(57)【要約】【課題】  はんだ槽内のはんだ液面の変化に応じてポンプの出力を調整しなくてはならず、ポンプが電気エネルギーを多く消費する。また、災害時には、安全のために、はんだ液面を急速で下降させる必要がある。【解決手段】  はんだ槽内のはんだを上方にあるはんだ供給対象に噴流ノズルを介して供給するフローはんだ付け装置において、はんだ槽に連通しガスを充填されるガス室と、ガス室のガス量を調整する手段を設けることで、ガス室内のガスの量を調整することによりはんだ槽内のはんだの液面高さを調整することで、ポンプが消費する電気エネルギーを節約することができる。また、急速にはんだ液面を下降させることができるので、地震発生時の安全対策や早期復旧に貢献できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだを貯めるはんだ槽と、
前記はんだ槽内のはんだを、当該槽より上にあるはんだ供給対象に噴流ノズルを介して供給するポンプと、
前記はんだ槽に連通し、ガスを充填されるガス室と、
前記ガス室にガスを供給するとともに、前記ガス室内のガスを減少させるガス量調整手段とを備え、
前記ガス室内のガスの量を調整することにより、前記はんだ槽内のはんだの液面高さを調整することを特徴とするフローはんだ付け装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記ガスは、不活性ガスであることを特徴とするフローはんだ付け装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記ガス室は、上方では前記はんだ槽とは仕切られ、下方では前記はんだ槽と連通していることを特徴とするフローはんだ付け装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記ガス量調整手段は、前記ガス室へのガスの出入りを制御する弁を有することを特徴とするフローはんだ付け装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記はんだの液面高または前記ポンプによる波高を検知する高さ検知手段と、
前記検知された液面高または波高に基いて、前記ガス量調整手段を制御し、前記はんだの液面高さを調整する制御手段とを備えたことを特徴とするフローはんだ付け装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
災害を検知した場合に、前記不活性ガス室内のガスを減らすことで、前記はんだ槽内のはんだの液面を低くすることを特徴とするフローはんだ付け装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記災害の検知は、地震の知らせを受信することにより行うことを特徴とするフローはんだ付け装置。
【請求項８】
請求項６において、
前記災害の検知は、当該フローはんだ付け装置に供給される電流の停止を検知することにより行うことを特徴とするフローはんだ付け装置。
【請求項９】
請求項６乃至８のいずれかにおいて、
災害を検知した場合に、前記はんだ槽及び前記噴流ノズルを覆うように作動するカバーを備えたことを特徴とするフローはんだ付け装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記カバーは、重力により、前記はんだ槽を覆う位置へ移動することを特徴とするフローはんだ付け装置。
【請求項１１】
請求項９または１０において、
前記カバーは、はんだにより形成されていることを特徴とするフローはんだ付け装置。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記カバーを構成するはんだは、前記はんだ槽内に貯められるはんだと組成が類似又は同一であることを特徴とするフローはんだ付け装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、挿入実装部品と回路基板とを、溶融はんだ噴流によって接続する、フローはんだ接続技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品と回路基板の接続には、２２０℃付近ではんだ付けすることが出来るＳｎ−３７Ｐｂ（単位：質量％）や、鉛を用いない鉛フリーはんだ合金が使用されている。
【０００３】
溶融はんだ槽のメカニカルポンプや電磁誘導ポンプの出力を変化させることによって、はんだ付けに必要な溶融はんだを槽の元々の液面のレベルから噴流ノズルのレベルに汲み上げて使用している（例えば、特許文献１参照）。上記の槽の元々の液面レベルからの汲み上げ高さは通常、１０センチ程度である。
【０００４】
汲み上げ高さをさらに大きくするためには、大きな電力が必要となるため、上記のポンプを使用する場合、節電のためにははんだ噴流ノズルよりやや低いレベルまで溶融はんだを供給しておく必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2001-308507号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
はんだ槽の初期の液面レベルからの汲み上げ高さは通常１０センチ程度であるが、当然ながら使用しているうちにはんだが減り、液面レベルが下がる。そうなると汲み上げ高さを大きくするために、槽内のはんだ量の変化に応じて、ポンプの出力を調整しなくてはいけなくなる。そして、はんだ量が減るほど、ポンプ出力を上昇させる必要があるため、電気エネルギーを多く消費することになる。そのため、エネルギーを節減する方法の提案が課題となる。
【０００７】
本発明は、上記課題を考慮してなされたものであり、はんだ量が変化してもポンプの出力を小さく抑え、省エネルギーのはんだ供給技術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】
【０００８】
そこで、本発明では、上記課題を解決するために、はんだ槽内のはんだを上方にあるはんだ供給対象に噴流ノズルを介して供給するフローはんだ付け装置において、はんだ槽に連通しガスを充填されるガス室と、ガス室のガス量を調整する手段を設けることで、ガス室内のガスの量を調整することによりはんだ槽内のはんだの液面高さを調整することを可能としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、槽内のはんだ消費によりはんだレベルが変化した場合に、はんだレベル調節が可能なため、はんだ噴流ポンプの電気エネルギーを節減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施例にかかる弁付き不活性ガス室を備えたフローはんだ付け装置の模式図である。
【図２】本発明の一実施例にかかる緊急地震速報受信器、電磁弁と電磁弁コントローラを備えたフローはんだ付け装置の模式図である。
【図３】本発明の一実施例にかかる噴流ノズルカバー、電磁式ストッパー、スライドレール、緊急地震速報受信器、電磁弁と電磁弁コントローラを備えたフローはんだ付け装置の模式図である。
【図４】噴流ノズルカバーが重力によりスライドレールに沿ってスライドした様子を示す模式図である。
【図５】噴流ノズルカバーの一例を示す模式図である。
【図６】噴流ノズルカバーの一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施例を用いて本発明の内容を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
本実施例にかかるはんだ付け装置を、図１に示す。フローはんだ槽１０内には、加熱されて溶融した溶融はんだ１００が貯められている。本実施例では、約１００リットルの容積のＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ（単位：質量％）の溶融はんだがはんだ槽１０に入っている。はんだ槽１００内では、ヒータ（図示せず）がはんだを加熱して溶融させている。また、はんだ槽１０は、容積が約６０リットルの不活性ガス室５０とは、上の方は壁で仕切られるとともに底部で繋がっており、この繋がり部を溶融はんだ１００が移動できるようになっている。この不活性ガス室５０は、通常のはんだ付け生産現場で使用されている５気圧の高圧窒素ガス配管（図示せず）と弁６０で接続されており、内部にはこの弁６０から供給された窒素ガスが充填されている。不活性ガス室５０に充填するガスは、はんだの酸化を防止するために不活性ガスとするが、還元性のガスを用いてもよい。
【００１３】
不活性ガス室５０は、溶融はんだ１００及び弁６０により密閉されるとともに、弁６０を介して、不活性ガスが出入り可能である。この弁６０は、不活性ガス室５０の上の方に設けられ、不活性ガスのみの流路（溶融はんだ１００は流れない）となるため、はんだによる溶蝕（エロージョン）で劣化する心配はない。高圧窒素ガス配管とつながっている時に弁６０を開けると、窒素ガスが不活性ガス室５０に流入するとともに、不活性ガス室５０内の溶融はんだが押し出され、はんだ槽１０のはんだ液面が上昇する。対して、大気とつながっているときに弁６０を開けると、不活性ガス室５０内の窒素が排気されるともに溶融はんだ１００が流入し、はんだ槽１０のはんだ液面が下降する。液面調整を行わない時は、弁６０は閉めておく。
【００１４】
また、弁６０は手動弁とし、この手動弁をはんだ付け作業者が、現在の溶融はんだ液面レベルや溶融はんだ噴流ノズルの波高を観察して、それらを最適値にするために操作しても良い。また、弁６０を電動弁とし、溶融はんだ液面レベルや、溶融はんだ噴流ノズルの波高を自動検出するセンサ（図示せず）を設け、この検出値に基いて、制御装置（図示せず）が電動弁６０を自動的に操作して溶融はんだ１００の液面高さを調整しても良い。はんだ液面としては、噴流ノズル１１の１０センチほど下が望ましい。また、はんだ付け装置を使わないときや移動させるときに、はんだの液面を下げておくことで、はんだ飛び散りを防止することもできる。
【００１５】
はんだ付け装置の上方には、はんだ付け対象である回路基板１と、それを搬送する回路基板搬送コンベア２０と、それらを覆うフローはんだ装置チャンバー３０が設けられている。チャンバー３０内は、はんだを酸化させないように、また、回路基板１に供給されたはんだを冷却させるように、不活性ガスである窒素ガスが流れている。この窒素ガス供給元は、不活性ガス室に供給する窒素ガスと同じ配管である。
【００１６】
次に、本実施例のはんだ付け装置について、実使用上の検証を行った。４０ｃｍサイズの回路基板をはんだ接続する場合、はんだ接続基板枚数１枚あたり、はんだ槽のレベルは０．０５ｍｍ低下するため、２００枚はんだ付けするまでの間には、はんだ槽のレベルは１０ｍｍ減少し、また、この液面レベル低下のために、従来のはんだ付け装置であれば、はんだ噴流ポンプの出力を２割上昇させなければならないことになる。
【００１７】
本実施例のフローはんだ付け装置を使用し、４０枚はんだ付けするごとに作業者が高圧窒素ガス配管の手動弁を開け、その都度はんだレベル調整を行ったが、上記基板を２００枚はんだ付けするまでの間、はんだ噴流ポンプの出力を上昇させる必要はなく、はんだ接続に支障はなかった。弁６０に電動弁を用いてその制御を自動化すれば、作業者の手間が要らずに本実施例の効果が得られる。
【実施例２】
【００１８】
本発明で提案されるフローはんだ付け装置は、不活性ガス室の特徴を活かして、急速に溶融はんだレベルを低下させ、槽内部の溶融はんだを退避させることができるため、災害対策としても使用できる。
【００１９】
本実施例にかかるはんだ付け装置を、図２に示す。本実施例では、実施例１の装置に、緊急地震速報受信器６２を追加した。すなわち、弁６０を電磁弁とし、それを制御する電磁弁コントローラ６１に緊急地震速報受信器６２を接続したフローはんだ付け装置である。
【００２０】
地震が発生したときに溶融はんだ１００の液面が高い場合、溶融はんだ１００が周囲に飛び散ってしまう恐れがある。飛び散った溶融はんだは、やがて温度が下がり凝固するが、それを除去するには温度を上昇させねばならず、非常に手間がかかる。回路基板搬送コンベア２０のような可動する装置にはんだが付着してしまった場合には、復旧までに時間がかかってしまう。
【００２１】
そこで、本実施例では、緊急地震速報を受信した場合に、溶融はんだの液面を急速に下降させるようにした。具体的には、緊急地震速報受信装置６２が速報を受信した場合、その信号を電磁弁コントローラ６１に送り、電磁弁コントローラ６１は電磁弁６０を開く。そうすると、不活性ガス室５０内の窒素ガスが急速に外に放出され、不活性ガス室５０内に溶融はんだ１００が入り込み、溶融はんだ１００の液面高が急激に下降する。液面が下降した結果、溶融はんだの散乱が抑えられ、復旧までの時間が短縮される。
【００２２】
緊急地震速報受信手段は、速報を受信したことを示す信号を、はんだ付け装置を制御する制御装置に送り、制御装置は、はんだを噴流させるポンプやはんだを加熱するヒータなど装置全体を停止させると、さらに効果的である。
【００２３】
なお、フローはんだ付け装置の位置が震源に近い場合、緊急地震速報よりも先に停電する場合があるため、この停電（フローはんだ付け装置に供給される電流の停止）を検知した場合に上記安全装置を作動させるようにしてもよい。この場合、装置内に電磁弁を開けるための蓄電装置を設けておくか、電磁弁が通電ＯＦＦで開くように設定することが望ましい。また、緊急停止後には、不活性ガス室５０内にはんだが入り込んで凝固するため、不活性ガス室５０内にも、はんだを加熱するヒータを備えておくことが望ましい。
【００２４】
また、本実施例は、緊急地震速報を受信した場合に安全装置が作動するが、自ら振動を検知したり、火災報知器により火災を検知したり、停電の場合など、様々な災害の場合に上記安全装置が作動するようにしてもよい。
【００２５】
次に、本実施例のはんだ付け装置について、実使用上の検証を行った。４０ｃｍサイズの回路基板をはんだ接続する場合を想定し、このはんだ付け装置を起震設備の中に持ち込み、震度を段階的に変えて、はんだの飛び散り具合を調べる実験を行った。ただし、緊急地震速報受信器を作動させる代わりに、１０秒の地震到達時間を想定して、電磁弁をマニュアル操作で開いた後、１０秒後に起振設備を作動させた。
【００２６】
この結果、電磁弁から抜ける窒素ガス排出流量が概ね毎秒１０リットルを超えると、はんだ槽の溶融はんだレベルが均一に低下せず、はんだ槽内に溶融はんだの波が発生することで、１０秒後に起振設備を作動時に震度３以上で、チャンバー３０内部へのはんだ飛び散りが発生した。しかし、電磁弁から抜ける窒素ガス排出流量が概ね毎秒８リットルを下回ると、はんだ槽内の溶融はんだの波の発生を抑えることが可能となる。そのため、窒素ガス流出速度を適正に調整すれば、はんだ飛び散りを抑制できることがわかる。本実施例では、チャンバー３０内部へのはんだ飛び散りが発生する震度を４以上に設定できた。
【実施例３】
【００２７】
本実施例にかかるはんだ付け装置を、図３〜６に示す。本実施例では、実施例２の装置に、噴流ノズルカバー７０を追加した。すなわち、災害時には、はんだ槽１０をカバーが覆うようにし、はんだの飛び散りを防止するように構成した。
【００２８】
噴流ノズルカバー７０は、スライドレール７２上に電磁式ストッパー７１で固定されている。スライドレール７０は、回路基板１を上昇させながら搬送する回路基板搬送コンベア２０とほぼ平行であり、水平方向に対してやや斜めに設けられている。緊急地震速報受信装置６２が速報を受信した場合には、電磁弁コントローラ６１が電磁式ストッパー７１を解除し、噴流ノズルカバー７０は重力によりスライドレール７２に沿ってスライドし、２秒程度ではんだ槽１０上方に移動してはんだ噴流ノズルを覆い隠す。この状態を図４に示す。噴流ノズルカバーを移動させる動力は、装置からのエネルギー供給が不要なものが望ましく、重力以外にもバネなどを用いることができる。
【００２９】
またこれと同時に、実施例２で説明したとおり、不活性ガス室５０付属の電磁弁６０が開き、ここにはんだ槽１０の一部の溶融はんだ１００が退避することで、はんだ槽の溶融はんだ液面を安全なレベルに下げることができる。
【００３０】
本実施例の噴流ノズルカバー７０を、図５及び図６に示す。噴流ノズルカバー７０は、厚さを５ｍｍないし１０ｍｍに、望ましくは７ｍｍ程度が良い。この厚みにすれば、基板１下面と噴流ノズル１１の隙間（約１０ｍｍ）に入り込むことができるためである。また、この厚みがあれば、噴流ノズル１１からの溶融はんだが接触してから１０秒程度は固体状態を保てるため、はんだ槽１０の溶融はんだ液面が安全なレベルに下がるまでの間（数秒間）は、はんだ噴流ノズル１１を覆い隠すことができる。
【００３１】
本実施例では、噴流ノズルカバー７０は、はんだによって形成されている。安全装置が作動した場合、噴流ノズルカバー７０がはんだ槽１０にはんだで固定されてしまうが、はんだで形成していれば、装置を再稼動させる時に、はんだ加熱するだけでカバーが溶けてそれを形成するはんだが溶融はんだ１００に吸収されるからである。従って、噴流ノズルカバーを形成するはんだは、溶融はんだを構成する元素が類似（１０質量％以上含まれる主要な元素が同じ）であることが望ましく、同一（少量含まれる元素及びその組成比まで同じ）であることがさらに望ましい。
【００３２】
はんだのチャンバー内部には、回路基板を搬送するためのコンベアなど、溶融はんだが付着して凝固すると、短時間で復旧できない状態となる可能性があるため、上記手法は生産性の大幅な低下を抑える効果がある。
【００３３】
地震警報が解除後の再稼動では、再び装置の電源を入れ、はんだ噴流ノズル１１からの熱などで、融け残った噴流ノズルカバー７０を完全に溶融させ、はんだ槽内に流す。また、不活性ガス室の電磁弁を閉め、同ガス室に高圧不活性ガスを送りこんで内圧を調整し、はんだ液面を元に戻す。新しい噴流ノズルカバーをセッティングする。以上の手順で、槽内のはんだ組成を変動を抑えて、数分で復旧は完了する。
【００３４】
以上により、緊急地震速報で情報を得たタイミングで、電力供給が停止しても自動的にはんだこぼれを防止し、地震警報が解除後、比較的人件費をかけずに復旧できるようにすることができる。
【００３５】
次に、本実施例のはんだ付け装置について、実使用上の検証を行った。条件としては、実施例２と同じとし、電磁弁７０及び電磁式ストッパー７１をマニュアル操作で開いた後、２秒後に１０秒間、起振設備を作動させた。
【００３６】
この結果、電磁弁から抜ける窒素ガス排出流量が概ね毎秒１０リットルを超えると、はんだ槽１０の溶融はんだレベルが均一に低下せず、はんだ槽１０内に溶融はんだ１００の波が発生するが、起振設備を作動開始するまでの２秒間のうちに、噴流ノズルカバーが、はんだ槽１０を覆い隠しており、上記の波の影響ではんだが噴流ノズルカバー７０から漏れ出すことはなかった。
【００３７】
さらに、起振設備を作動開始してからは、チャンバー内部へのはんだ飛び散りが発生する震度は６以上に向上していることがわかった。
【００３８】
さらに、起振設備による振動実験終了後、はんだ噴流ノズル１１からの熱や温風ヒートガンなどを使用することにより、３０分程度で、融け残った噴流ノズルカバーを完全に溶融させ、はんだ槽内に流し入れることで、復旧が可能となった。
【符号の説明】
【００３９】
１・・・回路基板
１０・・・フローはんだ槽
１１・・・フローはんだ噴流ノズル
２０・・・回路基板搬送コンベア
３０・・・フローはんだ装置チャンバー
５０・・・不活性ガス室
６０・・・電磁弁
６１・・・電磁弁コントローラ
６２・・・緊急地震速報受信器
７０・・・噴流ノズルカバー
７１・・・電磁式ストッパー
７２・・・スライドレール
１００・・・溶融はんだ
【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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