JPH08174210A - はんだ接続方法、はんだ溶接用ヒータチップ、はんだ供給装置、およびはんだ接続装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】微細なピッチのはんだ付けを行う。特に０．３
ｍｍピッチ以下のリード部品の補修布線作業に適する。 【構成】 ヒータチップ１２先端において、粒状のはん
だ７を加熱して溶融させ、ヒータチップ１２先端に保持
するはんだ溶融ステップと、溶融したはんだを保持する
ヒータチップ１２先端を、接続位置５２に固定された接
続対象部材２，５の接続部位５２に接触させ、接続部位
５２に、溶融したはんだを付着させるはんだ付着ステッ
プと、ヒータチップ１２の先端を接続部位５２から移動
させるヒータチップ移動ステップとを有することを特徴
とするはんだ接続方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、はんだ接続の技術に係
り、特に、狭ピッチリード電子部品を搭載した回路基板
のリペア技術の一環である補修布線の接続に適するはん
だ接続方法、はんだ溶接用ヒータチップおよびはんだ接
続装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子装置の小型化・高機能化の傾向は、
装置の高密度化へ展開し、電子部品も多ピン狭ピッチ化
が進んでいる。また、高機能化の追及は製品の短寿命化
につながり、短期開発に伴いリペア作業の増加は各メー
カの悩むところである。

【０００３】このリペア作業の中でも、細線を用いた補
修布線作業は、そのほとんどが熟練者による人手作業
で、自動化は進んでいない。一部自動化の試みはみられ
たが、人手作業の方が早いことから使われていないのが
現状である。また、0.3mmピッチ以下になると、人手作
業の限界を超えるため、この自動化が望まれていた。

【０００４】従来より、はんだ接続技術は多岐にわた
り、公開特許公報も非常に多い。しかし、補修布線作業
の自動化に関しては、システマチックに取り組んだ例は
なく、治具を用いた方法について記載された公開公報が
散見されるくらいである。

【０００５】例えば、はんだ付けの一般的なものとし
て、特開昭62-282773号公報「自動半田付け方法及び装
置」、特開昭63-160769号公報「ハンダ付ロボット」
は、いずれも自動化の例であるが、接続は糸はんだを用
いた大形リード部品が対象で、0.5mmピッチ以下の部品
には対応しない。また、特開平5-55739号公報「ヒータ
チップとそれを用いた細線接合方法」、特開平5-129766
号公報「被覆付ワイヤのボンディング方法」は布線作業
に関わり、いずれも接続用ヒータチップの構造に関する
ものであるが、狭ピッチ微量はんだには対応しない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】狭ピッチリード、具体
的には０．３ｍｍピッチ以下の多ピンリード部品に対し
ては、従来技術では対応できない問題が生じている。そ
れは微量はんだの定量的かつ安定した供給方法である。
その量は従来の糸はんだでコントロールできる範囲を超
えた微量である。また、直径９０μｍ〜直径１２０μｍ
の細線先端の位置決めも、線材の剛性が極端に低いこと
が自動化を困難にしている。

【０００７】例えば、特開昭63-313660号公報には、一
定の長さの糸はんだをコテ先で溶融させ、これをはんだ
付け位置に移すことにより一定量のはんだによってはん
だ付けする装置が記載されている。しかし、このような
方法では、機械的精度に限界があるため、はんだ量のば
らつきが非常に大きい。上述のような微細なピッチのは
んだ付けを行う場合には、はんだ量に、非常に高い精度
が要求されるため、このような方法を用いることはでき
ない。

【０００８】そこで、本発明では、微細なピッチのはん
だ付けを行うことのできるはんだ接続方法およびはんだ
接続装置と、それに用いるヒータチップおよびはんだ供
給装置とを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、はんだを加熱して溶融する溶接用ヒー
タチップにおいて、先端に、ヒータチップ本体よりはん
だの濡れ性がよい材料からなる部分が露出していること
を特徴とするはんだ溶接用ヒータチップが提供される。
このヒータチップは、溶融したはんだを先端に保持する
ことができるため、本発明のはんだ接続方法およびはん
だ接続装置に適している。なお、ヒータチップ本体は、
モリブデンまたはタングステンからなり、上記濡れ性の
よい材料は、鉄であることが好ましい。また、ヒータチ
ップ先端は、凹曲面になっていることが望ましい。溶融
したはんだの保持性がよいためである。

【００１０】さらに、本発明では、先端に凹部を有する
ピンと、該ピンを上下に移動させるピン移動機構とを備
え、上記ピン先端の凹部に載置した固体のはんだを、上
記ヒータチップの先端に押し当てることにより、上記ヒ
ータチップ先端にはんだを供給することを特徴とするは
んだ供給装置が提供される。このはんだ供給装置は、微
細なはんだ粒をヒータチップ先端に的確に供給すること
ができるので、本発明のはんだ接続方法およびはんだ接
続装置に適している。

【００１１】このはんだ供給装置は、固体のはんだを保
持するためのはんだケースをさらに備え、上記ピン移動
機構は、上記ピンの先端が、上記はんだケース内を貫通
するように、上記ピンを直立したまま上下移動させる機
構であることが望ましい。このようにすれば、ピンの先
端にはんだ粒を的確、簡便に供給することができるから
である。

【００１２】なお、ピンは、ステンレスからなることが
望ましい。ステンレスははんだの濡れ性が悪いため、ヒ
ータチップ先端にはんだ粒を押し当てたまま溶融させた
とき、溶融したはんだがピンに付着するのを防ぐことが
できるからである。

【００１３】また、本発明では、固体のはんだを加熱し
て溶融させるためのヒータチップと、ヒータチップに電
力を共有するための電気系統と、該ヒータチップの先端
を接続位置に移動させるための移動機構と有するはんだ
溶接機構を備え、２以上の接続対象部材を上記接続位置
ではんだ溶接するはんだ接続装置において、上記ヒータ
チップの先端に、ヒータチップ本体よりはんだの濡れ性
のよい材料が露出していることを特徴とするはんだ接続
装置が提供される。

【００１４】上述のように、ヒータチップ本体は、モリ
ブデンまたはタングステンからなり、上記濡れ性のよい
材料は、鉄であることが望ましく、ヒータチップ先端
は、凹曲面になっていることが望ましい。

【００１５】さらに、本発明のはんだ接続装置は、ヒー
タチップ先端へ固体のはんだを供給するはんだ供給機構
をさらに備えることが望ましい。ヒータチップ先端への
微細なはんだ粒の供給を、人手にたよることなく行うこ
とができるからである。なお、はんだ供給機構は、先端
に凹部を有するピンと、該ピンを上下に移動させるピン
移動機構とを備え、上記ピン先端の凹部に載置した固体
のはんだを、上記ヒータチップの先端に押し当てること
により、上記ヒータチップ先端にはんだを供給する機構
であることが望ましい。このはんだ供給機構において、
ピンは、上記濡れ性のよい材料より、濡れ性が悪い材料
からなることが望ましく、特にステンレスであることが
望ましい。ヒータチップ先端にはんだ粒を押し当てたま
ま溶融させたとき、溶融したはんだがピンに付着するの
を防ぐことができるからである。

【００１６】また、本発明では、ヒータチップ先端にお
いて、固体のはんだを加熱して溶融させ、溶融したはん
だをヒータチップ先端に保持するはんだ溶融ステップ
と、溶融したはんだを保持するヒータチップ先端を、接
続位置に固定された接続対象部材の接続部位に接触さ
せ、該接続部位に、溶融したはんだを付着させるはんだ
付着ステップと、上記ヒータチップの先端を上記接続部
位から移動させるヒータチップ移動ステップとを有する
ことを特徴とするはんだ接続方法が提供される。

【００１７】上記固体のはんだは、粒状であることが望
ましい。一回の接続に用いられるはんだの量を、一定に
保つことが容易だからである。また、固体のはんだの直
径は、０．４〜０．５ｍｍであることが望ましい。この
大きさのはんだ粒は、０．３ｍｍ程度の微細なピッチの
配線の接続を行う場合に適する量のはんだからなるから
である。

【００１８】さらに、本発明のはんだ接続方法は、上記
はんだ付着ステップの後、上記ヒータチップ移動ステッ
プの前に、接続部位に接触したヒータチップ先端を、さ
らに加熱するはんだ溶接ステップを、さらに有すること
が望ましい。溶接を確実にするためである。なお、はん
だ溶接ステップにおける加熱の温度は、はんだ溶融ステ
ップにおける加熱の温度より高温であることが望まし
い。はんだ溶融ステップの加熱温度を低温にすれば、は
んだの酸化を避けることができ、はんだ溶接ステップに
おける加熱温度を、このはんだ溶融ステップの温度より
高くすることで、はんだ接続の確実性を確保することが
できるからである。さらに具体的には、はんだ溶融ステ
ップにおける加熱温度は、１８０〜２３０℃であり、は
んだ溶接ステップにおける加熱温度は、２５０〜３００
℃であることがを好ましい。２００℃程度の温度であれ
ば、はんだを溶融させるのに十分であり、はんだ溶接を
確実にするには、２５０℃以上の温度に加熱することが
好ましいからである。

【００１９】

【作用】微細ピッチのはんだ接続を行うためには、接続
に用いられるはんだの量を、精密に制御する必要があ
る。このためには、あらかじめ一定量にされた粒状のは
んだを用いることが有効である。しかし、粒状のはんだ
（はんだボールと呼ぶ）は、位置の安定が悪く、容易に
転がってしまうため、あらかじめ接続部位に載置してお
き、そこにヒータチップを押し当てて溶融させることは
困難である。また、接続対象の線材も微細であれば、ヒ
ータチップによる圧力が大きいと、線材の位置がずれて
しまう。そこで、本発明では、接続部位にはんだを付着
させるとき、はんだボールおよび線材にほとんど外圧を
かけずに行う。このようにすれば、この位置ずれを回避
できる。

【００２０】外圧をかけずに接続部位にはんだを付着さ
せるために、本発明では、あらかじめ、溶融したはんだ
をその表面張力によってヒータチップ先端に保持にして
おき、導線の接続位置に、ヒータチップ先端の溶融した
はんだを接触させる。このようにすれば、溶けたはんだ
は流れて接続位置に移動し、線材先端がはんだにより包
込まれる形で、はんだ付けが行われる。これにより、は
んだボールおよび線材の位置ずれは解消される。

【００２１】一般に、はんだ溶接用ヒータチップには、
モリブデンまたはタングステンを用いるが、これらの金
属ははんだのぬれ性が悪い。そこで、ヒータチップ先端
にはんだを保持するために、本発明では２通りの方法の
いずれかを用いることが好ましい。第１の方法は、ヒー
タチップ先端にぬれ性の良い金属、例えば鉄の細線を埋
込み、ヒータチップ先端にはんだの濡れ性のよい部位を
設けることにより、はんだを付着させる方法である。な
お、はんだの濡れ性のよい金属としては、鉄、銅、銀、
金などが知られている。このうち、はんだへの溶出性の
低さ、耐摩耗性の高さの点から、本発明では鉄を用いる
ことが好ましい。第２の方法は、ヒータチップ先端にフ
ラックスを塗布してから、このフラックスを介してはん
だを付着させる方法である。いずれの方法によっても、
溶融したはんだは、表面張力によってヒータチップ先端
に保持される。

【００２２】本発明では、はんだに対して２段階の加熱
を行うことが望ましい。第１の加熱は、ヒータチップ先
端において、はんだを溶融させて表面張力により保持に
するための加熱であり、第２の加熱は、はんだ付け位置
に接触させたのち、接続を確実にするための加熱であ
る。ここで、はんだを溶融させる温度は、微量はんだの
酸化を防ぐため、２００℃前後の低温であることが好ま
しい。また、はんだ接続時には、接続点の既存はんだと
の融合を確実にするため、２５０℃以上の高温で加熱す
ることが望ましい。このようにすれば、信頼性の高いは
んだ接続が得られる。

【００２３】また、本発明では、線材の位置決めに、接
続位置を基準にした高さ、長さ（頭出し）を一定に調整
できる簡易型治具に、先端の被覆を剥離した線材をセッ
ティングし、その後この治具を用いて、上下動して線材
を供給するフインガに把持させる方法を用いることが好
ましい。このようにすれば、線材の先端を、確実に接続
位置に位置決めし、はんだ接続する間固定しておける。

【００２４】なお、ここでは、溶接に用いる金属を、一
貫してはんだとして記載しているが、同等に使用できる
金属材料であれば、はんだに限られない。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。本実施例では、回路基板上に搭載された部品のリー
ドまたは補修用パッドへの接続作業である補修布線作業
を行う。なお、本実施例では、接続装置の全体がＸＹテ
ーブルを有するベースマシン上に載置されている。ベー
スマシンは、数多い既成の装置でも適用できるものであ
るから、説明を省略する。

【００２６】本実施例のはんだ接続装置は、図７の側面
図に示すように、はんだボール７を溶融させて、接続位
置５２に移動させるはんだ溶接機構５０と、線材５の先
端を接続位置５２に固定する線材位置決め機構３１と、
はんだボール７をはんだ溶接機構５０に供給するはんだ
供給機構５３（図１に図示）と、画像表示機構５４と、
基板３とを備える。

【００２７】はんだ溶接機構５０は、溶接ヘッド１１
と、該溶接ヘッド１１に取付けられたヒータチップ１２
と、溶接ヘッド１１を上下に移動させる移動機構（図示
せず）とを備える。線材位置決め機構３１は、移動機構
（スライダ３３、スライダ３３を直線運動させるための
エアシリンダ３２、各々マイクロメータヘッド３５また
は４１を備える上下方向、前後方向用ステージ３４、４
０、およびエアチャック３８）と、線材５を握持するた
めのフィンガ３９とを備える。はんだ供給機構５３は、
図１に示すように、はんだを保持してはんだ溶接機構５
０に渡すはんだ供給部２１と、はんだ供給部２１を水平
に直線的に前後移動させるための移動機構（図示せず）
とを備える。

【００２８】画像表示機構５４は、接続部分を観察する
ための画像を撮影するＣＣＤ（Charge-Coupled Devic
e）カメラ５１と、該カメラ５１により撮影された画像
を表示するための画像表示装置（図示せず）とを備え
る。

【００２９】Ａ．はんだ接続の作業手順 まず、本実施例のはんだ接続装置を用いたはんだ接続の
手順の概要について説明する。図１に、ＸＹテーブルに
よる接続点の位置決めを行った後の状態の接続装置の接
続位置周辺を図示する。また、はんだ接続手順の流れを
図１４に示す。本実施例では、電子部品１のリード２の
接続を例にとって説明する。接続手順は狭隘部での機械
的干渉を避ける順序で実行する必要があり、本実施例で
は、つぎのようにして行われる。

【００３０】（１）ＸＹテーブルを操作して基板３の位
置決めを行う（ステップ１４０１）。基板３上には、接
続位置５２にリードの先端が位置するように、電子部品
１が載置されている。つぎに、ＣＣＤカメラ５１により
撮影された接続位置の画像を、画像表示装置上で観察
し、基板３の位置が正しいことを確認する（ステップ１
４０２）。もし位置が正しくなければ、ステップ１４０
１に戻って、位置決めをやりなおす。

【００３１】（２）基板３の位置が正しければ、はんだ
供給機構５３の移動機構を操作して、はんだ供給部２１
を溶接ヘッド１１の真下まで移動させたのち、はんだ供
給部２１を稼働させる（ステップ１４０３）。はんだ供
給部２１は、はんだボール７を一個持ち上げて、ヒータ
チップ１２の先端に接触させる。ここで、ヒータチップ
１２に電流を流して加熱する（ステップ１４０４）。こ
れにより、はんだボール７は溶融され、はんだがヒータ
チップ１２先端に移るので、はんだ供給機構５３の移動
機構を操作して、はんだ供給部を初期位置に戻す（ステ
ップ１４０５）。

【００３２】上述のステップ１４０３〜１４０４によ
り、微量のはんだの定量的供給が実現される。なお、本
実施例で用いたはんだボールは、はんだ（Ｐｂ：Ｓｎ＝
６３：３７）ろう材からなる直径０．５ｍｍの球であ
る。また、ステップ１４０４における加熱は、２００℃
である。この温度は、はんだを溶融するのに十分な温度
なので、はんだは、完全に溶融した状態で、表面張力に
よりヒータチップ１２の先端に略半球形に保持される。

【００３３】（３）線材位置決め機構３１のフインガ３
９には、あらかじめ線材５を把持させておく。本実施例
では、芯線の直径０．１２ｍｍの被覆された線材５を用
いるが、先端部の被覆はあらかじめ剥離されている。つ
ぎに、線材５の先端０．３〜０．５ｍｍが、接続位置５
２に載置されたリード２の先端上に重なるように、線材
位置決め機構３１の移動機構を操作して、この線材５を
把持したフィンガ３９の位置決めを行う（ステップ１４
０６）。

【００３４】（４）接続位置に、ディスペンサ（図省
略）でフラックスを滴下したのち、はんだ溶接機構５０
の移動機構を操作して、溶接ヘッド１１を下降させ、ヒ
ータチップ１２の先端で溶融しているはんだボール７を
接続位置にある線材５に接触させる（ステップ１４０
７）。このとき、ヒータチップ１２の温度を上げ、２５
０〜３００℃とした。また、本実施例では、接続部位に
２００ｇの圧力が加えられた。この加熱および加圧は、
接続部位のリード２上に既に存在するはんだとの融合を
確実にするためである。これにより、接続部の線材５に
はんだが移り、線材５およびリード２の接続部位を上か
ら包込む形ではんだ付けが行われる。

【００３５】はんだが凝固する前に、移動機構を操作し
て、溶接ヘッド１１を上昇させ、初期位置に戻す（ステ
ップ１４０８）。これにより、接続部位での残力が吸収
される。はんだが凝固した後、エアチャック３８を操作
して、フインガ３９から線材５を解放し、最後に、線材
位置決め機構３１を移動機構により上昇させて初期位置
に戻し（ステップ１４０９）、一連の接続作業を終了す
る。

【００３６】本実施例におけるはんだの温度プロファイ
ルを図１３に示す。ステップ１４０１〜１４０４では、
はんだは室温であるが、ヒータチップ１２により加熱さ
れ、溶融する（ステップ１４０４）。なお、ステップ１
４０４では、はんだが微量であるため加熱により容易に
酸化してしまうので、１８０〜２３０℃の比較的低温
（本実施例では２００℃）で溶融させる。また、ステッ
プ１４０８では、接続部位の面積や、接続部位に既存の
はんだ量に左右されるが、ステップ１４０４よりやや高
い温度である２５０〜３００℃（本実施例では２５０
℃）ではんだ接続を行う。

【００３７】Ｂ．はんだ溶接機構 （１）はんだ溶接機構の構成 上述したように、はんだ溶接機構５０は、溶接ヘッド１
１と、ヒータチップ１２と、溶接ヘッド１１の移動機構
とを備える。

【００３８】移動機構は、ステッピングモータ（図示せ
ず）等を駆動源として、溶接ヘッド１１を垂直に上下動
させる。溶接ヘッド１１は、その下端にはんだ溶接用ヒ
ータチップ１２を有している。

【００３９】溶接ヘッド１１下端を図２に図示する。図
２（Ａ）は正面図、図２（Ｂ）は側面図である。溶接ヘ
ッド１１は、ヒータチップ１２に電圧を印加するための
電極１５と、電極１５に電流を供給するための電力供給
機構（図示せず）と、移動機構による端子台１６の上下
運動をガイドするためのスライダ１８と、端子台１６お
よびスライダ１８間の絶縁のための絶縁部材１７とを備
える。電極１５の先端には、ヒータチップ１２が取付け
られている。

【００４０】ヒータチップ１２は、モリブデン（タング
ステンでもよい）を素材とし、図３に示すように、その
先端近くに、フィードバック用温度センサとして、熱電
対１３が備えられている。電力供給機構は、熱電対１３
からの信号に応じて、電圧を制御し、ヒータチップ１２
の温度を２００℃および２５０℃のいずれか指示された
温度に保持する機構を備える。

【００４１】ヒータチップ１２の先端部は、幅０．５ｍ
ｍの円柱形をしており、図４の断面図に示すように、
０．１ｍｍ幅の細い鉄線１４が埋め込まれている。モリ
ブデンおよびタングステンは、はんだの濡れ性の悪い金
属であるが、鉄ははんだの濡れ性のよい金属である。従
って、本実施例のように、ヒータチップ１２の先端中央
に濡れ性のよい鉄線１４の端部が露出していることで、
溶融したはんだを、表面張力のみでヒータチップ先端中
央に安定して保持することができる。

【００４２】なお、図１５に示すように、ヒータチップ
１２の先端の端面１４ａを、はんだボール７の表面に倣
うように凹曲面にしてもよい。このようにすれば、さら
に溶融はんだの保持の安定性を高めることができる。こ
の場合、凹局面のアールは、はんだボール７のサイズに
より定めることが望ましい。本実施例と同様のはんだボ
ール７を用いる場合は、ヒータチップ１２の端面１２ａ
を、例えば、直径０．６ｍｍの球の内周面（深さ０．２
ｍｍ）とすることが好ましい。

【００４３】（２）はんだ溶接機構の動作 はんだ供給機構５３により、はんだボール７がヒータチ
ップ１２に接触した状態で、２００℃の指示をして電力
供給機構を作動させると、電力供給機構は、ヒータチッ
プ１２を２００℃に昇温させ、２〜３秒（本実施例では
２秒）保持する。これにより、供給されたはんだボール
７が溶融して、表面張力により、ヒータチップ１２の先
端にある鉄線１４の露出部位に付着する。はんだを溶融
させるのは、接続位置５２より１０ｍｍ程度上の位置で
行う。溶融後に移動する距離が短い方が、それだけ接続
までの時間が短いので、表面の酸化を少なく止めること
ができるからである。

【００４４】つぎに、はんだ接続をおこなうためには、
移動機構を操作して、ヒータチップ１２先端の溶融した
はんだが、すでに位置決めされている線材５の先端部に
接触する位置まで、溶接ヘッド１１を下降させる。な
お、溶融したはんだが接続位置５２の線材５に接触する
直前の、接続装置の接続位置周辺部を図１２に示す。線
材５先端部に接触したはんだは、ヒータチップ１２から
流れて、線材５の上から、接続部位を包込む形で覆う。

【００４５】ここで、端子台１６、絶縁部材１７、およ
びスライダ１８の重量は、接続部位を加圧させる。従っ
て、接続部位に接続時に印加される圧力は、端子台１
６、絶縁部材１７、およびスライダ１８のうちの少なく
ともいずれかに錘を付加することにより、任意に設定で
きる。なお、実施例での接続時に印加される圧力は２０
０ｇである。加えられる圧力が２００ｇ程度であれば、
リード２および線材５の位置をずらしてしまうことはな
い。

【００４６】このように、軽い圧力を印加した状態で、
電力供給機構に２５０℃にするよう指示すると、電力供
給機構はヒータチップ１２の温度を上昇させ、２５０℃
に３〜５秒間（本実施例では４秒間）保持する。これに
より、はんだの融合が確実に行われる。

【００４７】３〜５秒後に、移動機構を操作すれば、は
んだが凝固するまえに、ヒータチップ１２をはんだ接続
部位から移動させることができる。

【００４８】Ｃ．はんだ供給機構 上述したように、はんだ供給機構５３は、はんだ供給部
２１と移動機構とを備える。つぎに、はんだ供給部２１
について詳述する。

【００４９】（１）はんだ供給部２１の構成 はんだ供給部２１は、図５および図６に示すように、本
体２１ａと、はんだボール７を収納するケース２５と、
はんだボール７を一個保持するためのピン２６と、エア
シリンダ２２と、エアシリンダ２２のピストンの運動を
ピン２６に伝えるためのジョイントアーム２３およびア
ーム２４と、ケース２５に振動を与えるためのガイドロ
ーラ２８はんだボール７一個分の孔を備えるケース２５
のカバー２７と、フラックスパン２９を備える。

【００５０】フラックスパン２９は、フラックスを浸み
込ませたスポンジ２９ａを支持し、エアシリンダ２２に
連動して、はんだボール供給前に、ヒータチップ１２の
先端にこのスポンジ２９ａを接触させてフラックスを付
着させる。フラックスは、はんだボールをヒータチップ
１２に付着させる接着剤の役割をするので、このフラッ
クスパン２９を備えていれば、ヒータチップ１２の先端
に鉄線１４が埋め込まれていなくてもよい。しかし、本
実施例では、ヒータチップ先端に濡れ性のよい鉄が備え
られているので、フラックスパン２９はなくてもよい。
すなわち、フラックスパン２９および鉄線１４は、いず
れかが備えられていれば足りる。

【００５１】エアシリンダ２２は、本体２１ａに取付け
られており、駆動のための気体供給機構（図示せず）を
備える。ジョイントアーム２３はコの字型の部材であ
り、一端はエアシリンダ２２のピストンに固定され、他
端は、アーム２４に枢着されている。アーム２４はＬ字
型の部材であり、中央部分が本体２１ａに回動可能に接
続されており、ジョイントアーム２３に枢着されていな
い方の端部は、ピン２６に回動および揺動可能に接続さ
れている。

【００５２】ピン２６は、直径０．５ｍｍのステンレス
製の円柱であり、一端が、本体２１ａに設けられた円筒
２６ａに沿って上下動することが可能なように、アーム
２４に接続されている。ピン２６の他端の先端面２６ｂ
は、直径０．６ｍｍの球の内周面（深さ０．２ｍｍ）の
凹曲面になっている。これは、はんだボール７の安定化
と供給時の位置決めも役立っている。ピン２６は、最も
下がったときは、図５に示すように先端面２６ｂがケー
ス２５底部にある円筒２６ａの開口部よりも下になる位
置まで下がり、最も上がったときは、カバー２７の貫通
孔を通って、先端面がケース２５の外部に突出し、先端
面に支持されたはんだボール７がヒータチップ１２の先
端に接触する位置まで上がる。

【００５３】ケース２５は、本体２１ａに備えられてお
り、円錐の内周面のように、中央に近いほど低く、底部
中央には、円筒２６ａの開口部がある。ケース２５の上
面は、カバー２７により覆われており、その中央（円筒
２６ａを上に延長した円筒を考えると、該円筒とカバー
との重なる領域）に直径０．５５ｍｍの貫通孔があいて
いる。このカバー２７の貫通孔は、ピン２６の先端に汚
れなどが起因して、はんだボールがピン２６に複数個付
着しても、中心の一個だけを確実に取り出すための手段
である。

【００５４】（２）はんだ供給部２１の動作 図５に示すように、エアシリンダ２２のピストンが初期
位置にある初期状態では、フラックスパン２９に保持さ
れたスポンジ２９ａがヒータチップ１２の先端にフラッ
クスを塗布する位置にあり、ピン２６は初期位置（最も
下がった位置）にあって、ガイドローラ２８は、本体２
１ａの凹み２８ａに入っている。最も下がった状態で
は、ピン２６の先端部２６ｂが円筒２６ａの開口部より
も下になっているので、はんだボール７が円筒２６ａの
内部に入り込み、ピン２６の先端２６ｂの凹面に載置さ
れる。なお、本実施例では、スポンジ２９ａにフラック
スをしみこませていないので、ヒータチップ１２の先端
にフラックスが付着することはない。

【００５５】エアシリンダ２２が駆動させると、図６に
示すように、ピストンの運動によりジョイントアーム２
３が押され、これにともなってアーム２４が回転してピ
ン２６に接続された端部が上昇する。これにより、ピン
２６が、先端２６ｂの凹面にはんだボール７を載置した
まま上昇し、カバー２７の貫通孔を通過して、はんだボ
ール７を一個だけ、ヒータチップ１２の先端に接触させ
る。なお、このときガイドローラ２８は凹み２８ａの外
に出る。ここで、ヒータチップ１２を２００℃に加熱す
ると、はんだが溶融してヒータチップ１２先端に移行
し、濡れ性の良い鉄線１４露出部分に安定に保持され
る。なお、本実施例では、ピン２６は濡れ性の悪いステ
ンレス製なので、溶融したはんだは、ピン２６には付着
せず、濡れ性のよいヒータチップ１２先端にのみ付着す
る。本実施例のように、ヒータチップ１２の先端とピン
２６の先端との間にはんだボール７を挾持した状態で加
熱すれば、加熱温度が高すぎて瞬間的にはんだがヒータ
チップ１２からはじかれるような現象が起こった場合で
も、確実にヒータチップ１２先端にはんだを付着させる
ことができる。

【００５６】なお、フラックスによりはんだボール７を
ヒータチップ１２先端に付着させる場合は、本実施例の
ように、ヒータチップ１２の先端とピン２６の先端との
間にはんだボール７を挾持した状態で加熱する必要はな
いので、ヒータチップ１２を下降させて、接続位置５２
に近づいた状態で加熱するようにしてもよい。このよう
にすれば、はんだが溶融してから接続部位に移されるま
での時間を短くできるので、本実施例よりもさらにはん
だの酸化を防止することができる。

【００５７】つぎに、ピストンが初期位置に戻ると、ジ
ョイントアーム２３が引かれ、これにともなってアーム
２４が回転してピン２６に接続された端部が下降する。
これにより、ピン２６が初期位置に戻される。このと
き、ジョイントアーム２３の前後動に付随して運動する
ガイドローラ２８が、窪み２８ａに落ちて、ケース２５
に振動を与える。これにより、ケース２５内のはんだボ
ール層に衝撃を与えて層を崩し、ピン２６の通過により
生じることがある空洞を埋める。このような空洞がある
と、次のピン２６上昇時にははんだボールは供給されな
い。そこで、本実施例では、このようにしてあらかじめ
空洞を埋め、さらに、ケース２５底部の円筒２６ａ開口
部にはんだボールを入れるのである。

【００５８】Ｄ．線材位置決め機構 図７に、線材位置決め時の姿勢の線材位置決め機構３１
と、はんだ溶接機構５０と、画像表示機構５４との側面
図を図示した。また、線材装着治具４２の使用時の状態
の線材位置決め機構３１の正面図を図８に示した。

【００５９】（１）線材位置決め機構の構成 線材位置決め機構３１は、移動機構と、フィンガ３９と
を備える。移動機構は、スライダ３３と、スライダ３３
を直線運動させるためのエアシリンダ３２と、マイクロ
メータヘッド３５を備える上下方向用ステージ３４と、
マイクロメータヘッド４１を備える前後方向用ステージ
４０と、ブラケット３６と、エアチャック３８を有す
る。ここで、前とは、接続位置５２に近づく方向をい
う。

【００６０】スライダ３３は、エアシリンダ３２のピス
トンに接続されており、エアシリンダ３２の駆動により
直線的に（本実施例では、接続位置５２に接近する方向
および遠ざかる方向に）移動する。

【００６１】ステージ３４および４０は、ブラケット３
６に接続されており、フィンガ３９の位置を微調整する
ための移動手段である。ステージ３４および４０は、そ
れぞれ、マイクロメータヘッド３５，４１の回転角度に
応じて、フィンガ３５の位置を微少距離だけ移動させ
る。

【００６２】フィンガ３９は、左右一本ずつの把持部材
３９１を有する。エアチャック３８は把持部材３９１に
接続されており、左右の把持部材３９１の開閉を行う。
フィンガ３９は、ステージ３４、ブラケット３６、およ
びステージ４０を介してスライダ３３に接続されてお
り、スライダの直線運動に伴って、直線的に移動する。
フィンガ３９が接続位置５２から最も離れるとき（初期
位置）、フィンガ３９の接続位置５２からの高さが約５
５ｍｍとなり、最も接近するときは、基板３に把持部３
９１の先端がほぼ接するように、ピストンの変位幅は定
められている。

【００６３】（２）線材位置決め方法 フィンガ３９への線材５の装着は、フィンガ３９の初期
位置で、線材装着治具４２を用いて行う。フィンガ３９
に線材が装着されると、シリンダ３２によりスライダ３
３を介して、基板３に把持部３９１の先端がほぼ接する
程度までフィンガ３９を下降させる。

【００６４】しかし、線材５の先端は軟弱で変形しやす
いことと、接続対象部品の搭載位置精度のバラツキもあ
る。そこで、エアシリンダ３２による線材５の位置決め
は、浅く控え目に行うことが望ましい。エアシリンダ３
２による位置決めにより、線材端部がほぼ所望の位置に
存在するようにできるので、このようにしたのち、接続
位置５２を画像表示機構５４により観測すれば、微調整
の要否が確認できる。微調整は、線材５の高さ方向に対
しては、上下方向用ステージ３４をマイクロメータヘッ
ド３５を回転させることにより移動させて行い、前後方
向に対しては、前後方向用ステージ４０をマイクロメー
タヘッド４１を回転させることにより移動させて行う。

【００６５】このようにして、接続位置５２を画像表示
装置５４により観察しながら微調整すれば、接続位置５
２にすでに設置されているリード２上に、芯線が０．３
〜０．５ｍｍ重なるように線材５を固定することができ
る。

【００６６】（３）線材装着治具の構成 線材装着治具４２は、図９に示すように、回転バー４８
と回転金具４６と、板バネ４７と、第１のガイド４３
と、第２のガイド４４とを備える。回転バー４８の一方
の端は、エアチャック３８下部のＰ点に回動可能に接続
されており、他端は、回転金具４６に回動可能に接続さ
ている。回転金具４６には、第２のガイド４４が回動可
能に接続されている。板バネ４７は、第２のガイド４４
の表面に取付けられている。

【００６７】第１のガイド４３および第２のガイド４４
には、図１１に示すごとく、それぞれ、線材の長手方向
に対してＵ字型溝１１１，１１２がある。第１のガイド
４３は円柱形の軸部１０２を備え、軸部１０２表面に
は、輪状に溝１０２が設けられている。第２のガイド４
４は軸受を備え、軸部１０１を軸承している。また、第
２のガイド４４はプランジャ部４５（図１０に図示）を
備え、第１のガイド４３は第２のガイド４４のプランジ
ャ部４５に支えられている。第１のガイド４３のＵ字型
溝１１１の底部は、回動可能に保持された第１のガイド
４３の回動中心にあり、溝１１１の底部の一方の端部
は、図１１に示すように、第２のガイド４４のＵ字型溝
の底部と通じている。また、第１のガイド４３のＵ字型
溝１１１の底部の他端は、円錐状に開口している。

【００６８】（４）線材装着方法 続いて、線材装着治具４２を用いて線材５のフィンガ３
９への装着する方法について説明する。線材装着治具４
２は、図９に示すように、エアチャック３８下部のＰ点
を中心として回転する回転バー４８と回転金具４６に支
えられて、常時はＡ点に固定されている。

【００６９】はじめに、回転バー４８を回転させて、図
９に図示したＢ点の位置に、線材装着治具４２を移動さ
せておく。つぎに、フィンガ３９の把持部材３９１が、
板バネ４７と第２のガイド４４との間に挿入されるよう
に、線材装着治具４２を持ち上げて、図９に図示したＣ
点移動させる。Ｃ点では、把持部材３９１が板バネ４７
と第２のガイド４４との間に挾持されて線材装着治具４
２は固定される。このＣ点に固定された状態を図１０に
示す。

【００７０】この状態で、線材装着治具４２に線材５を
装着する。すなわち、第１のガイド４３と第２のガイド
４４とのＵ字溝の位置が合っていない状態（図１１
（Ａ）に図示した、第１のガイド４３が矢示Ｄ方向に回
転した状態のとき）で、線材５をＵ字溝１１１，１１２
の底部１１０に挿入する。

【００７１】ここで、エアチャック３８の閉動作によ
り、把持部材３９１が閉じれば、線材５はフィンガ３９
に把持される。つぎに、図１１（Ｂ）に図示したよう
に、第１のガイド４３を矢示Ｅ方向に回転させて２つの
ガイド４３，４４のＵ字溝１１１，１１２の位置を合致
させ、線材５がフィンガ３９に把持された状態のまま、
線材装着治具４２を下方へ引き抜き、Ｂ点に戻せば、線
材５はＵ字溝から（すなわち、線材装着治具４２から）
抜ける。これにより、線材５の装着が完了する。

【００７２】最後に、Ｂ点の線材装着治具４２は、回転
バー４８を回転してＡ点にもとしておく。つぎに線材を
装着するときには、再度回転させてＢ点に戻す。

【００７３】Ｅ．本実施例の効果 実施例によれば、微量のはんだの供給を定量化・安定化
し、接続位置５２でのはんだおよび線材の位置ずれを解
消して、信頼性の高い安定した接続を得ることができ
る。

【００７４】補修作業において要求されるのはローコス
ト・オートメーションであって、補修布線のはんだ接続
装置は、低コストであることが望ましい。本実施例で
は、微細・微少すぎて手作業ではほとんど実現できない
作業工程については自動化し、他の部分（例えば、移動
機構の操作等）は手動のまま残すことにより、低コスト
を実現している。ただし、接続位置５２の画像を解析
し、解析結果に応じて下記機構を制御する手段を設けれ
ば、ステップ１４０１〜１４０９の全手順を自動化する
ことも可能である。

【００７５】また、この低コスト要求のため、従来より
補修作業はほとんど自動化されておらず、熟練者を要求
する土壌であった。したがって、作業者の個人差によっ
て接続の質および作業時間がばらつくという問題があっ
た。しかし、本実施例によれば、上述のように微量のは
んだを定量的に安定して所望の位置に供給することがで
きるので、このような作業者によるバラツキを回避でき
る。

【００７６】

【発明の効果】本発明によれば、微細なピッチのはんだ
付けを行うことができる。従って、本発明は、高密度実
装化が進む回路基板のリペア作業において、人手作業で
は処理できない狭ピッチリード部品の布線作業を可能に
し、はんだ接続作業への波及効果は大である。

【００７７】また、本発明は、微量はんだの定量的かつ
安定した供給法を確立し、広範囲な自動化への基礎を築
いたことにより、この応用効果は大である。さらに、は
んだ接続時のはんだ及び線材の位置ずれを解消し、信頼
性の高い接続技術は、高密度実装分野の生産技術に大き
く貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】布線作業における線材接続部の構成の概要を示
す説明図である。

【図２】図２（Ａ）は溶接ヘッドの先端部の正面図であ
る。図２（Ｂ）は溶接ヘッドの先端部の側面図である。

【図３】はんだ溶接用ヒータチップの正面図である。

【図４】ヒータチップ先端の構造を示す断面図である。

【図５】ピンが初期位置にあるときのはんだ供給部の側
面を示す部分断面図である。

【図６】はんだ供給状態のはんだボール供給部の側面を
示す部分断面図である。

【図７】線材位置決め時の接続位置周辺部の側面図であ
る。

【図８】線材装着時の線材位置決め機構の正面図であ
る。

【図９】線材装着治具とフィンガとの位置関係を示す説
明図である。

【図１０】線材装着治具の断面拡大図である。

【図１１】線材装着治具のガイド部の説明図である。

【図１２】はんだ溶接時の接続部位周辺部を示す側面図
である。

【図１３】はんだ供給時と接続時の温度プロファイルを
示すグラフである。

【図１４】はんだ接続の作業手順を示す流れ図である。

【図１５】ヒータチップ先端の構造を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１…電子部品、２…リード、３…基板、４…パッド、５
…線材、６…線材先端、７…はんだボール、11…溶接ヘ
ッド、12…ヒータチップ、13…熱電対、14…鉄線、15…
電極、16…端子台、17…絶縁材、18…スライダ、21…は
んだ供給部、22…エアシリンダ、23…ジョイントアー
ム、24…アーム、25…ケース、26…ピン、27…カバー、
28…ガイドローラ、29…フラックスパン、31…線材位置
決め機構、32…エアシリンダ、33…スライダ、34…上下
用ステージ、35…上下用マイクロメータヘッド、36…ブ
ラケット、38…エアチャック、39…フィンガ、40…前後
用ステージ、41…前後用マイクロメータヘッド、42…線
材装着治具、43…第１のガイド、44…第２のガイド、45
…プランジャ、46…回転金具、47…板バネ、48…回転バ
ー、50…はんだ溶接機構、51…ＣＣＤカメラ、52…はん
だ接続位置、53…はんだ供給機構。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇佐美 和男 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】はんだを加熱して溶融する溶接用ヒータチ
   ップにおいて、 先端に、ヒータチップ本体よりはんだの濡れ性がよい材
   料からなる部分が露出していることを特徴とするはんだ
   溶接用ヒータチップ。
2. 【請求項２】請求項１において、 上記ヒータチップ本体は、モリブデンまたはタングステ
   ンからなり、 上記濡れ性のよい材料は、鉄であることを特徴とするは
   んだ溶接用ヒータチップ。
3. 【請求項３】請求項１において、 先端は、凹曲面になっていることを特徴とするはんだ溶
   接用ヒータチップ。
4. 【請求項４】先端に凹部を有するピンと、該ピンを上下
   に移動させるピン移動機構とを備え、 上記ピン先端の凹部に載置した固体のはんだを、上記ヒ
   ータチップの先端に押し当てることにより、上記ヒータ
   チップ先端にはんだを供給することを特徴とするはんだ
   供給装置。
5. 【請求項５】請求項４において、 上記固体のはんだを保持するためのはんだケースをさら
   に備え、 上記ピン移動機構は、上記ピンの先端が、上記はんだケ
   ース内を貫通するように、上記ピンを直立したまま上下
   移動させることを特徴とするはんだ供給装置。
6. 【請求項６】請求項４において、上記ピンは、ステンレ
   スからなることを特徴とするはんだ供給装置。
7. 【請求項７】固体のはんだを加熱して溶融させるための
   ヒータチップと、ヒータチップに電力を共有するための
   電気系統と、該ヒータチップの先端を接続位置に移動さ
   せるための移動機構と有するはんだ溶接機構を備え、２
   以上の接続対象部材を上記接続位置ではんだ溶接するは
   んだ接続装置において、 上記ヒータチップの先端に、ヒータチップ本体よりはん
   だの濡れ性のよい材料が露出していることを特徴とする
   はんだ接続装置。
8. 【請求項８】請求項７において、 上記ヒータチップ本体は、モリブデンまたはタングステ
   ンからなり、 上記濡れ性のよい材料は、鉄であることを特徴とするは
   んだ接続装置。
9. 【請求項９】請求項７において、 上記ヒータチップの先端は、凹曲面になっていることを
   特徴とするはんだ接続装置。
10. 【請求項１０】請求項７において、 上記ヒータチップ先端へ、固体のはんだを供給するはん
    だ供給機構をさらに備えることを特徴とするはんだ接続
    装置。
11. 【請求項１１】請求項１０において、 上記はんだ供給機構は、 先端に凹部を有するピンと、該ピンを上下に移動させる
    ピン移動機構とを備え、 上記ピン先端の凹部に載置した固体のはんだを、上記ヒ
    ータチップの先端に押し当てることにより、上記ヒータ
    チップ先端にはんだを供給する機構であることを特徴と
    するはんだ接続装置。
12. 【請求項１２】請求項１１において、 上記ピンは、上記濡れ性のよい材料より、濡れ性が悪い
    材料からなることを特徴とするはんだ接続装置。
13. 【請求項１３】請求項１２において、 上記濡れ性が悪い材料は、ステンレスであることを特徴
    とするはんだ接続装置。
14. 【請求項１４】ヒータチップ先端において、粒状の固体
    のはんだを加熱して溶融させ、溶融したはんだをヒータ
    チップ先端に保持するはんだ溶融ステップと、 溶融したはんだを保持するヒータチップ先端を、接続位
    置に固定された接続対象部材の接続部位に接触させ、該
    接続部位に、溶融したはんだを付着させるはんだ付着ス
    テップと、 上記ヒータチップの先端を上記接続部位から移動させる
    ヒータチップ移動ステップとを有することを特徴とする
    はんだ接続方法。
15. 【請求項１５】請求項１４において、 上記固体のはんだの直径は、０．４〜０．５ｍｍである
    ことを特徴とするはんだ接続方法。
16. 【請求項１６】請求項１３において、 上記はんだ付着ステップの後、上記ヒータチップ移動ス
    テップの前に、 接続部位に接触したヒータチップ先端を、さらに加熱す
    るはんだ溶接ステップを、さらに有することを特徴とす
    るはんだ接続方法。
17. 【請求項１７】請求項１６において、 上記はんだ溶接ステップにおける加熱の温度は、上記は
    んだ溶融ステップにおける加熱の温度より高温であるこ
    とを特徴とするはんだ接続方法。
18. 【請求項１８】請求項１７において、 上記はんだ溶融ステップにおける加熱温度は、１８０〜
    ２３０℃であり、 上記はんだ溶接ステップにおける加熱温度は、２５０〜
    ３００℃であることを特徴とするはんだ接続方法。