JP7422884B2 - はんだ付けシステム、およびはんだ付け方法 - Google Patents

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Description

本開示は、はんだ付けシステム、およびはんだ付け方法に関する。
従来から、基板のはんだ付けを行うに際して塗布されるフラックスの残渣による不具合を回避することを目的として装置が知られている。
たとえば、特許文献1に記載の装置は、プリヒータの直後と、噴流はんだ槽の後とに、それぞれ非接触式温度センサを備える。特許文献1に記載の装置は、プリヒータの直後の非接触式温度センサで測定した基板の温度を予め設定した最適温度と比較し、比較結果に基づいてプリヒータの温度を制御する。特許文献1に記載の装置は、噴流はんだ槽の直後の非接触式温度センサで測定した基板の温度を予め設定した最適温度と比較し、比較結果に基づいて、基板の搬送速度、はんだの温度、およびプリヒータの温度を制御する。
特開平7-142852号公報
しかしながら、基板に当たるはんだ噴流の強さが基板ごとに相違することがある。その結果、はんだ付けの結果が不良となる基板が発生することがある。
それゆえに、本開示の目的は、はんだ付け中における基板へ当たるはんだ噴流の強さを判定することができるはんだ付けシステム、およびはんだ付け方法を提供することである。
本開示のはんだ付けシステムは、基板にフラックスを塗布するフラックス塗布機と、基板を予熱するプリヒータと、溶融はんだを貯留するはんだ槽と、はんだ槽内のはんだを溶融させるはんだ槽ヒータと、基板に向けてはんだ槽内の溶融はんだを噴流する噴流ノズルと、基板をフラックス塗布機の上方である第1の位置、プリヒータの上方である第2の位置、はんだ槽の上方である第3の位置に順次搬送する搬送機構と、噴流ノズルの上方に配置された第1の非接触変位計および第1の非接触温度計と、基板のはんだ付け中における第1の非接触変位計の計測結果に基づいて、基板のはんだ付け中における基板の反りを判定するとともに、基板のはんだ付け中における第1の非接触温度計の計測結果に基づいて、基板のはんだ付け中における基板の温度を判定する制御装置とを備える。
本開示のはんだ付け方法は、フラックス塗布機と、プリヒータと、はんだ槽と、噴流ノズルと、搬送機構と、噴流ノズルの上方に配置された第1の非接触変位計および第1の非接触温度計と、制御装置とを備えたはんだ付けシステムにおけるはんだ付け方法であって、フラックス塗布機が、基板にフラックスを塗布するステップと、プリヒータが、基板を予熱するステップと、噴流ノズルが、基板に向けてはんだ槽内の溶融はんだを噴流するステップと、搬送機構が、基板をフラックス塗布機の上方である第1の位置、プリヒータの上方である第2の位置、はんだ槽の上方である第3の位置に順次搬送するステップと、制御装置が、基板のはんだ付け中における第1の非接触変位計の計測結果に基づいて、基板のはんだ付け中における基板の反りを判定するとともに、基板のはんだ付け中における第1の非接触温度計の計測結果に基づいて、基板のはんだ付け中における基板の温度を判定するステップとを備える。
本開示によれば、はんだ付け中における基板へ当たるはんだ噴流の強さを判定することができる。
実施の形態1のはんだ付けシステム1を示す概略図である。 (a)は、調整前の「噴流ノズルの高さ」と、はんだ付け不良率との相関データの例を表わす図である。(b)は、調整前の「はんだ噴流の高さ」と、はんだ付け不良率との相関データの例を表わす図である。(c)は、「基板の反り」と、はんだ付け不良率との相関データの例を表わす図である。(d)は、「基板の温度」と、はんだ付け不良率との相関データの例を表わす図である。 実施の形態1におけるはんだ付けシステム1の処理手順を表わすフローチャートである。 実施の形態1におけるはんだ付けシステム1の処理手順を表わすフローチャートである。 「生産準備状態」のはんだ付けシステム1を示す概略図である。 (a)~(c)は、はんだ噴流の高さ19に対する、基板10とはんだ噴流との相対位置関係を示す概略図である。 (a)~(c)は、基板10の反りと、基板10と噴流ノズル13(2次ノズル13b)との距離との関係を説明するための図である。 実施の形態2のはんだ付けシステムを示す概略図である。 実施の形態3のはんだ付けシステムを示す概略図である。 実施の形態4のはんだ付けシステムを示す概略図である。 実施の形態5のはんだ付けシステムを示す概略図である。 学習装置101の構成を表わす図である。 ニューラルネットワークの構成を表わす図である。 学習装置101の学習処理に関するフローチャートである。 推論装置121の構成を表わす図である。 推論装置121の推論処理および制御装置9の制御処理に関するフローチャートである。 実施の形態6における非接触温度計7aによる温度測定の事例を示す図である。 基板10の測定温度と、ある部品Aの測定温度の例を表わす図である。 制御装置9のハードウェア構成を表わす図である。
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1のはんだ付けシステム1を示す概略図である。
はんだ付けシステム1は、搬送機構2、フラックス塗布機3、プリヒータ4、はんだ槽5、噴流ノズル13、噴流モータ15、はんだ槽ヒータ14、非接触変位計6、非接触温度計7、基板検知センサ8、および制御装置9を備える。
フラックス塗布機3は、基板10の下面(はんだ付け面)に対して、フラックス11を塗布する。フラックス11を塗布する工法として、スプレー式、発泡式、または浸漬式を用いることができる。フラックス11を塗布する工法としてスプレー式を用いる場合には、フラックス塗布機3は、2流体ノズルを備える。フラックス塗布機3は、フラックス液と圧縮空気とを混合して、混合物を2流体ノズルから基板10に向けて噴射する。2流体ノズルが、基板10の搬送方向に対して垂直な方向に往復移動することによって、基板10の全面にフラックス11が塗布される。
フラクサー制御部18は、フラックス11の塗布量を制御する。フラックス11の塗布量(以下、フラックスの塗布量)は、フラックス液の流量、圧縮空気の圧力、および2流体ノズルの移動速度によって決定される。フラックスの塗布量は、フラックス塗布機3内のノズルの詰まり具合、フラックス塗布機3の動作のばらつき、およびフラックス塗布機3内の排気ファンの排気量のばらつきなどによって、変動する。フラックスの塗布量が多くなると、プリヒータ4での予熱工程において、溶剤の蒸発に要する時間が長くなるので、基板10の温度が十分に上がらない。その結果、基板10の反り量が想定よりも小さくなる。フラックスの塗布量が少なくなると、プリヒータ4での予熱工程において、溶剤がすぐに揮発するので、基板10の温度が高くなり過ぎる。その結果、基板10の反り量が大きくなる。
プリヒータ4は、基板10を予熱する。予熱の目的は、フラックス11の溶剤を揮発させ、かつはんだ付け前に基板10を加熱することよって、フラックス11の酸化膜除去効果を発揮するとともに、はんだ付けを良好にすることである。加熱手段として、赤外線、遠赤外線、または熱風などを用いることができる。基板10の下面(はんだ付け面)のみを加熱してもよいし、基板10の上面(非はんだ付け面、部品面)も加熱してもよい。
はんだ槽5は、溶融はんだ12を貯留する。
噴流ノズル13は、はんだ槽5と接続する。噴流ノズル13は、はんだ槽5内の溶融はんだ12を噴流し、基板10の下面を溶融はんだ12に接触させる。これによって基板10へのはんだ付けが実施される。噴流ノズル13は、1次ノズル13aと2次ノズル13bとを含む。1次ノズル13aは、荒れた波を形成し、基板10のはんだ付け面の隅々まで溶融はんだを供給する。2次ノズル13bは、整った波を形成し、適切な量のはんだを基板10に付着させる。
はんだ槽ヒータ14は、はんだ槽5内のはんだを溶融させる。
噴流モータ15は、インペラを回転させ、はんだ槽5から噴流ノズル13に溶融はんだ12を送り込む。
搬送機構2は、基板10を図1の矢印で示す方向に搬送する。搬送機構2は、基板10をフラックス塗布機3の上方である第1の位置、プリヒータ4の上方である第2の位置、はんだ槽5の上方である第3の位置に順次搬送する。基板10の搬送角度は、たとえば約3~5度である。
基板検知センサ8は、はんだ槽5の上方である第3の位置よりも手前の上方に配置される。基板検知センサ8の計測方式として、赤外線方式、超音波方式、または電磁式を用いることができる。制御装置9は、基板検知センサ8の計測結果に基づいて、基板検知センサ8が配置されている箇所の下方の箇所を基板10が通過したか否かを判定することができる。実施の形態1では、基板検知センサ8は、プリヒータ4の上方である第2の位置と、はんだ槽5の上方である第3の位置との間の領域の上方に配置される。
非接触変位計6は、1次ノズル13aまたは2次ノズル13bの上方に配置される。
非接触変位計6を1次ノズル13aの上方に配置した場合には、はんだが基板10と部品の電極に付着しない「未はんだ不良」、および基板10のスルーホールとスルーホールに挿入された部品の電極にはんだが十分入らない「はんだ上がり不足」を主に防止できる。非接触変位計6を2次ノズル13bの上方に配置した場合には、「はんだ上がり不足」に加えて、端子間にはんだが繋がる「ブリッジ不良」、およびはんだ量が過剰となる「はんだ過多不良」を防止できる。
非接触変位計6の計測方式としては、レーザ方式、超音波方式、または電磁波方式を用いることができる。
非接触温度計7は、1次ノズル13aまたは2次ノズル13bの上方に配置される。非接触温度計7は、たとえば赤外線カメラ、または放射温度計によって構成される。たとえば、非接触温度計7は、非接触変位計6より基板搬送方向の後方側に配置するとよい。非接触変位計6により、生産中の基板10の反りを先に測定することができるため、生産中の基板10に対しても基板反り量及び非接触温度計7による基板温度に基づいて、はんだ噴流高さを制御できる。ただし、非接触温度計7の配置は、この限りではない。
制御装置9は、はんだ付けシステムが噴流ノズル13からはんだが噴流されていない「生産準備状態」における非接触変位計6の計測結果に基づいて、1次ノズル13aまたは2次ノズル13bの高さ(以下、「噴流ノズルの高さ」)を判定する。「噴流ノズルの高さ」は、1次ノズル13aまたは2次ノズル13bの先端から、反りの無い基板底面までの距離である。あるいは、「噴流ノズルの高さ」は、1次ノズル13aまたは2次ノズル13bの先端から、搬送機構2までの距離である。
制御装置9は、判定した「噴流ノズルの高さ」に基づいて、「噴流ノズルの高さ」を調整する。たとえば、図示しない手段によって1次ノズル13aまたは2次ノズル13bを上下方向に移動させることによって、「噴流ノズルの高さ」を調整することができる。
制御装置9は、はんだ付けシステムが噴流ノズル13からはんだが噴流され、かつ基板検知センサ8が基板10を検出していない「基板のはんだ付け実施前の状態」における非接触変位計6の計測結果に基づいて、1次ノズル13aまたは2次ノズル13bによるはんだ噴流の高さ(以下、「はんだ噴流の高さ」)を判定する。はんだ付けすることによって、フラックスの残渣およびはんだ酸化物(ドロス)が発生するので、はんだ噴流の流れおよびはんだ噴流の強さが変化するため、「はんだ噴流の高さ」が変化する。噴流モータ15の出力、はんだ槽5の溶融はんだ12の液面高さ、および噴流ノズル13内の詰まりに影響を受けて、「はんだ噴流の高さ」が変化する。「はんだ噴流の高さ」が変化することによって、基板10へのはんだ噴流の当たり方が変わるため、基板10の温度が変化する。
制御装置9は、判定した「はんだ噴流の高さ」に基づいて、「はんだ噴流の高さ」を調整する。たとえば、噴流モータ15の回転数を制御することによって、「はんだ噴流の高さ」を調整することができる。
制御装置9は、基板10のはんだ付け中における非接触変位計6の計測結果に基づいて、基板10のはんだ付け中における基板10の反りを(以下、「基板の反り」)判定する。基板10が反ることによって、基板10の温度が変化する。基板の反りは、反りの方向と、反り量で表される。反り量とは、基板10と非接触変位計6との距離の最小値(つまり、基板10の最も反った箇所の変位量)、あるいは、基板10と非接触変位計6との距離のデータの系列(つまり、基板10の複数箇所の変位量)で表される。
制御装置9は、基板10のはんだ付け中における非接触温度計7の計測結果に基づいて、基板10のはんだ付け中における基板10の温度(以下、「基板の温度」)を判定する。本実施の形態では、温度が上昇し易いはんだ付け面の温度を測定するのではなく、基板10の上方から基板10の温度を測定するので、基板10の過渡的な温度変化を計測することができる。
制御装置9は、基板10のはんだ付け中における「基板の反り」および「基板の温度」に基づいて、「はんだ噴流の高さ」を調整する。
制御装置9は、非接触変位計6が測定した「基板の反り」の数値と、非接触温度計7が測定した「基板の温度」とに基づいて、はんだ付け結果の良否を判定する。たとえば、制御装置9は、非接触変位計6が測定した「基板の反り」の数値を用いて、非接触温度計7が測定した「基板の温度」の画像を検査し、はんだ付けの良否判定をしても良い。後述のとおり、「基板の反り」によってはんだ噴流と基板との接触状態が変化するため、「基板の温度」が変化する。たとえば、基板10の反りが小さく、かつ、基板10の温度が低い場合であっても、良品が得られる場合があるため、基板の反り量に応じて、適切な基板温度が変化する。
はんだ付け検査装置16は、基板10のはんだ付けされた箇所を検査し、はんだ付けの良否を判定する。はんだ付け検査装置16は、基板10のはんだ付けの状態を撮像した画像を解析する。はんだ付け検査装置16は、電子部品の端子に付着したつらら状のはんだの有無、はんだブリッジの有無、はんだが付着している面積、およびはんだの光沢等に基づいて、はんだ付けの良否を判定する。
制御装置9は、各基板10のはんだ付けによって得られるデータ(調整前の「噴流ノズルの高さ」、調整前の「はんだ噴流の高さ」、はんだ付け中の「基板の反り」、およびはんだ付け中の「基板の温度」に対する、はんだ付けの良否)のデータを蓄積する。制御装置9は、複数の基板10のはんだ付けによって得られるデータを用いて、調整前の「噴流ノズルの高さ」、調整前の「はんだ噴流の高さ」、はんだ付け中の「基板の反り」、およびはんだ付け中の「基板の温度」と、はんだ付け不良率との相関データを作成する。調整前の「噴流ノズルの高さ」、調整前の「はんだ噴流の高さ」、はんだ付け中の「基板の反り」、およびはんだ付け中の「基板の温度」のそれぞれをA、はんだ付け不良率をBとしたときに、AとBとの相関データは、たとえば、「相関なし」、「強い相関」、および「弱い相関」のうちのいずれかとすることができる。
図2(a)は、調整前の「噴流ノズルの高さ」と、はんだ付け不良率との相関データの例を表わす図である。この例では、制御装置9は、調整前の「噴流ノズルの高さ」と、はんだ付け不良率との相関データを「相関なし」とすることができる。
図2(b)は、調整前の「はんだ噴流の高さ」と、はんだ付け不良率との相関データの例を表わす図である。この例では、制御装置9は、調整前の「はんだ噴流の高さ」と、はんだ付け不良率との相関データを「強い相関」とすることができる。
図2(c)は、はんだ付け中の「基板の反り」と、はんだ付け不良率との相関データの例を表わす図である。この例では、制御装置9は、はんだ付け中の「基板の反り」と、はんだ付け不良率との相関データを「相関なし」とすることができる。
図2(d)は、はんだ付け中の「基板の温度」と、はんだ付け不良率との相関データの例を表わす図である。この例では、制御装置9は、はんだ付け中の「基板の温度」と、はんだ付け不良率との相関データを「弱い相関」とすることができる。
制御装置9は、相関データに基づいて、はんだ付け不良の原因が、調整前の「噴流ノズルの高さ」、調整前の「はんだ噴流の高さ」、「基板の反り」、および「基板の温度」のうちのいずれであるかを特定する。図2(a)~(d)の例では、制御装置9は、はんだ付け不良の最大の要因が、調整前の「はんだ噴流の高さ」であり、はんだ付け不良の2番目の要因が、「基板の温度」であると特定することができる。
制御装置9は、フラクサー制御部18、プリヒータ4、噴流モータ15、およびはんだ槽ヒータ14と接続される。制御装置9は、それぞれに対して、設定した制御パラメータを出力する。フラクサー制御部18、プリヒータ4、噴流モータ15、およびはんだ槽ヒータ14は、制御装置9から送られた制御パラメータに基づいて動作する。
制御装置9は、測定されたデータと、相関データとに基づいて、はんだ付け不良率が低くなるように、制御パラメータを調整することができる。制御パラメータは、フラックス塗布機3の塗布量(フラックスの塗布量)、プリヒータ4の設定温度(プリヒータの温度)、噴流モータ15の設定値(はんだ噴流の高さ)、およびはんだ槽ヒータ14の設定温度(はんだの温度)を含む。制御装置9は、フラクサー制御部18に「フラックスの塗布量」を出力する。制御装置9は、プリヒータ4に「プリヒータの温度」を出力する。制御装置9は、噴流モータ15に「はんだ噴流の高さ」を出力する。制御装置9は、はんだ槽ヒータ14に「はんだの温度」を出力する。調整された制御パラメータは、調整後に搬送される基板に対して適用される。
たとえば、図2(b)に示すように、ある日の時刻tまでに測定された「はんだ噴流の高さ」の平均がAのときには、制御装置9は、はんだ付け不良率が低くなるように、その日の時刻t以降の「はんだ噴流の高さ」をAよりも大きなBに調整するようにしてもよい。
制御装置9は、ユーザから相関データに基づく制御パラメータの調整量の指定を受け、指定に基づいて制御パラメータを調整してもよい。制御装置9は、相関データに基づく統計的処理によって制御パラメータの調整量を決定してユーザに提示し、ユーザから承認を得ることによって、制御パラメータを調整してもよい。制御装置9は、AIによる相関データの利用によって、複数の制御パラメータを一度に自動で調整するものとしてもよい。
図3および図4は、実施の形態1におけるはんだ付けシステム1の処理手順を表わすフローチャートである。
ステップS101において、はんだ付けシステムが、噴流ノズル13からはんだが噴流していない「生産準備状態」のときには、処理がステップS102に進む。図5は、「生産準備状態」のはんだ付けシステム1を示す概略図である。
ステップS102において、図5に示すように、制御装置9は、非接触変位計6の計測結果に基づいて、「噴流ノズルの高さ」を判定する。「噴流ノズルの高さ」は、はんだ槽5の高さ、および噴流ノズル13の取り付け状態によって変化する。非接触変位計6は、噴流ノズル13の上方に設置されているため、噴流ノズル13の上をはんだが噴流していない場合には、制御装置9は、「噴流ノズルの高さ」を判定することができる。
ステップS103において、制御装置9は、判定された「噴流ノズルの高さ」が規定値であるか否かを確認する。「噴流ノズルの高さ」が規定値以外の場合には、処理がステップS104に進む。
ステップS104において、制御装置9は、「噴流ノズルの高さ」が規定値となるように、「噴流ノズルの高さ」を調整する。「噴流ノズルの高さ」が高いと、噴流ノズル13と基板10との距離が近くなるので、基板10に対する噴流の当たりが強くなる。「噴流ノズルの高さ」を低くすることによって、反りの無い基板10と噴流ノズル13との位置関係を一定に保つことができるので、はんだ付け状態を良好に保つことができる。
ステップS105において、制御装置9は、調整前後の「噴流ノズルの高さ」を記憶する。調整前の「噴流ノズルの高さ」に対して、調整後の「噴流ノズルの高さ」がどのように変更されたかを記録することによって、変更量を管理することができるともに、予期しない不良が発生した時に、原因の究明が容易になる。
ステップS106において、制御装置9は、噴流ノズル13から溶融はんだ12を噴流させる。
ステップS107において、はんだ付けシステムが、噴流ノズル13からはんだが噴流され、かつ基板検知センサ8が基板10を検出していない状態である「基板のはんだ付け実施前の状態」のときには、処理がステップS108に進む。
ステップS108において、制御装置9は、非接触変位計6の計測結果に基づいて、はんだ噴流の高さを判定する。図6(a)~(c)は、はんだ噴流の高さ19に対する、基板10とはんだ噴流との相対位置関係を示す概略図である。図6(a)~(c)に示すように、はんだ噴流の高さ19が変化すると、基板10とはんだ噴流との距離が変わる。その結果、基板10に当たるはんだ噴流の強さが変化し、はんだ付けの良否が影響を受ける。
ステップS109において、制御装置9は、「はんだ噴流の高さ」が、設定範囲内であるか否かを確認する。「はんだ噴流の高さ」が設定範囲外の場合には、処理がステップS110に進む。
ステップS110において、制御装置9は、「はんだ噴流の高さ」が設定範囲内となるように、「はんだ噴流の高さ」を調整する。制御装置9は、基板10の生産中であっても、噴流モータ15の出力を変更することによって、「はんだ噴流の高さ」を調整できる。はんだ噴流の高さを一定に保つことができるため、はんだ付け状態を良好に維持できる。
ステップS111において、制御装置9は、調整前後の「はんだ噴流の高さ」を記憶する。調整前の「はんだ噴流の高さ」に対して、調整後の「はんだ噴流の高さ」がどのように変更されたかを記録することによって、変更量を管理することができるともに、予期しない不良が発生した時に、原因の究明が容易になる。
ステップS112において、はんだ付けシステムが、基板検知センサ8が基板10を検出した「基板検出状態」のときには、処理がステップS113に進む。
ステップS113において、制御装置9は、基板10のはんだ噴流上の通過開始時刻t0と、基板10のはんだ噴流上の通過終了時刻t1とを計算する。
ステップS114において、はんだ付けシステムが、基板10がはんだ噴流上を通過する「はんだ付け中」のときには(すなわち、時刻t0~時刻t1)、処理がステップS115に進む。
ステップS115において、非接触変位計6が、基板10と非接触変位計6との距離を計測する。
ステップS116において、制御装置9は、非接触変位計6の計測結果に基づいて、基板10の反りを判定する。
図7(a)~(c)は、基板10の反りと、基板10と噴流ノズル13(2次ノズル13b)との距離との関係を説明するための図である。
基板10の反りは、基板10の銅箔パターン、基板10の厚さ、フローはんだ付け工程までに基板10が受けた熱、フローはんだ付け工程までの基板10の吸湿、プリヒータ4の温度、およびはんだ噴流接触中の基板10の温度によって発生する。基板10の反りは、生産する基板ごとにばらつくので、基板10のはんだ付け中の反りに差異が生じる。
図7(a)~(c)に示すように、基板10の反りの大きさが変わると、基板10と噴流ノズル13との距離が変化する。
はんだ噴流の高さ19が一定でも、基板10が下方向に凸形状に反っている場合には、基板10と噴流ノズル13との距離が小さくなる。その結果、基板10に噴流が当たりすぎるため、過剰加熱になりフラックス11が失活する、あるいは基板10の上面にはんだが溢れるなどのようなはんだ付け不良が発生する場合がある。たとえば、基板10に噴流が当たりすぎる結果、反り量が過剰になる。反り量が過剰になると、更に噴流が当たりすぎて反りがさらに大きくなるという悪循環が生じる。基板10の下方向に凸形状に反っている場合は、反り量が大きいほど、基板10への噴流の当りが強くなるので、はんだ付け不良が発生しやすい。
はんだ噴流の高さ19が一定でも、基板10が上方向に凸形状に反っている場合には、基板10と噴流ノズル13との距離が大きくなる。その結果、基板10への噴流の当たりが弱くなり、はんだが基板10に濡れ広がらない。これによって、はんだ不良、またはスルーホールへのはんだ充填不足などのようなはんだ付け不良が発生する場合がある。基板10の上方向への反り量が大きいほど、基板10への噴流の当たりが弱くなるので、はんだ付け不良が発生しやすい。
このような問題に対して、本実施の形態では、ステップS117において、制御装置9は、基板の反りに応じて、「はんだ噴流の高さ」を調整する。より具体的には、制御装置9は、基板10が下方向に凸形状に反っている場合には、反り量が大きいほど、「はんだ噴流の高さ」を低くする。制御装置9は、基板10が上方向に凸形状に反っている場合には、反り量が大きいほど、「はんだ噴流の高さ」を高くする。はんだ付け中の反り変化と温度の測定結果に応じて、「はんだ噴流の高さ」を制御しても良い。
ステップS118において、制御装置9は、非接触温度計7の計測結果に基づいて、基板10の温度(基板の温度)を判定する。
噴流モータ15の脈動、およびはんだが噴流することによって生じるはんだ酸化物のドロスが噴流ノズル13内に詰まることによって、はんだ噴流の高さ19に変化が生じる。しかしながら、基板10がはんだ噴流上を通過している間は、はんだ噴流の高さ19の測定は困難である。これに対して、非接触温度計7によって基板10の温度を測定することによって、はんだ噴流の高さ19、すなわちはんだ噴流の強さを、代替評価することができる。はんだ噴流の高さ19が低いほど、基板10に接触するはんだ噴流が弱くなるため、はんだ噴流から基板10への熱伝達が小さくなり、基板10の温度が低くなる。一方、はんだ噴流の高さ19が高いほど、基板10に接触するはんだ噴流が強くなるため、はんだ噴流から基板10への熱伝達が大きくなり、基板10の温度が高くなる。基板10が、はんだ噴流に接触している間の基板10の温度は、はんだ噴流の高さ19だけでなく、はんだ付けシステム1投入前の基板の温度、フラックス塗布機3によるフラックス11中溶剤の気化熱、プリヒータ4による予熱の影響も受ける。
ステップS119において、制御装置9は、「基板の温度」に応じて、「はんだ噴流の高さ」を調整する。より具体的には、制御装置9は、「基板の温度」が高いほど、「はんだ噴流の高さ」を低くする。
ステップS120において、制御装置9は、基板の反りと基板の温度とを記憶する。
ステップS121において、はんだ付けシステムが、基板10がはんだ噴流上を完全に通過した「はんだ付け完了状態」のときには(すなわち、時刻t1)、処理がステップS122に進む。
ステップS122において、はんだ付け検査装置16は、基板10のはんだ付け状態を検査して、はんだ付けの良否の結果を制御装置9に出力する。制御装置9は、はんだ付けの良否の結果を記憶する。
ステップS123において、制御装置9は、複数の基板10についてのはんだ付けによって得られるデータ(ステップS102で判定される調整前の「噴流ノズルの高さ」、ステップS108で判定される調整前の「はんだ噴流の高さ」、ステップS116で判定される基板10のはんだ付け中の「基板の反り」、およびステップS118で判定される基板10のはんだ付け中の「基板の温度」に対する、ステップS122で判定されるはんだ付けの良否)を用いて、調整前の「噴流ノズルの高さ」、調整前の「はんだ噴流の高さ」、基板10のはんだ付け中の「基板の反り」、および基板10のはんだ付け中の「基板の温度」と、はんだ付け不良率との関係を表わす相関データを作成する。制御装置9は、相関データに基づいて、はんだ付け不良の原因が、調整前の「噴流ノズルの高さ」、調整前の「はんだ噴流の高さ」、基板10のはんだ付け中の「基板の反り」、および基板10のはんだ付け中の「基板の温度」のうちのいずれであるかを特定することができる。
ステップS124において、制御装置9は、相関データに基づいて、はんだ付け不良率が低くなるように、制御パラメータを調整する。
その後、処理がステップS107に戻り、次に搬送される基板10に対しての処理が行われる。
以上のように、本実施の形態のはんだ付けシステムは、非接触変位計6および非接触温度計7を用いて、はんだ付け不良の原因となる、調整前の「噴流ノズルの高さ」、調整前の「はんだ噴流の高さ」、はんだ付け中の「基板の反り」、およびはんだ付け中の「基板の温度」を管理することできるので、はんだ付けの品質を安定化することができる。
本実施の形態のはんだ付けシステムは、調整前の「噴流ノズルの高さ」、調整前の「はんだ噴流の高さ」、はんだ付け中の「基板の反り」、およびはんだ付け中の「基板の温度」と、はんだ付け不良率との関係を表わす相関データを作成することによって、はんだ付け不良に影響のある要因を特定することができる。これによって、不良究明のための生産を停止することによる時間のロスを防止できるので、基板の生産性を向上できる。
はんだ付け品質に影響するはんだ付け時の「基板の温度」は、基板10に当たる噴流の強さであり、「基板の反り」、「噴流ノズルの高さ」、「はんだ噴流の高さ」の影響を受ける。これらは、相互に影響するので、これらパラメータの最適な組み合わせを見出すことによって、はんだ付け品質をより高めることができる。
実施の形態2.
図8は、実施の形態2のはんだ付けシステムを示す概略図である。実施の形態2のはんだ付けシステムが、実施の形態1のはんだ付けシステムと相違する点は、実施の形態2のはんだ付けシステムが、非接触変位計6aおよび非接触温度計7aを備える点である。
非接触変位計6aおよび非接触温度計7aは、プリヒータ4の上方である基板10が搬送される第2の位置と、はんだ槽5の上方である基板10が搬送される第3の位置との間の上方に配置される。
非接触変位計6aの計測方式としては、レーザ方式、超音波方式、または電磁波方式を用いることができる。非接触温度計7aは、たとえば赤外線カメラ、または放射温度計によって構成される。
制御装置9は、非接触変位計6aの計測結果に基づいて、プリヒータ4による基板10の予熱後、かつ基板10のはんだ付け前における「基板の反り」を判定する。プリヒータ4で加熱された基板10が反ることによって、基板10に配置される部品が浮いたり、傾く場合がある。本実施の形態では、非接触変位計6の計測結果に基づいて、それらが発生する可能性を知ることができる。
制御装置9は、非接触温度計7aの計測結果に基づいて、プリヒータ4による基板10の予熱後、かつ基板10のはんだ付け前における「基板の温度」を判定する。
本実施の形態では、実施の形態1における判定に加えて、プリヒータ4による基板10の予熱後、かつ基板10のはんだ付け前における「基板の反り」と「基板の温度」とを判定することができる。したがって、本実施の形態では、はんだ付けの不良の原因が、プリヒータ4による基板10の予熱後、かつはんだ付け前のフラックス塗布またはプリヒータ4の温度であるのか、あるいは、はんだ付け中の「はんだ噴流の高さ」、「噴流ノズルの高さ」、または「基板の反り」であるのかを判別することができる。
制御装置9は、基板10の予熱後、かつ基板10のはんだ付け前の「基板の反り」および「基板の温度」に基づいて、プリヒータ4の温度および「はんだ噴流の高さ」を調整することとしてもよい。
たとえば、制御装置9は、基板10の予熱後、かつ基板10のはんだ付け前の「基板の温度」が基準値よりも高く、かつ基板10が下方向に凸形状に反っており、「基板の反り」が基準量よりも大きい場合には、プリヒータ4の温度を下げる。制御装置9は、基板10の予熱後、かつ基板10のはんだ付け前の「基板の温度」が基準値よりも低く、かつ基板10が下方向に凸形状に反っており、「基板の反り」が基準値よりも大きい場合には、プリヒータ4の温度を上げる。制御装置9は、基板10の予熱後、かつ基板10のはんだ付け前の「基板の温度」が基準値よりも高く、かつ基板10が下方向に凸形状に反っており、「基板の反り」が基準値よりも小さい場合には、プリヒータ4の温度を下げる。制御装置9は、基板10の予熱後、かつ基板10のはんだ付け前の「基板の温度」が基準値よりも低く、かつ基板10が下方向に凸形状に反っており、「基板の反り」が基準値よりも小さい場合には、プリヒータ4の温度を上げる。
制御装置9は、基板10の予熱後、かつ基板10のはんだ付け前の基板10が下方向に凸形状に反っている場合には、反り量が大きいほど、「はんだ噴流の高さ」を低くする。制御装置9は、基板10の予熱後、かつ基板10のはんだ付け前の基板10が上方向に凸形状に反っている場合には、反り量が大きいほど、「はんだ噴流の高さ」を高くする。
実施の形態3.
図9は、実施の形態3のはんだ付けシステムを示す概略図である。実施の形態3のはんだ付けシステムが、実施の形態2のはんだ付けシステムと相違する点は、実施の形態3のはんだ付けシステムが、非接触変位計6bおよび非接触温度計7bを備える点である。
非接触変位計6bおよび非接触温度計7bは、フラックス塗布機3の上方である基板10が搬送される第1の位置と、プリヒータ4の上方である基板10が搬送される第2の位置との間の上方に配置される。
非接触変位計6bの計測方式としては、レーザ方式、超音波方式、または電磁波方式を用いることができる。非接触温度計7bは、たとえば赤外線カメラ、または放射温度計によって構成される。
制御装置9は、非接触変位計6bの計測結果に基づいて、フラックス塗布機3による基板10へのフラックス塗布後において、基板10に配置された部品が基板10から浮いているか否かを判定する。フラックス塗布機3では、基板10の下方からスプレー塗布するため、配置済みの部品が、風圧で浮く場合がある。本実施の形態では、非接触変位計6bによって、部品が基板10から浮いているか否かを検出することができる。
制御装置9は、非接触温度計7bの計測結果に基づいて、フラックス塗布機3による基板10へのフラックス塗布後における「基板の温度」を判定する。制御装置9は、基板10へのフラックス塗布後における「基板の温度」に基づいて、基板10へのフラックス塗布量および溶剤の自然揮発量を推測することとしてもよい。たとえば、制御装置9は、フラックス塗布後における「基板の温度」が高いときに、フラックス塗布量が少ないと推測し、フラックス塗布後における「基板の温度」が低いときに、フラックス塗布量が多いと推測することができる。フラックス塗布機3のポンプ流量と実際に基板に付着したフラックス量は異なる場合がある。流量が一定であり、塗布後の基板10の温度が高い場合には、実際の付着量が少ない、と判定される。この結果に基づき、制御装置9によって、フラックス塗布機3の条件を変更しても良い。
本実施の形態によれば、はんだ付け不良が発生した場合に、フラックス塗布後の測定結果と、実施の形態2によるプリヒータによる予熱後の測定結果と、実施の形態1によるはんだ付け中の測定結果とを比較することによって、はんだ付けの不良の原因となる工程を判断することができる。
実施の形態4.
図10は、実施の形態4のはんだ付けシステムを示す概略図である。実施の形態4のはんだ付けシステムが、実施の形態3のはんだ付けシステムと相違する点は、実施の形態4のはんだ付けシステムが、非接触変位計6cおよび非接触温度計7cを備える点である。
基板10は、第4の位置へ搬送された後、フラックス塗布機3の上方である第1の位置へ搬送される。
非接触変位計6cおよび非接触温度計7cは、基板10が搬送される第4の位置の上方に配置される。
非接触変位計6cの計測方式としては、レーザ方式、超音波方式、または電磁波方式を用いることができる。非接触温度計7cは、たとえば赤外線カメラ、または放射温度計によって構成される。
制御装置9は、非接触変位計6cの計測結果に基づいて、フラックス塗布前における「基板の反り」を判定する。
制御装置9は、非接触温度計7cの計測結果に基づいて、フラックス塗布前における「基板の温度」を判定する。
制御装置9は、フラックス塗布前における「基板の反り」および「基板の温度」に基づいて、プリヒータ4の温度および「はんだ噴流の高さ」を調整することとしてもよい。たとえば、制御装置9は、基板10のフラックス塗布前における「基板の温度」が基準値よりも低いときに、プリヒータ4の温度を上げる。制御装置9は、基板10のフラックス塗布前における「基板の温度」が基準値よりも高いときに、プリヒータ4の温度を下げる。制御装置9は、基板10のフラックス塗布前における「基板の温度」が高いほど、「はんだ噴流の高さ」を低くする。制御装置9は、フラックス塗布前の基板10が下方向に凸形状に反っている場合には、反り量が大きいほど、「はんだ噴流の高さ」を低くする。制御装置9は、フラックス塗布前の基板10が上方向に凸形状に反っている場合には、反り量が大きいほど、「はんだ噴流の高さ」を高くする。
本実施の形態によれば、はんだ付け不良が発生した場合に、フラックス塗布前の測定結果と、実施の形態3によるフラックス塗布後の測定結果と、実施の形態2によるプリヒータによる予熱後の測定結果と、実施の形態1によるはんだ付け中の測定結果とを比較することで、はんだ付けの不良の原因となる工程を判断することができる。
本実施の形態によれば。フラックス塗布前後の基板温度の変化およびフラックス塗布機3の流量計の結果を比較することによって、基板10への実際の付着量を予測できる。
実施の形態5.
図11は、実施の形態5のはんだ付けシステムを示す概略図である。実施の形態5のはんだ付けシステムが、実施の形態1のはんだ付けシステムと相違する点は、実施の形態5のはんだ付けシステムの制御装置9が、学習装置101と推論装置121とを備える点である。
図12は、学習装置101の構成を表わす図である。
学習装置101は、データ取得部102と、モデル生成部103とを備える。
学習装置101に与えられるデータは、制御装置9によって生成される。
制御装置9は、実施の形態1の図3のフローチャートのステップS102で判定した調整前の「噴流ノズルの高さ」、ステップS108で判定した調整前の「はんだ噴流の高さ」、ステップS116で判定した基板10のはんだ付け中の「基板の反り」、およびステップS117で判定した基板のはんだ付け中の「基板の温度」と、ステップS121で辺呈したはんだ付けの良否とに基づいて、制御パラメータを調整する。
制御パラメータは、実施の形態1で説明した「フラックスの塗布量」(a)、「はんだ噴流の高さ」(b)、「はんだの温度」(c)、および「プリヒータの温度」(d)を含む。
制御装置9は、噴流ノズルの高さがx、はんだ噴流の高さがy、基板の反りがz、および基板の温度がwのときのはんだ付けの不良率が閾値未満のときに、現在設定されている制御パラメータを変更せずに、現在設定されている制御パラメータ(a、b、c、d)を(x、y、z、w)に対応する制御パラメータとして記憶する。
制御装置9は、噴流ノズルの高さがx、はんだ噴流の高さがy、基板の反りがz、および基板の温度がwのときのはんだ付けの不良率が閾値以上のときに、現在設定されている制御パラメータを変更する。
たとえば、制御装置9は、4つの制御パラメータ(a、b、c、d)のうちの1つを選択する。制御装置9は、選択した制御パラメータの値を予め定められた値ずつ複数回変化させる。制御装置9は、制御パラメータの変更の結果、はんだ付けの不良率が閾値未満となったときに、そのときの制御パラメータ(a、b、c、d)を(x、y、z、w)に対応する制御パラメータとして記憶する。制御装置9は、選択した制御パラメータを変更しても、はんだ付けの不良率が閾値以上のままのときに、4つの制御パラメータ(a、b、c、d)のうちの別のものを選択して、上記の処理を繰り返す。制御装置9は、1つの制御パラメータを変更しただけでは、はんだ付けの不良率が閾値以上のままのときには、変更する制御パラメータの数を増加させてもよい。
データ取得部102は、調整前の「噴流ノズルの高さ」、調整前の「はんだ噴流の高さ」、基板10のはんだ付け中の「基板の反り」、および基板10のはんだ付け中の「基板の温度」を含む学習用データB1、制御パラメータ(フラックスの塗布量、はんだ噴流の高さ、はんだの温度、およびプリヒータの温度)を含む学習用データB2(正解)を取得する。すなわち、データ取得部102は、制御装置9によって生成されて、対応されて記憶されている(x、y、z、w)と(a、b、c、d)とを読み出して、(x、y、z、w)を学習用データB1とし、(a、b、c、d)を学習用データB2(正解)とする。
モデル生成部103は、学習用データB1、及び学習用データB1(正解)の組合せに基づいて、調整前の「噴流ノズルの高さ」、調整前の「はんだ噴流の高さ」、基板10のはんだ付け中の「基板の反り」、および基板10のはんだ付け中の「基板の温度」から制御パラメータ(フラックスの塗布量、はんだ噴流の高さ、はんだの温度、およびプリヒータの温度)を推定する学習済モデルを生成する。モデル生成部103は、生成した学習済モデルを学習済モデル記憶装置111に記憶する。
モデル生成部103が用いる学習アルゴリズムは教師あり学習、教師なし学習、または強化学習等の公知のアルゴリズムを用いることができる。一例として、ニューラルネットワークを適用した場合について説明する。モデル生成部103は、例えば、ニューラルネットワークモデルに従って、いわゆる教師あり学習により、制御パラメータを学習する。ここで、教師あり学習とは、入力と結果(ラベル)のデータの組を学習装置に与えることで、それらの学習用データにある特徴を学習し、入力から結果を推論する手法をいう。
ニューラルネットワークは、複数のニューロンからなる入力層、複数のニューロンからなる中間層(隠れ層)、及び複数のニューロンからなる出力層で構成される。中間層は、1層、又は2層以上でもよい。
図13は、ニューラルネットワークの構成を表わす図である。
モデル生成部103は、図13に示すような3層のニューラルネットワークであれば、複数の入力が入力層(X1~X4)に入力されると、その値に重みW1(w11~w18)を掛けて中間層(Y1~Y2)に入力され、その結果にさらに重みW2(w21~w28)を掛けて出力層(Z1~Z4)から出力される。この出力結果は、重みW1とW2の値によって変わる。
本願において、ニューラルネットワークは、データ取得部102によって取得される学習用データB1、および学習用データB2(正解)の組合せに基づいて、いわゆる教師あり学習により、制御パラメータを学習する。
すなわち、ニューラルネットワークは、入力層に学習用データB1を入力して出力層から出力された結果が、学習用データB2(正解)に近づくように重みW1とW2を調整することで学習する。
モデル生成部103は、以上のような学習を実行することで学習済モデルを生成する。
学習済モデル記憶装置111は、モデル生成部103から出力された学習済モデルを記憶する。
次に、学習装置101が学習する処理について説明する。図14は、学習装置101の学習処理に関するフローチャートである。
ステップS301において、データ取得部102は、学習用データB1、および学習用データB2(正解)を取得する。データ取得部102は、学習用データB1、学習用データB2(正解)を同時に取得するものとしてもよい。あるいは、学習用データB1および学習用データB2(正解)を関連づけて入力できれば良いので、データ取得部102は、学習用データB1、および学習用データB2(正解)をそれぞれ別のタイミングで取得しても良い。
ステップS302において、モデル生成部103は、取得された学習用データB1、および学習用データB2(正解)の組合せに基づいて、いわゆる教師あり学習によって、調整前の「噴流ノズルの高さ」、調整前の「はんだ噴流の高さ」、基板10のはんだ付け中の「基板の反り」、および基板10のはんだ付け中の「基板の温度」から制御パラメータ(フラックスの塗布量、はんだ噴流の高さ、はんだの温度、およびプリヒータの温度)を推定する学習済モデルを生成する。
ステップS303において、モデル生成部103は、生成した学習済モデルを学習済モデル記憶装置111に記憶させる。
図15は、推論装置121の構成を表わす図である。推論装置121は、データ取得部122と、推論部123とを備える。
データ取得部122は、実施の形態1の図3のフローチャートのステップS102で判定した調整前の「噴流ノズルの高さ」、ステップS108で判定した調整前の「はんだ噴流の高さ」、ステップS116で判定した基板10のはんだ付け中の「基板の反り」、およびステップS117で判定した基板10のはんだ付け中の「基板の温度」を含む入力データB1を取得する。
推論部123は、学習済モデル記憶装置111に記憶された調整前の「噴流ノズルの高さ」、調整前の「はんだ噴流の高さ」、基板10のはんだ付け中の「基板の反り」、および基板10のはんだ付け中の「基板の温度」から制御パラメータ(フラックスの塗布量、はんだ噴流の高さ、はんだの温度、およびプリヒータの温度)を推定する学習済モデルと入力データB1とを用いて、制御パラメータ(フラックスの塗布量、はんだ噴流の高さ、はんだの温度、およびプリヒータの温度)を推定する。すなわち、推論部123は、この学習済モデルにデータ取得部122で取得した入力データB1を入力することで、入力データB1から推論される制御パラメータ(フラックスの塗布量、はんだ噴流の高さ、はんだの温度、およびプリヒータの温度)を出力する。
次に、推論装置121による推論および制御装置9による制御について説明する。図16は、推論装置121の推論処理および制御装置9の制御処理に関するフローチャートである。これらの処理は、図4のフローチャートのステップS123の代わりに実行される。
ステップS401において、データ取得部122は、調整前の「噴流ノズルの高さ」、調整前の「はんだ噴流の高さ」、基板10のはんだ付け中の「基板の反り」、および基板10のはんだ付け中の「基板の温度」を含む入力データB1を取得する。
ステップS402において、推論部123は、学習済モデル記憶装置111に記憶された調整前の「噴流ノズルの高さ」、調整前の「はんだ噴流の高さ」、基板10のはんだ付け中の「基板の反り」、および基板10のはんだ付け中の「基板の温度」から制御パラメータ(フラックスの塗布量、はんだ噴流の高さ、はんだの温度、およびプリヒータの温度)を推定する学習済モデルに入力データB1を入力することによって、制御パラメータ(フラックスの塗布量、はんだ噴流の高さ、はんだの温度、およびプリヒータの温度)を推定する。
ステップS403において、推論部123は、推定した制御パラメータ(フラックスの塗布量、はんだ噴流の高さ、はんだの温度、およびプリヒータの温度)をフラクサー制御部18、噴流モータ15、はんだ槽ヒータ、プリヒータ4へ出力する。推論部123は、フラクサー制御部18へ「フラックスの塗布量」を出力する。推論部123は、噴流モータ15へ「はんだ噴流の高さ」を出力する。推論部123は、はんだ槽ヒータへ「はんだの温度」を出力する。推論部123は、プリヒータ4へ「プリヒータの温度」を出力する。
ステップS404において、フラクサー制御部18、噴流モータ15、はんだ槽ヒータ14、およびプリヒータ4は、受信した制御パラメータに従って、はんだ付けを制御する。
本実施の形態では、モデル生成部103が用いる学習アルゴリズムに教師あり学習を適用した場合について説明したが、これに限られるものではない。学習アルゴリズムについては、教師あり学習以外にも、強化学習、教師なし学習、または半教師あり学習等を適用することも可能である。
モデル生成部103は、複数のはんだ付けシステム1において作成される学習用データを用いて、学習済モデルを生成するようにしてもよい。モデル生成部103は、同一のエリアで使用される複数のはんだ付けシステム1から学習用データを取得してもよいし、異なるエリアで独立して動作する複数のはんだ付けシステム1から収集される学習用データを利用して学習済モデルを生成してもよい。学習用データを収集するはんだ付けシステム1を途中で対象に追加したり、対象から除去することも可能である。さらに、あるはんだ付けシステム1に関して生成した学習済モデルを、別のはんだ付けシステム1に適用し、再学習によって学習済モデル更新するようにしてもよい。
モデル生成部103に用いられる学習アルゴリズムとしては、特徴量そのものの抽出を学習する、深層学習(Deep Learning)を用いることもでき、他の公知の方法、例えば遺伝的プログラミング、機能論理プログラミング、またはサポートベクターマシンなどに従って機械学習を実行してもよい。
学習装置101及び推論装置121は、はんだ付けシステム1に内蔵されていてもよい。さらに、学習装置101及び推論装置121は、クラウドサーバ上に存在していてもよい。
本実施の形態では、はんだ付けシステム1のモデル生成部103で学習した学習済モデルを用いて制御パラメータを出力するものとして説明したが、他のはんだ付けシステム等の外部から学習済モデルを取得し、この学習済モデルに基づいて制御パラメータを出力するようにしてもよい。
実施の形態6.
本実施の形態では、非接触温度計7aが、基板の被はんだ付け面に搭載された電子部品の温度を測定し、非接触変位計6aは、基板の被はんだ付け面に搭載された電子部品の高さを測定する。制御装置9は、測定された電子部品の温度および電子部品の高さに基づいて、電子部品のはんだ濡れ性が劣化しているのか、あるいは、電子部品に浮きまたは傾きが生じているのか、あるいは基板10に電子部品が搭載されていないのかを判定する。
図17は、実施の形態6における非接触温度計7aによる温度測定の事例を示す図である。図18は、基板10の測定温度と、ある部品Aの測定温度の例を表わす図である。
被はんだ付け面の電子部品の筐体の温度は、基板10からの熱伝導、電子部品のはんだ付け用端子からの熱伝導、およびはんだ付け装置内の温度によって、上昇する。
はんだ噴流が濡れ広がることによって、電子部品のはんだ付け用端子および筐体の温度が上昇する。従って、図18に示すように、電子部品近傍の基板温度が規定以上の温度となっている場合においても、電子部品のはんだ付け用端子のはんだ濡れ性が劣る場合には、電子部品の筐体の温度が低くなる。これを制御装置9によって検出することで、電子部品のはんだ付け用端子のはんだの濡れ状態の差異を抽出できる。
制御装置9は、電子部品の温度が低く、かつはんだ濡れ性が悪い場合には、噴流を強くする、予熱温度を高くする、またはフラックス塗布量を増やすなどの制御をしてもよい。
電子部品の温度が許容範囲より高い場合には、はんだ付け装置内の温度が過剰に高くなっている可能性があるため、制御装置9は、排気装置の状態を確認する。
電子部品のはんだ付け用端子を、はんだ付け前に所定の長さに切断する場合がある。電子部品のはんだ付け用端子が長すぎる場合には、はんだ噴流に接触し易いため、電子部品の筐体の温度が高くなりやすい。電子部品のはんだ付け用端子が短かすぎる場合には、はんだ噴流に接触し難いため、電子部品の筐体の温度が低くなりやすい。制御装置9は、この特性を利用して、電子部品の筐体の温度に基づいて、電子部品のはんだ付け用端子の長さを検査してもよい。
また、電子部品に、浮きまたは傾きが生じている場合においても、基板10のはんだ付け面へのはんだ付け用端子の突き出し量が小さくなるため、はんだ噴流とはんだ付け用端子との接触状態が悪くなり、電子部品の筐体の温度が低くなる。従って、制御装置9は、電子部品の筐体の温度に基づいて、電子部品の浮きまたは傾きの有無を測定できる。
基板10に電子部品の搭載がなされなかった場合には、基板温度が測定されるため異常値として検出することができる。
この時に、非接触変位計6aによって、電子部品の高さを測定することによって以下の利点がある。
非接触温度計7aのみでは、電子部品のはんだ付け用端子のはんだ濡れ性が悪いのか、あるいは、電子部品に浮きまたは傾きが生じているのか、あるいは基板10に電子部品が搭載されていないのかを判別できない。非接触変位計6aによって電子部品の高さを測定している場合には、制御装置9は、電子部品の高さが正常であり、かつ電子部品の温度が低い場合には、はんだ付け用端子のはんだ濡れ性が悪いと判別できる。制御装置9は、電子部品の高さが異常であり、かつ電子部品の温度が低い場合には、電子部品に浮きまたは傾きが生じていると判別できる。
制御装置9は、非接触変位計6aの測定値と電子部品の筐体との高さとから電子部品の高さを求めることもできる。あるいは、制御装置9は、電子部品の近傍の基板高さを基準として、電子部品の筐体の高さを求め、電子部品の高さとすることもできる。
電子部品に傾きがある場合には、はんだ付け用端子の基板10からの突き出し量が変化すると同時に、電子部品が傾いているため放射状態が変わるため、検出される部品の温度が変化する。また、電子部品の温度として検出される領域が、基準領域に対して傾いている方向にずれる。非接触変位計6aの測定結果も変わるので、確定できる。
電子部品に浮きがある場合には、はんだ付け用端子の基板10からの突き出し量が小さくなるため、検出される電子部品の温度上昇量が変化する。それとともに、非接触変位計6aによる基板10に対する電子部品の高さの測定結果が高くなる。
基板10への搭載忘れなどにより電子部品が無い場合には、基板温度を測定することになり、基板温度が過剰に高くなるとともに、非接触変位計6aによる基板10に対する電子部品の高さの測定結果が、基板10の高さと同値になる。制御装置9は、基板温度が過剰に高く、かつ電子部品の高さの測定結果が、基板10の高さとなる場合に、基板10に電子部品が搭載されていないと判定することができる。
非接触温度計7aによる電子部品の搭載状態の判定方法としては、測定温度等高線の形状のパターンマッチング、正常データからのずれ量の算出する方法、正常データと対称データの差分抽出による方法、またはディープラーニングなどのAIによる方法などを用いることができる。
本実施の形態の検査は、スプレーフラクサー前、スプレーフラクサー後、あるいは予熱後、といったはんだ付け前の非接触温度計7aおよび非接触変位計6aによる測定結果を用いることで、はんだ付け用端子の濡れ性、電子部品の浮きまたは傾き、電子部品の有無の検査を高精度化できる。
図19は、制御装置9のハードウェア構成を表わす図である。
制御装置9は、相当する動作をデジタル回路のハードウェアまたはソフトウェアで構成することができる。制御装置9の機能をソフトウェアを用いて実現する場合には、制御装置9は、例えば、図17に示すように、バス1001によって接続されたプロセッサ1002とメモリ1003とを備える。メモリ1003に記憶されたプログラムをプロセッサ1002が実行する。
変形例.
(1)実施の形態1において、制御装置9は、基板10のはんだ付け中における「基板の反り」の判定結果に基づいて、噴流ノズルによる「はんだ噴流の高さ」を調整し、その後、基板10のはんだ付け中における「基板の温度」の判定結果に基づいて、噴流ノズルによる「はんだ噴流の高さ」を調整した。ここで、調整量が大きくなりすぎないようにするため、制御装置9は、基板10のはんだ付け中における「基板の反り」に基づく「はんだ噴流の高さ」の調整量を考慮して、基板10のはんだ付け中における「基板の温度」に基づいて、「はんだ噴流の高さ」を調整してもよい。
すなわち、制御装置9は、基板10のはんだ付け中における基板10の反りの判定結果に基づいて、噴流ノズルによるはんだ噴流の高さを第1の調整量だけ調整し、その後、基板10のはんだ付け中における基板10の温度の判定結果と第1の調整量とに基づいて、噴流ノズルによるはんだ噴流の高さを第2の調整量だけ調整してもよい。つまり、第1の調整量が大きいほど、第2の調整量を小さくしてもよい。
また、制御装置9は、基板のはんだ付け中における「基板の反り」と「基板の温度」とを同時に評価することによって、「はんだ噴流の高さ」の調整量を決定することとしてもよい。
また、制御装置9は、基板のはんだ付け中における「基板の反り」と「基板の温度」とのうちのいずれか一方に基づいて、「はんだ噴流の高さ」を調整するものとしてもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 はんだ付けシステム、2 搬送機構、3 フラックス塗布機、4 プリヒータ、5 はんだ槽、6,6a,6b,6c 非接触変位計、7,7a,7b,7c 非接触温度計、8 基板検知センサ、9 制御装置、10 基板、11 フラックス、13 噴流ノズル、13a 1次ノズル、13b 2次ノズル、14 はんだ槽ヒータ、15 噴流モータ、16 はんだ付け検査装置、18 フラクサー制御部、19 はんだ噴流の高さ、101 学習装置、102,122 データ取得部、103 モデル生成部、111 学習済モデル記憶装置、121 推論装置、123 推論部、1001 バス、1002 プロセッサ、1003 メモリ。

Claims (24)

  1. 基板にフラックスを塗布するフラックス塗布機と、
    前記基板を予熱するプリヒータと、
    溶融はんだを貯留するはんだ槽と、
    前記はんだ槽内のはんだを溶融させるはんだ槽ヒータと、
    前記基板に向けて前記はんだ槽内の前記溶融はんだを噴流する噴流ノズルと、
    前記基板を前記フラックス塗布機の上方である第1の位置、前記プリヒータの上方である第2の位置、前記はんだ槽の上方である第3の位置に順次搬送する搬送機構と、
    前記噴流ノズルの上方に配置された第1の非接触変位計および第1の非接触温度計と、
    前記基板のはんだ付け中における前記第1の非接触変位計の計測結果に基づいて、前記基板のはんだ付け中における前記基板の反りを判定するとともに、前記基板のはんだ付け中における前記第1の非接触温度計の計測結果に基づいて、前記基板のはんだ付け中における前記基板の温度を判定する制御装置と、を備え
    前記制御装置は、前記基板のはんだ付け中における前記基板の反りおよび前記基板の温度に基づいて、前記噴流ノズルによるはんだ噴流の高さを調整する、はんだ付けシステム。
  2. 前記制御装置は、前記噴流ノズルからはんだが噴流されていない状態における前記第1の非接触変位計の計測結果に基づいて、前記噴流ノズルの高さを判定し、前記判定した噴流ノズルの高さに基づいて、前記噴流ノズルの高さを調整する、請求項1記載のはんだ付けシステム。
  3. 前記制御装置は、前記噴流ノズルからはんだが噴流され、かつ前記基板のはんだ付けが実施される前の状態における前記第1の非接触変位計の計測結果に基づいて、前記噴流ノズルによるはんだ噴流の高さを判定し、前記判定したはんだ噴流の高さに基づいて、前記はんだ噴流の高さを調整する、請求項記載のはんだ付けシステム。
  4. 前記第2の位置と前記第3の位置との間の領域の上方に配置された第2の非接触変位計および第2の非接触温度計とを備え、
    前記制御装置は、前記第2の非接触変位計の計測結果に基づいて、前記プリヒータによる前記基板の予熱後、かつ前記基板のはんだ付け前における前記基板の反りを判定するとともに、前記第2の非接触温度計の計測結果に基づいて、前記基板の予熱後、かつ前記基板のはんだ付け前における前記基板の温度を判定する、請求項1~のいずれか1項に記載のはんだ付けシステム。
  5. 前記制御装置は、前記基板の予熱後、かつ前記基板のはんだ付け前における前記基板の反りおよび前記基板の温度に基づいて、前記プリヒータの温度および前記噴流ノズルによるはんだ噴流の高さを調整する、請求項記載のはんだ付けシステム。
  6. 前記第1の位置と前記第2の位置との間の領域の上方に配置された第3の非接触変位計とを備え、
    前記制御装置は、前記第3の非接触変位計の計測結果に基づいて、前記フラックス塗布機による前記基板へのフラックス塗布後において、前記基板に配置された部品が前記基板から浮いているか否かを判定する、請求項1~のいずれか1項に記載のはんだ付けシステム。
  7. 前記第1の位置と前記第2の位置との間の領域の上方に配置された第3の非接触温度計を備え、
    前記制御装置は、前記第3の非接触温度計の計測結果に基づいて、前記フラックス塗布機による前記基板へのフラックス塗布後における前記基板の温度を判定する、請求項1~のいずれか1項に記載のはんだ付けシステム。
  8. 前記制御装置は、前記基板へのフラックス塗布後における前記基板の温度に基づいて、前記基板へのフラックス塗布量を推測する、請求項に記載のはんだ付けシステム。
  9. 前記搬送機構によって、前記基板は第4の位置へ搬送された後、前記第1の位置へ搬送され、
    前記第4の位置の上方に配置された第4の非接触変位計および第4の非接触温度計を備え、
    前記制御装置は、前記第4の非接触変位計の計測結果に基づいて、前記基板のフラックス塗布前における前記基板の反りを判定するとともに、前記第4の非接触温度計の計測結果に基づいて、前記基板のフラックス塗布前における前記基板の温度を判定する、請求項1~のいずれか1項に記載のはんだ付けシステム。
  10. 前記制御装置は、前記基板のフラックス塗布前における前記基板の反りと前記基板の温度とに基づいて、前記プリヒータの温度および前記はんだ噴流の高さを調整する、請求項記載のはんだ付けシステム。
  11. 前記制御装置は、調整前の前記噴流ノズルの高さ、調整前の前記はんだ噴流の高さ、前記はんだ付け中における基板の反り、および前記はんだ付け中における基板の温度と、はんだ付けの不良率との関係を表わすデータを生成する、請求項記載のはんだ付けシステム。
  12. 前記制御装置は、学習装置を備え、
    前記学習装置は、
    調整前の前記噴流ノズルの高さ、調整前の前記はんだ噴流の高さ、前記基板のはんだ付け中における前記基板の反り前記基板のはんだ付け中における前記基板の温度、および前記はんだ付けシステムの制御パラメータを含む学習用データ取得するデータ取得部と、
    前記学習用データを用いて、調整前の前記噴流ノズルの高さ、調整前の前記はんだ噴流の高さ、前記基板のはんだ付け中における前記基板の反り、および前記基板のはんだ付け中における前記基板の温度から前記はんだ付けシステムの制御パラメータを推定する学習済モデルを生成するモデル生成部と、
    を備える、請求項記載のはんだ付けシステム。
  13. 前記制御装置は、推論装置を備え、
    前記推論装置は、
    調整前の前記噴流ノズルの高さ、調整前の前記はんだ噴流の高さ、前記基板のはんだ付け中における前記基板の反り、および前記基板のはんだ付け中における前記基板の温度を取得するデータ取得部と、
    調整前の前記噴流ノズルの高さ、調整前の前記はんだ噴流の高さ、前記基板のはんだ付け中における前記基板の反り、および前記基板のはんだ付け中における前記基板の温度から前記はんだ付けシステムの制御パラメータを推論するための学習済モデルを用いて、前記データ取得部から入力された調整前の前記噴流ノズルの高さ、調整前の前記はんだ噴流の高さ、前記基板のはんだ付け中における前記基板の反り、および前記基板のはんだ付け中における前記基板の温度から前記はんだ付けシステムの制御パラメータを出力する推論部と、
    を備える、請求項記載のはんだ付けシステム。
  14. 前記はんだ付けシステムの制御パラメータは、前記フラックス塗布機のフラックスの塗布量、前記プリヒータの温度、前記噴流ノズルによる前記はんだ噴流の高さ、および前記はんだの温度を含む、請求項12または13記載のはんだ付けシステム。
  15. 前記第2の非接触温度計は、前記基板の被はんだ付け面に搭載された電子部品の温度を測定し、
    前記第2の非接触変位計は、前記電子部品の高さを測定し、
    前記制御装置は、前記電子部品の温度および前記電子部品の高さに基づいて、前記電子部品のはんだ濡れ性が劣化しているのか、あるいは前記電子部品に浮きまたは傾きが生じているのか、あるいは前記基板に前記電子部品が搭載されていないのかを判定する、請求項記載のはんだ付けシステム。
  16. 前記制御装置は、前記基板のはんだ付け中における前記基板の反りと、前記基板の温度とを用いて、はんだ付け結果の良否を判定する、請求項1記載のはんだ付けシステム。
  17. 前記制御装置は、前記基板のはんだ付け中における前記基板の反りの判定結果に基づいて、前記噴流ノズルによるはんだ噴流の高さを第1の調整量だけ調整し、その後、前記基板のはんだ付け中における前記基板の温度の判定結果と前記第1の調整量とに基づいて、前記噴流ノズルによるはんだ噴流の高さを第2の調整量だけ調整する、請求項1記載のはんだ付けシステム。
  18. フラックス塗布機と、プリヒータと、はんだ槽と、噴流ノズルと、搬送機構と、前記噴流ノズルの上方に配置された第1の非接触変位計および第1の非接触温度計と、制御装置とを備えたはんだ付けシステムにおけるはんだ付け方法であって、
    前記フラックス塗布機が、基板にフラックスを塗布するステップと、
    前記プリヒータが、前記基板を予熱するステップと、
    前記噴流ノズルが、前記基板に向けて前記はんだ槽内の溶融はんだを噴流するステップと、
    前記搬送機構が、前記基板を前記フラックス塗布機の上方である第1の位置、前記プリヒータの上方である第2の位置、前記はんだ槽の上方である第3の位置に順次搬送するステップと、
    前記制御装置が、前記基板のはんだ付け中における前記第1の非接触変位計の計測結果に基づいて、前記基板のはんだ付け中における前記基板の反りを判定するとともに、前記基板のはんだ付け中における前記第1の非接触温度計の計測結果に基づいて、前記基板のはんだ付け中における前記基板の温度を判定するステップと
    前記制御装置が、前記基板のはんだ付け中における前記基板の反りおよび前記基板の温度に基づいて、前記噴流ノズルによるはんだ噴流の高さを調整するステップと、を備えた、はんだ付け方法。
  19. 基板にフラックスを塗布するフラックス塗布機と、
    前記基板を予熱するプリヒータと、
    溶融はんだを貯留するはんだ槽と、
    前記はんだ槽内のはんだを溶融させるはんだ槽ヒータと、
    前記基板に向けて前記はんだ槽内の前記溶融はんだを噴流する噴流ノズルと、
    前記基板を前記フラックス塗布機の上方である第1の位置、前記プリヒータの上方である第2の位置、前記はんだ槽の上方である第3の位置に順次搬送する搬送機構と、
    前記噴流ノズルの上方に配置された第1の非接触変位計および第1の非接触温度計と、
    前記基板のはんだ付け中における前記第1の非接触変位計の計測結果に基づいて、前記基板のはんだ付け中における前記基板の反りを判定するとともに、前記基板のはんだ付け中における前記第1の非接触温度計の計測結果に基づいて、前記基板のはんだ付け中における前記基板の温度を判定する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、前記基板のはんだ付け中における前記基板の反りおよび前記基板の温度に基づいて、前記フラックス塗布機のフラックスの塗布量を調整する、はんだ付けシステム。
  20. 基板にフラックスを塗布するフラックス塗布機と、
    前記基板を予熱するプリヒータと、
    溶融はんだを貯留するはんだ槽と、
    前記はんだ槽内のはんだを溶融させるはんだ槽ヒータと、
    前記基板に向けて前記はんだ槽内の前記溶融はんだを噴流する噴流ノズルと、
    前記基板を前記フラックス塗布機の上方である第1の位置、前記プリヒータの上方である第2の位置、前記はんだ槽の上方である第3の位置に順次搬送する搬送機構と、
    前記噴流ノズルの上方に配置された第1の非接触変位計および第1の非接触温度計と、
    前記基板のはんだ付け中における前記第1の非接触変位計の計測結果に基づいて、前記基板のはんだ付け中における前記基板の反りを判定するとともに、前記基板のはんだ付け中における前記第1の非接触温度計の計測結果に基づいて、前記基板のはんだ付け中における前記基板の温度を判定する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、前記基板のはんだ付け中における前記基板の反りおよび前記基板の温度に基づいて、前記プリヒータの温度を調整する、はんだ付けシステム。
  21. 基板にフラックスを塗布するフラックス塗布機と、
    前記基板を予熱するプリヒータと、
    溶融はんだを貯留するはんだ槽と、
    前記はんだ槽内のはんだを溶融させるはんだ槽ヒータと、
    前記基板に向けて前記はんだ槽内の前記溶融はんだを噴流する噴流ノズルと、
    前記基板を前記フラックス塗布機の上方である第1の位置、前記プリヒータの上方である第2の位置、前記はんだ槽の上方である第3の位置に順次搬送する搬送機構と、
    前記噴流ノズルの上方に配置された第1の非接触変位計および第1の非接触温度計と、
    前記基板のはんだ付け中における前記第1の非接触変位計の計測結果に基づいて、前記基板のはんだ付け中における前記基板の反りを判定するとともに、前記基板のはんだ付け中における前記第1の非接触温度計の計測結果に基づいて、前記基板のはんだ付け中における前記基板の温度を判定する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、前記基板のはんだ付け中における前記基板の反りおよび前記基板の温度に基づいて、前記はんだの温度を調整する、はんだ付けシステム。
  22. フラックス塗布機と、プリヒータと、はんだ槽と、噴流ノズルと、搬送機構と、前記噴流ノズルの上方に配置された第1の非接触変位計および第1の非接触温度計と、制御装置とを備えたはんだ付けシステムにおけるはんだ付け方法であって、
    前記フラックス塗布機が、基板にフラックスを塗布するステップと、
    前記プリヒータが、前記基板を予熱するステップと、
    前記噴流ノズルが、前記基板に向けて前記はんだ槽内の溶融はんだを噴流するステップと、
    前記搬送機構が、前記基板を前記フラックス塗布機の上方である第1の位置、前記プリヒータの上方である第2の位置、前記はんだ槽の上方である第3の位置に順次搬送するステップと、
    前記制御装置が、前記基板のはんだ付け中における前記第1の非接触変位計の計測結果に基づいて、前記基板のはんだ付け中における前記基板の反りを判定するとともに、前記基板のはんだ付け中における前記第1の非接触温度計の計測結果に基づいて、前記基板のはんだ付け中における前記基板の温度を判定するステップと、
    前記制御装置が、前記基板のはんだ付け中における前記基板の反りおよび前記基板の温度に基づいて、前記フラックス塗布機のフラックスの塗布量を調整するステップと、を備えた、はんだ付け方法。
  23. フラックス塗布機と、プリヒータと、はんだ槽と、噴流ノズルと、搬送機構と、前記噴流ノズルの上方に配置された第1の非接触変位計および第1の非接触温度計と、制御装置とを備えたはんだ付けシステムにおけるはんだ付け方法であって、
    前記フラックス塗布機が、基板にフラックスを塗布するステップと、
    前記プリヒータが、前記基板を予熱するステップと、
    前記噴流ノズルが、前記基板に向けて前記はんだ槽内の溶融はんだを噴流するステップと、
    前記搬送機構が、前記基板を前記フラックス塗布機の上方である第1の位置、前記プリヒータの上方である第2の位置、前記はんだ槽の上方である第3の位置に順次搬送するステップと、
    前記制御装置が、前記基板のはんだ付け中における前記第1の非接触変位計の計測結果に基づいて、前記基板のはんだ付け中における前記基板の反りを判定するとともに、前記基板のはんだ付け中における前記第1の非接触温度計の計測結果に基づいて、前記基板のはんだ付け中における前記基板の温度を判定するステップと、
    前記制御装置が、前記基板のはんだ付け中における前記基板の反りおよび前記基板の温度に基づいて、前記プリヒータの温度を調整するステップと、を備えた、はんだ付け方法。
  24. フラックス塗布機と、プリヒータと、はんだ槽と、噴流ノズルと、搬送機構と、前記噴流ノズルの上方に配置された第1の非接触変位計および第1の非接触温度計と、制御装置とを備えたはんだ付けシステムにおけるはんだ付け方法であって、
    前記フラックス塗布機が、基板にフラックスを塗布するステップと、
    前記プリヒータが、前記基板を予熱するステップと、
    前記噴流ノズルが、前記基板に向けて前記はんだ槽内の溶融はんだを噴流するステップと、
    前記搬送機構が、前記基板を前記フラックス塗布機の上方である第1の位置、前記プリヒータの上方である第2の位置、前記はんだ槽の上方である第3の位置に順次搬送するステップと、
    前記制御装置が、前記基板のはんだ付け中における前記第1の非接触変位計の計測結果に基づいて、前記基板のはんだ付け中における前記基板の反りを判定するとともに、前記基板のはんだ付け中における前記第1の非接触温度計の計測結果に基づいて、前記基板のはんだ付け中における前記基板の温度を判定するステップと、
    前記制御装置が、前記基板のはんだ付け中における前記基板の反りおよび前記基板の温度に基づいて、前記はんだの温度を調整するステップと、を備えた、はんだ付け方法。
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