JP6849909B2 - はんだ付け方法、はんだ付け装置、及び噴流ノズルのはんだ濡れの保持方法 - Google Patents
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Description
フローディップ方式は、溶融したはんだ噴流を基板ユニットの幅に形成して、はんだ付けを要する箇所をはんだ噴流に接触させつつ通過させることで、はんだ付けを一括して行う方法である。この方式は、大量のはんだを使用するために、はんだの酸化(スラグ化)が多く、使用するはんだ量が多くなるほど、廃却はんだが多くなるという問題がある。
例えば、車載向けのプリント板ユニットでは、外部接続のためのコネクタがはんだ付けの対象である。このような特定箇所のはんだ付けを行うには、フローディップ方式を用いたのでは、不要部分へのはんだ噴流の付着や、大量のはんだ廃却につながる。
局所噴流ノズルを用いたはんだ付け方法では、はんだ付けが必要な部分のみにはんだ噴流を走査させることで、特定箇所のはんだ付けを可能にしている。この方法では、局所ノズル(φ14mm程度)の先端から約4mm程度の噴流が必要なだけであるために、基板幅を網羅するはんだ噴流を発生させるのに比べて、はんだの使用量が約1/10と少ない。そのため、酸化により廃却されるはんだが少ない。
局所噴流ノズルを用いる方法では、通常、常時はんだ噴流が噴流ノズルから噴出しているわけではなく、一定の時間噴出が行われた後、一定の時間の停止を行う。それを繰り返しながら、はんだ付けが行われる。そして、停止の際に、噴流ノズルの外周側面のはんだ濡れ性が低下する。
しかし、この提案の技術では、はんだ濡れ不良自体を防ぐことはできない。そのため、はんだ濡れ不良が発生した場合には、フラックス等によりノズルの清掃を行い、はんだ濡れ性を回復させる必要がある。はんだ濡れ性を回復させる作業は、はんだ付けを停止して行われるため、はんだ付けの作業効率を低下させる。
1つの態様では、はんだ付け方法は、
噴流ノズルからはんだ噴流を間欠的に噴出させてはんだ付け対象物のはんだ付けを行うはんだ付け方法であって、
前記噴流ノズルからの前記はんだ噴流の噴出を停止させた際に、前記噴流ノズルの外周側面にガスを吹き付ける。
はんだ付け対象物のはんだ付けを行うはんだ付け装置であって、
噴流ノズルを有し、前記噴流ノズルからはんだ噴流を間欠的に噴出させる手段と、
前記噴流ノズルの外周側面にガスを吹き付ける手段とを有する。
噴流ノズルからはんだ噴流を間欠的に噴出させてはんだ付け対象物のはんだ付けを行うはんだ付け方法に用いる前記噴流ノズルのはんだ濡れの保持方法であって、
前記噴流ノズルからの前記はんだ噴流の噴出を停止させた際に、前記噴流ノズルの外周側面にガスを吹き付ける。
開示のはんだ付け装置によれば、従来における前記諸問題を解決することができ、はんだ付けの作業効率が良好なはんだ付け装置を提供できる。
開示の噴流ノズルのはんだ濡れの保持方法によれば、従来における前記諸問題を解決することができ、噴流ノズルのはんだ濡れ性を保つことができる。
開示のはんだ付け方法は、噴流ノズルからはんだ噴流を間欠的に噴出させてはんだ付け対象物のはんだ付けを行うはんだ付け方法である。
開示のはんだ付け装置は、はんだ付け対象物のはんだ付けを行うはんだ付け装置である。
開示の噴流ノズルのはんだ濡れの保持方法は、噴流ノズルからはんだ噴流を間欠的に噴出させてはんだ付け対象物のはんだ付けを行うはんだ付け方法に用いる。
前記はんだ付け方法は、例えば、前記はんだ付け装置により行うことができる。
前記はんだ付け装置は、例えば、噴出手段と、ガス吹付手段とを有し、更に必要に応じて、同期手段などのその他の手段を有する。
以下に、前記はんだ付け方法、前記はんだ付け装置、及び前記噴流ノズルのはんだ濡れの保持方法について説明する。
なお、前記はんだ付け装置の構成の説明を行いつつ、前記はんだ付け方法、及び前記噴流ノズルのはんだ濡れの保持方法についても説明する。
図1に示す、噴流ノズル1の外周側面の濡れ不良箇所1aにおいては、はんだ噴流2が流れず、はんだ噴流の形状が不均一になる。
その濡れ不良箇所1aでは、図2に示すように、薄い被膜が形成されており、それは、図3に示すように、錫酸化物(SnOx)が主成分である。なお、ここでは、はんだとして、SnAgCuはんだを用いている。また、元素分析は、蛍光X線分析により行った。
濡れ不良箇所1aでは、はんだ噴流の噴出を停止後、噴出を再開させた際に、濡れ不良を起こし、その箇所ははんだ噴流が流れない。
なお、図3及び図5において、スパッタ時間1分間は、厚み約5.1nmのスパッタリングに相当する。
図4の断面写真及び図5の元素分析結果から、噴流ノズル1(鉄鋼製)の外周側面にはんだ噴流に由来するはんだ2aの厚い膜が形成されていることが確認できる。更に、はんだ2aの中には、はんだ噴流及び噴流ノズルにより形成される合金2b(FeSn2)も形成されている。酸化物(SnOx)は前記膜のごく表面にのみ観察される。
前記噴流ノズルの外周側面に付着したはんだにより、前記噴流ノズルの外周側面は保護され、前記噴流ノズルの外周側面のはんだ噴流に対する濡れ性が保たれる。
そして、はんだ噴流の噴出を開始させると、前記噴流ノズルの外周側面に付着した前記はんだは、はんだ噴流とともに流れ落とされる。そのとき、前記合金が存在し、その合金の融点が前記はんだ噴流の温度よりも低い場合には、はんだ噴流の噴出を開始させると、前記合金が早くに溶融するため、前記噴流ノズルの外周側面に付着した前記はんだが流れ落とされ易くなる。
前記噴出手段としては、噴流ノズルを有し、前記噴流ノズルからはんだ噴流を間欠的に噴出させる手段であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記噴出手段は、例えば、前記噴流ノズルと、はんだ槽と、はんだ流供給部とを有する。
具体的には、Sn−Bi系はんだ、Sn−In系はんだ、Sn−Cu系はんだ、Sn−Zn系はんだ、Sn−Ag系はんだ、Sn−Au系はんだ、Sn−Pb系はんだ、Sn−Sb系はんだ、Sn−Bi−Ag系はんだ、Sn−Ag−Cu系はんだ、Sn−Bi−Cu系はんだ、Sn−Zn−Bi系はんだ、Sn−Bi−In系はんだ、Sn−Ag−In系はんだ、Sn−Ag−In−Bi系はんだ、Sn−Cu−Ni系はんだ、Sn−Cu−Ni−Ge系はんだ、Sn−Ag−Cu−Ni−Ge系はんだなどが挙げられる。
これらの中でも、Sn−Ag−Cu(例えば、Sn−3.0Ag−0.5Cu)系はんだ、Sn−Ag(例えば、Sn−3.5Ag)系はんだが好ましい。
前記噴流ノズルの口径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、直径10mm〜20mmなどが挙げられる。なお、前記噴流ノズルの開口の形状は、円形にかぎらず、例えば、矩形であってもよい。
前記噴流ノズルの外周側面の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、厚すぎると、ガスの吹き付けの際の冷却効率が低下することがあり、薄すぎると、はんだの侵食により穴が生じることがあるため、0.1mm〜1.0mmが好ましく、0.3mm〜0.7mmがより好ましい。
前記噴流ノズルの材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、鉄鋼などが挙げられる。
また、前記はんだ流供給部は、ポンプに代えて、ガスを前記はんだ槽に圧送する圧縮機を有していてもよい。前記圧縮機によってガスを前記はんだ槽に圧送することによって、前記溶融はんだのはんだ流を形成することができる。
前記ガス吹付手段としては、前記噴流ノズルの外周側面にガスを吹き付ける手段であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ガスを吹き出すガス吹出しノズルと、圧縮ガスを生成する圧縮機とを有する。
また、異なる観点からは、前記ガスを前記噴流ノズルの外周側面に吹き付ける際には、前記噴流ノズルの温度を、はんだの融点以下に低下させることが好ましく、前記合金の融点以下に低下させることがより好ましい。
前記噴流ノズルの外周側面に付着したはんだにより、前記噴流ノズルの外周側面は保護され、前記噴流ノズルの外周側面のはんだ噴流に対する濡れ性が保たれる。
更に、前記噴流ノズルの外周側面には、前記はんだ噴流及び前記噴流ノズルにより形成される合金が形成されることが好ましい。そして、前記合金の融点は、前記はんだ噴流の温度より低いことが好ましい。そうすることにより、はんだ噴流の噴出を開始させると、前記合金が早くに溶融するため、前記噴流ノズルの外周側面に付着した前記はんだが流れ落とされ易くなる。
前記噴流ノズルを挟んで対向する2つの位置から行われる際には、2つの前記吹出ノズルが、前記噴流ノズルを挟んで対向配置される。
前記ガスの吹き付けは、前記はんだ噴流の停止と同期して行われることが好ましい。そうすることにより、前記噴流ノズルの外周側面への前記はんだの付着を確実に行うことができる。
前記同期は、例えば、前記同期手段によって行われる。
前記同期手段としては、前記はんだ噴流の停止と前記ガスの吹き付けとを同期させる手段であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、制御部などが挙げられる。前記同期手段としての制御部は、前記噴出手段に対して前記はんだ噴流の停止を指示する際に、前記ガス吹付手段に対して前記ガスの吹き付けを指示する。
図7は、図6のはんだ付け装置に、プリント基板が配置された状態を示す概略図である。
図8は、はんだ噴流の噴出を停止させた際に、噴流ノズルの外周側面にガスを吹き付けたときの様子を示す概略図である。
この一態様では、プリント基板11のスルーホールと、電子部品12のピン12aとをはんだ付けする。
図6〜図8に示すはんだ付け装置は、噴出手段と、ガス吹付手段と、制御部7とを有する。
噴出手段は、噴流ノズル1と、はんだ槽3と、不図示のポンプとを有する。
ガス吹付手段は、2つのガス吹出しノズル4と、圧縮機5と、ガス配管6とを有する。2つのガス吹出しノズル4は、噴流ノズル1を挟んで対向している。
圧縮機5は、制御部7と配線8により接続されており、圧縮機5による圧縮ガスの生成は、制御部7により制御される。
不図示のポンプは、制御部7と配線9により接続されており、ポンプの動作は制御部7により制御される。
はんだ噴流2を噴流ノズル1から噴出させている間に、はんだ噴流2に、プリント基板11のスルーホールを走査させる。スルーホールには、電子部品12のピン12aが挿入されている。そして、噴流ノズル1の先端から噴出しているはんだ噴流2にスルーホール及びピン12aを接触させることで、スルーホール及びピン12aがはんだ付けされる(図7)。なお、走査は、噴出手段を移動させることにより行ってもよいし、プリント基板を移動させることにより行ってもよい。
この際に、噴流ノズル1の外周側面の濡れ性が悪く、噴流ノズル1から噴出されるはんだ噴流2の形状が不均一であると、他部品へのはんだの付着や、はんだ引きが行われないことによるピン間のショートが発生する。
この際、はんだ噴流2の噴出の停止と、ガスの吹出しとを、制御部7を用いて同期させて行うことにより、確実に噴流ノズル1の外周側面にはんだ2aを付着させることができる。
図9に示すように、ガス吹き付けを行わなかった場合には、噴流ノズルの温度の低下は非常に緩やかであり、はんだ噴流の停止後30秒経っても、280℃程度である。それに対して、ガス吹き付けを行った場合には、8秒後には噴流ノズルの温度が100℃低下した。即ち、噴流ノズルにガス吹き付けることで、噴流ノズルの外周側面の温度が低下する。そうすることにより、はんだ噴流の噴出の停止後に外周側面を伝わって流れ落ちているはんだ噴流が冷却され、はんだが噴流ノズルの外周側面に付着する。このはんだは、噴流ノズルの外周側面の濡れ不良を防止する。
(付記1)
噴流ノズルからはんだ噴流を間欠的に噴出させてはんだ付け対象物のはんだ付けを行うはんだ付け方法であって、
前記噴流ノズルからの前記はんだ噴流の噴出を停止させた際に、前記噴流ノズルの外周側面にガスを吹き付けることを特徴とするはんだ付け方法。
(付記2)
前記噴流ノズルからの前記はんだ噴流の噴出を停止させた際に、前記噴流ノズルの外周側面にガスを吹き付け、前記噴流ノズルの外周側面に、前記はんだ噴流に由来するはんだを付着させる付記1に記載のはんだ付け方法。
(付記3)
前記噴流ノズルからの前記はんだ噴流の噴出を停止させた際に、前記噴流ノズルの外周側面にガスを吹き付け、前記噴流ノズルの外周側面に、前記はんだ噴流に由来するはんだと、前記はんだ噴流及び前記噴流ノズルにより形成される合金とを付着させる付記1に記載のはんだ付け方法。
(付記4)
前記合金の融点が、前記はんだ噴流の温度よりも低い付記3に記載のはんだ付け方法。
(付記5)
前記ガスの吹き付けが、前記はんだ噴流の停止と同期して行われる付記1から4のいずれかに記載のはんだ付け方法。
(付記6)
前記ガスの吹き付けが、2箇所以上から行われる付記1から5のいずれかに記載のはんだ付け方法。
(付記7)
前記ガスの吹き付けが、前記噴流ノズルを挟んで対向する2つの位置から行われる付記1から5のいずれかに記載のはんだ付け方法。
(付記8)
前記ガスの吹き付けにより、前記噴流ノズルの温度を、前記はんだ噴流のはんだの融点以下に低下させる付記1から7のいずれかに記載のはんだ付け方法。
(付記9)
前記ガスの吹き付けにより、前記噴流ノズルの温度を、前記合金の融点以下に低下させる付記3から4のいずれかに記載のはんだ付け方法。
(付記10)
前記噴流ノズルの材質が、鉄鋼である付記1から9のいずれかに記載のはんだ付け方法。
(付記11)
前記はんだ噴流のはんだが、Sn−Ag−Cu系はんだである付記1から10のいずれかに記載のはんだ付け方法。
(付記12)
前記噴流ノズルの材質が、鉄鋼であり、
前記はんだ噴流のはんだが、Sn−Ag−Cu系はんだであり、
前記合金が、SnFe2である付記3から4のいずれかに記載のはんだ付け方法。
(付記13)
はんだ付け対象物のはんだ付けを行うはんだ付け装置であって、
噴流ノズルを有し、前記噴流ノズルからはんだ噴流を間欠的に噴出させる手段と、
前記噴流ノズルの外周側面にガスを吹き付ける手段とを有することを特徴とするはんだ付け装置。
(付記14)
更に、前記はんだ噴流の停止と前記ガスの吹き付けとを同期させる手段を有する付記13に記載のはんだ付け装置。
(付記15)
前記ガスを吹き付ける手段が、ガスを吹き出す吹出しノズルを2つ以上有する付記13から14のいずれかに記載のはんだ付け装置。
(付記16)
前記ガスを吹き付ける手段が、ガスを吹き出す吹出しノズルを2つ有し、
2つの前記吹出しノズルが、前記噴流ノズルを挟んで対向配置される付記13から14のいずれかに記載のはんだ付け装置。
(付記17)
噴流ノズルからはんだ噴流を間欠的に噴出させてはんだ付け対象物のはんだ付けを行うはんだ付け方法に用いる前記噴流ノズルのはんだ濡れの保持方法であって、
前記噴流ノズルからの前記はんだ噴流の噴出を停止させた際に、前記噴流ノズルの外周側面にガスを吹き付けることを特徴とする噴流ノズルのはんだ濡れの保持方法。
(付記18)
前記噴流ノズルからの前記はんだ噴流の噴出を停止させた際に、前記噴流ノズルの外周側面にガスを吹き付け、前記噴流ノズルの外周側面に、前記はんだ噴流に由来するはんだを付着させる付記17に記載の噴流ノズルのはんだ濡れの保持方法。
(付記19)
前記噴流ノズルからの前記はんだ噴流の噴出を停止させた際に、前記噴流ノズルの外周側面にガスを吹き付け、前記噴流ノズルの外周側面に、前記はんだ噴流に由来するはんだと、前記はんだ噴流及び前記噴流ノズルにより形成される合金とを付着させる付記17に記載の噴流ノズルのはんだ濡れの保持方法。
(付記20)
前記合金の融点が、前記はんだ噴流の温度よりも低い付記19に記載の噴流ノズルのはんだ濡れの保持方法。
1a 濡れ不良箇所
2 はんだ噴流
2a はんだ
2b 合金
2d 溶融はんだ
3 はんだ槽
4 ガス吹出しノズル
5 圧縮機
6 ガス配管
7 制御部
8 配線
9 配線
11 プリント基板
12 電子部品
12a ピン
Claims (9)
- 噴流ノズルからはんだ噴流を間欠的に噴出させてはんだ付け対象物のはんだ付けを行うはんだ付け方法であって、
前記噴流ノズルからの前記はんだ噴流の噴出を停止させた際に、前記噴流ノズルの外周側面にガスを吹き付け、前記噴流ノズルの外周側面に、前記はんだ噴流に由来するはんだを付着させることを特徴とするはんだ付け方法。 - 前記噴流ノズルからの前記はんだ噴流の噴出を停止させた際に、前記噴流ノズルの外周側面にガスを吹き付け、前記噴流ノズルの外周側面に、前記はんだ噴流に由来するはんだと、前記はんだ噴流及び前記噴流ノズルにより形成される合金とを付着させる請求項1に記載のはんだ付け方法。
- 前記合金の融点が、前記はんだ噴流の温度よりも低い請求項2に記載のはんだ付け方法。
- 前記ガスの吹き付けが、前記はんだ噴流の停止と同期して行われる請求項1から3のいずれかに記載のはんだ付け方法。
- 前記ガスの吹き付けが、2箇所以上から行われる請求項1から4のいずれかに記載のはんだ付け方法。
- 前記ガスの吹き付けが、前記噴流ノズルを挟んで対向する2つの位置から行われる請求項1から4のいずれかに記載のはんだ付け方法。
- はんだ付け対象物のはんだ付けを行うはんだ付け装置であって、
噴流ノズルを有し、前記噴流ノズルからはんだ噴流を間欠的に噴出させる手段と、
前記噴流ノズルの外周側面にガスを吹き付け、前記噴流ノズルの外周側面に、前記はんだ噴流に由来するはんだを付着させる手段とを有することを特徴とするはんだ付け装置。 - 更に、前記はんだ噴流の停止と前記ガスの吹き付けとを同期させる手段を有する請求項7に記載のはんだ付け装置。
- 噴流ノズルからはんだ噴流を間欠的に噴出させてはんだ付け対象物のはんだ付けを行うはんだ付け方法に用いる前記噴流ノズルのはんだ濡れの保持方法であって、
前記噴流ノズルからの前記はんだ噴流の噴出を停止させた際に、前記噴流ノズルの外周側面にガスを吹き付け、前記噴流ノズルの外周側面に、前記はんだ噴流に由来するはんだを付着させることを特徴とする噴流ノズルのはんだ濡れの保持方法。
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