JPH08294769A - 噴流式自動半田付け方法及びその装置、それに用いるウェーブフォーマ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半田の盛りを量が多く、かつ最適な形状に自
動的に半田付けし、手作業による盛りの修正を解消す
る。 【構成】 前側ウェーブフォーマにて噴流半田の大部分
を案内して高温溶融半田の流動波を形成し、浅い皿状を
なす後側ウェーブフォーマ上に噴流半田の一部を滞留さ
せることにより溶融半田が対流する中間波を介して流動
波より低温の溶融半田が薄いプール状にほぼ静止した静
止波を形成する。ワーク半田付け部位を流動波及び中間
波にて所定の温度に昇温させた後に静止波の溶融半田か
ら離脱させ、半田付け部位と静止波の溶融半田との温度
差に起因する吸着性及び静止波側の表面張力によって最
大量の溶融半田を半田付け部位に付着させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は電子部品の実装に最適
な半田付け方法、半田付け装置及びウェーブフォーマに
関し、特に半田の盛りを最適な量及び形状にできるよう
にした方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、電子部品は印刷配線板に搭載した
後、半田付けするのが一般的である。かかる半田付けに
は静止型半田付け装置や噴流型半田付け装置等の自動半
田付け方式がよく利用される。

【０００３】例えば、噴流型半田付け装置では電子部品
を搭載した印刷配線板をコンベアで搬送しながら、印刷
配線板の下面に噴流ノズルから溶融半田を噴流させて付
着させ、半田付けすることが行われる。

【０００４】ところで、インバータ基板、車載基板、電
源基板等、環境の悪い状況で使用される基板については
電子機器の信頼性上、半田付けを行った部位の耐ヒート
サイクル性が非常に重要視される傾向がある。かかる耐
ヒートサイクル性は半田の盛りの量及びその形状に密接
に関係することが知られるようになってきた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の半田付
け方法では半田付け部位に多量の半田を付着させて盛り
を多くしようとすると半田のタッチ、ブリッジ、ツララ
等が発生しやすく、電子機器故障の原因となるので、半
田付け部位に接触した溶融半田のうち、一部が半田付け
部位に付着し、大部分は半田槽側に戻るように温度や搬
送速度等の条件を設定していた。

【０００６】その結果、半田付けされた半田の盛り量が
少なく、しかも形状的には電子部品の端子に細く抱きつ
いた状態となり（図２の(a) 参照）、インバータ基板等
の耐ヒートサイクル性が重要視される半田付けについて
は作業者が後工程で手作業で半田の盛りを修正する必要
があって、非常に煩雑であった。

【０００７】本発明は、かかる問題点に鑑み、作業者の
手を煩わせることなく、半田の盛り量が多く、かつ最適
な形状に半田付けできるようにした噴流式自動半田付け
方法を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本件発明者は上述の課題
を解決すべく研究及び実験を繰り返したところ、温度差
のある２つの部位に溶融半田を接触させ、両部位を相互
に離れる方向に移動させると、溶融半田は温度の高い部
位に吸着されやすい現象を知見し、半田付け部位の離脱
時における溶融半田の表面張力を上手く設定すれば、最
大量の半田を半田付け部位に吸着でき、しかも付着した
多量の溶融半田はその表面張力によって自然と最適な形
状になることを着目し、本発明を完成するに至った。

【０００９】即ち、本発明に係る噴流型自動半田付け方
法は、半田槽上方を搬送されるワーク半田付け部位に対
して噴流ノズルから高温溶融半田を上方に噴流させて自
動半田付けを行うにあたり、噴流ノズル上端に前側及び
後側のウェーブフォーマを設け、前側ウェーブフォーマ
にて噴流半田をワーク搬送方向上流側に案内して高温溶
融半田が流動する流動波を形成する一方、後側ウェーブ
フォーマは浅い皿状となし、後側ウェーブフォーマ上に
噴流半田の一部を案内して滞留させることにより流動波
との間に溶融半田が対流する中間波を介して流動波より
低温の溶融半田が薄いプール状にほぼ静止した静止波を
形成し、ワーク半田付け部位を流動波から静止波に向け
て搬送して流動波及び中間波にて所定の温度に昇温させ
た後に静止波の溶融半田から離脱させ、半田付け部位と
静止波の溶融半田との温度差に起因する吸着性及び静止
波側の表面張力によって最大量の溶融半田を半田付け部
位に付着させるようにしたことを特徴とする。

【００１０】本発明の特徴はワーク半田付け部位と溶融
半田の温度差によって溶融半田を半田付け部位に吸着さ
せる点にある。従って、半田付けの諸条件、例えば半田
の材質及びその温度、フラックスの材質及びその温度、
噴流半田の強さ、ワークと噴流半田の角度等については
変更する必要はなく、一般的な条件が採用できる。

【００１１】溶融半田の静止波はワーク半田付け部位に
対する温度差とともに薄プール状をなしていることが肝
要である。温度差を有する場合であっても静止波の溶融
半田量が多い場合には溶融半田が上手く半田付け部位側
に吸着されないからである。静止波の厚みはワーク搬送
速度、溶融半田の温度等に影響されるので、実験的に求
めるのがよい。本件発明者らの実験によれば、３〜６ｍ
ｍ程度が良好な結果が得られた。

【００１２】また、静止波はその放熱と、流動波及び中
間波からの伝熱、後方ウェーブフォーマからの伝熱とを
バランスさせることにより、ワーク半田付け部位に対し
て温度差を設けることができる。理論的には静止波の溶
融半田とワーク半田付け部位との間に温度差があれば半
田付け部位への溶融半田の吸引現象が発生すると考えら
れる。本件発明者の実験によれば、最低１℃程度、最高
１５℃程度で十分な吸着現象が確認されたが、半田の盛
り量及び形状からすると８℃〜１２℃が最適であった。

【００１３】また、本発明によれば上述の半田付け方法
を実施する装置を提供できる。即ち、本発明に係る噴流
式自動半田付け装置は、半田を加熱して高温の溶融半田
を貯留する半田槽と、半田槽内に設けられ、半田槽上方
を水平方向に対して所定の上方傾斜角度をもって搬送さ
れるワーク下面の半田付け部位に向けて噴流ノズルから
高温溶融半田を噴流する噴流ノズル装置と、噴流ノズル
上端の搬送方向上流側に設けられ、噴流半田を緩やかな
傾斜角度でもって案内することにより噴射ノズルから搬
送方向上流側に向けて高温溶融半田が流動する流動波を
形成する前方ウェーブフォーマ部と、噴流ノズル上端の
搬送方向下流側に設けられ、浅い皿状をなし、噴流半田
の一部が案内して滞留されることにより流動波との間に
溶融半田が対流する中間波を介して流動波より低温の溶
融半田が薄いプール状にほぼ静止した静止波を形成する
後方ウェーブフォーマ部とを備えたことを特徴とする。

【００１４】ワークの搬送手段は載置形式、把持爪形式
が採用できる。搬送手段に所定の傾斜角度をもたせたの
はワークの半田付け部位が溶融半田に接触しつつ、流動
波から静止波を通過し、静止波の溶融半田から自然にか
つ円滑に離脱させるためである。具体的には２°〜６°
の角度範囲から選択できる。

【００１５】後方ウェーブフォーマは噴流半田の一部を
滞留させて静止波を形成するので、噴流半田を受けられ
るように皿状がよく、しかも前端縁は所定の厚みの静止
波を形成できるように縦壁（エッジ）を設けるのがよ
い。本件発明者らの実験によれば２〜４ｍｍ程度のエッ
ジによって良好な結果が得られた。

【００１６】また、後方ウェーブフォーマの形状は平坦
な皿状でもよく、ワークに対応して底面を断面鋸歯状と
してもよい。但し、後方ウェーブフォーマ上の溶融半田
量は極力少なくするのが重要である。

【００１７】前方ウェーブフォーマは噴流半田を搬送方
向上流側に案内して高温溶融半田の流動波を形成する機
能を有するので、ガイドプレート状が好ましい。前方ウ
ェーブフォーマはその下端を半田槽の高温溶融半田プー
ルに浸漬させない状態とすると、半田プールに戻る溶融
半田が半田プール表面の半田滓（ドロス）やエアーを巻
き込んで半田ノロを発生し、半田消費量が増加する。従
って、前方ウェーブフォーマの下端は半田槽の高温溶融
半田プールに浸漬させるのがよい。しかも、溶融半田が
静かに半田プールに戻るように緩やかな傾斜角度、好ま
しくは円弧状の傾斜を持たせる。

【００１８】また、ウェーブフォーマを既存の噴流型半
田付け装置に取付けられるようにすると、本発明の半田
付け方法を広範に適用できる。即ち、本発明によれば、
半田槽上方を搬送されるワーク半田付け部位に対して噴
流ノズルから高温溶融半田を上方に噴流させて自動半田
付けを行う噴流型自動半田付け装置における噴流ノズル
に取付けられ、半田付け部位に最大量の溶融半田を付着
させるための溶融半田波を形成するウェーブフォーマで
あって、噴流ノズル４１上端の搬送方向上流側に半田槽
１０内の高温溶融半田プール内に延びて取付可能に設け
られ、噴流半田を緩やかな傾斜角度でもって案内するこ
とにより噴射ノズル４１から搬送方向上流側に向けて高
温溶融半田が流動する流動波を形成する前方ウェーブフ
ォーマ部６０と、噴流ノズル４１上端の搬送方向下流側
に取付可能に設けられ、浅い皿状をなし、噴流半田の一
部が案内して滞留されることにより流動波との間に溶融
半田が対流する中間波を介して流動波より低温の溶融半
田が薄いプール状にほぼ静止した静止波を形成する後方
ウェーブフォーマ部５０とを備えた噴流式自動半田付け
装置に用いられるウェーブフォーマを提供できる。

【００１９】

【作用及び発明の効果】ワークが搬送されると、ワーク
の半田付け部位は流動波及び中間波を経て静止波に至る
が、流動波領域及び中間波領域においては半田付け部位
は高温度の溶融半田に接触して熱量を吸収し、十分な高
温度まで上昇され、静止波領域では高温となった半田付
け部位が低い温度の溶融半田と接触してから離脱する。

【００２０】その際、半田付け部位と溶融半田の温度差
に起因して溶融半田が半田付け部位に吸着しやすく、し
かも静止波の溶融半田量が少なく、その表面張力に起因
して吸着した溶融半田が静止波側に引き戻される力も弱
い結果、最大量の溶融半田が半田付け部位に付着し、溶
融半田はその最大量の半田表面張力によって逆円錐状や
逆釣鐘状となり、その形状のまま凝固する。

【００２１】従って、ワークの半田付け部位の半田の盛
りは多量でかつ最適な形状となり、後工程における作業
者の手作業による修正をほとんど不要にできるばかりで
なく、タッチ、ブリッジ、ツララといった不具合も発生
しない。また、半田の盛り量及び形状に起因して極めて
優れた耐ヒートサイクル性が得られると同時に、最近の
無洗浄化の状況における酸化等に起因する経時変化も解
消できる。その結果、製造コストの大幅な低減が実現で
きる。

【００２２】また、ワークを流動波、中間波及び静止波
の三波を通過させて半田付けを行うようにしたので、リ
ード部品やチップ部品を搭載した混載基板を半田付けす
る場合にも１回で半田付けできる。これによっても製造
コストダウンを図れる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明を図面に示す具体例に基づいて
詳細に説明する。図１は本発明の一実施例による半田付
け装置を示す。図において、半田槽１０は加熱装置（図
示せず）を備え、高温の溶融半田１１を貯留できるよう
になっている。半田槽１０の上方にはコンベアライン２
０が水平方向に対して２°〜６°の傾斜角度をもって設
けられ、電子部品であるリード部品３１・・・及びチッ
プ部品３２を搭載した印刷配線板３０を搬送できるよう
になっている。

【００２４】半田槽１０内には噴流ノズル装置４０が設
けられ、噴流ノズル装置４０は噴流ノズル４１と噴流ポ
ンプ４１から構成され、半田槽１０内の高温溶融半田１
１を上方に噴流させるようになっている。

【００２５】噴流ノズル４１の上端にはコンベアライン
２０の搬送方向下流側にて後方ウェーブフォーマ部５０
がボルト・ナットにて上下位置調整可能に取付けられて
いる。後方ウェーブフォーマ部５０は前端縁にエッジ５
１を有する皿状をなし、噴流半田の一部が案内されて滞
留され、噴流半田との間に溶融半田が対流する中間波領
域Ｃを介して噴流半田より低温の溶融半田が薄いプール
状にほぼ静止した静止波領域Ａを形成するようになって
いる。

【００２６】噴流ノズル４１の上端にはコンベアライン
２０の搬送方向上流側にて前方ウェーブフォーマ部６０
がボルト・ナットにて上下位置調整可能に取付けられて
いる。前方ウェーブフォーマ部６０は側面ほぼ円弧状の
ガイドプレート状をなし、噴流半田の大部分を搬送方向
上流側に案内して高温溶融半田の流動波領域Ｂを形成す
るようになっている。また、前方ウェーブフォーマ部６
０の下端側は半田槽１０の高温溶融半田プール内に浸漬
され、噴流半田を高温溶融半田プール内に静かにかつ緩
やかに案内するようになっている。

【００２７】前後のウェーブフォーマ部５０、６０は別
体に形成してもよいが、一体的に形成し、中央に噴流ノ
ズル４１に嵌合する開口部を形成するようにしてもよ
い。

【００２８】次に、半田付け方法について説明する。半
田付け作業を行う場合、半田槽１０内の半田を所定の高
温度に加熱し、噴流ノズル装置４０を作動させて溶融半
田を噴流させる。すると、溶融半田の一部は後方ウェー
ブフォーマ部５０側に流れ込んで滞留し、滞留した溶融
半田はその放熱と後方ウェーブフォーマ部５０の熱伝導
や噴流半田との対流等とがバランスすることによって所
定温度だけ低下した状態を維持し、小プール状の溶融半
田静止波領域Ａが形成され、その前端縁は溶融半田の表
面張力によって図１に示すように丸く盛り上がった状態
となる。他方、噴流半田の大部分は前方ウェーブフォー
マ部６０によって後方に案内され、噴流ノズル４１上方
には高温溶融半田の流動波領域Ｂが形成される。

【００２９】準備が完了すると、リード部品３１・・・
及びチップ部品３２を搭載した印刷配線板３０をコンベ
アライン２０で搬送する。印刷配線板３０が高温溶融半
田の流動波領域Ｂまで来ると、印刷配線板３０のランド
及びリード部品３１の端子は高温溶融半田と接触して搬
送され、中間波領域Ｃまでの搬送中にほぼ所定の高温度
に上昇される。

【００３０】高温となった印刷配線板３０のランド及び
リード部品３１の端子は静止波領域Ａに至り、溶融半田
に接触するとすぐに離脱するが、コンベアライン２０の
傾斜角度に起因して円滑に離脱する。

【００３１】その際、ランド及び端子と静止波領域Ａの
溶融半田との間には一定の温度差があり、ランド及び端
子が高温側であるので、静止波領域Ａの溶融半田は離脱
するランド及び端子に吸着される傾向が生じ、又静止波
領域Ａの溶融半田は薄プール状をなし、量的には多くは
ないので、ランド及び端子に吸着された溶融半田は静止
波領域Ａ側の薄プール側にはほとんど戻らず、最大量の
溶融半田がピチャピチャという音を発しながら静止波領
域Ａの溶融半田から離れ、ランド及び端子にあたかも反
応しているように付着し、その多量の溶融半田の表面張
力によって略逆円錐状又は逆釣鐘状となり、その形状の
まま凝固する。

【００３２】従って、半田のタッチ、ブリッジ、ツララ
等はほとんど発生せず、しかも盛り量が多くかつ最適な
形状の半田付けが行え、後工程で作業者が手作業で修正
を行う必要がほとんどなく、インバータ基板、車載基
板、電源基板等、耐ヒートサイクル性が重要視される半
田付けを自動的にでき、製造コストの大幅なコストダウ
ンができる。

【００３３】また、印刷配線板３０のチップ部品３２に
ついては高温溶融半田の流動波領域Ｂに達すると、その
流動の勢いで溶融半田がチップ部品３２と印刷配線板３
０のランドとの間に侵入して十分な濡れ性が確保され、
中間波領域Ｃ及び静止波領域Ａでさらに溶融半田と接触
される結果、十分な量の溶融半田が吸引されて付着し、
確実な半田付けが行える。

【００３４】従来、かかるチップ部品３２を自動半田付
けする場合、１次、２次の２回の半田付け作業を行い、
１次半田付けでは溶融半田を電子部品３２及びランドに
十分に馴染ませ、２次半田付けで本来の半田付けを行う
必要があったが、本法では１回の半田付け工程で確実に
半田付けができた。

【００３５】最近、電子部品の小型化に起因してチップ
部品とリード部品とを混載した極めて複雑なパターンラ
ンドの半田付けが要求される傾向にあるが、上述のよう
にチップ部品及びリード部品を同工程で最適かつ確実に
半田付けできるので、製造コストの大幅なコストダウン
が達成できる。

【００３６】また、噴流された高温溶融半田は半田槽１
０の溶融半田プールに戻されるが、前方ウェーブフォー
マ部６０によって静かにかつ緩やかに溶融半田プールに
案内されるので、半田滓や空気をほとんど巻き込まず、
半田ノロはほとんど発生しない。しかも、前方ウェーブ
フォーマ部６０が高温溶融半田からの熱伝導によって高
温となり、流下する溶融半田を保温するので、溶融半田
プールと流下する溶融半田との温度差が少なく、これに
よっても半田ノロは少なくなる。さらに、印刷配線板３
０からのフラックスが溶融半田プールの表面に持ち込ま
れ、フラックスの洗い落とし作用によって溶融半田プー
ルの表面酸化が少なくなる。その結果、ノロ半田量を大
幅に低減でき、原料コストの大幅な低コスト化を実現で
きる。

【００３７】本件発明者は、Ｈ６３Ａ共晶半田を用い、
フラックスロジン固形分１０〜２０パーセント、噴流ノ
ズル口における溶融半田温度を２４０℃〜２５０℃と
し、高温溶融半田領域Ｂの搬送方向の距離を５０ｍｍ、
低温溶融半田小プール領域Ａの搬送方向距離を１０〜１
５ｍｍ、前方ウェーブフォーマ部６０の曲率半径を４０
〜５０ｍｍ、噴流半田の速度を２３〜２５ｍ／ｍｉｎと
してリード部品の半田付けを行ったところ、図２の(b)
(c)に示すように、端子３３の回りに略逆円錐状又は逆
釣鐘状をなす半田の盛り３４、３５が得られ、図２の
(a) に示す従来の半田の盛り７２に比して盛りの量が多
く、しかも最適な形状であることが確認された。さら
に、ヒートサイクル試験を行うと、従来に比して５〜６
倍以上の寿命があることが分かった。なお、図２におい
て、７０は印刷配線板、７１は電子部品の端子、７２は
半田の盛りである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例による半田付け装置を示す
構成図である。

【図２】 上記装置で半田付けされた半田の盛りを従来
の半田の盛りと比較して示す図である。

【符号の説明】

１０ 半田槽 １１ 溶融半田 ２０ コンベアライン ３０ 印刷配線板 ３１、３２ 電子部品 ４０ 噴流ノズル装置 ４１ 噴流ノズル ５０ 後方ウェーブフォーマ部 ６０ 前方ウェーブフォーマ部 Ａ 静止波領域 Ｂ 流動波領域 Ｃ 中間波領域

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半田槽上方を搬送されるワーク半田付け
   部位に対して噴流ノズルから高温溶融半田を上方に噴流
   させて自動半田付けを行うにあたり、 噴流ノズル上端に前側及び後側のウェーブフォーマを設
   け、前側ウェーブフォーマにて噴流半田をワーク搬送方
   向上流側に案内して高温溶融半田が流動する流動波を形
   成する一方、後側ウェーブフォーマは浅い皿状となし、
   後側ウェーブフォーマ上に噴流半田の一部を案内して滞
   留させることにより流動波との間に溶融半田が対流する
   中間波を介して流動波より低温の溶融半田が薄いプール
   状にほぼ静止した静止波を形成し、ワーク半田付け部位
   を流動波から静止波に向けて搬送して流動波及び中間波
   にて所定の温度に昇温させた後に静止波の溶融半田から
   離脱させ、半田付け部位と静止波の溶融半田との温度差
   に起因する吸着性及び静止波側の表面張力によって最大
   量の溶融半田を半田付け部位に付着させるようにしたこ
   とを特徴とする噴流式自動半田付け方法。
2. 【請求項２】 半田を加熱して高温の溶融半田１１を貯
   留する半田槽１０と、半田槽１０内に設けられ、半田槽
   １０上方を水平方向に対して所定の上方傾斜角度をもっ
   て搬送されるワーク下面の半田付け部位に向けて噴流ノ
   ズル４１から高温溶融半田を噴流する噴流ノズル装置４
   ０と、噴流ノズル４１上端の搬送方向上流側に設けら
   れ、噴流半田を緩やかな傾斜角度でもって案内すること
   により噴射ノズル４１から搬送方向上流側に向けて高温
   溶融半田が流動する流動波を形成する前方ウェーブフォ
   ーマ部６０と、噴流ノズル４１上端の搬送方向下流側に
   設けられ、浅い皿状をなし、噴流半田の一部が案内して
   滞留されることにより流動波との間に溶融半田が対流す
   る中間波を介して流動波より低温の溶融半田が薄いプー
   ル状にほぼ静止した静止波を形成する後方ウェーブフォ
   ーマ部５０とを備えたことを特徴とする噴流式自動半田
   付け装置。
3. 【請求項３】 前方ウェーブフォーマ部６０は噴流ノズ
   ル４１上端の搬送方向上流側から半田槽１０内の高温溶
   融半田プール内に延びて設けられている請求項２記載の
   噴流式自動半田付け装置。
4. 【請求項４】 半田槽上方を搬送されるワーク半田付け
   部位に対して噴流ノズルから高温溶融半田を上方に噴流
   させて自動半田付けを行う噴流型自動半田付け装置にお
   ける噴流ノズルに取付けられ、半田付け部位に最大量の
   溶融半田を付着させるための溶融半田波を形成するウェ
   ーブフォーマであって、 噴流ノズル４１上端の搬送方向上流側に半田槽１０内の
   高温溶融半田プール内に延びて取付可能に設けられ、噴
   流半田を緩やかな傾斜角度でもって案内することにより
   噴射ノズル４１から搬送方向上流側に向けて高温溶融半
   田が流動する流動波を形成する前方ウェーブフォーマ部
   ６０と、噴流ノズル４１上端の搬送方向下流側に取付可
   能に設けられ、浅い皿状をなし、噴流半田の一部が案内
   して滞留されることにより流動波との間に溶融半田が対
   流する中間波を介して流動波より低温の溶融半田が薄い
   プール状にほぼ静止した静止波を形成する後方ウェーブ
   フォーマ部５０とを備えたことを特徴とする噴流式自動
   半田付け装置に用いられるウェーブフォーマ。