JPH04506768A - ソルダ・フラックス塗布装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ソルダ・フラックス塗布装置 技術分野 本発明は、液体、特にソルダリングΦフラックスを実質的に均一に基板へコーテ ィングする方法及び装置に関する。

発明の背景 電子産業において、ソルダリング技術は、電子部品のリード線と対応するプリン ト回路板の金属領域パターンとをボンディングする技術として依然として使用さ れている。ソルダリング工程では、ある量のソルダフラックスが部品リード線に 、又はより多くの場合回路板上の金属領域に塗布される。このフラックスは、一 般に活性剤、ソリッドビークル（ｓｏｌｉｄ　ｖｅｈｉｃｌｅ）及び溶剤からな り、ウェッティング及びクリーニングの両方の作用を有し、リード線と回路板上 の金属領域との半田付けの質を向上させる。従来のソルダフラックス塗布方法で は、ブラッシング、フォーミング、スブレイング、あるいは回路板をフラックス ウェーブに通す方法などが採用されていた。

従来より、ロジンフラックス、即ちロジン（松やに）を用いたフラックスが好ん で使用されてきた。ロジンは、水溶性フラックスに比べて化学的に穏やかな活性 を有するからである。しかしながら、ロジンフラックスには、回路板のテストを 阻害する残しくｒｅｓｉｄｕｅ）が残るという問題があった。通常、このような 残しを除去する唯一の方法は回路板をクリーニングすることであるが、そのため に環境を害するフロン（ＣＦＣ’　ｓ　：ｃｈ　１ｏｒｏｆ　１ｕｏｒｏｃａｒ ｂｏｎｓ）を用いたり、あるいは下水システムに放出する前に何度も処理する必 要がある強力な洗剤を用いるしがながった。

このような従来のロジンフラックスの持つ問題点を解決しようと、「低ソリッド （ｌｏｗ−ｓｏｌｉｄｓ）　Ｊフラックス、即ちソリッドビークルの含有量が非 常に少ない液体フラックスを導入した製造業者もある。このような低ソリッドフ ラックスは、クリーニングしなくとも回路板のテストに支障がないほどに残しの 量を十分減少させることが分かっている。しかしながら、低ソリッドフラックス は、フラックスを厳しく制御された状態で塗布しなければ、回路板の表面絶縁抵 抗が変動し許容できないほどに低下する場合がある、という問題を有する。

本願出願人の米国特許第４８２１９４８号及び第４８７１１０５号には、回路板 上ヘスプレイされる低ソリッドフラックスの量を制御して上記問題点を回避した 装置が開示されている。この装置は、超音波ノズルを用いて液体低ソリッドフラ ックスを霧状の小滴にし、それを薄板状のガス流に注入してホーンを通して回路 板へ吹き付け、回路板上にフラックスを堆積させる。この装置は低ソリッドフラ ックスのスプレィ量を制御する点で有効であるが、装置内に採用された超音波ノ ズルはかなり高価なものである。さらに、ホーンがしばしば詰まるために、手作 業によるクリーニングが必要となる。

したがって、低コストでより信頼性の高い低ソリッドフラックス塗布装置が望ま れている。

本発明による装置は、要するに、基板が所定の移動路に沿って搬送される間に、 その基板上に実質的に均一な液体（例えば、液体低ソリッドフラックス）を塗布 する装置である。本装置は、液体低ソリッドフラックスを収容するタンクを有し 、そのフラックスがタンクからスプレィガンへ送り出される。スプレィガンは基 板に向けられており、基板上に所定パターンのフラックスをスプレィする。スプ レィガンは、移動機構によって基板の搬送路にほぼ直交する方向に往復運動する 。

その各運動において基板上にスプレィされるフラックスパターンは、前の運動中 に堆積されたパターンと少なくとも部分的にオーバーラツプする。このようにし て、フラックスは基板上に実質的に均一に堆積される。本発明による装置にスプ レィガンのチップの自動クリーニング機構を設けることで、スプレィガンの目詰 まりを防止し、信頼性ある長期使用を確実にする。

また、本発明による方法は、基板が所定の移動路に沿うて搬送される間に、その 基板上に実質的に均一な液体（例えば、液体低ソリッドフラックス）を塗布する 方法である。本発明の方法によれば、液体低ソリッドフラックスを基板へ向けら れたスプレィガンへ送り出し、基板上に所定パターンのフラックスをズブ１／イ する。それと同時に、スプレィガンは基板の搬送路にほぼ直交する方向に往復運 動する。その各運動において基板上にスプレィされるフラックスパターンは、前 の運動中に堆積されたパターンと少なくとも部分的にオーバーラツプする。この ようにして、フラックスは基板上に実質的に均一に堆積される。スプレィガンの チップの自動クリーニング機構を設けることで、スプレィガンの目詰まりを防止 し、信頼性ある長期使用を確実にすることが望ましい。

図面の簡単な説明 第１図は、低ソリッドフラックスを基板に塗布する本発明による装置の斜視図で ある。

第２図は、第１図のフラックス塗布装置の概略的ブロック図である。

第３図は、第１図のフラックス塗布装置の一部分の正面図であり、クリーニング 系の詳細を示す。

第４図は、第１１ｍのフラックス塗布装置の部分的正面図であり、本装置の部分 を構成するスプレィガンの位置を検出する一対のセンサを示す。

第５図は、第１図のフラックス塗布装置内のキャリッジの一部分のＪｑ面図であ る。

第６図は、第１図の基板の底面図であり、フラックス塗布方法を示す。

詳細な説明 第１図は、本発明による液体塗布装置の一例の斜視図である。塗布装置１ｏは１ 、プリント回路板上２がコンベアエ４によりバス１５に沿って搬送される間に、 低ソリッドフラックスのような液体を回路板１２上に実質的に均一に塗布する装 置である。なお、回路板１２はコンベア１４を通過して、典型的には、ウェーブ 奢ソルダリング装置へ導かれる（図示せず）。コンベア１４は装置１０の一部で はないが、２本の空間的に離れたレール１６から構成されている。各レールはＬ 字型のフィンガＩ８のエンドレスチェーンを有し、各フィンガの下部は回路板１ ２のエツジの各々と噛み合う。レール１６の一方は他方に対して移動でき、幅の 異なる回路板１２を受け入れることができる。

フラックス塗布袋ｒ１１１０は、コンベア１４の若干下に設置された上部開放（ オーブン０トツプ）のエンクロージャ２０を育する。エンクロージャ２０とコン ベア１４の上にピラミッド型のフード２２が設けられ、フード２２の頂上に設け られた排出孔２４が排出ベント（図示せず）に接続されている。エンクロージャ ２０内に設けられたフレーム２６は垂直壁２８を有し、その垂直壁２８は回路板 １２の移動軸Ｉ５と直交する軸３０に沿って延びている。水平レール３１は、そ の両端を一対のビローブロック３２によって壁２８にマウントされ、軸３０と平 行な壁２８Ｊこ沿って、かつ空間的に離れて延びている。

第３図は、第１図の装ｆ！！１０の部分的正面図である。レール３１はキャリッ ジ３４を支持し、キャリッジ３４はレール上を転がる３個の回転可能にマウント された車輪３６（ただし、２個だけが図示されている）を有し、レール３１に沿 って移動することができる。キャリッジ３４はスプレィガン３８を搬送し、その スプレィチップ３９が回路板（第１図）の下面へ向くように垂直にマウントされ ている。後述するように（第２図）、このスプレィガン３８によって液体（例え ば低ソリッドフラックス）が回路板１２の下面へスプレィされる。

第３図において、一対のスプロケット４２の各々は、垂直壁２８とレール３１と の間でレール両端から若干内側に入った位置において、垂直壁２８に回転可能に ジャーナル接続されている。スプロケット４２にはエンドレスチェーン４４が掛 けられている。第Ｓ図に示すように、チェーン４４はチェーンリンクの１つから 外側に延びたビン４５を育している。ビン４５はキャリッジ３４の裏側の垂直チ ャネル４６に取り付けられている（第５図の左側）。ビン４ｓが取り付けられて いるチェーン４４の特定リンクは第３図の各スプロケット４２の半径に従うがラ 、ソノビンはチェーンの回転方向に従ってチャネル内で上方又は下方に運動する 。このようにして、キャリッジ３４、従９てスプレィガン３８は、チェーン４４ が一方向に回転すると、レール３１に沿って連続的に往復運動を行う。第１図に 示されるように、右側のスプロケット４２が電動モータ４７によって駆動され、 キャリッジ３４及びスプレィガン３８を上述したように往復運動させる。好まし い実施例においては、モータ４７は、オハイオ州クリーブランドにあるリライア ンス・エレクトリック社製のモデルＰ５６Ｈ５０４０ＡＣモータである。

キャリッジ３４、従ってスプレィガン３８の相対的位置を知ることは有用である 。このために、一対のセンサ４８が第４図に示すようにコンベアレール１６の各 々に垂下設置され、スプレィガン３８がその下を通過するときに作動する。スプ レィガン３８が各コンベアレール１６を横切る時の情報を用いて、レール自身が 全てスプレィされないようにスプレィガンの動作を制御する。　−第２図は、装 置１０を更に詳細に示したブロック図である。好ましい実施例において、スプレ ィガン３８はペンシルベニア州フィラデルフィアのビンクス・スプレィ・システ ムズ社製のモデル６１スプレイガンである。チップ３９はビンクス社製の６６Ａ エアノズル及びモデル９−０９６流体チップからなる。このタイプのスプレィガ ン３８は流体流入孔５０を有し、そこへ液体（例えば低ソリッドフラックス）が タンク５４からライン５２を通して供給される。タンク５４は低ソリッドフラッ クス容器を有し、フラックスは不活性ガス（例えば、圧搾空気）をライン５６を 通してタンク５４へ送り込むことでタンク５４からライン５２へ押し出される。

ライン５６には供給部（図示せず）からフィルタ６０を通して圧搾空気が送り込 まれる。ライン５６には圧力計及びレギュレータ６２が設けられ、タンク５４へ 流入する空気の圧力を制御し、それによってタンク５４からライン５２へ送り込 まれるフラックスの流量を制御する。ライン５２のフラックス流量は流量計６４ によって計測される。

流入ボート５０を通してスプレィガン３８に流入したフラックスはチップ３９か ら放出される。チップ３９から放出されたフラックスは、流入孔６６を通してス プレィガンに流入する空気流に触れることで霧状となる。流入孔６６はライン６ ８によって空気フィルタ６０の出力に接続されている。ライン６８には圧力計及 びレギユレータ７０が設けられ、流入孔６６に流入する空気の圧力が制御される 。

本実施例で使用される特定モデルのスプレィガン３８は内部エア駆動ノ（ルブ（ 図示せず）を有し、それによって液体（例えば低ソリッドフラックス）及びスプ レィガン自体を通る霧状エアの流れが制御される。この内部ノくルプはライン７ ４からスプレィガン３８のボート７２へ入るエアの圧力によって動作する。ライ ン７４には、ライン５６及び６８と同様に、供給源からフィルタ６０を通して圧 搾空気が供給される。圧力計及びレギュレータ７５はライン７４を通るエアの圧 力を調整する。

ライン７４にはソレノイド駆動バルブ７６が設けられ、それによってフラックス が回路板１２上ヘスプレイされるべきでない期間はエアをボート７２へ流入させ ることを禁止する。バルブ７６はプロセッサ７８によって動作する。プロセッサ ７８としては、好ましか実施例では、ウィスコンシン州ミルウオーキイにあるア レン・ブラッドレイ社製のモデル５ＬＣ−１５０プログラマブル・ロジック・コ ントローラが使用される。また、プロセッサ７８はモータ・コントローラ８０を 通してモータ４７を制御する。モータ・コントローラ８０はモータの励磁周波数 を調整し、モータの速度、従ってスプレィガン３８の移動速度を制御する。好ま しい実施例において、モーターコントローラ８０はリライアンス・エレクトリッ ク社製のモデルＩＡＣ２１０１モーターコントローラを使用する。

プロセッサ７８によるバルブ７６の制御は、センサ４８からの信号に従って、ス プレィガン３８が回路板１２の直下にある間だけ作動するように行われる。即ち 、プロセッサ７８は、センサ４８からの信号によってスプレィガン３８が回路板 の端を超えた時点を知る。スプレィガン３８はレール３１の実質的に全幅を常に 往復運動するから、通常スプレィガン３８はコンベアレール１６をスプレィして しまう。これを最小限にするために、プロセッサ７８は、センサ４８の検知に従 って、スプレィガン３８が回路板１２の直下にいる間だけフラックスをスプレィ するようにバルブ７６を制御する。

装置１０のところで説明したように、スプレィガン３８の作動時間が短くとも、 チップ３９が低ソリッドフラックスで目詰まりし、異常スプレィの生ずること力 （分かっている。この問題を解決するために、本発明では第２図及び第３図に示 すようにクリーニングシステム８２を設けている。即ち、スプレィガンカ（レー ル３１に沿って往復運動しているときに、そのチップ３９を自動的にクリーニン グするシステムである。第３図に明示されているように、クリーニングシステム ８２はブラシ８４を有する。ブラシ８４は垂直壁２８の一方の端の近くから立ち 上がったブラケット８６によって保護されている。したがって、スプレィガン３ ８が最左端に来たときに、ブラシ８４の毛がチップ３９を拭う。

ブラシ８４は溶剤（典型的にはアルコール）でウェット状態にされて〜する。溶 剤は溶剤圧力カップ９０からライン８８を通してブラシへ供給される。カップ９ ０の溶剤は、不活性ガス（例えば、圧搾空気）がライン９２を通してカップ９０ へ送り込まれると、カップ９０からライン８８へ押し出される。第２図に示すよ うに、ライン９２はフィルタ６０を通して圧搾空気供給源（図示せず）（こ結合 されている。圧力計及びレギュレータ９４がライン９２に設置され空気圧を制御 する。

ソレノイド駆動パルプ９６はライン８８内に設けられ、ブラシ８４への溶剤の流 れを制する。バルブ９６は、第２図のバルブ７６のように、プロセッサ７８（こ よって制御される。典型的には、プロセッサ７８が〕くシブ９６ヘノＮｌ＋　７ レスを送り、ブラシ８４を溶剤で周期的に湿らせる。バルブ９８へ送られるノ匂 レスの周波数ζよ、溶剤が無駄に滴下せず、かつ（溶剤の揮発速度を考慮しつつ ）ブラシ８４がウェット状態を維持できるように、選択される。

第１図において、回路板１２の低ソリッドフラックスでのスプレィは、次のよう に実行される。典型的には、１以上の回路板１２がコンベア１４にロードされ、 コンベア１４が始動される。回路板１２がスプレィガン３８の近くまで搬送され て（ると、近接センサ（図示せず）によって検知され、モータ４７が始動する。

これによってスプレィガン３８がレール３１に沿って往復運動を行う。そして、 スプレィガン３８が回路板１２の直下にある期間だけフラックスをスプレィする ように、第２図のバルブ７６は作動される。

第６図において、スプレィガン３８が回路板１２の下を軸３０に沿って横切る間 に、回路板１２自身は軸１５に沿って移動する。こうしてスプレィガン３８力（ 回路板１２に対してほぼ直角に横切るために、スプレィガン３８によってスプレ ィされるフラックスのパターンは、スプレィガンが左から右へ移動するときに斜 めストライブ状となり、線９８として表される。同様に、スプレィガン３８が右 から左へ移動すると、スプレィパターンは同じく斜めストライブ状になり、線１ ００として表される。斜めストライブ９８及び１００は互いに反対の傾きを有す るから、スプレィパターンは第６図に示すように回路板１２を横切るジグザグ状 となる。実際に、スプレィガン３８のチップ３９は６インチ（約１５ｃｍ）幅の フラックスをスプレィする。したがって、第６図のストライプ９８及び１００の 各々は線で示されているが、実際は約６インチ幅を有している。また、スプレィ ガン３８が右から左へ移動するごとに、そのチップ３９が溶剤で濡れたブラシ８ ４によって自動的にクリーニングされる。

モータ４７の速度は（スプレィ３８の通過回数、又はパス回数７分を決定するが ）、コンベア１４の速度とともに、各通過期間にスプレィガン３８によるスプレ ィパターンが前回通過期間中のスプレィパターンとオーバーラツプする度合いを 決定する。回路板１２上に実質的に均一なフラックスを堆積するために、各通過 期間中のスプレィパターンは前回の通過期間中のパターンとオーバーラツプする 必要がある。

スプレィガン３８が毎分通過する回数と、コンベア１４の速度と、チップ３９の スプレィパターンの幅と、スプレィパターンのオーバーラツプの割合との間には 、次式の関係がある。

５＝１２Ｖ／Ｗ　（１−Ｐ／１００） ここで： Ｓは回路板１２を横切るスプレィガン３８の毎分通過回数（回数７分）、■はコ ンベア１４の速度（フィート７分）、Ｗはチップ３９のスプレィパターン幅（イ ンチ）、例えば、コンベア１４の速度３．１２５（フィート７分）でスプレィパ ターンのオーバーラツプ７５％（Ｐ＝７５）を得るためには、スプレィ幅６イン チで、スプレィガン３８を毎分２５回通過させる必要がある。

上記実施例の装置１０によって、回路板１２上に低ソリッドフラックスを均一に コーティングすることができる。なお、スプレィガン３８の往復運動の方向を軸 １５に沿って行わせ、それに直交する軸３０に沿って回路板１２を搬送しても良 い。その際、゛スプレィガン３８が軸１５に沿って往復運動するとき、チップ３ ９をクリーニングシステム８２によって自動的にクリーニングすることで信頼性 を向上させることができる。

第２図 第４　図 第５図 要約書 基板を第１の通路（１５）に沿って移動させている間に、前記基板上に低ソリッ ドフラックスのような液体をスプレィする装置（１０）は前記基板に向けられた スプレィガン（３８）を有する。スプレィガン（３８）は、キャリッジ（３４） によつて搬送され、移動機構（４２，４４，４６）によって前記第１の通路（１ ５）とほぼ直交する第２の通路（３０）に沿って往復運動する。スプレィガン（ ３８）は、各通過期間中のスプレィパターンが前回の通過期間中のパターンとわ ずかにオーバーラツプするように往復運動し、それによって基板上に実質的に均 一な液体コーティングが行われる。スプレィガン（３８）がその移動の一方の端 に到達するごとに、そのチップ（３９）は溶剤によってウェットされたブラシ（ ８４）によって自動的クリーニングされ、目詰まりを防止することが望ましい。

Ｓ＾　４７６２９

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板をある所定の通路に沿って直線的に移動させて、該基板上に液体を実 質的に均一に堆積させる装置において、液体を収容する第１閉タンクと； 前記基板へ向けられたスプレイガンと；前記スプレイガンが前記液体を前記基板 上へある所定パターンでスプレイするように前記タンクから前記スプレイガンへ 液体を送り出す手段と；各通過期間で生成されるスプレイパターンを反対方向の 前回の通過期間で生成されるスプレイパターンと少なくとも部分的にオーバーラ ップさせるように、前記基板の通路とほぼ直交する通路に沿って前記スプレイガ ンを往復運動させる手段と； 前記往復運動中少なくとも１回は前記スプレイガンのチップをクリーニングする 手段と； を有することを特徴とする装置。
2. （２）請求項１記載の装置において、 前記クリーニング手段は、 前記スプレイガンが往復運動している間に該スプレイガンと接触するようにマウ ントされたブラシと； 溶剤を収容する第２閉タンクと； 前記第２タンク及びブラシと結合し、前記ブラシを前記第２タンクからの溶剤で 周期的にウェットさせる手段と； を有することを特徴とする装置。
3. （３）請求項２記載の装置において、 前記ブラシは、前記スプレイガンがその移動の一方の端に到達したときに前記ス プレイガンのチップと接触するようにマウントされていることを特徴とする装置 。
4. （４）請求項２記載の装置において、 前記ブラシウェット手段は、 不活性ガスを前記第２タンクヘ送り出す手段と；前記第２タンクとブラシパルプ 手段との間に結合された導管と；前記導管に設置され、不活性ガスが前記第２タ ンクヘ送り込まれる間、前記導管を通る溶剤の流れを制御するパルプ手段と；前 記ブラシを溶剤でウェットするために前記バルブ手段を周期的に開く手段とを有 することを特徴とする装置。
5. （５）基板をある所定の通路に沿って直線的に移動させて、該基板上に液体を実 質的に均一に堆積させる方法において、ある所定のスプレイパターンを有するス プレイガンを前記基板の方へ向け；前記基板上ヘスプレイするために前記スプレ イガンへ液体を送り出し；同時に、各通過期間で生成されるスプレイパターンを 反対方向の前回の通過期間で生成されるスプレイパターンと少なくとも部分的に オーバーラップさせるように、前記基板の通路とほぼ直交する通路に沿って前記 スプレイガンを往復運動させて、前記基板上に実質的に均一な液体コーティング を行い；その往復連動中少なくとも１回は前記スプレイガンのチップをクリーニ ングしてスプレイガンの目詰まりの可能性を排除する；ステップからなることを 特徴とする方法。
6. （６）請求項５記載の方法において、 前記スプレイガンのチップをクリーニングするステップは、前記スプレイガンの チップをブラシに接触させ；前記ブラシを溶剤で周期的にウェットする；ステッ プからなることを特徴とする方法。