JPH06140758A - プリント回路板の製造方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】本発明は、電子部品を基板へ面実装するに際し
て、基板に対する部品の位置決め精度の向上を図る。 【構成】はんだペーストが所定のパターンで塗布された
基板２の所定位置に部品２２を取り付けた後、これを加
熱してはんだを溶融させ、溶融後、再度凝固する前にお
いて、プリント配線板上の部品が存在しない領域の特定
箇所が通過したことを検出し、この検出に基づいて振動
子をプリント配線板に接触させて振動を与えることによ
り、この振動の加速度をプリント配線板に有効に作用さ
せて、部品の基板に対する摩擦抵抗を小さくしてやり、
部品２０のリードとプリント配線板２のランドとの間の
溶融はんだの表面張力によってセルフアライメント作用
を発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリント回路板の製造
方法および装置にかかり、特に、面実装時の回路板ラン
ドと電子部品のリードとの位置決め精度の向上を図った
製造方法およびその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、プリント回路板上に電子部品を取
り付ける実装作業は、下記のようにして行われるのが一
般的である。まず、プリント回路板上の接続点となるラ
ンドにはんだペーストを塗布する。次いで、ＸＹ座標上
を移動するロボットハンドを備えた部品取付装置などに
より、電子部品のリードを前記ランドに対して位置決め
し、所定位置に搭載する。さらに、電子部品が搭載され
たプリント回路板をコンベアなどによって搬送しつつ加
熱手段中を移動させ、該加熱手段内で前記はんだペース
トの溶融温度以上まで加熱してはんだを溶融させて（以
下リフローという）電子部品のリードをランドへはんだ
付けした後自然冷却、あるいは強制冷却によってはんだ
を凝固させる。

【０００３】前記電子部品の搭載工程にあっては、ラン
ドとリードとの接続不良が生じないように、両者を精密
に位置決めすることが必要とされており、例えば、リー
ドとランドとの位置ずれは、大きくともランドのピッチ
（相互間隔）の１／２以下にとどめることが必要とされ
ている。

【０００４】上記精度を得るため、例えば、特開昭６０
―１８０６６４号公報（以下第１従来例という）、特開
平２―１１１０９４号公報（以下第２従来例という）に
おいて、リフロー炉内でプリント回路板を振動させるこ
とにより、溶融はんだの表面張力によるセルフアライメ
ント作用を働かせて前記ランドとリードとの位置合わせ
をする技術が提案されている。すなわち、これらの従来
例にあっては、プリント回路板を振動させることによ
り、リードとランドとの接触面の摩擦抵抗を小さくし
て、溶融はんだの表面張力によって移動可能にすること
が行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】第１従来例の技術にあ
っては、プリント回路板を面に沿う方向（摩擦抵抗と同
一方向）へ振動させているため、摩擦抵抗に打ち勝って
リードを移動させるには大きな加速度を加えることが必
要になる。そして、プリント回路板の面方向へ大きな加
速度が作用すると、プリント回路板が搬送手段上で位置
ずれを生じることが避けられず、このようなプリント回
路板の位置ずれは、ロボットハンドなどを用いてプリン
ト回路板を次工程へ自動的に受け渡そうとする場合のト
ラブルの原因となる。

【０００６】第２従来例の技術にあっては、リフロー内
を走行するベルト状の搬送手段中の所定位置の下方に振
動機を設け、この振動機によってその上方のプリント回
路板をベルトとともに垂直方向へ振動させることによ
り、セルフアライメントを作用させているため、水平方
向へ振動させる場合に比してプリント回路板の位置ずれ
のおそれが少ない。しかしながら、プリント回路板がベ
ルトを介して間接的に振動させられているため、振動の
加速度がプリント回路板へ有効に作用するには、振動機
によって大きな振幅の振動を与えることが必要になる。
また、かかる大きな振幅の振動を与えようとすると、振
動機により多くのパワーが必要になるとともに、振動の
影響がベルトの張力、およびその駆動モータの負荷にも
及ぶ。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、リフロー炉中のプリント回路板に効果的に振動を加
えてセルフアライメントを有効に作用させることを目的
とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、プリント回路板上の所定位
置にはんだペーストを塗布する工程と、前記プリント回
路板上の所定位置に電子部品を配置する工程と、前記は
んだペーストを溶融温度以上に溶融させて前記電子部品
のリードを前記プリント回路板のランドにはんだ付けす
る工程と、溶融状態のはんだを凝固点以下まで冷却する
工程とからなるプリント回路板の製造方法であって、前
記リードとランドとのすべての接続点ではんだペースト
が溶融した後、いずれかの接続点が凝固点以下に冷却さ
れるまでの間に、プリント回路板上の電子部品が存在し
ない領域に振動子を接触させることを特徴とする。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１において前記
振動子が接触する部分がプリント回路板上に設けられた
位置合わせ用のマークの位置と一致することを特徴とす
る。請求項３の発明は、プリント回路板上の所定位置に
はんだペーストを塗布する手段と、プリント回路板上の
所定位置に電子部品を配置する手段と、電子部品が配置
されたプリント回路板を載せて面に沿う方向へ搬送する
搬送手段と、該搬送手段の搬送経路上で前記プリント回
路板および電子部品を前記はんだペーストの溶融温度以
上に加熱する加熱手段と、該加熱手段によって加熱され
ているプリント回路板に振動を与える振動手段と、該振
動手段をプリント回路板へ接近する方向または離れる方
向へ移動可能に支持する支持手段と、前記加熱手段中の
所定位置に前記プリント回路板が到達したことを検知す
るセンサと、該センサの出力によって前記振動手段、支
持手段、および搬送手段を制御する制御手段とからなる
プリント回路板の製造装置であって、前記制御手段は、
前記センサから検知信号が出力されたことを条件として
前記搬送手段を停止させるとともに、振動手段をプリン
ト回路板へ接近させて振動を与え、所定時間にわたる振
動が終了したことを条件として搬送手段を運転させるこ
とを特徴とする。

【００１０】請求項４の発明は、請求項３において、前
記センサは時間および速度を計測するものであり、前記
制御手段は、時間および速度のデータに基づいて前記振
動手段、支持手段、および搬送手段を制御することを特
徴とする。請求項５の発明は、請求項３において、前記
センサは前記プリント回路板の位置を光学的に検知する
ことを特徴とする。請求項６の発明は、前記センサは加
熱手段外から所定位置のプリント回路板を見通し得る位
置に設けられたことを特徴とする。

【００１１】

【作用】請求項１もしくは請求項２に記載の発明によれ
ば、加熱によってはんだが溶融した状態で振動を与える
ことにより、回路板へ大きな加速度を作用させることが
できる。また、振動を与えることにより、部品と回路板
との間の摩擦抵抗が小さな状態とすることができ、この
状態で、溶融はんだに発生する表面張力により、互いに
はんだ付けされようとしているリードとランドとが互い
の距離が最短となるように引き合う。また、部品が存在
しない位置で振動を与えるから、回路板上の部品や搬送
手段に与える影響をきわめて小さくすることができる。

【００１２】請求項３ないし請求項６に記載の発明によ
れば、はんだペーストが塗布された回路板上に電子部品
が取付られた後、回路板が加熱され、融点以上の温度と
なることによりはんだが溶融状態となる。この状態で振
動が与えられると、回路板と電子部品との間の摩擦抵抗
が小さくなり、この状態で溶融はんだの表面張力がリー
ドとランドとの間に作用する。また、回路板の特定位置
を確認した上、この位置に対して所定の関係にある位置
へ振動子を接触させることができる。さらに、目印とな
る位置を光学的手段によって加熱手段の外の常温環境で
検知する。

【００１３】

【実施例】以下、本発明にかかるプリント回路板製造装
置の一実施例を説明する。図１はプリント回路板製造装
置におけるはんだリフロー部を示す。プリント回路板２
は、従来と同様、はんだペーストが塗布された上、ロボ
ットハンドなどからなる部品実装装置（図示略）によっ
て所定位置に部品が搭載された後、ベルトコンベア（搬
送手段）４の上へ搬入される。この搬送手段４は、上流
側のベルトコンベア（図示略）より大きな搬送速度に設
定されているので、上流側のベルトコンベア上で互いに
接近して搬送されていたプリント回路板２は、ベルトコ
ンベア４へ送り込まれることによって相互間の間隔が広
げられるようになっている。

【００１４】前記搬送手段４は、加熱室６内を走行する
ようになっており、搬送経路の途中には、赤外線をコン
ベア４上のプリント回路板２に照射して加熱する加熱手
段８が設けられている。これらの加熱手段８は、搬送方
向に沿って複数基設けられていて、個々に加熱量を制御
することにより、プリント回路板２を所定の温度特性に
したがって昇温するようになっている。

【００１５】前記加熱手段８のさらに下流側の加熱室６
を出た位置には、冷却部１０が設けられており、搬送手
段４の上のプリント回路板２を冷却部１０において気体
と接触させることにより、溶融状態のはんだを冷却、固
化させるようになっている。すなわち、搬送路の上方に
ファン（図示略）などを設けてプリント回路板２の表面
に空気を吹き付けること、あるいは、窒素ガスなどを吹
き付けることなどによって冷却が行われている。

【００１６】さらに、最終の加熱手段８と冷却部１０と
の間には、プリント回路板２を重力の方向へ振動させる
振動手段が設けられている。符号１２はベースであっ
て、このベース１２には、例えばＡＣソレノイドからな
る振動源１４が支持され、この振動源１４によって振動
子１６が垂直方向へ駆動されるようになっている。また
前記ベース１２は、振動手段におけるＡＣソレノイド１
４を加熱室６の外側の常温の環境下に置くように支持し
ている。前記ベース１２は昇降手段１８によって上下方
向へ移動させることができるようになっている。この昇
降手段１８は、前記振動子１６先端部が搬送手段４上の
プリント回路板２に触れる位置、または、プリント回路
板２から離れた位置へ移動させるようになっている。

【００１７】前記駆動手段１４は、例えば、コイルによ
って励起される交番磁界の作用により、振動板１６を励
磁電流の周波数に応じて振動させるようになっている。

【００１８】前記振動子１６の上流側の位置には、光学
センサ２０が設けられている。この光学センサ２０は、
反射光の有無（強弱）を検知する機能を持つもので、そ
の検出信号によって、プリント回路板２が所定の位置ま
で搬送されたことを検知することができる。

【００１９】一般にプリント回路板２には、図２に示す
ように、プリントパターン形成のためのマスキングの印
刷、部品２２の取付、はんだペーストの塗布などの処理
に際しての位置決めの基準となる合マーク２４が設けら
れている。この合マーク２４は、一般に、部品２２が取
り付けられる領域、あるいはプリントパターンが形成さ
れる範囲を避けて、かつ、プリント回路板２の仕様（部
品の配置、パターンの形状など）にかかわらず一定の位
置に配置されるから、この合マーク２４を光学センサ２
０に検出させ、かつ、この合マーク２４の位置で振動子
１６をプリント回路板２に接触させて振動させることが
行われている。

【００２０】すなわち、光学センサ２０が合マーク２４
を検出した後、光学センサ２０と振動子１６との相互の
間隔に相当する距離Ｌだけ搬送手段４が走行したことを
条件として搬送手段４を停止させることにより、合マー
ク２４を振動子１６の直下の位置に配置することができ
る。

【００２１】また、合マーク２４と異なる位置に振動子
１６を接触させて振動させようとする場合、この接触さ
せるべき位置と合マーク２４との相互の間隔ΔＬに相当
する値を前記Ｌから加減した距離の走行によって搬送手
段４を停止させれば、同様にプリント回路板２の所定箇
所（振動させるべき箇所）を振動子１６の直下に配置す
ることができる。したがって、前記光学センサ２０と振
動子１６との間には、このラインで処理すべき最大のプ
リント配線板の長さに相当する間隔が設けられているこ
とが望ましい。

【００２２】さらに、前記合マーク２４に代えて、プリ
ント回路板２の前縁部２６を合マークと同様に用いるよ
うにしてもよい。すなわち、プリント回路板２の前縁部
２６の通過を光学センサ２０に検知させるとともに、こ
の前縁部から振動子１６を接触させるべき領域までの距
離ΔＬ’に相当する数値を前記Ｌに加算した距離の走行
によって搬送手段４を停止させることによっても、同様
に、プリント回路板２上の所定位置を振動子１６の直下
に配置することができる。

【００２３】次いで、上記はんだ付け装置の制御系の構
成を図３により説明する。符号３０は制御部であって、
この制御部３０には、光学センサ２０から、プリント回
路板２の所定位置が通過したか否かについてのデータが
供給されるようになっている。また前記制御部３０に
は、前記搬送手段４を駆動するモータなどの駆動源３２
と、前記振動子１６を駆動する振動源１４、および昇降
手段１８が接続されて、それぞれその動作が制御される
ようになっている。

【００２４】次いで、上記製造装置の動作とともに、本
発明の製造方法を説明する。 イ．所定位置に部品２０が搭載されたプリント回路板２
を装置へ送り込む。 ロ．プリント回路板２を搬送しながら加熱する。この昇
温特性は、用いられるはんだの融点、あるいは、取付ら
れる電子部品やプリント回路板の許容温度、熱容量など
によって適宜選択されるものである。例えば、被処理物
の熱容量が大きい場合にははんだの融点よりも十分に高
い温度まで昇温し、許容温度が低い場合には低融点のは
んだが用いられる。また、部品の熱容量の差を考慮し
て、熱容量の大きな部品に低融点のはんだを用い、熱容
量の小さな部品には高融点のはんだを用いて両者が同時
に溶融するように配慮することも有効である。

【００２５】ハ．はんだの融点を越えた後、完全な溶融
を期すべくさらに加熱するとピークに達する。その後、
加熱を停止することにより温度が下がる。ここで、はん
だの融点を越えた後、ピークに達するまでの間に（望ま
しくはピークにできるだけ近い位置で）プリント回路板
２に振動を与えることにより、位置の修正がなされる。
すなわち、部品のリードと回路板のランドとの中心がず
れている場合であっても、はんだが完全に溶融すると、
その表面張力によってこれらが互いに引き合うセルフア
ライメント作用が働らこうとする。一方、部品２２とプ
リント回路板２との間は、振動によって摩擦抵抗が小さ
くなっているので、このセルフアライメント作用によっ
て各リードとランドのそれぞれの間でセルフアライメン
トが作用する。

【００２６】なお、実施例では、セルフアライメントを
確実に作用させるべく最高温度近くで振動を与えるよう
にしたが、はんだの融点を越えて最高温度に達した後、
再度融点を下回るまでのいずれの時期で行ってもよい。
また、加熱室内の温度は、はんだがすべて溶融して潜熱
がすべて放出されると、加熱量に対して急峻な上昇を呈
するから、温度変化（温度の微分値）が所定値を越える
か否かによって振動を与える時期を判断するようにして
もよい。

【００２７】上記方法を具体的に実行するための制御部
３０の制御動作を図４を参照して説明する。 ステップ１ 光学センサ２０によって合マークが検出されたか否かを
判断し、検出されたことを条件として次のステップへ進
む。 ステップ２ 所定距離、すなわち、光学センサ２０と振動子１６との
間の間隔Ｌ、あるいは、これにΔＬまたはΔＬ’を加減
した距離だけプリント回路板２が移動したことを判断
し、移動したこと（すなわち駆動源３２が所定回転した
こと）を条件として次のステップへ進む。 ステップ３ 駆動源３２を停止させて搬送手段４を停止させる。ま
た、昇降手段１８によって振動子１６を降下させ、振動
子１６の先端をプリント回路板２の所定位置（例えば合
マーク２４の上や周縁部などの部品が存在しない位置）
に接触させる。 ステップ４ 振動源１４を作動させて、振動子１６からプリント回路
板２へ振動を加える。この振動は、振動子１６からプリ
ント回路板２へ直接的に作用するものであり、したがっ
て、搬送手段４に影響を最小限にしつつ、プリント回路
板２に有効に振動の加速度を作用させることができる。 ステップ５ 所定時間にわたって振動源１４を作動させた後、停止さ
せる。さらに、振動子１６の先端がプリント回路板２の
表面から離れるまで上昇させた後、駆動源３２を起動
し、処理が終わったプリント回路板２を装置外へ搬出す
るとともに、次のプリント回路板２を受け入れるべく搬
送手段４を駆動する。 ステップ６ 搬送手段４によって次のプリント回路板２が送り込まれ
た場合にはステップ１へ戻り、送り込まれない場合には
処理を終了する。このようにして部品が実装されたプリ
ント回路板２は、目視によって検査され、この検査にお
いてリードとランドとが所定の位置に位置決めされたか
否かが判断される。上記方法によってはんだ付けされた
プリント回路板にあっては、セルフアライメントが正常
に働けばリードとランドとが完全に同心上に位置決めさ
れ、働かなければ（例えば一箇所でもセルフアライメン
トが働かないと全体が動くことができない）ずれたまま
の状態となる。したがって、良否の判定基準は、同心に
あるか否かという単純なものとなり、ずれ量をゲージな
どで測定して許容範囲内にあるか否かを見るといった繁
雑な検査が不要になる。

【００２８】さらに、検査によって不良と判定された場
合には、そのプリント回路板を再度リフローラインへ送
り込むか、あるいは、当該プリント回路板を加熱して全
部のはんだ付け箇所を確実に溶融させた後、振動を与え
てやることにより、容易に修正することができる。すな
わち、一旦部品を回路板にはんだ付けした後、再度はん
だを溶融させた状態で振動させることにより、セルフア
ライメント作用を利用した修正を行うことができる。

【００２９】なお、プリント回路板の製造ラインや振動
手段の具体的構成が実施例に限定されるものでないのは
もちろんである。また、昇温特性についても、部品、回
路板、あるいははんだの特性に応じて適宜変更してもよ
いのはもちろんである。

【００３０】また、通常の（振動手段を有しない）はん
だ付け装置によって一旦はんだ付けされたプリント配線
板のうち、少なくとも部品の位置ずれが生じているもの
を前記実施例のはんだ付け装置によって再度処理するよ
うにしてもよい。すなわち、実施例のはんだ付け装置を
プリント回路板製造ラインの最終部分に修正工程として
設けるようにしてもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明で明かなように、本発明によ
れば、はんだペースト上に部品が配置されたプリント回
路板をはんだペーストの溶融温度以上に加熱するととも
に、この加熱状態でプリント回路板へ振動子を直接接触
させて大きな振動の加速度を作用させ、この加速度によ
って部品のリードと回路板のランドとの間の摩擦抵抗を
軽減させ、溶融はんだの表面超直によるセルフアライメ
ント作用を有効に発揮させて部品のリードを所定位置に
確実に位置決めすることができる。

【００３２】また、振動の方向が垂直方向であり、か
つ、プリント回路板に有効に作用することができるか
ら、この振動によってプリント回路板が位置ずれを起こ
したり、搬送手段を構成するベルトコンベアなどの駆動
源の負荷に影響を与えたりすることが少ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はプリント回路板製造装置の一実施例を示
す側面図である。

【図２】図２は図１の装置中にあるプリント回路板の斜
視図である。

【図３】図３は図１の装置の制御系のブロック図であ
る。

【図４】図４は図３の制御系の動作を示すフローチャー
トである。

【符号の説明】

２ プリント回路板 ４ 搬送手段 ６ 加熱室 ８ 加熱手段 １０ 冷却部 １４ 振動源 １６ 振動子 １８ 昇降手段 ２２ 部品 ２４ 合マーク ３０ 制御部 ３２ 駆動源

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プリント回路板上の所定位置にはんだペ
   ーストを塗布する工程と、前記プリント回路板上の所定
   位置に電子部品を配置する工程と、前記はんだペースト
   を溶融温度以上に溶融させて前記電子部品のリードを前
   記プリント回路板のランドにはんだ付けする工程と、溶
   融状態のはんだを凝固点以下まで冷却する工程とからな
   るプリント回路板の製造方法であって、前記リードとラ
   ンドとのすべての接続点ではんだペーストが溶融した
   後、いずれかの接続点が凝固点以下に冷却されるまでの
   間に、プリント回路板上の電子部品が存在しない領域に
   振動子を接触させて垂直方向へ振動させることを特徴と
   するプリント回路板の製造方法。
2. 【請求項２】 前記振動子が接触する部分は、プリント
   回路板上に設けられた位置合わせ用のマークの位置と一
   致することを特徴とする請求項１のプリント回路板の製
   造方法。
3. 【請求項３】 プリント回路板上の所定位置にはんだペ
   ーストを塗布する手段と、プリント回路板上の所定位置
   に電子部品を配置する手段と、電子部品が配置されたプ
   リント回路板を載せて面に沿う方向へ搬送する搬送手段
   と、該搬送手段の搬送経路上で前記プリント回路板およ
   び電子部品を前記はんだペーストの溶融温度以上に加熱
   する加熱手段と、該加熱手段によって加熱されているプ
   リント回路板に振動を与える振動手段と、該振動手段を
   プリント回路板へ接近する方向または離れる方向へ移動
   可能に支持する支持手段と、前記加熱手段中の所定位置
   に前記プリント回路板が到達したことを検知するセンサ
   と、該センサの出力によって前記振動手段、支持手段、
   および搬送手段を制御する制御手段とからなるプリント
   回路板の製造装置であって、前記制御手段は、前記セン
   サから検知信号が出力されたことを条件として前記搬送
   手段を停止させるとともに、振動手段をプリント回路板
   へ接近させて振動を与え、所定時間にわたる振動が終了
   したことを条件として搬送手段を運転させることを特徴
   とするプリント回路板の製造装置。
4. 【請求項４】 前記センサは時間および速度を計測する
   ものであり、前記制御手段は、時間および速度のデータ
   に基づいて前記振動手段、支持手段、および搬送手段を
   制御することを特徴とする請求項３のプリント回路板の
   製造装置。
5. 【請求項５】 前記センサは前記プリント回路板の位置
   を光学的に検知することを特徴とする請求項３のプリン
   ト回路板の製造装置。
6. 【請求項６】 前記センサは加熱手段の外から所定位置
   のプリント回路板を見通し得る位置に設けられたことを
   特徴とする請求項５のプリント回路板の製造装置。