(57)【要約】  はんだポットは、プリント回路基板上のスルーホール電子構成要素を選択的にはんだ付けするための機械用であって、好ましくは六角形基部を有する直角プリズムを形成することを特徴とする。
2012529761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント回路基板上のスルーホール電子構成要素を、選択的にはんだ付けするための機械用のはんだポットにおいて、六角形基部を有する直角プリズムを形成するように、少なくとも１つの平坦な垂直壁部を備えることを特徴とする、ポット。
【請求項２】
前記プリズムの前記基部が正六角形であること、すなわち、前記ポットがハニカム形状であることを特徴とする、請求項１に記載のポット。
【請求項３】
前記垂直壁部の上縁部内に隙間（１３）を備えることを特徴とする、請求項１および２のいずれか一項に記載のポット。
【請求項４】
前記ポットの２つの対向する壁部内に配置された２つの隙間（１３）を備えることを特徴とする、請求項２および３に記載のポット。
【請求項５】
前記請求項のいずれか一項に従って少なくとも部分的にポットを満たすステップと、前記ポット内で電気または電子構成要素の少なくとも１つのピン（４）を浸すステップとを含むことを特徴とする、はんだ付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント回路基板上のスルーホール電子構成要素を選択的にはんだ付けするための機械用のはんだポットに関する。
【０００２】
プリント回路基板は、パンチングされ、穿孔され、または皿穴を開けられた剛性基板であり、その上に、その片面または両面上に連結された表面実装電子構成要素（ＳＭＣと呼ばれる）、および、はんだ付けされるスルーホール構成要素のピンを挿入するために使用される電気めっきされた穴があり、これらの構成要素はいくつあってもよい。
【０００３】
プリント回路基板は、二部分構成要素であり、一方の部分が「絶縁」部分と呼ばれ、他方の部分が「導電」部分と呼ばれる。
【０００４】
「プリプレグ」と呼ばれる絶縁部分は、樹脂含浸補強材で構成される。この補強材は、ガラス繊維で作られることが多く、織物の形をとるが、石英またはケブラー（Ｋｅｖｌａｒ）商標で販売される合成繊維で製作することもできる。
【０００５】
したがって２面プリント回路基板の基部材料は、両方の外面が銅板で被覆される多数のプリプレグで構成される。
【０００６】
多層プリント回路基板の基部材料は、いくつかのプリプレグで合成され、それらの間に中間銅板が配置され、この組立体は、両方の外面が銅板で被覆される。
【０００７】
導電部分は、９９．９％の純銅板で構成され、その厚さおよびその物理特性を特徴とする。
【０００８】
得られた板は次いで、所望の寸法に切断され、レイアウトに従って穿孔され、穿孔穴は次いで、（銅めっきにより）めっきされたスルーホールとなる。次いでレイアウトが「設計され」、ワニスマークが塗布され、最後にスズめっきまたは金めっきが行われる。
【０００９】
プリント回路基板のスズめっき、はんだ可能なワニスラッカーを用いた被覆、または金めっきにより、腐食保護がもたらされる。
【００１０】
ポットを用いて選択的にはんだ付けすることは、手動または自動で挿入されるスルーホール構成要素とプリント回路基板との間の、機械的および電気的接続に役立つ。
【００１１】
この接続は、接合される部品の融点よりも低い融点を有する液体状態のはんだを用い、はんだ接合部の形成に参加しない表面を、溶融により濡らして作り出される。
【００１２】
はんだと、はんだ付けされる部品と、はんだ付けされる部品の表面仕上げとの間の冶金反応は、はんだ付けにおける重要な因子である。
【００１３】
ポットを用いる選択的なはんだ付けには、一連の固有のステップの実施が必要であり、第１のステップは、プリント回路基板を、はんだ付け機械内を通して動かすことができるようにホルダ上に位置決めすること、および、はんだ付けされる構成要素のピンを、めっきされたスルーホール内へと手動でまたはロボットを使用して挿入することである。
【００１４】
次のステップは、はんだ付けされる構成要素を担持する１つまたは複数のプリント回路基板が上に挿入されたホルダにより形成される組立体を、フラクシングステーションへと移送することである。
【００１５】
フラクシングは、はんだ付けされる表面を酸ベースまたはアルコールベースの侵食性フラックスの作用にさらすことによって、その上に形成されていた可能性がある酸化物を除去するように、かつ同時に、はんだと基部金属との間に金属間化合物の薄い層の形成を促進および加速することにより、それらの表面をはんだにより良好に濡らすのに役立つように、はんだ付けされる表面を化学的に準備およびクリーニングすることである。
【００１６】
この処理の間に、はんだ付けされる構成要素は、ばね荷重がかけられる圧力プレートによってプリント回路基板に対して押し付けられて保持され、はんだフラックスは、固有のフラクシングマトリクス上に取り付けられたブラシを用いて回路基板に適用される。
【００１７】
フラクシングステップの後に、プリント回路基板およびホルダは、予熱ステップ（一般に対流予熱または赤外線抵抗ヒーターを用いる余熱）を受ける。
【００１８】
予熱の後に、はんだ付けされる表面は、一般に９５℃から１２５℃の間の温度になる。
【００１９】
予熱は、予め塗布されたフラックスのアルコールを蒸発させるため、フラックスを活性化させるため、ならびに、プリント回路基板およびその中に挿入される構成要素をはんだ付けステップ中の熱衝撃を防止するのに十分な高さの温度にするために役立つ。
【００２０】
予熱ステップが終わるとき、ホルダは、ホルダを実際のはんだ付けステーションに位置決めするために、操作アームによって把持される。
【００２１】
この位置決めは、再現可能に、かつ軸ＸおよびＹを有する水平平面内で非常に精密に行わなければならない。
【００２２】
はんだ付けステーションは、タンクで構成され、このタンクは、プリント回路基板に固有のプレートおよびカバー（一般に窓）を用いて上から閉じられる。このカバーの役割は、はんだ付けサイクル以外でタンクを封止したままにすることである。
【００２３】
タンクは、スズ６３％および鉛３７％で作られる、融点が１８３℃のはんだで満たされる。
【００２４】
はんだ槽は、その酸化を防止するように、窒素フローにより不活性雰囲気下で約３００℃から３２５℃の温度に保たれる。
【００２５】
はんだ槽はさらに、一連のはんだポットを担持するプレートで構成されるはんだ付けマトリクスを含み、その形状は、プリント回路基板上のはんだ付けされる領域の幾何学形状に応じて変わる。
【００２６】
はんだ付けマトリクスは、Ｚ軸に沿って平行移動することができる。
【００２７】
ポットを用いてはんだ接合部を作り出すことを可能にするために、はんだ槽を保護するカバーが開かれて、ポットが通ることを可能にし、そのポットは、それらがプリント回路基板の下面と接触するまで次第に上昇し、数秒間この構成で保持される。
【００２８】
はんだポット内に収容されるはんだの頂部は、凸状液面を形成しなければならない。
【００２９】
この液面がプリント回路基板と接触するとき、はんだを、はんだ付けされる構成要素のピンに沿って、めっきされたスルーホール穴内へと毛管作用により浸潤させることができ、液面から来る余分なはんだは、ポットの縁部内にこのために切削された小さい隙間を通って流れ出る。
【００３０】
はんだをポットに沿って適切に流すために、はんだは、ポットの表面を正しく濡らさなくてはならない。
【００３１】
はんだ付けに許される時間が過ぎた後に、ポットは下降してはんだ槽に戻り、カバーは閉じられ、ホルダは取り外される。
【００３２】
この動作中に、はんだ付けされる構成要素は、それらが動くことを防止するように、ばね荷重がかけられる圧力プレートによってプリント回路基板に対して押し付けられて保持される。
【００３３】
毛管作用によるはんだ付けプロセスは、様々な原因によることがある機能不良を生じ、特に、はんだの温度がプリント回路基板およびはんだ付けされる電子構成要素のピンよりも低い場合、はんだがめっきされたスルーホール内へと毛管作用により上昇することができず、したがって正しいはんだ接合部を得ることが不可能となる。
【００３４】
はんだポットの幾何学形状は、この制約を考慮するように選択しなければならず、すなわちポットは、はんだ付けされる電子要素のピンに近づいてポットが動かされるときに十分な量の熱を蓄えるために、十分なはんだを収容しなければならない。
【００３５】
ただし、特に既にプリント回路基板上に固定された隣接する電子構成要素とはんだが接触する危険性をなくすために、「禁忌」領域と呼ばれる領域、すなわちはんだ付けされる電子構成要素のそれぞれのピンの周りの自由領域についてそれぞれの特定の場合に考慮する必要がある、いかなる幾何学形状を選択することも不可能である。この接触は、これらの構成要素を損傷しやすく、または短絡を生じやすい。
【００３６】
ただし、ポットを用いる選択的なはんだ付けにおいて生じる主な問題は、はんだポットの表面のはんだによる濡れ性に関する。
【００３７】
正しいはんだ付けを可能にするためには、はんだポット内に収容されるはんだが、凸状球形液面を表面上に有することが特に必須であり、それにより、はんだ付けされる電子構成要素のピンと接触するときに、ピンを取り囲むめっきされたスルーホール穴の中へとはんだが浸潤し、はんだをピンに沿って毛管作用により吸い上げることができ、かつ、余分なはんだが、このためにポットの上縁部内に設けられた隙間を通って流出し、はんだ槽内へと戻り落ちる前にポットの外壁に沿って流れることができる。
【００３８】
したがって、余分なはんだが、はんだ付けされるプリント回路基板の表面および隣接する電子構成要素上にあふれやすく、広がりやすくなり、それらを損傷するおそれがないように、はんだポット内に収容されるはんだのメニスカスが凹状でないことが必須となる。
【００３９】
ここで、この用件は、ポットのはんだによる濡れ性に応じて変わる。
【００４０】
使用されるポットは、鋼鉄上のはんだの濡れを最適化するように厚さ約２０μｍの均一なスズ層で化学的にスズめっきされた、Ｅ２４軟鋼で製造することができる。
【００４１】
鋼鉄ポットの化学的スズめっきは、鉄とスズの間に厚さ１μｍの薄く均一な金属間ＦｅｘＳｎｙ層を形成し、したがってはんだポットは、新しいときに十分な濡れ性を有する。
【００４２】
ただし、３００℃〜３２５℃のはんだ槽内にポットが浸されるとすぐに、新しいポットを被覆する純粋なスズ層が溶け、完全になくなり、次いではんだが厚さ２０μｍのＦｅｘＳｎｙ層と直接接触し、鋼鉄／スズ界面が不均一になる。
【００４３】
この層は、ポットが新しいときは濡れ性があるが、スズがはんだから鋼鉄内へと拡散するため、および、酸化物層がポットの表面上に現れ、それによりこれらの表面を受動的にし、結果的にそれらの濡れ性をなくすため、ポットを使用するうちにこの層は厚くなり、不均一になる。
【００４４】
ポットの経年劣化を防ぐためには、クリーニングを頻繁に行うことが必須である。
【００４５】
このクリーニングの目的は、表面の不純物をポットから除去すること、および金属間ＦｅｘＳｎｙ層の成長を遅くすることである。
【００４６】
この予防的クリーニング動作は、ブラシを用いて手で行われ、ポットのサイズが小さく手が届きにくい死角があるため特にやりにくく、さらに、高温領域内で行わなければならないので危険であり、特別な用心と、ヘルメット、バイザーなど保護手段の着用を強いる。
【背景技術】
【００４７】
ポットを用いてプリント回路基板を選択的にはんだ付けするための工程において用いられるはんだポットは、従来は円筒形である。
【００４８】
１日２４時間動作する機械では、そのようなポットは、機械を約１５分間、１日６回停止させて、予防的にクリーニングされなければならない。
【００４９】
さらにポットは、１ヶ月半ごとに交換されなければならない。
【００５０】
しかし、これらの厳しい予防措置では、次第に厳しくなる所望の品質要求を満たすことが可能にならず、依然として非常に多くのはんだ付けの欠陥、特に、はんだ付けされない箇所があること、めっきされたスルーホール穴内へのはんだの吸上げにおける問題、プリント回路基板の頂面上および隣接する電子構成要素上にはんだがあふれることなど、重大なはんだ付けの欠陥がみられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００５１】
本発明の目的は、これらの欠点をなくすことである。
【００５２】
本発明によれば、はんだポットの形状が、はんだ付けの品質および特にこれらのポットの予防的クリーニングの効果に大きく影響を及ぼすことが認められており、したがって、最適な形状を見出すために多くの努力がなされた。
【課題を解決するための手段】
【００５３】
この文脈において、本発明は、ポットを使用してプリント回路基板を選択的にはんだ付けするための工程において用いることが意図される、少なくとも１つの平坦な垂直壁部を備えることを特徴とするはんだポットを提供する。
【００５４】
本発明の別の特徴によれば、ポットは、直角プリズムの形である。
【００５５】
本発明の別の特徴によれば、プリズムの基部は六角形である。
【００５６】
本発明の別の特徴によれば、ポットは、プリズムの基部が正六角形であること、すなわち、ポットがハニカム形状であることを特徴とする。
【００５７】
具体的には、ハニカム形状を有するポットは、驚くべきことに、
選択的なはんだ付けの欠陥の数を６５％減少することと、
顧客の満足を高めることと、
ポットの予防的クリーニングの効果を高め、結果的に、はんだによるポットの安定性および濡れ性を高めることと、
１日２４時間動作する機械のためのポットの予防的クリーニングの頻度を半減させて、動作可能時間を１日４５分増やすことと、
ポットを３ヶ月に１度だけ交換することとを、可能にすることが見出されている。
【００５８】
結果的に、この工程を実施する任務を負う人の安全性もまた、著しく向上する。
【００５９】
添付の非限定的な図面を参照しながら、本発明の主題であるはんだポットの特徴をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図１はプリント回路基板を示す図である。
【図２】図２ははんだ付けステップを示す概略図である。
【図３ａ】図３ａは正しいはんだ付けを示す図である。
【図３ｂ】図３ｂは欠陥のあるはんだ付けの例を示す図である。
【図３ｃ】図３ｃは欠陥のあるはんだ付けの例を示す図である。
【図４】図４は本発明によるはんだポットを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
図１によれば、プリント回路基板１は、その頂面に既に固定された電子構成要素２を担持し、めっきされたスルーホール穴３が開けられ、その中に、その頂面上に位置決めされたはんだ付けされる２つの構成要素５１および５２のピン４が挿入される。
【００６２】
図２では、プリント回路基板１は、概略的に単一のピン４として、はんだ付け位置で示される。
【００６３】
このプリント回路基板１は、ホルダ６上に配置され、予めフラクシングステップおよび予熱ステップを受ける。
【００６４】
同様に概略的に示されるはんだ付け領域は、タンク７で構成され、タンク７は、固有のプレート８およびカバーを用いて上方から閉じられる。カバーの役割は、はんだ付けサイクル以外でタンクを封止したままにすることである。
【００６５】
タンク７は、中性雰囲気下で約３００℃から３２５℃の温度に保たれる、６３％のスズおよび３７％の鉛で構成されるはんだ９で満たされる。
【００６６】
タンク７はさらに、１つだけ示される１組のはんだポット１２を担持する支持プレート１１で構成された、はんだ付けマトリクス１０を収容する。
【００６７】
はんだポット１２は、はんだポット１２が、はんだ付けされなければならない構成要素５１、５２（図１）のそれぞれのピン４と一致して配置されるように、プリント回路基板１上のはんだ付けされる領域の幾何学形状に対応する幾何学形状内で、支持プレート１１上に分配される。
【００６８】
図４では、はんだポット１２は、六角形の基部を有する直角プリズムであり、すなわちはんだポットは、ハニカム形状を有し、それらの上縁部に、約０．３ｍｍの高さを有し余分なはんだの除去を可能にする機能を有する、２つの隙間１３を備える。
【００６９】
図２では、はんだ付けマトリクス１０は、両矢印Ａによって概略的に示されるようにＺ軸に沿って平行に動くことができる。
【００７０】
はんだポットはこうして、はんだポットがこのはんだで満たされるようにはんだ槽９内に浸される低い位置（図示せず）と、その中に収容されたはんだの上部液面１４がプリント基板の下面および関連するピン４と接触する高い位置（図２に示す）との間で垂直に動くことができる。
【００７１】
図２および図３ａでは、頂部が凸状液面を有するはんだ９が、ポット１２内に収容され、次いで、はんだ付けされなければならない電子構成要素５１、５２のピン４に沿って、めっきされたスルーホール穴３内へと毛管作用により浸潤し、これらのピンに沿って吸い上げられる。
【００７２】
図３ａでは、液面から来る余分なはんだが、ポット１２の上縁部内に配置された隙間１３を通って流出し、はんだ槽９内に落ちる前にこれらのポットの外壁に沿って流れる。
【００７３】
そのような正しいはんだ接合部を製作するには、ポット１２の表面を、はんだによって十分に濡らすことができること、および、このはんだの頂部が凸状球形液面１４を形成することが必要である。
【００７４】
なぜならば、図３ｂに示すように、はんだポット１２の濡れ性が乏しい場合、余分なはんだが隙間１３を通って流出することができず、プリント回路基板１の上面上にあふれ出して広がり、隣接する電子構成要素を損傷してはんだ付けの欠陥を生み出す危険性をもたらすからである。
【００７５】
さらに、図３ｃに示すように、凹状球形液面１４が存在すると、はんだは、はんだ付けされなければならない電子構成要素５１、５２のピン４に沿って、めっきされたスルーホール穴３内へと完全に浸潤することができず、構成要素のピンとプリント回路基板との間の連結が欠陥となる。
【符号の説明】
【００７６】
１  プリント回路基板
２  電子構成要素
３  めっきされたスルーホール穴
４  ピン
５１、５２  はんだ付けされる構成要素
６  ホルダ
７  はんだタンク
８  カバー＋固有のプレート
９  はんだ
１０  はんだ付けマトリクス
１１  支持プレート
１２  はんだポット
１３  スロット
１４  凸状球形液面
１４１  凹状球形液面
【図１】
2012529761.tif 000003
【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４】
2012529761.tif 000008
【国際調査報告】
2012529761.tif 000009
2012529761.tif 000010
2012529761.tif 000011
2012529761.tif 000012