(57)【要約】【課題】  鉛フリーはんだに適用できる挿入部品のはんだ付け方法を提供する。【解決手段】  本発明になる挿入部品のはんだ付け方法は、ヒータチップに所定の荷重をかけることにより前記ヒータチップの先端部で電極パッドを加圧した状態ではんだを供給して前記ヒータチップに加熱電流を所定時間だけ流して前記はんだを溶融する工程の後、前記ヒータチップを微小距離上昇させると同時に前記加熱電流より少ない加熱電流を所定時間だけ流すことで前記溶融されたはんだが前記ヒータチップの先端部と前記電極パッドの隙間に入り込ませることを特徴とするものである。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱電流を流すことによりはんだの融点以上の温度まで加熱されるヒータチップを用い、挿入部品のはんだ付け部の熱容量に応じて加熱電流を変化させることではんだの融点以上の温度に加熱することを特徴とする挿入部品のはんだ付け方法。
【請求項２】
請求項１記載の挿入部品のはんだ付け方法において、ヒータチップの先端部には挿入部品のリード端子の外形寸法より大きな第１の開口部を備えるとともに、第１の開口部に連穿された第２の開口部が形成されており、第１の開口部で前記リード端子を包み込むようにしてこのリード端子とこのリード端子に対応する電極パッドとを加熱し、第２の開口部から供給されたはんだを溶融することで前記挿入部品のリード端子を対応する前記電極パッドにはんだ付けすることを特徴とする挿入部品のはんだ付け方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の挿入部品のはんだ付け方法において、ヒータチップに所定の荷重をかけることにより前記ヒータチップの先端部で電極パッドを加圧した状態ではんだを供給して前記ヒータチップに加熱電流を所定時間だけ流して前記はんだを溶融する工程の後、前記ヒータチップを微小距離上昇させると同時に前記加熱電流より少ない加熱電流を所定時間だけ流すことで前記溶融されたはんだが前記ヒータチップの先端部と前記電極パッドの隙間に入り込ませることを特徴とする挿入部品のはんだ付け方法。
【請求項４】
請求項３記載の挿入部品のはんだ付け方法において、ヒータチップへの加熱電流はいずれの場合も前記ヒータチップの先端部ではんだを溶融するに足る温度になるような電流であることを特徴とする挿入部品のはんだ付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、はんだ付け方法に係り、特に鉛フリーはんだを用いて挿入部品をはんだ付けする際のはんだ付け温度の高温化に伴うはんだ付け部の未はんだやリフトアップの発生を防止できるはんだ付け方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のはんだ付けは、鉛共晶はんだ（Ｓｎ−Ｐｂ：融点１８３℃）を用いて行われていたが、近年の環境規制により、はんだに鉛を含まない鉛フリーはんだによるはんだ付けが求められている。
【０００３】
従来、挿入部品のはんだ付けはその数が少ない場合や後付けする場合ははんだごてを用いて手作業によりはんだ付けする場合を除くと多くの場合フローはんだ付け方法によりはんだ付けしていた。
【０００４】
このフローはんだ付け法は、溶融したはんだを噴流させ、はんだの噴流上をプリント基板組立体を通過させてはんだ付けする方法である。このフローはんだ付けの一般的な工程は、プリント基板組立体をはんだ付け装置に搬送するコンベアチェーンに乗せ、プリント基板組立体にフラックスを塗布した後、予備加熱し、はんだ噴流上を通過させプリント基板組立体のはんだ付け面とはんだ噴流を接触させてはんだ付けし、冷却するものである（例えば、特許文献１の段落番号［０００４］、［０００５］の記載）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３２３８２５号公報の従来技術
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、現在主流の高温系鉛フリーはんだは、Ｓｎ−Ａｇを主体とした組成で、概ねその融点は２２０℃前後である。これら高温系の鉛フリーはんだを用いて挿入部品をフローはんだ付けした場合、はんだの凝固は、熱伝導の良い挿入部品近傍からプリント配線基板近傍へと凝固収縮を伴いながら進行するため、特に基板側の挿入部品が搭載されたはんだ接合界面が最終凝固部となり、リフトアップやランド剥離が発生していた。
【０００７】
さらに、上述したような鉛フリーはんだを用いてフローはんだ付けを行う場合、冷却過程に於いて、挿入部品のリード部の表面処理に含まれるＰｂや、フローはんだ付けに用いる鉛フリーはんだに含まれる元素（Ｂｉ，ｅｔｃ）の偏析やはんだ物性が変わることにより、リフトオフやランド剥離の発生が増大し、最悪の場合ランド剥離に伴いランドに接続されているパターンが断線するという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、１枚のプリント配線板に実装される数の少ない挿入部品のはんだ付けをヒータチップを用いて実装位置のパターンの熱容量に応じて加熱電流を変更させることではんだの溶融温度になるようにし、加えて一定時間後加熱電流を変化させて温度を変更するとともにヒータチップを微小距離上昇させることとして安定したはんだ付けを可能とする挿入部品のはんだ付け方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明になる挿入部品のはんだ付け方法は、加熱電流を流すことによりはんだの融点以上の温度まで加熱されるヒータチップを用い、挿入部品のはんだ付け部の熱容量に応じて加熱電流を変化させることではんだの融点以上の温度に加熱することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明になる挿入部品のはんだ付け方法は、前記挿入部品のはんだ付け方法において、ヒータチップの先端部には挿入部品のリード端子の外形寸法より大きな第１の開口部を備えるとともに、第１の開口部に連穿された第２の開口部が形成されており、第１の開口部で前記リード端子を包み込むようにしてこのリード端子とこのリード端子に対応する電極パッドとを加熱し、第２の開口部から供給されたはんだを溶融することで前記挿入部品のリード端子を対応する前記電極パッドにはんだ付けすることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明になる挿入部品のはんだ付け方法は、前記挿入部品のはんだ付け方法において、ヒータチップに所定の荷重をかけることにより前記ヒータチップの先端部で電極パッドを加圧した状態ではんだを供給して前記ヒータチップに加熱電流を所定時間だけ流して前記はんだを溶融する工程の後、前記ヒータチップを微小距離上昇させると同時に前記加熱電流より少ない加熱電流を所定時間だけ流すことで前記溶融されたはんだが前記ヒータチップの先端部と前記電極パッドの隙間に入り込ませることを特徴とするものである。
【００１２】
また本発明になる挿入部品のはんだ付け方法は、前記挿入部品のはんだ付け方法において、ヒータチップへの加熱電流はいずれの場合も前記ヒータチップの先端部ではんだを溶融するに足る温度になるような電流であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、はんだが溶融している間にヒータチップを微小距離上下動することとしたので、ヒータチップと被覆線との間および被覆線と被覆線の接続部との間に適当な量のはんだが回りこみ、全体的に適当なはんだフィレットが形成されるので充分な強度が得られ、信頼性の高い被覆線のはんだ付け方法およびはんだ付け装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明になる挿入部品のはんだ付け方法を実施するためのはんだ付け装置の概略構成図である。
【図２】図１のはんだ付け装置を使用して挿入部品をはんだ付け作業をするときのはんだ付け部近傍の概略図である。
【図３】本発明になる挿入部品のはんだ付け方法を説明するためのタイミングチャート図である。
【図４】本発明になる挿入部品のはんだ付け方法ヒータチップの温度変位とヒータチップの位置変位を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に本発明について図を用いて詳細に説明する。
図１は本発明になる挿入部品のはんだ付け方法を実施するためのはんだ付け装置の概略構成図、図２はこのはんだ付け装置を使用して挿入部品をはんだ付け作業をするときのはんだ付け部近傍の概略図、図３は本発明になるはんだ付け方法を説明するためのタイミングチャート図、図４はヒータチップの温度変位とヒータチップの位置変位を示す概略図である。
【００１６】
図１において、１は制御部、２ははんだ付けヘッド、３ははんだ付けヘッド２の昇降駆動部、４ははんだ付けヘッド２と昇降駆動部３を支持するベース部であり、これらではんだ付け装置１００を構成する。
【００１７】
制御部１は操作／表示部１１、データ処理部１２、入出力制御部１３、荷重差異算出部１４、変位差異算出部１５、温度差異算出部１６、はんだ付けヘッド制御部１７、はんだ付け温度制御部１８、およびはんだ供給制御部１９からなる。
【００１８】
操作／表示部１１ははんだ付け作業を行うときに必要なパラメータの入力や作業開始指示入力を行うとともに必要なパラメータの入力状況、はんだ付け作業時のはんだ付けヘッド２の動き、およびヒータチップ２１の温度変化等を表示することではんだ付け装置１００のマンマシンインタフェースとなる。
【００１９】
データ処理部１２は入出力制御部１３、荷重差異算出部１４、変位差異算出部１５、および温度差異算出部１７からなり、はんだ付けヘッド２の昇降とヒータチップ２１の温度を制御する指示データを作成する。
【００２０】
入出力制御部１３は操作／表示部１１から設定されるパラメータを受けて格納すると共に必要に応じて格納された設定パラメータの内からはんだ付けヘッド２に印加する荷重の設定値Ｐｓ１を荷重差異算出部１４に、はんだフィレット形成時におけるヒータチップ２１の位置の設定値Ｄｓ１を変位差異算出部１５に、そしてはんだ付け時のヒータチップ２１の温度設定値Ｔｓ１とはんだ付けフィレット形成時の温度設定値Ｔｓ２を温度差異算出部１６に送出する。
【００２１】
荷重差異算出部１４にははんだ付け作業時にはんだ付けヘッド２に実際に印加される荷重の測定値Ｐｍ１も入力され、ここで設定値Ｐｓ１との差分を算出し、得られた算出値をはんだ付けヘッド駆動部１７に送出する。また、変位差異算出部１５にははんだフィレット形成時におけるヒータチップ２１の微小距上昇させたときの位置の測定値Ｄｍ１が入力され、ここで測定値Ｄｍ１と設定値Ｄｓ１との差異を算出し、得られた算出値を入出力制御部１３とはんだ付けヘッド駆動部１７とに送出する。
【００２２】
このように２種類の算出値がはんだヘッド駆動部１７に送出されるが、これらは同時に送出されることはない。すなわち、第１の算出値ははんだ付け作業時のヒータチップ２１の位置に基づくものであり、第２の算出値ははんだフィレット形成時にヒータチップ２１を上昇させたときのヒータチップ２１の位置に基づくものであり、それぞれ時間的に相違するものである。
【００２３】
温度差異算出部１６にははんだ付け作業時のヒータチップ２１の温度測定値Ｔｍ１とはんだフィレット形成時のヒータチップ２１の温度測定値Ｔｍ２も入力され、ここで測定値Ｔｍ１と設定値Ｔｓ１と、測定値Ｔｍ２と設定値Ｔｓ２との差異を算出し、得られた算出値を入出力制御部１３とはんだ付け温度制御部１８とに送出する。
【００２４】
はんだ付けヘッド駆動部１７は主として荷重・変位制御部１７ａからなる。ここでは、荷重差異算出部１４から送出される前記２種類の荷重と位置の差分値に基づいてはんだ付けヘッド２を昇降させるための駆動信号と回転角度を生成し、昇降駆動部３に送出する。
【００２５】
はんだ付け温度制御部１８は主として電流制御部１８ａからなる。ここでは、温度差異算出部１６から送出される前記温度の差分値に基づいてヒータチップ２１に流す電流を制御する。
【００２６】
はんだ供給制御部１９は主として開始制御部１９ａからなる。ここでは、入出力制御部１３が荷重変位算出部１４から送られてくるはんだ付けヘッド２に実際に印加される荷重の測定値Ｐｍ１と設定値Ｐｓ１との差異がなくなった時に出力する信号に基づき必要な量のはんだ供給の制御に必要な信号を生成する。
【００２７】
はんだ付けヘッド２は先端にはんだ付け用のヒータチップ２１を配設した支持体２２ａ、２２ｂと昇降駆動部３の昇降部材（図示せず）への取付部２３からなる。ヒータチップ２１の先端部には挿入部品のリード端子の外形寸法より大きな第１の開口部を備えるとともに、第１の開口部に連穿されたはんだ供給用の第２の開口部が形成されており、この第２開口部ははんだ供給部２７につながっている。
【００２８】
また、ヒータチップ２１にははんだ付け作業時やはんだフィレット形成時の温度を検出する熱電対等からなる温度検出部２４が付設されている。さらに支持体２２ａと支持体２２ｂとの間にははんだ付け作業時の荷重を検出するロードセル等からなる荷重検出部２５が設けられており、加えて支持体２２ａにはヒータチップ２１のはんだ付け作業時やはんだフィレット形成時の動きを検出する変位センサ等からなる変位検出部２６が設けられている。
【００２９】
昇降駆動部３はモータ等からなり、支持部材３１を介してベース部４に取り付けられている。そして、昇降駆動部３からの昇降駆動は支持部材３１に配設された前記昇降部材を介してはんだ付けヘッド２を昇降させる。
【００３０】
ベース部４は載置台４ａを備え、はんだ付けヘッド２と昇降駆動部３の支持部材となると共にはんだ付け対象物を載置する。なお、図示しないが、載置台４ａは挿入部品６１をプリント配線板５１にはんだ付けするためにリード端子６１ａをヒータチップ２１の第１の開口部２１ａとを位置合わせをするために水平方向に移動自在に構成する必要があるのでＸ−Ｙ−θに移動可能なテーブルとこの３種の位置制御を行う制御部が用いられている。
【００３１】
図２において、２１は第１開口部２１ａと第２開口部２１ｂが穿孔されたヒータチップ、２２ｂは支持体、２７ははんだ供給管２７ａが配設されたはんだ供給部、４ａははんだ付け対象物品を載置する載置台、５１はプリント配線板で５１ａはこのプリント配線板５１上に形成された挿入部品を接続する電極である。なお、図示しないが、はんだ付けヘッド２が設定された荷重でプリント配線板５１を押圧するとはんだ供給部２７からはんだが供給され、第２の開口部２１ｂに貯留する（図４の７１参照）。
【００３２】
このような構成のはんだ付け装置１００を用いてはんだ付け作業をするには、前記のようなパラメータを設定した後にはんだ付け作業開始指令を与える。なお、このとき用いる各種のパラメータは、予め実験的に求めておくとはんだ付け作業がやり易い。
次に、このようなはんだ付け装置１００を用いたはんだ付け作業について説明する。
【００３３】
［パラメータの設定］
はんだ付け作業開始前に、操作部１１からはんだ付け対象物に合わせて次のような種々のパラメータを設定する。
つまり、はんだ付け時のヒータチップ２１の温度設定値Ｔｓ１、はんだフィレット形成時におけるヒータチップ２１の温度設定値Ｔｓ２、ヒータチップ２１ではんだ付け部となる電極を押圧する時の荷重設定値Ｐｓ１、はんだフィレット形成時におけるヒータチップ２１の微小距離上昇距離設定値Ｄｓ１、上限設定値Ｄｓ２、はんだ付け時間設定値ｔｓ１、微小距離上昇維持時間設定値ｔｓ２である。
【００３４】
［はんだ付け作業］
続いて、図３および図４を参照しながらはんだ付け作業について説明する。
図４において、（１）はヒータチップ２１の温度変化を示している。また、（ａ）〜（ｅ）はそれぞれの時点のヒータチップ２１の動作とはんだ付け、特に挿入部品のリード線と電極の周囲に形成されるはんだフィレットを示す図である。
【００３５】
（ａ）は、はんだ付け作業開始前のヒータチップ２１の下降を開始した時、（ｂ）はヒータチップ２１が下降を終了し所定の荷重を印加し、それを検出してはんだを供給し、このはんだを溶融して挿入部品６１のリード端子６１ａを電極５１ａにはんだ付けする所定の第１温度にヒータチップ２１を加熱した時、（ｃ）は、ヒータチップ２１を微小距離上昇させ、はんだフィレットを形成する所定の第２温度にヒータチップ２１を加熱した時、（ｄ）は、所定の時間経過後ヒータチップ２１を加熱することを停止した時、（ｅ）は、ヒータチップ２１をはんだ付け箇所から離して原点に復帰させた時である。
【００３６】
前述のようにパラメータは予め設定してあるので（図３のＳ２０１）。載置台４ａの所定の位置に挿入部品６０が仮付けされたプリント配線板５１を電極パッド５１ａを上に向けて載置する（図３のＳ２０２）。
そして、操作／表示部１１を用いてはんだ付け作業開始操作をする。この操作が入出力制御部１３に送られ、ここではんだ付け作業開始指令信号Ａが生成され、所要の各部に送出される。この所要の各部は以下の記載によって順次明らかにする。
【００３７】
まず、載置台４ａを適宜Ｘ−Ｙ−θ方向に駆動してリード端子６１ａの中心がヒータチップ２１の先端部に設けられている第１の開口部２１ａの真下になるように位置合わせする（図３のＳ２０３）。この後、実際のはんだ付け作業となる。
【００３８】
はんだ付け作業開始指令信号Ａを受けると、入出力制御部１３は荷重差異算出部１５に設定値Ｐｓ１を送出し、またはんだ付けヘッド駆動部１８にはんだ付けヘッド２の駆動許可指令を送出する。荷重差異算出部１５はこの設定値Ｐｓ１と荷重検出部２５からの測定値Ｐｍ１を入力とし、その差異を算出するので、最初は測定値Ｐｍ１は０であるから、設定値Ｐｓ１そのものを荷重として印加するようにはんだ付けヘッド駆動部１８に送出する。
【００３９】
はんだ付けヘッド駆動部１７はこの算出値を受けて、この算出値に応じて駆動信号と回転角度を生成して回転駆動部３に送出する。昇降駆動部３はこの駆動信号と回転角度を受けてはんだ付けヘッド２を下降させてヒータチップ２１先端部の第１の開口部２１ａでリード端子６１ａを包み込むようにしながらこの先端部を電極パッド５１ａに押圧する（図２の（ａ）、３のＳ２０４）。
【００４０】
このときの荷重は荷重検出部２５で定期的に検出されており、測定値Ｐｍ１が定期的に荷重差異算出部１４に送出され、定期的に差異が算出され、入出力制御部１３と前述のようにはんだ付けヘッド駆動部１７に送られ、はんだ付けヘッド２（ヒータチップ２１）のはんだ付けパッド４１ａへの荷重が設定値Ｐｓ１になるように制御される。
【００４１】
一方、荷重差異算出部１４からの算出値が０（または、予め定められた範囲内）になると、入出力制御部１３ははんだ供給制御部１９にはんだ供給可能指令を、温度差異算出部１６に設定値Ｔｓ１を、そしてはんだ付け温度制御部１８にヒータチップ２１の加熱許可指令を送出する。はんだ供給制御部１９はこのはんだ供給可能指令を受けてはんだ供給開始信号をはんだ供給部２７に送出する。また、温度差異算出部１７はこの設定値Ｔｓ１と温度検出部２４からの測定値Ｔｍ１を入力とし、その差異を算出するので、最初は測定値Ｔｍ１は室温程度であるから、ほぼ設定値Ｔｓ１を算出値としてはんだ付け温度制御部１８に送出する。
【００４２】
はんだ供給部２７はこのはんだ供給開始信号を受けてはんだを供給管２７ａを経由して第２の開口部２１ｂに供給する（図３のＳ２０５）。
一方、はんだ付け温度制御部１８はこの算出値に基づいてヒータチップ２１に流す電流を制御しながらヒータチップ２１に電流を流す（図３のＳ２０６）。この電流によるヒータチップ２１の温度は温度検出部２４で定期的に検出されており、測定値Ｔｍ１が定期的に温度差異算出部１６に送出され、定期的に差異が算出され、入出力制御部１３と前述のようにはんだ付け温度制御部１８に送られ、ヒータチップ２１の温度が設定値Ｔｓ１になるように制御される（図３のＳ２０７）。
【００４３】
こうして設定された荷重と温度が設定時間（ｔｓ１）継続することによりはんだ７１が溶融すると共にリード端子６１ａが電極パッド５１ａにはんだ付けされる（図２の（ｂ）、図３のＳ２０８）。
【００４４】
この設定時間（ｔｓ１）が経過した後入出力制御部１３は温度差異算出部１６に設定値Ｔｓ２を送出する。前述のようにして、ヒータチップ２１の温度が設定値Ｔｓ２になるように制御される（図３のＳ２０９）。
【００４５】
また、入出力制御部１３は変位差異算出部１５に設定値Ｄｓ１を送出すると共に荷重差異算出部１５に設定値Ｐｓ１を少しずつ小さくしていく。こうすることではんだ付けヘッド駆動部１８から昇降駆動部３を介してはんだ付けヘッド２（ヒータチップ２１）が上昇する（図３のＳ２１０）。
【００４６】
このはんだ付けヘッド２の上昇量は変位検出部２６で定期的に検出され、測定値Ｄｍ１として変位差異算出部１５に送出される。変位差異算出部１５では、入力される設定値Ｄｓ１と測定値Ｄｍ１を基にその差異を算出する。入出力制御部１３は、この算出値が０（または、予め定められた範囲内）になるまで荷重差異算出部１５に設定値Ｐｓ１を少しずつ小さくしていく。
【００４７】
こうすることではんだ付けヘッド２（ヒータチップ２１）が設定位置に到達すると入出力制御部１４は設定値Ｐｓ１の減らすのを停止し、そのまま設定時間（ｔｓ２）経過するのを待つ（図３のＳ２１１）。こうして、ヒータチップ２１先端部と電極パッド５１ａとの接触面には隙間が生まれこの隙間を埋めるように溶融されているはんだが入り込んでいく（図２の（ｃ））。
【００４８】
この設定時間（ｔｓ２）が経過した後、入出力制御部１３は半田付け温度制御部１８に送出していた加熱許可指令を解除してヒータチップ２１の加熱を停止させる（図３のＳ２１２）。そして、荷重差異算出部１４への設定値Ｐｓ１を０にすることではんだ付けヘッド２（ヒータチップ２１）を完全に上昇させる（図２の（ｅ）、図３のＳ２１３）。
そして、この完全な上昇を確認した後、荷重許可指令を解除する。
このようにして、リード端子６１ａを包み込むようにはんだフィレットが形成されて１つのリード端子６１ａのはんだ付け作業が完了する。
【００４９】
他のリード端子６１ａの電極パッド５１ａへのはんだ付けは、プリント配線板５１をＸ−Ｙ−θ方向に移動させながら１つ１つ位置合わせをして前述の実際のはんだ付け作業を繰り返す。このようにして、挿入部品６１のプリント配線板５１へのはんだ付けが完了する。
【符号の説明】
【００５０】
１  制御部、２  はんだ付けヘッド、３  昇降駆動部、４  ベース部
１１  操作／表示部１２、１２  データ処理部、１３  入出力制御部、
１４  荷重差異算出部、１５  変位差異算出部、１６  温度差異算出部、
１７  はんだ付けヘッド駆動部、１８  はんだ付け温度制御部、
１９  はんだ供給制御部、２１  ヒータチップ、２４  温度検出部、
２５  変位検出部、２６  荷重検出部、５１  プリント配線板、
５１ａ  電極パッド、６１  挿入部品、６１ａ  リード端子、７１  はんだ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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