動によって基板４を保持したパレット４１を所定速度で昇降させることにより、基板４を設定した速度をもってはんだ液２２へ浸漬及び離脱させることができる。

かかる構成により、パレット４１に保持されて一体化した基板４を、液面２３と所定の対面角を維持しながら垂直上下方向に昇降させることもできる。これと共に、基板４を保持したパレット４１の移送について、前段から次段の行程へ迅速に行うことができる。

（３）液面昇降機構５について
次に、液面昇降機構５は、前記はんだ槽２と前記基板昇降機構３との間の設置台１に配設している。この液面昇降機構５は、はんだ液２２の内部に没入又は引揚げを行う浸漬体としての矩形立体状のフロート５１と、フロート５１を片持ち状に垂下支持する支持部材５２と、該支持材５２を垂直上下方向に移動させる駆動機構５３と、から構成している。

前記フロート５１は、はんだ槽２に対して、前記昇降するパレット４１と干渉しないように、前記ロボット３１の配置側に寄った端部付近に配置している。該フロート５１は、高さ方向に所定の長さを有し、かつ水平断面を同一にした矩形柱体状に形成している。

上記フロート５１は、所定の容積を有しており、はんだ液２２の液面２３からの没入深さを適時に可変させることにより、はんだ液２２の液面２３を上昇又は降下させるものである。そして好ましくは、フロート５１の水平断面を、高さ方向（又は深さ方向）において同一面積とすることにより、フロート５１の引揚げ速度及び没入速度の制御を容易にすることができる。これにより、液面２３の上昇及び降下速度の制御を簡易にすることができる。別言すると、フロート５１の深さ方向の移動速度と、液面２３の昇降速度との同期制御が容易となる。なお、フロート５１の形状と構成は、水平断面積が同一の筒状体であれば、円柱、多角柱状、又は種々の断面形、さらにはこれらの複数個の構成としてもよい。また、フロート５１は一定の容積を占める形態であれば良く、必ずしもはんだ液２２に浮く必要は無い。

前記駆動機構５３を構成する前記フロート５１の前記支持部材５２は、略Ｕ字状に湾曲させた帯板状を成し、その中間部をフロート５１の天面部に取り付けられている。また、支持部材５２の両端部５２ａは、垂直方向に移動する支持ロッド５３ａの上端部に取り付けている。この支持ロッド５３ａは、前記設置台１に立設するように固定した台板５３ｂに所定間隔で対向して配置した保持体５３ｃに上下動可能にして保持されている。また、前記支持ロッド５３ａの下端部同士は、帯板状の移動板５３ｄで連結固定されている。

さらに、この移動板５３ｄの中間付近には、ボールネジ５３ｇを螺合かつ貫通させている。ボールネジ５３ｇは、その上端を前記台板５３ｂの略中間付近に固定した固定板５３ｅと、前記台板５３ｂと共に設置台１への固定部位となる底板５３ｆとの間に、立設状にかつ軸回転自在にして配設されている。そして、このボールネジ５３ｇには、適時に起動される駆動モータ５３ｈと底板５３ｆの裏面側で連繋して軸回転力を伝達している。

上記のように構成した駆動機構５３は、駆動モータ５３ｈに起動させて、これと連繋したボールネジ５３ｇを軸回転させる。この軸回転により、螺合貫通させた移動板５３ｄを回転方向にしたがって上下動することになる。なお、この駆動機構５３は、前記フロート５１の上下動を繊細の制御できる手段であれば、本実施例のボールネジ機構に限定するものではなく、回転角度制御のモータや直動型アクチュエータによる制御機構としてもよい。

（４）本実施例の作用
次に、上記のように構成した本実施例のはんだ付け装置Ｍの制御作用について説明する。

Ａ）基板のはんだ液への浸漬行程
先ず、スキージ２４を作動させて、液面２３から酸化皮膜や金属塵を除去する。

その後に、ロボット３１を起動させ、パレット４１に保持された基板４を、可動アーム３１ａの先端部で保持したパレット支持体３２を介して液面上に移動させる。

次に、基板４のはんだ付け面（下面）を液面２３と面平行に対面させながら、最適な浸漬速度として設定した基板降下速度で降下させる（矢印ａ）。この基板降下速度は、基板４及びパレット４１の液面２３からはんだ液２２への浸漬行程においても、同一速度としている。

上記降下行程において、基板４を保持するパレット４１が、最初に液面２３に接触してはんだ液２２の内部に没入し始めると、液面２３が漸次上昇する（矢印ｂ）。

この過程において、上記パレット４１の液面２３への接触時を契機（又はトリガー）として、液面昇降機構５を起動させて前記フロート５１を漸次引揚げて（矢印ｃ）液面２３を降下（矢印ｄ）させる制御を行う。

かかる制御により、パレット４１の没入行程による液面上昇（矢印ｂ）と、フロート５１の引揚げによる液面降下（矢印ｄ）を相殺させることより、基板４を最適な浸漬速度をもって浸漬させることができる。

なお、上記ロボット３１を用いた基板昇降機構５の制御において、本実施例では、基板下降速度を一定速度に設定しているが、基板４の交換及び搬送の時間を短縮するため、液面近傍までは、より速い速度で移動させるようにしてもよい。

また、液面２３の上昇速度は、フロート５１の没入部５１ａの容積の可変により適宜に設定することができるため、最適浸漬速度は適宜に可変させる制御を行ってもよい。

上記制御の要となるパレット４１の接触した位置の設定は、パレット４１の下端部に接触センサ等を取り付けて、その都度検知するようにしてもよいが、本実施例では予め熱電対などの温度センサ（図示省略）を基板４にセットして、データロガーに熱電対の温度データの変化を保存して置き、同時に基板昇降機構３の動作を開始して、上記保存した温度データの変化と上下方向の移動距離との相関を確認して接触位置を割り出している。この割出した位置をパレット４１の接触位置と規定して、上記液面昇降機構５の起動の契機（又はトリガー）とする手法を採っている。

Ｂ）基板のはんだ液からの離脱行程
はんだ付け処理後のはんだ液２２からの基板４の離脱は、上記のはんだ付け工程時の制御の逆方向の作動制御を行う。

すなわち、ロボット３１を起動させ、浸漬状態のパレット４１に保持しした基板４を、最適な離脱速度として設定した基板上昇速度で上昇させる（矢印ｅ）。なお、この基板上昇速度は、パレット４１の液面２３からの離脱後の引上げ行程においても、同一速度にしている。

上記上昇行程においては、基板４を保持するパレット４１が、液面２３から露出して離脱直前付近からパレット４１の没入容積が漸次減少するため、それに連れて液面２３は漸次降下することとなる（矢印ｆ）。

この過程において、上記パレット４１の液面２３からの離脱開始時を契機として、液面昇降機構５を起動させてフロート５１を押下げるように漸次没入させて（矢印ｇ）、液面２３を上昇（矢印ｄ）させる制御を行う。

かかる制御により、パレット４１の離脱行程による液面降下（矢印ｆ）と、フロート５１の沈降による液面上昇（矢印ｈ）とを相殺させることより、基板４を最適な離脱速度をもって離脱させることができる。

なお、実際の離脱位置の設定は、前記した基板４のはんだ液２２への接触位置の割り出しと同様の手法で行っている。

Ｃ）その他の実施例
上記実施例では、基板４を水平にして液面２３と面平行に対面した状態ではんだ液２２への浸漬と離脱を行っているが、本発明はこれに限定するものではない。

すなわち、パレット４１で保持した基板４を、液面２３に対して傾斜した状態で昇降させ、その状態を維持したままはんだ液２２に浸漬させてもよい。また、離脱においても傾斜状態を維持したまま引揚げるようにしてもよい。さらには、いずれかの行程においてパレット４１を傾斜させるようにしてもよい。

従来の離脱方法では、本発明の特徴である浸漬行程及び離脱行程において、液面２３を積極的に昇降させる手法を採っていないため、傾斜した状態で基板４を上昇させて離脱させた場合、傾斜した基板の上位側と下位側とでは、パレット４１の露出容積の漸次増加により離脱速度が下位側の方が速くなってしまう欠点があった。

かかる欠点を、上述した基板昇降機構３と液面昇降機構５とを適時に連携作動させることを特徴とした本発明により解消することができる。

また、基板４の傾斜状態での浸漬行程においても、上記と同様な効果を奏することができる。

以上から、本発明は、はんだ付け装置の分野において、産業上の利用性が高いものとなっている。

Ｍ はんだ付け装置
１ 設置台
２ はんだ槽
２１ 架台
２２ はんだ液
２３ 液面
２４ スキージ
３ 基板昇降機構
３１ ロボット
３１ａ 可動アーム
３２ パレット支持体
４ 基板
４１ パレット
４３ リード
５ 液面昇降機構
５１ フロート
５２ 支持部材
５３ 駆動機構

Claims (5)

1. 溶融はんだ液を液面静止状態で貯留したはんだ槽と、
   パレットに保持した基板を昇降させて、溶融はんだ液に対して所定速度で浸漬及び離脱させる基板昇降機構と、
   溶融はんだ液へのフロートの没入容積を可変してはんだ液面を昇降させる液面昇降機構と、
   から成り、
   前記液面昇降機構は、前記パレットの溶融はんだ液への接触時を契機としてはんだ液面を降下させる制御、及び前記パレットのはんだ液面からの離脱開始時を契機としてはんだ液面を上昇させる制御を行うことを特徴とする静止型フローはんだ付け装置。
2. 前記液面昇降機構の前記パレットの溶融はんだ液への接触時を契機としてはんだ液面を降下させる制御において、
   前記フロートをはんだ液面から所定深さまで没入させた状態で維持して置き、前記パレットの溶融はんだ液への没入により発生するはんだ液面の上昇を、前記フロートの引揚げによって生じるはんだ液面の降下によって相殺するように制御したことを特徴とする請求項１記載の静止型フローはんだ付け装置。
3. 前記液面昇降機構の前記パレットのはんだ液面からの離脱開始時を契機としてはんだ液面を上昇させる制御において、
   前記フロートをはんだ液面から全部又は一部を露出した状態で維持して置き、前記パレットのはんだ液面からの離脱開始により発生するはんだ液面の降下を、前記フロートの没入によって生じるはんだ液面の上昇によって相殺するように制御したことを特徴とする請求項１記載の静止型フローはんだ付け装置。
4. 前記基板昇降機構が、
   パレットに保持した基板を、はんだ液面に対して平行又は傾斜した状態で昇降させることを特徴とする請求項１、２、又は３記載の静止型フローはんだ付け装置。
5. 前記基板及び又はパレットとはんだ液面との接触位置又は離脱開始位置の設定において、
   基板及び又はパレットに温度センサー、変位センサー、又は距離センサー、を取り付けて置き、基板の昇降移動によって可変する前記センサーからのデータを用いて、基板及び又はパレットのはんだ液面との接触位置又は離脱開始位置を設定することを特徴とする請求項１、２、３、又は４記載の静止型フローはんだ付け装置。

Images