JPH0572153A - クリームはんだのはんだ付け性測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 クリームはんだのはんだ付け性を数値に基づ
き評価できる。 【構成】 エアーピンセット５で保持した電子部品１０
に作用する力を検出するロードセル１と、電子部品１０
を載置する第１ステージＡとクリームはんだ１２が印刷
されたプリント基板１３を載置する第２ステージＢとが
立設されたＺ軸ステージ８と、第１ステージＡの微小高
さを可変するマイクロエレベータ１４と、Ｚ軸ステージ
８を水平移動させる水平移動手段１５と、Ｚ軸ステージ
８を垂直移動させる垂直移動手段１９と、プリント基板
１３を加熱する加熱手段２５とから成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はクリームはんだの電子部
品に対するはんだ付け性を測定するクリームはんだのは
んだ付け性測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】溶融し
たはんだの電子部品に対するはんだ付け性を測定する方
法及びその装置には一般的に確定したものがある。

【０００３】しかし、クリームはんだは印刷、部品搭
載、加熱等の工程でクリームとしての働き、インクとし
ての働き、接着剤としての働き、はんだとしての働きを
有し、これら個々の評価法（印刷性、粘性等）はあった
が、実際のはんだ付け性を測定する方法（装置）はなか
った。

【０００４】そこで、本発明は表面張力法（メニスコグ
ラフ法）が一般にはんだ付け性の評価方法として定評が
ありこれをクリームはんだに適用できれば信頼性の高い
評価ができることに着目し、実際のはんだ付け状態にお
いてクリームはんだの熱的挙動が電子部品に及ぼす力の
時間的変化を測定することによりクリームはんだのはん
だ付け性を評価できるクリームはんだのはんだ付け性測
定装置を提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
の本発明に係るクリームはんだのはんだ付け性測定装置
は、電子部品を保持する部品保持手段を設け、この部品
保持手段で保持した前記電子部品に作用する上下方向の
外力を検出する外力検出手段を設ける一方、ベースステ
ージ上に前記電子部品を載置する第２ステージとクリー
ムはんだを付着した部品接着部材を載置する第１ステー
ジとをそれぞれ設け、前記第１ステージと前記第２ステ
ージとの微小な相対的高さ位置を可変するギャップ調整
手段を設け、前記第１ステージと前記第２ステージとが
高さ位置を変えることなく選択的に前記部品保持手段の
下方に位置するよう前記ベースステージと前記部品保持
手段との相対的水平位置を可変する水平移動手段を設
け、前記ベースステージと前記部品保持手段との相対的
高さ位置を可変する垂直移動手段を設け、この垂直移動
手段の駆動で前記第１ステージに載置された前記電子部
品を前記部品保持手段が保持する位置を検出する基準位
置検出手段を設け、前記第２ステージに載置された前記
部品接着部材を加熱する加熱手段を設けたものである。

【０００６】

【作用】部品接着部材の厚みを考慮しギャップ調整手段
にて第１ステージと第２ステージの相対的な高さを可変
して所望のギャップ量を設定し、第１ステージを部品保
持手段の下方に位置させた状態で垂直移動手段にて第１
ステージと部品保持手段の相対的高さを近づける方向に
変位させて部品保持手段にて第１ステージ上の電子部品
を保持すると共にこの基準位置を基準位置検出手段にて
検出し、垂直移動手段にて第１ステージと部品保持手段
との相対的高さを遠ざける方向に変位させ、水平移動手
段にて第２ステージを部品保持手段の下方に変位させ、
再び垂直移動手段にて第２ステージと部品保持手段との
相対的高さを近づける方向に変位させて基準位置検出手
段の基準位置で停止すると電子部品がクリームはんだに
接触した状態ではんだ付け部材に対して所望のギャップ
量だけ離れた位置に配置されて電子部品の浸漬深さが所
望量に設定され、その後加熱手段にて所定温度まで加熱
するとクリームはんだが熱的挙動で変態しその変態工程
の引合力、浮力、濡れ力等の作用による外力が外力検出
手段にて測定され、この時間的変化に基づきはんだ付け
性を評価できる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図１乃至図５には本発明の一実施例が示されてい
る。

【０００８】図１にははんだ付け性測定装置の概略構成
図が示されている。図１において、外力検出手段である
ロードセル１は固定部１ａと外力検出部１ｂから成り、
固定部１ａの上面が天壁２に固定されている。そして、
ロードセル１は外力検出部１ｂに作用する力を電気信号
に変換して出力する。

【０００９】部品保持手段３は前記外力検出部１ｂの下
面に垂下されたシリンダ４を有し、このシリンダ４の下
面にはエアーピンセット５のパイプ５ａが摺動自在に設
けられている。真空用隔壁６は前記ロードセル１を被
い、天壁２の吸引通路２ａを介して吸引すると真空用隔
壁６内、シリンダ４内、パイプ５ａ内が減圧されてエア
ーピンセット５に吸引力が作用する。又、シリンダ４側
部にはシリンダストッパ７が設けられ、このシリンダス
トッパ７は前記減圧で移動して前記パイプ５ａを押圧す
る。この押圧力によってパイプ５ａの摺動が阻止されて
エアーピンセット５がその位置でロックされる。

【００１０】ベースステージであるＺ軸ステージ８上に
は第１ステージＡと第２ステージＢとが互いの中心位置
間距離をｌだけ離して立設されている。第１ステージＡ
の上部には部品載台９が設けられ、この部品載台９上に
電子部品１０が載置される。測定対象となる電子部品１
０はリード線なしのチップ部品、ＱＦＰ部品等が一般的
であるが、それ以外の部品でも良くその場合には電子部
品１０のはんだ付け部分を下方として支持できるよう部
品載台９を工夫する。第２ステージＢは支持台１１を有
し、この支持台１１上にクリームはんだ１２が印刷され
た部品接着部材であるプリント基板１３が載置されてい
る。部品接着部材は電子部品１０をはんだ付けする部材
であり、マイクロルツボの場合もある。

【００１１】ギャップ調整手段は第１ステージＡに設け
られたマイクロエレベータ１４にて構成され、このマイ
クロエレベータ１４はミクロンオーダで部品載台９上面
の高さ位置を調整することによって第２ステージＢの支
持台１１上面に対する相対的高さ位置を可変できる。

【００１２】水平移動手段１５は前記Ｚ軸ステージ８を
支持するＸ軸ステージ１６を有し、このＸ軸ステージ１
６を左端ストッパ１７と右端ストッパ１８間で駆動可能
に構成されている。Ｘ軸ステージ１６が左端ストッパ１
７に規制される位置（図１に示す。）では第１ステージ
Ａの中心が前記エアーピンセット５下方に位置し、Ｘ軸
ステージ１６が右端ストッパ１８に規制される位置では
第２ステージＢの中心が前記エアーピンセット５下方に
位置する。

【００１３】垂直移動手段１９はＺ軸ステージ８側のラ
ック部２０とＸ軸ステージ１６側のピニオン２１とを有
し、モータ２２の回転力がピニオン２１に伝達されるよ
う構成されている。そして、Ｚ軸ステージ８の上下動を
規制する上端ストッパ２３と下端ストッパ２４が設けら
れ、これらストッパ２３，２４間でＺ軸ステージ８が上
下動される。Ｚ軸ステージ８が上端ストッパ２３に当接
する位置まで上昇すると、シリンダ４内が減圧されてエ
アーピンセット５が電子部品１０を吸着し、且つ、ロッ
クされるので、この実施例では上端ストッパ２３が電子
部品１０を保持する位置を示すため基準位置検出手段を
兼ねている。

【００１４】加熱手段２５は前記支持台１１の周囲を被
うカバー２６を有し、このカバー２６によって構成され
る加熱チャンバ２７内に支持台１１が配置されている。
加熱チャンバ２７の下方にはガス加熱炉２８が設けら
れ、このガス加熱炉２８には不活性ガスＮ₂等が流入可
能に構成されている。又、このガス加熱炉２８には温度
センサ２９と加熱ヒータ３０が配置されており、温度調
節部３１が温度センサ２９の出力を基にＰＩＤ制御にて
プリント基板１３を加熱する。

【００１５】以下、上記構成の作用について説明する。
先ず、プリント基板１３の厚みを考慮しプリント基板１
３上面に対して部品載台９上面が所望のギャップ量δ
（数＋ミクロンオーダ）だけ高くなるようマイクロエレ
ベータ１４で調整する。

【００１６】次に、垂直移動手段１９にてＺ軸ステージ
８を上昇させる。すると、電子部品１０がエアーピンセ
ット５下面に当接し、その後のＺ軸ステージ８の上昇に
よってエアーピンセット５も電子部品１０に押圧されて
上方へ移動する。Ｚ軸ステージ８が上端ストッパ２３に
当接すると、垂直移動手段１９の駆動が停止されると共
にシリンダ４内の減圧が始まる。

【００１７】シリンダ４内が減圧されると、図２に示す
ように、シリンダストッパ７によってエアーピンセット
５がロックされると共にエアーピンセット５が電子部品
１０を吸着する。

【００１８】次に、垂直移動手段１９にてＺ軸ステージ
８が下端ストッパ２４に当接するまで降下する。ここ
で、エアーピンセット５が電子部品１０を保持し続け、
この状態でロードセル１をゼロ調整する。その後、水平
移動手段１５にてＸ軸ステージ１６が右端ストッパ１８
に当接するまで移動される。この移動によって第２ステ
ージＢの支持台１１がエアーピンセット５の下方に位置
する。

【００１９】そして、再び垂直移動手段１９にてＺ軸ス
テージ８が上端ストッパ２３に当接するまで上昇する
と、図３に示すように、電子部品１０の下面がクリーム
はんだ１２に接触した状態に位置される。ここで、部品
載台９の上面高さ（電子部品１０の下面高さに相当）を
プリント基板１３上面よりδだけ高く設定されているた
め、図４に示すように、電子部品１０はプリント基板１
３に対してδのギャップ間隔をもって正確に位置され所
定の浸漬深さｄに設定される。

【００２０】次に、加熱手段２５にて加熱を開始し、目
的の温度条件によりプリント基板１３を加熱させる。す
ると、クリームはんだ１２の熱的挙動が起こり電子部品
１０に対する浮力、濡れ力等の力が作用し、この力がロ
ードセル１によって電気的出力として取り出される。そ
して、この電気的出力の時間的変化を調べることにより
クリームはんだ１２のはんだ付け性を評価できる。又、
加熱状態が実際に近い状態のため不活性ガスの実状にも
対応できる。

【００２１】図５には本実施例の装置で得られたロード
セル１の出力波形の一例が示されている。図５に示す如
く、電子部品１０に対してクリームはんだ１２が及ぼす
力を解析することによってクリームはんだ１２の熱的挙
動を認識でき、クリームはんだ１２の改善、クリームは
んだ１２の性能テスト等にも供する。

【００２２】上記実施例では、部品保持手段を吸引によ
るエアーピンセット５等にて構成したが、電子部品１０
を保持できるものであれば良い。又、ギャップ調整手段
を第１ステージＡに設けたマイクロエレベータ１４にて
構成したが、第２ステージＢにマイクロエレベータ１４
を設けることによって、又、双方のステージＡ，Ｂにマ
イクロエレベータ１４を設けることによって構成しても
良い。さらに、水平移動手段１５はＺ軸ステージ８をリ
ニア移動させることによって構成したが回転移動させる
ことによって構成しても良く、又、Ｚ軸ステージ８を移
動させるのではなくエアーピンセット５側若しくはＺ軸
ステージ８とエアーピンセット５側の双方を移動させる
構成としても良い。これと同様の思想で垂直移動手段１
９をエアーピンセット５側を移動させるよう構成しても
良い。さらにまた、基準位置検出手段はエアーピンセッ
ト５が電子部品１０を任意の位置で保持するよう構成し
てこの任意の位置を検出可能に構成しても良い。しか
し、本実施例の如く一定の位置でエアーピンセット５が
電子部品１０を保持するよう構成すれば基準位置検出手
段が上端ストッパ２３のように位置決め部材で構成でき
る利点がある。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、電子
部品を実際のクリームはんだ付け状態とし、且つ、電子
部品を部品接着部材に対して所望のギャップ量で配置可
能として電子部品の浸漬深さを所望量に設定した状態で
電子部品に対してクリームはんだがはんだ付け時に及ぼ
す力を取り出すよう構成したので、実際のはんだ付け時
においてクリームはんだの熱的挙動が電子部品に及ぼす
力の時間的変化を測定できるため、クリームはんだのは
んだ付け性を数値に基づき評価できるという効果を奏す
る。また、この測定方法が一般に定評のあるメニスコグ
ラフ法に近いため評価方法としては信頼性が高い。さら
に、部品接着部材に対する電子部品のギャップ量の調整
を２つのステージとギャップ調整手段にて行ったので、
パルスモータや精密測距センサ等を用いる場合に較べて
低コストになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】はんだ付け性測定装置の概略構成図（実施
例）。

【図２】エアーピンセットが電子部品を保持する状態を
示す概略構成図（実施例）。

【図３】電子部品がプリント基板上に配置された状態を
示す概略構成図（実施例）。

【図４】電子部品の浸漬深さを示す図（実施例）。

【図５】ロードセル出力の波形図（実施例）。

【符号の説明】

１…ロードセル（外力検出手段）、３…部品保持手段、
８…Ｚ軸ステージ（ベースステージ）、１０…電子部
品、１２…クリームはんだ、１３…プリント基板（部品
接着部材）、１４…マイクロエレベータ（ギャップ調整
手段）、１５…水平移動手段、１９…垂直移動手段、２
３…基準位置検出手段、２５…加熱手段、Ａ…第１ステ
ージ、Ｂ…第２ステージ。

フロントページの続き (72)発明者 水谷 裕子 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 田中 治年 東京都墨田区横川２丁目20番11号 タルチ ン株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子部品を保持する部品保持手段を設
   け、この部品保持手段で保持した前記電子部品に作用す
   る上下方向の外力を検出する外力検出手段を設ける一
   方、 ベースステージ上に前記電子部品を載置する第２ステー
   ジとクリームはんだを付着した部品接着部材を載置する
   第１ステージとをそれぞれ設け、前記第１ステージと前
   記第２ステージとの微小な相対的高さ位置を可変するギ
   ャップ調整手段を設け、前記第１ステージと前記第２ス
   テージとが高さ位置を変えることなく選択的に前記部品
   保持手段の下方に位置するよう前記ベースステージと前
   記部品保持手段との相対的水平位置を可変する水平移動
   手段を設け、前記ベースステージと前記部品保持手段と
   の相対的高さ位置を可変する垂直移動手段を設け、この
   垂直移動手段の駆動で前記第１ステージに載置された前
   記電子部品を前記部品保持手段が保持する位置を検出す
   る基準位置検出手段を設け、 前記第２ステージに載置された前記部品接着部材を加熱
   する加熱手段を設けたことを特徴とするクリームはんだ
   のはんだ付け性測定装置。