JPH084932B2 - リフロー式はんだ付け装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、各種エレクトロメカ製品の配線・接続装置
に係り、とくに加熱チップを被はんだ付け部に押し当て
てはんだを溶かし、被覆細線を接続するリフロー式はん
だ付け装置に関する。

〔従来の技術〕

リフロー式はんだ付けは、接合されるべき被はんだ付
け部間にはんだを介在させ、加熱によりはんだを溶融さ
せて金属接合する技術であるが、この方式においては、
加熱チップの温度のばらつきやはんだ量のばらつきが、
はんだ接合の良品性と、はんだ作業の時間短縮化に影響
する。

そこで、その解決策として、従来たとえば特開昭62−
172791号公報に記載されているように、被はんだ付け部
におけるはんだの実際の溶け込みの程度にしたがって加
熱電流の供給時間を制御する適応制御式のはんだ付け方
式が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のリフロー式はんだ付け装置にあっては、はんだ
の溶け具合を検出して加熱電流の停止すなわち加熱時間
の制御を行うものであるため、充分に良質のはんだ接合
を行うことが困難であるという問題があった。

さらに詳述すると、従来のリフロー式はんだ付け装置
にあっては、加熱時間がはんだの溶け具合に応じて制御
されたとしても、加熱チップは、はんだより高温であ
り、しかも通常は、はんだより熱容量が大きいので、は
んだは必要以上に高温になってつぎに記載されるような
問題があった。

（１） はんだの冷却速度は遅くなって酸化が進行す
る。

（２） はんだの冷却時間が必要となって、タクトタイ
ム短縮を阻害する。

（３） はんだの結晶粒が粗大化するばかりでなく、被
はんだ付け部品とはんだの中間に生成される合金層の厚
みが増してはんだ付け強度が減少する。

本発明の目的は、良質のはんだ接合と、はんだ作業の
時間の短縮を可能とするリフロー式はんだ付け装置を提
供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明のリフロー式はんだ
付け装置においては、被はんだ付け部のはんだを溶かす
ための加熱チップと、この加熱チップに電力を供給して
発熱させる電力供給手段と、加熱チップを被はんだ付け
部に接触して押圧するとともに離間する移動手段と、加
熱チップと被覆細線あるいは被覆細線と回路パターンの
いずれか一方の導通を検出する導通検出手段と、加熱チ
ップを被はんだ付け部に押し当てたのち、所定のタイミ
ングで電力供給手段から加熱チップに電力の供給を開始
させるスタートタイミング設定手段と、加熱チップと被
覆細線あるいは被覆細線と回路パターンのいずれか一方
が導通したとき、電力供給手段から加熱チップに供給す
る電力量を制御する電力量制御手段とを備えたものであ
る。

〔作 用〕

リフロー式はんだ付け装置においては、加熱チップに
電力を供給すると、加熱チップを被はんだ付け部との間
に介在する被覆細線を介して加熱チップの熱が被はんだ
付け部に伝導される。

このとき、被覆細線は、通常銅の芯線を樹脂で被覆し
たものが使用されているが、この樹脂の熱伝導係数は、
はんだのそれよりも低くなっている。

また、樹脂細線と加熱チップおよび被はんだ付け部と
の接触面積が狭くなるために被はんだ付け部に熱が伝導
しにくくなっている。

したがって、被覆細線の被覆が溶ける前と後とでは、
加熱チップから被はんだ付け部への熱の伝導量が変化す
る。

そこで、本発明のリフロー式はんだ付け装置において
は、被覆細線の被覆が溶け込む前は加熱チップへの電力
量を上げて、加熱チップを高温に加熱し、被覆細線の被
覆が溶けたのちは、加熱チップへの電力量を下げて加熱
チップの加熱温度を低下させることによって、被はんだ
付け部の制御を容易にし、はんだの品質を安定化させる
ものである。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例であるリフロー式はんだ付け
装置を示す第１図乃至第３図について説明する。

第１図に示すように、溶接ヘッド１の下部には、加熱
ヘッド２が取付けられており、この加熱チップ２は電力
を供給することによって発熱する材質たとえばタングス
テンなどにて形成されている。また、加熱チップ２はそ
の下方に被はんだ付け部たとえば被覆細線７と回路基板
８とが作業台９上に設置され、これら被はんだ付け部7,
8間には適量のはんだ10が介挿されている。

一方上記溶接ヘッド１は、溶接腕３を介してリニアテ
ーブル４に固定されている。このリニアテーブル４は、
溶接腕３をベース板６にそって上下方向に摺動させるた
めに設置されている。またリニアテーブル４の上方位置
には、ベース板６の上方端面に固定され溶接ヘッド１の
上方の終点位置を決めるストッパ５を設置している。

溶接ヘッド１の移動は移動手段11によって行われる。
この移動手段11は、リニアテーブル1101に軸1102を介し
て回転自在に支持されたレバー1103が回転したとき、そ
の一端に固定されたピン1104が長穴1105を有する部材11
06を介して回転運動を直線運動に変換し、リニアテーブ
ル４を介して溶接ヘッド１を上下方向に移動させる。ま
た、レバー1103の他端には、オモリ1107が雄ネジ1109を
介して支持されている。このオモリ1107は、溶接ヘッド
１および溶接腕３などの可動部の重量を軽減するととも
に、回転してその位置を変えることにより加熱チップ２
の被はんだ付け部7,8への押圧力を調整することができ
る。

また移動手段11はモータ制御手段12によって駆動制御
されるモータ1108を備えている。

このモータ制御手段12は、スイッチ1201が閉じたと
き、スタート信号がモータ制御部1202に送られ、このモ
ータ制御部1202によりモータ1108が時計回りもしくは反
時計回りに回転されるように構成されている。またモー
タ制御手段12は、上記移動手段11のリニアテーブル1101
が上方終点位置に達したことをリミットスイッチ1203が
検出したとき、リミットスイッチ1203がモータ制御部12
02に信号を送ってモータ1108が回転を停止されるように
構成されている。

このようにしてモータ1108が回転すると、移動手段11
は、ボールネジ1109が回転運動を直線運動に変換してリ
ニアテーブル1101が上下方向に移動される。このリニア
テーブル1101には、スタートタイミング設定手段13が固
定されている。

このスタートタイミング設定手段13は、レバー1103の
反時計方向の回転を規制するストッパ1301とこのストッ
パ1301からレバー1103が離れたことを検出するリミット
スイッチ1302と、このリミットスイッチ1302から信号が
送られてきたとき、あらかじめ設定された時間T₁経過し
たのち、スタート信号を電力供給手段を構成する加熱用
電源14に送るタイマ1303とから構成されている。

この加熱電源14は、加熱チップ２に電力を供給するも
ので、供給電力値および供給時間が設定できるように構
成されている。また加熱電源14は、電力制御手段15に接
続している。

この電力制御手段15は、導通検出手段を構成する絶縁
抵抗測定器16からのデータと設定器1502にてあらかじめ
設定された値とを比較し、その結果、両者が等しくなっ
たとき、加熱電源14に信号を送って加熱チップ２への供
給電力量を低下させる。

この導通検出手段を構成する絶縁抵抗測定器16は、上
記被覆細線７の端部と上記回路基板８のパターン801と
に接続し、タイマ1303から信号が送られてきたとき、両
者の間の絶縁抵抗を測定するもので、被覆細線７と、該
被覆細線７を保持するピン701との間には、被覆細線７
の被覆を剥離して導通させている。

つぎに動作について第２図および第３図を含めて説明
する。

第２図は、加熱チップの移動位置と加熱電源14から加
熱チップへの電力供給量と、絶縁抵抗測定器の測定との
タイミング図、第３図は、被はんだ付け部近傍を示し、
その（ａ）は加熱チップに電力供給直前の状態を示し、
その（ｂ）は被覆細線の被覆が溶融した状態を示す。

まず、スイッチ1201が閉じてスタート信号がモータ制
御部1202に入力されると、モータ制御部1202がリニアテ
ーブル1101を下方向に移動させる方向にモータ1108を駆
動する。リニアテーブル1101が下方向に移動すると、溶
接ヘッド１が下降して加熱チップ２が被はんだ付け部7,
8に接触する。さらに溶接ヘッド１が下降し続けると、
第３図（ａ）および第２図（ａ）に示すように、加熱チ
ップ２が被はんだ付け部7,8を所定の力で押圧するとと
もに、レバー1103がストッパ1301から離間する。このレ
バー1103がストッパ1301から離間したことをリミットス
イッチ1302が検出すると、リミットスイッチ1302がONし
てタイマ1303に信号を送る。タイマ1303はあらかじめ設
定された時間T₁を経過して第２図に示すｂ位置に達する
と、加熱電源14に信号を送って加熱電源14から加熱チッ
プ２に大きな電力量の電力を所定時間T₃供給する。一方
絶縁抵抗器16がタイマ1303からの信号によって初期状態
を設定する。

このようにして、加熱チップ２に電力が供給され、第
２図に示すＣ位置に達すると、被覆細線７の被覆が溶け
はじめる。

しかるのち、第２図に示すｄ位置すなわち、加熱チッ
プ２に電力が供給されてからT₂時間経過し、被覆細線７
の被覆が溶けて絶縁抵抗測定器16による測定値が設定器
1502の設定値と等しくなると、比較回路1501からの信号
によって加熱電源14から加熱チップ２への供給電力が低
下する。

ついで、加熱電源14から加熱チップ２への電力の供給
時間がT₃経過すると、モータ1108が反時計回りに回転し
てリニアテーブル1101が上方に移動するので、加熱チッ
プ２が上昇するとともに加熱電源14から加熱チップ２へ
の電力の供給が停止する。

しかるのち、リニアテーブル1101が上方終点位置に達
しこれをリミットスイッチ1203が検出すると、リミット
スイッチ1203からの信号によってモータ制御部1202がモ
ータ1108の回転を停止してはんだ付け作業が終了する。

したがって、本実施例によれば、被覆細線７と回路基
板８のパターン801との間の絶縁抵抗値の変化に応じて
加熱チップ２への供給電力量を制御するので、過剰な加
熱を防止し、冷却速度を向上することができ、これによ
って酸化を減少して微細な組織のはんだが得られるとと
もにタクトを短かくすることができる。

なお、本実施例では、絶縁抵抗測定器16が被覆細線７
と回路基板８のパターン801とに接続された場合につい
て説明したが、これに限定されるものでなく、たとえば
加熱チップ２と被覆細線７とに接続して両者間の絶縁抵
抗の変化を測定することも可能である。

また、被覆細線７と回路基板８のパターン801との間
の絶縁抵抗の変化を検出するのではなく、単に両者間の
導通の有無のみを検出することも可能である。この場合
には、絶縁抵抗測定器16、比較回路1501および設定器15
02の代りに導通検査器などを使用する。

さらに、加熱チップ２の材質としてタングステンを用
いる場合を示したが、これに限定されるものでなく、他
のたとえばモリブデン，タンタル，ステンレスなどの材
質を用いることも可能である。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように構成されているので、
過剰な加熱を防止し、冷却速度も早くすることができ、
これによってはんだの酸化を最小限にとどめ、微細な金
属組織のはんだが得られ、被はんだ付け部品とはんだと
の中間にできる合金層も適当な厚さとなる。またタクト
に影響する形で冷却時間を設ける必要がなくなって時間
短縮をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例であるリフロー式はんだ付
け装置の主要構成を示す斜視図、第２図は、加熱チップ
の移動位置と、加熱電源から加熱チップへの電力供給量
と絶縁抵抗器の測定とのタイミング図、第３図は、被は
んだ付け部近傍を示し、その（ａ）は、加熱チップに電
力供給直前の状態を示し、その（ｂ）は、被覆細線の被
覆が溶融した状態を示す。 １……溶接ヘッド、２……加熱チップ、３……溶接腕、
７……被覆細線、８……回路基板、11……移動手段、12
……モータ制御手段、13……スタートタイミング設定手
段、14……加熱用電源、15……電力制御手段、16……絶
縁抵抗測定器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 明道 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 平井 幸信 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式会 社日立製作所小田原工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被はんだ付け部のはんだを溶かすための加
   熱チップと、この加熱チップに電力を供給して発熱させ
   る電力供給手段と、加熱チップを被はんだ付け部に接触
   して押圧するとともに離間する移動手段と、加熱チップ
   と被覆細線あるいは被覆細線と回路パターンのいずれか
   一方の導通を検出する導通検出手段と、加熱チップを、
   被はんだ付け部に押し当てたのち、所定のタイミングで
   電力供給手段から加熱チップに電力の供給を開始させる
   スタートタイミング設定手段と、加熱チップと被覆細線
   あるいは被覆細線と回路パターンのいずれか一方が導通
   したとき、電力供給手段から加熱チップに供給する電力
   量を制御する電力量制御手段とを備えたリフロー式はん
   だ付け装置。