(57)【要約】【課題】シリンジ容器の次回吐出量をノズル温度検出によって予測し、シリンジ容器の吐出圧力およびまたはモータ回転量を制御することによって吐出量を自動的に制御する高粘度はんだ塗布装置を提供する。【解決手段】ノズル５の外面に温度センサ８を設け、ノズル５内を通過した高粘度はんだ材の温度を間接的に検出し、検出した温度をコントローラ７に出力する。コントローラ７は、温度センサ８が出力した検出した温度の情報を受けて、ノズル温度と吐出圧力の関係を示したテーブルを用いて、次回はんだ目標吐出量に合わせ、シリンジ容器１に与える吐出圧力値を算出する。そしてコントローラ７は上記吐出圧力値になるように、コントローラ７内の圧力調整弁71を制御することで、検出された温度に応じて算出された吐出圧力値になるよう調整する。【選択図】図１
2015077568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高粘度はんだ材料を収容するシリンジ容器と、モータ軸に連結固定されたスクリューを回転させるモータと、前記スクリューが内蔵された機構部と、前記シリンジ容器と前記機構部を接続する材料供給管と、前記スクリューの軸先端に設けたノズルと、前記モータの回転量（移動パルス量）およびまたは前記シリンジ容器の吐出圧力を調整する圧力調整弁を制御するコントローラと、を備える高粘度はんだ塗布装置であって、
前記ノズルの外面に設置される温度センサを更に備え、
前記ノズルから吐出される高粘度はんだ材料の表面の温度を前記温度センサで検出し、検出した前記温度を前記コントローラに伝達し、前記コントローラは検出された前記温度に対応して次回吐出量を予測して前記シリンジ容器における必要吐出圧力を求め、前記コントローラに設けた圧力調整弁を調整して前記で求めた必要吐出圧力に自動調整することを特徴とする高粘度はんだ塗布装置。
【請求項２】
前記圧力調整弁に代えて、電空レギュレータを備えていることを特徴とする請求項１に記載の高粘度はんだ塗布装置。
【請求項３】
高粘度はんだ材料を収容するシリンジ容器と、モータ軸に連結固定されたスクリューを回転させるモータと、前記スクリューが内蔵された機構部と、前記シリンジ容器と前記機構部を接続する材料供給管と、前記スクリューの軸先端に設けたノズルと、前記モータの回転量（移動パルス量）およびまたは前記シリンジ容器の吐出圧力を調整する圧力調整弁を制御するコントローラと、を備える高粘度はんだ塗布装置であって、
前記ノズルの外面に設置される温度センサを更に備え
前記ノズルから吐出される高粘度はんだ材料の表面の温度を前記温度センサで検出し、検出した前記温度を前記コントローラに伝達し、前記コントローラは検出された前記温度に対応する吐出量の偏差量から必要吐出量を求め、該必要吐出量とモータパルス量とを定義するテーブルを参照することで必要なモータパルス量を取得し、該取得したモータパルス量を前記モータに加えることで前記吐出量を自動で調整することを特徴とする高粘度はんだ塗布装置。
【請求項４】
前記圧力調整弁に代えて、電空レギュレータを備えていることを特徴とする請求項３に記載の高粘度はんだ塗布装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば銅箔を焼結したセラミック基板等に金属端子部品をはんだ接合する前工程において、高粘度はんだ材料を基板に塗布するためのはんだ塗布装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図８は、従来のはんだ塗布装置の機器構成を示す図である。図８に示す従来のはんだ塗布装置の機器構成において、はんだ塗布装置を用いて基板にはんだを塗布するには、ペースト状の高粘度はんだ材料を収容するシリンジ(syringe)容器11をエア加圧する（圧力調整弁171で一定圧力にする）ことでシリンジ容器内のはんだ材料を圧送する。材料供給管16を通じて、スクリュー13が内蔵された機構部14を介して、スクリュー13が回転することではんだ材料を移送し、スクリュー13の出口側に設けたノズル15からはんだ材料を吐出する。
【０００３】
スクリュー13はモータ12の軸に連結・固定され、モータ12の軸が回転することにより連動して回転する。スクリュー13は、軸の外径に螺旋状の溝が加工されており、吐出量のおおむねの精度は、その溝の深さとピッチ、及び、機構部14の内径とスクリュー外径のクリアランスで決まる。さらには、シリンジ容器11の吐出圧力やモータ12の回転数・回転量（回転角度）で決まる。また、シリンジ容器11は、加熱冷却機器19により温度調節が行われ、高粘度はんだ材料の温度を一定に保つことで吐出精度の向上を図っている。これは、高粘度はんだ材料に温度−粘度特性があり、粘度による吐出量ばらつきに影響があるためである。
【０００４】
吐出量は、上記加熱冷却機器19の温度調節のみでは微量の調整を行うことができないため、微量な吐出量の調整が要求される場合は、一定範囲内に収めるために人手による調整を行っている。具体的には、基板上に実塗布したはんだ20を一定間隔で抜き取って、電子天秤18で吐出量を測定し、目標吐出量に対する過不足分をコントローラ17に付随するモータの回転量（移動パルス量）に反映させ、次回はんだ吐出時の準備を行うようにしている。
【０００５】
下記特許文献１に示す高粘度接着剤塗布装置には、接着剤を収容した容器の吐出口に結合されたノズルにヒータを取り付け、このヒータによって吐出接着剤を加熱することにより、ノズルから吐出する寸前に接着剤の粘度を低くすることで、定量で、糸引現象のない、高精度な塗布を可能とすることが開示されている。また特許文献１には、ノズルに温度センサを設けて、ノズルから実際に吐出される接着剤の温度を検出して、ヒータ温度を制御することで、接着剤の定量吐出を高精度で行うとともに接着剤の糸引を防止することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−４７６５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した従来のはんだ塗布装置は、粘度による吐出量ばらつきを小さくするためシリンジ容器内の高粘度はんだ材を温度調節するための加熱冷却機器19が備え付けられている。この機器は、装置全体のコスト割合の約1/4であり高価である。また、使用済みシリンジから新品のシリンジへ交換する時の作業性が悪く、段取りに時間がかかるなどの課題がある。
【０００８】
また上記した特許文献１に示される高粘度接着剤塗布装置では、ノズルから実際に吐出される接着剤の温度をノズルに設けた温度センサにより検出して、ノズルに設けたヒータの温度を制御することで、接着剤の定量吐出および糸引を防止するようにしているが、ノズル温度検出によって次回吐出量を予測することについては言及しておらず、またシリンジ容器の吐出圧力及びモータ回転量を制御することによって吐出量を自動的に制御することについても何も触れていない。
【０００９】
そこで、本発明は、シリンジ容器の次回吐出量をノズル温度検出によって予測し、シリンジ容器の吐出圧力およびまたはモータ回転量を制御することによって吐出量を自動的に制御することが可能な高粘度はんだ塗布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】
【００１０】
前記の課題を解決するために本発明の高粘度はんだ塗布装置は、加熱冷却機器を使用しなくても、シリンジ容器の次回吐出量をノズル温度検出によって予測し、シリンジ容器の吐出圧力およびまたはモータ回転量（移動パルス量）を制御することによって吐出量を自動的に制御するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の高粘度はんだ塗布装置によれば、従来装置全体のコスト割合の約1/4を占める加熱冷却機器の使用を不要とすることができるため、現状における設備コストを大幅に削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る高粘度はんだ塗布装置の機器構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るノズル温度と吐出量の関係を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る目標吐出量に対するノズル温度と吐出圧力の関係を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係るモータパルス量と吐出量の関係を示す図である。
【図５】図４に示した本発明の実施形態に係るモータパルス量と吐出量の関係において更にパラメータとして温度を設定したときの関係を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る高粘度はんだ塗布装置の吐出圧力を調整する作業手順を示すフロー図である。
【図７】本発明の実施形態に係る高粘度はんだ塗布装置のモータパルス量を調整する作業手順を示すフロー図である。
【図８】従来のはんだ塗布装置の機器構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る高粘度はんだ塗布装置の機器構成を示す図である。図１において、本発明の実施形態に係る高粘度はんだ塗布装置は、高粘度はんだ材料を収容するシリンジ容器１を備えている。シリンジ容器１の下部に接続された材料供給管６を通じて、スクリュー３が内蔵された機構部４を介してはんだ材料をスクリュー３に移送し、スクリュー３が回転することではんだ材料が出口に向かって移送されることで、スクリュー３の出口に設けたノズル５からはんだ材料を吐出する構成となっている。なおスクリュー３はモータ２の軸に連結・固定され、モータ２の軸が回転することにより連動して回転する。またノズル５は、機構部４に内蔵されたスクリュー３の軸先端(出口)に接続され、高粘度はんだ材料を吐出する。
【００１４】
以上に示した本発明の実施形態に係る高粘度はんだ塗布装置の機器構成は、図８に示した従来の高粘度はんだ塗布装置が有している加熱冷却機器19を除けば機器構成自体はそれほど異なるものではない。
【００１５】
しかし本発明の実施形態に係る高粘度はんだ塗布装置は、従来の高粘度はんだ塗布装置が有する加熱冷却機器を除いたうえで、さらに次に示す機能を追加して吐出圧力およびまたは吐出量を自動的に制御することにより高精度のはんだ吐出を可能にしたものである。すなわち、
ノズル５の外面に温度センサ８を設け、ノズル５内を通過した高粘度はんだ材の温度を間接的に検出し、検出した温度をコントローラ７に出力する。
【００１６】
コントローラ７は、温度センサ８が出力した検出した温度の情報を受けることで、次回はんだ目標吐出量に合わせ、シリンジ容器１に与える吐出圧力値を算出する。
図１のコントローラ７内には、シリンジ容器１に供給するエア圧力を制御する圧力調整弁71が備えられており、上記の如くコントローラ７により算出された吐出圧力値とすべく、コントローラ７内の圧力調整弁71を制御する。圧力調整弁71の代用に例えば電空レギュレータ（図示せず）のように電圧で圧力を制御する機器を用いれば、吐出圧力値が求まればこれを電圧に換算することで電空レギュレータを用いることで吐出圧力を制御することが可能となる。なお上記において、本発明の構成要素である、シリンジ容器１、モータ２、機構部４、ノズル５および温度センサ８は、実際にはクリーンルーム（図示せず）内に収納されており、該クリーンルームは、通常で常温の状態、例えば20℃〜28℃に保たれていること、及び、本発明における上述した温度制御を行うことで、従来のような加熱冷却機器９を使用して温度制御を行う構成を排除している。これにより設備コストを大幅に削減することが可能となる。
【００１７】
図２は、本発明の実施形態に係るノズル温度と吐出量の関係を示す図である。すなわち図２では、一例として目標吐出量を1.2ｇに初期調整し、シリンジ容器１の吐出圧力を、パラメータとして200(kPa)、225(kPa)、及び、250(kPa)に設定したときのノズル温度と吐出量の関係を示すものである。図２に示されたシリンジ容器１の吐出圧力を各パラメータに設定したときのノズル温度と吐出量の関係を示すグラフから、ノズル温度が上がると吐出量が微量に増加することが分かる。例えば、各パラメータに設定されたシリンジ容器１の吐出圧力においてノズル温度が約１℃上昇すると、吐出量は約0.005〜0.01ｇ増加する。またシリンジ容器１の吐出圧力によって吐出量が増減することも分かる。
【００１８】
図２に示されたグラフからパラメータに設定された各吐出圧力におけるノズル温度と吐出量に関する知見から、ノズル５の外面に設けた温度センサ８によりノズル温度を検出し、検出したノズル温度に対する吐出量と目標吐出量との偏差量からコントローラ７が補正すべき吐出量を算出し、算出した吐出量に見合う調整すべき吐出圧力の値を求めてシリンジ容器１の吐出圧力を制御することで吐出量の調整を行うことが可能となる。
【００１９】
図３は、本発明の実施形態に係る目標吐出量に対するノズル温度と吐出圧力の関係を示す図である。図３では、目標吐出量のパラメータとして1.2ｇ、1.21ｇ、および、1.22ｇに初期調整したときの、ノズル温度と吐出圧力の関係を示している。したがって、ノズル５の外面に設けた温度センサ８によりノズル温度を間接的に検出して、検出したノズル温度に対する目標吐出量における吐出圧力の偏差量から調整すべき圧力の値を求めてシリンジ容器１の吐出圧力を調整することができる。具体的には、図３に示されたグラフより各目標吐出量毎のノズル温度と吐出圧力とをテーブル化し、検出したノズル温度に対する目標吐出量における吐出圧力から調整すべき圧力の値を最終決定する。吐出圧力は、圧力調整弁71の代用に例えば電空レギュレータ（図示せず）のような電圧で圧力を制御する機器を用いれば、上記したテーブルを基にコントローラ７内で調整すべき吐出圧力に対応する電圧を求めることができ、該電圧を電空レギュレータにフィードバックすることで吐出圧力を自動調整することができる。
【００２０】
上記のほか、ノズル５の外面に設けた温度センサ８でノズル温度を間接的に検知して、当該温度における目標吐出量との偏差量から必要吐出量を求めてモータパルス数(モータパルス量)を調整することで吐出量の調整を行うことが可能である。これについては後述する。
【００２１】
図４は、本発明の実施形態に係るモータパルス量と吐出量の関係を示す図である。図４に示す吐出圧力をパラメータとして200(kPa)及び250(kPa)に設定したときのモータパルス量と吐出量の関係を基に、モータパルス量と吐出量の関係をテーブル化（図示例からパラメータとして設定した吐出圧力におけるモータパルス量の値に大きな差がないことが分かる）し、偏差量に対する吐出量をモータパルス数（パルス量）で調整することができる。実際には、図１に示すモータ２に対して図１に示すコントローラ７から所定のモータパルス量をモータ２に加えることで、モータ２の回転が制御され、モータ２の軸に連結・固定されたスクリュー３が制御されることで吐出量が制御されることになる。
【００２２】
図５は、図４に示した本発明の実施形態に係るモータパルス量と吐出量の関係において更にパラメータとして温度を考慮したときの関係を示す図である。
図５(ａ)は、吐出圧力のパラメータに200(kPa)を設定したときのモータパルス量と吐出量の関係を示す図であり、更に温度のパラメータとして20℃、24℃、及び28℃を設定したときの図である。また図５(ｂ)は、吐出圧力のパラメータに225(kPa)を設定したときのモータパルス量と吐出量の関係を示す図であり、更に温度のパラメータとして20℃、24℃、及び28℃を設定したときの図である。さらに図５(ｃ)は、吐出圧力のパラメータに250(kPa)を設定したときのモータパルス量と吐出量の関係を示す図であり、更に温度のパラメータとして20℃、24℃、及び28℃を設定したときの図である。
【００２３】
図５(ａ)〜（ｃ）を参照すると、温度の違い（20℃〜28℃）によっても吐出量が変化することが分かる。したがって、温度センサ８で検出した温度に応じて、図５(ａ)〜（ｃ）に示される値を用いて吐出量を補正することでさらに微細な吐出量の調整を行うことが可能となる。
【００２４】
なお上記におけるモータには、600rpmの定格回転数を有するパルスモータを用いることが望ましい。
図６は、本発明の実施形態に係る高粘度はんだ塗布装置の吐出圧力を調整する作業手順を示すフロー図である。
【００２５】
図６に基づいて本発明の実施形態に係る高粘度はんだ塗布装置の吐出圧力を調整する動作について説明する。ステップS11において、最初に目標吐出量を決定する。例えば、ここでは最初に目標吐出量を1.2ｇと決めたとする。
【００２６】
次いで、ステップS12においてはんだ吐出を実行する。吐出が行われた後、ノズル５の外面に設けられた温度センサ８で温度を間接的に検出する（ステップS13）。
そしてステップS14において、ノズル温度は変化したかを判定する。判定により変化無しならば、ステップS12に戻り、ステップS12〜ステップS14を変化が検出されるまで繰り返す。
【００２７】
ステップS14における判定によりノズル温度の変化を検出した場合には、ステップS15に進み、ステップS15において、ノズル温度における吐出圧力と目標吐出量の関係を図２及び図３のグラフからテーブル化した表を用いて、ノズル温度に対する補正すべき吐出圧力を決定する。ついでステップS16において、必要とする圧力を電圧に換算する。そして例えば電空レギュレータ(図示せず)にフィードバックして補正すべき圧力となるよう制御を実行する。なお電空レギュレータ(図示せず)を用いない場合には、補正すべき吐出圧力をコントローラ７が上記表(テーブル)に基づいて算出し、算出した補正すべき吐出圧力となるよう圧力調整弁71を制御することで吐出量の調整を行うことが可能となる。
【００２８】
上記以外に、ノズル５の外面に設けた温度センサ８でノズル温度を間接的に検知して、目標吐出量との偏差量から補正すべき吐出量を求めてモータパルス数（モータパルス量）を調整することで吐出量を調整することも可能である。これについては図７を用いて説明する。
【００２９】
図７は、本発明の実施形態に係る高粘度はんだ塗布装置のモータパルス量を調整する作業手順を示すフロー図である。
図７に基づいて本発明の実施形態に係る高粘度はんだ塗布装置のモータパルス量を調整する動作について説明する。ステップS21において、最初に目標吐出量を決定する。例えば、最初に目標吐出量を0.06ｇと決めたとする。
【００３０】
次いで、ステップS22においてはんだ吐出を実行する。吐出が行われた後、ノズル５の外面に設けられた温度センサ８で温度を間接的に検出する（ステップS23）。
そしてステップS24において、ノズル温度は変化したかを判定する。判定により変化無しならば、ステップS22に戻り、ステップS22〜ステップS24を変化が検出されるまで繰り返す。
【００３１】
ステップS24における判定によりノズル温度の変化を検出した場合には、ステップS25に進み、ステップS25において、ノズル温度におけるモータパルス量と吐出量の関係（図４参照）をテーブル化した表を用いて、目標吐出量に対する補正すべき(吐出量)偏差を算出・決定する。ステップS26において、補正のために必要となる吐出量に対してモータ２にフィードバックすべきモータパルス量を算出し、算出したモータパルス量をモータ２にフィードバックして回転制御する。図示していないがモータ２はサーボモータ(定格回転数：600rpm)で構成され、上記のモータパルス量がモータ２にフィードバックされて回転制御される。これによりモータパルス量を調整することで吐出量を補正することが可能となる。
【００３２】
図６及び図７における説明においてはそれぞれが単独に制御されるように説明したが、両者を組合わせて吐出量の調整を行うようにしてもよい。例えば、図６によって吐出圧力を調整して吐出量を調整すると共に、一方で、微細な吐出量の調整のために図７によってモータパルス量を調整することで吐出量を調整するようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本実施形態では、高粘度はんだ材料を主に取り上げたが、基板への塗布に使用されるその他の高粘度材料(例えばシリコン材料)においても適用することが可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１  シリンジ容器
２  モータ
３  スクリュー
４  機構部
５  ノズル
６  材料供給管
７  コントローラ
８  温度センサ
71  圧力調整弁
【図６】
2015077568.tif 000003
【図７】
2015077568.tif 000004
【図１】
2015077568.tif 000005
【図２】
2015077568.tif 000006
【図３】
2015077568.tif 000007
【図４】
2015077568.tif 000008
【図５】
2015077568.tif 000009
【図８】
2015077568.tif 000010