JP2010109060A - はんだ噴流ノズル、はんだ付け装置及びはんだ付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶融はんだを噴流する部分と溶融はんだを噴流しない部分とを形成することにより、電子部品のはんだ付けを適正かつ確実に行うことのできるはんだ噴流ノズル、はんだ付け装置及びはんだ付け方法を提供する。
【解決手段】はんだ噴流ノズル１００は、ノズル枠体１の上部に設置され、間隔をおいて複数個設けられた貫通孔２を有する多孔平板３と、この複数の貫通孔２の一部に着脱可能に装着され、はんだ噴出孔４が設けられたノズル部材５１、５２と、この複数の貫通孔２の残部に着脱可能に装着された密閉部材６とを備えたものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、はんだ槽に収容された溶融はんだを下方から吸込んでプリント基板に向かって噴流するはんだ噴流ノズル、はんだ付け装置及びはんだ付け方法に関するものである。

従来のはんだ噴流ノズルとしては、複数のはんだ噴流孔を設け、この複数のはんだ噴流孔から溶融はんだをプリント基板のはんだ付け面に向かって噴流するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１９５５３９号公報（図３）

上記のようなはんだ噴流ノズルにおいては、全てのはんだ噴流孔から同時に溶融はんだを噴流するため、既に電子部品がはんだ付けされたプリント基板に新たな電子部品をはんだ付けする場合、既にはんだ付けされた電子部品のはんだ付け部が溶融はんだと接触することによって再溶融し、上記電子部品がはんだ槽内に落下するという問題があった。

この発明は上記のような問題を解決するためになされたもので、電子部品のはんだ付けを適正に行うことができるはんだ噴流ノズル、はんだ付け装置及びはんだ付け方法を得ることを目的とするものである。

この発明に係るはんだ噴流ノズルは、はんだ槽に収容された溶融はんだを下方から吸込んでプリント基板に向かって噴流するはんだ噴流ノズルであって、間隔をおいて複数個設けられた貫通孔を有する多孔体と、前記複数の貫通孔の一部に着脱可能に装着され、はんだ噴流孔が設けられたノズル部材と、前記複数の貫通孔の残部に着脱可能に装着された密閉部材とを備えたものである。

この発明によれば、多孔体の貫通孔にノズル部材と密閉部材とを装着して溶融はんだを噴流する部分と溶融はんだを噴流しない部分とを形成することにより、電子部品のはんだ付けを適正に行うことができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１におけるはんだ噴流ノズルの構成を示す図であり、図１（ａ）ははんだ噴流ノズルを上部から見た平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。また、図２及び図３ははんだ噴流ノズルのノズル部材を示す斜視図であり、図４は実施の形態１におけるノズル部材の変形例を示す平面図である。また、図５はこの発明の実施の形態１におけるはんだ噴流ノズルの動作及びこのはんだ噴流ノズルを用いたはんだ付け方法を示す断面図である。

まず、図１ないし図３を用いて、実施の形態１におけるはんだ噴流ノズルの構成について説明する。

図１（ａ）、（ｂ）においてはんだ噴流ノズル１００は、ノズル枠体１の上部に設置され、間隔をおいて複数個設けられた貫通孔２を有する多孔平板３、すなわち多孔体と、貫通孔２の一部に着脱可能に装着され、はんだ噴流孔４が設けられたノズル部材５１、５２と、貫通孔２の残部に着脱可能に装着された密閉部材６とを備えている。

多孔平板３には、直径７ｍｍのキリ孔で形成された貫通孔２ａと、直径７ｍｍのネジ孔で形成された貫通孔２ｂが適当な間隔をおいて複数設けられている。そして、この複数の貫通孔２ｂの内、一点鎖線Ｃ１、Ｃ２，Ｃ３で囲まれた領域に存在するプリント基板の搬送方向に並設された貫通孔２ｂに止めネジからなる密閉部材６を装着し、これ以外の貫通孔２ｂに後述するはんだ噴流孔４が設けられたノズル部材５１及び５２を装着することにより、多孔平板３上に溶融はんだを噴流する部分Ｂと溶融はんだを噴流しない部分Ｃとを形成している。
なお、密閉部材６を装着する貫通孔２ｂの列数は、本実施の形態のようにＣ１〜Ｃ３の３列に限られるものではなく、はんだ噴流ノズル１００上を搬送するプリント基板の仕様に応じて適宜変更される。

図２において、キリ孔で形成された貫通孔２ａに装着されるノズル部材５１は、円柱状に形成された大径の突起部５１ａと小径の挿入部５１ｂとを有しており、ノズル部材５１の軸心部には直径５ｍｍの断面円形のはんだ噴流孔４がノズル部材５１を貫通するように設けられている。そして、挿入部５１ｂを多孔平板３の貫通孔２ａに嵌合することによって、突出部５１ａが多孔平板３の表面から突出した状態でノズル部材５１が多孔平板３に装着される。なお、ノズル部材５１は図示しない固定部材によって多孔平板３に固定されており、貫通孔２ａと挿入部５１ｂとの間隙は溶融はんだが噴出しない程度の間隙に設定されている。

また、図３において、ネジ孔で形成された貫通孔２ｂに装着されるノズル部材５２は、円柱状に形成された大径の突起部５２ａとオネジで形成された小径の挿入部５２ｂとを有しており、ノズル部材５２の軸心には直径５ｍｍの断面円形のはんだ噴流孔４がノズル部材５２を貫通するように形成されている。挿入部５２ｂは、多孔平板３に設けられた貫通孔２ｂのネジ孔寸法と対応するネジ寸法で形成されており、ノズル部材５２の挿入部５２ａを多孔平板３の貫通孔２ｂに挿入してネジ止めすることによって、突起部５２ａが多孔平板３の表面から突出した状態でノズル部材５２が多孔平板３に装着される。
本実施の形態においてはノズル部材５１、５２の突起部５１ａ、５２ａの高さは１０ｍｍに設定されている。複数のノズル部材５１、５２は間隔をおいて配設され、その突出部５１ａ、５２ａの間には隙間７が形成されている。

なお、ノズル部材５１、５２の突起部５１ａ、５２ａの形状は円柱状に限定されるものではなく、図４の５３〜５６に示すように四角柱状、六角柱状や八角柱状であってもよく、また、ノズル部材の上部に向かって径が小さくなるテーパ形状であってもよい。また、はんだ噴流孔４の断面形状も円形である必要はなく、図４の４１〜４２に示すように例えば、その断面形状が四角形や六角形であってもよい。また、図４の５７のように、一つのノズル部材に複数のはんだ噴出孔４を設けたノズル部材を用いることもできる。

また、本実施の形態においては、ノズル部材５１、５２の突起部５１ａ、５２ａの高さを１０ｍｍとしたが、はんだ付け中にフラックスから発生する気泡の大きさである３ｍｍ以上であれば特にこの高さに制限されるものではない。また、はんだ噴流孔４から溶融はんだを噴出するため、多孔平板３の厚みとノズル部材５１、５２の頭部５１ａ、５２ａの高さとの和は５０ｍｍ以下として、圧力損失が大きくならないようにすることが望ましい。

さらに、本実施の形態においては、ノズル部材５１、５２に突起部５１ａ、５２ａを設けたが、必ずしも突起部５１ａ、５２ａを設ける必要はない。ノズル部材５１、５２に突起部５１ａ、５２ａを設けず、挿入部５１ａ、５２ａのみで形成する場合は、多孔平板３に窪みを設け、はんだ噴流孔４の周囲に凹部を形成することが望ましい。

また、ノズル枠体１の外形寸法は、縦５０ｍｍ×横３００ｍｍ×高さ１００ｍｍであるが、溶融はんだを収容するはんだ槽（図示せず）内に設置することが可能な大きさであれば、上記寸法に制限されることはない。

なお、はんだ噴流ノズル１００を構成するノズル枠体１、多孔平板３、ノズル部材５１、５２及び密閉部材６は、溶融はんだとの接触による侵食、変質、変形等の度合いが少なく、融点が溶融はんだの融点以上の材料で構成することができ、例えば、表面を窒化クロム処理したステンレス鋼やチタン合金で形成することができる。また、多孔平板３とノズル部材５１、５２および密閉部材６の構成材料が異なると熱膨張率の差によって多孔平板３とノズル部材５１、５２および密閉部材６との間に間隙が生じることもあるため同一材料であることが望ましいが、熱膨張率が大きく異ならなければ異なる材料を適用することもできる。

また、多孔平板３に設けられた複数の貫通孔２は、本実施の形態のようにキリ孔２ａとネジ孔２ｂの両方で形成してもよいし、全ての貫通孔２をキリ孔２ａまたはネジ孔２ｂのいずれか一方で形成してもよい。なお、ノズル部材５１、５２は、例えば、機械加工、鍛造加工や鋳造加工などによって作製される。

このように構成されたはんだ噴流ノズル１００は、溶融はんだを収容するはんだ槽（図示せず）と、このはんだ槽内の溶融はんだをはんだ噴流ノズルに向かって圧送するポンプ（図示せず）を有するはんだ付け装置に取り付けられて使用される。

次に図１および図５を用いて、本実施の形態におけるはんだ噴流ノズルの動作及びこのはんだ噴流ノズルを用いたはんだ付け方法について説明する。

まず、別工程であるリフローはんだ付け工程においてはんだ付けされた表面実装部品（電子部品）８が装着されたプリント基板９に設けられたスルーホール９ａに、本実施の形態に係るフローはんだ付け工程で新たにはんだ付けする表面実装部品（電子部品）１０の部品電極１０ａを挿入する。このとき、既にはんだ付けされた表面実装部品８は、はんだ噴流ノズル１００の溶融はんだを噴流しない部分Ｃ上を通過するように配置される。その後、例えばスプレー噴霧式フラクサ等を用いてプリント基板９のはんだ付け面側よりフラックスを塗布した後、ベルトコンベア等の搬送手段１１を用いて、はんだ槽（図示せず）上に搬送される。

そして、プリント基板９がはんだ噴流ノズル１００上に搬送されたとき、溶融はんだを噴出する部分Ｂのノズル部材５１、５２から噴流された溶融はんだ１２が基板電極９ｂや部品電極１０ａのはんだ付け部に接触して濡れ広がることで、プリント基板９と表面実装部品１０とがはんだ付けされる。

一方、溶融はんだを噴流しない部分Ｃの密閉部材６により、溶融はんだははんだ噴流ノズル１００の上方へ噴流しないので、プリント基板９がこの溶融はんだを噴流しない部分Ｃ上を通過する際に、既にはんだ付けされた表面実装部品８のはんだ付け部に溶融はんだが接触することがない。したがって、既にはんだ付けされた表面実装部品８のはんだ付け部が再溶融して表面実装部品８がはんだ槽内へ落下することを防止することができる。

また、ノズル部材５１、５２においては、突出部５１ａの相互間、突出部５２ａの相互間、及び突出部５１ａと突出部５２ａとの相互間に隙間７を形成したことにより、はんだ付け時にフラックス溶剤から発生するガスはこの隙間７へ溜まるので、ガスが気泡としてはんだ内に残存することを抑制することができる。

本実施の形態によれば、複数個の貫通孔２が設けられた多孔平板３に対して、この複数個の貫通孔２の一部に溶融はんだを噴流する噴流孔４を設けたノズル部材５１、５２を装着し、貫通孔２の残部に溶融はんだを噴流しない密閉部材６を装着して、溶融はんだを噴流する部分と溶融はんだを噴流しない部分とを形成したことにより、既にはんだ付けされた表面実装部品８のはんだ付け部が溶融はんだと接触して再溶融することがないので、既にはんだ付けされた表面実装部品８がはんだ槽に落下することを防止でき、電子部品のはんだ付けを適正にかつ確実に行うことができる。

実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２におけるはんだ噴流ノズルを示す図であり、図６（ａ）ははんだ噴流ノズルを上部から見た平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。また、図７はこの発明の実施の形態２におけるはんだ噴流ノズルの動作およびこのはんだ噴流ノズルを用いたはんだ付け方法を示す断面図である。

まず図６を用いて、実施の形態２におけるはんだ噴流ノズルの構成について説明する。
図６において、はんだ噴流ノズル２００の多孔平板３には、ネジ孔で形成され、プリント基板の搬送方向と直交する方向に並設された複数個の貫通孔２ｂがプリント基板の搬送方向と平行な方向に３列設けられている。このように設けられた複数の貫通孔２ｂの内、プリント基板の搬送方向の下流側に位置する２列目２２および３列目２３に設けられた貫通孔２ｂにははんだ噴流孔４が設けられたノズル部材５２が装着されている。そして、プリント基板の搬送方向の最上流側に位置する１列目２１に設けられた貫通孔２ｂの内の一部の貫通孔２ｂ（図６の一点鎖線Ｃで囲まれる貫通孔）には止めネジからなる密閉部材６が装着され、これ以外の貫通孔２ｂには２列目２２、３列目２３の貫通孔２ｂと同様にノズル部材５２が装着されている。このように構成することによって、多孔平板３上には、溶融はんだを噴流する部分Ｂと溶融はんだを噴流しない部分Ｃとが形成されている。

これらの点を除けば、はんだ噴流ノズル２００は実施の形態１と同様の構成を有するものである。

そして、このように構成されたはんだ噴流ノズル２００は、溶融はんだを収容するはんだ槽（図示せず）と、このはんだ槽内の溶融はんだをはんだ噴流ノズルに向かって圧送するポンプ（図示せず）を有するはんだ付け装置に取り付けられて使用される。

なお、本実施の形態においては、プリント基板の搬送方向に対して最上流側に位置する１列目２１の貫通孔２ｂの一部に密閉部材６を装着したが、この密閉部材６を装着する位置は、１列目２１の一部に限られるものではなく、２列目２２または３列目２３に設けられた貫通孔２ｂの一部に装着してもよい。

次に図６及び図７を用いて、本実施の形態におけるはんだ噴流ノズルの動作及びこのはんだ噴流ノズルを用いたはんだ付け方法について説明する。

まず、プリント基板９に、耐熱性の低い表面実装部品（電子部品）１３と耐熱性の高い表面実装部品（電子部品）１４を予め定められた位置に配置する。このとき、耐熱性の低い表面実装部品１３は、はんだ噴流ノズル２００の溶融はんだを噴流しない部分Ｃ上を通過するように配置され、耐熱性の高い表面実装部品１４は、溶融はんだを噴流しない部分Ｃ上を通過しないように配置される。そして、プリント基板９の下面側に配置される部品は例えば熱硬化性接着剤を用いてプリント基板９に接着され、プリント基板９の上面側に配置される表面実装部品は部品電極１４ａをプリント基板９に設けられたスルーホール９ａに挿入することによりプリント基板９上に固定される。その後、例えばスプレー噴霧式フラクサ等を用いてプリント基板９のはんだ付け面側よりフラックスを塗布した後、ベルトコンベア等の搬送手段１１を用いて、はんだ槽（図示せず）上に搬送される。

そして、プリント基板９がはんだ噴流ノズル２００上に搬送されたとき、溶融はんだを噴流する部分Ｂのノズル部材５２から噴流された溶融はんだ１２が基板電極９ｂや部品電極１４ａのはんだ付け部と接触して濡れ広がることでプリント基板９と表面実装部品とがはんだ付けされる。すなわち、耐熱性の高い表面実装部品１４は、はんだ噴流ノズル２００の１列目２１、２列目２２、３列目２３のはんだ噴流孔４から噴流する溶融はんだ１２と接触することになる。

一方、溶融はんだを噴流しない部分Ｃの密閉部材６により、溶融はんだははんだ噴流ノズル１００の上方へ噴流しないので、プリント基板９がこの溶融はんだを噴流しない部分Ｃ上を通過する際、耐熱性の低い表面実装部品１３には、１列目２１のはんだ噴流孔４から溶融はんだ１２が噴流されず、２列目２２及び３列目２３のはんだ噴流孔４から噴流する溶融はんだ１２のみが接触する。したがって、耐熱性の低い表面実装部品１３に過度の熱が加わることを抑制でき、はんだ付け工程において耐熱性の低い電子部品が劣化するのを防止できる。

また、プリント基板９上に耐熱性の低い電子部品と耐熱性の高い電子部品とが混載された場合、従来は耐熱性の低い電子部品の仕様に合わせてはんだ付け条件が決定されていたが、本実施の形態に示したはんだ噴流ノズル２００を用いることによって溶融はんだを噴流する部分と噴流しない部分とを任意に形成できるので、はんだ付け条件やプリント基板上の電子部品の配置の自由度を向上させることができる。

本実施の形態によれば、複数個の貫通孔２が設けられた多孔平板３に対して、この複数個の貫通孔２の一部に溶融はんだを噴流する噴流孔４を設けたノズル部材５２を装着し、貫通孔２の残部に溶融はんだを噴流しない密閉部材６を装着して、溶融はんだを噴流する部分と噴流しない部分とを形成したことにより、プリント基板９上に耐熱性の低い表面実装部品１３と耐熱の高い表面実装部品１４とが混載された場合に、耐熱性の低い表面実装部品１４に過度の熱が加わることがなく劣化を防止でき、電子部品を適正にかつ確実にはんだ付けすることができる。

この発明の実施の形態１におけるはんだ噴流ノズルの構成を示す平面図及び断面図である。 この発明の実施の形態１におけるノズル部材の構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１におけるノズル部材の構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１におけるノズル部材の変形例を示す平面図である。 この発明の実施の形態１におけるはんだ噴流ノズルの動作及びこのはんだ噴流ノズルを用いたはんだ付け方法を示す図である。 この発明の実施の形態２におけるはんだ噴流ノズルの構成を示す平面図及び断面図である。 この発明の実施の形態２におけるはんだ噴流ノズルの動作及びこのはんだ噴流ノズルを用いたはんだ付け方法を示す図である。

符号の説明

２，２ａ，２ｂ 貫通孔、 ３ 多孔平板（多孔体）、 ４ はんだ噴流孔、 ６ 密閉部材、 ８，１０，１３，１４ 表面実装部品（電子部品）、 ９ プリント基板、５１，５２ ノズル部材。

Claims (6)

1. はんだ槽に収容された溶融はんだを下方から吸込んでプリント基板に向かって噴流するはんだ噴流ノズルにおいて、間隔をおいて複数個設けられた貫通孔を有する多孔体と、前記複数の貫通孔の一部に着脱可能に装着され、はんだ噴流孔が設けられたノズル部材と、前記複数の貫通孔の残部に着脱可能に装着された密閉部材とを備えたことを特徴とするはんだ噴流ノズル。
2. 密閉部材は、プリント基板の搬送方向に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のはんだ噴流ノズル。
3. 密閉部材は、プリント基板の搬送方向と直交する方向に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のはんだ噴流ノズル。
4. ノズル部材は、間隔をおいて配設されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のはんだ噴流ノズル。
5. 溶融はんだを収容するはんだ槽と、このはんだ槽に設けられた請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のはんだ噴流ノズルと、前記はんだ槽内の溶融はんだを前記はんだ噴流ノズルに向かって圧送するポンプとを備えたはんだ付け装置。
6. プリント基板上に電子部品を配置する工程と、前記プリント基板のはんだ付け面にフラックスを塗布する工程と、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のはんだ噴流ノズルから溶融はんだを前記プリント基板に向かって噴流する工程とを備えたことを特徴とするはんだ付け方法。

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