JPH0680889B2 - リフロ−式ハンダ付方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、リフロー式のハンダ付に関し、特に最適なタ
イミングで加熱チップに対する電流の供給時間を制御す
るようにしたものである。

（従来の技術） リフロー式のハンダ付は、接合されるべき被ハンダ付部
にハンダを介在させて加熱によりハンダを溶融させ金属
接合を行う技術であり、昨今ではプリント基板上にICや
LSIその他各種の電子部品を実装する工程等で広く用い
られている。

このような実装工程では、電子部品が破壊されないよう
に加熱チップの温度を正確に制御する必要があり、この
条件を満たすため、加熱チップの温度を検出しその検出
温度に基づいて加熱チップに対する電流の割合とその供
給時間とを制御するようにしたフィードバック式のリフ
ロー式ハンダ付方式が従来使用されている。

このハンダ付方式では、加熱チップに熱電対を取り付
け、その出力電圧を所望の加熱チップ温度に対応した基
準電圧と比較することにより、実際の加熱チップ温度が
所望の温度に維持されるように加熱電流を制御するとと
もに、そのようにして制御された温度に基づいて加熱
（電流供給）の開始，停止のタイミングを得ている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述のような従来方式には、次のような
問題点があった。

すなわち、加熱チップの温度が設定値に達した時点でタ
イマ（時限回路）を作動させ所定の時間期間だけ加熱電
流の供給を行うようにしているが、このような方式では
良質のハンダ接合を得るのが困難であった。つまり、加
熱時間が温度に応じて一定に制御されても、実際のハン
ダの量ないし厚みが一定とは限らないため、ハンダの溶
け具合にバラツキがあり、例えばハンダが足りないとき
には溶けすぎて不所望な部分に溶融ハンダが流れ込んで
欠陥を招いたり、逆にハンダが多すぎるときには溶融が
不十分で結果的に強度の弱いハンダ接合となる等の不都
合があった。

また、熱電対により加熱チップの温度が検出されても、
その検出温度が加熱チップの被ハンダ付部に接触する作
用面の実際の温度を必ずしも精確に表すものではないた
め、やはりタイマ時間と実際のハンダの溶け具合との間
に誤差が生じて上述のような不良ハンダになるおそれが
ある。特に幅広の作用面では温度分布にバラツキが生じ
ることが多く、またハンダ付作業の開始時と開始後では
作用面の温度が変化するので、温度センサを用いてフィ
ードバックループを構成しても精確な制御は困難であ
り、敢えてそれを追及しようとすれば制御装置関係のコ
ストが高くつくだけで、それほどの効果も得られない。
さらに、その他にも制御誤差に起因してタイマ時間が設
定通りにならない場合もある。

したがって従来は、上述のような各種の変動要素を考慮
してタイマ時間を長めに設定し、とにかく過熱による不
都合（部品破壊やハンダ欠陥等）だけは回避するように
しているが、その結果としてハンダ付作業時間が長くな
って生産性が低くなるという不都合を来しており、これ
はプリント基板の実装工程等において大きなネックとな
っている。

本発明は、従来技術の上記問題点に鑑みてなされたもの
で、実際のハンダの溶け具合に応じて加熱チップに対す
る電流の供給時間を制御するような適応制御型のリフロ
ー式ハンダ付方法を提供することを目的とする。

本発明の別の目的は、上記方法を実施するのに好適な装
置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、本発明の方法は、被ハン
ダ付部に押し当てられる加熱チップの温度を検出して前
記加熱チップの発熱のための電流を制御するようにした
リフロー式ハンダ付方法において、前記加熱チップを前
記被ハンダ付部に押し当て所定押圧力に達した時に前記
加熱チップへ加熱電流の供給を開始し、同時に前記被ハ
ンダ付部におけるハンダの溶け込みの程度を検出し、そ
の溶け込みの程度が所定値に達した時に前記加熱電流の
供給を停止し、次いで、冷却用エアを前記被ハンダ付部
へ吹き付けて冷却した後、前記加熱チップを前記被ハン
ダ付部より開放する方法とした。

また、上記の目的を達成するために、本発明の装置は、
被ハンダ付部のハンダを溶かすための加熱チップと、前
記加熱チップの温度を検出する温度センサと、前記温度
センサの出力信号に基づいて前記加熱チップを発熱させ
るための電流の割合を制御する加熱電流制御手段と、前
記加熱チップを前記被ハンダ付部に押し当てる押圧手段
と、前記加熱チップが前記被ハンダ付部に押し当てられ
所定の押圧力に達した時に加熱電流の供給を開始させる
ためのスタートタイミング手段と、前記加熱電流の供給
が開始されると同時に前記加熱チップの変位量を表す変
位検出信号を発生する変位検出手段と、前記変位検出信
号が所定レベルに達した時に前記加熱電流の供給の停止
を指示する信号を発する停止タイミング回路と、前記加
熱電流供給の停止後、前記被ハンダ付部へ冷却用エアを
所定時間吹き付ける冷却エアブロー装置とを具備する構
成とした。

（作用） 本発明のリフロー式ハンダ付方法では、加熱電流の供給
が開始された時を初期位置としてそこからハンダの溶け
込みの程度が検出され、その溶け込みの程度が所定位置
に達した時点で加熱電流の供給が断たれ、その直後に冷
却用エアが被ハンダ付部へ吹き付けられてハンダが迅速
に固まるので、加熱チップの温度やハンダの量に変動や
バラツキがあってもジャストインタイムな適応制御式の
ハンダ付が行われる。

本発明のリフロー式ハンダ付方法では、スタートタイミ
ング手段が初期状態を設定し、変位検出手段が加熱チッ
プの変位量の形態でハンダの溶け込みの程度を正確に検
出し、停止タイミング回路が適正なタイミングで加熱電
流の供給を停止し、冷却エアブロー装置が加熱電流の供
給停止後に被ハンダ付部へ冷却用エアを所定時間吹き付
けてハンダを迅速に固めるので、加熱チップの温度やハ
ンダの量に変動やバラツキがあってもジャストインタイ
ムな適応制御式のハンダ付が行われる。

（実施例） 第１図ないし第３図を参照して本発明の実施例を説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例によるリフロー式ハンダ付
装置の構成を示す。この図において、溶接ヘッド10の下
部には、例えばモリブデンからなる金属抵抗体の加熱チ
ップ12が取り付けられている。この加熱チップ12の真下
には、被ハンダ付部、例えばICのピン端子14とプリント
基板16とが作業台18上に配置され、それら被ハンダ付部
16,18の間には適量のハンダ20が配されている。

加熱チップ12には、例えば熱電対からなる温度センサ22
が取り付けられ、この温度センサ22は加熱チップ12の温
度を表す電圧信号E_Tを加熱電流制御装置24に与える。制
御装置24は交流電源26からの交流電力をサイリスタ回路
を介して溶接ヘッド10に供給するもので、温度センサ22
からの温度検出信号E_Tに基づいてサイリスタ回路の点弧
位相を制御することにより加熱チップ12に流れる加熱電
流I_Hの割合を制御する。

溶接ヘッド10は押圧部材28および圧縮バネ30を介して加
圧シリンダ32により下方、すなわち作業台18の方に押圧
されるようになっている。加圧シリンダ32は普通のエア
シリンダでよく、その空気の吸入，排出は電磁弁からな
る加圧制御部34によって制御される。36はハンダ付作業
を開始させるスイッチ、例えば足踏みスイッチで、これ
が閉成すると加熱シリンダ32が駆動されるようになって
いる。

溶接ヘッド10には導体棒10aが取り付けられ、この導体
棒10aが溶接ヘッド10の移動とともに長尺状の抵抗体38
を垂直方向に摺動することにより溶接ヘッド10の位置な
いし変位が検出されるようになっている。すなわち、抵
抗体38には定電流源40により一定の直流電流が流れてお
り、導体棒10aからは溶接ヘッド10の位置に比例して変
化する分圧電圧E_Rが取り出される。この分圧電圧E_Rは加
熱チップ12の変位を表す検出信号としてサンプルホール
ド回路42に供給されるとともに減算回路44の一方の入力
端子に供給される。サンプルホールド回路42は、加熱電
流の供給が開始されるときにサンプリングパルス発生回
路50から与えられるサンプリングパルスS_Pに応答して導
体棒10aからの変位検出信号E_Rをサンプリングしてその
サンプリング電圧値E_R0を保持するものである。減算回
路44はサンプルホールド回路42の出力電圧と導体棒10a
からの変位検出信号E_Rとを比較してその差に相当する出
力電圧E_R0−E_Rを出力するものである。後に理解される
ように、この電圧E_R0−E_Rは加熱電流I_Hの供給が開始し
てからの加熱チップ12の変位量を表すものである。

減算回路44の出力電圧E_R0−E_Rは一致回路46と表示回路4
8とに供給され、一致回路46においては入力電圧E_R0−E_R
が設定電圧E_Sに達したときに加熱電流I_Hの供給停止を指
示する信号S_Eを発生するようになっており、表示回路48
においては入力電圧E_R0−E_Rに基づいて加熱チップ12の
変位量等をディジタル表示するようになっている。

また、溶接ヘッド10に近接してマイクロスイッチからな
るリミットスイッチ52が配置され、押圧部材28が所定の
基準位置まで下降したとき（すなわち、その押圧力が所
定値に達したとき）にこのリミットスイッチ52が作動し
てスタートタイミング信号S_Mを発生し、この信号S_Mに応
答して加熱電流制御装置24が加熱電流I_Hの供給を開始す
ると同時に、上述のようにサンプリングパルス発生回路
50からサンプリングパルスS_Pが発生されるようになって
いる。

冷却タイマ54は一致回路46からの加熱電流停止指示信号
S_Eに応答して冷却エアブロー装置56を作動させ、所定時
間経過後にその冷却エアブロー装置56を停止させると同
時に加圧制御部34に加圧解除を指示する信号を与える。

次に、第２図および第３図につき本リフロー式ハンダ付
装置の動作を説明する。

先ず、スイッチ36を操作すると、それに応答して加圧制
御部34は加圧シリンダ32を作動させる（第３図の時点t
1）。そうすると加圧シリンダ32のピストンが下方に移
動して押圧部材28が下降し、それにより溶接ヘッド10な
いし加熱チップ12も降下して終いには第２図（ａ）に示
すように加熱チップ12の下端面（作用面）が被ハンダ付
部14に当接する（第３図の時点t2）。

そして、押圧部材28がさらに下降すると、圧縮バネ30が
圧縮変形し始め、これによって加熱チップ12は被ハンダ
付部14,16に対して押し当てられ、その押圧力は圧縮バ
ネ30の変形量に比例して増大する。そして、押圧力が所
定値に達する位置まで押圧部材28が下降したときに、第
２図（ｂ）に示すように押圧部材28がリミットスイッチ
52に当接してリミットスイッチ52からスタートタイミン
グ信号S_Mが発生する。

したがって、このスタートタイミング信号S_Mに応答して
加熱電流制御装置24が加熱電流I_Hの供給を開始し（第３
図の時点t3）、これにより加熱チップ12は発熱し始めて
被ハンダ付部14,16を加熱する。一方、スタートタイミ
ング信号S_Mに応答してサンプリングパルス発生回路50か
らサンプリングパルスS_Pがサンプルホールド回路42に与
えられて、このとき（時点t3）の加熱チップ12の位置
（初期設定位置）P₀を表す検出信号E_R0がサンプルホー
ルド回路42に取り込まれ、以後この検出信号E_R0に相当
する電圧が減算回路44の他方の入力端子に供給される。
なお加熱期間中、加熱電流制御装置24は、温度センサ22
の出力信号E_Tに基づいては加熱電流I_Hを所定値に維持す
るよう制御する。

そして、加熱チップ12による加熱で被ハンダ付部14,16
に挟まれたハンダ20が溶け始めるとその溶け込みの程度
に応じて加熱チップ12ないし溶接ヘッド10が下方に変位
し始め、減算回路44の出力端子にはその変位量D_Xに比例
した電圧（E_R0−E_R）が得られる。そして、ハンダ20が
所定の程度まで溶け込むと加熱チップ12は第２図（ｃ）
に示すような位置P_Wまで変位し、そのとき減算回路44の
出力電圧（E_R0−E_R）は設定値E_Sに達する。

しかして、このとき（第３図の時点t4）、一致回路46は
停止タイミング信号S_Eを発生し、この信号S_Eに応答して
加熱電流制御装置24は加熱電流I_Hの供給を停止する。ま
た、信号S_Eに応答して冷却タイマ54が冷却エアブロー装
置56を作動させ、これにより被ハンダ付部14,16に冷却
用のエアが吹き付けられる。この冷却期間中も加熱チッ
プ12は被ハンダ付部14,16に押し当てられ、それらを保
持する。そして所定時間T_Eが経過すると（第３図の時点
t5）、冷却タイマ54は冷却エアブロー装置56を停止させ
るとともに加圧制御部36に加圧解除を指示する信号を与
え、これにより加圧シリンダ32のピストンが上方に復帰
し、それによって加熱チップ12が被ハンダ付部14から離
れ、一回のハンダ付作業が終了する。なお表示器48には
加熱チップ12の変位量およびハンダ付の合否の判定結果
等が可視表示される。

以上、好適な一実施例を説明したが、本発明の技術的思
想の範囲内で種々の変形，変更が可能である。例えば、
上述の実施例では加熱チップ12の変位を検出する手段と
してポテンショメータ式の構成（10a,38,40）を用いた
が、それ以外にも歪みゲージや磁気的または光学的な変
位検出手段等が使用可能である。また、リミットスイッ
チ52も一例であり、押圧力を検出する他の形式の手段も
使用可能である。また、温度センサ22は熱電対に限るも
のではなく、他の形式で、例えば電力や電圧から加熱チ
ップ12の温度を検出するようにしてもよい。

（発明の効果） 以上のように、本発明によれば、被ハンダ付部における
ハンダの実際の溶け込みの程度にしたがって加熱電流の
供給時間を制御するようにしたので、供給時間の過不足
なくジャストインタイムなハンダ付を行うことができ
る。また、ハンダの量にバラツキがあってもそれぞれの
ハンダに適応した加熱を行うことができる。また、加熱
チップの温度に依存した制御ではないため、測定温度に
誤差があってもそれほどハンダの品質には影響しない。
別な見方をすれば、加熱チップの温度がラフに制御され
ても適切なハンダ付が可能であり、温度センサや加熱電
流制御装置等を安価に構成することができる。また、加
熱電流の停止後に被ハンダ付部へ冷却用エアを吹き付け
てハンダを迅速に固めることによってジャストインタイ
ムなハンダ付が行えるため、ハンダ接合の良質性とハン
ダ付作業の短時間化（迅速化）という従来相反していた
要件を同時に満たすことができ、生産性を大幅に向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例によるリフロー式ハンダ付
装置の主要な構成を示すブロック図、 第２図は、上記実施例の動作を示すための一部斜視図、
および 第３図は、上記実施例の動作を説明するためのタイミン
グ図である。 10…溶接ヘッド、10a…導体棒、12…加熱チップ、14,16
…被ハンダ付部、18…作業台、20…ハンダ、22…温度セ
ンサ、24…加熱電流制御装置、28…押圧部材、30…圧縮
バネ、32…加圧シリンダ、34…加圧制御部、38…抵抗
体、40…定電流源、42…サンプルホールド回路、44…減
算回路、46…一致回路、50…サンプリングパルス発生回
路、52…リミットスイッチ、54…冷却タイマ、56…冷却
エアブロー装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被ハンダ付部に押し当てられる加熱チップ
   の温度を検出して前記加熱チップの発熱のための電流を
   制御するようにしたリフロー式ハンダ付方法において、 前記加熱チップを前記被ハンダ付部に押し当て所定の押
   圧力に達した時に前記加熱チップへ加熱電流の供給を開
   始し、同時に前記被ハンダ付部におけるハンダの溶け込
   みの程度を検出し、その溶け込みの程度が所定値に達し
   た時に前記加熱電流の供給を停止し、次いで、冷却用エ
   アを前記被ハンダ付部へ吹き付けて冷却した後、前記加
   熱チップを前記被ハンダ付部より開放することを特徴と
   するリフロー式ハンダ付方法。
2. 【請求項２】被ハンダ付部のハンダを溶かすための加熱
   チップと、 前記加熱チップの温度を検出する温度センサと前記温度
   センサの出力信号に基づいて前記加熱チップを発熱させ
   るための電流の割合を制御する加熱電流制御手段と、 前記加熱チップを前記被ハンダ付部に押し当てる押圧手
   段と、 前記加熱チップが前記被ハンダ付部に押し当てられ所定
   の押圧力に達した時に加熱電流の供給を開始させるため
   のスタートタイミング手段と、 前記加熱電流の供給が開始されると同時に前記加熱チッ
   プの変位量を表す変位検出信号を発生する変位検出手段
   と、 前記変位検出信号が所定レベルに達した時に前記加熱電
   流の供給の停止を指示する信号を発する停止タイミング
   回路と、 前記加熱電流供給の停止後、前記被ハンダ付部へ冷却用
   エアを所定時間吹き付ける冷却エアブロー装置と、 を具備することを特徴とするリフロー式ハンダ付装置。