(57)【要約】【課題】フローはんだ付けにおけるはんだ槽内の酸化物発生を抑制する噴流式はんだ付け装置を提供すること。【解決手段】プリント基板にはんだ槽の溶融はんだを噴流させる噴流ノズルと、噴流ノズルのプリント基板の搬送方向の入口側、出口側のいずれかに配置された波受板を備え、波受板は、噴流ノズルからの噴流された溶融はんだの落下位置に合致する位置で、かつ、はんだ槽の溶融はんだの液面上から液面下２０〜４０ｍｍの間に配置されていることよって、噴流ノズルから噴流された溶融はんだの落下による溶融はんだの乱流を防ぎ、かつ渦巻き流を発生されて、溶融はんだの酸化物の発生量を低減させることとなる。【選択図】図１
2011035086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント基板にはんだ槽の溶融はんだを噴流させる噴流ノズルと、
前記噴流ノズルのプリント基板の搬送方向の入口側、出口側のいずれかに配置された波受板を備え、
前記波受板は、前記噴流ノズルからの噴流された溶融はんだの落下位置に合致する位置で、かつ、前記はんだ槽の溶融はんだの液面上から液面下２０〜４０ｍｍの間に配置されたことを特徴とする噴流式はんだ付け装置。
【請求項２】
前記波受板は、前記はんだ槽の溶融はんだの液面下の先端部が前記噴流ノズル側にＪ字状又はＬ字状で曲がっていることを特徴とする請求項１に記載の噴流式はんだ付け装置。
【請求項３】
前記波受板は、前記噴流ノズルからの距離を調整できる調整機構を備えたことを特徴とする請求項１に記載の噴流式はんだ付け装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント配線板に電子部品を実装する際に用いるフローはんだ付けにおけるはんだ槽内の酸化物抑制を行う噴流式はんだ付け装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子機器類においてプリント配線板に電子部品を実装する際には、フローはんだ付けが用いられており、電子部品やプリント基板に対する熱影響、作業性及び接合後の信頼性等を考慮して、種々の組成のはんだ合金が使用されている。近年はＲｏＨＳなど環境問題の点から鉛フリーはんだを使用するようになってきている。
【０００３】
フローはんだ付けは、電子部品を搭載したプリント基板の片面にフラックスを塗布した後、予備加熱を行ってからプリント基板のフラックス塗布面に溶融しているはんだを接触させてはんだ付けを行う方法である。この方法において、ノズルを用い溶融はんだを噴流して、安定した溶融はんだ波を発生させ、この溶融はんだ噴流の頂上に基板が当たるように通過させるというウェーブはんだ付けはプリント基板生産の主要方法であり、コスト重視の大量生産にはこの機構を用いたはんだ付け方法が一般的である。
【０００４】
以下、図面を参照しながら、噴流式はんだ付け装置の一例について説明する。
【０００５】
まず、噴流式はんだ付け装置の概要について図９，図１０で説明する。図９は従来の噴流式はんだ付け装置のはんだ槽の平面図である。図１０は、図９のＹ−Ｙ断面図である。
【０００６】
図１０に示すように、従来の噴流式はんだ付け装置のはんだ槽１０は、プリント基板の搬送方向Ｐの順に、１次噴流ノズル１００と２次噴流ノズル２００が設置されており、はんだ槽１０、１次噴流ノズル１００及び２次噴流ノズル２００の内部に溶融はんだ３００を貯留している。フローはんだ付けのときに、１次噴流ノズル１００は未はんだ不良をなくす目的で、溶融はんだ３００を荒れた状態で噴流させ、２次噴流ノズル２００はブリッジ不良をなくす目的で、溶融はんだ３００を穏やかな状態で噴流させる。
【０００７】
プリント基板の搬送方向Ｐの垂直方向、つまり、図９の従来の噴流式はんだ付け装置のＺ−Ｚ断面として、図１１に従来の噴流式はんだ付け装置のＺ−Ｚ断面図を示す。ここで従来の噴流式はんだ付け装置の１次噴流ノズル１００と２次噴流ノズル２００は、構造がほぼ同じなので、１次噴流ノズル１００を例に図１１で説明する。
【０００８】
図１１に示すように、１次噴流ノズル１００は、噴流口１１０と、噴流ノズル１２０と、噴流ダクト１３０と、吸込み口１３１、プロペラ１４０と、噴流シャフト１４１と、ベルト１４２と、モータ１４３とで構成されている。１次噴流ノズル１００を噴流させるときは、モータ１４３の回転力でベルト１４２、噴流シャフト１４１経由でプロペラ１４０が回転させ、噴流ダクト１３０、噴流ノズル１２０、噴流口１１０経由で溶融はんだ３００をプリント基板に向けて噴流させる。
【０００９】
更に、図１２、図１３に１次噴流ノズルの詳細を示す。図１２は、従来の噴流式はんだ付け装置の構成を示す斜視図で、図１３は、従来の噴流式はんだ付け装置に使用する１次噴流ノズルの図である。
【００１０】
次に動作について説明すると、モータ１４３が回転するとベルト１４２から回転力が噴流シャフト１４１に伝わり、プロペラ１４０が回転する。はんだ槽１０内の溶融はんだ３００は噴流ダクト１３０の中を通り、噴流ノズル１２０の噴流口１１０から溶融はんだ３００が噴流する。噴流した溶融はんだ３００は、噴流ノズル１２０の形状に沿って流れ落ち、はんだ槽１０内に直接戻る。
【００１１】
はんだ付け作業の際には、いくつかのはんだ付け欠陥、即ち、未はんだ、ブリッジ、ボイド等が生じてしまう。特にフローはんだ付け法では、常時はんだが噴流しているため、噴流口１１０から流出した溶融はんだ３００が１次噴流ノズル１００近傍の槽内へ１７０ａ，１７０ｂ、同じく２次噴流ノズル２００近傍の槽内へ２７０a、２７０bのごとく落下する。この落下部分において溶融はんだ３００の表面が波打つため乱流が生じ、酸化物および大気の巻き込みはんだ３１０の発生を活発にさせ、これにより、はんだ槽１０の噴流ノズル近傍の溶融はんだ３００の表面には酸化物３１０いわゆるドロスが大量に発生する。ドロスが１次噴流ノズル１００、２次噴流ノズル２００近傍に堆積すると噴流波の安定性を妨げたり、はんだ噴流波に巻き込まれたドロスの一部がプリント基板７００に付着したりして、はんだ付け欠陥を招く恐れがあり、溶融はんだ液面上に堆積したドロスを定期的に除去する必要がある。またドロス発生量が多いとドロス除去に費やす時間や廃棄はんだ量が増し、ランニングコストが上昇する。このようにはんだ槽のメンテナンスやコスト面で、このドロスの低減が望まれる。
【００１２】
従来、このドロス低減方法としては一般には、酸化防止液を溶融はんだ液面に使用する方法、はんだ付けを不活性ガス雰囲気で行う方法、溶融はんだ液面にセラミックボール等を浮かべ溶融はんだと大気の接触面積を少なくする方法などであった。
【００１３】
また、鉛フリーはんだ導入時期から、従来の鉛入りはんだに比較し酸化物の発生量が増加したとの背景から、はんだ槽内への噴流はんだ波を機構的方法で乱流を防ぎ酸化物の発生を抑制する方法や、溶融はんだへの大気の巻き込みを抑制し酸化物を低減する方法も挙げられている（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平０２  −１５５５６７号公報  図１
【特許文献２】特開２００７−１９６２４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
フローはんだ付けでは、常時はんだが噴流しているため、噴流ノズルから流出したはんだがノズル近傍の槽内静止部へ落下する。この落下部分において乱流が生じて大気巻き込みによる酸化物いわゆるドロスが発生する。そこで、はんだ槽内への噴流はんだ波を機構的方法で乱流を防ぎ酸化物の発生を抑制しようとしているが、酸化物は大幅には減少できない。なぜなら、１次噴流波と２次噴流波のノズル間の仕切板を利用し、落下する噴流波の干渉を防止しているだけであり、溶融はんだへの大気巻き込み後のはんだ流の制御までには至っていないという課題を有していた。
【００１６】
また、フロー用鉛フリーはんだ合金の使用において、Ｓｎ-３．０Ａｇ-Ｃｕ系からＡｇ組成を少なくした低銀はんだが製造コスト面から一部分野で導入されてきている。低銀はんだをフローはんだ付けで使用する場合、はんだ融点が３．０Ａｇはんだよりも温度が上昇する。すなわち、酸化しやすく凝固しやすいはんだを使用することとなる。更に、従来公知のフローはんだ付けは、１次噴流波と２次噴流波を使用しているが、１次、２次噴流波で十分な温度が確保できない場合、ボイドなどのはんだ付け不良を招く危険がある。対応策例として、１次噴流ノズルと２次噴流ノズル間隔を狭くする方法を選択した場合、１次噴流波と２次噴流波が干渉し噴流波に酸化物が登り、プリント基板のはんだ付け面に酸化物が付着するという課題も有していた。
【００１７】
また、はんだ噴流波落下部のはんだ溶融液面乱流による酸化物発生は抑制されても、はんだ槽上に堆積・拡散したドロスを定期的に除去する作業時間は大幅には減少しないという課題も有していた。
【００１８】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、フローはんだ付けにおけるはんだ槽内の酸化物発生を抑制する噴流式はんだ付け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】
【００１９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の噴流式はんだ付け装置は、プリント基板にはんだ槽の溶融はんだを噴流させる噴流ノズルと、噴流ノズルのプリント基板の搬送方向の入口側、出口側のいずれかに配置された波受板を備え、波受板は、噴流ノズルからの噴流された溶融はんだの落下位置に合致する位置で、かつ、はんだ槽の溶融はんだの液面上から液面下２０〜４０ｍｍの間に配置されている。
【００２０】
本構成によって、噴流ノズルから噴流された溶融はんだの落下による溶融はんだの乱流を防ぎ、かつ渦巻き流を発生される。これにより、溶融はんだの酸化物の発生量を低減させることとなる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の噴流式はんだ付け装置によれば、噴流ノズルから流れ落ちてくる溶融はんだを波受板で受け、大気巻き込み後のはんだ流を制御し酸化物の全体発生量を抑制することができ、はんだ付け品質の安定が図れる。
【００２２】
また、溶融はんだ落下部を区画化することでドロスのはんだ槽内への拡散防止が可能となる。あわせて、ドロスを除去する時間・回数の簡素化ができ、作業の効率化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例１における噴流式はんだ付け装置のはんだ槽の平面図
【図２】本発明の実施例１における噴流式はんだ付け装置のＹ−Ｙ断面図
【図３】本発明の実施例１における噴流式はんだ付け装置のＺ−Ｚ断面図
【図４】本発明の実施例１における噴流式はんだ付け装置の構成を示す斜視図
【図５】本発明の実施例１における噴流式はんだ付け装置に使用する１次噴流ノズルの図
【図６】本発明の実施例１における噴流式はんだ付け装置に使用するはんだ槽ノズル・波受板調整の説明図
【図７】本発明の実施例１における噴流式はんだ付け装置のはんだ噴流時の概要図
【図８】本発明の実施例１における噴流式はんだ付け装置の酸化物比較の図
【図９】従来の噴流式はんだ付け装置のはんだ槽の平面図
【図１０】従来の噴流式はんだ付け装置のＹ−Ｙ断面図
【図１１】従来の噴流式はんだ付け装置のＺ−Ｚ断面図
【図１２】従来の噴流式はんだ付け装置の構成を示す斜視図
【図１３】従来の噴流式はんだ付け装置に使用する１次噴流ノズルの図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２５】
まず、噴流式はんだ付け装置の概要について図１，図２で説明する。図１は本発明の実施例１における噴流式はんだ付け装置のはんだ槽の平面図である。図２は、図１のＹ−Ｙ断面図である。
【００２６】
図２に示すように、本発明の実施例１における噴流式はんだ付け装置のはんだ槽１０は、プリント基板の搬送方向Ｐの順に、１次噴流ノズル１００と２次噴流ノズル２００が設置されており、はんだ槽１０、１次噴流ノズル１００及び２次噴流ノズル２００の内部に溶融はんだ３００を貯留している。フローはんだ付けのときに、１次噴流ノズル１００は未はんだ不良をなくす目的で、溶融はんだ３００を荒れた状態で噴流させ、２次噴流ノズル２００はブリッジ不良をなくす目的で、溶融はんだ３００を穏やかな状態で噴流させる。
【００２７】
また、図１の平面図では、本発明の噴流式はんだ付け装置に溶融はんだ３００を貯留したとき、１次噴流ノズル１００は、噴流口１１０と、噴流ノズル１２０と、噴流シャフト１４１と、波受板１５１、１５２と側板１５１ａ、１５２ａとが視認することができ、２次噴流ノズル２００は、噴流口２１０と、噴流ノズル２２０と、噴流シャフト２４１と、波受板２５１、２５２と側板２５１ａ、２５２ａとを視認することができる。
【００２８】
プリント基板の搬送方向Ｐ、つまり、図１の本発明の噴流式はんだ付け装置のＹ−Ｙ断面として、図２に本発明の実施例１における噴流式はんだ付け装置のＹ−Ｙ断面図を示す。
【００２９】
図２に示すように、はんだ槽１０には、１次噴流ノズル１００と２次噴流ノズル２００とが平行に配置されており、１次噴流ノズル１００は、噴流口１１０と、噴流ノズル１２０と、噴流ダクト１３０と、プロペラ１４０と、波受板１５１、１５２とで構成され、２次噴流ノズル２００は、噴流口２１０と、噴流ノズル２２０と、噴流ダクト２３０と、プロペラ２４０と、波受板２５１、２５２とで構成されている。
【００３０】
プリント基板の搬送方向Ｐの垂直方向、つまり、図１の本発明の噴流式はんだ付け装置のＺ−Ｚ断面として、図３に本発明の実施例１における噴流式はんだ付け装置のＺ−Ｚ断面図を示す。ここで本発明の実施例１における噴流式はんだ付け装置の１次噴流ノズル１００と２次噴流ノズル２００は、構造がほぼ同じなので、１次噴流ノズル１００を例に図３で説明する。
【００３１】
図３に示すように、１次噴流ノズル１００は、噴流口１１０と、噴流ノズル１２０と、噴流ダクト１３０と、吸込み口１３１、プロペラ１４０と、噴流シャフト１４１と、ベルト１４２と、モータ１４３とで構成されている。１次噴流ノズル１００を噴流させるときは、モータ１４３の回転力でベルト１４２、噴流シャフト１４１経由でプロペラ１４０が回転させ、噴流ダクト１３０、噴流ノズル１２０、噴流口１１０経由で溶融はんだ３００をプリント基板に向けて噴流させる。
【００３２】
更に、波受板１５１、１５２、２５１、２５２の形状と、１次噴流ノズル１００及び２次噴流ノズルとの位置関係について、説明する。ここでも、１次噴流ノズル１００と２次噴流ノズル２００は、構造がほぼ同じなので、１次噴流ノズル１００を例に図４、図５で説明する。図４は、本発明の実施例１における噴流式はんだ付け装置の構成を示す斜視図で、図５は、本発明の実施例１における噴流式はんだ付け装置に使用する１次噴流ノズルの図である。
【００３３】
図４及び図５に示すように、プリント基板の搬送方向入口側の波受板１５１は、溶融はんだ３００の液面下先端部はＪ形状をしている。また、プリント基板の搬送方向出口側の波受板１５２は、溶融はんだ３００の液面下先端部はＬ形状をしている。溶融はんだ３００の液面下先端部の位置は、溶融はんだ落下後の乱流を防ぎ、かつ渦巻き流を発生されることのできる位置に設定する。溶融はんだ３００の液面下のおおむね２０ｍｍ〜４０ｍｍの範囲とする。あわせて、噴流口１１０からの距離は、噴流波が波受板１５１、１５２と溶融はんだ３００との交点前後の寸法に設定する。
【００３４】
波受板１５１、１５２の設定位置の深さおよび幅は、渦巻き流発生状態を確認し調整する。波受板１５１、１５２の液面下先端部形状は、渦巻き流発生状況によりＪ形状、Ｌ形状を選択し、Ｊ形状はＲ１０〜３０ｍｍ、Ｌ形状は３度〜４５度とし先端長さは１０〜２０ｍｍ程度とする。
【００３５】
具体的な波受板の調整方法を図６で説明する。
【００３６】
図６は、本発明の実施例１における噴流式はんだ付け装置に使用するはんだ槽ノズル・波受板調整の説明図である。まず、図６（ａ）のように噴流高さが低い場合は、はんだの落差幅を狭くする。図６（ｂ）のように噴流高さが高い場合は、はんだの落差幅は広くする。図６のように、前記波受板と前記噴流ノズルの距離を調整する調整機構であるボルト１５３とナット１５４を調整し、１次噴流波・入口側１７０ａ及び１次噴流波・出口側１７０ｂの落下位置が、波受板１５１、１５２の溶融はんだ３００液面と合致するようにする。次に、発生した酸化物の除去作業が短時間にできるよう、渦巻き流を利用し一方向に酸化物が移動できるよう長穴１５５を利用し、下流の方が下がるように１〜２度の波受板取付傾斜１５８を設ける。
【００３７】
次に、はんだ噴流時について説明する。図７は、本発明の実施例１における噴流式はんだ付け装置のはんだ噴流時の概要図である。ここでも、１次噴流ノズル１００と２次噴流ノズル２００は、構造がほぼ同じなので、１次噴流ノズル１００を例に図７で説明する。
【００３８】
図７のように、フローはんだ付けでは、常時溶融はんだ３００が噴流口１１０から噴流しているため、流出した溶融はんだ３００が１次噴流ノズル１００近傍のはんだ槽内の１次噴流波・入口側１７０ａ，１次噴流波・出口側１７０ｂに落下する。この落下部分において溶融はんだ３００の液面が波打たないように、１次噴流波・入口側１７０ａおよび１次噴流波・出口側１７０ｂにおいて波受板１５１および波受板１５２を流出した溶融はんだ３００が当る位置から、溶融はんだ３００の液面内に設けている。更に、それぞれの波受板１５１、１５２は、溶融はんだ３００の液面下２０ｍｍ〜４０ｍｍの先端部がＪ形状またはＬ形状をしているので、この先端部の内側で流出した溶融はんだ３００が渦巻き流を発生させる。酸化物３１０および酸化物および大気巻き込みはんだ３２０はこの渦巻き流３３０により攪拌され、はんだと酸化物とが分離される。
【００３９】
この結果、図１の本発明の実施例１における噴流式はんだ付け装置のはんだ槽の平面図のごとく、波受板１５１、側板１５１a, 波受板１５２、側板１５２a,で区画化され、かつ分離された酸化物３１０が周辺に拡散することなく、メンテナンス側の一方向に移動することができる。
【００４０】
本発明の実施例の結果を、図８の本発明の実施例１における噴流式はんだ付け装置の酸化物比較の図で説明する。４時間噴流をさせた後の酸化物発生量は、従来では２６６８ｇ、本発明では１６６４ｇとなり、従来比３８％削減の６２％となった。あわせて、酸化物除去時間も１５分が５分となり１/３まで短縮できた。
【００４１】
かかる構成によれば、波受板を噴流ノズルのプリント基板の搬送方向の入口側、出口側で、噴流ノズルからの噴流された溶融はんだの落下位置に合致する位置で、かつ、はんだ槽の溶融はんだの液面上から液面下２０〜４０ｍｍの間に配置することにより、噴流ノズルから噴流された溶融はんだの落下による溶融はんだの乱流を防ぎ、かつ渦巻き流を発生される。これにより、溶融はんだの酸化を低減させることとなる。
【００４２】
なお、本実施例において、１次及び２次噴流ノズルの入口側、出口側の両方に波受板を配置するとしたが、いずれか一方としてもよい。その場合は、波受板を配置した方のはんだ酸化物の発生量を低減する事ができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明にかかる噴流式はんだ付け装置は、大気中でのフローはんだ付け後の噴流波による酸化物生成量の低減が可能となるので、はんだの酸化物の廃棄によるはんだ材料のロスコストとはんだの酸化物除去時間の低減策として有用である。
【符号の説明】
【００４４】
１０    はんだ槽
１００    １次噴流ノズル
１１０    噴流口
１２０    噴流ノズル
１３０    噴流ダクト
１３１    吸込み口
１４０    プロペラ
１４１    噴流シャフト
１４２    ベルト
１４３    モータ
１５１    波受板
１５１ａ    側板
１５２    波受板
１５２ａ    側板
１５３    ボルト
１５４    ナット
１５５    長穴
１５６    Ｒ波受部
１５７    角波受部
１５８    波受板取付傾斜
１７０    １次噴流波
１７０ａ    １次噴流波・入口側
１７０ｂ    １次噴流波・出口側
２００    ２次噴流ノズル
２１０    噴流口
２２０    噴流ノズル
２３０    噴流ダクト
２３１    吸込み口
２４０    プロペラ
２４１    噴流シャフト
２５１    波受板
２５１ａ    側板
２５２    波受板
２５２ａ    側板
２７０    ２次噴流波
２７０ａ    ２次噴流波・入口側
２７０ｂ    ２次噴流波・出口側
３００    溶融はんだ
３１０    酸化物
３２０    酸化物および大気巻き込みはんだ
３３０    渦巻き流
４００    波受板延長部
７００    プリント基板
Ｐ    プリント基板の搬送方向
【図１】
2011035086.tif 000003
【図２】
2011035086.tif 000004
【図３】
2011035086.tif 000005
【図４】
2011035086.tif 000006
【図５】
2011035086.tif 000007
【図６】
2011035086.tif 000008
【図７】
2011035086.tif 000009
【図８】
2011035086.tif 000010
【図９】
2011035086.tif 000011
【図１０】
2011035086.tif 000012
【図１１】
2011035086.tif 000013
【図１２】
2011035086.tif 000014
【図１３】
2011035086.tif 000015