JPH0128335B2

JPH0128335B2 -

Info

Publication number: JPH0128335B2
Application number: JP55173178A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Shima; Yoichiro Maehara
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1980-12-10
Filing date: 1980-12-10
Publication date: 1989-06-02
Also published as: JPS5797427A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、はんだ付け評価方法に関する。

電気機器などにおいては、製造工程中に部材を
印刷線板（以下部材という）にはんだ付けする作
業があり、これら部材には前もつてはんだ付けが
行なわれやすいように、普通表面処理が施され
る。しかしながらこのような被はんだ付け物は、
工程中あるいは手触による汚れ等を生じ、一定品
質のはんだ付けを行なうことが困難である。しか
し、このような部材のはんだ付けについては、は
んだ付け不良のない信頼性の高いものであること
が必要であり、そのため、予め種種の方法でその
はんだ付け性が評価され、はんだ付け工程での修
正率低減の努力がなされている。

それらの方法の内、表面張力法ならびにぬれ面
積比率法によつてはんだ付け性をそれぞれ評価す
る方法について以下に述べる。

第１図に表面張力法によつてはんだ付け性を評
価する装置を示す。第１図の１は検出装置で、２
ははんだ付け性を評価するため、部材を所定の測
定長さに切断したもの（以下被測定部材という）、
４は溶融はんだ３の入れられたはんだ槽、５は一
端で被測定部材２を懸吊し、他端が固定されたス
プリング、６は前記検出装置１に接続された増幅
回路、７はこの増幅回路６に接続された記録装置
である。前記検出装置１は被測定部材２のはんだ
付け性を測定する差動トランス８からなり、その
検出子９が前記スプリング５に懸吊され、この検
出子９に被測定部材２がつり下げられるものであ
る。

このような装置で、はんだ付け性を測定するに
は、被測定部材２をはんだ槽内の溶融はんだ３中
に一定速度で所定深さまで浸漬する。このとき被
測定部材２には、はじめはんだのぬれ作用が生じ
ないため、はんだの表面張力によつて上向きの
力、すなわち被測定部材２を押し上げる方向の力
が作用する（以下この力を浮力という）。その後
時間が経過するにつれてぬれが生じて、はんだ３
と被測定部材２との接触角が減少し、接触角が90
度以下となつてメニスカスが凹から凸になり、表
面張力は下向きの力（以下この力をぬれ力とい
う）に変る。この上向きおよび下向きの力の垂直
分力を差動トランス８で検出し、増幅回路６を介
して記録装置７に入力する。この記録装置７で
は、第２図に示すような表面が行われる。すなわ
ち縦軸に電圧（mV）、横軸に時間（ｔ）をとつ
て示すと、はんだの被測定部材２への作用が示さ
れ、一連のぬれ過程を描いた曲線（以下これをぬ
れモードという）が得られる。図中H₁は浮力の
最大値、H₂はぬれ力の最大値、t₁点は接触角が
90゜となる時間である。これらから、最大ぬれ力
H₂に達するまでの最短ぬれ時間t₂、あるいは接
触角が90゜になるまでの時間t₁が小さい程、なら
びに浮力H₁が小さいほどはんだのぬれ性は良好
となることから、通常これらの値の大小ではんだ
のぬれ性を判定評価している。

一方、はんだぬれ面積比率による評価法として
は、JIS規格等に規定された外観検査によるはん
だ付け性の評価方法がよく使われている。この方
法では、被測定部材をはんだ槽内の溶融はんだ中
に浸漬し、所定時間浸漬したのちはんだ槽から取
り出し、被測定部材の表面に付着したはんだの面
積を約10倍の拡大鏡で肉眼判定することによつ
て、はんだのぬれ面積比率を測定し、そのはんだ
ぬれ面積の大小で評価するものである。たとえば
JIS規格では、はんだのぬれていない部分の面積
は25％以下と規定されている。

しかしながらこれらの方法には次のような欠点
がある。前者の方法では、ぬれ力の最大値H₂、
あるいはぬれが最大に到達する時間t₂等の単一的
な評価であるため、浮力の大きさ、ぬれモードの
違い、ぬれ勾配の大小など各はんだぬれ因子が無
視されるため、一連のはんだぬれ過程の全ぼうを
表わした評価尺度とはならず、しかもぬれモード
自体も第３図に示すように同一試料、同一形状、
同一表面処理のものであつても、同図Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄのように変化するため、最大のぬれ力H₂
あるいは最短のぬれ時間t₂の測定だけでは大きな
ばらつきを生ずる。したがつてこのような単一的
な評価法でのはんだぬれ性の評価は十分なものと
はいえない。またはんだ付けにおけるぬれ性はは
んだ付けそのものを示しているのではなく、はん
だ付け性を表わす一つの尺度としての必要条件を
示しているにすぎない。すなわちぬれ性評価とし
ての表面張力法は、妥当な方法といえるが、絶対
条件として必要なろう付け性を評価する方法とし
ては原理的にどん感なものとならざるを得なく、
適切な方法とはいえない。

一方後者の方法では、被測定部材のはんだ付け
を的確に表わしているが、測定者固人による視覚
判定したため、個人差による主観的な判断により
測定誤差が大きくなる欠点がある。

すなわち表面張力法ははんだ付け性の最も大き
な必要条件であるはんだ付けのぬれ性をあらわ
し、ぬれ面積比率法ははんだ付けそのものをあら
わしていると見てよい。したがつてこれら２つの
評価方法とその結果は当然異なつたものになる。

１例として黄銅のはだん付けについて述べる
と、表面張力法によるぬれ性は非常に大きな値と
なり良好な結果を得るが、ぬれ面積比率法によれ
ば、黄銅中に含まれる脱亜鉛の影響でピンホール
やはんだはじきの多い悪い評価結果となる。この
ようにはんだ付けの評価については、評価法が異
ると相反する結果を得ることがしばしばある。

本発明はこれらの点にかんがみなされたもので
あつて、被測定部材のはんだ付け性を適切に評価
するために、表面張力法とぬれ面積比率法の長所
をかね合せたはんだ付け評価方法を提供するもの
である。

すなわち溶融はんだ中に被測定部材を一定時間
浸漬してこの被測定部材に作用する浮力およびぬ
れ力を測定し、この浮力およびぬれ力の測定結果
から被測定部材に対するぬれモードのぬれ力側の
面積A₁およびぬれモードの浮力側の面積A₂の差
ΔA＝A₁−A₂を算出するとともに、被測定部材に
対するぬれ面積比率を測定して、被測定部材のは
んだ中に浸漬された全面積ｍとはんだがはじかれ
た面積ｎとからぬれ面積比率係数Ｋ＝（ｍ−
ｎ）／ｍを算出して、このΔAとＫとの積ΔA×
Ｋによりはんだ付けを評価することにより、表面
張力法とぬれ面積比率法の長所をかね合せたはん
だ付け評価方法としたものである。

以下、本発明の実施例について図面を参照して
説明する。

第４図に本発明に係るはんだ付け評価装置の構
成を示す。１１は差動トランスを利用した検出装
置にして、検出子１２の一端がスプリング１３に
固定されて吊り下げられ、この検出子１２の他端
側に被測定部材１４が取りつけられる。また溶融
はんだ１５を入れて上下に移動できるはんだ槽１
６が前記被測定部材１４の直下に配置されてい
る。前記検出装置１１には増幅回路１７が接続さ
れ、さらにこれに順次接続されたＡ／Ｄ変換回路
１８、比較回路１９および記憶回路２０からなる
演算装置が接続されている。この演算装置の比較
回路１９は後記する演算回路に接続されている。
前記検出子１２には回転試料用ホルダ（図示せ
ず）が懸垂され、このホルダを回転させるパルス
モータ２１が設置されている。このパルスモータ
２１には順次駆動回路２２、パルス発振器２３、
第１の計数回路２４が接続され、又そのパルス発
振器２３にはスタート回路２５が接続されてい
る。又、被測定部材１４の表面に対向して、その
表面を照射する光源およびその表面状態を検出す
る光学顕微鏡２６と複数個の光導電素子を一列状
に配列してなる一次元フオトセンサと光電変換回
路２７とを組みこんだ光学的検出器２８とが配設
されている。この光学的検出器２８には順次検出
回路２９、２値化回路３０、ゲート回路３１、第
２の計数回路３２が接続され、又その検出回路２
９とゲート回路３１との間に同期パルス回路３７
が配置されて計測装置３３が構成されている。又
この計測装置３３の計数回路３２と前記比較回路
１９とは演算回路３４に接続され、この演算回路
３４にはリーダプリンタ３５および表示装置３６
がそれぞれ接続されている。なお、前記増幅回路
１７には被測定部材に加わるはんだの表面張力の
作用による変位値を描く記録装置３８が接続され
ている。

次にこの装置についての作用について述べる。
検出装置１１は、はんだの表面張力による被測定
部材１４の微小変位を差動トランスによつて電圧
に変換する。その出力電圧は増幅回路１７によつ
て増幅され、Ａ／Ｄ変換回路１８によりアナログ
信号がデジタル信号に変換され、比較回路１９に
送出される。そしてその信号はその出力側に接続
された記憶回路２０に一旦記憶され、この記憶回
路２０から前記比較回路１９に適時読み出し、新
たに入力される信号とその大小を比較演算して再
び記憶回路２０に記憶される。これら一連の情報
からぬれモードの情報が得られ、リーダプリンタ
３５ないし表示装置３６に表示することができ
る。

又一方、被測定部材１４の表面に対向して配設
された光学顕微鏡２６を介して取込まれるはんだ
付け部の像を前記フオトセンサの感光面上に結像
させる。その光学像は前記光源から被測定部材１
４に照射されて反射する反射光の光量の大小に応
じて光電変換される。この光電変換された信号は
検出回路２９を介して２値化回路３０に送出さ
れ、２値化回路３０に設定されているスレシユホ
ールドレベルによりはんだのぬれている所を
「１」、はんだのぬれていない所を「０」とする２
値化信号に変換される。又一方、光電変換された
信号は検出回路２９を介してスタート回路２５に
送出され、そして、パルス発振器２３からパルス
信号を駆動回路２２に送出してパルスモータ２１
を駆動する。それにより逐次検出装置１１と駆動
装置であるパルスモータ２１を連動させて測定す
ることができる。そのパルス発振器２３の発振パ
ルスは第１の計数回路２４によりカウントされ
る。又２植化回路３０から送出される信号はゲー
ト回路３１を開閉し、その「０」信号により開成
して同期パルス回路３７からこのゲート回路３１
に送出される同期パルスが第２の計数回路３２に
送込まれる。このパルスははんだのぬれていない
所を示す信号であつて、この第２の計数回路３２
に送込まれたパルス信号はこの第２の計数回路３
２から演算回路３４に送出されて演算処理され、
はんだぬれ面積比率が算出される。そして前記記
憶回路２０に記憶されたはんだの表面張力による
ぬれ性の情報と、この光学的検出器２８から得ら
れるはんだぬれ面積比率の情報をもとにして、後
記する所定の評価式により演算処理され、その結
果はリーダプリンタ３５および表示装置３６に記
録表示される。この表示についてリーダプリンタ
３５には、たとえば１秒、２秒、…の各時間にお
ける浮力、ぬれ力、ぬれ時間、各モードの面積値
等が記録され、表示装置３６にはたとえばぬれモ
ードにおける面積値とはんだのぬれ面積比率係数
との相乗積の値が表示される。又表面張力による
測定と光学系を利用したぬれ面積比率の測定の連
動は前記はんだ槽１６が上方にあがり、被測定部
材１４が一定時間浸漬されたのちはんだ槽１６が
下がり、図示しないリミツトスイツチに触れた直
後、この信号をスタート回路２５に入れるように
しておけばよい。

次にこのように構成された装置によつて被測定
部材１４のはんだ付け性を評価する方法を説明す
る。被測定部材１４を回転試料用ホルダに取付け
ることによりパルスモータ２１を介して検出子１
２に懸架する。次いではんだ槽１６を上方に移動
させて被測定部材１４をはんだ槽１６内の溶融は
んだ１５中に所定深さまで所定時間浸漬する。こ
のとき被測定部材１４は最初はぬれ作用が生じな
いためにはんだの表面張力によつて上向きに押し
あげられる。その後、時間の経過とともに被測定
部材１４の表面はぬれはじめ、メニスカスの凹か
ら凸の変化により逆に下向きの力が働き、被測定
部材１４は表面張力の垂直分力により下に押し下
げられる。この被測定部材１４にかかる力の変位
は検出子１２の変位にともなつて生じる差動トラ
ンスの電圧変化として検出され、増幅回路１７で
増幅される。増幅された検出出力は記録装置３８
に送出されると共に、Ａ／Ｄ変換回路１８に送出
されてＡ／Ｄ変換され、比較回路１９を介して記
憶回路２０にいつたん記憶される。時間設定につ
いては、所定浸漬時間を予め設定しておき、その
中でデータ呼込み時間を、例えば50ｍｓないし
100ｍｓ程度にして、呼込ませるようにする。記
憶回路２０に記憶されたデータは適時比較回路１
９に読み出され、この回路に新たに入力される信
号とその大小が比較演算され、再び必要な値が記
憶回路２０に入力される。ここで例えばぬれモー
ド面積を得るには、各時間（50ｍｓ、ないし100
ｍｓ）におけるぬれの出力電圧の所定浸漬時間迄
の積和として求めればよい。このようにしてはん
だのぬれ性の測定が行われる。

次ぎに、はんだ槽１６を下降させて所定の位置
まで下がると、リミツトスイツチに接触し、その
信号がスタート回路２５に送出され、それにより
パルス発振器２３から発振するパルスが駆動回路
２２に送出され、パルスモータ２１が回転をはじ
める。その回転をたとえば１ステツプ当り0.75度
の回転で行うと、被測定部材１４もそれと同じよ
うに回転することになる。又、前記パルス発振器
２３からのパルスは駆動回路２２を介して検出回
路２９に送出され、この検出回路２９から光電変
換回路２７へ走査バルスが送出され、これが被測
定部材１４の回転と同期してフオトセンサの光導
電素子に対して１個ずつ順次供給されてゆく。こ
のときに光学的検出器２８の光軸上に位置した被
測定部材１４の測定部、すなわちはんだ付けされ
た表面は光源からの光によつて照射され、その被
測定部材１４の表面からの反射光によりフオトセ
ンサの結像面にはんだ付けされた部分とはんだが
はじかれた部分とによつて異なる濃淡をもつ結像
が得られる。この結像の濃淡の度合によつてフオ
トセンサからは波形状の情報信号が出力される。
このフオトセンサからの出力は検出回路２９を介
して２値化回路３０に送出され、この２値化回路
ではんだ付けされた部分とはんだがはじかれた部
分とに対応する信号の中間電位に設定されたスレ
シユホールドレベルＥで２値化される。その模様
を第５図に示す。この２値化回路３０に送られる
信号が第５図ａに示す波形であるとすると、これ
が２値化回路３０で同図ｂに示すように「０」、
「１」の２値化信号となる。この２値化された信
号はゲート回路３１に送出されゲート回路３１を
開閉し、はんだ欠点が検知されたとき、すなわち
「０」信号でゲート回路３１を開成する。一方同
期パルス回路３７から同図ｃ図に示すパルス信号
を発振させ、これを前記ゲート回路３１の開閉に
よつて同図ｄの信号として第２の計数回路３２へ
送出して計数させる。すなわち被測定部材１４の
表面のはんだ付けされた部分を「１」信号、はん
だがはじかれた部分を「０」信号として、「１」
および「０」の数が第２の計数回路３２によつて
計数される。このようにして被測定部材１４の全
周にわたつて１回転で480ステツプのデータが第
２の計数回路３２に入力すると、これが演算回路
３４へ送出されて、被測定部材１４のはんだぬれ
面積比率が求められ、記憶回路２０に記憶され
る。

このように被測定部材１４を溶融はんだ１５中
に浸漬して、先ず表面張力によるぬれモードの面
積を算出するとともに、被測定部材１４を取り出
したあと、被測定部材１４のぬれ面積比率を算出
する。そのぬれモードの面積の算出は第６図に示
すように、被測定部材１４の浸漬開始から微小時
間単位で浮力とぬれ力を求めて浸漬終了までの所
定時間演算して、はんだ１５と被測定部材１４と
の接触角が90度になつた点を境とするぬれ力側の
面積A₁と浮力側の面積A₂からそれらの差ΔA＝
A₁−A₂を算出する。

次にはんだ槽１６を下げて被測定部材１４の表
面のぬれ面積比率の状態を被測定部材１４を回転
させて第２の計数回路３２に計数された値をもと
にして、はんだ付けされた部分とはんだ付けされ
なかつた部分とのぬれ面積比率を演算する。すな
わちぬれ面積比率係数をＫ、ｍをはんだに浸漬さ
れた全面積のカウント数、ｎをはんだがはじかれ
た面積のカウント数として、Ｋ＝ｍ−ｎ／ｍを算出する。

そしてはんだ付け性の評価としては、この両式
すなわちΔAの数値とＫの数値とで判定すればよ
く、その評価値ＶとしてＶ＝ΔA×Ｋをリーダプ
リンタ３５に記録するとともに表示装置３６に表
示する。

そしてこのリーダプリンタ３５および表示装置
３６に示された評価値と予め実験で決めておいた
設定値とを比べて、設定値よりも大きい値を持て
ば被測定部材１４のはんだ付け性は良好であると
判定する。

なお、この一連の操作をリードプリンタで記録
することにより、記録として被測定部材１４のは
んだ付けの最初から最後までのぬれ過程に関する
経歴がわかるようになる。

このように本発明によつてはんだ付け性を測定
すると、被測定部材の表面のぬれ性が発生モード
に応じて変化することから、従来のぬれの拡がり
高さや最短ぬれ時間の測定とは異つて、一連のぬ
れ過程のパラメータをすべて含んだぬれモード面
積評価となるため、的確なはんだ付けのぬれ性が
評価できる。しかもフオトセンサを含む光学的検
出器により被測定部材のぬれ面積比率を測定する
ことによつて判定することができるため、従来の
ように個人差による誤差の発生もなく、目視で判
断しかねる程度の欠陥も一定の分解能の中で正確
にしかも精度よく判定評価することができる。そ
してこの双方の値の複合的な評価により信頼性の
高い評価を行なうことができる。又多元的な困難
さをもつはんだ付け性を一定の数値として総合的
に評価ができるため、測定の迅速化と信頼性とが
格段に向上する。したがつてはんだ付けする部材
の特性が的確に把握でき、しかも誰でも容易に操
作できるために、製品の特性の維持向上に大いに
寄与することができる。

なお本発明の装置を用いれば、はんだの表面張
力ばかりでなく、はんだ以外の各種液状金属およ
び各種液体の表面張力を測定することができ、又
はんだのぬれ面積状態の測定だけでなく、めつき
層の表面の観察や金属表面の汚れやピンホールの
検出等種々の測定に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のはんだ付けぬれ性を表面張力に
て測定する装置の概要を示す説明図、第２図は被
測定部材に対するはんだとの浮力、ぬれ力の時間
的経過を示すぬれ曲線図、第３図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
は各種異なるぬれモード状態を示す図、第４図は
本発明の実施例に係るはんだ付け評価装置の構成
を示す図、第５図ａ，ｂ，ｃ，ｄははんだ付け状
態の出力波形を２値化、計数化する説明図、第６
図は表面張力法で得られるぬれモードの演算すべ
き面積を表示した図である。１１……ぬれ力検出装置、１３……スプリン
グ、１４……被測定部材、１５……はんだ、１６
……はんだ槽、１７……増幅回路、１８……Ａ／
Ｄ変換回路、１９……比較回路、２０……記憶回
路、２１……パルスモータ、２２……駆動回路、
２３……パルス発振器、２４……第１の計数回
路、２５……スタート回路、２９……検出回路、
３０……２値化回路、３２……第２の計数回路、
３４……演算回路、３５……リーダプリンタ、３
６……表示装置、３８……記録装置。

Claims

【特許請求の範囲】

１溶融はんだ中に被測定部材を一定時間浸漬し
てこの被測定部材に作用する浮力およびぬれ力を
測定し、この浮力およびぬれ力の測定結果から前
記被測定部材に対するぬれモードのぬれ力側の面
積A₁およびぬれモードの浮力側の面積A₂の差ΔA
＝A₁−A₂を算出するとともに、前記被測定部材
に対するぬれ面積比率を測定して、前記被測定部
材のはんだ中に浸漬された全面積ｍとはんだがは
じかれた面積ｎとからぬれ面積比率係数Ｋ＝（ｍ
−ｎ）／ｍを算出して、前記ΔAと前記Ｋとの積
ΔA×Ｋによりはんだ付けを評価することを特徴
とするはんだ付け評価方法。