(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】
(24)【登録日】2022-12-19
(45)【発行日】2022-12-27
(54)【発明の名称】スリーブはんだ付け装置
(51)【国際特許分類】
B23K 3/00 20060101AFI20221220BHJP
H05K 3/34 20060101ALI20221220BHJP
B23K 1/00 20060101ALI20221220BHJP
【ＦＩ】
B23K3/00 310A
H05K3/34 507N
B23K1/00 A
B23K1/00 330E
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2018168747
(22)【出願日】2018-09-10
(65)【公開番号】P2020040085
(43)【公開日】2020-03-19
【審査請求日】2021-08-25
(73)【特許権者】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(74)【代理人】
【識別番号】110000567
【氏名又は名称】弁理士法人サトー
(72)【発明者】
【氏名】古本 敦司
(72)【発明者】
【氏名】浜元 和幸
(72)【発明者】
【氏名】藤平 昌之
(72)【発明者】
【氏名】岩瀬 輝彦
【審査官】岩見 勤
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－０６１９７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１３１３１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１１２６１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－０２９６５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０６７６９８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ３／００
Ｈ０５Ｋ ３／３４
Ｂ２３Ｋ １／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板（１００）のスルーホール（１０１）に設けられたランド（１０２）内に電子部品の端子（１１０）をはんだ付けする装置（１０）であって、筒状に形成され、内部に供給されるはんだ（Ｈ）を加熱するスリーブ（１１）と、
前記ランド内における前記端子の位置を特定する端子位置特定部（３１）と、
前記端子位置特定部が特定する前記端子の位置に基づいてオフセット位置を算出するオフセット位置算出部（３２）と、
前記オフセット位置算出部が算出する前記オフセット位置に前記スリーブの位置を合わせるように調整するスリーブ位置調整部（３３）と、
を備えるスリーブはんだ付け装置。
【請求項2】
前記オフセット位置算出部が算出する複数の前記オフセット位置に基づいてオフセット領域を設定するオフセット領域設定部（３４）をさらに備え、前記端子位置特定部が特定する前記端子の位置が前記オフセット領域内に存在する場合にはんだ付けを実行する請求項１に記載のスリーブはんだ付け装置。
【請求項3】
はんだ付けの出来栄えを検証する出来栄え検証部（３５）と、前記出来栄え検証部による検証結果に基づいて前記オフセット領域を補正するオフセット領域補正部（３６）と、
をさらに備える請求項２に記載のスリーブはんだ付け装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、スリーブはんだ付け装置に関する。
【背景技術】
【0002】
基板に電子部品の端子をはんだ付けするはんだ付け装置として、筒状のスリーブの内部に糸状のはんだを供給して加熱する、いわゆるスリーブはんだ付け装置が考えられている（例えば、特許文献１参照）。スリーブはんだ付け装置によれば、スリーブの位置を移動させることにより、基板上のはんだ付けしたい箇所において局所的なはんだ付けを精度良く行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１２－１３４２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、従来のスリーブはんだ付け装置では、基板に設けられた認識マークを基準にしてスリーブの位置を調整するようにしている。しかし、基板のスルーホールに設けられたランド内における電子部品の端子の位置は、例えば組立精度などの影響により、その位置がばらつく可能性がある。そのため、単に認識マークを基準にしてスリーブの位置を調整しただけでは、ランド内における電子部品の端子の実際の位置に対し好ましい位置にスリーブの位置を調整できない場合がある。そして、このように、電子部品の端子の実際の位置に適した位置にスリーブが位置していない状態ではんだ付けを実施すると、はんだ付けの出来栄えを良好にできないおそれがある。
【0005】
そこで、基板のランド内における電子部品の端子の位置にばらつきが発生する場合であっても、はんだ付けの出来栄えを良好にすることができるスリーブはんだ付け装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示に係るスリーブはんだ付け装置は、基板１００のスルーホール１０１に設けられたランド１０２内に電子部品の端子１１０をはんだ付けする装置１０であって、筒状に形成され、内部に供給されるはんだＨを加熱するスリーブ１１と、前記ランド内における前記端子の位置を特定する端子位置特定部３１と、前記端子位置特定部が特定する前記端子の位置に基づいてオフセット位置を算出するオフセット位置算出部３２と、前記オフセット位置算出部が算出する前記オフセット位置に前記スリーブの位置を合わせるように調整するスリーブ位置調整部３３と、を備える。
【0007】
この構成によれば、基板のランド内における電子部品の端子の実際の位置に適した位置にスリーブを位置させた状態ではんだ付けを実行することができる。よって、基板のランド内における電子部品の端子の位置にばらつきが発生する場合であっても、その電子部品の端子の実際の位置に応じて、はんだ付けの出来栄えを良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本実施形態に係るスリーブはんだ付け装置の構成例を概略的に示す図
【図2】本実施形態に係るスリーブはんだ付け装置の制御系の構成例を概略的に示すブロック図
【図3】本実施形態に係るランドおよびその周辺部分を概略的に示すものであり、オフセット位置の算出例を説明するための図
【図4】本実施形態に係るスリーブはんだ付け装置の動作例を概略的に示すフローチャート
【図5】本実施形態に係るスリーブはんだ付け装置による作用、効果を説明するための図であり、ランド内における端子の位置にばらつきが発生していない場合の一例を示す図
【図6】本実施形態に係るスリーブはんだ付け装置による作用、効果を説明するための図であり、ランド内における端子の位置にばらつきが発生している場合の一例を示す図（その１）
【図7】本実施形態に係るスリーブはんだ付け装置による作用、効果を説明するための図であり、ランド内における端子の位置にばらつきが発生している場合の一例を示す図（その２）
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、スリーブはんだ付け装置に係る一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に例示するスリーブはんだ付け装置１０は、例えばプリント基板などの基板１００のスルーホール１０１に設けられたランド１０２内に電子部品の端子１１０をはんだ付けする装置である。以下、スリーブはんだ付け装置１０を、単に「はんだ付け装置１０」と称する。
【0010】
はんだ付け装置１０は、スリーブ１１、ヒータ１２、はんだ切断部１３などを有するスリーブユニット１４を備えている。はんだ付け装置１０は、基板１００に対し、スリーブユニット１４を鉛直方向および水平方向に移動可能に備えている。
【0011】
スリーブ１１は、例えばセラミックなどで構成されており、鉛直方向に長い筒状に形成されている。スリーブ１１の内部は中空状となっている。ヒータ１２は、例えばスリーブ１１の上部の外側面に設けられており、スリーブ１１を加熱する。はんだ切断部１３は、図示しないはんだ供給部から供給される糸状のはんだを、図示しないカッタによって所定長さに切断して、はんだ片Ｈを形成する。はんだ切断部１３が形成するはんだ片Ｈは、スリーブ１１の内部に落下して供給される。そして、スリーブ１１の内部に供給されるはんだ片Ｈは、ヒータ１２によって加熱されているスリーブ１１の内周面に接触することにより溶融し、これにより、基板１００のランド１０２内に挿入されている電子部品の端子１１０が、溶融したはんだ片Ｈによってはんだ付けされる。
【0012】
次に、はんだ付け装置１０の制御系の構成例について説明する。図２に例示する制御装置２０は、例えばマイクロコンピュータを主体として構成されており、ヒータ１２の駆動、はんだ切断部１３の駆動、スリーブユニット１４の駆動など、はんだ付け装置１０の動作全般を制御する。また、制御装置２０には、カメラ２１、記憶部２２などが接続されている。カメラ２１は、基板１００の上方において鉛直方向および水平方向に移動可能に構成されており、基板１００のランド１０２およびその周辺部分を撮影可能に構成されている。記憶部２２は、例えばメモリなどの記憶媒体で構成されており、種々のデータや情報を記憶する。
【0013】
また、制御装置２０は、制御プログラムを実行することにより、端子位置特定部３１、オフセット位置算出部３２、スリーブ位置調整部３３、オフセット領域設定部３４、出来栄え検証部３５、オフセット領域補正部３６をソフトウェアにより仮想的に実現する。なお、はんだ付け装置１０は、これらの処理部を、ハードウェアにより構成してもよいし、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせにより構成してもよい。
【0014】
端子位置特定部３１は、電子部品の端子１１０が挿入された基板１００のランド１０２およびその周辺部分をカメラ２１により撮影する。そして、端子位置特定部３１は、その撮影画像を解析することによって、図３に例示するように、ランド１０２内における電子部品の端子１１０の中心位置Ｐ１を特定する。なお、画像の解析手法としては、周知の種々の画像解析手法を適用することができる。
【0015】
オフセット位置算出部３２は、図３に例示するように、端子位置特定部３１が特定する電子部品の端子１１０の中心位置Ｐ１に基づいてオフセット位置Ｐ３を算出する。本実施形態では、オフセット位置算出部３２は、例えば、端子位置特定部３１によって特定された電子部品の端子１１０の中心位置Ｐ１と、この時点で設定されている後述するオフセット領域Ｒの中心位置Ｐ２との中間位置をオフセット位置Ｐ３として算出するように構成されている。なお、オフセット位置Ｐ３は、例えば、電子部品の端子１１０の位置関係に基づいて幾何学的に算出してもよいし、スリーブ１１内の圧力の変動に基づいて算出してもよいし、基板１００の歪み、変形の度合いに基づいて算出してもよい。
【0016】
スリーブ位置調整部３３は、スリーブユニット１４の移動を制御することにより、オフセット位置算出部３２が算出するオフセット位置Ｐ３にスリーブ１１の中心位置を合わせるように調整する。
【0017】
オフセット領域設定部３４は、オフセット位置算出部３２が算出したオフセット位置Ｐ３を記憶部２２に記憶する。これにより、記憶部２２には、オフセット位置算出部３２が算出した複数のオフセット位置Ｐ３が蓄積される。そして、オフセット領域設定部３４は、記憶部２２に蓄積された複数のオフセット位置Ｐ３に基づいてオフセット領域Ｒを設定する。即ち、オフセット領域設定部３４は、複数のオフセット位置Ｐ３を含む所定の領域をオフセット領域Ｒとして設定する。本実施形態では、オフセット領域設定部３４は、記憶部２２に記憶されている複数のオフセット位置Ｐ３を全て含む円形の領域をオフセット領域Ｒとして設定するように構成されている。なお、オフセット位置算出部３２がオフセット位置Ｐ３を算出するごとに、記憶部２２に蓄積されるオフセット位置Ｐ３の数が増加する。そのため、オフセット領域設定部３４は、例えば、記憶部２２に記憶されるオフセット位置Ｐ３が増加することに応じて、オフセット領域Ｒを再設定するように構成されている。
【0018】
出来栄え検証部３５は、基板１００のランド１０２内に挿入されている電子部品の端子１１０が、溶融したはんだ片Ｈによってはんだ付けされた後において、そのはんだ付けの出来栄えを検証する。本実施形態では、出来栄え検証部３５は、はんだ付けの実施後において基板１００のランド１０２およびその周辺部分をカメラ２１により撮影する。そして、出来栄え検証部３５は、その撮影画像を解析することによって、はんだ付けの出来栄えを検証する。
【0019】
具体的には、出来栄え検証部３５は、はんだ付けが良好に行われた場合におけるはんだの形状などを規定したパターンデータを予め有している。そして、出来栄え検証部３５は、カメラ２１により撮影された実際のはんだ付け後のはんだの形状と、パターンデータが規定する良好なはんだの形状とを照合し、その一致度に基づいて、はんだ付けの出来栄え、つまり、はんだ付けが良好であるのか、不良であるのかを検証する。
【0020】
オフセット領域補正部３６は、オフセット領域設定部３４が設定したオフセット領域Ｒを、出来栄え検証部３５による検証結果に基づいて補正する。具体的には、出来栄え検証部３５による検証結果が不良である場合、オフセット領域補正部３６は、例えば、オフセット領域設定部３４が設定したオフセット領域Ｒを狭くするように補正する。
【0021】
次に、はんだ付け装置１０の動作例について説明する。図４に例示するように、制御装置２０は、基板１００のランド１０２内に電子部品の端子１１０が挿入されると、そのランド１０２内における電子部品の端子１１０の中心位置Ｐ１を特定する（Ｓ１）。そして、制御装置２０は、電子部品の端子１１０がオフセット領域Ｒ内に存在するか否かを判断する（Ｓ２）。
【0022】
なお、本実施形態では、制御装置２０は、電子部品の端子１１０の一部でもオフセット領域Ｒ内に存在する場合には、電子部品の端子１１０がオフセット領域Ｒ内に存在する（Ｓ２：ＹＥＳ）と判断するように構成されている。また、制御装置２０は、電子部品の端子１１０の全体がオフセット領域Ｒの外部に存在する場合には、電子部品の端子１１０がオフセット領域Ｒ内に存在しない（Ｓ２：ＮＯ）と判断するように構成されている。
【0023】
電子部品の端子１１０がオフセット領域Ｒ内に存在している状態であれば、電子部品の端子１１０の外周面とランド１０２の内周面との間に十分な隙間が確保されると考えられる。そのため、電子部品の端子１１０の伝熱性とランド１０２の伝熱性とが相互に相違するとしても、はんだ片Ｈの溶融が不均一となる可能性が低くなる。また、電子部品の端子１１０がオフセット領域Ｒ内に存在している状態であれば、電子部品の端子１１０が変形などしておらず、当該端子１１０に残留応力が発生していないと考えられる。そのため、電子部品の端子１１０の変形復帰、いわゆるスプリングバックにより、溶融したはんだ片Ｈが乱されてしまう可能性が低くなる。よって、電子部品の端子１１０がオフセット領域Ｒ内に存在している状態であれば、はんだ付けの出来栄えが良好になる可能性が高くなる。
【0024】
一方、電子部品の端子１１０がオフセット領域Ｒ内に存在していない状態であれば、電子部品の端子１１０の外周面とランド１０２の内周面とが近接あるいは接触することが考えられる。そのため、電子部品の端子１１０の伝熱性とランド１０２の伝熱性とが相互に相違していることにより、はんだ片Ｈの溶融が不均一となる可能性が高くなる。また、電子部品の端子１１０がオフセット領域Ｒ内に存在していない状態であれば、電子部品の端子１１０が変形などしており、当該端子１１０に残留応力が発生している場合があると考えられる。そのため、電子部品の端子１１０の変形復帰、いわゆるスプリングバックにより、溶融したはんだ片Ｈが乱されてしまう可能性が高くなる。よって、電子部品の端子１１０がオフセット領域Ｒ内に存在していない状態であれば、はんだ付けの出来栄えが良好になる可能性が低くなる。
【0025】
制御装置２０は、電子部品の端子１１０がオフセット領域Ｒ内に存在しない場合には（Ｓ２：ＮＯ）、例えば、電子部品の端子１１０の位置が不適切でることを報知する報知処理を実行して（Ｓ３）、この動作を終了する。なお、報知処理は、例えば、はんだ付け装置１０が備える表示パネルなどの表示装置を介して視覚的に報知する構成としてもよいし、はんだ付け装置１０が備えるスピーカやブザーなどの音声装置を介して聴覚的に報知する構成としてもよいし、両構成を組み合わせた構成としてもよい。また、制御装置２０は、電子部品の端子１１０がオフセット領域Ｒ内に存在しない場合には（Ｓ２：ＮＯ）、報知処理を実行することなく、この動作を終了するように構成してもよい。
【0026】
一方、制御装置２０は、電子部品の端子１１０がオフセット領域Ｒ内に存在する場合には（Ｓ２：ＹＥＳ）、電子部品の端子１１０の中心位置Ｐ１に基づいてオフセット位置Ｐ３を算出する（Ｓ４）。このとき、制御装置２０は、できるだけランド１０２の中心位置に近い位置であって、ランド１０２と端子１１０の昇温が何れも適切になるような位置を、ランド１０２と端子１１０の伝熱性の相違などに基づいて選定するように構成するとよい。そして、制御装置２０は、スリーブユニット１４の移動を制御することにより、算出したオフセット位置Ｐ３にスリーブ１１の中心位置を合わせるように調整する（Ｓ５）。このとき、オフセット位置Ｐ３として、できるだけランド１０２の中心位置に近い位置であって、ランド１０２と端子１１０の昇温が何れも適切になるような位置に設定されていれば、スリーブ１１の位置を、はんだ付けの出来栄えを良好にすべく一層好適な位置に調整することができる。そして、制御装置２０は、加熱されているスリーブ１１内にはんだ片Ｈを供給して、はんだ付けを実行する（Ｓ６）。
【0027】
そして、制御装置２０は、はんだ付けを完了すると、はんだ付けの出来栄えを検証する（Ｓ７）。そして、制御装置２０は、はんだ付けの出来栄えの検証結果が良好である場合には（Ｓ８：ＹＥＳ）、この動作を終了する。一方、制御装置２０は、はんだ付けの出来栄えの検証結果が良好でない場合には（Ｓ８：ＮＯ）、オフセット領域Ｒを補正して（Ｓ９）、この動作を終了する。
【0028】
本実施形態に係るはんだ付け装置１０による作用、効果について、さらに詳細に説明する。図５に例示するように、基板１００のランド１０２内における電子部品の端子１１０の位置にばらつきが発生しておらず、例えば、ランド１０２の中心位置あるいはその周辺に端子１１０が存在している状態では、仮に本実施形態に係る制御を適用しなくとも、はんだ付けの出来栄えを良好にすることが可能である。
【0029】
しかし、図６に例示するように、基板１００のランド１０２内における電子部品の端子１１０の位置にばらつきが発生しており、例えば、ランド１０２の中心位置から外れた位置に端子１１０が存在している状態では、例えば、端子１１０側に熱が偏ってランド１０２の内周面にはんだを塗れなかったり、ランド１０２側に熱が偏って端子１１０の昇温が不十分となり、ランド１０２内にはんだを適切に充填できなかったりする。
【0030】
そのため、図７に例示するように、基板１００のランド１０２内における電子部品の端子１１０の位置にばらつきが発生している場合に、本実施形態に係る制御を適用して、オフセット位置Ｐ３にスリーブ１１の中心位置を合わせるように調整することで、ランド１０２と端子１１０の昇温を何れも適切に行うことができ、はんだ付けの出来栄えを良好にすることが可能となる。
【0031】
本実施形態に係るはんだ付け装置１０によれば、基板１００のランド１０２内における電子部品の端子１１０の中心位置Ｐ１に基づいてオフセット位置Ｐ３を算出し、そのオフセット位置Ｐ３にスリーブ１１の中心位置を合わせるように調整するように構成した。この構成によれば、基板１００のランド１０２内における電子部品の端子１１０の実際の位置に適した位置にスリーブ１１を位置させた状態ではんだ付けを実行することができる。よって、基板１００のランド１０２内における電子部品の端子１１０の位置にばらつきが発生する場合であっても、その電子部品の端子１１０の実際の位置に応じて、はんだ付けの出来栄えを良好にすることができる。
【0032】
また、はんだ付け装置１０によれば、ランド１０２内における電子部品の端子１１０の実際の位置が、予め設定されているオフセット領域Ｒ内に存在することを条件に、はんだ付けを実行するように構成した。この構成によれば、ランド１０２内における電子部品の端子１１０の実際の位置がオフセット領域Ｒ内に存在していない状態、つまり、はんだ付けの出来栄えが良好にならない可能性が高い状態であるにも関わらず、はんだ付けが実行されてしまうことを回避することができる。
【0033】
また、はんだ付け装置１０によれば、はんだ付けの出来栄えの検証結果に基づいてオフセット領域Ｒを補正するように構成した。この構成によれば、実際のはんだ付けの出来栄えに応じて、随時、オフセット領域Ｒをアップデートすることができ、より最適なオフセット領域Ｒに基づいて、はんだ付けを実行するか否かを判断することができる。
【0034】
なお、本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
【符号の説明】
【0035】
図面中、１０はスリーブはんだ付け装置、１１はスリーブ、３１は端子位置特定部、３２はオフセット位置算出部、３３はスリーブ位置調整部、３４はオフセット領域設定部、３５は出来栄え検証部、３６はオフセット領域補正部、１００は基板、１０１はスルーホール、１０２はランド、１１０は電子部品の端子を示す。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】