(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融はんだを溜めておくはんだ槽と、該はんだ槽から溶融はんだを引き上げ噴流させるための噴流ポンプと、引き上げた溶融はんだを適切なはんだ付け位置へ誘導させるためのはんだ付けノズルと、ノズル位置またはプリント基板を適切な位置へ位置制御するＸ−Ｙ−Ｚテーブルを備えプリント基板へ電子部品をはんだ付けするはんだ付け装置であって、前記プリント基板内に形成されている配線と前記はんだ槽とを接続する他の配線を設け、前記ノズルから噴流する溶融はんだが前記プリント基板内に形成されている配線へ接触したことを前記配線による回路の電気の導通を検出して前記ノズルまたは前記プリント基板の位置制御を行うことを特徴とするはんだ付け装置。
【請求項２】
検出したプリント基板とはんだ付けノズルから噴流する溶融はんだとの接触情報を元に、Ｘ−Ｙ−Ｚテーブルにてノズルまたはプリント基板を適正な位置へと移動させる請求項１に記載のはんだ付け装置。
【請求項３】
検出したプリント基板とはんだ付けノズルから噴流する溶融はんだとの接触情報を元に、ノズルから噴流したはんだがプリント基板へ接触してからのはんだ付け時間を計測し、設定時間経過後に噴流を停止するか、Ｘ−Ｙ−Ｚテーブルをはんだ付け位置から移動させ、はんだ付けを止めることにより、適正なはんだ付け時間ではんだ付けをする請求項１に
記載のはんだ付け装置。
【請求項４】
溶融はんだを溜めておくはんだ槽と、該はんだ槽から溶融はんだを引き上げ噴流させるための噴流ポンプと、引き上げた溶融はんだを適切なはんだ付け位置へ誘導させるためのはんだ付けノズルを備え、プリント基板内に形成されている配線と前記はんだ槽とを接続する他の配線を設け、Ｘ−Ｙ−Ｚテーブルによりノズル位置またはプリント基板の位置を制御して前記ノズルから噴流する溶融はんだがプリント基板内に形成されている配線へ接触したことを前記配線による回路の電気の導通により検出し、導通が検出されると前記Ｘ−Ｙ−Ｚテーブルを適切な位置へ位置制御させることを特徴とするはんだ付け方法。
【請求項５】
プリント基板内に形成されている配線とノズルから噴流する溶融はんだの接触を電気の導通により監視することにより、プリント基板内の配線不良を検出する請求項４に記載のはんだ付け方法。
【請求項６】
基準として準備したプリント基板、又は導電性のある金属等の板とノズルから噴流する溶融はんだとの接触を電気の導通により確認することで、ノズルから噴流する溶融はんだの噴流高さを計測する請求項４に記載のはんだ付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント基板に実装される電子部品をはんだ付けするのに好適なはんだ付け装置及びはんだ付け方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、電子機器は、電子回路を機能させるための配線が施されたプリント基板の電極へ電子部品をはんだ付けして組立てられる。電子部品をはんだ付けしてプリント基板への取り付けることをプリント基板への部品実装と呼ぶ。
【０００３】
プリント基板へ実装される部品の種類の主なものは、プリント基板の表面に設けられた電極にはんだペーストを塗布し、塗布されたペーストの上に部品を搭載した後、プリント基板全体をリフロー装置と呼ばれる加熱炉で加熱し、はんだを溶融させてはんだ付けを行う表面実装部品と呼ばれる種類の部品と、プリント基板に開けた穴の内側にメッキが施されているスルーホールと呼ばれる電極へ部品のリード、すなわち電極を挿入し、そこへ溶融したはんだ噴流を当てることによりはんだ付けを実施する挿入実装部品と呼ばれる種類の部品の２種類の部品が存在する。
【０００４】
この２種類の部品では、上述したように、はんだ付けの方法が大きく異なるため、電子機器へ電子部品を実装する工程を２つの工程、すなわち表面実装部品はんだ付け工程と挿入実装部品はんだ付け工程に分けて実施するのが一般的である。
【０００５】
表面実装部品の実装は、版印刷によりプリント基板表面の電極へペースト状にしたはんだを供給するため、挿入部品を取り付けた後に表面実装部品の実装を実施すると、プリント基板から挿入部品の電極が突出して、はんだペーストの版印刷の邪魔となるため、表面実装部品のはんだ付け後に、挿入実装部品のはんだ付けが実施される場合が多い。
【０００６】
近年、電子機器の性能向上に伴いプリント基板へ実装される部品は高密度化の一途を辿っており、表面実装部品がプリント基板の両面に実装されることも珍しくなくなってきた。両面に表面実装部品が実装されるプリント基板は、片方の面の表面実装部品を実装した後、反対側の表面実装部品を実装し、その後挿入部品の実装を行う。
【０００７】
挿入部品のはんだ付けは、上述したように、溶融したはんだ噴流をプリント基板のスルーホール電極へ当てて行われる。表面実装部品が片面のみに実装されている場合は、溶融したはんだ噴流を表面実装部品が搭載されていないプリント基板面の全面へ当てることにより、一括してはんだ付けすることが可能であった。一括はんだ付けが可能な機構を持つはんだ付け装置を、一般的に、フローはんだ付け装置と呼ぶ。
【０００８】
一方、表面実装部品が両面に実装されているプリント基板（このようなプリント基板を両面実装プリント基板と呼ぶ）の場合、フロー装置のようにプリント基板全面に溶融はんだ噴流を当てる方法で挿入部品をはんだ付けすると、先に実装されている表面実装部品が、溶融はんだにより剥離したり、熱により損傷を受けたりする。
【０００９】
このため、表面実装部品がプリント基板の両面に実装されている基板に、挿入実装部品をはんだ付けする場合は、表面実装部品がはんだ付けされている箇所を避けて、挿入実装部品の電極箇所のみを選択的にはんだ付けする方法が必要となる。
【００１０】
挿入部品の電極箇所を選択的にはんだ付けする一般的な手法として、パレット治具と呼ばれる挿入部品の電極箇所（スルーホール）を開口した治具へプリント基板を載せ、表面実装部品をマスク（覆って）してフロー装置を用いて、表面実装部品を保護しながらはんだ付けを行う方法が用いられている。
【００１１】
しかし、このフロー装置にてパレット治具を用いた挿入部品のはんだ付け方法には次のような問題点がある。
【００１２】
問題点（１）は、通常、フロー装置における溶融はんだ噴流口（ノズル）は最適なはんだ付けができるようにプリント基板との距離を５〜１０mmの位置にセッティングする必要がある。この制約があるため、ノズルに接触しないようにパレットの厚さが決められ、それに合うようにはんだ付け面の表面実装部品の高さが決められるため、はんだ付け面の表面実装部品の部品高さが３〜５mmに制約される点である。
【００１３】
問題点（２）は、挿入部品のはんだ電極に当てる溶融はんだ噴流がパレットにより乱れるため、特にパレットで覆った箇所の近くの電極では、ブリッジ（短絡）等のはんだ付け不良が発生しやすい点である。
【００１４】
近年、問題点（１）（２）を回避するため、例えば〔特許文献１〕に記載の従来の技術のように、挿入部品の電極を局所的にはんだ付けする装置（局所はんだ付け装置）がある。
【００１５】
このような局所はんだ付け装置は、挿入部品のはんだ付け電極を局部的なノズル（はんだ噴流口）を用いて選択的にはんだ付けするため、上記問題点（１）（２）を回避できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００１−３４７３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかし、局所はんだ付け装置において、電子部品のはんだ付けを実施する際、特にマザーボードと呼ばれる電子計算機の親基板や個々のプリント基板間の通信をするために用いられるバックボート等サイズの大きい基板では、はんだ付け時プリント基板に発生している反りが原因で、溶融はんだの噴流がプリント基板の電極に触れないことによる未はんだ状態や、逆に溶融はんだ噴流がプリント基板に近づきすぎることによるはんだの吹き上がり、ノズルがプリント基板や挿入部品の電極又ははんだ付けしようとする付近にある表面実装部品に接触してプリント基板や部品を損傷するなどの不具合が発生しやすいといった問題点がある。
【００１８】
本発明の目的は、未はんだ状態やはんだの吹き上がり、表面実装部品に接触しプリント基板や部品を損傷するなどの不具合を回避できるはんだ付け装置及びはんだ付け方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明は、局所はんだ付け装置による挿入実装部品のはんだ付けにおいて、グランド等のプリント基板内の配線を利用し、はんだ付け時にプリント基板から噴流はんだへ流れる電流を検知して、溶融はんだ噴流がプリント基板へ接触した情報を得て、ノズル位置へフィードバックすることによりプリント基板に反りが発生していたとしても適切なノズル位置ではんだ付けをすることが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、溶融はんだの噴流がプリント基板の電極に触れないことによる未はんだ状態や、逆に溶融はんだ噴流がプリント基板に近づきすぎることによるはんだの吹き上がり、ノズルがプリント基板や挿入部品の電極またははんだ付けしようとする付近にある表面実装部品に接触しプリント基板や部品を損傷するなどの不具合を回避することが可能となる。また、本発明を使用する２次的効果として電流を監視することによってはんだ付け完了確認，プリント基板内の配線状態の確認が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施例である局所はんだ付け装置の全体構成を示す斜視図。
【図２】本実施例の局所はんだ付け装置の縦断面図。
【図３】Ｘ−Ｙ−Ｚテーブルの動きを説明する図。
【図４】マルチ局所はんだ付け装置の全体構成図を示す縦断面図。
【図５】丸ノズルの例を示す図。
【図６】角ノズルの例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の一実施例を図１から図６を用いて説明する。図１は、本実施例の局所はんだ付け装置の斜視図、図２は、本実施例の局所はんだ付け装置の縦断面図である。
【００２３】
局所はんだ付け装置は、プリント基板２に実装される挿入実装部品１とプリント基板２をノズル３から噴流する溶融はんだ４を用いてはんだ付けを行う装置である。
【００２４】
図１，図２に示すように、はんだ付け装置は、はんだ槽５と、はんだ槽５から溶融はんだを引き上げ噴流させるため設けられたはんだ噴流ポンプ６と、はんだ噴流ポンプ６の先端には取付けられたノズル３で構成されている。はんだ槽５は、プリント基板２又ははんだ付けノズル３を適切な位置に位置制御するＸ−Ｙ−Ｚテーブル７の上に載置されており、Ｘ−Ｙ−Ｚテーブル７に信号線１４により接続された制御用コンピュータ９（以下、制御用ＰＣ９という）からの制御信号により、図３に示すようにＸ−Ｙ−Ｚテーブル７のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向の位置が制御され、はんだ付け噴流の制御がなされる。はんだ槽５には配線１５が取付けられ、配線１５は制御用ＰＣと接続されている。
【００２５】
プリント基板２の挿入実装部品１が搭載された面の裏側の面には表面実装部品１１が搭載されており、その表面実装部品１１が搭載されている箇所と異なる箇所に挿入実装部品１が取付けられる。
【００２６】
プリント基板２には、電子部品を挿入実装部品１として挿入するためのスルーホール１２が設けられ、スルーホール１２へ電子部品のリード１０を挿入しておく。次に、はんだ付けのためのフラックスを塗布する。フラックスの塗布は、予め作成しておいたプログラムにより、はんだ付けする箇所へスプレー等で実施する。フラックスを塗布後、プリント基板の板厚やはんだ付けする電子部品によってはヒータによるプリヒートを設定された時間実施し、ある程度プリント基板を加熱した方がはんだ付けの不具合が低減できる場合もある。フラックスがある程度乾いた後、はんだ付けを行う。
【００２７】
プリント基板２には、はんだ付け装置と、プリント基板２のはんだ付けをするスルーホール１２とが接触したか否かを検出するための配線８が取付けられている。配線８の取付け箇所は、スルーホール１２と接続されるグランド等のプリント基板内の配線パターン１３の電源パターン部である。配線８は、制御用ＰＣ９と接続されている。
【００２８】
はんだ付けは、穴径がφ５〜２０mmのノズル３（溶融はんだが通る空洞がある筒）から約３mmの高さまで溶融はんだを噴流させ、溶融はんだ４が噴流したノズル３を、フラックスが塗布されている挿入実装部品１のリード１０が突き出たプリント基板２のスルーホール１２部分へ近づけ、溶融はんだ４の噴流をスルーホール１２に下側（裏側）から当てることにより実施する。
【００２９】
一旦、溶融はんだ４の噴流をプリント基板２へ当てた後、Ｘ−Ｙ方向へノズル３を動かして連続的にはんだ付けすることも可能である。プリント基板２をＸ−Ｙ−Ｚテーブル７に載置した場合は、Ｘ−Ｙ方向へプリント基板２を動かして連続的にはんだ付けすることも可能である。ノズル３の位置制御は、予めはんだ付けしようとしている挿入実装部品１の座標位置を元に作成したプログラムにより実行する。
【００３０】
プリント基板２の挿入実装部品１のリード１０の突き出しが１〜３mm、溶融はんだ４の噴流が約３mm程度であるので、この時のノズル３，溶融はんだ４，プリント基板２それぞれの上下方向の位置関係は、リード１０の突き出しが上限の３mmに近い場合は、ノズル３をリード１０の突き出しの先端に接触するくらいまでノズル３をプリント基板２へ近づけないと、プリント基板２へ溶融はんだ４をつけることができない。一方、ノズル３をプリント基板２に近づけすぎると、ノズル３と部品リード１０の突き出しとが接触してしまうため、部品破損してしまう可能性がある。
【００３１】
そのため、ノズル３の上下位置（Ｚ軸）制御は厳密さが要求される。その上、ノズル３の上下位置（Ｚ軸）制御では、プリント基板製造工程や表面実装工程で加えられた熱等により発生しているプリント基板２の反りを考慮する必要がある。
【００３２】
この反りを考慮した適正なノズル３位置ではんだ付けを可能とする点について説明する。局所はんだ付け装置は、溶融はんだ４とスルーホール１２の接触を検出するための配線８がプリント基板内の配線パターン１３と繋がるように回路を形成している。
【００３３】
溶融はんだ４をノズル３先から噴流させた状態で、プリント基板２のはんだ付けしようとする設定位置へ上昇させる時、仮にプリント基板２が下反りしていると仮定すると、ノズル３が設定の位置へ来る前に、プリント基板２及び挿入実装部品１のリード１０の先端にノズル３が接触してしまい、部品を破損してしまう。
【００３４】
しかし、本実施例の局所はんだ付け装置では、溶融はんだ４の噴流がプリント基板２に接触すると、配線８等により形成している回路がクローズするため、溶融はんだ４の噴流がプリント基板２に接触したことを検出でき、その検出信号により上昇（Ｚ軸）制御をストップすることが可能となるので、部品の破損を防ぎ、適正な位置ではんだ付けすることが可能となる。
【００３５】
一方、逆にプリント基板２が上反りしている場合は、ノズル３が設定の位置まで上昇しても、配線８等により形成している回路がクローズしない。設定位置より基板が上反りしている分余計に上昇したところで溶融はんだ４の噴流とプリント基板２が接触し、配線８等により形成している回路がクローズするため、溶融はんだ４の噴流がプリント基板２に接触したことを検出でき、その検出信号により上昇（Ｚ軸）制御を止めることで適正位置でのはんだ付けが可能となる。
【００３６】
はんだ付けするノズル３のＺ方向の位置は、はんだ付けしようとする部品やプリント基板の厚さにより適正位置が異なるため、溶融はんだ４の噴流とプリント基板２が接触した位置から＋０.５mm上の位置で、はんだ付けの位置制御を行うことより適正なノズル３の位置でのはんだ付けが可能となり、はんだ付け時間の管理も、溶融はんだ４の噴流とプリント基板２が接触した時刻から規定時間の間ノズル位置を保持し、設定された時間経過後に次の動作へ移行させることにより厳密なはんだ付け時間の管理ができるようになる。
【００３７】
本実施例の局所はんだ付け装置は、但し、Ｚ軸制御にプリント基板内の配線パターンを利用しているため、はんだ付けしようとしているスルーホール１２がはんだ付け装置と電気的に接続できる回路となっていなくてはいけない。一般的に、プリント基板を構成する回路では、グランド等の電源パターンの配線が最も多いため、このグランド等電源パターンに、溶融はんだとプリント基板との接触を検知する配線をしておくことで、効率のよいはんだ付けが可能となる。
【００３８】
挿入実装部品１又はプリント基板２の適正なＺ軸位置が確認できた後は、プリント基板２の反りが影響しない範囲でＸ−Ｙ方向へノズル３を制御し、連続して他のスルーホール１２をはんだ付けするようにしてもよい。
【００３９】
はんだ付けしようとする挿入実装部品１に、或いはその部品の近くにグランドパターン等のＺ軸制御を確認するためのスルーホール１２がない場合は、予めプリント基板設計時に該当部品の近くにダミーのスルーホール１２又はパッド電極を設けておく必要がある。
この場合のスルーホール１２は部品挿入穴ではなく、小径のスルーホールでよい。
【００４０】
プリント基板内に形成されている配線パターン１３に断線等の不良があるとうまく機能しないため、又、局所はんだ付け装置と電気的に接続されているスルーホール１２以外の場所をはんだ付けしている場合には、局所はんだ付け装置とプリント基板の回路が閉じていないため、はんだ付け中のノズル３から噴流する溶融はんだ４とプリント基板２の接触情報を電気の導通によって監視することにより、プリント基板内の断線，短絡等の配線不良を検出することが可能である。
【００４１】
溶融はんだ４をノズル３から噴流させ、プリント基板２への部品実装におけるはんだ付けをする技術において、ノズル３からの溶融はんだ４の噴流高さは、はんだ中のフラックス等の不純物，はんだ酸化物等が詰まることが原因で、常に一定の高さに調整するのは難しい。従来は、噴流を横から目視するか、ガラス板等へ噴流を当てるなどで目視により噴流高さを判定するのが一般的であったが、本実施例の局所はんだ付け装置によれば、噴流高さの測定が容易かつ正確にできるようになる。すなわち、通常、はんだ付けするプリント基板２をセットする替わりに、水平の出ている金属板（ＳＵＳ等の溶融はんだと反応しない金属が望ましい）をセットし、溶融はんだを噴流させたノズル３を規定のはんだ付け位置へ移動させ、局所はんだ付け装置とプリント基板２の回路を監視、溶融はんだ４を噴流させたままノズル３を上昇させた時、局所はんだ付け装置とプリント基板２の回路が閉じた位置からノズル３の位置と金属板の間の距離を算出することで、ノズル３からの溶融はんだ噴流高さを計測することが可能となる。なお、プリント基板セット位置へセットする代わりに局所はんだ付け装置の一部として噴流高さ測定用の金属板を設けておいてもよい。
【００４２】
以上のように、グランド等のプリント基板内の配線パターン１３及び電極スルーホール１２を利用し、はんだ付け時にプリント基板２から噴流はんだ４へ流れる電流を監視しておくことで、溶融はんだ４の噴流がプリント基板２へ接触したという情報が得られるため、この情報をノズル３の位置へフィードバックすることで、プリント基板２に反りが発生していたとしても適切なノズル３の位置ではんだ付けをすることが可能となる。
【００４３】
この結果、溶融はんだ４の噴流がプリント基板２の電極に触れないことによる未はんだ状態や、逆に溶融はんだ４の噴流がプリント基板２に近づきすぎることによるはんだの吹き上がり、ノズル３がプリント基板２や挿入実装部品１の電極スルーホール１２、又は、はんだ付けしようとする付近にある表面実装部品に接触して、プリント基板２や部品を損傷するなどの不具合を回避することが可能となる。
【００４４】
また、本実施例を応用することでプリント基板２に内在している断線や短絡といったプリント基板の不良の検出やはんだ付けの確認か可能となる。
【００４５】
以上の説明では、ノズル３をＸ−Ｙ−Ｚテーブル７にて制御することによりはんだ付けする装置を説明したが、ノズル３の位置を固定し、はんだ付けするプリント基板２の方をＸ−Ｙ−Ｚテーブル７にて位置制御してはんだ付けする場合でも同様の効果が得られる。
【００４６】
図４は、図２に示す局所はんだ付け装置を複数独立に設置した局所はんだ付け装置の縦断面図である。
【００４７】
局所はんだ付け部を複数設置しており、図４，図５に示すように異なる形状のノズルを複数設置している。制御用ＰＣ９は、それぞれの局所はんだ付け部に対応して設けられ、配線８も同様に局所はんだ付け部に対応して設けられている。
【００４８】
異なる形状のノズルを複数設置することにより、多数の部品が実装されたはんだ付け部を効率よくはんだ付けすることも可能である。ノズル位置検出装置は個々に設置してもよいが、複数を独立に制御することにより１つにまとめることも可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１  挿入実装部品
２  プリント基板
３  ノズル
４  溶融はんだ
５  はんだ槽
６  はんだ噴流ポンプ
７  Ｘ−Ｙ−Ｚテーブル
８  配線
９  制御用ＰＣ
１０  リード
１１  表面実装部品
１２  スルーホール
１３  配線パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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