(57)【要約】      （修正有）【課題】溶融はんだの液面を平滑に保ちつつ、その液温を均一にできるはんだ付け装置を得る。【解決手段】プリント基板を溶融はんだ３に接触させてはんだ付けを行うはんだ付け装置において、２つの楕円柱を組合せた形状を有し、溶融はんだを貯留する溶融はんだ槽と、溶融はんだ槽の中央付近に設けられ、溶融はんだ３に流れを発生させるインペラ１１と、インペラ１１の近傍に設けられ、溶融はんだ３の液面と平行な複数の貫通孔すなわち流路を有する整流部材１２とからなる層流発生手段を備え、インペラ１１の回転によって溶融はんだ３を整流部材１２へ向かって押し出し、整流部材１２を通過することで生じる溶融はんだ３の水平方向の層流に電子部品を載置したプリント基板を接触させる。【選択図】図１１
2011071192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント基板を溶融はんだに接触させてはんだ付けを行うはんだ付け装置において、前記溶融はんだを貯留する溶融はんだ槽と、前記溶融はんだ槽に設けられ、前記溶融はんだに水平方向の層流を発生させる層流発生手段を備えたことを特徴とするはんだ付け装置。
【請求項２】
前記層流発生手段は、前記溶融はんだの液面と垂直な軸と、この軸を中心として回転可能に設けられ、前記溶融はんだの液面と平行な面を有する円板状又は円柱状の回転部材により構成されていることを特徴とする請求項１に記載のはんだ付け装置。
【請求項３】
前記回転部材は、前記溶融はんだの液面と平行な面が粗面であることを特徴とする請求項２に記載のはんだ付け装置。
【請求項４】
前記回転部材は、前記溶融はんだの液面と平行な面に突起部を有することを特徴とする請求項２に記載のはんだ付け装置。
【請求項５】
前記層流発生手段は、前記溶融はんだに流れを発生させる回転体と、前記回転体の近傍に設けられ、前記溶融はんだの液面と平行な複数の流路を有する整流部材とにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載のはんだ付け装置。
【請求項６】
前記整流部材の両側には、前記整流部材から下流側に向かって前記整流部材の中心を通る鉛直な面に対して平行な一対の仕切り部材を設けたことを特徴とする請求項５に記載のはんだ付け装置。
【請求項７】
前記一対の仕切り部材の間には、前記仕切り部材と平行な仕切り壁を設けたことを特徴とする請求項６に記載のはんだ付け装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント基板を溶融はんだに接触させてはんだ付けを行うはんだ付け装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のはんだ付け装置として、静止型の溶融はんだ槽に設けられた攪拌板を用いて攪拌することにより、溶融はんだの液温を均一にするものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３１９９２５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のようなはんだ付け装置では、溶融はんだを攪拌することによりその液温を均一に保つことができる反面、溶融はんだの攪拌によって乱流が生じて液面を平滑に保つことが困難となり、はんだ付け後のプリント基板を溶融はんだから離脱させる際に不要なはんだが電子部品の端子間やリード間に付着し、短絡やはんだブリッジ等のはんだ付け不良を引き起こすという問題がある。
【０００５】
本発明は上記のような問題を解決するためになされたもので、溶融はんだの液面を平滑に保ちつつ、その液温を均一にできるはんだ付け装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るはんだ付け装置は、プリント基板を溶融はんだに接触させてはんだ付けを行うはんだ付け装置において、溶融はんだを貯留する溶融はんだ槽と、溶融はんだ槽に設けられ、溶融はんだに水平方向の層流を発生させる層流発生手段を備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、溶融はんだの液面を平滑に保ちつつ、その液温を均一にすることが可能となり、はんだ付け不良の発生を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係るはんだ付け装置を示す斜視断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るはんだ付け装置を示す側面断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線における断面図である。
【図４】溶融はんだのレイノルズ数と熱伝達率の関係を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係るはんだ付け装置における溶融はんだの位置と流速の関係を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係るはんだ付け装置における気泡の移動を模式的に示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係るはんだ付け装置を示す斜視断面図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係るはんだ付け装置を示す側面断面図である。
【図９】図８のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係るはんだ付け装置を示す斜視図である。
【図１１】図１０の水平面Ｃにおける断面図である。
【図１２】図１１のＤ−Ｄ線における断面図である。
【図１３】図１０に示す整流部材の一例を示す拡大斜視図である。
【図１４】図１３の面Ｅにおける縦断面図である。
【図１５】はんだ付け装置における溶融はんだ槽の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
本発明を実施するための実施の形態１におけるはんだ付け装置を図１ないし図６を用いて説明する。図１において、はんだ付け装置１は溶融はんだ３が貯留された円筒状の側部と底部を有する溶融はんだ槽２を有し、この溶融はんだ槽２内には、その上方中央に配置されたモータ６に連結され、液面と垂直な軸７と、この軸に固着（例えば、ネジ結合や接着剤による固着、拡散接合など）され、溶融はんだ３の液面と平行な面を有する円板５すなわち回転部材とからなる層流発生手段が設けられており、円板５が軸７を中心として回転することによって、溶融はんだ３に水平方向の層流を発生するように構成されている。この円板５は、一般的な鉛フリーはんだであるＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだと反応しにくいステンレス鋼（ＳＵＳ３１６など）で形成されている。溶融はんだ槽２は、図３に示すように側部の内面が円板５の外周面と同心円となるように形成され、この側部と底部の内面には溶融はんだ３を加熱するためのヒータ４が設けられている。
【００１０】
なお、はんだ材はＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ以外にもＳｎ−Ｃｕ系はんだ、Ｓｎ−Ｂｉ系はんだ、Ｓｎ−Ｉｎ系はんだ、Ｓｎ−Ｓｂ系はんだ、Ｓｎ−Ｐｂ系はんだ等でも良く、円板５の材料はその他のステンレス鋼（ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４など）、アルミ合金（Ａ２０１７、Ａ６０６１、Ａ７０７５など）、セラミック（アルミナ、窒化ケイ素など）等であっても良い。また、円板５は溶融はんだ２の液中に収まるものであれば円柱でも良く、モータ６を溶融はんだ槽２の下部に設けてターンテーブルのように回転させても良い。
【００１１】
また、図４は溶融はんだ３のレイノルズ数と熱伝達率の関係を示す図であり、レイノルズ数が大きいほど熱伝達率も高くなる。しかしながら、レイノルズ数は慣性力と粘性力の比を表すことから、粘性力よりも慣性力が強くなる臨界レイノルズ数を超えると流体が自由に移動する乱流が発生し、溶融はんだ３の液面に脈動が生じる。したがって、モータ６の回転数は溶融はんだ３の液面を平滑に保つために溶融はんだ３が臨界レイノルズ数以下となるように調整されている。
なお、本実施の形態で用いられるプリント基板としては絶縁性材料のガラスクロス、ガラス不織布、紙基材などにエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂やフェノール樹脂等を浸透させた基材、又はセラミック基板などが挙げられる。
【００１２】
次に、動作について説明する。
モータ６を駆動して円板５を回転させると、溶融はんだ３と円板５の間の摩擦力により、図５に示すように溶融はんだ３に軸７を中心とする水平方向の層流が発生する。この層流は溶融はんだ３の液面と平行な流れを生じるので、溶融はんだ３の液面を平滑に保ちつつ液温を均一化することができる。したがって、図２に示すように溶融はんだ３の液面に電子部品を載置したプリント基板のはんだ付け面を接触させることにより、溶融はんだ３の液面を平滑に保ったままはんだ付けを実施でき、プリント基板のはんだ付け後においても電子部品の端子間やリード間の短絡やはんだブリッジ等のはんだ付け不良の発生を低減できる。
【００１３】
また、溶融はんだ３の液温が常に均一に保たれるため、大きな熱伝達率によるプリント基板のはんだ付けが可能となり、入熱不足に起因して生じる未はんだやはんだ上がり不足などのはんだ付け不良の発生も抑制できる。
【００１４】
また、層流の流速は図５に示すように軸７付近ではゼロであるが、円周方向に近づくにつれて一旦加速し、溶融はんだ槽２の側部近傍で再び減速するので、流速が最も速い軸７と側部との間の中央付近にプリント基板を接触させることでもって、プリント基板への入熱状態が均一となり、良好なはんだ付けができる。
【００１５】
また、溶融はんだ３にプリント基板を接触した際に、図６（ａ）に示すようにプリント基板の直下に気化したフラックス等の気泡が発生した場合でも、図６（ｂ）に示すように層流により気泡を押し流すため、気泡によりはんだ付けが阻害されること無く、はんだ付け不良の発生を抑制できる。
【００１６】
この実施の形態によれば、垂直な軸７と円板５とからなる層流発生手段を用いて溶融はんだ３に水平方向の層流を発生させることにより、溶融はんだ３の液面を平滑に保ちつつ液温を均一化することができるので、電子部品の端子やリードへのはんだ付着による短絡及びはんだブリッジ等のはんだ付け不良の発生を低減できる。
また、流速の速い軸７と側部との間の中央付近にプリント基板を接触させることにより、高い熱伝達率でもって未はんだの発生やはんだ上がり不足などのはんだ付け不良の発生も抑制し、良好なはんだ付けができる。
また、溶融はんだ３にプリント基板を接触した際に、プリント基板の直下に気化したフラックス等の気泡が発生した場合でも層流により気泡を押し流すことが可能となり、はんだ付け不良の発生を抑制できる。
【００１７】
実施の形態２．
実施の形態２では、円板５の表面すなわち溶融はんだ３の液面と平行な面を粗面に形成したものである。円板５の表面を粗面にする方法としては、例えば＃４０や＃８０の研磨紙で磨く方法、シボ加工やショットピーニングを施す方法等がある。
この実施の形態によれば、円板５の表面を粗面にすることにより、溶融はんだ３と円板５との摩擦力が増大するため、溶融はんだ３の流速が上がり、高い熱伝達率ではんだ付けができる。
【００１８】
また、円板５の表面を粗面にする代わりに、図７ないし図９に示すように８枚の羽根車形状の突起部８を円板５の表面に軸７を中心として対称に設けることにより、溶融はんだ３との摩擦力をさらに増大できる。なお、ここでは突起部８としては羽根車形状のものを示したが、溶融はんだ３との摩擦力を増大できる形状であれば良く、直方体や三角柱等であっても同様な効果を奏する。このように円板５の表面に突起部８を設けることにより、溶融はんだ３の流速はさらに速くなり、臨界レイノルズ数により近づくことができるので、より高い熱伝達率ではんだ付けができる。
【００１９】
実施の形態３．
本実施の形態に係るはんだ付け装置を図１０ないし図１４を用いて説明する。図において、はんだ付け装置１０は２つの楕円柱を組合せた形状の溶融はんだ槽２０を有し、その中央付近には貯留された溶融はんだ３に流れを発生させるインペラ１１すなわち回転体と、この回転体の近傍に設けられ、溶融はんだ３の液面と平行な複数の貫通孔１２０すなわち流路を有する整流部材１２とからなる層流発生手段が設けられている。インペラ１１により発生した溶融はんだ３の流れのうち、回転方向の速度成分は貫通孔１２０を通過することで打ち消される。貫通孔１２０は円筒形状の両端に口径の大きなラッパ形状の流入口１２０ａと流出口１２０ｂとを有し、溶融はんだ３が貫通孔１２０に流入する際や貫通孔１２０から流出する際に発生する圧力損失を抑制する。溶融はんだ３と貫通孔１２０の間にはたらく摩擦力は、回転方向のみならず流路方向にも発生するため、整流部材１２０は溶融はんだ３の回転方向の速度成分を打ち消すことができる範囲でなるべく短く形成するとなお良い。また、インペラ１１は溶融はんだ３と反応しにくい窒化処理を施したＳＵＳ３１６製の材料等で形成されている。
なお、ここでは貫通孔１２０を溶融はんだ３の液面と平行な面及び垂直な面に沿って形成した整流部材１２を示したが、インペラ１１からの回転流を液面と平行な層流にできるものであれば、溶融はんだ３の液面と斜め４５度をなす面及び斜め１３５度をなす面のように互いに直交する面であれば良く、これらの面に沿って溶融はんだ３の液面と平行な複数の貫通孔１２０を設けた整流部材１２であっても良い。
【００２０】
溶融はんだ槽２０の水平断面は、共通外接線に対して対称な２つの長円であって、半径が同じ２つの円を共通外接線で結んだ流線形に構成され、インペラ１１と整流部材１２の両側には溶融はんだ３の下流側に向かって整流部材１２の中心を通る鉛直な面と平行かつ対称な一対の仕切り板９すなわち仕切り部材が設けられている。この仕切り板９の上面は、図１０及び図１２に示すように溶融はんだ３の液面より上方に位置している。また、整流部材１２の中心を通る鉛直な面上には図１１及び１２に示すように、一端が溶融はんだ槽２０の側部２１に固定され、溶融はんだ３の液面よりも１〜１０ｍｍ程度低い仕切り壁２２が設けられている。更に、溶融はんだ槽２０の側部２１と底部の内面には、溶融はんだ３を加熱するためのヒータ４が設けられている。
【００２１】
なお、溶融はんだ槽２０の水平断面の形状は、図１５（ａ）に示すように２つの楕円をその焦点を結ぶ直線と平行な線に対して一部が重ね合わさるように対称に配置したものや、図１５（ｂ）に示すように半径の異なる２つの円を共通外接線でつないだ流線形がその共通外接線の１つを軸として対称に配置されたものであっても良い。
【００２２】
次に、動作について説明する。
インペラ１１を回転させると、インペラ１１の背面から整流部材１２へ向かって押し出された溶融はんだ３は整流部材１２の液面と平行な面及び垂直な面に沿って形成された貫通孔１２０を通過し、水平方向の層流となって一対の仕切り板９の間を一様な流速で流れる。この場合、インペラ１１によりわずかに向きの異なる層流が発生しても、溶融はんだ３が仕切り壁２２の両側に分岐されることにより仕切り板９と平行な層流に収束され、安定した層流を得ることができる。
【００２３】
そして、溶融はんだ３は仕切り壁２２の端まで移動すると、側部２１に沿って仕切り板９との間を一周し、再びインペラ１１の背面から吸込まれ、同様の流れを繰り返す。このとき、溶融はんだ槽２０の水平断面が２つの長円を共通外接線で結んだ流線形で構成されているため、溶融はんだ３が接する面はいずれも滑らかで溶融はんだ３の流れをスムーズにできる。
【００２４】
このように溶融はんだ槽２０内を溶融はんだ３が流れることにより、整流部材１２より下流側の仕切り板９に挟まれた領域においては、溶融はんだ３に水平方向の層流を生じるので、溶融はんだ３の液面を平滑に保ちつつ液温を均一化することができる。したがって、図１０に示すように仕切り板９に挟まれた領域において、仕切り壁２２上方の溶融はんだ３の液面に電子部品を載置したプリント基板のはんだ付け面を接触させることにより、溶融はんだ３の液面を平滑に保ったままはんだ付けを実施でき、プリント基板のはんだ付け後においても電子部品の端子間やリード間の短絡やはんだブリッジ等のはんだ付け不良の発生を低減できる。
【００２５】
また、溶融はんだ３の液温が常に均一に保たれるため、大きな熱伝達率によるプリント基板のはんだ付けが可能となり、入熱不足に起因して生じる未はんだやはんだ上がり不足などのはんだ付け不良の発生も抑制できる。
【００２６】
また、一対の仕切り板９に挟まれた領域における溶融はんだ３は一様な流速で流れるため、プリント基板を溶融はんだの流れと水平な液面に接触させることでもって、プリント基板への入熱状態が均一となり、良好なはんだ付けができる。
【００２７】
また、溶融はんだ３にプリント基板を接触した際に、プリント基板の直下に気化したフラックス等の気泡が発生した場合でも、実施の形態１と同様に層流により気泡を押し流すため、気泡によりはんだ付けが阻害されること無く、はんだ付け不良の発生を抑制できる。
【００２８】
この実施の形態によれば、インペラ１１と整流部材１２とからなる層流発生手段を用いて溶融はんだ３に水平方向の層流を発生させることにより、溶融はんだ３の液面を平滑に保ちつつ液温を均一化することができるので、電子部品の端子やリードへのはんだ付着による短絡及びはんだブリッジ等のはんだ付け不良の発生を低減できる。
また、流速が一様な仕切り板９に挟まれた領域にプリント基板を接触させることにより、高い熱伝達率でもって未はんだの発生やはんだ上がり不足などのはんだ付け不良の発生も抑制し、良好なはんだ付けができる。
また、溶融はんだ３にプリント基板を接触した際に、プリント基板の直下に気化したフラックス等の気泡が発生した場合でも層流により気泡を押し流すことが可能となり、はんだ付け不良の発生を抑制できる。
また、一対の仕切り板９の間に仕切り壁２２を設けることにより、安定した層流を得ることができる。
【符号の説明】
【００２９】
１、１０  はんだ付け装置
２、２０  溶融はんだ槽
３  溶融はんだ
４  ヒータ
５  円板
６  モータ
７  軸
８  突起部
９  仕切り板
１１  インペラ
１２  整流部材
１２０  貫通孔
２１  側部
２２  仕切り壁
【図１】
2011071192.tif 000003
【図２】
2011071192.tif 000004
【図３】
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【図４】
2011071192.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2011071192.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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