説明

はんだ付け装置およびはんだ付け方法

【課題】小型Exposed Pad付き表面実装部品の安定したリペア品質を確保できるリペア装置を提供する。
【解決手段】プリント基板に実装されているExposed Pad付き表面実装部品のはんだ接合部を加熱されたエアーをノズルから吹き付けることで加熱溶融して取り外し、取り付けする表面実装部品リペア装置において、部品を囲う形状のノズル本体を加熱して、はんだ溶融温度以上に加熱した時点で取り付けするExposed Pad付き部品を囲うようにプリント基板上へ下降させ、部品外周の端子部のはんだを溶融させ、はんだが完全に溶融した後でノズルを上昇させて部品外周の端子部のはんだ付けを行ない、Exposed Pad付き部品の仮固定を行なう。部品仮固定後、そのままノズルから加熱されたエアーをExposed Pad付き部品へ吹き付けてExposed Pad部のはんだ付けを行なう。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、はんだ付け装置およびはんだ付け方法に係り、特にプリント基板に実装する部品裏面に露出パッドを備えた表面実装部品(Exposed Pad付き部品と呼ぶ)のリペア作業が容易なはんだ付け装置およびはんだ付け方法に関する。
【背景技術】
【0002】
表面実装部品は、はんだペーストを印刷したプリント基板に搭載され、リフロー(はんだペーストの再溶融)により、プリント基板に接続される。プリント基板の検査により、表面実装部品の不具合があると、該当表面実装部品のみを一旦プリント基板から取り外し、他の表面実装部品を再接続する必要がある。この工程をリペアと呼ぶ。また、後半の再接続をリペアはんだ付けと呼ぶ。
【0003】
図1を参照して、Exposed Pad付き部品を説明する。ここで、図1は、Exposed Pad付き部品の下方からの斜視図である。図1において、Exposed Pad付き部品4は、その底面にプリント基板との電気的接続部である部品端子部14と、部品端子部14の内側に部品端子部14と同様にプリント基板にはんだ付けするExposed Pad部15とを備えている。
【0004】
Exposed Pad付き部品は、BGA部品と同様に部品裏面でプリント基板と、はんだ付けがなされる。このため、リペアは、Exposed Pad付き部品全体を、加熱用ヒータで加熱されたエアーで加熱して、はんだを溶融させた後に部品を取り外す。次に、取り外した箇所のプリント基板上にはんだペーストを乗せて部品を搭載後、再度部品全体を、加熱エアーで加熱して、部品裏面側のはんだペーストを溶融させてはんだ付けを行なう。リペアは、上述した手順を組み込んだリペア装置を使用して、自動で作業を行なっている。特許文献1は、電子部品を均一に加熱可能なリペア装置を開示している。
【0005】
年々、Exposed Pad付き部品は、小型・軽量化が進んでいる。その具体的な数値は、4mm×4mm、10mm×7.5mm、32mg〜0.13g等である。小型・軽量化が進み、リペアはんだ付けにおいて、部品全体を加熱エアーで加熱する際に、はんだ付けされる前にエアーの力で部品のずれや飛散などが起こるようになってきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2009−141012号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、小型・軽量化が進んだExposed Pad付き部品のはんだ付けが可能なはんだ付け装置およびはんだ付け方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上述した課題は、はんだ印刷されたプリント基板上と、このプリント基板に搭載された表面実装部品とをはんだ付けするはんだ付け装置において、表面実装部品は、その接続面の外周に複数の部品端子部と、接続面の部品端子部の内側に露出パッドとを有し、部品端子部とプリント基板とを接続する加熱手段と、部品端子部とプリント基板とが接続された状態で、露出パッドとプリント基板とを接続する加熱エアー吹き付け手段と、を有するはんだ付け装置により、達成できる。
【0009】
また、その接続面の外周に複数の部品端子部と、接続面の部品端子部の内側に露出パッドとを有する表面実装部品と、この表面実装部品をはんだ印刷されたプリント基板上に搭載して、表面実装部品と、プリント基板とをはんだ付けするはんだ付け方法において、部品端子部とプリント基板とを接続する工程と、部品端子部とプリント基板とが接続された状態で、露出パッドとプリント基板とを接続する加熱エアー吹き付け工程とを含むはんだ付け方法により、達成できる。
【発明の効果】
【0010】
本発明に拠れば、小型・軽量化が進んだExposed Pad付き部品のはんだ付けが可能なはんだ付け装置およびはんだ付け方法を提供できた。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】Exposed Pad付き部品の裏面からの斜視図である。
【図2】Exposed Pad付き部品のはんだ付け方法を説明するリペアはんだ付け装置の要部構成断面図である。
【図3】ノズル先端部の拡大側面図である。
【図4】リペア装置の斜視図である。
【図5】他のノズルの斜視図である。
【図6】他のノズル先端部の拡大側面図である。
【図7】他のExposed Pad付き部品のはんだ付け方法を説明するリペアはんだ付け装置の要部構成断面図である。
【図8】さらに他のExposed Pad付き部品のはんだ付け方法を説明するリペアはんだ付け装置の要部構成断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下本発明の実施の形態について、実施例を用い図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実質同一部位には同じ参照番号を振り、説明は繰り返さない。
【実施例1】
【0013】
図2と図3を参照して、実施例1のExposed Pad付き部品のはんだ付け方法を説明する。図2において、リペアはんだ付け装置100は、制御部50、エアー加熱用ヒータ12、ノズル加熱用ヒータ13、吸引ポンプ30、ノズル1、吸着ノズル2を備える。制御部50は、エアー加熱用ヒータ12、ノズル加熱用ヒータ13、吸引ポンプ30、図示しないエアー弁、Z1軸モータ、Z2軸モータを制御する。ノズル1は、ノズル加熱用ヒータ13と接続されている。ノズル2は、吸引ポンプ30に接続されている。エアー20は、エアー加熱用ヒータ12を通過することによって加熱される。
【0014】
ノズル1は、ノズル加熱用ヒータ13により、抵抗加熱される。ノズル1が予め温度センサにより取得したノズル1の温度プロファイルを基にはんだ溶融温度以上に加熱された時点で、リペアはんだ付け装置100は、図2(a)に示す通り第1のZ軸Z1を稼働させてノズル1を部品端子部14近傍のプリント基板3上のはんだ接続パッド部に接触させる。この結果、部品端子部14のはんだペースト10は、溶融する。
【0015】
ここで、ノズル1の先端は、図3に示す通り、櫛歯状となっており、プリント基板3上のはんだ接続パッド部のみに接触する構造となっている。これは、プリント基板3への熱ストレスを防止するためである。
【0016】
図2に戻って、部品端子部14のはんだペーストが完全に溶融した時点で、リペアはんだ付け装置100は、ノズル1を第1のZ軸Z1を稼働させて上昇させる。この結果、Exposed Pad付き部品4の部品端子部14は、冷却し、プリント基板3とはんだ付けされる。次に図2(b)に示す通り、リペアはんだ付け装置100は、エアー加熱用ヒータ12によりはんだ溶融温度以上に加熱されたエアー20をエアー吹き出し口11よりExposed Pad付き部品4に吹き付ける。リペアはんだ付け装置100は、予め温度センサにより取得したエアー20によるExposed Pad付き部品4およびはんだ付け部の温度プロファイルに従ってExposed Pad部15のはんだを溶融させてはんだ付けを行なう。
【0017】
図4を参照して、リペアはんだ付け装置100の構造を説明する。図4において、リペアはんだ付け装置100は、テーブル6、X軸稼動部7、Y軸稼動部8、第1のZ軸Z1、第2のZ軸Z2、X−Y−Z軸調整スイッチ9から構成されている。X軸稼動部7は、テーブル6に乗っている。Y軸稼動部8は、X軸稼動部7に乗っている。第1のZ軸Z1は、Y軸稼動部8に乗っている。第2のZ軸Z2は、第1のZ軸Z1に乗っている。テーブル6には、プリント基板3、トレイ5が乗っている。トレイ5には、Exposed Pad付き部品4が乗っている。 Exposed Pad付き部品4の取り外し方について、以下説明する。Exposed Pad付き部品4が実装されたプリント基板3をテーブル6にセットする。X−Y−Z軸調整スイッチ9(9X、9Y、9Z)を操作し、先ずはX軸稼働部7とY軸稼働部8を動作させてX−Yの座標軸を決定する。これは、ノズル1のセンタとExposed Pad付き部品4のセンタの位置を合わせる。その後、ノズル1を一端が接続された第1のZ軸Z1を稼働させExposed Pad付き部品4をノズル1が囲うように部品上部にセットすることで3軸の位置合わせが完了する。
【0018】
次いで、第2のZ軸Z2を稼働し、吸着ノズル2を降下させてExposed Pad付き部品4を吸着する。この状態で、エアー加熱用ヒータ12で加熱されたエアー20をノズル1から吹き付け、Exposed Pad付き部品4のはんだを溶融させる。Exposed Pad付き部品4のはんだが完全に溶融した後、第2のZ軸Z2を稼働させ上昇することによりExposed Pad付き部品4をプリント基板3から取り外すことができる。
【0019】
一方、Exposed Pad付き部品4の基板への取り付け方について、以下説明する。はんだペースト10が印刷されたプリント基板3をテーブル6にセットする。Exposed Pad付き部品4を収納しているトレイ5よりノズル1に取り付いている吸着ノズル2によってExposed Pad付き部品4を吸着する。Exposed Pad付き部品4の搭載位置情報を予めX−Y−Z軸調整スイッチ9に入力し、X軸稼働部7、Y軸稼働部8および第1のZ軸Z1、第2のZ軸Z2を稼働させることで、プリント基板3上の目的の位置に搭載する。その後、ノズル1を加熱して一旦Exposed Pad付き部品4を周囲のはんだで仮固定する。その後、ノズル1からエアー加熱用ヒータ12で加熱されたエアー20を吹き付けることによってExposed Pad15のはんだペースト10を溶融させて取り付ける。
【0020】
なお、仮固定したExposed Pad付き部品4の周囲のはんだも再溶融する。しかし、液化はんだの表面張力により、位置ずれ、飛散等は、発生しない。すなわち、エアー加熱の前半は、はんだの仮固定、後半は、はんだの表面張力により、ずれを防止するものである。
【実施例2】
【0021】
図5および図6を参照して、実施例2を説明する。図5は、ノズル1Aの下方からの斜視図を示したものである。図5において、ノズル1Aは、図3の櫛歯形状の先端部の代わりに、先端部形状を平らにし、且つ、ノズル下面側の四隅にそれぞれ0.1mmの突起部16を配している。実施例1と同様にノズル1Aは、ノズル加熱用ヒータ13と接続されている。しかし、突起部16を配する四隅部分は、熱伝導率の低い材料を使用し、温度上昇を遅くする。ノズル加熱用ヒータ13によりノズル1Aは、突起部16を配する四隅部分以外が急速に加熱される。予め温度センサにより取得したノズル1Aの加熱部の温度プロファイルを基にはんだ溶融温度以上に加熱された時点で、図6(a)に示す通り第1のZ軸Z1を稼働させてノズル1をExposed Pad付き部品4の上部から周囲を囲うようにプリント基板3上に下降させる。図6(b)に示す通りノズル1は、四隅の突起部16のみがプリント基板3上に接触する構造となる。図6(b)において、ノズル1Aの加熱部分は、プリント基板3との間に0.1mmのクリアランスが生じる。はんだペースト10の高さは、およそ0.12mmから0.15mmであることから、ノズル1Aの加熱部分は、部品端子部14近傍のはんだペースト10に接触してはんだペースト10を溶融させる。はんだペースト10が完全に溶融した時点で、ノズル1Aを第1のZ軸Z1を稼働させて上昇させてExposed Pad付き部品4の部品端子部14をはんだ付けすることで仮固定する。
【0022】
はんだペースト10を溶融させる際、ノズル1Aの加熱部分とプリント基板3との間に0.1mmのクリアランスがあるため、プリント基板3への熱ストレスを防止できる。実施例2は、Exposed Pad付き部品4の端子配置形状に左右されず共通のノズル1Aでのはんだ仮固定ができる。はんだ仮固定後、実施例1と同様に、エアー加熱用ヒータ12によりはんだ溶融温度以上に加熱されたエアー20をエアー吹き出し口11よりExposed Pad付き部品4に吹き付け、予め温度センサにより取得したエアー20によるExposed Pad付き部品4およびはんだ付け部の温度プロファイルに従ってExposed Pad部15のはんだを溶融させてはんだ付けを行なう。
【実施例3】
【0023】
図7を参照して、実施例3を説明する。図7において、リペアはんだ付け装置100Aのノズル1Bは、図5のノズル1Aの外周にエアー20を逃がすエアー排気口17を備えたノズルである。実施例1、実施例2と同様にノズル1Bは、ノズル加熱用ヒータ13と接続されている。しかし、突起部16を配する四隅部分は、熱伝導率の低い材料を使用し、温度上昇を遅くする。ノズル加熱用ヒータ13によりノズル1Bは、突起部16を配する四隅部分以外が急速に加熱される。予め温度センサにより取得したノズル1Bの加熱部の温度プロファイルを基にはんだ溶融温度以上に加熱された時点で、リペアはんだ付け装置100Aは、第1のZ軸Z1を稼働させてノズル1BをExposed Pad付き部品4の上部から周囲を囲うようにプリント基板3上に下降させる。図6(b)に示す通りノズル1Bは、0.1mmのクリアランスを以って四隅の突起部16のみがプリント基板3上に接触する。ノズル1Bの加熱部分は、部品端子部14のはんだペースト10に接触する。この結果、はんだペースト10を溶融させる。はんだペースト10が完全に溶融した時点で、リペアはんだ付け装置100Aは、ノズル加熱用ヒータ13を遮断して、ノズル1Bの温度を下降させる。この結果、Exposed Pad付き部品4の部品端子部14をはんだ付けする。
【0024】
はんだ仮固定後、実施例1と同様に図7に示す通り、エアー加熱用ヒータ12によりはんだ溶融温度以上に加熱されたエアー20をエアー吹き出し口11よりExposed Pad付き部品4に吹き付ける。この時、ノズル1Bは下降したままでプリント基板3と接触しており、Exposed Pad付き部品4を覆っている状態となるが、ノズル1B外周の熱風を逃がすエアー排気口17から上方にエアー20を逃がす。排気を周囲の部品にぶつけないことで、周囲の部品およびプリント基板3へのストレスを防止する。更に、予め温度センサにより取得したエアー20によるExposed Pad付き部品4およびはんだ付け部の温度プロファイルに従ってExposed Pad部15のはんだを溶融させてはんだ付けを行ない、Exposed Pad付き部品4を取り付ける。これにより、ノズル1Bの上昇動作を行なうプロセスを省いて、Exposed Pad付き部品4のはんだ仮付けを実施する。
【実施例4】
【0025】
図8を参照して、実施例4を説明する。図8において、リペアはんだ付け装置100Bは、制御部50、エアー加熱用ヒータ12、吸引ポンプ30、ノズル40、吸着ノズル2を備える。制御部50は、エアー加熱用ヒータ12、吸引ポンプ30、図示しないエアー弁、Z1軸モータ、Z2軸モータを制御する。ノズル2は、吸引ポンプ30に接続されている。エアー20は、エアー加熱用ヒータ12を通過することによって加熱される。
【0026】
実施例1ないし実施例3では、Exposed Pad付き部品4の仮固定は、抵抗加熱、Exposed Pad部15のはんだ接続を含む本固定は、エアー加熱を採用した。これに対して、実施例4は、Exposed Pad付き部品4の仮固定、Exposed Pad部15のはんだ接続を含む本固定とも、エアー加熱を採用する。加熱源が一つとなるので、設備が小型となるメリットがある。しかし、ノズル40がやや複雑な構造となる。
【0027】
図8において、リペアはんだ付け装置100Bは、本固定用のエアー20−1に対して独立した配管ルートを持つ部分供給エアー20−2を備える。ノズル40は、その本体全体が独立してエアーを通す管を有する構造となっている。ノズル40は、その管と部分供給エアー20−2の独立した配管は接続されている。部分供給エアー20−2は、ノズル40の管を通って部分供給エアー20−2専用吹き出し口18から部分供給エアー20−2を吹き付ける。
【0028】
図8(a)において、リペアはんだ付け装置100Bは、先ず第1のZ軸Z1を稼働させてノズル40をExposed Pad付き部品4の上部から周囲を囲うようにプリント基板3上に下降させる。リペアはんだ付け装置100Bは、エアー加熱用ヒータ12によりはんだ溶融温度以上に加熱された部分供給エアー20−2を部分供給エアー20−2専用吹き出し口18よりExposed Pad付き部品4の部品端子部14のはんだ接続パッド部に吹き付ける。部分供給エアー20−2専用吹き出し口18は、ノズル40内側の方が下側に長く、加熱された部分供給エアー20−2をExposed Pad付き部品4の外側に逃がす構造となっている。予め温度センサにより取得した部分供給エアー20−2によるExposed Pad付き部品4の部品端子部14におけるはんだ付け部の温度プロファイルに従って、リペアはんだ付け装置100Bは、部品端子部14のはんだを溶融させてはんだ付けすることで仮固定する。
【0029】
次に、リペアはんだ付け装置100Bは、第1のZ軸Z1を稼働させてノズル40を上昇させて、図8(b)に示す通り、エアー加熱用ヒータ12によりはんだ溶融温度以上に加熱されたエアー20−1をエアー吹き出し口11よりExposed Pad付き部品4に吹き付ける。予め温度センサにより取得したエアー20−1によるExposed Pad付き部品4およびはんだ付け部の温度プロファイルに従って、リペアはんだ付け装置100Bは、Exposed Pad部15のはんだを溶融させてはんだ付けを行なう。この結果、リペアはんだ付け装置100Bは、Exposed Pad付き部品4をプリント基板3に取り付ける。
【0030】
以上、詳述したように、実施例4によれば、ノズル40は、Exposed Pad付き部品4の本体を加熱する用途のみではなく、ノズル40自体を仮固定用のはんだ付け器具とする構成であるため、自動でExposed Pad付き部品4の取り付けを可能とし、且つ安定した品質の確保を可能とするものである。
【符号の説明】
【0031】
1…ノズル、2…吸着ノズル、3…プリント基板、4…Exposed Pad付き部品、5…トレイ、6…テーブル、7…X軸稼働部、8…Y軸稼働部、9X…X軸調整スイッチ、9Y…Y軸調整スイッチ、9Z…Z軸調整スイッチ、10…はんだペースト、11…エアー吹き出し口、12…エアー加熱用ヒータ、13…ノズル加熱用ヒータ、14…部品端子部、15…Exposed Pad部、16…突起部、17…エアー排気口、18…部分供給エアー、20…エアー、30…吸引ポンプ、40…ノズル、50…制御部、100…リペアはんだ付け装置。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
はんだ印刷されたプリント基板上と、このプリント基板に搭載された表面実装部品とをはんだ付けするはんだ付け装置において、
前記表面実装部品は、その接続面の外周に複数の部品端子部と、前記接続面の前記部品端子部の内側に露出パッドとを有し、
前記部品端子部と前記プリント基板とを接続する加熱手段と、
前記部品端子部と前記プリント基板とが接続された状態で、前記露出パッドと前記プリント基板とを接続する加熱エアー吹き付け手段と、を有することを特徴とするはんだ付け装置。
【請求項2】
請求項1に記載のはんだ付け装置であって、
前記加熱手段は、抵抗加熱手段であることを特徴とするはんだ付け装置。
【請求項3】
請求項1に記載のはんだ付け装置であって、
前記加熱手段は、第2の加熱エアー吹き付け手段であることを特徴とするはんだ付け装置。
【請求項4】
その接続面の外周に複数の部品端子部と、前記接続面の前記部品端子部の内側に露出パッドとを有する表面実装部品と、この表面実装部品をはんだ印刷されたプリント基板上に搭載して、前記表面実装部品と、前記プリント基板とをはんだ付けするはんだ付け方法において、
前記部品端子部と前記プリント基板とを接続する工程と、
前記部品端子部と前記プリント基板とが接続された状態で、前記露出パッドと前記プリント基板とを接続する加熱エアー吹き付け工程とを含むはんだ付け方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2012−54394(P2012−54394A)
【公開日】平成24年3月15日(2012.3.15)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−195549(P2010−195549)
【出願日】平成22年9月1日(2010.9.1)
【出願人】(000005108)株式会社日立製作所 (27,607)
【Fターム(参考)】