JP7483063B2 - フローはんだ付け装置 - Google Patents

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Description

本開示は、フローはんだ付け装置に関する。
プリント配線板に電子部品をはんだ付けする手法の一つとして、フローはんだ付けがある。フローはんだ付けでは、溶融はんだを噴流させて、その噴流に電子部品が搭載されたプリント配線板を接触または浸漬させることによって、電子部品がプリント配線板にはんだ付けされる。
フローはんだ付けでは、溶融はんだを噴流させることによって、はんだの酸化物であるドロスが発生する。溶融はんだにドロスが混じると、はんだ付け不良を起こすおそれがある。また、噴流する溶融はんだの状態が不安定になることがある。このため、フローはんだ付けを行うフローはんだ付け装置では、ドロスの発生を抑制することが求められている。たとえば、特許文献1では、略球形状のセラミック体によって、ドロスの発生を抑制する手法が提案されている。
特開2007-237269号公報
フローはんだ付け装置において、ドロスが発生すると、はんだ付け不良の他に、ドロスを回収する作業が必要になるため、その回収作業の間は、フローはんだ付けの作業が停止することになる。このため、フローはんだ付け装置では、ドロスの発生のさらなる抑制策が求められている。
本開示は、このような開発の一環でなされたものであり、その目的は、ドロスの発生を抑制することができるフローはんだ付け装置を提供することである。
本開示に係るフローはんだ付け装置は、噴流する溶融はんだをはんだ付け対象に接触させることによって、はんだ付け対象のはんだ付けを行うフローはんだ付け装置であって、搬送部とはんだ槽と噴流ノズルとドロス抑制治具とを備えている。搬送部は、はんだ付け対象を第1方向に搬送する。はんだ槽には、溶融はんだが貯溜される。噴流ノズルは、はんだ槽に配置され、はんだ槽に貯留された溶融はんだを、搬送部によって搬送されるはんだ付け対象に向けて噴流する。ドロス抑制治具は、はんだ槽に配置されている。噴流ノズルは、第1方向と交差する第2方向に幅を有する。ドロス抑制治具の第2方向の長さは、幅よりも長い。ドロス抑制治具は、噴流ノズルから噴流する溶融はんだが、はんだ槽に貯留された溶融はんだに落下する領域に、溶融はんだに接触するとともに、溶融はんだの液面から突出する態様で、第2方向に沿うように配置されている。
本開示に係るフローはんだ付け装置によれば、ドロス抑制治具は、噴流ノズルから噴流する溶融はんだが、はんだ槽に貯留された溶融はんだに落下する領域に、溶融はんだに接触するとともに、溶融はんだの液面から突出する態様で配置されている。これにより、噴流した溶融はんだを、一旦、ドロス抑制治具に落下させることで、溶融はんだが空気を巻き込むのを抑制することができる。その結果、ドロスの発生を抑制することができる。
実施の形態1に係るフローはんだ付け装置の構成を示す、一部断面を含む側面図である。 同実施の形態において、フローはんだ付け本体部の構成を模式的に示す上面図である。 同実施の形態において、フローはんだ付け装置におけるドロス抑制治具の作用効果を説明するための、比較例に係る部分断面図である。 同実施の形態において、フローはんだ付け装置におけるドロス抑制治具の作用効果を説明するための第1の部分断面図である。 同実施の形態において、フローはんだ付け装置におけるドロス抑制治具の作用効果を説明するための第2の部分断面図である。 同実施の形態において、フローはんだ付け装置におけるドロス抑制治具の作用効果を説明するための第3の部分断面図である。 同実施の形態において、フローはんだ付け装置におけるドロス抑制治具の作用効果を説明するための第4の部分断面図である。 同実施の形態において、ドロス抑制治具の形状のバリエーションを説明するための第1の断面図である。 同実施の形態において、ドロス抑制治具の形状のバリエーションを説明するための第2の断面図である。 同実施の形態において、ドロス抑制治具の形状のバリエーションを説明するための第3の断面図である。 同実施の形態において、ドロス抑制治具の形状のバリエーションを説明するための第4の断面図である。 同実施の形態において、ドロス抑制治具の形状のバリエーションを説明するための第5の断面図である。 同実施の形態において、ドロス抑制治具の形状のバリエーションを説明するための第6の断面図である。 同実施の形態において、ドロス抑制治具を固定する部材のバリエーションを説明するための第1の上面図である。 同実施の形態において、ドロス抑制治具を固定する部材のバリエーションを説明するための第2の上面図である。 同実施の形態において、ドロス抑制治具を固定する部材のバリエーションを説明するための第3の上面図である。 同実施の形態において、ドロス抑制治具を固定する部材のバリエーションを説明するための部分斜視図である。 実施の形態2に係るフローはんだ付け装置におけるフローはんだ付け本体部の構成を示す、一部断面を含む側面図である。 同実施の形態において、フローはんだ付け装置におけるドロス抑制治具の作用効果を説明するための第1の部分断面図である。 同実施の形態において、フローはんだ付け装置におけるドロス抑制治具の作用効果を説明するための第2の部分断面図である。 同実施の形態において、フローはんだ付け装置におけるドロス抑制治具の作用効果を説明するための第3の部分断面図である。 実施の形態3に係るフローはんだ付け装置における、ドロス抑制治具を含むフローはんだ付け本体部の構成を模式的に示す第1の断面図である。 同実施の形態において、フローはんだ付け装置における、ドロス抑制治具を含むフローはんだ付け本体部の構成を模式的に示す第2の断面図である。 実施の形態4に係るフローはんだ付け装置における、ドロス抑制治具を含むフローはんだ付け本体部の構成を模式的に示す断面図である。 実施の形態5に係るフローはんだ付け装置における、ドロス抑制治具およびノズルを示す上面図である。 同実施の形態において、ドロス抑制治具の断面図である。
実施の形態1.
実施の形態1に係るフローはんだ付け装置の一例について説明する。説明の便宜上、X軸、Y軸およびZ軸を用いて説明する。X軸方向は第1方向に対応し、Y軸方向は第2方向に対応し、Z軸方向は第3方向に対応する。
図1に示すように、フローはんだ付け装置1は、フラックス塗布部3、予熱部5、フローはんだ付け本体部7および搬送機構9を備えている。搬送部としての搬送機構9によって、はんだ付け対象としてのプリント配線板51が、X軸方向(矢印Y1参照)に、フラックス塗布部3、予熱部5およびフローはんだ付け本体部7の順に搬送される。
フラックス塗布部3では、電子部品53が搭載されたプリント配線板51におけるはんだ付け面51aに向けてフラックス11が塗布される。フラックス11を塗布する工法としては、たとえば、スプレー式、発泡式または浸漬式等がある。
予熱部5には、プリヒーター13が設けられている。予熱部5では、フラックス11が塗布されたプリント配線板51を、プリヒーター13によって予熱する。予熱する目的は、プリント配線板51を加熱することによって、フラックス11の溶剤を揮発させること、フラックス11の酸化膜除去効果を発揮すること、および、はんだ付け性を向上することである。加熱方式としては、たとえば、赤外線、遠赤外線または熱風等がある。プリント配線板51の下面(はんだ付け面51a)のみを加熱してもよい。また、電子部品53が搭載されているプリント配線板51の上面からも加熱してもよい。
図1および図2に示すように、フローはんだ付け本体部7は、はんだ槽15を備えている。はんだ槽15には、溶融はんだ17が貯溜される。溶融はんだ17として、たとえば、Sn-Pb共晶はんだ、Sn-Ag-Cu系はんだ、または、Sn-Cu系はんだ等が用いられる。Sn-Pb共晶はんだは、鉛を含むはんだである。Sn-Ag-Cu系はんだおよびSn-Cu系はんだは、鉛を含まない鉛フリーはんだである。
はんだ槽15には、噴流ノズル19、ドロス抑制治具31、はんだ槽ヒーター21、インペラ23および噴流モーター25が配置されている。噴流ノズル19は、溶融はんだ17をプリント配線板51へ向けて噴流する。噴流モーター25によってインペラ23を回転させ、溶融はんだ17を噴流ノズル19に送り込むことによって、溶融はんだ17が噴流ノズル19から噴流する。
噴流ノズル19は、X軸方向(矢印Y1参照)と交差するY軸方向に幅WNを有する。噴流ノズル19は、1次ノズル19aと2次ノズル19bとを備えている。1次ノズル19aは、搬送方向(矢印Y1参照)の上流側に配置されている。2次ノズル19bは、搬送方向(矢印Y1参照)の下流側に配置されている。
1次ノズル19aからは、溶融はんだ17の表面に、比較的荒い波が形成されるように、溶融はんだ17を噴流させる。1次ノズル19aから噴流する溶融はんだ17は、プリント配線板51におけるはんだ付け面51aの隅々にまで接触する。
一方、2次ノズル19bからは、溶融はんだ17の表面に、比較的穏やかな波が形成されるように、溶融はんだ17を噴流させる。2次ノズル19bから噴流する溶融はんだ17によって、プリント配線板51におけるはんだ付け面51aには、電子部品53をはんだ付けするのに適した量の溶融はんだ17が付着する。
ドロス抑制治具31は、噴流ノズル19から噴流する溶融はんだ17が、はんだ槽15に貯溜された溶融はんだ17に落下する領域(位置)に、溶融はんだ17に浮かせる態様で配置されている。ドロス抑制治具31は、噴流ノズル19から噴流する溶融はんだ17が、はんだ槽15に貯溜された溶融はんだ17に落下する高さを軽減させて、ドロスの発生を抑制する機能を有する。これについては後述する。
ドロス抑制治具31は、Y軸方向に延在する円柱状(棒状)の中実構造体である。ドロス抑制治具31の断面(Z-X平面)の形状は、円形である。ドロス抑制治具31は、Y軸方向に、噴流ノズル19の幅WNよりも長い長さLDを有している。すなわち、ドロス抑制治具31は、噴流ノズル19から噴流する溶融はんだ17の幅よりも長い長さLDを有している。ドロス抑制治具31は、ドロス抑制治具32、ドロス抑制治具33およびドロス抑制治具34を含む。ドロス抑制治具32、ドロス抑制治具33およびドロス抑制治具34は、固定部材37によって連結されている。
ドロス抑制治具31は、X軸方向の(矢印Y1参照)の動きとY軸方向の動きが規制される。ドロス抑制治具31は、溶融はんだ17に浮遊した状態で、Z軸方向(上下方向)の動きが許容される。これにより、ドロス抑制治具31は、噴流した溶融はんだ17が落下する領域(位置)に留まり続けることになる。
ドロス抑制治具32は、1次ノズル19aに対して、搬送方向(矢印Y1参照)の上流側に配置されている。ドロス抑制治具33は、1次ノズル19aに対して、搬送方向(矢印Y1参照)の下流側に配置されている。また、ドロス抑制治具33は、2次ノズル19bに対して、搬送方向(矢印Y1参照)の上流側に配置されている。ドロス抑制治具34は、2次ノズル19bに対して、搬送方向(矢印Y1参照)の下流側に配置されている。
ドロス抑制治具31は、耐熱性(たとえば、250~300℃程度)を有し、溶融はんだ17に濡れない材料(素材)から形成されている。ドロス抑制治具31の材料として、たとえば、ステンレス(たとえば、SUS304またはSUS316等)、アルミニウムまたはチタンが適用される。
ステンレスの比重は、溶融した一般的な鉛フリーはんだの比重よりも大きい。一般的な鉛フリーはんだとしては、たとえば、Sn-3Ag-0.5Cuはんだ、または、Sn-0.7Cu-Niはんだ等がある。このため、溶融はんだとして溶融した鉛フリーはんだを適用し、ドロス抑制治具31の材料としてステンレスを適用する場合には、ドロス抑制治具31は、たとえば、中空パイプの両端部を塞いだ中空構造とされる。アルミニウムおよびチタンの比重は、溶融はんだの比重よりも小さい。このため、アルミニウムまたはチタンを適用する場合には、ドロス抑制治具31は、中実構造および中空構造のいずれの構造であってもよい。
ステンレスの溶融はんだ17に対する耐食性は、アルミニウムの溶融はんだ17に対する耐食性よりも高い。このため、ステンレスは、アルミニウムに比べて、エロージョンは小さい。次に、ドロス抑制治具31の材料としてアルミニウムを適用する場合には、アルミニウムは、比較的軽い金属であるため、作業性に優れる。アルミニウムの場合には、表面の酸化被膜が破られないように、たとえば、アルマイト処理によって、耐食性を高めておくことが望ましい。
また、アルミニウムは熱伝導性が高いため、清掃作業において、はんだ槽15からドロス抑制治具31を取り出した後では、ドロス抑制治具31は冷めやすくなる。これにより、ドロス抑制治具31が、清掃作業に適した温度にまで下がる時間が短くなり、清掃に要する時間の短縮することができる。その結果、フローはんだ付け装置1の生産性を向上させることができる。そして、ドロス抑制治具31の材料としてチタンを適用する場合には、耐食性に優れたドロス抑制治具31となる。
また、ドロス抑制治具31の材料としては、熱伝導率が低い木材または断熱材を適用してもよい。これらの材料では、熱伝導率が比較的低いことで、ドロス抑制治具31の表面からの放熱によって、溶融はんだ17の温度が低下するのを抑制することができる。実施の形態1に係るフローはんだ付け装置1は、上記のように構成される。
次に、上述したフローはんだ付け装置1の動作の一例について説明する。フローはんだ付け装置1に搬入されたプリント配線板51を搬送機構9にセットする。プリント配線板51には、はんだ付けを行う電子部品53が搭載されている(図1参照)。
プリント配線板51は、まず、搬送機構9によってフラックス塗布部3に搬送される。フラックス塗布部3では、プリント配線板51のはんだ付け面51aにフラックス11が塗布される。次に、プリント配線板51は、搬送機構9によって予熱部5に搬送される。予熱部5では、プリヒーター13によってプリント配線板51が加熱される。
次に、プリント配線板51は、搬送機構9によってフローはんだ付け本体部7に搬送される。フローはんだ付け本体部7では、まず、噴流ノズル19のうち、1次ノズル19aから噴流する溶融はんだ17が、プリント配線板51のはんだ付け面51aの全面に接触する。次に、2次ノズル19bから噴流する溶融はんだ17が、はんだ付け面51aに付着する。
ここで、噴流ノズル19から溶融はんだ17を噴流させていない状態から、インペラ23を回転させて噴流ノズル19から溶融はんだ17を噴流させると、溶融はんだ17の液面が下がる。溶融はんだ17の液面が下がるのに応じて、溶融はんだ17に浮いているドロス抑制治具31も下がる。
噴流ノズル19から噴流した溶融はんだ17は、ドロス抑制治具31に落下し、ドロス抑制治具31の表面に沿うようにして、はんだ槽15に貯留された溶融はんだ17に流れ込む(図4参照)。はんだ付け面51aに溶融はんだ17が付着したプリント配線板51は、搬送機構9によって搬送される間に徐々に冷却される。冷却されたプリント配線板51は、フローはんだ付け装置1から搬出されて、次の工程へ搬送される。こうして、電子部品53のプリント配線板51へのはんだ付け作業の一連の工程が完了する。
上述したフローはんだ付け装置1では、噴流した溶融はんだ17が、一旦、ドロス抑制治具31に落下することで、溶融はんだ17が空気を巻き込むのを抑制し、ドロスの発生を抑制することができる。このことについて説明する。
図3に示すように、比較例として、ドロス抑制治具が配置されていないフローはんだ付け装置1では、噴流ノズル19から噴流した溶融はんだ17(矢印Y2参照)は、はんだ槽に貯留された溶融はんだ17の液面に対してほぼ垂直に落下する(下向き矢印参照)。この場合、噴流した溶融はんだ17が落下する高さHCは、ほぼ噴流ノズル19の高さに相当する。
はんだ槽に貯溜された溶融はんだ17に、噴流した溶融はんだ17が落下する領域FRでは、溶融はんだ17の液面に大きな脈動が生じ、周囲の空気が溶融はんだ17に巻き込まれる。このため、溶融はんだ17が酸化されやすくなり、溶融はんだ17とドロスとが混じったシャーベット状のドロスが発生し、ドロスの量が増加する。
一方、図4に示すように、ドロス抑制治具31を配置したフローはんだ付け装置1では、噴流ノズル19から噴流した溶融はんだ17(矢印Y2参照)は、ドロス抑制治具31に落下し、ドロス抑制治具31の表面に沿うようにして、はんだ槽15に貯留された溶融はんだ17に流れ込む。
噴流した溶融はんだ17が、一旦、ドロス抑制治具31に落下することで、噴流した溶融はんだ17が落下する高さHEは、比較例に係る高さHCよりも低くなる。これにより、溶融はんだ17が巻き込む周囲の空気の量が少なくなる。
また、ドロス抑制治具31に落下した溶融はんだ17が、ドロス抑制治具31の表面に沿うようにして、貯留された溶融はんだ17の液面に対して斜めに流れ込むことになる。このため、噴流した溶融はんだ17が、貯留された溶融はんだ17の液面にほぼ垂直に落下する場合と比べて、噴流した溶融はんだ17が、貯留された溶融はんだ17に流れ込む速度の深さ方向の成分が小さくなる。これにより、噴流した溶融はんだ17が、貯留された溶融はんだ17に潜り込む深さがより浅くなり、溶融はんだ17が巻き込む周囲の空気の量がさらに低減される。
さらに、噴流した溶融はんだ17が、貯留された溶融はんだ17に流れ込む速度の深さ方向の成分が小さくなることで、貯留された溶融はんだ17の液面の揺れも抑制されることになる。これらの結果、ドロスの発生を大幅に抑制することができる。
また、図2に示すように、フローはんだ付け本体部7に配置されるドロス抑制治具31のY軸方向の長さLDは、噴流ノズル19の幅WNよりも長い。これにより、噴流ノズル19から噴流する溶融はんだ17に起因して発生するドロスは、噴流ノズル19に対して上流側に配置された一つのドロス抑制治具31と、下流側に配置された一つのドロス抑制治具31とによって、抑制されることになる。その結果、配置するドロス抑制治具31の数を、必要最小限に抑えることができる。
また、ドロス抑制治具31の形状を円柱状(棒状)とすることで、ドロス抑制治具31の表面にドロスが一定量以上堆積した場合には、そのドロスは、溶融はんだ17に落下することになる。これにより、ドロス抑制治具31の表面にドロスが堆積することに伴って、ドロス抑制治具31が、溶融はんだ17中に沈み込んでしまうのを防止することができる。
また、はんだ槽15に貯留された溶融はんだ17の液面を清掃する際には、はんだ槽15からドロス抑制治具31を取り外す作業が必要になるが、ドロス抑制治具31の数が最小限に抑えられることで、その作業時間を短縮することができる。
さらに、ドロス抑制治具31に付着したフラックスの残渣またはドロスを除去する清掃作業も必要になるが、ドロス抑制治具31の数が最小限に抑えられることで、その作業時間も短縮することができる。
また、フローはんだ付け装置1では、ドロス抑制治具31は、溶融はんだ17に浮遊させる態様で配置されている。これにより、はんだ槽15に貯溜された溶融はんだ17の液面の位置(高さ)が変動しても、ドロス抑制治具31が、貯留された溶融はんだ17から離れて露出することはなく、噴流した溶融はんだ17が、貯留された溶融はんだ17の液面に対して垂直に落下するのを抑制することができる。
さらに、ドロス抑制治具31を、溶融はんだ17の液面に追随させて、液面に接触させるとともに、液面から突出するように配置することで、溶融はんだ17の液面が変動しても、溶融はんだ17の空気の巻き込みが抑えられる。図5、図6および図7に、はんだ槽に貯留された溶融はんだ17の液面の変化をそれぞれ示す。図5では、噴流ノズル19から溶融はんだ17が噴流する前に状態が示されている。図6では、噴流ノズル19から溶融はんだ17が噴流した後の一状態が示されている。図7では、噴流ノズル19から溶融はんだ17が比較的長時間噴流した後の一状態が示さている。
図5および図6に示すように、噴流ノズル19から溶融はんだ17を噴流すると、はんだ槽に貯溜された溶融はんだ17の液面は、位置P1から位置P2にまで下がる。また、図6および図7に示すように、順次搬送されるプリント配線板51のそれぞれのはんだ付け面51aに溶融はんだ17を付着させることで、溶融はんだ17が消費されて、はんだ槽に貯溜された溶融はんだ17の液面は徐々に下がり、溶融はんだ17の液面は、位置P2から位置P3まで下がることになる。このため、噴流した溶融はんだ17が落下する高さは、溶融はんだ17の消費に伴って、徐々に高くなる。
一方、ドロス抑制治具31は、溶融はんだ17に浮遊させる態様で配置されているため、ドロス抑制治具31は、貯留された溶融はんだ17から離れて露出することはない。これにより、噴流した溶融はんだ17が落下する高さが徐々に高くなっても、噴流した溶融はんだ17が、貯留された溶融はんだ17の液面に対して垂直に落下するのを抑制することができる。その結果、溶融はんだ17が巻き込む周囲の空気の量が低減し、ドロスの発生の低減に寄与することができる。
また、ドロス抑制治具31の断面(Z-X平面、図7参照)の直径として、溶融はんだ17の液面が下がる高さ(位置)を考慮した、比較的大きい直径を設定しておくことで、溶融はんだ17の液面が下がることに伴う影響を少なくすることができる。
次に、ドロス抑制治具31の形状のバリエーションについて説明する。ドロス抑制治具31の断面(Z-X平面、図1参照)の形状としては、図8および図9に示すように、円形がある。図8示すドロス抑制治具31は中実構造体である。図9に示すドロス抑制治具31は中空構造体である。また、図10に示すように、楕円形がある。図10に示すドロス抑制治具31は中実構造体である。
さらに、図11に示す四角形(矩形)、または、図12に示す三角形を含む多角形がある。また、図13に示すように、矩形と円形とを組み合わせた形状でもよい。図11、図12および図13にそれぞれ示すドロス抑制治具31は、中空構造体である。なお、円形、四角形、楕円形とは、数学的(幾何学的)な厳密さを意図するものではなく、製造上の誤差等を含む。また、一見して、円形、四角形または楕円形であることがわかる形状を含む。
断面形状が円形のドロス抑制治具31の場合では、噴流ノズル19から噴流する溶融はんだ17の落下に伴って、ドロス抑制治具31が回転した場合でも、ドロス抑制治具31の断面形状は変わらないため、ドロスを抑制する効果の変動を抑えて一定にすることができる。
また、中空構造体のドロス抑制治具31(図9、図11、図12等参照)の場合では、たとえば、中空パイプまたはパイプ等を適用するのであれば、入手が容易な市販の標準的な部材を適用することができ、ドロス抑制治具31を容易に製造することができる。
断面形状が楕円形のドロス抑制治具31の場合では、ドロス抑制治具31は、楕円形の長軸が溶融はんだ17の液面に沿うように溶融はんだ17に浮遊する。これにより、噴流ノズル19から噴流してドロス抑制治具31に落下した溶融はんだ17は、よりなだらかに、はんだ槽15に貯溜された溶融はんだ17に流れ込む。このため、落下した溶融はんだ17が、貯溜された溶融はんだ17に流れ込む速度を抑えて、ドロスの低減に寄与することができる。
断面形状が四角形(矩形)のドロス抑制治具31の場合では、外周面が平面によって構成されるため、フラックス残渣を容易に清掃することができる。また、形状的に市販の標準的な部材を適用することができ、ドロス抑制治具31を容易に製造することができる。
断面形状が三角形のドロス抑制治具31の場合では、三角形の頂点が上に向くようにドロス抑制治具31を溶融はんだ17に浮遊させることで、ドロス抑制治具31に落下する溶融はんだ17が2つの流れに分岐される。これにより、貯留された溶融はんだ17に流れ込む際に、空気を巻き込むのが抑えられて、ドロスの低減に寄与することができる。
断面形状が矩形と円形とを組み合わせたドロス抑制治具31の場合では、断面形状が矩形のドロス抑制治具31の場合の効果と、断面形状が円形のドロス抑制治具31の場合の効果との双方の効果が得られる。
なお、断面形状としては、五角形以上の多角形の断面形状を有するドロス抑制治具であってもよく、断面形状が矩形のドロス抑制治具31の場合の効果と実質的に同様の効果、または、断面形状が円形のドロス抑制治具31の場合の効果と実質的に同様の効果が得られる。
次に、ドロス抑制治具31の連結態様について説明する。図14に示すように、噴流ノズル19(19a)に対して、搬送方向の上流側に配置されるドロス抑制治具31(32)と、下流側に配置されるドロス抑制治具31(33)とは、固定部材37によって互いに繋がれている。このため、ドロス抑制治具31(32、33)は、溶融はんだ17に浮遊した状態において、X軸方向とY軸方向の動きが規制されて、Z軸方向(上下方向)の動きが許容される。
固定部材37として、たとえば、ワイヤー状、板状またはパイプ状の金属製の部材を適用することができる。また、U字型に加工した棒状の金属製の部材も適用することが可能である。また、図15および図16に示すように、ドロス抑制治具31に、接続部材29を取り付け、その接続部材29に固定部材37を取り付けるようにしてもよい。接続部材29としては、たとえば、金属パイプをU字型に加工した部材を適用することができる。
さらに、図17に示すように、ガイド溝27aを設けた一対のガイド部材27に、ドロス抑制治具31を装着させるようにしてもよい。ドロス抑制治具31は、ガイド溝27aによって、溶融はんだの液面の高さに応じた上下方向(矢印参照)の動きが許容されることになる。
実施の形態2.
ここでは、実施の形態2として、噴流した溶融はんだが、貯留された溶融はんだに落下する一つの領域(位置)に、複数のドロス抑制治具を配置したフローはんだ付け装置の一例について説明する。
図18に示すように、フローはんだ付け装置1におけるフローはんだ付け本体部7では、1次ノズル19aに対して、搬送方向(矢印Y1参照)の上流側には、ドロス抑制治具32aとドロス抑制治具32bとが配置されている。
1次ノズル19aに対して、搬送方向(矢印Y1参照)の下流側には、ドロス抑制治具33aとドロス抑制治具33bとドロス抑制治具33cとが配置されている。このドロス抑制治具33a、33b、33cは、2次ノズル19bに対しては、搬送方向(矢印Y1参照)の上流側に配置されていることになる。
2次ノズル19bに対して、搬送方向(矢印Y1参照)の下流側には、ドロス抑制治具34aとドロス抑制治具34bとが配置されている。なお、これ以外に構成については、図1に示すフローはんだ付け装置1の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
次に、上述したフローはんだ付け装置1の動作の一例について説明する。まず、前述したフローはんだ付け装置1と同様に、電子部品が実装されたプリント配線板51が、搬送機構9によってフラックス塗布部3に搬送されて、フラックスが塗布される。次に、プリント配線板51は、予熱部5に搬送されて加熱される(図1参照)。
次に、プリント配線板51は、搬送機構9によってフローはんだ付け本体部7に搬送される(図18参照)。フローはんだ付け本体部7では、1次ノズル19aから噴流する溶融はんだ17が、プリント配線板51のはんだ付け面51aの全面に接触する。次に、2次ノズル19bから噴流する溶融はんだ17が、はんだ付け面51aに付着する。その後、冷却されたプリント配線板51は、フローはんだ付け装置1から搬出されて、はんだ付け作業の一連の工程が完了する。
上述したフローはんだ付け装置1では、噴流した溶融はんだ17が落下する一つの領域に、複数のドロス抑制治具31が配置されていることで、ドロスの発生を効果的に抑制することができる。これについて説明する。
まず、はんだ槽15に貯留された溶融はんだ17に、複数のドロス抑制治具31が配置されていることで、貯留された溶融はんだ17が空気に晒される面積が減少する。これにより、貯留された溶融はんだ17が酸化されるのを抑制することができ、ドロスの発生を効果的に抑制することができる。
また、図19に示すように、噴流ノズル19から噴流し、ドロス抑制治具31aに落下した溶融はんだ17は、2つの溶融はんだ17の流れに分岐される。すなわち、ドロス抑制治具31aの表面に沿って流れた後、貯溜された溶融はんだ17に流れ込む流れ(流れA:矢印Y21参照)と、ドロス抑制治具31aの表面からドロス抑制治具31bの表面に沿って流れた後、貯溜された溶融はんだ17に流れ込む流れ(流れB:矢印Y22参照)とに分岐される。
ドロス抑制治具31aに落下した溶融はんだ17が、流れAと流れBとに分岐されることで、流れAの量は、落下する溶融はんだ17の量から流れBの量の分だけ減少する。このため、流れAに伴う溶融はんだ17の空気の巻き込みを減少させることができる。
一方、流れBは、ドロス抑制治具31aの表面からドロス抑制治具31bの表面に沿って流れるため、流速が段階的に小さくなる。このため、貯溜された溶融はんだ17に流れ込む際の流速が抑えられて、溶融はんだ17が空気を巻き込む量を減少させることができる。これらの結果、溶融はんだ17の酸化が抑えられて、ドロスの発生を効果的に抑制することができる。
なお、ドロス抑制治具31aおよびドロス抑制治具31b等は、固定部材(図示せず)によって連結されている。また、ドロス抑制治具31a、31b同士を固定するようにしてもよい。
また、ドロス抑制治具31として、ドロス抑制治具31が貯溜された溶融はんだ17に接触した状態で、ドロス抑制治具31の溶融はんだ17の液面からの高さが異なる複数のドロス抑制治具31を用いてもよい。
図20に示すドロス抑制治具31では、ドロス抑制治具31bの溶融はんだ17の液面からの高さHBが、ドロス抑制治具31aの溶融はんだ17の液面からの高さHAよりも低い、ドロス抑制治具31aとドロス抑制治具31bとが配置されている。噴流ノズル19から離れるにしたがって、ドロス抑制治具31の溶融はんだ17の液面からの高さが低くなるように、ドロス抑制治具31が配置されている。
ここでは、一例として、断面形状が円形のドロス抑制治具31aとドロス抑制治具31bとが配置されている。ドロス抑制治具31aの直径は相対的に大きく、ドロス抑制治具31bの直径は相対的に小さい。
このようなドロス抑制治具31では、噴流した溶融はんだ17が、ドロス抑制治具31aの表面からドロス抑制治具31bの表面に沿って流れた後、貯溜された溶融はんだ17に流れ込む際に落下する高さHEがより低くなる。これにより、噴流した溶融はんだ17が、貯溜された溶融はんだ17に流れ込む流速が抑えられて、溶融はんだ17が周囲の空気を巻き込む量がより少なくなる。その結果、ドロスの発生をさらに抑制することができる。
さらに、噴流した溶融はんだ17が落下する一つの領域に、複数のドロス抑制治具31を配置することで、塊状のドロスを低減することができる。
図21に示すように、噴流した溶融はんだ17が、ドロス抑制治具31(31a、31b)に沿って流れる際には、ドロス抑制治具31aとドロス抑制治具31bとの間の領域において乱流(矢印Y3参照)が生じやすい。溶融はんだ17に乱流が生じると、溶融はんだ17の表面に、はんだの成分を巻き込んだ塊状のドロス61が発生しやすくなる。
しかしながら、溶融はんだ17の乱流によって塊状のドロスが発生したとしても、その溶融はんだ17の乱流によって、塊状のドロスがかき混ぜられることになる。これにより、塊状のドロス61が粉砕されて、巻き込まれたはんだの成分が再溶融して、溶融はんだに戻り、粉状のドロスが残ることになる。その結果、はんだの無駄な消費を抑えることができる。
また、ドロス61は、ドロス抑制治具31の上を流れる噴流した溶融はんだ17上に浮遊し堆積する。これにより、溶融はんだ17の内部にドロス61が侵入するのを阻止することができ、たとえば、噴流ノズル19の内側にドロスが侵入して、噴流ノズル19が詰まるのを防止することができる。
実施の形態3.
ここでは、実施の形態3として、吸着部材を有するドロス抑制治具を備えたフローはんだ付け装置の一例について説明する。
図22に示すように、アルミニウム等から形成されたドロス抑制治具31の表面を覆うように、吸着部材41が装着されている。吸着部材41は、取り外し可能とされる。吸着部材41は、繊維状であり、たとえば、パルプ性のウエス、木綿、麻または耐熱性フェルトが適用される。
なお、ドロス抑制治具31以外については、図1等に示すフローはんだ付け装置1の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。また、フローはんだ付け装置1の動作についても、図1等に示すフローはんだ付け装置1の動作と同様なので、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
上述したフローはんだ付け装置1によれば、はんだ槽15に発生するドロスとフラックス残渣とが、ドロス抑制治具31の表面に設けられた吸着部材41に吸着される。フローはんだ付け装置1では、フラックス塗布部3(図1参照)においてプリント配線板51のはんだ付け面51aに塗布されたフラックスが、噴流する溶融はんだ17によって溶解し、はんだ槽15に流れ込むことになる。吸着部材41は、粉状のドロスとともに、そのようなはんだ槽15に流れ込んだフラックスの残渣を吸着する。
フラックス残渣が吸着部材41に吸着されることで、フラックス残渣がはんだ槽15内に付着するのを防止することができる。また、粉状のドロスが吸着部材41に吸着されることで、粉状のドロスが、貯溜された溶融はんだ17の液面に広がるのを抑制することができる。
フラックス残渣およびドロスが吸着した吸着部材41は、ドロス抑制治具31から取り外して破棄すればよく、清掃時間の短縮を図り、生産性の向上に寄与することができる。また、フラックス残渣は、はんだ付けが終了してから完全に炭化するまでの間では、還元機能を有している。これにより、吸着部材41に吸着したドロスを還元する効果も得られる。その結果、ドロスの発生をさらに抑制することができる。
なお、図23に示すように、ドロス抑制治具31としては、ドロス抑制治具31そのものを、吸着部材41から形成してもよい。ドロス抑制治具31を吸着部材41から形成することで、吸着部材41を取り外す作業が不要になる。また、ドロス抑制治具31を吸着部材41から形成することで、フラックス残渣およびドロスを吸着する吸着量が増加し、吸着部材41(ドロス抑制治具31)を廃棄する頻度を少なくすることができる。
実施の形態4.
ここでは、実施の形態4として、はんだ濡れ性を有する表面処理部を含むドロス抑制治具を備えたフローはんだ付け装置の一例について説明する。
図24に示すように、ドロス抑制治具31の表面には、はんだ濡れ性を有する表面処理部43が形成されている。表面処理部43は、銅(Cu)、ニッケル(Ni)または鉄(Fe)から形成されている。銅(Cu)は、溶融はんだ17中に徐々に溶解するおそれがあるため、最表面は、鉄(Fe)の層またはニッケル(Ni)の層によって覆われていることが望ましい。
なお、ドロス抑制治具31以外については、図1等に示すフローはんだ付け装置1の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。また、フローはんだ付け装置1の動作についても、図1等に示すフローはんだ付け装置1の動作と同様なので、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
上述したフローはんだ付け装置1によれば、ドロス抑制治具31の表面に、はんだ濡れ性を有する表面処理部43が形成されている。これにより、噴流ノズル19から噴流した溶融はんだ17が、ドロス抑制治具31に落下した際に、溶融はんだ17が、表面処理部43において濡れ広がり、その後、貯留された溶融はんだ17に流れ込むことになる。
ドロス抑制治具31において、落下してきた溶融はんだ17が濡れ広がることで、表面処理部43が形成されていないドロス抑制治具と比べて、溶融はんだ17の流れがより穏やかになる。その結果、貯留された溶融はんだ17の液面に生じる脈動が抑えられて、ドロスの発生をさらに効果的に抑制することができる。
なお、上述した各実施の形態に係るフローはんだ付け装置1では、ドロス抑制治具31を溶融はんだ17に浮かせる態様で、はんだ槽15に配置する場合を例に挙げて説明した。ドロス抑制治具の配置態様としては、これに限られるものではなく、たとえば、ドロス抑制治具を機械的に上下に移動可能に支持し、溶融はんだの液面に接触し、その液面から突出する態様でドロス抑制治具を配置してもよい。
このような、ドロス抑制治具であっても、噴流した溶融はんだを、一旦、ドロス抑制治具に落下させることで、溶融はんだが空気を巻き込むのを抑制し、ドロスの発生を抑制することができる。
実施の形態5.
ここでは、実施の形態5として、加熱機構を有するドロス抑制治具を備えたフローはんだ付け装置の一例について説明する。
図25および図26に示すように、ドロス抑制治具31の内部にはヒーター71が配置されている。ヒーター71は、加熱制御部73によって温度制御される。ドロス抑制治具31の温度は、ヒーター71によって、溶融はんだ17の温度以上の温度に保持される。
なお、ドロス抑制治具31以外については、図1等に示すフローはんだ付け装置1の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。また、フローはんだ付け装置1の動作についても、図1等に示すフローはんだ付け装置1の動作と同様なので、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
実施の形態1において説明したように、噴流ノズル19(1次ノズル19a)から噴流する溶融はんだ17は、プリント配線板51(はんだ付け面51a)に接触した後に、ドロス抑制治具31に落下する。溶融はんだ17がプリント配線板51に接触することで、溶融はんだ17の温度が下がり、溶融はんだ17中に、溶融はんだ17の一部が凝固した半溶融状態のはんだが形成されることが想定される、このため、ドロス抑制治具31には、半溶融状態のシャーベット状のドロスが接触することが想定される。
上述したフローはんだ付け装置1によれば、ドロス抑制治具31の温度は、溶融はんだ17の温度以上の温度に保持される。これにより、ドロス抑制治具31に、半溶融状態のはんだが接触するような場合を想定したとしても、溶融はんだ17の温度以上の温度に保持されたドロス抑制治具31によって、半溶融状態のはんだが加熱されて、半溶融状態のはんだを溶解させることができる。その結果、半溶融状態のシャーベット状のドロスの発生を抑えることができ、さらなるドロス発生を抑制することができる。
各実施の形態において説明したフローはんだ付け装置1については、必要に応じて種々組み合わせることが可能である。
今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本開示は上記で説明した範囲ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。
本開示は、溶融はんだをはんだ付け対象に向けて噴流するフローはんだ付け装置に有効に利用される。
1 フローはんだ付け装置、3 フラックス塗布部、5 予熱部、7 フローはんだ付け本体部、9 搬送機構、11 フラックス、13 プリヒーター、15 はんだ槽、17 溶融はんだ、19 噴流ノズル、19a 1次ノズル、19b 2次ノズル、21 はんだ槽ヒーター、23 インペラ、25 噴流モーター、27 ガイド部材、27a ガイド溝、31、31a、31b、32、32a、32b、33、33a、33b、33c、34、34a、34b ドロス抑制治具、37 固定部材、39 接続部材、41 吸着部材、43 表面処理部、51 プリント配線板、51a はんだ付け面、53 電子部品、61 ドロス、71 ヒーター、73 加熱制御部、LD 長さ、WN 幅、Y1、Y2、Y3 矢印、HA、HB、HC、HE、L1、L2 高さ、FR 領域。

Claims (19)

  1. 噴流する溶融はんだをはんだ付け対象に接触させることによって、前記はんだ付け対象のはんだ付けを行うフローはんだ付け装置であって、
    前記はんだ付け対象を第1方向に搬送する搬送部と、
    前記溶融はんだを貯溜するはんだ槽と、
    前記はんだ槽に配置され、前記はんだ槽に貯留された前記溶融はんだを、前記搬送部によって搬送される前記はんだ付け対象に向けて噴流する噴流ノズルと、
    前記はんだ槽に配置されたドロス抑制治具と
    を備え、
    前記噴流ノズルは、前記第1方向と交差する第2方向に幅を有し、
    記ドロス抑制治具は、前記噴流ノズルから噴流する前記溶融はんだが、前記はんだ槽に貯留された前記溶融はんだに落下する領域に、前記溶融はんだの液面から突出する態様で配置され
    前記ドロス抑制治具は、前記第1方向および前記第2方向と交差する第3方向の動きが許容された、フローはんだ付け装置。
  2. 噴流する溶融はんだをはんだ付け対象に接触させることによって、前記はんだ付け対象のはんだ付けを行うフローはんだ付け装置であって、
    前記はんだ付け対象を第1方向に搬送する搬送部と、
    前記溶融はんだを貯溜するはんだ槽と、
    前記はんだ槽に配置され、前記はんだ槽に貯留された前記溶融はんだを、前記搬送部によって搬送される前記はんだ付け対象に向けて噴流する噴流ノズルと、
    前記はんだ槽に配置されたドロス抑制治具と
    を備え、
    前記噴流ノズルは、前記第1方向と交差する第2方向に幅を有し、
    前記ドロス抑制治具は、前記噴流ノズルから噴流する前記溶融はんだが、前記はんだ槽に貯留された前記溶融はんだに落下する領域に、前記溶融はんだの液面から突出する態様で配置され、
    前記ドロス抑制治具は、前記噴流ノズルから噴流する前記溶融はんだが、前記はんだ槽に貯溜された前記溶融はんだに落下する前記領域に、前記第1方向に並んで複数配置された、フローはんだ付け装置。
  3. 噴流する溶融はんだをはんだ付け対象に接触させることによって、前記はんだ付け対象のはんだ付けを行うフローはんだ付け装置であって、
    前記はんだ付け対象を第1方向に搬送する搬送部と、
    前記溶融はんだを貯溜するはんだ槽と、
    前記はんだ槽に配置され、前記はんだ槽に貯留された前記溶融はんだを、前記搬送部によって搬送される前記はんだ付け対象に向けて噴流する噴流ノズルと、
    前記はんだ槽に配置されたドロス抑制治具と
    を備え、
    前記噴流ノズルは、前記第1方向と交差する第2方向に幅を有し、
    前記ドロス抑制治具は、前記噴流ノズルから噴流する前記溶融はんだが、前記はんだ槽に貯留された前記溶融はんだに落下する領域に、前記溶融はんだの液面から突出する態様で配置され、
    前記ドロス抑制治具は、前記噴流ノズルから噴流する前記溶融はんだが、前記はんだ槽に貯溜された前記溶融はんだに落下する前記領域に、前記第1方向に並んで複数配置され、
    前記ドロス抑制治具は、
    第1ドロス抑制治具と、
    前記第1ドロス抑制治具に対して、前記噴流ノズルが位置する側とは反対側に配置された第2ドロス抑制治具と
    を含み、
    前記第1ドロス抑制治具および前記第2ドロス抑制治具が前記溶融はんだに接触した状態で、前記第2ドロス抑制治具の前記液面からの高さは、前記第1ドロス抑制治具の前記液面からの高さよりも低い、フローはんだ付け装置。
  4. 噴流する溶融はんだをはんだ付け対象に接触させることによって、前記はんだ付け対象のはんだ付けを行うフローはんだ付け装置であって、
    前記はんだ付け対象を第1方向に搬送する搬送部と、
    前記溶融はんだを貯溜するはんだ槽と、
    前記はんだ槽に配置され、前記はんだ槽に貯留された前記溶融はんだを、前記搬送部によって搬送される前記はんだ付け対象に向けて噴流する噴流ノズルと、
    前記はんだ槽に配置されたドロス抑制治具と
    を備え、
    前記噴流ノズルは、前記第1方向と交差する第2方向に幅を有し、
    前記ドロス抑制治具は、前記噴流ノズルから噴流する前記溶融はんだが、前記はんだ槽に貯留された前記溶融はんだに落下する領域に、前記溶融はんだの液面から突出する態様で配置され、
    前記ドロス抑制治具の表面は、繊維状の吸着部によって覆われた、フローはんだ付け装置。
  5. 噴流する溶融はんだをはんだ付け対象に接触させることによって、前記はんだ付け対象のはんだ付けを行うフローはんだ付け装置であって、
    前記はんだ付け対象を第1方向に搬送する搬送部と、
    前記溶融はんだを貯溜するはんだ槽と、
    前記はんだ槽に配置され、前記はんだ槽に貯留された前記溶融はんだを、前記搬送部によって搬送される前記はんだ付け対象に向けて噴流する噴流ノズルと、
    前記はんだ槽に配置されたドロス抑制治具と
    を備え、
    前記噴流ノズルは、前記第1方向と交差する第2方向に幅を有し、
    前記ドロス抑制治具は、前記噴流ノズルから噴流する前記溶融はんだが、前記はんだ槽に貯留された前記溶融はんだに落下する領域に、前記溶融はんだの液面から突出する態様で配置され、
    前記ドロス抑制治具に配置された加熱機構と、
    前記加熱機構の温度を制御する加熱制御部と
    を備えた、フローはんだ付け装置。
  6. 前記ドロス抑制治具は、前記溶融はんだに浮かせる態様で配置された、請求項1~5のいずれか1項に記載のフローはんだ付け装置。
  7. 前記ドロス抑制治具は、前記第1方向および前記第2方向の動きが規制された、請求項1~5のいずれか1項に記載のフローはんだ付け装置。
  8. 前記ドロス抑制治具は、前記第1方向および前記第2方向と交差する第3方向の動きが許容された、請求項2~5のいずれか1項に記載のフローはんだ付け装置。
  9. 前記ドロス抑制治具は、前記噴流ノズルから噴流する前記溶融はんだが、前記はんだ槽に貯溜された前記溶融はんだに落下する前記領域に、前記第1方向に並んで複数配置された、請求項1、4、5のいずれか1項に記載のフローはんだ付け装置。
  10. 前記ドロス抑制治具は、
    第1ドロス抑制治具と、
    前記第1ドロス抑制治具に対して、前記噴流ノズルが位置する側とは反対側に配置された第2ドロス抑制治具と
    を含み、
    前記第1ドロス抑制治具および前記第2ドロス抑制治具が前記溶融はんだに接触した状態で、前記第2ドロス抑制治具の前記液面からの高さは、前記第1ドロス抑制治具の前記液面からの高さよりも低い、請求項1、2、4、5のいずれか1項に記載のフローはんだ付け装置。
  11. 前記ドロス抑制治具の表面は、繊維状の吸着部によって覆われた、請求項1、2、3、5のいずれか1項に記載のフローはんだ付け装置。
  12. 前記ドロス抑制治具の表面は、はんだ濡れ性を有する材料層によって覆われた、請求項1、2、3、5のいずれか1項に記載のフローはんだ付け装置。
  13. 前記ドロス抑制治具における前記材料層における最表面は、鉄の層およびニッケルの層のうちのいずれかを含む、請求項12記載のフローはんだ付け装置。
  14. 前記ドロス抑制治具は、ステンレスによって形成され、
    前記ドロス抑制治具は、前記ステンレスの中空構造体を含む、請求項1~のいずれか1項に記載のフローはんだ付け装置。
  15. 前記ドロス抑制治具は、アルミニウムによって形成され、
    前記ドロス抑制治具は、前記アルミニウムの中空構造体および中実構造体のいずれかを含む、請求項1~のいずれか1項に記載のフローはんだ付け装置。
  16. 前記ドロス抑制治具は、チタンによって形成され、
    前記ドロス抑制治具は、前記チタンの中空構造体および中実構造体のいずれかを含む、請求項1~のいずれか1項に記載のフローはんだ付け装置。
  17. 前記ドロス抑制治具の断面の形状は、円形および四角形のいずれかを含む、請求項1~のいずれか1項に記載のフローはんだ付け装置。
  18. 前記ドロス抑制治具に配置された加熱機構と、
    前記加熱機構の温度を制御する加熱制御部と
    を備えた、請求項1~のいずれか1項に記載のフローはんだ付け装置。
  19. 前記はんだ付け対象にフラックスを塗布するフラックス塗布部と、
    前記はんだ付け対象を加熱する予熱部と
    を含み、
    前記はんだ付け対象は、前記搬送部によって、前記フラックス塗布部、前記予熱部および前記はんだ槽の順に搬送される、請求項1~のいずれか1項に記載のフローはんだ付け装置。
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