焊接装置及焊接方法与流程

本发明公开涉及一种焊接装置及焊接方法。

背景技术：

在相关技术中，存在如下焊接装置：该焊接装置通过将熔融焊料气动地传输到喷嘴而用于通过安装在喷嘴的引出端上的托盘将电子组件焊接到印刷板。

焊接装置通过光学传感器检测从喷嘴喷出的熔融焊料的喷出高度，并基于检测结果将熔融焊料的喷出高度调整为理想高度(例如参见专利文献1)

【专利文献1】日本特开2000-200966号公报

技术实现要素：

然而，在相关领域的技术中，尽管喷出高度被调整为理想高度，熔融焊料的压力可被不均匀地施加到托盘。在这种情况下，发生诸如焊接不均匀的问题，导致焊接的精度的降低。

因此，本发明的实施方案的目的在于提供一种提高焊接的精度的焊接装置和焊接方法。

根据本发明的一方面，提供一种焊接装置，包括：检测单元，检测单元被构造为检测熔融焊料被气动地传输到喷嘴所利用的压力；以及控制单元，控制单元被构造为：在利用具有用于供应焊料的通孔的托盘覆盖喷嘴的开口的状态下，使用于将熔融焊料气动地传输到喷嘴的泵的旋转速度增大，且如果由检测单元检测到的压力达到基准压力，则使泵的旋转速度减小。

根据本发明的一个方面，能够提高焊接的精度。

附图说明

将基于以下图详细地描述本发明的示例性实施方案，其中：

图1是用于说明焊接装置的示图；

图2是示出焊接装置的工作的示例的示图；

图3是示出在焊接装置中执行的控制的时间图；

图4是示出通过焊接装置执行的进行步骤的流程图；

图5a是示意性地示出根据变型的喷嘴的示图；以及

图5b是示意性地示出根据变型的喷嘴的截面的示图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细地描述根据一个实施方案的焊接装置和焊接方法。然而，本发明不限于以下所述的实施方案。

首先，将参照图1描述根据该实施方案的焊接装置。图1是用于说明焊接装置1的示图。此外，图1示出焊接装置1的功能块和示意性截面。

如图1所示，焊接装置1包括：焊料槽12，用于储存熔融焊料11；泵30，用于从焊料槽12向上抽吸熔融焊料11；以及喷嘴15，用于沿竖直方向向上喷出由泵30向上抽吸的熔融焊料11。

此外，加热器18安装在焊料槽12的侧表面上。加热器18通过加热使容纳在焊料槽12中的焊料熔融，且随后将熔融焊料11的温度保持在适用于焊接的温度(在下文中，简称为适当温度)。在图1中所示的示例中，示出了加热器18安装在焊料槽12的侧表面上的情况，然而，加热器18可安装在任何其他位置处，例如安装在焊料槽12的底面下方。

焊料槽12具有：抽吸孔13，形成在上部中，用于向上抽吸熔融焊料11；以及壳体部14，从抽吸孔13被向上抽吸的熔融焊料11被气动地传输通过壳体部14。

泵30具有马达31、旋转轴32和叶轮33。马达31驱动泵30的连接到马达31的旋转轴32，由此使叶轮33旋转。

通过叶轮33的扭矩，如图1中的轮廓箭头所示，泵30从焊料槽12向上抽吸熔融焊料11，使熔融焊料11通过抽吸孔13进入壳体部14，并将熔融焊料从壳体部14气动地传输到喷嘴15。

因此，焊接装置沿竖直方向从喷嘴15向上喷出熔融焊料11。此外，焊接装置1从喷嘴15喷出熔融焊料11，例如使得熔融焊料附着到布置在托盘的顶面上的印刷板上的连接位置，由此执行焊接。此外，以下将参照图2描述焊接装置1的工作过程的示例。

此外，还未附着到印刷板的熔融焊料11通过形成在喷嘴15的外壁15b和内壁15c之间的收集孔17a和17b被再次储存在焊料槽12中。

换句话说，还未附着到印刷板的熔融焊料11被收集到焊料槽12中，且被加热器18再次加热，并被引导到壳体部14和喷嘴15。

如上所述，焊接装置1使熔融焊料11循环，由此能够将容纳在壳体部14和喷嘴15中的熔融焊料11保持恒定温度。因此，能够防止诸如熔融焊料的温度降低所导致的熔融焊料11的粘附的问题。

此外，焊接装置1包括压力检测用管2、检测单元3和控制单元4。检测单元3检测熔融焊料11被气动地传输到喷嘴15所利用的压力。具体地，检测单元3连接到具有例如布置在壳体部14中的端部的压力检测用管2并检测压力检测用管2中的压力。

此外，检测单元3通过检测检测单元和压力检测用管2中的熔融焊料11之间的气体(此后称为空气5)而检测从壳体部14被注入到压力检测用管2中的熔融焊料11的压力。

在检测单元3直接检测在壳体部14中被气动地传输的熔融焊料11的压力的情况下，由于熔融焊料11的温度为大约300℃，因此需要具有高耐热性的昂贵的压力传感器。

与此相比，由于焊接装置1通过检测压力检测用管2中的空气5的压力来检测熔融焊料1的气动传输压力，因此能够在检测单元3中使用具有较低耐热性的便宜的压力传感器，且能够抑制制造成本。

控制单元4包括具有诸如中央处理单元(cpu)、只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)和输入/输出端口的各种组件的微计算机和各种电路。此外，控制单元4的一些部件或整体可构造有诸如asic和fpga的硬件。

控制单元4通过控制马达31的旋转速度使得熔融焊料11的被检测单元3检测的压力变为基准压力而调整熔融焊料11被气动地传输到喷嘴15所利用的压力。以下将参照图3描述通过控制单元4执行的对马达31的操作的控制的示例。

此外，焊接装置1包括：开闭阀7，用于打开和关闭用于排放压力检测用管2的内部的空气5的排气阀；以及温度检测单元8，用于检测熔融焊料11的温度。

此外，控制单元4将开闭阀7保持在打开状态，直到由温度检测单元8检测到的温度达到适用于焊接的温度。之后，如果熔融焊料11的温度达到适当温度，则控制单元4执行控制，使得开闭阀7切换到关闭状态，即使得排放压力检测用管2的内部被密封，且随后开始调整气动传输压力。

因此，在开始焊接之前，在熔融焊料11被加热到适当温度的期间，控制单元4可防止与熔融焊料11的气动传输压力独立地发生的空气5中的压力的上升被错误地检测为气动传输压力中的变化。

现在，将参照图2描述根据该实施方案的焊接装置1的工作的示例。图2是示出焊接装置1的工作的示例的示图。在图2中，示出了焊接装置1的仅一部分。

如图2所示，在利用在顶面上具有印刷板100和电子组件102的托盘50覆盖喷嘴15的开口15a的状态下，焊接装置1执行印刷板和电子组件的焊接。

托盘50具有用于供给熔融焊料11的通孔51。通过通孔51，熔融焊料11被供给到印刷板100上。换句话说，托盘50掩盖整个印刷板100，除了待经受焊接的部分。

此外，由于利用托盘50覆盖喷嘴15的开口15a，因此根据该实施方案的焊接装置1可强力地推动由泵30向上抽吸的熔融焊料11以抵靠托盘50。

换句话说，由于利用托盘50覆盖喷嘴15的开口15a，因此根据该实施方案的焊接装置1可抑制熔融焊料11的气动传输压力降低。

因此，即使托盘50的通孔51是小的，焊接装置1也可经由通孔51将熔融焊料11供给到印刷板100上。

此外，由于能够在施加压力的状态下执行焊接，因此即使通孔51是小的，焊接装置1也将熔融焊料11供给到印刷板100上。

因此，能够将电子组件102密集地安装在印刷板100上，且能够实现电子组件102在印刷板100上的集成。

印刷板100和电子组件102安装在托盘50的顶面上。印刷板100具有连接孔101，其形成为在前表面和后表面之间延伸。连接孔101具有形成在内周面上的金属层。连接孔101中的金属层连接到印刷板100上的预定印刷布线。

此外，电子组件102具有在与印刷板100的连接孔101对应的位置处形成为连接端子的金属引线端子(在附图中未示出)。电子组件102的引线端子插入到印刷板100的连接孔101中，且其上具有电子组件的印刷板布置在托盘50上。

此外，焊接装置1连接到机器人(在附图中未示出)，且机器人将托盘50布置成使得托盘覆盖喷嘴15的开口15a。

此外，在焊接装置1执行焊接时，机器人将印刷板100和电子组件102固定到托盘50。因此，能够抑制在执行焊接时印刷板100和电子组件102移动。

如果完成焊接，则机器人收回托盘50，并将在顶面上具有印刷板100和电子组件102的新托盘50布置成使得新托盘覆盖喷嘴15的开口15a。

此刻，将参照图3描述通过焊接装置1的控制单元4执行的控制过程。图3是示出在焊接装置1中执行的控制的时间图。此外，控制单元4基于压力检测用管2的由检测单元3检测到的空气压力而控制马达31的旋转速度。

例如，假定的是，在图3中所示的时刻t2处，机器人将托盘50安装为使得该托盘覆盖喷嘴15的开口15a。换句话说，假定的是，在时刻t2处，利用托盘50覆盖喷嘴15的开口15a。

在这种情况下，从时刻t2起，控制单元4使马达31的旋转速度逐渐增大。结果，熔融焊料11在喷嘴15中的液位逐渐上升，且由检测单元3检测到的空气压力也上升。

如果由检测单元3检测到的空气压力达到在如附图3中所示的时刻t3处的基准压力，则控制单元4在那个时间将马达31的旋转速度保持预定时间。

这里，基准压力为针对每个印刷板100而言预先确定的最佳压力，且基准压力例如为基于由作业人员等进行的试验而确定的值。换句话说，基准压力为针对每个印刷板100而言用于焊接的熔融焊料11的适当气动传输压力。

如果由检测单元3检测到的空气压力低于基准压力，则熔融焊料11可能不会通过托盘50的通孔51，且如果空气压力高于基准压力，则熔融焊料11通过通孔51被过多地供给到印刷板100。结果，发生诸如桥连现象(bridgephenomenon)的问题。

控制单元4使马达31的旋转速度增大，直到空气压力达到基准压力，且如果空气压力达到基准压力，则控制单元将旋转速度保持预定时间。因此，能够经由托盘50的通孔51将适量的熔融焊料11供给到印刷板100，并且能够提高焊接的精度。

此外，预定时间为例如通过实验等设定的时间。例如，如果预定时间太短，则少量的熔融焊料11被供给到印刷板100上。

此外，如果预定时间太长，则由于大量的熔融焊料11被供给到印刷板100上，因此可引起诸如桥连现象的问题。

此外，在预定时间之后，即从时刻t4起，控制单元4使马达31的旋转速度逐渐减小。结果，熔融焊料11在喷嘴15中的液位逐渐降低，空气压力也降低。

之后，在当空气压力达到分离压力时的时刻t5，控制单元4向机器人传输以指示机器人使托盘50与开口15a分离的指示信号。

这里，分离压力为在当在液位开始降低之后熔融焊料11的液位与托盘50分离时的时刻处的空气压力，且为通过实验等预先设定的值。

如果机器人接收到该指示信号，则机器人使托盘50与开口15a分离，并执行切除粘附到印刷板100的引线的不必要焊料的桥切(bridgecutting)处理。

同时，控制单元4使马达31在时刻t5处停止，且准备将要布置为覆盖开口15a的下一托盘50。可选地，在时刻t5之后，控制单元4可将马达31的旋转速度保持在预定旋转速度，从而使熔融焊料11循环。

如上所述，控制单元4基于空气压力控制用于将熔融焊料11气动地传输到喷嘴15的马达31的旋转速度。换句话说，控制单元4仅使用空气压力来控制马达31的旋转速度。

因此，焊接装置1不需要例如用于检测熔融焊料11在喷嘴15中的液位的传感器等。因此，能够通过传感器等的成本而减少制造成本。

此外，如果熔融焊料11在焊料槽12中的量变化，则作用于叶轮33(参见图1)的熔融焊料11的重量依赖于熔融焊料11的量而变化。换句话说，空气压力达到基准压力所在的马达31的旋转速度取决于容纳在焊料槽12等中的熔融焊料11的量而变化。

由于根据该实施方案的焊接装置1使马达31的旋转速度增大，直到空气压力达到基准压力，因此能够在不考虑熔融焊料11的量的情况下将熔融焊料11供给到印刷板100。

此外，由于焊接装置1基于空气压力控制马达31的旋转速度，因此能够在焊接期间检测诸如喷嘴15的开口15a和托盘50之间的不良接触的异常。

具体地，在尽管马达31的旋转速度上升但是空气压力没有上升的情况下以及在尽管马达31的旋转速度被保持在增大的速度但是空气压力没有降低的情况下，控制单元4检测开口15a和托盘50之间的不良接触。

此刻，将参照图4描述通过根据该实施方案的焊接装置1执行的进行步骤。图4是示出通过焊接装置1执行的进行步骤的流程图。在利用托盘50覆盖喷嘴15的开口15a的状态下执行图4中所示的进行步骤。

如图4中所示，首先，控制单元4使马达31的旋转速度增大(步骤s101)。随后，控制单元4确定由检测单元3检测到的空气压力是否等于基准压力(步骤s102)。

在确定空气压力等于基准压力的情况下(步骤s102中的“是”)，控制单元4保持马达31的旋转速度(步骤s103)。同时，在空气压力还未达到基准压力的情况下(步骤s102中的“否”)，控制单元4继续执行步骤s101的过程。

随后，控制单元4确定在空气压力达到基准压力之后是否已经过预定时间(步骤s104)。在已经过预定时间的情况下(步骤s104中的“是”)，控制单元4使马达31的旋转速度减小(步骤s105)。

同时，在还未经过预定时间的情况下(步骤s104中的“否”)，控制单元4继续执行步骤s103的过程。随后，控制单元4确定空气压力是否等于分离压力(步骤s106)。

在空气压力等于分离压力的情况下(步骤s106中的“是”)，控制单元4指示机器人使托盘50分离(步骤s107)，且完成处理。

同时，在步骤s106的过程中确定空气压力还未达到分离压力的情况下(步骤s106中的“否”)，控制单元4继续执行步骤s105的过程。

如上所述，根据该实施方案的焊接装置1包括检测单元3和控制单元4。检测单元3检测熔融焊料11被气动地传输到喷嘴15所利用的压力。控制单元4在利用具有用于供给焊料的通孔51的托盘50覆盖喷嘴15的开口15a的状态下使用于将熔融焊料11气动地传输到喷嘴15的泵30的旋转速度增大，且如果由检测单元3检测到的压力达到基准压力则控制单元4使泵30的旋转速度减小。因此，根据该实施方案的焊接装置1，能够提高焊接的精度。

此刻，将参照图5a和图5b描述根据变型的焊接装置。图5a是示出根据变型的喷嘴15a的示意图。此外，在图5a和图5b中，为了容易说明，示出具有其中正方向(positiveside)为沿竖直方向向上取向的z轴的三维笛卡儿坐标系统。

如图5a所示，根据变型的喷嘴15a具有引导部40。引导部40具有从喷嘴15a的底面侧(z轴负方向)朝向顶面侧(z轴正方向)排列的多个引导孔41。通过泵30被气动地传输的熔融焊料11经过引导孔41，并用于焊接。

引导孔41引导通过泵30(参见图1)在喷嘴15a中被气动地传输的熔融焊料11沿竖直方向向上的流动。换句话说，引导孔41可使喷嘴15a中的熔融焊料11在相同的方向上被气动地传输。

换句话说，能够有效地将被气动地传输到喷嘴15a的熔融焊料11的气动传输压力的方向变换为沿竖直方向向上。因此，能够获得如下气动传输压力：即使氧化层由喷嘴15a的开口15a中的熔融焊料11形成，气动传输压力也能够推出氧化层。

此外，引导部40的顶面位于比喷嘴15a的开口15a低的位置。换句话说，已经过引导孔41的熔融焊料11首先合流，然后用于焊接。

换句话说，由于已经过引导孔41的熔融焊料11首先合流，因此能够在熔融焊料11被均匀地分布在引导部40的顶面上的状态下执行焊接。换句话说，能够防止焊接中的不均匀，且能够提高焊接的精度。

此外，根据变型的喷嘴15a具有压力检测用管2。由于根据变型的喷嘴15a具有如上所述的压力检测用管2，因此能够更精确地检测喷嘴15a中的熔融焊料11的气动传输压力。此外，相对于图1中所示的焊接装置1，可针对喷嘴15a提供压力检测用管2。即使在这种情况下，也能够获得上述效果。

此刻，将参照图5b描述根据变型的喷嘴15a的示意性截面图。图5b是根据变型的喷嘴15a的示意性截面图。此外，图5b中所示的示意性截面图与沿着图5a中所示a-a线截取的截面对应。

如图5b所示，引导部40具有限定用于将熔融焊料11引导到引导孔41的分隔部42。分隔部42例如沿着x轴方向划分喷嘴15a的空间。

换句话说，被气动地传输到喷嘴15a中的熔融焊料11通过由分隔部42限定的通道被引导到引导孔41。换句话说，也通过分隔部42引导熔融焊料11的流动。

换句话说，在根据变型的喷嘴15a中，通过引导孔41和分隔部42引导熔融焊料11的流动。因此，能够抑制熔融焊料11滞留在喷嘴15a的内部。

换句话说，能够提高使熔融焊料11循环的效率。因此，能够抑制熔融焊料11滞留在喷嘴15a的内部，由此抑制熔融焊料11的温度降低，且能够提高用于保持熔融焊料11的温度的能力。

此外，图5a和图5b中所示的引导孔41和分隔部42为示例，且本发明不限于此。例如，引导孔41不限于圆筒形状，且可具有任何其他形状，例如蜂窝形状，且分隔部42可被构造为限定较窄的通道。

在该实施方案中，作为示例，已描述了用于通过叶轮33喷出熔融焊料的焊接装置1。然而，本发明还可应用到用于通过气动地传输氮气来喷出熔融焊料的焊接装置。在这种情况下，焊接装置可通过基于压力检测用阀中的空气的压力、控制用于将氮气气动地传输到焊料槽的泵的旋转速度而执行焊接。

本领域技术人员将容易想到其他优点和变型。因此，本发明在其更宽泛的方面不限于这里示出和描述的具体细节和代表性实施方案。因此，在不脱离由所附权利要求及其等同物限定的总体发明构思的精神或范围的情况下，可以做出各种变型。