JPH0586314B2

JPH0586314B2 -

Info

Publication number: JPH0586314B2
Application number: JP7653085A
Authority: JP
Inventors: Kunihiro Saito; Toshio Nagahara; Koichi Uchida
Original assignee: Nippei Toyama Corp
Current assignee: Nippei Toyama Corp
Priority date: 1985-04-12
Filing date: 1985-04-12
Publication date: 1993-12-10
Also published as: JPS61235066A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、基板上に電子部品を半田付けする装
置に関し、特に個々の部品ごとに、その適正な半
田付け量を制御する方法に係る。

従来技術例えば、特開昭58−161396号の発明は、半田付
けの熱源としてレーザビームを用い、レーザのエ
ネルギーやその照射時間、および線状の半田の供
給速度、タイミングなどをあらかじめ設定し、標
準的なシーケンスに基づいて、プログラム制御を
実行している。

ところが、このようなプログラム制御では、同
一品種の電子部品でも、加熱部分の熱容量が製品
のばらつきによつて、変化するため、標準的なプ
ログラム制御では、個々の電子部品に最適な半田
付けが不可能となり、半田付け状態、特にその半
田量にばらつきが生じる。

この半田量にばらつきが生じたとき、その後の
半田付けの検査工程で、半田付け不充分として、
再び半田付けが行われる。このように、従来の半
田付け工程では、半田付け後の検査工程で初めて
その良否が判別されるため、製品の生産ラインで
の自動半田付けが不可能となり、生産ラインから
外れた場所で、煩雑な手作業による半田付け作業
が必要となる。

発明の目的したがつて、本発明の目的は、自動的な半田付
け装置による半田付け過程で、半田量の良否を判
別し、その判別結果に基づいて必要に応じ、半田
量を自動的に補充できるようにすることである。

発明の概要そこで、本発明は、レーザビームによつて半田
付け対象を加熱し、その加熱部分に線状の半田を
供給することによつて半田付けを行う過程で、半
田付け後の実際の半田供給量を計算によつて求
め、その半田量の適否を判断し、適正でないとき
に、適正な半田のために必要な半田補充量を計算
によつて求め、この補充量に基づいて同一半田付
け部分に再び半田を行うことにより、その半田付
け過程で、適正な量の半田付けを完了するように
している。

ここで、実際の半田の供給量は、線状の半田の
直径、半田の送り量、および戻り量から計算式に
よつて求められる。また適正な半田の供給量（消
費量）は、経験的に、初期に、あらかじめ設定さ
れる。したがつて、適正半田量の判断は、あらか
じめ入力された理想的な供給量と実際の供給量と
の差、あるいは実際の供給量と許容範囲との比較
をすることによつて行われる。上記の供給量の計
算、および適正半田量の判断は、制御用コンピユ
ータのプログラムによつて行われる。

半田付け装置の構成以下、本発明を図に示す一実施例に基づいて具
体的に説明する。

まず第１図は、本発明の前提となる半田付け装
置１の構成を示している。この半田付け装置１
は、CPU、シーケンサなどの主制御装置２を備
えている。この主制御装置２は、レーザ発振器３
を制御するレーザ制御器４、半田供給機５を制御
する供給制御器６、温度センサー７およびNC制
御装置８に接続されている他、入力装置９、デイ
スプレイ１０および外部メモリ１１にも接続され
ている。

上記レーザ発振器３は、固体レーザ例えば
YAG（イツトリウム・アルミニウム・ガーネツ
ト）レーザによるレーザビーム１２を発生し、光
フアイバ１３、および集光ヘツド１４を経て半田
付け対象のプリント基板１５の半田付け部分、お
よび電子部品１６の半田付け部としてのリード線
１７に照射する。また半田供給機５は、送りロー
ラなどを備えており、線状の半田１８を半田付け
部分に供給する。また温度センサー７は、光フア
イバなどの先端の温度検出端１９によつて、被加
熱部分つまり半田付け部２０の赤外線を検知し、
その温度情報を上記主制御装置２に送る。また上
記NC制御装置８は、制御対象のプリント基板１
５のＸ−Ｙ平面上の位置決め、上記集光ヘツド１
４および温度検出端１９のＺ軸上の位置決め送り
運動を行うことによつて、それらの相対的な位置
決めを行う。

次に、第２図は半田付け部分を示している。リ
ード線１７は、プリント基板１５の孔状の半田付
け部２０に挿入されている。そして、上記レーザ
ビーム１２は、集光ヘツド１４から発射され、リ
ード線１７および半田付け部２０を同時に加熱
し、さらに送り込まれた半田１８をも加熱する。
なお、半田１８の先端位置は、位置センサー２１
によつて検出され、主制御装置２の入力情報とな
る。

発明の構成さて、本発明のレーザ半田付け制御方法は、主
制御装置２のプログラムによつて実行される。

第３図はその制御方法の順序を示しており、ま
た第４図は、その制御時の温度変化−時間を他の
制御条件との関連で示している。さらに、第５図
は、半田１８の送り量（距離）を示している。

まず、このプログラムの開始後、ステツプで
初期値が入力される。ここで必要な初期値は、下
記の通りである。

半田直径：ｄレーザパワー：Ｐレーザパワーの適正範囲：P₀、P₁ 温度上昇勾配の最小値：a₁ 温度上昇勾配の最大値：a₂ 半田の適正供給量：Q₀＝πd²・L₀／４適正供給量の許容値：ΔQ、または許容範囲の
最小値および最大値：Q₁、Q₂ 待機時の半田先端と半田点との距離：D₀ 待機時の半田先端と位置センサーとの距離：
D₁（０〜10mm程度の範囲）半田の１次戻し距離：D₃ 半田の２次戻し速度：V_c 半田付け部到着時の半田の温度：Ta 半田付け部の半田完了時の温度：Tb なお上記式中のL₀は、適正半田付け時の供給
量である。

このような初期値が入力された後、次のステツ
プで、レーザ発振器３がオンの状態に設定され
る。これによつて、レーザ発振器３は、初期に設
定されたレーザパワーＰのもとに、レーザビーム
１２を発生し、これを光フアイバ１３、集光ヘツ
ド１４を経て半田付け部２０に照射する。このと
き、半田付け部２０の温度Ｔは、時間ｔの経過と
ともに、ほぼ直線的に上昇する。このときの半田
付け部２０の温度は、加熱の初期に温度センサー
７によつて検出され、その温度Ｔを含む情報とし
て主制御装置２に送りこまれる。

そこで、主制御装置２は、ステツプで、加熱
過程の初期に、微小時間Δtの間に上昇温度ΔTを
測定し、それらの比の関係から、温度上昇勾配ａ
（ａ＝ΔT／Δt）を演算によつて求め、その求め
た温度上昇勾配ａにもとづいて、続くステツプ
でレーザパワーＰの適否の判断を行う。このよう
な判断は、予め設定されたその最小値a₁および最
大値a₂を用い、a₁≦ａ≦a₂の比較を行うことによ
つて判断できる。

レーザパワーＰが適正な範囲にあつたとき、主
制御装置２は、次のステツプに移り、ステツプ
で求めた温度上昇勾配ａをもとにして、供給制
御器６の制御に必要なパラメータの計算をする。

ここで必要な制御パラメータは、下記の計算に
よつて求められる。

半田送り速度：Ｖ＝f₁(a) 半田の半田点への到着時間：t_L＝D₀／Ｖ半田供給開始温度：T_s＝Ta−ａ・t_L 半田供給時間：t_k＝（D₀＋L₀）／Ｖ半田送り停止時間：t_T＝f₂（Ｖ）第１次半田戻り速度：V_B＝f₃（Ｖ）第１次半田戻り時間：t_B＝D₃／V_B 適正レーザ照射時間：t_A＝f_T(a)＋f_T （L₀、Ｐ、ａ）その計算結果は、ステツプで、供給制御器６
に送り込まれる。ここで、供給制御器６は、計算
後の制御パラメータに基づいて、半田供給器５の
送り動作を制御する。

この間に、主制御装置２は、ステツプで、半
田付け部２０の温度Ｔが、供給開始温度T_sに達
したかどうかの判断を継続的に行う。半田付け部
２０の温度Ｔが半田供給開始温度T_sに達した時
点で、主制御装置２は、供給制御器６に供給開始
の指令を発するため、半田供給器５および供給制
御器６は、次のステツプで、送り速度Ｖのもと
に半田１８を供給していく。半田１８の先端があ
る時間t_L後に、半田付け部２０に達すると、レー
ザビーム１２の熱が半田１８によつて奪われるた
め、半田付け部２０の温度は、そのグラフに示す
ように一時的に低下するが、まもなく、ある勾配
で、再び上昇しはじめる。

一方、供給制御器６は、半田供給器５を半田供
給時間t_kの経過後に自動的に停止させ、所定の送
り停止時間t_Tだけ停止した後、第１次戻り速度V_B
で、半田１８を戻り時間t_Bにわたつて後退させ、
その後、第２次戻り速度V_cのもとに後退させる。
この間に、位置センサー２１は、後退中の半田１
８の先端位置を検出し、その情報を主制御装置２
に転送する。その時点で、主制御装置２は、時間
t_cの経過をまつて、供給制御器６によつて、半田
供給機５の動作を停止させる。このようにして、
半田１８の先端は、半田付け部２０で消費されて
も、再び待機位置に戻り、次の供給動作に備え
る。

一方、このようにして供給された半田１８およ
び半田付け部２０の温度Ｔは、次第に上昇し半田
終了温度T_bに近付く。そこで、主制御装置２は、
ステツプ′で実際のレーザ照射時間ｔ＞＞適正
レーザ照射時間t_aの比較判断をし、ｔ＞＞t_aのと
き、ステツプに飛んで、異常信号を出す。そう
でないときには、主制御装置２は、次のステツプ
で、温度センサー７からの情報に基づいて、半
田付け部２０の温度Ｔ＝半田完了温度Tb／？お
よびｔ＞＞t_a？の判断を継続的に行つていく。そ
のステツプで温度が一致したとき、主制御装置
２は、ステツプで、レーザ発振器３の動作を停
止させ、つづくステツプ′で、実際のレーザ照
射時間ｔが適正であるかどうかの判断をし、適正
であれば、ステツプにスキツプするが、適正で
なかつたとき、次のスキツプで、消費された半
田１８の長さを計算する。この実際の長さＬ、お
よび供給量Ｑは、送り量L₁、戻り量L₂から、下
記の式により求められる。

Ｌ＝L₁−L₂ Ｑ＝πd²・Ｌ／４これらの送り量L₁、および戻り量L₂は、半田
供給機５の供給ローラの回転量あるいはそのエン
コーダの回転量から検出され、主制御装置２に転
送されている。そこで、主制御装置２は、その演
算機能によつて、上記式の計算を実行する。適正
な量の半田付けであれば、上記供給量Ｑは、初期
入力の供給量Q₀とほぼ等しいはずである。そで、
続くステツプで、実際の供給量Ｑの計算値こが
適正であるかどうか、つまり初期入力時の供給量
Q₀≒実際の供給量Ｑ？の判断が行われる。この
判断は、初期入力に応じて、下記のいずれかの式
によつて行われる。

｜Ｑ−Q₀｜≦ΔQ Q₁≦Ｑ≦Q₂ 上記比較判断の結果、実際の半田供給量Ｑが適
正であれば、次のステツプに移り、外部メモリ
１１に記憶されている理論熱サイクルを読み出
し、続くステツプで、ステツプでの計算結果
と理論熱サイクル（温度・時間）のデータとを比
較し、それに基づいて、「正常」、「注意」および
「異常」の判断を行う。

この判断結果が正常であれば、これで一連の制
御プログラムは終了となる。また、この判断結果
が注意範囲に属したとき、主制御装置２は、次の
ステツプで、論理熱サイクルの補正計算・確認
（Ｐ＝f_P(a)の演算および補正値の確認P₀≦Ｐ≦P₁
の判断）を行い、続くステツプで次回の半田付
けに備えてレーザパワーＰの補正動作を行う。ま
たステツプで異常が確認されたとき、ステツプ
で異常信号が出され、一連の制御は直ちに停止
の状態に設定される。

ところで、前記ステツプで、レーザパワーＰ
が適正でないとき、続くステツプでレーザ発振
器３がオフの状態に設定され、続くステツプで
レーザオフの回数が一度であるかどうかの判断が
なされる。レーザオフが一度でなかつたとき、制
御は、既に述べたステツプに移り、異常信号を
発した後、停止状態に設定される。しかし、レー
ザオフの状態が一度であるとき、続くステツプ
でレーザパワーＰの補正計算が行われ、その結果
に基づいて続くステツプでレーザパワーＰが適
正であるかどうかの判断が行われる。ここでレー
ザパワーＰが適正であれば、ステツプに戻り、
再び同様の動作を繰り返す。

またステツプで計算値が適正でなかつたと
き、ステツプで最適な半田を行うのに必要な補
充供給量を計算によつて求め、これを入力値とし
て、前記ステツプと同様に、ステツプに戻
る。

以上の制御動作は、半田付け対象の半田付け部
２０ごとに行われていく。このため、半田付け部
２０に熱的な、あるいは機械的なばらつきがあつ
たとしても、その部分の半田付けは、常に最適な
条件のもとに行われることになる。

発明の効果本発明では、実際の半田付け工程で、半田の供
給量から適正な半田付け状態の判断が行われ、そ
の後に適正半田に必要な半田補充量によつて、再
び半田付けが自動的に行われるため、たとえ半田
付け工程で半田付け不良が発生したとしても、そ
の自動半田付け工程中に、同じ位置のままで、自
動的に修正されるので、半田付けの不良率がなく
なり、また製品の一連の生産ラインから外れた状
態で、煩雑な手作業による半田付け作業が必要と
されず、半田付け工程が合理化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は半田付け装置のブロツク線図、第２図
は半田付け部分の拡大断面図、第３図は制御動作
時のフローチヤート図、第４図は温度上昇特性と
他の制御条件との関係を示すタイムチヤート図、
第５図は半田の供給動作の説明図である。１……半田付け装置、２……主制御装置、３…
…レーザ発振器、４……レーザ制御器、５……半
田供給機、６……供給制御器、７……温度センサ
ー、８……NC制御装置、１２……レーザビー
ム、１５……プリント基板、１６……電子部品、
１７……リード線、１８……線状の半田、１９…
…温度検出端、２０……半田付け部。

Claims

【特許請求の範囲】

１基板に電子部品を装着し、この基板の半田付
け部および上記電子部品のリード線をレーザによ
り加熱し、この被加熱部に線状の半田を供給する
ことにより、上記電子部品のリード線を上記基板
に半田付けする半田付け装置において、半田付け
後に、実際の半田供給量を半田の送り量および戻
り量から計算によつて求める過程、この計算値が
あらかじめ設定された適正な供給量の範囲にある
かどうかを判断する過程、計算値が適正な供給量
の範囲を越えて不足しているとき、再半田付けに
必要な半田補充量を計算によつて算出し、同一半
田付け部に対する再半田時の初期入力として設定
する過程からなることを特徴とする半田付け制御
方法。