JPH0831703A - 電子部品の超音波半田付け装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 生産能力を上げて半田付け品質を安定させ、
素子の性能劣化をもたらし半田付け後洗浄が必要なフラ
ックスが全く不要な電子部品の超音波半田付け装置を提
供することを目的とする。 【構成】 リードフレーム７３のクリップ部分及び基板
７４は超音波を印加された溶融状態の半田６４の中を定
速度で水平移動し、小スプロケット８１の下で方向を変
えて円弧状に移動し、小スプロケット８１とガイド８２
の間でチェーン７８と同じ速度で斜めに直線状に引き上
げられ、半田噴流口６６の溶融半田水平面から出たとこ
ろで半田６４が凝固してリードフレーム７３のクリップ
部分と基板７４の電極が半田付け接合される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は抵抗やコンデンサ等の複
合電子部品において、基板上に印刷された電極とリード
フレームを無フラックスで半田付けする電子部品の超音
波半田付け装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】通常、素子とリードフレームの半田付け
を行う場合、半田付け表面を活性化するために、素子と
リードフレームを所定の濃度に規定したフラックス中に
浸漬し、その後流動半田槽中でディップを行い、トリク
ロロエタン等で素子とリードフレームに付着したフラッ
クスを取り除いていた。

【０００３】しかしながら、前記の技術では量産工程に
おいて、素子とリードフレームの洗浄不足、あるいは素
子へフラックスが及ぼす直接的な影響のために素子の性
能劣化をきたすという問題点を有していた。又、洗浄剤
として使用されるフロンやトリクロロエタンはオゾン層
破壊物質で早急に使用廃止する必要がある。

【０００４】フラックスを使用せず洗浄を必要としない
半田付け方法として、超音波半田付け法があり、これら
の装置はすでに市販されている。

【０００５】以下に図面を参照しながら従来の超音波半
田付け装置について説明する。図３、図４は従来の超音
波半田付け装置の正面図、側面図を示すものである。図
３および図４において、１は噴流半田槽、２は超音波振
動付与部、３は不活性ガス供給部である。噴流半田槽１
に収容された溶融半田４は、半田駆動部材５によって矢
印の方向に駆動され、被半田付け体の通過するためのス
リットを設けた半田噴流口６より噴流して噴流半田槽１
内を循環し流動できるようになっている。

【０００６】噴流半田槽１の斜め上方には、チップ７
と、このチップ７に接続されたホーン８と、このホーン
８に接続された超音波振動子９からなる超音波付与部２
が固定部材１０によって固定されている。チップ７の先
端は噴流口６より噴流される溶融半田４に浸漬されるよ
うに配設されており、溶融半田４に超音波振動が付与さ
れるようになっている。噴流半田槽１の上方には、被半
田付け体が挿入されるための挿入口１２を有するフード
１１が、半田槽１を覆うように配設されている。

【０００７】更にフード１１内の噴流口６の上方には不
活性ガス供給部３が配設され、ここから供給される窒素
などの不活性ガスが、噴流口６より噴流する溶融半田４
に吹きつけられる。１３はリードフレームで、先端はク
リップ状になっており、根元はフープ状に連なってい
て、フープに送り穴が定ピッチで設けられている。１４
は基板で、銀電極及び素子が表面に形成されており、前
記電極部分をリードフレーム１３のクリップ部分で挟む
ようにして挿入している。

【０００８】１５は駆動ピンローラで、円筒状でリード
フレーム１３の送り穴に合うような径のピン１６が外周
に定ピッチで圧入されている。１７はモータで、駆動ピ
ンローラ１５を回転駆動する。１８は従動ピンローラ
で、駆動ピンローラ１５と同様に円筒状で外周に定ピッ
チでピン１６が圧入されていて、回転に対して一定の抵
抗力が作用するようになっている。１９は押さえローラ
で、リードフレーム１３のフープ部分をピンローラ１
５、１８に押さえつける。

【０００９】以上のように構成された超音波半田付け装
置について、以下その動作について説明する。まず、リ
ードフレーム１３を上側、基板１４を下側の姿勢にし
て、リードフレーム１３の送り穴をピンローラ１５、１
８のピン１６に引っかけて保持する。このとき半田噴流
口６の位置で、基板１４及びリードフレーム１３のクリ
ップ部分は溶融半田４の中に漬かっている。浸漬されて
いる被半田付け体は超音波振動を受け、超音波のキャビ
テーション効果によって、被半田付け体表面に吸着され
ている気泡、油脂等が除去され、半田の濡れ性が促進さ
れる。

【００１０】また被半田付け体の金属表面である電極は
酸化被膜が超音波振動によって破壊され活性な金属表面
となり、溶融半田４との金属結合を形成する。従って、
金属表面の酸化被膜を除去するためのフラックスは全く
必要としない。この状態でモータ１７を駆動させ、駆動
ピンローラ１５を一定回転数で回転させると、リードフ
レーム１３は定速度で横方向に移動する。以上の動作に
より、リードフレーム１３のクリップ部分及び基板１４
は超音波を印加された溶融半田４の中を定速度で移動
し、半田噴流口６のスリット部分から出たところで被半
田付け体に付着した溶融半田４が凝固してリードフレー
ム１３のクリップ部分と基板１４の電極が半田付け接合
される。

【００１１】また、被半田付け体表面から除去された油
脂、酸化被膜あるいは酸化された溶融半田４は、流動し
噴流口６の近傍から除去されるので、被半田付け体は常
に新鮮な溶融半田４で被覆される。

【００１２】この浸漬された被半田付け体は溶融半田４
から離脱して非酸化雰囲気を通過する際、被半田付け体
に付着した溶融半田４は酸化されずその表面張力が保持
された状態であるため、非金属部に付着した半田は表面
張力によって金属部の電極に引き寄せられ冷却されて固
化する。

【００１３】このようにして半田付けされた被半田付け
体は新鮮な半田によって半田付けされるため信頼性が高
く、非金属部には半田及び半田の酸化物が付着しない。

【００１４】しかしながら、被半田付け体に付着する半
田量は、被半田付け体が溶融半田４から離脱する時の相
対速度に依存していて、前記の技術では、被半田付け体
が横方向に移動して半田噴流口６のスリット部分から離
脱するが、この部分は溶融半田４がスリットから滝のよ
うに流れ落ちており、溶融半田４の流れが乱流状態であ
り流速が速いため、被半田付け体に付着する半田量が安
定しない。そこで前記問題点を解決するために開発され
た超音波半田付け装置を更に図面を参照しながら説明す
る。

【００１５】図５、図６は以前に開発された超音波半田
付け装置の正面図、側面図を示すものである。図５、図
６において、３１は噴流半田槽、３２は超音波振動付与
部、３３は不活性ガス供給部、３４は溶融半田、３５は
半田駆動部材、３６は半田噴流口、３７はチップ、３８
はホーン、３９は超音波振動子、４０は固定部材、４１
はフード、４２は挿入口、４３はリードフレーム、４４
は基板で、以上は前記従来の構成と同様なものである。
４５は治具で、リードフレーム４３の送り穴に合うよう
な径のピン４６が２本程度、送り穴のピッチに合うよう
に圧入されており、リードフレーム４３を保持するため
の磁石４７が設けられている。４８はチェーンで、複数
個の治具４５を定ピッチで取り付けている。４９、５０
は１対のスプロケットで、スプロケット４９の回転中心
は半田噴流口３６の真上で、それぞれのスプロケットの
軸方向は水平な姿勢に保持されている。５１はモータ
で、スプロケット４９、５０を回転駆動させる。

【００１６】以上のように構成された超音波半田付け装
置について、以下その動作について説明する。まず、定
寸法に切断されたリードフレーム４３をスプロケット４
９に対して内側、基板４４を外側の姿勢にして、リード
フレーム４３の送り穴を治具４５のピン４６に掛けて磁
石４７で保持する。このとき半田噴流口３６の位置で、
基板４４及びリードフレーム４３のクリップ部分は溶融
状態にある半田３４の中に漬かっている。浸漬されてい
る被半田付け体は超音波振動を受け、超音波のキャビテ
ーション効果によって、被半田付け体表面に吸着されて
いる気泡、油脂等が除去され、半田の濡れ性が促進され
る。

【００１７】また被半田付け体の金属表面である電極は
酸化被膜が超音波振動によって破壊され活性な金属表面
となり、半田３４との金属結合を形成する。この状態で
モータ５１を駆動させ、スプロケット４９、５０を一定
回転数で回転させると、チェーン４８に取り付けられた
治具４５と共にリードフレーム４３は定速度で移動す
る。

【００１８】以上の動作により、リードフレーム４３の
クリップ部分及び基板４４は超音波を印加された溶融半
田３４の中を定速度で移動し、半田噴流口３６の溶融半
田水平面から出たところで溶融半田３４が凝固してリー
ドフレーム４３のクリップ部分と基板４４の電極が半田
付け接合される。即ち溶融半田３４の波も立たず流れが
安定した状態である水平面から円弧状に引き上げ離脱さ
せることによって、被半田付け体に付着する半田量のバ
ラツキを小さくすることができる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記の従
来の構成では、図７に示すように、被半田付け体が溶融
半田３４から離脱するときの速度は、 Ｖ＝Ｖｔ×（Ｒ／Ｒｔ） Ｖ ：被半田付け体の速度 Ｖｔ：チェーンの速度 Ｒ ：被半田付け体の回転半径 Ｒｔ：チェーンの回転半径 のように表され、チェーン４８の速度より大きくなって
しまう。被半田付け体が溶融半田３４から離脱するとき
の速度が１００mm／秒を越えると被半田付け体に付着す
る半田の量のバラツキが大きくなる。

【００２０】近年の自動実装技術において、この半田量
のバラツキは問題である。被半田付け体の回転半径とチ
ェーン４８の回転半径の比を仮に２：１とすると、チェ
ーン４８の搬送速度は５０mm／秒以下にしなければなら
なくなる。すなわち、半田付け品質を保つために搬送速
度を遅くして生産能力を落とさなければならないという
問題点を有していた。

【００２１】本発明は前記従来の問題点を解決するもの
で、生産能力を上げて半田付け品質を安定させ、素子の
性能劣化をもたらし半田付け後洗浄が必要なフラックス
が全く不要な電子部品の超音波半田付け装置を提供する
ことを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の電子部品の超音波半田付け装置は、超音波振
動子と、噴流半田槽と、被半田付け体のリードフレーム
を保持する治具と、複数個の前記治具を定ピッチに取り
付けたチェーンと、前記チェーンを保持する駆動スプロ
ケット、従動スプロケット、小スプロケット、ガイド
と、前記スプロケットを回転させ、前記チェーンを搬送
する動力の構成を有している。

【００２３】

【作用】この構成によって、前記チェーンを搬送するこ
とにより、前記治具に保持された被半田付け体を、半田
の流れが安定した状態である噴流口の溶融半田水平面か
ら、前記チェーンと同じ速度で斜めに直線状に引き上
げ、離脱させることができる。

【００２４】

【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。図１、図２は本発明の一実施例にお
ける超音波半田付け装置の正面図、側面図を示すもので
ある。図１、図２において、６１は噴流半田槽、６２は
超音波振動付与部、６３は不活性ガス供給部である。噴
流半田槽６１に収容された溶融半田６４は、半田駆動部
材６５によって矢印の方向に駆動され、被半田付け体の
通過するためのスリットを設けた半田噴流口６６より噴
流して噴流半田槽６１内を循環し流動できるようになっ
ている。

【００２５】噴流半田槽６１の斜め上方には、チップ６
７と、このチップ６７に接続されたホーン６８と、この
ホーン６８に接続された超音波振動子６９からなる超音
波付与部６２が固定部材７０によって固定されている。
チップ６７の先端は噴流口６６より噴流される溶融半田
６４に浸漬されるように配設されており、溶融半田６４
に超音波振動が付与されるようになっている。

【００２６】噴流半田槽６１の上方には、被半田付け体
が挿入されるための挿入口７２を有するフード７１が、
噴流半田槽６１を覆うように配設されている。更にフー
ド７１内の噴流口６６の上方には不活性ガス供給部６３
が配設され、不活性ガス供給部６３によって供給される
窒素などの不活性ガスが噴流口６６より噴流する溶融半
田６４に吹きつけられる。

【００２７】７３はリードフレームで、先端はクリップ
状になっており、根元はフープ状に連なっており、フー
プに送り穴が定ピッチで設けられている。７４は基板
で、銀電極及び素子が表面に形成されており、基板７４
は電極部分がリードフレーム７３のクリップ部分で挟ま
れるようにして挿入されている。

【００２８】７５は治具で、リードフレーム７３の送り
穴に合うような径のピン７６が２本程度、送り穴のピッ
チに合うように圧入されており、リードフレーム７３を
保持するための磁石７７が設けられている。７８はチェ
ーンで、複数個の治具７５を定ピッチで取り付けてい
る。

【００２９】７９は駆動スプロケット、８０は従動スプ
ロケット、８１は小スプロケットで、小スプロケット８
１の回転中心は半田噴流口６６の真上で、それぞれのス
プロケットの軸方向は水平な姿勢に保持されている。８
２はガイドで、チェーン７８を支える部分が円弧状にな
っている。８３はモータで、駆動スプロケット７９に直
結している。

【００３０】チェーン７８は駆動スプロケット７９、従
動スプロケット８０、小スプロケット８１、ガイド８２
の順に掛けられ、小スプロケット８１の所で斜めに引き
上げられ、ガイド８２の所で水平になる。

【００３１】以上のように構成された超音波半田付け装
置について、以下その動作について説明する。まず、定
寸法に切断されたリードフレーム７３を小スプロケット
８１に対して内側、基板７４を外側の姿勢にして、リー
ドフレーム７３の送り穴を治具７５のピン７６に掛けて
磁石７７で保持する。このとき半田噴流口６６の位置
で、基板７４及びリードフレーム７３のクリップ部分は
溶融半田６４の中に漬かっている。

【００３２】浸漬されている被半田付け体は超音波振動
を受け、超音波のキャビテーション効果によって、被半
田付け体表面に吸着されている気泡、油脂等が除去さ
れ、半田の濡れ性が促進される。また被半田付け体の金
属表面である電極は酸化被膜が超音波振動によって破壊
され活性な金属表面となり、溶融半田６４との金属結合
を形成する。この状態でモータ８３を駆動させ、駆動ス
プロケット７９を一定回転数で回転させると、チェーン
７８に取り付けられた治具７５と共にリードフレーム７
３は定速度で移動する。

【００３３】以上の動作により、リードフレーム７３の
クリップ部分及び基板７４は超音波を印加された溶融半
田６４の中を定速度で水平移動し、小スプロケット８１
の下で方向を変えて円弧状に移動し、小スプロケット８
１とガイド８２の間でチェーン７８と同じ速度で斜めに
直線状に引き上げられ、半田噴流口６６の溶融半田６４
の水平面から出たところで溶融半田６４が凝固してリー
ドフレーム７３のクリップ部分と基板７４の電極が半田
付け接合される。すなわち、溶融半田６４の波も立たず
流れが安定した状態である水平面から、チェーン７８と
同じ速度で斜めに直線状に引き上げ離脱させることによ
って、被半田付け体に付着する半田量のバラツキを小さ
くすることができる。

【００３４】以上のように本実施例によれば、治具に保
持された被半田付け体を、半田の流れが安定した状態で
ある噴流口の溶融半田水平面から、チェーンと同じ速度
で斜めに直線状に引き上げ離脱させることができる。

【００３５】なお、被半田付け体の搬送方法はモータ直
結による定速送りとしたが、インデックスドライブなど
を用いて間欠送りでもよい。また、リードフレームの保
持方法は磁石による保持方法としたが、チャックなどで
把持する方法でもよい。また、治具の搬送方法はチェー
ンによる搬送方法としたが、ベルトによる搬送方法でも
よいことは言うまでもない。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明の電子部品の超音波
半田付け装置は、被半田付け体を半田の流れが安定した
状態である噴流口の溶融半田水平面からチェーンと同じ
速度で斜めに直線状に引き上げ離脱させることができ、
生産能力を上げて半田付け品質を安定させ、素子の性能
劣化をもたらし半田付け後洗浄が必要なフラックスが全
く不要な超音波半田付け装置を実現できるものであり、
その実用効果は大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における電子部品の超音波半
田付け装置の正面図

【図２】同一実施例における電子部品の超音波半田付け
装置の側面図

【図３】従来の電子部品の超音波半田付け装置の正面図

【図４】従来の電子部品の超音波半田付け装置の側面図

【図５】以前に開発した超音波半田付け装置の正面図

【図６】以前に開発した超音波半田付け装置の側面図

【図７】以前に開発した超音波半田付け装置における被
半田付け体の搬送速度を示す説明図

【符号の説明】

６１ 噴流半田槽 ６２ 超音波振動付与部 ６３ 不活性ガス供給部 ６４ 半田 ６５ 半田駆動部材 ６６ 半田噴流口 ６７ チップ ６８ ホーン ６９ 超音波振動子 ７０ 固定部材 ７１ フード ７２ 挿入口 ７３ リードフレーム ７４ 基板 ７５ 治具 ７６ ピン ７７ 磁石 ７８ チェーン ７９ 駆動スプロケット ８０ 従動スプロケット ８１ 小スプロケット ８２ ガイド ８３ モータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波振動子と、噴流半田槽とを備えた
   超音波半田付け装置において、被半田付け体のリードフ
   レームを保持する治具と、複数個の前記治具を定ピッチ
   に取り付けたチェーンと、前記チェーンを保持する駆動
   スプロケット、および従動スプロケットおよび小スプロ
   ケットおよびガイドと、前記駆動スプロケットを回転さ
   せ前記チェーンを搬送する動力とを備え、前記チェーン
   を搬送することにより、前記治具に保持された被半田付
   け体を半田噴流口の溶融半田水平面から前記チェーンと
   同じ速度で斜めに直線状に引き上げ離脱させる電子部品
   の超音波半田付け装置。