(57)【要約】【課題】  容易に後付け電子部品を搭載する半田付け方法を提供する。【解決手段】  本発明になる電子部品のはんだ付け方法は、クリームはんだが印刷された後付け部品搭載位置に、この後付け部品の外形寸法を僅かに上回る外形寸法のヒータチップを位置合わせして載置し、このヒータチップを瞬間的に加熱し、その後自然冷却することで前記クリームはんだを溶融固化させることで前記後付け部品搭載部となる凹部を形成することを特徴とするものである。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クリームはんだが印刷された後付け部品搭載位置に、この後付け部品の外形寸法を僅かに上回る外形寸法のヒータチップを位置合わせし、このヒータチップを瞬間的に加熱し、その後自然冷却することで前記クリームはんだを溶融固化させて前記後付け部品の部品搭載部を形成することを特徴とする電子部品の半田付け方法。
【請求項２】
次の工程を含むことを特徴とする請求項１記載の電子部品の半田付け方法。
ａ）プリント配線板に形成された部品搭載パットにクリームはんだを印刷する工程
ｂ）後付け部品の搭載部を形成する工程
ｃ）前記後付け部品を工程ｂ）で形成した搭載部に載置する工程
ｄ）工程ｃ）で載置した後付け部品を瞬時加熱方式でリフロー半田付けする工程
【請求項３】
プリント配線板に後付け電子部品を半田付けする半田付け装置であって、
前記プリント配線板の前記後付け部品搭載位置にこの後付け部品を搭載する搭載部形成手段と、
この搭載部に前記後付け電子部品を搭載する搭載手段と、
を具備することを特徴とする電子部品の半田付け装置。
【請求項４】
前記電子部品の半田付け装置には、
この半田付け装置の動作全体を制御して後付け部品搭載を制御するＣＰＵ、各種制御プログラムやデータを格納したＲＯＭ、制御データ、処理データを格納し作業領域を提供するＲＡＭから構成される制御部と、この半田付け装置を動作させるのに必要なデータに従って、前記制御部の制御に基づいて前記後付け部品を搭載するＸ／Ｙ駆動部及びその他の駆動部と、からなる制御手段
を具備することを特徴とする請求項３記載の電子部品の半田付け装置。
【請求項５】
前記後付け部品搭載部形成手段は、
後付け部品の外形寸法を僅かに上回る外形寸法の第1ヒータチップを有し、前記制御手段からの制御により、プリント配線板の前記後付け部品の搭載位置に前記第１ヒータチップを位置合わせして載せ、加圧しつつ加熱した後、この第１ヒータチップをこの後付け部品搭載位置から離して、この部分を冷却することで後付け部品搭載部を形成する搭載部形成部を具備することを特徴とする請求項３記載の電子部品の半田付け装置。
【請求項６】
前記後付け部品搭載手段は、
後付け部品を吸着する吸着ノズルとこの後付け部品をリフロー半田付けする第２ヒータチップを有し、前記制御手段からの制御により、吸着ノズルを用いて前記後付け部品搭載部に後付け部品を載せ、この後付け部品を所定の荷重で押さえながら、この部品の外側に形成されている半田部分を前記第２ヒータチップで加圧、加熱してこの半田部の半田を溶融し、その後この第２ヒータチップをこの半田部分から離して、この後付け部品を半田付けする後付け部品搭載部を具備することを特徴とする請求項３記載の電子部品の半田付け装置。
【請求項７】
前記後付け部品搭載部形成手段は、
前記プリント配線板と前記後付け部品搭載位置を画像認識し、その結果により前記第１ヒータチップの駆動データを生成する撮像部と画像認識部とを具備することを特徴とする請求項３記載の電子部品の半田付け装置。
【請求項８】
前記後付け部品搭載手段は、
前記プリント配線板と前記後付け部品搭載部形成位置と半田付け位置を画像認識し、その結果により前記第２ヒータチップの駆動データを生成する撮像部と画像認識部とを具備することを特徴とする請求項３記載の電子部品の半田付け装置。
【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半田付けする方法とこの方法に用いる半田付け装置に係り、特に耐熱性などの問題からリフロー炉を通すことのできない部品の後付け半田付けを容易にする方法と装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリント配線板には多種多数の電子部品が搭載されて所望の機能を発揮する（以下、このように多種多数の電子部品が搭載されたプリント配線板を電子部品搭載前のプリント配線板と区別するためにモジュールと呼ぶことにする）。このようなモジュールを組み立てるには、自動搭載機を用いてプリント配線板に電子部品を搭載した後リフロー炉に入れられ、リフロー半田付けがなされている。
【０００３】
このようなモジュールの組み立て方法は一連の流れとして実行できるために便利なものである。しかしながら、一つのモジュールに搭載される電子部品には耐熱性の点でリフロー炉内での一括半田付けができないものが存在する。このような電子部品はリフロー半田付け後に手作業により半田付されている。すなわち後付けである。この手作業による半田付けは作業者の熟練度合等によりその結果がばらつき、歩留まりが悪いという欠点があり、このため、この手作業を容易にする方法や後付け作業であっても手作業を極力少なくする方法が求められていた。
【０００４】
従来この熟練度を必要とする手作業による後付け電子部品（以下、後付け部品ともいう）の搭載は次のような方法が提案されていた。
すなわち、後付けする部品のフットパット部の形状開口部を有する絶縁基板の開口部に、クリーム半田が充填されてなるハンダパッケージをプリント配線板上のフットパット位置に合わせて載せ、その後に後付け部品を載せてリフロー炉を通してハンダ融合により部品付けを行うものである（特許文献１）。
また、この後付け部品の半田付け部だけにヒータチップを押し当て加熱する瞬間加熱方式（パルスヒート方式）によりリフロー半田付けする方法も提案されていた（特許文献２）
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３１３１６５号公報（例えば、請求項６）
【特許文献２】特公平７−１９９５６号公報（例えば、請求項１および段落番号［０００４］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の方法によれば、手作業による部品の後付けを専用治具および高度な熟練を必要とせずに容易に行うことができる。
しかしながら、この方法は最終的にはリフロー炉を通して加熱してハンダ融合させて部品付けを行うものであるから、耐熱性の観点からリフロー炉で一括加熱することができない電子部品を用いる場合には適用することができず、相変わらず前述の課題は解決されていなかった。
また、特許文献２に記載のパルスヒート方式は、後付け部品自体への接触、加熱方式であることから、求められる搭載位置精度が低いときには特段問題は生じないが、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｐｕｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）等の撮像素子を搭載したカメラモジュールの組み立てなどにおける撮像素子とレンズユニットとの間のように搭載位置精度に高精度が求められるものには適用できないという欠点があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、プリント配線板の後付け部品搭載位置にこの後付け部品の搭載部を形成することで、容易に後付け部品を半田付けする電子部品の半田付け方法を提供することを第１の目的とし、この半田付け方法に使用して好適な半田付け装置を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明になる電子部品の半田付け方法は、クリームはんだが印刷された後付け部品搭載位置に、この後付け部品の外形寸法を僅かに上回る外形寸法のヒータチップを位置合わせし、このヒータチップを瞬間的に加熱し、その後自然冷却することで前記クリームはんだを溶融固化させて前記後付け部品の部品搭載部を形成することを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明になる電子部品の半田付け方法は、次の工程を含むことを特徴とするものである。
ａ）プリント配線板に形成された部品搭載パットにクリームはんだを印刷する工程
ｂ）後付け部品の搭載部を形成する工程
ｃ）前記後付け部品を工程ｂ）で形成した搭載部に載置する工程
ｄ）工程ｃ）で載置した後付け部品を瞬時加熱方式でリフロー半田付けする工程
【００１０】
本発明になる電子部品の半田付け装置は、プリント配線板に後付け電子部品を半田付けする半田付け装置であって、前記プリント配線板の前記後付け部品搭載位置にこの後付け部品を搭載する搭載部形成手段と、この搭載部に前記後付け電子部品を搭載する搭載手段と、を具備することを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明になる電子部品の半田付け装置は、前記構成に加えて、この半田付け装置の動作全体を制御して後付け部品搭載を制御するＣＰＵ、各種制御プログラムやデータを格納したＲＯＭ、制御データ、処理データを格納し作業領域を提供するＲＡＭから構成される制御部と、この半田付け装置を動作させるのに必要なデータに従って、前記制御部の制御に基づいて前記後付け部品を搭載するＸ／Ｙ駆動部及びその他の駆動部と、からなる制御手段を具備することを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明になる電子部品の半田装置の前記後付け部品搭載部形成手段は、後付け部品の外形寸法を僅かに上回る外形寸法の第1ヒータチップを有し、前記制御手段からの制御により、プリント配線板の前記後付け部品の搭載位置に前記第１ヒータチップを位置合わせして載せ、加圧しつつ加熱した後、この第１ヒータチップをこの後付け部品搭載位置から離して、この部分を冷却することで後付け部品搭載部を形成する搭載部形成部を具備することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明になる電子部品の半田付け装置の前記後付け部品搭載手段は、後付け部品を吸着する吸着ノズルとこの後付け部品をリフロー半田付けする第２ヒータチップを有し、前記制御手段からの制御により、吸着ノズルを用いて前記後付け部品搭載部に後付け部品を載せ、この後付け部品を所定の荷重で押さえながら、この部品の外側に形成されている半田部分を前記第２ヒータチップで加圧、加熱してこの半田部の半田を溶融し、その後この第２ヒータチップをこの半田部分から離して、この後付け部品を半田付けする後付け部品搭載部を具備することを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明になる電子部品の半田付け装置の前記後付け部品搭載部形成手段は、前記プリント配線板と前記後付け部品搭載位置を画像認識し、その結果により前記第１ヒータチップの駆動データを生成する撮像部と画像認識部とを具備することを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明になる電子部品の半田付け装置の前記後付け部品搭載手段は、前記プリント配線板と前記後付け部品搭載部形成位置と半田付け位置を画像認識し、その結果により前記第２ヒータチップの駆動データを生成する撮像部と画像認識部とを具備することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１および２記載の電子部品の半田付け方法によれば、全ての電子部品の搭載パットにクリーム半田を印刷し、後付け電子部品搭載位置にこの後付け電子部品の外形寸法より僅かに上回る外形のヒータチップでこのクリーム半田を溶融固化することで、半田の壁を形成し、この後付け電子部品の搭載部となる凹部を形成している。従って、後付け電子部品向きを正してこの凹部に載置することで位置合わせが可能となるから、容易に後付け電子部品を半田付けすることができる電子部品の半田付け方法を提供できる。
【００１７】
請求項３乃至請求項８記載の電子部品の半田付け装置によれば、電子部品搭載パットにクリーム半田を印刷したプリント配線板の後付け電子部品の搭載位置に搭載部を形成する第1ヒータチップと実際に後付け電子部品をリフロー半田付けにより半田付けする第２ヒータチップとこの第１、第２ヒータチップの位置駆動、加熱、加圧制御部を備えることとしたので、容易に正確な位置に後付け電子部品の搭載部を形成することができるとともにこの電子部品を半田付けすることができ、請求項１および２に記載の電子部品の半田付け方法に好適な半田付け装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に本発明について図を用いて詳細に説明する。
図１は本発明になる電子部品の半田付けの概略工程図、図２は本発明になる電子部品の半田付け方法を説明するための後付け電子部品の搭載部を示すプリント配線板の部分図、図３と図４は本発明になる電子部品の半田付け方法を概略工程順の説明図の前半部と後半部で、図２のイ−イ断面を横から見た図、図５は本発明になる電子部品の半田付け方法に使用する半田付け装置の概略構成図、図６はこの半田付け装置に用いられる制御部（第１および第２制御部は共通である）の概略機能ブロック図である。
【００１９】
図３および図４において、１はプリント配線板、２、２は後付け部品を搭載するフットパット、３は後付け部品、５、５はプリント配線板１へ搭載する他の電子部品をリフロー炉を通して半田融合させるために同時に印刷されたクリーム半田、１１は後付け部品３の外形寸法と同一の寸法で形成され、後付け部品３の搭載部を形成する第１ヒータチップ、１３は後付け部品３を半田５、５を溶融して接合させる第２ヒータチップ、２１は後付け部品３のプリント配線板１上への載置後に後付け部品３の動きを防止するための荷重を印加する加圧手段である。第１ヒータチップ１１および第２ヒータチップ１３は上述の用途から、公知のように半田濡れ性の低いモリブデン等の高抵抗金属で作るのがよい。
【００２０】
図５において、２００は本発明になる半田付け装置で後付け部品搭載部形成段２３０と後付け部品搭載段２５０からなる。後付け部品搭載部形成段２３０と後付け部品搭載段２５０は共に同じ構成からなる第１制御部２１０ａおよび第２制御部２１０ｂの制御に基づきプリント配線板１の後付け部品搭載位置にこの後付け部品の搭載部を形成し、この搭載部に後付け部品を搭載する。この後付け部品の搭載手順については後述する。
【００２１】
制御段２１０は、この半田付け装置２００の動作全体を制御して後付け部品搭載を制御するＣＰＵ２１１ａ、各種制御プログラムやデータを格納したＲＯＭ２１１ｃ、制御データ、処理データを格納し作業領域を提供するＲＡＭ２１１ｂから構成される制御部２１１を有している。制御部２１１は、データ入力部２１５を介して入力される各種のデータ（後付け部品の位置、加熱温度、温度維持時間など）に従って、Ｘ／Ｙ駆動部及びその他の駆動部２１４を駆動して概略次のようにして後付け部品を搭載する。
【００２２】
後付け部品搭載部形成段２３０においては、搭載部形成部２３１を制御することで、所定の位置に載置されたプリント配線板１の後付け部品搭載位置（図示せず）に後付け部品の外形寸法と同じ寸法の第１ヒータチップ（図示せず）を位置合わせして載せ、加圧しつつ加熱した後、第１ヒータチップをこの後付け部品搭載位置から離して、この部分を冷却することで後付け部品搭載部を形成する。
【００２３】
後付け部品搭載段においては、搭載実行部２５１を制御することで、吸着ノズル（図示せず）を用いてこの後付け部品搭載部に後付け部品を載せ、この後付け部品を所定の荷重で押さえながら、この部品の外側のはんだ部を第２ヒータチップ（図示せず）で加圧、加熱してこのはんだ部のはんだを溶融し、その後第２ヒータチップをこのはんだ部から離して、この後付け部品を所定の位置に搭載する。
【００２４】
この後付け部品搭載部形成と後付け部品搭載においては、カメラ２１６によりこれらの部分を撮像し、この画像を画像認識部２１７でプリント配線板１、後付け部品搭載位置、はんだ部等が認識され、この認識結果により所定の修正を受けて後付け部品搭載部形成そして後付け部品の搭載を行う。
【００２５】
次にこのようなはんだ付け装置を用いた後付け部品のはんだ付け方法について詳細に説明する。後付け部品のはんだ付け作業を開始する前にデータ入力部２１５を介して、後付け部品の搭載位置、後付け部品の外形寸法、第１、第２ヒータチップの温度、第１、第２ヒータチップの温度維持時間等の後付け部品の搭載に必要なデータをデータ記憶部２１８に格納しておく。
【００２６】
プリント配線板に部品を搭載し、モジュールを組み立てるときの概要について図１を参照しながら説明する。
先ず、プリント配線板に形成された半田付けにより搭載する部品のパットにクリームはんだを印刷する（図１のＳ１０１）。このクリームはんだ印刷は公知の手法を用いて行うことができるが、後付け部品搭載部を形成するために後付け部品搭載パットには他のパットより多めのクリームはんだを印刷しておく方がよいときには、予め記憶させた供給位置に順に一定量ずつ供給するコンピュータ制御のディスペンサを用いるのがよい。なお、後述するように、搭載部形成時に半田が溶融してフットパットに沿って押し出されるので、後付け部品の搭載パットには、その分を加減してクリーム半田を印刷する必要がある。
【００２７】
次に、後付け部品を除いた全ての部品をそれぞれ所定の位置に搭載する（図１のＳ１０２）。この搭載された部品はクリームはんだの粘性によりプリント配線板上に固定される。なお、部品に応じて必要であれば接着剤により固定する方法を採用してもよい。
次に、この部品を搭載したプリント配線板をリフロー炉に入れ、予備加熱と本加熱をすることでクリームはんだを融合させて搭載された部品をプリント配線板にリフロー半田付けする（図１のＳ１０３）。その後リフロー炉からこのプリント配線板を取り出す。
【００２８】
次に、このプリント配線板の後付け部品搭載位置に後付け部品搭載部を形成する（図１のＳ１０４）。その後、この形成された搭載部に後付け部品を位置合わせして載せ、この後付け部品が動かないように荷重を印加して固定する（図１のＳ１０５）。最後に、この後付け部品の外側のはんだ部分にヒータチップを押し当て、パルスヒートリフローによりはんだを溶融してこの後付け部品を半田付けする（図１のＳ１０６）。こうして、目的のモジュールが完成する。
このＳ１０４からＳ１０６までの工程は本発明に係る電子部品のはんだ付け方法であるので、次に図３と図４を用いてさらに詳細に説明する。
【００２９】
図３と図４はプリント配線板１の後付け部品搭載部のみを図示したもので、図２に示すように後付け部品搭載用の１つのパットのほぼ中央部分（イ−イ）で切断した断面図であることは前述のとおりである。
【００３０】
最初にプリント配線板１を準備する（図３の（ａ））。このプリント配線板１のパット２、２に前述のようにしてクリームはんだ５、５を印刷する（図３の（ｂ））。この後前述のように後付け部品を除いた全部品を搭載し、これらの部品をリフロー炉にてリフロー半田付けする。この後、このプリント配線板１をはんだ付け装置２００の後付け部品搭載部形成段２３０所定の位置に載置する。この載置手段は手作業による載置も含め公知の載置手段を用いることができる。
【００３１】
ここで、搭載部形成部２３１に設けられた後付け部品の外形寸法より僅かに上回る外形からなる第１ヒータチップ１１をこの後付け部品の搭載位置に位置合わせしてプリント配線板１のクリームはんだ５、５が印刷された面に載せ、先に設定した時間加圧しながら加熱し、その後第１ヒータチップ１１をこの面から引き離す（図３の（ｃ））。こうすることで、後付け部品に対応する部分のはんだだけが溶融して一部の半田がパット２上に残り、大部分の半田はパットに沿って押しのけられてちょうど後付け部品の外形に相当する領域が周辺をはんだの壁で囲まれた凹部として形成され、これが後付け部品搭載部となる（図２の（ｃ−２）、図２の（ｄ））。
【００３２】
続いて、このプリント配線板１を後付け部品搭載段２５０に移送し、所定の位置に載置する。そして、前記後付け部品搭載部に所定の後付け部品３を載置する（図４の（ｅ））。この載置は搭載実行部２５１の吸着ノズル（図示せず）で後付け部品３を吸着し、カメラ２１６で後付け部品３を撮像し、この画像を画像認識部２１７で処理認識することで正確に位置合わせして実行する。このとき、前記後付け部品搭載部は後付け部品３の外形寸法より僅かに大きい程度の凹部となっているから、後付け部品３の向きを正しくすることができれば、この凹部に落とし込むだけで実質的な位置合わせが完了する。
【００３３】
次に、搭載実行部２５１の加圧機構（図示せず）を用いて後付け部品３をプリント配線板１に押し付けるようにして後付け部品３を機械的に固定する（図４の（ｆ））。続いて、搭載実行部２５１に設けられた第２ヒータチップ１３、１３を後付け部品３の外側のはんだ５、５の上に位置合わせして降下させ、はんだ５、５の上に載せ、先に設定した時間加圧しながら加熱し、その後第２ヒータチップ１３、１３をこの面から引き離す（図４の（ｇ））。こうすることで、第２ヒータチップ１３、１３により加熱されることではんだ５、５が溶融して、後付け部品３の電極４、４とパット２、２が半田付けされるので後付け部品３が所定の位置に搭載される（図４の（ｈ））。このとき電極４、４とパット２、２との間には薄いはんだ層５、５が存在するが、薄いために毛管現象により後付け部品３の外側のはんだ５、５も電極４、４とパット２、２の間に入り込み強固なはんだ付けが実現される。
【００３４】
このようにして、後付け部品の搭載が完了する。
なお、第２ヒータチップ１３、１３は加熱終了後はんだが固まるまで待ってからはんだ５、５から離してもよいが、はんだが固まらない前に離すこともできる。このように、はんだが固まらない前に離すのは後付け部品３の電極とパット２、２間に働くセルフアライメント効果により特段の位置合わせ機構を採用しないでも適切な位置合わせが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明になる電子部品の半田付けの概略工程図である。
【図２】本発明になる電子部品の半田付け方法を説明するための後付け電子部品の搭載部を示すプリント配線板の部分図である。
【図３】本発明になる電子部品の半田付け方法を概略工程順の説明図の前半部で、図２のイ−イ断面を横から見た図である。
【図４】本発明になる電子部品の半田付け方法を概略工程順の説明図の後半部で、図２のイ−イ断面を横から見た図である。
【図５】本発明になる電子部品の半田付け方法に使用する半田付け装置の概略構成図である。
【図６】この半田付け装置に用いられる制御部（第１および第２制御部は共通である）の概略機能ブロック図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  プリント配線板
２  パット
３  後付け電子部品
４  後付け電子部品の電極
５  クリームはんだ
１１  第１ヒータチップ
１３  第２ヒータチップ
２００  半田付け装置
２１０  制御段
２１１  制御部
２１４  Ｘ／Ｙ駆動部及びその他の駆動部
２１５  データ入力部
２３０  後付け部品搭載部形成段
２３１  搭載部形成部
２５０  後付け部品搭載段
２５１  搭載実行部
【図１】
2008311349.tif 000003
【図２】
2008311349.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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