(57)【要約】【課題】手作業による半田ごてを用いた作業において半田付けが困難な大きさの微細な表面実装部品を容易に半田付けできるようにし、かつ繰り返し再現性の高い加工ができるようにする。【解決手段】半田付けに適した温度になるように集光した光を部分的に照射することで光の照射前に準備したクリーム半田または予備半田と加工対象部品とプリント基板を同時に加熱して半田付けできる形容で、加熱時間と照射距離を定められる仕組みと構造で繰り返し再現性の高い加工ができるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント基板に表面実装部品を半田付けする加工装置であって、熱源となるハロゲンランプまたはキセノンランプの光源体と、レンズと、光源体とレンズの位置関係を固定する固定具と、作業者が操作できる操作部と、光源体の発光量を調整できる調光器と、装置全体を支える台座と、加工対象部品が置かれたプリント基板を設置する際に、プリント基板の設置高さを設定または調整できる基板高さ調整部と、プリント基板上に置かれた加工対象部品と光源体の距離を一定の位置関係で固定するボディと、ランプや調光器や操作部などを結ぶ電気回路により構成され光源体から発生した光を設置したプリント基板上において直径２０ｍｍ以下のエリアに集光することにより、光の照射前に準備したクリーム半田または予備半田と加工対象部品を、クリーム半田または予備半田が溶融する温度になるように予め設定した時間だけ光源体の光を照射することで、クリーム半田または予備半田と加工対象部品を加熱してプリント基板上に半田付加工する装置。
【請求項２】
光源体とレンズを固定する固定具ごと上下に昇降する機構を持たせ、加工対象部品を置いたプリント基板を装置に出し入れする際に光源体とレンズの位置関係を固定する固定具が障害にならない位置に移動できるようにした請求項１の装置。
【請求項３】
光源体から発した光が加工対象部品を置いたプリント基板を装置に出し入れする開口部に半透明または不透明な板を備え、光源体から発した光を減光又は遮光できるようにした請求項１の装置。
【請求項４】
光源体から発した光がプリント基板上に照射される位置を照らすように設置されたレーザーポインターを備え、加工対象部品を置いたプリント基板を設置する際に、プリント基板上の加工対象部品が照射位置に合わせやすいようにした請求項１の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明はプリント基板上に微細な表面実装部品をオフライン上で実装する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】昨今の電子部品の小型化の動向により、長辺方向で１ｍｍ以下の電子部品が市場に登場している。これらの部品の実装はチップマウンターに代表されるような自動機の専用チャックにより指定個所に搬送されリフロー工程により半田付けすることで実装しているが、後工程や修正工程などでは、手作業による半田付けを実施する必要がある。【０００３】手作業による半田付けに代表される工具として半田ごてが挙げられるが一般的な半田ごてによる半田付け作業では、部品の半田付けする端子とプリント基板の実装ラウンドの両方に小手先を同時に当てて加熱し、半田を溶融して、部品とプリント基板の実装ラウンドの両方を半田により溶接する必要がある。
そのため、ピンセットなどにより部品を掴みながら、指定個所に部品を押さえながら、半田ごての先端を部品と基板の両方に当てながら、半田を補充する作業を同時進行で行う必要があり部品が微細な状態になると、半田ごての先端が端子部やラウンドに当たり難い、あるいは部品の抑えが不十分になるなど作業上の困難を伴う現状がある。【０００４】また、部品に半田ごてを当てる関係から、その当てる力に対抗できる力で部品を押さえつける力が必要であるが、例えば０６０３サイズと呼ばれるような部品では、部品の長辺方向で０．６ｍｍの大きさであり、押さえつけに使用できる個所の大きさは０．５ｍｍに満たない状態であり半田ごてが当たりやすいように部品を掴むことすら困難な状態である。
更に、微細な大きさの部品を摘みながら、部品を押さえながら、半田ごてを当てながら、半田を充填し溶かす作業を手作業で実施しようとした場合、加工対象部位が部品を掴むピンセットや半田ごての陰に入り目視で状況を見ながら作業することが困難になり更に作業を難しくしている。【０００５】あるいは、過去には、チップ部品に特化した半田ごてが提案されているが、部品の形状や大きさが限定され、多様化する部品の形状や大きさに対して汎用的でない問題がある。
他にも、加熱した温風を対象部品とプリント基板に吹きかけて、部品とプリント基板を加熱して半田付けする例が提案されているが、この方法の場合、対象部品が非常に軽いために吹きかけた温風により部品が飛散して実装に失敗する可能性があるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献１】実開昭５７−０６５７７１
【特許文献２】実開昭５８−１６６９６８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】解決すべき課題は、微細な部品であっても、部品の半田付けする端子と、プリント基板の実装ラウンドの両方を加熱し、半田を溶融させて半田付けできるようにする点と、部品を掴みながら、指定個所に部品を押さえながら、半田ごての先端を部品と基板の両方に当てながら、半田を補充する作業を同時進行で行うことに起因する作業性の困難を解消する点である。
また、自動化することにより手作業による加熱時間や温度の伝達ムラを解消して均一な加工を繰り返し行えるようにする点である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】本発明では、半田付けの為の加熱の熱源にハロゲンランプなどの光源の光を概ね直径１０ｍｍ以下の範囲に集光した光による熱源を利用する。
予め部品を実装するプリント基板の実装ラウンドに、予備半田、あるいはクリーム半田の塗布を行い、当該箇所に部品を置いた状態で、指定された照射位置に半田付けする部品が来るようにプリント基板を設置してから、作業開始の操作を行うことで設定した条件で光を発し、その熱により半田付けを行う装置とすることで、これまでの、部品を掴みながら、指定個所に部品を押さえながら、半田ごての先端を部品と基板の両方に当てながら、半田を補充する作業を同時進行で行う作業を、クリーム半田を塗る、または予備半田をする、部品を置く、基板をセットする、の３つの独立した手作業と、自動化した光の照射により再現性の高い部分的な半田付けを実現する。【０００８】設定条件は照射距離と照射時間を設定するが、照射距離は照射開始から数秒程度の時間で半田溶接に適した温度になるように熱源となる光を集光するための高さを設定し、詳細の設定を光の照射時間で設定できるようにする。
【発明の効果】
【０００９】本発明により、従来であれば部品を掴みながら、指定個所に部品を押さえながら、半田ごての先端を部品と基板の両方に当てながら、半田を補充する作業を同時進行で行う作業を、クリーム半田を塗る、または予備半田をする、部品を置く、基板をセットする、の３つの独立した工程にすることで、１つ１つの作業を簡単化して、作業性を単純化し、光を自動的に照射するため、繰り返し再現性の高い加工を作業者の熟練度に依存されずに実現できる効果がある。
また、光の照射エリア内は範囲的に加熱されるため、半田ごての当たり損ねにより、端子だけ、あるいはラウンドだけが加熱されるなどの加熱の不均一による半田付け不良などが発生し難くなる効果があり、エリア的な加熱によって溶融した半田の表面張力のバランスによるセンタリング効果が発生し、部品の位置修正を自然に行う効果もある。
さらに、従来の半田では機械的に半田ごてを押し付ける関係から、プリント基板上のパターンを痛める場合があったが、本発明では、このような機械的な負荷が解消されているため、プリント基板上のパターンを痛めるリスクが軽減される効果がある。
なお、本発明では微細部品のみならず、集光した光のエリアと同程度の表面実装部品であれば流用できる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】  本発明による工具の構成の例の説明図。（実施例１）
【図２】  本発明による工具の構成の例の説明図。（実施例２）
【図３】  本発明による工具の構成の例の説明図。（実施例３）
【図４】  本発明による工具の構成の例の説明図。（実施例４）
【図５】  実験結果から得られた近似式。
【図６】  近似式による特性図の例。
【図７】  時間の制御に関わる特性の説明図。
【図８】  図１中の１１の基板高さ調整部の例。
【発明を実施するための形態】
【００１１】半田溶接のための熱源として光を利用することにより半田ごてによる作業に伴う、部品を掴みながら、指定個所に部品を押さえながら、半田ごての先端を部品と基板の両方に当てながら、半田を補充する作業を同時進行で行う作業を、クリーム半田を塗る、または予備半田をする、部品を置く、基板をセットする、の３つの独立した工程と自動化した光の照射ができるようにするために加工対象となる基板をセットしたとき状態で光源から加工対象までの距離が設定された位置関係になるような構造とし、この距離によって照射された光がレンズにより集光したエリアが概ね直径３０ｍｍ以下の範囲で、半田の溶接に足りる温度になるよう設計された構造とすることで、加工対象周辺の温度が照射の時間経過とともに上昇する構造とした。
【００１２】その上で、光の照射時間を設定要素として設定できる構造として、この構造により光源から対象部品までの距離を、温度変動の特性が照射時間に比例近似する範囲で、かつ照射時間の設定を想定した照射時間の下限値で、加工を想定した温度の下限値になり、また、照射時間の設定を想定した照射時間の上限値で、加工を想定した温度の上限値になる範囲の距離を光源から加工対象までの距離として設定できるようにすることで、温度の加減調整を照射時間で比例的に調整できる距離が得られる構造とした。
【００１３】また光源の光量を制御する調光器と、これらの機器の動作をプログラミングできる制御部を備え、使用者の作業開始操作により、設定された時間分だけ光を照射するようにすることで、安定した加工条件が加工毎に再現できるようにした。
【実施例１】
【００１４】図１は、本発明の実施例である。１の光源は、ハロゲンやキセノンなどのランプであり、２の固定具により、３の凹レンズとの位置関係を固定して４の集光した光を照射できる形状としている。２の固定具は、５のプリント基板を置いた際に、１の光源と６の加工対象部品との距離が４の集光した光のエリアの直径が１０ｍｍ以下で、予め設定された照射時間で光を照射した際に半田付けできる温度まで集光した光のエリアの温度が上昇できる位置になるように１０のボディに固定されている。【００１５】９の電源コードを通じて８の調光器に電力供給を行う。８の調光器はＰＷＭやＰＦＭ制御などにより１の光源への電力供給を調整できる機能があり７の操作部により操作された内容に従い１の光源の明るさ、つまり照射する熱量を制御できる。
例えば、７の操作部の操作により、８の調光器で弱い光により１の光源を発光させることで光の照射位置を弱い光で照らした状態にして、６の加工対象部品を乗せた状態の５のプリント基板を設置する際に、６の加工対象部品を光の照射位置に合わせやすくすることができる。【００１６】１０のボディは１１の台座に固定され、１１の台座上に１２の基板高さ調整部を設置することで５のプリント基板を置く高さを任意に設定できる。
１の光源から６の加工対象部品までの距離は、１２の基板高さ調整部により調整できる。
１２の基板高さ調整部は装置に固定されている必要はなく、図８に示すような構造で１１の台座上を自在に動くようにしても良い。
【実施例２】
【００１７】図２は、図１で示す構造体のうち４の固定部が１３の昇降器により上下に昇降する機能を持たせた場合の例である。
４の固定具はまた、１３の昇降器と１４の連結部により連結され、１３の昇降器の昇降動作により加工を行う位置から１５の収納位置へ４の固定具を移動でき、５のプリント基板を置く際に４の固定具が、５のプリント基板の出し入れの際に障害にならないようにする効果がある。
１３の昇降器にはエアシリンダーや電動アクチュエーターなどが利用できる。
【実施例３】
【００１８】図３は、図１で示す構造体に１６の遮光板を備えた例である。
１６の遮光板は、半田付け操作の際に照射される光を減光し作業者の目を守る働きがある。
尚、１６の遮光板は、７の操作部の操作に連動して５のプリント基板の出し入れの際に障害にならないように開閉動作をさせても良い。
【実施例４】
【００１９】図４は、図１で示す構造体に１７のレーザーポインターを備えた例である。
１７のレーザーポインターは、１７のレーザーポインターから発せられた１８のレーザー光は、光の照射位置と一致する位置に照射されるよう設置されている。
６の加工対象部品を乗せた状態の５のプリント基板を設置する際に、６の加工対象部品を１８のレーザー光が照らす点に合わせることで６の加工対象部品を光の照射位置に合わせやすくすることができる。
【実施例５】
【００２０】図５は、図１で示す構造体を模擬した試験装置により実験で得られた光源から加工対象までの距離と照射時間に対する温度のデータから得られた、光源から加工対象までの距離と照射時間に対する温度を求めるための近似式の例である。
図６は図５の近似式から模擬した特性グラフの例であり、例えば、光源から加工対象までの距離を２４ｍｍと仮定した場合で加工温度を３５０℃から４００℃の範囲の任意の温度を設定しようとした場合、ｔ１からｔ２の範囲で加熱時間、つまり照射時間を調整することで任意の温度になる様子が伺える。
【実施例５】
【００２１】図７は、図５の近似式から得られる加熱時間に対する温度の変化の様子を模擬した例であり、温度と時間の関係が比例関係でないことが伺える。
しかし、図７で示すＴ１からＴ２までの温度では、ｔ３からｔ４までの加熱時間に対して比較的、比例的な関係であり、このような直線近似する温度の帯域が半田付け加工に適した温度になるように、光源から加工対象までの距離を設定する。
この距離の設定により、温度と加熱時間つまり照射時間との関係が比例的になり照射時間の制御によって半田付け加工を行う温度を比例的に設定できるようになる。
ちなみに、直線近似帯域の直線に対する変動量は２０％以下が好ましい。
また、照射時間の設定範囲に上限値を持たせることにより、加工対象が過剰な温度にならないように温度保護をすることもできる。
【実施例６】
【００２２】図８は、図１で示す１２の基板高さ調整部の例であり、１９の固定側高さ調整部と２０の稼働側高さ調整部の間に２１の加工対象プリント基板を挟む構造になっている。
この場合、底面から基板までの高さは最適に調整された高さｈに固定されている。
この状態で、１２の基板高さ調整部ごと図１に示す１１の台座の上を自在にスライドさせることで照射位置と１２の加工対象プリント基板上の加工実施部位との位置関係を最適な高さを保ちながら合わせることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】微細な表面実装部品を多用したプリント基板の後加工工程や修正工程の用途に適用できる。
【符号の説明】
【００２４】１      光源
２      固定具
３      凹レンズ
４      集光した光
５      プリント基板
６      加工対象部品
７      操作部
８      調光器
９      電源コード
１０    ボディ
１１    台座
１２    基板高さ調整部
１３    昇降器
１４    連結部
１５    収納位置
１６    遮光板
１７    レーザーポインター
１８    レーザー光
１９    固定側高さ調整部
２０    稼働側高さ調整部
２１    加工対象プリント基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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