JP6378615B2 - はんだ付け修正装置およびはんだ付け修正方法 - Google Patents

Description

この発明は、部品が実装されたワークのはんだ付け不良箇所に対し適用されるはんだ付け修正装置およびはんだ付け修正方法に関する。

基板のスルーホールに部品のリードを挿入してはんだ付けする電子部品は、挿入部品と呼ばれる。挿入部品のはんだ付けは、一般的には、フローはんだ付け装置が使用される。はんだ付け工程では、種々の原因によってはんだ付け不良が発生する。このため、実装工程後の検査が不可欠であった。検査方法の一つとして、ビデオカメラ、レーザ、Ｘ線等を使用してはんだ付けの良否を判定する非接触光学的検査（以下、外観検査と適宜称する）が知られている。

検査ではんだ付け不良が発見された場合、不良の内容によってリペア（修正）または廃棄の何れかがなされる。検査工程こそ自動化が進んでいるが、ブリッジ、不濡れ等の修正に関しては大半が作業員によるものとなり、コストアップの要因となっている。さらに、作業員ごとの修正作業のスキルの相違により、最終製品の品質にも影響が及んでしまう。特に、挿入部品の修正工程は、作業員によるリペアが大半で、顕微鏡で目視検査後、不良箇所に対し一点一点鏝はんだ付けを行っているのが現状である。特許文献１または特許文献２に記載されているように、人手によらないで、ロボットはんだ付け装置による修正が提案されている。

特開平５−１５２７３６号公報 特開平５−２３５５３５号公報

しかしながら、作業こそ自動化可能だが、鏝先を一点一点、不良部品のリードに接触させ再度はんだ付けを行うもので修正時間が相当かかるものであった。さらに、はんだ付け修正装置は、はんだ付け工程（装置）とは、異なるものであり、はんだ付け修正装置自体の開発が必要であるのみならず、別の工程での作業となるため工程内での一元管理ができなく、更に工場内のフロア面積も拡大してしまう。

したがって、この発明の目的は、かかる問題点が解消されたはんだ付け修正装置およびはんだ付け修正方法を提供することにある。

この発明は、溶融はんだによって挿入部品がはんだ付けされたワークに関してはんだ付け不良を検査し、はんだ付け不良箇所の情報を記憶する外観検査装置と、
ワークおよび溶融はんだを噴流する噴流ノズルの一方が相対的に移動しながら、はんだ付け不良箇所に対して選択的に溶融はんだを噴流させるトレースはんだ付け装置と
を備え、
トレースはんだ付け装置において溶融はんだを噴流させる場合に、ワークおよび噴流ノズルの相対的移動方向とブリッジの発生方向が平行とされたはんだ付け修正装置である。

少なくとも一つの実施形態によれば、はんだ付け工程で一般的に使用されているトレースはんだ付け装置によって修正を行うことができる。したがって、はんだ付け修正装置を別に開発、設計することが不要とできる。さらに、外観検査装置で発見した不良位置に対して順次修正を行うので、修正時間の短縮化が図れる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、この発明中に記載されたいずれの効果であってもよい。また、以下の説明における例示された効果によりこの発明の内容が限定して解釈されるものではない。

この発明の一実施の形態の概略を示す略線図である。 この発明の一実施の形態における修正装置の部分の構成例を示す略線図である。 この発明の一実施の形態におけるトレースはんだ付け装置の説明に用いる略線図である。 はんだ付け不良の説明に使用する断面図および平面図である。 はんだ付け不良の説明に使用する断面図および平面図である。 ワーク（基板）の一例の平面図および断面図である。 図６の一部拡大断面図および拡大平面図である。 この発明の一実施の形態の工程の一例の流れの説明に用いるフローチャートである。 この発明の一実施の形態の工程の他の例の流れの説明に用いるフローチャートである。

以下、この発明を実施の形態について説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。
＜１．一実施の形態＞
＜２．変形例＞
なお、以下に説明する一実施の形態は、この発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、この発明の範囲は、以下の説明において、特にこの発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。

＜１．一実施の形態＞
「一実施の形態の全体構成およびトレースはんだ付け装置」
図１は、この発明の一実施の形態のシステム全体の構成を示す。ワークＷは、フラックス塗布装置（以下、フラクサと適宜称する）１に搬入される。図示しない部品挿入工程において、例えばチップ部品等が面実装されている基板上のスルーホールに対して挿入部品のリードが挿入される。この挿入部品が取り付けられた基板がワークＷである。フラクサ１は、例えば必要な箇所にのみフラックスを塗布するスプレーフラクサである。

フラクサ１に対してプリヒータ２およびはんだ付け装置３がインラインに配列されている。ワークＷは、コンベア上に載置されて各装置に搬送される。プリヒータ２は、ワークＷを予熱するもので、例えば１００℃程度まで、ワークＷが加熱される。

はんだ付け装置３は、フローはんだ付けを行う装置である。はんだ付け装置３においてなされるフローはんだ付けの方法の一例は、噴流させたはんだ上をワークＷを通過させてはんだ付けを行うフロー方式である。フロー方式の場合で、ワークＷの全面にはんだを噴流させないで、必要な領域に対してのみはんだを噴流させる選択的はんだ付けが可能な方法を使用しても良い。さらに、フロー方式に限らず、はんだを溶融させたはんだ槽にワーク裏面を浸漬させてはんだ付けを行うディップ方式を使用しても良い。

さらに、はんだ付け装置３として、好適な装置は、トレースはんだ付け装置である。トレースはんだ付け装置は、挿入部品の箇所のみを予め設定した順序（経路）でもってはんだ付けすることが可能な構成で、挿入部品リード全体の長さや本数にフレキシブルに対応可能な溶融はんだを噴流する噴流ノズルを有する

図３は、トレースはんだ付け装置を概略的に説明するための図である。図３Ａに示すように、Ｘ−Ｙテーブル２１上に噴流ノズル２２およびはんだ槽２３が設置されたものである。Ｘ−Ｙテーブル２１は、図示しないサーボモータによってＸ方向およびＹ方向に変位可能とされている。さらに、噴流ノズル２２は、Ｚ（上下）方向にも変位可能とされている。Ｘ−Ｙテーブル２１と対向して噴流ノズル２２の上方にワークＷが位置すると、噴流ノズル２２が上方に変位し、噴流ノズル２２から噴流する溶融はんだによって、ワークＷの裏面から突出しているリードが基板の所定箇所にはんだ付けされる。

予め設定されている順序にしたがって、複数の挿入部品の位置で、当該挿入部品に応じた動作でリードがはんだ付けされる。図３の例では、噴流ノズル２２がＸ−Ｙ方向に変位される構成であるが、噴流ノズル２２を固定し、ワークＷをＸ−ＹおよびＺ方向に変位させるようにしても良い。

噴流ノズル２２は、図３Ｂに示すように、ノズル２２ａおよびノズル２２ａを同心円状に取り囲む円筒２２ｂとを有する。はんだ槽２３から供給された溶融はんだがノズル２２ａの先端の開口から上部に噴流し、ワークＷの裏面のはんだ付けの箇所に接触し、はんだ付けがなされる。ノズル２２ａからこぼれた溶融はんだが円筒２２ｂの開口から下部のはんだ槽２３に戻る。はんだ槽２３には、はんだの流れを形成するための回転羽根、動力源（モータ）等が設けられており、溶融はんだを循環させる。

図３Ｃに示すように、基板２４に対して挿入部品２５のリード２６が挿入されている。リード２６の片側の配列方向と平行な方向に噴流ノズル２２が移動し、ノズル２２ａから噴流したはんだ２７によって、リード２６のはんだ付けの修正がなされる。片側のリードのはんだ付け修正が終了すると、他方の側のリードに対して同様にはんだ付け修正がなされる。後述するように、このように、噴流ノズル２２の移動方向をブリッジの発生方向と平行とすることによってブリッジを良好に修正することができる。

図１に戻って説明すると、はんだ付け装置３によって実装済のワークＷが第１の外観検査装置４に搬送され、はんだ付けの不良の検査が非接触でなされる。外観検査装置４としては、ビデオカメラによってワークＷの実装面を撮像し、人間が画像を見て不良を判定するものや、画像をデジタル信号処理で処理する自動判定方式を使用することができる。なお、図１においては、はんだ付け装置３と外観検査装置４とが分離して上下に示されているが、これは、この発明の特徴部分を分かりやすく示すためである。すなわち、はんだ付け装置３とインライン上に外観検査装置４が配列され、はんだ付け装置３から外観検査装置４に対しては、連続的にワークＷが搬送される。

外観検査装置４に対して修正装置５がインラインに配置されている。前段の外観検査装置４によって発見されたはんだ付け不良の挿入部品の位置の座標（不良位置情報７と適宜称する）が修正装置５に対して供給される。修正装置５は、受け取った不良位置情報７にしたがってはんだ付け不良を修正する。

修正後のワークＷが第２の外観検査装置６に搬送され、最終的な検査がなされる。外観検査装置６は、外観検査装置４と同様のものを使用することができる。外観検査装置６から搬出されたワークが次の工程に供される。最終的な外観検査装置６によってはんだ付け不良が発見されたワークについては、後述するように、再度、修正工程に供されてリペアされる場合と、廃棄される場合とがある。リペアされる場合には、外観検査装置６によって得られた不良位置情報が使用される。なお、この発明の一実施の形態において、プリヒータ２、はんだ付け装置３、外観検査装置４、修正装置５および外観検査装置６をそれぞれ分離可能なモジュールの構成としても良い。

図２を参照して修正装置５の構成例について説明する。図２Ａは、修正装置５をトレースはんだ付け装置８によって構成する例である。トレースはんだ付け装置８に対しては、外観検査装置４によって得られた不良位置情報７が供給される。トレースはんだ付け装置８は、図３を参照して説明したように、はんだ付けが不良な挿入部品の箇所のみをはんだ付けする。トレースはんだ付け装置８のはんだ付けの動作（経路等）は、不良位置情報に基づいて決定される。

図２Ｂは、修正装置５をトレースはんだ付け装置８およびフラクサ９によって構成する例である。フラクサ９は、例えばスプレーフラクサであって、フラクサ９に対して不良位置情報が供給され、不良箇所のみに対してフラックスが塗布される。

図２Ｃは、修正装置５をトレースはんだ付け装置８、フラクサ９およびプリヒータ１０によって構成する例である。フラクサ９は、例えばスプレーフラクサであって、フラクサ９に対して不良位置情報が供給され、不良箇所のみに対してフラックスが塗布される。フラクサ９からのワークＷがプリヒータ１０によって予熱され、トレースはんだ付け装置８に供給される。なお、トレースはんだ付け装置８、フラクサ９、プリヒータ１０をそれぞれ分離可能なモジュールの構成としても良い。

図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃの何れの構成を修正装置５として使用するかは、はんだ付け不良の種類を考慮して選択することができる。但し、図２Ｃのような構成の修正装置５を設置しておき、はんだ付け不良の種類に応じてフラクサ９およびプリヒータ１０のそれぞれを選択的に動作／不動作（通過するのみ）させる制御を行うようにしても良い。

「ワークの具体例およびはんだ付け不良の例」
図４および図５は、ワークＷの具体例を示す。図４Ａに示すワークＷのＡ−Ａ線断面図を図４Ｂに示す。このワークＷの例では、線Ｌ１で囲んで示す部分が表面実装部品の実装領域であり、線Ｌ２で囲んで示す部分が挿入部品の実装領域である。例えばリフロー装置によって表面実装部品がはんだ付けされてから部品挿入工程で、挿入部品が基板２４に取り付けられる。そして、フローはんだ付けによって、挿入部品のリードのはんだ付けがなされる。

挿入部品の実装領域（線Ｌ２で囲んで示す部分）の断面を拡大して図５Ａに示す。さらに、その領域の平面図を図５Ｂに示す。挿入部品２５ａ、２５ｂ、２５ｃのそれぞれのリード２６ａ、２６ｂ、２６ｃが基板２４のスルーホールに対して挿入され、フローはんだ付けによって、リード２６ａ、２６ｂ、２６ｃが基板２４に対してはんだ付けされる。図５は、はんだ付け不良が発生してない場合の図である。

図６Ａは、はんだ付け不良の一例であるブリッジ（ショート）を示す断面図および平面図である。例えば挿入部品２５ｂの片側の３本のリード２６ｂ１、２６ｂ２、２６ｂ３が基板２４のスルーホールに対して挿入され、はんだ２７によってリード２６ｂ１、２６ｂ２、２６ｂ３が基板上にはんだ付けされる場合、リード２６ｂ１および２６ｂ２間がはんだ２７によってショートされている。上述した修正装置５によって、ショートが解消される。

図６Ｂは、はんだ付け不良の他の例である不濡れ（未はんだ）を示す断面図および平面図である。例えば挿入部品２５ｂのリード２６ｂ１に関してはんだ２７が十分に付着していない状態となっている。修正装置５によって、リード２６ｂ１に対するはんだの供給がなされ、不濡れ（未はんだ）が解消される。

図７は、はんだ付け不良のさらに他の例であるブローホール（目玉）を示す断面図（図７Ａ）、平面図（図７Ｂ）、Ｃ部分拡大断面図（図７Ｃ）である。例えば挿入部品２５ｂのリード２６ｂ３に関してはんだ２７が付着しているが、はんだ付け部分の一部に小さな球状のブローホール２８が形成されている。修正装置５によって、リード２６ｂ３のはんだ付けが再度なされ、ブローホール（目玉）２８が解消される。

「修正工程の流れ」
図８のフローチャートは、この発明の一実施の形態の修正処理（修正工程）の流れの一例を示している。各ステップにおいて、下記の処理がなされる。
ステップＳＴ１：外観検査装置４に対して実装済みワークが投入される。
ステップＳＴ２：外観検査装置４による外観検査がなされる。
ステップＳＴ３：はんだ付けの不良の有無が調べられる。
ステップＳＴ４：ステップＳＴ３において、はんだ付けの不良が無いと判定されると、次工程に処理が移る。

ステップＳＴ５：ステップＳＴ３において、はんだ付けの不良が有ると判定されると、不良箇所の座標が不良位置情報として記憶される。
ステップＳＴ６：不良位置情報を使用して修正装置５が不良箇所を修正する。
ステップＳＴ７：外観検査装置６によって最終的な不良の有無が判定される。不良が無いと判定されると、次工程に移る（ステップＳＴ４）。若し、不良かあると判定されると、当該ワークが外観検査装置４に再度投入され、上述した処理が繰り返される。

ステップＳＴ７において、不良があると判定された場合、図９に示すように、不良のあるワークをストッカーに入れて廃棄するようにしても良い。
さらに、図８の処理と図９の処理とを組み合わせて、２回以上、修正しても不良が残るワークを廃棄するようにしても良い。

「修正動作の評価」
上述したこの発明の一実施の形態のはんだ付け不良の修正について実験した結果を下記の表に示す。

表１は、例えば６箇所の挿入部品に対してブリッジ（ショート）を意図的に生じさせたワークＷを対象とし、修正装置５としてトレースはんだ付け装置８を使用して修正を行った結果を示している。表１において、ブリッジＮＧは、６箇所の中で修正できなかった箇所の数を示す。この数が少ないほど修正が良好になされることを意味している。

表１において、ノズルタイプは、噴流ノズル２２のノズル２２ａの開口の直径（１０mm、３mm、７mm）と、溶融はんだの噴流の仕方とを表している。片流れの表記は、図３Ｃに示すように、はんだ２７が開口のほぼ半分の範囲から噴流するタイプを意味している。さらに、表１には、はんだ温度を２６０℃と３００℃とに変えた場合の結果と、噴流ノズル２２の移動速度を３mm／ｓと１０mm／ｓとに変えた場合の結果とが示されている。

さらに、備考欄の＊は、下記の記載を表している。
「同一平面内で、ブリッジの発生方向に対して垂直方向にはんだを噴流させた場合のみ１００％ブリッジ発生」
このことは、ブリッジの発生方向に対して平行方向で、且つ連続したリードに対して噴流の波が対面方向の当て方であれば、ブリッジ修正可能なことを意味している。

表１の結果から、下記のことを示している。
・温度が高く、且つノズル速度が遅いと、フラックス枯れでブリッジしやすい。
・スピードが速いと、溶融までの時間が少ない、もしくは移動時の波荒れにてブリッジしやすい。

表１の結果からは、下記のことが分かる。
・標準のはんだ付け用ノズルより小径の噴流ノズルの方がブリッジ修正がより可能である。
・φ３片流れノズルの結果により、溶融はんだの噴流方向（ノズルの移動方向）と、ブリッジ発生方向が平行で、且つ連続したリードに対して噴流の波が対面方向の当て方であれば、ブリッジ修正が可能である（図３Ｃ参照）。

上述したこの発明の一実施の形態の説明から分かるように、この発明の一実施の形態によれば、はんだ付け不良箇所に対し、作業員のスキルに頼ることなく、短時間で容易に修正することが可能となる。さらに、検査工程をトレースはんだ付け工程の一次側に備え、不良箇所の位置データを転送することにより、不良箇所修正の自動化が可能となり、自動はんだ付け装置工程内で、全てのワークを良品として次工程に流せることができる。さらに、不良部分に対してのみ選択的に且つ自動的に修正が可能なので、ワークに対する熱負荷を最小限に抑えることも可能となり最終製品の更なる品質向上に寄与することができる。

＜３．変形例＞
以上、この発明の実施の形態について具体的に説明したが、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。また、上述の実施の形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。また、上述の実施の形態の構成、方法、工程、形状、材料および数値などは、この発明の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。

Ｗ・・・ワーク
１，９・・・フラクサ
２，１０・・・プリヒータ
３・・・はんだ付け装置
４，６・・・外観検査装置
５・・・修正装置
７・・・不良位置情報
８・・・トレースはんだ付け装置
２１・・・Ｘ−Ｙテーブル
２２・・・噴流ノズル
２４・・・基板
２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ・・・挿入部品

Claims (8)

1. 溶融はんだによって挿入部品がはんだ付けされたワークに関してはんだ付け不良を検査し、前記はんだ付け不良箇所の情報を記憶する外観検査装置と、
   前記ワークおよび溶融はんだを噴流する噴流ノズルの一方が相対的に移動しながら、前記はんだ付け不良箇所に対して選択的に前記溶融はんだを噴流させるトレースはんだ付け装置と
   を備え、
   前記トレースはんだ付け装置において前記溶融はんだを噴流させる場合に、前記ワークおよび前記噴流ノズルの相対的移動方向とブリッジの発生方向が平行とされたはんだ付け修正装置。
2. 前記トレースはんだ付け装置により修正されたワークに関してはんだ付け不良の有無を検査する他の外観検査装置を備える請求項１に記載のはんだ付け修正装置。
3. 前記トレースはんだ付け装置の前段にフラックス塗布装置を配置する請求項１または２に記載のはんだ付け修正装置。
4. 前記トレースはんだ付け装置の前段にフラックス塗布装置およびプリヒータを配置する請求項１または２に記載のはんだ付け修正装置。
5. 前記フラックス塗布装置が前記はんだ付け不良箇所に対してフラックスを塗布する請求項３または４に記載のはんだ付け修正装置。
6. 前記他の外観検査装置によりはんだ付け不良があることを検出したワークを前記外観検査装置に戻すようにする請求項２に記載のはんだ付け修正装置。
7. 溶融はんだによって挿入部品がはんだ付けされたワークに関してはんだ付け不良を外観検査装置によって検査し、前記はんだ付け不良箇所の情報を記憶する外観検査工程と、
   前記ワークおよび溶融はんだを噴流する噴流ノズルの一方が相対的に移動しながら、トレースはんだ付け装置によって前記はんだ付け不良箇所に対して選択的に前記溶融はんだを噴流させるトレースはんだ付け工程と
   を備え、
   前記トレースはんだ付け工程において前記溶融はんだを噴流させる場合に、前記ワークおよび前記噴流ノズルの相対的移動方向とブリッジの発生方向が平行とされるはんだ付け修正方法。
8. 前記トレースはんだ付け工程により修正されたワークに関してはんだ付け不良の有無を検査する他の外観検査工程を有する請求項７に記載のはんだ付け修正方法。

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