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発明の名称 高雰囲気はんだ付け方法及び装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−29659
公開日 平成6年(1994)2月4日
出願番号 特願平4−175215
出願日 平成4年(1992)7月2日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 西野 輝道 / 諸井 深水 / 大山 善四郎
要約 目的


構成
はんだ付け装置内に移動できる小形雰囲気室を設け、小形雰囲気室に雰囲気ガスを導入する導入口あるいは、真空状態にするための排気口を設け、小形雰囲気室内の蒸気,不必要なミスト等を排気し、小形雰囲気室内に酸素濃度,温度等の計測管理するセンサを設ける。
特許請求の範囲
【請求項1】プリント板作成過程において、プリント板の実装部品にはんだ付けをする方法として、はんだ付け装置内に移動できる小形雰囲気室を設け、小形雰囲気室にガス導入口及び排気口を設け小形雰囲気室内に雰囲気ガスを導入し雰囲気ガスを充填した状態ではんだ付けをするあるいは、小形雰囲気室内を真空状態とした状態ではんだ付けすることを特徴とする高雰囲気はんだ付け方法。
【請求項2】請求項1において、小形雰囲気室とプリント板を個別に動作させ同速度で移動するあるいは、小形雰囲気室にプリント板を取付けし、小形雰囲気室を移動しつつ、小形雰囲気室からプリント板のはんだ付け部に雰囲気ガスを供給しながらはんだ付けをすることを特徴とする高雰囲気はんだ付け方法。
【請求項3】請求項1において、小形雰囲気室内の環境管理方法として、小形雰囲気室に温度,酸素濃度等を検出するセンサを設け予め定められた環境になるように雰囲気ガスあるいは、真空雰囲気を制御し管理することを特徴とする高雰囲気はんだ付け装置。
【請求項4】請求項1において、はんだ付けをする方法としてはんだ付けするプリント板に対し、ドラム状の溝付き構造のファンを有す小形雰囲気室から層流な雰囲気ガスを方向を変えながら吹き付け、プリント板を高雰囲気とし、常にクリーンな高雰囲気ガス状態ではんだ付けを行うことを特徴とする高雰囲気はんだ付け装置。
【請求項5】請求項1において、小形雰囲気室は複数個の雰囲気ガス供給口を有し、各雰囲気ガス供給口に雰囲気ガスを供給するかどうかの供給の指令及び雰囲気ガス量をプリント板の大きさに合わせて行うことで高雰囲気状態を形成し、高雰囲気状態ではんだ付けを行うことを特徴とする高雰囲気はんだ付け装置。
【請求項6】請求項1において、小形雰囲気室は一室以上設け雰囲気状態を段階的に高雰囲気とし小形雰囲気室内にプリント板を入れ小形雰囲気室をロータリして元の位置に戻るまでに高雰囲気状態ではんだ付けを行うことを特徴とする高雰囲気はんだ付け装置。
【請求項7】請求項1において、プリント板にはんだ付けをする方法としてはんだ付け装置内に複数個の小形雰囲気室を使用し雰囲気ガスを充填した状態あるいは、真空状態とした状態ではんだ付けをすることを特徴とする高雰囲気はんだ付け装置。
【請求項8】請求項1において、はんだ付けをする方法としてはんだ付けするプリント板に対し、プリント板と同速度で移動できる小形雰囲気室を設け、小形雰囲気室に多数個のノズル孔を一重あるいは、一重以上設けることにより段階的な雰囲気ガスのカーテンで空気の巻き込みを防止し、プリント板およびはんだ付け部分とその周辺を雰囲気ガスが充填した状態ではんだ付けすることを特徴とする高雰囲気はんだ付け装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はプリント板への実装方法に係り、プリント板の実装部品にはんだ付けをする方法として、はんだ付け装置内に移動できる小形雰囲気室を設け、小形雰囲気室にガス導入口及び排気口を設け小形雰囲気室内に雰囲気ガスを導入し雰囲気ガスを充填した状態ではんだ付けをするあるいは、小形雰囲気室内を真空状態とした状態ではんだ付けを行う方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のプリント板の表面実装方法は、プリント板のパターン上にはんだペースト印刷を行って実装部品を搭載し、はんだ付けを行う。また挿入実装方法は、プリント板に実装部品を挿入しフラックスを塗布し、はんだ付けを行う。
【0003】一般的にはんだ付けは大形の炉を使用して行うため問題の多い工程である。大形の炉において全域を均一な雰囲気状態にすることは大変難しくまた、多くのエネルギーを必要とする。このためプリント板の各実装部品に対し最適な雰囲気管理ができないためはんだ付けの品質のバラツキあるいは寿命のバラツキ等が発生し問題であった。また、プリント板の大きさあるいは数量等により大形の炉内の雰囲気が変化しやすくはんだ付け条件にバラツキが生じやすい。脱フロンの観点からプリント板は無洗浄の方向に進みつつあり、はんだペーストに加える固形分等の量を少なくする方向であり、はんだ付け時に酸化が発生しやすいあるいは、水分,塵,酸素等の巻き込みが生じやすく、はんだと直接接触するプリント板のパターンあるいは、実装部品のリード部での不必要な化学反応による品質のバラツキが懸念されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術ははんだ付けに関する酸化,各実装部品に対しの最適なはんだ付け等について具体的な配慮が不十分であり、はんだ付け品の品質にバラツキが発生する問題があった。さらに現在、世界的にプリント板の無洗浄の方向に急ピッチで進んでおり、はんだペーストあるいはフラックスに含ませている固形分を少なくすること及び狭ピッチに対応してはんだ粒径の微細化が考えられ、はんだと接触する所のより一層の酸化が考えられる。また、はんだ付け時の塵,水分,酸素の巻き込みによりはんだと直接接触するプリント板のパターンあるいは、実装部品のリード部等での不必要な化学反応の発生等でプリント板の信頼性の低下が問題である。本発明の目的は、はんだ付け品の品質のバラツキを防止する方法として、変動要素の多い大形の炉全体を雰囲気状態としはんだ付けをする方法を行わないで、プリント板のはんだ付けができる移動可能な小形雰囲気室を使用し、小形雰囲気室内を雰囲気ガスで充填させ、その環境を測定しその計測結果に基づいて雰囲気ガスの制御を行い、雰囲気ガスの充填状態ではんだ付けを行う、あるいは小形雰囲気室内を真空状態にし、その環境を測定しその計測結果に基づいて環境の制御を行い、真空状態ではんだ付けを行うことで変動要素をおさえ、実装部品に最適なはんだ付けを行う方法と装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的は移動可能な小形雰囲気室に雰囲気ガス導入口及び排気口を設け、雰囲気ガスを小形雰囲気室の中に導き入れ雰囲気ガスを小形雰囲気室に充填させた状態でプリント板の実装部品にはんだ付けを行う。あるいは小形雰囲気室の空気を排気して小形雰囲気室を真空の状態にし実装部品にはんだ付けを行う。また、上記の目的を達成するために小形雰囲気室に環境を計測するセンサを設け、そのセンサのデータをCPUで演算し、その測定結果に基づき小形雰囲気室への雰囲気ガスの制御を行う、あるいは小形雰囲気室の真空状態の制御を行うことで達成できる。
【0006】
【作用】プリント板上の実装部品にはんだ付けする方法は、雰囲気ガスを充填できる、あるいは真空状態にできる小形雰囲気室を使用して行う。小形雰囲気室に雰囲気ガス導入口及び排気口を設け、雰囲気ガスを小形雰囲気室の中に導き入れ雰囲気ガスを小形雰囲気室に充填させた状態ではんだ付けを行う。あるいは小形雰囲気室内の空気を排気して小形雰囲気室内を真空の状態にしはんだ付けを行う。小形雰囲気室に環境を計測するセンサを設け、そのセンサのデータをCPUで演算しその測定結果に基づき小形雰囲気室への雰囲気ガスの制御を行う、あるいは小形雰囲気室内の真空状態の制御を行う。環境を測定するセンサは温度,酸素濃度等を測定する。その測定データは信号増幅器により信号を増幅し比較回路で設定した値との比較を行い、二つのデータの差分がアナログデジタル変換によりアナログからデジタルに変換し、演算回路で演算されその結果に基づいて制御回路により各部の制御を行う。各部の制御としては小形雰囲気室の雰囲気ガス流量制御,温度制御等を行う。小形雰囲気室内の酸素濃度が設定値より高い時は、制御回路からの指示により雰囲気ガスを導入し、小形雰囲気室の酸素濃度が設定値になるまで操作は繰り返し行われる。小形雰囲気室の温度等についても同様に設定値になるまで操作は繰り返し行われる。あるいは小形雰囲気室内の空気を真空ポンプ等で排気して小形雰囲気室内を真空の状態にする。環境を測定するセンサは真空度等を測定する。各部の制御は小形雰囲気室の真空度制御,温度制御等を行う。小形雰囲気室内の真空度が設定値に達していない時は制御回路からの指示により設定値になるまで真空ポンプ等で排気する操作を繰り返し行われる。このように小形雰囲気室の環境を一定に保つことによりはんだ付け時における大気中の水分,塵,酸素の巻き込みを防止しはんだと接触するプリント板のパターン部での不必要な化学反応を防止することができ、はんだ付け品の品質確保ができる高雰囲気はんだ付け方法である。
【0007】
【実施例】図1に高雰囲気はんだ付け装置における全体図を示す。本はんだ付け装置は、プリント板の実装部品にはんだ付けを行う。はんだ付け装置は、はんだ付けユニット1とはんだ付け部の雰囲気を形成する小形雰囲気室2で構成する。はんだ付けユニット1はプリント板3を加熱するための加熱ユニット4,小形雰囲気室2を移動させる搬送ユニット5で構成する。加熱ユニット4は予熱域と本加熱域がある。搬送ユニット5には小形雰囲気室2を搬送するためのレール7があり、このレール7に沿って小形雰囲気室2は予熱域から本加熱域に移動できる。プリント板3はこの加熱ユニット4により加熱されプリント板3と実装部品とのはんだ付けを行う。また、小形雰囲気室2には、ガスを導入するためのガス導入口9及びバッファ室10を形成するための仕切板8がある。バッファ室10はガスを一時溜めることができる。仕切板8にはガス供給用の小孔14があり、ガス供給用の小孔14から雰囲気ガスをプリント板3に流し小形雰囲気室2内を高雰囲気状態にしてはんだ付けを行う。はんだ付け時に発生する蒸気あるいは不必要なガス,ミストはガス排気口15から排気する。小形雰囲気室2には温度,雰囲気等を計測管理する検出センサ11が設けてある。その測定データは環境信号データaとなりコントローラ31に送られる。コントローラ31には信号増幅部24及び比較回路部25がある。環境信号データaは信号増幅部24により信号が増幅されデータ増幅信号bとなり、比較回路部25で設定値との比較を行いその差分が偏差信号cとなりアナログデジタル変換器26によりアナログからデジタルに変換されデジタル変換信号dとなりパソコンに送られる。パソコンの演算回路部29では酸素濃度を基にした演算信号gとなる。制御部30により雰囲気ガス導入のガス補正信号jとなりこのガス補正信号jに基づいて小形雰囲気室2のガス導入口9に導入雰囲気ガスAが送られる。小形雰囲気室2の酸素濃度が設定値より高い時は、制御部30からの指示により雰囲気ガスを導入し、小形雰囲気室2の酸素濃度が設定値になるまで操作は繰り返し行われる。小形雰囲気室2の温度,圧力等についても同様に温度制御,ガス流量制御,ガス圧力制御等を行い小形雰囲気室2の環境管理を行う。このように雰囲気室を小形化してガスの流れを定常とする一方、予熱あるいは本加熱のはんだ付け時に発生する蒸気あるいは、ミスト等を速やかに排気することで小形雰囲気室2を高雰囲気にすることができる。小形雰囲気室2に雰囲気ガスを充填させた後、はんだ付けを行うとはんだ付け時の酸化等について変動要因をおさえることができるため高品質なはんだ付けができる。また、小形雰囲気室2内を真空状態とし実装部品にはんだ付けを行う方法は、基本的にはガス雰囲気での環境管理と同じで、パソコンの演算回路部29では真空度を基にした演算信号gとなる。制御部30により排気の信号となりこの排気の信号に基づいて小形雰囲気室2の排気口から排気Eが行われる。小形雰囲気室2の真空度が設定値に達しない時は、制御部30からの指示に基づきより真空ポンプにより小形雰囲気室2の排気Eを行う。小形雰囲気室2の真空度が設定値になるまで操作は繰り返し行われる。このように小形雰囲気室2についての環境管理を行う。このようにして小形雰囲気室2の真空度の環境管理を行いつつはんだ付けを行うとはんだ付け時の酸化等について変動要因をおさえることができるため高品質なはんだ付けができる。
【0008】図2に小形雰囲気室の概要図を示す。小形雰囲気室2は温度調整が容易な材質たとえば、炭化珪素系のセラミック等を使用する。小形雰囲気室2には、温度補正ができるよう温度補正ヒータ16及び冷却孔17がある。プリント板3はコンベア41で搬送し、小形雰囲気室2は搬送用のレール7で搬送する。コンベア41の移動速度と小形雰囲気室2の移動速度を同じにすることではんだ付けをするプリント板3とその周辺を高雰囲気にすることができる。また、コンベア41を設けないで、小形雰囲気室2にプリント板固定具18を取付けることで搬送機構を容易にすることができる。プリント板固定具18でプリント板3の外周を加圧しながらはんだ付けを行うとプリント板3のソリを抑えることができる。
【0009】図3にプリント板サイズ対応方式小形雰囲気室の概要図を示す。プリント板3のサイズと小形雰囲気室2の大きさを対応させる。フローはんだ付けに使用する、移動できる小形雰囲気室2はいくつかのミニ雰囲気室19で構成されている。ミニ雰囲気室19は個々のガスの供給の開閉をする弁,ガス導入口9を有しており、プリント板サイズに応じて個々のミニ雰囲気室19の弁を開閉することで小形雰囲気室2の大きさを可変できる。このように弁の開閉する数に応じてミニ雰囲気室19の室数を可変し、雰囲気範囲を設定することができる。このためミニ雰囲気室19の全室を雰囲気範囲とすることや、必要部のみのガス供給による雰囲気とすることができる。例えば、プリント板3のサイズがAの時はミニ雰囲気室19もAの弁を開くことでAの範囲の小形雰囲気室2が形成できる。移動できる小形雰囲気室2とはんだ付け槽20の大きさを同じにし、小形雰囲気室2あるいは、はんだ付け槽20に耐熱Oリング21を取付け小形雰囲気室2とはんだ付け槽20で密閉室を形成し高雰囲気とした状態ではんだ付けをすることができる。また、小形雰囲気室2にはガス導入口9とは別のガス供給口22を四方向に設け、ガス供給口22からの雰囲気ガスにより雰囲気外からの酸素の侵入を防止する。
【0010】図4に雰囲気幅設定フロート付ドラム構造小形雰囲室の概要図を示す。雰囲気幅を設定調整ができるフロート23をドラム27内に設ける。ドラム27には雰囲気ガスを導入するガス導入口9,雰囲気ガスを供給するガス供給用スリット35,蒸発ガスやミストを排気するガス排気口15がある。ドラム27に設けたガス供給用スリット35から供給する雰囲気ガスを均一にするためスリットのミゾ幅を変える。ガス供給用スリット35のミゾから供給する雰囲気ガスは層流のガスとなり、はんだ付け部の雰囲気が良い、このような状態ではんだ付けを行うと良好なはんだ付けができる。また、ガス供給用スリット35はミゾに代わり多数個の小孔を設けてもよい。
【0011】図5にロータリー式小形雰囲気室を使用したはんだ付け方法を示す。はんだ付けを行う複数の小形雰囲気室2を円弧上に配置すると共に、円弧の中心を回転中心として回転移動させ小形雰囲気室2とガス供給口22及びガス排気口15の回転軸の回転速度を同期化させ、同速度で回転させる。小形雰囲気室2は、はんだ付け室40とガス排気用のバッファ室10を隣接設置させ、不要となった排気ガスやミストをすばやく排気しはんだ付け室を高雰囲気とする。あるいは、ガス供給口22とガス排気口15を有すステーション1,2,3,4を固定し小形雰囲気室2を回転させる。小形雰囲気室2を回転している時はガス供給口は閉で各ステーションでガス供給と排気Eを行う。このように高雰囲気状態の小形雰囲気室2を回転させながらはんだ付けを行うと最適なはんだ付けができる。
【0012】図6に雰囲気ガスカーテン方式による小形雰囲気室を示す。プリント板3をはんだ付けする方法であり、ノズルは本体ノズル33,交換ノズル34で構成されている。交換ノズル34においてはんだ付け部側の端面部に外側ノズル孔36を設け、同じく内側ノズル孔37を設け外側ノズル孔36と内側ノズル孔37の間に中部ノズル孔38を設ける。本体ノズル33に雰囲気ガスの溜め用のバッファ室10を設ける。本体ノズル33に設けたガス導入口9に導入雰囲気ガスAを流し、本体ノズル33内に設けたバッファ室10を介して流れ、その一部は外側ノズル孔36に流れ外側雰囲気ガスBとなり第一の雰囲気ガスカーテンを形成する。また、残りの雰囲気ガスの一部は中部ノズル孔38に流れ中部雰囲気ガスCとなり第二の雰囲気ガスカーテンを形成する。また、残りの雰囲気ガスは内側ノズル孔37に流れ内部雰囲気ガスDとなりはんだ付け箇所に導かれはんだ付け部の雰囲気を形成する。これらの多数個の小孔を多重に設けた雰囲気ガスのカーテン用孔を多重に形成したはんだ付け雰囲気形成用雰囲気室を使用することではんだ付け部への空気の侵入を防止し、はんだ付け部への空気巻き込みが防止でき、これらを使用してはんだ付けを行うとはんだ付け時の酸化等について変動要因をおさえることができるため高品質なはんだ付けができる。
【0013】図7に大形のはんだ付けユニット1と小形雰囲気室2の関係図を示す。大形のはんだ付けユニット1内に小形雰囲気室2を設けない時、はんだ付けで発生する蒸気,ミスト等と雰囲気ガスが混在雰囲気7状態となる。これに対し、大形のはんだ付けユニット1内に小形雰囲気室2を設けた場合は、小形雰囲気室2内は高雰囲気状態となる。このためこの大形のはんだ付けユニット1内を移動できる小形雰囲気室2を使用してはんだ付けを行うと高品質なはんだ付けができる。
【0014】図8に代表的な実装プロセスを示す。一般的に表面実装はプリント板のパターン上にはんだペーストを印刷し、その上に部品を搭載し、リフローはんだ付けを行う。挿入実装はプリント板に部品を挿入し、フラックスを塗布し、フローはんだ付けを行う。混載実装は表面実装し、挿入実装する。小形雰囲気室2を使用する本方式は上記のはんだ付けに対して大きな効果が得られる。実装部品のリードピッチはますます狭ピッチの方向にあり、また高機能化に伴い各部品での耐熱ストレス性,はんだ付け性等が重要視されている。本はんだ付け方法はこれらに対応できる方法である。また、はんだ付け時における水分,塵,酸素の巻き込みを防止しはんだペーストと接触するICリード部での不必要な化学反応を防止することができ、はんだ付け品の品質確保ができる。雰囲気ガスはコスト面を考慮すると窒素ガス等が適している。いままで小形雰囲気室2を一個設けることを中心に説明したが複数個の小形雰囲気室2を使用することで効率向上が図れることは明白である。
【0015】図9に大形の炉全域を雰囲気ガスとするはんだ付け方法を示す。従来の本方法ははんだ付けで発生する蒸気,ミスト等と雰囲気ガスが混在している雰囲気状態となり、各部品に対し最適な雰囲気管理ができないためはんだ付けの品質のバラツキあるいは寿命のバラツキ等が発生する。大形の炉全域を雰囲気ガスとするには多くのエネルギーを必要とし炉内の温度コントロールがむずかしくさらに、プリント板の大きさあるいは数量等により炉内の温度が変化しやすくはんだ付け条件にバラツキが生じやすい。
【0016】
【発明の効果】表面実装のプリント板のはんだ付け品の品質バラツキを防止する方法として、はんだ付け装置内を移動でき、はんだ付けが行える小形雰囲気室を使用する。小形雰囲気室に雰囲気ガス導入口を設け小形雰囲気室の中に雰囲気ガスを導入し雰囲気ガスを充填させ、その環境を測定しその計測結果に基づいて雰囲気ガスの制御を行い雰囲気ガスを充填管理した状態ではんだ付けを行うあるいは、小形雰囲気室の中を真空状態にした状態ではんだ付けを行う。また、挿入実装のプリント板のはんだ付け品の品質のバラツキを防止する方法として、はんだ付け部に雰囲気ガスを供給できるノズル付き小形雰囲気室を移動しながらはんだ付けを行う。このように高雰囲気状態ではんだ付けを行うことにより塵,水分,酸素の巻き込み防止を行うことができはんだと直接接触するプリント板のパターンあるいは実装部品のリード部等での不必要な化学反応を防止できプリント板の信頼性の確保が図れる。これらによりはんだ付けの品質のバラツキ防止が図れる。また、本発明は狭ピッチの表面実装あるいは、挿入実装したプリント板のはんだ付け箇所及びその周辺を雰囲気ガスで充填させ雰囲気ガスを制御し高雰囲気状態とするため水分,塵,空気巻き込み防止が図れはんだ付けの品質を高めることができるため微細パターンの実装に有力なはんだ付け方法及び装置である。また、窒素ガス等の省エネルギー及び脱フロン対策に対しても大きな効果がある。




 

 


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