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JP2014200829A - はんだ供給ニードル用位置確認治具付きはんだ付け装置及び位置確認治具 - Google Patents

はんだ供給ニードル用位置確認治具付きはんだ付け装置及び位置確認治具 Download PDF

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Abstract


【課題】はんだ供給ニードルのメンテナンスを行ったあと、該はんだ供給ニードルが元の設定位置に正しく復元されているか否かの確認を行うことができるはんだ付け装置を得る。
【解決手段】はんだ付け対象5にレーザービーム7を投射するレーザーヘッド1と、設定位置で前記はんだ付け対象5に線状はんだ6を供給するはんだ供給ニードル3と、位置設定を一旦解除されたあと元の位置に戻された該はんだ供給ニードル3が前記設定位置に復元されているか否かを確認するための位置確認治具25とを有し、該位置確認治具25は、位置設定されたはんだ供給ニードル3と平行に延びるリニアガイド28と、該リニアガイド28に沿って摺動自在のスライドブロック29と、該スライドブロック29に前記リニアガイド28と平行に形成され、該スライドブロック29を前記リニアガイド28に沿って摺動させたとき前記設定位置にあるはんだ供給ニードル3が嵌合するニードル挿入孔30とを有する。
【選択図】図1

Description

本発明は、レーザービームと線状はんだとを使用して半導体チップ等の電子部品を自動的にはんだ付けするはんだ付け装置に関するものであり、更に詳しくは、線状はんだを供給するはんだ供給ニードルの位置確認を行うための位置確認治を備えたはんだ付け装置と位置確認治具とに関するものである。
自動はんだ付けロボットのアームに取り付けたレーザーヘッドから半導体チップ等のはんだ付け対象に向けてレーザービームを投射し、前記レーザーヘッドに付設したはんだ供給ニードルから送り出される線状はんだを溶融させて前記はんだ付け対象をはんだ付けするレーザー式自動はんだ付け装置は、例えば特許文献1に記載されているように従来より公知である。
このようなレーザー式自動はんだ付け装置においては、前記線状はんだを多数のはんだ付けポイントに向けて繰り返し正確に送り出すことが必要であり、そのためには、前記はんだ供給ニードルが、前記レーザーヘッドに対してはんだ供給のための最適位置となるような位置(設定位置)に正確かつ確実に取り付けられていることが不可欠である。
その一方で、前記はんだ供給ニードルは、定期的な点検や清掃、交換等を必要とするため、その都度前記レーザーヘッドから一旦取り外したりねじを緩めたりすることによって位置設定を解除し、点検や清掃等が終了したあと再びレーザーヘッドの元の位置に取り付けるといった作業を行わなければならず、その際、該はんだ供給ニードルの位置が元の設定位置に正しく復元されているか否かを確認する必要があり、従来は、その確認作業に多くの時間と手間がかかるという問題があった。
特開2002−1521号公報
本発明の課題は、はんだ供給ニードルの位置設定を一旦解除したあと元の位置に復元させた場合に、該はんだ供給ニードルが元の設定位置に正しく復元されているか否かの確認を簡単且つ正確に行うことができるようにすることにある。
前記課題を解決するため、本発明によれば、はんだ付け対象にレーザービームを投射するレーザーヘッドと、該レーザーヘッドに位置調整可能に付設され、設定位置において前記はんだ付け対象に線状はんだを供給するはんだ供給ニードルと、位置設定を一旦解除されたあと元の位置に戻された前記はんだ供給ニードルが前記設定位置にあるか否かを確認するための位置確認治具とを有し、前記レーザーヘッドは、前記レーザービームをはんだ付け対象に投射してはんだ付けを行うはんだ付け位置と、前記はんだ供給ニードルの位置確認を行うための確認位置とに移動可能であり、前記位置確認治具は、はんだ付け装置の前記レーザーヘッドとは別の場所に取り付けられていて、前記レーザーヘッドが前記確認位置に移動した状態において前記位置設定されたはんだ供給ニードルと平行に延びるリニアガイドと、該リニアガイドに沿って摺動自在のスライドブロックと、該スライドブロックに前記リニアガイドと平行に形成され、該スライドブロックを前記リニアガイドに沿って摺動させたとき前記設定位置にあるはんだ供給ニードルの先端が挿入可能なニードル挿入孔とを有することを特徴とするはんだ供給ニードル用位置確認治具付きはんだ付け装置が提供される。
また、本発明によれば、レーザーヘッドではんだ付け対象にレーザービームを投射し、はんだ供給ニードルから前記はんだ付け対象に供給される線状はんだを溶融させてはんだ付けするはんだ付け装置に取り付けて、前記はんだ供給ニードルが線状はんだを供給するための設定位置にあるか否かを確認するために使用される位置確認治具であって、前記はんだ付け装置に取り付けられた状態で前記はんだ供給ニードルと平行に延びるリニアガイドと、該リニアガイドに沿って摺動自在のスライドブロックと、該スライドブロックに前記リニアガイドと平行に形成されたニードル挿入孔とを有し、該ニードル挿入孔に前記はんだ供給ニードルの先端が挿入可能か否かによって該はんだ供給ニードルが前記設定位置にあるか否かを確認するように構成された位置確認治具が提供される。
本発明において、前記位置確認治具は、前記はんだ付け装置に取り付けるための取付部材と、該取付部材に前記レーザーヘッドの軸線と平行な軸線を中心に角度調節自在に連結されたガイド部材とを有し、該ガイド部材に、前記リニアガイドが形成されると共に前記スライドブロックが支持されていることが望ましい。
本発明によれば、位置設定された状態のはんだ供給ニードルの先端が挿入可能なニードル挿入孔を有する位置確認治具をはんだ付け装置に取り付け、メンテナンス等のためはんだ供給ニードルの位置設定を一旦解除したあと元の位置に復元させた場合に、該はんだ供給ニードルの先端が前記ニードル挿入孔内に挿入できるか否かを確認することにより、前記はんだ供給ニードルが元の設定位置に正しく復元されているか否かを簡単且つ正確に判定することができ、正しく復元されていない場合には、前記はんだ供給ニードルの先端が前記ニードル挿入孔内に挿入されるように調整することにより、該はんだ供給ニードルを元の設定位置に簡単に復元させることができる。
本発明に係るはんだ付け装置の要部の側面図である。 図1の正面図である。 レーザーヘッドの拡大図である。 位置確認治具の側面図である。 位置確認治具の正面図である。 図5におけるVI−VI線での断面図である。
図1及び図2は、本発明に係るはんだ付け装置の一実施形態を示すものである。このはんだ付け装置は、制御装置によって自動制御される不図示のはんだ付けロボットのアームに取り付けられたレーザーヘッド1と、該レーザーヘッド1にニードル支持機構2によって位置調整自在に支持されたはんだ供給ニードル3と、はんだ付け対象である半導体チップ等の電子部品をはんだ付け位置に搬送する搬送コンベア4とを有し、前記レーザーヘッド1を、図1に鎖線で示すはんだ付け位置Aに移動させた状態で、前記搬送コンベア4で搬送されたはんだ付け対象5に対し、前記ニードル支持機構2によって正確に位置設定された前記はんだ供給ニードル3から線状はんだ6を供給すると共に、前記レーザーヘッド1の先端の投射口からレーザービーム7を投射することにより、該レーザービーム7で前記線状はんだ6を溶融させて前記はんだ付け対象5をはんだ付けするものである。
前記レーザーヘッド1の内部には、半透鏡や光学レンズ等の光学部品が該レーザーヘッド1の中心軸線である第1軸線L1に沿って内蔵され、該レーザーヘッド1の側面にはファイバー接続部10が形成されていて、このファイバー接続部10に、図示しないレーザー発振器から延びる光ファイバー11の先端部が接続され、該光ファイバー11から前記第1軸線L1と直角に入射したレーザービームが、前記半透鏡によって前記第1軸線L1方向に45度向きを変えられたあと、前記光学レンズを通って前記投射口からはんだ付け対象5に焦点を合わせた状態で投射されるようになっている。しかし、このようなレーザーヘッド1の内部構造は公知であって、本発明の要旨とも直接関係がないため、前記光学部品の図示は省略されている。
図3からも明らかなように、前記はんだ供給ニードル3は、大径のニードルホルダー12と、該ニードルホルダー12の先端に一直線状に連結された細径のニードル本体13とからなり、前記ニードルホルダー12の基端部に、図示しないはんだ供給装置から延びる合成樹脂製のはんだ送りチューブ14が接続され、該はんだ送りチューブ14を通じて前記ニードルホルダー12内に送り込まれた線状はんだ6を、前記ニードル本体13の先端からはんだ付け対象5に向けて供給するものである。
前記ニードルホルダー12とニードル本体13とは着脱自在に連結されている。このため、前記ニードルホルダー12の先端部には、外周に雄ねじが切られた雄側連結部12aが形成され、前記ニードル本体13の基端部には、内周に雌ねじが切られた雌側連結部13aが形成され、この雌側連結部13aが前記雄側連結部12aに螺着されている。
前記はんだ供給ニードル3は、前記ニードルホルダー12を支持するニードル支持部材17により、前記第1軸線L1に対して傾斜する第2軸線L2に沿って位置調整自在なるように支持され、該ニードル支持部材17は、前記第1軸線L1と平行に配設されたニードル支持ロッド18の先端の連結部18aに、前記第1軸線L1と直交する第3軸線L3を中心に角度調整自在なるように連結され、前記ニードル支持ロッド18は、前記レーザーヘッド1に取付リング19を介して前記第1軸線L1の回りに角度調整自在に取り付けられたブラケット20に、X−Y調整機構21を介して前記第1軸線L1と平行する方向(図の上下方向)に位置調整自在なるように支持されている。
前記ニードル支持ロッド18には目盛り18bが付され、一旦上下方向に位置決めしたあと、メンテナンス等のためにその位置決めを解除した場合でも、位置決めした時の目盛り18bの位置に再固定することより、元の位置に簡単に復元できるようになっている。
前記X−Y調整機構21は、前記ブラケット20に固定された再下段の第1部材21aと、該第1部材21a上に前記第3軸線L3と平行する方向(Y方向)に位置調節自在に載置された中段の第2部材21bと、該第2部材21b上に前記第3軸線L3と直交する方向(X方向)に位置調節自在に載置された最上段の第3部材21cとを有するもので、該第3部材21cに形成されたロッド支持部21dに前記ニードル支持ロッド18が支持されている。従って、前記ブラケット20、X−Y調整機構21、ニードル支持ロッド18、ニードル支持部材17は、前記ニードル支持機構2を構成するものである。
そして、前記ニードル支持機構2の前記各部材の位置や角度等を調整することにより、前記はんだ供給ニードル3の先端の位置を、前記はんだ付け対象5に合わせて正確に位置決め(位置設定)することができるようになっている。
位置設定された前記はんだ供給ニードル3は、前記レーザーヘッド1の第1軸線L1に対して傾斜した姿勢を占め、前記第1軸線L1上に位置するはんだ付け対象5即ちはんだ付けポイントに対し、線状はんだ6を斜め上方から供給する。
前記レーザーヘッド1の上端にはCCDカメラ22が取り付けられ、このCCDカメラ22で、前記半透鏡及び光学レンズ等を通してはんだ付け対象5を正面から撮像できるようになっている。このCCDカメラ22で撮像された画像は、図示しないモニター画面に映し出され、前記レーザービームの投射スポットとはんだ付けポイントとの位置決めと、前記はんだ供給ニードル3の位置設定とに利用される。
前記レーザーヘッド1を使用してはんだ付けするときは、該レーザーヘッド1を、図1に鎖線で示すはんだ付け位置Aに移動させた状態で、前記ニードル支持機構2を構成する前記各部材の位置や角度等を調整することにより、前記はんだ供給ニードル3の先端の位置を、前記はんだ付け対象5(従ってレーザーヘッド1の第1軸線L1)に合わせて正確に位置決め即ち位置設定する。そのあと、前記搬送コンベア4ではんだ付け位置Aに次々に搬送されてくるはんだ付け対象5に対し、前記はんだ供給ニードル3から線状はんだ6を供給すると共に、前記レーザーヘッド1の先端の投射口から前記第1軸線L1に沿ってレーザービーム7を投射することにより、該レーザービーム7で前記線状はんだ6を溶融させて前記はんだ付け対象5をはんだ付けする。
はんだ付け作業が一定時間行われると、前記レーザーヘッド1は図示しない待機位置に移動し、前記はんだ供給ニードル3に対し、清掃や点検あるいは交換等のメンテナンスが行われる。そのため該はんだ供給ニードル3の位置設定は一旦解除される。例えば、通常のメンテナンスにおいては、はんだ送り時に細径のニードル本体13の内部を線状はんだ6が摺動するため、該内周にはんだ屑等の異物が付着し、はんだの送り抵抗が増大したりはんだ詰まり等を生じるため、該ニードル本体13が前記ニードルホルダー12から取り外され、その清掃が行われる。
そして、清掃完了後に前記ニードル本体13は前記ニードルホルダー12に再螺着されるが、このとき、該ニードル本体13が、前記ニードル本体13に、前記第2軸線L2に対して傾いた状態で螺着されたり、細径の該ニードル本体13が湾曲したりすることにより、該ニードル本体13の先端の位置が設定位置からずれることがある。そのため、このはんだ付け装置には、前記ニードル本体13の先端が正確に元の設定位置に復元されているか否かを確認するための位置確認治具25が、前記レーザーヘッド1とは別の場所、例えば、図示したように前記搬送コンベア4の側面に取り付けられている。
前記位置確認治具25は、図4−図6からも明らかなように、前記搬送コンベア4の側面に取り付けるための取付部材26と、該取付部材26に前記レーザーヘッド1の第1軸線L1と平行な第4軸線L4の回りに角度調節可能なるように載置されたガイド部材27とを有し、該ガイド部材27に、前記第1軸線L1に対して傾斜するリニアガイド28が形成されると共に、スライドブロック29が該リニアガイド28に沿って摺動自在に支持され、該スライドブロック29に、前記ニードル本体13の先端の外径より僅かに大きい内径を有するニードル挿入孔30が、前記リニアガイド28と平行に形成されている。
前記取付部材26は、前記第1軸線L1と平行即ち図の上下方向に延びる固定用プレート26aと、該固定用プレート26aの下端部から前記第1軸線L1と直交する方向即ち水平方向に延びるベースプレート26bとを有していて、前記固定用プレート26aが前記搬送コンベア4の側面に固定され、前記ベースプレート26bの上面に前記ガイド部材27が載置されている。
前記固定用プレート26aの前記搬送コンベア4に対する固定は、該固定用プレート26aの取付孔26c内に挿通したねじ31aを、前記搬送コンベア4の側面の凹溝4a内に挿入したナット31bに螺着することにより行われる。
前記ガイド部材27は、前記ベースプレート26b上に載置された水平な調整プレート32と、該調整プレート32の一端から上向きに立ち上がり、上端部が前記第1軸線L1に対して傾斜する側面視形状が略三角形をなすアングルプレート33と、該アングルプレート33の上端部から該上端部と等角度傾斜する姿勢で側方に突出するリニアガイドベース34とを有し、該リニアガイドベース34の上面にレール状をした前記リニアガイド28が形成されている。該リニアガイド28の前記第1軸線L1に対する傾斜角度は、位置設定された前記はんだ供給ニードル3の前記第1軸線L1に対する傾斜角度と等しく、従って、該リニアガイド28と前記はんだ供給ニードル3とは互いに平行をなしている。
前記調整プレート32の下面の凹部内には、前記第4軸線L4を中心軸線とする円柱状の軸ピン35がねじ36で固定され、該軸ピン35が、前記ベースプレート26bに形成されたピン孔37内に回動自在に嵌合している。また、前記調整プレート32の側端部寄りの位置には、前記第4軸線L4を曲率中心とする円弧状かつ長孔状のボルト挿通孔38が形成され、前記ベースプレート26bには、該ボルト挿通孔38内に挿通したボルト39を螺着するための螺子孔40が形成されていて、前記ガイド部材27の前記第4軸線L4を中心とする角度調整を、前記ボルト挿通孔38の長さの範囲内(約±15度)で行うことができるようになっている。
前記スライドブロック29は、前記リニアガイド28が嵌合する嵌合溝41aを下面に備えたスライドベース41と、該スライドベース41の上面に固定されたスライドプレート42と、該スライドプレート42の上面に設けられたゲージプレート43とを有し、該ゲージプレート43の先端部に前記ニードル挿入孔30が形成されている。また、該ゲージプレート43の側面にはハンドル44が取り付けられ、該ハンドル44によって前記スライドブロック29全体が前記リニアガイド28に沿って移動操作される。
前記スライドブロック29は、前記リニアガイド28に対して非固定の状態に配設されていて、前進端と後退端の位置が決められており、通常は、図3に示すように、自重によって後退端の位置まで移動し、この位置に停止している。前記前進端と後退端の位置は変更可能とすることができる。また、前記スライドブロック29は、例えば前記ハンドル44を回転させるなどの締付操作により、前記リニアガイド28に沿った任意の位置に固定できるように構成されていても良い。
前記位置確認治具25で前記はんだ供給ニードル3の位置確認を行うためには、該位置確認治具25が、位置設定された状態にある前記はんだ供給ニードル3の先端が前記ニードル挿入孔30内に挿入できるように、正確に位置決めされた状態で前記搬送コンベア4に固定されている必要がある。そのため、前述したように、はんだ付けを行うに先立って前記はんだ供給ニードル3の位置設定を行ったあと、該はんだ供給ニードル3に合わせて前記位置確認治具25の位置決めを行い、その位置に該位置確認治具25を固定する。
即ち、前記はんだ供給ニードル3の位置設定を行ったあと、前記レーザーヘッド1を、図1に実線で示す確認位置Bの近傍に移動させ、この確認位置Bの近傍において、前記スライドブロック29をハンドル44で図1に鎖線で示すようにリニアガイド28に沿って前進端の位置かあるいは前進端近くの所定の位置までスライドさせたとき、前記ニードル挿入孔30内に前記はんだ供給ニードル3の先端が一定の深さまで挿入されるように、前記レーザーヘッド1の位置や、前記搬送コンベア4に対する位置確認治具25の位置、前記取付部材26に対する前記ガイド部材27の第4軸線L4を中心とした角度等を微調整し、微調整終了後に、その位置を基準位置(確認位置)Bと定め、前記制御装置にレーザーヘッド1の座標登録を行い、前記位置確認治具25は前記搬送コンベア4にねじ31aとナット31bとで固定し、前記ガイド部材27はボルト39で前記ベースプレート26bに固定する。
そして、メンテナンスのため位置設定を一旦解除されたあと元の位置に戻された前記はんだ供給ニードル3が、前記設定位置に正しく復元されている否かを確認する場合は、前記レーザーヘッド1を、前記待機位置から図1に実線で示す確認位置Bに移動させ、この確認位置Bにおいて、前記スライドブロック29を、ハンドル44により、図1に鎖線で示すように、リニアガイド28に沿って前進端の位置かあるいは前進端近くの所定の位置までスライドさせ、前記ニードル挿入孔30内に前記はんだ供給ニードル3の先端が一定の深さまで挿入できるか否かを確認する。
ここで、前記ニードル挿入孔30内に前記はんだ供給ニードル3の先端が挿入された場合には、該はんだ供給ニードル3は設定位置に復元されていることになるので、そのままはんだ付け作業を再開することができる。
しかし、前記ニードル挿入孔30内に前記はんだ供給ニードル3の先端が挿入されない場合は、該はんだ供給ニードル3が設定位置に復元されていないことになるので、ニードル本体13の先端が前記ニードル挿入孔30内に嵌合するように調整する。この場合、前述したようにニードル本体13を前記ニードルホルダー12から取り外し、そのあと再装着したケースでは、該ニードル本体13が前記ニードル本体13に傾いた状態で螺着されたり、細径のニードル本体13が湾曲したりすることにより、該ニードル本体13の先端の位置が設定位置からずれることが多いため、前記ニードル本体13を前記ニードル本体13に対して真っ直ぐに装着し直したり、前記ニードル本体13の曲がりを矯正したりするといったような、位置ずれの原因を解消するための措置を施すことにより、前記はんだ供給ニードル3を設定位置に復元させることができる。
なお、前記メンテナンス時に、前記ニードル本体13を前記ニードルホルダー12から取り外す以外に、前記ニードル支持機構2を構成する何れかの部材を緩めたり取り外すなどしてはんだ供給ニードル3の位置設定を解除した場合でも、前記位置確認治具25を使用し、前記ニードル挿入孔30内にはんだ供給ニードル3の先端が嵌合するように各部材を再装着あるいは再固定することにより、前記はんだ供給ニードル3を設定位置に復元することが可能である。例えば、前記はんだ供給ニードル3全体をニードル支持部材17から一旦取り外して該ニードル支持部材17に再装着した場合や、前記ニードル支持ロッド18をX−Y調整機構21から取り外したあと該X−Y調整機構21に再装着した場合でも、前記位置確認治具25を使用して前記はんだ供給ニードル3を設定位置に復元することは可能である。
図示した実施形態のはんだ付け装置は、レーザーヘッド1から下向きにレーザービーム7を投射して該レーザーヘッド1の下方に位置するはんだ付け対象5をはんだ付けするタイプのものであるが、図と上下逆に、レーザーヘッド1から上向きにレーザービームを投射して該レーザーヘッド1の上方に位置するはんだ付け対象をはんだ付けするタイプのはんだ付け装置にも、本発明は適用することができる。この場合、前記位置確認治具25も図の場合とは上下逆向きに配置されることになる。
1 レーザーヘッド
3 はんだ供給ニードル
5 はんだ付け対象
6 線状はんだ
7 レーザービーム
25 位置確認治具
26 取付部材
27 ガイド部材
28 リニアガイド
29 スライドブロック
30 ニードル挿入孔
A はんだ付け位置
B 確認位置
L1 レーザーヘッドの軸線(第1軸線)

Claims (4)

  1. はんだ付け対象にレーザービームを投射するレーザーヘッドと、該レーザーヘッドに位置調整可能に付設され、設定位置において前記はんだ付け対象に線状はんだを供給するはんだ供給ニードルと、位置設定を一旦解除されたあと元の位置に戻された前記はんだ供給ニードルが前記設定位置にあるか否かを確認するための位置確認治具とを有し、
    前記レーザーヘッドは、前記レーザービームをはんだ付け対象に投射してはんだ付けを行うはんだ付け位置と、前記はんだ供給ニードルの位置確認を行うための確認位置とに移動可能であり、
    前記位置確認治具は、はんだ付け装置の前記レーザーヘッドとは別の場所に取り付けられていて、前記レーザーヘッドが前記確認位置に移動した状態において前記位置設定されたはんだ供給ニードルと平行に延びるリニアガイドと、該リニアガイドに沿って摺動自在のスライドブロックと、該スライドブロックに前記リニアガイドと平行に形成され、該スライドブロックを前記リニアガイドに沿って摺動させたとき前記設定位置にあるはんだ供給ニードルの先端が挿入可能なニードル挿入孔とを有する、
    ことを特徴とするはんだ供給ニードル用位置確認治具付きはんだ付け装置。
  2. 前記位置確認治具は、前記はんだ付け装置に取り付けるための取付部材と、該取付部材に前記レーザーヘッドの軸線と平行な軸線を中心に角度調節自在に連結されたガイド部材とを有し、該ガイド部材に、前記リニアガイドが形成されると共に前記スライドブロックが支持されていることを特徴とする請求項1に記載のはんだ付け装置。
  3. レーザーヘッドではんだ付け対象にレーザービームを投射し、はんだ供給ニードルから前記はんだ付け対象に供給される線状はんだを溶融させてはんだ付けするはんだ付け装置に取り付けて、前記はんだ供給ニードルが線状はんだを供給するための設定位置にあるか否かを確認するために使用される位置確認治具であって、
    該位置確認治具が前記はんだ付け装置に取り付けられた状態で前記はんだ供給ニードルと平行に延びるリニアガイドと、該リニアガイドに沿って摺動自在のスライドブロックと、該スライドブロックに前記リニアガイドと平行に形成されたニードル挿入孔とを有し、該ニードル挿入孔に前記はんだ供給ニードルの先端が挿入可能か否かによって該はんだ供給ニードルが前記設定位置にあるか否かを確認するように構成されたことを特徴とする位置確認治具。
  4. 前記はんだ付け装置に取り付けるための取付部材と、該取付部材に前記レーザーヘッドの軸線と平行な軸線を中心に角度調節自在に連結されたガイド部材とを有し、該ガイド部材に、前記リニアガイドが形成されると共に前記スライドブロックが支持されていることを特徴とする請求項3に記載の位置確認治具。
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