JPS61235065A - レ−ザ半田付け制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、基板上に電子部品を半田付けする装置に関し
、特に個々の部品ごとに、最適な半田付は条件を自動的
に設定する制御方法に係る。

従来技術 例えば、特開昭５８．−１６１３９６号の発明は、半田
付けの熱源としてレーザビームを用い、レーザのエネル
ギーやその照射時間、および線状の半田の供給速度、タ
イミングなどを予め設定し、標準的なシーケンスに基づ
いて、プログラム制御を実行している。

ところが、このようなプログラム制御では、同一品種の
電子部品でも、加熱部分の熱容量が製品のばらつきによ
って、変化すると、標準的なプログラム制御では、個々
の製品に最適な半田付けが不可能となり、半田付は状態
にばらつきが生じる。

また、半田付は対象の種類が変化すると、それに応じて
、半田付は条件が変化するため、プログラム制御は、そ
の都度変更されなければならない。

このようなプログラム内容の変更は、制御を複雑にする
他、多品種少量生産の生産方式に適合しない。

発明の目的 したがって本発明の目的は、半田付は対象の熱的な条件
を実際の半田付は過程で製品ごとに測定し、その測定結
果に基づいて最適な半田付は条件を設定できるようにす
ることである。

発明の概要 そこで、本発明は、熱源としてレーザビームを採用し、
このレーザビームにより半田付は対象のプリン）Ｍ板お
よび電子部品のリード線の半田付は部分を加熱し、この
加熱と並行して、半田付は部分、つまり被加熱部分に加
熱状態の線状の半田を自動的に供給する過程において、
被加熱部分の温度を加熱初期に測定し、その温度上昇か
ら単位時間当たりの温度上昇勾配を算出し、この温度上
昇勾配に基づいて経験的に最適な半田付は条件、特にレ
ーザビームのエネルギーや半田の供給時点およびその速
度を演算により算出し、その算出結果に基づいて最適な
半田付は条件を設定するようにしている。

上記の温度上昇勾配は、個々の半田付は対象ごとに、そ
の加熱過程の初期に測定される。したがって、半田付は
対象の熱容量が変化し、また実際の半田付は条件が変化
した場合においても、半田付は条件は、プリント基板お
よび電子部品に悪い熱的な影響を与えない範囲で、最も
適切な条件の範囲に設定される。このような最適な半田
付は条件は、実際の被加熱部分の温度上昇によって検出
されるから、従来のプログラム制御に比較して、良好な
再現性のもとに、個々の半田付は対象ごとに、最適な半
田付けを可能とする。

半田付は装置の構成 以下、本発明を図に示す一実施例に基づいて具体的に説
明する。

まず第１図は、本発明の前提となる半田付は装置ｌの構
成を示している。この半田付は装置ｌは、ｃｐｕ、シー
ケンサなどの主制御装置２を備えている。この主制御装
置２は、レーザ発振器３を制御するレーザ制御器４、半
田供給機５を制御する供給制御器６、温度センサー７お
よびＮＣ制御装置８に接続されている他、入力装置９、
ディスプレイ１０および外部メモリ１１にも接続されて
いる。

上記レーザ発振器３は、固体レーザ例えばＹＡＧ（イツ
トリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザによるレ
ーザビーム１２を発生し、光ファイバ１３、および集光
ヘッド１４を経て半田付は対象のプリント基板１５の半
田付は部分、および電子部品１６の半田付は部としての
リード線１７に照射する。また半田供給機５は、送りロ
ーラなどを備えており、線状の半田１８を半田付は部分
に供給する。また温度センサー７は、光ファイバなどの
先端の温度検出端１９によって、被加熱部分つまり半田
付は部２ｏの赤外線を検知し、その温度情報を上記主制
御装置２に送る。また上記ＮＣ制御装置８は、制御対象
のプリント基板１５のＸ−Ｙ平面上の位置決め、上記集
光ヘッド１４および温度検出端１９のＺ軸上の位置決め
送り運動を行うことによって、それらの相対的な位置決
めを行う。

次に、第２図は半田付は部分を示している。リード線１
７は、プリント基板１５の礼状の半田付は部２０に挿入
されている。そして、上記レーザビーム１２は、集光へ
ラド１４がら発射され、リード線１７および半田付は部
２ｏを同時に加熱し、さらに送り込まれた半田１８をも
加熱する。なお、半田１８の先端位置は、位置センサー
２１によって検出され、主制御装置２の入力情報となる
。

発明の構成 さて、本発明のレーザ半田付は制御方法は、主制御装置
２のプログラムによって実行される。

第３回はその制御方法の順序を示しており、また第４図
は、その制御時の温度変化を他の制御条件との関連で示
している。さらに、第５図は、半田１８の送り量（距離
）を示している。

まず、このプログラムの開始後、ステップ■で初期値が
入力される。ここで必要な初期値は、下記の通りである
。　　　゛ 半田直径：ｄ レーザパワー：Ｐ レーザパワーの適正範囲：ｐ、、ｐ。

温度上昇勾配の最小値：ａ１ 温度上昇勾配の最大値二ａ２ 半田の供給量；Ｑ０＝πａ　　−Ｌｏ／４待機時の半田
先端と半田点との距離：Ｄ０待機時の半田先端と位置セ
ンサーとの距離：Ｄ、（０〜１０鶴程度の範囲） 半田の１次戻し距離＝Ｄ３ 半田の２次戻し速度：■。

半田付は部到着時の半田の温度：Ｔａ 半田付は部の半田完了時の温度：Ｔｂ なお上記式中のり。は、適正箪田付は時の供給量である
。

このような初期値が入力された後、次のステップ■で、
レーザ発振器３がオンの状態に設定される。これによっ
て、レーザ発振器３は、初期に設定されたレーザパワー
Ｐのもとに、レーザビーム１２を発生し、これを光ファ
イバ１３、集光へラド１４を経て半田付は部２０に照射
する。このとき、半田付は部２０の温度Ｔは、時間ｔの
経過とともに、はぼ直線的に上昇する。このときの半田
付は部２０の温度は、加熱の初期に温度センサー７によ
って検出され、その温度Ｔを含む情報として主制御装置
２に送りこまれる。

そこで、主制御装置２は、ステップ■で、加熱過程の初
期に、微小時間Δｔの間に、上昇温度ΔＴを測定し、そ
れらの比の関係から、温度上昇勾配ａ（ａ＝Δｔ／ΔＴ
）を演算によって求め、その求めた温度上昇勾配ａにも
とづいて、続くステップ■でレーザパワーＰの適否の判
断を行う。このような判断は、予め設定されたその最小
値ａ。

および最大値ａ２を用い、ａ、≦ａ≦ａ２の比較を行う
ことによって判断できる。

レーザパワーＰが適正な範囲にあったとき、主制御装置
２は、次のステップ■に移り、ステップ■で求めた温度
上昇勾配ａをもとにして、供給制御器６の制御に必要な
パラメータの計算をする。

ここで必要な制御パラメータは、下記の計算によって求
められる。

半田送り速度：Ｖ＝ｆ、（ａ） 半田の半田点への到着時間：　ｔＬ＝Ｄ０／Ｖ半田供給
開始温度：Ｔ、　＝Ｔａ−ａ　−ｔＬ半田供給時間：　
ｔｋ＝　（Ｄｏ　＋Ｌｏ　）／Ｖ半田送り停止時間：　
ｊｔ　＝ｆｚ　　（Ｖ）第１次半田戻り速度：ＶＢ＝ｆ
、、（ｖ）第１次半田戻り時間：　ｔ＋＋　＝Ｄ：ｌ　
／Ｖｉ＋その計算結果は、ステップ■で、供給制御器６
に送り込まれる。ここで、供給制御器６は、計算後の制
御パラメータに基づいて、半田供給器５の送り動作を制
御する。

この間に、主制御装置２は、ステップ■で、半田付は部
２０の温度Ｔが、供給開始温度Ｔｉ　？こ達したかどう
かの判断を継続的に行う。半田付は部２０の温度Ｔが半
田供給開始温度Ｔ８に達した時点で、主制御装置２は、
供給制御器６に供給開始の指令を発するため、半田供給
器５および供給制御器６は、次のステップ■で、送り速
度Ｖのもとに半田１８を供給していく。半田１８の先端
がある時間ｔＬ後に、半田付は部２０に達すると、レー
ザビーム１２の熱が半田１８によって奪われるため、半
田付は部２０の温度は、そのグラフに示すように一時的
に低下するが、まもなく、ある勾配で、再び上昇しはじ
める。

一方、供給制御器６は、半田供給器５を半田供給時間１
にの経過後に自動的に停止させ、所定の送り停止時間１
Ｔだけ停止した後、第１次戻り速度■８で、半田１８を
戻り時間ｔ、にわたって後退させ、その後、第２次戻り
速度ｖｃのもとに後退させる。この間に、位置センサー
２１は、後退中の半田工８の先端位置を検出し、その情
報を主制御装置２に転送する。その時点で、主制御装置
２は、時間ｔｃの経過をまって、供給制御器６によって
、半田供給機５の動作を停止させる。このようにして、
半田１８の先端は、半田付は部２０で消費されても、再
び待機位置に戻り、次の供給動作に備える。

一方、このようにして供給された半田１８および半田付
は部２０の温度Ｔは、次第に上昇し、半田終了温度Ｔ、
に近付く。そこで、主制御装置２は、ステップ■で、温
度センサー７からの情報に基づいて、半田付は部２０の
温度Ｔ＝半田完了温度Ｔｂ？の判断を継続的に行ってい
く。そのステツブ■で温度が一致したとき、主制御装置
２は、ステップ［相］で、レーザ発振器３の動作を停止
させ、次のステップ■で、消費された半田１８の供給量
（長さ）を計算する。この実際の供給量（長さ）Ｌは、
送り量Ｌ１、戻り量Ｌ２から、下記の式により求められ
る。

Ｌ　＝　Ｌ　ｒ　　　Ｌ　ｚ これらの送り量ＬＩ、および戻り量Ｌ２は、半田供給機
５の供給ローラの回転量あるいはそのエンコーダの回転
量から検出され、主制御装置２に転送されている。適正
な半田付けであれば、上記供給量（長さ）Ｌは、初期入
力の供給量Ｌ０とほぼ等しいはずである。そこで、続く
ステップ＠で、実際の供給ｉｉＱの計算値が適正である
かどうが、つまり初期入力時の供給量Ｑ。＃実際の供給
量Ｑ？の判断が行われ、適正であれば、次のステップ０
に移り、外部メモリ１１に記憶されている理論熱サイク
ルを読み出し、続くステップ［相］で、ステップ０での
計算結果と理論熱サイクルのデータとを比較し、それに
基づいて、「正常」、「注意」および「異常」の判断を
行う。

この判断結果が正常であれば、これで一連の制御プログ
ラムは終了となる。また、この判断結果が注意範囲に属
したとき、主制御装置２は、次のステップ［相］で、理
論熱サイクルの補正計算・確認（Ｐ＝ｆｒ　　（ａ）の
演算および補正値の確認Ｐ。

≦Ｐ≦Ｐ、の判断）を行い、続くステップ［相］で理論
熱サイクルの補正動作を行う。またステップ■で異常が
確認されたとき、ステップＯで異常信号が出され、一連
の制御は直ちに停止の状態に設定される。

ところで、前記ステップ■で、レーザパワーＰが適正で
ないとき、続くステップ［相］でレーザ発振器３がオフ
の状態に設定され、続くステップ［相］でレーザオフの
回数が一度であるかどうかの判断がなされる。レーザオ
フが一度でなかったとき、制御は、既に述べたステップ
０に移り、異常信号を発した後、停止状態に設定される
。しかし、レーザオフの状態が一度であるとき、続くス
テップ［相］でレーザパワーＰの補正計算が行われ、そ
の結果に基づいて続くステップ■でレーザパワーＰが適
正であるかどうかの判断が行われる。ここでレーザパワ
ーＰが適正であれば、ステップ■に戻り、再び同様の動
作を繰り返す。

またステップ＠で計算値が適正でなかったとき、ステッ
プＯで最適な半田を行うのに必要な補充供給量を計算に
よって求め、これを入力値として、前記ステップ■と同
様に、ステップ■に戻る。

以上の制御動作は、半田付は対象の半田付は部２０ごと
に行われてい（。このため、半田付は部２０に熱的な、
あるいは機械的なばらつきがあったとしても、その部分
の半田付けは、常に最適な条件のもとに行われることに
なる。

発明の効果 本発明では、下記の特有の効果が得られる。

半田供給前の加熱過程で、半田付は部の温度上昇勾配が
測定され、これによって、半田の供給動作、すなわち供
給時点、供給時の速度などが設定されるため、半田付は
部分のばらつきにががわらず、所定の温度特性のもとに
、良好な半田付けが可能となる。

また上記温度上昇勾配によって、レーザビームのエネル
ギーが適正な範囲にあるかどうかの判断が行われるため
、半田付は不良の状態が未然に防止できる。

さらに、このような一連の動作が予め設定されるシーケ
ンスによらないで、実際の半田付は部分の温度特性に基
づいて行われるため、プリント基板や電子部品の熱的な
特性が変化したときでも、最良の半田付けが行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は半田付は装置のブロック線図、第２図は半田付
は部分の拡大断面図、第３図は制御動作時のフローチャ
ート図、第４図は温度上昇特性と他の制御条件との関係
を示すタイムチャート図、第５図は半田の供給動作の説
明図である。 １・・半田付は装置、２・・主制御装置、３・・レーザ
発振器、４・・レーザ制御器、５・・半田供給機、６・
・供給制御器、７・・温度センサー、８・・ＮＣ！ＩＩ
御装置、１２・・レーザビーム、１５・・プリント基板
、１６・電子部品、１７・・リード線、１８・・線状の
半田、１９・・温度検出端、２０・・半田付は部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板に電子部品を装着し、この基板の半田付け部
   および上記電子部品のリード線をレーザにより加熱し、
   この被加熱部に線状の半田を供給することにより、上記
   電子部品のリード線を上記基板に半田付けする半田付け
   装置において、レーザによる加熱過程の初期に、被加熱
   部の温度上昇勾配を測定し、この温度上昇勾配から最適
   な半田付け条件を決定することを特徴とするレーザ半田
   付け制御方法。
2. （２）最適な半田付け条件として半田の供給条件、およ
   びレーザビームのエネルギーを含むことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のレーザ半田付け制御方法。