JPH09206930A - コンスタントヒート式ヒーター装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】パルスヒート式ヒーターを用いた方式と同一の
方式による半田付け接合が可能となるようなコンスタン
トヒート式ヒーター装置を得る。 【解決手段】 コンスタント熱源１２を有したヒーター
部材１０にヒーターヘッド２０が取り付けられてヒータ
ー装置１が構成される。ヒーターヘッド２０の下端部を
プリント基板５０の導電パッド５１の上に載置された電
子部品６０のリード６１に当接させて半田を溶融させ、
半田接合を行わせる。ヒーターヘッド２０は熱伝導性の
高い材料（例えば、アルミニウム、アルミニウム合金な
ど）から形成され、且つ、ヒーター部材１０に接合され
た取付部２１と、リード６１に当接される当接面２３
と、取付部２１と当接面２３を繋ぐ部分に形成されて取
付部２１に供給された熱を当接面２３に伝達させる伝熱
部２２とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプリント基板の導電
バッド（配線パターン）上にこの基板上に載置された電
子部品（ＩＣモジュール、コネクタ等）のリードを半田
付け接合するために用いられるヒーター装置に関する。
さらに詳しくは、熱源としてコンスタントヒート式ヒー
ターを用いたヒーター装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７に示すように、プリント基板２００
の導電パッドに電子部品２１０，２２０のリード２１
１，２２１を半田付けする方法としては、クリーム半田
を炉内で加熱溶融させるリフロー法や、パルスヒーター
を用いる方法等が従来から良く知られている。リフロー
法を用いる場合には、導電パッド上にクリーム半田を塗
布した上でこの上に各対応リードが位置するようにして
電子部品をプリント基板上に載置し、この状態のままプ
リント基板を加熱炉内で加熱し、クリーム半田を溶融さ
せて導電パッド上に各リードを半田接合する。

【０００３】リフロー法を用いればプリント基板上に多
数の電子部品を同時に半田付けできるため作業効率が良
いという利点がある。しかし、プリント基板およびその
上に載置された電子部品全体が加熱されるため、加熱に
よりプリント基板にゆがみが生じやすいという問題や、
半田溶融温度までの加熱に耐えうる程度の耐熱性がある
電子部品でないと適用できないという問題がある。さら
に、電子部品のリードの一部が変形しており電子部品を
基板上に載置した状態でそのリードが導電パッドから離
れるような場合には（図８に示すリード２１１ａのよう
な場合）、このリードは半田接合できず接合不良となる
という問題もある。

【０００４】一方、パルスヒーターを用いる場合にはヒ
ーターヘッドをリード上に押しつけてこの部分のみを加
熱して半田付けを行うため、上記のような問題は生じな
い。このパルスヒーターを用いる方法を図８に示してい
る。パルスヒーターヘッド２５０は図示のように下端当
接部２５１の断面積が最も小さくなっており、電線２５
５を介して電流制御装置２６０からヘッド２５０に低圧
高電流（例えば、３Ｖ，１０００Ａ程度の電流）を流
す。これにより、断面積が最も小さくて電気抵抗が最も
大きな当接部２５１を局部的に発熱させ、この当接部２
５１をリード２１１に押しつけて半田接合を行う。

【０００５】具体的には、基板２００の導電パッド２０
１上に予めクリーム半田２０２（予備半田または溶融前
半田）が塗布され、且つ電子部品２１０のリード２１１
は半田メッキ（金メッキ）されており、導電パッド２０
１の上にリード２１１を載置させた上でこのリード２１
１の上に当接部２５１を押しつけて、半田を溶融させて
半田付けを行う。このようなパルスヒーターを用いた半
田接合を行えば、リード部周辺すなわち半田接合部のみ
が加熱されるだけであるため、基板２００が熱変形する
おそれがなく、また、変形したリード２１１ａがあって
も当接部２５１を押しつけてこの変形をもとに戻した状
態で半田付けが可能であるという利点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、パルス
ヒーターを用いる場合には、ヒーターヘッドに高電流を
流す必要があるため、容量の大きな（太い）電線２５５
を使用するとともに高価な電流制御装置２６０を用いる
必要があり、大型・複雑な装置が必要で装置コストが非
常に高価となるという問題がある。さらに、このような
高電流が流れる当接部２５１を電子部品２１０のリード
２１１に当接させるため、電子部品２１０が高電流を受
けて損傷するおそれがあるという問題もある。

【０００７】また、パルスヒーターヘッド２５０は下端
部に断面積の小さな当接部２５１を設ける必要があると
ともに容量の大きな電線を接続する必要があるといった
理由から、ヘッド形状を複雑化することが難しい。この
ため、一つの装置電源を有するパルスヒーターヘッドに
より一度に加熱できるのは１列のリードのみである。図
７に示す電子部品２１０のように周囲４箇所にそれぞれ
１列に並んだリード２１１を有する場合には、一つの電
子部品２１０を取り付けるだけで４回の作業を行う必要
があり、作業効率が良くないという問題もある。

【０００８】図８に示すように一部のリード２１１ａが
変形した場合でも、当接部２５１を押しつけて変形を戻
した状態で半田を加熱溶融させることができる。しか
し、この半田が固まった後に当接部２５１を持ち上げな
いと、半田が溶融した状態のまま持ち上げたのではリー
ド２１１ａは弾性力により変形状態に戻って導電パッド
２０１から離れ、接続不良が生じるおそれがある。この
ため、当接部２５１をリード２１１の上に押しつけて通
電加熱した後、通電をカットして当接部２５１の温度を
下げ、溶融半田が固まった後、ヘッド２５０を持ち上げ
て半田接合を完了するようにしている。このため、ヘッ
ド２５０の先端部の温度検出の必要があり、ヘッド先端
近傍に熱電対２５３が溶接などにより取り付けられてい
る。

【０００９】この場合に、パルスヒーターヘッド２５０
においては、通電時に発熱するのは下端に位置する当接
部２５１のみであるため、通電開始後からこの部分が所
定温度まで上昇する時間および通電カット後からこの部
分の温度が低下する時間は比較的短い（約５〜６秒程
度）。このため、パルスヒーターを用いて上記のような
半田接合を比較的短時間で行うことができる。これがパ
ルスヒーターを用いる主たる理由である。

【００１０】逆に言えば、リード部を加熱してその部分
の半田を溶融させるだけで良いのであれば、コンスタン
トヒート式のヒーター（いわゆるニクロム線を用いたヒ
ーター）を用いても良く、コンスタントヒート式ヒータ
ーの方が装置コストがずっと低廉で制御も簡単であると
いう利点がある。しかしながら、コンスタントヒート式
ヒーターはヒーターヘッド全体を加熱するものであるた
め、通電をカットしてもヒーターヘッドの温度が低下す
るのに長い時間がかかる。このため、ヒーターヘッドを
リードに押しつけて半田を溶融させた後、通電をカット
してヒーターヘッドの温度が下がって半田が固まるまで
長時間待つ必要がある。このようにコンスタントヒート
式ヒーターでは作業時間が極端に長くなり、これを用い
ることはほとんど不可能であった。

【００１１】本発明はこのような問題に鑑み、パルスヒ
ート式ヒーターを用いた方式と同一の方式による半田付
け接合が可能となるようなコンスタントヒート式ヒータ
ー装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このような目的達成のた
め、本発明のコンスタントヒート式ヒーター装置におい
ては、コンスタント熱源を有したヒーター部材に取り付
けられたヒーターヘッドを半田接合部に当接させて半田
を溶融させ、この半田接合部の半田接合を行わせるよう
になっており、ヒーターヘッドを熱伝導性の高い材料
（例えば、アルミニウム、アルミニウム合金など）から
形成し、且つ、ヒーター部材に接合された取付部と、半
田接合部に当接される当接部と、取付部と当接部を繋ぐ
部分に形成されてヒーター部材から取付部に供給される
熱を当接部に伝達する伝熱部とからヒーターヘッドを構
成する。

【００１３】なお、当接部が空気中にある状態で、ヒー
ター部材から取付部に供給される供給熱量とヒーターヘ
ッドからの放熱熱量とがバランスしたときにおける当接
部の温度が半田接合部の半田の融点より高く、当接部が
半田接合部に当接した状態で、ヒーター部材から取付部
に供給される供給熱量とヒーターヘッドからの放熱熱量
と当接部から半田接合部に伝達される伝達熱量とがバラ
ンスしたときにおける当接部の温度が半田接合部の半田
の融点より低くなるように、コンスタント熱源の容量お
よびヒーターヘッドの形状を設定するのが望ましい。

【００１４】また、当接部の近傍に当接部から伝達され
てきた熱を蓄えておく蓄熱部を設け、当接部が半田接合
部に当接したときに蓄熱部の熱を半田接合部に伝達させ
て半田接合部の半田を確実に溶融させることができるよ
うにするのが好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。図１に示すように、本発明
に係るヒーター装置１はヒーター部材１０とヒーターヘ
ッド２０とから構成され、このヒーター装置１により、
プリント基板５０の上に載置された電子部品６０のリー
ド６１が導電パッド５１に半田付け接合される。

【００１６】ヒーター部材１０はアルミニウム製の矩形
状ボディ１１内に２本のコンスタント熱源１２を有して
構成される。熱源１２は一般的なニクロム線から成るヒ
ーターであり、１００Ｖ，３Ａ程度の通電を受けて発熱
する。ボディ１１の側面にはヒーター部材１０の温度を
検出する熱電対１５が取り付けられている。ヒーターヘ
ッド２０はアルミニウムもしくはアルミニウム合金等の
ような熱伝導率の高い材料により作られ、断面Ｔ字状を
している。ヒーターヘッド２０は、その上部にヒーター
部材１０の下面に接合される取付部２１を有し、中間部
に平板上で左右に広い放熱面２２ａを有する伝熱部２２
を有し、下端に半田接合部と当接する当接面２３を有す
る。

【００１７】ここで、図２（ａ）に示すように、ヒータ
ー部材１０の下面にヒーターヘッド２０が接合され、ヒ
ーターヘッド２０の当接面２３が空気中にある状態（半
田接合部と当接していない状態）での熱量バランスを考
える。この状態では、熱源１２により加熱されたヒータ
ー部材１０から取付部２１を通ってヒーターヘッド２０
に熱量Ｑ１が伝達されてヒーターヘッド２０が加熱され
る。一方、ヒーターヘッド２０から（主として放熱面２
２ａから）は熱量Ｑ２が放熱される。ヒーターヘッド２
０の温度が高くなるにつれて、ヒーター部材１０からの
供給熱量Ｑ１は小さくなり、ヒーターヘッド２０からの
放熱熱量Ｑ２は大きくなるため、ヒーターヘッド２０が
所定温度まで高まったときに、両熱量がバランスする。
このようにバランスしたときの当接面２３の温度Ｔ１が
半田の融点（例えば、摂氏約１８０〜２００度）より高
くなるように、熱源１２の容量や、ヒーターヘッド２０
の形状等が設定されている。

【００１８】図３（ａ）に示すように、プリント基板５
０の表面に形成された導電パッド５１の上面にはクリー
ム半田５５（予備半田または溶融前半田）が塗布され、
この半田層５５の上にリード６１が載置される。この状
態で、上記のように供給熱量Ｑ１と放熱熱量Ｑ２とがバ
ランスした状態のヒーターヘッド２０が下動されてその
当接面２３が、図２（ｂ）に示すようにリード６１の上
に押しつけられる。これにより当接面２３から熱量Ｑ３
がリード６１を通って半田５５に供給され、半田５５が
溶融される。

【００１９】ここで、リード６１および導電パッド５１
は金属であり、空気に比べて熱伝達率がずっと大きいた
め、当接面２３が空気中にあるときに比べて、リード６
１を通って伝達される伝達熱量Ｑ３だけヒーターヘッド
２０からの放熱量が増加する。このため、供給熱量Ｑ１
と放熱熱量Ｑ２と伝達熱量Ｑ３とがバランスした状態で
は、当接面２３の温度Ｔ２は当接面２３が空気中にある
ときの温度Ｔ１より低くなる。この温度Ｔ２が半田の融
点より低くなるように、熱源１２の容量、ヒーターヘッ
ド２０の材質及び形状などが設定されている。

【００２０】このため、供給熱量Ｑ１と放熱熱量Ｑ２と
伝達熱量Ｑ３とがバランスした状態では一旦溶融した半
田が固まり、この状態でヒーターヘッド２０を持ち上げ
れば、半田付けを完了させることができる。この半田付
け完了状態を図３（ｂ）に示しており、溶融半田５５が
リード６１を囲むようにしてフィレットを形成し、リー
ド６１を導電パッド５１に確実に接合させている。

【００２１】

【実施例】上記半田付け作業を行うときの当接面２３の
温度変化を図４に示している。この図では横軸に時間ｔ
の経過を示し、縦軸に当接面２３の温度Ｔの変化を示し
ている。まず、時間ｔ１においてヒーター熱源１２の通
電が開始され、この熱源１２の発熱によりヒーターヘッ
ド２０が加熱されるため、当接面２３の温度も上昇す
る。このとき当接面２３は空気中にあり、時間ｔ２にお
いて供給熱量Ｑ１と放熱熱量Ｑ２とがバランスして当接
面２３の温度は半田融点温度Ｔｍより高い温度Ｔ１とな
る。時間ｔ３においてヒーターヘッド２０が下動されて
当接面２３が基板５０上に載置された電子部品６０のリ
ード６１に当接する。

【００２２】この当接により当接面２３からリード６１
に熱量Ｑ３が伝達されて半田５５が溶融される。このた
め、当接面２３の温度は低下し、一旦温度Ｔ３まで低下
した後、若干増加して供給熱量Ｑ１と放熱熱量Ｑ２と伝
達熱量Ｑ３とがバランスした状態の温度Ｔ２となる。こ
のように温度が低下する間に一旦溶融した半田５５が再
び固まって図３（ｂ）の状態となる。この後、ヒーター
ヘッド２０が持ち上げられて半田付けが完了する。

【００２３】なお、この例では供給熱量Ｑ１と放熱熱量
Ｑ２と伝達熱量Ｑ３とがバランスした状態の温度Ｔ２が
半田の融点Ｔｍより低い温度であるが、本発明にこれに
限られるものではない。例えば、この温度Ｔ２は半田融
点Ｔｍより若干高くなっても、当接面２３がリード６１
に当接して低下した温度Ｔ３が半田融点Ｔｍより低くな
るようにすれば、このように温度Ｔ３となって半田が固
まった時点でヒーターヘッド２０を持ち上げれば半田接
合を行うことが可能である。このため、ヒーターヘッド
２０における当接面２３の温度を検出する検出器を取り
付けたり、熱電対１５の温度から当接面２３の温度を推
定したりして、当接面２３がリード６１に当接した後、
当接面２３の温度がＴ３まで低下したときにヒーターヘ
ッド２０を持ち上げる操作を行えばよい。

【００２４】上記のような作業において、当接面２３が
リード６１に当接して半田を溶融させた後、当接面２３
の温度がＴ３もしくはＴ２まで低下する時間は短時間で
ある。このため、本例の装置では、熱源としてコンスタ
ントヒート式ヒーターを用いているが、半田付け作業を
効率よく行うことができる。

【００２５】なお、この半田付け作業ではヒーターヘッ
ド２０の当接面２３をリード６１に押しつけるため、一
部のリード６１ａが図２（ａ）に示すように変形してい
る場合も問題なく半田付けを行うことができる。すなわ
ち、変形リード６１ａも図２（ｂ）に示すように、当接
面２３により導電パッド５１上に押しつけられるため、
変形リード６１ａも導電パッド５１と当接した状態で半
田５５が溶融される。この後、当接面２３により押しつ
けられた状態のまま半田５５が固まるため、この状態で
はヒーターヘッド２０が持ち上げられて当接面２３が離
れても変形リード６１ａは導電パッド５１に当接したま
まの状態で保持される。

【００２６】なお、当接面２３がリード６１に当接した
ときに当接面温度が急速に低下して半田５５を十分に溶
融させることができないことも考えられる。すなちわ、
リード６１に当接したときの初期伝達熱量Ｑ３が不足す
ることがある。このため、図５に示すように、当接面２
３に外側に膨出する形状の蓄熱部２２ｂを設け、この蓄
熱部２２ｂに蓄熱した熱量により初期電熱熱量Ｑ３を補
って、半田５５を確実に溶融させることができるように
しても良い。また、放熱面２２ａからの放熱熱量Ｑ２を
調節する調節孔２２ｃを形成しても良い。

【００２７】上記例においては、ヒーターヘッド２３は
一列に並んだリード６１を半田接合するようになってい
るが、複数列のリードを同時に半田接合できるようにす
ることもできる。例えば、図６に示すように、ヒーター
部材３０の下面に矩形状に４個のヒーターヘッド３１，
３２，３３，３４を取り付け、各当接面３１ａ，３２
ａ，３３ａ，３４ａにより電子部品の周囲４列のリード
を同時に半田接合するようにしても良い。なお、４個の
ヒーターヘッドを用いる変わりにこれらを一体にした１
個のヒーターヘッドを用いても良い。なお、ヒーターヘ
ッドの形状はこのような矩形状配列に限られるものでは
なく、接合対象の形状に合わせて自由に設定することが
できる。

【００２８】従来用いられているパルスヒーター方式の
場合には、ヒーターヘッドに通電させて発熱させるもの
であり、ヒーターヘッドは電極からなるため、ヒーター
ヘッドの交換は容易ではない。しかしながら、本発明の
ヒーター装置の場合には、ヒーター部材の下面にヒータ
ーヘッドを取り付けるだけであるため、ヒーターヘッド
の交換はきわめて簡単である。このため、ヒーターヘッ
ドを交換して種々の形状の電子部品の半田接合を簡単に
行うことができる。また、ヒーターヘッドには通電され
ないため、電子部品に電流が流れるようなこともない。
また、熱電対をヒーター部材に取り付けてもヒーターヘ
ッドの温度検出は可能であり、このようにすれば、ヒー
ターヘッドの交換時でも熱電対の交換は不要となり、ヒ
ーターヘッドの交換が非常に容易である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
コンスタント熱源を有したヒーター部材に取り付けられ
るヒーターヘッドを、熱伝導性の高い材料（例えば、ア
ルミニウム、アルミニウム合金など）から、ヒーター部
材に接合された取付部と半田接合部に当接される当接部
と取付部と当接部を繋ぐ部分に形成されてヒーター部材
から取付部に供給される熱を当接部に伝達させる伝熱部
とを有する形状に構成している。このため、当接部を半
田接合部に当接させたときに当接部から伝達する熱量に
より半田を溶融させ、且つこの後この熱量伝達により当
接部温度が低下するため、これに応じて半田が固まった
ときにヒーターヘッドを半田接合部から離せば、半田接
合を確実に且つ短時間で行うことができる。

【００３０】なお、当接部が空気中にある状態で、ヒー
ター部材から取付部に供給される供給熱量とヒーターヘ
ッドからの放熱熱量とがバランスしたときにおける当接
部の温度が半田接合部の半田の融点より高く、当接部が
半田接合部に当接した状態で、ヒーター部材から取付部
に供給される供給熱量とヒーターヘッドからの放熱熱量
と当接部から半田接合部に伝達される伝達熱量とがバラ
ンスしたときにおける当接部の温度が半田接合部の半田
の融点より低くなるように、コンスタント熱源の容量お
よびヒーターヘッドの形状を設定するのが好ましく、こ
のようにすれば、熱量バランスを待ってヒーターヘッド
を持ち上げればよく、ヒーターヘッドの持ち上げタイミ
ングの設定が容易である。

【００３１】また、当接部の近傍に当接部から伝達され
てきた熱を蓄えておく蓄熱部を設け、当接部が半田接合
部に当接したときに蓄熱部の熱を半田接合部に伝達させ
て半田接合部の半田を確実に溶融させることができるよ
うにするのが好ましく、このようにすれば、半田接合部
の半田を確実に溶融させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るヒーター装置およびこれにより半
田接合されるプリント基板等を示す断面斜視図である。

【図２】上記ヒーター装置による半田接合前および半田
接合中の状態を示す正面図である。

【図３】プリント基板の導電パッド上に載置した電子部
品リードを、半田接合前および後の状態で示す断面図で
ある。

【図４】上記ヒーター装置による半田接合を行ったとき
の当接面の温度変化を示すグラフである。

【図５】本発明に係るヒーター装置の異なる例を示す正
面図および側面図である。

【図６】本発明に係るヒーター装置の異なる例を示す斜
視図である。

【図７】電子部品を載置したプリント基板を示す斜視図
である。

【図８】従来用いられているパルスヒート式ヒーター装
置を示す正面概念図である。

【符号の説明】

１０ ヒーター部材 １２ コンスタント熱源 ２０ ヒーターヘッド ２１ 取付部 ２２ 伝熱部 ２３ 当接面 ５０ プリント基板 ５１ 導電パッド ５５ 半田 ６０ 電子部品 ６１ リード

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンスタント熱源を有したヒーター部材
   と、このヒーター部材に取り付けられたヒーターヘッド
   とからなり、ヒーターヘッドを半田接合部に当接させて
   半田を溶融させ、前記半田接合部の半田接合を行わせる
   コンスタントヒート式ヒーター装置であって、 前記ヒーターヘッドが熱伝導性の高い材料から作られる
   とともに、前記ヒーター部材に取り付けられる取付部
   と、前記半田接合部に当接される当接部と、前記取付部
   と前記当接部を繋ぐ部分に形成されて前記ヒーター部材
   から前記取付部に供給される熱を前記当接部に伝達する
   伝熱部とから構成されたことを特徴とするコンスタント
   ヒート式ヒーター装置。
2. 【請求項２】 前記ヒーターヘッドがアルミニウムもし
   くはアルミニウム合金から作られていることを特徴とす
   る請求項１に記載のコンスタントヒート式ヒーター装
   置。
3. 【請求項３】 前記当接部が空気中にある状態で、前記
   ヒーター部材から前記取付部に供給される供給熱量と前
   記ヒーターヘッドから外部に放熱される放熱熱量とがバ
   ランスしたときにおける前記当接部の温度が前記半田接
   合部の半田の融点より高く、前記当接部が前記半田接合
   部に当接した状態で、前記ヒーター部材から前記取付部
   に供給される供給熱量と前記ヒーターヘッドからの放熱
   熱量と前記当接部から前記半田接合部に伝達される伝達
   熱量とがバランスしたときにおける前記当接部の温度が
   前記半田接合部の半田の融点より低くなるように、前記
   コンスタント熱源の容量および前記ヒーターヘッドの形
   状が設定されていることを特徴とする請求項１もしくは
   ２に記載のコンスタントヒート式ヒーター装置。
4. 【請求項４】 前記当接部の近傍に前記当接部から伝達
   されてきた熱を蓄えておく蓄熱部が設けられており、前
   記当接部が前記半田接合部に当接されたときに前記蓄熱
   部の熱を前記半田接合部に伝達させて前記半田接合部の
   半田を確実に溶融させることができるようにしたことを
   特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のコンスタン
   トヒート式ヒーター装置。
5. 【請求項５】 前記半田接合部が、プリント基板の導電
   パッドとこの導電パッド上に載置された電子部品リード
   とからなり、前記電子部品リード上から前記当接部を当
   接させて前記導電パッド上に塗布された半田を溶融させ
   前記電子部品を前記導電パッドに半田付けするようにな
   っていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記
   載のコンスタントヒート式ヒーター装置。