(57)【要約】【課題】加温された不活性ガスの雰囲気で、低酸素濃度雰囲気ではんだ付けを行うことによってはんだ付け性を向上させる。【解決手段】不活性ガスを加温する加温手段と、加温手段によって加温された不活性ガスが導入されるチャンバーと、チャンバー内に設けられた溶融はんだを収容するはんだ槽と、はんだ槽の上方に配置され、噴流波を発生する１又は複数の局所はんだ付け用の噴流ノズルと、噴流ノズルの近傍を低酸素濃度とする低酸素雰囲気形成手段とを備える局所はんだ付け装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不活性ガスを加温する加温手段と、
前記加温手段によって加温された不活性ガスが導入されるチャンバーと、
前記チャンバー内に設けられた溶融はんだを収容するはんだ槽と、
前記はんだ槽の上方に配置され、噴流波を発生する１又は複数の局所はんだ付け用の噴流ノズルと、
前記噴流ノズルの近傍を低酸素濃度とする低酸素雰囲気形成手段と
を備える局所はんだ付け装置。
【請求項２】
前記加温手段は、前記はんだ槽の噴流に用いる電磁誘導ポンプのコイルの排熱により前記不活性ガスを加温するものである請求項１に記載の局所はんだ付け装置。
【請求項３】
前記加温手段は、前記はんだ槽の壁面を這わしたパイプ内を不活性ガスを通過させることにより前記不活性ガスを加温するものである請求項１に記載の局所はんだ付け装置。
【請求項４】
前記加温手段は、前記はんだ槽内部を這わしたパイプ内を不活性ガスを通過させることにより前記不活性ガスを加温するものである請求項１に記載の局所はんだ付け装置。
【請求項５】
前記低酸素雰囲気形成手段は、前記はんだ槽及びワークを相対的に上下方向に移動させる移動手段である請求項１から請求項４までのいずれかに記載の局所はんだ付け装置。
【請求項６】
前記低酸素雰囲気形成手段は、前記チャンバー内に設けられ、前記加温された不活性ガスの流速を低下させるための干渉板である請求項１から請求項４までのいずれかに記載の局所はんだ付け装置。
【請求項７】
前記低酸素雰囲気形成手段として、前記はんだ槽及びワークを相対的に上下方向に移動させる移動手段、並びに前記チャンバー内に設けられ、前記加温された不活性ガスの流速を低下させるための干渉板を設けるようにした請求項１から請求項４までのいずれかに記載の局所はんだ付け装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、はんだ付け性が向上された局所はんだ付け装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フローはんだ付け装置は、液体状の溶融はんだが入っているはんだ槽の上にプリント配線基板を搬送し、部品と基板の電極部をはんだ付けする装置である。はんだ槽としては、はんだの液面が静止している静止槽と、はんだ液面に流れがある噴流槽とがある。さらに、噴流の方式としてプリント配線基板の中で必要な箇所のみに噴流はんだを接触させる局所はんだ付け装置が知られている。例えば表面実装部品等が既にはんだ付けされているプリント配線基板に対して、局所はんだ付け装置によって挿入部品（リード部品）が後付けされる。
【０００３】
例えば特許文献１には、平面状噴流波に対してワークの面を接触させてはんだ付けを行うフローディップ装置において、噴流波を形成するための電磁誘導ポンプを不活性ガスによって冷却すること、噴流波とプリント配線基板の接触する領域に不活性ガス雰囲気を形成するために使用することが記載されている。また、特許文献２には、平面状噴流波を形成する噴流ダクトを有するはんだ付け装置において、不活性ガスを必要な区域にのみ供給して不活性ガス雰囲気がはんだ付けを行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３８９７５８６号公報
【特許文献２】特開平１１−３０７９２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１又は特許文献２に記載のように、平面状噴流波に対してワークの面を接触させる方式と比較すると、局所はんだ付け装置では、溶融はんだの噴流波が接触する基板上の領域が限定されているために、熱が拡散してつららが発生したり、スルーホール上がりが不充分となる問題がある。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、加温した不活性ガスの雰囲気ではんだ付けを行うことによってはんだ付けの不良が発生する割合が減少された局所はんだ付け装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明は、不活性ガスを加温する加温手段と、加温手段によって加温された不活性ガスが導入されるチャンバーと、加温チャンバー内に設けられた溶融はんだを収容するはんだ槽と、はんだ槽の上方に配置され、噴流波を発生する１又は複数の局所はんだ付け用の噴流ノズルと、噴流ノズルの近傍を低酸素濃度とする低酸素雰囲気形成手段とを備える局所はんだ付け装置である。
【発明の効果】
【０００８】
少なくとも一つの実施形態によれば、加温された不活性ガスが導入されたチャンバー内で、低酸素雰囲気ではんだ付けがなされるので、つららの発生、スルーホール上がりが不充分となる割合を減少させることができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本発明中に記載されたいずれの効果であってもよい。また、以下の説明における例示された効果により本発明の内容が限定して解釈されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は本発明の一実施の形態による局所はんだ付け装置の構成を示す断面図である。
【図２】図２は本発明の一実施の形態による局所はんだ付け装置の構成を示す断面図である。
【図３】図３は本発明の一実施の形態による局所はんだ付け装置の構成を示す断面図である。
【図４】図４はチャンバー内の不活性ガスの流れを示す断面図である。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは低酸素濃度雰囲気形成の説明に使用する断面図である。
【図６】図６Ａ及び図６Ｂはスルーホール上がり率の説明に使用する断面図である。
【図７】図７は不活性ガスの加温方法の他の例の説明に使用する断面図である。
【図８】図８は干渉板の他の例の説明に使用する断面図である。
【図９】図９は干渉板のさらに他の例の説明に使用する断面図である。
【図１０】図１０は干渉板のよりさらに他の例の説明に使用する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施の形態について説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。
＜１．一実施の形態＞
＜２．変形例＞
なお、以下に説明する一実施の形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において、特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。
【００１１】
＜１．一実施の形態＞
図１、図２及び図３を参照して本発明の一実施の形態の局所はんだ付け装置１について説明する。図１は、ワークＷの搬送方向と平行な断面を示し、図２は、ワークＷの搬送方向と直交する断面を示し、図３は、図１のＡ−Ａ線断面図である。ワークＷは、例えばチップ部品等が面実装されているプリント配線基板に対して挿入部品が取り付けられ、フラックスが塗布されたものである。ワークＷの下面のはんだ付けの必要な１又は複数の箇所に対して噴流ノズルからの噴流はんだを接触させてはんだ付けが行われる。
【００１２】
上側チャンバー体２ａ及び下側チャンバー体２ｂによって箱状のチャンバー体が構成される。下側チャンバー体２ｂの上面及び下面が開口とされている。上部開口の周囲に鍔部が設けられ、この鍔部がはんだ槽３の上部の鍔部と固定されている。下側チャンバー体２ｂの下部にはんだ槽３が配置される。
【００１３】
ワーク搬送時及びはんだ付け時には、下側チャンバー体２ｂ上に上側チャンバー体２ａが重ねられている。上側チャンバー体２ａと下側チャンバー体２ｂとが上側チャンバー体２ａの自重によって密着するようになされる。この場合、チャンバー体の気密性を確保するために、両者の接合面にスポンジ等の弾性体を介在させるようにしてもよい。上側チャンバー体２ａに不活性ガス供給部としての不活性ガス供給口４が設けられている。不活性ガスは、例えば窒素ガスである。不活性ガスは、外部からの制御によって、供給／遮断が制御可能とされている。
【００１４】
上側チャンバー体２ａ及び下側チャンバー体２ｂからなるチャンバー体には、ワークＷの搬入口及び搬出口が設けられる。ワークＷが搬送コンベア５ａ及び５ｂ（搬送コンベア５ａ及び５ｂを区別する必要がない場合には、搬送コンベア５と表記する）によって搬入口から局所はんだ付け装置１に搬入される。搬送コンベア５は、ワークＷの幅よりやや大きい間隔で平行する２本のローラチェーン等のコンベアであり、それぞれ支持部として搬送方向に延長された支持レールを有している。搬送コンベア５のローラによってワークＷが挟持されると共に、各ローラが有するフランジ部にワークＷが載置されて搬送される。
【００１５】
搬送コンベア５の支持レールの上方に上側チャンバー体２ａの内壁から係止部材としてＬ型形状の複数のブラケットが突出される。ブラケットの代わりにレールを使用してもよい。図１に示すワーク搬送状態では、上側チャンバー体２ａの自重によって、上側チャンバー体２ａ及び下側チャンバー体２ｂが一体化されているので、はんだ付けがなされるチャンバー体内部は、搬入口及び搬出口を除くと密閉空間（不活性ガス雰囲気）とされる。さらに、図１に示す状態から搬送コンベア５が上昇すると、支持レール上にブラケットが乗った状態となり、搬送コンベア５の上昇と一緒に上側チャンバー体２ａが上昇する。
【００１６】
はんだ槽３内に溶融はんだが収容されている。はんだとして、例えば鉛フリーのものが使用される。図示しないヒータ及び温度制御装置によって溶融はんだの温度が一定に維持される。はんだ槽３には、はんだを上下に延長する作動空隙６ａ及び６ｂを通じて噴出させるために、電磁誘導ポンプ７ａ及び７ｂが設けられている。
【００１７】
作動空隙６ａ及び６ｂの上側の先端に例えばステンレスからなる噴流ノズル９ａ及び９ｂが接続されている。噴流ノズル９ａ及び９ｂは、例えば矩形の噴出口を有する煙突状のものであり、噴出口からのはんだがワークＷの下面のはんだ付けの箇所に接触するようになされている。
【００１８】
ワークＷの搬入口の手前と、搬出口の後方にそれぞれ昇降機構１０ａ及び１０ｂが設けられている。昇降機構１０ａ及び１０ｂは、動力源としてモータ１１ａ及び１１ｂを有し、ねじをモータ１１ａ及び１１ｂによって回転によって搬送コンベア５を昇降させる。昇降機構１０ａ及び１０ｂ並びにモータ１１ａ及び１１ｂは、ワークＷ（搬送コンベア５）及びはんだ槽３を相対的に上下方向に移動させる移動手段を構成する。モータ１１ａ，１１ｂの回転は、手動のスイッチ、プログラム（ソフトウェア）、制御回路等によって個別に制御される。昇降時に、搬送コンベア５の位置関係は、変化しないようにされる。昇降機構１０ａ及び昇降機構１０ｂを区別する必要がない場合には、昇降機構１０と表記する。なお、モータ及びねじは、昇降機構の一例であり、他の構成の昇降機構を使用してもよい。
【００１９】
はんだ付けの工程は、ワークＷが搬入口からはんだ付け装置１内に搬送され、ワークＷが噴流ノズル９ａ、９ｂの上方で静止される。次に、通常のはんだ付け噴流よりも高出力の噴流にて溶融はんだ表面の酸化膜を除去する。昇降機構１０によって、ワークＷが載置されている搬送コンベア５が下降され、噴流ノズル９ａ、９ｂからの噴流はんだがワークＷのはんだ付け箇所に接触するようになされる。例えば噴流ノズル９ａ、９ｂから噴流する溶融はんだによって、ワークＷの裏面から突出しているリードがワークＷの所定箇所にはんだ付けされる。このはんだ付けは、上側チャンバー体２ａ及び下側チャンバー体２ｂからなるチャンバー体内部で不活性ガスの雰囲気、並びに低酸素濃度雰囲気でなされる。
【００２０】
はんだ付けが終了すると、昇降機構１０によって、搬送コンベア５（ワークＷ）が第１の位置Ｈ１まで上昇される。そして、搬送コンベア５によって搬出口からはんだ付け装置１の外部に取り出される。その後、検査工程によってはんだ付けの良否が検査される。
【００２１】
不活性ガス供給口４に対して上側チャンバー体２ａの内部にガス供給パイプとして四方角パイプ２１が設けられている。四方角パイプ２１は、上側チャンバー体２ａの内側の側壁に沿って這わされ、矩形の経路を有するパイプである。四方角パイプ２１の下面には多数の孔が形成され、孔を通じて不活性ガスが下方に吹き出される。四方角パイプ２１から吹き出された不活性ガスが干渉板２１及び干渉板２３を通ることによって流速が弱められてワークＷに吹き付けられる。
【００２２】
図４は、チャンバー内の不活性ガスの流れを示すものである。四方角パイプ２１から下方に吹き出された不活性ガスが干渉板２２に衝突し、流速が減少する。さらに、干渉板２３に当たって流速が減少する。干渉板２２及び２３を設けることによって、ワークＷに直接的に不活性ガスが当たってワークＷが冷やされることを防止できる。これらの干渉板２２及び２３によってチャンバー内に不活性ガスを充満させることができる。すなわち、折り曲げを付けることで一旦上部の酸素濃度を落とし、その低酸素雰囲気をはんだ付け領域に流すことで、低酸素状態でのはんだ付けを行うことができる。
【００２３】
チャンバー内部に導入される不活性ガスは、加温されたものである。図３に示すように、電磁誘導ポンプ７ａの内部のコイルの冷却のために、不活性ガス供給源（図示しない）からの不活性ガスが通るパイプ２４が設けられる。このパイプ２４をガス供給口４まで延長させ、チャンバー内部に導入する。なお、電磁誘導ポンプ７ｂについても同様に、冷却用にパイプが設けられ、パイプの延長先がパイプ２４と合流されてガス供給口４に接続されている。したがって、導入される不活性ガスは、電磁誘導ポンプの排熱によって加温（又は加温）されている。このような温められた不活性ガスを導入することによってチャンバー内のはんだ付けを良好に行うことができる。
【００２４】
上述した本発明の一実施の形態の処理の流れについて説明する。
無負荷時には、加温された不活性ガスが四方角パイプ２１によりチャンバー内に供給される。
干渉板２２により供給直後の流速が低下される。
干渉板２３によりさらに流速が低下される。
【００２５】
ワークＷが搬入される。搬送コンベア５及び上側チャンバー体２ａが下降する。
ワークＷの搬入によってチャンバー内の雰囲気が上下に２分される。
ワークＷの上面は、搬送コンベア５の下降によりワークＷの上面側の体積が広がるが、不活性ガスの供給が継続されるので、酸素濃度が下がり続ける。
ワークＷの下面は、搬送コンベア５の下降により体積が小さくなるため、酸素濃度が下がった状態ではんだ付けがなされる。
【００２６】
図５Ａは、搬送コンベア５が上側の位置（ワーク搬送時の位置）とされている無負荷時の状態を示す。この状態では、ワークＷの下面とはんだ槽３の上面の間に斜線で示すような不活性ガスＧが存在する。
【００２７】
次に、はんだ付けを行うために搬送コンベア５が下降すると、図５Ｂに示すように、ワークＷの下面とはんだ槽３の上面の間に挟まれて斜線で示すような不活性ガスＧ’が存在する。図５Ｂに示す状態の不活性ガスＧ’の方がより空間の体積が小さくなるので、不活性ガスＧと比較して濃度が高くなる。不活性ガスの濃度を高めることによって噴流ノズル９ａ、９ｂの近傍の酸素濃度を低下させることができるため、特に局所はんだ付けにおいては、有効である。
【００２８】
本発明の一実施の形態では、搬送コンベア５の下降によってワークＷの下面の酸素濃度が下げられ、また、干渉板２２及び２３が低酸素雰囲気をはんだ付け領域に流す作用を有するので、搬送コンベア５を昇降させる移動手段並びに干渉板２２及び２３が低酸素濃度雰囲気形成手段を構成する。但し、移動手段及び干渉板の一方のみを設けるようにしてもよい。
【００２９】
上述した本発明の一実施の形態に関してはんだ付けの良否の実験結果を以下に示す。表１は、１８個のワークＷのサンプルの特定箇所のはんだ接合部に関して、加温なしの場合のスルーホール上がり率（％）の実験結果を示す。スルーホール上がり率は、１００％が最良であり、数字が小さくなるほど不良である。表１の実験結果は、酸素濃度が最も高い場合（大気）、酸素濃度が１０００ppm の場合、酸素濃度が３００ppm の場合のそれぞれでスルーホール上がり率を調べた。
【００３０】
図６Ａ及び図６Ｂを参照してスルーホール上がり率について説明する。ワークＷの基板３１にスルーホール３３が形成され、スルーホール３３の内壁及び周辺に銅パターン３２が形成されている。このスルーホール３３に対して電子部品の部品リード３４が挿入され、局所はんだ付け装置によってはんだ付けがなされる。スルーホール３３内にはんだフィレット３５が入り込み、銅パターン３２と部品リード３４の間が接続される。
【００３１】
図６Ａに示すように、はんだフィレット３５がスルーホール３３を完全に埋める状態をスルーホール上がり率１００％とする。図６Ｂに示すように、はんだがスルーホールを上昇しきれず、基板３１の上面までにはんだフィレット３５が存在しない部分が生じる場合がある。このはんだフィレット３５が存在しない部分の距離をｄとし、基板３１の厚みをＴとすると、次式によってスルーホール上がり率が算出される。なお、距離ｄは、レーザ顕微鏡によって測定された値である。
【００３２】
スルーホール上がり率＝（１−（ｄ／Ｔ））×１００〔％〕
【００３３】
【表１】
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【００３４】
表１の実験結果から、大気雰囲気の場合のスルーホール上がり率の平均値は、８４．２％である。酸素濃度（１０００ppm ）の場合のスルーホール上がり率の平均値は、９２．２％である。酸素濃度（３００ppm ）の場合のスルーホール上がり率の平均値は、９７．７％である。
【００３５】
本発明では加温した不活性ガスを導入している。一例として、不活性ガスを１５０℃程度に加温する。加温した場合の実験結果を以下に示す。表２は、１８個のワークＷのサンプルに関して、加温ありの場合のスルーホール上がり率（％）の実験結果を示す。但し、大気についての実験は省略している。
【００３６】
【表２】
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【００３７】
表２の実験結果から、酸素濃度（１０００ppm ）の場合のスルーホール上がり率の平均値は、９８．５％である。酸素濃度（３００ppm ）の場合のスルーホール上がり率の平均値は、１００％である。この結果から加温した不活性ガスを使用する方がスルーホール上がり率を向上できることがわかる。
【００３８】
表３は、１８個のワークＷのサンプルに関して、加温なしの場合のつららの発生の有無の実験結果を示す。×の印は、つららの発生を認めたことを表す。表１の場合と同様に、酸素濃度が最も高い場合（大気）、酸素濃度が１０００ppm の場合、酸素濃度が３００ppm の場合のそれぞれでつららの発生の有無を調べた。
【００３９】
【表３】
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【００４０】
表２の実験結果から、大気雰囲気の場合のつららの発生率は、８３％である。酸素濃度（１０００ppm ）の場合のつららの発生率は、１７％である。酸素濃度（３００ppm ）の場合のつららの発生率は、０％である。
【００４１】
本発明では加温した不活性ガスを導入している。加温した場合の実験結果を以下に示す。表４は、加温ありの場合のつららの発生の有無の実験結果を示す。×の印は、つららの発生を認めたことを表す。酸素濃度が１０００ppm の場合、酸素濃度が３００ppm の場合のそれぞれでつららの発生の有無を調べた。
【００４２】
【表４】
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【００４３】
表４の実験結果から、酸素濃度（１０００ppm ）の場合のつららの発生率は、６％である。酸素濃度（３００ppm ）の場合のつららの発生率は、０％である。この結果から加温した不活性ガスを使用する方がつららの発生を抑えることができることがわかる。
【００４４】
「不活性ガスの加温方法の他の例」
上述した一実施の形態では、電磁誘導ポンプ７ａの内部のコイルの冷却のために使用した不活性ガスをパイプ２４を通じてチャンバー内に導入している。不活性ガスの加温の方法としては、はんだ槽３の壁面に這わせたパイプ内に不活性ガスを供給して不活性ガスを加温してもよい。
【００４５】
さらに、図７に示すように、はんだ槽３内にパイプ２５を設け、パイプ２５内に不活性ガスを通すことによって不活性ガスを加温するようにしてもよい。パイプ２５は、はんだ槽３から上方に取り出され、不活性ガス供給口４に接続される。そして、四方角パイプ２１を通じてチャンバー内に不活性ガスが供給される。
【００４６】
「干渉板の他の例」
干渉板としては、図８に示す形状のものを使用してもよい。この干渉板２６は、四方角パイプ２１から吹き出された不活性ガスを反射させるもので、リブ２７ａ及びリブ２７ｂが形成されたものである。これらのリブ２７ａ及び２７ｂが不活性ガスの流路に介在することによって流速を効果的に低下させることができる。
【００４７】
図９は、干渉板のさらに他の例を示す。この他の例では、四方角パイプ２１が上方に不活性ガスを吹き出すようになされている。上方に干渉板２８が設けられ、干渉板２８によって不活性ガスを下方に反射させる。さらに、四方角パイプ２１の下方に設けられている干渉板２９によって不活性ガスが反射される。このようにして不活性ガスの流速を低下させることができる。
【００４８】
さらに、図１０に示すように、干渉板２８の多数の孔を形成した干渉板３０を設けてもよい。干渉板３０の孔を通過して上方に向かった不活性ガスが上側チャンバー体２ａの天板の内面で反射されて下方に向かう。さらに、干渉板２９で不活性ガスが反射される。このようにして不活性ガスの流速を低下させることができる。
【００４９】
＜２．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について具体的に説明したが、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。また、上述の実施の形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料及び数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料及び数値などを用いてもよい。また、上述の実施の形態の構成、方法、工程、形状、材料及び数値などは、本発明の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。例えば不活性ガスを加温するための構成として、電磁誘導ポンプのコイル及びはんだ槽の壁面（又ははんだ槽の内部）の両方で不活性ガスを加温するようにしてもよい。さらに、はんだ槽の壁面及び内部の両方で不活性ガスを加温してもよい。
【符号の説明】
【００５０】
Ｗ・・・ワーク、１・・・局所はんだ付け装置、２ａ・・・上側チャンバー体、
２ｂ・・・下側チャンバー体、３・・・はんだ槽、４・・・不活性ガス供給口、
５ａ，５ｂ・・・搬送コンベア、７ａ，７ｂ・・・電磁誘導ポンプ、
９ａ，９ｂ・・・噴流ノズル、１０ａ，１０ｂ・・・・昇降機構、
２１・・・四方角パイプ、２４、２５・・・パイプ
【図１】
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【図２】
2018156997.tif 000008
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2018156997.tif 000012
【図７】
2018156997.tif 000013
【図８】
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【図９】
2018156997.tif 000015
【図１０】
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