JPS6245469A

JPS6245469A - レ−ザ半田付け装置の制御方法

Info

Publication number: JPS6245469A
Application number: JP60185758A
Authority: JP
Inventors: Kunihiro Saito; 斉藤　邦博; Toshio Nagahara; 長原　外志夫; Koichi Uchida; 内田　浩一
Original assignee: Nippei Toyama Corp
Current assignee: Nippei Toyama Corp
Priority date: 1985-08-26
Filing date: 1985-08-26
Publication date: 1987-02-27

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、半田付は過程で半田付けの良
否の判別を行ない、それに基づいて必要な処置を行なえ
るようにするための制御方法に係る。

従来技術例えば、特公昭５８−５７２７１号の発明は、半田付け
の熱源としてレーザビームを用い、被半田付は部分に案
内円筒を置き、その内部で一定量の糸半田を供給するこ
とにより、半田付けの安定化を図っている。

ところが、このような方法では、同一品種の半田付けで
も、加熱部分の熱容量が製品の回路部分の多様化によっ
て、変化するため、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やすい。

また、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、および半田の供給速度やタイミング
などをあらかじめ設定し、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−品種の
電子部品でも、加熱部分の熱容量が製品回路の多様化に
よって、変化する。このため、標準的なプログラム制御
によると、個々の電子部品に最適な半田付けを行うこと
は不可能であり、やはり半田付は状態にばらつきが生じ
る。また、上記の方法で半田付けを実行するとき、実際
の半田付は過程で、半田送り装置やレーザ発生プロセス
のなかに不測の変化が発生し、予期通りの半田量供給が
行なわれなかったり、レーザ加熱具合が適正にできなか
ったりする。そのときに、原因不明の半田付は不良が発
生して、適切な対応策を講することができなくなる。

このようにして半田付は不良が生じたとき、その後の半
田付けの検査過程で、半田付は不良として、再び半田付
けを行う必要がある。

このように、従来の半田付は工程では、半田付は後の検
査工程で初めてその良否が判別されるため、製品の生産
ラインでの自動半田付けが不可能となり、生産ラインか
らはずれた場所で複雑な手作業による半田付は作業が必
要となる。

発明の目的したがって、本発明の目的は、自動的な半田１寸は装置
による半田付は過程で、半田付けの良否を判別し、その
判別結果に基づいて必要な処置や再半田付けを自動的に
行なえるようにすることである。

発明の概要そこで、本発明は、レーザビームによって半田付は対象
を加熱し、その加熱部分に線状の半田を供給することに
よって、半田付けを行う過程で、被加熱部分の温度を所
定の時間ごとに順次測定しながら記憶し、各測定温度値
があらかじめ設定された標準の温度時間変化曲線の許容
誤差範囲内にあるかどうかを比較し、その比較結果に基
づいて、半田付けの良否を判別するようにしている。

上記の標準的な温度時間変化曲線は、半田付は対象の各
半田付は点ごとに固有に設定されており、理想的な温度
時間変化曲線としてあらかじめ記憶されている。このよ
うな理想的な温度時間変化曲線は、半田付けの初期の段
階で、例えば被加熱部分の温度上昇勾配などの関連から
、あらかじめ選択される。またその標準の温度時間変化
の曲線について、あらかじめ適当な許容誤差が設定され
る。

実際の測定温度がすべての測定時間で温度時間変化曲線
の許容範囲内に納まっているとき、そのときの半田付は
状態は、正常と判断される。しかし、一連の半田付は過
程中に、ある測定時点で、その温度値が標準の温度時間
変化曲線の許容値からはずれているとき、そのときの半
田付は状態は、不良と判断される。

このようにして、半田付は状態が不良と判断されたとき
、制御プログラムは、温度変化の異常を検索するための
フローチャートに移行し、そこで再半田付けに必要な処
置や条件などを自動的に求め、再半田付けや、その他の
必要な指令を自動的に進めていく。したがって、本発明
では、一連の半田付は過程が終了するまでに、半田付は
状態の良否が判明するため、それに基づいて必要な処置
が次の工程に送られる前に行われることになる。

半田付は装置の構成まず第１図は、本発明の前提となる半田付は装置１の構
成を示している。

この半田付は装置１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ＩＯ
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ｙＡ１７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
によって温度検出端１９に接続され、それによって、被
加熱部分つまり半田付は部２０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ｌ−５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、集光ヘ
ッド１４から発射され、リード線１７および半田付は部
２０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図Ａおよび第３図Ｂ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、さらに、第５図は、半田１８の
送り量（距Ｍ）を示している。

まず、このプログラムの開始後、ステップ（１）で初期
値が入力される。ここで必要な初３ｔＩＩ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：Ｐｏ、Ｐ。

温度上昇勾配の最小値：ａ。

温度上昇勾配の最大値：ａ２半田の供給量：Ｑｏ＝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：Ｄｒ　　（０〜Ｉｏｎ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１．ｏは、適正半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（２）
で、温度センサー７による温度測定が開始される。次の
ステップ（３）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、集光ヘッド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。この間にも半田付は部２０の温度は、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、主制御袋Ｗ２は、ステップ（４）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、温度上界勾配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（５）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ａｔお
よび最大値ａ２を用い、ａ、≦ａ≦ａｔ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、次のステップクロ）に移り、ステップ（４）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
に必要な制御条件の計算をする。

ここで必要な制御条件は、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＝Ｄｏ／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：　
ｔｔ　＝［２（Ｖ）第１次半田戻り速度：■□＝＝［、
（Ｖ）第１次半田戻り時間：　ｔ　ｎ　＝　Ｄ　３　／
　Ｖ　ｓその計算結果は、次のステップ（７）で、供給
制御器６に転送される。ここで、供給制御器６は、計算
後の制御条件に基づいて、半田供給器５の送り動作に備
える。

この間に、主制御装置２は、ステップ（８）で、半田付
は部２０の温度Ｔが、供給開始温度Ｔ３に達したかどう
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Ｔ５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（９）で、送
り速度■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を半田供給時間り
うの経過後に自動的に停止させ、所定の送り停止時間ｔ
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１．にわたって後退させ、その後、第２次戻り
速度■、のちとに後退させる。この間に、位置センサー
２１は、後退中の半田１８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ｔ。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（１０）
で、時間１＞＞時間ｔ１の判断後つづくステップ（１１
）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Ｉｌ！続的
に繰り返し行っていく。そのステップ（１０）　（１１
）で１＞＞１．、またはＴ−Ｔ　ｂのとき、主制御装置
２は、ステップ（１２）で、レーザ発振器３の動作を停
止させる。

次のステップ（１３）で適当な時間設定のためにＮ＝１
０？の判断が行われ、そうでないとき、順次１だけ加算
されていく。このようにしてＮ＝１０となると、次のス
テップ（１４）で前のステップ（１３）から適当な時間
経過後に温度測定が停止状態に設定される。前記ステッ
プ（４）から、このステップ（１４）に至る間に、例え
ば４０ミリセカンド毎に、温度測定が実行される。各測
定時間ｔ０、ｔＩ、ｔｚ、ｊ：ｌ、ｔａは、温度一時間
の特徴点であり、それぞれ余熱、半田供給、後加熱、お
よび冷却の期間と対応している。この温度一時間のプロ
ット点は、後述の異常処理プログラムを進める過程で、
異常箇所を探るためのチェックポイントとなる。

次のステップ（１５）で、レーザパワーＰと温度上昇勾
配ａとの関係から、理想的な温度時間変化の曲線が外部
メモリ１１から読みだされる。この温度時間変化曲線は
、第４図のほか、第６図（１）　（２）（３）に例示す
るように、基準の半田付は対象ごとに、実験的に求めて
、許容値とともに予め外部メモリ１１に記憶されている
。この許容値によって、許容偏差の範囲が演算によって
求められる。その範囲は、第６図で斜線の部分によって
表わされている。

続くステップ（１６）で、実際に測定した温度値と読み
だされた温度時間変化曲線の許容値とを比較し、各測定
時点で実際の温度値が標準的な温度時間変化曲線の許容
誤差範囲内にあるかどうかの判断が行われる。すべての
測定時間で、測定温度値が許容誤差の範囲に納まってい
るとき、次のステップ（１７）でそのときの半田付けが
正常であると判断され、次のステップ（１帥で半田付は
状態が正常であり、しかも終了したことの表示が行われ
る。

このようにして一連の正常な半田付けが終了することに
なる。

一方、ステップ（１７）の段階で、ある測定時間での実
際の温度値がその時刻での標準的な温度時間変化曲線の
許容誤差範囲外にあるとき、制御プログラムは、温度変
化の異常箇所を調べるための異常処理プログラムを開始
する。この異常処理プログラムの内容は、後に詳しく説
明することとする。

ところで、前記ステップ（５）で、レーザパワーＰが適
正でないとき、続くステップ（１９）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（２０）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、制鍵は、ステップ（
２４）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（２１）でＩＩ−ザバワー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（２２）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（２）に
戻り、再び同様の動作を繰り返す。

さて、前記ステップ（１７）で半田付は状態が異常と判
断されたとき、前記異常処理プログラムが実行される。

まず、ステップ（２５）で実際の温度上昇勾配が読み出
された曲線の温度上昇勾配ａにほぼ等しいかどうかの判
断が行われ、もしそうでなければ、次のステ・ノブ（２
６）でレーザ発振器３の異常表示が行われる。

続くステップ（２７）で、実際に消費された、半田１８
の供給量（長さ）の計算が行われる。この実際の供給ｉ
Ｌは、送りＮＬＩ、戻り量Ｌｔから下記の弐により求め
られる。

Ｌ　＝　Ｌ　ＩＩ−ｚこれらの送りＩＬ、　、および戻り量Ｌ２は、半田供給
器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、上記の供給ｉＬは、初期入力
の供給量り。と等しいはずである。

そこで、続くステップ（２８）で、実際の供給ｉ１Ｑの
計算値が適正であるかどうか、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（２９）に移り、測定温度Ｔ、一温度
Ｔ、の判断が行われる。もしそうであれば、その部分に
異常がないものと判断し、次のステップ（３０）でレー
ザ発振器３の異常信号がないかどうかの確認が行われ、
存在しなければ次のステップ（３１）で、Ｔ３　＃Ｔ、
の判断が行われ、それらがほぼ等しいときには、次のス
テップ（３２）でｊ　＋　＃（Ｔｉ　　Ｔｏ　）　／　
ａの判断が行われ、その条件を満足するとき次のステッ
プ（３３）で（Ｔ４−Ｔｚ）／（ｔ４−ｔｆｆ）＝ａ、
（冷却時の温度勾配）の判断が行われる。この関係がほ
ぼ等しくないときに、次のステップ（３４）で温度冷却
曲線の異常表示がなされ、またその条件を満足するとき
には、次のステップ（３５）で半田付は終了の表示が行
われ、一連のプログラムを終了する。

また前記ステップ（２８）で、半田供給量が適正でない
とき、次のステップ（３６）で供給ｉＱが少ないかどう
かの判断がなされ、少なくなければ次のステップ（２９
）に戻るが、少ない場合には、次のステップ（３７）で
補充すべき半田量の計算がなされ、次に、ステップ（３
８）でレーザ発振器３から異常信号がないことを確認し
て、再半田付けの条件がステップ（３９）で自動的に設
定された後、最初のステップ（２）に戻る。また、ステ
ップ（３８）で異常信号なしの状態でないとき、後述の
ステップ（４４）に戻り、再半田付は条件の表示がなさ
れた後、停止の状態に設定される。

前記ステップ（２９）で、判断条件が充たされていない
とき、次のステップ（４０）で測定温度Ｔ３が温度Ｔｂ
よりも充分小さいかどうかの判断がなされ、そうである
とき、次のステップ（４１）で、レーザ発振器３から異
常信号がないことを確認した後、次のステップ（４２）
で再半田付は条件がセントされ、前記と同様に、元のス
テップ（２）に戻る。

またステップ（４０）でその条件を充たさないとき、次
のステップ（４３）で温度センサー７の異常可能性あり
の表示を行った状態で停止状態に設定される。

またステップ（４１）の段階で、異常信号があるとき、
次のステップ（４４）で再半田付は条件が表示された後
、やはり停止状態に設定される。

一方、前記ステップ（３１）でＮＯのとき、次のステッ
プ（４５）で、時間ｔ３が時間ｔ、よりも充分小さいか
どうかの判断が行われ、その判断結果に応じて、次のス
テ・ノブ（４６）、（４７）により、半田付けが予定の
時間よりも早く終了したことの表示、または遅く終了し
たことの表示が行われる。その後のステップ（４８）で
、実際の半田付は時間ｔ３が、表示され、続いて前記ス
テップ（３２）に移行する。

また、ステップ（３２）で、判断事項が満足されなかっ
たとき、次のステップ（４９）で半田供給タイミングの
ずれ時間が計算され、そのずれ時間が次のステップ（５
０）で表示される。

このようにして温度変化の異常箇所は、自動的に検索さ
れ、再半田付けに備え、また必要に応じてディスプレイ
１０によって表示される。

発明の変形例上記実施例は、レーザパワーＰや温度上昇勾配ａから所
定の温度時間変化曲線を読みだしているが、このような
曲線の選択は、あらかじめ半田付けされる製品の順序を
設定し、その順序に応じて所定の曲線を選ぶようにして
もよく、また半田付は位置に運ばれてきた製品をセンサ
ーなどによって検出し、その製品に対応する曲線を呼び
だすようにしてもよい。

また、上記実施例は、レーザの照射を完了した後に、測
定温度値と温度時間変化曲線の許容値とを比較している
が、このような比較は、それぞれの測定時間ごとにリア
ルタイムで順次実行し、その比較結果を記憶しながら１
、次のプログラムの実行に備えるようにしてもよい。

発明の効果本発明では、実際の半田付は工程で、温度測定による温
度時間変化のパターンを認識して、半田付は状態の良否
の判断が行われ、その判断結果に基づいて、再半田付け
に必要な処置坊く自動的に行われていくため、個々の半
田付は対象ごとに適切な半田付りが行われる。したがっ
て、その後の再半田付けが自動的に行われ、また必要に
応じて、半田不良の原因が表示されるため、その後の処
置がその半田付は位置で自動的に行われる。

【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Ａおよび第３図Ｂ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、第６図は温度時間変化曲線のグ
ラフである。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制御装
置、１２・・レーザビーム、１５・・プリント基板、１
６・・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。第７図第４図ｔ□ 第５図ギ田第６図ｔ□ 手続ネ甫正書岨発）昭和６０年１１月２９日昭和６０年特許願第１８５７５８号２、発明の名称　レーザ半田付は装置の制御方法３、補
正をする者事件との関係　特許出願人住　所　　東京都港区浜松町２丁目４番１号名　称　　
株式会社　日　千　ト　ヤ　マ代表者　松本勝周４、代理人◎１６０住　所　　東京都新宿区新宿２丁目８番１号新宿セブン
ビル７０８号５、補正の対象　明細書の発明の詳細な説明の欄、″′
−一−−＼７、補正の内容（１１明細占第１９頁第１９行と第２０行との間に下記
の文を加入する。［さらに、上記実施例は、半田付は中に良否を判定して
いるが、本発明の制御方法は、半田付けの完了後に、そ
の次の検査過程で実行し、半田付は部分の温度上昇の特
性から、その正常あるいは異常を判定するときにも応用
できる。］以上

Claims

【特許請求の範囲】

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レーザ半田付け
装置において、上記被加熱部の温度を所定の時間ごとに
順次測定し、この測定温度値が標準の温度時間変化曲線
の許容誤差範囲にあるかどうかを比較し、すべての測定
温度値が許容誤差範囲内にあるとき、半田付け正常と判
断し、またある測定温度値が許容誤差範囲外にあるとき
半田付け異常と判断することを特徴とするレーザ半田付
け装置の制御方法。