JP2005066674A - フローはんだ付け装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 挿入実装部品が挿入された条件の異なるプリント基板に対して、最適な温度プロファイルを短時間で自動的に設定する。
【解決手段】 挿入実装部品４が搭載されたプリント基板５を搬送する搬送コンベア６と、この搬送コンベア６上のプリント基板５に溶融したはんだを塗布するためのフローはんだ槽７とを備えたフローはんだ付け装置１において、上記プリント基板５の表面積、厚さ、層数、耐熱温度、耐熱時間及び枚数等の条件に応じた上記搬送コンベア６上のプリント基板５の温度プロファイルが複数記憶され、入力された上記各条件に応じて最適な温度プロファイルを選択すると共に、選択された温度プロファイルに合わせて上記フローはんだ槽７の温度を調節する温度設定制御部８を備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フローはんだ付け装置、特にはんだ付けするプリント基板の最適な温度プロファイルを短時間で自動的に設定するように改良されたフローはんだ付け装置に関するものである。

図５に従来のフローはんだ付け装置を示す。

かかるフローはんだ付け装置５１は、挿入実装部品５４が搭載されたプリント基板５５を搬送する搬送コンベア５６と、この搬送コンベア５６上のプリント基板５５にはんだを塗布するフローはんだ槽５７とを備えている。搬送コンベア５６は、複数の搬送室５２に区画された搬送路５３に設けられている。

フローはんだ付け装置５１のプリント基板５５搬送方向上流側には、プリント基板５５をフローはんだ付け装置５１に搬入するための搬入コンベア５８と、プリント基板５５にフラックスを塗布するフラックス噴霧装置５９とが設けられている。フローはんだ付け装置５１のプリント基板５５搬送方向下流側には、搬出コンベア６１が設けられている。

上記各装置でフローはんだ付けを行うに際しては、予めプリント基板５５のはんだ付け以外の部分にはんだが付着しないように、パレットや耐熱テープ等でマスキングを行った後、コンデンサ６２、コネクタ６３やＬＥＤ６４等の挿入実装部品５４をプリント基板５５に挿入・搭載しておく。そして、プリント基板５５を搬入コンベア５８に載置し、フラックス噴霧装置５９内を通過させて、プリント基板５５の裏面にフラックスを塗布する。

その後、表面に挿入実装部品５４が挿入・搭載され、裏面にフラックスが塗布されたプリント基板５５は、搬送コンベア５６に載置されて、フローはんだ付け装置５１内をフローはんだ槽５７側へと移動しながら、フローはんだ槽５７の熱によって徐々に昇温する。そして、フローはんだ槽５７内で溶融しているはんだをポンプ（図示せず）にて噴流させて、プリント基板５５をフローはんだ槽５７上を通過させることで、噴流している溶融はんだをプリント基板５５に塗布する。その後、塗布されたはんだは、搬送コンベア５６上のプリント基板５５と共に温度が下がり固まる。

ところで、プリント基板５５に応じて好適なはんだ付けを行うために、プリント基板５５の温度プロファイル及び搬送コンベア５６の搬送速度を最適なものに決定する必要がある。しかし、搬送コンベア５６の搬送速度は、あまり変えることができないので、特に温度プロファイルの決定が重要となる。

従来は、上記温度プロファイルを決定するために、プリント基板５５の面積、厚さ及び層数に応じて予め決定された複数の温度プロファイルの中から選択するか、或いはプリント基板５５のはんだ付けを行う前に、温度プロファイルチェッカ（図示せず）とサンプル基板（図示せず）を用いて数回に亘って基板を測定しながら、温度プロファイルを最適なものに設定するようになっていた。

特開平８−２２２８４７号公報 実開平７−９５５６号公報

しかしながら、上述した従来のフローはんだ付け装置５１では、プリント基板５５の面積、厚さ及び層数に応じて予め決定された複数の温度プロファイルの中から好適な温度プロファイルを選択しているため、温度プロファイルの選択肢が少なく、また、プリント基板５５の条件も細かく設定されないので、実際のプリント基板５５通りにデータを入力できない。従って、必ずしも最適な温度プロファイルが得られる訳ではなく、品質管理上の問題が発生していた。

そのため、実際は、プリント基板５５のはんだ付けを行う前に、温度プロファイルチェッカとサンプル基板を用いて数回に亘って温度プロファイルを測定しながら、上記選択した温度プロファイルを最適なものに設定することが多く、この場合、温度プロファイルの設定に膨大な時間を要するといった問題があった。

また、実際のプリント基板５５をフローはんだ付け装置５１にて、はんだ付けしたときに、温度プロファイルがどのようになっているのか確認することができないという問題もあった。

そこで本発明は、上記課題を解決すべく案出されたものであり、その目的は、挿入実装部品が挿入された条件の異なるプリント基板に対して、最適な温度プロファイルを短時間で自動的に設定できるフローはんだ付け装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、挿入実装部品が搭載されたプリント基板を搬送する搬送コンベアと、この搬送コンベア上のプリント基板に溶融したはんだを塗布するためのフローはんだ槽とを備えたフローはんだ付け装置において、上記プリント基板の表面積、厚さ、層数、耐熱温度、耐熱時間及び枚数等の条件に応じた上記搬送コンベア上のプリント基板の温度プロファイルが複数記憶され、入力された上記各条件に応じて最適な温度プロファイルを選択すると共に、選択された温度プロファイルに合わせて上記フローはんだ槽の温度を調節する温度設定制御部を備えたものである。

そして、上記温度設定制御部が、上記プリント基板の表面積、厚さ、層数、耐熱温度、耐熱時間及び枚数等を入力する入力装置と、入力された上記各種条件に応じて上記搬送コンベア上のプリント基板の温度プロファイルを選択するマイクロコンピュータとを備えたものが好ましい。

また、上記温度設定制御部に、上記プリント基板の搬送路の実測温度と上記温度プロファイルによる設定温度とを表示する温度表示部を設けたものが好ましい。

本発明によれば、温度プロファイル決定のための入力条件（パラメータ）を多く採ったことにより、より高精度な温度プロファイルを得ることができ、従来のように、温度プロファイルのチェック測定を行う必要が無く、最適な温度プロファイルを短時間で自動的に設定できる。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図２に示すように、本実施の形態に係るフローはんだ付け装置１は、挿入実装部品４が搭載されたプリント基板５を搬送する搬送コンベア６と、この搬送コンベア６上のプリント基板５にはんだを塗布するためのフローはんだ槽７とを備えている。

フローはんだ付け装置１のプリント基板５搬送方向上流側には、プリント基板５をフローはんだ付け装置１に搬入するための搬入コンベア１０と、プリント基板５にフラックスを塗布するフラックス噴霧装置９とが設けられている。フローはんだ付け装置１のプリント基板５搬送方向下流側には、搬出コンベア１１が設けられている。

搬送コンベア６は、フローはんだ付け装置１内で長手方向に延びる搬送路３内に設けられている。搬送路３は、複数、例えば４箇所に分割されて搬送室２が形成されている。各搬送室２間の隔壁（図示せず）には、搬送コンベア６及びプリント基板５が通過するための貫通穴（図示せず）がそれぞれ設けられている。各搬送室２内の搬送コンベア６の近傍には、搬送コンベア６上の雰囲気温度を測定する温度計（図示せず）が設けられている。この温度計は後述する温度設定制御部８に電気的に接続されており、その計測値は、温度設定制御部８に入力されるようになっている。

フローはんだ槽７は、プリント基板５搬送方向上流側から三番目の搬送室２の下部に設けられている。フローはんだ槽７は、はんだを溶融する溶融槽１８と、溶融したはんだを搬送室２内に噴霧する噴霧装置１９とを備えている。噴霧装置１９は、搬送コンベア６の搬送方向に沿って複数（本実施の形態では２箇所）設けられている。

ところで、本実施の形態に係るフローはんだ付け装置１は、はんだ付けされるプリント基板５の表面積、厚さ、層数、耐熱温度、耐熱時間及び枚数等の条件に応じたプリント基板５の温度プロファイルが複数記憶され、入力された上記各条件に応じて最適な温度プロファイルを選択すると共に、選択された温度プロファイルに合わせて上記フローはんだ槽７の温度を調節する温度設定制御部８を備えたことを特徴とする。

図１に示すように、温度設定制御部８には、プリント基板５の表面積（長さ×幅）、厚さ、層数、耐熱温度、耐熱時間及び枚数等を入力する入力装置１１と、入力された上記各種条件に応じてフローはんだ槽７の温度プロファイルを選択するマイクロコンピュータ（図示せず）とが設けられている。入力装置１１は、各条件を入力するための数値入力キーボード１２と、入力された各数値を表示する表示部１３とで構成されている。マイクロコンピュータは、各条件の組合せ毎に最適な温度プロファイルを予め多数記憶しており、入力装置１１で入力された条件に応じた温度プロファイルを選択するようになっている。

各条件の組合せ毎に最適な温度プロファイルは、予め搬送コンベア６上のプリント基板５の温度を実測してデータを採取しておき、マイクロコンピュータに記録した各条件と温度プロファイルとを比較して、各入力条件での最適温度プロファイルを選択する。なお、各入力条件に適合しないプリント基板５の場合には、ファジー理論（特開平８−２２２８４７号公報参照）等を採用したプログラムを駆使して、プリント基板５の各条件を入力したときに、自動的に最適な温度プロファイルを推定計算して設定できるように構成してもよい。

温度設定制御部８は、フローはんだ槽７の溶融槽１８に設けられた加熱装置（図示せず）に電気的に接続されており、選択された温度プロファイルに応じて溶融槽１８を所望の温度に加熱するようになっている。

温度設定制御部８には、各搬送室２内に設けられた温度計から入力される搬送室２内の実測温度（図１中、細線にて示す）Ｂと、選択された温度プロファイルによる設定温度（図１中、太線にて示す）Ａとを表示する温度表示部１４が設けられている。

上記構成のフローはんだ付け装置１でフローはんだ付けを行うに際しては、まず、入力装置１１によって、プリント基板５の各条件（面積（長さ×幅）、厚さ、層数等の数値）を入力する。そして、挿入実装部品４の点数を入力し、挿入された挿入実装部品４の中で、熱に対する使用制限がある場合には、部品の耐熱温度と耐熱時間を入力する。これら入力は全て数値入力キーボード１２で行う。

一方、予めプリント基板５のはんだ付け以外の部分にはんだが付着しないように、パレットや耐熱テープ等でマスキングを行った後、コンデンサ１５、コネクタ１６やＬＥＤ１７等の挿入実装部品４をプリント基板５に挿入・搭載しておく。そして、プリント基板５を搬入コンベア１０に載置し、フラックス噴霧装置９内を通過させて、プリント基板５の裏面にフラックスを塗布する。

その後、表面に挿入実装部品４が挿入・搭載され、裏面にフラックスが塗布されたプリント基板５は、搬送コンベア６に載置されて、フローはんだ付け装置１内をフローはんだ槽７側へと移動しながら、フローはんだ槽７の熱によって徐々に昇温する。そして、フローはんだ槽７内で溶融しているはんだを噴霧装置１９にて噴流させて、プリント基板５をフローはんだ槽７上を通過させることで、噴流している溶融はんだを塗布する。その後、塗布されたはんだは、フローはんだ槽７から離反する方向へと移動する搬送コンベア６上のプリント基板５と共に温度が下がり固まる。

本発明によれば、上記温度プロファイルを、はんだ付けされるプリント基板５の表面積、厚さ、層数、耐熱温度、耐熱時間及び枚数等の条件に応じて複数記憶されたプリント基板５の温度プロファイルから、入力された上記各条件に応じて最適な温度プロファイルを選択するようになっている。すなわち、温度プロファイル決定のための入力条件（パラメータ）を多く採ったことにより、より高精度な温度プロファイルを選択して得ることができ、従来のように、温度プロファイルのチェック測定を行う必要が無く、最適な温度プロファイルを短時間で自動的に設定できる。さらに挿入実装部品４の耐熱性も考慮しているので、挿入実装部品４が損傷することはない。

また、入力条件に適合しないプリント基板５の場合（プリント基板５に適合する温度プロファイルがない場合）であっても、ファジー理論等を採用したプログラムを駆使して、プリント基板５の各条件を入力したときに、自動的に最適な温度プロファイルを推定計算して設定できるように構成すれば、上述のように温度プロファイルのチェック測定を行う必要が無く、最適な温度プロファイルを短時間で自動的に設定できる。

ここで実際に、多種のプリント基板５をはんだ付けして、その状態を確認したところ、図３に示すように、全てのプリント基板５の全てのはんだ付け箇所２１が良好なはんだ付け状態であり、プリント基板製品全体の品質を保証できるようになった。

ここで、図４に示した温度プロファイルの一例について説明する。

図４のグラフの横軸はプリント基板５が搬送路３に搬入されてからの時間経過を示し、縦軸は搬送コンベア６で搬送されるプリント基板５の温度を示す。

搬送コンベア６上のプリント基板５は、１〜３分かけて、フローはんだ槽７上部まで移動する。このとき、プリント基板５は、フローはんだ槽７からの放射熱によって徐々に加熱され、フローはんだ槽７上の搬送室２内まで移動したときに１８３℃を超える。このとき、フローはんだ槽７の温度は、選択された温度プロファイルによって決定されており、その温度に応じてプリント基板５が設定温度まで加熱される。そして、噴霧装置１９で溶融したはんだが噴霧されたとき（一回目）にプリント基板５の温度が２５０℃を超える。ここで、はんだは荒めにプリント基板５に付着する。その３〜６秒後に再度はんだが噴霧されてプリント基板５の温度が再度２５０℃を超える。ここで、はんだは二度塗りされて整えられ、きれいにプリント基板５に付着する。

その後、塗布されて付着したはんだは、搬送コンベア６上のプリント基板５と共に温度が下がり固まる。

このとき、各搬送室２内に温度計を設けてこれで測定された温度と、設定された温度プロファイルの温度とを温度表示部１４で表示しているので、温度プロファイルがどのようなものであるかと、設定された温度プロファイルに沿ってプリント基板５の温度が推移しているかとを確認することができる。従って、プリント基板５のはんだ付けの精度向上を確認することができる。

なお、上記実施の形態では、温度設定制御部８が選択された温度プロファイルに応じてフローはんだ槽７の温度を調整するようになっているが、これに限られるものではなく、フローはんだ槽７の温度調整と共に、搬送コンベア６の搬送速度やフローはんだ槽７からの距離を調整することによって、搬送コンベア６上のプリント基板５の温度を変化させるようにしても良い。

また、温度設定制御部８をコンピュータに接続して、プリント基板５の面積（長さ×幅）、厚さ、層数、挿入実装部品４の点数、それらの耐熱温度、耐熱時間、さらにはプリント基板５の材質を、温度設定制御部８からコンピュータに送信して、コンピュータでシミュレーションを行って最適な温度分布（温度プロファイル）を決定できるように構成してもよい。そのとき、コンピュータにプリンタやモニタを接続して、フローはんだ付け装置１の温度分布をプリント或いはモニタリングするようにしてもよい。

本発明に係るフローはんだ付け装置の温度設定制御部を示した構成図である。 本発明に係るフローはんだ付け装置の好適な実施の形態を示した全体構成図である。 本発明に係るフローはんだ付け装置によってはんだ付けされたプリント基板を示した（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 本発明に係るフローはんだ付け装置によって決定された温度プロファイルの一例を示したグラフである。 従来のフローはんだ付け装置を示した全体構成図である。

符号の説明

１ フローはんだ付け装置
４ 挿入実装部品
５ プリント基板
６ 搬送コンベア
７ フローはんだ槽
８ 温度設定制御部
１１ 入力装置
１４ 温度表示部

Claims (3)

1. 挿入実装部品が搭載されたプリント基板を搬送する搬送コンベアと、この搬送コンベア上のプリント基板に溶融したはんだを塗布するためのフローはんだ槽とを備えたフローはんだ付け装置において、上記プリント基板の表面積、厚さ、層数、耐熱温度、耐熱時間及び枚数等の条件に応じた上記搬送コンベア上のプリント基板の温度プロファイルが複数記憶され、入力された上記各条件に応じて最適な温度プロファイルを選択すると共に、選択された温度プロファイルに合わせて上記フローはんだ槽の温度を調節する温度設定制御部を備えたことを特徴とするフローはんだ付け装置。
2. 上記温度設定制御部が、上記プリント基板の表面積、厚さ、層数、耐熱温度、耐熱時間及び枚数等を入力する入力装置と、入力された上記各種条件に応じて上記搬送コンベア上のプリント基板の温度プロファイルを選択するマイクロコンピュータとを備えた請求項１記載のフローはんだ付け装置。
3. 上記温度設定制御部に、上記プリント基板の搬送路の実測温度と上記温度プロファイルによる設定温度とを表示する温度表示部を設けた請求項１または２記載のフローはんだ付け装置。
   

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