(57)【要約】【課題】Ｂｉを含まないＰｂフリーはんだを用いて浸漬法でプリント基板にはんだ付けすると、はんだ付け部に大きくて深い引け巣が発生し、これがはんだ付け部の機械的強度を弱める原因となっていた。本発明はＢｉを含まないＰｂフリーはんだではんだ付けしても、大きな引け巣が発生しないはんだ付け方法と装置を提供することにある。【解決手段】Ｂｉを含まないＰｂフリーはんだを自動はんだ付け装置の噴流はんだ槽で溶融させておき、該噴流はんだ槽から噴流する溶融はんだにプリント基板を接触させた後、冷却装置の冷気噴出器で０〜−３０℃の乾燥した冷気をプリント基板に吹き付けて急冷する。また自動はんだ付け装置の冷却装置は、冷気噴出器が搬送装置を挟んで上下部に設置されており、冷気噴出器は冷凍機と、そして冷凍機は乾燥器とパイプで接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴流はんだ槽から噴流するＢｉを含まないＳｎ主成分のＰｂフリーはんだにプリント基板のはんだ付け部を接触させた後、プリント基板の表面と裏面に温度が０〜−３０℃の乾燥した冷気を当ててプリント基板を急冷することを特徴とするプリント基板のはんだ付け方法。
【請求項２】
搬送装置でプリント基板を搬送しながらフラクサー、プリヒーター、噴流はんだ槽、冷却装置で処理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、冷却装置の冷気噴出器が搬送装置の上下部に設置されているとともに冷気噴出器、冷凍機、乾燥器がパイプで接続されていて、乾燥器で乾燥させられた気体が冷凍機で冷却された後に冷気噴出器から噴出されるようになっていることを特徴とする自動はんだ付け装置。
【請求項３】
前記冷気噴出器には、冷気が噴流はんだ槽方向に流れるのを阻止する風防が設置されていることを特徴とする請求項３記載の自動はんだ付け装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント基板を溶融はんだ、特にＢｉを含まないＰｂフリーはんだの溶融はんだに接触させてはんだ付けを行う方法、およびＰｂフリーはんだを用いるに適した自動はんだ付け装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリント基板のはんだ付け方法としては、鏝付け法、リフロー法、浸漬法がある。鏝付け法は、作業者やロボットがはんだ鏝ではんだ付け部を一箇所毎にはんだ付けしなければならないため、生産性に問題がある。この鏝付け法は、他のはんだ付け方法で発生したはんだ付け不良箇所の修正や、他のはんだ付け方法ではんだ付けした後に耐熱性のない電子部品をはんだ付けするという「後付け」に適している。リフロー法は、多数のはんだ付け箇所にソルダペーストを塗布し、リフロー炉のような加熱装置で加熱してはんだ付けするため大量生産は可能であるが、ソルダペーストに使用する粉末はんだの加工や粉末はんだとフラックスとの混練作業に多大な手間がかかるため材料費が高価となる欠点がある。従って、リフロー法は、通信機器やコンピューターのような高信頼性が要求されるハイエンド製品に多く使用されている。そして浸漬法は、自動はんだ付け装置に設置されたフラクサー、プリヒーター、噴流はんだ槽、冷却装置で処理することによりはんだ付けするものであり、多数のはんだ付け箇所が一度の処理ではんだ付けできることから、生産性の点では他のはんだ付け方法に比べて最も優れている。しかしながら、プリント基板全体を高温となった溶融はんだと接触させるため、耐熱性のない電子部品やプリント基板に対しては熱影響が問題となっている。
【０００３】
従来プリント基板のはんだ付けにはＰｂ−Ｓｎのはんだ合金が用いられていた。該はんだではんだ付けされたプリント基板を組み込んだ電子機器が故障したり古くなって使い勝手が悪くなったりすると、修理や機能アップ等を行わずに廃棄されていた。しかしながら最近は省資源化が推奨され、廃棄される電子機器の中から再使用できる材料は回収して再使用するようになってきている。たとえば電子機器のケースのプラスチック、フレームの金属、モニターのガラス等は再使用が可能であるため回収されているが、プリント基板は再使用ができないため廃棄処分されていた。なぜならばプリント基板はガラエポのような樹脂に銅箔が接着され、しかも該銅箔にははんだが金属的に付着していて、これらを再使用可能なまで分離できないからである。そこでプリント基板は、細かく破砕されて地中に埋め立てるという廃棄処分されていたものである。
【０００４】
この埋め立て処分されたプリント基板に、最近の化石燃料の大量使用によって生じた酸性雨が地中に浸透して接触すると、はんだ中のＰｂ成分が溶かし出され、Ｐｂ成分を含んだ酸性雨がさらに地中深く浸透して地下水と混合する。このようにＰｂ成分を含んだ地下水を人間が長年月にわたって飲用すると、Ｐｂが体内に蓄積されて、ついにはＰｂ中毒を起こすとされている。そこで最近では、Ｐｂの使用が世界的規模で規制されるようになってきており、Ｐｂの含まない所謂Ｐｂフリーはんだが使用されるようになってきた。
【０００５】
ＰｂフリーはんだとはＳｎを主成分としたもので、一般にはＳｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｉｎ系等があり、これらに特性改善のため他の金属を添加したものもある。
【０００６】
一般にＰｂフリーはんだは、従来のＰｂ−Ｓｎはんだ合金に比べてはんだ付け性が悪く、しかも電子部品のリードには濡れ性の悪い４２アロイ（４２Ｎｉ−Ｆｅ）やコバール（Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ）等が使われている。つまり濡れ性の悪いリードに対してはんだ付け性の悪いＰｂフリーはんだを使用すると、さらにはんだ付け性が悪くなってしまう。そこで電子部品のリードには、濡れ性の良好なメッキが施されている。この濡れ性の良好なメッキは、Ｐｂが規制されるようになってきているにもかかわらずＰｂ−Ｓｎ合金が用いられている。ところでＳｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のＰｂフリーはんだは融点が高いため融点を下げる目的でＢｉを添加することがある。しかしながら、Ｂｉが添加されたＰｂフリーはんだをＰｂ−Ｓｎメッキされたリードの電子部品に対して浸漬法ではんだ付けすると、はんだ付け後にはんだとプリント基板のランド間が剥離するという「リフトオフ」を起こすことがある。この原因は、はんだ付け部に融点の低いＢｉとＰｂの合金層が生成され、この合金層で剥離することによる。このリフトオフを抑制するため、はんだ付け直後に急冷する方法が採られている（特開平１１−３５４９１９）。この急冷はＢｉ、Ｐｂの合金層を生成させないために冷却速度を１０〜２０℃／ｓにしたものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一般にＢｉを除く金属は溶融状態から固体に固化するときに凝固収縮をする。この凝固収縮状態は金属の組成によって異なり、固化後の金属表面が少しへこむ程度のものから大きく穴があいて金属の奥深くまで達するものまである。従来のＰｂ−Ｓｎはんだ合金は、固化後にはんだの表面が少し下がる程度であり、ほとんど引け巣とはならない。しかしながら、Ｓｎ主成分のＰｂフリーはんだは引け巣の発生状態が著しく、穴が奥深くまで達してしまう。このように大きくて奥深くまで達した引け巣は、機械的強度を弱める原因となる。
【０００８】
電子機器では、使用時に電気回路に通電するが、このときパワートランジスター、コイル、抵抗などから熱が発生し、電子機器のケース内が高温となる。そして電子機器の使用を中止するために通電を切るとケース内の温度が室温まで下がる。このように使用時の高温、不使用時の低温が何度も繰り返されるという熱サイクルが起こると、はんだ付け部にも熱サイクルが影響し、はんだとはんだ付けしたプリント基板の熱膨張率の相違から、はんだにストレスがかかって、ついには金属疲労によりはんだが破壊してしまう。しかも、はんだに引け巣があると金属疲労に対する耐性がなくなり、容易に破壊するようになる。
【０００９】
前述のように、Ｂｉは凝固膨張する金属であるため、Ｂｉ含有のＰｂフリーはんだを浸漬法ではんだ付けした場合、Ｂｉ含有量により引け巣が全く発生しなかったり、或いは発生したとしても非常に小さかったりする。しかしながらＢｉを含まないＰｂフリーはんだを自動はんだ付け装置の噴流はんだ槽に入れてはんだ付けをすると、大きな引け巣が発生して、上述のようにはんだ付け部の機械的強度を下げるばかりでなく、外観を悪くしてしまっていた。本発明は、Ｂｉを含まないＰｂフリーはんだを用いた浸漬法において大きな引け巣が発生しないはんだ付け方法と、それに使用する自動はんだ付け装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、Ｂｉを含まないＰｂフリーはんだを用いた浸漬法でのはんだ付けにおいて、引け巣を少なくすることについて鋭意研究を重ねた結果、プリント基板を溶融はんだに接触させた直後にプリント基板に冷風を吹き付けて急冷すれば大きな引け巣が発生しないことを見い出し、本発明を完成させた。
【００１１】
本発明は、噴流はんだ槽から噴流するＢｉを含まないＳｎ主成分のＰｂフリーはんだにプリント基板のはんだ付け部を接触させた後、プリント基板の表面と裏面に温度が０〜−３０℃の乾燥した冷気を当ててプリント基板を急冷することを特徴とするプリント基板のはんだ付け方法である。
【００１２】
また、もう一つの本発明は、搬送装置でプリント基板を搬送しながらフラクサー、プリヒーター、噴流はんだ槽、冷却装置で処理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、冷却装置の冷気噴出器が搬送装置の上下部に設置されているとともに冷気噴出器、冷凍機、乾燥器がパイプで接続されていて、乾燥器で乾燥させられた気体が冷凍機で冷却された後に冷気噴出器から噴出されるようになっていることを特徴とする自動はんだ付け装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のプリント基板のはんだ付け方法におけるＰｂフリーはんだはＢｉを含まないＳｎ主成分のＰｂフリーはんだである。一般に金属は液体から固体に変態するときに凝固収縮をして引け巣が発生するが、唯一Ｂｉだけは固化するときに凝固膨張をする金属である。本発明は凝固収縮によって発生する引け巣を防止することにあり、固化時に凝固膨張するＢｉを含むＰｂフリーはんだは対象外である。
【００１４】
本発明のプリント基板のはんだ付け方法で、プリント基板を噴流はんだ槽から噴流するＰｂフリーはんだに接触させた直後、０〜−３０℃の乾燥した冷気をプリント基板の表面と裏面に吹き付けてプリント基板を急冷するものであるが、この冷気が０℃よりも高いと引け巣を小さくする効果が表れない。しかるに冷気が−３０℃よりも低くても、それ以上の効果の向上は望めず、単に冷却装置の機能を高くするばかりであって冷却装置が高価となってしまう。また冷気が乾燥していないと、湿気がプリント基板に対して悪影響を及ぼすようになる。
【００１５】
本発明の自動はんだ付け装置は、噴流はんだ槽の近傍に冷却装置の冷気噴出器を設置しておくが、該冷気噴出器から噴出された冷気が噴流はんだ槽でのはんだ付け中のプリント基板に当たると、プリント基板を冷却してはんだ付け不良を発生させてしまう。つまり噴流はんだ槽でプリント基板をはんだと接触させているときにプリント基板が冷気で冷やされると、溶融はんだがはんだ付け部全域に濡れる前に固化してしまい、未はんだの原因となる。そこで冷気噴出器から噴出した冷気が噴流はんだ槽方向に流動していくのを防ぐために、冷気噴出器と噴流はんだ槽の間に風防を設置しておくとよい。風防としては、上方から吊設した耐熱性樹脂のカーテンが好適である。風防は上部の冷気噴出器ばかりでなく下部の冷気噴出器にも設置しておくと、さらに噴流はんだ槽への冷封の流動を阻止できる。下部の冷気噴出器に設置する風防は、ポリイミドのように可撓性があって立設できるものが適している。
【００１６】
【実施例】
先ず図面に基づいて本発明の自動はんだ付け装置を説明する。図１は本発明の自動はんだ付け装置の正面断面図、図２は冷気噴出器を一部破断した斜視図である。
【００１７】
自動はんだ付け装置１には、搬送装置２が走行方向に少し傾斜（４〜６度）して走行している。自動はんだ付け装置の搬送装置とは相対向する位置に設置された一対の回動する無端チェーンコンベア３、３であり、それぞれ内側のチェーンコンベアが傾斜を上昇する方向に走行している。該チェーンコンベアには、多数の爪４…が取り付けられており、相対向する爪間でプリント基板を挟持しながら搬送するものである。
【００１８】
搬送装置２の下方には、チェーンの走行方向順にフラクサー５、プリヒーター６、噴流はんだ槽７、冷却装置８が設置されている。
【００１９】
本発明の自動はんだ付け装置に設置された冷却装置８は、一対の冷気噴出器９ａ、９ｂ、冷凍機１０、乾燥器１１からなり、冷気噴出器９ａ、９ｂと冷凍機１０は保温パイプ１２で接続され、冷凍機１０は乾燥器１１とパイプ１３で接続され、そして乾燥器１１は図示しない空気圧縮機とパイプ１４で接続されている。冷気噴出器９ａ、９ｂと冷凍機１０を接続する保温パイプ１２は可撓性パイプ１５の外側を保温材１６で覆ったものである。冷凍機では０℃以下の冷気が作られ、それが冷気噴出器に送られるため冷気噴出器と冷凍機を接続するパイプが外気に直接触れていると、パイプ内の冷気の温度が上がって冷気噴出器での冷却効果が低下する。またパイプが直接外気に触れていると、パイプの外側が結露して水滴となるが、この水滴が噴流はんだ槽に垂れ落ちると、溶融はんだが周囲に飛散して作業者に危害が加わる。またはんだ付け後のプリント基板の上に水滴が垂れ落ちると、電子部品がクールショックで破壊したり水滴が電気回路に侵入して電子部品の機能を害するようになる。そこで冷気噴出器と冷凍機を接続するパイプは外側に保温材を覆った保温パイプを用いる。
【００２０】
冷却装置８の冷気噴出器９ａ、９ｂは搬送装置２を挟んで搬送装置２の上下部に設置されている。冷気噴出器９ａ、９ｂは箱状である。搬送装置２の上部に設置する冷気噴出器９ａは、下面に多数の噴出穴１７…が穿設されており、搬送装置２の下部に設置する冷気噴出器９ｂは、上面に多数の噴出穴１７…が穿設されている。搬送装置の上部に設置する冷気噴出器９ａの外壁で噴流はんだ槽側となるところには、風防１８が吊設されている。風防とは冷気噴出器から噴出された冷気が噴流はんだ槽方向へ流動するのを防ぐものであり、搬送装置で搬送されるプリント基板が当たってもプリント基板走行の妨げとならない耐熱性樹脂のカーテンである。
【００２１】
次に本発明の自動はんだ付け装置におけるプリント基板のはんだ付け方法について説明する。
【００２２】
搬送装置２で図示しないプリント基板を搬送しながらフラクサー５で液状フラックスを塗布、その後、該プリント基板をプリヒーター６で１００〜１５０℃に予備加熱し、次いで噴流はんだ槽７の噴流ノズルから噴流している溶融はんだにプリント基板のはんだ付け面を接触させて、はんだ付け部にはんだを付着させる。噴流はんだ槽７には凝固収縮するＳｎ−３Ａｇ−０．５ＣｕのＰｂフリーはんだが入れられており、２４０℃で溶融状態となっている。該Ｐｂフリーはんだは固相線温度が２１７℃であり、凝固時に引け巣が大きく発生するものである。はんだ付け部にはんだが付着したプリント基板は搬送装置２で冷却装置８に送られる。冷却装置８には搬送装置２を挟んで上下部に冷気噴出器９ａ、９ｂが設置されており、この冷気噴出器から−１０℃の冷気が噴出していて、はんだ付け後のプリント基板は該冷気で急冷される。このようにしてはんだ付けされたプリント基板のはんだ付け部では、接着強度に影響するような大きくて深い引け巣発生していなかった。なお本発明の比較として、はんだ付け後の冷却を従来のファンによる送風で行い、それ以外は上記本発明プリント基板のはんだ付け方法と同一条件で行った。その結果、ファンによる送風冷却では、はんだ付け部に深くて大きい引け巣が発生していた。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば凝固時に引け巣が大きくなるＰｂフリーはんだであっても、引け巣を極力小さくできるため、従来引け巣によって機械的強度が弱くなっていたプリント基板のはんだ付け部に対して、機械的強度を充分に上げて信頼性のあるはんだ付け部が得られるという従来に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】本発明の自動はんだ付け装置の正面断面図
【図２】冷却装置の冷気噴出器の一部断斜視図
【符号の説明】
１　自動はんだ付け装置
２　搬送装置
５　フラクサー
６　プリヒーター
７　噴流はんだ槽
８　冷却装置
９ａ、９ｂ　冷気噴出器
１０　冷凍機
１１　乾燥器
【図１】
2004022709.tif 000003
【図２】
2004022709.tif 000004