JP3628490B2

JP3628490B2 - はんだ付け装置

Info

Publication number: JP3628490B2
Application number: JP20585897A
Authority: JP
Inventors: 敏光加藤
Original assignee: 日本電熱計器株式会社
Priority date: 1997-07-31
Filing date: 1997-07-31
Publication date: 2005-03-09
Anticipated expiration: 2017-07-31
Also published as: JPH1154902A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント配線板等の被はんだ付け配線板をフローはんだ付けするはんだ付け装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のとおり、リード線付きの電子部品等において、リード線をプリント配線板のランドにはんだ付けするには、一般的にフローはんだ付け方法が用いられている。その際、ランドとリード線との間に形成されるはんだのフィレット形状により、はんだ付け状態の優劣が判断される。
【０００３】
図６は、フローはんだ付けを行う際のフィレットの形成を説明する図で、図６（ａ）は形成要因を説明する側面図、図６（ｂ）および図６（ｃ）はフィレットの形成を説明する側断面図である。
【０００４】
これらの図において、１はプリント配線板、２はランド、３は電子部品、４は前記電子部品３のリード線、５は搬送コンベア、６は前記プリント配線板１の搬入側、７は搬出側、１１は溶融はんだ、１２は噴流波、１３はピールバックポイント、１４はフィレット、Ａは前記プリント配線板１の搬送方向、Ｖ_Ｆ，Ｖ_Ｒは前記溶融はんだ１１の離間流速である。
【０００５】
温度サイクルによるストレスや振動によるストレスに耐え、長期間に渡って機械的接続と電気的接続とを確実に保持する必要から、図６（ｂ），（ｃ）に示すフィレット１４の形状ははんだが肉厚である方が良いとされている。すなわち、図６（ｃ）のフィレット１４の形状よりも図６（ｂ）のフィレット１４の形状の方がはんだ付着量が多く、良好であるとされている。特に、製造物責任法施行後はこのフィレット１４の形状の改善が重要な要因として考慮されるようになっている。
【０００６】
フローはんだ付け装置の典型的な一例としては、特開平８−２８８６３４号公報の技術がある。このはんだ付け装置の技術は、噴流波の高さが低くても十分な接触時間を確保して良好なはんだ付けを行うことができるもので、さらに、ピールバックポイントにおける距離間角度や該ピールバックポイントにおける溶融はんだの離間流速を調節して、ブリッジ現象やつらら現象を解消しつつ肉厚のフィレット形成が行い得るものである。
【０００７】
特開平８−２８８６３４号公報の技術の要点は、ノズル部とトレイ部との間に堰板を設け、この堰板の高さを調節できるように構成したところにある。これにより、堰板の高さを調節することで噴流波の傾きをプリント配線板の搬送仰角に整合させることができるようになるとともに、トレイ部に設けられた案内板、すなわち越流堰と前記堰板との間の相対高さを調節することで、ピールバックポイントにおける溶融はんだの離間角度と離間流速とを調節することが可能となっている。
【０００８】
もちろん、ノズルに溶融はんだを供給するポンプの送出流量を調節することで、該ピールバックポイントにおける溶融はんだの離間流速を調節することも可能であり、前記の相対高さの調節とポンプの送出流量とを併せて調節することで、ピールバックポイントにおける目的とする離間角度と離間流速とを設定することが可能となっている。
【０００９】
一方、図６（ｂ），（ｃ）に示すようにフィレット１４の形成に際してその形状を規定する主要因は、図６（ａ）に示されるピールバックポイント１３における溶融はんだ１１の離間角度θ_１や該ピールバックポイント１３における離間流速Ｖ_Ｆである。そして、さらにそれを２次的に規定しているのがプリント配線板１の搬送仰角θ_１１やその搬送速度Ｖ_Ｃ等である。結論的には、プリント配線板１のランド２に対して垂直方向に作用する力Ｆ_Ｖと、ランド２に対し平行方向に作用する力Ｆ_Ｃであり、力Ｆ_Ｖは重力と溶融はんだ１１の離間方向、すなわち離間角度θ_１と離間流速Ｖ_Ｆに規定されている。
【００１０】
力Ｆ_Ｖはフィレット１４の肉厚を厚くする作用があり、力Ｆ_Ｃはフィレット１４の肉厚を薄くする作用がある。そのため、現実のはんだ付け作業においては、プリント配線板１のパターン設計状態や実装状態等に合わせて力Ｆ_Ｖと力Ｆ_Ｃの適切な割合を求めている。すなわち、フィレット１４の形成の主要因である離間角度θ_１と離間流速Ｖ_Ｆを決めている。
【００１１】
なお、ピールバックポイント１３における離間角度θ_１が大きく、ピールバックポイント１３の移動が殆どない場合においては、力Ｆ_Ｖを大きくすることによってはんだ付着量を増加させつつもはんだブリッジを解消することができるようになる。すなわち、力Ｆ_Ｖの一層の増加によりブリッジしたはんだを引き落とすことができるようになるからである。
【００１２】
ちなみに、力Ｆ_Ｃはプリント配線板１の搬送速度Ｖ_Ｃと離間角度θ_１および搬送仰角θ_１１に規定され、搬送仰角θ_１１を大きくするか、あるいは離間角度θ_１を小さくしてかつ離間流速Ｖ_Ｆと搬送速度Ｖ_Ｃとを近接させることで大きくなる。すなわち、後者の状態ではピールバックポイント１３が搬送方向Ａに引き延ばされて移動し、その後、ピールバックポイント１３が急速に搬送方向Ａとは逆方向へ復帰する現象を生じ、その際に大きな力Ｆ_Ｃを生ずるのである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記公報の技術で力Ｆ_Ｖを規定する主要因は、ノズル（図６では図示省略）から噴出して噴流波１２を形成した溶融はんだ１１が図示しない案内板等により案内されて自由落下する溶融はんだ１１の離間流速Ｖ_Ｆと重力のみである。そのため、力Ｆ_Ｖをそれ以上に大きい力にすることはできない。
【００１４】
本発明の目的は、溶融はんだの自由落下と重力による作用力の限界を越えて、さらに大きな力Ｆ_Ｖを発生させることができるようにすることによって、フィレットを形成するはんだ付着量を従来よりも一層増加させつつも、はんだブリッジを生じないはんだ付けを行えるようにすることにある。それにより、はんだ付け部分の信頼性を高めつつ、はんだブリッジ等のはんだ付け不良を発生しない高品質のはんだ付けを可能にすることにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるはんだ付け装置は、ピールバックポイントから離脱する溶融はんだを吸引作用によって強制的に排出するように構成したところに特徴があり、この強制排出によって溶融はんだの自由落下による速度の限界を越えて、ピールバックポイントにおける溶融はんだの離間速度を増速できるようにしたものである。
【００１６】
これにより、被はんだ付け配線板のランドに作用する力Ｆ_Ｖを一層大きくすることができるようになり、フィレットのはんだ付着量の増加とはんだブリッジの解消とを両立することができるようになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明は次のような形態において実施することができる。
【００１８】
溶融はんだをポンプによりノズルへ供給してその吹き口に溶融はんだの噴流波を形成し、この噴流波とプリント配線板とを接触させてはんだ付けを行うはんだ付け装置において、前記吹き口の近傍に、吹き口から噴出した溶融はんだを強制的に吸引する強制排出手段を設けるように構成する。
【００１９】
これにより、ピールバックポイントにおける溶融はんだの離間速度を溶融はんだの自由落下による溶融はんだの落下速度の限界を越えて、一層大きくすることができる。そして、フィレットのはんだ付着量の増加とはんだブリッジの解消とを両立することができるようになる。
【００２０】
具体的には、溶融はんだの強制排出手段には吸引作用を有するベンチュリ流路を使用するように構成する。
【００２１】
ベンチュリ流路は、流路断面積を徐々に縮小した後、急激に拡大することによってその拡大部分に圧力の低い部分を生じるものである。そのため、この圧力の低い部分に他の流路を接続すると、その流路から積極的に排出を行うことができるようになる。
【００２２】
したがって、このようなベンチュリ流路を使用することで、溶融はんだを強制的に排出できるようになる。
【００２５】
【実施例】
次に、本発明によるはんだ付け装置の実施例を具体的に説明する。
【００２６】
〔第１の実施例〕
図１は、本発明の第１の実施例を示す要部の側断面図で、はんだ付け装置の噴流ノズル部分を示し、図６と同一符号は同一または相当部分を示す。図１のはんだ付け装置は、図示しないヒータにより加熱されて溶融状態にある溶融はんだ１１の供給手段であるポンプ２５によりノズル体２１に溶融はんだを供給し、このノズル体２１の吹き口２２に噴流波１２を形成するはんだ付け装置を示すものであり、溶融はんだ１１は図示しないはんだ槽に収容されている。そして、図１においては、発明の要旨部分であるノズル体２１とその近傍を示し、先に説明したその他の構成部分は図示を省略、または簡略化して図示してある。
【００２７】
このようにポンプ２５によってノズル体２１に供給された溶融はんだ１１はその吹き口２２より噴出して噴流波１２を形成し、搬入側６の前部噴流案内板２３と、搬出側７の後部噴流案内板２４に沿ってプリント配線板１の搬入側６と搬出側７に流下して図示しないはんだ槽内に還流する。
【００２８】
プリント配線板１は、その両側端部を保持する平行２条の搬送コンベア５により仰角θ_１１（通常約０〜５°程度）で搬送され、前記の噴流波１２にその下側面（被はんだ付け面）を接触して下側面の被はんだ付け部にはんだを供給し、はんだ付けが行われる。
【００２９】
また、図１の第１の実施例において、ピールバックポイント１３側にはピールバックポイント１３近傍における溶融はんだ１１の強制排出手段としてベンチュリ部（ベンチュリ管に相当する）３１が形成されている。すなわち、ベンチュリ形成板３２とノズル体２１とによって吸引作用を有するベンチュリ流路３３を形成しており、ベンチュリ流路３３の拡大部分、すなわちベンチュリ部３１に後部噴流案内板２４により案内される噴流波１２の後部噴流が合流するように構成してある。したがって、ピールバックポイント１３から流下する溶融はんだ１１ｂは、自然流下に加えてベンチュリ流路３３を流れる溶融はんだ１１ａの吸引作用により排出される。
【００３０】
ベンチュリ形成板３２は、ノズル２１を流れる溶融はんだ１１をベンチュリ流路３３に導いて図示しないはんだ槽に還流するようにベンチュリ部３１を形成するものであり、そのベンチュリ流路３３の断面積は流れ方向に徐々に縮小した後、拡大するように構成してある。
【００３１】
そのため、後部噴流案内板２４によってピールバックポイント１３から離間して流下する溶融はんだ１１ｂに対しては、ベンチュリ流路３３を流れる溶融はんだ１１ａにより吸引して排出する力が作用し、その離間速度Ｖ_Ｉは自由落下の場合に比べて大きい速度となる。この場合のピールバックポイント１３における溶融はんだ１１の離間角度はθ_１である。
【００３２】
この溶融はんだ１１の離間速度Ｖ_１は、ベンチュリ効果によって自由落下（自由流下）の場合に比べて一層大きくなるので、図６に示すプリント配線板１の被はんだ付け部、すなわちランド２に形成されるフィレット１４には一層多くの溶融はんだ１１が付着し、かつ溶融はんだ１１によるブリッジ現象も生じなくなる。
【００３５】
図２は実施例ではなく参考例であり、排出用ポンプ４１をピールバックポイント１３の後部噴流部分に設けたもので、後部噴流案内板２４とノズル体２１との間に排出流路４２を形成し、この排出流路４２中に前記の排出用ポンプ４１を設けて構成したものである。この排出用ポンプ４１の強制排出流量を調節することで、ピールバックポイント１３から離間する溶融はんだ１１の離間流速Ｖ１を調節することができる。しかし、実施例に比べると別途にポンプ４１が必要となる。
【００３８】
また、図３も実施例ではなく参考例であり、ノズル体２１に溶融はんだ１１を供給するポンプ２５を強制排出用として兼用したもので、後部噴流案内板２４とノズル体２１との間に形成した排出還流路４３をポンプ２５の吸入口２６側に導くように構成したものである。なお、図３に示すように排出還流路４３の中にはヒンジ４５を中心にして回動する弁体４５を設け、排出還流路４３を流れる溶融はんだ１１の流量を調節できるように構成している。しかし、溶融はんだが、はんだ槽（図示せず）に戻らずポンプ内へ還流するようになる。
【００４０】
〔第２の実施例〕
図４は、本発明の第２の実施例を示す要部の側断面図で、はんだ付け装置の噴流ノズル部分を示し、図１と同一符号は同一または相当部分を示す。また図１の第１の実施例と同様に、発明の要旨部分であるノズル体２１とその近傍を示してある。
【００４１】
第２の実施例のはんだ付け装置は、第１の実施例のはんだ付け装置に種々の調節機構を設けたものである。基本的には、第１の実施例と同様にベンチュリ部５１を形成するためノズル体２１にベンチュリ形成板５２を設けてベンチュリ流路５３を形成し、ベンチュリ部５１の断面積が拡大する部分に後部噴流案内板２４によって案内され流下する溶融はんだ１１ｂが吸引作用により合流するように構成してある。
【００４２】
ベンチュリ部５１には３つの調節板５４を設けてあり、ベンチュリ部５１の両側縁を構成する両ベンチュリ調節板５４Ａ，５４Ｂと合流比を調節する流速調節板５４Ｃとで構成されている。これらの調節板５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃは、いずれもヒンジ５５を中心にして回動可能になっており、回動によって調節した後は、係止固定できるように、各調節板５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃにそれぞれねじによる係止固定手段（図示を省略）を設けてある。
【００４３】
ベンチュリ形成板５２には、図４の左右方向に摺動移動調節が可能な噴流波流量調節板６１を設けてあり、その左右方向の位置を調節することにより、ノズル体２１の吹き口２２に供給される溶融はんだ１１の流量と、ベンチュリ流路５３に供給される溶融はんだ１１の流量との比率を調節できるように構成してある。なお、噴流波流量調節板６１には調節方向に長孔６２を設けてあり、長孔６２に通したねじ６３により所要の位置に固定するように構成してある。
【００４４】
噴流波１２の後部噴流が流下する部分には、前記同様に長孔６２とねじ６３により上下方向に位置調節が可能な案内板６５を設けてあり、搬送コンベア５の搬送仰角θ_１１に対応してその高さを調節できるように構成してある。すなわち、この高さ調節により、噴流波１２の傾斜角度を調節することができる。
【００４５】
噴流波１２の前部噴流が流下する部分には、前記同様に上下調節可能な前部噴流案内板２３を設けてある。また、この前部噴流案内板２３は波幅調節板６４に設けてあり、この波幅調節板６４はノズル体２１に図中の左右方向に位置調節可能に設けてある。これらの位置調節は、前記同様に長孔６２とねじ６３とにより構成してある。
【００４６】
すなわち、波幅調節板６４を図中の左右方向に位置することにより、吹き口２２の幅を調節することが可能であり、これにより噴流波１２の幅を調節できる。
【００４７】
また、前部噴流案内板２３と後部噴流案内板２４の相対高さを調節することにより、前部噴流と後部噴流の流量比を調節することができるとともに、先に説明したように噴流波１２の傾斜角度を調節して、搬送コンベア５の搬送仰角θ_１１に対応した噴流波１２を形成することができる。
【００４８】
この実施例のうち、本発明の要旨にかかわる重要な調節機構は、両ベンチュリ調節板５４Ａ，５４Ｂと流速調節板５４Ｃである。両ベンチュリ調節板５４Ａ，５４Ｂはベンチュリ部５１の断面積の拡大の程度を調節し、流速調節板５４Ｃはピールバックポイント１３から離間して流下する溶融はんだ１１の強制排出流量を調節することができる。すなわち、ベンチュリ部５１の作用量の調節と、強制排出流量の調節とを行えるように構成してあり、これらの調節により、ピールバックポイント１３から離間する溶融はんだ１１の離間速度Ｖ_１を調節できるように構成したものである。
【００４９】
なお、図１，図４においては、後部噴流案内板２４がなくても、溶融はんだ１１の後部噴流はベンチュリ流路の吸引作用によるベンチュリ効果が得られる。
【００５０】
〔第３の実施例〕
図５は、本発明の第３の実施例を示す要部の側断面図で、はんだ付け装置の噴流ノズル部分を示し、図４と同一符号は同一または相当部分を示す。また、図４の第２の実施例と同様に、発明の要旨部分であるノズル部とその近傍を示してある。
【００５１】
この第３の実施例のはんだ付け装置は、第２の実施例のはんだ付け装置にトレイ部７１を追加して設けるように構成したものである。図５に示すように、吹き口２２とトレイ部７１との間に上下位置調節可能な堰板７２を設け、トレイ部７１の溢流端７１ａには長孔６２とねじ６３とにより上下位置調節可能な後部噴流案内板２４を設けてある。そして、堰板７２上に形成されているピールバックポイント１３から離間する溶融はんだ１１を強制的に排出する強制排出流路７４を形成してあり、この強制排出流路７４は前記堰板７２と排出流路形成板７３との間に形成してある。
【００５２】
堰板７２とトレイ部７１の溢流端７１ａの後部噴流案内板２４の相対高さを調節することにより、主としてピールバックポイント１３における溶融はんだ１１の離間角度θ_１を調節することが可能であり、強制排出流路７４を流れる溶融はんだ１１の流量を調節することにより、主としてピールバックポイント１３における溶融はんだ１１の離間速度Ｖ_２を調節することが可能である。
【００５３】
この場合、ピールバックポイント１３からトレイ部７１へ流れる噴流の表層を流れる溶融はんだ１１はトレイ部７１の緩衝作用により滑らかな表面形状で穏やかに流下するが、そのコアの部分では強制排出流路７４へ自由落下（自由流下）を越えた速度で流れ、ピールバックポイント１３における溶融はんだ１１の離間流速を増速する。
【００５４】
これにより、図６に示すフィレット１４へのはんだ付着量の増大とはんだブリッジの解消を両立させつつ、トレイ部７１の作用によりその程度を安定して維持することが可能となる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のはんだ付け装置によれば、ピールバックポイントを流れる溶融はんだを強制的に排出できるように吸引作用を有するベンチュリ流路を使用した構成としたことにより、自由落下による作用力の限界を越えて、さらに大きなフィレット形成力を発生させることができるようになる。したがって、フィレットを形成するはんだ付着量を従来よりも一層増加させつつも、はんだブリッジを生じないはんだ付けを行えるようになる。その結果、はんだ付け部分の信頼性を高めつつも、はんだブリッジ等のはんだ付け不良を発生しない高品質のはんだ付けを行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す要部の側断面図である。
【図２】参考例を示す要部の側断面図である。
【図３】参考例を示す要部の側断面図である。
【図４】本発明の第２の実施例を示す要部の側断面図である。
【図５】本発明の第３の実施例を示す要部の側断面図である。
【図６】フローはんだ付けを行う際のフィレットの形成を説明する図で、図６（ａ）は形成要因を説明する図、図６（ｂ），（ｃ）はフィレットの形成例を説明する側断面図である。
【符号の説明】
１プリント配線板
２ランド
３電子部品
４リード線
１１溶融はんだ
１２噴流波
１３ピールバックポイント
１４フィレット
２１ノズル体
２２吹き口
２３前部噴流案内板
２４後部噴流案内板
２５ポンプ
２６吸込口
３１ベンチュリ部
３２ベンチュリ形成板
３３ベンチュリ流路
４１強制排出専用ポンプ
４２排出流路
４３排出還流路
４４弁体
４５ヒンジ
５１ベンチュリ部
５２ベンチュリ形成板
５３ベンチュリ流路
５４ベンチュリ調節板
５５ヒンジ
６１噴流波流量調節板
６４波幅調節板
６５案内板
７１トレイ部
７２堰板
７３排出流路形成板
７４強制排出流路

Claims

溶融はんだ供給手段によりノズルへ溶融はんだを供給してその吹き口に前記溶融はんだの噴流波を形成し、この噴流波と被はんだ付け配線板とを接触させてはんだ付けを行うはんだ付け装置において、
前記吹き口の近傍に、吹き口から噴出した溶融はんだを強制的に排出する強制排出手段として吸引作用を有するベンチュリ流路を設けたこと、
を特徴とするはんだ付け装置。