(57)【要約】【課題】従来の不活性雰囲気の自動はんだ付け装置は、不活性ガスが必要な噴流はんだ槽とプリヒーター部分で酸素濃度を低くすることと、プリント基板を急冷することを同時に行うことはできなかった。本発明は噴流はんだ槽とプリヒーターでの酸素濃度を低くできるとともに、冷却装置での急冷が同時に行えるという不活性雰囲気の自動はんだ付け装置を提供することにある。【解決手段】本発明の自動はんだ付け装置は、自動はんだ付け装置の入口近傍に排気装置を設置するとともに冷却装置からは低温となった不活性ガスを吹き付けるようにした。【選択図】図１
2004281522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリヒーター、噴流はんだ槽、冷却装置をチャンバーで覆い、該チャンバー内を不活性雰囲気にしてプリント基板のはんだ付けを行う自動はんだ付け装置において、冷却装置には低温の不活性ガスをプリント基板に吹き付ける吹き出し口が設置されているとともに、プリント基板の入口近傍に排気装置が設置されていることを特徴とする自動はんだ付け装置。
【請求項２】
前記吹き出し口は、冷凍機を介して不活性ガス供給装置に接続されていることを特徴とする請求項１記載の自動はんだ付け装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、不活性雰囲気中でプリント基板のはんだ付けを行う自動はんだ付け装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリント基板をはんだ付けする自動はんだ付け装置は、フラクサー、プリヒーター、噴流はんだ槽、冷却装置等の処理装置が設置されており、これらの処理装置上を搬送装置のコンベアが走行している。
【０００３】
この自動はんだ付け装置でプリント基板のはんだ付けを行う場合、コンベアの爪でプリント基板を保持してから処理装置上を走行させ、各処理装置で処理を行ってはんだ付けがなされる。
【０００４】
コンベアで走行させられるプリント基板は、先ずフラクサーでプリント基板のはんだ付け面にフラックスが塗布される。このフラックス塗布は、発泡管で発泡させたフラックスにプリント基板を接触させたり、噴霧ノズルで霧化させたフラックスをプリント基板に吹き付けたりすることにより行われる。フラクサーは、自動はんだ付け装置内に設置されている場合と、自動はんだ付け装置の外部に設置されている場合がある。フラクサーを自動はんだ付け装置の外部に設置する場合は、本発明が目的とする不活性雰囲気中でプリント基板をはんだ付けするような自動はんだ付け装置である。不活性雰囲気の自動はんだ付け装置は、フラクサーを不活性雰囲気にするチャンバー内に設置すると、フラックスによりチャンバーが汚されてしまうため、自動はんだ付け装置の外部に設置する。
【０００５】
次いでフラックスが塗布されたプリント基板はプリヒーターで予備加熱がなされる。フラックスが塗布されたプリント基板を予備加熱するのは、フラックス中に溶剤が残っていると次の溶融はんだに接触させたときに、溶融はんだが飛散して危険となるからであり、また常温のプリント基板を急激に高温となった溶融はんだに接触させるとプリント基板やプリント基板に搭載された電子部品がヒートショックをおこして破損してしまうからであり、さらにまた常温のプリント基板が溶融はんだに接触すると溶融はんだの温度を下げてしまうからであり、そしてまたプリント基板の温度が低いとはんだ付け性を悪くしてしまうからである。
【０００６】
プリヒーターで予備加熱されたプリント基板は、噴流はんだ槽に運ばれ、ここで溶融はんだと接触してはんだ付けがなされる。プリント基板のはんだ付けを行う噴流はんだ槽は、荒れた波を噴流する一次噴流ノズルと穏やかな波を噴流する二次噴流ノズルが設置されている。はんだ付け時、プリント基板は先ず一次噴流ノズルの荒れた波ではんだ付け部の隅部やスルーホール内に溶融はんだをいきわたらせて未はんだをなくす。次に一次噴流ノズルのはんだ付けで発生したブリッジやツララ等を二次噴流ノズルの穏やかな波で修正するものである。
【０００７】
従来プリント基板のはんだ付けに用いられてきたはんだは、Ｐｂ−６３Ｓｎはんだであった。このＰｂ−６３Ｓｎはんだは、融点が比較的低いため、はんだ付け時の溶融はんだの温度を低くでき、またはんだ付け性も良好であるため不良が少なく、しかも安価であるという優れた特長を有している。しかしながらＰｂ−６３Ｓｎはんだではんだ付けされたプリント基板が埋め立て処分され、この埋め立て処分されたプリント基板に酸性雨が接触すると、はんだ中のＰｂが溶出して地下水に混入する。そしてＰｂを含んだ地下水を長年月にわたって人間や家畜が飲用すると鉛中毒をおこすとされ、Ｐｂを含んだはんだの使用が規制されるようになってきた。そのため近時ではＰｂを含まない所謂鉛フリーはんだが使用されるようになってきた。
【０００８】
鉛フリーはんだとは、Ｓｎを主成分として、これにＡｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐ、Ｇｅ、Ｇａ等を適宜添加したものである。鉛フリーはんだは、従来のＰｂ−６３Ｓｎはんだに比べてはんだ付け性が悪く、また酸化しやすい。プリント基板に対してはんだ付け性が悪いと、未はんだ、ブリッジ、ディウエット等のはんだ付け不良が発生する。また酸化しやすい鉛フリーはんだは、噴流はんだ槽中に酸化物を大量に発生させ、高価な鉛フリーはんだが無駄になるばかりでなく、酸化物がプリント基板に付着して外観を悪くしたり、短絡や絶縁抵抗低下の原因となったりする。鉛フリーはんだが酸化しやすいのは、酸化しやすいＳｎが主成分となっており、しかも融点の高い鉛フリーはんだは、はんだ付け温度を高くするため、さらに酸化が促進されるからである。
【０００９】
鉛フリーはんだを自動はんだ付け装置で使用する場合、はんだ付け不良をなくすとともに、はんだの酸化を防ぐには、不活性雰囲気中ではんだ付けを行えばよいことは分かっていた。不活性雰囲気気中ではんだ付けを行う自動はんだ付け装置（以下、不活性はんだ付け装置という）は、プリヒーター、噴流はんだ槽、冷却装置等をチャンバーで覆って、チャンバー内に窒素のような不活性ガスを充満させたものであり、従来から多数提案されていた。（特許文献１〜３参照）
【００１０】
従来の不活性はんだ付け装置は、入口側から出口側にかけて高くなる傾斜が付されており、各処理装置の上方に不活性ガスをチャンバー内に流入させる流入口が設置されたものである。このはんだ付け装置は、チャンバー内に流入した不活性ガスがチャンバー内に充満した後、出口側から流出していく。このように不活性ガスが出口側から流出するのは、搬送装置のコンベアが進行方向に３〜５度上方に傾斜しており、しかもチャンバー内の不活性ガスがプリヒーターや噴流はんだ槽で暖められるためチャンバーの煙突効果により、暖められて軽くなった不活性ガスが高い位置にある出口側から流出するからである。
【００１１】
チャンバー内の不活性ガスが煙突効果で出口側から流出すると、入口からチャンバー内に空気が侵入し、チャンバー内の酸素濃度が上がってしまう。特に低酸素濃度の雰囲気が必要なプリヒーターや噴流はんだ槽近辺の酸素濃度が上がってしまう。このような煙突効果による酸素濃度の高上を防止するために入口近傍に吸引機がある開口を設け、該開口からチャンバー内の不活性ガスを吸引するはんだ付け装置が提案されている。（特許文献４参照）
【００１２】
【特許文献１】特開平５−２００５３８号公報（第５頁図２）
【特許文献２】特開平５−２３５５３０号公報（第７頁図２）
【特許文献３】特開平６−２９６５５号公報（第４頁図１）
【特許文献４】特開平７−３６９５１号公報（第３頁図１）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで入口近傍に開口を設けた不活性はんだ付け装置は、たしかに煙突効果を防止でき、出口側からの不活性ガスの流出はなくなる。しかしながら、入口近傍に開口を設けたはんだ付け装置は、酸素濃度の低下を必要とするプリヒーターや噴流はんだ槽では酸素濃度の低下が充分でなく、その結果、鉛フリーはんだを使用した場合、プリント基板のはんだ付け部での未はんだやブリッジ等の不良を完全になくしたり、また噴流はんだ槽では酸化物の発生を充分に抑えたりすることができなかった。
【００１４】
またこの入口近傍に開口を設けた従来の不活性はんだ付け装置では、冷却装置におけるプリント基板の冷却効果が充分でなく、噴流はんだ槽でのはんだ付け後に、はんだにヒビ割れやクラックの発生することがあった。本発明は、不活性はんだ付け装置において、酸素濃度の低下が必要なプリヒーター部や噴流はんだ槽部での酸素濃度を極めて低くできるばかりでなく、噴流はんだ槽でのはんだ付け後にヒビ割れやクラック等が発生しないというはんだ付け装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、従来の不活性はんだ付け装置に用いられていた煙突効果防止手段にを利用して、さらにプリヒーター部や噴流はんだ槽部における酸素濃度低下させることについて鋭意研究を行った結果、冷却装置を不活性ガスの流入に利用すれば、必要部分の酸素濃度低下とはんだ付け部のヒビ割れやクラック発生防止に効果のあることを見い出して本発明を完成させた。
【００１６】
本発明は、プリヒーター、噴流はんだ槽、冷却装置をチャンバーで覆い、該チャンバー内を不活性雰囲気にしてプリント基板のはんだ付けを行う自動はんだ付け装置において、冷却装置には低温の不活性ガスをプリント基板に吹き付ける吹き出し口が設置されているとともに、プリント基板の入口近傍に排気装置が設置されていることを特徴とする自動はんだ付け装置である。
【００１７】
本発明のはんだ付け装置では、噴流はんだ槽ではんだ付けした直後のプリント基板のはんだ付け面に冷却装置から低温の不活性ガスを吹き付けて急冷するようになっている。はんだ付け直後のはんだ付け部を急冷すると、プリント基板に付着した溶融はんだが急速に凝固するため、搬送による振動や衝撃が加わってもヒビ割れやクラックが発生しなくなる。特に鉛フリーはんだは溶融温度が高いため、従来のファンによる送風程度の冷却では早急に凝固せず、ヒビ割れやクラックの発生が多かったが、本発明のように低温の不活性ガスをはんだ付け面に吹き付けることにより、これらの発生を防ぐことができる。
【００１８】
本発明では、冷却装置を冷凍機に接続しておくと、低温の不活性ガスをはんだ付け直後のプリント基板に吹き付けることができるため、プリント基板に付着した溶融はんだを早急に冷却固化できる。従って、本発明の不活性はんだ付け装置は、鉛フリーはんだのように融点の高いものでも急冷できることからヒビ割れやクラックの発生を防止できるとともに、はんだの組織を細かくして強度の向上が図れる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明を説明する。図１は本発明不活性はんだ付け装置の正面断面図である。
【００２０】
本発明の不活性はんだ付け装置には、コンベア１が進行方向（矢印Ａ）に上向きの傾斜が付されて設置されている。該コンベアの下方には進行方向順にプリヒーター２、噴流はんだ槽３、冷却装置４等の処理装置が設置されており、これらの処理装置はチャンバー５内に収納されている。
【００２１】
図示しないフラクサーと該フラクサーに隣接してプリヒーターがチャンバー５の外部に設置されている。フラクサーをチャンバーの外部に設置するのは、フラクサーでのフラックス塗布時にフラックスが飛散してチャンバーを汚すからであり、またフラックス塗布時には低酸素濃度を必要としないからである。フラクサーに隣接して設置された図示しないプリヒーターは、プリント基板に塗布したフラックスの溶剤を揮散させるとともにプリント基板の予備加熱を行うものであるが、ここでは主に溶剤揮散が目的であり、予備加熱温度もあまり高くしないため、やはり低酸素濃度は必要でない。そのためフラクサーと該フラクサーに隣接したプリヒーターはチャンバーの外部に設置してある。
【００２２】
図中の噴流はんだ槽３の手前に設置した噴流はんだ槽３の手前に設置するプリヒーター２は、前述チャンバーの外部に設置された図示しないプリヒーターで予備加熱されたプリント基板を、今度ははんだ付けに適した温度まで予備加熱するものであり、ここでは前述プリヒーターでの予備加熱温度よりも高温に加熱するため低酸素濃度が必要である。
【００２３】
コンベア１は、一対の無端のチェーンが回動しており、内側の相対向するチェーンが同一方向（矢印Ａ）に走行している。これら内側の相対向するチェーンに取り付けられた図示しない多数の爪間でプリント基板を保持して各処理装置上を走行するものである。
【００２４】
プリヒーター２は、パネルヒーターであり、プリント基板を輻射熱で予備加熱する。プリヒーターにパネルヒーターを使用すると、輻射熱であるためチャンバー内の気体の流動を少なくでき、外部から空気を流入させて酸素濃度を高めるようなことがない。
【００２５】
噴流はんだ槽３には、荒れた波を噴流する一次噴流ノズル６と穏やかな波を噴流する二次噴流ノズル７が設置されている。また該噴流はんだ槽内には、鉛フリーはんだ８が入れられており、図示しないヒーターで溶かされ、所定の温度に保たれている。
【００２６】
冷却装置４は、図示しない不活性ガス供給装置に接続されており、冷却装置からは不活性ガスが噴出されるようになっている。冷却装置と不活性ガス供給装置の間に冷凍機９を設置しておくと不活性ガスを低温にして噴出すことができる。不活性ガス供給装置で不活性ガスを充分に低温にできる場合は冷凍機を設置しなくともよい。
【００２７】
チャンバー５は、プリヒーター２、噴流はんだ槽３、冷却装置４を収納するとともに出入口以外からは気体の流出入ができないようにシールされており、チャンバー内には、多数のラビリンス用テープ１０が吊設されている。ラビリンスは、チャンバー内の気体を安定させて、出入口からの外気の侵入を防ぐものである。また噴流はんだ槽３の上部はガラス板１１が嵌め込まれており、該ガラス板を通して外部から噴流はんだ槽３の溶融はんだの噴流状態を観察できるようになっている。さらに噴流はんだ槽３の上方のチャンバーには不活性ガスの流入パイプ１２、１２が設置されている。
【００２８】
不活性はんだ付け装置の入口１３の近傍には、排気装置１４が設置されている。該排気装置はブロワー１５と接続されており、排気装置１４からは不活性はんだ付け装置入口１３近辺の気体を強制的に吸込むようになっている。
【００２９】
続いて上記構成からなる本発明の不活性はんだ付け装置におけるプリント基板のはんだ付けを説明する。先ず冷却装置４とチャンバー内の不活性ガスの流入パイプ１２、１２から不活性ガス（窒素）をチャンバー５内に流入させて、チャンバー内の酸素濃度を１０００ｐｐｍ以下まで下げておく。
【００３０】
チャンバー内の酸素濃度が１０００ｐｐｍ以下まで下がったならば、図示しないフラクサーとプリヒーターでプリント基板にフラックス塗布と予備加熱を行う。その後、プリント基板は、コンベア１で矢印Ａ方向に搬送されて不活性はんだ付け装置の入口１３からチャンバー５内に入り、プリヒーター２により所定の温度まで予備加熱される。この所定の温度とは、噴流はんだ槽のはんだがＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕの鉛フリーはんだ（融点：２１７℃）である場合は約１５０℃である。
【００３１】
プリヒーター２で予備加熱されたプリント基板は、噴流はんだ槽３に運ばれ、一次噴流ノズル６で未はんだのないはんだ付けがされた後、二次噴流ノズル７でブリッジやツララが修正される。
【００３２】
噴流はんだ槽３ではんだ付けされたプリント基板は、冷却装置４に運ばれる。冷却装置４からは低温の不活性ガスがプリント基板のはんだ付け面に吹き付けられてプリント基板に付着した溶融はんだを冷却する。冷却装置４から吹き付けられる不活性ガスは冷凍機９で零下（−１０℃くらい）に冷却されており、プリント基板のはんだ付け面を急冷する。この急冷によりプリント基板に付着した鉛フリーはんだは急激に凝固するため、プリント基板に振動や衝撃が加わってもヒビ割れやクラックが生じないばかりでなく、組織を細かくして機械的強度が向上する。
【００３３】
冷却装置４からチャンバー５内に流入した不活性ガスは矢印Ｂのように入口１３方向に流動していく。これは入口１３の近傍に排気装置１４が設置されていて、入口１３近くにある気体が強制的に排気装置１４から吸引されるため、チャンバー５内の不活性ガスは入口１３方向に流動する。従って、はんだ付け時に不活性ガスが必要な噴流はんだ槽３やプリヒーター２には冷却装置４と流入口１２から供給された不活性ガスが流動していくため酸素濃度の低い状態となっている。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の不活性はんだ槽は、最終処理装置である冷却装置から流出する不活性ガスが煙突効果に逆らって入口方向に流動して不活性ガスが必要な噴流はんだ槽やプリヒーターを酸素濃度の低い状態にするため、未はんだ、酸化物による外観不良や短絡、絶縁抵抗低下、高価な鉛フリーはんだの損失、等がなくなり、また冷却装置からは低温の不活性ガスをはんだ付け直後のプリント基板に吹き付けてプリント基板に付着したはんだを急速に凝固させるため、ヒビ割れやクラック等を発生させないばかりでなく、はんだの組織を細かくして機械的強度を向上させるという従来の不活性はんだ付け装置にはない優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明不活性はんだ付け装置の正面断面図
【符号の説明】
１  コンベア
２  プリヒーター
３  噴流はんだ槽
４  冷却装置
５  チャンバー
８  溶融はんだ
９  冷凍機
１２  不活性ガス流入口
１３  入口
１４  排気装置
１５  ブロワー
【図１】
2004281522.tif 000003