JPH09295133A - 超音波ハンダ付方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 超音波ハンダ付時にハンダ付面を損傷するこ
となく、効率よく良質なハンダ付を行う方法及び装置。 【解決手段】 ハンダ付面に対してハンダごて２０を接
近させながら接触させ、接触を検知したハンダごてをハ
ンダ付面より所定寸法離間させることにより、音場形成
領域を形成させる。ハンダ付装置は、機体側にスライド
作動可能に取り付けられ、超音波振動を印加されるハン
ダごてと、ハンダごての先端を加工物のハンダ付面に対
して接触又は離間させる方向にスライド駆動するアクチ
ュエータ２８とを設け、ハンダごてがハンダ付面に接触
したことを検出することにより、ハンダごての先端とハ
ンダ付面との間にハンダ付部に対して超音波振動を効率
よく付与するための微少間隙よりなる音場形成領域を形
成させるべくアクチュエータを作動させる検出装置を設
けてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は超音波ハンダ付方
法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来例えば太陽電池の電極部やブラウン
管等のアース取出端子取付部、スパッタリングターゲッ
ト板の予備ハンダ付等では、加工物のハンダ付面に対し
超音波印加中のハンダごてを用いて超音波ハンダ付する
方法が広く知られている。そしてこの超音波ハンダ付で
は溶解ハンダの付着面に対しハンダごての先端（チッ
プ）を押接し、又はハンダごての先端に溶解ハンダを付
着させ、ハンダ付面にハンダごての先端を押接させるこ
とによって行っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記のように超
音波振動中のハンダごての先端を常にハンダ付面に接触
させた状態でハンダ付すると、こてと加工物の相対移動
時等に加工物表面が損傷するほか、ハンダ付の品質の面
でも改善すべき点が残されていた。

【０００４】またこて先端をハンダ付面から離すと超音
波の振動エネルギーが溶解ハンダに十分に伝わらず、ハ
ンダ付効率及び品質の面で問題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めの本発明のハンダ付方法は、第１にハンダ付面に対し
超音波振動を印加させたハンダごて２０によりハンダ付
を行う方法において、上記ハンダ付面とハンダごて２０
の先端面の間に、ハンダ付部に対して超音波振動を効率
よく付与するための微小な間隙よりなる音場形成領域α
を形成させてハンダ付を行うことを特徴としている。

【０００６】第２にハンダ付面に対しハンダごて２０を
接近させながら接触させ、該接触を検知した後上記ハン
ダごて２０をハンダ付面より所定寸法離間させることに
より、音場形成領域αを形成させることを特徴としてい
る。

【０００７】また同様に本発明の装置は第１に機体側に
スライド作動可能に取り付けられ、超音波振動を印加さ
れるハンダごて２０と、該ハンダごて２０の先端を加工
物８のハンダ付面に対して接触又は離間させる方向にス
ライド駆動するアクチュエータ２８とを設けた装置にお
いて、上記ハンダごて２０がハンダ付面に接触した事を
検出することにより、ハンダごて２０の先端とハンダ付
面との間にハンダ付部に対して超音波振動を効率よく付
与するための微小間隙よりなる音場形成領域αを形成さ
せるべく前記アクチュエータ２８を作動させる検出装置
５３を設けてなることを特徴としている。

【０００８】第２に検出装置５３が、ハンダごて２０が
ハンダ付面に接触した際に作動するリミットスイッチで
あることを特徴としている。

【０００９】第３に検出装置５３が、ハンダごて２０が
ハンダ付面に接触した際の超音波発振回路の電気的変化
を検出するセンサーであることを特徴としている。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１〜図３は本発明の装置の全体
構成の概要を示しており、直方体形状の機体フレーム１
上には長方形のベース２が全体を覆うように載置固定さ
れ、該ベース２上の左方位置には２段階のスライドガイ
ド３，４を介して２段に重ねられたテーブル６，７が前
方への引き出しスライド可能に取り付けられている。

【００１１】このテーブル６，７は図３のように前方に
上下２段階的に引き出され、上面テーブル７上への加工
物（ワーク）８の載せ降ろしを行うとともに、ハンダ付
作業中はベース２上に押し込まれる。テーブル６，７は
定位置にスライド挿入された状態でベース２上のセンサ
ー１１により検出確認され、ストッパ９，アクチュエー
タよりなるクランパー１０，１０等により着脱自在に固
定される。

【００１２】上記加工物８を載置する上面テーブル７内
には加工物８の表面のハンダを溶解させる温度まで加熱
するヒーター（図示しない）を内蔵しており、この例で
は加工物８はスパッタリングターゲット板であり、その
表面に線状又は点状の予備ハンダ付を施すものであり、
加工物８の表面には予め溶解ハンダが載せられており、
又は後述するハンダごてに付着させてハンダ付を行うも
のである。

【００１３】上記テーブル７の後端側のベース２上に
は、左右方向（Ｘ軸方向）の駆動案内用のスライドゲー
ジ１２がベッド状に横設され、さらにテーブル７の右端
側には、上記スライドゲージ１２上に載置した左右スラ
イダ１３を介して前後方向（Ｙ軸方向）の駆動案内用の
スライドゲージ１４が左右方向スライド自在に且つ片持
状に支持されている。

【００１４】さらに該Ｙ軸スライドゲージ１４の左側面
には上下方向（Ｚ軸方向）のスライドゲージ１６が前後
スライダ１７を介して前後方向にスライド自在に取り付
けられており、この昇降スライドゲージ１６の左側面に
は昇降スライダ１８を介して後述するハンダごて２０を
備えたこてユニット１９が昇降スライド自在に取り付け
られている。２１はスライダ１３をスライドゲージ１２
に沿って左右動させるためのモータ、２２は同じくスラ
イダ１７をスライドゲージ１６に沿って前後動させるた
めのモータであり、昇降スライドゲージ１６内には昇降
スライダ１８を昇降駆動させるためのモータ（図示しな
い）等が内蔵されている。

【００１５】上記機構によりこてユニット１９は各スラ
イドゲージ１２，１４，１６に沿ってテーブル７の上方
において左右，前後，上下各方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向）
にスライド移動し、加工物８上面の所定位置においてハ
ンダ付を行うように取り付けられている。なお各スライ
ドゲージ１２，１４，１６におけるスライダのスライド
移動及び移動のガイド機構は、この種のものでは周知の
ものを使用するので説明を割愛する。

【００１６】前記昇降スライダ１８の右側面には正面視
でチャンネル状断面をなすホルダブロック２３が取り付
けられ、該ホルダブロック２３内には内部にリニアベア
リングを備えたリニアガイド２４を介してプレート状の
昇降ブロック２６が昇降スライド自在に取り付けられて
いる。該昇降ブロック２６の前端面にはブロック状の突
起をなすように連結突起２７が取り付け固定されてい
る。

【００１７】これに対し、ホルダブロック２３の天板２
３ａ側には上下方向の流体（エア）シリンダからなるア
クチュエータ２８が下向きに貫通して取り付け固定され
ており、その上下のストローク作動を行うボルトからな
るロッド２９の下端が連結されている。そして上記ロッ
ド２９の中間にはアクチュエータ２８と連結突起２７と
の連結長さをねじによって調節すべく、ロッド長を調節
するための調節ジョイント３１が介設されている。この
機構によりこてユニット１９は昇降スライドゲージ１６
に沿ってＺ軸方向に大きくスライドするのとは別に、ハ
ンダごて２０によるハンダ付作動時にリニアガイド２４
に案内されながらアクチュエータ２８によって限られた
ストロークで昇降駆動される。

【００１８】また前記昇降ブロック２６上方及び下方位
置に対応するホルダブロック２３の天板２３ａ，底板２
３ｂには、先端に付設した皿状のスプリング受け３２が
互いに昇降ブロック２６の上下端面中心に向かって突出
するように、ロックナット３４付のプッシュボルト３３
がそれぞれねじ込まれており、上記各スプリング受け３
２と昇降ブロック２６の上下端面側との間には緩衝用の
スプリング３６が介挿されている。このスプリング３６
によりこて２０の先端が加工物８の表面に接触する時の
衝撃が緩和される。

【００１９】上記昇降ブロック２６の下端には右側面側
にＬ字形をなして突出するプレートからなるユニット受
け３７が略水平に取り付けられ、該ユニット受け３７上
に前記こてユニット１９が取り付けられている。

【００２０】前記ユニット受け３７上には４枚のプレー
ト状の調節テーブル３８〜４１が重ねて取り付けられ、
これらのテーブル間においてはＸ軸及びＹ軸方向のねじ
調節式のアジャスタ４２，４３により最上段のテーブル
４１がユニット受け３７に対して平面上の位置を微調整
できる様にテーブル重ね面にスライド機構（図示しな
い）を設けている。

【００２１】この調節はハンダ付作業前にハンダごて２
０の先端を加工物８のハンダ付パターンの基準位置に予
め微調整して合わせておくためのものであり、４４，４
６はこれらの調節されたテーブル位置をロックするため
のロックボルトである。

【００２２】一方ハンダごて２０は上記最上段の調節テ
ーブル４１に取り付けられるが、下端のこて部２０ａに
は加熱用のヒーター（図示しない）を内蔵付設してお
り、上端には超音波振動子４７が取り付けられ、こて部
２０ａに超音波振動が与えられる機構となっている。そ
して上記振動子部分は角筒状のケーシング４８内に収容
され、ケーシング４８下端に嵌合固定されたスリーブ状
のケースエンド４９内に上下方向に取り付け固定されて
いる。

【００２３】上記ケースエンド４９の後方にはプレート
状の取付アーム５１が突設され、該取付アーム５１の後
端は下向きに突出した嵌合部５１ａを構成するととも
に、該嵌合部５１ａには左右方向のスリット５１ｂが形
成され、嵌合部５１ａは最上段の調節テーブル４１上面
に形成された左右方向の溝４１ａに差し込み嵌合されて
いる。

【００２４】上記スリット５１ｂには上方より回動レバ
ー５２ａ付のセットボルト５２が挿通され、取付アーム
５１が所定位置に差し込まれた状態で該ボルト５２によ
り調節テーブル側に締着セットされる。即ちハンダごて
２０はハンダ付の規模やパターン等に応じた大きさ、形
状のものを自由に着脱交換できる機構になっている。

【００２５】上記機構においてハンダごて２０は加工物
８上面のハンダ付面上の所定位置に移動して、アクチュ
エータ２８によりこて部２０ａの先端を溶解ハンダ上に
加工せしめてハンダ付するが、この下降時にこて部２０
ａの先端チップがハンダ付面に接触した時に接触を感知
するリミットスイッチからなる検出装置５３が設けられ
ている。

【００２６】即ち、このリミットスイッチ５３は取付ブ
ロック２３の背面端下方位置にブラケット５４を介して
上向きに取り付けられ、これに対応する昇降ブロック２
６の背面端には同じくブラケット５６を介してマイクロ
メータからなるアジャスタ５７が下向きに取り付けられ
ている。そしてハンダ付時において昇降ブロック２６が
下降してマイクロメータ５７のロッド下端がリミットス
イッチ５３の先端に当接してリミットスイッチ５３が作
動するタイミングと、こて部２０ａの下端が加工物８の
ハンダ付面に接触するタイミングとが一致するように、
上記マイクロメータ５７のロッドの突出位置が予め微調
節される。

【００２７】上記リミットスイッチ５３が作動すると、
バルブ制御によりアクチュエータ２８を僅かに微小作動
させハンダごて２０を微動上昇させる。この上昇量α
（図８参照）はハンダごて２０の先端面と加工物８のハ
ンダ付面との間で、その間隙内にある溶解ハンダに最も
効率よく超音波振動によるキャビテーションを発生させ
るための間隙（音場形成領域）を形成するものである。
そしてこの音場形成領域αは付着させるべき溶解ハンダ
の厚みや幅，超音波振動の振幅，振動数，ハンダの種類
等の諸条件に応じて例えば１０〜５００μｍの範囲で最
適間隙を調節設定されるものである。

【００２８】したがってハンダ付の条件が特定されれば
概ねそのハンダ付の音場形成領域αが経験的に定まり、
この音場形成領域を超えた間隙下では超音波振動による
ハンダ付におけるエネルギー効率が低下し、ハンダ付の
品質も低下する。

【００２９】上記の例では音場形成領域αを形成し終わ
るまではハンダごて２０に超音波振動を印加する必要は
なく、音場形成領域αを形成した後に振動子４７を作動
させれば良い。

【００３０】また上記実施形態では、ハンダごて２０の
先端がハンダ付面に接触するのを検出する検出装置５３
としてリミットスイッチとこの作動タイミングを調節す
るマイクロメータ５７をアジャスタとして設けたが、こ
れらの検出装置の代わりに、図９に示すように超音波振
動子４７に振動を発生させるための高周波電源６１とア
ンプ６２及び超音波振動子４７との回路中に、検出装置
５３として電流計，電圧計又は位相計等からなるセンサ
ーを介設してもよい。

【００３１】この方式によればハンダごて２０の先端が
加工物８のハンダ付面に接触した時の超音波発振回路の
インピーダンス変化を検出させ、この検出信号により上
記のようにアクチュエータ２８によってハンダごて２０
を所定量上昇させることによって音場形成領域αを形成
させることが可能である。この例では超音波振動子４７
はハンダごて２０の下降中から少なくともハンダごて２
０がハンダ付面に接触して検出装置５３による検出が終
了するまでは、超音波振動させておく必要がある。

【００３２】その他図１に示すように、こてユニット１
９の近傍にはハンダ付部分の作業状態をモニタ撮影する
モニタカメラ６３が下向きに設置されており、このモニ
タカメラ６３はＹ軸スライドゲージ１４のＹ軸スライダ
１７より左側に突出するように取り付けた取付アーム６
４（図１及び図６参照）の先端に取り付けられている。
上記モニタカメラ６３で撮影された作業状態はベース２
上の右端側に載置されたモニタ画面６６で表示される。

【００３３】また上記ベース２の上部外周縁上方には、
ハンダ付作業部の環境室を形成するハウスフレーム６７
が取り付けられ、テーブル７の左右端側にはエリアセン
サ６８が形成されている。

【００３４】

【発明の効果】以上のように構成される本発明の方法及
び装置によれば、従来のハンダごてをハンダ付面に接触
させてハンダ付作業を行う超音波ハンダ付のように、ハ
ンダ付面を損傷することがないだけでなく、音場形成領
域を設けることで超音波振動のエネルギー効率もよく、
ハンダ付の品質も向上するという利点を備えている。

【００３５】またハンダ付作業前に一旦加工物のハンダ
付面にハンダごて先端を接触させ、これを検出装置で検
出することにより上記音場形成領域を形成させるべくハ
ンダごてをハンダ付面より離間させるので、例えばハン
ダごて先端とハンダ付面との距離を測定しながら所定間
隙に調整する方法等に比して音場形成領域の寸法形成が
容易で且つ正確である。

【図面の簡単な説明】

【図１】ハンダ付装置の全体正面図である。

【図２】ハンダ付装置の全体平面図である。

【図３】ハンダ付装置の全体右側面図である。

【図４】ハンダ付装置の要部拡大正面図である。

【図５】ハンダ付装置の要部拡大左側面図である。

【図６】ハンダ付装置の要部拡大背面図である。

【図７】ハンダ付装置の要部拡大平面図である。

【図８】ハンダ付装置における音場形成領域を示す説明
用正面図である。

【図９】他の実施形態を示すハンダ付装置要部のブロッ
ク配線図である。

【符号の説明】

８ 加工物（ワーク） ２０ ハンダごて ２８ アクチュエータ ５３ 検出装置

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハンダ付面に対し超音波振動を印加させ
   たハンダごて（２０）によりハンダ付を行う方法におい
   て、上記ハンダ付面とハンダごて（２０）の先端面の間
   に、ハンダ付部に対して超音波振動を効率よく付与する
   ための微小な間隙よりなる音場形成領域（α）を形成さ
   せてハンダ付を行う超音波ハンダ付方法。
2. 【請求項２】 ハンダ付面に対しハンダごて（２０）を
   接近させながら接触させ、該接触を検知した後上記ハン
   ダごて（２０）をハンダ付面より所定寸法離間させるこ
   とにより、音場形成領域（α）を形成させる請求項１の
   超音波ハンダ付方法。
3. 【請求項３】 機体側にスライド作動可能に取り付けら
   れ、超音波振動を印加されるハンダごて（２０）と、該
   ハンダごて（２０）の先端を加工物（８）のハンダ付面
   に対して接触又は離間させる方向にスライド駆動するア
   クチュエータ（２８）とを設けた装置において、上記ハ
   ンダごて（２０）がハンダ付面に接触した事を検出する
   ことにより、ハンダごて（２０）の先端とハンダ付面と
   の間にハンダ付部に対して超音波振動を効率よく付与す
   るための微小間隙よりなる音場形成領域（α）を形成さ
   せるべく前記アクチュエータ（２８）を作動させる検出
   装置（５３）を設けてなる超音波ハンダ付装置。
4. 【請求項４】 検出装置（５３）が、ハンダごて（２
   ０）がハンダ付面に接触した際に作動するリミットスイ
   ッチである請求項３の超音波ハンダ付装置。
5. 【請求項５】 検出装置（５３）が、ハンダごて（２
   ０）がハンダ付面に接触した際の超音波発振回路の電気
   的変化を検出するセンサーである請求項３の超音波ハン
   ダ付装置。