(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動子（１２）と、振動子（１２）からの振動が伝えられて超音波振動するチップ（７）と、チップ（７）を加熱する加熱手段（８）とを備え、チップ（７）によって半田付け作業を行う半田付け装置であって、チップ（７）を導体によって構成し、電磁誘導によって起電力を生じさせることによりチップ（７）を発熱させるコイルを、前記加熱手段（８）とし、先端側に前記チップ（７）を有する鏝（６）をコイル（８）の内周側に挿通させ、チップ（７）の外周面と、コイル（８）の内周面との間にクリアランスを形成することにより、チップ（７）とコイル（８）とを非接触な状態とし、該非接触状態で前記チップ（７）を超音波振動させる半田付け装置。
【請求項２】
基板（１）の配線方向にスライド移動する可動フレーム（４）を設け、前記鏝（６）を、超音波振動可能に、該可動フレーム（４）に支持し、前記コイル（８）を可動フレーム（４）側に固定することにより、上記鏝（６）が可動フレーム（４）及びコイル（８）に対して超音波振動する請求項１の半田付け装置。
【請求項３】
前記鏝（６）は、基板（１）の半田付け作業時における可動フレーム（４）の移動方向に傾斜し、前記チップ（７）の先端面が、基板（１）に面接触するように鏝（６）の軸心に対して傾斜した請求項２の半田付け装置。
【請求項４】
チップ側に半田コーティングされたリード線（２１）又は線状の半田（１１）を繰出す繰出し手段（９）を備えた請求項１，２又は３の半田付け装置。
【請求項５】
チップ（７）の少なくとも先端側が、モリブデン又はモリブデン合金によって構成されている請求項１，２，３又は４の半田付け装置。
【請求項６】
振動子（１２）からの振動により超音波振動されるとともに加熱手段（８）により加熱されるチップ（７）によって半田付け作業を行う半田付け方法であって、導体によってチップ（７）を構成し、電磁誘導によって起電力を生じさせることにより該チップ（７）を発熱させるコイルによって前記加熱手段（８）を構成し、先端側に前記チップ（７）を有する鏝（６）を、コイル（８）の内周側に挿通させ、チップ（７）の外周面とコイル（８）の内周面との間にクリアランスを形成することにより、チップ（７）とコイル（８）とを非接触な状態とし、該非接触状態で前記チップ（７）を超音波振動させる半田付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波振動を用いた半田付け方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半田付けの対象となる部材は種々あり、そのなかでも、プリント基板などと違って、合金結合等をしないガラスやセラミック等の基材にリード線等を半田付けする場合があるが、このような部材への半田付けは、単に溶融半田を付着させても、表面に溶着させることが難しい。
【０００３】
このため、振動子と、振動子からの振動が伝えられて超音波振動するチップと、チップを加熱する加熱手段とを備え、加熱され且つ超音波振動するチップの先端側を基材の表面に押付けながら半田付け作業を行う特許文献１及び２に示す半田付け装置が公知になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１０２６１０号公報
【特許文献２】特開平７−２０４８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１の半田付け装置では、チップを先端側に有する鏝の内部にヒータを設けることにより加熱手段を構成しており、チップに超音波振動を伝える際の振動特性が鏝内部のヒータによって変化し、チップを円滑に超音波振動させる上で、妨げになる場合があるという課題がある。
【０００６】
一方、特許文献２の半田付け装置では、鏝の周囲にコイル状の抵抗線を巻き付けることにより構成される電気ヒータを加熱手段とし、上記導線に電気を流した際に発生するジュール熱によってチップを加熱するが、抵抗線から鏝の周囲に伝わった熱は、鏝の軸心側に伝わった後にチップ側に伝導されるため、チップ側への熱伝導が遅くなる他、鏝の表面への抵抗線の接触が良好でない場合にもチップ側への熱伝導が遅くなる。このことにより、鏝を移動させて基材上に半田付けを行う際にチップ側から基材側に移動する熱量に対して、チップ側に伝導させる熱量が不足することがあり、円滑な半田付け作業を行うことが困難な場合があるという課題がある。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決し、振動子と、振動子からの振動が伝えられて超音波振動するチップと、チップを加熱する加熱手段とを備え、該チップによってガラス、セラミック、ＴＴＯマスク、その他、難半田付金属等に対して半田付けを行う際、チップを円滑に超音波振動させるとともに加熱させ、効率的に半田付け作業を行うことが可能な半田付け方法及び装置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】
【０００８】
上記課題を解決するため本発明は、第１に、振動子１２と、振動子１２からの振動が伝えられて超音波振動するチップ７と、チップ７を加熱する加熱手段８とを備え、チップ７によって半田付け作業を行う半田付け装置であって、チップ７を導体によって構成し、電磁誘導によって起電力を生じさせることによりチップ７を発熱させるコイルを、前記加熱手段８とし、先端側に前記チップ７を有する鏝６をコイル８の内周側に挿通させ、チップ７の外周面と、コイル８の内周面との間にクリアランスを形成することにより、チップ７とコイル８とを非接触な状態とし、該非接触状態で前記チップ７を超音波振動させることを特徴としている。
【０００９】
第２に、基板１の配線方向にスライド移動する可動フレーム４を設け、前記鏝６を、超音波振動可能に、該可動フレーム４に支持し、前記コイル８を可動フレーム４側に固定することにより、上記鏝６が可動フレーム４及びコイル８に対して超音波振動することを特徴としている。
【００１０】
第３に、前記鏝６は、基板１の半田付け作業時における可動フレーム４の移動方向に傾斜し、前記チップ７の先端面が、基板１に面接触するように鏝６の軸心に対して傾斜したことを特徴としている。
【００１１】
第４に、チップ側に半田コーティングされたリード線２１又は線状の半田１１を繰出す繰出し手段９を備えたことを特徴としている。
【００１２】
第５に、チップ７の少なくとも先端側が、モリブデン又はモリブデン合金によって構成されていることを特徴としている。
【００１３】
第６に、振動子１２からの振動により超音波振動されるとともに加熱手段８により加熱されるチップ７によって半田付け作業を行う半田付け方法であって、導体によってチップ７を構成し、電磁誘導によって起電力を生じさせることにより該チップ７を発熱させるコイルによって前記加熱手段８を構成し、先端側に前記チップ７を有する鏝６を、コイル８の内周側に挿通させ、チップ７の外周面とコイル８の内周面との間にクリアランスを形成することにより、チップ７とコイル８とを非接触な状態とし、該非接触状態で前記チップ７を超音波振動させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、導体によりなるチップ自体が電磁誘導によって発熱するため、チップの振動特性を殆ど変化させること無く、チップ全体を迅速且つ効率的に加熱させることが可能になるため、半田付け作業をよりスムーズに行うことができるという効果がある。
【００１５】
また、コイルによって電磁誘導手段を構成し、先端側に前記チップを有する鏝をコイルの内周側に挿通させた状態で、該チップを超音波振動させれば、大きな起電力によってより迅速にチップを加熱することが可能であるとともに、コイルの内周側のスペースを利用して鏝を配置するため、全体をコンパクトにすることができるという効果がある。
【００１６】
さらに、コイルと接触しないように該コイルの内周側に鏝を挿通させれば、チップの超音波振動によって、加熱手段を構成する部材が破損等することが防止されるとともに、加熱手段を構成する部材をチップ側に取付ける手間が無くなり、製造コストを低く抑えることも可能になる。
【００１７】
なお、チップの少なくとも先端側を高い熱伝率を有する導体、具体的にはモリブデン又はモリブデン合金によって構成すれば、チップの耐摩耗性や熱伝導の効率が向上するとともに、チップをより円滑に超音波振動させることが可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を適用した半田付け装置の構成を模式的に示す側面図である。
【図２】チップ及び加熱手段の構成を示す半田付け装置の要部拡大図である。
【図３】他の実施例を示す鏝の要部側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図示する例に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明を適用した半田付け装置の構成を模式的に示す側面図であり、図２は、チップ及び加熱手段の構成を示す半田付け装置の要部拡大図である。図示する半田付け装置は、基板（基材）１を載置するとともに固定フレーム２の一部を構成する載置台３と、載置台３上の基板１に対して配線方向（前後方向）にスライド移動する可動フレーム４と、可動フレーム４に上下動可能に支持された上下方向の鏝６と、鏝６の先端部となる下端部に設けられたチップ（鏝先）７側を加熱する加熱手段８と、チップ７側に線状の半田（糸半田）１１を繰り出す繰出し装置（繰出し手段）９とを備えている。
【００２０】
上記基板１は、透明電力として用いられるＩＴＯ（酸化インジウムすず）、ガラス、セラミック、酸化膜又は難ハンダ付金属等の無機材料からなり、平面視方形状に成形されている。
【００２１】
上記鏝６は、先端側の上記チップ７と、基端部側の振動子１２と、基端が振動子１２に一体的に連接されるとともに先端がチップ７に一体的に連接される上下方向に延びる円柱状のホーン１３とを備えており、可動フレーム４と一体的に上記配線方向に移動するとともに、可動フレーム４に対して上下動するように構成されている。
【００２２】
振動子１２は、上下方向の円柱状に形成され、中途部にピエゾ等の電歪素子１２ａを有し、超音波発振器（図示しない）から発生させた高周波電力によって超音波振動するように構成されている。
【００２３】
ホーン１３は、振動子１２からの超音波振動を、振動子１２側箇所から中途部を介してチップ７側箇所に伝播させることにより、チップ７に伝えるように構成されており、振動子１２側箇所は、振動子１２と略同一径の基端から先端側に向かって径が小さくなるテーパ状に形成されて超音波振動の振幅を増幅させる増幅部１６となり、中途部及びチップ７側箇所は、増幅部１６の最小径である先端径と略同一の径を有する円柱状に形成された伝播部１７となる。
【００２４】
チップ７は、振動子１２の径よりは小さく且つホーン１３の伝播部１６の径よりは大きい径を有した上下方向の円柱状に形成されており、ホーン１３の伝播部１７とはＲ面６ａによって滑らかに連接されている。
【００２５】
上記形状の鏝６の内、少なくともホーン１３及びチップ７は導体である鉄や銅から構成されており、特に、チップ７は少なくとも先端部７ａがモリブデン（Ｍｏ）やモリブデン合金等の高い熱伝導率を有する導体によって構成されている。特に、モリブデンは、耐摩耗性も良好で、熱伝導の効率も高く、導体としても優れた特性を有し、超音波振動特性も良好な物質である。なお、チップ７全体をモリブデンやモリブデン合金等によって構成してもよいし、チップ７の表面をモリブデンやモリブデン合金等によりコーティングしてもよい。
【００２６】
上記繰出し装置９は、糸半田１１が巻き付けられるリールから構成され、リール９から繰出された糸半田１１は、ガイド部材であるガイド筒１８の内周側に挿通され、該ガイド筒１８によって上述のチップ７と基板１との間にスペースに案内される。ちなみに、リール９が回転駆動されることにより、リール９に巻き付けられた糸半田１１が順次、ガイド筒１８側に繰出されていく。
【００２７】
上記加熱手段８は、上下方向に延びる円筒状のコイルからなり、該コイル８は形状が略固定され弾性変形しないように構成されている。このコイル８を構成する線状の導体８ａを、支持ブラケット１９を介して、可動フレーム４側に取付けることにより、コイル８が可動フレーム４側に支持固定されている。ちなみに、鏝６を可動フレーム４に支持する部材に、この導体８ａを支持して、コイル８を鏝６と一体で上下動するように構成してもよい。
【００２８】
上述の鏝６は、上方側から該コイル８内周側に挿通されており、半田線１１をチップ７の先端によって基板１に押圧した状態で該チップを超音波振動させる半田付け作業時には、チップ７の先端側を除く殆どの部分がコイル８の内周側に位置し、コイル８の内周面と、鏝６のチップ７外周面とは、非接触な状態で近接している。
【００２９】
そして、コイル８に交流電圧を印加すると、コイル８の内周側の磁界が経時的に変化して導体から構成されるチップ７及びホーン１３等に起電力が生じる。この起電力によりチップ７内やホーン１３内に過電流が生じ、チップ７自体がジュール熱によって発熱する。すなわち、コイル８は電磁誘導手段を構成し、この電磁誘導手段８がチップ７を誘導加熱する加熱手段となる。
【００３０】
上記構成の半田付け装置を用いた半田付け方法について説明すると、載置台３上の基板１から離間するようにチップ７を上方側に移動させた後、可動フレーム４をスライド移動させチップ７の先端を基板１の半田付け箇所に位置させる。続いて、繰出し装置９によって、チップ７と基板１の間に糸半田１１を繰出し、この繰出された糸半田１１をチップ１１の先端によって基板１に押圧し、チップ７をコイル８による誘導加熱によって発熱させるとともに振動子１２によって超音波振動させることにより、糸半田１１を基板１上に溶着させる。
【００３１】
そして、可動フレーム４をスライド移動駆動させ、鏝６を配線方向に移動させることにより、基板１上に配線方向に延びる帯状の半田を形成する。ちなみに、この基板１の帯状半田の上にリード線（導線）を載置して加熱することにより、基板１へのリード線の半田付けを行う。
【００３２】
以上のように構成される本半田付け装置によれば、電磁誘導による起電力によって、チップ７自体を発熱させることにより、チップ７の温度を偏りなく迅速に上昇させることができるため、チップ７の加熱不足によって、半田付け作業の効率が低下することが防止される。また、チップ７の周面はコイル８によって覆われるため、チップ７側からの放熱が抑制され、より効率的にチップ７を加熱することが可能になる。
【００３３】
なお、繰出し装置９から繰出して基板１に溶着させる溶着部材を、糸半田１１とする例につき説明したが、糸半田１１に代えて、表面に半田がコーティングされたリード線（導線）２１を用いてもよい。この場合に上述の方法を実施すると、基板１上に配線方向に沿ってリード線２１が半田付けされる。ちなみに、この場合、繰出されて基板１からはみ出たリード線２１の先端部２１ａを挟持して保持する保持部材２２を、固定フレーム側に固着された取付ブラケット２３に設けてもよい。
【００３４】
この保持部材２２によってリード線２１の先端部２１ａを挟持させれば、可動フレーム４を保持部材２２から離間する側にスライド移動させることにより、繰出し装置９を回転駆動させること無く、リード線２１を繰出し装置９から繰出すことが可能になる。
【００３５】
次に、図３に基づき本発明の別実施形態について、上述の例と異なる点を説明する。
図３は、別実施例を示す鏝の要部側面図である。図示する鏝６は、先端部から基端部に向かって半田付け作業時における可動フレーム４の移動方向側に傾斜している。これに加えて、チップ７の先端面が基板１側に面接触するように、鏝６の軸心に対して傾斜しており、これによって、半田付け作業時における鏝６の移動抵抗が低減される。
【符号の説明】
【００３６】
１  基板（基材）
４  可動フレーム
６  鏝
７  チップ（鏝先）
８  コイル（加熱手段，電磁誘導手段）
９  繰出し装置（繰出し手段，リール）
１１  糸半田（線状の半田）
１２  振動子
２１  リード線（導線）
【図１】
0005576090.tif 000002
【図２】
0005576090.tif 000003
【図３】
0005576090.tif 000004