JPH0565475U - 自動はんだ付け装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プリント基板のはんだ付けで酸素の影響が最
もよく現れるはんだ槽の二次噴流ノズルの退出側の酸素
濃度を低くして、低残渣フラックスでも良好なはんだ付
けができるようにする。 【構成】 はんだ槽上を覆いで覆って覆いの内部に不活
性ガスを供給するとともに、二次噴流ノズルの退出側に
不活性ガス吹き付け用ノズルを設置し、該ノズルの吹き
出し口をピールバックゾーンに向けてある。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、プリント基板のはんだ付けを行う自動はんだ付け装置、特にはんだ 付け処理装置のうち少なくともはんだ槽を不活性雰囲気にしてはんだ付けする自 動はんだ付け装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

自動はんだ付け装置には、フラクサー、プリヒーター、はんだ槽、冷却機等の はんだ付け処理装置が設置されており、プリント基板はフラクサーでフラックス 塗布、プリヒーターで予備加熱、冷却機で冷却が行われはんだ付けがなされる。

【０００３】 ところで、コンピューターや通信機器のように信頼性を重視する精密電子機器 では、はんだ付け後のフラックス残渣を有機溶剤で洗浄除去しなければならなか った。それは、はんだ付け後にフラックス残渣に含まれる活性剤が吸湿したり、 フラックスの主成分である松脂にゴミやホコリが付着し、それが通電して絶縁抵 抗を下げたり腐食の原因となるからである。

【０００４】 フラックス残渣を洗浄する有機溶剤としては、松脂をよく溶解し電子部品に悪 影響を与えないフロンやトリクロロエチレン等のハロゲン含有の溶剤が最も適し ている。しかしながらフロンは、地球を取り巻くオゾン層を破壊して太陽からの 紫外線を多量に地球に到達させ、人類に対して皮膚癌を発生させる原因となって しまうし、またトリクロロエチレンは地下水を汚染し飲料に適さなくしてしまう 。従って、これらの溶剤は使用が規制され、はんだ付け後のプリント基板の洗浄 には使えなくなってきている。

【０００５】 精密電子機器では、フラックス残渣を完全に除去しなくとも残渣量が少なけれ ば絶縁抵抗の低下や腐食等を起こさない。そのため近時では、はんだ付け後プリ ント基板に付着するフラックス残渣の量が極めて少なく洗浄の必要性がないとい う低残渣フラックスが用いられるようになってきた。

【０００６】 低残渣フラックスとは、フラックスの固形成分である松脂や活性剤の含有量が 一般のフラックスよりも少ないものである。

【０００７】 フラックス中の松脂や活性剤はプリント基板のはんだ付け部に付着した汚れや 酸化物を除去し、プリント基板のはんだ付け部に付着した溶融はんだの表面張力 を下げて、溶融はんだを拡がらせるという作用があるものであるが、低残渣フラ ックスは松脂や活性剤の含有量が少ないため、フラックス作用が一般のフラック スよりも劣っている。従って、低残渣フラックスを大気中、即ち酸素が存在する ところで用いると、溶融はんだの酸化を防ぐことができず溶融はんだの表面張力 が大きくなって隣接したはんだ付け部間にはんだが跨って付着するブリッジを形 成したり、電子部品のリードの先端に角状に付着するツララを形成してしまうこ とになる。

【０００８】 しかしながら、この低残渣フラックスも酸素のない不活性雰囲気で使用すると ブリッジやツララができず、良好なはんだ付けが行えるものである。

【０００９】 従来より低残渣フラックスを使用するために、はんだ槽やその他のはんだ処理 装置を不活性雰囲気にした自動はんだ付け装置が多数提案されていた。（参照： 実公昭５７−９０１１号、特開昭５９−１９１５６５号、同６１−８２９６５号 、同２７３２５６号、同６２−１０１３７２号、同６２−２２７５７２号、実開 昭６３−１８９４６９号）

【００１０】

【考案が解決しようとする課題】

低残渣フラックスは、酸素濃度が低ければ低い程、はんだ付け不良のないはん だ付けが行える。そのため不活性雰囲気の自動はんだ付け装置で酸素濃度を下げ るために、はんだ槽やはんだ付け処理装置を密閉したチャンバーの中に設置し、 出入口にシャッターを用いたシャッター方式がある。このシャッター方式の自動 はんだ付け装置は、不活性雰囲気と外気との搬送を完全に分けなければならない ため、搬送装置が複雑となって設備が高価となるばかりでなく、シャッターの開 閉待ちに時間がかかるため生産性が極めて悪いという問題がある。

【００１１】 一方、不活性雰囲気と外気とが完全に遮断されてなく、搬送装置が連続してい るシャッターレス方式の自動はんだ付け装置は、シャッターがないため搬送や生 産性に優れているが、不活性雰囲気と外気とを完全に遮断できないため不活性雰 囲気内の酸素濃度が高くなってしまうという欠点があった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

本考案者らは、不活性雰囲気の自動はんだ付け装置で酸素がはんだ付けに影響 する部分について研究を行ったところ、次のようなことが分かった。

【００１３】 ○フラクサー： 松脂が酸化すると、はんだ付け性が悪くなるが、何日にもわたる長期間でなけ れば酸化しない。従って、酸素はフラクサー内のフラックスにはあまり影響がな い。

【００１４】 ○プリヒーター： プリント基板のはんだ付け部は銅箔であるため、プリヒーターで加熱されると 銅箔が酸化する。しかしながら、プリヒーターに進入したプリント基板は、はん だ付け部がフラクサーでフラックス塗布されてフラックスの被膜で覆われている ため、この被膜がはんだ付け部と大気とを遮断して酸化しにくくしている。従っ て、プリヒーターではプリント基板に与える酸素の影響は少ない。

【００１５】 ○はんだ槽： はんだ槽で高温の溶融はんだにプリント基板が接触するときは、前述の如くは んだ付け部がフラックスで覆われているため酸素の影響は少ない。 しかしながら、プリント基板が溶融はんだと接触後に酸素の影響が大きく現れ る。これは、プリント基板が溶融はんだと接触してから溶融はんだと離れるとき に、プリント基板に付着した溶融はんだとはんだ槽に残る溶融はんだとが切れる が、この切れる部分（ピールバックゾーンという）のはんだが酸化すると表面張 力が大きくなり、隣接したはんだ付け部間に繋がったままとなってブリッジを形 成したり、ツララを形成してしまうからである。

【００１６】 ○冷却機： はんだ付け後の冷却時に、はんだやはんだ付け部が酸化しても問題はない。

【００１７】 上記のことから不活性雰囲気の自動はんだ付け装置においては、はんだ槽のピ ールバックゾーンが酸素の影響を一番受けることが分かった。従って、シャッタ ーレスの自動はんだ付け装置では、はんだ槽のピールバックゾーンの酸素濃度を 下げるようにすれば低残渣フラックスを使用した場合にはんだ付け不良が少なく なるものである。

【００１８】 はんだ槽のピールバックゾーンの酸素濃度を下げるためには、はんだ槽を覆っ た内部に不活性ガスを多量に供給したり、はんだ槽内部に外部から空気が侵入し ないように不活性雰囲気装置を堅牢強固な作りにすればよいが、それでは不活性 ガスの消費量が多くなり、また装置の製造コストが高くなって不経済である。

【００１９】 そこで本考案者らは、不活性ガスの供給量を少なくしても、また不活性雰囲気 装置がそれ程堅牢強固でなくてもピールバックゾーンの酸素濃度を低くすること のできる自動はんだ付け装置を提供することにある。

【００２０】 本考案は、はんだ付け処理装置のうち少なくともはんだ槽を不活性雰囲気にし 、はんだ槽の二次噴流ノズルの退出側に不活性ガス吹き付け用ノズルを設置する とともに、該ノズルの吹き出し口をプリント基板が溶融はんだから離れるピール バックゾーンに向けてあることを特徴とする自動はんだ付け装置である。

【００２１】 本考案では、不活性雰囲気にする部分は、はんだ槽だけでもよいが、さらに他 の処理装置での酸素の影響を少なくするために、はんだ槽とその他の処理装置、 たとえばはんだ槽とプリヒーター、はんだ槽とプリヒーターとフラクサー、はん だ槽とプリヒーターとフラクサーと冷却機等を不活性雰囲気にしてもよい。

【００２２】 本考案に使用する不活性ガスとしては、窒素、二酸化炭素、アルゴン、ヘリウ ム、窒素・水素、等いかなるものでもよいが、安全性、経済性からみて窒素ガス が適当である。

【００２３】

【作用】

はんだ槽を覆わずにピールバックゾーンだけに不活性ガスを吹き付けても、不 活性ガスは直ぐにピールバックゾーン以外に拡散してしまい、またピールバック ゾーン周囲に存在している空気がピールバックゾーンに侵入してきて酸素濃度の 低下が最も必要なピールバックゾーンの酸素濃度を下げることができない。

【００２４】 しかるに、はんだ槽を覆い、該覆いの中を不活性雰囲気にするとともに、ピー ルバックゾーンに向けて不活性ガスを吹き付けると、狭いピールバックゾーンは 直ぐに低酸素濃度となり、しかも不活性ガスがピールバックゾーンから拡散して も、ピールバックゾーン周囲にある不活性ガスがピールバックゾーンに侵入して くるため、酸素濃度を高めることがない。

【００２５】

【実施例】

以下図面に基づいて本考案を説明する。 図１は本考案の自動はんだ付け装置はンあつけ装置に設置するはんだ槽の斜視 図、図２は図１の Ｘ−Ｘ線断面図、図３は図２の要部拡大図である。

【００２６】 自動はんだ付け装置には、フラクサー（図示せず）、プリヒーター（図示せず ）、はんだ槽１、冷却機（図示せず）等のはんだ付け処理装置が設置されている 。

【００２７】 はんだ槽１には一次噴流ノズル２と二次噴流ノズル３が設置されており、また はんだ槽の外部にはモーター４、４が取り付けられている。該モーターは図示し ないポンプを稼働させて一次噴流ノズル２と二次噴流ノズル３から溶融はんだＳ を噴流させるものである。

【００２８】 はんだ付け処理装置の上方には一対のレール５、６とフレーム７が架設されて いる。一方のレールは固定された固定レール５であり、もう一方のレールは矢印 Ａの如く移動する移動レール６である。それぞれのレールの両側には多数の爪８ …が走行可能に設置されている。

【００２９】 はんだ槽の上部で一対のレール間、および移動レール６とフレーム７間には覆 い９が設置されている。覆い９は耐熱性で伸縮自在な材料、例えばテフロンのよ うな簡易な材料で作製されており、矢印Ｂのように開閉自在となっている。また プリント基板が覆いの中に出入りする部分は、覆いの材料を縦方向に切って多数 のリボンを吊設したようになっており、これらのリボンは空気の侵入を妨げてプ リント基板の出入りを容易にする。

【００３０】 覆い９の中の一側には不活性ガス供給ノズル１０が取り付けられており、また 二次噴流ノズルの退出側前方には不活性ガス吹き付け用ノズル１１が設置されて いる。該不活性ガス吹き付け用ノズルの吹き出し口１２はピールバックゾーンＺ 方向に向いている。不活性ガス供給ノズル１０と不活性ガス吹き付け用ノズル１ １は図示しないガス供給源に接続されており、そこから不活性ガスが送られるよ うになっている。

【００３１】 次に本考案の自動はんだ付け装置におけるプリント基板のはんだ付けについて 説明する。

【００３２】 はんだ槽１は、上部が覆い９で覆われており、この覆い内に不活性ガス供給ノ ズル１０と不活性ガス吹き付け用ノズル１１から不活性ガスが流入されているた め、酸素濃度がかなり低くなっている。しかしながら、覆い９はプリント基板の 出入り口が完全に密封されていないため、空気はこの出入口から中に侵入し、極 低酸素濃度にはならない。本考案者らが、はんだ槽の略中心である一次噴流ノズ ルと二次噴流ノズルの間で酸素濃度を測定した結果、酸素濃度は８，０００ｐｐ ｍであった。

【００３３】 このような状態となったはんだ槽にフラックス塗布と予備加熱さたプリント基 板Ｐが進入してくる。ここではプリント基板は先ず一次噴流ノズルの荒れた波で はんだ付けされる。荒れた波はチップ部品の隅部やスルーホール内によく侵入し て未はんだをなくす。しかるに荒れた波はプリント基板に均一に付着せず、凹凸 のある不揃いとなる。

【００３４】 一次噴流ノズルではんだ付けされたプリント基板は、次に静かな波を噴流して いる二次噴流ノズルではんだ付けされる。ここでは一次噴流ノズルで不揃いとな ったはんだを均一にするものである。

【００３５】 ところで、プリント基板が二次噴流ノズルから噴流している溶融はんだに接触 した直後の部分は、プリント基板に付着した溶融はんだと二次噴流ノズルを退出 側に流れる溶融はんだとが切れるピールバックゾーンＺであるが、このピールバ ックゾーンは上がプリント基板、下が流れる溶融はんだという狭い領域となって いる。

【００３６】 覆い９内は不活性ガス供給ノズルと不活性ガス吹き付け用ノズルから吹き出さ れる不活性ガスによって或る程度の低い酸素濃度となっているが、ピールバック ゾーンには不活性ガス吹き付け用ノズルから不活性ガスが吹き込まれているため 、狭い領域のピールバックゾーンはさらに低酸素濃度になる。しかもピールバッ クゾーンにその周囲から気体が侵入しても侵入してくる気体が不活性ガスである ため、ピールバックゾーンの酸素濃度が上がるようなことはない。本考案者らが ピールバックゾーン内での酸素濃度を測定した結果、酸素濃度は１００ｐｐｍで あった。

【００３７】

【考案の効果】

本考案の自動はんだ付け装置は、プリント基板のはんだ付けで酸素の影響を最 も受けるはんだ槽のピールバックゾーンの酸素濃度を極めて低くすることができ るため、低残渣フラックスを用いてもはんだ付け不良を起こすことなく信頼ある はんだ付け部が得られるという優れた効果を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の自動はんだ付け装置に使用するはんだ
槽の斜視図である。

【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図である。

【図３】図２の要部拡大図である。

【符号の説明】

１ はんだ槽 ３ 二次噴流ノズル ９ 覆い １１ 不活性ガス吹き付け用ノズル １２ 不活性ガス吹き付け用ノズルの吹き出し口

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 はんだ付け処理装置のうち少なくともは
   んだ槽を不活性雰囲気にし、はんだ槽の二次噴流ノズル
   の退出側に不活性ガス吹き付け用ノズルを設置するとと
   もに、該ノズルの吹き出し口をプリント基板が溶融はん
   だから離れるピールバックゾーンに向けてあることを特
   徴とする自動はんだ付け装置。
2. 【請求項２】 前記はんだ付け処理装置は、フラクサ
   ー、プリヒーター、はんだ槽、および冷却機であること
   を特徴とする請求項１記載の自動はんだ付け装置。