JP7035793B2 - はんだ付け装置、及び、はんだ付け方法 - Google Patents

はんだ付け装置、及び、はんだ付け方法 Download PDF

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本発明は、はんだ付け装置、及び、はんだ付け方法に関する。
従来、はんだマスクを利用してワークの所定の部位にはんだを付けることが可能なはんだ付け装置が知られている。例えば、特許文献1には、ワークを搬送可能なロボット、はんだ液が貯留されているはんだ槽、及び、はんだ液の液面の天方向に設けられるはんだマスクを備えるはんだ付け装置が記載されている。
特開平11-245027号公報
特許文献1に記載のはんだ付け装置では、ロボットによってワークをはんだ槽に対して天地方向に移動し、はんだマスクが有する開口を通してワークの所定の部位をはんだ槽内のはんだ液に浸漬させ、当該所定の部位にはんだ付けする。しかしながら、特許文献1に記載のはんだ付け装置では、はんだ付けされたワークをはんだ液から引き上げて上方に移動するとき、ワークに付着したはんだ液の余剰分がワークに付着したままとなっている。このため、はんだ液の余剰分がワークから取り除かれない限りワークを移動させることができないため、はんだ付け工程の時間が比較的長くなる。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、はんだ付け工程の時間を短縮可能なはんだ付け装置、及び、はんだ付け方法を提供することにある。
本発明は、ワーク(3)にはんだ付けが可能なはんだ付け装置であって、パレット(10)、搬送部(20)、はんだ槽(30)、はんだマスク(40)、及び、付勢部材(53,63)を備える。
パレットは、ワークを搭載可能である。
搬送部は、パレットを重力方向に対して傾いた状態で搬送可能である。
はんだ槽は、ワークのはんだ付けされる所定の部位を浸漬可能なはんだ液(300)を貯留する。
はんだマスクは、はんだ槽の天方向に位置する。
付勢部材は、はんだマスクを支持し、はんだマスクがはんだ液の液面(31)から離れるようはんだマスクを付勢する。
本発明のはんだ付け装置は、はんだマスクが、はんだマスクに当接しているワークが移動するとワークに追従して移動する。
はんだマスクは、ワークの所定の部位にはんだ液を導くことが可能な導入口(400)、及び、はんだマスクとはんだ液の液面との間に不活性ガスを供給可能なガス供給口(410)を有する。
ガス供給口と導入口との間に位置するはんだマスクの端面(411,413)は、ガス供給口から導入口に向かうにしたがって天方向に向かうよう形成されている。
本発明のはんだ付け装置では、搬送部は、ワークを搭載可能なパレットを重力方向に対して傾いた状態で搬送可能なよう形成されている。また、はんだマスクは、付勢部材によって支持されており、はんだマスクに当接しているワークが移動するとワークに追従して移動する。これにより、ワークの所定の部位をはんだ液に浸漬させた後ワークをはんだ液から引き上げるとき、搬送部によってパレットごとワークを重力方向に対して傾かせることによってはんだマスクも追従して傾き、重力を利用してワークに付着しているはんだ液の余剰分を落とすことができる。したがって、本発明のはんだ付け装置は、はんだ液の余剰分を迅速にワークから取り除くことができるため、はんだ付け工程の時間を短縮することができる。
また、本発明は、ワークにはんだ付けするはんだ付け方法であって、浸漬工程、引き上げ工程、及び、液切り工程を含む。
浸漬工程では、はんだ槽(30)に貯留されているはんだ液(300)の天方向に位置しはんだ液の液面(31)から離れるよう付勢部材(53)によって支持されているはんだマスク(40)にワークを当接し、当該ワークを搭載するパレット(10)を地方向に移動することによってワークのはんだ付けされる所定の部位をはんだ液に浸漬する。
引き上げ工程では、所定の部位がはんだ液に浸漬されているワークをパレットとともにはんだ液から天方向に引き上げる。
液切工程では、はんだマスクがはんだ液の液面(31)から離れるときパレットを重力方向に対して傾いた状態で天方向に移動する。
はんだマスクは、ワークの所定の部位にはんだ液を導くことが可能な導入口(400)、及び、はんだマスクとはんだ液の液面との間に不活性ガスを供給可能なガス供給口(410)を有する。
ガス供給口と導入口との間に位置するはんだマスクの端面(411,413)は、ガス供給口から導入口に向かうにしたがって天方向に向かうよう形成されている。
本発明のはんだ付け方法では、ワークの所定の部位をはんだ液に浸漬した後ワークをはんだ液から引き上げるとき、ワークを搭載しているパレットを重力方向に対して傾いた状態で天方向に移動する。これにより、付勢部材によって支持されているはんだマスクは、ワークに追従して傾くため、重力を利用してワークに付着しているはんだ液の余剰分をワークから取り除くことができる。したがって、本発明のはんだ付け方法は、はんだ付け工程の時間を短縮することができる。
一実施形態によるはんだ付け装置の模式図である。 図1のII矢視図である。 一実施形態によるはんだ付け装置が備えるはんだ槽の断面図である。 一実施形態によるはんだ付け装置が備えるはんだマスクの模式図である。 一実施形態によるはんだ付け方法のフローチャートである。 一実施形態によるはんだ付け装置の作用を説明する模式図である。 一実施形態によるはんだ付け装置の作用を説明する模式図であって、図6とは異なる状態の模式図である。
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
(一実施形態)
一実施形態によるはんだ付け装置を図1~4に基づいて説明する。一実施形態によるはんだ付け装置1は、例えば、「ワーク」としての基板3のはんだ付けされる所定の部位に、はんだ液300への基板3の浸漬によってはんだ付けすることが可能な装置である。一実施形態によるはんだ付け装置1は、パレット10、「搬送部」としての搬送ロボット20、はんだ槽30、はんだマスク40、及び、はんだマスク支持部50,60を備える。図2,3,6,7には、はんだ付け装置1の天方向及び地方向を矢印で示す。
パレット10は、基板3を搭載可能に形成されている。パレット10は、図3に示すように、上パレット11、及び、下パレット12の二つの部材から形成されている。上パレット11と下パレット12とは、基板3を挟み込むことによって基板3を支持する。下パレット12には、基板3のはんだ付けされる側の面であるはんだ付け面4が露出するよう形成されている開口100を有する。
パレット10は、はんだ付け装置1のベース6上に設けられている二つのレール7,8、及び、レール7とレール8とを接続する接続レール9上を移動可能である。
レール7上では、図1に示すように、はんだ槽30とは反対側から、パレット10にはんだ付けされる前の基板3が搬入される(白抜き矢印F7)。レール7上のパレット10では、図示しない装置によって、基板3のはんだ付け面4のはんだ付けされる所定の部位にフラックスが塗布されるとともに基板3をはんだ付けに最適な温度まで予備加熱する。レール7のはんだ槽30側まで移動したパレット10は、搬送ロボット20によってチャッキングされる。
レール8上では、はんだ槽30側において、搬送ロボット20によってチャッキングされているパレット10がはんだ槽30でのはんだ付けの後、戻される。レール8上のパレット10は、はんだ槽30とは反対側に移動し、はんだ槽30とは反対側から、はんだ付けされた後の基板3が搬出される(白抜き矢印F8)。
接続レール9は、レール7のはんだ槽30とは反対側とレール8のはんだ槽30とは反対側とを接続するよう形成されている。接続レール9では、レール8からレール7に向かって基板3が搭載されていないパレット10が移動可能である。
搬送ロボット20は、例えば、6軸ロボットであって、複数のアーム21、ハンド22(図3参照)、及び、ケーシング23を有する。搬送ロボット20は、レール7上、はんだ槽30の天方向、及び、レール8上の間を、チャッキングしているパレット10を移動することが可能である。また、搬送ロボット20は、チャッキングしているパレット10を「重力方向」としての天地方向に対して傾けることが可能である。
複数のアーム21は、複数の関節211によって連結されている。アーム21は、ハンド22及びケーシング23を支持する。
ハンド22は、アーム21の先端に設けられる。ハンド22は、図3に示すように、二つの上側ハンド221、及び、二つの下側ハンド222を有する。上側ハンド221は、上パレット11の天側の端面に当接可能に形成されている。下側ハンド222は、上側ハンド221に対して相対移動可能に設けられ、下パレット12の地側の端面に当接可能されている。
ケーシング23は、地方向に開口を有するよう形成されている。ケーシング23は、はんだマスク40を収容可能な大きさの空間を有し、ハンド22にチャッキングされているパレット10及びはんだマスク40を覆うことが可能である。
はんだ槽30は、はんだ付け装置1のベース6上に設けられている。はんだ槽30は、はんだ液300を貯留可能に形成されている。
はんだ槽30は、図3に示すように、「不活性ガス」としての窒素ガスを流通可能な窒素配管35を有する。窒素配管35は、外部の図示しない窒素タンクとケーシング23とを接続している。窒素配管35は、図3に示すように、はんだ槽30内において螺旋状に形成されている。窒素配管35を流れる窒素ガスは、比較的高温となっているはんだ液300によって加熱される。はんだ液300によって加熱された窒素ガスは、ケーシング23内に導入される。
はんだマスク40は、はんだ槽30に貯留されているはんだ液300の天方向に位置する略板状の部材である。はんだマスク40は、基部41、筒部42、側壁部43、及び、「はんだマスクの異なる部位」としての二つのマスク側係合部44,45を有する。基部41、筒部42、側壁部43、マスク側係合部44,45は、一体に形成されている。
基部41は、平板状の部位であって、はんだ液300の液面31に対して略平行となるよう設けられている。基部41は、導入口400、及び、複数のガス供給口410を有する。
導入口400は、基部41の略中央において基部41を天地方向に貫通するよう形成されている。導入口400は、筒部42が有する通孔420に連通している。導入口400は、基板3のはんだ付けされる所定の部位に、はんだ液300を導くことが可能である。
ガス供給口410は、導入口400とは異なる位置に、基部41を天地方向に貫通するよう形成されている。本実施形態では、ガス供給口410は、二つ形成されている。ガス供給口410は、基部41とはんだ液300の液面31との間に窒素配管35を流れる窒素ガスを供給可能である。
基部41のはんだ液300の液面31側の端面は、はんだマスク40を地方向からみた模式図である図3のように,一部が凹状に形成されている。具体的には、基部41のはんだ液300の液面31側には、四つの傾斜面411,412,413,414を有する。傾斜面411,412,413,414は、導入口400の周囲に設けられ、導入口400から離れるにしたがって地方向に向かうよう形成されている。傾斜面411,413には、ガス供給口410が形成されている。傾斜面411,413は、特許請求の範囲に記載の「ガス供給口と導入口との間に位置するはんだマスクの端面」に相当する。
筒部42は、基部41の天側に設けられる。筒部42は、通孔420を形成する。通孔420の導入口400に連通する側とは反対側には、開口421を有する。開口421を形成する当接面422は、基板3のはんだ付け面4に当接すると、通孔420の液密を維持するよう形成されている。
側壁部43は、基部41の周縁部から天方向に延びるよう形成されている。側壁部43は、基部41とともに、パレット10をチャッキングしているハンド22を収容可能な空間を形成する。
マスク側係合部44,45は、基部41の長手方向の端部に設けられている側壁部43の基部41とは反対側に形成されている。マスク側係合部44,45は、側壁部43から見て導入口400とは反対の方向に延びるよう形成されている。マスク側係合部44,45は、それぞれ異なるはんだマスク支持部50,60に係合可能である。
はんだマスク支持部50は、支柱51、支柱側支持部52、「付勢部材」としてのばね53、及び、支持部側係合部54を有する。はんだマスク支持部60は、支柱61、支柱側支持部62、「付勢部材」としてのばね63、及び、支持部側係合部64を有する。本実施形態では、はんだマスク支持部50とはんだマスク支持部60とは、はんだ槽30を挟むよう設けられている。
支柱51,61は、はんだ槽30の外側において、ベース6から天方向に延びるよう形成されている。
支柱側支持部52,62は、それぞれ支柱51,61に設けられ、支柱51,61に対して任意の位置に固定可能に形成されている。支柱側支持部52,62は、図3に示すように、はんだ槽30の天方向に位置する。支柱側支持部52,62のいずれかには、任意のタイミングではんだ液300の液面31の高さを検出することが可能な液面検出部を設けることが可能である。
ばね53は、一端が支柱側支持部52の地方向の端面521に支持されている。また、他端は、支持部側係合部54の天方向の端面541に支持されている。ばね53は、支持部側係合部54を天方向に付勢する付勢力を発生する。
ばね63は、一端が支柱側支持部62の地方向の端面621に支持されている。また、他端は、支持部側係合部64の天方向の端面641に支持されている。ばね63は、支持部側係合部64を天方向に付勢する付勢力を発生する。
支持部側係合部54は、天方向の端面541がマスク側係合部44の地方向の端面441が当接可能に形成されている。
支持部側係合部64は、天方向の端面641がマスク側係合部45の地方向の端面451が当接可能に形成されている。
はんだマスク支持部50,60は、はんだマスク40を天地方向に移動可能なよう支持する。このとき、はんだマスク支持部50,60は、二本のばね53,63によってはんだマスク40がはんだ液300の液面31から離れるようはんだマスク40を付勢する。これにより、はんだマスク40にばね53以外の外力が作用していないとき、図3に示すように、はんだマスク40は、液面31から離れた場所に位置している。
次に、はんだ付け装置1によるはんだ付け方法について、図5~7に基づいて説明する。図5には、はんだ付け方法のフローチャートを示す。図6,7は、はんだ付け方法における異なる工程でのはんだ付け装置1の状態を示す模式図である。なお、図6,7では、説明の便宜上、窒素配管35を省略してある。
最初に、ステップ(以下、単に「S」という)11において、レール7上のパレット10を搬送ロボット20のハンド22によってチャッキングする。
次に、S12において、搬送ロボット20は、チャッキングしたパレット10をはんだ槽30の天方向に移動する。
次に、「浸漬工程」としてのS13において、基板3をパレット10ごとはんだ液300に浸漬する。S12においてはんだ槽30の天方向に移動した基板3を搭載するパレット10を地方向に移動し、基板3をはんだマスク40に当接させる。このとき、搬送ロボット20は、基板3のはんだ付け面4のはんだ付けされる所定の部位をはんだマスク40の当接面422に当接させる。搬送ロボット20は、はんだマスク40に当接したパレット10をさらに地方向に移動し、はんだマスク支持部50のばね53を伸長させ、図6に示すように、当接面422がはんだ液300の液面31に比べベース6側となるまで、パレット10及びはんだマスク40を地方向に移動する。
当接面422がはんだ液300の液面31に比べベース6側となるとき、はんだマスク40の基板3やパレット10が位置する側には、はんだマスク40の基部41及び側壁部43によってはんだ液300が侵入することを防止する。これにより、はんだマスク40の開口421から露出しているはんだ付け面4の所定の部位のみがはんだ液300に浸漬し、はんだ付けが行われる。
次に、「引き上げ工程」としてのS14において、はんだ液300に浸漬している基板3をパレット10とともに天方向に移動する。パレット10が天方向に移動すると、はんだマスク40は、ばね53の付勢力によって天方向に移動する。これにより、基板3,パレット10、及び、はんだマスク40は、はんだ液300から引き上げられる。このとき、窒素配管35によって供給される窒素ガスは、ケーシング23内及びガス供給口410を通ってはんだマスク40とはんだ液300の液面31との間に導入される。はんだマスク40とはんだ液300の液面31との間に導入された窒素ガスは、傾斜面411,413に沿って導入口440に導入され、はんだ付けされた部位に供給される。
次に、「液切り工程」としてのS15において、はんだマスク40がはんだ液300の液面31から離れるとき、パレット10を天地方向に対して傾ける。S15では、図7に示すように、はんだマスク40がはんだ液300の液面31から離れるとき、パレット10を傾け、天地方向に対して傾いた状態を維持しつつ基板3及びパレット10を天方向に移動する。ここで、「重力方向に対して傾いた状態」とは、基板3の周縁部のはんだ液300の液面31からの高さが異なることを意味する。例えば、図7に示すように、マスク側係合部44の液面31からの高さが、マスク側係合部45の液面31からの高さに比べ低くなっていることを指す。基板3及びパレット10を天地方向に対して傾いた状態を維持しつつ移動すると、基板3が当接しているはんだマスク40は基板3に追従して天地方向に対して傾いた状態を維持しつつ移動する。これにより、基板3に付着しているはんだ液の余剰分は、重力によって地方向に移動し、はんだ槽30内に落下する。
搬送ロボット20は、はんだ液300から引き上げられた基板3を搭載するパレット10をレール8に戻す。レール8に戻されたパレット10は、はんだ槽30とは反対の方向に移動し、はんだ付けされた基板3は搬出される。
一実施形態によるはんだ付け装置1では、搬送ロボット20は、基板3を搭載可能なパレット10を天地方向に対して傾いた状態で搬送可能なよう形成されている。また、基板3をはんだ液300に浸漬するとき、基板3の所定の部位にはんだ液300を付着させるはんだマスク40は、ばね53によって支持されており、はんだマスク40に当接している基板3が移動すると基板3に追従して移動する。これにより、基板3の所定の部位をはんだ液300に浸漬させたあと基板3をはんだ液300から引き上げるとき、搬送ロボット20によってパレット10ごと基板3を天地方向に対して傾かせることによってはんだマスク40も追従して傾き、重力を利用して基板3に付着しているはんだ液の余剰分を落とすことができる。したがって、一実施形態は、はんだ液の余剰分を迅速に基板3から取り除くことができるため、はんだ付け工程の時間を短縮することができる。
また、従来、基板3の所定の部位にはんだ付けをした後基板3をはんだ液300から引き上げるとき、はんだ液の余剰分を取り除くための待ち時間が比較的長くなっていた。しかしながら、一実施形態によるはんだ付け装置1では、はんだ液の余剰分を取り除くための待ち時間を短縮することができるため、同じサイクルタイムの場合、はんだ付け前に基板3を予備加熱する時間を十分に確保することができる。これにより、はんだの濡れ性を確保することができる。また、予備加熱する時間を同じ時間とする場合、サイクルタイムを短縮することができる。
一実施形態によるはんだ付け装置1では、はんだマスク40を支持する二つのばね53,63を有する。二つのばね53,63は、それぞれ異なる支持部側係合部54,64を介してはんだマスク40を支持している。これにより、搬送ロボット20が基板3を搭載するパレット10を天地方向に対して傾けると、はんだマスク40もパレット10の傾きに追従して傾けることができる。したがって、パレット10を傾けたときに地方向に移動するはんだ液の余剰分がはんだ付けを予定していない部位に付着することを防止できる。
一実施形態によるはんだ付け装置1では、基板3へのはんだ付け後に窒素ガスが傾斜面411,413に沿ってはんだ付けされた部位に供給される。これにより、はんだの酸化を防止しつつ清浄に保つことができるため、はんだの濡れ性を確保することができる。
また、一実施形態によるはんだ付け装置1では、窒素ガスが流れる窒素配管35は、はんだ付けされた部位に供給される前に、はんだ液300によって加熱されるよう設けられている。これにより、はんだ付けされた部位には、比較的高温の窒素ガスが供給されるため、温度が低い場合に比べ、はんだの濡れ性を確保することができる。
一実施形態によるはんだ付け装置1では、はんだマスク40は、はんだマスク40にばね53以外の外力が作用していないとき、液面31から離れた場所に位置している。これにより、常時はんだ液300に浸漬している場合に比べ、はんだマスク40の劣化を抑制することができる。
一実施形態によるはんだ付け方法では、基板3の所定の部位をはんだ液300に浸漬した後基板3をはんだ液300から引き上げるとき、S15において基板3を搭載しているパレット10を天地方向に対して傾いた状態で天方向に移動する。これにより、ばね53,63によって支持されているはんだマスク40は、基板3に追従して傾くため、重力を利用して基板3に付着しているはんだ液の余剰分を基板3から取り除くことができる。したがって、一実施形態によるはんだ付け方法は、はんだ付け工程の時間を短縮することができる。
(他の実施形態)
上述の実施形態では、はんだ付けされる「ワーク」は、基板であるとした。しかしながら、「ワーク」は基板に限定されない。浸漬によってはんだ付けされる部材であればよい。
上述の実施形態では、はんだマスクは、二つの「付勢部材」によって支持されるとした。しかしながら、「付勢部材」の数はこれに限定されない。一つであってもよし、三つ以上であってもよい。
上述の実施形態では、はんだマスクは、ガス供給口を有するとした。しかしながら、ガス供給口はなくてもよい。また、ガス供給口の数は二つでなくてもよく、一つでも三つ以上であってもよい。また、ガス供給口と導入口との間に位置するはんだマスクの傾斜面はなくてもよい。
上述の実施形態では、窒素配管は、はんだ槽内を通るとした、しかしながら、はんだ槽内を通らなくてもよい。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
1・・・はんだ付け装置
3・・・基板
10・・・パレット
20・・・搬送ロボット(搬送部)
30・・・はんだ槽
31・・・液面
40・・・はんだマスク
53,63・・・ばね(付勢部材)
300・・・はんだ液

Claims (4)

  1. ワーク(3)にはんだ付けが可能なはんだ付け装置であって、
    前記ワークを搭載可能なパレット(10)と、
    前記パレットを重力方向に対して傾いた状態で搬送可能な搬送部(20)と、
    前記ワークのはんだ付けされる所定の部位を浸漬可能なはんだ液(300)を貯留するはんだ槽(30)と、
    前記はんだ槽の天方向に位置するはんだマスク(40)と、
    前記はんだマスクを支持し、前記はんだマスクが前記はんだ液の液面(31)から離れるよう前記はんだマスクを付勢する付勢部材(53,63)と、
    を備え、
    前記はんだマスクは、前記はんだマスクに当接している前記ワークが移動すると前記ワークに追従して移動し、
    前記はんだマスクは、前記ワークの前記所定の部位に前記はんだ液を導くことが可能な導入口(400)、及び、前記はんだマスクと前記はんだ液の液面との間に不活性ガスを供給可能なガス供給口(410)を有し、
    前記ガス供給口と前記導入口との間に位置する前記はんだマスクの端面(411,413)は、前記ガス供給口から前記導入口に向かうにしたがって天方向に向かうよう形成されているはんだ付け装置。
  2. 複数の前記付勢部材を備え、
    複数の前記付勢部材のそれぞれは、前記はんだマスクの異なる部位(44,45)に接続されている請求項1に記載のはんだ付け装置。
  3. 前記ガス供給口から供給される不活性ガスは、前記ガス供給口から前記ワークの前記所定の部位に供給される前に前記はんだ槽内を通る請求項1又は2に記載のはんだ装置。
  4. ワーク(3)にはんだ付けするはんだ付け方法であって、
    はんだ槽(30)に貯留されているはんだ液(300)の天方向に位置し前記はんだ液の液面(31)から離れるよう付勢部材(53)によって支持されているはんだマスク(40)に前記ワークを当接し、当該ワークを搭載するパレット(10)を地方向に移動することによって前記ワークのはんだ付けされる所定の部位を前記はんだ液に浸漬する浸漬工程と、
    前記所定の部位が前記はんだ液に浸漬されている前記ワークを前記パレットとともに前記はんだ液から天方向に引き上げる引き上げ工程と、
    前記はんだマスクが前記はんだ液の液面(31)から離れるとき前記パレットを重力方向に対して傾いた状態で天方向に移動する液切り工程と、
    を含み、
    前記はんだマスクは、前記ワークの前記所定の部位に前記はんだ液を導くことが可能な導入口(400)、及び、前記はんだマスクと前記はんだ液の液面との間に不活性ガスを供給可能なガス供給口(410)を有し、
    前記ガス供給口と前記導入口との間に位置する前記はんだマスクの端面(411,413)は、前記ガス供給口から前記導入口に向かうにしたがって天方向に向かうよう形成されているはんだ付け方法。
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