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JP7207152B2 - スリーブはんだ付け装置および電子装置の製造方法 - Google Patents

スリーブはんだ付け装置および電子装置の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、スリーブはんだ付け装置および電子装置の製造方法に関するものである。
特許文献1に、スリーブはんだ付け装置が開示されている。これは、スリーブを用いて、電子部品の端子と基板の端子とのはんだ付けを行うための装置である。スリーブは、はんだが通過する孔を有する筒状であって、基板およびはんだを加熱するコテである。電子部品が組み付けられた基板に、加熱されたスリーブが接触する。これにより、電子部品の端子と基板の端子とに対して、はんだ付けに必要な熱量が与えられる。この状態で、スリーブの孔に、はんだが供給される。スリーブによってはんだが加熱され溶融する。溶融したはんだは、電子部品の端子と基板の端子とのはんだ付け部位に流れ込む。はんだが凝固することで、電子部品の端子と基板の端子とのはんだ付けが完了する。
スリーブはんだ付け装置を用いることで、はんだ付け部位にはんだを供給する供給部と、はんだ付け部位に供給されたはんだを加熱する加熱部とが別々にある装置を用いる場合と比較して、狭い場所でのはんだ付けが可能である。また、スリーブはんだ付け装置では、スリーブ内ではんだが溶融するので、はんだが飛散しないという利点がある。
特開2018-69288号公報
スリーブはんだ付け装置を用いたはんだ付けでは、加熱されたスリーブを所定の押付力で基板に押し付ける。これにより、はんだ付け部位に対して、はんだ付けに必要な熱量が与えられる。はんだ付けに必要な熱量が与えられることで、電子部品の端子の表面と基板の端子の表面に、溶融したはんだを濡れ広がらせることができる。
しかし、スリーブの押付量が不足したり、スリーブと基板との接触面積が不足したりすると、はんだ付け部位への伝熱量が不足する。はんだ付け部位に、はんだ付けに必要な熱量を与えることができない。この場合、電子部品の端子の表面と基板の端子の表面に、溶融したはんだを十分に濡れ広がらせることができない。この結果、電子部品の端子と基板の端子との間の良好な接合が得られない。このように、はんだ付け後の製品にはんだ付け不良が生じる。
また、基板が加熱されることによって基板に過大な反りが発生する場合がある。この場合、基板に過大な反りが発生した状態ではんだ付けが行われる。はんだ付け後に、基板は、はんだ付け前の形状に戻る。このため、はんだ付け後のはんだに過大な残留応力が生じる。この過大な残留応力によって、はんだにクラックが発生する時期が早まり、はんだの寿命が低下する。このように、はんだ付け後の製品にはんだ付け不良が生じる。
上記の通り、はんだ付けの過程が不適正な場合に、はんだ付け不良が生じる。このため、はんだ付けの過程が適正かどうか、はんだ付けの過程を監視できることが望まれる。
本発明は上記点に鑑みて、はんだ付けの過程を監視できるスリーブはんだ付け装置および電子装置の製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明によれば、
電子部品の端子と基板の端子とをはんだ付けするスリーブはんだ付け装置は、
はんだが通過する孔(111)を有し、基板に接触して基板を加熱するとともに、電子部品の端子と基板の端子とのはんだ付け部位に、はんだを供給するスリーブ(11)と、
スリーブを加熱するヒータ(12)と、
ヒータによって加熱されたスリーブを基板に押し付けるように、スリーブを移動させる移動機構(23)と、
加熱されたスリーブを基板に押し付けているときの基板に対するスリーブの押付力に関する物理量検出する検出部(26と、
検出部が検出した検出値と予め定められた判定基準とを比較し、検出値が判定基準を満たすか否かを判定する判定部(S13、S15
スリーブを含む構造体(18)を吊るすばね(14)とを備え、
移動機構は、構造体がばねに吊り下げられた状態で、スリーブを基板に押し付け、
検出部(26)は、押付力に関する物理量として、ばねの長さの変化量を検出する。
また、請求項3に記載の発明によれば、
電子部品の端子と基板の端子とをはんだ付けするスリーブはんだ付け装置は、
はんだが通過する孔(111)を有し、基板に接触して基板を加熱するとともに、電子部品の端子と基板の端子とのはんだ付け部位に、はんだを供給するスリーブ(11)と、
スリーブを加熱するヒータ(12)と、
ヒータによって加熱されたスリーブを基板に押し付けるように、スリーブを移動させる移動機構(23)と、
加熱されたスリーブを基板に押し付けているときのヒータから基板への伝熱量に関する物理量を検出する検出部(27)と、
検出部が検出した検出値と予め定められた判定基準とを比較し、検出値が判定基準を満たすか否かを判定する判定部(S23、S25、S43、S45)とを備え、
検出部(27)は、伝熱量に関する物理量として、スリーブを介してヒータから基板へ向かう熱流を検出する。
また、請求項5に記載の発明によれば、
電子部品の端子と基板の端子とをはんだ付けするスリーブはんだ付け装置は、
はんだが通過する孔(111)を有し、基板に接触して基板を加熱するとともに、電子部品の端子と基板の端子とのはんだ付け部位に、はんだを供給するスリーブ(11)と、
スリーブを加熱するヒータ(12)と、
ヒータによって加熱されたスリーブを基板に押し付けるように、スリーブを移動させる移動機構(23)と、
加熱による基板の変形量に関する物理量を検出する検出部(26)と、
検出部が検出した検出値と予め定められた判定基準とを比較し、検出値が判定基準を満たすか否かを判定する判定部(S33、S35)と、
スリーブを含む構造体(18)を吊るすばね(14)とを備え、
移動機構は、構造体がばねに吊り下げられた状態で、スリーブを基板に押し付け、
検出部(26)は、ばねの長さの変化量を検出することで、変形量に関する物理量として、スリーブの軸方向での変位量を検出する。
請求項1、3、5に記載の押付力、伝熱量、変形量大きさが不適正である場合、はんだ付けの過程が不適正となる。そこで、請求項1、3、5に記載の発明によれば、押付量に関する物理量、伝熱量に関する物理量、および、変形量に関する物理量検出し、検出した検出値が判定基準を満たすか否かを判定する。判定基準として、例えば、はんだ付けの過程が適正な場合と不適正な場合とのそれぞれの物理量とに基づいて設定されたものを用いる。これにより、はんだ付けの過程が適正かどうか、はんだ付けの過程を監視することができる。
また、請求項に記載の発明によれば、
はんだが通過する孔(111)を有するスリーブ(11)と、スリーブを加熱するヒータ(12)と、スリーブを移動させる移動機構(23)と、を備えるスリーブはんだ付け装置を用いて、電子部品の端子と基板の端子とをはんだ付けすることで、電子部品と基板とを有する電子装置を製造する電子装置の製造方法は、
移動機構によってスリーブを移動させることで、ヒータによって加熱されたスリーブを基板に押し付けること(S1、S2、S3)と、
スリーブを基板に押し付けた状態で、スリーブの孔を介して、電子部品の端子と基板の端子とのはんだ付け部位に、はんだを供給すること(S4)と、
加熱されたスリーブを基板に押し付けているときの基板に対するスリーブの押付力に関する物理量検出する検出部(26の検出値を取得すること(S11と、
検出値と予め定められた判定基準とを比較し、検出値が判定基準を満たすか否かを判定すること(S13、S15と、を含み、
スリーブはんだ付け装置は、スリーブを含む構造体(18)を吊るすばね(14)を備え、
スリーブを基板に押し付けることにおいては、移動機構によってばねに吊り下げられた状態の構造体を移動させ、
検出部は、押付力に関する物理量として、ばねの長さの変化量を検出する。
また、請求項8に記載の発明によれば、
はんだが通過する孔(111)を有するスリーブ(11)と、スリーブを加熱するヒータ(12)と、スリーブを移動させる移動機構(23)と、を備えるスリーブはんだ付け装置を用いて、電子部品の端子と基板の端子とをはんだ付けすることで、電子部品と基板とを有する電子装置を製造する電子装置の製造方法は、
移動機構によってスリーブを移動させることで、ヒータによって加熱されたスリーブを基板に押し付けること(S1、S2、S3)と、
スリーブを基板に押し付けた状態で、スリーブの孔を介して、電子部品の端子と基板の端子とのはんだ付け部位に、はんだを供給すること(S4)と、
加熱されたスリーブを基板に押し付けているときのヒータから基板への伝熱量に関する物理量を検出する検出部(27)の検出値を取得すること(S21、S41)と、
検出値と予め定められた判定基準とを比較し、検出値が判定基準を満たすか否かを判定すること(S23、S25、S43、S45)と、を含み、
検出部(27)は、伝熱量に関する物理量として、スリーブを介してヒータから基板へ向かう熱流を検出する。
また、請求項10に記載の発明によれば、
はんだが通過する孔(111)を有するスリーブ(11)と、スリーブを加熱するヒータ(12)と、スリーブを移動させる移動機構(23)と、を備えるスリーブはんだ付け装置を用いて、電子部品の端子と基板の端子とをはんだ付けすることで、電子部品と基板とを有する電子装置を製造する電子装置の製造方法は、
移動機構によってスリーブを移動させることで、ヒータによって加熱されたスリーブを基板に押し付けること(S1、S2、S3)と、
スリーブを基板に押し付けた状態で、スリーブの孔を介して、電子部品の端子と基板の端子とのはんだ付け部位に、はんだを供給すること(S4)と、
加熱による基板の変形量に関する物理量を検出する検出部(26)の検出値を取得すること(S31)と、
検出値と予め定められた判定基準とを比較し、検出値が判定基準を満たすか否かを判定すること(S33、S35)と、を含み、
スリーブはんだ付け装置は、スリーブを含む構造体(18)を吊るすばね(14)を備え、
スリーブを基板に押し付けることにおいては、移動機構によってばねに吊り下げられた状態の構造体を移動させ、
検出部(26)は、ばねの長さの変化量を検出することで、変形量に関する物理量として、スリーブの軸方向での変位量を検出する。
請求項6、8、10に記載の押付力、伝熱量、変形量大きさが不適正である場合、はんだ付けの過程が不適正となる。そこで、請求項6、8、10に記載の発明によれば、押付量に関する物理量、伝熱量に関する物理量、および、変形量に関する物理量検出し、検出した検出値が判定基準を満たすか否かを判定する。判定基準として、例えば、はんだ付けの過程が適正な場合と不適正な場合とのそれぞれの物理量とに基づいて設定されたものを用いる。これにより、はんだ付けの過程が適正かどうか、はんだ付けの過程を監視することができる。
また、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
第1実施形態におけるスリーブはんだ付け装置の全体構成を示す模式図である。 第1実施形態における制御部が実行するはんだ付けの制御を示すフローチャートである。 はんだ付けの過程が適正である場合のはんだ付け中のスリーブ、基板および部品側端子の断面図である。 はんだ付けの過程が適正である場合のはんだ付け中のスリーブ、基板および部品側端子の断面図である。 はんだ付けの過程が適正である場合のはんだ付け中のスリーブ、基板および部品側端子の断面図である。 はんだ付けの過程が適正である場合のはんだ付け後の基板および部品側端子の断面図である。 はんだ付け中に変位センサが検出する変位量と時間との関係を示す図である。 はんだ付け中に熱流センサが検出する変位量と時間との関係を示す図である。 はんだ付けの過程が不適正な場合のはんだ付け中のスリーブ、基板および部品側端子の断面図である。 はんだ付けの過程が不適正な場合のはんだ付け中のスリーブ、基板および部品側端子の断面図である。 はんだ付けの過程が不適正な場合のはんだ付け中のスリーブ、基板および部品側端子の断面図である。 はんだ付けの過程が不適正な場合のはんだ付け中のスリーブ、基板および部品側端子の断面図である。 はんだ付けの過程が不適正な場合のはんだ付け中のスリーブ、基板および部品側端子の断面図である。 はんだ付けの過程が不適正な場合のはんだ付け中のスリーブ、基板および部品側端子の断面図である。 はんだ付けの過程が不適正な場合のはんだ付け中のスリーブ、基板および部品側端子の断面図である。 はんだ付けの過程が不適正な場合のはんだ付け中のスリーブ、基板および部品側端子の断面図である。 はんだ付けの過程が不適正な場合のはんだ付け中のスリーブ、基板および部品側端子の断面図である。 第1実施形態における制御部が実行する制御を示すフローチャートである。 第1実施形態における制御部が実行する制御を示すフローチャートである。 第1実施形態における制御部が実行する制御を示すフローチャートである。 第1実施形態における制御部が実行する制御を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
(第1実施形態)
図1Aに示すはんだ付け装置10は、スリーブ11を用いて、電子部品1の端子である部品側端子2と基板3の端子である基板側端子4とのはんだ付けを行うスリーブはんだ付け装置である。端子は、相手側の部品と電気的に接続される部分であり、電極とも呼ばれる。部品側端子2は、金属線で構成されたリードである。基板側端子4は、基板3を貫通する貫通孔5の内壁面および貫通孔5の周囲に形成された導体層である。導体層は、貫通孔5の内壁面のみに形成されていてもよい。部品側端子2が貫通孔5に挿入された状態で、部品側端子2と基板側端子4とがはんだ付けされる。なお、部品側端子2は、リードと異なる形状であってもよい。基板側端子4の形状は、図1Aに示される形状でなくてもよい。
はんだ付け装置10は、スリーブ11と、ヒータ12と、カッタ13と、ばね14と、連結部材15と、支持部材16と、リニアガイド17とを備える。
スリーブ11は、はんだ20が通過する孔111を有する筒状のコテである。スリーブ11は、ヒータ12によって加熱される。スリーブ11は、孔111を通過するはんだを加熱して溶融させるとともに、スリーブ11に接触する基板3を加熱する。スリーブ11は、セラミックス製である。
ヒータ12は、スリーブ11を加熱する。ヒータ12は、スリーブ11の上側に連なっている。ヒータ12は、はんだ20が通過する孔121を有している。ヒータ12の孔121は、スリーブ11の孔111と連通している。なお、ヒータ12は、スリーブ11の外面に巻き付けられていてもよい。
カッタ13は、はんだ20を切断する。切断される前のはんだ20は、糸状に連続する糸はんだ20Aである。カッタ13は、上刃131と下刃132とを有する。上刃131は、下刃132の上に位置する。上刃131は、はんだが通過する孔133を有している。
下刃132は、はんだが通過する孔134を有している。下刃132の孔134は、ヒータ12の孔121を介して、スリーブ11の孔111と連通している。
下刃132に対して上刃131が水平方向に移動する。これにより、上刃131の孔133と下刃132の孔134とに位置する糸はんだ20Aが切断される。糸はんだ片20Bがスリーブ11の孔111に供給される。糸はんだ片20Bは、糸はんだ20Aが切断されて生じたはんだ20の破片である。
ばね14は、スリーブ11を含む構造体18を吊るしている。本実施形態では、構造体18には、スリーブ11と、ヒータ12と、カッタ13とが含まれる。
連結部材15は、構造体18とばね14とを連結する。連結部材15は、第1連結部151と第2連結部152とを有する。第1連結部151は、連結部材15のうち構造体18に連結されている側の部分である。第1連結部151は、水平方向に沿って延伸している。第1連結部151は、ヒータ12とカッタ13との間に配置されている。第1連結部151は、はんだが通過する空間部153を有している。
第2連結部152は、連結部材15のうちばね14に連結されている側の部分である。第2連結部152は、上下方向に沿って延伸する。第2連結部152は、第1連結部151の一端から上方向に延びている。第2連結部152の上端は、ばね14の下端に連結されている。
支持部材16は、ばね14を介して、構造体18を支持する。支持部材16は、第1支持部161と第2支持部162とを有する。第1支持部161は、支持部材16のうちばね14の上端に連結されている部分である。第1支持部161は、水平方向に沿って延伸している。第2支持部162は、支持部材16のうち第1支持部161に連なる部分である。第2支持部162は、上下方向に延伸している。具体的には、第2支持部162は、第1支持部161の端部から下方向に延伸している。
リニアガイド17は、第2連結部152の上下方向の移動を案内する。リニアガイド17は、固定部171と可動部172とを有する。固定部171は、第2支持部162に設けられている。可動部172は、固定部171に対して摺動しながら上下方向に移動する。可動部172は、第2連結部152に設けられている。リニアガイド17によって、スリーブ11の上下方向の移動が案内される。
はんだ付け装置10は、移動機構23と、制御部24と、温度センサ25とを備える。移動機構23は、支持部材16を移動させることで、スリーブ11を移動させる。移動機構23は、スリーブ11を含む構造体18がばね14に吊り下げられた状態で、スリーブ11を移動させる。移動機構23としては、搬送用ロボットが用いられる。
制御部24は、ヒータ12、カッタ13および移動機構23の作動を制御する。制御部24は、プロセッサ、メモリを含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成される。メモリには、はんだ付け装置10の作動を制御するための制御プログラムおよび制御データ等が記憶されている。メモリは、非遷移的実体的記憶媒体で構成される。
温度センサ25は、ヒータ12の温度を検出する。温度センサ25の検出結果は、制御部24に入力される。制御部24は、温度センサ25の検出結果に基づいて、ヒータ12の温度が目標温度になるように、ヒータ12の発熱量を制御する。
はんだ付け装置10は、変位センサ26を備える。変位センサ26は、ばね14の長さの変化量を検出する。具体的には、変位センサ26は、ばね14の基準長さに対するばね14の縮み量を検出する。ばね14の基準長さは、スリーブ11が基板3に非接触の状態であって、構造体18の重さによってばね14が伸びた状態でのばね14の長さである。ばね14の基準長さは、換言すると、ばね14が構造体18を支えている状態でのばね14の長さである。
ここで、スリーブ11が基板3に接触した状態から支持部材16が下降する。これにより、スリーブ11が基板3を押し付ける。このとき、ばね14は、構造体18を吊るしている。構造体18に対して、ばね14の伸びに対する反発力が反重力方向に働いている。このため、構造体18の重さと、ばね14の反発力との差分が、スリーブ11の基板3への押付力である。
支持部材16が下降することで、伸びていたばね14が縮む。ばね14が縮むことで、ばね14の反発力が減少する。このため、スリーブ11の基板3への押付力が増大する。このように、ばね14の長さが変化することで、押付力が変化する。よって、ばね14の長さの変化量は、スリーブ11の基板3への押付力に関する物理量である。したがって、変位センサ26は、スリーブ11の基板3への押付力に関する物理量を検出する検出部に相当する。
また、スリーブ11が基板3に接触した状態で、加熱によって基板3が変形すると、基板3の変形量に応じて、基板3に接するスリーブ11が上下方向に変位する。上下方向は、スリーブ11の軸方向と同じである。スリーブ11が上下方向で変位すると、ばね14の長さが変化する。よって、ばね14の長さの変化量は、加熱による基板3の変形量に関する物理量である。したがって、変位センサ26は、加熱による基板3の変形量に関する物理量を検出する検出部に相当する。本実施形態では、変位センサ26は、ばね14の長さの変化量を検出することで、加熱による基板3の変形量に関する物理量としてのスリーブ11の上下方向の変位量を検出する。
変位センサ26の上端側は、第2支持部162に支持されている。変位センサ26の下端側は、第2連結部152の一部に接触している。変位センサ26は、第2連結部152の上下方向での変位量を検出することによって、ばね14の長さの変化量を検出する。変位センサ26としては、作動トランス式のものが用いられる。変位センサ26としては、他の方式のものが用いられてよい。変位センサ26の検出値は、制御部24に入力される。変位センサ26の検出値は、制御部24のメモリに記憶される。
はんだ付け装置10は、熱流センサ27を備える。熱流センサ27は、スリーブ11を介してのヒータ12から基板3への熱流量を検出する。この熱流量は、スリーブ11を介してのヒータ12から基板3への伝熱量に関する物理量である。したがって、熱流センサ27は、スリーブ11を介してのヒータ12から基板3への伝熱量に関する物理量を検出する検出部に相当する。
熱流センサ27は、ヒータ12とスリーブ11との間に設けられている。熱流センサ27が設けられる位置は、ヒータ12の表面、スリーブ11の表面等の他の位置でもよい。熱流センサ27が設けられる位置は、スリーブ11を介してのヒータ12から基板3への熱流量を検出することができる位置であればよい。熱流センサ27の検出値は、制御部24に入力される。熱流センサ27の検出値は、制御部24のメモリに記憶される。
次に、はんだ付け装置10を用いて、部品側端子2と基板側端子4とをはんだ付けすることで、電子部品1と基板3とを有する電子装置を製造する電子装置の製造方法について説明する。
まず、電子部品1が組み付けられた状態の基板3が、はんだ付けを行うための所定の位置に設置される。電子部品1が組み付けられた状態とは、部品側端子2が貫通孔5に挿入された状態である。
その後、制御部24は、図1Bに示す制御を行う。図1Bに示す制御は、部品側端子2と基板側端子4とをはんだ付けする制御である。
ステップS1で、制御部24は、スリーブ11の加熱および移動を行う。具体的には、制御部24は、ヒータ12を作動させる。これにより、スリーブ11が加熱される。制御部24は、スリーブ11が基準位置に到達するように、支持部材16を移動機構23によって移動させる。これにより、図2Aに示すように、加熱されたスリーブ11が基準位置に到達する。
基準位置は、基板3の高さ方向および基板3の平面方向で、予め定められた位置である。本実施形態では、基板3の高さ方向は、図1Aの上下方向であり、はんだ付け装置10の上下方向と一致している。基板3の平面方向は、はんだ付け装置10の上下方向に対して直交する平面方向に一致している。本実施形態での基板3の高さ方向での基準位置は、基板3が狙いの位置に保持されているときに、スリーブ11の先端が基板3の表面に接触する位置である。本実施形態での基板3の面方向での基準位置は、部品側端子2の中心軸Oと一致する位置である。
続いて、ステップS2で、制御部24は、移動機構23によって支持部材16の下降を開始させる。これにより、支持部材16の下降が開始する。
続いて、ステップS3で、制御部24は、移動機構23による支持部材16の下降を停止させる。具体的には、制御部24は、スリーブ11の位置が基板3を所定の押付力で押し付ける位置となるように、支持部材16を停止させる。これにより、スリーブ11が基板3を所定の押付力で押し付ける。ステップS4の実施の前に、この状態が所定期間維持される。これにより、基板3が加熱される。部品側端子2および基板側端子4が加熱される。
続いて、ステップS4で、制御部24は、糸はんだ20Aを切断する。具体的には、制御部24は、カッタ13の孔133、134に糸はんだ20Aを位置させる。制御部24は、上刃131を移動させる。これにより、糸はんだ20Aが切断される。この結果、図2Bに示すように、糸はんだ片20Bがスリーブ11の孔111に供給される。
スリーブ11の孔111に供給された糸はんだ片20Bは、スリーブ11によって加熱されることによって溶融する。これにより、糸はんだ片20Bは、図2Cに示す溶融はんだ20Cとなる。溶融はんだ20Cは、溶融した状態のはんだ20である。溶融はんだ20Cは、部品側端子2と基板側端子4とのそれぞれに対して濡れ広がる。
続いて、ステップS5で、制御部24は、支持部材16を上昇させる。これにより、スリーブ11が基板3から離れる。溶融はんだ20Cは、冷却されて固化する。この結果、図2Dに示すように、はんだフィレット20Dが形成される。はんだフィレット20Dは、溶融はんだ20Cが凝固したはんだ20であり、山の裾野のようになだらかに広がった形状を有する。部品側端子2と基板側端子4とが、はんだフィレット20Dを介して、接合される。
その後、検査工程等の他の工程が行われる。これにより、電子部品1と基板3とを有する電子装置が製造される。
本実施形態では、上記のはんだ付けが行われるとき、制御部24は、変位センサ26の検出結果および熱流センサ27の検出結果に基づいて、部品側端子2と基板側端子4とのはんだ付けの過程が適正となるように、はんだ付け装置10の作動を調整する制御を行う。また、制御部24は、はんだ付けの過程が適正ではない場合、はんだ付けを中止させる制御を行う。
以下、制御部24が行うこれらの制御について説明する。まず、はんだ付けの過程が適正な場合と、はんだ付けの過程が不適正な場合とにおける変位センサ26、熱流センサ27の各センサの検出値の変化について説明する。
はんだ付けの過程が適正な場合、加熱されたスリーブ11が基準位置に到達する基準位置到達時に、スリーブ11が基板3に接触する。その後、所定の押付量でスリーブ11が基板3を押し付けるように、移動機構23は、基準位置から所定距離の位置まで、支持部材16を下降させる。接触した状態で支持部材16を下降させるので、伸びていたばね14が縮む。支持部材16の下降完了時が、スリーブ11による基板3の押付が完了する押付完了時である。この押付が完了するとは、所望の押付力に到達することを意味する。その後、支持部材16の位置がその位置に維持される。
したがって、はんだ付けの過程が適正な場合、変位センサ26が検出する変位量は、図3のOK例1のように変化する。図3の縦軸の変位量は、変位センサ26が検出する変位量であり、ばね14の基準長さに対するばね14の縮み量である。図3の横軸の時間は、基準位置到達時からの経過時間である。
図3のOK例1では、基準位置到達時t0から押付完了時t1までの期間において、変位量は時間の経過とともに徐々に増大する。押付完了時t1からはんだ供給時t2を経て基板離れ時t3の期間において、変位量は一定に近い値となる。はんだ供給時t2は、糸はんだ片20Bがスリーブ11の孔111に供給されるときである。基板離れ時t3は、スリーブ11が基板3から離れるときである。
また、熱流センサ27が検出する熱流量は、図4のOK例2のように変化する。図4のOK例2では、基準位置到達時t0からスリーブ11の基板離れ時t3までの期間において、熱流量は、時間の経過とともに徐々に増大する。
はんだ付けの過程が不適正な場合としては、図5の基板傾きの場合、図6の異物かみこみの場合、および、図7の上に凸の基板反りの場合がある。図5の基板傾きは、基板3の面方向がスリーブ11の軸線方向に直交する方向に対して傾いている状態のことである。図5の基板傾きは、部品寸法やチャックのばらつき等によって生じる。図6の異物かみこみは、生産現場で生じた異物31が基板3とスリーブ11との間に挟まれる状態である。図7の上に凸の基板反りは、何らかの理由により、スリーブ11による加熱前に、基板3が上方向に凸の形状に反っていることである。
基板傾き、異物かみこみ、および、上に凸の基板反りの場合、スリーブ11と基板3との接触面積が不足する。部品側端子2と基板側端子4とのはんだ付け部位に、はんだ付けに必要な熱量を与えることができない。この場合、部品側端子2と基板側端子4とのそれぞれの表面に、溶融はんだ20Cを十分に濡れ広がらせることができない。この結果、部品側端子2と基板側端子4との間の良好な接合が得られない。このように、はんだ付け後の製品にはんだ付け不良が生じる。
基板傾き、異物かみこみ、および、上に凸の基板反りの場合、スリーブ11が基準位置に移動される際に、基準位置よりも高い位置で、スリーブ11が基板3を押し付ける。その状態で、押付完了位置まで支持部材16が下降する。このため、ばね14の縮み量は、適正な場合よりも増大する。
したがって、基板傾き、異物かみこみ、および、上に凸の基板反りの場合では、変位センサ26が検出する変位量は、図3のNG例1に示すように変化する。基準位置到達時t0からはんだ供給時t2までの期間において、図3のNG例1の変位量は、OK例1の変位量よりも大きい。基板傾き、異物かみこみ、および、上に凸の基板反りの場合、基板3への伝熱量が不足するため、熱流センサ27が検出する熱流量は、図4のNG例7のように変化する。基準位置到達時t0からはんだ供給時t2までの期間において、図4のNG例7の熱流量は、OK例2の熱流量よりも小さい。
また、はんだ付けの過程が不適正な場合としては、図8の下に凸の基板反りの場合がある。図8の下に凸の基板反りは、何らかの理由により、スリーブ11による加熱前に、基板3が下方向に凸の形状に反っていることである。この場合においても、基板傾きの場合と同様に、スリーブ11と基板3との接触面積が不足する。このため、はんだ付け後の製品に、はんだ付け不良が生じる。
下に凸の基板反りの場合、スリーブ11の基準位置到達時では、スリーブ11は基板3に接触しない。基準位置よりも低い位置で、スリーブ11は基板に接触する。このため、押付完了位置まで支持部材16が下降したときのばね14の縮み量は、適正な場合よりも減少する。
したがって、下に凸の基板反りの場合では、変位センサ26が検出する変位量は、図3のNG例3に示すように変化する。基準位置到達時t0からはんだ供給時t2までの期間において、NG例3の変位量は、OK例1の変位量よりも小さい。
また、下に凸の基板反りの場合では、基板3への伝熱量が不足する。このため、熱流センサ27が検出する熱流量は、図4のNG例8のように変化する。基準位置到達時t0からはんだ供給時t2までの期間において、図4のNG例8の熱流量は、OK例2の熱流量よりも小さい。
また、はんだ付けが不適正な場合としては、図9の熱の奪われの場合がある。図9の熱の奪われは、スリーブ11が部品側端子2等の基板3とは別の物に接触し、スリーブ11が接触した別の物に熱を奪われることである。スリーブ11の部品側端子2への接触は、部品側端子2が曲がった状態で、電子部品1が基板3に組み付けられた場合に生じる。図9の熱の奪われの場合、基板側端子4に対して、はんだ付けに必要な熱量を与えることができない。このため、はんだ付け後の製品に、はんだ付け不良が生じる。
熱の奪われの場合、熱流センサ27が検出する熱流量は、図4のNG例5のように変化する。基準位置到達時t0からはんだ供給時t2までの期間において、図4のNG例5の熱流量は、OK例2の熱流量よりも大きい。
なお、スリーブ11が基板3に適正に接触した状態で、スリーブ11が基板3とは別の物に接触する場合では、変位センサ26が検出する変位量は、図3のOK例1に示すように変化する。その一方で、スリーブ11が基板3から離れた状態で、スリーブ11が基板3とは別の物に接触する場合では、変位センサ26が検出する変位量は、図3のNG例4に示すように、ほとんど変化しない。
また、はんだ付けが不適正な場合としては、図10の非接触の場合がある。図10の非接触の場合は、スリーブ11が基板3に接触しない場合である。この場合、基板側端子4に対して、はんだ付けに必要な熱量を与えることができない。このため、はんだ付け後の製品に、はんだ付け不良が生じる。
図10の非接触の場合では、変位センサ26が検出する変位量は、図3のNG例4に示すように、ほとんど変化しない。また、この場合では、熱流センサ27が検出する熱流量は、図4のNG例9のように、ほとんど変化しない。
また、はんだ付けが不適正な場合としては、図11Aの熱による基板反りの場合がある。図11Aの熱による基板反りの場合とは、基板3の加熱時の熱によって基板3に過大な反りが発生した状態で、はんだ付けが行われる場合である。具体的には、図11Aに示すように、基板3に過大な反りが発生した状態で、溶融はんだ20Cが基板側端子4に濡れ広がる。図11Bに示すように、スリーブ11が基板3から離れる。これにより、基板3に過大な反りが発生した状態で、溶融はんだ20Cが凝固して、はんだフィレット20Dが形成される。このとき、図11Cに示すように、基板3が冷却されることで、基板3が加熱前の形状に戻る。これにより、はんだフィレット20Dおよび基板3に、図11C中の矢印で示す過大な残留応力が生じる。この過大な残留応力によって、はんだ20にクラックが発生する時期が早まり、はんだ20の寿命が低下する。このように、はんだ付け後の製品にはんだ付け不良が生じる。
図11Aの熱による基板反りの場合では、変位センサ26が検出する変位量は、図3のNG例2に示すように変化する。基準位置到達時t0から押付完了時t1までの期間では、NG例2の変位量は、OK例1の変位量と同様に増大する。しかし、押付完了時t1からはんだ供給時t2までの期間では、NG例2の変位量は、時間が経過するにつれて、減少する。
また、この場合では、熱流センサ27が検出する熱流量は、図4のNG例6のように変化する。基準位置到達時t0から押付完了時t1までの期間では、NG例6の熱流量は、OK例2の熱流量と同様に増大する。しかし、押付完了時t1からはんだ供給時t2までの期間では、NG例6の熱流量は、OK例2の熱流量よりも少ない。
次に、はんだ付け装置10の作動を調整する制御について説明する。制御部24は、スリーブ11が基準位置に到達した時点からスリーブ11が基板3から離れるまでの間、図12、図13のフローチャートに示す制御を繰り返し実行する。これらの制御は、所定の間隔で実行される。これらの制御は、ばね14の縮み量および基板3への熱流量が制御目標を満たすように、移動機構23およびヒータ12の作動を調整する制御である。なお、各図中に示したステップは、各種機能を実現する機能部に対応するものである。
図12に示すように、ステップS11では、制御部24は、制御部24に入力された変位センサ26の検出値Xをメモリから読み込む。すなわち、制御部24は、変位センサ26の検出値Xを取得する。この検出値Xは、スリーブ11が基準位置に到達した時点からある経過時間が経過した時点での検出値である。図12の制御が実行される毎に、新しい検出値が読み込まれる。検出値として、変位センサ26の出力値がそのまま用いられる。また、変位センサ26の出力値から変換された値が用いられてもよい。
続いて、ステップS12では、制御部24は、予めメモリに記憶されている下限しきい値A1と上限しきい値A2とをメモリから読み込む。すなわち、制御部24は、下限しきい値A1と上限しきい値A2とを取得する。下限しきい値A1と上限しきい値A2は、判定基準である。下限しきい値A1と上限しきい値A2は、図3に示されるように、経過時間に応じて設定される値である。下限しきい値A1と上限しきい値A2は、はんだ付けの過程が適正であるときと不適正であるときのそれぞれの経過時間に対する変位量の変化に対応付けて設定される。ステップS12で読み込まれる下限しきい値A1と上限しきい値A2は、経過時間がステップS11で読み込まれた検出値Xの検出時と同じ時間での値である。
続いて、ステップS13では、制御部24は、検出値Xが下限しきい値A1よりも大きいか否かを判定する。ステップS13で、NO判定の場合、制御部24は、ステップS14に進む。ステップS14では、制御部24は、支持部材16を下降させるように、移動機構23を作動させる。その後、制御部24は、図12に示す制御を一度終了する。
ステップS13で、YES判定の場合、制御部24は、ステップS15に進む。ステップS15では、制御部24は、検出値Xが上限しきい値A2よりも小さいか否かを判定する。ステップS15で、YES判定の場合、制御部24は、図12に示す制御を一度終了する。
ステップS15で、NO判定の場合、制御部24は、支持部材16を上昇させる。その後、制御部24は、図12に示す制御を一度終了する。図12に示す制御が一度終了された後、制御部24は、再び、ステップS11を行う。
このように、図12に示す制御が繰り返される。このため、変位センサ26は、変位量を繰り返し検出する。制御部24は、変位センサ26の検出値を繰り返し取得する。制御部24は、変位センサ26の検出値が判定基準を満たすか否かを繰り返し判定する。
これにより、移動機構23は、検出値Xが下限しきい値A1よりも小さい場合、支持部材16を下降させる。検出値Xが上限しきい値A2よりも大きい場合、支持部材16を上昇させる。このように、検出値Xが下限しきい値A1と上限しきい値A2との間の大きさではない場合、制御部24は、次回以降に検出される検出値Xが下限しきい値A1と上限しきい値A2との間の大きさとなるように、支持部材16の位置を調整する。検出値Xが下限しきい値A1と上限しきい値A2との間の大きさである場合、制御部24は、支持部材16の位置を調整しない。
図13に示すように、ステップS21では、制御部24は、制御部24に入力された熱流センサ27の検出値Yをメモリから読み込む。すなわち、制御部24は、熱流センサ27の検出値Yを取得する。この検出値Yは、スリーブ11が基準位置に到達した時点からある経過時間が経過した時点での検出値である。図13の制御が実行される毎に、新しい検出値が読み込まれる。検出値Yとして、熱流センサ27の出力値がそのまま用いられる。また、熱流センサ27の出力値から変換された値が用いられてもよい。
続いて、ステップS22では、制御部24は、予めメモリに記憶されている下限しきい値B1と上限しきい値B2とをメモリから読み込む。すなわち、制御部24は、下限しきい値B1と上限しきい値B2とを取得する。下限しきい値B1と上限しきい値B2は、判定基準である。下限しきい値B1と上限しきい値B2は、図4に示されるように、経過時間に応じて設定される値である。下限しきい値B1と上限しきい値B2は、はんだ付けの過程が適正であるときと不適正であるときのそれぞれの経過時間に対する熱流量の変化に対応付けて設定される。ステップS22で読み込まれる下限しきい値B1と上限しきい値B2は、経過時間がステップS21で読み込まれた検出値Yの検出時と同じ時間での値である。
続いて、ステップS23では、制御部24は、検出値Yが下限しきい値B1よりも大きいか否かを判定する。ステップS23で、NO判定の場合、制御部24は、ステップS24に進む。ステップS24では、制御部24は、ヒータ12の発熱量を増大させる。その後、制御部24は、図13に示す制御を一度終了する。
ステップS23で、YES判定の場合、制御部24は、ステップS25に進む。ステップS25では、制御部24は、検出値Yが上限しきい値B2よりも小さいか否かを判定する。ステップS25で、YES判定の場合、制御部24は、図13に示す制御を一度終了する。
ステップS25で、NO判定の場合、制御部24は、ステップS26に進む。ステップS26では、制御部24は、ヒータ12の発熱量を減少させる。その後、制御部24は、図13に示す制御を一度終了する。図13に示す制御が一度終了された後、制御部24は、再び、ステップS21を行う。
このように、図13に示す制御が繰り返される。このため、熱流センサ27は、熱流量を繰り返し検出する。制御部24は、熱流センサ27の検出値を繰り返し取得する。制御部24は、熱流センサ27の検出値が判定基準を満たすか否かを繰り返し判定する。
これにより、ヒータ12は、検出値Yが下限しきい値B1よりも小さい場合、発熱量を増大する。ヒータ12は、検出値Yが上限しきい値B2よりも大きい場合、発熱量を減少させる。このように、検出値Yが下限しきい値B1と上限しきい値B2との間の大きさではない場合、制御部24は、次回の検出値Yが下限しきい値B1と上限しきい値B2との間の大きさとなるように、ヒータ12の発熱量を調整する。検出値Yが下限しきい値B1と上限しきい値B2との間の大きさである場合、制御部24は、ヒータ12の発熱量を調整しない。
次に、はんだ付けを中止させる制御について説明する。制御部24は、はんだ付けを中止させる制御として、図14、15のフローチャートに示す制御を行う。図14、15の制御は、スリーブ11の基準位置到達時t0から予め定められた経過時間が経過した時に行われる。なお、各図中に示したステップは、各種機能を実現する機能部に対応するものである。
図14に示すように、ステップS31では、制御部24は、図12のステップS11と同様に、変位センサ26の検出値Xを読み込む。すなわち、制御部24は、変位センサ26の検出値Xを取得する。この検出値Xは、スリーブ11の基準位置到達時t0からの経過時間が予め定められた時間のときの検出値である。本実施形態では、この検出値Xは、はんだ供給時t2の検出値である。
続いて、ステップS32では、図12のステップS12と同様に、制御部24は、予めメモリに記憶されている下限しきい値A3と上限しきい値A4とをメモリから読み込む。すなわち、制御部24は、下限しきい値A3と上限しきい値A4とを取得する。下限しきい値A3と上限しきい値A4は、判定基準である。下限しきい値A3と上限しきい値A4は、経過時間がステップS31の検出値Xの検出時と同じ時間のときの、はんだ付けの過程が適正であるときと不適正であるときの変位量に対応付けて設定される固定値である。本実施形態では、図3に示すように、下限しきい値A3と上限しきい値A4は、それぞれ、はんだ供給時t2のときの下限しきい値A1と上限しきい値A2に等しい。
続いて、ステップS33では、制御部24は、検出値Xが下限しきい値A3よりも大きいか否かを判定する。ステップS33で、NO判定の場合、制御部24は、ステップS34に進む。
ステップS34では、制御部24は、はんだ付けを中止する。すなわち、制御部24は、図1Bに示す制御を中止する。具体的には、制御部24は、ヒータ12を停止させる。制御部24は、スリーブ11が基板3から離れるように、移動機構23を作動させる。その後、図14に示す制御が終了する。
ステップS33で、YES判定の場合、制御部24は、ステップS35に進む。ステップS35では、制御部24は、検出値Xが上限しきい値A4よりも小さいか否かを判定する。ステップS35で、NO判定の場合、制御部24は、ステップS34に進む。ステップS35で、YES判定の場合、制御部24は、図14に示す制御を終了する。
図15に示すように、ステップS41では、制御部24は、図13のステップS11と同様に、熱流センサ27の検出値Yを読み込む。すなわち、制御部24は、熱流センサ27の検出値Yを取得する。この検出値Yは、スリーブ11の基準位置到達時t0からの経過時間が予め定められた時間のときの検出値である。本実施形態では、この検出値Yは、はんだ供給時t2の検出値である。
続いて、ステップS42では、図13のステップS12と同様に、制御部24は、予めメモリに記憶されている下限しきい値B3と上限しきい値B4とをメモリから読み込む。すなわち、制御部24は、下限しきい値B3と上限しきい値B4とを取得する。下限しきい値B3と上限しきい値B4は、判定基準である。下限しきい値B3と上限しきい値B4は、経過時間がステップS31の検出値Yの検出時と同じ時間のときの、はんだ付けの過程が適正であるときと不適正であるときの熱流量に対応付けて設定される固定値である。本実施形態では、図4に示すように、下限しきい値B3と上限しきい値B4は、それぞれ、はんだ供給時t2のときの下限しきい値B1と上限しきい値B2に等しい。
続いて、ステップS43では、制御部24は、検出値Yが下限しきい値B3よりも大きいか否かを判定する。ステップS43で、NO判定の場合、制御部24は、ステップS44に進む。
ステップS44では、制御部24は、図14のステップS34と同様に、はんだ付けを中止する。これにより、図15に示す制御が終了する。
ステップS43で、YES判定の場合、制御部24は、ステップS45に進む。ステップS45では、制御部24は、検出値Yが上限しきい値B4よりも小さいか否かを判定する。ステップS45で、NO判定の場合、制御部24は、ステップS44に進む。ステップS45で、YES判定の場合、制御部24は、図15に示す制御を終了する。
これにより、変位センサ26の検出値Xが下限しきい値A3と上限しきい値A4との間の大きさではない場合、はんだ付けが中止される。また、熱流センサ27の検出値Yが下限しきい値B3と上限しきい値B4との間の大きさではない場合、はんだ付けが中止される。
上記の通り、図5の基板傾きの場合、図6の異物かみこみの場合、および、図7の上に凸の基板反りの場合、変位センサ26の検出値Xは、図3のNG例1に示すように変化する。このため、はんだ供給時t2の変位センサ26の検出値Xは、下限しきい値A3と上限しきい値A4との間の大きさではない。また、これらの場合、熱流センサ27の検出値Yは、図4のNG例7に示すように変化する。このため、これらの場合、はんだ供給時t2の熱流センサ27の検出値Yは、下限しきい値A3と上限しきい値A4との間の大きさではない。よって、これらの場合、はんだ付けが中止される。
また、上記の通り、図8の下に凸の基板反りの場合、変位センサ26の検出値Xは、図3のNG例3に示すように変化する。このため、はんだ供給時t2の変位センサ26の検出値Xは、下限しきい値A3と上限しきい値A4との間の大きさではない。また、この場合、熱流センサ27の検出値Yは、図4のNG例8に示すように変化する。このため、この場合、はんだ供給時t2の熱流センサ27の検出値Yは、下限しきい値A3と上限しきい値A4との間の大きさではない。よって、この場合、はんだ付けが中止される。
また、上記の通り、図9の熱の奪われの場合、熱流センサ27の検出値Yは、図4のNG例5に示すように変化する。このため、この場合、はんだ供給時t2の熱流センサ27の検出値Yは、下限しきい値A3と上限しきい値A4との間の大きさではない。よって、この場合、はんだ付けが中止される。
また、上記の通り、図10の非接触の場合、変位センサ26の検出値Xは、図3のNG例4に示すように変化する。このため、はんだ供給時t2の変位センサ26の検出値Xは、下限しきい値A3と上限しきい値A4との間の大きさではない。また、この場合、熱流センサ27の検出値Yは、図4のNG例9に示すように変化する。このため、この場合、はんだ供給時t2の熱流センサ27の検出値Yは、下限しきい値A3と上限しきい値A4との間の大きさではない。よって、この場合、はんだ付けが中止される。
また、上記の通り、図11Aの熱による基板反りの場合、変位センサ26の検出値Xは、図3のNG例2に示すように変化する。このため、この場合、はんだ供給時t2の変位センサ26の検出値Xは、下限しきい値A3と上限しきい値A4との間の大きさではない。また、この場合、熱流センサ27の検出値Yは、図4のNG例6に示すように変化する。このため、この場合、はんだ供給時t2の熱流センサ27の検出値Yは、下限しきい値A3と上限しきい値A4との間の大きさではない。よって、この場合、はんだ付けが中止される。
一方、変位センサ26の検出値Xが下限しきい値A3と上限しきい値A4との間の大きさであり、かつ、熱流センサ27の検出値Yが下限しきい値B3と上限しきい値B4との間の大きさである場合、はんだ付けは中止されない。これにより、はんだ付けが良好に行われる。
以上の説明の通り、本実施形態では、変位センサ26は、加熱されたスリーブ11を基板3に押し付けているときの基板3に対するスリーブ11の押付力に関する物理量を検出する。さらに、変位センサ26は、加熱による基板3の変形量に関する物理量を検出する。また、熱流センサ27は、ヒータ12から基板3への伝熱量に関する物理量を検出する。
制御部24は、図12のステップS11および図14のステップS31において、変位センサ26の検出値Xを取得する。制御部24は、図12のステップS13、S15および図14のステップS33、S35において、変位センサ26が検出した検出値Xと予め定められた判定基準とを比較し、検出値Xが判定基準を満たすか否かを判定する。
また、制御部24は、図13のステップS21および図15のステップS41において、熱流センサ27の検出値Yを取得する。制御部24は、図13のステップS23、S25および図15のステップS43、S45において、熱流センサ27が検出した検出値Yと予め定められた判定基準とを比較し、検出値Yが判定基準を満たすか否かを判定する。
上記の押付力、伝熱量、変形量のいずれか1つの大きさが不適正である場合、はんだ付けの過程が不適正となる。押付力、変形量が適正の場合では、変位センサ26の検出値Xは、図3のOK例1のように変化することがわかっている。押付力、変形量が不適正の場合では、変位センサ26の検出値Xは、図3のNG例1~4のように変化することがわかっている。同様に、伝熱量が適正の場合では、熱流センサ27の検出値Yは、図4のOK例2のように変化することがわかっている。伝熱量が不適正の場合では、熱流センサ27の検出値Yは、図4のNG例5~9のように変化することがわかっている。
そこで、判定基準として、はんだ付けの過程が適正な場合と不適正な場合とのそれぞれの物理量とに基づいて設定されたものが用いられる。これにより、はんだ付けの過程が適正かどうか、はんだ付けの過程を監視することができる。
ここで、はんだ付け装置10を用いたはんだ付けでは、スリーブ11の中で、はんだ20の供給、溶融、フィレット形成等のはんだ付け過程が行われる。このため、はんだ付け過程のはんだ20の挙動を目視やカメラ等で確認することができない。
これに対して、本実施形態によれば、上述の通り、押付力、伝熱量、変形量に関する物理量を検出する。検出した物理量を判断基準と比較する。これにより、はんだ付けの過程が適正かどうか、はんだ付けの過程を監視することができる。
そして、図12のステップS13、S15で、判定基準を満たさないと判定された場合、制御部24は、図12のステップS14、S16で、次回以降に変位センサ26に検出される検出値が判定基準を満たすように、移動機構23の作動を制御して、スリーブ11の押付力を調整する。これにより、スリーブ11の押付力を調整することで、はんだ付けの過程を適正範囲に導くことができる状態であれば、はんだ付けの過程を適正範囲に導くことができる。よって、はんだ付け後の製品のはんだ付け不良を低減することができる。
また、図13のステップS23、S25で、判定基準を満たさないと判定された場合、制御部24は、図13のステップS24、S26で、次回以降に熱流センサ27に検出される検出値が判定基準を満たすように、ヒータ12の発熱量を調整する。これにより、ヒータ12の発熱量を調整することで、はんだ付けの過程を適正範囲に導くことができる状態であれば、はんだ付けの過程を適正範囲に導くことができる。よって、はんだ付け後の製品のはんだ付け不良を低減することができる。
また、図14のステップS33、S35および図15のステップS43、S45で、判定基準を満たさないと判定された場合、制御部24は、図14のステップS34、図15のステップS44で、はんだ付けを中止する。はんだ付けが中止されることで、はんだ付け不良の製品を生じさせないようにすることができる。このように、判定結果から、はんだ付けの過程が適正であるか否かを知ることができる。はんだ付けの過程が適正でない場合、はんだ付けの工程で、はんだ付け不良に対して対処することができる。
なお、本実施形態では、変位センサ26および熱流センサ27が、検出部に対応する。ステップS13、S15、S23、S25、S33、S35、S43、S45が、検出部が検出した検出値と予め定められた判定基準とを比較し、検出値が判定基準を満たすか否かを判定する判定部に対応する。ステップS14、S16が、判定基準を満たしていないと判定部が判定した場合に、移動機構の作動を制御して、スリーブの押付力を調整する押付力制御部に対応する。ステップS24、S26が、判定基準を満たしていないと判定部が判定した場合に、ヒータの発熱量を調整する発熱量制御部に対応する。
また、本実施形態では、押付力に関する物理量と、変形量に関する物理量と、伝熱量に関する物理量との3つの物理量が検出される。このことは、押付力に関する物理量、伝熱量に関する物理量、および、変形量に関する物理量のうちの1つの物理量が検出されることに該当する。
(他の実施形態)
(1)上記の実施形態では、図14、図15のステップS34、S44で、制御部24は、はんだ付けを中止する。しかしながら、制御部24は、はんだ付けを中止せず、はんだ付け後の製品に対する情報として、はんだ付け不良の情報を書き込むようにしてもよい。はんだ付けの過程が適正でない場合、はんだ付けの工程で、はんだ付け不良に対して、このように対処してもよい。
これによれば、はんだ付け装置10を停止させることなく、繰り返しはんだ付けを行うことができる。はんだ付け不良の情報が書き込まれることで、検査工程ではんだ付けの検査を行わなくても、製品がはんだ付け不良であることを知ることができる。はんだ付け不良の情報が書き込まれた製品を、次の工程に流さないようにすることで、はんだ付け不良の製品が流通することを回避することができる。
(2)上記の実施形態では、図14、図15に示す制御において、はんだ供給時t2の検出値X、Yが用いられる。しかしながら、はんだ付けが適正の場合と不適正の場合との判別が可能であれば、はんだ供給時t2よりも前の時間での検出値X、Yが用いられてもよい。
(3)上記の実施形態では、制御部24は、図12、図13、図14、図15に示す制御を行う。しかしながら、制御部24は、図12、図13に示す制御と、図14、図15に示す制御との一方のみを行ってもよい。また、制御部24は、図12に示す制御と、図13に示す制御との一方のみを行ってもよい。また、制御部24は、図14に示す制御と、図15に示す制御との一方のみを行ってもよい。
(4)上記の実施形態では、図14の制御で用いられる下限しきい値A3と上限しきい値A4は、それぞれ、はんだ供給時t2のときに図12の制御で用いられる下限しきい値A1と上限しきい値A2に等しいが、異なっていてもよい。同様に、図15の制御で用いられる下限しきい値B3と上限しきい値B4は、それぞれ、はんだ供給時t2のときに図13の制御で用いられる下限しきい値B1と上限しきい値B2に等しいが、異なっていてもよい。
(5)上記の実施形態では、押付力に関する物理量を検出する検出部として、変位センサ26が用いられている。しかしながら、この検出部として、ロードセル、圧力センサ等が用いられてもよい。ロードセル、圧力センサは、スリーブ11と基板3との間に設置される。ロードセル、圧力センサが、押付力を直接検出してもよい。
(6)上記の実施形態では、加熱による基板の変形量に関する物理量を検出する検出部として、変位センサ26が用いられている。しかしながら、この検出部として、サーボモータのエンコーダが用いられてもよい。この場合、サーボモータによってスリーブ11の上下方向の位置が制御される。エンコーダは、サーボモータの送りネジの回転角を検出する。加熱による基板の変形によって、スリーブ11が上下方向で変位すると、サーボモータの送りネジの回転角が変位する。エンコーダが回転角の変位量を検出することで、スリーブ11の上下方向の変位量を検出することができる。スリーブ11の上下方向での変位量は、基板3の変形量に関する物理量である。
なお、検出部は、図3中の押付完了時t1のスリーブ11の位置に対するスリーブ11の軸方向での変位量を検出することができるようになっていればよい。押付完了時t1は、移動機構23によるスリーブ11の移動完了時である。
(7)上記の実施形態では、基板3への伝熱量に関する物理量を検出する検出部として、熱流センサ27が用いられている。しかしながら、この検出部として、基板3の温度を検出する温度センサが用いられてもよい。
(8)上記の実施形態では、押付力に関する物理量と、変形量に関する物理量と、伝熱量に関する物理量との3つの物理量が検出される。しかしながら、押付力に関する物理量と、変形量に関する物理量と、伝熱量に関する物理量とのうちの1つの物理量のみが検出されてもよい。また、押付力に関する物理量と、変形量に関する物理量と、伝熱量に関する物理量とのうちの2つの物理量のみが検出されてもよい。いずれの場合においても、押付力に関する物理量、伝熱量に関する物理量、および、変形量に関する物理量のうちの1つの物理量を検出することに該当する。
なお、はんだ付けの過程が不適正の場合でも、押付力に関する物理量と、伝熱量に関する物理量とのどちらか一方の物理量の大きさが判定基準を満たす場合がある。例えば、スリーブ11が基板3に適正に接触した状態で、スリーブ11が基板3とは別の物に接触する場合である。この場合、熱流センサ27が検出する熱流量は、図4のNG例5のように変化する。しかし、変位センサ26が検出する変位量は、図3のOK例1に示すように変化する。
このため、押付力に関する物理量と、伝熱量に関する物理量との一方の物理量のみが検出部に検出される場合よりも、押付力に関する物理量と、伝熱量に関する物理量との両方の物理量が検出部に検出される場合の方が好ましい。これによれば、押付力に関する物理量と、伝熱量に関する物理量との一方の物理量のみが検出される場合と比較して、より正確に、はんだ付けの過程が適正かどうか、はんだ付けの過程を監視することができる。
(9)上記の実施形態では、押付力に関する物理量、変形量に関する物理量、および、伝熱量に関する物理量を検出する検出部は、はんだ付け装置10に設けられる。しかしながら、これらの検出部は、はんだ付け装置10ではなく、はんだ付けがされる製品または製品セット冶具に設けられてもよい。
(10)伝熱量不足の原因として、スリーブ11の汚れがある。伝熱量不足の場合、スリーブ11の汚れの可能性があることを、報知部がユーザに報知するようにしてもよい。
(11)なお、特開2018―69288「鏝先の状態判定方法」と本発明を組み合わせて使用すると、さらにはんだ付不良を低減できる。
(12)本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能であり、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。
(13)本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。
(まとめ)
上記各実施形態の一部または全部で示された第1の観点によれば、スリーブはんだ付け装置は、はんだが通過する孔を有し、基板に接触して基板を加熱するとともに、電子部品の端子と基板の端子とのはんだ付け部位に、はんだを供給するスリーブと、スリーブを加熱するヒータと、ヒータによって加熱されたスリーブを基板に押し付けるように、スリーブを移動させる移動機構と、加熱されたスリーブを基板に押し付けているときの基板に対するスリーブの押付力に関する物理量、加熱されたスリーブを基板に押し付けているときのヒータから基板への伝熱量に関する物理量、および、加熱による基板の変形量に関する物理量のうちの1つの物理量を検出する検出部と、検出部が検出した検出値と予め定められた判定基準とを比較し、検出値が判定基準を満たすか否かを判定する判定部とを備える。
また、第2の観点によれば、検出部は、押付力に関する物理量と、伝熱量に関する物理量との両方の物理量を検出する。これによれば、押付力に関する物理量と、伝熱量に関する物理量との一方の物理量のみが検出される場合と比較して、より正確に、はんだ付けの過程が適正かどうか、はんだ付けの過程を監視することができる。
また、第3の観点によれば、スリーブはんだ付け装置は、スリーブを含む構造体を吊るすばねを備える。移動機構は、構造体がばねに吊り下げられた状態で、スリーブを基板に押し付ける。検出部は、押付力に関する物理量として、ばねの長さの変化量を検出する。
スリーブを含む構造体がばねに吊り下げられている場合、スリーブが基板に押し付けられているときのばねの長さが変化することで、基板に対するスリーブの押付力が変化する。したがって、スリーブを含む構造体がばねに吊られている場合、押付力に関する物理量として、ばねの長さの変化量を検出することができる。
また、第4の観点によれば、検出部は、伝熱量に関する物理量として、スリーブを介してヒータから基板へ向かう熱流を検出する。このように、伝熱量に関する物理量として、スリーブを介してヒータから基板へ向かう熱流を検出することができる。
また、第5の観点によれば、検出部は、変形量に関する物理量として、スリーブの軸方向での変位量を検出する。このように、変形量に関する物理量として、スリーブの軸方向での変位量を検出することができる。
また、第6の観点によれば、検出部は、押付力に関する物理量を繰り返し検出する。判定部は、検出部が検出した検出値が判定基準を満たすか否かを繰り返し判定する。スリーブはんだ付け装置は、判定基準を満たしていないと判定部が判定した場合に、次回以降に検出部に検出される検出値が判定基準を満たすように、移動機構の作動を制御して、スリーブの押付力を調整する押付力制御部をさらに備える。
このように、判定部の判定結果を用いて、はんだ付けの過程が適正となるように、移動機構を制御することが好ましい。これにより、はんだ付けの過程を適正にすることができる。はんだ付け後の製品のはんだ付け不良を低減することができる。
また、第7の観点によれば、検出部は、伝熱量に関する物理量を繰り返し検出する。判定部は、検出部が検出した検出値が判定基準を満たすか否かを繰り返し判定する。スリーブはんだ付け装置は、判定基準を満たしていないと判定部が判定した場合に、次回以降に検出部に検出される検出値が判定基準を満たすように、ヒータの発熱量を調整する発熱量制御部をさらに備える。
このように、判定部の判定結果を用いて、はんだ付けの過程が適正となるように、ヒータの発熱量を調整することが好ましい。これにより、はんだ付けの過程を適正にすることができる。はんだ付け後の製品のはんだ付け不良を低減することができる。
また、第8の観点によれば、電子装置の製造方法は、はんだが通過する孔を有するスリーブと、スリーブを加熱するヒータと、スリーブを移動させる移動機構と、を備えるスリーブはんだ付け装置を用いて、電子部品の端子と基板の端子とをはんだ付けすることで、電子部品と基板とを有する電子装置を製造する。電子装置の製造方法は、移動機構によってスリーブを移動させることで、ヒータによって加熱されたスリーブを基板に押し付けることと、スリーブを基板に押し付けた状態で、スリーブの孔を介して、電子部品の端子と基板の端子とのはんだ付け部位に、はんだを供給することと、加熱されたスリーブを基板に押し付けているときの基板に対するスリーブの押付力に関する物理量、加熱されたスリーブを基板に押し付けているときのヒータから基板への伝熱量に関する物理量、および、加熱による基板の変形量に関する物理量のうちの1つの物理量を検出する検出部の検出値を取得することと、検出値と予め定められた判定基準とを比較し、検出値が判定基準を満たすか否かを判定することと、を含む。
また、第9の観点によれば、検出部は、押付力に関する物理量と、伝熱量に関する物理量との両方の物理量を検出する。これによれば、押付力に関する物理量と、伝熱量に関する物理量との一方の物理量のみが検出される場合と比較して、より正確に、はんだ付けの過程が適正かどうか、はんだ付けの過程を監視することができる。
また、第10の観点によれば、スリーブはんだ付け装置は、スリーブを含む構造体を吊るすばねを備える。スリーブを基板に押し付けることにおいては、移動機構によってばねに吊り下げられた状態の構造体を移動させる。検出部は、押付力に関する物理量として、ばねの長さの変化量を検出する。
スリーブを含む構造体がばねに吊り下げられている場合、スリーブが基板に押し付けられているときのばねの長さが変化することで、基板に対するスリーブの押付力が変化する。したがって、スリーブを含む構造体がばねに吊られている場合、押付力に関する物理量として、具体的には、ばねの長さの変化量を検出することができる。
また、第11の観点によれば、検出部は、伝熱量に関する物理量として、スリーブを介してヒータから基板へ向かう熱流を検出する。このように、伝熱量に関する物理量として、スリーブを介してヒータから基板へ向かう熱流を検出することができる。
また、第12の観点によれば、検出部は、変形量に関する物理量として、スリーブの軸方向での変位量を検出する。このように、変形量に関する物理量として、スリーブの軸方向での変位量を検出することができる。
また、第13の観点によれば、検出部は、押付力に関する物理量を繰り返し検出する。検出部の検出値を取得することにおいては、検出部の検出値を繰り返し取得する。判定することにおいては、検出部の検出値が判定基準を満たすか否かを繰り返し判定する。電子装置の製造方法は、判定基準を満たしていないと判定された場合に、次回以降に検出部に検出される検出値が判定基準を満たすように、移動機構の作動を制御して、スリーブの位置を調整することをさらに含む。
このように、判定結果を用いて、はんだ付けの過程が適正となるように、移動機構を制御することが好ましい。これにより、はんだ付けの過程を適正にすることができる。はんだ付け後の製品のはんだ付け不良を低減することができる。
また、第14の観点によれば、検出部は、伝熱量に関する物理量を繰り返し検出する。検出部の検出値を取得することにおいては、検出部の検出値を繰り返し取得する。判定することにおいては、検出部の検出値が判定基準を満たすか否かを繰り返し判定する。電子装置の製造方法は、判定基準を満たしていないと判定された場合に、次回以降に検出部に検出される検出値が判定基準を満たすように、ヒータの発熱量を調整することをさらに含む。
このように、判定結果を用いて、はんだ付けの過程が適正となるように、ヒータの発熱量を調整することが好ましい。これにより、はんだ付けの過程を適正にすることができる。はんだ付け後の製品のはんだ付け不良を低減することができる。
10 スリーブはんだ付け装置
11 スリーブ
12 ヒータ
23 移動機構
24 制御部
26 変位センサ
27 熱流センサ

Claims (10)

  1. 電子部品の端子と基板の端子とをはんだ付けするスリーブはんだ付け装置であって、
    はんだが通過する孔(111)を有し、前記基板に接触して前記基板を加熱するとともに、前記電子部品の端子と前記基板の端子とのはんだ付け部位に、はんだを供給するスリーブ(11)と、
    前記スリーブを加熱するヒータ(12)と、
    前記ヒータによって加熱された前記スリーブを前記基板に押し付けるように、前記スリーブを移動させる移動機構(23)と、
    加熱された前記スリーブを前記基板に押し付けているときの前記基板に対する前記スリーブの押付力に関する物理量検出する検出部(26と、
    前記検出部が検出した検出値と予め定められた判定基準とを比較し、前記検出値が判定基準を満たすか否かを判定する判定部(S13、S15
    前記スリーブを含む構造体(18)を吊るすばね(14)とを備え、
    前記移動機構は、前記構造体が前記ばねに吊り下げられた状態で、前記スリーブを前記基板に押し付け、
    前記検出部(26)は、前記押付力に関する物理量として、前記ばねの長さの変化量を検出する、スリーブはんだ付け装置。
  2. 前記検出部(26)は、前記押付力に関する物理量を繰り返し検出し、
    前記判定部(S13、S15)は、前記検出部が検出した検出値が前記判定基準を満たすか否かを繰り返し判定し、
    前記判定基準を満たしていないと前記判定部が判定した場合に、次回以降に前記検出部に検出される検出値が前記判定基準を満たすように、前記移動機構の作動を制御して、前記スリーブの押付力を調整する押付力制御部(S14、S16)をさらに備える、請求項1に記載のスリーブはんだ付け装置。
  3. 電子部品の端子と基板の端子とをはんだ付けするスリーブはんだ付け装置であって、
    はんだが通過する孔(111)を有し、前記基板に接触して前記基板を加熱するとともに、前記電子部品の端子と前記基板の端子とのはんだ付け部位に、はんだを供給するスリーブ(11)と、
    前記スリーブを加熱するヒータ(12)と、
    前記ヒータによって加熱された前記スリーブを前記基板に押し付けるように、前記スリーブを移動させる移動機構(23)と、
    熱された前記スリーブを前記基板に押し付けているときの前記ヒータから前記基板への伝熱量に関する物理量検出する検出部(7)と、
    前記検出部が検出した検出値と予め定められた判定基準とを比較し、前記検出値が判定基準を満たすか否かを判定する判定部(23、S25S43、S45)とを備え
    前記検出部(27)は、前記伝熱量に関する物理量として、前記スリーブを介して前記ヒータから前記基板へ向かう熱流を検出する、スリーブはんだ付け装置。
  4. 前記検出部(27)は、前記伝熱量に関する物理量を繰り返し検出し、
    前記判定部(S23、S25)は、前記検出部が検出した検出値が前記判定基準を満たすか否かを繰り返し判定し、
    前記判定基準を満たしていないと前記判定部が判定した場合に、次回以降に前記検出部に検出される検出値が前記判定基準を満たすように、前記ヒータの発熱量を調整する発熱量制御部(S24、S26)をさらに備える、請求項に記載のスリーブはんだ付け装置。
  5. 電子部品の端子と基板の端子とをはんだ付けするスリーブはんだ付け装置であって、
    はんだが通過する孔(111)を有し、前記基板に接触して前記基板を加熱するとともに、前記電子部品の端子と前記基板の端子とのはんだ付け部位に、はんだを供給するスリーブ(11)と、
    前記スリーブを加熱するヒータ(12)と、
    前記ヒータによって加熱された前記スリーブを前記基板に押し付けるように、前記スリーブを移動させる移動機構(23)と、
    熱による前記基板の変形量に関する物理量検出する検出部(26と、
    前記検出部が検出した検出値と予め定められた判定基準とを比較し、前記検出値が判定基準を満たすか否かを判定する判定部S33、S35
    前記スリーブを含む構造体(18)を吊るすばね(14)とを備え、
    前記移動機構は、前記構造体が前記ばねに吊り下げられた状態で、前記スリーブを前記基板に押し付け、
    前記検出部(26)は、前記ばねの長さの変化量を検出することで、前記変形量に関する物理量として、前記スリーブの軸方向での変位量を検出する、スリーブはんだ付け装置。
  6. はんだが通過する孔(111)を有するスリーブ(11)と、前記スリーブを加熱するヒータ(12)と、前記スリーブを移動させる移動機構(23)と、を備えるスリーブはんだ付け装置を用いて、電子部品の端子と基板の端子とをはんだ付けすることで、前記電子部品と前記基板とを有する電子装置を製造する電子装置の製造方法であって、
    前記移動機構によって前記スリーブを移動させることで、前記ヒータによって加熱された前記スリーブを前記基板に押し付けること(S1、S2、S3)と、
    前記スリーブを前記基板に押し付けた状態で、前記スリーブの孔を介して、前記電子部品の端子と前記基板の端子とのはんだ付け部位に、はんだを供給すること(S4)と、
    加熱された前記スリーブを前記基板に押し付けているときの前記基板に対する前記スリーブの押付力に関する物理量検出する検出部(26の検出値を取得すること(S11と、
    前記検出値と予め定められた判定基準とを比較し、前記検出値が判定基準を満たすか否かを判定すること(S13、S15と、を含み、
    前記スリーブはんだ付け装置は、前記スリーブを含む構造体(18)を吊るすばね(14)を備え、
    前記スリーブを前記基板に押し付けることにおいては、前記移動機構によって前記ばねに吊り下げられた状態の前記構造体を移動させ、
    前記検出部は、前記押付力に関する物理量として、前記ばねの長さの変化量を検出する、電子装置の製造方法。
  7. 前記検出部(26)は、前記押付力に関する物理量を繰り返し検出し、
    前記検出部の検出値を取得すること(S11)においては、前記検出部の検出値を繰り返し取得し、
    前記判定すること(S13、S15)においては、前記検出部の検出値が前記判定基準を満たすか否かを繰り返し判定し、
    前記判定基準を満たしていないと判定された場合に、次回以降に前記検出部に検出される検出値が前記判定基準を満たすように、前記移動機構の作動を制御して、前記押付力を調整すること(S14、S16)をさらに含む、請求項に記載の電子装置の製造方法。
  8. はんだが通過する孔(111)を有するスリーブ(11)と、前記スリーブを加熱するヒータ(12)と、前記スリーブを移動させる移動機構(23)と、を備えるスリーブはんだ付け装置を用いて、電子部品の端子と基板の端子とをはんだ付けすることで、前記電子部品と前記基板とを有する電子装置を製造する電子装置の製造方法であって、
    前記移動機構によって前記スリーブを移動させることで、前記ヒータによって加熱された前記スリーブを前記基板に押し付けること(S1、S2、S3)と、
    前記スリーブを前記基板に押し付けた状態で、前記スリーブの孔を介して、前記電子部品の端子と前記基板の端子とのはんだ付け部位に、はんだを供給すること(S4)と、
    熱された前記スリーブを前記基板に押し付けているときの前記ヒータから前記基板への伝熱量に関する物理量検出する検出部(7)の検出値を取得すること(21、41)と、
    前記検出値と予め定められた判定基準とを比較し、前記検出値が判定基準を満たすか否かを判定すること(23、S25、43、S45)と、を含み、
    前記検出部(27)は、前記伝熱量に関する物理量として、前記スリーブを介して前記ヒータから前記基板へ向かう熱流を検出する、電子装置の製造方法。
  9. 前記検出部(27)は、前記伝熱量に関する物理量を繰り返し検出し、
    前記検出部の検出値を取得すること(S21)においては、前記検出部の検出値を繰り返し取得し、
    前記判定すること(S23、S25)においては、前記検出部の検出値が前記判定基準を満たすか否かを繰り返し判定し、
    前記判定基準を満たしていないと判定された場合に、次回以降に前記検出部に検出される検出値が前記判定基準を満たすように、前記ヒータの発熱量を調整すること(S24、S26)をさらに含む、請求項に記載の電子装置の製造方法。
  10. はんだが通過する孔(111)を有するスリーブ(11)と、前記スリーブを加熱するヒータ(12)と、前記スリーブを移動させる移動機構(23)と、を備えるスリーブはんだ付け装置を用いて、電子部品の端子と基板の端子とをはんだ付けすることで、前記電子部品と前記基板とを有する電子装置を製造する電子装置の製造方法であって、
    前記移動機構によって前記スリーブを移動させることで、前記ヒータによって加熱された前記スリーブを前記基板に押し付けること(S1、S2、S3)と、
    前記スリーブを前記基板に押し付けた状態で、前記スリーブの孔を介して、前記電子部品の端子と前記基板の端子とのはんだ付け部位に、はんだを供給すること(S4)と、
    熱による前記基板の変形量に関する物理量検出する検出部(26の検出値を取得すること(31と、
    前記検出値と予め定められた判定基準とを比較し、前記検出値が判定基準を満たすか否かを判定すること(33、S35と、を含み、
    前記スリーブはんだ付け装置は、前記スリーブを含む構造体(18)を吊るすばね(14)を備え、
    前記スリーブを前記基板に押し付けることにおいては、前記移動機構によって前記ばねに吊り下げられた状態の前記構造体を移動させ、
    前記検出部(26)は、前記ばねの長さの変化量を検出することで、前記変形量に関する物理量として、前記スリーブの軸方向での変位量を検出する、電子装置の製造方法。
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