JPS62172791A - リフロ−式ハンダ付方法及び装置 - 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、リフロ一式のハンダ付に関し、特に最適なタ
イミングで加熱チップに対する電流の供給時間を制御す
るようにしたものである。

（従来の技術） リフロ一式のハンダ付は、接合されるべき被ノ＼ンダ付
部にハンダを介在させて加熱によりノ＼ンダを溶融させ
金属接合を行う技術であり、昨今ではプリント基板上に
ＩＣやＬＳＩその他各種の電子部品を実装する工程等で
広く用いられている。

このような実装工程では、電子部品が破壊されないよう
に加熱チップの温度を正確に制御する必要があり、この
条件を満たすため、加熱チップの温度を検出しその検出
温度に基づいて加熱チ、ツブに対する電流の割合とその
供給時間とを制御するようにしたフィードバック式のリ
フロー式ハンダ付方法が従来使用されている。

このハンダ付方式では、加熱チップに熱電対を取り付け
、その出力電圧を所望の加熱チップ温度に対応した基準
電圧と比較することにより、実際の加熱チップ温度が所
望の温度に維持されるように加熱電流を制御するととも
に、そのようにして制御された温度に基づいて加熱（電
流供給）の開始、停止のタイミングを得ている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述のような従来方式には、次のような
問題点があった。

すなわち、加熱チップの温度が設定値に達した時点でタ
イマ（時限回路）を作動させ所定の時間期間だけ加熱電
流の供給を行うようにしているが、このような方式では
良質のハンダ接合を得るのが困難であった。つまり、加
熱時間が温度に応じて一定に制御されても、実際のハン
ダの量ないし厚みが一定とは限らないため、ハンダの溶
け具合にバラツキがあり、例えばハンダが足りないとき
には溶けすぎて不所望な部分に溶融ハンダが流れ込んで
欠陥を招いたり、逆にハンダが多すぎるときには溶融が
不十分で結果的に強度の弱い１１ンダ接合となる等の不
都合があった。

また、熱電対により加熱チップの温度が検出されても、
その検出温度が加熱チップの被ハンダ付部に接触する作
用面の実際の温度を必ずしも精確に表すものではないた
め、やはりタイマ時間と実際のハンダの溶け具合との間
に誤差が生じて上述のような不良ハンダになるおそれが
ある。特に幅広の作用面では温度分布にバラツキが生じ
ることが多く、またハンダ付作業゛の開始時と開始後で
は作用面の温度が変化するので、温度センサを用いてフ
ィードバックループを構成しても精確な制御は困難であ
り、敢えてそれを追及しようとすれば制御装置関係のコ
ストが高くつくだけで、それほどの効果も得られない。

さらに、その他にも制御誤差に起因してタイマ時間が設
定通りにならない場合もある。

したがって従来は、上述のような各種の変動要素を考慮
してタイマ時間を長めに設定し、とにかく過熱による不
都合（部品破壊や！−ンダ欠陥等）だけは回避するよう
にしているが、その結果としてハンダ付作業時間が長く
なって生産性が低くなるという不都合を来しており、こ
れはプリント基板の実装工程等において大きなネックと
なっている。

本発明は、従来技術の上記問題点に鑑みてなされたもの
で、実際のハンダの溶け具合に応じて加熱チップに対す
る電流の供給時間を制御するような適応制御型のリフロ
ー式ハンダ付方法を提供することを目的とする。

本発明の別の目的は、上記方法を実施するのに好適な装
置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成する本発明の方法は、被ノ＼ンダ付部に
押し当てられる加熱チップの温度を検出して前記加熱チ
ップの発熱のための電流を制御するようにしたリフロー
式ハンダ付において、加熱チップを被ハンダ付部に押し
当ててから所定のタイミングで加熱チップに対する電流
の供給を開始し、その後被ハンダ付部にお″ける／Ｘン
ダの溶け込みの程度を検出し、その溶け込みの程度が所
定値に達したときに加熱チップに対する電流の供給を停
止するようにしたことを特徴とする。

また、上記別の目的を達成する本発明の装置は、被ハン
ダ付部のハンダを溶かすための加熱チップと：該加熱チ
ップの温度を検出する温度センサと；該温度センサの出
力信号に基づいて加熱チップを発熱させるための電流の
割合を制御する加熱電流制御手段と；加熱チップを被ハ
ンダ付部に押し当てる抑圧手段と；加熱チップが被ハン
ダ付部に押し当てられてから所定のタイミングで電流の
供給を開始させるためのスタートタイミング手段と；加
熱電流の供給が開始されてからの加熱チップの変位を表
す変位信号を発生する変位検出手段と；変位信号が所定
値に達したときに加熱電流の供給の停止を指示する信号
を発する停止タイミング回路とを具備することを特徴と
する。

（作用） 本発明による方法では、加熱電流の供給が開始されたと
きを初期位置としてそこからハンダの溶け込みの程度が
検゛出され、その溶け込みの程度が所定位置に達した時
点で加熱電流の供給が断たれるので、加熱チップの温度
やハンダの量に変動やバラツキがあってもジャストイン
タイムな適応制御式のハンダ付が行われる。

本発明による装置では、スタートタイミング手段が初期
状態を設定し、変位検出手段が加熱チップの変位量の形
態でハンダの溶け込みの程度を効果的に検出し、停止タ
イミング回路が適正なタイミングで加熱電流の供給を停
止させることによってジャストインタイムな適応制御式
のハンダ付が行われる。

（実施例） 第１図ないし第３図を参照して本発明の詳細な説明する
。

第１図は、本発明の一実施例によるリフロ一式ハンダ付
装置の構成を示す。この図において、溶接ヘッド１０の
下部には、例えばモリブデンからなる金属抵抗体の加熱
チップ１２が取り付けられている。この加熱チップ１２
の真下には、被ハンダ付部、例えばＩＣのビン端子１４
とプリント基板１６とが作業台１８上に配置され、それ
ら被ハンダ付部１６．１８の間には適量のハンダ２０が
配されている。

加熱チップ１２には、例えば熱電対からなる温度センサ
２２が取り付けられ、この温度ヤンサ２２は加熱チップ
１２の温度を表す電圧信号ＥＴを加熱電流制御装置２４
に与える。制御装置２４は交流電源２６からの交流電力
をサイリスタ回路を介して溶接ヘッド１０に供給するも
ので、温度センサ２２からの温度検出信号ＥＴに基づい
てサイリスタ回路の点弧位相を制御することにより加熱
チップ１２に流れる加熱電流Ｉ　、Ｈの割合を制御する
。

溶接ヘッド１０は押圧部材２８および圧縮バネ３０を介
して加圧シリンダ３２により下方、すなわち作業台１８
の方に押圧されるようになっている。加圧シリンダ３２
は普通のエアシリンダでよく、その空気の吸入、排出は
電磁弁からなる加圧制御部３４によって制御される。３
６はハンダ付作業を開始させるスイッチ、例えば足踏み
スイッチで、これが閉成すると加熱シリンダ３２が駆動
されるようになっている。

溶接ヘッド１０には導体棒１０ａが取り付けられ、この
導体棒１０ａが溶接ヘッド１０の移動とともに長尺状の
抵抗体３８を垂直方向に摺動することにより溶接ヘッド
１０の位置ないし変位が検出されるようになっている。

すなわち、抵抗体３８には定電流源４０により一定の直
流電流が流れており、導体棒１０ａからは溶接ヘッド１
０の位置に比例して変化する分圧電圧ＥＲが取り出され
る。この分圧電圧ＥＲは加熱チップ１２の変位を表す検
出信号としてサンプルホールド回路４２に供給されると
ともに減算回路４４の一方の入力端子に供給される。サ
ンプルホールド回路４２は、加熱電流の供給が開始され
るときにサンプリングパルス発生回路５０から与えられ
るサンプリングパルスＳＰに応答して導体棒１０ａから
の変位検出信号ＥＲをサンプリングしてそのサンプリン
グ電圧値ＥＲｏを保持するものである。減算回路４４は
サンプルホールド回路４２の出力電圧と導体棒１０ａか
らの変位検出信号ＥＲとを比較してその差に相当する出
力電圧Ｅ　Ｒｏ　−Ｅ　Ｒを出力するものである。後に
理解されるように、この電圧ＥＲｏ−ＥＲは加熱電流１
１１の供給が開始してからの加熱チップ１２の変位量を
表すものである。

減算回路４４の出力電圧Ｅ　Ｒｏ　−Ｅ　Ｒは一致回路
４６と表示回路４８とに供給され、一致回路４６におい
ては入力電圧Ｅ　Ｒｏ　−Ｅ　Ｒが設定電圧ＥＳに達し
たときに加熱電流ＩＨの供給停止を指示する信号ＳＥを
発生するようになっており、表示回路４８においては入
力電圧ＥＲｏ−ＥＲに基づいて加熱チップ１２の変位量
等をディジタル表示するようになっている。

また、溶接ヘッド１０に近接してマイクロスイッチから
なるリミットスイッチ５２が配置され、抑圧部材２８が
所定の基準位置まで下降したとき（すなわち、その押圧
力が所定値に達したとき）にこのリミットスイッチ５２
が作動してスタートタイミング信号ＳＮを発生し、この
信号ＳＨに応答して加熱電流制御装置２４が加熱電流Ｉ
）１の供給を開始すると同時に、上述のようにサンプリ
ングパルス発生回路５０からサンプリングパルスＳＰが
発生されるようになっている。

冷却タイマ５４は一致回路４６からの加熱電流停止指示
信号ＳＥに応答して冷却エアブロ−装置５６を作動させ
、所定時間経過後にその冷却エアブロ−装置５６を停止
させると同時に加圧制御部３４に加圧解除を指示する信
号を与える。

次に、第２図および第３図につき本リフロ一式ハンダ付
装置の動作を説明する。

先ず、スイッチ３６を操作すると、それに応答して加圧
制御部３４は加圧シリンダ３２を作動させる（第３図の
時点ｔｌ）。そうすると加圧シリンダ３２のピストンが
下方に移動して押圧部材２８が下降し、それにより溶接
ヘッド１０ないし加熱チップ１２も降下して終いには第
２図（ａ）に示すように加熱チップ１２の下端面（作用
面）が被ハンダ付部１４に当接する（第３図の時点ｔ２
）。

そして、押圧部材２８がさらに下降すると、圧縮バネ３
０が圧縮変形し始め、これによって加熱チップ１２は被
ハンダ付部１４．１６に対して押し当てられ、その押圧
力は圧縮バネ３０の変形量に比例して増大する。そして
、押圧力が所定値に達する位置まで押圧部材２８が下降
したときに、第２図（ｂ）に示すように押圧部材２８が
リミットスイッチ５２に当接してリミットスイッチ５２
からスタートタイミング信号ＳＭが発生する。

したがって、このスタートタイミング信号ＳＭに応答し
て加熱電流制御装置２４が加熱電流ＩＨの供給を開始し
く第３図の時点ｔ３）、これにより加熱チンプ１２は発
熱し始めて被ハンダ付部１４１６を加熱する。一方、ス
タートタイミング信号ＳＮに応答してサンプリングパル
ス発生回路５０からサンプリングパルスＳＰがサンプル
ホールド回路４２に与えられて、このとき（時点ｔ３）
の加熱チップ１２の位置（初期設定位置）Ｐｏを表す検
出信号ＥＲｏがサンプルホールド回路４２に取り込まれ
、以後この検出信号ＥＲｏに相当する電圧が減算回路４
４の他方の入力端子に供給される。

なお加熱期間中、加熱電流制御装置２４は、温度センサ
２２の出力信号ＥＴに基づいては加熱電流ＩＨを所定値
に維持するよう制御する。

そして、加熱チップ１２による加熱で被ハンダ付部１４
．１８に挟まれたハンダ２０が溶け始めるとその溶け込
みの程度に応じて加熱チップ１２ないし溶接ヘッド１０
が下方に変位し始め、減算回路４４の出力端子にはその
変位量ＤＸに比例した電圧（ＥＲｏ−ＥＲ）が得られる
。そして、ハンダ２０が所定の程度まで溶け込むと加熱
チンプ１２は第２図（Ｃ）−に示すような位置ＰＷまで
変位し、そのとき減算回路４４の出力電圧（ＥＲｏ−Ｅ
Ｒ）は設定値ＥＳに達する。

しかして、このとき（第３図の時点ｔ４）　、一致回路
４６は停止タイミング信号ＳＥを発生し、この信号ＳＥ
に応答して加熱電流制御装置２４は加熱電流１１１の供
給を停止する。また、信号ＳＥに応答して冷却タイマ５
４が冷却エアブロ−装置５６を作動させ、これにより被
ハンダ付部１４゜１６に冷却用のエアが吹き付けられる
。この冷却期間中も加熱チップ１２は被ハンダ付部１４
，１６に押し当てられ、それらを保持する。そして所定
時間ＴＥが経過すると（第３図の時点ｔ５）、冷却タイ
マ５４は冷却エアブロ−装置５６を停止させるとともに
加圧制御部３６に加圧解除を指示する信号を与え、これ
により加圧シリンダ３２のピストンが上方に復帰し、そ
れによって加熱チップ１２が被ハンダ付部１４から離れ
、−回のハンダ付作業が終了する。なお表示器４８には
加熱チップ１２の変位量およびハンダ付の合否の判定結
果等が可視表示される。

以上、好適な一実施例を説明したが、本発明の技術的思
想の範囲内で種々の変形、変更が可能である。例えば、
上述の実施例では加熱チップ１２の変位を検出する手段
としてポテンショメータ式の構成（１０ａ、３８．４０
）を用いたが、それ以外にも歪みゲージや磁気的または
光学的な変位検出手段等が使用可能である。また、リミ
ットスイッチ５２も一例であり、押圧力を検出する他の
形式の手段も使用可能である。また、温度センサ２２は
熱電対に限るものではなく、他の形式で、例えば電力や
電圧から加熱チップ１２の温度を検出するようにしても
よい。

（発明の効果） 以上のように、本発明によれば、被ハンダ付部における
ハンダの実際の溶け込みの程度にしたがって加熱電流の
供給時間を制御するようにしたので、供給時間の過不足
なくジャストインタイムなハンダ付を行うことができる
。また、ハンダの量にバラツキがあってもそれぞれのハ
ンダに適応した加熱を行うことができる。また、加熱チ
ップの温度に依存した制御ではないため、測定温度に誤
差があってもそれほどハンダの品質には影響しない。別
な見方をすれば、加熱チップの温度がラフに制御されて
も適切なハンダ付が可能であり、温度センサや加熱電流
制御装置等を安価に構成することができる。また、ジャ
ストインタイムなハンダ付が行えるため、ハンダ接合の
良質性とハンダ付作業の短時間化（迅速化）という従来
相反していた要件を同時に満たすことができ、生産性を
大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例によるリフロ一式ハンダ付
装置の主要な構成を示すブロック図、第２図は、上記実
施例の動作を示すための一部斜視図、および 第３図は、上記実施例の動作を説明するためのタイミン
グ図である。 １０・・・・溶接ヘッド、　　１０ａ・・・・導体棒、
１２・・・・加熱チップ、　　１４．１６・・・・被ハ
ンダ付部、１８・・・・作業台、　２０・・・・ハンダ
、　２２・・・・温度センサ、　２４・・・・加熱電流
制御装置、　２８・・・・押圧部材、　３０・・・・圧
縮バネ、３．２・・・・加圧シリンダ３４・・・・加圧
制御部、　３８・・・・抵抗体、　４０・・・・定電流
源、　４２・・・・サンプルホールド回路、４４・・・
・減算回路、　４６・・・・一致回路、　５０・・・・
サンプリングパルス発生回路、　５２・・・・リミット
スイッチ、　５４・・・・冷却タイマ、　５６・・・・
冷却エアブロ−装置。 特許出願人　　宮　　地　　電　　子　　株　　式　　
会　　社代理人　弁理士　佐々木　を　孝 第２図 （α）（ｂ） 第３図 手続補正書（自発） 昭和６１年２月２７日 昭和６１年特許願第１４９３０号 ２、発明の名称 リフロ一式ハンダ付方法及び装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　　　　　千葉県野田市ニッ塚９５番地の３氏名（
名称）宮地電子株式会社 代表者西澤敬次 ４、代理人 住所〒１０１東京都千代田区神田駿河台２−１１−１６
駿河台さいがち坂ビル３０２号 電話　東京（２３３）３１９１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被ハンダ付部に押し当てられる加熱チップの温度
   を検出して前記加熱チップの発熱のための電流を制御す
   るようにしたリフロー式ハンダ付方法において、 前記加熱チップを前記被ハンダ付部に押し当ててから所
   定のタイミングで前記加熱チップに対する電流の供給を
   開始し、その後前記被ハンダ付部におけるハンダの溶け
   込みの程度を検出し、その溶け込みの程度が所定値に達
   したときに前記電流の供給を停止することを特徴とする
   リフロー式ハンダ付方法。
2. （２）被ハンダ付部のハンダを溶かすための加熱チップ
   と、 前記加熱チップの温度を検出する温度センサと、前記温
   度センサの出力信号に基づいて前記加熱チップを発熱さ
   せるための電流の割合を制御する加熱電流制御手段と、 前記加熱チップを前記被ハンダ付部に押し当てる押圧手
   段と、 前記加熱チップが前記被ハンダ付部に押し当てられてか
   ら所定のタイミングで電流の供給を開始させるためのス
   タートタイミング手段と、 前記電流の供給が開始されてからの前記加熱チップの変
   位量を表す変位検出信号を発生する変位検出手段と、 前記変位検出信号が所定レベルに達したときに前記電流
   の供給の停止を指示する信号を発する停止タイミング回
   路と、 を具備することを特徴とするリフロー式ハンダ付装置。