ヒータチップ及び接合装置及び接合方法
【課題】被接合物（特に被覆線）に対して強度的に信頼性の高いハンダ付けを行うこと。
【解決手段】ヒータチップ１０は、通常使用形態の姿勢において最下端の突出した部位となる略直方体形状のコテ部１２を有し、このコテ部１２の一側面１２ａにコテ先面１２ｂに通じるハンダ供給用のくぼみ１４を設けている。リード線１００をプリント配線板１０２上の端子１０４にハンダ付けで接合する加工においては、リード線１００の絶縁被膜が剥がれ、端子１０４の表面に予めコーティングされている一次ハンダ１０５が溶けた直後に、ヒータチップ１０のくぼみ１０４に線状の固形ハンダからなる二次ハンダ６６を挿入（供給）する。
【解決手段】ヒータチップ１０は、通常使用形態の姿勢において最下端の突出した部位となる略直方体形状のコテ部１２を有し、このコテ部１２の一側面１２ａにコテ先面１２ｂに通じるハンダ供給用のくぼみ１４を設けている。リード線１００をプリント配線板１０２上の端子１０４にハンダ付けで接合する加工においては、リード線１００の絶縁被膜が剥がれ、端子１０４の表面に予めコーティングされている一次ハンダ１０５が溶けた直後に、ヒータチップ１０のくぼみ１０４に線状の固形ハンダからなる二次ハンダ６６を挿入（供給）する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハンダ付けに用いるヒータチップ、接合装置および接合方法に係り、特にリフローソルダリングに用いて好適なヒータチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、たとえば外付け電気部品のリード線（被覆線）１００をプリント配線板１０２上の端子（接続パッドまたは電極等）１０４にリフローソルダリングで接合するために、図１５に示すように、コテ部１０６を有するヒータチップ１０８が用いられている（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
このタイプのヒータチップ１０８は、高融点金属たとえばタングステンあるいはモリブデンからなる略コ字状の板体として形成され、凹形の向き（姿勢）で底辺より下方に突出する小片状のコテ部１０６を水平にし、左右両端の接続端子部１１０Ｌ，１１０Ｒをヒータヘッド１１２に取り付けている。図示のヒータヘッド１１２は、ヒータ電源（図示せず）の出力端子に通じる一対の給電用導体１１４Ｌ，１１４Ｒの一側面にボルト１１６Ｌ，１１６Ｒでヒータチップ１０８の左右接続端子１１０Ｌ，１１０Ｒを物理的かつ電気的にそれぞれ接続しており、給電用導体１１４Ｌ，１１４Ｒを介してヒータチップ１０８を上下に移動させる昇降機構や被接合物に向けて押圧する加圧機構（図示せず）を有している。給電用導体１１４Ｌ，１１４Ｒの間には両者を電気的に分離するための絶縁体１１８が挟まれている。
【０００４】
図１５において、プリント配線板１０２は、図示しない作業台（たとえばＸＹテーブル）上に水平に載置されており、リード線１００は端子１０４の上に載せられる。端子１０４の表面には、予めクリーム状のハンダまたはメッキのハンダ１０５がコーティングされている。
【０００５】
ヒータヘッド１１２がヒータチップ１０８を下ろすと、図１６に示すように、ヒータチップ１０８のコテ部１０６の下面つまりコテ先面１０６ａが被接合部つまりリード線１００およびプリント配線板１０２側の端子１０４に適度な加圧力で接触する。このようにヒータチップ１０８のコテ部１０６を被接合部（１００，１０４）に押し当てた状態の下で、ヒータ電源がオンしてヒータチップ１０８に電流を供給すると、ヒータチップ１０８のコテ部１０６が抵抗発熱し、被接合部（１００，１０４）を加熱する。これによって、リード線１００の絶縁被膜が熱で溶けて剥がれ、リード線１００の周囲のハンダ１０５も溶ける。溶けたハンダ１０５は、リード線１００の露出した導体１００ａの周面に沿って這い上がるように幾らか盛り上がる。通電開始から一定時間（通電時間）経過後にヒータ電源が通電を止め、通電終了から一定時間（保持時間）経過後にヒータヘッド１１２がヒータチップ１０８を上昇させて被接合部（１００，１０４）から離す。そうすると、ハンダが凝固して、被接合部（１００，１０４）がリフローのハンダ付けによって結合する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−６６６３６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のような従来のリフローソルダリングによる被覆線接合法は、接合強度が十分ではなく、リード線１００に外力が加わると外れることがあった。すなわち、ＩＣパッケージのように本体もプリント配線板上に取り付けられる表面実装型電気部品のリードとは異なり、プリント配線板の外に配置される外付け電気部品からのリード線１００は空中に晒されている範囲または区間が不定に長く、たとえば組み立て時に大きな外力（応力）を受けやすい。しかるに、上記のような従来の接合法は、リード線１００と端子１０４との間で溶融凝固するハンダ１０５の接合面積が少ないため、強度的に信頼性の高いハンダ接合が得られなかった。
【０００８】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するものであり、被接合物、特に被覆線に対して強度的に信頼性の高いハンダ付けを行えるヒータチップ、接合装置および接合方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のヒータチップは、通電により発熱するコテ部を有し、前記コテ部のコテ先面を被接合物に加圧接触させることによって前記被接合物をハンダ付けで接合するヒータチップであって、前記コテ部の側面から前記コテ先面まで延びるハンダ供給用のくぼみを有する。
【００１０】
本発明のヒータチップにおいては、コテ部のコテ先面を被接合物に加圧接触させてヒータチップを通電すると、コテ部の温度が設定温度まで上昇して被接合物が加熱される。ここで、適当なタイミングを見計らって、くぼみの中にハンダを投入する。そうすると、ハンダはくぼみの中で速やかに溶け、溶けたハンダが被接合物に上に被さるように広がる。ヒータチップの通電を停止して（または弱めて）、あるいはヒータチップを被接合物から離して、被接合物を冷やすと、ハンダが凝固して強度的に信頼性の高いハンダ付けの接合が得られる。
【００１１】
本発明の好適な一態様においては、コテ部を電気的には直列にかつ物理的には一体的に複数連設し、各々のコテ部にくぼみを個別に設ける。かかる構成によれば複数組の被接合物を同時にハンダ付けで接合できるうえ、各組の被接合物毎に強度的に信頼性の高いハンダ付けの接合が得られる。
【００１２】
本発明の好適な一態様によれば、被接合物は被覆線と端子部材であり、端子部材の上に載せられた被覆線にコテ部のコテ先面を当ててハンダ付けが行われる。この場合、コテ部は、好適には略直方体形状に形成される。ハンダ供給用のくぼみは、ハンダ付けされる被覆線の軸方向と向き合うコテ部の一側面に入口を有してもよく、あるいはハンダ付けされる被覆線の軸方向と平行になるコテ部の一側面に入口を有してもよい。
【００１３】
本発明の好適な一態様によれば、被覆線の軸方向において、くぼみは、コテ先面の０．３〜０．７倍の奥行き寸法（または幅寸法）を有し、特に好ましくはコテ先面の０．４〜０．６倍の奥行き寸法（または幅寸法）を有する。
【００１４】
また、好適な一態様によれば、くぼみの天井は、コテ部の側面から内奥に向かって次第に低くなり、その入口から内奥の終端まで底が切り欠かれている。かかる構成によれば、線状の固形ハンダをくぼみの内奥ひいては被接合物に向けて容易に挿入（供給）しやすくなる。
【００１５】
本発明の接合装置は、本発明のヒータチップと、このヒータチップを支持し、被接合物を接合する際にコテ部のコテ先面を被接合物に加圧接触させるヒータヘッドと、該ヒータチップに抵抗発熱用の電流を供給するヒータ電源とを有する。
【００１６】
本発明の接合装置は、上記の構成により、特に本発明のヒータチップを備える構成により、強度的に信頼性の高いハンダ付けの接合を行うことができる。
【００１７】
本発明の接合方法は、本発明のハンダ付け装置を用いて被覆線を端子部材にハンダ付けで接合するための接合方法であって、前記端子部材の上に第１のハンダを介して前記被覆線を載せる工程と、前記コテ部のくぼみが前記被覆線に被さるように、前記ヒータチップのコテ部のコテ先面を前記被覆線に当てて、所定の加圧力を加える工程と、前記コテ部の温度を通電により前記第１のハンダの融点よりも高い第１の設定温度まで上昇させる工程と、前記コテ部の温度を前記第１の設定温度まで上昇させた後に、前記コテ部のくぼみの中に第２のハンダを供給する工程と、前記くぼみの中で前記第２のハンダを溶かし、前記被覆線を包み込むように前記第２のハンダを前記第１のハンダに溶融状態で合体させる工程と、前記コテ部のコテ先面を前記被覆線から離して、溶融状態で合体した前記第１および第２のハンダを凝固させる工程とを有する。
【００１８】
本発明の接合方法は、上記の構成により、特にコテ部の温度を第１の設定温度まで上昇させた後に、つまり加熱によって被覆線の絶縁被膜を剥し、第１のハンダを溶かした後に、コテ部のくぼみの中に第２のハンダを供給して、くぼみの中で第２のハンダを溶かし、被覆線を包み込むように第２のハンダを第１のハンダに溶融状態で合体させる工程を有することにより、ハンダ接合面積と接合強度を効率よく増やして、被覆線接合の信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のヒータチップ、接合装置および接合方法によれば、上記のような構成および作用により、被接合物、特に被覆線に対して強度的に信頼性の高いハンダ付けを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態におけるヒータチップの構成を示す斜視図である。
【図２】上記ヒータチップの構成を示す正面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線についての断面図である。
【図４】上記実施形態における接合装置の全体構成を示す図である。
【図５】上記接合装置を用いて被覆線をプリント配線板上の端子にハンダ付けで接合する一実施例の加工例を示す図である。
【図６】上記実施例におけるヒータチップの温度制御特性を示す図である。
【図７】上記実施例においてプリント配線板上の端子に被覆線を載せて位置決めする様子を示す斜視図である。
【図８】上記実施例においてヒータチップを被接合物に加圧接触させた状態を示す一部断面正面図である。
【図９Ａ】上記実施例においてリード線の絶縁被膜が剥がれて一次ハンダが溶けた時の状態を示す一部断面正面図である。
【図９Ｂ】上記実施例においてリード線の絶縁被膜が剥がれて一次ハンダが溶けた時の状態を示す一部断面側面図である。
【図１０Ａ】上記実施例においてヒータチップのくぼみの中に二次ハンダを供給するときの様子を示す斜視図である。
【図１０Ｂ】上記実施例においてヒータチップのくぼみの中で二次ハンダが溶ける様子およびその作用を示す一部断面側面図である。
【図１１Ａ】上記実施例においてヒータチップを被接合物から離すときの様子およびハンダ付けされた後の被接合物の状態を示す一部断面正面図である。
【図１１Ｂ】上記実施例においてヒータチップを被接合物から離すときの様子およびハンダ付けされた後の被接合物の状態を示す一部断面側面図である。
【図１２Ａ】ヒータチップのコテ先部に関する一変形例を示す図である。
【図１２Ｂ】ヒータチップのコテ先部に関する別の変形例を示す図である。
【図１３Ａ】別の実施形態におけるヒータチップの構成を示す斜め上方から見た斜視図である。
【図１３Ｂ】図１３Ａのヒータチップを斜め下から見た斜視図である。
【図１４】図１３Ａのヒータチップを用いて２本の被覆線を同時に異なる端子にそれぞれハンダ付けで接合する加工例を示す斜視図である。
【図１５】従来のヒータチップとそれを用いるハンダ付けの例を示す斜視図である。
【図１６】図１５のヒータチップを通電させている状態を示す正面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図１〜図１４を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００２２】
図１〜図３に、本発明の一実施形態におけるヒータチップの構成を示す。図１および図２はこのヒータチップの斜視図および正面図、図３は図２のＡ−Ａ線についての断面図である。
【００２３】
この実施形態におけるヒータチップ１０は、たとえば３〜５ｍｍの板厚を有するタングステン板で形成されている。このタングステン板をワイヤ放電加工により刳り貫いて一体加工することにより、ヒータチップ１０が作製される。
【００２４】
このヒータチップ１０は、通常使用形態の姿勢において最下端の突出した部位となる略直方体形状のコテ部１２を有し、このコテ部１２の一側面１２ａに底面つまりコテ先面１２ｂに通じるハンダ供給用のくぼみ１４を設けている構成を主たる特徴としている。
【００２５】
より詳細には、コテ部１２の側面１２ａはその母材（タングステン板）の表面または裏面に対応し、たとえば切削および研磨加工によってこの側面１２ａにくぼみ１４が形成される。図示のくぼみ１４は、コテ部１２の側面１２ａの幅方向中心部にて下に向かって逆テーパ状に横に広がりながら、かつ内奥に深度を拡大しながらコテ部１２を上端から底（コテ先面１２ｂ）まで湾曲に削ぎ落したような構造を有している。このくぼみ構造においては、くぼみ１４の天井１４ａは側面１２ａから内奥に向かって次第に低くなり、入口１４ｂから内奥の終端１４ｃまで底が切り欠かれており、後述するように線状の固形ハンダ６６をくぼみ１４の内奥つまり被溶接部に向けて挿入しやすくなっている。
【００２６】
図３において、くぼみ１４の深さ（奥行）Ｄは、コテ部１２の厚さをＴとすると、０．３Ｔ〜０．７Ｔの範囲が好ましく、０．５Ｔ付近つまり０．４Ｔ〜０．６Ｔの範囲が最も好ましい。すなわち、コテ部１２の厚さＴに比して深さＤが小さすぎると、後述するようにこのくぼみ１４を介した二次ハンダの供給量、ひいてはくぼみ１４の中で生成されるハンダ溜まりの量、したがって一次ハンダと合体する二次ハンダの量が少なくなり、くぼみ１４を備える利点が十全に発揮されなくなる。一方、コテ部１２の厚さＴに比してくぼみ１４の深さＤが必要以上に大きいと、二次ハンダの供給量は増えても、被接合物に直接当たるコテ先面１２ｂの接触面積ひいては加熱力が減少するので、後述するような被覆線のハンダ付けでは絶縁被膜が剥がれにくくなって、結果的にハンダ接合強度の向上は難しくなる。
【００２７】
くぼみ１４の入口の高さＨおよび底の幅Ｗは、ハンダの供給しやすさと溶け込みやすさとの兼ね合い（トレードオフ）の中で最適な寸法に選択されてよい。好ましい一形態として、高さＨは０．８Ｔ〜１．２Ｔの範囲に選ばれ、底幅Ｗは１．５Ｔ〜２．０Ｔの範囲に選ばれる。
【００２８】
コテ部１２の上面の左右両端部には、電流密度を高めるために断面積を細く絞った二股状の電流通過部１６Ｌ，１６Ｒを介して左右の接続端子部１８Ｌ，１８Ｒがそれぞれ接続されている。これらの接続端子部１８Ｌ，１８Ｒは、上端部に１つまたは複数（図示の例は２つ）のボルト通し穴２０Ｌ，２０Ｒをそれぞれ設けている。コテ部１２の上面の中心部には、後述する熱電対２２（図５）を取り付けるための突部２４が形成されている。
【００２９】
このヒータチップ１０も、従来のヒータチップ１０８と同様に、ヒータヘッド１１２（図１５）に取り付けられ、予め設定された手順および条件で所与の被接合物に対して所定の加圧動作および通電発熱動作を行うようになっている。
【００３０】
図４に、この実施形態における接合装置２６の全体構成を示す。この接合装置２６は、上述した構成を有するヒータチップ１０と、このヒータチップ１０を支持し、被接合物を接合する際にコテ部１２のコテ先面１２ｂを被接合物に加圧接触させるヒータヘッド１１２と、ヒータチップ１０に抵抗発熱用の電流を供給するヒータ電源２８と、装置内の各部および全体の動作を制御する制御部４２とを備えている。
【００３１】
ヒータ電源２８は、交流波形インバータ式の電源回路を用いている。この電源回路におけるインバータ３０は、ＧＴＲ（ジャイアント・トランジスタ)またはＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ）等からなる４つのトランジスタ・スイッチング素子３２，３４，３６，３８を有している。
【００３２】
これら４つのスイッチング素子３２〜３８のうち、第１組（正極側）のスイッチング素子３２，３６はドライブ回路４０を介して制御部４２からの同相の駆動パルスＧ1，Ｇ3 により所定のインバータ周波数（たとえば４ｋＨｚ）で同時にスイッチング（オン・オフ）制御され、第２組（負極側）のスイッチング素子３４，３８はドライブ回路４０を介して制御部４２からの同相の駆動パルスＧ2，Ｇ4 により上記インバータ周波数で同時にスイッチング制御されるようになっている。
【００３３】
インバータ３０の入力端子［Ｌ0 ，Ｌ1］は三相整流回路４４の出力端子に接続されている。三相整流回路４４は、たとえば６個のダイオードを三相ブリッジ結線してなり、三相交流電源端子（Ｒ，Ｓ，Ｔ）より入力する商用周波数の三相交流電圧を全波整流して直流電圧に変換する。三相整流回路４４より出力された直流電圧は、コンデンサ４６で平滑されてからインバータ３０の入力端子［Ｌ0 ，Ｌ1］に与えられる。
【００３４】
インバータ３０の出力端子［Ｍ0 ，Ｍ1］は、溶接トランス４８の一次側コイルの両端にそれぞれ接続されている。溶接トランス４８の二次側コイルの両端は、整流回路を介さずに二次側導体１１４Ｌ，１１４Ｒを介してヒータチップ１０の接続端子部１８Ｌ，１８Ｒにそれぞれ接続されている。
【００３５】
制御部４２は、マイクロコンピュータを含んでおり、ヒータ電源２８内の一切の制御たとえば通電制御（特にインバータ制御）や各種ヒート条件の設定ないし表示処理等を行うほか、ヒータヘッド１１２に対しても所要の制御を行う。
【００３６】
このヒータ電源２８では、チップ温度フィードバック制御を行うために、ヒータチップ１０の突部２４に取り付けられる熱電対２２より出力されるコテ温度測定信号がケーブル２５を介して制御部４２に与えられる。また、電流フィードバック制御を行う場合は、一次側回路の導体にたとえばカレント・トランスからなる電流センサ５０が取り付けられる。この電流センサ５０の出力信号から電流測定回路５２において一次電流または二次電流の測定値（たとえば実効値、平均値またはピーク値）が求められ、その電流測定信号が制御部４２に与えられる。
【００３７】
次に、図５〜図１１につき、上記構成の接合装置２６を用いて被覆線を端子部材にハンダ付けで接合する一実施例を説明する。
【００３８】
図５に示すように、この実施例は、上述した従来例（図１５、図１６）と同様に外付け電気部品（たとえば小型モータ）６０のリード（被覆線）１００をプリント配線板１０２上の端子（接続パッドまたは電極等）１０４にハンダ付けで接合する。図中、左側のリード１００'と端子１０４'は既にハンダ付けが済んでおり、右側のリード１００と端子１０４は未だである。端子１０４，１０４'はプリント配線板１０２上のプリント配線６２，６２'さらにはスルーホール（図示せず）等を介して裏面に取り付けられている表面実装型電気部品（図示せず）に電気的に接続されている。端子１０４の表面には、クリーム状のハンダまたはメッキのハンダ１０５がこの実施例ではリフロー用の一次ハンダとして予めコーティングされている。
【００３９】
接合装置２６は、ヒータチップ１０の通電発熱機能に基づく急速加熱／急速冷却特性とインバータ式ヒータ電源２８の高速かつ精細な通電制御機能とを活かして、ヒータチップ１０のコテ部１２の温度を高速かつ任意に可変できるようになっている。図６に、この実施例においてヒータチップ１０のコテ部１２の温度を可変制御するシーケンスの一例を示す。
【００４０】
先ず、接合装置２６を起動させる前に、図７に示すように、作業台（図示せず）上でプリント配線板１０２の端子１０４の上に所定の向きでリード線１００を水平に載せ、ヒータヘッド１１２に取り付けられているヒータチップ１０の直下に被接合部（１００，１０４）を位置決めする。このとき、ヒータチップ１０のくぼみ１４が設けられたコテ部１２の側面１２ａは、リード線１００の軸方向と向き合う。
【００４１】
接合装置２６を起動させると、最初にヒータヘッド１１２が作動する。ヒータヘッド１１２は、ヒータチップ１０を降ろして、図８に示すようにコテ部１２の下面つまりコテ先面１２ｂをリード線１００の頂部に当て、予め設定された加圧力を加える。こうしてヒータチップ１０がリード線１００に加圧接触するのと略同時に、ヒータ電源２８が作動して、通電を開始する。
【００４２】
通電が開始されると、図６に示すように、ヒータチップ１０のコテ部１２の温度は急速に上昇し、短時間（０．５秒）でそれまでの常温からベース温度（２００℃）に到達する（Ｓ1）。このベース温度を一定期間（０．５秒間）保持してヒータチップ１０を熱的に安定化させ（Ｓ2）、それから通電電流Ｉの電流量を増やして、コテ部１２の温度をベース温度からプレヒート温度（５００℃）まで短時間（１．０秒）で急速に上昇させる（Ｓ3）。
【００４３】
通常のプレヒートは、予熱を意味し、ハンダの濡れ性を良くするためにハンダの融点（たとえば３２０℃）よりも低い温度に設定される。しかし、この実施例におけるプレヒートは、リード線１００の絶縁被膜を剥離するための加熱を意味し、ハンダの融点よりも格段に高い温度（５００℃）に設定される。これにより、図９Ａに示すように、コテ部１２の直下およびその付近でリード線１００の絶縁被膜が剥がれて除去される。端子１０４表面の一次ハンダ１０５も、コテ部１２からの加熱によりリード線１００の周囲で溶けて、一部はリード線１００の露出した導体１００ａの周面に沿って這い上がるように幾らか盛り上がる（図９Ａ、図９Ｂ）。
【００４４】
ここで、リード線１００における絶縁被膜の剥離と一次ハンダ１０５の溶融は、コテ先面１２ｂの真下で最も激しく多量に起きるが、くぼみ１０４の中（下）も熱が籠って相当高温になるため、この付近でもかなりの量で絶縁被膜の剥離と一次ハンダ１０５の溶融が起こる。
【００４５】
こうして、プレヒート温度で加熱するコテ部１２の下でリード線１００の絶縁被膜が頂部から周面下部にかけて剥がれる。そして、端子１０４表面の一次ハンダ１０５が溶けると、蒸気の煙が立ちこめて、リード線１００が溶けたハンダ１０５の中に沈むように落ち込み、ヒータチップ１０もそれに追従して落ち込む（図９Ｂ）。
【００４６】
接合装置２６は、プレヒート温度を一定時間（たとえば１．０秒）保持し（Ｓ4）、次いで通電電流Ｉの電流量を一段減少させて、コテ部１２の温度をプレヒート温度からリフロー温度（３２０℃）まで短時間（１．０秒）で急速に低下させ（Ｓ5）、このリフロー温度を一定時間（たとえば１秒間）保持する（Ｓ6）。
【００４７】
作業者は、上記のように煙が立ちこめてリード線１００およびヒータチップ１０が落ち込んだことを確認して、このタイミングで図１０Ａおよび図１０Ｂに示すようにヒータチップ１０のくぼみ１０４に好ましくは線状の固形ハンダからなる二次ハンダ６６を挿入（供給）する。この二次ハンダ６６は、好ましくは一次ハンダ１０５と同じ材料または成分からなり、同じ融点（３２０℃）を有する。
【００４８】
上記のようにしてくぼみ１０４の中に挿入された二次ハンダ６６の先端部はリフロー温度の下で速やかに溶けて、ハンダ溜まりが生成される。そして、溶けた二次ハンダ６６はリード線１００の回りで流れ落ち、下から這い上がってきた一次ハンダ１０５と合流または合体する。これによって、リード線１００の露出した導体１００ａは、くぼみ１０４の中で合体した溶融状態の一次ハンダ１０５および二次ハンダ６６によって包み込まれる。
【００４９】
接合装置２６は、上記のようにリフロー温度を一定時間保持した後に、通電電流Ｉの電流量をさらに一段減少させて、コテ部１２の温度をリフロー温度からベース温度（２００℃）に短時間（０．５秒）で急速に戻す（Ｓ7）。そして、図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、ヒータヘッド１１２によりヒータチップ１０を上昇させて、被接合部（１００，１０４）から離す。こうして被接合部（１００，１０４）がベース温度ないし室温の下で冷却され、被接合部（１００，１０４）の周囲で溶けているハンダ、特にリード線１００の露出した導体１００ａを一体に包み込んでいるハンダ（６６，１０５）が同時に凝固する。以後も、上記と同様のハンダ付け加工を続けて実施する場合は、上記Ｓ3以降の温度制御ステップを繰り返す。ハンダ付け加工をいったん終了する場合は、通電を停止して、ヒータチップ１０を常温に戻す。
【００５０】
このように、この実施例の被覆線接合方法においては、上記のようなハンダ供給用のくぼみ１０４を有するヒータチップ１０を用いて、端子１０４上でリード線１００の導体１００ａを上から下まで包み込むような仕上がりのよいハンダ付けが行われる。これによって、従来よりも格段に大きなハンダ接合面積と接合強度が得られ、物理的かつ電気的に信頼性の高い被覆線接合を実現することができる。
【００５１】
上述した実施形態においては、ヒータチップ１０のコテ先面１２ｂを平坦面に形成していた。しかし、図１２Ａに示すようにコテ先面１２ｂを正面から見て逆さＶ状に中心部が凹んでいる構成、あるいは図１２Ｂに示すようにコテ先面１２ｂを中心部の凹んだ円筒面に形成する構成等も可能である。このように、コテ先面１２ｂの中心部を上方に凹ませることにより、コテ先面１２ｂとリード線１００との間の接触面積あるいは熱的結合面積を増大させ、ヒータチップ１０の加熱効率を向上させることができる。なお、図１２Ａおよび図１２Ｂにおいて、左側の図（ａ）はコテ部１２の正面図、右側の図（ｂ）は正面図（ａ）のＡ−Ａ線についての断面図である。
【００５２】
また、上記実施形態におけるヒータチップ１０は、一度に１組の被接合物（１００，１０４）をハンダ付けで接合するタイプであり、単一のコテ部１２を有する。しかし、別の実施形態として、図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、ヒータチップ１０に複数たとえば２つのコテ部１２(1)，１２(2)を連設する構成も可能である。これらのコテ部１２(1)，１２(2)は、左右の電流通過部１６Ｌ，１６Ｒの間で物理的に一体的に形成され、かつ電気的には直列に接続されている。それぞれのコテ先面１２ｂ(1)，１２ｂ(2)は、たとえば図１２Ｂと同様の円筒面に形成されている。そして、両コテ部１２(1)，１２(2)の対向する一対の側面つまりリード線１００の軸方向と平行になる側面１２Ｌ，１２Ｒにハンダ供給用のくぼみ１４(1)，１４(2)がそれぞれ形成されている。この場合、ヒータチップ１０の厚み方向において、くぼみ１４(1)，１４(2)１４の幅Ｗは、コテ部１２(1)，１２(2)の厚さをＴとすると、０．３Ｔ〜０．７Ｔの範囲が好ましく、０．５Ｔ付近つまり０．４Ｔ〜０．６Ｔの範囲が最も好ましい。くぼみ１４(1)，１４(2)の入口の高さＨは、ハンダの供給しやすさと溶け込みやすさとの兼ね合い（トレードオフ）の中で最適な寸法に選択されてよい。
【００５３】
このように、本発明のヒータチップは、ハンダ供給用のくぼみを、リード線の軸方向と向き合うコテ部の側面に限らず、リード線の軸方向と平行になる側面に設けることも可能である。従って、図示はしないが、図１のように単一のコテ部１２を有する場合にリード線の軸方向と平行になる側面にハンダ供給用のくぼみを設けることもできる。また、図１３Ａのように複数のコテ部を連設する場合にリード線の軸方向に向き合う側面にハンダ供給用のくぼみを設けることもできる。
【００５４】
かかる構成のヒータチップ１０を用いる接合装置２６によれば、図１４に示すように、プリント配線板１０２上に近接して設けられた２つの端子１０４，１０４'に２本のリード線１００，１００'を１回のハンダ付け工程で同時に接合することができる。
【００５５】
なお、上述した実施例では、従来のリフローソルダリング法に基づいて端子１０４（１０４'）の表面に予め一次ハンダ１０５をコーティングしている。しかし、ハンダ接合の強度・信頼性の低下を伴うが、一次ハンダ１０５を省いて、くぼみ１４（１４(1)，１４(2)）を介して供給される二次ハンダ６６のみによるハンダ付けも可能である。本発明によるハンダ付け接合の加工対象となる被接合物は、被覆線に限るものではなく、絶縁被覆の導体板、導体バー等であってもよく、さらには絶縁被覆の無い金属部材であってもよい。また、二次ハンダ６６としては、上述したような線状の固形ハンダに限らず、たとえば粒状あるいはパウダー状のハンダも使用可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１０ ヒータチップ
１２，１２(1)，１２(2) コテ部
１２ａ，１２Ｌ，１２Ｒ コテ部の側面
１２ｂ，１２ｂ(1)，１２ｂ(2) コテ先面
１４，１４(1)，１４(2) ハンダ供給用のくぼみ
１８Ｌ，１８Ｒ 接続端子
２６ 接合装置
２８ ヒータ電源
４２ 制御部
１１２ ヒータヘッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハンダ付けに用いるヒータチップ、接合装置および接合方法に係り、特にリフローソルダリングに用いて好適なヒータチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、たとえば外付け電気部品のリード線（被覆線）１００をプリント配線板１０２上の端子（接続パッドまたは電極等）１０４にリフローソルダリングで接合するために、図１５に示すように、コテ部１０６を有するヒータチップ１０８が用いられている（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
このタイプのヒータチップ１０８は、高融点金属たとえばタングステンあるいはモリブデンからなる略コ字状の板体として形成され、凹形の向き（姿勢）で底辺より下方に突出する小片状のコテ部１０６を水平にし、左右両端の接続端子部１１０Ｌ，１１０Ｒをヒータヘッド１１２に取り付けている。図示のヒータヘッド１１２は、ヒータ電源（図示せず）の出力端子に通じる一対の給電用導体１１４Ｌ，１１４Ｒの一側面にボルト１１６Ｌ，１１６Ｒでヒータチップ１０８の左右接続端子１１０Ｌ，１１０Ｒを物理的かつ電気的にそれぞれ接続しており、給電用導体１１４Ｌ，１１４Ｒを介してヒータチップ１０８を上下に移動させる昇降機構や被接合物に向けて押圧する加圧機構（図示せず）を有している。給電用導体１１４Ｌ，１１４Ｒの間には両者を電気的に分離するための絶縁体１１８が挟まれている。
【０００４】
図１５において、プリント配線板１０２は、図示しない作業台（たとえばＸＹテーブル）上に水平に載置されており、リード線１００は端子１０４の上に載せられる。端子１０４の表面には、予めクリーム状のハンダまたはメッキのハンダ１０５がコーティングされている。
【０００５】
ヒータヘッド１１２がヒータチップ１０８を下ろすと、図１６に示すように、ヒータチップ１０８のコテ部１０６の下面つまりコテ先面１０６ａが被接合部つまりリード線１００およびプリント配線板１０２側の端子１０４に適度な加圧力で接触する。このようにヒータチップ１０８のコテ部１０６を被接合部（１００，１０４）に押し当てた状態の下で、ヒータ電源がオンしてヒータチップ１０８に電流を供給すると、ヒータチップ１０８のコテ部１０６が抵抗発熱し、被接合部（１００，１０４）を加熱する。これによって、リード線１００の絶縁被膜が熱で溶けて剥がれ、リード線１００の周囲のハンダ１０５も溶ける。溶けたハンダ１０５は、リード線１００の露出した導体１００ａの周面に沿って這い上がるように幾らか盛り上がる。通電開始から一定時間（通電時間）経過後にヒータ電源が通電を止め、通電終了から一定時間（保持時間）経過後にヒータヘッド１１２がヒータチップ１０８を上昇させて被接合部（１００，１０４）から離す。そうすると、ハンダが凝固して、被接合部（１００，１０４）がリフローのハンダ付けによって結合する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−６６６３６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のような従来のリフローソルダリングによる被覆線接合法は、接合強度が十分ではなく、リード線１００に外力が加わると外れることがあった。すなわち、ＩＣパッケージのように本体もプリント配線板上に取り付けられる表面実装型電気部品のリードとは異なり、プリント配線板の外に配置される外付け電気部品からのリード線１００は空中に晒されている範囲または区間が不定に長く、たとえば組み立て時に大きな外力（応力）を受けやすい。しかるに、上記のような従来の接合法は、リード線１００と端子１０４との間で溶融凝固するハンダ１０５の接合面積が少ないため、強度的に信頼性の高いハンダ接合が得られなかった。
【０００８】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するものであり、被接合物、特に被覆線に対して強度的に信頼性の高いハンダ付けを行えるヒータチップ、接合装置および接合方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のヒータチップは、通電により発熱するコテ部を有し、前記コテ部のコテ先面を被接合物に加圧接触させることによって前記被接合物をハンダ付けで接合するヒータチップであって、前記コテ部の側面から前記コテ先面まで延びるハンダ供給用のくぼみを有する。
【００１０】
本発明のヒータチップにおいては、コテ部のコテ先面を被接合物に加圧接触させてヒータチップを通電すると、コテ部の温度が設定温度まで上昇して被接合物が加熱される。ここで、適当なタイミングを見計らって、くぼみの中にハンダを投入する。そうすると、ハンダはくぼみの中で速やかに溶け、溶けたハンダが被接合物に上に被さるように広がる。ヒータチップの通電を停止して（または弱めて）、あるいはヒータチップを被接合物から離して、被接合物を冷やすと、ハンダが凝固して強度的に信頼性の高いハンダ付けの接合が得られる。
【００１１】
本発明の好適な一態様においては、コテ部を電気的には直列にかつ物理的には一体的に複数連設し、各々のコテ部にくぼみを個別に設ける。かかる構成によれば複数組の被接合物を同時にハンダ付けで接合できるうえ、各組の被接合物毎に強度的に信頼性の高いハンダ付けの接合が得られる。
【００１２】
本発明の好適な一態様によれば、被接合物は被覆線と端子部材であり、端子部材の上に載せられた被覆線にコテ部のコテ先面を当ててハンダ付けが行われる。この場合、コテ部は、好適には略直方体形状に形成される。ハンダ供給用のくぼみは、ハンダ付けされる被覆線の軸方向と向き合うコテ部の一側面に入口を有してもよく、あるいはハンダ付けされる被覆線の軸方向と平行になるコテ部の一側面に入口を有してもよい。
【００１３】
本発明の好適な一態様によれば、被覆線の軸方向において、くぼみは、コテ先面の０．３〜０．７倍の奥行き寸法（または幅寸法）を有し、特に好ましくはコテ先面の０．４〜０．６倍の奥行き寸法（または幅寸法）を有する。
【００１４】
また、好適な一態様によれば、くぼみの天井は、コテ部の側面から内奥に向かって次第に低くなり、その入口から内奥の終端まで底が切り欠かれている。かかる構成によれば、線状の固形ハンダをくぼみの内奥ひいては被接合物に向けて容易に挿入（供給）しやすくなる。
【００１５】
本発明の接合装置は、本発明のヒータチップと、このヒータチップを支持し、被接合物を接合する際にコテ部のコテ先面を被接合物に加圧接触させるヒータヘッドと、該ヒータチップに抵抗発熱用の電流を供給するヒータ電源とを有する。
【００１６】
本発明の接合装置は、上記の構成により、特に本発明のヒータチップを備える構成により、強度的に信頼性の高いハンダ付けの接合を行うことができる。
【００１７】
本発明の接合方法は、本発明のハンダ付け装置を用いて被覆線を端子部材にハンダ付けで接合するための接合方法であって、前記端子部材の上に第１のハンダを介して前記被覆線を載せる工程と、前記コテ部のくぼみが前記被覆線に被さるように、前記ヒータチップのコテ部のコテ先面を前記被覆線に当てて、所定の加圧力を加える工程と、前記コテ部の温度を通電により前記第１のハンダの融点よりも高い第１の設定温度まで上昇させる工程と、前記コテ部の温度を前記第１の設定温度まで上昇させた後に、前記コテ部のくぼみの中に第２のハンダを供給する工程と、前記くぼみの中で前記第２のハンダを溶かし、前記被覆線を包み込むように前記第２のハンダを前記第１のハンダに溶融状態で合体させる工程と、前記コテ部のコテ先面を前記被覆線から離して、溶融状態で合体した前記第１および第２のハンダを凝固させる工程とを有する。
【００１８】
本発明の接合方法は、上記の構成により、特にコテ部の温度を第１の設定温度まで上昇させた後に、つまり加熱によって被覆線の絶縁被膜を剥し、第１のハンダを溶かした後に、コテ部のくぼみの中に第２のハンダを供給して、くぼみの中で第２のハンダを溶かし、被覆線を包み込むように第２のハンダを第１のハンダに溶融状態で合体させる工程を有することにより、ハンダ接合面積と接合強度を効率よく増やして、被覆線接合の信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のヒータチップ、接合装置および接合方法によれば、上記のような構成および作用により、被接合物、特に被覆線に対して強度的に信頼性の高いハンダ付けを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態におけるヒータチップの構成を示す斜視図である。
【図２】上記ヒータチップの構成を示す正面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線についての断面図である。
【図４】上記実施形態における接合装置の全体構成を示す図である。
【図５】上記接合装置を用いて被覆線をプリント配線板上の端子にハンダ付けで接合する一実施例の加工例を示す図である。
【図６】上記実施例におけるヒータチップの温度制御特性を示す図である。
【図７】上記実施例においてプリント配線板上の端子に被覆線を載せて位置決めする様子を示す斜視図である。
【図８】上記実施例においてヒータチップを被接合物に加圧接触させた状態を示す一部断面正面図である。
【図９Ａ】上記実施例においてリード線の絶縁被膜が剥がれて一次ハンダが溶けた時の状態を示す一部断面正面図である。
【図９Ｂ】上記実施例においてリード線の絶縁被膜が剥がれて一次ハンダが溶けた時の状態を示す一部断面側面図である。
【図１０Ａ】上記実施例においてヒータチップのくぼみの中に二次ハンダを供給するときの様子を示す斜視図である。
【図１０Ｂ】上記実施例においてヒータチップのくぼみの中で二次ハンダが溶ける様子およびその作用を示す一部断面側面図である。
【図１１Ａ】上記実施例においてヒータチップを被接合物から離すときの様子およびハンダ付けされた後の被接合物の状態を示す一部断面正面図である。
【図１１Ｂ】上記実施例においてヒータチップを被接合物から離すときの様子およびハンダ付けされた後の被接合物の状態を示す一部断面側面図である。
【図１２Ａ】ヒータチップのコテ先部に関する一変形例を示す図である。
【図１２Ｂ】ヒータチップのコテ先部に関する別の変形例を示す図である。
【図１３Ａ】別の実施形態におけるヒータチップの構成を示す斜め上方から見た斜視図である。
【図１３Ｂ】図１３Ａのヒータチップを斜め下から見た斜視図である。
【図１４】図１３Ａのヒータチップを用いて２本の被覆線を同時に異なる端子にそれぞれハンダ付けで接合する加工例を示す斜視図である。
【図１５】従来のヒータチップとそれを用いるハンダ付けの例を示す斜視図である。
【図１６】図１５のヒータチップを通電させている状態を示す正面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図１〜図１４を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００２２】
図１〜図３に、本発明の一実施形態におけるヒータチップの構成を示す。図１および図２はこのヒータチップの斜視図および正面図、図３は図２のＡ−Ａ線についての断面図である。
【００２３】
この実施形態におけるヒータチップ１０は、たとえば３〜５ｍｍの板厚を有するタングステン板で形成されている。このタングステン板をワイヤ放電加工により刳り貫いて一体加工することにより、ヒータチップ１０が作製される。
【００２４】
このヒータチップ１０は、通常使用形態の姿勢において最下端の突出した部位となる略直方体形状のコテ部１２を有し、このコテ部１２の一側面１２ａに底面つまりコテ先面１２ｂに通じるハンダ供給用のくぼみ１４を設けている構成を主たる特徴としている。
【００２５】
より詳細には、コテ部１２の側面１２ａはその母材（タングステン板）の表面または裏面に対応し、たとえば切削および研磨加工によってこの側面１２ａにくぼみ１４が形成される。図示のくぼみ１４は、コテ部１２の側面１２ａの幅方向中心部にて下に向かって逆テーパ状に横に広がりながら、かつ内奥に深度を拡大しながらコテ部１２を上端から底（コテ先面１２ｂ）まで湾曲に削ぎ落したような構造を有している。このくぼみ構造においては、くぼみ１４の天井１４ａは側面１２ａから内奥に向かって次第に低くなり、入口１４ｂから内奥の終端１４ｃまで底が切り欠かれており、後述するように線状の固形ハンダ６６をくぼみ１４の内奥つまり被溶接部に向けて挿入しやすくなっている。
【００２６】
図３において、くぼみ１４の深さ（奥行）Ｄは、コテ部１２の厚さをＴとすると、０．３Ｔ〜０．７Ｔの範囲が好ましく、０．５Ｔ付近つまり０．４Ｔ〜０．６Ｔの範囲が最も好ましい。すなわち、コテ部１２の厚さＴに比して深さＤが小さすぎると、後述するようにこのくぼみ１４を介した二次ハンダの供給量、ひいてはくぼみ１４の中で生成されるハンダ溜まりの量、したがって一次ハンダと合体する二次ハンダの量が少なくなり、くぼみ１４を備える利点が十全に発揮されなくなる。一方、コテ部１２の厚さＴに比してくぼみ１４の深さＤが必要以上に大きいと、二次ハンダの供給量は増えても、被接合物に直接当たるコテ先面１２ｂの接触面積ひいては加熱力が減少するので、後述するような被覆線のハンダ付けでは絶縁被膜が剥がれにくくなって、結果的にハンダ接合強度の向上は難しくなる。
【００２７】
くぼみ１４の入口の高さＨおよび底の幅Ｗは、ハンダの供給しやすさと溶け込みやすさとの兼ね合い（トレードオフ）の中で最適な寸法に選択されてよい。好ましい一形態として、高さＨは０．８Ｔ〜１．２Ｔの範囲に選ばれ、底幅Ｗは１．５Ｔ〜２．０Ｔの範囲に選ばれる。
【００２８】
コテ部１２の上面の左右両端部には、電流密度を高めるために断面積を細く絞った二股状の電流通過部１６Ｌ，１６Ｒを介して左右の接続端子部１８Ｌ，１８Ｒがそれぞれ接続されている。これらの接続端子部１８Ｌ，１８Ｒは、上端部に１つまたは複数（図示の例は２つ）のボルト通し穴２０Ｌ，２０Ｒをそれぞれ設けている。コテ部１２の上面の中心部には、後述する熱電対２２（図５）を取り付けるための突部２４が形成されている。
【００２９】
このヒータチップ１０も、従来のヒータチップ１０８と同様に、ヒータヘッド１１２（図１５）に取り付けられ、予め設定された手順および条件で所与の被接合物に対して所定の加圧動作および通電発熱動作を行うようになっている。
【００３０】
図４に、この実施形態における接合装置２６の全体構成を示す。この接合装置２６は、上述した構成を有するヒータチップ１０と、このヒータチップ１０を支持し、被接合物を接合する際にコテ部１２のコテ先面１２ｂを被接合物に加圧接触させるヒータヘッド１１２と、ヒータチップ１０に抵抗発熱用の電流を供給するヒータ電源２８と、装置内の各部および全体の動作を制御する制御部４２とを備えている。
【００３１】
ヒータ電源２８は、交流波形インバータ式の電源回路を用いている。この電源回路におけるインバータ３０は、ＧＴＲ（ジャイアント・トランジスタ)またはＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ）等からなる４つのトランジスタ・スイッチング素子３２，３４，３６，３８を有している。
【００３２】
これら４つのスイッチング素子３２〜３８のうち、第１組（正極側）のスイッチング素子３２，３６はドライブ回路４０を介して制御部４２からの同相の駆動パルスＧ1，Ｇ3 により所定のインバータ周波数（たとえば４ｋＨｚ）で同時にスイッチング（オン・オフ）制御され、第２組（負極側）のスイッチング素子３４，３８はドライブ回路４０を介して制御部４２からの同相の駆動パルスＧ2，Ｇ4 により上記インバータ周波数で同時にスイッチング制御されるようになっている。
【００３３】
インバータ３０の入力端子［Ｌ0 ，Ｌ1］は三相整流回路４４の出力端子に接続されている。三相整流回路４４は、たとえば６個のダイオードを三相ブリッジ結線してなり、三相交流電源端子（Ｒ，Ｓ，Ｔ）より入力する商用周波数の三相交流電圧を全波整流して直流電圧に変換する。三相整流回路４４より出力された直流電圧は、コンデンサ４６で平滑されてからインバータ３０の入力端子［Ｌ0 ，Ｌ1］に与えられる。
【００３４】
インバータ３０の出力端子［Ｍ0 ，Ｍ1］は、溶接トランス４８の一次側コイルの両端にそれぞれ接続されている。溶接トランス４８の二次側コイルの両端は、整流回路を介さずに二次側導体１１４Ｌ，１１４Ｒを介してヒータチップ１０の接続端子部１８Ｌ，１８Ｒにそれぞれ接続されている。
【００３５】
制御部４２は、マイクロコンピュータを含んでおり、ヒータ電源２８内の一切の制御たとえば通電制御（特にインバータ制御）や各種ヒート条件の設定ないし表示処理等を行うほか、ヒータヘッド１１２に対しても所要の制御を行う。
【００３６】
このヒータ電源２８では、チップ温度フィードバック制御を行うために、ヒータチップ１０の突部２４に取り付けられる熱電対２２より出力されるコテ温度測定信号がケーブル２５を介して制御部４２に与えられる。また、電流フィードバック制御を行う場合は、一次側回路の導体にたとえばカレント・トランスからなる電流センサ５０が取り付けられる。この電流センサ５０の出力信号から電流測定回路５２において一次電流または二次電流の測定値（たとえば実効値、平均値またはピーク値）が求められ、その電流測定信号が制御部４２に与えられる。
【００３７】
次に、図５〜図１１につき、上記構成の接合装置２６を用いて被覆線を端子部材にハンダ付けで接合する一実施例を説明する。
【００３８】
図５に示すように、この実施例は、上述した従来例（図１５、図１６）と同様に外付け電気部品（たとえば小型モータ）６０のリード（被覆線）１００をプリント配線板１０２上の端子（接続パッドまたは電極等）１０４にハンダ付けで接合する。図中、左側のリード１００'と端子１０４'は既にハンダ付けが済んでおり、右側のリード１００と端子１０４は未だである。端子１０４，１０４'はプリント配線板１０２上のプリント配線６２，６２'さらにはスルーホール（図示せず）等を介して裏面に取り付けられている表面実装型電気部品（図示せず）に電気的に接続されている。端子１０４の表面には、クリーム状のハンダまたはメッキのハンダ１０５がこの実施例ではリフロー用の一次ハンダとして予めコーティングされている。
【００３９】
接合装置２６は、ヒータチップ１０の通電発熱機能に基づく急速加熱／急速冷却特性とインバータ式ヒータ電源２８の高速かつ精細な通電制御機能とを活かして、ヒータチップ１０のコテ部１２の温度を高速かつ任意に可変できるようになっている。図６に、この実施例においてヒータチップ１０のコテ部１２の温度を可変制御するシーケンスの一例を示す。
【００４０】
先ず、接合装置２６を起動させる前に、図７に示すように、作業台（図示せず）上でプリント配線板１０２の端子１０４の上に所定の向きでリード線１００を水平に載せ、ヒータヘッド１１２に取り付けられているヒータチップ１０の直下に被接合部（１００，１０４）を位置決めする。このとき、ヒータチップ１０のくぼみ１４が設けられたコテ部１２の側面１２ａは、リード線１００の軸方向と向き合う。
【００４１】
接合装置２６を起動させると、最初にヒータヘッド１１２が作動する。ヒータヘッド１１２は、ヒータチップ１０を降ろして、図８に示すようにコテ部１２の下面つまりコテ先面１２ｂをリード線１００の頂部に当て、予め設定された加圧力を加える。こうしてヒータチップ１０がリード線１００に加圧接触するのと略同時に、ヒータ電源２８が作動して、通電を開始する。
【００４２】
通電が開始されると、図６に示すように、ヒータチップ１０のコテ部１２の温度は急速に上昇し、短時間（０．５秒）でそれまでの常温からベース温度（２００℃）に到達する（Ｓ1）。このベース温度を一定期間（０．５秒間）保持してヒータチップ１０を熱的に安定化させ（Ｓ2）、それから通電電流Ｉの電流量を増やして、コテ部１２の温度をベース温度からプレヒート温度（５００℃）まで短時間（１．０秒）で急速に上昇させる（Ｓ3）。
【００４３】
通常のプレヒートは、予熱を意味し、ハンダの濡れ性を良くするためにハンダの融点（たとえば３２０℃）よりも低い温度に設定される。しかし、この実施例におけるプレヒートは、リード線１００の絶縁被膜を剥離するための加熱を意味し、ハンダの融点よりも格段に高い温度（５００℃）に設定される。これにより、図９Ａに示すように、コテ部１２の直下およびその付近でリード線１００の絶縁被膜が剥がれて除去される。端子１０４表面の一次ハンダ１０５も、コテ部１２からの加熱によりリード線１００の周囲で溶けて、一部はリード線１００の露出した導体１００ａの周面に沿って這い上がるように幾らか盛り上がる（図９Ａ、図９Ｂ）。
【００４４】
ここで、リード線１００における絶縁被膜の剥離と一次ハンダ１０５の溶融は、コテ先面１２ｂの真下で最も激しく多量に起きるが、くぼみ１０４の中（下）も熱が籠って相当高温になるため、この付近でもかなりの量で絶縁被膜の剥離と一次ハンダ１０５の溶融が起こる。
【００４５】
こうして、プレヒート温度で加熱するコテ部１２の下でリード線１００の絶縁被膜が頂部から周面下部にかけて剥がれる。そして、端子１０４表面の一次ハンダ１０５が溶けると、蒸気の煙が立ちこめて、リード線１００が溶けたハンダ１０５の中に沈むように落ち込み、ヒータチップ１０もそれに追従して落ち込む（図９Ｂ）。
【００４６】
接合装置２６は、プレヒート温度を一定時間（たとえば１．０秒）保持し（Ｓ4）、次いで通電電流Ｉの電流量を一段減少させて、コテ部１２の温度をプレヒート温度からリフロー温度（３２０℃）まで短時間（１．０秒）で急速に低下させ（Ｓ5）、このリフロー温度を一定時間（たとえば１秒間）保持する（Ｓ6）。
【００４７】
作業者は、上記のように煙が立ちこめてリード線１００およびヒータチップ１０が落ち込んだことを確認して、このタイミングで図１０Ａおよび図１０Ｂに示すようにヒータチップ１０のくぼみ１０４に好ましくは線状の固形ハンダからなる二次ハンダ６６を挿入（供給）する。この二次ハンダ６６は、好ましくは一次ハンダ１０５と同じ材料または成分からなり、同じ融点（３２０℃）を有する。
【００４８】
上記のようにしてくぼみ１０４の中に挿入された二次ハンダ６６の先端部はリフロー温度の下で速やかに溶けて、ハンダ溜まりが生成される。そして、溶けた二次ハンダ６６はリード線１００の回りで流れ落ち、下から這い上がってきた一次ハンダ１０５と合流または合体する。これによって、リード線１００の露出した導体１００ａは、くぼみ１０４の中で合体した溶融状態の一次ハンダ１０５および二次ハンダ６６によって包み込まれる。
【００４９】
接合装置２６は、上記のようにリフロー温度を一定時間保持した後に、通電電流Ｉの電流量をさらに一段減少させて、コテ部１２の温度をリフロー温度からベース温度（２００℃）に短時間（０．５秒）で急速に戻す（Ｓ7）。そして、図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、ヒータヘッド１１２によりヒータチップ１０を上昇させて、被接合部（１００，１０４）から離す。こうして被接合部（１００，１０４）がベース温度ないし室温の下で冷却され、被接合部（１００，１０４）の周囲で溶けているハンダ、特にリード線１００の露出した導体１００ａを一体に包み込んでいるハンダ（６６，１０５）が同時に凝固する。以後も、上記と同様のハンダ付け加工を続けて実施する場合は、上記Ｓ3以降の温度制御ステップを繰り返す。ハンダ付け加工をいったん終了する場合は、通電を停止して、ヒータチップ１０を常温に戻す。
【００５０】
このように、この実施例の被覆線接合方法においては、上記のようなハンダ供給用のくぼみ１０４を有するヒータチップ１０を用いて、端子１０４上でリード線１００の導体１００ａを上から下まで包み込むような仕上がりのよいハンダ付けが行われる。これによって、従来よりも格段に大きなハンダ接合面積と接合強度が得られ、物理的かつ電気的に信頼性の高い被覆線接合を実現することができる。
【００５１】
上述した実施形態においては、ヒータチップ１０のコテ先面１２ｂを平坦面に形成していた。しかし、図１２Ａに示すようにコテ先面１２ｂを正面から見て逆さＶ状に中心部が凹んでいる構成、あるいは図１２Ｂに示すようにコテ先面１２ｂを中心部の凹んだ円筒面に形成する構成等も可能である。このように、コテ先面１２ｂの中心部を上方に凹ませることにより、コテ先面１２ｂとリード線１００との間の接触面積あるいは熱的結合面積を増大させ、ヒータチップ１０の加熱効率を向上させることができる。なお、図１２Ａおよび図１２Ｂにおいて、左側の図（ａ）はコテ部１２の正面図、右側の図（ｂ）は正面図（ａ）のＡ−Ａ線についての断面図である。
【００５２】
また、上記実施形態におけるヒータチップ１０は、一度に１組の被接合物（１００，１０４）をハンダ付けで接合するタイプであり、単一のコテ部１２を有する。しかし、別の実施形態として、図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、ヒータチップ１０に複数たとえば２つのコテ部１２(1)，１２(2)を連設する構成も可能である。これらのコテ部１２(1)，１２(2)は、左右の電流通過部１６Ｌ，１６Ｒの間で物理的に一体的に形成され、かつ電気的には直列に接続されている。それぞれのコテ先面１２ｂ(1)，１２ｂ(2)は、たとえば図１２Ｂと同様の円筒面に形成されている。そして、両コテ部１２(1)，１２(2)の対向する一対の側面つまりリード線１００の軸方向と平行になる側面１２Ｌ，１２Ｒにハンダ供給用のくぼみ１４(1)，１４(2)がそれぞれ形成されている。この場合、ヒータチップ１０の厚み方向において、くぼみ１４(1)，１４(2)１４の幅Ｗは、コテ部１２(1)，１２(2)の厚さをＴとすると、０．３Ｔ〜０．７Ｔの範囲が好ましく、０．５Ｔ付近つまり０．４Ｔ〜０．６Ｔの範囲が最も好ましい。くぼみ１４(1)，１４(2)の入口の高さＨは、ハンダの供給しやすさと溶け込みやすさとの兼ね合い（トレードオフ）の中で最適な寸法に選択されてよい。
【００５３】
このように、本発明のヒータチップは、ハンダ供給用のくぼみを、リード線の軸方向と向き合うコテ部の側面に限らず、リード線の軸方向と平行になる側面に設けることも可能である。従って、図示はしないが、図１のように単一のコテ部１２を有する場合にリード線の軸方向と平行になる側面にハンダ供給用のくぼみを設けることもできる。また、図１３Ａのように複数のコテ部を連設する場合にリード線の軸方向に向き合う側面にハンダ供給用のくぼみを設けることもできる。
【００５４】
かかる構成のヒータチップ１０を用いる接合装置２６によれば、図１４に示すように、プリント配線板１０２上に近接して設けられた２つの端子１０４，１０４'に２本のリード線１００，１００'を１回のハンダ付け工程で同時に接合することができる。
【００５５】
なお、上述した実施例では、従来のリフローソルダリング法に基づいて端子１０４（１０４'）の表面に予め一次ハンダ１０５をコーティングしている。しかし、ハンダ接合の強度・信頼性の低下を伴うが、一次ハンダ１０５を省いて、くぼみ１４（１４(1)，１４(2)）を介して供給される二次ハンダ６６のみによるハンダ付けも可能である。本発明によるハンダ付け接合の加工対象となる被接合物は、被覆線に限るものではなく、絶縁被覆の導体板、導体バー等であってもよく、さらには絶縁被覆の無い金属部材であってもよい。また、二次ハンダ６６としては、上述したような線状の固形ハンダに限らず、たとえば粒状あるいはパウダー状のハンダも使用可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１０ ヒータチップ
１２，１２(1)，１２(2) コテ部
１２ａ，１２Ｌ，１２Ｒ コテ部の側面
１２ｂ，１２ｂ(1)，１２ｂ(2) コテ先面
１４，１４(1)，１４(2) ハンダ供給用のくぼみ
１８Ｌ，１８Ｒ 接続端子
２６ 接合装置
２８ ヒータ電源
４２ 制御部
１１２ ヒータヘッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電により発熱するコテ部を有し、前記コテ部のコテ先面を被接合物に加圧接触させることによって前記被接合物をハンダ付けで接合するヒータチップであって、
前記コテ部の側面から前記コテ先面まで延びるハンダ供給用のくぼみを有するヒータチップ。
【請求項２】
前記コテ部を電気的には直列にかつ物理的には一体的に複数連設し、各々の前記コテ部に前記くぼみを個別に設ける、請求項１に記載のヒータチップ。
【請求項３】
前記被接合物は被覆線と端子部材であり、前記端子部材の上に載せられた前記被覆線に前記コテ部のコテ先面を当ててハンダ付けを行う、請求項１または請求項２に記載のヒータチップ。
【請求項４】
前記コテ部は、略直方体形状に形成され、
前記くぼみは、ハンダ付けされる前記被覆線の軸方向と向き合う前記コテ部の一側面に入口を有する、
請求項３に記載のヒータチップ。
【請求項５】
前記くぼみは、前記被覆線の軸方向において、前記コテ先面の０．３〜０．７倍の奥行き寸法を有する、請求項４に記載のヒータチップ。
【請求項６】
前記くぼみは、前記被覆線の軸方向において、前記コテ先面の０．４〜０．６倍の奥行き寸法を有する、請求項５に記載のヒータチップ。
【請求項７】
前記コテ部は、略直方体形状に形成され、
前記くぼみは、ハンダ付けされる前記被覆線の軸方向と平行になる前記コテ部の一側面に入口を有する、請求項１または請求項２に記載のヒータチップ。
【請求項８】
前記くぼみは、前記被覆線の軸方向において、前記コテ先面の０．３〜０．７倍の幅寸法を有する、請求項７に記載のヒータチップ。
【請求項９】
前記くぼみは、前記被覆線の軸方向において、前記コテ先面の０．４〜０．６倍の幅寸法を有する、請求項８に記載のヒータチップ。
【請求項１０】
前記コテ部のコテ先面が平坦面に形成されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載のヒータチップ。
【請求項１１】
前記コテ部のコテ先面は、逆さＶ状に中心部が凹んでいる、請求項１〜９のいずれか一項に記載のヒータチップ。
【請求項１２】
前記コテ部のコテ先面は、中心部の凹んだ円筒面に形成されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載のヒータチップ。
【請求項１３】
前記くぼみの天井は、前記コテ部の側面から内奥に向かって次第に低くなる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のヒータチップ。
【請求項１４】
前記くぼみは、その入口から内奥の終端まで底が切り欠かれている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のヒータチップ。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載のヒータチップと、
前記ヒータチップを支持し、被接合物を接合する際に前記コテ部のコテ先面を 前記被接合物に加圧接触させるヒータヘッドと、
前記ヒータチップに抵抗発熱用の電流を供給するヒータ電源と
を有する接合装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載のハンダ付け装置を用いて被覆線を端子部材にハンダ付けで接合するための接合方法であって、
前記端子部材の上に第１のハンダを介して前記被覆線を載せる工程と、
前記コテ部のくぼみが前記被覆線に被さるように、前記ヒータチップのコテ部のコテ先面を前記被覆線に当てて、所定の加圧力を加える工程と、
前記コテ部の温度を通電により前記第１のハンダの融点よりも高い第１の設定温度まで上昇させる工程と、
前記コテ部の温度を前記第１の設定温度まで上昇させた後に、前記コテ部のくぼみの中に第２のハンダを供給する工程と、
前記くぼみの中で前記第２のハンダを溶かし、前記被覆線を包み込むように前記第２のハンダを前記第１のハンダに溶融状態で合体させる工程と、
前記コテ部のコテ先面を前記被覆線から離して、溶融状態で合体した前記第１および第２のハンダを凝固させる工程と
を有する接合方法。
【請求項１７】
前記コテ部の温度を前記第１の設定温度から前記第２のハンダの融点近傍の第２の設定温度まで下げて、前記第２のハンダの供給を行う、請求項１６に記載の接合方法。
【請求項１８】
前記第２のハンダは、線状の固形ハンダからなり、その先端部が前記くぼみの中に差し込まれる、請求項１６または請求項１７に記載の接合方法。
【請求項１９】
前記第１の設定温度は、前記被覆線の絶縁被膜を熱で剥せる温度である、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項１】
通電により発熱するコテ部を有し、前記コテ部のコテ先面を被接合物に加圧接触させることによって前記被接合物をハンダ付けで接合するヒータチップであって、
前記コテ部の側面から前記コテ先面まで延びるハンダ供給用のくぼみを有するヒータチップ。
【請求項２】
前記コテ部を電気的には直列にかつ物理的には一体的に複数連設し、各々の前記コテ部に前記くぼみを個別に設ける、請求項１に記載のヒータチップ。
【請求項３】
前記被接合物は被覆線と端子部材であり、前記端子部材の上に載せられた前記被覆線に前記コテ部のコテ先面を当ててハンダ付けを行う、請求項１または請求項２に記載のヒータチップ。
【請求項４】
前記コテ部は、略直方体形状に形成され、
前記くぼみは、ハンダ付けされる前記被覆線の軸方向と向き合う前記コテ部の一側面に入口を有する、
請求項３に記載のヒータチップ。
【請求項５】
前記くぼみは、前記被覆線の軸方向において、前記コテ先面の０．３〜０．７倍の奥行き寸法を有する、請求項４に記載のヒータチップ。
【請求項６】
前記くぼみは、前記被覆線の軸方向において、前記コテ先面の０．４〜０．６倍の奥行き寸法を有する、請求項５に記載のヒータチップ。
【請求項７】
前記コテ部は、略直方体形状に形成され、
前記くぼみは、ハンダ付けされる前記被覆線の軸方向と平行になる前記コテ部の一側面に入口を有する、請求項１または請求項２に記載のヒータチップ。
【請求項８】
前記くぼみは、前記被覆線の軸方向において、前記コテ先面の０．３〜０．７倍の幅寸法を有する、請求項７に記載のヒータチップ。
【請求項９】
前記くぼみは、前記被覆線の軸方向において、前記コテ先面の０．４〜０．６倍の幅寸法を有する、請求項８に記載のヒータチップ。
【請求項１０】
前記コテ部のコテ先面が平坦面に形成されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載のヒータチップ。
【請求項１１】
前記コテ部のコテ先面は、逆さＶ状に中心部が凹んでいる、請求項１〜９のいずれか一項に記載のヒータチップ。
【請求項１２】
前記コテ部のコテ先面は、中心部の凹んだ円筒面に形成されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載のヒータチップ。
【請求項１３】
前記くぼみの天井は、前記コテ部の側面から内奥に向かって次第に低くなる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のヒータチップ。
【請求項１４】
前記くぼみは、その入口から内奥の終端まで底が切り欠かれている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のヒータチップ。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載のヒータチップと、
前記ヒータチップを支持し、被接合物を接合する際に前記コテ部のコテ先面を 前記被接合物に加圧接触させるヒータヘッドと、
前記ヒータチップに抵抗発熱用の電流を供給するヒータ電源と
を有する接合装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載のハンダ付け装置を用いて被覆線を端子部材にハンダ付けで接合するための接合方法であって、
前記端子部材の上に第１のハンダを介して前記被覆線を載せる工程と、
前記コテ部のくぼみが前記被覆線に被さるように、前記ヒータチップのコテ部のコテ先面を前記被覆線に当てて、所定の加圧力を加える工程と、
前記コテ部の温度を通電により前記第１のハンダの融点よりも高い第１の設定温度まで上昇させる工程と、
前記コテ部の温度を前記第１の設定温度まで上昇させた後に、前記コテ部のくぼみの中に第２のハンダを供給する工程と、
前記くぼみの中で前記第２のハンダを溶かし、前記被覆線を包み込むように前記第２のハンダを前記第１のハンダに溶融状態で合体させる工程と、
前記コテ部のコテ先面を前記被覆線から離して、溶融状態で合体した前記第１および第２のハンダを凝固させる工程と
を有する接合方法。
【請求項１７】
前記コテ部の温度を前記第１の設定温度から前記第２のハンダの融点近傍の第２の設定温度まで下げて、前記第２のハンダの供給を行う、請求項１６に記載の接合方法。
【請求項１８】
前記第２のハンダは、線状の固形ハンダからなり、その先端部が前記くぼみの中に差し込まれる、請求項１６または請求項１７に記載の接合方法。
【請求項１９】
前記第１の設定温度は、前記被覆線の絶縁被膜を熱で剥せる温度である、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の接合方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−１８３５５２（Ｐ２０１２−１８３５５２Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４７４６２（Ｐ２０１１−４７４６２）
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（０００１６１３６７）ミヤチテクノス株式会社 (103)
【出願人】（５０３３０４４４１）株式会社 工房ＰＤＡ (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（０００１６１３６７）ミヤチテクノス株式会社 (103)
【出願人】（５０３３０４４４１）株式会社 工房ＰＤＡ (6)
【Ｆターム（参考）】
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