JPH0734988B2 - はんだ付け装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、はんだ付け装置に係り、特にノズルから噴流
される溶融はんだから被はんだ付け体を離反させる際に
ははんだ付け不良を起こさないようにするとともに、十
分なはんだ付着量が得られるようにしたものに関する。

従来の技術 噴流ノズルを備えたはんだ槽にはんだを溶融して収容
し、この溶融はんだを上記ノズルから噴出させるように
した噴流はんだ装置は、プリント基板に搭載した電子部
品のリードとプリント板上に形成した回路配線パターン
のはんだ付けランドとのはんだ付けに広く使用されてい
る。

この噴流はんだ装置は、例えば第５図に示すように、は
んだ槽１に金属製のノズル２を設け、ポンプ３により導
入通路４から上記ノズル２に溶融はんだを噴出し、さら
にウェーブフォーマ５、６を設けて搬送されてくるプリ
ント板ａに溶融はんだを適切な形状で接触させている。

このようなはんだ付け装置でプリント板のはんだ付けラ
ンドに電子部品のリードをはんだ付けすると、種々のは
んだ付け不良を生じることがある。例えばはんだ付着量
過剰が原因でリード間にはんだブリッジが生じたり、リ
ードにはんだのつららが生じ、あるいはこれとは逆には
んだ付着量不足が原因でフィレットの高さや形状が不適
切に成ったり、フィレット肉盛りが薄過ぎて穴あきリー
ド孔に通じる貫通孔ができる等の不良を生じることがあ
る。このようなはんだ付け不良が大量生産工程で生じる
ことは品質及び生産能率の点で問題であるので、これを
如何に少なくするかが重要な課題になっている。

これを解決するために、例えばはんだブリッジの発生数
を低減するために、例えば実開昭50−36838号公報に
は、第６図に示す形状のウェーブフォーマ（追波板）
７、８をノズル９と連結させ、これらのウェーブフォー
マ７、８の傾斜角を変化させることによりプリント板ｂ
が溶融はんだから離脱する位置における溶融はんだの速
度を自在に調整することを提案している。

このような考え方は、他の文献においても取り上げられ
ており、例えばT.Dixon（Automatic Controls Step Int
o Wave Soldering 52/Electron R＆P:August 1985/55Pr
oc.Tech.Program Natl Electron Packag.Prod Conf 198
1−Vol.1）は、第７図に示すように、プリント板ｃの搬
送方向の前方側のウェーブ（噴流）10の速度をこのプリ
ント板ｃの搬送速度（コンベア速度）と等しくして、プ
リント板がウェーブからほぼ垂直に離れるような最適条
件に調整し、かつ該ウェーブを小さな傾斜角で十分に長
くすることによりプリント板のはんだ付け箇所を保温す
る効果でブリッジやつららの発生を低減できると述べて
いる。

しかしながら、電子部品、特にLSIやコネクタ類等のプ
リント板に対する搭載密度が高度化することにより、1.
78〜2mmピッチの多ピンのリードを連ねた最新の電子部
品はんだ付けにおいては、第７図に示すような装置でウ
ェーブの流速を調整するだけではブリッジの発生を低減
することが困難である。その理由の一つは、プリント板
がコンベアにより搬送されてその先端から順次溶融はん
だに接触し、ついで同様に先端側から順次離反するた
め、プリント板の溶融はんだに接触した部分としない部
分で温度差が生じ、この接触が同時に行われたとしても
プリント板に温度分布が生じ、これによりプリント板に
図示上方凹状の反りが生じ、この反りはプリント板の固
定方法にもよって異なるが、一様な反り形状にすること
は極めて困難であるからである。

すなわち、プリント板は搬送されながら溶融はんだとの
接触を常に保持しなければならないため、その搬送中に
多少の変動があることから安全を見込んで少なくとも板
厚の1/3が溶融はんだに浸漬されていなければならない
が、このようにすると第７図に示すようにプリント板の
浸漬により押し潰されたウェーブ表面の溶融はんだ11は
搬送方向の前方に押し出され、この結果ウェーブの前方
の流速は増加し、この増加はプリント板の反りの程度に
より変わり、結局プリント板の搬送速度と溶融はんだの
流通速度が一様にならず、プリント板が溶融はんだから
離反する際にブリッジを生じ易いと考えられる。これは
リード間のピッチが微小化するにつれて一層生じ易くな
る。

これを解決するために、第８図に示すように、プリント
板ｄの搬送方向に対して溶融はんだを完全に逆流させ、
プリント板を向流接触させる装置についても以前に提案
（特許出願中）したが、この装置ではプリント板の最大
の反り量に応じて搬送方向に排出される溶融はんだによ
って生じる搬送方向前方の流速よりも、プリント板の溶
融はんだからの離反点における溶融はんだの逆流速度を
大きくするようにノズル12とウェーブフォーマ13を形成
すると、上記したリードピッチの小さいものに対しても
ブリッジの発生数を著しく少なくすることができること
を見出した。

しかしながら、この溶融はんだの逆流はプリント板搬送
方向と逆方向に設けたウェーブフォーマ13によってもた
らされ、その流速はウェーブフォーマ13の先端の高さを
変え重力を利用して変えるか、溶融はんだを噴出させる
ポンプの回転数を制御して調整するしか方法がない。

ところが、上記の溶融はんだの逆流速度を大きくしては
んだブリッジの発生を少なくすると、この速度が過度に
なったときにはんだ付着量不足現象が生じる。また、コ
ンベアの搬送角度を任意に変更したいとの生産上の要求
に対して、この流速制御のみでは波高の調整に問題が生
じる。例えば、上記の問題を発生するのみならず、プリ
ント板に搭載される電子部品は多種多様であり、過度に
コンベアを傾斜させると部品を倒してしまうことがあ
り、コンベアの搬送角度を小さくしなければならない場
合があり、これは波高を高める手段を必要とする。これ
らの波高とはんだ付着量の条件を満足させるためには上
記溶融はんだの逆流速度を適正範囲に調整する必要があ
る。

例えばウェーブフォーマ13を傾斜し過ぎて溶融はんだの
速度を増した場合、あるいはポンプ回転数を小さくして
溶融はんだ速度を小さくし過ぎると、プリント板が最初
に接触する溶融はんだの波高は小さくなりプリント板に
搭載されたリードがこれに当たることがあり、一方この
ウェーブフォーマ13の傾斜角を大きくしてポンプの出力
を増して溶融はんだの逆流速度を増すと、これが過度に
なったときは今度は波が荒れて却ってブリッジを生じ易
くする。そこで、ウェーブフォーマ13の傾斜角、ポンプ
の出力をあまり変えないで、第８図に示すように、コン
ベア角度７度で搬送されたプリント板を溶融はんだに浸
漬したとして、その入口の波の高さL₁を一定とすると、
プリント板の溶融はんだから離反する側のウェーブフォ
ーマ13の上部との間隙L₂が定まるが、一般にリードの突
出長さとプリント板の反り量等を考慮すると、上記の波
高L₁、間隙L₂の値は少なくとも10mmを必要とする。この
状態で、プリント板に搭載する電子部品が倒れ易く、コ
ンベアの搬送角度を４度にしなければならないとする
と、プリント板の溶融はんだに浸漬する入口の波の高さ
L₁は上記のコンベア搬送角度７度の場合とほとんど変わ
らないが、その溶融はんだと離反する側の間隙はL₂から
L₃と小さくなり、その高さが低くなるので、今度はリー
ドがこれに当たることがある。これを回避しようとして
ウェーブフォーマ13の上側の位置を低くすることも考え
られるが、このようにするとプリント板が搬送されるこ
とにより前側に押し潰され、溶融はんだの順流方向の流
速が高まり、溶融はんだを逆流させてブリッジの発生を
少なくしようとする上記のメリットを相殺することにな
る。これを解決するためには、ウェーブフォーマ13の下
側流通路の長さを大きくすることも考えられるが、これ
ははんだ槽を大型することにより経済上のデメリットに
なる。

発明が解決しようとする問題点 以上説明したように、従来のはんだ付け装置はプリント
板が溶融はんだに順流接触するためブリッジを生じ易
く、これをプリント板が溶融はんだに向流接触するよう
に改良したはんだ付け装置も提案したが、これについて
は溶融はんだの流速を大きくするとブリッジの発生は減
少するが、はんだ付着不足やプリント板のリードがその
搬送中にウェーブフォーマ部材に当たるという幾何学的
問題があり、これらを調和する工夫が望まれていた。

問題点を解決するための手段 本発明は、上記問題点を解決するために、溶融はんだに
被はんだ付け体を移動しながら接触させてはんだ付けす
るはんだ付け装置において、上記溶融はんだを噴流させ
る噴流ノズルに該溶融はんだを上記被はんだ付け体の移
動方向と逆方向に流通させて該被はんだ付け体に接触さ
せるウェーブフォーマを設け、該被はんだ付け体が最初
に接触する溶融はんだの該ウェーブフォーマ位置に溶融
はんだ噴出口を設け、該溶融はんだ噴出口から溶融はん
だを噴出させて上記噴流ノズルから噴流され上記ウェー
ブフォーマに流通された溶融はんだと合流させる溶融は
んだ波形成機構を有することを特徴とするはんだ付け装
置を提供するものである。

作用 プリント板が溶融はんだと最初に向流接触するウェーブ
フォーマ位置に溶融はんだをさらに噴出させたので、こ
の部分の溶融はんだの波の高さを大きくでき、これによ
りプリント板のリードの溶融はんだに対する十分な浸漬
を行うことができ、なおかつ溶融はんだの逆流速度を大
きくできる。次に本発明の一実施例を第１図ないし第３
図に基づいて説明する。

21ははんだ槽で、このはんだ槽21には溶融はんだ導入通
路22が設けられ、さらにこれにノズル23が連通して設け
られ、ここからはんだ槽21に収容した溶融はんだが回転
翼を有するポンプ24により噴出される。上記ノズル23は
縦断面が末拡がりで横断面が矩形に形成され、その上端
に噴流口を有する湾曲部23aが形成されている。その湾
曲部23aの下側にウェーブフォーマ下部材25aがその湾曲
面に連続して設けられて先端がやや上向き平板に形成さ
れ、上記湾曲部の上側にウェーブフォーマ上部材25bが
ほぼ水平にかつその先端が上記湾曲部23aの下面の湾曲
途中位置に対応して設けられ、さらにこのウェーブフォ
ーマ上部材25bの両側には側壁板25cが上記ウェーブフォ
ーマ下部材25aに沿って立設され溶融はんだ流通路の壁
部を形成している。図示省略したが側壁板25cの反対側
にも同様な側壁板が設けられている。このようにしてウ
ェーブフォーマ下部材25a、ウェーブフォーマ上部材25
b、両側壁板によりウェーブフォーマ25が形成される。

また、上記ノズル23の後側にはバイパス通路26が形成さ
れ、その先端は上記ウェーブフォーマ下部材25aの先端
部に形成された開口部26aに連通している。このバイパ
ス通路には進退自在の流量調節弁27が設けられている。

このような構成において、はんだ槽21に収容された溶融
はんだはポンプ24によりノズル23から噴出されるととも
に、バイパス通路26を通って開口部26aからも噴出され
る。この状態ではノズル23から噴出された溶融はんだ
は、第１図想像線で示すように、ウェーブフォーマ25を
後方に向かって流れ、その先端部で上記開口部26aから
噴出される溶融はんだと合流し、ここで盛り上げられて
からはんだ槽21に流れ落ちる。この状態でプリント板ｅ
を搬入し、はんだ付けすると、プリント板ｅが最初に接
触する溶融はんだの波高は高く形成されているので、プ
リント板ｅに搭載された部品のリードも溶融はんだに十
分深く浸漬され、一方溶融はんだはプリント板とは逆方
向に流れているので、この流れをプリント板ｅが溶融は
んだを押し潰そうとする圧力に拮抗するような速度にす
ると、プリント板ｅを溶融はんだから両者の速度差を小
さくして離反させることができる。この場合、ポンプ24
の出力を上げて溶融はんだの流速を大きくしたときに、
ウェーブフォーマ25の先端部のプリント板と接触する部
分の波高が小さくなったときは流量調整弁17により流量
を多くすれば溶融はんだの速度とは独立にその波高を定
めることができる。

この第１図の装置の具体例についてポンプ24の出力を変
えて溶融はんだ流速を変えたときの開口部26aの位置で
の波高の値を測定し、その結果をこの開口部を閉塞した
状態の装置を比較例として用いた同様な測定結果ととも
に第２図に示す。また、同じ装置を用いて溶融はんだ速
度とはんだ付着量との関係を測定するとともに、はんだ
過剰が原因のブリッジ及びつららの発生数及びはんだ不
足が原因のフィレットの穴あき数を測定し、その結果を
第５図に示す従来の装置（比較例１）及びこの装置の前
側ウェーブフォーマを後側のウエーブフォーマと同じに
し、ノズル口に対してハの字型のウェーブフォーマを備
えた装置（比較例２）を用いた比較例とともに第３図に
示す。なお、具体的測定条件は次のとおりである。

はんだ付け装置 （株）タムラ製作所製自動はんだ付け
装置 コンベア速度 3m/min コンベア傾斜角 ４度 フラックス ソルダーライトＦ−200Vタムラ化研（株）
製 プリヒート温度 90℃（プリント板はんだ付け面温度） はんだ付け温度 240℃ 試験用プリント板 テレビ用基板 テレビ用基板（大きさ350mm×270mmはんだ付けポイント
数2000） 溶融はんだ速度 溶融はんだとの離反位置 これらの試験の結果、第２図からわかるように本実施例
の装置は溶融はんだをウェーブフォーマ先端部で噴出さ
せたので、これを噴出させないものに比べて波高が溶融
はんだの各速度ともほぼ一様に高くなっている。また第
３図からわかるように本実施例の装置でははんだ流速が
10〜20cm/秒のときは、ブリッジ、つらら、穴あき発生
数が少ないが、比較例ではブリッジ、穴あき数がいずれ
も多い。なお、溶融はんだ速度が10〜20cm/秒のとき
は、第３図からウェーブフォーマの開口部を閉塞して溶
融はんだをここから噴出させなかったものは、溶融はん
だの波高が10mm以下であり、これは第８図で説明したよ
うな問題がおこる。

上記はノズル23から噴出させる溶融はんだとウェーブフ
ォーマ25の開口部26aから噴出させる溶融はんだはいず
れも同じポンプ24で作動されたが、第４図に示すよう
に、はんだ槽21に２つの溶融はんだ導入通路32、32′を
設け、導入通路32には上記と同様にノズル23、ウェーブ
フォーマ25を設けてポンプ34で溶融はんだを噴出させて
流し、導入通路32′にはノズル33を設け、上記ウェーブ
フォーマ25に設けた開口部26aに連通させてポンプ34′
により溶融はんだを噴出させても良い。このようにする
と、溶融はんだの流速とウェーブフォーマ先端部での波
の高さをポンプの出力の調節により独立に制御できる。

なお、図示省略したが、第１図に示す装置においてノズ
ル23の底部に例えばメッシュの整波板を設け、その上部
に上記バイパス通路26を設けるようにしても良い。

発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、例えばプリント
板が溶融はんだに最初に向流接触するウェーブフォーマ
位置にさらに溶融はんだを噴出させたので、プリント板
の搬送方向に対する溶融はんだの逆流速度を適切に制御
することによりはんだ過剰が原因で起こるはんだブリッ
ジ、つららの発生を抑制することができるとともに、こ
の速度制御によって生じるはんだ不足が原因で起こるフ
ィレットの穴あきはウェーブフォーマのプリント板が最
初に接触する溶融はんだの波の高さを高くすることによ
り防止することができる。しかも、従来の装置或いは先
に提案した装置のようにプリント板の搬送角度、その搭
載部品のリードとウェーブフォーマの形状との幾何学的
制約条件に患わされることなく、上記のはんだ付け不良
を少なくできる条件を選択できる。このようにしてはん
だ付け性能の良い、生産能率の優れたはんだ付け装置を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の装置の要部の断面図、第２
図はその一効果の測定結果を示すグラフ、第３図はその
他の効果の測定結果を示すグラフ、第４図は他の実施例
の装置の要部の断面図、第５図は従来のはんだ付け装置
の要部を示す断面図、第６図はその第２の例の装置の要
部の断面説明図、第７図はさらに第３の例の装置の要部
の断面説明図、第８図は先に提案した装置の要部の断面
説明図である。 図中、23はノズル、25はウェーブフォーマ、26aは溶融
はんだ噴出口としての開口部、24、34、34′はポンプ、
27は流量制御弁である。

フロントページの続き (72)発明者 佐藤 勲 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 渡部 武泰 岐阜県美濃加茂市加茂野町471番地 株式 会社日立製作所岐阜工場内 (72)発明者 宮野 由廣 埼玉県入間市大字狭山ヶ原16番地２ タム ラ化研株式会社内 (72)発明者 鈴木 清 東京都練馬区東大泉１丁目19番43号 株式 会社タムラ製作所内 (72)発明者 山田 倫章 東京都練馬区東大泉１丁目19番43号 株式 会社タムラ製作所内 (72)発明者 平賀 和則 東京都練馬区東大泉１丁目19番43号 株式 会社タムラ製作所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶融はんだに被はんだ付け体を移動しなが
   ら接触させてはんだ付けするはんだ付け装置において、
   上記溶融はんだを噴流させる噴流ノズルに該溶融はんだ
   を上記被はんだ付け体の移動方向と逆方向に流通させて
   該被はんだ付け体に接触させるウェーブフォーマを設
   け、該被はんだ付け体が最初に接触する溶融はんだの該
   ウェーブフォーマ位置に溶融はんだ噴出口を設け、該溶
   融はんだ噴出口から溶融はんだを噴出させて上記噴流ノ
   ズルから噴流され上記ウェーブフォーマに流通された溶
   融はんだと合流させる溶融はんだ波形成機構を有するこ
   とを特徴とするはんだ付け装置。
2. 【請求項２】噴流ノズルと溶融はんだ噴出口から噴出さ
   せる溶融はんだはそれぞれ異なる動力源により噴出圧が
   得られることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   はんだ付け装置。
3. 【請求項３】溶融はんだ噴出口から噴出される溶融はん
   だの噴出量を可変自在の流量制御手段を設けることによ
   り制御することを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
   第２項記載のはんだ付け装置。