JP2000188464A - 自動はんだ付け装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】鉛フリーはんだに適応した早い冷却速度を得ら
れ、しかも各種のプリント基板やはんだ合金に適した冷
却状態でプリント基板を冷却できるばかりでなく、チャ
ンバー内の不活性雰囲気を乱すことがなく安定した低酸
素濃度を維持できる自動はんだ付け装置を提供する。 【解決手段】冷却装置として冷媒体で冷却されるパネル
１１を使用し、さらにパネルから気体を吹き出させるよ
うにしたため、低温雰囲気と低温気体の吹き付けにより
効果的な冷却が行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリント基板をは
んだ付けする自動はんだ付け装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動はんだ付け装置は、フラクサー、プ
リヒーター、溶融はんだ槽、冷却装置等の処理装置が順
次設置されたものである。自動はんだ付け装置でプリン
ト基板をはんだ付けする際、プリント基板はフラクサー
でフラックス塗布、プリヒーターで予備加熱、はんだ槽
ではんだの付着、冷却装置で冷却されて、はんだ付けが
なされる。自動はんだ付け装置では、内部にフラクサー
を設置したものもあれば、フラクサーを自動はんだ付け
装置の外部に設置したものもある。特に、近時のように
不活性雰囲気ではんだ付けを行う自動はんだ付け装置で
は、フラクサーを不活性雰囲気中に設置すると、雰囲気
を保持するチャンバーがフラックスで汚れることがある
ため、フラックサーは自動はんだ付け装置と離して設置
することが多い。

【０００３】ところで自動はんだ付け装置でプリント基
板をはんだ付けする場合、溶融はんだ槽ではんだ付着後
の冷却工程がはんだ付けの良否に大いに関係しており、
冷却装置での冷却速度が遅すぎたり、或いは早すぎたり
すると、はんだ付け不良を発生させてしまうものであ
る。

【０００４】つまり、はんだ付着後の冷却速度があまり
にもゆっくりであると、搬送装置で搬送中に振動が加わ
ったり、未だ完全に凝固していないはんだがプリント基
板の近くの部分と離れた部分での冷却速度に差を生じた
りすると、はんだの凝固途中でヒビ割れしたり剥離した
りするという重大問題を起こすことになる。

【０００５】一方、自動はんだ付け装置におけるはんだ
付けの冷却工程で、冷却速度が早すぎると、プリント基
板にブリッジやツララが残ってしまうことがある。普通
は、はんだ槽でプリント基板に付着した溶融はんだは、
溶融はんだの表面張力で表面積を小さくしようとする力
が働き、隣接したランド間に跨がって付着した溶融はん
だは互いに引き合って切れるためブリッジとはならな
い。しかしながら、冷却速度が早すぎるとランド間に跨
がって付着した溶融はんだが切れる前に冷却されて凝固
してしまうと、そのままブリッジとして残ってしまうも
のである。

【０００６】また冷却速度が早すぎるとツララが残る場
合もある。これは熱容量の大きな電子部品のリードの先
端に溶融はんだが付着してツララとなった場合、冷却速
度が適当であれば、溶融はんだの表面張力でツララを引
き込んでしまうが、冷却速度が早すぎるとツララを引き
込む前に溶融はんだを凝固させてツララを残してしま
う。従って、自動はんだ付け装置でプリント基板のはん
だ付けを行う場合、実装する電子部品の種類や大きさに
よって、はんだ槽での溶融はんだの付着後の冷却速度は
適宜選択をしなければならない。

【０００７】一般的には冷却速度は、なるべく早い方が
はんだ付け部の品質としては良好である。なぜならば、
はんだ付け後に冷却を早くすると、前述のように自動は
んだ付け装置の搬送装置での振動やプリント基板の部分
的な冷却速度の差によるヒビ割れや剥離がなくなるばか
りでなく、溶融はんだが急冷されて凝固すると、はんだ
の組織が微細となってはんだ自体の機械的強度が向上す
るからである。

【０００８】従来より多く使用されているＳｎ−Ｐｂ共
晶はんだは、溶融温度（液相線温度）が１８３℃であ
る。この共晶はんだを用いた自動はんだ付け装置では、
はんだ槽の溶融はんだの温度が２２０〜２５０℃であ
り、電子部品もこの温度では耐えられるようになってい
る。つまり共晶はんだは凝固範囲がなく搬送装置の多少
の振動でもヒビ割れや剥離が起こらないし、またはんだ
付け温度があまり高くないことから、はんだ付着後はそ
れほど急冷の必要がない。そのため従来の自動はんだ付
け装置では、冷却装置がプロペラファンやクロスファフ
ァンのように単に自動はんだ付け装置内の空気を風とし
て送るものであった。

【０００９】ところが近時は鉛公害問題から、Ｐｂを全
く含まない鉛フリーはんだ合金の使用が要求されてきて
おり、鉛フリーはんだを使用した自動はんだ付け装置で
は、なるべく早い冷却が必要となってきている。この鉛
フリーはんだ合金は、Ｓｎ主成分にＡｇ、Ｃｕ、Ｎｉ等
を添加したものであるため、従来のＰｂ−Ｓｎはんだ合
金よりも融点が高く、従って自動はんだ付け装置のはん
だ槽でも、はんだの温度を高くせざるを得ない。例え
ば、Ｓｎ−Ａｇはんだ合金やＳｎ−Ｃｕのはんだ合金で
は融点が２２０℃以上となるため、はんだ槽のはんだの
温度は２６０℃以上という非常な高温となる。

【００１０】また上記組成の鉛フリーはんだでは融点が
高すぎることから、融点を下げるためにＢｉやＩｎ等を
添加したものも提案されている。しかしながらＳｎ主成
分のはんだ合金にＢｉやＩｎを添加すると、液相線温度
を下げることはできるが固相線温度も下がってしまい、
液相線温度と固相線温度間の凝固範囲が広くなってしま
う。従って、凝固範囲の広い鉛フリーはんだを自動はん
だ付け装置で用いる場合は、はんだ槽での溶融はんだの
付着後、搬送装置での振動でヒビ割れや剥離が発生する
ため冷却工程での冷却をなるべく早くしなければならな
いものである。

【００１１】また一般に鉛フリーはんだは、Ｓｎ−Ｐｂ
はんだよりもはんだ付け性に劣るものであるが、大気中
ではプリント基板の銅箔が酸化しやすくなるため、はん
だ付け性に劣る鉛フリーはんだはさらにはんだ付けが良
好に行われない。そこで鉛フリーはんだを使用する場合
は、窒素ガスを充填した不活性雰囲気の自動はんだ付け
装置の使用が好ましいものである。

【００１２】従来の自動はんだ付け装置では、前述のよ
うに冷却装置がプロペラファンやシロッコファン等のフ
ァンで風を送るものであった。またこの風も自動はんだ
付け装置の周囲から取り入れたものであるため、高温と
なったはんだ槽で温められた風が溶融はんだ付着後のプ
リント基板に当てられていたものである。このように温
められた風をファンで送って冷却するものであっても、
Ｓｎ−Ｐｂはんだを使用した場合は、充分な冷却であっ
た。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、鉛フリ
ーはんだを自動はんだ付け装置で使用する場合は、前述
のように溶融温度が高いものでは電子部品に及ぼす影響
が大きいため、また凝固範囲の広いものではヒビ割れや
剥離を起こさないため、できる限り早い冷却が必要であ
る。従来の自動はんだ付け装置のようにファンで温風を
送る冷却装置ではこれらの問題を解決できなかった。ま
た鉛フリーはんだのはんだ付け性を良好にする不活性雰
囲気の自動はんだ付け装置では、ファンの冷却装置を使
用すると、不活性雰囲気を保持するチャンバー内の雰囲
気が乱されて、外部から空気が流入して酸素濃度を高め
てしまうものであった。

【００１４】本発明は、鉛フリーはんだに適応した早い
冷却速度を得られ、しかも各種のプリント基板やはんだ
合金に適した冷却状態でプリント基板を冷却できるばか
りでなく、チャンバー内の不活性雰囲気を乱すことがな
く安定した低酸素濃度を維持できる自動はんだ付け装置
を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、面積の広い
ものの近くの温度は、その面積の広いものの温度に影響
されること、パイプ内に流動体を流動させパイプ周囲の
温度を変化させるとパイプ内の流動体は効率よくパイプ
周囲の温度に近づくこと、等に着目して本発明を完成さ
せた。

【００１６】本発明の第１発明は、溶融はんだ槽の前方
に冷却装置が設置された自動はんだ付け装置において、
冷却装置はパネルであり、該パネルには冷媒体の循環路
が形成されていることを特徴とする自動はんだ付け装置
である。

【００１７】また本発明の第２発明は、溶融はんだ槽の
前方に冷却装置が設置された自動はんだ付け装置におい
て、冷却装置はパネルであり、該パネルには冷媒体の循
環路が形成されており、さらにパネルには気体流通路が
形成されていて、該気体流通路には多数の気体吹き出し
孔が穿設されていることを特徴とする自動はんだ付け装
置である。

【００１８】ここで前方とは、プリント基板の進行する
方向であり、溶融はんだ槽、冷却装置が順次設置された
自動はんだ付け装置では、プリント基板は溶融はんだ槽
で溶融はんだが付着された後に冷却装置で冷却されるこ
とになる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の自動はんだ付け装置は、
冷却装置が冷媒体の循環路を形成したパネルであるが、
該循環路はパネルの内部に穴を穿設したり、循環路をパ
イプにして循環路のパイプを金属板にロウ付けしたり、
或いは循環路のパイプを二枚の金属板に挟んだりしたも
のである。

【００２０】本発明に使用する冷媒体としては水が安価
でしかも扱いやすいため好適である。水を使用する場
合、冷水を循環路の流入口から流入させパネルを冷やし
た後、流出口から流出させるが、流出した水は排水路に
捨ててもよいし、或いは熱交換装置に接続して、熱交換
装置で冷却して再度循環路に戻すようにしてもよい。水
は、熱交換装置で０℃以下に冷やされると凍結するた
め、水に不凍液を混入させておくとよい。また水以外の
冷媒体としては、気化熱で冷却作用を呈する気体、例え
ばアンモニアガス、窒素ガス、ヘリウムガス、代替フロ
ンガス等の冷媒ガスが使用可能である。

【００２１】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明を説明する。本
発明の説明は、はんだ付け部の酸素濃度を安定させる必
要のある不活性雰囲気の自動はんだ付け装置で行う。図
１は第１発明の自動はんだ付け装置の正面断面図、図２
は第１発明の自動はんだ付け装置に使用する冷却装置の
平面図、図３は第２発明の自動はんだ付け装置の正面断
面図、図３は第２発明の自動はんだ付け装置に使用する
冷却装置の平面図である。

【００２２】先ず、第１発明について説明する。自動は
んだ付け装置１は、プリヒーター２、溶融はんだ槽３、
冷却装置４等の処理装置が順次設置されている。これら
の処理装置の上方を搬送装置５（一点鎖線）が走行して
いて、図示しないプリント基板を矢印Ａ方向に搬送する
ようになっている。

【００２３】プリヒーター２、溶融はんだ槽３、冷却装
置４はトンネル状のチャンバー６内に収容されている
が、図示しないフラクサーは自動はんだ付け装置とは別
途設置されており、インラインでプリント基板が連続搬
送されるようになっている。チャンバー６内には、内部
を不活性雰囲気にするために多数の窒素ガス供給管７・
・・が取り付けられている。

【００２４】溶融はんだ槽３には、荒れた波を噴流する
一次噴流ノズル８と穏やかな波を噴流する二次噴流ノズ
ル９が設置されている。また溶融はんだ槽３の中の溶融
はんだ１０中にはチャンバー６のスカートが浸漬されて
いる。チャンバーのスカートを溶融はんだ中に浸漬した
のは、チャンバーを上下動させたときに溶融はんだでチ
ャンバー内をエアータイトにするためである。

【００２５】冷却装置４は、図２に示すように矩形のパ
ネル１１であり、パネル１１の内部には冷媒体の循環路
１２が迷路状に形成されている。実施例に示す循環路
は、パネル１１の中に長い穴を穿設したもので、循環路
１２のそれぞれの端部には、循環路内に冷媒体を流入さ
せる流入口１３と循環路内の冷媒体を外部に流出させる
流出口１４が形成されており、流入口１３から流入した
冷媒体は循環路１２内を矢印のように流動して流出口か
ら流出するものである。これらの流入口１３と流出口１
４は図示しない熱交換装置にパイプで接続されている。
流出口から出た冷媒体は、熱交換装置で熱を奪われて温
度が下がる。この温度が下がった冷媒体は、冷却装置の
流入口１４から循環路１２内を流動し、パネル１１を冷
やす。冷媒体で冷やされたパネル１１は、パネル近傍を
冷やして低温雰囲気にする。従って、パネル近傍を通過
するプリント基板は、低温雰囲気により冷却されるよう
になる。

【００２６】次に上記自動はんだ付け装置におけるプリ
ント基板のはんだ付けについて説明する。

【００２７】先ず、溶融はんだ槽３内の溶融はんだ１０
を所定の温度に加熱し、一次噴流ノズル８と二次噴流ノ
ズル９から溶融はんだを噴流させる。そして窒素ガスを
窒素ガス供給パイプ７からチャンバー６内に供給してチ
ャンバー内を所定の酸素濃度まで下げる。このようにし
て溶融はんだ槽３の溶融はんだの温度とチャンバー６内
の酸素濃度が所定の値になったならば、図示しないフラ
クサーでやはり図示しないプリント基板にフラックスを
塗布した後、自動はんだ付け装置の搬送装置５でプリン
ト基板を矢印Ａ方向に搬送する。プリント基板は、プリ
ヒーター２で予備加熱され、溶融はんだ槽３の一次噴流
ノズル８で溶融はんだが付着させられる。この一次噴流
ノズルから噴流する荒れた波は、溶融はんだが侵入しに
くいはんだ付け部に侵入して未はんだをなくすことがで
きるが、波が荒れているためブリッジやツララ等が発生
する。その後、プリント基板は二次噴流ノズル９の穏や
かな波に接することにより一次噴流ノズルで発生したブ
リッジやツララを修正して、不良のないはんだ付け部が
形成される。

【００２８】溶融はんだが付着したプリント基板は、冷
却装置４で冷却される。第１発明の冷却装置４は、広い
面積のパネル１１全体が低温となっているため、冷却装
置近傍も低温雰囲気となっている。従って、溶融はんだ
が付着したプリント基板が低温雰囲気を通過するとき
に、プリント基板も低温雰囲気で冷却されるものであ
る。

【００２９】続いて第２発明の自動はんだ付け装置につ
いて説明する。第１発明と同一部分は同一符号を付して
その説明は省略する。

【００３０】第２発明の自動はんだ付け装置もプリヒー
ター２、溶融はんだ槽３、冷却装置４等の処理装置が順
次設置されており、これらの処理装置の上方を搬送装置
５（一点鎖線）が走行していて、図示しないプリント基
板を矢印Ａ方向に搬送するようになっている。

【００３１】第２発明に使用する冷却装置４は、図４に
示すように矩形のパネル１１であり、パネル１１の内部
には冷媒体の循環路１２が迷路状に形成されている。実
施例に示す循環路は、パネル１１の中に長い穴を穿設し
たもので、循環路１２のそれぞれの端部には、循環路内
に冷媒体を流入させる流入口１３と循環路内の冷媒体を
外部に流出させる流出口１４が形成されており、流入口
１３から流入した冷媒体は循環路１２内を矢印のように
流動して流出口から流出するものである。これらの流入
口１３と流出口１４は図示しない熱交換装置にパイプで
接続されている。流出口から出た冷媒体は、熱交換装置
で熱を奪われて温度が下がる。この温度が下がった冷媒
体は、冷却装置の流入口１４から循環路１２内を流動
し、パネル１１を冷やす。

【００３２】多数の循環路１２・・・の間に挟まれるよ
うにして多数の気体流通路１５が形成されている。該気
体流通路には、気体流入口１６が形成されており、該気
体流入口は図示しない窒素ガス発生装置（ＰＳＡ）や窒
素ガスボンベ等に接続されている。また気体流通路１５
にはプリント基板の通過する方向に多数の気体吹き出し
孔１７・・・が穿設されている。従って、パネル１１は
冷媒体で冷やされ、気体流通路はパネルで冷やされるた
め、気体流通路内を流通する窒素ガスも効率よく冷却さ
れるようになる。

【００３３】第２発明の自動はんだ付け装置におけるプ
リント基板のはんだ付けは、前述のようにフラクサーで
フラックス塗布、溶融はんだ槽で溶融はんだの付着、そ
して冷却装置で冷却が行われる。第２発明に使用する冷
却装置は、低温となったパネルによる雰囲気の冷却と、
低温となった窒素ガスを直接プリント基板に吹き付ける
という二重の冷却作用によりプリント基板の冷却を行う
ため、冷却効果は第１発明における冷却よりも優れてい
るものである。

【００３４】なお実施例では不活性雰囲気の自動はんだ
付け装置について説明したが、本発明は大気中ではんだ
付けする自動はんだ付け装置であってもよく、そのとき
には冷却装置から吹き出させる気体は空気であってもよ
い。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、第１発明の自動は
んだ付け装置は、冷却装置として全体が低温となるパネ
ルを用いてあるため、冷却装置近傍の雰囲気を低温にし
て冷却効果を上げることができる。また第２発明の自動
はんだ付け装置は、冷却装置が低温となったパネルから
低温の気体を吹き出させるようにしたため、パネルの低
温雰囲気に加えて低温気体を吹き付けるという二重の冷
却作用により、さらに冷却効果を上げることができるも
のである。従って本発明は、はんだ付け温度を高温にし
なければならなかったり、凝固範囲が広かったりする鉛
フリーはんだを用いても、急冷が可能となるため、プリ
ント基板に搭載された電子部品に対する熱影響を少なく
できるばかりでなく、搬送中の振動ではんだにヒビ割れ
や剥離を起こさせないという信頼性に優れたはんだ付け
が行えるものであり、また不活性ガスを使用した場合で
も外部から空気を流入させることがないため内部の酸素
濃度を安定した低い値に保持できるという従来にない優
れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１発明の自動はんだ付け装置の正面断面図

【図２】第１発明の自動はんだ付け装置に使用する冷却
装置の平面図

【図３】第２発明の自動はんだ付け装置の正面断面図

【図４】第２発明の自動はんだ付け装置に使用する冷却
装置の平面図

【符号の説明】

１ 自動はんだ付け装置 ２ プリヒーター ３ 溶融はんだ槽 ４ 冷却装置 ５ 搬送装置 ６ チャンバー ７ 窒素ガス供給管 １１ パネル １２ 循環路 １３ 流入口 １４ 流出口 １５ 気体流通路 １６ 気体流入口 １７ 気体吹き出し孔

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融はんだ槽の前方に冷却装置が設置さ
   れた自動はんだ付け装置において、冷却装置はパネルで
   あり、該パネルには冷媒体の循環路が形成されているこ
   とを特徴とする自動はんだ付け装置。
2. 【請求項２】 溶融はんだ槽の前方に冷却装置が設置さ
   れた自動はんだ付け装置において、冷却装置はパネルで
   あり、該パネルには冷媒体の循環路が形成されており、
   さらにパネルには気体流通路が形成されていて、該気体
   流通路には多数の気体吹き出し孔が穿設されていること
   を特徴とする自動はんだ付け装置。
3. 【請求項３】 前記冷媒体は、水であることを特徴とす
   る請求項１および２記載の自動はんだ付け装置。
4. 【請求項４】 前記冷媒体は、冷媒ガスであることを特
   徴とする請求項１および２記載の自動はんだ付け装置。