JPH03501907A - 半田付け装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 半田付は装置 本発明は、半田付は接続部から離れたところに配置された熱源と、熱線を半田付 は接続部へ導く交換自在な熱線ガイドとを用い、支持体といくつかの直流電気の 接続部を具えたＳＭＤ回路素子のような電子回路素子との間に、半田付けの接続 部やジヨイント部を形成したり又は除去したりする装置に関する。

周知のように、電子組立体は、剛性または可撓性の支持体に、導電体と、それに 半田付けされた電子回路素子をを具えたもので成る。それらの回路素子には、い わゆるプラグイン装着のためのプラグイン接続ピンを具え、支持体において、締 結穴や貫通接続穴に半田付けされるものや、機械的、電気的接続のためｉｔ体の 表面に直接半田付けされるものがある。それゆえ、導電体には、各回路素子を受 け入れるために穴を開けたり破断したりする必要はない、後者の技術は、表面装 着組立体（ＳＭＡ）の技術として知られている。特定の用途に対しては、プラグ イン回路素子と表面装着回路素子とを混合して用いることも行われている。

表面装着のために、例えば、レジスター、キャパシター、ダイオード、トランジ スタ、集積回路、チップキャリヤ等について、特殊なＳＭＤ　（表面装着装置） が開発されている。ピン接続部を具えた回路素子とは違９で、これらの回路素子 は直接半田付けされる接続面や短い接触脚や接触体を有しており、ワイヤによっ てプリント回路板に接続されるのではない。

ＳＭＡに有用な１つの半田付は法はりフロー半田付は法であり、その熱源として 温熱ガスドライヤーがしばしば使用される。半田付は点へ向けて熱気ジェットを 放出することにより、半田用鍋またはそこに載せたペーストを？容融する。

特にＳＭＡ組立体を製造するためには、自動挿入機械が使用されている。これを 用いれば、大量生産が可能である。しかし、そのような自動機械の購入価格と操 作費は高価であるので、小規模生産のために、それを経済的に引き合うよう使用 することは不可能である。

リフロー半田付は法を使って小規模生産を行う手段や、混合挿入を行う手段や、 個々のプリント回路板を挿入またはそれを変更する手段や、個々の回路素子を取 り替える手段も知られており、その場合、熱気がノズルから特定の回路素子へ吹 きつけられる。熱気ジェットの案内機構は、取り替え自在な種々のノズル挿入体 を用いることにより、種々の形の回路素子に適用することが出来る。しかし、エ アジェツトが著しく拡散するために、回路素子の全体が熱気ジェット内に完全に 包まれ、全体が加熱されてしまう０回路素子内における金属やセラミックおよび プラスチック等の熱吸収が不均等であるため、熱応力やヘアクラックが生じる危 険があり、それらは動作上の信頼性に悪影響を与える。更に、回路素子の形は多 数あるので、ノズル挿入体を多数購入する必要がある。ノズル挿入体の取り替え にも、比較的長時間を要する。

本発明の目的は、他の回路素子に直接熱応力をかけないで、半田接続部と回路素 子接続部に正確に作用するような前記の型の手段を提供すること−である。

この目的は、回路素子の半田付は表面位置に正確に対応する開口を具えた耐熱材 のマスクを提供すると共に、そのマスクを取り替えるための支持フレームを提供 することにより達成される。

本発明の基本的原理は、熱線を細分割し、それらを接続しようとしている表面や リードやピンの上に正しく当たるよう方向づけることにより、加熱作用をそれら の箇所に限定することである。マスクは、回路素子の寸法に対して１：１の比率 で作られるので、極めて正確な熱線案内機構が得られる。基本的には、マスクは 個々の回路素子用にと制限する必要はない。複数の回路素子の形態を考慮するこ とも明らかに可能である。

１つの可撓性ストリップの上に複数のマスクを設けると共に、その可撓性ストリ ップを、巻き戻したり巻き取つたりするリールを具えることにより、簡単かつ迅 速な方法でマスクを取り替えることが出来る。リールにこれらのストリップを巻 いておくことには、異なる多数のマスクを小さなスペースに保管できるという利 点がある。また、回転板または回転台上に、複数のマスクを配置することも出来 る。このやり方によると、アクセス時間を特に短縮することが出来る。可撓性マ スク材としては、銅で裏張りしたカプトン箔や薄いシートメタルが特に好ましい 、銅で裏張りしたカプトン箔材の場合、穴の形は、プリント回路板の製造に使用 される方法として知られている光化学法により、極めて簡単に形成することが出 来る。薄いメタルシートは、パンチ加工、ドリル加工あるいはレーザー切断によ り加工することが出来る。

同様に、セラミック材も適切な材料であって、これは、比較的簡単な手段で加工 でき・るという利点を有している。また、摺動ガイド中の所望位置へ移動させる 取り替え用フレームを使用して、個々のマスクを取り替えることも好ましいこと である。

加工される回路素子のために個りのマスクを選択する作業は、各マスクに識別マ ークを付け、マスクの表示および読み取り装置を備えることにより、容易に行う ことが出来る。個々のマスクはオペレータによっであるいは光１を読取装置によ って識別される。

マスクの自動取り替えは、ステップモータを具え、これを前記光電読取装置およ び電子制御装置によって作動するようにすることにより、事実上可能となる。

特に優れた熱線またはジェットの案内は、加熱素子として従来の熱気ドライヤー を使用することにより、行うことが出来る。パルス的な熱気作用は、熱搬送体と して圧縮空気を使用し、特に正確に限定された熱作用を確実にすることにより、 達成される。

熱搬送体として作用するガスの加熱は、加熱室内で適切に行われる。その加熱室 には、両側壁に設けられたリプ付きのウェブと中へ差し込まれた複数の円筒形の 加熱杆とから成る加熱素子が、具えられている。加熱素子が蓄熱器としても機能 する場合、それは金属で形成するのが好ましい。短い応答時間とエネルギー節約 の見地から、加熱素子をセラミック材で形成するのも効果的である。

差し込んだ加熱杆の代わりに、前記材料に加熱コイルを施すのも効果的である。

また、焼結プロセスを使って、加熱コイルの形や分布を多様にすることも出来て る。

加熱の調整のために、複数の独立して制御可能な加熱ワイヤを使用することも好 ましい、材料や組立体に応じて決まる特定の要請に従って、加熱ワイヤの数は異 なる。ケーシングが蓄熱器として作用しないようにすると共に、応答時間を短縮 するために、ケーシングを熱絶縁することが提藁されている。特に簡単な方法で は、これはケーシングを機械的にも容易に加工することが出来るセラミック材で 形成することムこより達成出来る。

マスクの直下に回路素子を正確に位置づけるには、マスクの位置が光のマークで 指示されるよう、光源をマスクの後方に配置することにより、簡単に行うことが 出来る。その光のマーク付けのためにマスクに更に開口を具えることは、基本的 には必要ない。光は、その開口に代わって、熱線が通過するのと同一のマスク開 口を通過する。かくして、光のマークは、熱線の作用を受ける表面と同一表面に ある。それゆえ、回路素子の特定の接続部を光のマークと一致させるなら、その 回路素子は正確に位置決めされる。そして、回路素子に対する加工は、複雑な位 置づけ手段を必要とすることなく、非常に合理的に行われる。

構造的には、光源に関しては特に簡単であり、リブ又は開口を具えた加熱素子と マスクは一直線に配置される。加熱素子は、光の拡散を引き起こす、そのため、 一様な拡散光がマスクを通過することになるが、このことは、位置を指示する目 的のためには、極めて好都合である。

光源を加熱素子に対して横方向へ配設することも効果的である。どのような場合 でも、マスクの手前で光が拡散するようにされた光電を形成するのが効果的であ る。その結果、この光電は、熱線の通過を妨げることなく、拡散ディスクの働き をする。この光はまた、光伝導材を介してこの拡散室へ送ることも出来る。熱源 として、ガスが供給される加熱素子の代わりに、赤外線エミッタを使用する場合 、位置決めはマスクを通過する赤外光線により行われるので、それ以外に構造面 での経費を必要としないという本発明のもう１つの利点が得られる。

本発明のもうひとつの解決策および利点の多い他の開発については、特許請求の 範囲第４項とその従属クレームに記載する通りである。

以下、本発明を３つの実施例により詳細に説明する。

添付された各図面は、次のものを示している。

第１図　第１の半田付は装置の展開斜視図第２図　第１図の第１の半田付は装置 に使用するマスクの概略斜視図 第３図　第２の半田付は装置の概略縦断面図第４図　第２の半田付は装置の概略 横断面図第５図　加熱素子の概略斜視図 第６図　第３の半田付は装置の概略図 第７〜９図　各場合におけるマスクの例の概略図第１図の半田付は装置１は、加 熱素子３を具えた加熱室２で成る熱源と、ファン部４と、２個の光源５と、マス ク支持体６と、縦方向へ調整可能なスタンド７とから構成される。半田付は装置 １は、平面方向に移動するスライド８に対して垂直方向へ移動自在な方法で前記 スタンド７に取り付けられる。耐熱材で出来ているマスク９は、マスク支持体６ に配置される。

電子回路素子をのせた回路素子担体１０は、従来の方法でスライド８に固定され る。分かり易くするために、回路素子担体の上には電子回路素子をたった１個だ け、拡大して示している。これは内部に電子回路が収納され、複数の金属接続体 即ち脚１３を有している平行６面体のプラスチックまたはセラミックの本体１２ で構成されている。その脚１３により、電子回路素子１１が回路素子担体１０の 表面に取り付けられるやそれは、ＳＭＤアセンブリと呼ばれる公知の構造体であ る。

１個以上の放射ファン１４で成るファン部４は、外気即ち不活性ガスを吸引する 。このガスは加熱室内の加熱素子３を通過する。加熱室には、分散室１５が流動 方向へみて下流に接続され、その出口には、マスク９を載せたマスク支持体６が 位置している。そのため、熱気はマスク９だけを通過する。マスク９は、電子回 路素子１１と回路素子担体１０との間で半田付けする面の正確な位置を、孔とか スロットとか、完結した輪郭とかの形で有している。言い換えれば、これはマス クの開口が、電子回路素子１１のリードの形態の正確な像を形成していることを 意味する。熱気は、マスク９を通過した後、事実上直線的にかつ放射方向へ移動 する。半田付は装置１が同様に正確に位置決めされているので、個々の熱気ジェ ットが脚１３上の半田付けする表面の上に直接送られる。

光に方向性がなく、一様に照射する光源として作用するように、光源５から分散 室１５へ光を送ることにより、位置決めは容易となる。マスク９の開口から平行 光線が出るが、スライド８または回路素子担体１０に対して正確に直角の方向と なる。光ビーム１６の光路は、熱気ジェットと同じ経路である。

光ビーム１６は、電子回路素子１１上や回路素子担体１０上に光スポットを形成 する。それゆえスライド８を何方へ移動することにより、マスク９の直下に真１ ３を正確に位置決めすることが出来る。

半田付は装置１は、スタンド７に沿って案内されるスライド１７によって垂直方 向へ移動され、電子回路素子１１に出来るだけ低く接近した位置にされる。

以下の図面でも、同一部分は、第１図と同一符号で示される。

第２図は、マスク９を複数個存する耐熱箔性のストリップ２４を、斜視図で示す ０個々のマスクの穴２９は、種々の電子回路素子の脚の配置と同一寸法とされて いる。ストリップ２４は、剛性のあるフレーム３０内に保持され、フレーム３０ はレール３１内に挿入される。そして、その中を移動して、個々のマスク９の位 置決めをする。レール３１は、第１図のマスク支持体６の１構成要素である。

第３図は、第２の半田付は装置１′の縦断面図である。この半田付は装置１′は 、第１図の半田付は装置１とは、構造の細部において異なる。この実施例におい て、光源５゛は、加熱室２の上方に位置する複数のハロゲンエミンター４３から 成る。光の出口側にあるハロゲンエミンター４３は、耐熱乳色ガラスのような透 光性の拡散ディスク１８により、その下の加熱室２から分離される。明らかに、 加熱素子３は、光源５の光を一部さえぎる。しかし、加熱室２の壁と加熱素子３ における光の反射や偏向が多いので、電子回路素子１１の位置決めを行うのに適 した均等な強度の光が得られる。

この実施例においては、放射ファン１４は加熱室２の上方かつ横方向に、成る傾 きをもって配置される。

吸引された空気は通路１９を通って加熱室２へ送られる。拡散ディスク、１８は 、案内面としても作用し、その機能を助けるように凸形に形成される。

第３図では、左側に従来の放射ファンを示す。右側には、もう一方のファン１４ ’を横断面図で示す。これは加熱室２へ圧縮空気を導入しなければならない場合 に使用される。このファンは、ここには示していない外部圧縮空気源のホース接 続部４５を有している。

流動方向にみて、このホース接続部４５の下流方向には、多孔性焼結材で出来て いる挿入体４４が配設されている。これは圧縮空気をまんべんなく分散させる。

加熱素子３は、図面の面に対して直角を成す中心の縦方向のウェブ３２を具えた 平行６面体のセラミック本体から成る。それは両側に複数のリブ３３を有し、そ こを通って吸い込み空気が流れる。ウェブ３２には円筒形の複数の窪部３４があ って、その窪部３４には加熱ワイヤ３５がセラミック管に焼きこまれた加熱杆３ ８が具えられている。加熱杆３８は、容易に取り替えられる。

種々の回路素子の半田付は表面の形と一致するような形の穴を有する多数のマス クと共に、マスク９は例えばメタルシートまたは絹で裏張りしたカプトン箔のよ うな可撓性の箔２０上に配設される。箔２０が図面の面に直角に移動することに より、種々のマスクを加熱室２の直下の作業位置へ移動することが出来る。

そのような箔は、適切な数の種々のマスクを宵し、穴の形は製造者と使用者の両 方の要求を考慮して決めれる。

第４図に示すように、箔２０は、巻き戻しおよび巻き取り用のり−ル２２により 運ばれる。２個のり−ル２２は、その２個のリール２２に非回転的に接続される ところの、ここには図示されていないギザギザ付のナツトを用いることにより、 手で操作するように構成することが出来る。また、モータ駆動装置を設置するこ とも出来る。好ましくはステップモータ２３から成るモータ駆動装置は、押しボ タンの入力手段２６と次の制御ユニット２５とを介してオペレータにより制御さ れる。センサが例えばダイオードの列で構成されているような、充電読取装置２ ７により、マスク９は加熱室２の直下の作業位置に位置決めされる。この目的の ために、Ｆｆ２０上にはコード符号が付けられている。

その外に、苗土には未コード化情報を具えることが出来、これは、箔２０が通過 する窓の位置で、オペレータにより読み取られる。特に、巻き戻しおよび巻き取 り用のり−ル２２を手動で調整する場合、そのような表示はを用である。

ガイドプーリ２８は、箔２０を案内するために、ケーシング４２に設けられてい る。前の２つの図面に示す加熱素子３とは別の加熱素子３′が、第５図に斜視図 で示されている。

それは、複数の平行なセラミック板３６から成っており、そのセラミック板には 、厚膜技術または消膜技術を用いて加熱コイル３７が焼き込まれている。セラミ ック板３６は、スペーサー４０により相互に接続され、１つのユニットとされる ０個々の加熱コイルの接続体３９は、スペーサー４０の中から外方へ導かれてい る。それゆえ、それらは、互いに独立してスイッチ切り換えがなされる。

もう１つの実施例である半田付は装置１００を、第６図に示す、熱源は赤外線エ ミッター１０３で成っており、これはプリント回路ｉｆｆ　１１０へ向かう下向 きの大きな表面を持つ放射口１０２を有している。赤外線の放射は、図では符号 １２６で示されている。放射口１０２は、連続的に可動なマスク１０９により境 界づけられる。この目的のために、マスク１０９は、移動１在ないくつかのシー ルド１２０から成る。それらのシールド１２０は、対を成して配置される。シー ルドには、薄くて可撓性のある耐熱性の金属箔材が用いられる。それらの熱伝導 度は低いが、それは熱の消散を減らすためである。箔の厚みは約０．１ｍｍが適 切である。シールドの第１の対Ａは、放射口１０２の前方に位置するまで、上か ら矢印１０７に従ってエミッター１０３０回りを移動される０片方のシールド１ ２０だけが一部示されているシールドの第２の対Ｂは、前記シールド１２０に対 して直角になるよう矢印１０１３に従って移動される。これらのシールド１２０ ，１２０は、ステップモータ１２３または１２３’、および互いに交叉する向き にされているスピンドル駆動体１２２または１２２′により、対をなして反対方 向に開閉される。

プリント回路板１１０の下には、もうひとつの赤外線エミッタ１０４があり、こ れは基板の下面に対向している。かくして、基板面上の半田付は点は、回路素子 １１１の限界温度より低い所定温度に予備加熱される。回路素子１１１の半田付 けや半田除去のために必要とされる新たな熱は、赤外線エミッター１０３によっ て予め定められた通りに供給される。

第６〜９図に示すように、シールド１２０．１２０は、端縁１２４が互いに接近 したり、互いに離反したりという反平行移動をする場合には、マスク窓１２１． １２１’のサイズが増減されるようなやり方で、対をなして配置される。これは 、次のように行われる。

即ち、スピンドル駆動体１２２，１２２’の駆動軸１２５を、２個のシールド１ ２０，１２０’に関連した２本のシールド取付材１２６に、反対向きのネジを用 いて結合することにより行われる。シールド１２０゜１２０′は、放射口１０２ に沿って横方向へ移動するように配置された水平レールまたはスロットで、案内 される。

第７図は、第６図の■−■線に沿ってとった半田付は装置１００の一部断面平面 図である０図面を理解し易くするために、赤外線エミッター１０３は示されてい ない。そのため、シールド１２０の端縁１２４は、はっきりと見える。水平のシ ールド取付材１２６が例えば外方へ移動する場合、端縁１２４は内方へ移動し、 マスク窓１２１の大きさは小さくなる。

第７図は、反平行移動する一対のシールド１２０と、それに関連したステップモ ータ１２３およびスピンドル駆動体１２２だけを示す、実際、平行な端縁１２４ を有するそのようなシールドを一対だけ具えている場合、マスク窓１２１のサイ ズは１方向へだけ変化する。

しかしながら、縦方向と横方向の両方向へ調整出来るようにするには、第８図に 示すように、更にもう一対のシールド１２０′を設ける。これら２対のシールド １２０，１２０’の移動方向は、互いに直角の方向とする。各シールド対の操作 と調整は、第６，７図に示すように、各々別個のステップモータとスピンドル駆 動体により互いに独立して行われる。

Ｘ方向とＹ方向へ、ランダムに連続的に移動することにより、マスク窓１２１を 正確に前もって決定することが出来る。そのマスク芯は、放射口１０２の中心に なるよう、常に位置決めされる。対を成して配置されたシールド１２０，１２０ ’が互いに独立して制御されるために、正方形または長方形の窓の形を設定する ことが出来る。それゆえ、マスク窓１２１は、回路素子１１１（第１図）の輪邦 に容易に合わせることが出来る。このように、予め定められた固定的なマスクを 必要としない。このことは、将来の電子回路素子の構造という観点からみて、特 に有用である。

第８図は、縦方向または横方向へ移動できる２対に配置されたシールド１２０， １２０’の、３つの異なる位ＩＩ、ＩＩ、Ｉｌｌを例示するものである。

第９図は、２個の反平行移動するシールドｌ　２０　”から成る、連続して調整 可能なマスク１０９　”の例を示す、マスク窓１．２１”を決定するシールド１ ２０　”の端縁１２４は、その幅全体にわたっては、互いに平行となっていない 。それらは、実際、中心軸に対して対称をなし、その移動方向に、前方へ開いた スリット１２７を有している。２個のシールド１２０　”のスリット］２７は、 合わせて矩形のマスク窓１２１　″を形成する。スリット１２７を、種々の形状 寸法にすることは、処理する回路素子に適用するのが適切というのであれば、行 うことが出来る。２個のシールド１２０パが反平行移動する結果、マスク窓１２ １　”は、２倍の寸法で増減する。

基本釣上えが第９図に関連させて説明されているような、２個のシールド１２０ 　”から成るマスク１０９″を、もし、それに対して直角に移動するもう一対の シールドと組み合わせるならば、マスク窓１２１　”の形を更に変化させること が出来る。

コンピュータに支援された操作の場合、回路素子の標準サイズを覚えさせておき 、プログラム制御法で個々のステップモータ１２３を作動させることが出来る。

す 補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成２年４月３０日

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．半田付け接続部から距離をおいて位置され、熱線または熱気ジェットを前記 接続部へ提供する熱源と、前記熱線または熱気ジェットを限界付けるマスク（９ ）とを具えたものであって、いくつかのマスク（９）が可動のマスク支持体上に 配置され、そのうちの１つが場合に応じて熱線を限界付けるために使用されるこ とを特徴とする、回路素子担体１０といくつかの直流電気の接続部を有するＳＭ Ｄ回路素子のような電子回路素子（１１）との間で半田付け接続部を形成または 除去する装置。
2. ２．前記マスク支持体は可撓性のストリップとして構成され、その可撓性ストリ ップのために巻き戻しおよび巻き取りリール（２２）を具えていることを特徴と する請求の範囲第１項記載の装置。
3. ３．前記マスク支持体は回転板として構成されることを特徴とする請求の範囲第 １項または第２項記載の装置。
4. ４．半田付け接続部から距離をおいて配置され、前記半田付け接続部へ熱線を向 ける熱源と、連続的に調整可能であることを特徴とするものであって前記熱線を 限定するマスク（１０９）とを用い、いくつかの直流電気の接続部を具えたＳＭ Ｄ回路素子のような電子回路素子（１１）と回路素子キャリヤ（１０）との間で 半田付け接続部を形成または除去する装置。
5. ５．連続的に調整可能なマスク（１０９）は、少なくとも２個の水平方向へ移動 するシールド（１２０）で成ることを特徴とする請求の範囲第４項記載の装置。
6. ６．シールド（１２０）は、少なくとも１個は縦方向へ移動し、１個は横方向へ 移動することを特徴とする請求の範囲第５項記載の装置。
7. ７．シールド（１２０）は対を成して反平行移動するように配置されていること を特徴とする請求の範囲第５項または第６項のいずれか１項に記載されている装 置。
8. ８．マスク（９，１０９）は、モータ駆動手段により動かされることを特徴とす る前記請求の範囲のいずれか１項に記載の装置。
9. ９．マスク（９，１０９）は、薄いシートメタルで作られることを特徴とする請 求の範囲第１項ないし第８項のいずれか１項に記載の装置。
10. １０．熱源は、赤外線エミッター（１０３）で成ることを特徴とする前記請求の 範囲のいずれか１項に記載の装置。