JPS63193595A - プリント基板組立体のはんだ付方法および装置 - 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） この発明は、特許請求の範囲第１項前提部分に記載の方
法およびこの方法を実施するための第１０項前提部分に
記載の装置に関する。

（従来の技術・発明が解決しようとする課題）回路素子
の寸法が益々小さくなり、プリント基板単位面積当りの
素子数が益々多くなってきている。それに応じてはんだ
箇所も益々小さくなる。プリント基板、殊に大量生産さ
れる民生用電子機器、電気通信機器およびコンピュータ
ボード用プリント基板の組立は自動組立装置を使ってご
く精密に行われる。次にプリント基板上のプリント回路
と回路素子の端子との間の電気接続がはんだ付によって
行われる。はんだ付操作に関しては各種の方法が知られ
ている。冒頭述べた種類の周知の方法では普通、予熱し
たプリント基板が水平方向から直線的に多少上昇した搬
送路に沿って１つの溶融したはんだ波の波頭範囲と、ま
たは２つのはんだ波の波頭範囲とも、接触させられる。

はんだ波の流動方向は搬送方向を基準に同一または逆向
きとすることができる。２つのはんだ波の場合、それら
の流動方向は互いに逆向きであってもよい。プリント基
板組立体は普通、案内されて摺動可能な搬送枠にはめ込
まれ、その搬送路は被駆動コンベヤによって決定する。

この搬送枠がトレーを備え、トレー自体ははんだ付すべ
きプリント基板の輪郭に正確に一致した形状の連続した
凹部を備えている。はんだ付ライン、つまり特にフラッ
クス塗布ステーション、予熱ステーション、そして最後
に流動はんだ付装置を有する製造ラインの稼動には多数
の搬送枠とそれに対応した数のトレーとが必要である。

普通四角形のこのトレーにやはり四角形のプリント基板
をできるだけ多くはめ込むようにするので、プリント基
板は２つの相対向した側面が搬送方向と平行、従ってプ
リント基板がはんだの波と接触するときには、はんだの
波の流動方向と平行に移動する。

しかしプリント基板のはんだ接合品質は、殊にプリント
基板が被接合面にも部品（チップ）を備えつけている場
合には構成、すなわち回路素子組立体の「地理的」配列
に依存することが判明した。しかし、この組立体の構成
は、組立体がプリント基板の回路図に合わせて配置され
なければならないことを別にするなら、そのプリント基
板のパターン図と何の関連性もない。

それゆえ搬送枠のトレー内に設けた凹部を、搬送方向を
基準に、組立体の特定構成のとき最適なはんだ付が達成
されるような角度に整列させる提案がすでになされた。

しかし角度偏差の大きさは経験的に得られるにすぎず、
数多くの各種トレーを使った実験によって最適角度を突
き止めることを前提とし、また突き止めたとしても既存
のすべての搬送枠に、その凹部が最適な角度偏差を有す
るトレーを設けねばならない。

その際搬送枠内部の空間が最大限利用されるのでなく、
つまり理論上最大数の凹部を有するトレーが利用される
のでないことがわかった。

この措置はきわめて時間がかかるだけでなく、莫大な実
験費、材料費そしてはんだ付ライン組替時間を必要とす
る。

更に、２つの逆方向のはんだ波を使った流動はんだ付機
の場合でも、ここでも明らかに結果が組立体の構成に強
く左右されるので、はんだ付は最適でないことが判明し
た。

特許請求の範囲第１項前提部分に記載の方法はドイツ特
許公開明細書第３５０１３７８号により周知なものとし
て引き出すことができる。そこでは２つのはんだ波が相
前後して設けてあり、従来どおりの搬送装置の従来どお
りのトレーにはめ込まれたプリント基板は直線軌道に沿
って第一はんだ波の波頭、そして次に第二はんだ波の波
頭と順次接触する。はんだの波は搬送装置の搬送方向を
基準に斜めにしてあり、そのことからプリント基板の２
つの対向した側面とはんだ波の流動方向との間に鋭角が
得られる。この鋭角はそれに沿ってプリント基板の被接
合面をはんだ波の波頭が「なめ」ることになる区間を長
くするのではあるが、しかしプリント基板の被接合面は
常に一方の側からのみ「なめ」られ、その結果、突出し
た回路素子（チップ）に続いたはんだ箇所はこの回路素
子の「陰に」位置し、はんだ波がこのはんだ箇所に到達
しなくなる。

完全をさす意味で触れておくなら、搬送枠を使うことな
くプリント基板組立体をはんだ接合することも周知であ
る。これは一方でいわゆる「フィンガー搬送」により行
われ、プリント基板は対向した縁が顎付の被制御締付フ
ィンガーによって把持され、締付フィンガーは搬送路の
片側および反対側で、循環駆動され案内された連続搬送
部材に固着しである。従って搬送枠のトレーが不要とは
なるが、しかし１つのフィンガー搬送はそれぞれ１フオ
ーマツトのプリント基板用としてのみ構想してあり、プ
リント基板ははんだの液上を一方の側面と平行に運ばれ
る。その点を別にしてもこの場合、プリント基板が予熱
時およ°びはんだ付は時にたわむ虞がある。

更に別の、搬送枠を使わないはんだ付性（または利用し
たものも）が、専門業界で「再流動はんだ付」と呼ばれ
る。そこではシルクスクリーンを法で未組立プリント基
板の所定のはんだ箇所にのみはんだおよびフラックス含
有ペーストが印刷され、次にプリント基板は自動組立装
置において組立てられ、組立後に例えば赤外線で温めら
れ、ペースト中のはんだが溶融し。

構成素子の端子とプリント配線とのはんだ接合が達成さ
れる。しかし「再流動はんだ付」は実用上の糸口を見つ
けることができなかった。その理由は特に印刷時にも組
立て時にもきわめて高い精度や一致がどうしても必要で
あるからである。

そこで、この発明の目的は、先行技術の前記不具合を十
分に取り除き、小シリーズについても、事前にそれ相応
の支出を伴って一連の大規模実験を行うことなく最適な
はんだ接合を保証する冒頭述べた種類の方法および装置
を提案することである。

（課題を解決するための手段） この目的が、方法に関しては、特許請求の範囲第１項特
徴部分に記載した工程をそれが含むことにより達成され
る。はんだの波と一度目の接触後プリント基板を、はん
だの波と二度目の接触を行う前に垂直軸を中心に回転さ
せることにより、プリント基板の被接合面を異なる２方
向から単数または複数のはんだ波が「なめ」ることにな
り、この２方箇は組立体の構成に最適に適合することが
できる。

本方法の好ましい実施態様の特徴は従属請求の範囲第２
〜９項から読取ることができ、本方法を実施すべく提案
された設備は特許請求の範囲第１０項に明示しである。

（作　用） プリント基板組立体（１３）のはんだ付をその組立編成
に適合するため、プリント基板（１３）を所定の曲線軌
道（５７，、５８）において第一回目としてはんだ波（
２１）と接触させ、次に垂直軸を中心に回転させ、そし
てやはり所定の曲線軌道において第二回目として同一方
向から好ましくは同一のはんだ波（２１）と接触させる
。プリント基板（１３）は曲線軌道（５７，５８）に沿
って移動する間はんだ波（２１）の流動方向（５８）を
基準に組立編成に依存した角度（α）回転することがで
きる。

（第２．３図） （実施例） 第１図に示した装置ｌＯにおいて、下部は主に従来どお
りのはんだ付ライン１１からなり、これに供給用コンベ
ヤ１２からプリント基板組立体１３が供給され、はんだ
付操作後排出用コンベヤ１４によって搬出される。

はんだ付ライン１１は下記ステーションを有する。２つ
のフラックス塗布ステーション（いわゆる「フラクサー
Ｊ　）　１５．１８．ここでは使用するフラックスに応
じてプリント基板１３の下面にフラックスを設ける。例
えばフラクサー１５はプリント基板１３の下面を微孔質
発泡フラックスからなる波と接触させる発泡式フラクサ
ー、そしてフラクサー１８はフラックスを噴流として噴
霧塗布する噴霧式フラクサーである。フラクサー１５、
１８に続いた予熱ステーション１７では赤外ランプ１８
を使ってプリント基板１３の下面を予熱する。予熱ステ
ーション１７に続〈従来どおりの流動はんだ付装置１９
は溶融はんだからポンプ（両者とも図示省略）により溝
孔ノズル２０を介して連続流動はんだの波２１を生成す
る。以上がプリント基板組立体用の周知のはんだ付ライ
ン１１の簡単な説明である。

供給用コンベヤ１２からはんだ付ライン１１を介し排出
用コンベヤ１４に至るプリント基板１３の搬送は全体に
符号２２を付けた搬送装置が行い、搬送装置は概略示唆
しただけのコンピュータ２３が制御する。

搬送装置は、支柱２４．２５で支持されはんだ付ライン
１１の上に門状に張り渡され、はんだ付ラインと平行に
延びた水平案内レール２６を有し、案内レールに沿って
２つの、独自に駆動装置を備えたロボットユニッ）２？
、２Ｂが摺動可能である。ロボットユニット２７は案内
レール上で摺動可能に支承された駆動歯車箱２９を有し
、そのなかで昇降棒３０が上下方向に摺動可能に支承し
である。駆動歯車箱２８に２台のコンピュータ２３の方
から制御されるモータ３１．３２がフランジ接合してあ
り、そのうち一方は案内レール２６に沿って駆動歯車箱
２９を水平方向に移動させる駆動力、他方は昇降棒３０
を上下方向に移動させる駆動力を供給する。昇降棒３９
が下端に有するグリッパヘッド３３は合計８個の電磁式
または空気圧式に制御されて操作可能なグリッパ３４を
備えており、グリッパはそれぞれ対をなしてプリント基
板の４面をしっかり保持するようになっている。

ロボットユニット２８は案内レール２６上で摺動可能に
支承された駆動歯車箱３５をやはり有する。駆動歯車箱
３５内で昇降棒３４が上下方向に摺動可能に支承しであ
る。　３７．３９は駆動歯車箱３５にフランジ接合され
コンピュータ２３により制御されるモータであり、その
うち一方は駆動歯車箱３５を水平方向に移動させるため
の駆動力、他方は昇降棒３Ｂを上下方向に移動させるた
めの駆動力を供給する。昇降棒３６が下端に有するグリ
ッパヘッド３９は（グリッパヘッド３３と同様に）合計
８個の空気圧式または電磁式に操作可能なグリッパ４０
を備えているだけでなく、モータ４１により昇降棒の長
手方向と平行な垂直軸を中心に、そして別のモー°夕４
２により案内レール２Ｂの長手方向に直角な水平軸を中
心に全体として回転可能または旋回可能である。

供給用コンベヤ１２の引渡領域に配設されたセンサ４３
がデータ線４４を介しコンピュータに接続しである。こ
のセンサ４３はプリント基板組立体１３が供給用コンベ
ヤ１２の端に到達したことを確認するだけでなく、この
プリント基板上に設けられた機械読取り可能なコードマ
ーク４５（第３．５図）を読取ってそのデータをコンピ
ュータ２３に供３合するようになっている。このコード
マーク４５の意味については後に詳しく述べる。

予熱ステーション１７の範囲で温度検出器４６、例えば
赤外検出ヘッドが丁度予熱ステーション１７上にあるプ
リント基板１３の方を向き、データ！！４７を介してコ
ンピュータ２３に接続しである。

コンピュータ２３は配線束４８を介して特定のプログラ
ムに従ってロボットユニット２７の全操作要素を、そし
て別の配線束４９を介して別のプログラムに従ってロボ
ットユニット２日の全操作要素を制御する。

フラクサー１５．１８はコンピュータ２３の方から制御
線５０．５１を介し入切され、予熱ステーション１７の
赤外ランプ１８は制御線５２を介し入切される。最後に
コンピュータは制御線５３を介し流動はんだ付装置１９
の動作をも制御する。

第１図に示した装置の動作様式を以下なお説明する。装
置ｌＯの要素のうちここでははっきり説明および／また
は図示していない動作様式にとって必要な要素について
も当業者に示唆を与えるのに役立つ。

供給用コンベヤ１２の端に設けられたセンサ４３がデー
タ線４４を介してコンピュータ２３にはんだ付すべきプ
リント基板１３の存在を知らせ、またコードマーク４５
から読取ったデータをコンピュータに伝送する。すると
コンピュータ２３が制御線５４を介し供給用コンベヤ１
２末端の空気圧または磁気昇降要素５５を操作し、昇降
要素は供給用コンベヤ１２からプリント基板を持ち上げ
る。同時にコンピュータ２３はロボットユニット２７に
「指示」して第１図左端位置に移動させ、そのグリッパ
へラド３３がグリッパ３４を開いて下降し、そこに用意
されたプリント基板１３を把持する０次にグリッパヘッ
ド３３が多少持ち上がり、ロボットユニット２７は高速
、例えば６　ｍｉｓの速度で、コンピュータ２３に位置
を通報しつつフラクサー１５．１６の方に移動する。希
望する塗布方式に応じてコンピュータ２３は一方または
他方のフラクサー１５．１８を活性化し、活性化された
方のフラクサーにロボットユニット２７が達するやロボ
ットユニットの速度を例えば１　ｍｉｓに低下させる。

活性化したフラクサーでフラックスを塗布した後、ロボ
ットユニット２７は高速で予熱ステーション１７へと摺
動し、グリッパヘッド３３を降下させ、グリッパ３４を
開く、こうしてプリント基板が予熱ステーション１７上
に降され、同時にその赤外ランプ１８が投入される。グ
リッパヘッド３３が次に持上げられ、ロボットユニット
２７全体が供給用コンベヤ１２の端領域へと高速で後退
する。

予熱ステーション１７上にあるプリント基板の温度を温
度検出器４６が連続的に測定し、温度データをコンピュ
ータ２３に伝送する。コンピユータ２３に記憶しである
温度値になるとロボットユニット２８が作動し、そのグ
リッパヘッド３９は、予熱されたプリント基板を取り上
げて角度α（第３図）だけ水平に回転させ、コンピュー
タ２３によって決定された曲線軌道に沿ってやはりコン
ピュータ２３によって決定された速度（例えば０．５〜
３ｍ／ｓ）で第一回目のはんだ付操作のためプリント基
板をはんだの波２１へと運ぶ。

はんだ波２１の流動方向が第２〜５図に矢印５６で示唆
しである。はんだ波２１内で最初のはんだ付操作を行う
間に、グリッパヘッド３９により保持されたプリント基
板が、矢印５８の方向に移動する際、描く曲線軌道のう
ち、第２図では真っすぐ上昇する曲線軌道が破線５７、
そして水平方向から徐々に上昇した湾曲曲線軌道が一点
鎖線５８で示唆しである。

この最初のはんだ付操作後、グリッパヘッド３９が持ち
上がり、ロボットユニット２８が高速で後退し、グリッ
パヘッド３９は同時に成る角度（この例では１８０°）
水平に回転して再び降下し、プリント基板は一方の曲線
軌道５７′、５８′（第４図）に沿ってはんだ波２１と
第二回目の接触を行う。

次にグリッパヘッド３９が持ち上がり、ロボットユニッ
ト２８が高速で排出用コンベヤ１４の初端範囲上を摺動
してグリッパヘッド３９を降下させ、次にプリント基板
１３はグリッパ４ｏが開くことにより排出用コンベヤ１
４上に達し、該コンベヤで排出される。

上述の例においてプリント基板ははんだ波向で最初のは
んだ付操作後１８０°回転し、従って両方の作業とも回
転角度αが同じである。最初の作業の回転角度も最初の
作業と次の作業との間の回転角度も、そして両作業時に
描く曲線軌道とその速度も、コンピュータ２３が全運動
を数値制御するので各プリント基板の組立編成に最適に
適合することができ、これらのパラメータのすべてを個
々に決定するのに僅かな実験が必要となるにすぎない。

これらのパラメータは例えばバーコードで表すことがで
き、はんだ付すべき各プリント基板にそれ独自のパラメ
ータを　−表すかかるコードマークを設けるなら、上述
の装置は事実上組替なしに各種のプリント基板組立体を
連続してはんだ付することができる。実験ではコンピュ
ータ２３に前記パラメータをキーボード２３′を介し入
力することもできる。

本方法は本来いわゆる「複流動はんだ付ライン」を利用
して行うこともできる。その場合プリント基板は第−波
で最初のはんだ付操作後に垂直軸を中心に例えば１８０
’回転させ、その後はじめて第二波でのはんだ付操作の
ため供給する。

（発明の効果） 本発明はプリント基板を所定の曲線軌道により、１回目
のはんだ波と接触させ、次にプリント基板を垂直軸に回
転させ、さらに別の曲線軌道に沿って２回目のはんだ波
と接触させることによりプリント基板の被接合面に２度
異なる方向からはんだ波が接触するので、最適なはんだ
付けを行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本方法を実施する装置の斜視図、第２図はそれ
に沿ってプリント基板がはんだ波と第一回目の接触を行
う２つの可能な曲線軌道の勾配を示すはんだ波の側面概
要図、第３図は１プリント基板（組立体削除）を概略示
す第２図の平面図、 第４図はそれに沿ってプリント基板がはんだ波と第二回
目の接触を行う２つの可能な曲線軌道の勾配を示す第２
図と類似の図、 第５図は第４図の平面図である。 １３・・・プリント基板、２１・・・はんだ波、５日・
・・流動方向、５７．５７′、　５８．５８′・・・曲
線軌道、α・・・角度。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）各プリント基板（１３）の、はんだ付を予定しフラ
   ックスを設けたはんだ側を予熱し、温めた状態で曲線軌
   道（５７、５８）に沿ってはんだ側を溶融したはんだの
   波（２１）と二度接触させ、その際プリント基板（１３
   ）の２つの相対向した側縁をはんだの波（２１）の流動
   方向（５６）に対し鋭角（α）としてプリント基板組立
   体をはんだ付する方法において、一度目のはんだ付操作
   後プリント基板（１３）を垂直軸を中心に回転させ、別
   の曲線軌道（５７′、５８′）に沿って二度目のはんだ
   付操作を行うことを特徴とする方法。 ２）プリント基板（１３）を一度目および二度目のはん
   だ付操作のため同一のはんだの波（２１）と接触させる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３）プリント基板（１３）を二度とも同じ側からはんだ
   の波（２１）と接触させることを特徴とする特許請求の
   範囲第２項に記載の方法。 ４）はんだの波（２１）で一度目のはんだ付操作後プリ
   ント基板をほぼ１８０°回転させることを特徴とする特
   許請求の範囲第１〜３項のいずれかに記載の方法。 ５）両曲線軌道（５７、５８；５７′、５８′）を数値
   制御することを特徴とする特許請求の範囲第１〜４項の
   いずれかに記載の方法。 ６）プリント基板（１３）を少なくとも一方のはんだの
   波（２１）の範囲で水平方向から徐々に上昇した曲線軌
   道（５８、５８′）に沿って移動させることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１〜５項のいずれかに記載の方法。 ７）プリント基板（１３）の予熱時その温度を検出し、
   所定の温度値になるとプリント基板を個々に取り上げて
   曲線軌道（５７、５８）に沿ってはんだの波（２１）と
   接触させることを特徴とする特許請求の範囲第１〜６項
   のいずれかに記載の方法。 ８）両曲線軌道（５７、５７′：５８、５８′）が少く
   とも近似的に同一形状であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１〜７項のいずれかに記載の方法。 ９）曲線軌道（５７、５７′；５８、５８′）とはんだ
   の波（２１）の流動方向（５６）に対しプリント基板（
   １３）の対向した側縁が成す鋭角（α）とを決定する機
   械読取り可能なコードマーク（４５）をプリント基板（
   １３）に設けることを特徴とする特許請求の範囲第７項
   に記載の方法。 １０）予熱ステーション（１７）と、この後段に配置さ
   れた流動はんだ付装置（１９）と、プリント基板（１３
   ）を予熱ステーション（１７）から流動はんだ付装置（
   １９）を介し排出用コンベヤ（１４）へと搬送する搬送
   手段（２２）とを有し特許請求の範囲第１項に記載の方
   法を実施するための装置において、搬送手段（２２）が
   少くとも２座標方向に摺動可能なそして少くともこれら
   の座標方向の一つと平行な軸を中心に回転可能なグリッ
   パヘッド（３９）を有し、グリッパヘッドの運動をコン
   ピュータ（２３）が制御し、グリッパヘッドは、各１プ
   リント基板（１３）を予熱ステーション（１７）から取
   り上げ、コンピュータによって予め決定された曲線軌道
   （５７、５８；５７′、５８′）に沿ってそのはんだ側
   を流動はんだ付装置（１９）のはんだの波（２１）と二
   度接触させるようになっていることを特徴とする装置。 １１）予熱ステーション（１７）に付属して予熱ステー
   ション内にあるプリント基板（１３）の温度を測定する
   ための温度検出器（４６）を設け、これをコンピュータ
   （２３）に接続したものにおいて、コンピュータ（２３
   ）はプリント基板（１３）の温度が所定の値になるとグ
   リッパヘッド（３９）を運動させるようになっているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１０項に記載の装置。 １２）はんだ付すべきプリント基板（１３）を供給する
   供給用コンベヤ（１２）を有し、特許請求の範囲第９項
   に記載の方法を実施するための装置であって、プリント
   基板（１３）の存在を確認し、場合によってはプリント
   基板（１３）上に配設されたコードマーク（４５）を読
   取るようになったセンサ（４３）がコンピュータ（２３
   ）に接続して供給用コンベヤ（１２）の端領域に配設し
   てあることを特徴とする特許請求の範囲第１０項または
   第１１項に記載の装置。