JPH10137930A - 半田吐出方法およびその吐出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノズルから吐出した半田の酸化を防止し、安
定的に所定量の半田吐出が可能な半田吐出方法およびそ
の吐出装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 シリンジ３、４の中に充填貯蔵された半
田１を、コントローラ２５、ドライバー２４により制御
されるパルスモータ２３の駆動によるプランジャー２の
移動により圧送するようにし、半田の酸化を防止するた
めにノズル７周辺に窒素ガスなどの不活性ガスや還元ガ
スを噴出させ、パルス量に応じたプランジャー２の移動
体積分に相当する量の半田１をノズル７から吐出する構
成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器に使用さ
れる電子部品などへ部分的に溶融半田を塗布させる半田
吐出方法およびその吐出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、各種の塗布材料をシリンジ内に投
入して充填貯蔵し、エアー圧送によりその材料を吐出さ
せる、いわゆるディスペンサー方式の吐出装置が工業的
に数多く利用されており、このようなディスペンサー方
式で溶融半田を吐出する従来の半田吐出装置について図
面を用いて説明する。

【０００３】図３は従来の半田吐出装置の構成を示す要
部断面図である。図３において、ヒーター５２と加熱温
度検出用の熱電対５０の先端を埋設したヒーターブロッ
ク４２の下端部に、耐熱および耐蝕性のステンレスなど
の金属材あるいはセラミック材などでなるノズル４３を
装着し、上端部に密封のためのシール４４を介して中央
にエアー圧送チューブ４６を固定具４９により保持した
配管継手４８を装着した蓋４５を設置し、ホルダー４７
により保持固定されたステンレスの金属材などでなるシ
リンジ４１の先端を挿入して取付ける。

【０００４】そして、シリンジ４１の内部に半田５１を
投入して充填貯蔵し前記ヒーター５２による加熱により
半田５１を溶融状態にし、エアー圧送チューブ４６から
圧送されたエアー圧力で溶融半田５１を加圧しノズル４
３の先端から溶融半田５１を吐出するように構成された
ものであった。

【０００５】またシール４４はゴム材質のＯリングで構
成されているため、シール４４の取付け部はシール４４
の耐熱温度以下にする必要があり、ヒーターブロック４
２および溶融半田５１の湯面（表面）から所定の距離を
設けた構成としたものであった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の構成では、
半田５１の供給量の差、および半田５１が使用され残量
が少ない場合とにより水頭差が発生し、吐出圧力、吐出
時間が同一条件であっても吐出量に差が発生した安定し
た半田吐出が困難であった。

【０００７】また、エアー圧力により半田５１を吐出さ
せるため、例えば０．０１秒程度の吐出時間が極端に短
い場合、シリンジ４１内の空間の体積差により、空間に
気体を圧送させる時間、および一定圧力になるまでの時
間が無視できなくなり、タイミングの遅れが生じるため
半田５１の吐出量にバラツキが発生する。

【０００８】また、ノズル４３の内径を大きくして半田
５１の吐出量が多い場合には空気による酸化の影響は小
さいが、極微量の例えばノズル内径φ１００μｍで、半
田０．１mgを吐出させる場合は、吐出した半田５１は約
０．１３mm³の球状となり、半田表面の酸化の影響が無
視できず、半田付けが良好にできない。さらに、ノズル
４３の内面にも酸化物が付着し、実質的にノズル４３の
内径が小さくなり、溶融半田５１を正確に吐出できない
という課題を有していた。

【０００９】また、シリンジ４１内に圧送されたエアー
の気密を保持するためにシール４４にゴム材質のＯリン
グを使用しており、シリンジ４１を長くし、半田５１の
投入量を少なくして、Ｏリングのシール４４とヒーター
５２による加熱源との距離を長くして熱が伝導するのを
防止する必要があり、半田５１を投入して充填貯蔵する
容積の割にはシリンジ４１を大きくしなければならない
という課題を有しており、極微量の溶融半田吐出には半
田の酸化を防止する機構が要求されている。

【００１０】本発明は、従来の課題を解決しようとする
ものであり、小型の装置で、極微量の半田を酸化させる
ことなく、所定量を安定的に吐出できる半田吐出方法お
よびその吐出装置を提供することを目的とするものであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明による半田吐出方法およびその吐出装置は、半
田を溶融するための加熱機構、その溶融半田を充填貯蔵
するシリンジ部、溶融半田を吐出させるシリンジの先端
に装着したノズル部、ノズル周辺に窒素ガスなどの不活
性ガスあるいは還元ガスを噴出してその周囲雰囲気の酸
素を遮断し、ノズルより吐出された溶融半田の酸化を防
ぐ酸化防止機構、所定量の溶融半田を吐出するため溶融
半田内に挿入したプランジャー、プランジャーを駆動さ
せるパルスモータとそのコントローラ部、およびプラン
ジャーにより圧縮された溶融半田がシリンジからの漏洩
を防止するシール部により構成され、シリンジ内に投入
し充填貯蔵された半田を溶融した後に、溶融半田内にプ
ランジャーを駆動して挿入することにより、半田を窒素
ガスなどの不活性ガスや還元ガスなどで半田を酸化させ
ない雰囲気中に、溶融半田をノズルから吐出させるもの
であり、極微量の半田を酸化させることなく、所定量の
半田を安定的に吐出することが可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１記載の発明は、
シリンジ内に充填貯蔵した半田を溶融した後、その溶融
半田内にプランジャーを挿入して押圧移動させ、充填貯
蔵された溶融半田を窒素ガスなどの不活性ガスや還元ガ
スなどによる半田を酸化させない雰囲気中でノズルから
吐出させる半田吐出方法としたものであり、半田の酸化
を防止し吐出量を安定させるという作用を有する。

【００１３】請求項２に記載の発明は、パルスモータの
駆動によりプランジャーを移動させ、パルス量に応じた
量だけ半田を吐出させる請求項１に記載の半田吐出方法
としたものであり、半田の吐出量を精度よく制御できる
という作用を有する。

【００１４】請求項３に記載の発明は、プランジャーの
移動量の１０〜５０％をプランジャーの移動方向とは反
対方向に引き上げるようになしたものであり、基板表面
の状態に応じて半田量を一定にする作用を有する。

【００１５】請求項４に記載の発明は、半田を溶融する
ための加熱機構、その溶融半田を貯蔵するシリンジ部、
溶融半田を吐出させるシリンジの先端に装着したノズル
部、ノズル周辺に窒素ガスなどの不活性ガスあるいは還
元ガスを噴出してその周囲雰囲気の酸素を遮断しノズル
より吐出された溶融半田の酸化を防ぐ酸化防止機構、所
定量の溶融半田を吐出するため溶融半田内に挿入したプ
ランジャー、プランジャーを駆動させるパルスモータと
そのコントローラ部、およびプランジャーにより圧縮さ
れた溶融半田のシリンジからの漏洩を防止するシール部
により構成された半田吐出装置としたものであり、半田
の酸化と酸化物の付着を防止し吐出量と吐出動作を安定
させるという作用を有する。

【００１６】請求項５に記載の発明は、シール部の材質
がグラファイト、または主成分のグラファイトにボロン
ナイトライドを添加した材料でなる請求項３に記載の半
田吐出装置としたものであり、高温でのシール特性と潤
滑性が向上しプランジャー動作が円滑になるという作用
を有する。

【００１７】以下、本発明の実施の形態について、図面
を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態におけ
る半田吐出装置の構成を示す部分断面構造概念図、図２
は同要部を示す拡大断面図である。

【００１８】図１、図２において、３、４は耐熱および
耐蝕性で半田と合金化しないステンレスの金属材やセラ
ミック材などでなるシリンジであり、シリンジ３、４か
らの熱を遮断する断熱材３５を介して金属材などでなる
ホルダー３６によりベース２２に固定され、内部が漏斗
状の孔でなる下部のシリンジ４と内部が円筒空洞でなる
上部のシリンジ３がシール１１を介して分割可能に密着
結合しており、その内部に非溶融あるいは溶融した半田
１を投入して充填貯蔵している。

【００１９】２は溶融半田１内に挿入され半田１を押圧
すなわち圧送するシリンジ３、４と同材質でなるプラン
ジャーであり、本体を構成する金属材の取付ベース２１
に取り付けられた金属材のベース２２に設置されたスラ
イドレース３２上を摺動するスライドユニット３３に取
付けられたホルダー３４の一端に固定されており、その
ホルダー３４の一端に断熱材３０とボールネジフランジ
２９を回転しながら挿通し、軸受２８で回転自在にベー
ス２２に保持されたボールネジ３１の一端に緩衝用のカ
ップリング２７を介してブラケット２６によりベース２
２に取付けられ、コントローラ２５とドライバー２４に
より制御し駆動されるパルスモータ２３の回転軸に結合
されており、設定したパルス量に応じてシリンジ３、４
内を移動する。

【００２０】シリンジ３、４には半田１を加熱溶融する
ためのヒーター１２が埋設されており、シリンジ４の下
部には溶融半田１を所定かつ微量吐出するシリンジ３、
４と同材質でなるノズル７、ノズル７を保持するスリー
ブ８、スリーブ８を締付け固定するスリーブ押え６、ノ
ズル７の温度降下を防止し窒素ガスなどの不活性ガスや
還元ガスをノズル７の周囲に噴出維持するためのノズル
保護ブロック５、ノズル７の周辺部の温度を測定する熱
電対１０、そしてシリンジ４の下部外周に吐出部全体の
周囲雰囲気を保護維持するカバー９が取付けられてい
る。

【００２１】シリンジ３の上部には、プランジャー２の
摺動を円滑にし、かつ溶融半田１を外部に漏洩させない
ための耐熱、耐蝕性のシール１３、シール１３を固定あ
るいは保持するシール押え１４、半田１を供給投入する
半田供給口１６およびそのキャップ１５が設置されてい
る。

【００２２】１７、１８は窒素ガスなどの不活性ガスや
還元ガスを導入し送出する所定のガス導入口であり、１
９、２０は前記と対応連結し窒素ガスなどの不活性ガス
や還元ガスを挿通させ、所定周囲に噴出拡散させるため
の空洞である。

【００２３】次にまず、半田１の供給について説明す
る。プランジャー２はパルスモータ２３の駆動によりあ
らかじめ図１ａの位置まで上昇させて保持する。

【００２４】そして、熱電対１０で温度を測定しコント
ロールするヒーター駆動部（図示せず）により駆動され
るヒーター１２により、半田１が溶融する温度までシリ
ンジ３、４を加熱する。例えば、半田１として融点２９
５℃の高温半田を使用する場合は、半田供給口１６付近
の温度降下を考慮し、前記の温度設定を３５０℃〜４０
０℃とする。この時、設定温度が低すぎると半田１を供
給する場合に半田供給口１６付近で半田１が固溶体状態
になり、半田１の粘度が高くなり円滑に半田１を供給す
ることができない。

【００２５】また、設定温度が高すぎると半田１の粘度
が低くなり供給しやすいが、半田１の酸化が進行し、シ
リンジ３、４内部に酸化物が堆積するため正確かつ安定
した半田吐出ができなくなるため、より好ましい設定温
度は３８０℃位である。

【００２６】なお、半田１を高温半田による場合で説明
したが、共晶半田でも他の半田でもよく、その設定温度
は使用する半田の融点に合わせて最適な設定にすること
が望ましい。

【００２７】次にキャップ１５を取り外した半田供給口
１６に線状の半田１を順次投入する。半田１はシリンジ
３、４の内部で溶融し、半田１は溶融された状態で充填
貯蔵される。投入を継続して供給量を増やしていくとや
がて半田供給口１６から半田１があふれ出る。そこでプ
ランジャー２を図１ｂの位置まで降下させ、あふれた状
態でキャップを締め付けるとそのネジ部の隙間にも半田
１が充填され内部に気泡が残らない。

【００２８】次にプランジャー２の移動について説明す
る。プランジャー２は前記で説明したように、ホルダー
３４に取付けられており、ホルダー３４は断熱材３０を
介し、ボールネジフランジ２９と連結されている。ここ
でボールネジフランジ２９の取付けに断熱材３０を介し
ているのは、ヒーター１２により加熱されたシリンジ
３、４の熱がホルダー３４からの熱伝導によりボールネ
ジ３１が熱膨張をしてピッチが変化するのを防止するた
めである。

【００２９】断熱材３０の材料としては、機械的強度を
保ち、かつ熱伝導率の低いマイカ系セラミックを使用し
ているが、断熱性、耐蝕性があれば他の材料を使用して
もかまわない。

【００３０】また、ボールネジ３１のピッチは微小量移
動させるのに有利なように１mmのものを使用し、パルス
モータ２３のドライバー２４は高分解能を得るため、１
／４００の分解能を持つものを使用した。例えば、コン
トローラ２５から４０パルスの入力を印加するとドライ
バー２４で４０／４００＝０．１パルスの信号がパルス
モータ２３に送出され、パルスモータ２３のステップ角
を０．７２度とするとボールネジは０．１×０．７２度
＝０．０７２度分だけ回転する。

【００３１】つまり、ピッチ１mmのボールネジ３１では
プランジャー２は０．２μｍ移動する。例えば、プラン
ジャー２の直径を１０mmとすると半田１の体積は、１．
６×１０^-5cm³だけ増加し、この体積に相当するだけの
半田１がノズル７の先端から吐出される。但し、半田１
を空気中に吐出する場合にはほぼ前記の値となるが、実
際に基板などに微量の半田付けをする場合は、基板表面
の濡れ性、および表面張力などによりノズル７内の半田
１が引き出され、所定の半田量よりも多く付着する。

【００３２】これらを防止するため、プランジャー２は
入力パルス量に相当する移動量を移動し押圧したのち、
入力パルス量の１０％〜５０％の移動量分を引き上げす
なわち戻すことにより半田の切れをよくしている。

【００３３】つまり、半田付着量が多い時には引き上げ
量を多くし、反対に半田付着量が少ない時には引き上げ
量を少なくするようにプログラムしておくのである。前
記実施の形態のように１．６×１０^-5cm³程度の吐出量
では引き上げ量として、２０％〜３０％の範囲である。

【００３４】以上のように、半田１の吐出量は移動し挿
入押圧されたプランジャー２の体積に相当する量で決め
られるため、従来のエアー圧縮方式、いわゆるエアーデ
ィスペンサー方式とは異なりシリンジ内の半田残量によ
る水頭差がでないため、より安定に吐出することができ
る。

【００３５】次に、半田１を貯蔵しておくシリンジ部に
ついて説明する。前記で説明したようにシリンジ３、４
には半田１を溶融するためのヒーター１２を埋設してお
り、熱電対１０で温度を測定し最適な温度にヒーター１
２をコントロールしている。例えば、半田１として融点
２９５℃の高温半田を使用すると、ヒーター１２の設定
温度を３５０℃〜５００℃にすることにより、ノズル７
の先端部での温度降下、およびノズル７から吐出された
半田１が基板に付着するまでの温度降下を考慮しても十
分半田付けすることができる。より好ましくは４００℃
〜４５０℃の範囲である。

【００３６】また、ノズル７の先端部の温度降下をでき
るだけ抑えるためと、ノズル７の先端部に窒素ガスなど
の不活性ガスや還元ガスの雰囲気をつくるためにノズル
保護ブロック５をシリンジ４の下部に取付けており、ま
た、ノズル保護ブロック５にはシリンジ３、４に設けら
れた前記ガスの導入送出用のガス導入孔１７に接続連結
した空洞１９および空洞１９ａを形成し、導入送出され
た前記ガスがノズル７周辺に均一に噴出されるようにさ
らに、円形状の空洞１９ｂを形成している。

【００３７】これにより導入送出された前記ガスはシリ
ンジ３、４で加熱され高温状態になり、シリンジ４とノ
ズル保護ブロック５の空洞１９にも満たされ、ノズル保
護ブロック５、およびノズル７の温度降下を防止すると
いう効果もある。

【００３８】シリンジ４の下端外周にはカバー９を取付
けており、シリンジ３、４に設けられた前記ガスのガス
導入孔１８から導入送出された前記ガスは、ノズル保護
ブロック５とカバー９でなる空間部１９ｃに空洞２０を
経由して噴出して満たされ、空気すなわち酸素を遮断す
ることができるため、ノズル７から吐出された半田１の
酸化を防止している。

【００３９】次にシール部の動作について説明する。本
発明はプランジャー２の移動量による体積相当分で半田
１に圧力を印加して半田１を吐出する構成のため、シー
ル部は重要な構成要素である。つまり、シール部の機密
性、および半田１を投入して充填貯蔵したとき、半田１
の内部、あるいは半田１とシリンジ３、４の界面に気泡
ができると、プランジャー２を移動して半田１に圧力を
加えたとき、気泡があれば気泡が圧縮されて正確な吐出
が出来なくなるが、装置の構成上シール１１、１３は必
要である。

【００４０】まず、シリンジ３、４内部の清掃を容易に
するためシリンジ３とシリンジ４の二つに分割できか
つ、密着結合する構造としている。したがって接合部に
シール１１を用いているが、この部分は３５０℃〜５０
０℃の高温にさらされるので、樹脂系のシール１１は使
用できない。

【００４１】このため厚さ０．１mmのグラファイトシー
トをリング状に形成加工したシール１１を使用した。厚
さが０．１mmのため接合部での空間が少なく、半田界面
での気泡が少なくなると共に、グラファイトの耐熱性に
より、半田１の溶融に必要な温度５００℃でも劣化する
ことなく十分に耐えられる。

【００４２】次にプランジャー２のシール部について説
明する。シール１３の機能としては、プランジャー２が
円滑に移動できる潤滑性を有することや、プランジャー
２との間に隙間が出来ないことが必要であり、さらに、
５００℃程度の高温に対し劣化しないことなどがあげら
れる。

【００４３】これらの要求機能に対して、グラファイト
を使用することにより対応できる。シール１３はグラフ
ァイトシート、あるいはその粉末をあらかじめ所定の筒
状に成形し、それをシリンジ３とプランジャー２との間
にセットした後、シール押え１４でさらに加圧すること
により、シール１３がシリンジ３とプランジャー２によ
り密着した構造にすることができる。

【００４４】所定の加圧はシール押え１４の固着ボルト
１４ａを締め付けるだけで簡単にできる。グラファイト
の材料は結晶構造上潤滑性を有しているため、プランジ
ャー２が円滑に移動することができるのであり、また、
さらにより潤滑性を向上させるためには固体で潤滑性の
あるボロンナイトライドを添加することにより、潤滑性
の効果をより高めることができる。

【００４５】

【発明の効果】以上のように本発明による半田吐出方法
およびその吐出装置は、極微量の半田吐出でも、パルス
量の設定により容易に吐出できると共に、半田が酸化さ
れることなく極微量の半田付けを安定して行えるもので
あり、さらにシール部を耐熱、耐蝕性のあるグラファイ
ト材料を使用したことにより、シリンジ内容積の全てに
半田を貯蔵できるため、ディスペンサー方式の装置に比
べシリンジ部は従来の約１／２程度に小型化することが
可能であるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における半田吐出装置の構
成を示す部分断面構造概念図

【図２】同要部を示す拡大断面図

【図３】従来の半田吐出装置の構成を示す要部断面図

【符号の説明】

１ 半田 ２ プランジャー ３ シリンジ ４ シリンジ ５ ノズル保護ブロック ６ スリーブ押え ７ ノズル ８ スリーブ ９ カバー １０ 熱電対 １１ シール １２ ヒーター １３ シール １４ シール押え １４ａ 固着ボルト １５ キャップ １６ 半田供給口 １７ ガス導入口 １８ ガス導入口 １９ 空洞 １９ａ 空洞 １９ｂ 空洞 １９ｃ 空間部 ２０ 空洞 ２１ 取付ベース ２２ ベース ２３ パルスモータ ２４ ドライバー ２５ コントローラ ２６ ブラケット ２７ カップリング ２８ 軸受 ２９ ボールネジフランジ ３０ 断熱材 ３１ ボールネジ ３２ スライドレール ３３ スライドユニット ３４ ホルダー ３５ 断熱材 ３６ ホルダー

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンジ内に充填貯蔵した半田を溶融し
   た後、その溶融半田内にプランジャーを挿入して押圧移
   動させ、充填貯蔵された溶融半田を不活性ガスあるいは
   還元ガス雰囲気中でノズルから吐出させる半田吐出方
   法。
2. 【請求項２】 パルスモータの駆動によりプランジャー
   を移動させ、パルス量に応じた量だけ半田を吐出させる
   請求項１に記載の半田吐出方法。
3. 【請求項３】 前記プランジャーの移動量の１０〜５０
   ％をプランジャーの移動方向とは反対方向に引き上げる
   ようになした請求項２記載の半田吐出方法。
4. 【請求項４】 半田を溶融するための加熱機構、その溶
   融半田を貯蔵するシリンジ部、溶融半田を吐出させるシ
   リンジの先端に装着したノズル部、ノズル周辺に不活性
   ガスあるいは還元ガスを噴出してその周囲雰囲気の酸素
   を遮断しノズルより吐出された溶融半田の酸化を防ぐ酸
   化防止機構、所定量の溶融半田を吐出するため溶融半田
   内に挿入したプランジャー、プランジャーを駆動させる
   パルスモータとそのコントローラ部、およびプランジャ
   ーにより圧縮された溶融半田がシリンジからの漏洩を防
   止するシール部により構成された半田吐出装置。
5. 【請求項５】 シール部の材質がグラファイト、または
   主成分のグラファイトにボロンナイトライドを添加した
   材料でなる請求項３に記載の半田吐出装置。