JPH05200543A - クリーム半田の塗布装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 クリーム半田が充填されたシリンダ状容器
のクリーム半田吐出ノズルの垂直方向位置を測定し、シ
リンダ状容器交換による取付け誤差を自動的に補正して
クリーム半田吐出ノズルと基板との距離を常に一定に制
御し、基板にクリーム半田を均一に塗布するようにして
シリンダ状容器の交換、取付けを容易にする。 【構成】 三次元移動装置に取り付けられたクリーム半
田が充填されたシリンダ状容器のクリーム半田吐出ノズ
ルを接触子に接触させて該クリーム半田吐出ノズルの高
さ方向の位置を検出し、シリンダ状容器交換による取付
け誤差を補正するようにした基準台を設けたことを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、クリーム半田の塗布装
置に係り、特にクリーム半田が充填された容器の垂直方
向（Ｚ方向）基準位置を自動的に設定できるようにして
クリーム半田収納容器の取付けを容易にし、作業性を大
幅に向上させたクリーム半田の塗布装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】基板への半田付け方法として、半田付け
部にクリーム半田を塗布した基板に電子部品を搭載して
加熱することにより多くの電子部品を同時に半田付けす
るリフロー半田付け方法が主としてチップ電子部品の半
田付けに採用されている。

【０００３】従来、基板へのクリーム半田の塗布方法と
しては、基板のクリーム半田塗布部に相当する位置に抜
き穴が形成された、いわゆるメタルマスクを作成し、該
メタルマスクを基板に重ねてメタルマスク上からクリー
ム半田を塗布する印刷法が用いられていた。一方、近年
の電子部品の小型化によりリード端子の高密度化が益々
進み、半田付け部の面積が小さくなり、また該リード端
子のピッチも０．５ｍｍ程度しかない電子部品の半田付
けも可能とすることが強く要望されている。

【０００４】しかし、従来の印刷法によると、クリーム
半田を塗布するためメタルマスクに形成された抜き穴も
小さくせざるを得ず、多数の基板にクリーム半田を印刷
していると、抜き穴が詰まってクリーム半田の塗布不良
が発生するという欠点があった。

【０００５】また塗布不良箇所を半田付け以前のクリー
ム半田塗布時に見つけ出すことは難しく、半田付け終了
後の基板検査工程で発見されることになるので、作業効
率が悪く、また該不良基板の修理に多くの工数を要する
という欠点があった。更にパターンの異なる基板ごとに
メタルマスクを作成して印刷機にセットする必要があ
り、段取り替えに困難を伴なうという欠点があった。

【０００６】また上記のような欠点を解決する方法とし
て、三次元移動装置に搭載したノズルからクリーム半田
を吐出させて基板に塗布する方法及び装置（クリーム半
田のディスペンサ）が従来提案されているが、小型化さ
れた電子部品の１箇所当りのクリーム半田必要吐出量は
数ｍｇ程度であるが、従来の塗布方法によると、クリー
ム半田のノズルからの吐出量は該ノズルと基板との距離
により大幅にバラツキが生じ、基板の反り、曲がり等が
あると、これによるノズルと基板との距離の変化により
塗布量もばらつき、半田付けを均一に行うことができな
いという欠点があった。

【０００７】更にはシリンダ状容器内のクリーム半田を
消費するとクリーム半田が充填された新しいシリンダ状
容器と交換する必要があるが、新しいシリンダ状容器の
三次元移動装置への取付けにあたり、交換前のシリンダ
状容器と全く同じ高さに取り付けることは難しく、どう
しても多少の取付け誤差が生じることは避けられなかっ
た。

【０００８】この高さ方向の取付け誤差は、そのままク
リーム半田のノズルからの吐出量のバラツキの原因とな
り、シリンダ状容器の交換前後で吐出量が変化し、半田
付けを均一に行うことができないという欠点があった。

【０００９】また基板への電子部品の搭載密度の上昇に
よりクリーム半田の塗布部位の数は極めて多く、これら
の各塗布部位へのクリーム半田の塗布状態を１つずつチ
ェックすることは実際上困難であり、クリーム半田の塗
布不良箇所は半田付け終了後の基板検査工程で初めて分
かることが多いが、該基板検査工程での発見では遅く、
基板を不良として廃棄するか、又は多大の工数を掛けて
修理するかの方法しかなく生産効率の低下を招くという
欠点があった。

【００１０】また、上記した理由によりシリンダ状容器
の高さ方向の寸法を管理して取り付けることが必要とな
るが、シリンダ状容器の取付け誤差を少なく取り付ける
ためには、慎重な作業が要求され、熟練を要するという
欠点があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は，上記した従
来技術の欠点を除くためになされたものであって、その
目的とするところは、クリーム半田が充填されたシリン
ダ状容器を三次元移動装置に取り付けた後、シリンダ状
容器のクリーム半田吐出ノズルを基準台の接触子に接触
させることにより該クリーム半田吐出ノズルの高さ方向
の位置を検出して、シリンダ状容器の取付けに伴なう取
付け誤差を補正して常に基板とクリーム半田吐出ノズル
との間隔を一定とした状態でクリーム半田を吐出できる
ようにすることであり、またこれによってクリーム半田
を基板に均一に塗布できるようにすることである。

【００１２】また他の目的は、シリンダ状容器の交換作
業が従来に比べて非常に容易とすることによって熟練を
不要とし、シリンダ状容器の交換に要する時間を大幅に
短縮して作業効率を向上させることである。

【００１３】更に他の目的は、クリーム半田の塗布不良
をなくし、基板の不良率を低下させて生産効率を向上さ
せることである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】要するに本発明は、クリ
ーム半田が充填されクリーム半田吐出ノズルから前記ク
リーム半田を吐出させて基板に塗布するクリーム半田吐
出装置と、該クリーム半田吐出装置を搭載して基板の平
面と平行のＸ方向、該Ｘ方向と該平面内で直交するＹ方
向及び前記Ｘ方向及び前記Ｙ方向と直交するＺ方向に移
動する三次元移動装置と、該三次元移動装置の基台に固
定され前記クリーム半田吐出装置の前記クリーム半田吐
出ノズルの先端と接触させることにより該クリーム半田
吐出ノズルのＺ方向基準位置を設定する接触子を有する
基準台とを備えたことを特徴とするものである。

【００１５】

【実施例】以下本発明を図面に示す実施例に基いて説明
する。図１から図３において、本発明に係るクリーム半
田の塗布装置１は、三次元移動装置２と、クリーム半田
吐出装置３と、基準台３３とを備えている。

【００１６】三次元移動装置２は、クリーム半田吐出装
置３を三次元空間の任意の位置に移動させるためのもの
であって、基台６にＸ方向移動装置８が固定され、該Ｘ
方向移動装置８のＸ方向移動台（図示せず）にＹ方向移
動装置９が固定されてＸ方向移動装置８を駆動してＹ方
向移動装置９をＸ方向に移動させるようになっている。

【００１７】またＹ方向移動装置９のＹ方向移動台１０
には、Ｚ方向移動装置１１が固定されており、該Ｚ方向
移動装置１１に配設されたＤＣサーボモータ１２を作動
させ、図示しないボールねじ機構を回転させてＺ方向移
動台１３をＺ方向に移動させるようになっている。

【００１８】なおＸ方向移動装置８、Ｙ方向移動装置９
にも、Ｚ方向移動装置１１と同様に、ＤＣサーボモータ
とボールねじ機構からなる駆動機構が内蔵されており、
各々のＤＣサーボモータを作動させることによりＸ又は
Ｙ方向に可動部を移動させるように構成されている。

【００１９】三次元移動装置２には、上記のように夫々
独立したＤＣサーボモータが配設されているので、可動
部は三次元空間の２点間を直線的に高速で移動すること
ができ、例えば最高１５００ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動
しながら、プラスマイナス０．０２ｍｍの位置精度で所
定の位置に停止することができるようになっている。

【００２０】Ｚ方向移動台１３には、モータ１４が固定
された第１移動台１５が固定され、該第１移動台１５に
形成されたあり溝１５ａに第２移動台１６が摺動自在に
嵌合しており、溝１５ａに案内されてＺ方向（矢印Ａ又
はＢ方向）に移動できるようになっている。

【００２１】モータ１４の回転軸１８には、第２移動台
１６に形成された雌ねじ（図示せず）に螺合するリード
ねじ１９が連結されており、モータ１４を作動させてリ
ードねじ１９を回転させ、第２移動台１６を矢印Ａ又は
Ｂ方向に移動させるようになっている。

【００２２】クリーム半田吐出装置３は、クリーム半田
をクリーム半田吐出ノズル１９から吐出させて基板２０
に塗布するためのものであって、クリーム半田が充填さ
れたシリンダ状容器２１がその先端に装着されたクリー
ム半田吐出ノズル１９を下方に向けて第２移動台１６に
装着されており、シリンダ状容器２１の後端にはパイプ
２２を介して図示しない圧縮空気供給源から供給される
圧縮空気の圧力を調節してシリンダ状容器２１に供給す
る圧縮空気調節装置２３が装着されており、制御装置５
からの指令によって圧縮空気の圧力を調節してシリンダ
状容器２１内に送り込み、シリンダ状容器２１内の圧力
を高めてクリーム半田に圧縮空気の圧力を作用させ、ク
リーム半田吐出ノズル１９から吐出させるようになって
いる。

【００２３】非接触式測長器４は、基板２０のクリーム
半田塗布予定部位２０ａの高さを測定するためのもので
あって、非接触式測長器の一例たる公知のレーザ変位計
４がシリンダ状容器２１に隣接して第２移動台１６に装
着されている。

【００２４】レーザ変位計４から照射されるレーザ光線
は、基板２０のクリーム半田吐出ノズル１９の真下の位
置に照準が設定されており、矢印Ｃ方向に照射されたレ
ーザ光線のクリーム半田塗布予定部位２０ａからの反射
光を図示しないレンズで位置検出素子（図示せず）上に
集光し、クリーム半田塗布予定部位２０ａまでの距離を
測定し、該測定結果を電気コード２３を介して制御装置
５に伝達するようになっている。

【００２５】またレーザ光線のスポット径は、７０乃至
９０μｍであり、応答時間は略０．１ｍｓｅｃと極めて
短く、瞬時にクリーム半田塗布予定部位２０ａまでの距
離を測定することができるようになっている。

【００２６】制御装置５は、クリーム半田の塗布装置１
のＤＣサーボモータ、モータ１４、圧縮空気調節装置２
３、レーザ変位計４等の各部を制御するためのものであ
って、中央演算処理装置２４、入出力ポート２５及び外
部記憶装置２６等からなるコンピュータ２８、該コンピ
ュータ２８に指令信号を入力するためのキーボード２９
及び処理結果を表示するディスプレイ装置３０とから構
成されている。

【００２７】次に、クリーム半田吐出装置３のＺ方向の
制御装置の構成について説明すると、レーザ変位計４か
らの測定結果が電気コード２３により入出力ポート２５
に入力され、該入力信号に基き所定の演算処理が施さ
れ、ＤＣサーボモータ及びモータ１４への駆動信号が電
気コード３１を介して伝達されて、該ＤＣサーボモータ
及びモータ１４を作動させ、クリーム半田吐出装置３を
矢印Ａ及びＢ方向に移動させて基板２０とクリーム半田
吐出ノズル１９との距離を所定の距離となるように制御
するように構成されている。

【００２８】基台６には、基板２０を三次元移動装置２
の下方に搬送する搬送装置（図示せず）と搬送された基
板２０を水平に固定保持する基板保持台３２が配設され
ており、６０×９０ｍｍから３８５×５１０ｍｍまでの
大きさの基板２０を毎秒１．５から２．５ｍの速度で搬
送し固定保持するようになっている。

【００２９】次に、本発明の要部について説明すると、
基台６の所定箇所には導電材料からなる接触子３３ａを
有する基準台３３がボルト３４により固定され、該基準
台３３は電気コード３５で入出力ポート２５に接続され
ており，接触子３３ａにクリーム半田吐出ノズル１９の
先端が接触するとこれを検出して検出信号をコンピュー
タ２８に伝達してクリーム半田吐出ノズル１９の高さ方
向（Ｚ方向）の位置を知り、基準位置を設定できるよう
になっている。また、クリーム半田の塗布装置１には、
各部を手動で作動させるためのスイッチ３４が配設され
ている。

【００３０】本発明は、上記のように構成されており、
以下その作用について説明する。図１から図３におい
て、準備作業として制御装置５に基板２０のクリーム半
田塗布予定部位２０ａの位置座標、及び吐出時の基板２
０とクリーム半田吐出ノズル１９との距離（設定距
離）、例えば１ｍｍを記憶させる。

【００３１】この記憶作業は、キーボード２９から手動
で入力してもよく、また図示しないフロッピイディスク
に記憶させておいたデータをフロッピイディスクドライ
ブ（図示せず）から読み込んで記憶させてもよい。

【００３２】次に、スイッチ３４を手動で操作してクリ
ーム半田吐出ノズル１９を矢印Ｂ方向に移動させて図３
において破線で示す如く基準台３３の接触子３３ａに接
触させる。

【００３３】クリーム半田吐出ノズル１９と接触子３３
ａとが接触すると、例えばクリーム半田吐出ノズル１９
との導通が得られ、それまで電気が供給されて高い電圧
状態にあった接触子３３ａの電圧が低下することにより
接触したことが検出され、検出信号が電気コード３５を
介してコンピユータ２８に伝達されてクリーム半田吐出
ノズル１９のＺ方向の位置が記憶され、以後この位置を
基準位置として記憶し準備作業が終了する。

【００３４】クリーム半田吐出ノズル１９と接触子３３
ａとの接触によるＺ方向の位置検出精度は、約０．０２
ｍｍ程度であり極めて高精度で検出することができる。
そこで基板２０を搬送装置（図示せず）で搬送し、基板
保持台３２上に水平に固定保持した後、クリーム半田の
塗布装置１の作動を開始させると、制御装置５に記憶さ
せておいたデータに従ってまず、三次元移動装置２が作
動し、最初のクリーム半田塗布予定部位２０ａに移動さ
せた後、レーザ変位計４からレーザ光線をクリーム半田
塗布予定部位２０ａに照射して該クリーム半田塗布予定
部位２０ａまでの距離を測定し、該測定結果を電気コー
ド２４を介して制御装置５に伝達する。

【００３５】そして、該測定結果と記憶された基準位置
とを比較することによりクリーム半田吐出ノズル１９の
Ｚ方向位置を演算する。レーザ光線のスポット径は、７
０乃至９０μｍと非常に小さく、また応答時間は約０．
１ｍｓｅｃであるので、クリーム半田塗布予定部位２０
ａの任意の位置を極めて短かい時間で測定することがで
きる。

【００３６】次いで、測定された距離と予め設定された
距離とが等しいかどうかを判断する。もし、両者が等し
くないときには、測定された距離が設定された距離より
大きいかどうかが判別される。

【００３７】測定された距離が設定された距離より大き
いときは、クリーム半田吐出装置３の位置が高すぎると
判断され、制御装置５から駆動信号がＤＣサーボモータ
１２及びモータ１４に電気コード３１を介して伝達さ
れ、該ＤＣサーボモータ１２及びモータ１４を駆動して
クリーム半田吐出装置３を下方に移動させ、基板２０と
クリーム半田吐出ノズル１９との距離を設定された距
離、例えば１ｍｍとなるように制御する。

【００３８】もし測定された距離が設定された距離より
大きくないときは、クリーム半田吐出装置３の位置が低
すぎると判断され、制御装置５から駆動信号がＤＣサー
ボモータ１２及びモータ１４に電気コード３１を介して
伝達され、該ＤＣサーボモータ１２及びモータ１４を作
動させてクリーム半田吐出装置３を上方に移動させ、基
板２０とクリーム半田吐出ノズル１９との距離を設定さ
れた距離、例えば１ｍｍとなるように制御する。

【００３９】上記した如く、記憶された基準位置を基に
して基板２０からクリーム半田吐出ノズル１９までの距
離を補正して設定された距離、例えば１ｍｍにした後、
図示しない圧縮空気供給源から供給される圧縮空気の圧
力を圧力調整装置２３において調節してシリンダ状容器
２１内に送り込み、シリンダ状容器２１内の圧力を高め
てクリーム半田をクリーム半田吐出ノズル１９から一定
量吐出させて基板２０に塗布する。

【００４０】圧縮空気の圧力をシリンダ状容器２１内の
クリーム半田に作用させてクリーム半田を吐出する状態
を詳述すると、シリンダ状容器２１内のクリーム半田の
残量が多いときと、クリーム半田の残量が少ないときと
では、クリーム半田の吐出に必要なエネルギが異なり、
圧縮空気の圧力を変えて作用させる必要がある。

【００４１】一般的に適正供給空気圧は、クリーム半田
の残量が多い場合は粘度の高い多量のクリーム半田を流
動させるために消費されるエネルギも多く、従って多く
のエネルギを供給しなければならないので、比較的高圧
の空気圧を必要とし、残量が少ない場合は、低圧の空気
圧でも所定量のクリーム半田を吐出させることができ
る。

【００４２】適正供給空気圧は、空気が圧縮性流体であ
るためにクリーム半田の残量だけでなくシリンダ状容器
２１の容積によっても異なり、クリーム半田の残量と一
定量のクリーム半田を吐出させるに必要な適正供給空気
圧との関係を予め実験的に求めてデータを作成してお
き、該データをコンピュータ２８の外部記憶装置に記憶
させておくと便利である。

【００４３】そして、超音波測長器（図示せず）から超
音波をシリンダ状容器２１内のクリーム半田の表面に向
けて発射し、クリーム半田の表面からの反射波を受信し
て該超音波の発射から受信までの時間を測定することに
よってクリーム半田の表面までの距離を測定して該測定
結果をコンピュータ２８に入力し、所定の演算処理に従
って処理してシリンダ状容器２１内のクリーム半田の残
量を計算し、前述した適正供給空気圧テーブルからクリ
ーム半田の残量に応じた適正供給空気圧を求める。そし
て、圧力調整装置２３を作動させて該適正供給空気圧の
圧縮空気をシリンダ状容器２１内に送り込み、クリーム
半田吐出ノズル１９からクリーム半田を一定量吐出させ
て基板２０に塗布する。

【００４４】上記した如く、一定量のクリーム半田を吐
出させて最初のクリーム半田塗布予定部位２０ａへのク
リーム半田塗布を終了した後、三次元移動装置２を作動
させて次のクリーム半田塗布予定部位２０ａへクリーム
半田吐出装置３を移動させ、以下同様の操作を繰り返
す。こうして、すべてのクリーム半田塗布予定部位２０
ａへのクリーム半田塗布が終了する。

【００４５】ここで、クリーム半田塗布の途中でシリン
ダ状容器２１内のクリーム半田がすべて消費された場合
には、クリーム半田が充填された新しいシリンダ状容器
２１と交換した後、再びスイッチ３４を手動で操作して
クリーム半田吐出ノズル１９を矢印Ｂ方向に移動させて
接触子３３ａに接触させクリーム半田吐出ノズル１９の
Ｚ方向の位置を検出する。

【００４６】コンピユータ２８は、準備作業時に記憶し
ておいた基準位置と新しいシリンダ状容器２１の位置と
を比較して、その差を演算して以後の作業においてはこ
の値を補正してクリーム半田吐出ノズル１９のＺ方向制
御を行う。

【００４７】即ち、クリーム半田吐出ノズル１９の位置
が交換により多少その位置が異なって取り付けられても
基板２０とクリーム半田吐出ノズル１９との距離はシリ
ンダ状容器２１を交換する以前と全く同一に、例えば１
ｍｍに制御されてクリーム半田吐出ノズル１９からクリ
ーム半田を基板２０に塗布するので、クリーム半田の吐
出量は常に一定量となり、均一な塗布を行うことができ
る。

【００４８】以上によりシリンダ状容器２１の交換作業
が従来に比べて非常に容易となるから熟練も不要とな
り、またシリンダ状容器２１の交換に要する時間を大幅
に短縮して作業効率を向上させることができる。

【００４９】なおクリーム半田の吐出スピードは、１回
約０．５秒であり、上記した如くクリーム半田の吐出ご
とにクリーム半田の残量を検出して適正供給空気圧をク
リーム半田の表面に作用させると共に、基板２０とクリ
ーム半田吐出ノズル１９との距離を設定値に対してプラ
スマイナス０．０２ｍｍの精度で補正して吐出するの
で、クリーム半田の吐出量のバラツキはプラスマイナス
１５％以内と極めて小さく、基板２０に均一に塗布する
ことができる。また、記憶できるクリーム半田塗布予定
部位２０ａの数は、少なくとも３０００ポイントとする
ことができ、実用上十分なポイント数を記憶させること
ができる。

【００５０】

【発明の効果】本発明は、上記のようにクリーム半田が
充填されたシリンダ状容器を三次元移動装置に取り付け
た後、シリンダ状容器のクリーム半田吐出ノズルを基準
台の接触子に接触させることにより該クリーム半田吐出
ノズルの高さ方向の位置を検出するようにしたので、シ
リンダ状容器の取付けに伴なう取付け誤差を補正して常
に基板とクリーム半田吐出ノズルとの間隔を一定とした
状態でクリーム半田を吐出できる効果があり、クリーム
半田を基板に均一に塗布できる効果がある。

【００５１】またシリンダ状容器の交換作業が従来に比
べて非常に容易となるから熟練も不要となり、シリンダ
状容器の交換に要する時間を大幅に短縮して作業効率を
向上させることができる効果がある。

【００５２】更にはクリーム半田の塗布不良をなくすこ
とができるから、基板の不良率を低下させて生産効率を
向上させることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】クリーム半田の塗布装置の全体斜視図である。

【図２】クリーム半田の塗布装置の構成を示す要部斜視
図である。

【図３】クリーム半田吐出ノズルを接触子に接触させて
クリーム半田吐出ノズルのＺ方向の位置を検出する状態
を示すクリーム半田の塗布装置の正面図である。

【符号の説明】

１ クリーム半田の塗布装置 ２ 三次元移動装置 ３ クリーム半田吐出装置 ６ 基台 １９ クリーム半田吐出ノズル ２０ 基板 ３３ 基準台 ３３ａ 接触子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項】 クリーム半田が充填されクリーム半田吐出
   ノズルから前記クリーム半田を吐出させて基板に塗布す
   るクリーム半田吐出装置と、該クリーム半田吐出装置を
   搭載して基板の平面と平行のＸ方向、該Ｘ方向と該平面
   内で直交するＹ方向及び前記Ｘ方向及び前記Ｙ方向と直
   交するＺ方向に移動する三次元移動装置と、該三次元移
   動装置の基台に固定され前記クリーム半田吐出装置の前
   記クリーム半田吐出ノズルの先端と接触させることによ
   り該クリーム半田吐出ノズルのＺ方向基準位置を設定す
   る接触子を有する基準台とを備えたことを特徴とするク
   リーム半田の塗布装置。