(57)【要約】【目的】  鉛フリー半田を用いた場合でも均一な半田層をプリント基板１５に形成できる半田レベラーと半田レベリング方法を提供すること。【構成】  半田レベリングステーション（半田レベラー）１３Ａは、ほぼ水平方向に搬送される半田付けされたプリント回路配線板１５の配線面１５ａに圧縮空気を吹き付けるエアーナイフ１９Ａ，１９Ｂと、エアーナイフにより圧縮空気を吹きつけられたプリント回路配線板を保温する保温空間２３と、を有している。保温空間は、エアーナイフにより圧縮空気を吹きつけられたプリント回路配線板の搬送方向に関して、エアーナイフの下流側に連続して設けられている。保温空間の温度は８０℃以上である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ水平方向に搬送される半田付けされたプリント回路配線板の配線面に圧縮空気を吹き付けるエアーナイフと、
前記エアーナイフにより前記圧縮空気を吹きつけられた前記プリント回路配線板を保温する保温空間と、を有し、
前記保温空間は、前記エアーナイフにより前記圧縮空気を吹きつけられた前記プリント回路配線板の搬送方向に関して、該エアーナイフの下流側に連続して設けられ、
前記保温空間の温度は、８０℃以上であることを特徴とする半田レベラー。
【請求項２】
前記保温空間に熱風を送風する送風部を有することを特徴とする請求項１に記載の半田レベラー。
【請求項３】
前記保温空間を加温するヒータを有することを特徴とする請求項１に記載の半田レベラー。
【請求項４】
前記圧縮空気を送風する前記エアーナイフの送風口は、前記保温空間と連続した空間にあることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の半田レベラー。
【請求項５】
前記エアーナイフは、前記プリント回路配線板の通路空間を開けて上下に配置された第１のエアーナイフと、第２のエアーナイフとで構成され、
前記第１、第２のエアーナイフの前記圧縮空気を送風する第１、第２の送風口は、前記通路空間に向き、
前記通路空間が、前記保温空間と連続した空間であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の半田レベラー。
【請求項６】
ほぼ水平方向に搬送される半田付けされたプリント回路配線板の配線面に圧縮空気を吹き付けるレベリング工程と、
前記レベリング工程で前記圧縮空気を吹きつけられた前記プリント回路配線板を保温する保温工程と、を有し、
前記保温工程は、前記レベリング工程の後に連続して設け、
前記温工程での保温温度は、８０℃以上であることを特徴とする半田レベリング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
プリント配線基板に露出した銅上にコーティングされた半田から余分な半田を取り除く半田レベラーと半田レベリング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント配線基板の露出した銅箔部分は、酸化すると電気を通さなくなったり、電子部品を係る銅箔部分に半田付けするに際し、半田が銅箔部分になじまずに取付け不具合等が発生する等の問題がある。係る問題を回避するために、プリント配線基板の成形工程には予め銅箔部分に半田を付ける半田付け工程が設けられる。
【０００３】
半田付け工程後の銅箔部分には、不均一に半田が付着したり、スルーホール中に半田が充填されてしまっており、係る余分な半田を取り除く、半田層厚みを均一化し、且つ、スルーホールを確実に形成するために、半田付け工程後直ぐにプリント配線基板表面に加熱した圧縮空気を吹き付けることにより、プリント配線基板上の余分な半田を吹き飛ばす半田レベラー工程が実施されている。
【０００４】
図３は、従来の半田レベラー工程を含むプリント配線板の半田付け装置１００を示している（例えば、特許文献１参照）。プリント配線板の半田付け装置１００は、予熱装置１０、フラックス装置１１、半田ステーション１２、半田レベリングステーション１３及び冷却ステーション１４を有している。
【０００５】
予熱装置１０は、プリント回路配線板１５を水平方向に搬送するコンベアと、コンベアの上下に配置した赤外線ヒータ素子を有し、予熱装置１０を通過するプリント回路配線板１５を予熱する。
【０００６】
フラックス装置１１は、予熱装置１０で予熱されたプリント回路配線板１５の通過にあわせてロールを用いて適当な量の半田フラックスをプリント回路配線板１５に塗布する。
【０００７】
半田ステーション１２は、相応の複数組の被駆動ローラを有しており、前記フラックス装置１１から受け取ったプリント基板１５を上下方向から挟み込み水平方向に搬送する複数組みのローラ群と、溶融はんだを収容するためのはんだ溜めと、該ローラ群にて水平方向に搬送されるプリント回路配線板１５の上面及び下面にはんだを供給する上部及び下部はんだ分配チャンバを有し、プリント回路配線板１５が該はんだ付けステーション１２を水平方向に横切る際にこれら各はんだ分配チャンバからプリント基板１５の上面及び下面にはんだが流れ、プリント回路配線板１５を溶融はんだで完全に浸漬する。
【０００８】
半田レベリングステーション１３は、上下に配置された１組のエアーナイフで構成されており、上下のエアーナイフの間隙を通過するプリント回路配線板１５の両面に向けて加熱された圧縮空気を供給する。上側のエアーナイフは、プリント基板１５の厚みに応じて上下方向の位置の変更が可能となっている。
【０００９】
半田レベリングステーション１３ではプリント回路配線板１５上の溶融半田が固化する前に余分な半田を吹き飛ばす必要があるために、半田レベリングステーション１３は、はんだ付けステーション１２に接近配置され、プリント回路配線板１５が溶融半田から出てから０．５秒後以内にエアーナイフによるレベリングを開始する。
【００１０】
エアーナイフの間隙に案内されるプリント回路配線板１５は、はんだ付けステーション１２の出口側のローラに挟み込み搬送されるために、安定した状態で該エアーナイフの間隙を通過するために、プリント回路配線板１５の両面にあたる圧縮空気を同一条件とできるために、プリント回路配線板１５の両面の仕上がりを均一化でき、且つ、スルーホール内の余分な半田も確実に吹き飛ばすことができるために、確実にスルーホールを確保できる効果がある。
【００１１】
冷却ステーション１４は、余分は半田が飛ばされたプリント回路配線板１５を搬送しながら両面を冷却する。
【特許文献１】特開平２−１４８８８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前記半田レベリングステーション１３は、上記したように安定した姿勢でのレベリングを行えることからプリント回路配線板１５の両面に均一な半田層を形成できる利点があった。
【００１３】
前記半田レベリングステーション１３での均一な半田層を形成する条件として、前記半田付け装置１００の前記半田ステーション１２では、例えば、スズ６３％及び鉛３７％などの共晶半田を使用していた。
【００１４】
しかしながら、今日の環境問題を考慮し、鉛フリー半田（例えば、スズ、銀、胴）を前記半田付け装置１００にて使用した場合には、半田の融点が鉛入り半田に比べて鉛フリー半田の方が高くなるため、それに合わせてエアーナイフからの高圧高温エアーの温度も高く２００℃〜２８０℃に設定したが、結果は半田層が顕著に凹凸してしまい、均一な半田層をプリント基板１５に形成できなかった。
【００１５】
今日での機器の小型化、薄型化を実現するには、電子部品を取り付けるプリント回路配線板１５の半田層が均一であることが大前提となっており、鉛フリー半田を用いた場合でもプリント回路配線板１５の半田層を均一化することが特に望まれている。
【００１６】
本発明は、前記の問題点を解消するためになされたものであって、鉛フリー半田を用いた場合でも均一な半田層をプリント基板１５に形成できる半田レベラーと半田レベリング方法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】
【００１７】
本発明は、上記の目的を達成するため、次の構成を有する。
本発明の第１の要旨に係る半田レベラーは、ほぼ水平方向に搬送される半田付けされたプリント回路配線板の配線面に圧縮空気を吹き付けるエアーナイフと、前記エアーナイフにより前記圧縮空気を吹きつけられた前記プリント回路配線板を保温する保温空間と、を有し、前記保温空間は、前記エアーナイフにより前記圧縮空気を吹きつけられた前記プリント回路配線板の搬送方向に関して、該エアーナイフの下流側に連続して設けられ、前記保温空間の温度は、８０℃以上であることを特徴とする。
【００１８】
本発明の第２の要旨に係る半田レベラーは、前記第１の要旨に加えて、前記保温空間に熱風を送風する送風部を有することを特徴とする。
【００１９】
本発明の第３の要旨に係る半田レベラーは、前記第１の要旨に加えて、前記保温空間を加温するヒータを有することを特徴とする。
【００２０】
本発明の第４の要旨に係る半田レベラーは、前記第１乃至３の何れかに加えて、前記圧縮空気を送風する前記エアーナイフの送風口は、前記保温空間と連続した空間にあることを特徴とする。
【００２１】
本発明の第５の要旨に係る半田レベラーは、前記第１乃至３の何れかに加えて、前記エアーナイフは、前記プリント回路配線板の通路空間を開けて上下に配置された第１のエアーナイフと、第２のエアーナイフとで構成され、前記第１、第２のエアーナイフの前記圧縮空気を送風する第１、第２の送風口は、前記通路空間に向き、前記通路空間が、前記保温空間と連続した空間であることを特徴とする。
【００２２】
本発明の第６の要旨に係る半田レベリング方法は、ほぼ水平方向に搬送される半田付けされたプリント回路配線板の配線面に圧縮空気を吹き付けるレベリング工程と、前記レベリング工程で前記圧縮空気を吹きつけられた前記プリント回路配線板を保温する保温工程と、を有し、前記保温工程は、前記レベリング工程の後に連続して設け、前記温工程での保温温度は、８０℃以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る第１の要旨に係る半田レベラーと第６の要旨に係る半田レベリング方法によれば、前記保温空間を前記エアーナイフにより前記圧縮空気を吹きつけられた前記プリント回路配線板の搬送方向に関して該エアーナイフの下流側に連続して設け、且つ、該保温空間の温度を８０℃以上としたことで、エアーナイフにより圧縮空気を吹きつけられたプリント回路配線板の被覆半田の硬化を遅らせることができ、被覆半田層が均一厚みに馴れた状態で硬化するため、被覆半田を均一層とするプリント回路配線板１５を形成できた。
【００２４】
本発明の第２の要旨に係る半田レベラーによれば、送風部により保温空間の温度管理を安定してできる。
【００２５】
本発明の第３の要旨に係る半田レベラーによれば、ヒータにより保温空間の温度管理を安定してできる。
【００２６】
本発明の第４の要旨に係る半田レベラーによれば、前記圧縮空気を送風する前記エアーナイフの送風口と前記保温空間とを連続した空間とすることで、該エアーナイフにより圧縮空気を吹きつけられた被覆半田層が確実、スムーズ、且つ、早急に該保温空間に入るために、被覆半田の硬化を確実に遅らせることができる。よって、被覆半田を均一層とするプリント回路配線板１５をより確実に形成できる。
【００２７】
本発明の第５の要旨に係る半田レベラーによれば、前記通路空間を前記保温空間と連続した空間とすることで、第１，第２のエアーナイフにより圧縮空気を吹きつけられた被覆半田層が確実、スムーズ、且つ、早急に該保温空間に入るために、被覆半田の硬化を確実に遅らせることができる。よって、被覆半田を均一層とするプリント回路配線板１５をより確実に形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の第１の実施形態に係る半田レベラー１３Ａを含むプリント回路配線板の半田付け装置１を図１、図２を参照しつつ説明する。
【００２９】
図１は、半田付け装置１の全体構成の概略図である。図２は、半田レベリングステーション（半田レベラー）１３Ａの透視斜視図である。尚、半田付け装置１は、図３に示した前記半田付け装置１００の予熱装置１０、フラックス装置１１、半田ステーション１２、及び冷却ステーション１４は同一構成であり、同一符合を付して説明及び詳細な図示を省略する。
【００３０】
半田付け装置１は、予熱装置１０、フラックス装置１１、半田ステーション１２、半田レベリングステーション１３Ａ、冷却ステーション１４、およびそれらを集中的に電気制御する制御部ＣＯＮを有している。
【００３１】
本実施形態で用いる鉛フリー半田には、スズ−銀−銅の合金、スズ−亜鉛の合金、又は、スズ−ニッケルの合金を用いるが、それに限定するものではない。
【００３２】
半田付けされるプリント回路配線板１５は、プリント配線された面１５ａ（「配線面」という）を上方及び／又は下方とした状態で予熱装置１０（搬送方向上流側）から冷却ステーション１４（搬送方向下流側）への搬送方向Ｔに沿ってほぼ水平方向に搬送され、その課程で配線面１５ａの配線上に半田付けが行われる。
【００３３】
尚、本実施形態では、図３の従来の半田付け装置１００との比較による説明の便宜上、プリント回路配線板１５を水平方向のみに搬送する構成を説明するが、本発明では少なくとも半田レベリングステーション１３Ａをプリント回路配線板１５が通過する時にプリント回路配線板１５が水平方向に搬送されればよく、その他の工程１０、１１、１２、１４ではプリント回路配線板１５を水平方向以外（垂直方向や斜め方向等）に搬送してもよい。
【００３４】
以下、半田付け装置１の特徴部分である半田レベリングステーション１３Ａを詳細に説明する。
（構成）
半田レベリングステーション１３Ａは、レベリング部１７Ａと保温部１７Ｂとで構成されている。保温部１７Ｂは、レベリング部１７Ａに対してプリント回路配線板１５の搬送方向下流側に連続して形成されている。
【００３５】
（レベリング部１７Ａ）
レベリング部１７Ａは、上側エアーナイフ１９Ａ、下側エアーナイフ１９Ｂ、空気管路２０、及びエアーヒータ２１と、を有している。
【００３６】
エアーナイフ１９Ａ、１９Ｂは、その高温圧縮空気の送風口１９ａ，１９ｂ（図１）を互いに対向する方向に向け、所定空間（通路空間）１９Ｃの間隙を空けて配置されている。
【００３７】
送風口１９ａ，１９ｂは、搬送方向Ｔに垂直な幅方向Ｄ（図２）に関して、プリント配線板１５の搬送領域とほぼ同一長さ（長手方向）を有する細長く形成されている。送風口１９ａ，１９ｂの搬送方向Ｔ方向の長さは、所望の圧縮空気の送風可能な長さとできる。尚、送風口１９ａ，１９ｂの向きは限定するものではなく、対向せずに互いに異なる方向を向いてもよい。また、送風口１９ａ，１９ｂは、配線面１５ａに対して平行でも、非並行でもよい。
【００３８】
空間１９Ｃは、プリント回路配線板１５の通過空間であり、プリント回路配線板１５の厚み、エアーナイフ１９Ａ，１９Ｂの性能等を考慮して任意に決定できる。エアーナイフ１９Ａ，１９Ｂ間の距離は、制御部ＣＯＮの操作部への指示に基づき、及び／または、手動で変更可能とすることが望ましい。
【００３９】
エアーヒータ２１は、例えば、ヒータとコンプレッサで構成され、エアーナイフ１９Ａ，１９Ｂに、例えば、温度２００℃〜２８０℃、圧力１．０ｋｇｆ／ｃｍ2〜２．６ｋｇｆ／ｃｍ2の高圧高温エアーを送る。鉛フリー半田の融点は、スズ−銀−銅の合金が２２０℃程度、スズ−亜鉛の合金が１９９℃程度、又は、スズ−ニッケルの合金が２１０℃程度である。
【００４０】
エアーヒータ２１からの高圧高温エアーは、空気管路２０を介してエアーナイフ１９Ａ，１９Ｂに送られる。
【００４１】
（保温部１７Ｂ）
保温部１７Ｂは、空間１９Ｃに連続する保温空間２３と、プリント回路配線板１５の搬送部材としての３本のローラ２５と、保温空間２３に熱風（温風）を送り込む送風部２７と、空気管路２８と、送風部２７に熱風を送り込む送風機２９と、保温空間２３の室温を計測する温度検出器３１と、を有している。
【００４２】
保温空間２３の開口部は、保温効果を高めるために、プリント回路配線板１５を搬入する空間１９Ｃと、冷却ステーション１４にプリント回路配線板１５を搬出するための排出空間３３のみの２箇所の構成としたが、それに限定するものではなく、温度検出器３１の測定温度が８０℃〜２２０℃（より望ましくは、１００℃〜２２０℃）を計測できるまでに保温空間２３を温められるならば、その他の開口部を設けてもよい。
【００４３】
保温空間２３の大きさ、形状は限定するものではなく、例えば、送風機２９の性能、半田付け装置１（特に、半田レベリングステーション１３Ａ）の設置場所の室温等、半田レベリングステーション１３Ａの規模等より任意に決定できる。
【００４４】
ローラ２５は、その長方向を幅方向Ｄとし、搬送方向Ｔに向かって３本並行に配置されている。各ローラ２５は、従来と同様に長手方向中心に向かって徐々に径を小さくし、プリント配線板１５のエッジ部分のみに接触する構成としている。また、搬送方向Ｔに従ってローラ２５の高さを徐々に低くし、プリント回路配線板１５が自重にて搬送方向Ｔに移動可能な構成としているが、それに限定するものではなく、同一高さのローラ２５群に駆動力を伝達し、プリント回路配線板１５をローラ２５群が搬送する構成としてもよい。
【００４５】
送風部２７は、送風機２９より空気管路２８を介して送風された８０℃〜２２０℃の高温エアーを保温空間２３に送風する。送風部２７の設置位置、設置箇所は限定するものではなく、温度検出器３１の測定温度が８０℃〜２２０℃（より望ましくは、１００℃〜２２０℃）を計測可能に保温空間２３を温められる位置に設ければよい。本実施形態では、空間１９Ｃに近い上面Ｗ１、両側面Ｗ２、及び下面Ｗ３と、保温空間２３を囲む四方に設けている（図２）。
【００４６】
温度検出器３１は、エアーナイフ１９Ａ，１９Ｂから送られる高温エアーの温度に直接的（瞬間的）に影響されずに保温空間２３の室内温度を計測できる位置に設けることができる。例えば、温度検出器３１はエアーナイフ１９Ａ，１９Ｂから送られる高温エアーが直接に吹きかからない位置に設けることができる。本実施形態では、温度検出器３１は空間１９Ｃから搬送方向Ｔ方向に所定距離（具体的には、１５０ｍｍ）離れた上面Ｗ１と下面Ｗ３に各１個ずつ設けている。
【００４７】
温度検出器３１の検出データは、制御部ＣＯＮに送られ、送風機２９の温度制御のフィードバックデータとして用いられる。よって、保温空間２３の室温を一定に制御できる。保温空間２３の室内温度、すなわち温度検出器３１の検出温度を何度に設定するかは、種々の環境や各種機器の性能等の条件にも依存するため、プリント回路配線板１５の半田層が均一となる温度を実験的に決定することが望ましい。
【００４８】
排出空間３３の冷却ステーション側の温度は、室温や冷却ステーションの冷却温度となっており、保温空間２３の室内温度に比べて極端に低い。そのため、排出空間３３を介して保温空間２３の室内温度が低下させられることを防ぐために、排出空間３３は可能な限り小さく方がよい。また、空間１９Ｃから排出空間３３までの距離が長い方が、保温空間２３の室内温度の低下を防げるが保温空間２３自体も大きくなり、送風機２９の負担も大きくなるので、実験的に最良な距離を決定することが望ましい。
【００４９】
尚、本実施形態では、保温空間２３の加温手段として送風部２７、空気管路２８、送風機２９を用いた温風手段を用いたがこれに限定するものではなく、送風の行わないヒータ（加熱手段）２７Ａのみの構成としても良い。また、送風部２７とヒータ２７Ａを組みあわせて設けてもよい。
【００５０】
また、保温空間２３の大きさ等の条件より、エアーナイフ１９Ａ，１９Ｂから送られる高温エアーのみにより、温度検出器３１の測定温度が８０℃〜２２０℃とできれば、加温手段２７，２７Ａを設けなくてもよい。
【００５１】
（作用効果）
次に、半田レベリングステーション１３Ａの作用効果を説明する。
半田ステーション１２から搬送された半田付けされたプリント回路配線板１５は、半田ステーション１２側のローラ１２ａ等に挟持されながら、案内部材１２ｂに案内されながら空間１９Ｃに送り込まれる。
【００５２】
空間１９Ｃには、エアーナイフ１９Ａ、１９Ｂから高温高圧エアーが吹き付けられており、空間１９Ｃに送り込まれた半田付けされた配線面１５ａに高温高圧エアーが吹きかかり、配線面１５ａの余分な半田が取り除かれる。そして、余分な半田が取り除かれたプリント回路配線板１５は８０℃〜２２０℃の高温に温められている保温空間２３に送られる。エアーナイフ１９Ａ、１９Ｂの吹き付けられたプリント回路配線板１５上の半田は、保温空間２３の高温下で徐々に均一層に馴らされながらローラ２５群により搬送され、排出空間３３より冷却ステーション１４に搬送される。
【００５３】
一方、保温空間２３を設けない従来の構成では、プリント回路配線板１５上の余分な半田が高温高圧エアーで取り除かれた次の瞬間に、プリント回路配線板１５上の被覆半田は室温に触れるために冷却され硬化が始まる。従来の鉛入り半田を用いた半田レベラーでは、鉛入り半田の融点（１８３℃）が低いために室温に触れた被覆半田の硬化より早く半田層が均一化されたものと思われる。
【００５４】
しかしながら、鉛フリー半田の融点（スズ−銀−銅の合金で２２０℃程度）は、鉛入り半田の融点（１８３℃）よりも高く、それに伴ってエアーナイフの高温エアーの温度も鉛フリー半田を用いる場合には高く設定しているために、保温空間２３を設けない場合にはプリント回路配線板１５上の余分な半田が高温高圧エアーで取り除かれた次の瞬間に、室温に触れる鉛フリー被覆半田は、鉛入り被覆半田以上の温度差に触れることとなり、鉛フリー被覆半田の方が鉛入り被覆半田よりも急速に硬化する結果、鉛フリー被覆半田は均一に馴れる前に硬化し、凹凸状態となっていたものと思われる。
【００５５】
本実施の形態では、保温空間２３を空間１９Ｃに連続して形成したことで、鉛フリー被覆半田の硬化を遅らせることができ、鉛フリー被覆半田層が均一厚みに馴れた状態で硬化するため、鉛フリー被覆半田を均一層とするプリント回路配線板１５を形成できた。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本実施形態の半田レベリングステーション１３Ａは、硬質、軟質のプリント回路配線板１５を問わず、鉛フリー被覆半田を均一層に形成できる。本実施形態の半田レベリングステーション１３Ａは、プリント回路配線板１５の大型、小型、厚みを問わず、鉛フリー被覆半田を均一層に形成できる。従って、薄型、小型化の望まれる電化製品のプリント回路配線板の鉛フリー被覆半田を均一層に形成でき、より一層の薄型、小型化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態に係る半田レベリングステーション１３Ａを備えた半田付け装置１の全体構成の概略側面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る半田レベリングステーション１３Ａの透視斜視図である。
【図３】従来の半田付け装置１００の側面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１３Ａ  半田レベリングステーション（半田レベラー）
１５  プリント回路配線板
１７Ａ  レベリング部
１７Ｂ  保温部
１９Ａ、１９Ｂ  エアーナイフ
１９ａ，１９ｂ  送風口
１９Ｃ  空間
２１  エアーヒータ
２３  保温空間
２７  送風部
２９  送風機
３１  温度検出器
【図１】
2008294336.tif 000003
【図２】
2008294336.tif 000004
【図３】
2008294336.tif 000005