JPS6199571A - 自動はんだ付け装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、自動はんだ付け技術に関し、さらに詳細には
、電子部品組立用のはんだ付け接合を形成するための改
良型はんだ付け装置に関する。

多くの電子部品を電気的に接合して絶縁材料製の共通ベ
ース上に相互に接続したパターンを形成した、たとえば
プリント配線板（以下ｒＰＷＢＪと略称）のような装置
においてはんだ付け接合を形成する方法は、各接合を個
別にはんだごててはんだ付けするディスクリート接合は
んだ付け法と、全ての部品を定位置に配置したＰＷＢを
はんだの溶融ウェーブにさらす流動はんだ付け法のよう
なバッチはんだ付け法とに分類できるであろう、これま
でのところ、はんだ付け速度が高い故に、流動はんだ付
け法が１（［１のＰＷＨに多数のはんだ付け接合が要求
される場合には特に広く使用されていた。

しかしながら、流動はんだ付け法にはいく−つかの欠点
がある。たとえば、個々の部品は、はんだの溶融ウェー
ブにさらす前にある方法でＰＷＢに機械的に固定するの
が普通である、溶融はんだにさらす時間は、ＰＷＢ上の
最大ヒートシンク（ＩＦ所を加熱することができる程十
分長くなければならないため、ＰＷＢの残りの全領域と
この領域に関係する部品に不必要な熱応力を与えてしま
う結果となる。また、ＰＷＢを高温にさらすためには、
特別な処理を施して、蒸気が抜けるのを防止すると共に
エポキシガラス板材料がそれに関連してはがれるのを防
止する。これに加えて、流動はんだ付け法によると、得
られた接合は欠陥があったり一様でないことが多い、従
って、流動はんだ付け法の実際の効率を測定するために
は、部品を所定位置に機械的に固定するために要する時
間と労力、流動はんだ付け法自体、及び欠陥のあるはん
だ付け接合の探知と補修を考慮しなければならない、流
動はんだ付け法で作る欠陥接合は、不十分なもしくは過
剰のはんだ、空所、はんだの不存在、接合中のピンホー
ル、回路をはんだがブリッジしてしまうこと、はんだの
肉盛が浮いてしまうことに大きく分類される。ディスク
リート接合はんだ付け法は、ＰＷＢ上の各接合に要求さ
れるパラメータを最適にする結果、欠陥が最も少ない高
品質の接合が得られる点で有益であることはもちろんで
ある。しかしながら、流動はんだ付け法と比較してディ
スクリ−）７６合はんだ付け法を経済的に実行可能にす
るためには、接合部の加熱に要する熱エネルギがはんだ
ごてのようなはんだ付け用チップやプローブを通じて伝
導する場合には特に、いくつかの問題点を克服しなけれ
ばならない、たとえば、目標にしている接合部（通常直
径１．３ｍｍ）に熱を排他的に限定するためには、好ま
しくは、プローブの断面をはんだの肉盛の直径とほぼ同
じ寸法にする必要がある。このよう寸法が小さいために
、熱エネルギが伝導によって接合部に到達する速度が実
際的に制限を受けてしまう。その結果、今度は、大きな
ヒートシンクのある接合部（すなわちバス面）では特に
、非作動のプローブに溜まっている熱エネルギが遠い熱
源から再供給できるよりも速い速度で接合部に初めに吸
収されるとき、かなりのタイムラグが発生する。この時
間対温度の関係のため、周りの板ラミネートやそれに関
係する部品を制御しながら加熱できず不必要に加熱して
しまうことがある。

さらにまた、ディスクリート接合のはんだ付け法では、
プローブの材料は、一方では多くの金属のような良熱伝
導体でなければならず、他方では接合部への熱の伝導に
対して悪い影響を与えるなるような態様で腐食したり品
質が低下したりしてはならない。一定で、したがって予
測可能な伝導係数を維持することは、自動化したディス
クリート接合はんだ付け法には必須のことのようである
。

本発明の主たる目的は、表面に取付けた部品とは反対側
のＰＷＢの側にはんだ付けしなければならない場合、エ
ネルギ源としてレーザビームを用いることによって、は
んだごてを用いリゾイスクリート接合はんだ付け法の欠
点を克服することである。即ち、本発明の目的は、スル
ーホールのＰＷＨにディスクリートにはんだ付け接合を
自動的につくることにより、本発明以前には未知であっ
たウェーブはんだ付け法の欠点を克服することである。

この目的を考慮して、本発明は、電子部品のリード線を
プリント配線板のメッキした穴に自動的にはんだ付けす
るための装置であって、鉛直の円筒孔を形成した支持部
材を備えた装置であり、第１の手段が、該支持部材の上
方に隔置した該プリント配線板を所定の順序位置に保持
して、前記したメッキ穴のそれぞれの軸が鉛直孔の軸と
順次ほぼ平行に心合わせ関係になるようにしたこと、定
量のはんだを保持するためのチャンバを備えているるつ
ぼ組立体が該鉛直孔内な滑動自在に設けてあること、孔
内の該るつぼ組立体と連通して′　　　　いる第２の手
段が、該孔内を上向きに該６つぼと組立体を該プリント
配線板下方のはんだ付け位置まで上昇させるに十分な力
を加えるようになっていること、第３の手段が、該るつ
ぼ組立体が選定位置にあるとき該円筒形孔の軸に沿って
エネルギービームを射出して前記るつぼ組立体のチャン
バにあるはんだを溶融するようになっていること、第４
の手段が、溶融はんだが付着されるごとに、前記上昇力
を解放して該孔内を下向きに該るつぼ組立体を所定位置
まで滑動するようにしていること、第５の手段を設けて
、該るつぼ組立体が所定位置にあるときはんだの固体片
を前記るつぼ組立体のチャンバ内に供給するようにして
いること、さらに、第６の手段を設けて、該るつぼ組立
体が所定位置にあるとき、前記第１手段が保持している
該プリント配線板と該支持部材との相対位置を変えるこ
とにより該プリント配線板の別のメッキした孔を前記る
つぼ組立体のチャンバと心合する位置に置くようにして
いることを特徴とする装置にある。

プリント配線板（ＰｉｉｌＢ）のロボット化した組立・
試験ステーションに用いるようになっている本発明の装
置は、はんだ付けプロセスの変数をｊＪｉ密に制御して
一様で欠陥を最小に減らしたはんだ付け接合を形成する
ための、制御したディスクリート接合はんだ付け方法を
用いる。この方法を実施するに際して、コンピュータ制
御の装置を用いるが、この装置は、中空のコアにフラッ
クスを詰めであることが好ましいはんだを供給すると共
にそうしたはんだを所定長に切断する。この計量したは
んだは、そのスラグを含んだ孔の半径方向に導入される
弱い空気圧によって移送状態で支持されて、スラグを運
ぶ孔の上方に導入する弱い空気圧の助けでるつぼ内に供
給される。

るつぼは、自由なピストンによって上向きにかつ、部品
の短いリード線が出て来るＰｌｌｌＢのメツキスしたル
ーホールの下側に向けて支持されている。これらのリー
ド線、メッキしたスルーホール及びはんだ付け材料がは
んだ付け接合を作る。定量のはんだ片を担持しているる
つぼの底は、輻射線吸収材料で作られており、この材料
によって、それに焦点を結んだ光エネルギを熱エネルギ
に変換することにより、接合に付着すべく溶融状態にま
ではんだを加熱する。すると、溶融はんだは突出したリ
ード線とメッキしたホールとに接触してその線とスルー
ホールのメッキを加熱し、毛細管現象による引力により
るつぼから該ホールの中に吸引される。一旦はんだが所
定位置にくると、るつぼとＰＷＢは次の接合のはんだ付
けに備えて相対的に再位置決めされる。

周囲の熱を排除しなければならない例では特にレーザビ
ームで発生することが好ましい熱エネルギが、るつぼの
輻射線吸収材料に与えられる。この材料は、熱をるつぼ
の中のはんだへ、次にこのはんだから部品のリード線へ
と伝導する。赤外線のような熱エネルギも、部分加熱の
ためにメンキホールの周りの領域に直接与えてもよい。

以　　下　　余　　　白 熱エネルギビームを照射するるつぼの底の外面は底の内
側よりも実質的に大きな表面積にして、ビームパワー変
化に対してより高い応答性を持つようにすると共に、レ
ーザビームのパワーをより大面積に分配させることによ
り温度上昇時間を短縮している。るつぼの底は、鉛直シ
リンダ内に滑動自在に設けた円筒形のピストン状部材に
連結してある。るつぼと円筒形部材は自由ピストンを構
成してあり、このピストンは流体圧力の下ではんだ付け
位置まで推進される。この自由ピストンの使用によって
、溶融はんだを確実に適切な位置に位置決めしはんだ付
け接合を個別に形成できる。

図示の装置において、はんだは１つの接合に対して１回
計量−加熱される。熱エネルギｌ　　　源は、はんだを
計量し、溶融し、付着させる各プロセスの量温度制御を
行なうようにプログラムしてある０本発明の一使用例に
おいては、レーザビームのパラメータをコンピュータの
ソフトウェアで制御して、その例に要求されるパワー、
パルス幅または連続ビームを得る。エネルギービームの
軸はピストンの移動軸とほぼ一致している。るつぼは、
熱伝達速度の比較的大きい任意の適当なグラファイト材
料で作ることが好ましく、赤外線エネルギに対して良好
な輻射線吸収材料で作っである。たとえば、炭酸ガス（
ＣＯ２）レーザを用いた場合、はんだやフラー２クスと
反応せず、湿潤性がなく、７５０°Ｆ（約４００”Ｃ：
）以下の温度では酸化しないという点で、グラファイト
やシリコンカーバイドを用いることが特に望ましい、こ
れらの材料は、また、はんだ付け接合に一様性を与える
のに必要な高い熱伝導性を備えている。

以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明
する。

第１図ないし第４図を参照すると、はんだ付け装置１０
は、長方形断面を持つほぼＣ字形の支持フレーム１１を
備えている。この支持フレーム１１は、その上部もしく
は頂部がねじ１４によって背部もしくは鉛直部１３に固
定してある。この背部１３は１６で示したねじによって
合板部１５に固定してある。この台板１５は、（図示し
ていない）加工物表面に支持または固定して図示のよう
に直立するようにしてもよいねじによって合板部１５の
一端近くに固定してあるのは、はんだ付着組立体１８で
ある。この組立体１８は、定量のはんだを溶融し、担持
し、プリント配線板（第３図を参照のこと）２０の下側
に付着させる。フレーム１１の背部１３に固定してある
のは、はんだ供給組立体２１である。この組立体２１は
、ねじ２４によってフレーム上部１２に固定してある剪
断・担持機構２３にフラックス心が中心部に含まれるは
んだ線２２を供給する。このはんだ２２は、フレーム背
部１３に回転自在に取付けたスプール２５から供給され
る。

はんだ供給組立体２１は、シャフト２８を介して歯付端
ブー９２７を駆動するステップモータ２６ヲ備えている
。このモータ２６は、そのシャフト２８（第４図）が貫
通している板３ｏによって支持されている。一対の隔置
アーム３１が一端で板３０にピン３２によって枢動自在
に取付けてあり、アーム３１の他端はシャフト３４のア
イドル・プーリ３３をその間に回転自在に支持している
。スプール２５に巻いであるはんだ２２は、板３０に取
付けである部材３６を貫通している管を通り、次に両プ
ーリ２７．３３間を案内される。アーム３１は、プーリ
３３がプーリ２７の周辺にあるはんだと係合すべく、ば
ね３７によってビン３２の周りを枢動するよう押圧して
ある。

はんだ２２は、プーリ３３の溝に嵌合しプーリ２７の円
周の歯に掴まれているのでステップモータ２６に支配さ
れて供給される。はんだ２２は、第２の管３８の中を案
内されて上部フレーム部材１２に形成した孔４０を通っ
て供給され、組立体２３の剪断機４１に係合する。

剪断組立体２３は、隔置ガイド４２間に部材１２の上面
と接触して滑動自在に設けられた剪断機４１を備えてい
る。はんだのスラグは孔４ｏから孔４３に進入する。剪
断機内のこの孔４３の上には、カバ一部材４４が設けて
あり、この部材４４は、定量のはんだがその移送の第一
段階で孔４３から出てしまわないようにする。

はんだ片に剪断した後、管４５を介して部材４１の孔４
３の中に弱いガス圧を発生させることにより、るつぼ５
０と符合した位置関係ではんだ片をその孔の中で浮揚さ
せる。また、はんだ片の上方にも管４６を介して孔４３
中に弱いガス圧を発生させることにより、はんだがるつ
ぼ５０と符合する位置にくるとそれを孔４３から移すの
に役立てる。油圧または空気圧シリンダ５１がねじ５２
によってフレーム上部１２に固定しており、そのピスト
ン・ロッド５３が連結部暮　　　　　材５５を介して滑
動自在の剪断部材４１に連結しｌ。

てあり、この部材４１を剪断位置に出入させるはんだ溶
融／付着組立体１８は、輪郭がほぼ四角形でよい金属片
６０を備えている。ねじ１７（第２図を参照のこと）に
よってフレーム１１の合板部材１５に固定してある金属
片ＢＯの下部には、台板１５に形成したスロット６２と
組合うスロット６１を形成して四角形の開口を形成する
。この開口の軸は合板部材（第３図を参照のこと）と平
行になっている。スロット６１とその頂壁で連結してあ
るのは、孔６３、より小径の中間部６４及び最小径の上
部６５である。孔の下部６３の中には、ピストンを支持
する部材６７を備えた油圧もしくは空気圧シリンダＢ６
が嵌合している。ピストンを持つ部材６７は、球６８と
係合して孔の上部８５の下端をシール状態で開閉する０
球６８は、部材６７によって０リング６８と係合し上部
８５をシールする。下部Ｂ３、中間部６４に及び上部６
５からなる孔は断面が円形になっていることが好ましい
、シリンダ６Ｂはスロット６１の中に延入し、管７１を
受容して、流体を導入し、圧力をかけて球弁６８を作動
する。

金属片６０のＬ部に形成してあるのは、小径の部分を備
えていて肩部７３を形成してある円筒形孔７２である。

この孔７２の上部は金属片６゜の外面と連通し、また剪
断部材４２のパスにほぼ垂直に延伸している鉛直軸を持
っている。

孔７２の下部は、開ロア２の軸に垂直に延伸する軸を持
つ円筒形量ロア４と連通している。この開ロア４は、こ
れを０リング７９でシールしているレンズ７６を支持す
るための肩部７５を備えている。開ロア４の外端にはね
じ溝を切ってあって、レンズ７６を位置決め固定するた
めのみぞ付き環形リングもしくはプラグ８０をねじ込む
ようになっている。金属片６０にも開口が形成してあり
、この開口の軸は開ロア２．７４の軸に対して４５°で
同開口に交叉する。偏向ミラー８１が両開ロア２、？４
の接合点に嵌合され、また０リング８３と係合している
ねじ付きプラグ８２によってその接合点にシールしてあ
る。ミラー８１の鏡面は、レンズ７６を通って開ロア４
に進入するエネルキービームが、開ロア２の軸に一致す
るように偏向され次にその開ロア２に嵌合しているスリ
ーブ８Ｂのテーパ孔８５の中を進行するような角度を与
えられている。スリーブ８６の下端は肩部７３上に静止
している。開ロア２の上端は、スリーブ８６の上端にあ
る環形溝８８に嵌合している下縁を持つライナ８７を備
えている。

グラファイトで作っであることが好ましい円筒形ピスト
ン８０が円筒形量ロア２の上端内部のライナに滑動自在
に嵌合している。スリーブ８６は入口８１を備えており
、この人口８１は、一端がスリーブ８６の上面９２と連
通していると共にスリーブ８６の中心開口８５から半径
方向にずれている。入口９１の他端は、金属片６ｏに形
成した開口Ｓ３にスリーブ８６の周面を突き抜けること
により形成された通路を介してて開口しているため、波
体圧力が管９４を経由してピストン９０の下に導入され
、以下に説明するようにるつぼ５０をその動作位置のそ
れぞれに上昇運動させるようになっている。

第５図ないし第７図を参照すると、ピストン９０は実質
的に中空になっており、グラファイト酸が好ましい下側
の筒形スカート部１０１を備えている。このピストンＳ
Ｏの中間部１０２はスカート１０１に接合してある。ピ
ストンは、その全長の一部にわたって円筒形になってい
る中央開口１０５が形成してあると共に、その上部が円
錐台形になっている０部材１０２の開口１０５の上側の
小径部は、ねじ溝を切ってあって、ピストンの上部を形
成しているるつぼ５０がねじ込まれりようになっている
。このるつぼ５０には、１個の接合に十分な量のはんだ
を溜める深さと直径を持つ内側に少しテーパを付けたチ
ャンバ１０６が形成してある。このるつぼのチャンバ１
０６は、また、種々の長さのリード線を持つ取付部品の
代表的な突出ｔ　　　　リード線を受容するに十分な深
さになっている。るつぼ５０の底部１０７は、その外径
がるつぼのチャンバ１０６の内径よりも実質的に大きい
底部１０７を備えている。底部１０７の拡大領域には、
レーザエネルギビームが当たる輻射線吸収表面１０８が
形成してある。

ピストン８０の中間部は断熱体である。この断熱体の満
足すべき例はガラスセラミックで、このセラミックは、
機械加工可能であり、ニューヨーク州のコーニングにあ
るコーニング・ガラス社（Ｃｏｒｎｉｎｇ　Ｇｌａｓｓ
　Ｃｏｍｐａｎｙ）　（７）製品の商標名マコール（Ｍ
ＡＣＯＲ）で広く知られている。るつぼ５０とスカート
部１０１はグラ２アイト製であることが好ましい、中間
部１０２は、るつぼ５０の断熱用にスカートｌＯ１とる
つぼ５０に機械的に取付けである中間部材として働く、
ガラスとグラファイトの熱膨張係数は等温膨張を生ぜし
めるに十分マツチするような値であるので、好ましくは
パイレックス製のスリーブ８７とグラファイトのスカー
ト１０１　との間の直径方向の隙間は、広い運転温度範
囲にわたって保持される。グラファイト酸のスカー）　
１０１には、窒素ガスを抜くことにより、るつぼ５０の
下方の圧力を逃がすための通路１０９があり、この通路
のため、はんだ付け位置にあるプリント配線板が拘束さ
れない場合にピストン８０が所定限度を越えて推進され
るのが防止される。

第７Ａ図ないし第７Ｄ図を参照すると、はんだの実際的
な付着方法が図解してある。第７図では、はんだスラグ
２２′がるつぼのチャンバ１０６内に供給されており、
所望ならば、ＰＷＨの下面は、るつぼ５０が第７Ｂ図に
図示のようにＰＷＢ　２０に向かって進行中、矢印１１
１で図示してあるように赤外線エネルギで予熱しておい
てもよい。レーザビーム１１２として示したエネルギを
るつぼ５０の輻射線吸収表面１０８の下側に与えること
により、はんだが第７Ｃ図に図示したようにチャンバ１
０６の中に溶融してはんだ球１１５を形成する。ピスト
ン９０がさらに上昇すると、　ＰＷＢ　２０の突出する
リード線１１４は溶融したはんだ球１１５の中に浸漬さ
れる。

この浸漬によって、溶融はんだ１１５から線１１４とス
ルーホール１１６の金属メッキ及びパッドとに熱伝達が
起こる。線１１４とメッキしたスルーホール１１６が適
切な温度に一旦到達してしまうと、はんだ球１１５は次
に第７Ｄ図に図示したように毛細管引力によってリード
線１１４とメッキしたホール１１Ｂとの間に吸引されて
はんだ付け接合を形成する。実際には、はんだ１１５は
、　ＰＷＨのメッキしたホール１１６の中を流れて、　
ＰＷＢの頂上に円錐台形のはんだをその底または下側に
同様な円錐台形を形成する。接合が完成してしまうと、
るつぼ５゜は引き込められて前述したのとは反対方向の
下向きに移動して、前後に第７Ａ図に図示した出発位置
に達する。このときレーザをオフして、プログラムして
ある待ち時間に入ると、はんだのすみ肉が固化する（第
７Ｄ図を参照のこと）。

前述したように、はんだ付けサイクルの直前で各接合点
においてＰＷＢ板２０の下側に赤外線ビーム１１１を照
射してはんだ付けサイクル時間を最短にすることもでき
る。実際の動作では、ある接合に対するはんだの切断と
供給までのはんだ付けの全サイクルには約４秒かかる。

補助的な赤外線ビーム１１１を用いることにより各サイ
クルを約１．５秒短縮する。

これまでの図に加えて第８図と第３図を参照して行なう
装置動作の以下の説明から本発明の理解はもっと進むで
あろう、第４図において、スプール２５に巻いであるフ
ラックス・コア心のはんだ２２は歯車２７と加圧ホイー
ル３３との間を進んで、正確な量のはんだが部材１２の
頂部を越えて孔４３の中に延入していき剪断部材４１に
よって切断される。この剪断部材４１は、複動の油圧も
しくは空気圧アクチュエータ５１によって作動される。

第８Ａ図に図示した後退位置にあっては、ピストンロッ
ド５３は、第３図に図示した左端位置にあり、剪断孔４
３ｊ　　　　は供給孔４０と心合わせ状態になっている
。始めに、一実施例によれば、ステップモータ２６は、
プログラムした数の作動パルスのそれぞれに対して０．
０８ｍｍだけはんだ孔４３の中へ押し込んでから停止す
る。それから、剪断部材４１は、はんだ２２からはんだ
２２′を剪断し、それを上部材１２を横切って単一の機
械運動で、第８Ｃ図に図示のように、るつぼ５０のチャ
ンバ１０８の上方の中心点まで移動させる。はんだ２２
′　をそれが完全に停止してるつぼ５０と心合わせにな
るまで剪断孔４３内に保持するために、その孔４３の側
壁内に位置している半径方向入口４３′　を通って剪断
孔４３に低圧空気のジェットが流入する。剪断孔４３に
は、管４５（第８Ｂ図）を経由して空気源に接続してあ
る細い可撓性のホースが取付けである。

以下余白 剪断Ｉａ、４１がはんだ片を切断すると、このはんだ片
２２′は空気の弱い正圧によって孔４３の中に保持され
る。この空気流は剪断孔の中で上向き及び下向きに方向
づけられ、孔４３中にスラグ２２′が存在することによ
って、対向する流れが変えられたり絞られたりする。内
部の流体圧と流速との間のエネルギ関係を表わすベルヌ
ーイの定理を適用することによって、空気の流速に反比
例して反対向きの力がはんだ２２′　の各端に発生する
。はんだのスラグ２２′が入口４３′　に入る空気ジェ
ットの中心にあると、２木の対向する空気流は等しくな
り、スラグにかかる力は相殺し合う、スラグ２２′に作
用する重力のために、スラグは孔４３から落下する傾向
にある。しかしながら、スラグが下向きに移動するにつ
れて、スラグの絞り作用が空気流のバランスを失わせて
上向きに余計流れるようになる。スラグに上向きに作用
する圧力と力の差分が下向きの１力を無効にした場合に
は平衡点に達して、スラグは孔４３の中で浮揚する。初
めに、すなわち孔４３が部材１２をクリアする前は、入
口４３′　を通って孔４３に入る空気は孔４３の頂部で
全体が抜は出る。空気圧の下で剪断孔４３の中に閉じ込
められているはんだが孔４３から絶対に抜けないように
するため、部材４４を剪断４２４１に取付けて剪断孔４
３にカバーをするが密封しないようにできる。剪断孔４
３がるつぼ５０のチェンバ１０８に心合わせになると、
窒素逃がし弁６８が閉じて窒素のガス圧を高めると共に
、延伸した剪断Ｉ！４１の下側から突出している小さい
ピン止め１４０にピストン９０を上昇せしめて接触させ
る。この結果、るつぼ５０が剪断孔４３と実際に接触し
ないようにして、はんだスラグをるつぼ５０のチェノ／
＜１０８に確実に移すことになる。管４５内の空気圧は
「遮断」（第８Ｃ図）されて、はんだ片がチェンバ１０
Ｂ内の重力で落下する。空気の短いパルスを管４６を経
由して剪断孔４３の頂部内に導入して、はんだ片が粘着
していればそれを解放する。

スラグを一旦るつぼ５０に移してしまうと、弁６８を開
いて窒素をボート６５′を通して逃がすと共にピストン
８０が出発位置に戻れるようにする。それから剪断部材
４１は、第３図の左端位置まで後退して、ピストン８０
の制限なしに上向きに移動できるようにパスを開放する
、（図示していない）センサを用いて、ピストン９０が
適切な位置にあって剪断機４１の移動バスから離れてい
るので次のはんだスラグを受容するようになっているこ
とを感知するようにしてもよい。

このときレーザーはるつぼ５０の加熱を開始すると共に
再び弁８８を閉じることによりピストン９０によってる
つぼ５０をＰＷＢのメッキホール１１６の所まで上昇さ
せる。レーザーのパワーレベルとピストンの上昇タイミ
ングは、はｔ　　　　んだがリード［１１４と接触する
際はんだスラグが融点以上になるように調和させである
。

レーザーのパワーは、プログラムにより調整して接合の
ヒートシンク効果を補償するようにしてもよいし、感温
閉ループでレーザーのパワーを制御して最適条件を得る
ようにしてもよい、この最適条件はるつぼ内で許容でき
る最適温度にまで急速に昇温させることであろう、レー
ザーのパワーを実時間で変化させてはんだを付着してい
る間中その最高温度を維持するようにしている。

７５０　°Ｆ（約４００度）の温度閾値以上になると、
グラファイトは空気中の酸素と反応する。それ故、管９
４を経由して窒素ガスを連続的に供給してチェンバから
空気を排除することにより、レーザービームの照射を受
けているとき酸素が高温の輻射線吸収表面に害を与えな
いようにしている。調整した窒素のガス圧によって、弁
６８を閉じているとき、ピストンとはんだを含むるつぼ
とをはんだ付け位置にまで上昇させる力が与えられる。

サイクルの別の時点では、ピストン部材６７を開放して
圧力が通路８５とその出口孔６５′を通って逃げれるよ
うにすることによって、はんだ付けがくりかえされるよ
うにピストン９ｏをシリンダ中の最下位置まで落下させ
る。

レーザービームがるつぼの移動パスと鉛直方向に心合わ
せになっているので、レーザービームははんだ付けシー
ケンスの任意の点で”オン”にされるか、低パワーで”
オン”にされたままにできる、所望ならば、はんだスラ
ブの供給前にレーザービームが加熱を開始してサイクル
時間を短縮できるようにできる、るつぼの輻射線吸収表
面の面積はるつぼのチェンバの底の面積より大きくして
あるので、そのより広い面積にわたってエネルギを分配
させることによってビームパワーを低下させることがで
きる。るつぼは自由ピストンで担持しているので、ＰＷ
Ｂ板の鉛直位置が機械的にずれたとしても、溶融はんだ
は適切なはんだ付け位置に必ず来ることになる。

るつぼ５０のチェンバ１０６の輪郭に関連して、各接合
に用いられるはんだの量に対するそうした面積と輪郭が
決められる結果、チェンバ１０６にはんだを少しも歿す
ことなく　ｐｗＢの頂部と下部の両方に適切なすみ肉を
持つ接合が得られる。ここで指摘すべきことは、上述の
実施例は、はんだ合金、フラックスあるいはプロセス温
度に左右されることがないだけでなく比較的設計と製造
が容易である利点を持つ、はんだの浸潤のないるつぼと
言えるものであるということである。はんだに接触する
無浸潤るつぼを用いることによって、満足できる接合を
形成するに要するはんだの量を予め設定し、正確に計量
し、接合に供給してやることにより、るつぼ５０を接合
への近接位置から離したときにも供給したはんだの全量
が接合に付いているようにすることがｆｆｉ！である。

前述したように、この無浸潤るつぼは、　ＰＷＢ２０の
メッキホールにはんだが入るにつれて、はんだがチェン
バ１０Ｂと接触しなくなる位置までＰＷＨに向かって上
昇する。実験では、ニッケルメッキしたツケルメッキの
金属るつぼ５０のはんだ浸潤の表面を用いて５０％ない
し１００＄だけ過剰のはんだを接合に接触させた。この
例では、るつぼは突出しているリード線の端よりはＰＷ
Ｈに近づくことはなかった、るつぼを接合から引き離す
と、ＰＷＨのパッドとるつぼの間に存在しているはんだ
の柱が急速に細くなってそこから離れた。接合には合格
と言えるに充分な量のはんだが付着した、しかしながら
、過剰のはんだがるつぼに残っていて次のサイクルの開
始前に除去する必要があった。

るつぼの材料は、用いる特定のレーザー波長と最適な相
互作用をするという観点から選定することが重要である
。自由ピストンの所望の低摩擦の瞬間応答特性は市販の
空気圧ダッシュポットを本発明の装置に適用することに
よって得られている。このダッシュポット−は、コネチ
カット州ノーウオークにあるエアポケット社（Ａｉｒｐ
ｏｔ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）の製品である。このダ
ッシュポットは、普通小さいピストンロンドを取付けで
あるグラファイトのピストンを注意深く挿入したパイレ
ックスガラスのシリンダを備えている０本発明の装置に
応用するために、ピストンロンドを取外して、ピストン
の端面に孔を開けてレーザービームがピストンゾーンを
通る開いたパスを形成した。

レーザービームのエネルギに加わる制限に関しては、あ
るひとつのレベルの始めのエネルギ入力が、るつぼのは
んだを５００°Ｆ（２６０℃）を越える温度にまで急速
に加熱できることが望ましい、それから、別のレベルの
エネルギを与えてその温度を維持する。ある例では、液
状のはんだが接合と接触しているときヒートシンク効果
を補償するために入力パワーを増加させることが必要に
なるかも知れない、ＰＷＨの部品側にある接合の端には
んだが浸潤状態にあるのでエネルギ伝達に起因する接合
の温度上昇を補償するための制御も必要になるかも知れ
ない。

最高プロセス温度は用いる特定の７ラツクスで制限され
る。また、るつぼを動作温度にまで加熱できる速度は、
輻射線吸収材料が・破壊されない最大ビーム・パワー密
度に制限される。

第８図を参照すると、パワー供給源１２０がレーザービ
ーム発生器３５に流す電流を制御する。レーザービーム
のパワーは、２進化ＩＣ進　４法による出力ボートとＤ
／Ａコンバータ１２３を介してマイクロコンピュータ１
２７によって実時間で制御する。　ｘ−ｙポジショナ１
３０が、全体を数字１３１で示すコンピユータ化した数
値制御装置を介してＰＷＢの位置を制御する。はんだの
送りは、全体を１３２で示してあるステップモータと空
気弁インターフェース・モジュールによって行なわれる
。このモジュール１３２はマイクロコンピュータ１２７
で制御される。このシステムの個々の部品はレーザーを
制御する仕方や方法を含めて全て公知であるこのように
して、本発明によれば、はんだとフラフクスの体植を正
確に計量して各接合点に汚れのないはんだを付着させる
ことができる６種々の接合に対して熱エネルギを調節し
て、接合の周囲の領域への最小の熱ブルーム（ｈｅａｔ
　ｂｌｏｏ層）でプロセス時間を短縮化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の装置の平面図である。 ８２図は、第１図の装置の前面図である。第３図は、第
１因と第２図の装置の一部断面の側面図であって、はん
だ付け位置にあるＰＷＢを模式的に図示している。第４
図は、第３図の線４−４で切った断面図であって矢印の
方向に見たものである。第５図は、本発明のるつぼとピ
ストンの拡大立面図である。第６図は、第５図の線６−
６の矢印方向に見たるつぼとピストンの拡大平面図であ
る。第７Ａ、　７Ｂ、７Ｇ、　７Ｄ図は、本発明に従っ
て接合をはんだ付けしている間種々の位置にはんだを保
持しているるつぼの拡大断片図であって、本発明に従っ
たレーザーと赤外線エネルギの照射態様も図示している
。第８Ａ、８Ｂ、８６図は、剪断機の動作と本発明に従
ってはんだを移送する様子を図示したものである。第９
図は、本発明による自動ディスクリートはんだ付け法と
装置の制御システムを図示した模式的なブロック図であ
る。 ｌＯ・・・・装置 １１・・・會支持フレーム ２０・・・・プリント配線板 ２２・・・・′はんだ ５０・・・・るつぼ ７２・・・・円筒形孔 １０Ｂ・・チェンバ １１２・・レーザービーム １１４・・部品のリード線

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電子部品のリード線をプリント配線板のメッキした
   穴に自動的にはんだ付けするための装置であって、鉛直
   の円筒孔を形成した支持部材を備えた装置であり、第１
   の手段が、該支持部材の上方に隔置した該プリント配線
   板を所定の順序位置に保持して、前記したメッキ穴のそ
   れぞれの軸が鉛直孔の軸と順次ほぼ平行に心合わせ関係
   になるようにしたこと、定量のはんだを保持するための
   チャンバを備えているるつぼ組立体が該鉛直孔内を滑動
   自在に設けてあること、孔内の該るつぼ組立体と連通し
   ている第２の手段が、該孔内を上向きに該るつぼと組立
   体を該プリント配線板下方のはんだ付け位置まで上昇さ
   せるに十分な力を加えるようになっていること、第３の
   手段が、該るつぼ組立体が選定位置にあるとき該円筒形
   孔の軸に沿ってエネルギービームを射出して前記るつぼ
   組立体のチャンバにあるはんだを溶融するようになって
   いること、第４の手段が、溶融はんだが付着されるごと
   に、前記上昇力を解放して該孔内を下向きに該るつぼ組
   立体を所定位置まで滑動するようにしていること、第５
   の手段を設けて、該るつぼ組立体が所定位置にあるとき
   はんだの固体片を前記るつぼ組立体のチャンバ内に供給
   するようにしていること、さらに、第６の手段を設けて
   、該るつぼ組立体が所定位置にあるとき、前記第１手段
   が保持している該プリント配線板と該支持部材との相対
   位置を変えることにより該プリント配線板の別のメッキ
   した孔を前記るつぼ組立体のチャンバと心合する位置に
   置くようにしていることを特徴とする装置。 ２、特許請求の範囲第１項に記載した装置であって、前
   記した第３の手段は、該支持部材の内部にあって一端が
   該鉛直孔に、また他端が該はんだを溶融するためのエネ
   ルギ源と連通するように配向してある第２の孔と、前記
   第１及び第２の孔の接合位置に設けてあって該エネルギ
   を軸方向に該鉛直孔を通って該るつぼの輻射線吸収表面
   まで導く偏向器とから構成されることを特徴とする装置
   。 ３、特許請求の範囲第１項に記載した装置であって、該
   るつぼ組立体は、一体の輻射線吸収表面を持つるつぼ部
   材が連結してある中空ピストンを備えており、該輻射線
   吸収表面と該中空ピストンは、該エネルギビームが内部
   で方向づけられる転倒チャンバを形成しており、該輻射
   線吸収表面は、はんだを保持するためのるつぼチャンバ
   の底よりも大きな断面積になっていることを特徴とする
   装置。 ４、特許請求の範囲第３項に記載した装置であって、該
   中空ピストンは、グラファイト製の下側スカート部と、
   るつぼとスカート部との間に配設され両者間の熱伝達を
   最小にするための断熱部材とを備えていることを特徴と
   する装置。 ５、特許請求の範囲第１項に記載した装置であって、前
   記した第２の手段は、鉛直孔内に固定してあるスリーブ
   であって、るつぼ組立体をその最下位置に支持している
   半径方向上面と、エネルギビームが中を進行して方向づ
   けられる中央開口と、この中央開口から上向きに半径方
   向に偏心していて該半径方向上面と連通している孔とを
   設けてあるスリーブと、他端が該孔と連通して加圧流体
   をるつぼと組立体に供給するための手段とを備えている
   ことを特徴とする装置。 ６、特許請求の範囲第１項に記載した装置であって、前
   記した第４の手段は、開放するとるつぼ組立体の下から
   流体圧力を逃がすように動作し閉塞すると該支持部の鉛
   直孔をシールするように動作する弁と、るつぼ組立体の
   内部からその外面まで延びていてるつぼが所定の上方位
   置を越えるときにはるつぼ組立体の下から圧力を逃がす
   ための通路とを備えていることを特徴とする装置。 ７、特許請求の範囲第３項に記載した装置であって、る
   つぼ部材はチャンバを形成する内側にテーパを付けた壁
   を持ちグラファイトで作ってあることを特徴とする装置
   。 ８、特許請求の範囲第４項に記載した装置であって、該
   断熱部材は円錐台の輪郭を持っていてその狭い上部にね
   じ溝が付けてあり、るつぼ部材にねじ溝が付けてあって
   断熱部材のねじ付き部とねじ込み関係になっていること
   を特徴とする装置。 ９、特許請求の範囲第１項に記載した装置であって、前
   記した第５の手段は、所定長のはんだを受容するための
   孔を内部に設けてある静止剪断部材と、該静止部材上に
   滑動自在に設けてある滑動剪断部材であって、両剪断部
   材が後退位置にあるときには所定長のはんだが延入する
   孔を内部に設けた滑動剪断部材であり、該静止剪断部材
   と協同動作して後退位置から滑動して出るときには該孔
   中に延入している所定長のはんだを切断する滑動剪断部
   材と、前記したはんだの切断片に流体圧力をかけること
   により剪断機が該るつぼ組立体と心合すべきはんだを担
   持している間該はんだを前記した孔の壁に衝合保持する
   ための手段と、さらに、該流体圧力を逃がすと該孔から
   前記したはんだの切断片を抜き出すための手段とを備え
   ていることを特徴とする装置。 １０、特許請求の範囲第５項に記載した装置であって、
   加圧流体を供給するための前記手段は窒素ガスを供給す
   るための手段を備えていることを特徴とする装置。 １１、特許請求の範囲第１項に記載した装置であって、
   該リードをはんだ付けする前にそれらのリードと前記し
   たメッキした穴とを予熱する第７の手段をさらに備えて
   いることを特徴とする装置。