特許 6146257 はんだ付けユニット及びはんだ付け方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6146257

(24)【登録日】2017年5月26日

(45)【発行日】2017年6月14日

(54)【発明の名称】はんだ付けユニット及びはんだ付け方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 3/02 20060101AFI20170607BHJP

   B23K 3/03 20060101ALI20170607BHJP

   B23K 3/06 20060101ALI20170607BHJP

【ＦＩ】

   B23K3/02 Q

   B23K3/03 A

   B23K3/06 K

   B23K3/02 M

【請求項の数】6

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-219233(P2013-219233)

(22)【出願日】2013年10月22日

(65)【公開番号】特開2015-80795(P2015-80795A)

(43)【公開日】2015年4月27日

【審査請求日】2016年8月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006220

【氏名又は名称】ミツミ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105050

【弁理士】

【氏名又は名称】鷲田 公一

(72)【発明者】

【氏名】矢嶋 英男

【審査官】 奥隅 隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭４９−０４９１５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２０９５０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３４２４６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−２２９６６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−３４３８４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ １／００−３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属塊と、
前記金属塊を貫いて設けられ、前記金属塊よりも熱伝導率の小さい物質及び又は前記金属塊よりも比熱が大きい物質からなり、中空部にはんだ線材が挿通されるパイプと、
前記金属塊を加熱するヒーターと、
を具備するはんだ付けユニット。

【請求項2】

前記パイプは、セラミックである、
請求項１に記載のはんだ付けユニット。

【請求項3】

前記パイプは、アルミナである、
請求項２に記載のはんだ付けユニット。

【請求項4】

前記パイプは、前記金属塊を上下方向に貫いており、
前記はんだ線材は、前記パイプ内を下から上へ移送される、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のはんだ付けユニット。

【請求項5】

前記金属塊又は前記ヒーターの温度を検出するセンサーを、さらに具備し、
前記ヒーターは、前記センサーによる検出結果に基づいて加熱が制御される、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のはんだ付けユニット。

【請求項6】

金属塊と、
前記金属塊を上下方向に貫いて設けられ、前記金属塊よりも熱伝導率の小さい物質及び又は前記金属塊よりも比熱が大きい物質からなり、中空部にはんだ線材が挿通されるパイプと、
前記金属塊を加熱するヒーターと、
を有するはんだ付けユニットを使用したはんだ付け方法であって、
前記ヒーターによって前記金属塊を所定温度に加熱する工程と、
前記パイプの下端から前記はんだ線材を供給して、前記パイプの上端部分に溶融はんだを生成する工程と、
前記溶融はんだに実装部品を接触させて、はんだ付けを行う工程と、
を含むはんだ付け方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、はんだ付けユニット及びはんだ付け方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電子部品をはんだ付けする方法として、大きく分けてフロー方式とリフロー方式がある。このうちフロー方式は、はんだを溶かしておいたはんだ槽に、はんだ付け対象の基板や端子を浸すことによってはんだ付けを行う方法である。はんだ槽のタイプには、はんだ液面を波立てる噴流式と、はんだ液面を波立てないディップ式とがある。

【0003】

噴流式のはんだ付け装置は、例えば特許文献１に記載されている。

【0004】

また、小型のはんだ槽を用いたディップ式のはんだ付け装置が、例えば特許文献２、３に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開第２０１２／１４３９６６号

【特許文献2】特開平６−２３５３３号公報

【特許文献3】特開２００５−４０８２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、特許文献１に記載されたような噴流方式のはんだ付け装置は、はんだ槽に加えて、モーターや噴出ユニットが必要となるので、装置構成が大型化する欠点がある。また、はんだ槽が大きいので発熱が大きく、消費電力も大きくなる欠点がある。

【0007】

特許文献２、３に記載の装置においては、はんだを溶融させるはんだ槽とは別体にはんだ槽に接近及び離間してはんだ槽にはんだ線材を供給するはんだ供給装置が必要となるので、装置構成が大型化する欠点がある。

【0008】

さらに、従来のはんだ付け装置においては、はんだ槽に生じた酸化被膜によってはんだの品質が低下することも懸念される。

【0009】

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、品質の良いはんだ付けを行うことができる、簡易な構成のはんだ付けユニット及びはんだ付け方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明のはんだ付けユニットの一つの態様は、
金属塊と、
前記金属塊を貫いて設けられ、前記金属塊よりも熱伝導率の小さい物質及び又は前記金属塊よりも比熱が大きい物質からなり、中空部にはんだ線材が挿通されるパイプと、
前記金属塊を加熱するヒーターと、
を具備する。

【0011】

本発明のはんだ付け方法の一つの態様は、
金属塊と、
前記金属塊を上下方向に貫いて設けられ、前記金属塊よりも熱伝導率の小さい物質及び又は前記金属塊よりも比熱が大きい物質からなり、中空部にはんだ線材が挿通されるパイプと、
前記金属塊を加熱するヒーターと、
を有するはんだ付けユニットを使用したはんだ付け方法であって、
前記ヒーターによって前記金属塊を所定温度に加熱する工程と、
前記パイプの下端から前記はんだ線材を供給して、前記パイプの上端部分に溶融はんだを生成する工程と、
前記溶融はんだに実装部品を接触させて、はんだ付けを行う工程と、
を含む。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、品質の良いはんだ付けを行うことができる、簡易な構成のはんだ付けユニット及びはんだ付け方法を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施の形態に係るはんだ付けユニットの構成を示す斜視図

【図2】パイプの上端付近を拡大して示す斜視図

【図3A】本実施の形態の動作の説明に供する側面図

【図3B】本実施の形態の動作の説明に供する側面図

【図4】はんだ付けユニットの他の構成例を示す斜視図

【図5】パイプの他の構成例を示す断面図

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

【0015】

図１は、本発明の実施の形態に係るはんだ付けユニットの構成を示す斜視図である。はんだ付けユニット１０は、金属塊２０と、金属塊２０を上下方向に貫いて設けられたセラミックパイプ３０と、金属塊２０を加熱するヒーター４０と、金属塊２０の温度を検出する温度センサー５０と、金属塊２０をはんだ付け装置の基台（図示せず）に固定する断熱部材６０と、を有する。

【0016】

金属塊２０は、鉄によって構成されている。但し、金属塊２０は、鉄以外の金属によって構成されていてもよい。

【0017】

セラミックパイプ３０の上部は、金属塊２０の上面から上端が僅かに突出している。これに対して、セラミックパイプ３０の下部は金属塊２０の下面から大きく突出している。セラミックパイプ３０には、はんだ線材３１が挿通される。セラミックパイプ３０の中空部分の径は、はんだ線材３１がセラミックパイプ３０内でセラミックパイプ３０の内面に接しながら上下動できるように、はんだ線材３１の径よりも僅かに大きくされている。セラミックパイプ３０から下方に露出したはんだ線材３１は、図示しない把持部によって把持されており、はんだ線材３１は、この把持部によって所定のタイミングで上方に所定量だけ移動される。

【0018】

また、セラミックパイプ３０は、ねじ（図３Ａ、図３Ｂ）３２によって金属塊２０に取り外し自在にねじ止めされている。これにより、セラミックパイプ３０は金属塊２０から取り外して洗浄を行ったり、サイズ変更のための交換を容易に行うことができるようになっている。例えば、はんだ付け対象に応じて、中空部分の径の異なるセラミックパイプ３０に容易に変更可能である。

【0019】

ヒーター４０としては、電熱線を有するカートリッジヒーターが用いられている。ヒーター４０は、発熱部分が金属塊２０の内部に位置するように金属塊２０に取り付けられている。ヒーター４０に電流が流れると、発熱部分が発熱することにより、金属塊２０が加熱される。なお、ヒーター４０としては、セラミックヒーター等のカートリッジヒーター以外のヒーターを用いてもよい。

【0020】

温度センサー５０は、センシング部分が金属塊２０の内部に位置するように金属塊２０に取り付けられている。温度センサー５０によって得られた温度検出結果は、ヒーター４０の制御部（図示せず）に送られ、温度検出結果に基づいて金属塊２０の温度が所定温度となるようにヒーター４０が制御される。この所定温度とは、はんだ線材３１を溶融させることができる温度である。

【0021】

断熱部材６０は、例えばケイ酸カルシウムによって構成されている。はんだ付け装置の基台（図示せず）に断熱部材６０を介して金属塊２０を固定したことにより、加熱された金属塊２０の熱が基台（図示せず）に伝わることを防止できる。

【0022】

次に、図３Ａ及び図３Ｂを用いて、本実施の形態の動作について説明する。

【0023】

はんだ付けユニット１０は、先ず、ヒーター４０によって金属塊２０を所定温度まで加熱する。次に、図３Ａに示すように、把持部（図示せず）が、セラミックパイプ３０の下側からはんだ線材を挿し込み、このはんだ線材３１の上端がセラミックパイプ３０の上端から表出するまではんだ線材３１を押し上げる。すると、セラミックパイプ３０の上部位置のはんだ線材３１は金属塊２０の熱によって溶融して、セラミックパイプ３０の上端からは溶融したはんだが表出する。

【0024】

具体的には、図３Ａに示したように、はんだ線材３１は、セラミックパイプ３０内において、金属塊２０の下端よりも上側では溶融した状態となり、金属塊２０の下端よりも下側では溶融していない状態となる。これは、セラミックの熱伝導性が非常に低いからである。つまり、金属塊２０よりも下側に突き出た部分のセラミックパイプ３０は、セラミックの熱伝導性が低いために高温になりにくく、この結果、下側に突き出た部分のセラミックパイプ３０内では、はんだ線材３１は溶融していないままの線材である。この結果、セラミックパイプ３０の下部の中空部部分ははんだ線材３１によって塞がれるので、セラミックパイプ３０内の上部位置で溶けたはんだがセラミックパイプ３０から下方に垂れなくて済む。また、セラミックパイプ３０の下部位置のはんだ線材３１は、溶融していないので表面張力が発生せず、パイプ３０内をスムーズに動かすことができる。この結果、表面張力に起因するパイプ詰まりが生じないので、パイプ径を小径にすることも可能となる。

【0025】

一方で、金属塊２０に埋め込まれたセラミックパイプ３０内で一度温められて溶けたはんだは、熱伝導率の低いセラミックパイプ３０に覆われているので、熱が発散しにくい。この結果、溶融はんだは、冷えにくく、溶解状態が保たれる。つまり、一旦溶融されたセラミックパイプ３０の上端付近のはんだは、溶解状態が維持される。実際には、溶融はんだは、図２に示すように、表面張力によってセラミックパイプ３０の先端から上方に膨らんだ状態で表出する。

【0026】

このように、セラミックパイプ３０内に溶融はんだが生成されると、搬送装置（図示せず）によって、図３Ｂに示すように、基板７０に実装された電子部品７１の端子７２がセラミックパイプ３０の上端からパイプ内に浸されるように移動される。これにより、端子７２及び基板７０にはんだが付着されてはんだ付けがなされる。

【0027】

１つの電子部品のはんだ付けが終了すると、搬送装置はその電子部品をはんだ付けユニット１０から離間させ、次の電子部品を取りに行く。このとき、セラミックパイプ３０の下方ではんだ線材３１を把持している把持部が、はんだ線材３１を所定量だけ上方に押し上げる。この押し上げ量（長さ）は、前回のはんだ付けで消費されたはんだが補充される量、すなわちセラミックパイプ３０の先端から溶融はんだが表出するまでである。但し、セラミックパイプ３０の先端から溶融はんだが僅かに溢れるまではんだ線材３１を押し上げてもよい。このようにすれば、前回のはんだ付けで生じた酸化被膜を完全に除去できるようになる。

【0028】

このようにはんだ線材３１を押し上げると、前回と同様にセラミックパイプ３０の上部位置のはんだは溶融状態となるので、前回と同様にセラミックパイプ３０の上端に端子７２を浸すことではんだ付けを行う。このように、はんだ線材３１を押し上げてセラミックパイプ３０の上部位置に溶融はんだを生成する工程と、溶融はんだに次のはんだ付け対象を浸す工程とを繰り返し行うことにより、複数のはんだ付け対象に順次はんだ付けを行う。

【0029】

以上説明したように、本実施の形態によれば、はんだ付けユニット１０は、金属塊２０と、金属塊２０を上下方向に貫いて設けられたセラミックパイプ３０と、金属塊２０を加熱するヒーター４０と、を有することにより、はんだ付けの品質が良い、簡易な構成のはんだ付けユニット１０を実現できる。詳細には、本実施の形態の構成によれば、以下の効果を得ることができる。

【0030】

パイプ３０先端の少量のはんだのみ溶かすので、はんだを溶融させるための熱量が少なく済む。よって、周囲に熱の影響を及ぼさない。また、はんだ線材３１を利用し、はんだ線材３１の先端のみを溶融させるので、加熱部の構成が簡単になる。加熱、断熱の部品点数が減り、周辺装置への熱の影響を軽減できるので、装置全体のコストを抑えることができる。

【0031】

単にパイプ３０にはんだ線材３１を送り込めばよいので、はんだ材料を供給するための装置を簡素化できる。

【0032】

空気に触れる溶融はんだは、パイプ３０先端のみなので、酸化被膜の生成が最小限に抑えられる。また、はんだ線材３１を押し込むことによってはんだを供給しているので、常に新しいはんだが供給される。この結果、はんだの劣化がないのではんだ付けの品質を向上させることができる。

【0033】

はんだ付けの際、溶融したはんだは基板７０側に移動するので、パイプ３０の先端には少量の溶融はんだしか残らない。この結果、パイプ３０の先端の溶融はんだ側に基板７０の銅が移ることがほぼなくなる。

【0034】

はんだ槽を用いないので、酸化被膜がはんだに溶け込んだり、不純物が混入することがなくなるので、はんだ付けの品質を向上させることができる。

【0035】

はんだ線材３１をはんだ付けを行う生産数量に合わせて購入すればよいので、初期コストを少なく押さえることができる。

【0036】

清掃は、金属塊２０からセラミックパイプ３０を取り外して行えばよいため、簡単である。

【0037】

なお、上述の実施の形態では、セラミックパイプ３０を用いた場合について述べたが、パイプの材質はセラミックに限らず、要は、金属塊２０よりも熱伝導率の小さい物質及び又は金属塊２０よりも比熱が大きい物質を用いればよい。

【0038】

簡単に説明する。比熱とは、物質の単位質量に対する熱容量、すなわち、単位質量の物質の温度を一度上げるのに必要な熱量である。熱伝導率とは、熱伝導で、熱の流れに垂直な単位面積を通って単位時間に流れる熱量を、単位長さあたりの温度差（温度勾配）で割った値である。熱伝導率は、物質の熱伝導のし易さを示し、熱伝導度とも呼ばれる。

【0039】

代表的な物質の比熱と熱伝導率とを、表１に示す。

【表1】

【0040】

金属塊２０として鉄を用いた場合には、パイプ３０の材料は、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素、石英ガラスのいずれかとすることが好ましい。特に、アルミナは、機械的強度、電気絶縁性、高周波損失性、熱伝導率、耐熱性、耐摩耗性、耐食性が良好なので、好適である。

【0041】

また、金属塊２０に取り付けるパイプ３０は１本に限らず、図４に示すように、２本のセラミックパイプ８１、８２を設けてもよく、３本以上のパイプを設けてもよい。金属塊２０に複数のパイプを取り付けた場合、それらの径は同じでもよく、異なっていてもよい。因みに、図４では、温度センサーが内蔵された温度調整機能付のヒーター９０が金属塊２０に取り付けられている。

【0042】

さらに、パイプ３０は円筒状のものに限らず、図５に示すように、先端がラッパ状のものを用いてもよい。このようなパイプ３０を用いれば、はんだ付け対象の端子７２の太さがパイプ径よりも太くてもパイプ３０の先端に端子を浸すことができるようになる。

【0043】

また、上述の実施の形態では、基板７０側を移動させたが、本発明のはんだ付けユニットは非常に小型なので、はんだ付けユニット１０側を移動させることも可能である。

【0044】

上述の実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

【産業上の利用可能性】

【0045】

本発明は、はんだ線材を用いたはんだ付けユニット及びはんだ付け方法に適用し得る。

【符号の説明】

【0046】

１０ はんだ付けユニット
２０ 金属塊
３０、８１、８２ セラミックパイプ
３１ はんだ線材
４０、９０ ヒーター
５０ 温度センサー
６０ 断熱部材

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】