説明

はんだ付け装置

【課題】 プリント基板に挿入された電子部品のはんだ付けを、適切な熱負荷の下で行なうことを可能せしめるはんだ付け装置を提供することを目的としている。
【解決手段】 電子部品が実装されるプリント基板を搭載するテーブルユニットと、テーブルユニットの下部に設けられたはんだ槽と、はんだ槽の上部に設けられた噴流ノズルと、はんだ槽に貯蔵された溶融はんだを噴流ノズルに供給する循環機構と、はんだ槽を昇降移動する昇降機構と、電子部品の実装状況を監視する測定部と、測定部から得られる電子部品のはんだ上がり状況に基づいてテーブルユニットと循環機構と昇降機構を制御するコントロール部からはんだ付け装置を構成するようにした。測定部は、はんだ上がりの状況をレーザーセンサにより認識する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、プリント回路基板の製造に用いられるはんだ付け装置に関わり、特にノズルから溶融はんだを噴流させて電子部品の実装を行なうはんだ付け装置に関する。
【背景技術】
【0002】
噴流ノズルを備えているはんだ付け装置が特許文献1に開示されている。装置には、はんだ付け部や部品データなどの基板データが登録されている。噴流ノズルは、登録されたデータに基づいてX−Y方向に移動する。プリント基板は基板把持部に固定され、Z方向に独立稼動する。噴流ノズルからは、予め入力したはんだ付け条件に基づき溶融はんだが噴流し、挿入部品のはんだ付け部のみが選択的にはんだ付けされる。
【0003】
はんだ付けでは、個々の部品の電極表面処理状態や保管状態の差異などから、はんだ上がりにばらつきを生じる。はんだ付け装置に入力されるはんだ付け条件は、ばらつきを考慮し、最もはんだ上がりの不十分な部品に合わせて決定されている。このように決定された条件下ではんだ付けをした場合、はんだ上がりのよい部品には余分な熱負荷が与えられたことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2008−109033号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、プリント基板に挿入される電子部品のはんだ付けを、適切な熱負荷の下で行なうことを可能せしめるはんだ付け装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本願に関わるはんだ付け装置は、電子部品が実装されるプリント基板を搭載するテーブルユニットと、テーブルユニットの下部に設けられたはんだ槽と、はんだ槽の上部に設けられた噴流ノズルと、はんだ槽に貯蔵された溶融はんだを噴流ノズルに供給する循環機構と、はんだ槽を昇降移動する昇降機構と、電子部品の実装状況を監視する測定部と、測定部から得られる電子部品のはんだ上がり状況に基づいてテーブルユニットと循環機構と昇降機構を制御するコントロール部とを備えている。
【発明の効果】
【0007】
この発明に関わるはんだ付け装置によれば、プリント基板に挿入された電子部品のみを、生産性を維持したまま選択的にはんだ付けすることができる。さらに、電子部品に過剰な熱負荷を与えることが避けられるため、はんだ付け不良が減り、信頼性の高いはんだ接合部を持ったプリント回路基板を製造可能である。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】この発明の実施の形態によるはんだ付け装置を示す構成図で、制御システムからXY方向移動信号が発信されている状態を表わしている。
【図2】この発明の実施の形態によるはんだ槽を示す構成図で、溶融はんだがはんだ槽を循環していて噴流ノズルから溶融はんだが噴流している情況を表わしている。
【図3】この発明の実施の形態によるはんだ付け装置を示す構成図で、制御システムからZ軸方向上昇信号および噴流開始信号が発信されている状態を表わしている。
【図4】この発明の実施の形態によるはんだ付け装置を示す構成図で、はんだが濡れ広がりつつある状態を示している。
【図5】この発明の実施の形態によるはんだ付け装置を示す構成図で、制御システムがはんだ上がり完了信号を受信している状態を表している。
【図6】この発明の実施の形態によるはんだ付け装置を示す構成図で、はんだ付けが完了した状態を表している。
【発明を実施するための形態】
【0009】
図1から図6に基づいて実施の形態を説明する。図1は本発明に関わるはんだ付け装置の概略構成を説明する構成図である。はんだ付け装置100はプリント基板3に対し、電子部品1を自動で実装する。電子部品1は、先端に金属製のリード2が取り付けられている。プリント基板3にはガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させた基材が用いられる。プリント基板3の複数のスルーホールには電極4が設けられていて、電子部品1が挿入される。電子部品1のリード2にはフラックス5が塗布される。溶融はんだ6は、ここではSn−3.0Ag−0.5Cu組成のPbフリーはんだを用いている。基板把持部7に所定の向きで把持されたプリント基板3は、X−Yテーブルユニット8に搭載される。
【0010】
X−Yテーブルユニット8は、プリント基板3のはんだ付け箇所を、噴流ノズル10に対向させるように基板把持部7をX軸方向とY軸方向に水平移動させる。X−Yテーブルユニット8の下部にははんだ槽9が設置されている。はんだ槽9は内部にはんだを溶融状態で蓄えていて、溶融はんだ6は溶融はんだ6の上部に設けられた噴流ノズル10から電子部品1に供給される。噴流ノズル10から噴出する溶融はんだ6ははんだ槽9の内部を循環している。はんだ槽昇降機構11ははんだ槽9をZ軸方向に昇降移動させる。
【0011】
はんだ上がり測定部12は、電子部品1の実装状況を監視する。例えばレーザーセンサを用いて、リード2に形成されるフィレットの形成状況をモニタする。はんだ上がり測定部12から得られた、はんだ上がり状況は、制御システム13に送出される。プリント基板3のスルーホール部を溶融はんだ6が濡れあがると、はんだ先端部の位置がZ軸方向に変化するので、はんだ上がり測定部12はその変移を検知する。制御システム13がはんだ上がり完了信号を出力すると、はんだ槽9は下降し、はんだ付けは完了する。
【0012】
制御システム13のメモリには、プリント基板設計データ、実装部品データ、はんだ上がり状況をフィードバックしたデータなどが登録されている。制御システム13のコントロール部は、登録データに基づいてはんだ付け処理部16に制御信号を出力し、プリント基板3の所定のはんだ付け箇所にはんだ付けを進行させる。はんだ付け処理部16は、基板把持部7、X−Yテーブルユニット8、はんだ槽9、はんだ槽昇降機構11などから構成される。はんだ槽9とプリント基板3の位置関係は相対的に変化すればよいから、はんだ槽9を固定し、X−Yテーブルユニット8がX軸方向とY軸方向の移動に加えて、Z軸方向に昇降するようにしても構わない。
【0013】
はんだ槽9の詳細構造を図2に基づいて説明する。はんだ槽9は噴流ノズル10、モータ14、加熱ヒータ16、インペラ17などから構成されている。はんだ槽9の温度は加熱ヒータ16によってはんだの融点以上に保たれている。噴流ノズル10は筒状金属板で構成され、はんだ槽9に貯蔵された溶融はんだ6がここから噴流し、電子部品に供給される。インペラ17はモータ14に連結されていて、モータ14が回転するとインペラ17も回転する。インペラ17が回転すると、はんだ槽9の内部で溶融はんだ6の循環が始まり、噴流ノズル10に溶融はんだ6が供給される。噴流ノズル10から噴流した溶融はんだ6は、はんだ槽9に戻る。インペラ17の回転を止めると、噴流ノズル10からの溶融はんだ6の噴流は停止する。モータ14とインペラ17が循環機構を構成する。
【0014】
次に、はんだ付け装置100を用いて電子部品1を実装する手順を説明する。まずプリント基板3に存在する複数のスルーホールの電極4に電子部品1を仮装着する。プリント基板3の裏面側から刷毛などを用いて液状のフラックス5を供給した後、プリント基板3を基板把持部7にセットする。制御システム13は、予め入力しておいた電子部品1の電極4の座標を特定し、はんだ付け処理部16にXY方向移動信号を出力する(図1)。はんだ付け処理部16のX−Yテーブルユニット8は、噴流ノズル10の位置と同一のXY座標の位置に電子部品1を移動する。
【0015】
次に制御システム13は、はんだ付け処理部16にZ軸方向上昇信号および、噴流開始信号を出力する(図3)。制御システム13からZ軸方向上昇信号を受信したはんだ槽昇降機構11は、はんだ槽9をZ軸正方向に移動させる。制御システム13から噴流開始信号を受信したはんだ付け処理部16は、モータ14を回転させ、溶融はんだ6を噴流ノズル10に供給する。
【0016】
供給された溶融はんだ6が電極4と接触すると、プリント基板3および電子部品1に塗布されたフラックス5の温度は上昇し、フラックス5が活性化する。フラックス5は、プリント基板3のスルーホールに設けられた電極4、および電子部品1のリード2の金属部分の酸化膜を除去する。さらに電子部品1を溶融はんだ6に接触させると、清浄化された金属電極表面に、溶融はんだ6は濡れ広がりながら、徐々にスルーホール壁面を濡れあがっていく(図4)。
【0017】
濡れあがったはんだは、プリント基板3の部品面側にフィレット15を形成し、濡れ上がりが完了する。この時、はんだ上がり測定部12は、はんだ付けしているスルーホール部のはんだ上がり状況を監視している。はんだ上がり測定部12は、スルーホール部におけるはんだ先端部のZ軸方向の位置からフィレット15が形成されたことを検知すると、制御システム13にはんだ上がり完了信号を出力する(図5)。
【0018】
はんだ上がり完了信号が入力された制御システム13は、はんだ付け処理部16にZ軸方向下降信号および、噴流停止信号を出力する。制御システム13からZ軸方向下降信号を受信したはんだ槽昇降機構11ははんだ槽9をZ軸方向に下降させる。制御システム13から噴流停止信号を受信したモータ14はインペラ17の回転を停止し、溶融はんだ6の噴流ノズル10への供給が停止することではんだ付けは完了する(図6)。
【0019】
上記工程を繰り返すことで、電子部品1の電極4へのはんだ付けを行っていき、プリント回路基板を製造する。このように構成されたはんだ付け装置100では、フィレット15が形成した時点すなわち、はんだが上がった時点で浸漬を終了することにより、不必要な入熱を避けてはんだ付けできるため、信頼性の高いプリント配線板を得ることができる。
【0020】
この実施の形態では、ガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させた基材の場合について説明したが、これに限るものではなく、絶縁性を有する材料、例えば紙基材、ポリエステル基材などにエポキシ樹脂、フェノール樹脂などを含浸させた基材を用いてもよい。
【0021】
また、本実施例では、Sn−3.0Ag−0.5Cu組成のはんだについて説明したが、これに限るものではなく、Sn−Cu系はんだ、Sn−Ag系はんだ、Sn−Zn系はんだまたはSn−Sbはんだなどを用いても同様の効果が得られる。
【0022】
さらに、本実施例では、レーザセンサを用いたはんだ上がり測定部について説明したが、これに限るものではなく、画像認識によりスルーホール部の色調や形状の変化を捉え、フィレットが形成されたと判断した時にはんだ上がり完了信号を出力する手法や、サーモグラフィを用いてスルーホール部における温度分布を監視し、溶融はんだの温度と等しくなった時にはんだ上がり完了信号を出力する手法など用いてはんだ上がりを監視してもよい。
【符号の説明】
【0023】
1 電子部品、2 リード、3 プリント基板、4 電極、5 フラックス、6 溶融はんだ、7 基板把持部、8 X−Yテーブルユニット、9 はんだ槽、10 噴流ノズル、11 はんだ槽昇降機構、12 はんだ上がり測定部、13 制御システム、14 モータ、15 フィレット、

【特許請求の範囲】
【請求項1】
電子部品が実装されるプリント基板を搭載するテーブルユニットと、
テーブルユニットの下部に設けられたはんだ槽と、
はんだ槽の上部に設けられた噴流ノズルと、
はんだ槽に貯蔵された溶融はんだを噴流ノズルに供給する循環機構と、
はんだ槽を昇降移動する昇降機構と、
電子部品の実装状況を監視する測定部と、
測定部から得られる電子部品のはんだ上がり状況に基づいてテーブルユニットと循環機構と昇降機構を制御するコントロール部とを備えているはんだ付け装置。
【請求項2】
測定部は、はんだ上がりの状況をレーザーセンサにより認識することを特徴とする請求項1に記載のはんだ付け装置。
【請求項3】
測定部は、はんだ上がりの状況を画像認識により認識することを特徴とする請求項1に記載のはんだ付け装置。
【請求項4】
測定部は、はんだ上がりの状況をサーモグラフィにより認識することを特徴とする請求項1に記載のはんだ付け装置。

【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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【公開番号】特開2012−38854(P2012−38854A)
【公開日】平成24年2月23日(2012.2.23)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−176340(P2010−176340)
【出願日】平成22年8月5日(2010.8.5)
【出願人】(000006013)三菱電機株式会社 (33,312)
【Fターム(参考)】