JP2004154801A

JP2004154801A - はんだ吸取装置のノズル

Info

Publication number: JP2004154801A
Application number: JP2002321445A
Authority: JP
Inventors: Morio Yamazaki; 守男山崎; Koji Kamiya; 孝司上谷
Original assignee: Hakko Corp; Hakko Co Ltd
Current assignee: Hakko Corp; Hakko Co Ltd
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2004-06-03

Abstract

【課題】はんだ吸取通路の腐食の防止とはんだ詰まりを解消でき、且つ熱伝導性に優れたはんだ吸取装置用ノズルの提供。
【解決手段】先端部に開口してはんだ吸取通路７１が形成され、はんだを溶融するために加熱され、溶融はんだをはんだ吸取通路を介して吸い取るはんだ吸取装置のノズルである。はんだ吸取通路の内面は、はんだに濡れない材質３２で形成される一方、先端部の外面は、はんだに濡れる材質３３で形成されている。はんだに濡れない素材３２として、Ａｌ若しくはＡｌ合金、ステンレス、Ｔｉ又はカーボンファイバーのいずれかが採用され、はんだに濡れる素材３３として、Ｆｅめっき、Ｎｉめっき、Ｆｅ−Ｎｉ合金めっきのいずれかが採用される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、はんだ吸取装置のノズルと、そのノズルを着脱可能に備えたはんだ吸取装置に関するものである。
【０００２】
【発明の背景】
はんだ吸取装置は、電子基板等のはんだ付けの修正などに用いられており、加熱したノズルにて、基板等のはんだ付け部のはんだを溶かし、ポンプで発生した負圧によりそのはんだを吸い取る構成とされている。
【０００３】
すなわち、はんだ吸取装置は、図３に示すように、ヒータ１を内蔵した加熱芯２と、この加熱芯２の先端部に当接して取り付けられるノズル３を備える。加熱芯２には、ステンレスパイプ４が貫通して設けられ、このステンレスパイプ４の先端部は、ノズル３の軸方向に形成された貫通穴７に連通する。このノズル３の貫通穴７と、前記ステンレスパイプ４の中心穴とで、はんだ吸取通路が形成される。はんだ吸取通路の基端部には、フィルター５を介して真空ポンプ６が接続される。
【０００４】
したがって、図４に示すように、加熱芯２で加熱されたノズル３の先端を、電子基板８などのはんだ付け部９に当接してはんだを溶かすと共に、真空ポンプ６で発生した負圧により、ノズル先端に開口した吸込口（はんだ吸取通路７の先端開口）から溶融はんだを吸い取ることができる。吸引されたはんだは、はんだ吸取通路を介して、経路途中のフィルター５にて除去される。
【０００５】
このようなはんだ吸取装置のノズル３に求められる性能としては、次のようなものが挙げられる。つまり、
（１）熱伝導がよいこと、
（２）はんだ通路がつまりにくいこと、
（３）交換可能なこと、
（４）はんだによる腐食が少ないこと
などを挙げることができる。
【０００６】
また、別の視点からみて、相手基板８のはんだ付け部９への熱供給を効率よく行なうために、ノズル３の先端部分ははんだ濡れ性があることが求められる。それ故、図４に示すように、ノズル先端部にはんだメッキ１０を施し、基板８のはんだ付け部９への熱伝導をよくすることが行われる。ノズル先端部がはんだと濡れ性のない素材であると、基板８のはんだが非常に溶けにくいために、実用的には使用できない。
【０００７】
ところで、上記（１）の熱伝導がよいことは、ノズルに求められる必須条件である。よって、ノズル３の素材は、熱伝導のよい銅、或いは銅合金（電気伝導度ＩＡＣＳでは９０％以上が望ましい）で構成されている。
【０００８】
ところが、ノズル３を銅で作ると、図５に示すように、はんだとの腐食が起こる不都合がある。同図において、符号１１が、はんだによる腐食部を示している。実験によると、数十回はんだを吸っただけで腐食が起こるのである。
【０００９】
そこで、従来、図６に示すように、銅素材に鉄メッキ１２を施したノズル３が知られている。しかし、ノズル３の先端穴径ｄはφ０．６〜φ２．０ｍｍと非常に小さいため、ノズル３のはんだ吸取通路７の内部にはメッキがつかなかった。この部分は、化学メッキでメッキ液を流しながら、Ｎｉ−Ｐメッキを施すことも可能であるが、この場合も、小さな穴の内部にはメッキがつきにくく、また仮についたとしてもニッケルでは防食の効果が少なかった。具体的には、鉄メッキに比べ、ニッケルメッキは２０〜３０倍（もしニッケルメッキがつかず銅のままなら約２００〜３００倍）早く侵食されるのである。
【００１０】
そこで、出願人は先に、図７に示すように、はんだ吸取通路７に鉄パイプ１３をロー付けしたノズルを提案した（実公平７−３５６４９号）。このノズル３は、はんだ吸取通路７の腐食を抑えるには有効であるが、はんだ吸取通路内ではんだが詰まるおそれがあった。この詰りの原因について、本件発明者は、鉄がはんだに濡れる素材であることに起因するものと考えた。
【００１１】
また、従来、次のようなノズルも提案されている。そのノズルは、基体材料として、Ａｌが６．０〜１０ｗｔ％、Ｆｅが１．０〜６．０ｗｔ％、残部がＣｕの合金を使用するものである。しかし、この材料は、はんだと濡れにくいので、はんだによる侵食が起こりにくいが、後述するＰｂフリーはんだの場合には、浸食される場合があった。しかも、この合金は、熱伝導が悪く、最も熱伝導のよい組成の場合でも電気伝導度ＩＡＣＳが４０％程度に過ぎず、実質的にはコテ先材料には不向きといえた。
【００１２】
ところで、最近、環境対策として鉛フリー化がさけばれており、はんだも急速に変化してきている。つまり、従来のＳｎ−３７％Ｐｂ共晶はんだから、Ｓｎ主成分のはんだ（Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．７Ｃｕはんだ、Ｓｎ−０．７％Ｃｕはんだ、Ｓｎ−３．５％Ａｇはんだ等）に変わりつつある。ところが、これらのＰｂフリーはんだは、図８に示すように、従来のＳｎ−３７％Ｐｂはんだに比べて高温時の腐食が早くなることが実験で確認されている。従来のはんだでも金属の侵食を起こすのははんだ中のスズであり、Ｐｂフリーはんだの場合、スズが主成分になったことで、侵食速さが増したと考えられる。
【００１３】
また、Ｐｂフリーはんだの他の特徴として「融点が高いこと」と「溶融時の粘性が高い」ことも分かっている。よって、Ｐｂフリーはんだを吸い取ると、従来のはんだに比べて、つまり易いことになる。それらのことを考慮すると、はんだ吸取通路は、はんだと濡れ性がないことが望ましいといえる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記事情に鑑みて、本件発明者は鋭意研究の結果、長期に亘ってはんだ除去作業を円滑に行うためのノズルは、次のようなものであるとの結論に至り、本件発明を完成した。すなわち、そのノズルは、ノズル先端部のはんだ濡れ性は確保して、はんだの溶融を容易にする一方、はんだ吸取通路は逆に、はんだ濡れ性をなくして、はんだのつまりを防止するものである。そして、そのようなノズルは、熱伝導がよく、はんだによる腐食を最小限に抑えるものである。
【００１５】
具体的には、本発明のはんだ吸取装置のノズルは、先端部に開口してはんだ吸取通路が形成され、はんだを溶融するために加熱され、溶融はんだをはんだ吸取通路を介して吸い取るはんだ吸取装置のノズルにおいて、前記はんだ吸取通路の内面は、はんだに濡れない材質で形成される一方、前記先端部の外面は、はんだに濡れる材質で形成されていることを基本的構成とする。
【００１６】
また、好ましくは上記構成に加えて、熱伝導率の高い基体と、その基体にはめ込まれた芯材と、基体の外周面に施されるめっき層とからなり、基体は、銅又は銅合金から形成され、芯材は、前記はんだに濡れない素材として、Ａｌ若しくはＡｌ合金、ステンレス、Ｔｉ又はカーボンファイバーのいずれかから形成され、めっき層は、前記はんだに濡れる素材として、Ｆｅめっき、Ｎｉめっき、Ｆｅ−Ｎｉ合金めっきのいずれかから形成されていることを特徴とするはんだ吸取装置のノズルである。
【００１７】
さらに好ましくは上記構成に加えて、前記はんだに濡れない素材から形成された円柱状の芯材が、円筒状の基体の中心部にはめ込まれて一体化された複合材料を切削した後、その外周面に、前記はんだに濡れる素材のめっき層を施して形成されることを特徴とするはんだ吸取装置のノズルである。
なお、前記はんだに濡れない素材からなる芯材は、少なくともはんだ吸取通路の内面に表面改質処理が施されているものとすることもできる。
【００１８】
或いは、本発明のはんだ吸取装置のノズルは、前記基本的構成に加えて、熱伝導率の高い基体と、その基体の外周面に施されるめっき層とからなり、基体は、前記はんだに濡れない素材として、Ａｌ合金又はカーボンファイバーのいずれかから形成され、めっき層は、前記はんだに濡れる素材として、Ｆｅめっき、Ｎｉめっき、Ｆｅ−Ｎｉ合金めっきのいずれかから形成されているから形成されていることを特徴とする。
【００１９】
そして、好ましくはこの構成に加えて、前記カーボンファイバーとして、炭素中にＡｌ又はその合金等の金属を含浸させた炭素基金属複合材料が利用されることを特徴とするはんだ吸取装置のノズルである。
【００２０】
また、本発明は、上記各ノズルだけでなく、そのいずれかのノズルを着脱可能に備えることを特徴とするはんだ吸取装置である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のはんだ吸取装置のノズルについて、実施例に基づき、更に詳細に説明する。なお、共通する部分には、図面中において同じ符号を使用する場合がある。
【００２２】
まず、本発明のノズル３が適用されるはんだ吸取装置であるが、このはんだ吸取装置全体の構成は、上述したような公知のものを使用することができる。念のため、簡単に説明しておくと、はんだ吸取装置は、図３に示すように、ヒータ１を内蔵した加熱芯２を備える。加熱芯２は、先端部が円錐状に形成されており、この加熱芯２の先端部に、ノズル３の基端部が当接されて取り付けられる。
【００２３】
ノズル３は、先端部３ａが先細の円錐状に形成される一方、基端部３ｂは段付き円柱状に形成されており、軸心に沿って貫通穴７１，７２が形成されている。この貫通穴は、段付き穴とされ、先端側の小径穴７１は、はんだ吸取通路とされ、基端側の大径穴７２は、パイプ４が挿入される部分となる。さらに、この大径穴７２の基端部は、基端側に行くに従って拡径したテーパ部７３に形成されており、このテーパ部７３は、ノズル３の外周面にまで達して形成されている。そして、このテーパ部７３に加熱芯２の円錐状の先端部が当接されて、加熱芯２にノズル３が取り付けられることになる。
【００２４】
加熱芯２には、ステンレスパイプなどの細長いパイプ４が貫通して設けられ、このパイプ４の先端部は、上述したように、ノズル３に形成された前記大径穴７２に挿入される。これにより、パイプ４と、ノズル３の前記小径穴７１とが連通状態となり、ノズル３の小径穴７１とパイプ４の中心穴とで、はんだ吸取通路が構成される。
【００２５】
はんだ吸取通路の基端部には、フィルター５を介して真空ポンプ６が接続される。また、加熱芯２の内部には、ヒータ１が配置され、このヒータ１から加熱芯２を介してノズル３に伝熱される。そして、本発明のノズル３は、はんだ吸取通路（穴７１と７２の内、少なくとも７１）の内面が、はんだに濡れない材質で形成される一方、ノズル３の先端部の外面は、はんだに濡れる材質で形成されている。
【００２６】
図１は、本発明のノズル３の第１実施例を示す図であり、（ａ）はノズルの断面図、（ｂ）はそのノズルを製作のための複合材料を示している。
この実施例の場合、基端部３ｂが段付き円筒状で、その先端部３ａの外周面が略円錐状の先細に形成された基体３１を中心的に備える。この基体３１の中心部には、軸方向に沿って円筒状の貫通穴３１ａが形成され、その貫通穴３１ａに、略円筒状の芯材３２がはめ込まれて固定され、基体３１と一体化されている。
【００２７】
この芯材３２の中心部には、軸方向に沿って段付きの貫通穴７１，７２が形成されている。この貫通穴の内、基端側の大径穴７２は、上述したようにパイプ４の先端部が挿入可能とされ、そのパイプ４の先端部は、芯材３２の先端側の小径穴７１と連通して、はんだ吸取通路を構成する。芯材３２の前記小径穴７１は、ノズル３先端面へ開口され、その開口部７１ａが溶融はんだの吸込口として機能する。なお、基体３１の基端部は、加熱芯２の先端部が当接される円錐状に形成されている。
【００２８】
基体３１は、熱伝導のよい素材、つまり熱伝導率の高い素材により形成される。例えば、銅、或いは銅合金などによって形成されている。一方、芯材３２は、はんだに濡れない素材により形成される。例えば、Ａｌ（アルミニウム）若しくはＡｌ合金、ステンレス、Ｔｉ（チタン）又はカーボンファイバーなどにより形成される。なお、はんだ吸取通路の内面などに適宜、表面改質処理を施してもよい。例えば、Ａｌやその合金に対しては、アルマイト処理を施し、ステンレスに対しては、酸化処理や窒化処理を施すことなどが考えられる。
【００２９】
基体３１の外周面には、めっき層３３が形成される。このめっき層３３は、少なくとも基体３１の先端部、具体的には先端側の円錐状外周面と先端面からなるはんだ付け作業部に施される。図示例では、先端面を含んだ外周面の全域にめっき層３３が形成されている。このめっき層３３は、はんだに濡れる素材により形成される。例えば、Ｆｅ（鉄）めっき、Ｎｉ（ニッケル）めっき、Ｆｅ−Ｎｉ合金などのいずれかが施される。
【００３０】
ところで、本実施例のノズル３は、具体的には例えば、次のような方法で製作することができる。つまり、図１（ｂ）に示すように、はんだに濡れない素材から形成された円柱状の芯材３２ｘが、熱伝導のよい円筒状の基体３１ｘの中心部にはめ込まれて一体化された複合材料を用いることができる。このような複合材料を切削して、上述したノズル３の形状に仕上げた後、そのノズル３の外周面に、前記はんだに濡れる素材のめっき層３３を施すのである。
【００３１】
図２は、本発明のノズルの第２実施例を示す断面図である。
この実施例の場合、基体３４が熱伝導がよくて、はんだに濡れない素材により形成されている。例えば、カーボンファイバー或いはアルミ合金などにより形成される。このノズル３の形状は、前記第１実施例における基体３１と芯材３２とを一体化したような形状である。つまり、外周部は、基端部３ｂが段付き円筒状で、先端部３ａが先細の円錐状に形成され、中心に形成された軸方向の貫通穴は、段付き穴７１，７２とされ、その基端部７３が円錐状に形成されている。
【００３２】
Ａｌ合金又はカーボンファイバーから形成された基体３４には、前記第１実施例の場合と同様に、少なくとも先端外周部に、めっき層３３が形成される。本実施例では、先端面を含んだ外周面全体に、めっき層３３が形成される。このめっき層３３は、はんだに濡れる素材から形成される。例えば、Ｆｅめっき、Ｎｉめっき、Ｆｅ−Ｎｉ合金めっきなどから形成される。
【００３３】
ところで、本実施例において、基体３４をカーボンファイバーで構成する場合には、金属を含浸させることで、めっきを容易にした材料が望ましい。例えば、炭素と金属が相互に入り混じり、炭素成分の体積比率が過半数を占め、残りがアルミニウム若しくはその合金、又は、銅若しくはその合金などからなる炭素基金属複合材料を利用することができる。この炭素と金属の複合材は、カーボンファイバー（ＣＦ）を炭素マトリックス中に分散させた後、その内部に溶融金属として、例えばアルミニウムなどの低融点金属を含浸させたものであり、例えば１０〜２０質量％程度の金属が含浸されてなる。
【００３４】
また、このような材料としては、例えば特開２００１−１１８９６０号、特開２００１−５８２５５号、特開２００１−７２６５号、特開２０００−２０３９７３号の各公報に掲載の複合材料も使用することができる。この際、ヤング弾性率が低く（例えば３０ＧＰａ以下）、熱伝導率が高く（例えば１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上）、線膨張率が低い（例えば１２×１０^−５／℃以下）ものが好適に使用される。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述したとおり本発明のはんだ吸取装置のノズルによれば、ノズル先端部のはんだ濡れ性は確保して、はんだの溶融を容易にする一方、はんだ吸取通路は逆に、はんだ濡れ性をなくして、はんだのつまりを防止することができる。しかも、熱伝導がよく、はんだによる腐食を最小限に抑える材料によれば、長期に亘ってはんだ除去作業を円滑に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のノズルの第１実施例を示す図であり、（ａ）はノズルの断面図、（ｂ）はその素材としての複合材料である。
【図２】本発明のノズルの第２実施例を示す断面図である。
【図３】はんだ吸取装置の概略を示す図である。
【図４】従来のノズルの使用状態を示す図である。
【図５】従来のノズルの腐食状態を示す断面図である。
【図６】従来のノズルの一例を示す断面図である。
【図７】従来のノズルの他の例を示す断面図である。
【図８】はんだの種類による腐食量の違いを示す概略図である。
【符号の説明】
１セラミックヒーター
２加熱芯
３ノズル
４ステンレスパイプ
５フィルター
６真空ポンプ
３ｂ基端部
３ａ先端部
３１基体
３１ｘ基体
３２芯材
３２ｘ芯材
３３めっき層
３４基体
７１小径穴
７１ａ吸込口
７２大径穴

Claims

先端部に開口してはんだ吸取通路が形成され、はんだを溶融するために加熱され、溶融はんだをはんだ吸取通路を介して吸い取るはんだ吸取装置のノズルにおいて、
前記はんだ吸取通路の内面は、はんだに濡れない材質で形成される一方、前記先端部の外面は、はんだに濡れる材質で形成されている
ことを特徴とするはんだ吸取装置のノズル。
熱伝導率の高い基体と、その基体にはめ込まれた芯材と、基体の外周面に施されるめっき層とからなり、
基体は、銅又は銅合金から形成され、
芯材は、前記はんだに濡れない素材として、Ａｌ若しくはＡｌ合金、ステンレス、Ｔｉ又はカーボンファイバーのいずれかから形成され、
めっき層は、前記はんだに濡れる素材として、Ｆｅめっき、Ｎｉめっき、Ｆｅ−Ｎｉ合金めっきのいずれかから形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のはんだ吸取装置のノズル。
前記はんだに濡れない素材から形成された円柱状の芯材が、円筒状の基体の中心部にはめ込まれて一体化された複合材料を切削した後、その外周面に、前記はんだに濡れる素材のめっき層を施して形成される
ことを特徴とする請求項２に記載のはんだ吸取装置のノズル。
前記はんだに濡れない素材からなる芯材は、少なくともはんだ吸取通路の内面に表面改質処理が施されている
ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のはんだ吸取装置のノズル。
熱伝導率の高い基体と、その基体の外周面に施されるめっき層とからなり、
基体は、前記はんだに濡れない素材として、Ａｌ合金又はカーボンファイバーのいずれかから形成され、
めっき層は、前記はんだに濡れる素材として、Ｆｅめっき、Ｎｉめっき、Ｆｅ−Ｎｉ合金めっきのいずれかから形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のはんだ吸取装置のノズル。
前記カーボンファイバーとして、炭素中にＡｌ又はその合金等の金属を含浸させた炭素基金属複合材料が利用される
ことを特徴とする請求項５に記載のはんだ吸取装置のノズル。
請求項１から請求項６までのいずれかに記載のノズルを着脱可能に備える
ことを特徴とするはんだ吸取装置。