JP4999215B1 - Method for leveling printed circuit board to be soldered, and solder liquid immersion mechanism of soldering apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
【課題】新規なプリント基板の水平出し方法、及びこれを用いた半田付け装置の半田液浸漬機構を提供する
【解決手段】水平出し方法は、基板を保持すると共に半田液面に浸漬させるワークテーブルと連係して基板下面と平行な基準面を特定し、基準面上の同一直線上に無い３点位置から各々の半田液面までの鉛直距離を測定し、測定値に基づいて基準面を半田液面と平行に調節することによって基板の水平出しを行う。半田液浸漬機構１は、半田槽５の上位にフレーム４１によって支持されて半田液面に向かって平行に昇降すると共に基板の保持手段を備えたワークテーブル２と、ワークテーブルに保持する基板と平行に特定した基準面３１の同一直線上に無い３点位置にワークテーブルと連係して設けた測定手段３と、フレームを支持基台としてワークテーブルを勾配変更、かつ昇降移動可能に支持する水平調整手段４と、から構成する。
【選択図】図１The present invention provides a novel leveling method for a printed circuit board and a solder liquid immersion mechanism for a soldering apparatus using the same. The reference plane parallel to the lower surface of the substrate is specified in conjunction with the board, and the vertical distances from the three positions that are not on the same straight line on the reference plane to each solder liquid surface are measured, and the reference plane is soldered based on the measured values. The substrate is leveled by adjusting it parallel to the liquid level. The solder liquid immersion mechanism 1 is supported by a frame 41 above the solder bath 5 and moves up and down in parallel toward the solder liquid surface, and has a substrate holding means and a substrate held on the work table. Measuring means 3 provided in linkage with the work table at three positions not on the same straight line of the reference surface 31 specified in the above, and horizontal adjustment for supporting the work table so that the work table can be changed in gradient and moved up and down using the frame as a support base And means 4.
[Selection] Figure 1
Description
本願発明は、電子部品を実装したプリント基板を半田槽に貯留した溶融半田液に浸漬させて半田付けするプリント基板の水平出し方法、及びこの方法を用いた半田液浸漬機構に関し、特に、プリント基板の半田付け面を静止した半田液に浸漬させて行なう半田付け処理を対象としたものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for leveling a printed circuit board in which a printed circuit board on which electronic components are mounted is immersed in a molten solder solution stored in a solder bath and soldered, and a solder solution immersion mechanism using this method, and more particularly to a printed circuit board. The soldering process is performed by immersing the soldering surface in a stationary solder solution.
電子部品を実装したプリント基板（以下、「基板」と略称する。）の半田付け装置には、静止した半田液に浸漬させて行う静止型半田槽を用いた半田付け装置と、半田液に噴出流（オーパーフロー）を形成して行う噴流型半田槽を用いた半田付け装置がある。近年、基板はその多様化やノイズ対策のために厚いアースパターン（Ｃｕ層）を採用する傾向にある。そのため、基板の半田付け処理面全体を溶融半田に浸漬して大熱量を付加して半田付けを行う静止型半田槽を選択する機会が増加している。 A soldering device for a printed circuit board (hereinafter abbreviated as “substrate”) on which electronic components are mounted includes a soldering device using a stationary solder bath that is immersed in a stationary solder solution, and jets into the solder solution. There is a soldering apparatus that uses a jet-type solder bath formed by forming a flow (overflow). In recent years, a substrate tends to adopt a thick ground pattern (Cu layer) for diversification and noise countermeasures. For this reason, there is an increasing chance of selecting a static solder bath in which the entire soldering surface of the substrate is immersed in molten solder to apply a large amount of heat to perform soldering.
この静止型半田槽を用いた半田付け装置においては、溶融半田液（以下、「半田液」）の温度管理と共に、基板と半田液の液面（以下、「半田液面」）との平行度、つまり、当然に水平状態である半田液面に対して、基板の半田付け対象面（基板の下面）が水平状態となっていることが重要であった。これは、基板が水平状態ではなく多少の傾きがある場合は、半田付け対象面の浸漬から離脱までの時間が部位によって違い（半田濡れ時間の差異）、これがコールドジョイント（冷接合）、半田ショート、又は半田ブリッチ、等の半田付けの品質不良を招いていた。 In the soldering apparatus using the static solder bath, the temperature of the molten solder liquid (hereinafter “solder liquid”) is controlled, and the parallelism between the substrate and the liquid surface of the solder liquid (hereinafter “solder liquid surface”). That is, it is important that the surface to be soldered (the lower surface of the substrate) of the substrate is in a horizontal state with respect to the solder liquid surface that is naturally in a horizontal state. This is because when the board is not in a horizontal state and has a slight inclination, the time from immersion to separation of the surface to be soldered varies depending on the part (difference in solder wetting time), which is cold joint (cold bonding), solder short Or, soldering quality defects such as solder blitching have been caused.
このため、従来型の半田付け装置においては、基板の水平出し（目的平面の傾きを修正して水平に調節すること。）の調節は、基板を保持固定して半田液面へ平行に昇降移動させるワークテーブルを、水準器等の器具を使って作業者の目測手動によって行っているのが、現状であった。
ここで、ワークテーブルとは、基板を昇降移動させる半田液浸漬機の一部を構成するものであり、かつ基板を保持するパレットを着脱保持する保持手段を兼ねるものである。
For this reason, in conventional soldering equipment, the adjustment of leveling of the board (adjusting the inclination of the target plane and adjusting it horizontally) is performed by holding and fixing the board and moving it up and down in parallel to the solder surface. The current situation is that the work table to be operated is manually measured by the operator using an instrument such as a level.
Here, the work table constitutes a part of a solder liquid immersion machine that moves the substrate up and down, and also serves as a holding means for attaching and detaching and holding a pallet that holds the substrate.
しかし、上記従来の方法で水平出しの調節を行った基板は、半田液温度の経時変動、作業環境の温度変化、半田槽の半田液入替、等の温度変化に加え、作業ラインのレイアウト変更による半田付け装置の移動や予期しない振動（例えば、地震）、などの様々な原因によって生じた水平維持変動（多くは、微妙な傾き。）に迅速に対応できない傾向にあった。ここで再度、水平出しの調節をする場合は、作業ラインを停止して上述した手動作業を行う必要があるために非常に煩雑なものであった。そのため、多少の不良品を黙認しつつ、そのままの状態で半田付け装置を稼働し続けることが多かった。 However, the board that has been adjusted to level out by the above-mentioned conventional method is subject to changes in the work line layout in addition to temperature changes such as changes in solder solution temperature over time, changes in the working environment temperature, solder bath solder solution replacement, etc. There was a tendency that it was not possible to quickly respond to horizontal maintenance fluctuations (often subtle tilts) caused by various causes such as movement of the soldering device and unexpected vibration (for example, earthquake). Here, when adjusting the leveling again, it is necessary to stop the work line and perform the above-described manual operation, which is very complicated. For this reason, there are many cases where the soldering apparatus is continuously operated in the same state while acknowledging some defective products.
また、従来の静止型半田槽を用いた半田付け装置では、基板の水平状態からの傾斜や他の原因による品質不良をできるだけ抑制するため、例えば、基板を半田液面に対して積極的に傾斜させつつ離脱（以下、「傾斜離脱」と称する。）させる手段を半田液浸漬機構に付加していた（例えば、特許文献１参照。）。この傾斜離脱は、所謂半田切りを円滑とし、半田ショート等の品質不良を抑制する技術的効果があった。 In addition, in a conventional soldering apparatus using a static solder bath, for example, the board is tilted positively with respect to the solder liquid level in order to suppress the tilt of the board from the horizontal state and quality defects due to other causes as much as possible. A means for detaching (hereinafter, referred to as “tilt detachment”) while being applied is added to the solder liquid immersion mechanism (see, for example, Patent Document 1). This inclination separation has a technical effect of facilitating so-called solder cutting and suppressing quality defects such as solder shorts.
または、基板を保持すると共に半田付け部位に対応した位置に必要な熱量の適正化を図るべき形状を特定した開口窓を形成したパレットを用意し、このパレットを介して溶融半田に浸漬させ、さらには上記の傾斜離脱を行っていた（例えば、特許文献２参照。）。 Alternatively, prepare a pallet that has an opening window that specifies the shape that should be used to hold the board and that corresponds to the soldering site and that is suitable for the amount of heat required, and is immersed in molten solder via this pallet. Performed the above-mentioned inclination separation (for example, refer to Patent Document 2).
しかしながら、上記特許文献１、及び２で開示されている傾斜離脱では、基板の水平状態に予め傾斜が発生している場合には問題があった。つまり、基板の半田液面からの離脱角度が本来の設定角度と異なり、適切な傾斜離脱が実行されないこととなった。この結果、傾斜離脱の実行により想定した品質不良の抑制は、効果が低いものとなった。
However, the tilt separation disclosed in
また、パレットを用いた場合であっても、適切な傾斜離脱が実行されなければ、品質不良の抑制の効果は低いものであった。さらには、複数種類の基板ごとに専用の開口窓や開口窓部分の板厚を変えたパレットを用意する必要があるため、基板種類ごとの段取り変えが煩雑な上、コストアップ要因ともなっていた。 Even when a pallet is used, the effect of suppressing quality defects is low unless proper inclination separation is executed. Furthermore, since it is necessary to prepare a dedicated opening window or a pallet in which the thickness of the opening window portion is changed for each of a plurality of types of substrates, it is complicated to change the setup for each type of substrate, and this causes an increase in cost.
そこで、本願発明は上記課題の解決を図るために、新規な半田付け対象の基板の水平出し方法、及びこれを用いた半田付け装置の半田液浸漬機構を提供するものである。
なお、本願発明は静止型半田槽を用いた半田付け装置に限らず、噴流型半田槽を用いた半田付け装置においても、半田液面を静止させた状態において適用することができるものである。
Accordingly, in order to solve the above problems, the present invention provides a novel method for leveling a substrate to be soldered, and a solder liquid immersion mechanism of a soldering apparatus using the same.
The present invention is not limited to a soldering device using a static solder bath, but can be applied to a soldering device using a jet-type solder bath in a state where the solder liquid surface is stationary.
上記の課題を解決するための手段として、本願発明にかかる半田付け対象の基板の水平出し方法（以下、「本願方法の発明」と称する。）は、以下の構成を採用する。 As means for solving the above-mentioned problems, a method for leveling a substrate to be soldered according to the present invention (hereinafter referred to as “the invention of the present method”) employs the following configuration.
すなわち、半田付け面を下面にして基板を保持すると共に、半田槽に平行に昇降して半田液面に浸漬させるワークテーブルであって、該ワークテーブルに連係して前記基板の下面と同一または平行な基準面を特定し、該特定した基準面上の同一直線上に無い３点位置からそれぞれの半田液面までの鉛直距離を測定し、これらの測定値に基づいて前記基準面を半田液面と平行に調節することにより、前記ワークテーブルに保持した基板を水平に設定したことを特徴としている。 That is, a work table that holds a substrate with a soldering surface as a lower surface and is moved up and down in parallel to a solder bath and immersed in a solder liquid surface, and is linked to the work table and is the same as or parallel to the lower surface of the substrate. And measuring the vertical distance from each of the three positions not on the same straight line on the specified reference surface to each solder liquid surface, and based on these measured values, the reference surface is defined as the solder liquid surface. The substrate held on the work table is set to be horizontal by adjusting in parallel.
ここで「ワークテーブルに連係して」とは、ワークテーブルの上部側、下部側、又は両側部の何れかの部位を支持部位として取り付けることを意味する。
また、「基準面」とは、平行度又は水平状態を測定するために想定した平面を意味する語句であり、必ずしも物理的に存在する平面を意味するものではない。すなわち、上記ワークテーブルの下面、ワークテーブル下面側に想定した基板の保持面又は載置面、及び同一直線上に無い３点位置に配置したセンサ等の検知部から特定される単一の平面を言うものである。そして、この基準面はこれと連係したワークテーブルと一体となって、かつ平行状態を保ったまま半田液面へ昇降移動して近接や遠離を繰り返す平面を意味するものである。
Here, “in conjunction with the work table” means that any part on the upper side, the lower side, or both side parts of the work table is attached as a support part.
In addition, the “reference plane” is a phrase that means a plane assumed for measuring parallelism or a horizontal state, and does not necessarily mean a plane that physically exists. That is, a single plane identified from the lower surface of the work table, the holding surface or mounting surface of the substrate assumed on the lower surface of the work table, and detection units such as sensors arranged at three positions not on the same straight line. It is what you say. The reference plane is a plane that is integrated with the work table linked with the reference plane and moves up and down to the solder liquid surface while maintaining a parallel state, and repeats proximity and separation.
また、本願方法の発明においては、半田液面までの鉛直距離を、基準面上の同一直線上に無い３点位置に配設した接触センサ、例えば、電極式センサを用い、移動始点から半田液面に接するまでの移動距離を、鉛直距離として測定することを特徴としている。この構成を採用する場合、各接触センサの設置位置又はその近傍のワークテーブルの位置で支持されて鉛直方向（半田液面と垂直方向）に直進退出する直線往復運動機構、例えば、直動アクチュエータを用い、それぞれが独立して作動と制御を行う構成を採っている。各直動アクチュエータは、それぞれ作動距離（直進退出の移動量）を測定情報として出力するように設定している。 Further, in the invention of the method of the present application, a contact sensor, for example, an electrode type sensor, in which the vertical distance to the solder liquid surface is arranged at three positions not on the same straight line on the reference surface, is used to move the solder liquid from the moving start point. It is characterized in that the moving distance until it touches the surface is measured as a vertical distance. When this configuration is adopted, a linear reciprocating mechanism, for example, a linear actuator, which is supported at the position where each contact sensor is installed or the position of a work table in the vicinity thereof and moves straight back and forth in the vertical direction (perpendicular to the solder liquid surface), for example, Each of them is configured to operate and control independently. Each linear actuator is set so as to output the working distance (movement amount of linear advance / retreat) as measurement information.
また、半田液面までの鉛直距離の測定手段は、上記の接触センサに限定するものではなく、非接触で離隔距離の測定を目的とした距離センサを用いても良い。この非接触の距離センサには、例えば、光、レーザ、又は超音波、等を媒体とした既存の距離センサから選択して用いれば良い。 Further, the means for measuring the vertical distance to the solder liquid surface is not limited to the above-described contact sensor, and a distance sensor intended to measure the separation distance without contact may be used. For this non-contact distance sensor, for example, an existing distance sensor using light, laser, or ultrasonic wave as a medium may be selected and used.
さらに、本願方法の発明においては、基準面と半田液面との平行調節が、フィードバック制御であることを特徴としている。具体的には、距離計測の後に基準面と半田液面との平行調節を行った後、再度測定してその測定値を基に再び平行調節を行うこことしている。これを繰り返すことにより、平行度調節の精度の向上を図っている。 Further, the invention of the present method is characterized in that the parallel adjustment between the reference surface and the solder liquid surface is feedback control. Specifically, after the distance measurement, the parallel adjustment between the reference surface and the solder liquid surface is performed, and then the measurement is performed again, and the parallel adjustment is performed again based on the measured value. By repeating this, the accuracy of parallelism adjustment is improved.
次に、本願方法の発明を用いた半田付け装置の半田液浸漬機構（以下、「本浸漬機構」と略称する。）は、以下の構成を採用する。 Next, a solder solution immersion mechanism (hereinafter, abbreviated as “main immersion mechanism”) of a soldering apparatus using the method of the present invention employs the following configuration.
すなわち、半田槽の上位に半田付け装置のフレームによって支持されて半田液面に向かって平行に昇降すると共に、半田付け面を下面にして基板を保持する保持手段を備えたワークテーブルと、該ワークテーブルに保持する前記基板の下面と同一又は平行に特定した基準面上の同一直線上に無い３点位置にワークテーブルと連係して設けた測定手段と、前記フレームを支持基台として前記ワークテーブルを勾配変更が可能にして支持する水平調整手段と、前記フレームを支持基台として前記ワークテーブルを昇降移動させる昇降手段と、から成ることを特徴としている。
That is, a work table that is supported by a frame of a soldering apparatus above and above the solder bath and moves up and down in parallel toward the solder liquid surface, and having a holding means for holding the substrate with the soldering surface on the bottom surface, and the work Measuring means provided in linkage with the work table at three positions not on the same straight line on the reference surface specified to be the same or parallel to the lower surface of the substrate held by the table, and the work table using the frame as a support base It is characterized by comprising a horizontal adjusting means for supporting the work table with a changeable gradient, and a lifting means for moving the work table up and down with the frame as a support base.
基板の保持手段としては、ワークテーブルの下側で基板を直接把持して保持することも可能であるが、一般的には、その底面又は載置面に所定形の開口窓を有するトレー状又は矩形箱状のパレットを介して行なわれる。パレットに保持された基板は、パレットのワークテーブルへの保持においては、ワークテーブルと連係して特定された基準面とは平行状態であることが原則的な前提となる。ただし、例外としては、該パレットに対する基板の傾きが既知である場合は、基準面と半田液面との平行調節において、これを考慮した調節を行えば良い。 As the substrate holding means, it is possible to directly hold and hold the substrate under the work table, but in general, a tray-like shape having an opening window of a predetermined shape on its bottom surface or mounting surface or This is done via a rectangular box-shaped pallet. In principle, the substrate held on the pallet is assumed to be in a parallel state with the reference surface specified in association with the work table when the pallet is held on the work table. However, as an exception, when the inclination of the substrate with respect to the pallet is known, adjustment in consideration of this may be performed in parallel adjustment of the reference surface and the solder liquid surface.
また、測定手段としては、上記した接触センサや非接触式の距離センサを適宜に選択して用いる。 As the measuring means, the above-described contact sensor or non-contact type distance sensor is appropriately selected and used.
さらに、上記の水平調整手段及び昇降手段は、何れか又は両方が鉛直方向に進退する直動アクチュエータから構成したことを特徴としている。直動アクチュエータは、進退出したピストンの作動距離（ストローク）を測定してその距離情報を出力し、次の平行調節（微調節して修正）に反映させる、所謂フィードバック制御を行うようにしても良い。これにより、より精度を高めることができる。また、直動アクチュエータは、その基部を半田槽の上部に固定配置した半田付け装置のフレームを基台として支持し、下端部側をワークテーブルに取り付けることによって、ワークテーブルをフレームで保持する構成を採っている。これにより、直動アクチュエータのピストンの直進退出によりワークテーブルの全体が昇降（上下動）、又は勾配変更の動き（以下、「勾配変動」と称する。）が可能となる。 Further, the horizontal adjustment means and the lifting / lowering means described above are characterized in that either or both of them are constituted by linear motion actuators that advance and retract in the vertical direction. The linear actuator may perform so-called feedback control that measures the working distance (stroke) of the piston that has moved forward and backward, outputs the distance information, and reflects it in the next parallel adjustment (fine adjustment and correction). good. Thereby, the accuracy can be further increased. In addition, the linear actuator is configured to support the work table by the frame by supporting the frame of the soldering apparatus with the base fixed to the upper part of the solder tank as a base and attaching the lower end to the work table. Adopted. As a result, the entire work table can be moved up and down (up and down) or changed in gradient (hereinafter referred to as “gradient fluctuation”) by the linear movement of the piston of the linear actuator.
直動アクチュエータを用いた場合は、ワークテーブルとの取付部をピン支持、例えば、球面軸受を介してワークテーブルと接続したことを特徴としている。この構成により、ワークテーブルは、それぞれの直動アクチュエータの進退によってピン支持した取付部が回転中心となって、水平方向に対して適宜の勾配変動を可能にしている。 When the linear actuator is used, the mounting portion with the work table is pin-supported, for example, connected to the work table via a spherical bearing. With this configuration, the work table enables an appropriate gradient variation with respect to the horizontal direction, with the mounting portion supported by the pin as the linear actuators advance and retract as the center of rotation.
さらに、本浸漬機構は、水平調整手段と昇降手段とが同一機構で実行させる機構としても良い。その構成例としては、ワークテーブルを独立作動する３個の直動アクチュエータで保持し、各直動アクチュエータを同じストロークで同期作動させた場合は、平行に上下動する昇降手段として機能させることができる。その一方、各直動アクチュエータの作動ストロークが異ならしめた場合は、ワークテーブル側の取付け部がピン支持であるため、そのストロークの差（長さ情報）がワークテーブルの勾配となって現れる。このストロークの差の形成と制御を積極的に行うことにより、ワークテーブル（及びこれと平行な基準面）は水平何れの方向に対しても適宜の勾配を設定すること（斜面の形成又は解消）ができる水平調整手段として機能させることができる。 Furthermore, this immersion mechanism is good also as a mechanism which a horizontal adjustment means and a raising / lowering means perform by the same mechanism. As an example of the configuration, when the work table is held by three linear motion actuators that operate independently, and each linear motion actuator is operated synchronously with the same stroke, it can function as a lifting means that moves up and down in parallel. . On the other hand, when the operating strokes of the respective linear actuators are made different, since the attachment portion on the work table side is pin-supported, the difference in the stroke (length information) appears as the gradient of the work table. By actively forming and controlling the stroke difference, the work table (and the reference plane parallel thereto) can be set to an appropriate gradient in any horizontal direction (formation or elimination of a slope). It is possible to function as a horizontal adjustment means capable of
さらに、各直動アクチュエータは、直立状態から１又は２方向へ倒れ可能にしてフレームに支持することが好適である。これは、上記の水平調整手段として機能させた場合、ワークテーブルでの支持部が回転のみを許容したピン支持であるため、勾配変動をさせた場合の水平方向の変動量を（フレームの支持部で）吸収させるためである。 Furthermore, each linear motion actuator is preferably supported by the frame so that it can be tilted in one or two directions from an upright state. This is because the support portion on the work table is a pin support that allows only rotation when functioning as the horizontal adjustment means, and the amount of horizontal fluctuation when the gradient is changed (the frame support portion). To absorb).
上記のように構成した本願発明によれば、ワークテーブルに連係してこれと平行に特定した基準面を、静止して水平面である半田液面と平行調節することにより、水平状態とすることができる。そして、ワークテーブルに平行に保持した基板（特に、下面の半田付け対象面）も基準面とは平行な位置関係にあるため、上記の平行調節の結果として、基板は水平に設定されることとなる。
別言すると、基準面を介して基板を半田液面に対して平行かつ水平に設定する水平出しができる効果を奏する。
According to the present invention configured as described above, the reference surface linked to the work table and specified in parallel with the work table can be brought into a horizontal state by adjusting it in parallel with the solder liquid surface which is stationary and horizontal. it can. Since the substrate held in parallel with the work table (particularly the surface to be soldered on the lower surface) is also in a positional relationship parallel to the reference surface, the substrate is set to be horizontal as a result of the parallel adjustment described above. Become.
In other words, there is an effect that leveling can be performed by setting the substrate parallel and horizontal to the solder liquid surface via the reference surface.
また、基準面の平行調節は、基準面上の３点位置に配置した測定手段で半田液面までの鉛直距離を測定し、その測定距離情報（電子データ）を基に昇降手段及び水平調整手段を作動させることとしているため、随時かつ短時間で迅速に基板の水平出しを自動で行うことができる。 In addition, the parallel adjustment of the reference surface is performed by measuring the vertical distance to the solder liquid surface with measuring means arranged at three positions on the reference surface, and using the measuring distance information (electronic data), the elevating means and the horizontal adjusting means. Therefore, the substrate can be automatically leveled quickly and quickly in a short time.
さらに、半田付け装置の移動や地震に伴う場合だけでなく、必要により、例えば、半田液温度の経時変動時、装置起動時の作業環境の温度変化時、半田液入替時、等の基板の水平維持変動を見計らって、長時間装置を停止することなく、かつ作業者を介さずに自動かつ迅速に基板の水平出しが可能となり、水平出し後の良好な半田付け状態を確保できる。 Furthermore, not only when the soldering device moves or due to an earthquake, but also when necessary, for example, when the temperature of the solder solution changes over time, when the temperature of the working environment changes when the device starts up, when the solder solution is changed, etc. In view of the maintenance fluctuation, the substrate can be leveled automatically and quickly without stopping the apparatus for a long period of time, and a good soldering state after leveling can be secured.
また、水平調整手段及び昇降手段を、直動アクチュエータを用いた同一機構で実行できる結果、その構成を簡略に構築できる技術的効果も有する。つまり、本浸漬機構は、水平調整手段が昇降手段を兼ねることが可能であるため、浸漬機構の可動部分を増加させることがなく、機構全体の簡略化及び小型化に資するものである。 Further, as a result of being able to execute the horizontal adjustment means and the elevating means with the same mechanism using a linear actuator, there is also a technical effect that the configuration can be simply constructed. That is, this immersion mechanism contributes to simplification and miniaturization of the entire mechanism without increasing the movable part of the immersion mechanism because the horizontal adjustment means can also serve as the lifting and lowering means.
また、半田液面までの距離計測と計測後の基準面との平行調節とを、複数回繰り返すフィードバック制御で行うことにより、基板の水平出しの精度を向上させることができる。 Further, by performing the distance measurement to the solder liquid level and the parallel adjustment with the reference surface after the measurement by feedback control that is repeated a plurality of times, the leveling accuracy of the board can be improved.
以下に、本願方法の発明及びこの方法を用いた本浸漬機構の具体的な実施形態例について、図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention method and the present immersion mechanism using this method will be described in detail with reference to the drawings.
なお、以下の説明においては、説明の都合上、本浸漬機構の発明を先に説明した後に、本願方法の発明について説明する。 In the following description, for the sake of explanation, the invention of the present method will be described after the invention of the present immersion mechanism is described first.
本浸漬機構１は、静止型半田槽５（以下、「半田槽」と略称する。）を用いた半田付け装置（以下、「装置」と略称する。）において、半田槽５の上位に配置されるものである。本浸漬機構１は、電子部品６１を実装した基板６を半田槽５の上方に搬入出する搬送機構（図示省略）と連係して基板６の受け取り及び受け渡しを行うと共に、半田槽５に向かって昇降移動して半田５２に基板６を浸漬する。この半田槽５は、上方開放した矩形容器であって、基板６を浸漬可能な開口部５１を有している。
なお、以下の説明では、図中の基板６の搬送方向（矢印ａ）を基準に本浸漬機構１の上流側、下流側と定義して用いる。
The
In the following description, the upstream side and the downstream side of the
本浸漬機構１は、ワークテーブル２と、このワークテーブル２に配置した測定手段である距離センサ３と、ワークテーブル２の全体を勾配させる水平調整手段４、を主な要素として構成している。なお、水平調整手段４は、本実施形態例においては、昇降手段を兼ねており、機構全体を昇降移動させるようにも機能する。
The
まず、ワークテーブル２は、半田槽５の上方に配置され、基板６を保持するアライメント板２１、アライメント板に下面側に配置した基板６の移送部２２、及び保持した基板６を固定する固定部２３と、から構成している。
First, the work table 2 is disposed above the solder bath 5, and includes an
ワークテーブル２は、基板６を保持手段であるパレット７によって保持している。基板６は、パレット７に保持された状態で上流側の搬送機構から本浸漬機構１に受け渡され、半田付け後に下流側の搬送機構へ受け渡しされる。ここで、パレット７は、矩形枠状を呈し、基板６の半田付け対象部位である下面を露出する開口窓７１を形成し、基板６の外周位を位置決め及び保持している。また、パレット７は、外周位の対向２辺側を上方に延出して水平方向に折り曲げ形成したフランジ７２を有している。
The work table 2 holds the substrate 6 by a pallet 7 that is a holding means. The substrate 6 is transferred from the upstream transport mechanism to the
ワークテーブル２の主要部であるアライメント板２１は、矩形状を呈する板体であり、対向２辺の下側で上記パレット７を懸架状に保持すると共に、その上面側の３箇所を後述する水平調整手段４を構成する直動アクチュエータ（以下、「アクチュエータ」と略称する。）４Ａ、４Ｂ、４Ｃと球面軸受４２を介して接続している。
The
アライメント板２１の下側面には、２箇所の移送部２２を設けている。この移送部２２は、基板６を保持したパレット７を上流側の搬送機構から受け取り、下流側の搬送機構に受け渡すように機能する。移送部２２は、図３や図４に示すように、アライメント板２１の対向２辺の下面側から搬送方向（矢印ａ）に沿って、かつ垂下状に配置した複数の搬送ローラ２２ａから成り、搬送ローラ２２ａの外周部の水平方向に形成した溝２２ｂにパレット７のフランジ７２の一部を係合させてその全体を移送する構成である。
Two
パレット７は、移送部２２の複数の搬送ローラ２２ａの同期回転により搬送方向（矢印ａ）に移送されると共に、浸漬時（昇降移動時）にはアライメント板２１の対向２辺の２箇所（移送部２２の近傍位置）に配置した固定部２３によりアライメント板２１に固定されている。
The pallet 7 is transferred in the transfer direction (arrow a) by the synchronous rotation of the plurality of
固定部２３は、図５に示すように、側面視において台形状の本体２３ａの下端側に４個のローラ２３ｂを配置した形態であり、本体２３ａをアライメント板２１に配置した２本のシリンダ２３ｃにより降下させ（矢印ｂ）、ローラ２３ｂをパレット７のフランジ７２に当接させてパレット７の全体をアライメント板２１に固定している。
As shown in FIG. 5, the fixing
ワークテーブル２には、３個の距離センサ３を配設している。この距離センサ３は、アライメント板２１の下面側から垂下状に配置した電極型のセンサである。各距離センサ３は、半田槽５をアースすることによってグランドに設定した半田液面５３にその先端部３１が接触した時の通電状態を感知して、半田液面５３の位置を検知する測定手段である。また、各電極センサ３は、外部に配置した制御手段（図示省略）と接続している。
The work table 2 is provided with three
これら距離センサ３は、各アクチュエータ４Ａ、４Ｂ、４Ｃが接続するアライメント板２１の近傍の下面側であって、移送部２２や固定部２３と干渉しない位置に配置している。また、各距離センサ３は、その先端が結ぶ３点によって特定する仮想平面を形成している。本浸漬機構１は、この仮想平面を基準面３１として設定しており、ワークテーブル２と連係して、別言すれば、距離センサ３を配置したワークテーブル２と一体となって移動する。この基準面３１は、図１や図３に示すように、ワークテーブル２にパレット７を介して保持された基板６の半田付け対象面である下面とほぼ一致、少なくとも平行な面となるように設定している。
These
距離センサ３は、上述のように、半田液面５３に接触する電極型であるため、半田槽５の溶融半田に酸化カスが滞留した場合や、先端部３２に溶融半田５２の酸化カスが付着した場合に検知能力が低下する。このため、装置は半田槽５の半田液面上を移動して酸化カスを掻き取るスキージ手段８を備えている。なお、スキージ手段８は、距離センサ３を非接触式のレーザセンサとした場合には、省略することが可能である。
As described above, the
スキージ手段８は、半田槽５の外部に配置した平行レール（図示省略）に架け渡して移動可能に配置されている。スキージ手段８は、下部側に垂下状にスキージ板８１を配置し、上部側には距離センサ３のクリーニング板８２を配置している。スキージ板８１は半田槽５の開口部５１の一方側をほぼ横断するように立設配置した板体であり、半田槽５の開口部５１に進入すると共に下端部を若干広げつつ半田液面５３と接触している。スキージ手段８は、平行レールに沿った移動（矢印ｍ）により半田槽５の液面上の酸化カスを掻き取ることができる。クリーニング板８２は、距離センサ３の先端部３２と接触して酸化カスを掻き取る弾性樹脂材（例えば、ゴム材、シリコンゴム材）から成る板体であり、２箇所に立設配置している。クリーニング板８２は、スキージ手段８の移動に伴って、各距離センサ３の先端部３２に干渉する。
The squeegee means 8 is movably disposed across a parallel rail (not shown) disposed outside the solder bath 5. In the squeegee means 8, a
ワークテーブル２を勾配変動させる水平調整手段４は、装置のフレーム４１を支持基台として立設状態で配置した第１から第３の３個のアクチュエータ４Ａ、４Ｂ、４Ｃから構成している。各アクチュエータ４Ａ、４Ｂ、４Ｃは、進退作動するピストン４３の下端側に配置した球面軸受４２を介してアライメント板２１の上面側の３箇所をピン支持している。また、アクチュエータ４Ａ、４Ｂ、４Ｃは、各ピストン４３の作動距離（ストローク）や下端部の絶対位置を検知できる手段、例えば、エンコーダを有するサーボモータを駆動源としている。
The horizontal adjustment means 4 for changing the gradient of the work table 2 includes first to
各アクチュエータ４Ａ、４Ｂ、４Ｃは、外部に配置した制御手段（図示省略）と接続すると共に、この制御手段からの指令に基づきピストン４３を進退作動させている（矢印ｃ）。ここで、ピストン４３が鉛直方向に異なる距離において進退作動する場合には、各球面軸受４２を支持位置としてアライメント板２１を水平方向に対して勾配変動させ（矢印ｄ）、同距離について進退作動する場合には、アライメント板２１の全体を昇降移動させている（矢印ｅ）。
Each
上記構成により、本浸漬機構１の水平調整手段４は、アライメント板２１を勾配変動させて基準面３１の平行調節を可能とする一方、ワークテーブル２の全体の昇降手段としても機能することとなる。
With the above configuration, the horizontal adjustment means 4 of the
また、水平調整手段４の第２、第３のアクチュエータ４Ｂ、４Ｃは、傾斜軸４４、４５、４６を備えている。これは、各アクチュエータ４Ａ、４Ｂ、４Ｃのピストン４３を進退作動させた場合（矢印ｃ）、図７や図８に示すように、アライメント板２１が勾配変動する結果（矢印ｄ）、各球面軸受４２に水平方向への移動力（移動しようとする力）が作用するため（矢印ｆ）、アクチュエータ４Ｂ、４Ｃを上記移動力の作用方向に傾けて（矢印ｇ、ｈ、ｉ）、負荷を逃がすためである。この傾斜軸４４、４５、４６の配置により、アクチュエータ４Ｂ、４Ｃはピストン４３の進退作動が円滑となる。
Further, the second and
上記の傾斜軸４４、４５、４６は、第２、第３のアクチュエータ４Ｂ、４Ｃが備え、残りの第１のアクチュエータ４Ａは備えていない。この構成により、第１のアクチュエータ４Ａは鉛直方向のみ作動する。第２のアクチュエータ４Ｂは、傾斜軸４４を介してフレーム４１に支持されて基板６の搬送方向（矢印ａ）に傾斜（矢印ｇ）する。第３のアクチュエータ４Ｃは、２個の傾斜軸４５、４６を介してフレーム４１に支持され、搬送方向に傾斜（矢印ｈ）すると共に、搬送方向と直交する方向にも傾斜（矢印ｉ）する。この態様により、アライメント板２１は、少なくとも２方向（搬送方向と、搬送方向と直交する方向）に円滑に勾配変動でき、基準面３１の平行調節が可能となる。
The tilt axes 44, 45, 46 are provided in the second and
次に、本願方法の発明を本浸漬機構１の作用と併せて説明する。
本願方法の発明は、半田槽５に貯留した半田液面５３が水平状態になることを利用するものであって、各アクチュエータ４Ａ、４Ｂ、４Ｃを異なる距離又は同距離について鉛直方向に進退作動させて半田液面５３の３点を距離センサ３で検知すると共に、各アクチュエータ４Ａ、４Ｂ、４Ｃの作動距離から各距離センサ位置での半田液面５３までの距離を測定した後、再度、各アクチュエータ４Ａ、４Ｂ、４Ｃを個別に異なる距離を進退作動させて各測定点での半田液面５３までの距離を同じとするものである。この作用により、距離センサ３が形成する基準面３１を半田液面５３に対して平行調節し、ひいては基準面３１と平行に保持した基板６の半田付け対象面である下面の水平出しを行う方法である。
Next, the method of the present invention will be described together with the action of the
The method of the present invention utilizes the fact that the
まず、ワークテーブル２には基板６を保持したパレット７が無い状態とし、この状態でスキージ手段８を平行移動させ、半田槽５の液面上の酸化カスを掻き取って除去すると共に、クリーニング板８２を距離センサ３の先端部３２に接触させてクリーニングを行う。
First, the work table 2 has no pallet 7 holding the substrate 6, and in this state, the squeegee means 8 is moved in parallel to scrape and remove the oxidized residue on the liquid surface of the solder bath 5, as well as the cleaning plate. Cleaning is performed by bringing 82 into contact with the
次に、所定の原点位置からワークテーブル２の全体を何れかの距離センサ３が半田液面５３に接触するまで各アクチュエータ４Ａ、４Ｂ、４Ｃを同速度で作動させて降下させ、この液面位置を記録すると共に記録位置と近接する位置、例えば、記録位置の上方０．３〜０．５ｍｍの位置にワークテーブル２の全体を移動させる。この作用を第１工程とする。
Next, the
上記の近接位置で第１及び第２のアクチュエータ４Ａ、４Ｂのみを個別に作動させて、各アクチュエータ４Ａ、４Ｂに近傍の各距離センサ３で検知した液面位置を記録する。この作用を第２工程とする。
Only the first and
上記の検知位置から、さらに、第３のアクチュエータ４Ｃのみを作動させて、このアクチュエータ４Ｃの近傍の距離センサ３で検知した液面位置を記録する。この作用を第３工程とする。
Further, only the
上記の検知位置から、全てのアクチュエータ４Ａ、４Ｂ、４Ｃを同距離について作動させて、ワークテーブル２を一端上方の原点位置に待避させ、改めて各距離センサ３で記録した上記位置に各アクチュエータ４Ａ、４Ｂ、４Ｃを同速度で作動させて降下させる。この時の各距離センサ３、３、３が半田液面５３に接触した時間差から各アクチュエータ４Ａ、４Ｂ、４Ｃの作動距離を検出し、各センサ位置での半田液面位置までの距離差を計算する。この作用を第４工程とする。
From the detection position, all the
第４工程で算出した距離差の情報（電子データ）に基づき対応する何れかのアクチュエータ４Ａ、４Ｂ、４Ｃを進退作動させ、各センサ位置での半田液面位置までの距離を同じとなるように調節、すなわち距離センサ３が形成する基準面３１と半田液面５３との平行調節を行う。この作用を第５工程とする。
Based on the distance difference information (electronic data) calculated in the fourth step, any of the corresponding
上記の第１〜５までの工程は、全工程を繰り返し又は一部工程の複数を組み合わせて適宜に繰り返して行っている。つまり、基準面３１と半田液面３５の平行調節において、距離センサ３による距離測定と各アクチュエータ４Ａ、４Ｂ、４Ｃの進退作動による平行調節を繰り返し行うフィードバック制御を実行し、その精度を向上させている。なお、工程の組み合わせや繰り返し回数は、調節後の基板６の半田付け品質を確認して設定している。
The
上記の平行調節が終了したら、基板６の搬送位置までワークテーブル２の全体を上昇させ、パレット７と共に基板６を上流側の搬送機構から受け取る。この受け取りは、移送部２２の搬送ローラ２２ａを回転させ、その溝２２ｂに基板パレット７のフランジ７２を係合させて行っている。パレット７はアライメント板２１の所定位置へ移送された後、パレット７のフランジ７２に固定部２３の降下及び当接により固定されている。なお、パレット７に保持された基板６は、上記の平行調節により水平出しが行われていることとなる。
When the parallel adjustment is completed, the entire work table 2 is raised to the transfer position of the substrate 6, and the substrate 6 is received from the upstream transfer mechanism together with the pallet 7. This reception is performed by rotating the
次に、全アクチュエータ４Ａ、４Ｂ、４Ｃを同距離について作動させて水平出し後の状態を維持したまま降下させ、基板６の下面を半田槽５の半田５２に浸漬して半田付けを行い、浸漬後はそのまま上昇させるか、又は各アクチュエータ４Ａ、４Ｂ、４Ｃの作動距離を調整して傾斜離脱を行う。
Next, all the
半田付け終了後には、下流側の搬送機構との受け渡し位置までワークテーブル２を上昇させ、アライメント板２１の固定部２３を開放し、移送部２２の搬送ローラ２２ｂを回転させてパレット７と共に基板６を下流側の搬送機構に受け渡す。
［他の実施形態の可能性］
After the soldering is completed, the work table 2 is raised to the delivery position with the downstream transport mechanism, the fixing
[Possibility of other embodiments]
本浸漬機構１は、アライメント板２１を３個のアクチュエータ４Ａ、４Ｂ、４Ｃをもってピン支持する構成により、水平調整手段４と昇降手段を兼ねた構成となっている。しかし、かかる構成に限定するものでなく、水平調整手段４と昇降手段とを分離して、それぞれを個別に構成しても良い。
The
より具体的な構成としては、水平調整手段は上記実施例と同様の構成で構築するが、ピストン４３の進退距離（ストローク）が短いアクチュエータに変更してフレーム４１に取付けて構成する。
As a more specific configuration, the horizontal adjustment means is constructed in the same configuration as in the above embodiment, but is configured by changing to an actuator with a short advance / retreat distance (stroke) of the
昇降手段は、フレーム４１を介してワークテーブル２の全体を単純に鉛直方向にのみ上下動させる構成とする。この構成としては、例えば、モータを駆動源とするボールネジとガイドレールの組み合わせ、エアを駆動源とするエアシリンダとガイドレールの組み合わせ等をもって、フレーム４１を半田槽５に対して平行に昇降させるものが挙げられる。各駆動源は位置制御が若干粗くても移動距離が長いものを採用することが好適である。
The lifting / lowering means is configured to simply move the entire work table 2 up and down only in the vertical direction via the
また、上述した実施例では、距離センサ３に電極型の接触センサを採用しているが、コストや精度的な問題が解決できれば、レーザを半田液面に照射して距離を計測するレーザセンサやレーザ以外の光源を利用する光センサに変更しても良い。この形態の距離センサを採用した場合、非接触式であるため基準面３１と半田液面５３との鉛直方向の距離計測時におけるワークテーブル２の上下動を省略できる。また、非接触式であるために検知能力の低下がないため、スキージ手段８を省略することも可能である。
In the embodiment described above, an electrode-type contact sensor is adopted as the
１ 本浸漬機構
２ ワークテーブル
２１ アライメント板
２２ 移送部
２２ａ 搬送ローラ
２２ｂ 溝
２３ 固定部
２３ａ 本体
２３ｂ ローラ
２３ｃ シリンダ
３ 距離センサ
３１ 基準面
３２ 先端部
４ 水平調整手段
４Ａ 第１のアクチュエータ
４Ｂ 第２のアクチュエータ
４Ｃ 第３のアクチュエータ
４１ フレーム
４２ 球面軸受
４３ ピストン
４４ 傾斜軸（第２のアクチュエータ）
４５ 傾斜軸（第３のアクチュエータ）
４６ 傾斜軸（第３のアクチュエータ）
５ 半田槽
５１ 開口部
５２ 半田
５３ 半田液面
６ 基板
６１ 電子部品
７ パレット
７１ 開口窓
７２ フランジ
８ スキージ手段
８１ スキージ板
８２ クリーニング板
DESCRIPTION OF
45 Tilt axis (third actuator)
46 Tilt axis (third actuator)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5
Claims (8)
該ワークテーブルに連係して前記プリント基板の下面と同一または平行な基準面を特定し、
該特定した基準面上の同一直線上に無い３点位置からそれぞれの半田液面までの鉛直距離を測定し、これらの測定値に基づいて前記基準面を半田液面と平行に調節することにより、
前記ワークテーブルに保持したプリント基板を水平に設定したことを特徴とする半田付け対象のプリント基板の水平出し方法。 A work table that holds the printed circuit board with the soldering surface as the bottom surface, and is immersed in the solder liquid surface by moving up and down in parallel to the solder bath,
In conjunction with the work table, a reference surface that is the same as or parallel to the lower surface of the printed circuit board is specified,
By measuring the vertical distance from each of the three positions not on the same straight line on the identified reference surface to each solder liquid surface, and adjusting the reference surface parallel to the solder liquid surface based on these measured values ,
A method for leveling a printed circuit board to be soldered, wherein the printed circuit board held on the work table is set horizontally.
前記３点位置に配設した接触センサによる半田液面までの移動距離であることを特徴とした請求項１記載の半田付け対象のプリント基板の水平出し方法。 The vertical distance to the solder liquid level is
2. The method for leveling a printed circuit board to be soldered according to claim 1, wherein the distance is a moving distance to a solder liquid surface by a contact sensor disposed at the three positions.
前記３点位置に配設した非接触の距離センサによる測定値であることを特徴とした請求項１記載の半田付け対象のプリント基板の水平出し方法。 The vertical distance to the solder liquid level is
2. The method of leveling a printed circuit board to be soldered according to claim 1, wherein the measured values are measured by a non-contact distance sensor disposed at the three positions.
フィードバック制御であることを特徴とした請求項１、２、又は３記載の半田付け対象のプリント基板の水平出し方法。 The parallel adjustment of the reference surface and the solder liquid surface,
4. The method for leveling a printed circuit board to be soldered according to claim 1, wherein the feedback control is performed.
半田槽の上位にフレームによって支持されて半田液面に向って平行に昇降すると共に、半田付け面を下面にしてプリント基板を保持するワークテーブルと、
該ワークテーブルに保持する前記プリント基板の下面と同一または平行に特定した基準面上の同一直線上に無い３点位置にワークテーブルと連係して設けた測定手段と、
前記フレームを支持基台として前記ワークテーブルを勾配変更が可能にして支持する水平調整手段と、
前記フレームを支持基台として前記ワークテーブルを昇降移動させる昇降手段と、
から成ることを特徴とする半田付け装置の半田液浸漬機構。 A solder solution immersion mechanism of a soldering apparatus using the leveling method of the printed circuit board to be soldered according to any one of claims 1 to 4,
As well as parallel to the elevating toward the solder liquid surface is supported by the frame at the top of the solder bath, a work table for holding the printed circuit board soldering side down surface,
Measuring means provided in linkage with the work table at three positions not on the same straight line on a reference plane specified in parallel or the same as the lower surface of the printed circuit board held on the work table;
Level adjustment means for supporting the work table with a changeable gradient with the frame as a support base; and
Elevating means for elevating and moving the work table using the frame as a support base;
A solder solution immersion mechanism for a soldering apparatus, comprising:
鉛直方向に進退する直動アクチュエータであることを特徴とした請求項５記載の半田付け装置の半田液浸漬装置。 Either or both of the leveling means and the lifting means are
6. The solder liquid immersion apparatus for a soldering apparatus according to claim 5, wherein the solder liquid immersion apparatus is a linear motion actuator that advances and retreats in a vertical direction.
該アクチュエータのワークテーブルへの取付部が、ピン支持としたことを特徴とする請求項５、又は６記載の半田付け装置の半田液浸漬機構。 In the case where a linear motion actuator is used for the horizontal adjustment means,
The solder liquid immersion mechanism of a soldering apparatus according to claim 5 or 6, wherein a mounting portion of the actuator to the work table is a pin support.
一つの機構で実現したことを特徴とする請求項５、６、又は７記載の半田付け装置の半田液浸漬機構。 The leveling means and the elevating means,
The solder solution immersion mechanism for a soldering apparatus according to claim 5, wherein the mechanism is realized by a single mechanism.
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