JPH0677811B2 - 自動半田付け装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は例えばクリームハンダ塗付後のプリント基板
に、二方向リード付フタツトパツケージIC（SOP）又は
四方向リード付フラツトパツケージIC（QFP）を搭載し
て半田付けする際、プリント基板とフラツトパツケージ
ICとによつて形成した並行する接続部位のみに熱線パタ
ーンを照射させ、二方向もしくは四方向の接続部位を同
時に半田付けできるようにした自動半田付け装置に関す
る。

〔従来の技術〕 この種のフラツトパツケージICをプリント基板へ実装す
る半田付け装置は、例えばハンダゴテ加熱法、パルスヒ
ータ加熱法、赤外線加熱リフロー法、ホツトエアー法
（電子材料p37、1985年２月号）、あるいは最近ではレ
ーザ光線を利用する方法〔軽金属溶接Vol.17（1979）N
o.1〕が知られていた。更に、赤外線ランプの熱線を利
用する半田付け装置として特開昭53−93146号公報が知
られていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

基板材料等もコスト低減の点から最近においては、紙フ
エノール樹脂のように極めて耐熱性の低い材料から成形
される傾向にあり、従って、赤外線加熱リフロー法、ホ
ツトエアー法、レーザ光線等の場合は、パツケージIC、
プリント基板が高熱によりダメージを受ける結果とな
る。特に、レーザ光線の場合は、ハンダゴテのような入
熱方式に比べ、入熱ヘッドの経時変化により酸化皮膜等
の形成はなく、安定したハンダ付けが可能となるが、レ
ーザ光線をフレキシブルフアイバで出射光学部に導き、
レーザ光線を集光せしめてハンダ付けを行うものである
ため、装置が複雑化する。

更に、赤外線ランプの場合は、半田付け制御回路により
赤外線ランプの移動速度、移動停止、再スタート、点
灯、消灯、現在位置表示等の信号を制御して、半田付け
するものであるため、フラツトパツケージICとプリント
基板とにより形成した並行する接続部位を同時に接続し
たり、熱線パターンを並行する接続部位に合致せしめ、
該接続部位以外への高熱照射を皆無にする等の手段は全
く考慮されておらず、熱線は接続部位以外の部分も照射
するため、製品に対する信頼性が欠けていた。

本発明の目的は、フラツトパツケージICとプリント基板
とにより形成した並行する接続部位のみに熱線パターン
を簡単かつ迅速に合致せしめ、該接続部位のみに熱線パ
ターンを同時に照射して半田付けできるようにして製品
に対する信頼性を高めることができる自動半田付け装置
を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記の如き課題を解決するために本発明は、フラツトパ
ツケージICの並行する両側縁から少なくとも二方向に突
出されたリードをプリント基板の接続すべき部位に合致
せしめて並行する接続部位を形成し、これらの接続部位
を半田付けする熱源ランプユニツトからの熱線パターン
の制御機構が、少なくとも一対一組の熱源ランプユニツ
トと、これらの熱源ランプユニツトから上記の並行する
接続部位に照射されるライン状熱線パターンと、これら
のライン状熱線パターンの間隔を上記の並行する接続部
位間に合致せしめる熱源ランプユニツトのヘツドをプリ
ント基板面に対して水平方向に駆動する加熱熱線調節部
のヘツド調節機構と、上記の並行する接続部位に熱線パ
ターンを合致させるために上記ヘツドの照射面に一対一
組のマスキングエレメントを摺動可能に配置して照射面
の幅を決める加熱熱線調節部のマスキング幅調節機構と
から構成することにより、フラツトパツケージICとプリ
ント基板とにより形成した並行する接続部位に熱線パタ
ーンを簡単かつ迅速に合致せしめ、接続部位のみに熱線
を同時照射して能率的に半田付けすると共に製品に対す
る信頼性を向上化せしめことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面について具体的に説明する
が、これによって限定されるものではない。

第１図に示したプリント基板１上には、３個のフラツト
パツケージIC2、２′及び２″が搭載され、これらのフ
ラツトパツケージIC2、２′及び２″の互いに対向する
両側縁には（ｘ軸方向、ｙ軸方向）にリード2a、2a′及
び2a″が四方向に突出させてある。なお、リードは四方
向ではなく、ｘ軸方向あるいはｙ軸方向の二方向のみに
突出させた構造のフラツトパツケージICでもよい。ま
た、フラツトパツケージIC2、２′及び２″（時として
パツケージICともいう）は第１図に示すようにＸ軸座標
方向およびＹ軸座標方向に位置をずらして、プリント基
板１上に搭載され、プリント基板１とパツケージICとに
よりｘ軸方向およびｙ軸方向に並行するライン状の接続
部位L2、L2が形成れる。突出された二方向または四方向
のライン状接続部位が同時にハンダ付けされる。

以下の説明においては二方向の並行する接続部位を同時
に半田付けする装置について説明する。

一対の熱源ランプユニツト３、3aが対向して配置され、
該熱源ランプユニツト３、3aは内面が反射面に形成され
たヘツド４、4aを有する。ヘツド４、4aはライン状赤外
線ランプ８、8aを有し、かつまたヘツド４、4aは軸５、
5aでスライド機構に固定され、第２図において水平に離
接する方向に運動され、ヘツド４、4aの間隔が調節され
て、ライン状熱線パターン６、6aの間隔W1が、ｙ軸方向
の接続部位の間隔W2に合致せしめられる。

また、ｘ軸方向の接続部位に熱線パターン６、6aを合致
させるには、ヘツド４、4aをｙ軸方向の作業位置で90゜
回転させることにより、熱線パターン６、6aを第２図に
おいて水平状態に変更せしめ、ｘ軸方向の接続部位に合
致せしめることができる。

上記熱線パターン６、6aの全長L1、L1は、ランプユニツ
ト３、3aの照射面７、7aに配置された一対一組のマスキ
ングエレメントを離接させて接続部位L2、L2に合致せし
められる。しかして、ランプ８、8aの熱線を反射面９、
9aで反射させたライン状熱線パターンは細長い接続部位
に照射され半田付けが行われる。この半田付けの時、接
続部位の位置ずれを防止するため押さえロツド59でパツ
ケージIC2を加圧する。

本発明によるフローチャートを第３図について説明す
る。

本発明の装置はメモリー操作部Ａと制御部Ｂ及び本体部
Ｃから構成される。メモリー操作部Ａは操作部10と数値
制御メモリ部11及び数値制御入力システム部12を備えて
いる。操作部10は当該装置を自動運転または手動運転に
切り換え、数値制御メモリー部11は熱源ランプユニツト
３、3aの位置決め及び加熱熱線パターンの調節及び加熱
条件の制御を行う。数値制御入力システム部12は熱源ラ
ンプユニツト３、3aのＸ−Ｙプロツター入力機であり、
例えばＸ軸座標方向、Ｙ軸座標方向の位置決め及びラン
プユニツト３、3aの90゜回転並びに熱線パターン間の調
節その他形状の異なるパツケージICをプログラム通りに
制御する。なお、数値制御入力システム部12はパツケー
ジICの自動送り機構およびパツケージICの位置決め装置
等と連動させ、自動ラインのユニツトとして構成するこ
ともできる。前記の数値制御メモリー部11はメモリー操
作部10及び数値制御入力システム部12と接続され、数値
制御メモリー部11は制御部Ｂの数値制御／シーケンス制
御部14に接続される。

制御部Ｂは数値制御部13と数値制御／シーケンス制御部
14及びシーケンス制御部15とから構成される。数値制御
部13は熱源ランプユニツト３、3aをＸ軸座標方向、Ｙ軸
座標方向に移動させ、接続部位に位置決めさせるパルス
列入力位置決め制御と熱源ランプユニツト３、3aの間隔
及び該ユニツト３、3aに配置された一対一組のマスキン
グエレメント32、32aおよび33、33aの間隔を制御する。
数値制御／シーケンス制御部14は熱源ランプ８、8aの電
力制御タイムプログラムと加熱時間等の制御を行う。更
にシーケンス制御部15はランプユニツト３、3aの90゜回
転、押さえロツド59の上下動および冷却空気の供給等ソ
レノイドバルブの作動を行う。数値制御部13−数値制御
／シーケンス制御部14−シーケンス制御部15は相互に接
続される。

本体部Ｃはユニツトのヘツド位置決め部16と加熱熱線パ
ターン調節部17、加熱条件制御部18、ランプユニツトの
ヘツド軸変換部及びIC固定部・冷却部20を備えている。
ヘツド位置決め部16と加熱熱線パターン調節部17は前記
数値制御部13から指令が入力される。ヘツド位置決め部
16はＸ軸座標用のDCサーボモータとＹ軸座標用のDCサー
ボモータをそれぞれ制御する。加熱熱線パターン調節部
17はヘツド幅ステツピングモータとマスキング幅調節ス
テツピングモータをそれぞれ制御する。加熱条件制御部
18は数値制御／シーケンス制御部14から指令が入力さ
れ、ランプの電力調節と加熱時間等の制御を行い、ヘツ
ド軸交換部19とIC固定部・冷却部20とは前記のシーケン
ス制御部15から指令が入力される。ヘツド軸交換部19は
ヘツドを上下させるエアーシリンダとヘツドを回転させ
るアクチュエータの制御を行う。IC固定保持部・冷却部
20は押さえロツド59を上下動するエアーシリンダと冷却
空気の制御を行う。

本体部Ｃの各制御部を詳しく説明すると、第４図（ａ）
のヘツド位置決め部16は熱源ランプユニツト３、3aのヘ
ツド４、4aをＸ軸座標ボールネジ軸21とＹ軸座標ボール
ネジ軸22とを使用して、熱源ランプユニツト３、3aの全
体を第１図に示すＸ軸座標方向およびＹ軸座標方向に移
動させる。Ｘ軸座標ボールネジ軸21はDCサーボモータM1
で駆動され、該モータM1はトルクジェネレータTG及びパ
ルスエンコーダPEを介して数値制御部13のＸ軸座標パル
ス列入力制御回路に接続される。この回路はサーボアン
プ23を介して上記のサーボモータM1に接続される。Ｘ軸
座標パルス列入力制御回路13は数値制御／シーケンス制
御部14のパーソナルコンピュータのパルス発生器24から
Ｘ軸座標の指令たとえば送り量、送り方向の指令を受け
る。

Ｙ軸座標ボールネジ軸22はDCサーボモータM2で駆動さ
れ、該モータM2はトルクジェネレータTG、パルスエンコ
ーダPEを介して数値制御部13aのＹ軸座標パルス入力制
御回路に接続される。この回路はサーボアンプ23aを介
して前記のサーボモータM2とトルクジェネレータTGに接
続される。Ｙ軸座標パルス列入力制御回路13aは数値制
御／シーケンス制御部14のパーソナルコンピュータのパ
ルス発生器24からＹ軸座標の指令たとえば送り量、送方
向の指令を受ける。数値制御／シーケンス制御部14のパ
ルス発生器は数値制御メモリ部11のヘツド位置決め（Ｘ
−Ｙ軸座標プログラムメモリ）から指令を受ける。

加熱熱線調節部17について第４図（ｂ）を参照して説明
すると、ヘツド４はヘツド幅調節ボール軸25に、ヘツド
4aはヘツド幅調節ボールネジ軸26に保持され、互いに近
づく方向及び遠ざかる方向に可動されて、ヘツド４、4a
の間隔が調整される。上記ボールネジ軸25は傘歯車ユニ
ツト27の傘歯車28で、ボールネジ軸26は傘歯車29で駆動
され、これらの傘歯車28、29に噛み合わされた傘歯車30
はステツピングモーターSTMで駆動される。ステツピン
グモーターSTMは制御部13のパルス入力駆動ドライバ回
路から指令を受ける。パルス入力駆動ドライバ回路は数
値制御／シーケンス制御部14のパーソナルコンピュータ
のパルス発生器31により指令パルス例えば送り量、送り
方向の指令を受ける。バーソナルコンピュータのパルス
発生器31は数値制御メモリ部11から指令が入力される。

マスキング幅調節部17について第４図（ｃ）を参照して
説明すると、マスク幅調節部17は熱線パターン６、6aの
長さL1、L1を自動的に変更する。即ち、ヘツド４、4aの
照射面７、7aに対してマスキングエレント32、32a及び3
3、33aを摺動可能に配置し、マスキングエレメント32、
32a及び33、33aの間隔を調整することにより、ヘツド
４、4aの照射開口部Ｐ、Ｐからの熱線パターン６、6aを
接続部位L2、L2に合致させる。ボールネジ軸34、35は傘
歯車38、39で、ボールネジ軸36、37は傘歯車38a、39aで
それぞれ駆動され、傘歯車38、39は傘歯車40で、傘歯車
38a、39aは傘歯車40aでそれぞれ駆動される。傘歯車4
0、40aはステツピングモーターSTM、STMで駆動され、そ
の指令はパルス入力駆動ドライバ回路から受ける。パル
ス入力駆動ドライバ回路は数値制御／シーケンス制御部
14のパーソナルコンピュータ41、42から指令たとえば送
り量、送り方向の指令を受ける。パーソナルコンピュー
タ41、42は数値制御メモリ部11から指令が入力され、マ
スキングエレメント32、32a及び33、33aが同時かつ等量
可動されて熱線パターン６、6aが形成される。

加熱条件制御部18について第４図（ｄ）を参照して説明
すると、ハロゲンランプ８は電源に接続された電力調節
器43で制御され、該電力調節器43は数値制御／シーケン
ス制御部14のパーソナルコンピュータ44から制御信号た
とえば出力電圧指令、加熱時間の指令を受ける。パーソ
ナルコンピュータ44は数値制御メモリ部11から指令を受
ける。

ヘツド４、4aのヘツド軸交換部19について第４図（ｅ）
を参照して説明すると、ヘツド４、4aはヘツド軸45で上
下動される。ヘツド軸45はエアーシリンダ46で作動さ
れ、該エアーシリンダ46はその上下端にパイプ47、48の
一端が接続され、他端はソレノイドバルブ49に接続して
ある。ソレノイドバルブ49は圧縮空気源に接続され、か
つシーケンス制御部15により制御され、エアーシリンダ
46への圧縮空気の入出を行いヘツド軸45を上下動する。
ヘツド４、4aをヘツド軸線Ｈのまわりに90゜回転させる
ためにスリーブ50が設けてある。スリーブ50に上記のヘ
ツド軸45が回転可能に嵌挿され、該スリーブ50の下端に
平歯車51が固定してある。平歯車51はヘツド４、4aの可
動機構と一体化され、駆動歯車52と噛み合わされ、ロー
タリアクチュエータ53で駆動される。ロータリアクチュ
エータ53はソレノイドバルブ54に接続され、シーケンス
制御部15で制御され、ヘツド４、4aを90゜方向変換させ
る。

IC固定保持・冷却部20について第４図（ｆ）を参照して
説明すると、IC固定保持・冷却部20はエアーシリンダ55
を備え、その上下端にパイプ56、57を介してソレノイド
バルブ58を接続する。ソレノイドバルブ58は圧縮空気源
に接続され、シーケンス制御部15によりバルブ開閉信号
を受け、エアーシリンダ55への圧縮空気の入出を行いロ
ツド59を上下動する。ロツド59は冷却パイプ60を上下動
し、冷却パイプ60はその開口面側でパツケージIC2の表
面を加圧し、位置ずれを防止する。冷却パイプ60はパイ
プ61を介してソレノイドバルブ62に接続し、ソレノイド
バルブ62は圧縮空気源に接続され、シーケンス制御部15
よりバルブ開閉信号を受ける。

第５図の半田付けタイミングチャートに従い第１図のプ
リント基板１上に搭載したパツケージIC2、２′及び
２″を順次半田付けするには、電源スイツチをオンにし
て、当該装置をプリント基板１とパツケージIC2との接
続部位に移動させる。例えば、プリント基板１のＸ軸座
標方向の半田付けは、数値制御メモリ部11のヘツド位置
決め回路から指令を受けた数値制御／シーケンス制御部
14が制御部13のＸ軸座標パルス列位置決め制御回路より
サーボアンプ23を介してサーボモータM1を駆動する。す
ると、Ｘ軸座標ボールネジ軸21が回転され、熱源ランプ
ユニツト３、3aの全体がＸ軸座標方向に指令通りに移動
される。同様に、Ｙ軸座標方向への可動は、数値制御メ
モリ部11のヘツド位置決め回路により数値制御／シーケ
ンス制御部14が制御され、さらに数値制御部13を介して
Ｙ軸座標パルス列位置決制御回路でサーボアンプ23aを
介しサーボモータM2が駆動される。すると、Ｙ軸座標ボ
ールネジ軸22が回転され、熱源ランプユニツト３、3aの
全体がＹ軸座標方向に指令通りに移動する。このように
して、ヘツド４、4aがパツケージIC2とプリント基板１
とにより形成されたＸ軸座標方向またはＹ軸座標方向の
接続部位にセツトされる。

次いで、パツケージIC2のリード2a、2aとプリント基板
１とで形成した並行する接続部位の間隔W2に、熱線パタ
ーン６、6aの間隔W1を合致させるには、ヘツド４、4aの
間隔を第４図（ｂ）の機構で調節する。即ち、数値制御
部13のヘツド幅パルス列入力駆動ドライバ回路の指令で
加熱熱線パターン調節部17のヘツド幅調節ステツピング
モーターSTMを駆動し、傘歯車ユニツト27を介してボー
ルネジ軸25、26を回転し、ヘツド４、4aからの熱線パタ
ーン６、6aの間隔W1を上記接続部位の間隔W2に合致せし
める。また、熱線パターン６、6aの全長L1、L1を接続部
位L2、L2に合致させるには、第４図（ｃ）の機構で調節
する。即ち、数値制御部13のヘツド幅パルス入力駆動ド
ライバ回路より送り量、送り方向の指令を受けた加熱熱
線パターン調節部17のステツピングモーターSTM、STM
が、傘歯車40、40aを同時に駆動し、傘歯車38、39及び3
8a、39aを回転し、さらにボールネジ軸34、35及び36、3
7を回転させ、マスキングエレメント32、32a及び33、33
aを互いに離接する方向に可動させ、照射面７、7aの幅
を制御する。ランプ８、8aの制御は加熱条件制御部18に
数値制御／シーケンス制御部14から指令を入力してラン
プの予熱を開始し、半田付け作業の準備を完了する。

次に熱線パターン６、6aの焦点を接続部位に合致させる
ためにヘツド軸45を下降させる。この制御は第４図
（ｅ）の機構で調節する。シーケンス制御部15よりソレ
ノイドバルブ開閉の指令を受けたエアーシリンダ46はヘ
ツド軸45を下降させ、ヘツド４、4aをパツケージIC2の
表面近くに位置せしめる。ランプ８、8aの熱線パターン
６、6aの焦点が接続部位に合致され、これと共に第４図
（ｆ）の機構により、ロツド59を下降させる。シーケン
ス制御部15よりソレノイドバルブ開閉の指令を受けたエ
アーシリンダ55はロツド59を下降せしめ、パツケージIC
2の上面を加圧する。すると、ランプ８、8aの電圧が急
速に高められ、ｙ軸方向の半田付けが瞬時に行われる。
半田付け終了と共にランプ８、8aは再び予熱サイクルに
入り、ロツド59は上昇され、シーケンス制御部15よりソ
レノイドバルブ62に指令が入り、圧縮空気を冷却パイプ
60に供給する。供給された冷却空気は該パイプ60内を通
り下端開口面から強制的にパツケージIC2の表面に噴出
される。噴出された冷却空気はパツケージIC2の上面か
ら周縁方向に流れ、パツケージIC及び接続部位を瞬時に
冷却するため、パツケージIC及びプリント基板並びに接
続部位が瞬時に冷却されるため、接続部位が冷却せしめ
られるのを待たずに次の作業の開始ができ、作業サイク
ルを早めることができる。このようにしてｙ軸方向の半
田付けが瞬時に完了する。

次に、ｘ軸方向の半田付けを行うには、第４図（ｅ）の
機構ににより、ヘツド４、4aを上記のｙ軸方向の半田付
け位置で90゜回転させる。すなわち、制御部ＢのＸ軸座
標パルス列入力位置決制御回路からソレノイドバルブ54
を作動し、ロータリアクチユエータ53によつて歯車52を
回転させ、平歯車51によりスリーブ50を90゜回転させ、
ヘツド４、4aを方向変換せしめると、熱線パターン６、
6aがｘ軸方向の接続部位に合致される。なお、その他の
作用は上記で説明した同様であるため省略する。上記の
方向変換は、ロツド59がパツケージIC2の上面を押さえ
た状態で行うため、パツケージIC2が動いたりすること
はない。しかして、ｘ軸方向の半田付けを前記と同様に
して行い、パツケージIC2を冷却空気で瞬時に冷却し、
ロツド45、冷却パイプ60が上昇し、ｘ、ｙ軸方向の半田
付け作業を終了する。

上記のようにして、当該装置を第１図のＸ−Ｙ軸座標方
向に移動させて次段の半田付けすべき接続部位にヘツド
を移動させてセツトする。すなわち、次位の半田付けす
べきパツケージIC2a′、2a″の接続部位に順次セツト
し、前記と同様の作動によりｙ軸方向及びｘ軸方向の半
田付けを行えばよい。

〔発明の効果〕

本発明は以上に説明したように、フラツトパツケージIC
とプリント基板とにより形成した互いに並行する接続部
位に合致する熱線パターンを簡単かつ迅速に形成せし
め、しかも接続部位のみに高熱の熱線パターンを少なく
とも二方向から同時に照射して能率的に半田付けするこ
とができると共に製品に対する信頼性を高めることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示したものであり、第１図はプ
リント基板上に四方向リード付パツケージICを搭載した
状態の平面図、第２図は熱源ランプユニツトの説明図、
第３図は装置制御部のフローチャートを示し、第４図
（ａ）ないし（ｆ）は各制御部の説明図、第５図は半田
付け作業のタイムチャートの一例を示したものである。 符合の説明 １……プリント基板 ２……フラツトパツケージIC 2a……リード ３、3a……熱源ランプユニツト ４、4a……ヘツド ６、6a……熱線パターン ７、7a……照射開口部 ８、8a……熱源ランプ 10……操作部 11……数値制御メモリ部 13……数値制御部 14……数値制御／シーケンス制御部 15……シーケンス制御部 L1……熱線パターンの長さ L2……接続部位 Ｐ……照射開口部の幅

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フラツトパツケージIC2の並行する両側縁
   から少なくとも二方向に突出されたリード2a、2aをプリ
   ント基板１の接続すべき部位に合致せしめて並行する接
   続部位L2、L2を形成し、これらの接続部位L2、L2を半田
   付けする熱源ランプユニツト３、3aからの熱線パターン
   ６、6aの制御機構が、少なくとも一対一組の熱源ランプ
   ユニツト３、3aと、これらの熱源ランプユニツト３、3a
   から上記の並行する接続部位L2、L2に照射されるライン
   状熱線パターン６、6aと、これらのライン状熱線パター
   ン６、6aの間隔を上記の並行する接続部位L2、L2間に合
   致せしめるヘツド４、4aをプリント基板１面に対して水
   平方向に駆動する加熱熱線調節部17のヘツド調節機構
   と、上記の並行する接続部位L2、L2に熱線パターン６、
   6aを合致させるために上記ヘツド４、4aの照射面７、7a
   に一対一組のマスキングエレメント32、32a及び33、33a
   を摺動可能に配置して照射面の幅Ｐ、Ｐを決める加熱熱
   線調節部17のマスキング幅調節機構とからなる自動半田
   付け装置。