JP5393235B2 - 半田付け装置及び半田付け方法 - Google Patents
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Description
例えば、図7に示すように、半田付け装置10は、レーザ光13で半田付け対象部分55を加熱して、レーザ光13で加熱した半田付け対象部分55に糸半田11を接触させることで、半田付け対象部分55を半田付けする装置である。ここで、図7については、半田付け装置10の内部構造を見易くするために、X−Y面を切断面として、収束光15の光軸に沿って、半田付け装置10を切断した状態で表示している。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みて、プリント基板や電子部品などが焦げることを回避して、安定した半田状態を得ることができ、安全性が高い半田付け装置を提供することを目的とする。
以下、本発明に係わる実施の形態について説明する。
<概要>
本実施の形態における半田付け装置は、下記(1)−(4)に示す特徴を備える。
なお、本実施の形態における半田付け装置を使用した半田付け方法は、下記(5)−(8)に示す特徴を備える。
(8)半田付け方法は、(a)半田がヤニ入り半田であって、(b)第2の工程において、収束光で、ヤニ入り半田に含まれるフラックスが加熱されて揮発して、(c)第3の工程において、開口部から噴き出されるガスに混じって、揮発したフラックスが半田付け対象部分に吹き付けられる。
<構成>
まず、本実施の形態における半田付け装置の構成について説明する。
次に、半田付け装置110を使用した半田付け方法について説明する。
まず、半田付け装置110では、光ファイバ124からレーザ光113が連続射出される。光ファイバ124から連続射出されたレーザ光113が、コリメータレンズ121、ミラー122、集光レンズ123を介して、錐状空間における開口部152の近傍空間に集光する。このとき、集光レンズ123の光軸上における光の密度が、開口部152に近付くに従って、徐々に上昇する。
次に、溶融玉の形成過程について説明する。
ここでは、糸半田111の下方先端部分が糸半田111の残留応力で曲がるとする。この場合において、半田付け装置110では、レーザ光が集光する位置から糸半田111の下方先端部分が外れると、糸半田111の下方先端部分が半田融点に到達しない。しかしながら、錐体ノズル150の内側が開口部152に向かって窄んでいる。このため、図3(A)に示すように、錐体ノズル150の内壁に糸半田111の下方先端部分が接触すると、錐体ノズル150の内面で錐状空間における開口部152の近傍空間まで糸半田111の下方先端部分が案内される。糸半田111の下方先端部分が錐状空間における開口部152の近傍空間に位置すると、図3(B)に示すように、糸半田111の下方先端部分が収束光115で徐々に加熱される。糸半田111の下方先端部分に溶融部分が成長する。図3(C)に示すように、溶融部分で開口部152が塞がれた状態で、錐体ノズル150の内部にガス116が供給される。ガス116で開口部152から外部に溶融部分が押し出される。これによって、錐体ノズル150の尖端から溶融玉112が供給される。
次に、半田付け装置110の使用例について説明する。
<一例目>
まず、一例目として、半田付け装置110では、図4(A)に示すように、錐体ノズル150を傾けても、溶融玉112の付け根に働く表面張力で、錐体ノズル150の尖端先に溶融玉112が保持される。錐体ノズル150の尖端先に溶融玉112が保持された状態で、プリント基板171のランド172と電子部品173のリード174との部分(以下、半田付け対象部分175と呼称する。)に溶融玉112が接触する。これに伴い、図4(B)に示すように、半田付け対象部分175が溶融玉112で加熱される。溶融玉112と半田付け対象部分175との間に働く表面張力が増大する。錐体ノズル150の尖端先から溶融玉112が取れる。半田付け対象部分175に半田フィレット176が形成される。
次に、二例目として、半田付け装置110では、図5(A)に示すように、錐体ノズル150の尖端先に溶融玉112が形成された状態で、電子部品のリード端子184の上方に錐体ノズル150が配置される。それから、図5(B)に示すように、電子部品のリード端子184が開口部152に差し込まれるまで、錐体ノズル150が下降する。プリント基板181のランド182と電子部品のリード端子184との部分(以下、半田付け対象部分185と呼称する。)が溶融玉112で加熱される。溶融玉112と半田付け対象部分185との間に働く表面張力と溶融玉112に掛かる重力との合計が、糸半田111の下方先端部分と溶融玉112との間に働く表面張力よりも大きくなると、半田付け対象部分185に溶融玉112が流れ出して、半田付け対象部分185に半田フィレット186が形成される。
以上、本実施の形態によれば、錐状空間における開口部152の近傍空間にレーザ光113が集光して、開口部152から漏れる光が溶融玉112で遮断されて、錐体ノズル150の内部にレーザ光113が殆ど封じ込められる。錐体ノズル150の尖端先から溶融玉112が無くなると、レーザ光113の供給が即座に停止される。このことから、錐体ノズル150の外部に収束光115が漏れることを回避することができる。これによって、錐体ノズル150の外部に漏れた光でプリント基板や電子部品などを焦がすことが殆ど起こらなくなる。レーザ光を使用するにあたって、安全上、必要とされるカバーなどが不要となる。
<変形例>
(1)なお、図1に示すように、錐体ノズル150には、ガス供給口155が形成されているとしてもよい。これによって、パイプ130の代わりに、またはパイプ130以外からも、ガスを供給することができて、錐体ノズル150の内部に圧力をかけることができる。
(7)なお、バイパスパイプ131の代わりに、糸半田供給装置160から、ガス116が、パイプ130を介して、錐体ノズル150の内部に供給されるとしてもよい。
11 糸半田
12 溶融中の半田
13 レーザ光
15 収束光
16 反射光
20 鏡筒
21 光ファイバ
22 コリメータレンズ
23 集光レンズ
30 パイプ
51 プリント基板
53 電子部品
55 半田付け対象部分
110 半田付け装置
111 糸半田
112 溶融玉
113 レーザ光
114 平行光
115 収束光
116 ガス
117 赤外線
118 ビームウエスト
120 筐体
121 コリメータレンズ
122 ミラー
123 集光レンズ
124 光ファイバ
125 Oリング
126 赤外線センサー
130 パイプ
131 バイパスパイプ
140 錐体フード
141 ネジ
150 錐体ノズル
151 ネジ
152 開口部
155 ガス供給口
160 糸半田供給装置
171 プリント基板
172 ランド
173 電子部品
174 リード
175 半田付け対象部分
176 半田フィレット
181 プリント基板
182 ランド
184 リード
185 半田付け対象部分
186 半田フィレット
Claims (10)
- レーザ光で半田を溶融させて半田付け対象部分を半田付けする半田付け装置であって、
開口部が先端に形成されており、前記開口部に向かって窄む錐状空間が内部に形成されたノズルと、
前記錐状空間に前記レーザ光を集光させる集光レンズを有する光学システムと、
前記錐状空間にパイプを介して前記半田を供給する半田供給手段と、
前記錐状空間にガスを供給するガス供給手段とを備え、
前記集光レンズの光軸上に位置する前記集光レンズの貫通穴に前記パイプが挿入された状態で、
前記集光レンズによって前記レーザ光を集光させて得られた収束光で、前記錐状空間に前記パイプから供給された前記半田を前記開口部に近づくに従って徐々に加熱して、前記半田の一部を溶融させて得られた溶融部分が、前記開口部から噴き出される前記ガスで前記開口部から前記ノズルの外部に押し出される
ことを特徴とする半田付け装置。 - 前記集光レンズは、前記レーザ光を前記錐状空間の開口部近傍空間に集光する
ことを特徴とする請求項1に記載の半田付け装置。 - 前記溶融部分は、前記開口部から噴き出される前記ガスで前記開口部から前記ノズルの外部に押し出されて、前記開口部から浮いた状態で前記ノズルの先端に保持される
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半田付け装置。 - 前記ガスは、前記パイプを介して前記錐状空間に供給される
ことを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載の半田付け装置。 - 前記貫通穴に前記パイプの先端が配置されている
ことを特徴とする請求項1から請求項4の何れか1項に記載の半田付け装置。 - レーザ光で半田を溶融させて半田付け対象部分を半田付けする半田付け方法であって、
ノズルの先端に形成された開口部に向かって窄むように前記ノズルの内部に形成された錐状空間に、集光レンズを用いて前記レーザ光を集光させる第1の工程と、
前記集光レンズの光軸上に位置する前記集光レンズの貫通穴にパイプが挿入された状態で、前記パイプを介して前記錐状空間に前記半田を供給して、前記レーザ光を前記錐状空間に集光させて得られた収束光で、前記錐状空間に供給された前記半田を前記開口部に近づくに従って徐々に加熱して、前記半田の一部を溶融させる第2の工程と、
前記錐状空間にガスを供給して、前記開口部から噴き出される前記ガスで、前記半田の一部を溶融させて得られた溶融部分を、前記開口部から前記ノズルの外部に押し出して、前記半田付け対象部分に塗布して、前記半田付け対象部分を半田付けする第3の工程とを含む
ことを特徴とする半田付け方法。 - 前記集光レンズを用いて、前記レーザ光を前記錐状空間の開口部近傍空間に集光させる
ことを特徴とする請求項6に記載の半田付け方法。 - 前記溶融部分を、前記開口部から噴き出される前記ガスで前記開口部から前記ノズルの外部に押し出して、前記開口部から浮いた状態で前記ノズルの先端に保持する
ことを特徴とする請求項6または請求項7に記載の半田付け方法。 - 前記ガスを前記パイプを介して前記錐状空間に供給する
ことを特徴とする請求項6から請求項8の何れか1項に記載の半田付け方法。 - 前記貫通穴に前記パイプの先端が配置されている
ことを特徴とする請求項6から請求項9の何れか1項に記載の半田付け方法。
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