JPH0145957B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明はハンダ付け技術、より特定すれば自
動配線設備に適した短時間パルスハンダ付け方法
及び装置に関するものである。 電子部品を相互に接続するための回路板製造技
術は近年飛躍的に発展した。特に集積回路技術に
おける進歩は電子回路の高密度化を促進し、それ
がまた電子部品を相互に接続するためにより緻密
な、より信頼性の高い回路板を要求するようにな
つた。 成功した１つの技術によれば、緻密な回路板は
きわめて微細な絶縁銅線を用いて板面上にワイヤ
ー引きすることにより形成される。これらのワイ
ヤーはコンピユータプログラムに従つて配置され
る。ワイヤーパターンはそのあとでカプセルに包
囲され、ワイヤーの両端は板面上の端子パツドに
接続される。この技術は米国特許第3674602号及
び3674914号において概設されている。常套的な
プリント回路技術と対比してこのワイヤー引き回
路板が有する重要な長所の１つは、絶縁ワイヤー
を互いに交差させることにより単一の層内におい
てきわめて高密度な接続を得ることができ、これ
によつて層間接続を不要にするということであ
る。 従来、ワイヤー引き回路板における端子パツド
への接続は、メツキによつて形成されてきた。す
なわちワイヤーパターンが配置され、かつカプセ
ルに包囲された後、回路板には適当な配置におい
て孔が形成され、さらにこれらの孔がメツキされ
る。この孔メツキは孔をメツキし、かつ端子パツ
ドを形成するだけでなく、形成された孔より露出
した絶縁ワイヤーの先端をその端子パツドに電気
的に接続するという態様において行なわれる。 当然ながら、ハンダ付け技術は端子へのワイヤ
ー接続のために久しく用いられてきた技術であ
る。しかしながらこのようなハンダ付け技術は、
回路板の自動化された高速製造工程において有用
なものとは認められない。これはハンダ付けを位
置決めして行なうことが困難であること、プラス
チツク基板に対する熱衝撃を避ける必要があるこ
と、及び端子パツドに関連する孔にハンダが流入
する危険があることが原因である。 これらの問題を解決する従来の試みとして次の
ようなことが挙げられる。 (a) ハンダ領域とメツキ孔との間に、狭い熱伝達
制限領域を提供するようなハンダ付けパツドを
形成すること（ストランコに対する米国特許第
3673681号）。 (b) ハンダ付け領域に、導電性及び熱抵抗性のニ
ツケル層を形成すること（前記米国特許第
3673681号）。 (c) ハンダ付け領域を不活性ガス流で冷却するこ
と（前記米国特許第3673681号、並びにラーセ
ンに対する米国特許第3650450号及び同3812581
号）。 (d) ハンダ付けされるべきワイヤーセグメントの
絶縁を予め剥離切断しておくことにより、ハン
ダ付けにおいて通常絶縁物剥離のために要する
ような高温処理を省略すること（ニコラスに対
する米国特許第4031612号）。 (e) 発熱回路を完成するためにソルダーパツドを
用い、そのハンダ面において発熱する平行ギヤ
ツプハンダ付け技術を用いること（マルチエに
対する米国特許第3444347号）。 (f) 発熱用電気回路を制御するために温度測定を
行ない、発熱量を制御すること（デニーに対す
る米国特許第3778581号）。 上記した技術の組合わせを用いることにより、
完全なハンダ付けを行なうことが可能になるが、
これらの技術は一般製造技術における種々の条件
変化などを許容し得るシステムを提供するもので
はない。また上述の従来技術にしたがつた方法の
いくつかは、比較的コストが高く、かつ操作が複
雑であるか、または回路板における配線回路構成
のための表面積を小さくしてしまうことが多い。 この発明によれば極微細の絶縁ワイヤーを端子
パツドにハンダ付けするための種々の条件を組み
合わせたハードウエア機構が提供される。この機
構は回路基板またはメツキ孔に損傷を与えたり、
特定の回路板形状を要求したりすることなく、さ
らには顕著なコスト上昇をも生ずることなく、一
般製造技術における種々の条件変化に対応して動
作するものである。 本発明の基本的な様相は、ハンダ付け中のハン
ダ鏝のピーク温度及びこれによつて発生される熱
量を制御することである。熱量はハンダ鏝の温
度、ハンダ鏝の質量又は大きさ（mass）及びそ
れに対する熱エネルギー供給時間の関数である。
熱量は特有の周囲条件下において信頼性あるハン
ダ付けを提供するに十分な値となるように調整さ
れる。そして熱量は必要な値を越えないというこ
とが重要である。操作中においてハンダ鏝に適用
されるピーク温度は538℃（1000〓）、そしてなる
べくなら872〜1093℃（1600〜2000〓）内にある
ことが望ましい。このような高温はハンダ付けの
ためにワイヤーの銅表面を露出させるべく絶縁物
を蒸発、もしくは昇華させるに十分なものであ
る。さらに熱量及びタイミングが制御されるなら
ば、温度を絶縁物の蒸発、昇華及びハンダ溶融に
おいて効果的な温度領域にのみ制限するような急
峻な温度勾配を実現し、これによつて危険なより
以上の高温になることを回避するものである。加
えられた熱量及びそのエネルギー付加時間を制御
することにより、周辺の回路板や絶縁ワイヤーま
たは端子パツドなどを、それらに損傷を与える程
度の温度まで上昇させる熱移動が生じる前にワイ
ヤーの絶縁物は剥離され、かつハンダ付けされる
ことができる。 この発明に従つた技術によれば、ハンダ付け時
間は500ｍ秒以内、好ましくは50ｍ秒よりも短い
時間となる。 妥当な条件及び装置によれば、50ｍ秒より短い
時間内においてワイヤーの絶縁物蒸発剥離のため
のピークの温度が399℃（750〓）を超えるととも
に、ワイヤーを端子パツドにハンダ付けするため
のピーク温度が232℃（450〓）を超えるが、端子
パツドに近接した基板の温度が288℃（550〓）を
超えないようにしてハンダ付け接続を完成するこ
とができる。オペレーシヨンにおける供給熱量及
びタイミングを制御することにより、高温による
絶縁物除去及びハンダ付けが遂行されるととも
に、危険な領域への熱移動が生じるまでにその熱
を使い果たすことができる。 本発明に従つたハンダ付け装置は第１図及び２
図に示したような回路板自動配線装置内に組み込
むことができる。この装置の全体の詳細は米国特
許第3674602号及び3674914号に開示されている。 回路板５はＸ−Ｙ送り装置４０により移動自在
に支持されており、コンピユータ制御装置４２に
従つて２点間移動を行なうものである。ワイヤー
ガイド装置１０、ワイヤー引き用鉄筆２０及びハ
ンダ鏝３０は回路板上においてそれらが一体とし
て回転できるように取り付けられている。絶縁銅
線１１はワイヤーガイドを介して鉄筆２０に供給
され、その鉄筆により回路板上の粘着面コート６
に第２図に最もよく示すように圧着配設される。 ワイヤー引き装置（ワイヤーガイド１０と鉄筆
２０及びハンダ鏝３０を含む）の回転位置はテー
ブル移動の方向に従つて設定され、ワイヤーはこ
れによつてワイヤー引き装置から離れる方向に移
動する基板表面上に敷設される。 ハンダ鏝はピボツト３１に対し回転自在に支持
され、適宜のソレノイドまたは空気作動アクチユ
エータ４８により上下動することができる。ハン
ダ鏝の鏝先チツプ３２は、ハンダ鏝が下降したハ
ンダ付け位置において敷設されたワイヤーにまた
がる位置を占める。これによりハンダ付け操作が
普通に行なわれるが、その間テーブルはワイヤー
をそれが接続されるべき端子パツド領域に位置さ
せるような点に静止している。端子パツドはなる
べくなら予め錫メツキされたものであり、適当な
熱が加えられると絶縁物を蒸発除去するととも
に、ハンダ付けを完成するものである。 Ｘ−Ｙ送り装置４０には位置検出器４４が取り
付けられており、これによつてテーブル位置を検
出してそれがハンダ付け操作中、妥当な位置にあ
るか否かを判断するものである。それが妥当な位
置にあれば、コンピユータ制御装置４２はソレノ
イド制御装置４９及びタイマー制御装置４６のた
めの付勢信号を発生する。ソレノイド制御装置４
９はソレノイド４８に接続され、ハンダ鏝３０を
上昇及び下降させるものである。ハンダ鏝３０に
はスイツチング回路５０を介して大電流電源５２
が接続される。スイツチング回路はタイマー制御
装置４６により制御されるものである。タイマー
制御装置４６は所定のエネルギー量を有する１ま
たは２以上の大電流パルスを発生し、これをコン
ピユータ制御装置４２に呼び出されたハンダ鏝に
供給するものである。 ワイヤー１１にまたがり、端子パツドの上方に
位置するハンダ鏝の鏝先チツプ３２の詳細は第３
図に示されている。端子パツドは回路板５の妥当
な位置に錫メツキ中空銅端子を圧入するか、また
は銅板の穿孔部に対するプリント回路技術を用
い、そのメツキ表面を引き続いて錫メツキするこ
とにより形成することができる。形成された端子
パツド５３はプレートの孔を貫通する円筒体部５
４と表面フランジ部５５とを有する。 ハンダ鏝のチツプ３２は概略Ｕ型断面を有し、
そのＵ型の架橋部が工具の実効的な質量を占める
ようになつている。チツプ３２はなるべくなら高
温でわずかな酸化処理されたタングステン合金か
らなつている。場合によつてはハンダ鏝の酸化を
避けるため、不活性雰囲気内においてハンダ付け
を行なうことが必要である。ハンダ鏝の架橋部は
なるべくならその下部表面にグループを有し、そ
のグループはハンダ付けされるべきワイヤー１１
を熱伝達可能な好ましい接触関係に維持するよう
部分的に収納できる大きさに仕上げられている。
ハンダ鏝の効果的な質量（実効質量）の大きさは
幅がチツプの脚部３４及び３５間の“Ｗ”であ
り、長さがワイヤーの方向における長さ“Ｌ”で
あり、さらに高さが架橋部の高さ“Ｈ”で示され
ている。架橋部の脚部３４及び３５は適宜の支持
構造３８（第１図参照）内に保持された支持アー
ム３６及び３７と一体形成されている。 第４図及び５図には典型的なハンダ付け工程が
示されている。端子パツド５３の胴体部５４を貫
通する孔は直径1.02mm（0.04in.）、フランジ５５
の半径方向の長さは0.38mm（0.015in.）、そしてそ
のフランジの外径は1.78mm（0.7in.）である。同
フランジは0.05mm（0.002in.）の厚さを有する。
絶縁ワイヤー１１は厚さ0.013mm（0.0005in.）の
絶縁物に包囲された直径0.102mm（0.004in.）の銅
線からなつている。 ハンダ層は約0.038mm（0.0015in.）の厚さを有
する。絶縁物を剥がされたワイヤーを端子パツド
に接合するためのハンダ帯５６は約0.381mm
（0.015in.）の幅と約10.16mm（0.040in.）の長さを
有する。 ハンダ付けのためのハンダはなるべくなら前述
した錫引きまたはメツキ（非共晶状態の）処理さ
れた端子パツド上のハンダ被覆により提供され
る。選択的にワイヤーを、ハンダ付けのためのハ
ンダ供給源としてハンダ被覆することもできる。
ハンダを供給するためには他の技術も採用するこ
とができる。たとえば粉状またはペースト状のハ
ンダを、ハンダ付け領域に吹き付けること、ワツ
シヤー型、デイスク型またはリボン型に成型され
たハンダをハンダ付け領域に配置すること、また
は微小形状のハンダを用いることもできる。 本発明によればハンダ付け操作に用いられる熱
量は注意深く制御される。この熱量はハンダ鏝の
実効質量とハンダ鏝の温度、ハンダ付け処理中に
供給されるエネルギー並びにワイヤー及び回路板
上の端子パツドを形成する銅箔の質量に応じて定
まるものである。 ハンダ鏝のチツプ温度はさらにそれによる最大
熱エネルギーがハンダ付けを完成し、熱に敏感な
板領域には最小の熱移動しか生じないような所望
の温度曲線を得るように制御される。 ２点間配線により回路を構成する場合、時間効
率は効果的な配線機械を実現するきわめて重要な
要素となるため、種々の装置駆動条件は迅速なハ
ンダ付けを達するように選択される。 この選択された条件は装置が回路板上の配線構
造に関係なく良好なハンダ付け接続を形成できる
ようにするものでなければならない。一般の回路
板処理において端子パツドのサイズは種々に存在
するが、多くの場合、基板面に従つた妥当な大き
さに設定される。ハンダ付け領域における銅部分
のサイズは熱消散及び熱移動に影響する。この発
明によれば、回路板において通常経験される種々
の広範囲な条件下で、好ましいハンダ付けを行な
うことができるように条件を選択することができ
る。妥当な条件の組み合わせを得るために、種々
の大きさのハンダ鏝を用い、これらのハンダ鏝を
種々のエネルギーレベル及び種々の時間内におい
て付勢することにより、その効果が確認された。
これらのテスト結果は次の表において要約した
通りである。

【表】 ハンダ鏝の寸法は第３図に示す通り、幅、高さ
及び長さ（Ｗ×Ｈ×Ｌ）からなり、それに伴なつ
た実効質量を有する。したがつてたとえば表の
第１行目における寸法、すなわち幅0.559mm
（0.022in.）、高さ0.305mm（0.012in.）及び長さ
0.508mm（0.02in.）の場合、全実効質量は86.59cm³
（5.28in³）×10^-6。ハンダ鏝に印加される電圧は
4.25Vでその結果、175Aの電流が流れる。 一般的な回路板処理において経験されるような
条件の範囲にわたるテストを行なうために、これ
らのテストは0.762mm（0.03in.）幅の片を形成す
る比較的小さい端子領域及び25.4mm（1in.）幅の
片を形成する比較的大きい端子領域を用いた標準
回路板上で実施された。これらの片上のテストは
幅において30：１の比率を有し、通常考えられる
条件下の基板条件に適合するものである。テスト
は種々のハンダ付け時間を適用し、その後、ハン
ダ付け部分を視覚的に検査し、判断したものであ
る。 好ましいハンダ付けを得た条件は表に列記さ
れた通りである。たとえばこの表の２行目を見る
と、実効質量86.59cm³（5.28in³）×10^-6を適用する
ハンダ鏝が6.4Vを印加され、その結果、鏝は
250Aの電流が流れたことが示されている。0.762
mm（0.03in.）幅という比較的小さな片上において
は11〜14ｍ秒の付勢時間を採用することにより好
ましいハンダ付けが形成された。比較的短い（こ
の場合11ｍ秒より短い）付勢時間の場合には絶縁
物除去及び好ましいハンダ付けにとつて不十分な
熱量しか発生しない。比較的長い付勢時間（この
場合、14ｍ秒より長い）はハンダ領域外のワイヤ
ーの絶縁または基板に損傷を与えることになる。
比較的大きい片（25.4mm幅）に関して行なわれた
テストは12〜23ｍ秒の付勢時間を用いて好ましく
ハンダ付けが実行されるか否かを検査したもので
ある。したがつて12〜14ｍ秒間の範囲内において
この特定サイズのハンダ鏝を用いると、端子パツ
ドサイズ0.0762mm（0.03in.）から25.4mm（1in.）
までの端子パツドサイズに関係なく好ましいハン
ダ付けを行なうことができる。 工具の温度は色温度を監視することにより視覚
的に判断されたものであり、これによつて対応す
る温度が決定された。表の２行目においてハン
ダ鏝の温度は観察された明光色において999℃
（1830〓）であると判断された。この試験は通常
の一般的処理において経験される条件の範囲内で
満足なハンダ付けを形成すべく選択されるべき条
件を確立するものである。表の２行目及び３行目
に示す通り、ハンダ鏝の質量が比較的小さい（実
効質量86.59cm³（5.28in³）×10^-6に対応する）であ
り、かつその鏝が6.4Vまたは8.6Vを印加されて
250Aまたは275Aが流れる場合には、板条件の全
範囲を満足する付勢時間が存在することになる。
より低い電圧6.4V（250Aの電流に対応する）が印
加された場合、12〜14ｍ秒の付勢時間がチツプ温
度を999℃（1830〓）とし、端子パツドサイズの
全範囲にわたつて好ましいハンダ付けが形成され
る。同様にこれより幾分高い電圧である8.6V
（275Aの電流に対応する）が印加された場合、６
〜８秒の付勢時間が1093〜1204℃（2000〜2200
〓）の対応するハンダ鏝温度を提供し、これによ
つて端子パツドの全領域において好ましいハンダ
付けが形成される。 表から明らかな通り、これらの条件において
は端子パツドサイズの範囲が比較的狭く、また全
端子パツドが均一の寸法に形成されたものである
が、満足なハンダ付けを形成するために他の条件
もまた見出される。すべての場合において付勢時
間は500ｍ秒より短く、したがつて自動機械にお
いて有用な迅速ハンダ付け技術が提供される。大
部分の場合において満足すべきハンダ付けは150
ｍ秒より短い時間、特に50ｍ秒以内において実現
された。 いくつかの場合において好ましいハンダ付けは
低いハンダ鏝温度において達成されたものである
が、一般にはハンダ鏝温度は538℃（1000〓）よ
り高く、なるべくなら872〜1093℃（1600〜2000
〓）の範囲内において行なわれるべきである。低
いハンダ鏝温度は比較的長いハンダ付け時間及び
加熱時間を要求することになり、その結果、回路
基板への比較的大きい熱移動が形成される。一般
に比較的高い温度は小さな熱移動を伴なう比較的
急峻な温度勾配及び比較的短い付勢時間及び接触
時間を提供するものである。しかしながら1093℃
（2000〓）より高い温度は、これによつてハンダ
鏝の急激な劣化をもたらすため、好ましいもので
はない。 第６図は約538℃（1000〓）以上であつて、約
760℃（1400〓）までのハンダ鏝温度を得た場合
の典型的な温度曲線を示すものである。ハンダ鏝
５８のチツプ６２は絶縁ワイヤー６８を、プラス
チツク回路板６５上に位置する銅箔端子パツド６
４上に圧接させる。絶縁ワイヤーはハンダ付け領
域の絶縁物を除去されたものが示されている。ワ
イヤーは第４及び５図に示すハンダ帯５６によつ
て銅箔パツドにハンダ付けされる。760℃（1400
〓）のハンダ付け温度はサイズ0.559×0.406×
0.508mm（115.46×10^-6cm³）のハンダ鏝を6.5Vの電
圧（250Aの電流）で付勢することにより提供さ
れる。これにより22ｍ秒の付勢時間が、パツドに
対し直径1.78mm（0.07in.）の範囲内で好ましいハ
ンダ付けを提供するものである。 ハンダ鏝はまず絶縁物をワイヤーから蒸発させ
て消去する。ハンダ領域の外側における残存絶縁
物は約371℃（700〓）の最大温度に達する。銅線
は399℃（750〓）であつて、約482℃（900〓）程
度、すなわちハンダ鏝のピーク温度から260℃
（500〓）程度降下した温度まで上昇する。また、
ハンダは232℃（450〓）の融点以上、通常は約
277℃（530〓）まで上昇する。この温度は銅線温
度より約188℃（370〓）低い。銅端子パツド温度
はハンダの温度に近くなる。パツド温度は通常は
約260℃（500〓）のピーク値に達するが、これは
ハンダ温度より約17℃（30〓）低いものであり、
288℃（550〓）より低い安全な温度にとどまる。
回路板におけるプラスチツクは通常は約249℃
（480〓）の最大温度に達するが、これはパツド温
度より約11℃（20〓）低く、したがつて基板など
に損傷を与えるような288℃（550〓）以下の安全
な温度に維持される。端子パツドの中空部内のハ
ンダの大部分は約177℃（約350〓）の温度以下と
なり、したがつてハンダの融点である232℃（450
〓）以下に維持される。 端子パツドの中空部内または回路板において損
傷を生ずるような過熱状態を生ずることなく、絶
縁物除去及びハンダ付けを行なうような高温、及
びエネルギー特性を提供するために温度曲線はき
わめて重要なものとなる。比較的高いハンダ鏝温
度（及び比較的短い付勢期間）は比較的急峻な温
度勾配を形成する傾向にあり、したがつて損傷が
生ずるような領域における重大な温度上昇を生ず
ることなく多量の熱をハンダ付け領域に供給す
る。条件の選択は特に重要であり、これによつて
効果的なハンダ付けに必要な量をわずかに超えた
熱量だけが供給され、供給された熱量はハンダ付
けの形成においてほぼ使い果たされ、損傷を受け
るような領域には移動しないようにされる。 工程の実施において加熱されたハンダ鏝はまず
絶縁ワイヤーに接触し、そこでは比較的わずかな
熱伝導が形成される。絶縁物が破壊された後、ハ
ンダ鏝は銅線に接触し、この接触部の熱抵抗はか
なりの程度減少する。この時点においてハンダ鏝
に接触したワイヤーが加熱され、ワイヤーと端子
パツドとの間の絶縁物の部分が蒸発により消去さ
れる。絶縁物が除去された後に残存する熱量はハ
ンダを溶融してハンダ付けを形成するに十分なも
のでなければならない。絶縁物の除去には371℃
（700〓）を上回る温度が必要であるが、ハンダの
溶融には232℃（450〓）より高い温度であれば十
分である。 ハンダ鏝に供給されるエネルギーは直流または
高周波数の交流とすべきであり、ハンダ付けにお
いて単一の電気パルスのみが用いられる場合には
電流は50〜500A、パルス幅は５〜500ｍ秒の範囲
内にしなければならない。 すでに述べた通り、本発明に従つて制御される
２つの基本的因子は工具温度及びこれに与えられ
た熱量である。一般に工具温度は可能な限り高く
なければならないが、それに伴なつてハンダ鏝の
劣化を促進することになる。ハンダ付け領域に供
給される熱量は、ハンダ鏝温度、ハンダ鏝の実効
質量及び付勢期間の関数であり、絶縁物を蒸発さ
せてハンダ付けを遂行するに必要な熱量をわずか
に上回る程度でよい。この目的は所定の質量を有
するハンダ鏝を構成し、これを所定期間内におい
てハンダ付けされるべきワイヤーと接触させ、そ
の間、電流を流してハンダ鏝を付勢制御すること
により達せられる。供給された熱量の妥当な制御
は予め選択された質量のハンダ鏝を予備加熱する
ことにより妥当な熱量を蓄積し、次いでハンダ鏝
をハンダ付け領域に接触させることにより行なわ
れる。さらに妥当な温度制御は予め蓄積された熱
と接触中に供給されたエネルギーとの結合によつ
て達することができる。 ハンダ鏝はなるべくならワイヤーパツド領域に
維持すべき圧力を提供し、かつそのワイヤーをハ
ンダが固まるまで接触状態に維持するのが好まし
い。この態様においてハンダの凝固中にワイヤー
が移動するという危険が極小化される。必要な熱
量がハンダ鏝に予め蓄積される場合において、ハ
ンダ鏝の接触時間は必要な熱伝達を達成するとと
もに妥当な冷却期間を含むように選択される。エ
ネルギーが接触中に供給される場合、付勢期間の
終了後における接触期間が制御され、これによつ
て妥当な冷却期間が提供される。ハンダ鏝はなる
べくなら妥当な熱量がハンダ付け部分に供給され
た後、このハンダ鏝をなお接触させておき、ハン
ダ付け部分から熱を放散させるように設計されて
いる。これはたとえば熱伝導性支持アーム３６及
び３７（第３図）をハンダ鏝の実効質量部３２と
伝熱関係において接触させることにより達せられ
る。 ある種の場合においては、多重付勢を行なうと
有利である。たとえば絶縁物の蒸発消去のために
第１の付勢パルスを供給し、そのあとでハンダ付
けのために分離した第２のパルスを供給する方法
がとられる。適当な２パルスプログラムのシーケ
ンスは絶縁物を蒸発させるために6Vで８ｍ秒間
持続する第１パルスと、ハンダ付けを行なうため
に4Vで25秒間持続する第２パルスとを含むこと
ができる。この機構によれば比較的短時間内にお
いて絶縁物を蒸発させせるための比較的高い温度
（371℃以上）が確立され、そのあとでハンダ付け
のための比較的長い時間にわたつて比較的低い温
度（232℃以上）が確立される。 第１図に関してすでに述べた通り、ハンダ鏝の
ための制御装置は電源と、スイツチング回路及び
タイマー制御装置を含んでいる。単一パルスによ
るハンダ付け操作のための特に好ましいシステム
は第７図に略示されている。 表に示す通り、この装置においては150〜
400Aの範囲における短時間大電流パルスが要求
される。このため、何らかの大電流源を用いるこ
とができるが、ここではアメリカ合衆国コロラド
州デンバーのゲートエネルギープロダクツインコ
ーポレイテツドによつて製造販売されている４ゲ
ートBCセルを含むストレージバツテリー７０が
好適な低電圧大電流源として採用される。各セル
は2Vで25アンペアアワーの定格を有する。バツ
テリーには常套的な充電回路７２が接続され、全
ステートの電荷量を維持する。 スイツチング回路は６個のNPNパワースイツ
チングトランジスタ１００〜１０５と、３個の
NPNドライブトランジスタ９２〜９４、及びや
はりNPN型の始動トランジスタ９０を含んでい
る。タイマー制御装置は制御可能な単安定マルチ
バイブレータ８２及び関連するフリツプフロツプ
回路８０を備えている。 図においてスイツチ７８は付勢サイクルを開始
するものとして図示されている。実際のシステム
においてスイツチ７８は制御コンピユータ装置に
おけるリレー接点からなつている。スイツチ７８
の常閉接点はフリツプフロツプ回路８０のリセツ
ト入力Ｒに接続され、常開接点はセツト入力Ｓに
接続されている。フリツプフロツプ回路８０の出
力の１つは単安定フリツプフロツプ回路８２のト
リガー入力に接続されている。可変抵抗器８３及
びコンデンサ８４は＋120V電源と単安定回路と
の間に接続されて時間制御を提供するものであ
る。この可変抵抗器及びコンデンサは５〜500ｍ
秒間の時間を提供するように選択されている。 スイツチ７８が第７図に示す位置から他方の位
置に移動するたびに、フリツプフロツプ回路８０
はその状態を変化して出力端子に過渡変化を発生
する。単安定回路８２は過渡変化に応答してその
出力端子に可変抵抗器８３の設定により定まつた
時間幅の正のパルスを発生する。 単安定回路の出力はトランジスタ９０のベース
に接続される。トランジスタ９０のコレクタは抵
抗８９を介して＋12V電源に接続され、エミツタ
は接地電位に接続される。バイアス抵抗８８はト
ランジスタ９０のベースと＋12V電源との間に接
続される。 トランジスタ９０のコレクタは駆動トランジス
タ９２〜９４のベース端子に直結され、抵抗９１
を介して接地電位に接続される。トランジスタ９
２〜９４のコレクタはそれぞれ可変抵抗器９６〜
９８を介してバツテリー７０の正端子に接続され
る。トランジスタ９２のエミツタはパワートラン
ジスタ１００及び１０１のベース端子に接続さ
れ、トランジスタ９３のエミツタはパワートラン
ジスタ１０２及び１０３のベース端子に接続さ
れ、さらにトランジスタ９４のエミツタはパワー
トランジスタ１０４及び１０５のベース端子に接
続される。バツテリー７０の正端子はハンダ鏝３
０の一方のアーム３６に接続され、そのハンダ鏝
の他方のアーム３７はトランジスタ１００〜１０
５のコレクタ共通接続線に接続される。トランジ
スタ１００〜１０５のエミツタはそれぞれフユー
ズ１１０〜１１５を介してバツテリー７０の負端
子に接続される。可変抵抗器９６〜９８はドライ
ブトランジスタ及びパワートランジスタの回路が
妥当に負荷分担するよう、それらの平衡をとるも
のである。 単安定回路８２の出力における正パルスはトラ
ンジスタ９０を導通させ、この導通によりドライ
ブトランジスタ９２〜９４が導通し、それらの導
通がまたパワートランジスタ１００〜１０５を導
通させることになる。パワートランジスタが導通
すると、バツテリー７０の正端子からはハンダ鏝
３０及びパワートランジスタ１００〜１０５の並
列コレクタ−エミツタ回路を介してそのバツテリ
ーの負端子に戻る電流が流れる。 かくしてスイツチ７８が駆動され、ハンダ鏝３
０には可変抵抗器８３の設定に従つた時間幅を有
する大電流パルスが流通する。ハンダ鏝を流れる
この電流はその寸法と組成に応じた値となる。バ
ツテリー７０における２つのセルは表に示した
ような寸法の工具において4Vより幾分高い電圧
を印加し、これに150〜250Aの大きさの電流パル
スを流すものである。３個のセルによれば電圧は
6Vより幾分高い値となり、電流パルスは250〜
325Aの値となる。また、４個のセルによれば電
圧は8Vより幾分高い値となり、電流パルスは275
〜425Aの大きさとなる。 すでに述べた通り、場合によつてはたとえば
6Vで８ｍ秒間の絶縁物蒸発温度を生じるための
パルスと、これに続いて4Vで25ｍ秒間持続する
ハンダ付け実行用パルスを発生する多重パルスシ
ーケンスが採用される。このようなパルスシーケ
ンスのための適当な回路は第８図に示されてい
る。この場合において、ハンダ付けのためのエネ
ルギーは一対のセル１２１とこれに直列接続され
た別のセル１２０とからなる３セルバツテリーに
より提供される。充電回路１２２は十分な電荷状
態に維持するため、これに接続されている。 並列接続された２個のパワートランジスタ１８
０及び１８１は4V電源をハンダ鏝３０に接続す
べく用いられ、トランジスタ１７０〜１７２はそ
のためのドライブ回路を形成する。並列接続され
た３個のパワートランジスタ１６０〜１６２は
6V電源をハンダ鏝に接続すべく用いられ、トラ
ンジスタ１５０〜１５２はそれに関連するドライ
ブ回路を形成する。単安定フリツプフロツプ１３
０は6V付勢期間を制御するためのタイマーＡを
形成し、単安定マルチバイブレータ１４０は4V
付勢期間を制御するためのタイマーＢを形成す
る。 単安定回路１３０及び１４０はそれぞれ12V電
源との間に接続された可変抵抗器１３１及び１４
１を有する。可変抵抗器及び関連コンデンサ１３
２及び１４２は単安定マルチバイブレータのため
のタイミング回路を形成する。 入力端子は回路１３０のトリガー入力に接続さ
れ、回路１３０の出力端子は回路１４０のトリガ
ー入力に接続される。抵抗器１３１及び１４１が
それぞれ８ｍ秒及び25ｍ秒にセツトされるなら
ば、端子１３５に過渡トリガー信号が印加される
と、回路１３０の出力には正の８ｍ秒パルスが発
生し、これに続いて回路１４０の出力に正の25ｍ
秒パルスが発生する。 回路１３０の出力は抵抗１５３を介してNPN
トランジスタ１５０のベースに接続される。トラ
ンジスタ１５０のコレクタは抵抗１５４を介して
＋12V電源に接続されるとともに、NPNトラン
ジスタ１５１のベースに直結される。トランジス
タ１５１のコレクタは直列抵抗１５５及び１５６
を介して＋12V電源に接続され、それらの抵抗の
節点はNPNトランジスタ１５２のベースに接続
される。トランジスタ１５０及び１５１のエミツ
タは接地電位に接続されるが、トランジスタ１５
２のエミツタは＋12V電源に接続される。トラン
ジスタ１５２のコレクタはNPNパワートランジ
スタ１６０〜１６２のベース端子に接続される。
バツテリー１２０の正端子は並列トランジスタ１
６０〜１６２のコレクタ共通回路に接続され、そ
れらのエミツタはそれぞれフユーズ１６３〜１６
５及びハンダ鏝３０を介して負のバツテリー端子
に帰還接続される。 回路１４０の出力は抵抗１７３及び１７４を介
して接地電位に接続され、これらの抵抗の節点は
NPNトランジスタ１７０のベースに接続される。
トランジスタ１７０のエミツタはNPNトランジ
スタ１７１のベースに接続され、そのトランジス
タ１７１のエミツタは接地電位に接続される。ト
ランジスタ１７０及び１７１のコレクタは直列抵
抗１７５及び１７６を介して＋12V電源に接続さ
れ、それらの抵抗の節点はPNPトランジスタ１
７２に接続される。トランジスタ１７２のエミツ
タは＋12V電源に接続され、そのコレクタは
NPNパワートランジスタ１８０及び１８１のベ
ース端子に接続される。バツテリー１２１の正端
子は並列トランジスタ１８０及び１８１の共通コ
レクタ回路に接続され、それらのトランジスタの
エミツタはそれぞれフユーズ１８２及び１８３、
並びにハンダ鏝３０を介して負のバツテリー端子
に接続される。 端子１３５におけるトリガーパルスは単安定回
路１３０を付勢して出力パルスを発生させ、それ
によつてドライブ回路中のトランジスタ１５０〜
１５２を導通させる。これらのトランジスタの導
通はまた並列パワートランジスタ１６０〜１６２
を導通させる。その結果、可変抵抗器１３１の設
定により定まつた時間幅の大電流パルスが6Vバ
ツテリー電源１２０及び１２１からハンダ鏝に供
給される。回路１３０の出力におけるパルスの終
了は単安定回路１４０のオペレーシヨンをトリガ
ーして出力パルスを発生させ、そのパルスはドラ
イブトランジスタ１７０〜１７２を導通させる。
これらのトランジスタの導通はまた並列パワート
ランジスタ１８０及び１８１を導通させる。この
結果、4V電源１２１からはトランジスタ１８０
及び１８１を介してハンダ鏝に大電流パルスが供
給される。このパルスの時間幅は可変抵抗器１４
１の設定により与えられたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従つて構成されたシステムを
図解する部分平面及びブロツク線図、第２図は前
記システムの回路板上におけるワイヤー配置及び
ハンダ鏝の詳細を示す部分破断面図、第３図はワ
イヤーとハンダ鏝及び端子パツドを示す斜視図、
第４図及び第５図は本発明に従つて遂行されたハ
ンダ付けの状態を示す図、第６図はハンダ付けオ
ペレーシヨン中の温度分布を示す線図、第７図は
ハンダ鏝を付勢するための単パルス型制御システ
ムを示す回路略図、第８図はハンダ鏝を付勢する
ための多重パルス制御システムを示す回路略図で
ある。 ５……回路板、６……粘着表面層、１０……ワ
イヤーガイド、１１……絶縁銅線、２０……ワイ
ヤー引き用鉄筆、３０……ハンダ鏝、３２……鏝
先（チツプ）、４０……Ｘ−Ｙ送り装置、４２…
…コンピユータ制御装置、４４……位置検出器、
４６……タイマー制御装置、４８……ソレノイド
または空気圧アクチユエータ、４９……制御回
路、５０……スイツチング回路、５２……電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定質量のハンダ鏝を用いてワイヤーを回路
   板上の端子パツドなどにハンダ付けするために融
   点約232℃（450〓）のハンダの存在下において行
   われる方法であつて、 (a) 前記ハンダ鏝の実効質量によつて蓄積しうる
   熱エネルギー量が融点232℃のハンダによる効
   果的なハンダ付けに必要な熱エネルギー量より
   わずかに大きいものであつて、しかもハンダ付
   けの形成中において実質的に用い尽くされるよ
   うに、前記実効質量を選択する段階と、 (b) 前記実効質量を有するハンダ鏝を、その鏝が
   急速に劣化するほど高くはない所定の高温度ま
   で加熱する段階と、 (c) 前記ハンダ鏝を前記パツド上に置かれたハン
   ダ付けすべきワイヤーに熱伝達可能に接触させ
   る段階と、 (d) その接触中において (i) 前記ワイヤーと前記端子パツドにハンダ付
   けを完成するに十分な熱量を実質的に直接供
   給するとともに、 (ii) 前記ハンダを固形化させる ことからなる段階とを備えたことにより (e) 前記選択された熱エネルギー量を実質的に使
   い果たして前記端子パツドから回路板への実質
   的な熱移動を生じないようにし、 (f) 前記ハンダ鏝の加熱温度は、ハンダ付けを
   500ｍ秒より短時間で達成するに十分な当該ハ
   ンダ付部への熱伝導を生ずる温度であることを
   特徴とするワイヤーを端子パツド上に高速でハ
   ンダ付けする方法。 ２ 前記ハンダ鏝の全接触時間が50ｍ秒より短い
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ３ 前記ハンダ鏝が538℃（1000〓）より高い温
   度まで加熱されることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の方法。 ４ 前記ハンダ鏝が872〜1093℃（1600〜2000〓）
   まで加熱されることを特徴とする特許請求の範囲
   第３項記載の方法。 ５ ハンダ鏝がハンダ付けされるべきワイヤーと
   接触する前に前記選択された高温まで加熱される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ６ ハンダ鏝がハンダ付けされるべきワイヤーと
   接触した後、前記予め選択された高温まで加熱さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の方法。 ７ 前記端子パツドが前記ハンダ鏝と接触する前
   にハンダ被覆されたものであることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の方法。 ８ 前記端子パツドが非共晶状態のハンダによつ
   て被覆されたものであることを特徴とする特許請
   求の範囲第７項記載の方法。 ９ 前記端子パツドが予め錫メツキされたもので
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の方法。 １０ 前記ワイヤーが前記ハンダ鏝と接触する前
   にハンダ被覆されたものであることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の方法。 １１ 前記ハンダ付けを形成すべく用いられるハ
   ンダが所定の形態を持つていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の方法。 １２ 前記ハンダ付けを形成すべく用いられるハ
   ンダが流動体からなることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の方法。 １３ 所定の実効質量を有するハンダ鏝を用いて
   回路板上における融点約232℃（450〓）のハンダ
   で被覆された端子パツドに絶縁ワイヤーをハンダ
   付けするための方法であつて、 (a) 前記ハンダ鏝の実効質量を予め選択された高
   温まで加熱したときその質量に蓄積される熱エ
   ネルギー量が、前記ワイヤーの絶縁物を蒸発さ
   せ、かつ、融点約232℃のハンダで効果的なハ
   ンダ付けを行うに必要な熱エネルギー量よりわ
   ずかに大きくなるように、前記実効質量を選択
   する段階と、 (b) 前記選択された質量のハンダ鏝を、その鏝が
   急速に劣化するほどには高くない所定の高温度
   まで加熱する段階と、 (c) 前記ハンダ鏝を前記ハンダ被覆された端子パ
   ツド上に置かれた絶縁ワイヤーに接触させる段
   階とを備えたことにより、 (d) 前記ハンダ鏝において蓄積した前記熱エネル
   ギー量を実質的に消費して (i) 前記接触点の領域におけるワイヤー上の絶
   縁物を蒸発させ、 (ii) 次に前記接触点と反対側のワイヤー側面に
   おける絶縁物を蒸発させるとともに、 (iii) 前記ハンダ被覆された端子パツド上のハン
   ダを溶融し、 (e) 前記熱エネルギー量の前記実質的消費により
   前記端子パツドから前記回路板もしくは他の要
   素に至るような実質的な熱移動を生じないよう
   にし、 (f) 前記ハンダ付けを行う全接触時間が500ｍ秒
   より短いことを特徴とする絶縁ワイヤーを端子
   パツドに高速でハンダ付けするための方法。 １４ 前記ハンダ鏝とワイヤーとの接触を、ハン
   ダが固形化するまで維持することを特徴とする特
   許請求の範囲第１３項記載の方法。 １５ ハンダ鏝の全接触時間が50ｍ秒より短いこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１４項記載の方
   法。 １６ (a) 前記予め選択された高温が872〜1093
   ℃（1600〜2000〓）であり、 (b) ハンダ鏝の実効質量が約82×10^-6cm³（５×
   10^-6in³）程度の塊体により具備されたもので
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１３項
   記載の方法。 １７ ５〜100ｍ秒間にわたり50〜500Aの電流を
   通ずることにより、前記ハンダ鏝を前記予め定め
   られた高温まで加熱することを特徴とする特許請
   求の範囲第１３項記載の方法。 １８ 前記ハンダ鏝を絶縁ワイヤーと接触させる
   前に加熱することを特徴とする特許請求の範囲第
   １３項記載の方法。 １９ 前記ハンダ鏝を絶縁ワイヤーと接触させた
   後、加熱することを特徴とする特許請求の範囲第
   １３項記載の方法。 ２０ 前記ハンダ鏝が前記ワイヤーを100〜800ｇ
   の接触圧力で前記端子パツド上に接触させるもの
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１３項
   記載の方法。 ２１ 加熱されたハンダ鏝を用いて絶縁ワイヤー
   を回路板のハンダ被覆された端子パツド上に融点
   約232℃（450〓）のハンダでハンダ付けするため
   の方法であつて、 (a) 前記ハンダ鏝の実効質量を加熱したときにハ
   ンダ付けの遂行にあたつてそのハンダ鏝から供
   給されるべき熱エネルギーが前記ワイヤーの絶
   縁物を蒸発飛散させるとともに、融点約232℃
   のハンダを効果的なハンダ付けのために融解す
   るに十分な量となるように、前記実効質量を選
   択する段階と、 (b) ハンダ鏝を、ハンダ被覆された端子パツド上
   に置かれた絶縁ワイヤーに接触させる段階とを
   備えたことにより (c) 前記ハンダ鏝が加熱される加熱期間及び温度
   を選択して (i) 接触領域における絶縁物に伝達される温度
   がその蒸発温度を上回り、 (ii) 予めハンダ被覆された端子パツド上のハン
   ダの温度が効果的なハンダ付けに必要な最短
   時間だけ前記約232℃の融点を越えるように
   し、さらに (iii) 端子パツドに近接した回路板の温度がその
   回路板の劣化を生ずる温度を上回らない ようにしたことを特徴とする絶縁ワイヤーの端
   子パツドへの高速ハンダ付け方法。 ２２ ハンダ鏝がその急速な劣化を生じない程度
   の温度まで加熱されることにより接触後、速やか
   な温度上昇を達成するとともに、ハンダ付けが形
   成される接触中において端子パツドを越えて回路
   板に達する熱移動を最少化するようにしたことを
   特徴とする特許請求の範囲第２１項記載の方法。 ２３ ハンダ鏝が872〜1093℃（1600〜2000〓）
   まで加熱されることを特徴とする特許請求の範囲
   第２１項記載の方法。 ２４ 前記実効質量が約82×10^-6cm³（５×
   10^-6in³）程度であることを特徴とする特許請求
   の範囲第２１項記載の方法。 ２５ 前記ハンダ鏝の加熱により実現される温度
   の配分が (a) ハンダ鏝の温度を538℃（1000〓）より高く
   し、 (b) ワイヤーの絶縁物の蒸発飛散が399℃（750
   〓）より高い温度で行われるようにし、さらに (c) 端子パツドに近接した基板温度を288℃（550
   〓）より低くなるようにしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第２１項記載の方法。 ２６ ハンダ鏝が比較的大きい質量体に熱的に結
   合された比較的小さい実効質量を有し、この実効
   質量をハンダ付け用の蓄熱に用いることにより、
   ハンダ付け後に前記比較的大きい質量体内に熱を
   消散させてハンダを冷却することを特徴とする特
   許請求の範囲第２１項記載の方法。 ２７ 回路板上の端子パツドにワイヤーをハンダ
   付けするためにハンダの存在下において作動する
   システムであつて、 (a) 所定の実効質量を有するハンダ鏝と、 (b) 前記ハンダ鏝に熱エネルギーを加えるための
   手段であつて、 (i) 前記ハンダ鏝の温度をそれが急速に劣化し
   ない程度の所定の高温度まで上昇させるとと
   もに、 (ii) 前記ハンダ鏝に効果的なハンダ付けに必要
   な量よりわずかに大きく、かつハンダ付けの
   形成中に実質的に用い尽くされる熱エネルギ
   ー量を蓄積させるための 前記熱エネルギー供給手段と、 (c) 前記ハンダ鏝を、端子パツド上に置かれたハ
   ンダ付けすべきワイヤーに接触させるための手
   段であつて、 (i) 前記接触を介してハンダ付けを完成するに
   十分な熱を伝達するとともに、 (ii) ハンダの固形化を許容することができる前
   記手段とを備え、 (d) 前記実効質量及びそれに供給される前記熱エ
   ネルギーが500ｍ秒より短い時間においてハン
   ダ付けを達成するように選択されたものである
   ことを特徴とする、ワイヤーを端子パツドにハ
   ンダ付けするためのシステム。 ２８ 前記実効質量及びその質量に加えられる熱
   エネルギーの値がハンダ付けを50ｍ秒より短時間
   で行えるように選択されたものであることを特徴
   とする特許請求の範囲第２７項記載のシステム。 ２９ 前記ハンダ鏝に熱エネルギーを供給するた
   めの前記手段が538℃（1000〓）より高い温度ま
   で温度上昇するものであることを特徴とする特許
   請求の範囲第２７項記載のシステム。 ３０ 前記ハンダ鏝に熱エネルギーを供給するた
   めの前記手段が872〜1093℃（1600〜2000〓）ま
   で温度上昇するようにしたことを特徴とする特許
   請求の範囲第２７項記載のシステム。 ３１ 前記システムがさらに前記熱エネルギーを
   供給するための前記手段に結合された手段であつ
   て、前記ハンダ鏝に前記所定量の熱エネルギーを
   蓄積させた後前記ハンダ鏝と前記回路板との相対
   移動を与えることにより、前記ハンダ鏝を前記ワ
   イヤー及び前記端子パツドに熱伝達可能に接触さ
   せるための手段を備えたことを特徴とする特許請
   求の範囲第２７項記載のシステム。 ３２ 前記システムがさらに前記熱エネルギーを
   供給するための前記手段に結合された手段であつ
   て、前記ハンダ鏝に前記所定量の熱エネルギーを
   蓄積させる前に前記ハンダ鏝と前記回路板との相
   対移動を提供することにより、前記ハンダ鏝を前
   記ワイヤー及び前記端子パツドに対し熱伝達可能
   な接触位置にもたらすための手段を備えたことを
   特徴とする特許請求の範囲第２７項記載のシステ
   ム。 ３３ 前記ハンダ鏝がハンダ付けをした後、熱エ
   ネルギーを消散させるためのチツプと、このチツ
   プに熱伝達可能に結合された熱容器を含むことを
   特徴とする特許請求の範囲第３２項記載のシステ
   ム。 ３４ 前記ハンダ鏝に熱エネルギーを供給するた
   めの手段が複数のパルスエネルギーを供給するも
   のであることを特徴とする特許請求の範囲第２７
   項記載のシステム。 ３５ 前記パルスが前記ワイヤーから絶縁物を蒸
   発飛散させるに足る短時間の比較的高いエネルギ
   ーパルスと、これに続くハンダ付け用の比較的長
   時間で比較的低いエネルギーパルスとからなるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２７項記載のシ
   ステム。