JPH11163512A - 自動半田付け装置および自動半田付け方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＱＦＰ型ＬＳＩなどの表面実装で、位置決
め、基板への装着、半田の加熱・溶融および強制冷却
を、単体で、一括して行なう。 【解決手段】 位置決め部３０によりＱＦＰ１０を位置
決めし、ヘッド部４０の吸着パイプ４１により位置決め
したＱＦＰを吸着して、受け台２３にセットされた基板
上１に移送して、所定の配線パターンに装着する。装着
したＱＦＰを吸着パイプで押さえながら、吸着パイプと
は独立に昇降するノズル４３からの熱風により、配線パ
ターン上に予めディップされた半田を加熱して溶融さ
せ、ＱＦＰを配線パターンに半田付けして、ノズル４７
からの冷風により、溶融した半田を強制冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、ＱＦＰ
型ＬＳＩなどの表面実装に好適な、自動半田付け装置お
よび自動半田付け方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、コンピュータのＣＰＵの
ような、大規模集積回路（ＬＳＩ）において、ＱＦＰ
（Quad Flat Package ）と呼ばれる長方形のパッケージ
を用いているものがある。

【０００３】このＱＦＰ型ＬＳＩは、図８に示すよう
に、長方形のパッケージ１０の４辺から各１列のリード
１１ａ〜１１ｍ；１２ａ〜１２ｎ；１３ａ〜１３ｍ；１
４ａ〜１４ｎが水平方向に出されており、印刷配線板
（基板）への直接の半田付け（表面実装）に適してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述のよう
なＱＦＰ型ＬＳＩを表面実装するために、従来は、 ａ．位置決め機能と、基板への装着機能とを備えた装
置、 ｂ．半田の加熱・溶融機能を備えた装置、 ｃ．半田の加熱・溶融機能と、溶融半田の強制冷却機能
とを備えた装置、 ｄ．手動位置決め機能、基板への装着機能および半田の
加熱・溶融機能を備えた装置、 ｅ．位置決め機能および基板への装着機能を備えたユニ
ットと、半田の加熱・溶融機能および溶融半田の強制冷
却機能を備えたユニットとからなる装置、のような、各
種の装置を用いていた。

【０００５】これらの装置のうち、ａ〜ｄの装置は、別
の装置と組み合わせて不足の機能を補う必要があって、
表面実装システム全体が大型で高価になるという問題が
あった。

【０００６】また、ｅの装置では、ユニット間で基板を
移動する際、基板に装着したＬＳＩなどの電子部品を固
定しなければならないという煩わしさがあった。

【０００７】かかる点に鑑み、この発明の目的は、ＱＦ
Ｐ型ＬＳＩのような、表面実装に適した電子部品の位置
決め、基板への装着、半田の加熱・溶融および溶融半田
の強制冷却の各工程を、単体で、一括して行なうことが
できる、自動半田付け装置および自動半田付け方法を提
供するところにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、請求項１の発明による自動半田付け装置は、所定の
電子部品を基板上の所定の配線パターンに半田付けする
自動半田付け装置であって、上記電子部品を所定領域に
位置させる位置決め手段と、上記所定領域に位置した上
記電子部品を吸着して上記基板上に移送する吸着・移送
手段と、移送された上記電子部品を上記配線パターンに
装着する装着手段と、装着された上記電子部品を保持し
ながら、上記配線パターン上の半田を熱風により加熱し
て溶融させ、装着された上記電子部品を上記配線パター
ンに半田付けする加熱手段と、上記配線パターン上の溶
融した半田を冷風により強制冷却する冷却手段と、上記
各手段に対応する各種のセンサと、この各種のセンサか
らの信号に応じて、上記各手段を所定の順序で制御する
システム制御手段とを備えたものである。

【０００９】かかる構成の請求項１の発明による自動半
田付け装置においては、所定の電子部品の位置決め、基
板への装着、半田の加熱・溶融および溶融半田の強制冷
却の各工程を、それぞれに対応する機能を具備する単体
の装置で、一括して行なうことができる。

【００１０】また、請求項２の発明による自動半田付け
方法は、所定の電子部品を基板上の所定の配線パターン
に半田付けする自動半田付け方法であって、上記電子部
品を所定領域に位置決めし、位置決めした上記電子部品
を吸着して上記基板上に移送し、移送された上記電子部
品を上記配線パターンに装着し、装着された上記電子部
品を保持しながら、上記配線パターン上の半田を熱風に
より加熱して溶融させ、装着された上記電子部品を上記
配線パターンに半田付けし、上記配線パターン上の溶融
した半田を冷風により強制冷却するとともに、上記位置
決めないし強制冷却の各処理を、当該処理に対応するセ
ンサからの信号に基づいて制御するようにしたものであ
る。

【００１１】かかる構成の請求項２の発明による自動半
田付け方法においては、所定の電子部品の位置決め、基
板への装着、半田の加熱・溶融および溶融半田の強制冷
却という一連の工程を、電子部品を装着した基板を移動
させることなく、一括して行なうことができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図７を参照しなが
ら、この発明による自動半田付け装置の実施の形態につ
いて説明する。

【００１３】［実施の形態の構成］請求項１の発明の実
施の形態のシステム構成を図１に示し、機械的構成を図
２に示す。

【００１４】図２に示すように、この実施の形態の自動
半田付け装置２０は、方形のベース部材２１の正面の左
端部に、表面実装すべき電子部品の位置決めをそれぞれ
行なう、複数の位置決め部３０を取り付ける位置決め台
２２が配設されると共に、ベース部材２１の正面中央部
には、矢印Ｘで示す前後方向に摺動自在に、基板受け台
２３が取り付けられる。

【００１５】基板受け台２３には、所定長の複数の支持
ピン２３ｐが植立されて、載置された印刷配線板（基
板）１が、位置決め台２２とほぼ水平に整列するように
されている。

【００１６】ベース部材２１の後部の左右両端に、１対
の支持柱２４ａ，２４ｂが取り付けられると共に、支持
柱２４ａ，２４ｂの上部に挟まれて、水平桁２４ｙが取
り付けられて、「門」字状の支持機構が構成される。

【００１７】そして、この支持機構の水平桁２４ｙの正
面に、矢印Ｙで示す左右方向に摺動自在に、ヘッド部４
０が取り付けられる。このヘッド部４０については後に
詳述する。

【００１８】なお、後述のような電力制御回路６４およ
び電磁バルブ群５３が、水平桁２４ｙの上面に取り付け
られると共に、後述のような温度制御回路６５が支持柱
２４ａの外側上部に取り付けられる。また、受け台２３
は、例えば、２４５ｍｍ×３２８ｍｍまでの寸法の基板
１に対応可能とされる。そして、複数の位置決め部３０
は、表面実装すべき電子部品の形状に応じて、異ならせ
ることができる。

【００１９】図１に示すように、この実施の形態の自動
半田付け装置２０は、実装すべき電子部品の位置決め部
３０と、電子部品を基板に半田付けするためのヘッド部
４０とを含んで構成される。

【００２０】位置決め部３０は、それぞれ「Ｌ」字状の
位置基準部材３１および可動部材３２と、可動部材３２
に連結されたエア・シリンダ３３とから構成され、ＱＦ
Ｐ型ＬＳＩのような、表面実装に適した電子部品１０
を、位置基準部材３１および可動部材３２の間に挟み込
んで、電子部品１０の位置決めを行なう。

【００２１】ヘッド部４０では、吸着パイプ４１にエア
・シリンダ４２が連結されて、垂直の軸方向に移動可能
とされる。この吸着パイプ４１の周囲には、電子部品１
０の形状に対応して複数の熱風ノズル４３が配設され、
各熱風ノズル４３は吸着パイプ４１と摺動自在に配設さ
れた分岐部４４を介して、加熱部４５に連結される。こ
の加熱部４５にエア・シリンダ４６が連結されて、熱風
ノズル４３は、吸着パイプ４１と独立に、垂直方向に移
動可能とされる。

【００２２】そして、熱風ノズル４３の外側に、複数の
冷風ノズル４７が配設されると共に、熱電対４９が分岐
部４４に取り付けられる。

【００２３】なお、冷風ノズル４７は、ヘッド部４０の
適宜の支持部材（図示は省略）に取り付けられて、垂直
方向に移動可能とされる。

【００２４】また、前述のように、表面実装すべき電子
部品の形状に応じて、複数の位置決め部が用いられる場
合は、熱風ノズル４３が、それぞれの形状に対応するも
のに取り替えられる。

【００２５】エアー制御系５０は、所要の空気圧を発生
する正圧発生器５１と、ベンチュリ効果により負圧を発
生する負圧発生器５２と、電磁バルブ群５３とを含んで
構成され、この電磁バルブ群５３から、負圧空気が吸引
パイプ４１に配管されると共に、所要圧の空気が加熱部
４５に配管される。また、所要圧の空気がエア・シリン
ダ３３，４２，４６および冷風ノズル４７にも配管され
る。

【００２６】そして、エアー制御系５０には、電子部品
の位置決めから溶融半田の強制冷却までの一連の処理の
ために、システム制御回路６１からの制御信号が供給さ
れる。

【００２７】システム制御回路（マイクロコンピュー
タ）６１には、各種センサ６２からのデータが入力され
ると共に、システム制御回路６１からの制御信号によ
り、リレー６３の開閉が切り換えられて、交流電源３か
ら、電力制御回路６４および温度制御回路６５への給電
が制御される。

【００２８】温度制御回路６５には熱電対４９が接続さ
れ、温度制御回路６５の出力信号が電力制御回路６４に
供給されて、加熱部４５への供給電力が制御される。温
度制御回路６５の出力信号はシステム制御回路６１にも
供給される。

【００２９】また、システム制御回路６１からは、それ
ぞれ駆動回路（図示は省略）を介して、基板受け台２３
の移動用のステッピングモータ６６と、ヘッド部４０の
移動用および回転用のステッピングモータ６７，６８と
に出力信号が供給される。

【００３０】これらのステッピングモータでは、例え
ば、ＱＦＰのリードピッチ０．５ｍｍに対して、移動で
０．０２ｍｍ、ヘッドの回転で、０．２゜の分解能が得
られている。

【００３１】なお、マイクロコンピュータ６１には、実
際の運用前に、ＱＦＰ型ＬＳＩなどの電子部品の制御デ
ータが学習ペンダント６９から入力されて、メモリに記
憶される。

【００３２】上述のような構成により、この実施の形態
の自動半田付け装置２０では、エアー制御系５０および
システム制御回路６１の制御の下に、ヘッド部４０によ
り、位置決めされた電子部品のピックアップ、基板への
装着、半田の加熱・溶融および溶融半田の強制冷却の一
連の処理が行なわれる。

【００３３】［実施の形態の表面実装工程］次に、図３
〜図５をも参照しながら、請求項１の発明の実施の形態
の表面実装工程について説明する。

【００３４】図３に示すような表面実装処理ルーチン１
００が、例えば、スタートボタン（図示は省略）の操作
に基づいて実行されると、最初のステップ１０１におい
て、自動半田付け装置２０の受け台２３に基板１がセッ
トされたか否かが判断される。

【００３５】図示は省略するが、この基板には、配線パ
ターンの所定の半田付け領域（ランド）に予めクリーム
半田を塗布しておく。または、溶融半田槽からの噴流に
より、ランドに予め半田をディップ（ｄｉｐ）してお
く。

【００３６】次のステップ１０２では、図４Ａに示すよ
うに、ＱＦＰ１０が位置決め部３０内、即ち、位置決め
台２２の支持ピン２２ｐの近傍に仮置きされたか否かが
判断される。

【００３７】ステップ１０１，１０２で、適宜のセンサ
により、基板のセットとＱＦＰの仮置きとの判断がすむ
と、処理はステップ１０３に進み、ＱＦＰの位置決めが
行なわれる。この位置決めは、図４Ｂに示すように、可
動部材３２に押されて、ＱＦＰ１０のリードが位置基準
部材３１に当接して、ＱＦＰ１０が支持ピン２２ｐと垂
直に整列した時点で完了する。

【００３８】次のステップ１０４では、位置決めが完了
したＱＦＰ１０が、ヘッド部４０のパイプ４１により吸
着され、ヘッド部４０の移動に伴って、受け台２３にセ
ットされた基板１上の所定の配線パターン（装着位置）
まで移送される。

【００３９】ＱＦＰの吸着・移送の場合、ヘッド部４０
の吸着パイプ４１が、位置決め台２２の支持ピン２２ｐ
と垂直に整列するように移動し、図４Ｃに点線で示した
支持ピン２２ｐ上のＱＦＰに当接するまで、吸着パイプ
４１が下降し、前述のような負圧に基づいて生成される
吸着力Ｆｎにより、ＱＦＰがパイプ４１に吸着される。
そして、図４Ｃに示すように、ＱＦＰ１０を吸着したま
まで、パイプ４１が上昇して、移送可能な状態になる。

【００４０】次のステップ１０５では、ＱＦＰ１０をパ
イプ４１に吸着したままで、ヘッド部４０が移動して、
基板１上の所定位置にＱＦＰ１０が装着される。この装
着の場合、図５Ａに示すように、ＱＦＰ１０をパイプ４
１に吸着したまま、ヘッド部４０が下降して、ＱＦＰ１
０が基板１に当接する。

【００４１】次のステップ１０６では、図５Ｂに示すよ
うに、例えば、３ｋｇｆの押圧力Ｆｐで、吸着パイプ４
１により、基板１上の所定の配線パターンに装着された
ＱＦＰ１０を押さえながら、熱風ノズル４３のみを下降
させ、このノズル４３からの熱風Ｗhtにより、所定時間
だけ加熱して、基板１上の半田（図示は省略）を溶融さ
せ、ＱＦＰ１０のリードを配線パターンの所定のランド
に半田付けする。

【００４２】次のステップ１０７では、図５Ｃに示すよ
うに、吸着パイプ４１により、押圧力ＦｐでＱＦＰ１０
を引き続き押さえながら、熱風ノズル４３のみを上昇さ
せた後、ノズル４７からの冷風Ｗclにより、所定時間だ
け強制冷却して、半田を凝固させる。

【００４３】これにより、ＱＦＰ１０のリードと配線パ
ターンの所定のランドとの半田付けが完了する。そし
て、ヘッド部４０が上昇して、表面実装処理ルーチン１
００が終了する。

【００４４】上述のように、この実施の形態の自動半田
付け装置では、ＱＦＰ型ＬＳＩのような、電子部品の位
置決め、基板への装着、半田の加熱・溶融および溶融半
田の強制冷却の各工程を、単体で、一括して行なうこと
ができて、電子部品を装着した基板を移動させるような
煩わしさが回避されると共に、装置が比較的小型かつ低
価格となる。

【００４５】なお、上述のような、熱風による加熱と強
制空冷とを伴う表面実装工程において、ディップ半田済
みの基板を使用する場合は、図６に示すように、ディッ
プ半田の溶融開始温度Ｔｍが、例えば、約２２０゜Ｃと
なるので、熱風の温度を、例えば、約２４０〜３００゜
Ｃの所定範囲Ｔrgに設定することにより、加熱時間Ｔht
は、例えば、５〜７秒と比較的短くて足りるようにす
る。

【００４６】上述のような加熱温度範囲の上限に設定し
た場合、ＱＦＰのリード先端付近の温度プロファイル
は、図６に曲線Ｌｃで示すようになる。

【００４７】また、この温度プロファイルから明らかな
ように、冷風での強制冷却により、温度が急速に凝固温
度Ｔｓまで下降するので、冷却時間Ｔclは、加熱時間Ｔ
htよりも短く、例えば、１．５〜３秒で足りる。

【００４８】［他の実施の形態］前述の実施の形態の表
面実装工程では、ＱＦＰの位置決め、基板への装着、半
田の加熱・溶融および強制冷却の順序で処理したが、こ
れと逆の順序で動作させることにより、多数のリードを
有するＱＦＰを基板から取り外すことができる。

【００４９】また、前述の実施の形態では、ＱＦＰを例
示したが、位置決め部と熱風ノズルとを適宜に変更する
ことにより、ＳＯＰやＢＧＡのような、形状を異にする
電子部品の表面実装にも同様に適用することができる。

【００５０】そして、前述の実施の形態では、熱風ノズ
ルの昇降にエアーシリンダを用いるようにしたが、ステ
ッピングモータを用いて、熱風ノズルを昇降させること
により、熱風ノズルと基板との距離を精密に制御するこ
とができて、高さが異なる複数種の電子部品に対応する
ことができる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、所定の電子部品の位置決め、基板への装着、半
田の加熱・溶融および溶融半田の強制冷却の各工程を、
それぞれに対応する機能を具備する単体の装置で、一括
して行なうことができる。

【００５２】また、請求項２の発明によれば、所定の電
子部品の位置決め、基板への装着、半田の加熱・溶融お
よび溶融半田の強制冷却という一連の工程を、電子部品
を装着した基板を移動させることなく、一括して行なう
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による自動半田付け装置の実施の形態
の構成を示すブロック図である。

【図２】この発明の実施の形態の機械的構成を示す斜視
図である。

【図３】この発明の実施の形態の表面実装工程を説明す
るための流れ図である。

【図４】この発明の実施の形態の表面実装工程の要部を
説明するための概念図である。

【図５】この発明の実施の形態の表面実装工程の他の要
部を説明するための概念図である。

【図６】この発明の実施の形態の要部の特性を示す線図
である。

【図７】この発明を説明するための斜視図である。

【符号の説明】

１…印刷配線板（基板）、１０…ＱＦＰ型ＬＳＩ、２０
…自動半田付け装置、２１…ベース部材、２２…位置決
め台、２３…基板受け台、２４ａ，２４ｂ…支持柱、２
４ｙ…水平桁、３０…位置決め部、３１…位置基準部
材、３２…可動部材、３３…エア・シリンダ、４０…ヘ
ッド、４１…吸着パイプ、４２…エア・シリンダ、４３
…熱風ノズル、４５…加熱部、４６…エア・シリンダ、
４７…冷風ノズル、４９…熱電対、５０…エア制御系、
５１…正圧発生器、５２…負圧発生器、５３…電磁バル
ブ群、６１…システム制御回路（マイクロコンピュー
タ）、６２…センサ、６３…リレー、６４…電力制御回
路、６５…温度制御回路、６６〜６８…ステッピングモ
ータ、６９…学習ペンダント、１００…表面実装処理ル
ーチン、Ｗcl…冷風、Ｗht…熱風

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の電子部品を基板上の所定の配線パタ
   ーンに半田付けする自動半田付け装置であって、 上記電子部品を所定領域に位置させる位置決め手段と、 上記所定領域に位置した上記電子部品を吸着して上記基
   板上に移送する吸着・移送手段と、 移送された上記電子部品を上記配線パターンに装着する
   装着手段と、 装着された上記電子部品を保持しながら、上記配線パタ
   ーン上の半田を熱風により加熱して溶融させ、装着され
   た上記電子部品を上記配線パターンに半田付けする加熱
   手段と、 上記配線パターン上の溶融した半田を冷風により強制冷
   却する冷却手段と、 上記各手段に対応する各種のセンサと、 この各種のセンサからの信号に応じて、上記各手段を所
   定の順序で制御するシステム制御手段とを備えた自動半
   田付け装置。
2. 【請求項２】所定の電子部品を基板上の所定の配線パタ
   ーンに半田付けする自動半田付け方法であって、 上記電子部品を所定領域に位置決めし、 位置決めした上記電子部品を吸着して上記基板上に移送
   し、 移送された上記電子部品を上記配線パターンに装着し、 装着された上記電子部品を保持しながら、上記配線パタ
   ーン上の半田を熱風により加熱して溶融させ、装着され
   た上記電子部品を上記配線パターンに半田付けし、 上記配線パターン上の溶融した半田を冷風により強制冷
   却するとともに、 上記位置決めないし強制冷却の各処理を、当該処理に対
   応するセンサからの信号に基づいて制御するようにした
   自動半田付け方法。