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【発明の名称】 はんだ付け装置およびはんだ付けされた装置の製造方法
【発明者】 【氏名】松浦 昌也

【氏名】小泉 正弘

【氏名】鶴田 昌也

【氏名】久保田 友幸

【氏名】中村 義之
【要約】 【課題】基板上の各所に配置されたはんだ材を加熱溶融させて回路部品を基板に均一にはんだ付けする。

【解決手段】はんだ付け装置１０には、長手方向の長さＬが基板の長さより長く形成された誘導コイル１１を備える。誘導コイル１１内側の空間は基板を配置するのに十分な大きさを有している。基板を、誘導コイルの内部であり巻き線に平行な平面内で誘導コイル１１の略中央に配置した状態で誘導コイルに交流磁場を発生させる。誘導コイル１１の内部では磁束が平行に略均一に基板を通過するので、基板上のはんだ材を均一に加熱溶融させることができる。はんだ材を均一に加熱溶融することができるので、基板上の各所に配置された回路部品を基板に均一にはんだ付けすることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導加熱現象を利用し、回路部品の近傍に配置されているはんだ材を溶融して回路部品を基板にはんだ付けする装置であり、
内側に貫通空間を有する誘導コイルと、
基板を貫通空間の横断面の中心近傍に位置させる基板支持部を備えており、
その貫通空間は基板よりも長く、その貫通空間の横断面は基板よりも大きく形成されていることを特徴とするはんだ付け装置。
【請求項２】
誘導コイルは、その長手方向において、巻き線の間隔が変化し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。
【請求項３】
誘導コイルは、その長手方向において、貫通空間の横断面の面積が変化し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。
【請求項４】
前記基板支持部は、誘導コイルの外部から貫通空間の横断面の中心近傍を通過するように基板を搬送可能であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のはんだ付け装置。
【請求項５】
貫通空間は、搬送方向の上流から下流に向けて、貫通空間の横断面の面積が漸減するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載のはんだ付け装置。
【請求項６】
交流磁場に曝されると発熱するサセプタをさらに備えており、
そのサセプタを取り付けた基板を貫通空間の横断面の中心近傍に位置させることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のはんだ付け装置。
【請求項７】
サセプタは、基板に取り付ける面に垂直な方向の厚さが、前記面内で変化していることを特徴とする請求項６に記載のはんだ付け装置。
【請求項８】
サセプタは、サセプタを取り付ける基板の面積より小さい面積であることを特徴とする請求項６又は７に記載のはんだ付け装置。
【請求項９】
回路部品が基板にはんだ付けされた装置を製造する方法であり、
誘導コイルの内側の貫通空間の横断面の中心近傍に、回路部品とはんだ材と基板を配置する工程と、
誘導コイルに交流電流を通電する工程と、
を含むことを特徴とする、はんだ付けされた装置の製造方法。
【請求項１０】
誘導コイルの内側に配置する工程に先立って、基板にサセプタを取り付ける工程を実施することを特徴とする請求項９に記載のはんだ付けされた装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導加熱現象を利用することによって回路部品の近傍に配置されているはんだ材を溶融し、溶融したはんだ材で回路部品を基板にはんだ付けする装置に関する。また回路部品が基板にはんだ付けされた装置を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導加熱現象を利用することによって回路部品の近傍に配置されているはんだ材を溶融し、溶融したはんだ材で回路部品を基板にはんだ付けする装置が開発されている。ここでいう誘導加熱現象は、誘導コイルによって交流電流を通電することによって交流磁場を発生させ、交流磁場内に存在する磁性材或いは導体に交流電流を発生させ、その交流電流によって磁性材を発熱させる現象をいう。以下では単に誘導加熱という。
特許文献１に、誘導加熱を利用するはんだ付け装置が開示されている。このはんだ付け装置では、回路部品とクリームはんだを載置している鉄系配線基板の下側に平面状の誘導コイルを配置する。この誘導コイルに交流電流を通電することによって鉄系回路基板を加熱する。加熱された鉄系回路基板によってクリームはんだが溶融し、回路部品が基板にはんだ付けされる。
特許文献２に、はんだ材を載置している半導体基板の上部に平面状の誘導コイルを配置し、誘導コイルが発生する交流磁場により半導体基板上のはんだ材を加熱溶融させる技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２８３９１５号公報
【特許文献１】特開平７−１７１６７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
実際の装置では、基板上の様々な位置に回路部品が配置される。回路部品の配置位置に応じてはんだ材も様々な位置に配置される。
はんだ材を加熱溶融して回路部品を基板にはんだ付けするためには、適切な温度管理が必要である。高温になりすぎるとはんだ材の熱がはんだ材に接している回路部品に多く伝熱し、回路部品の性能が低下してしまう可能性がある。低温すぎるとはんだが溶融せず、回路部品を基板に固着させることができない。基板上に分布して配置されているはんだ材を適正に加熱することが重要である。
ところで誘導コイルが発生する磁束は、誘導コイルのN極側から出てS極側へと収束する。誘導コイルのN極側から出た磁束は、誘導コイルの外側では周囲へ広がるように分布し、Ｓ極側へと収束する。従って、誘導コイルの外側では、磁束密度の分布が一様でない。
特許文献１の技術では、基板の下側に誘導コイルを配置する。特許文献２の技術では、基板の上方に誘導コイルを配置する。いずれの技術によっても、誘導コイルの外側に広がる磁束を利用して加熱する。特許文献１や特許文献２の技術のように、誘導コイルの外側にはんだ材を配置する構成では、基板あるいははんだ材に対して均一な磁束密度を与えることができない。基板あるいははんだ材を通る磁束密度の分布が不均一であると、交流磁場を加えた際の誘導加熱現象も意図せずに不均一性が生じる。はんだ材を通る磁束密度が高い場所では磁束密度が低い場所よりも、はんだ材が高温に加熱されてしまう。基板上に分布しているはんだ材を均一に加熱することができない。その結果、基板に配置されている回路部品を均一にはんだ付けすることができなくなる。
基板上に分布して配置されているはんだ材を適正な温度に加熱し、基板上に分布している回路部品を均一にはんだ付けすることができる技術が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
誘導コイルの外側と比較すると、誘導コイルの内側では磁束密度が均一である。本発明では、磁束密度が比較的均一な誘導コイルの内側に、回路部品とはんだ材と基板を配置する。これによって基板あるいははんだ材に均一な磁束を通すことができる。回路部品とはんだ材と基板を誘導コイルの内側に配置して誘導コイルに交流電流を通電すると、基板上に分布して配置されているはんだ材を均一に加熱することができる。この結果、回路部品を基板に均一にはんだ付けすることができる。
【０００６】
本発明のはんだ付け装置は、誘導加熱現象を利用して回路部品の近傍に配置されているはんだ材を溶融して回路部品を基板にはんだ付けする。
本発明のはんだ付け装置は、内側に貫通空間を有する誘導コイルと、基板を貫通空間の横断面の中心近傍に位置させる基板支持部を備えている。誘導コイルの貫通空間は基板よりも長く、その貫通空間の横断面は基板よりも大きく形成されていることを特徴とする。
内側に貫通空間を形成する誘導コイルは単一の誘導コイルでなくともよい。複数の誘導コイルを長手方向に隣接させて配置してもよい。
【０００７】
上記構成によれば、誘導コイルの内側を誘導コイルの長手方向に伸びる交流磁場によってはんだ材が加熱される。誘導コイルの長さは基板よりも長く形成されているので、誘導コイルの内側に配置されている基板には磁束が略平行に通る。特に、貫通空間の横断面の中心は、磁束密度が均一化されている。基板よりも長い貫通空間の横断面の中心近傍に基板を配置して交流磁場を発生させると、基板上に分布したはんだ材を均一に加熱することができる。こうして回路部品を基板に均一にはんだ付けすることができる。
【０００８】
上記構成はさらに次の効果も奏する。即ち、誘導コイルが発生する磁束は全て誘導コイル内部を通過する。従って誘導コイルが発生する磁束密度は誘導コイル外側よりも誘導コイル内側の方が高くなる。特に、貫通空間の横断面の中心近傍は、磁束密度が高い。磁束密度の高い誘導コイル内側（そのなかでも横断面の中心近傍）に基板を配置することで、効率よく基板を加熱することができる。特許文献１や特許文献２のように誘導コイルの外側に基板を配置するよりも高い加熱効率を得ることができる。
【０００９】
誘導コイルは、その長手方向において、巻き線の間隔が変化していてもよい。あるいは長手方向において、貫通空間の横断面の面積が変化していてもよい。
【００１０】
基板上の回路部品によっては異なる種類のはんだ材を用いることがある。即ちひとつの基板上で異なる種類のはんだ材が用いられる場合がある。はんだ材はその種類によって、溶融時の適正温度（溶融適正温度）が異なる。夫々のはんだ材の溶融適正温度に合わせて加熱具合を調整しなければならない。
誘導コイルの長手方向に巻き線の間隔が粗である部分と密である部分を備えることによって、意図的に誘導コイル内部の磁束密度を長手方向に変化させることができる。巻き線の間隔が粗の部分では磁束密度を低くすることができ、巻き線の間隔が密の部分では磁束密度を高くすることができる。
同様に誘導コイルの長手方向において、貫通空間の横断面の面積が変化していてもよい。これによっても、意図的に誘導コイル内部の磁束密度を長手方向に変化させることができる。貫通空間の横断面の面積の大きな部分では磁束密度を低くすることができ、貫通空間の横断面の面積の小さな部分では磁束密度を高くすることができる。
上記の技術を活用すると、溶融適正温度が高いはんだ材が配置されている基板部分では磁束密度が高くなるようにするとともに、溶融適正温度が低いはんだ材が配置されている基板部分では磁束密度が低くなるようにできる。溶融適正温度の異なるはんだ材を均一に加熱溶融させることができる。よって溶融適正温度の異なるはんだ材が用いられている基板であっても回路部品を均一にはんだ付けできる。
【００１１】
基板支持部は、誘導コイルの外部から貫通空間の横断面の中心近傍を通過するように基板を搬送可能であることが好ましい。
誘導コイルの外で回路部品とはんだ材を配置した基板を基板支持部に取り付けることができる。その状態で基板を貫通空間の横断面の中心近傍まで搬送することができる。
【００１２】
貫通空間は、搬送方向の上流から下流に向けて、貫通空間の横断面の面積が漸減していることが好ましい。
ここで「漸減」とは基板の搬送方向に誘導コイルの内側面積が段階的に減少するように構成されている場合を含む。
上記構成によれば、横断面積の大きい場所に基板が搬送された状態では低い磁束密度が基板に流れる。基板を所定温度まで加熱することができる。その後、搬送を進めて横断面積のより小さい場所まで基板を進めた状態にすると、横断面積が大きい位置よりも高い磁束密度が基板に流れる。基板をより高温に加熱することができる。これを順次繰り返すことで基板を徐々に加熱することができる。その際に加熱の度合いは誘導コイル横断面積の大きさで設定される。基板を徐々に加熱するのに誘導コイルに流す電流を制御する必要がなくなる。なお、横断面積が異なる誘導コイルの夫々の位置で基板の搬送を一時停止してから誘導コイルに交流磁場を発生させることも好ましい。
【００１３】
本発明はまた、交流磁場に曝されると発熱するサセプタをさらに備えており、そのサセプタを取り付けた基板貫通空間の横断面の中心近傍に位置させることが好ましい。
ここで「サセプタ」とは好ましくは磁性材料で形成されおり、交流磁場に曝されると電流が流れて発熱する部材をいう。
【００１４】
通常のはんだ材は磁性が弱いので、誘導加熱現象により加熱するには強力な交流磁場を必要とする。そこでサセプタを基板に取り付ける。サセプタは磁性材料を成分としているため、直接的にはんだを誘導加熱する場合よりも弱い交流磁場で加熱することができる。サセプタは誘導コイル内の均一の磁場により均一に加熱される。均一に加熱されたサセプタにより基板上に分布するはんだ材を均一に加熱溶融することができる。サセプタを利用すると、少ないエネルギで、回路部品を均一にはんだ付けできる。
【００１５】
サセプタは、基板に取り付ける面に垂直な方向の厚さが、前記面内で変化していることが好ましい。
はんだ材の種類によっては溶融させるための適正温度まで昇温させる時間（昇温時間）の適正値（昇温適正時間）も異なる場合がある。昇温適正時間の長いはんだ材が配置されている場所ではサセプタの厚さを厚くする。サセプタは、通過する磁束密度が同じであっても断面積の大きい部分は断面積の小さい部分よりも昇温に要する時間が長くなる。はんだ材の昇温適正時間に合わせてサセプタの厚さを調整することによって、夫々のはんだ材に適した昇温適正時間を実現することができる。異なるはんだ材が用いられている基板であっても回路部品を均一にはんだ付けすることができる。
【００１６】
サセプタは、サセプタを取り付ける基板の面積より小さい面積であることが好ましい。換言すれば、サセプタは、基板に一様に接触するのではなく、基板に接触する部分と接触しない部分を有することが好ましい。
基板上の回路部品の配置によっては、回路部品が密集している場所とそうでない場所、極端には回路部品が配置されていない場所が存在する場合がある。回路部品の配置に応じてはんだ材も偏在することになる。はんだ材が配置されていない場所は基板を加熱しないほうがよい。加熱箇所を少なくできれば、基板全体の温度上昇を抑えることができる。そのような場合には、加熱する必要のない場所にはサセプタが基板に接触しないようにサセプタの形状を形成する。即ちサセプタの基板に取り付ける面の面積を基板の面積よりも小さく形成する。これによって不要な場所まで基板を加熱することを防止することができる。
【００１７】
本発明はまた、回路部品が基板にはんだ付けされた装置を製造する方法に具現化することができる。この方法は、誘導コイルの内側の貫通空間の横断面の中心近傍に回路部品とはんだ材と基板を配置する工程と、誘導コイルに交流電流を通電する工程を備えている。
本方法によって、回路部品が均一に基板にはんだ付けされた装置を製造することが可能となる。
【００１８】
さらに上記方法では、誘導コイルの内側に配置する工程に先立って、基板にサセプタを取り付ける工程を実施することが好ましい。
誘導コイル内での誘導加熱現象によりサセプタを均一に加熱し、その熱量ではんだを溶融させることができる。はんだを誘導加熱作用により直接加熱するよりも少ない電力で回路部品が基板に均一にはんだ付けされた装置を製造することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、基板上に分布するはんだ材を均一に加熱溶融することができる。これによって回路部品を基板に均一にはんだ付けできる。また基板上に溶融適正温度や昇温適正時間の異なるはんだ材が使用されていても夫々のはんだ材を均一に加熱溶融することができる。溶融適正温度や昇温適正時間の異なるはんだ材が使用されていても回路部品を基板に均一にはんだ付けすることができる。
本発明によれば、回路部品が基板に均一にはんだ付けされた装置を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
実施例の主要な特徴を列記する。
（第１形態） はんだ材には磁性材が含まれていることが好ましい。はんだ材に磁性材が含まれていれば交流磁場によりはんだ材を加熱することができる。
（第２形態） サセプタは非磁性体の枠型に磁性材を含む部材を埋め込んで形成されたものであることが好ましい。基板の加熱したい部分に合わせて磁性材を含む部材を配置することができる。その一方で磁性材を含む部材を配置していない部分では基板を加熱しないようにすることができる。
【実施例】
【００２１】
＜実施例１＞
図１に本発明に係る一実施例のはんだ付け装置を示す。はんだ付け装置１０は、回路部品とはんだ材を載置した基板（回路部品とはんだ材を含めた基板全体をワーク２０と称する。図１では回路部品、はんだ材、基板の夫々は図示を省略してある。）を搬送するコンベア１４（基板支持部に相当する）と、コンベア１４の途中を囲む誘導コイル１１と、基板の温度を計測する温度計測器１６と、これらを制御するコントローラ１８を備える。誘導コイル１１は巻き線１２によって形成されている。なお図１では理解しやすいように巻き線１２は太く描いてある。実際には誘導コイル１１は図１よりも細い線で多数回巻いて形成されている。
図１に示すように誘導コイル１１の長さLは、ワーク２０の長さよりも長く形成されている。また誘導コイル１１内側の貫通空間はワーク２０を配置するのに十分な大きさに形成されている。
コンベア１４は誘導コイル１１の内側を貫通するように配置されている。コンベア１４によってワーク２０が誘導コイル１１の貫通空間の内部へ搬送されるとコントローラ１８は誘導コイル１１に交流電流を通電する。誘導コイル１１には通電された交流電流によって交流磁場が発生する。この交流磁場の誘導加熱作用によってワーク２０上のはんだ材が加熱溶融される。はんだ材が加熱溶融するとコントローラ１８は交流電流の通電を停止する。加熱溶融したはんだ材は温度が下がってワーク２０上の回路部品と基板とを固着する。即ちはんだ付けされる。温度計測器１６はワーク２０が過度に加熱しないようにその温度を監視する。
【００２２】
図２に、図１のII−II線に相当する断面を示す。図２にはワーク２０の具体的形状も模式的に示してある。回路基板２６（以下、基板２６と称する）はパレット２２を介してコンベア１４上に載置されている。基板２６の上には、はんだ材３０を介して半導体素子やコンデンサや抵抗器などの回路部品２８ａ、２８ｂ、２８ｃが載置されている。
回路部品２８ａ、２８ｂ、２８ｃは、その回路構成によって基板の様々な位置に配置される。回路部品の配置に応じて回路部品２８ａ、２８ｂ、２８ｃを基板２６にはんだ付けするためのはんだ材３０も基板の様々な位置に配置される。
【００２３】
誘導コイル１１の巻き線１２は略矩形状に巻かれている。ワーク２０はコンベア１４によって、図２の断面、即ち巻き線１２に平行な面内でコイル内部の略中央に配置される。巻き線１２に平行な面とは別言すれば誘導コイル１１の貫通空間の横断面ということができる。図２ではワーク２０は、ワーク２０と巻き線１２との左右の距離ｂ、ｄが略同じ距離となるように配置されている。またワーク２０と巻き線１２との上下の距離ａ、ｃが略同じ距離となるように配置されている。換言すれば、ワーク２０が上記配置となるようにコンベア１４が配置されているということである。このようにワーク２０を誘導コイル１１の内部であり、誘導コイル１１短手方向の面内（即ち巻き線１２に平行な面内）で誘導コイル１１の略中央に配置する。この場所は、誘導コイル１１が発生する磁束密度がほぼ均一な場所である。従って交流磁場がワーク２０に均一に作用する。その結果ワーク２０の基板２６の様々な位置に配置されたはんだ材３０を均一に加熱溶融することができる。
【００２４】
次に誘導コイル１１の内部に配置されたワーク２０に発生する誘導加熱作用が均一になることを詳細に説明する。図３は図１のIII−III線に対応する断面図である。図３ではワーク２０は誘導コイル１１の内部でコンベア１４上に載置されている。図３に示す誘導コイル１１は、交流電流が印加されたときのある瞬間における電流の方向が示してある。なお、図３では説明を簡単にするため、ワーク２０全体が磁性材料であると仮定する。
図３の上方に位置する誘導コイル１１の巻き線１２には紙面裏側から紙面表側へ電流が流れている。また図３の下方に位置する誘導コイル１１の巻き線１２には紙面表側から紙面裏側へ電流が流れている。図３の上方に位置する誘導コイル１１の巻き線１２全体を囲むようにして左回りの向きに磁束１００ａが発生する。図３の下方に位置する誘導コイル１１の巻き線１２全体を囲むようにして右回りの向きに磁束１００ｂが発生する。誘導コイル１１の内部（貫通空間）では磁束は左から右へと向う方向となる。誘導コイル１１の全長Ｌはワーク２０の長さＷより十分長いので、ワーク２０には磁束が平行に通過する。交流磁場によって誘導コイル１１が発生する磁束密度が変化するとワーク２０には電磁誘導作用によって渦電流が発生する。その向きは磁束密度の増減を打ち消すように磁束を発生させる向きとなる。例えば誘導コイル１１が発生する磁束１００ａ、１００ｂが減少する場合には、図３に示すようにワーク２０内には渦電流１０２が発生する。この場合、渦電流１０２によってワーク２０内には磁束１０４ａおよび１０４ｂが発生する。この磁束１０４ａ、１０４ｂのワーク２０内での向きは、誘導コイル１１が発生する磁束１００ａ、１００ｂと同じ向きとなる。
【００２５】
図３に示すようにワーク２０には平行な磁束が通過する。即ちワーク２０にはほぼ均一な磁束が通過する。ワーク２０に均一な磁束が通過することで、この磁束が変化したときに生じるワーク２０内での渦電流も均一となる。上記説明ではワーク２０全体を磁性体として説明したが、実際にははんだ材に渦電流が生じる。上記説明の通り、ワーク２０全体に均一な磁束が通過するので、誘導コイル１１が発生する磁束が変化したときにはんだ材に生じる渦電流も基板上のはんだ材の位置に関わらず均一となる。従って基板上の様々な位置に配置されたはんだ材を均一に加熱溶融させることが可能となる。分布したはんだ材を均一に加熱溶融することができれば回路部品を均一にはんだ付けすることができる。
【００２６】
さらに本実施例ではワーク２０はコンベア１４によって、誘導コイル１１の巻き線１２に平行な面内（即ちコイル１１の貫通空間の横断面内）において誘導コイル１１の略中心に配置される。誘導コイル１１の中心では磁束密度が最も高い。従って誘導コイル１１が発生する磁束を有効にワーク２０へ通すことができる。よって効率よくワーク２０上のはんだ材を加熱することができる。
なお上記説明は２次元に限定して説明したが３次元に拡張しても同様の説明ができる。
【００２７】
基板上の回路部品によっては異なる種類のはんだ材を用いることがある。即ちひとつの基板上で異なる種類のはんだ材が用いられる場合がある。はんだ材はその種類によって溶融させるための適正温度（溶融適正温度）が異なる。夫々のはんだ材の溶融適正温度に合わせて加熱具合を調整しなければならない。
また、基板上の回路部品の配置によっては回路部品が密集している場所とそうでない場所が存在する場合がある。回路部品の配置に応じてはんだ材も基板上に偏在することになる。はんだ材が密集している場所では全てのはんだ材を溶融させるためにより多くの熱量が必要となる。はんだ材が密集していない場所でははんだ材の量に応じて与える熱量を調整しなければならない。
【００２８】
そこで次に、基板上に溶融適正温度の異なるはんだ材が用いられている場合や、はんだ材が密に配置された場所と粗に配置された場所がある場合に、夫々の状況に応じた加熱状態を実現するはんだ付け装置の構造について説明する。但し説明は簡単化のため２次元に限定する。
例えばワーク２０の端部付近でははんだ材が密に配置され、ワーク２０の中央付近でははんだ材が粗に配置されたケースを例とする。この場合には誘導コイル１１ｂの巻き線１２ｂを図４に示すように配置する。即ち、はんだ材が粗に配置されたワーク２０の中央付近における巻き線１２ｂの紙面上側と下側との距離ｅ１を、はんだ材が密に配置されたワーク２０の端部付近における巻き線１２ｂの紙面上側と下側との距離ｅ２よりも長くなるように巻き線１２ｂを巻く。このように巻き線１２ｂを巻くと、巻き線１２ｂの紙面上側と下側との距離の長い部分（図４にｅ１で示す部分）では磁束密度は低くなり、巻き線１２ｂの紙面上側と下側との距離の短い部分（図４にｅ２で示す部分）では磁束密度は高くなる。これにより誘導コイル１１ｂが発生する交流磁場の強さもｅ１の部分で弱く、ｅ２の部分で強くすることができる。従って交流磁場の変化によって生じるワーク２０内の渦電流の強さもｅ１の部分で弱く、ｅ２の部分で強くすることができる。はんだ材の密集したワーク２０の端部付近ではより強く加熱でき、はんだ材の密集していないワーク２０の中央付近では弱めに加熱することができる。ワーク２０上のはんだ材の配置の粗密に合わせてワーク２０に加える熱量の分布を調整することができる。
【００２９】
また、例えばワーク２０の端部付近でははんだ材が粗に配置され、ワーク２０の中央付近でははんだ材が密に配置された場合には、上記とは逆に、はんだ材が密に配置されたワーク２０の中央付近における巻き線１２ｂの紙面上側と下側との距離ｅ１を、はんだ材が粗に配置されたワーク２０の端部付近における巻き線１２ｂの紙面上側と下側との距離ｅ２よりも短くなるように巻き線１２ｂを巻く。このような巻き線１２ｂの巻き方により、誘導コイル１１ｂの誘導加熱現象によってはんだ材に与えられる熱量は、はんだ材が密に配置されたワーク２０の中央付近では大きくすることができ、はんだ材が粗に配置されたワーク２０の端部付近では小さくすることができる。ワーク２０上のはんだ材の配置の粗密に合わせてワーク２０に加える熱量の分布を調整することができる。夫々のはんだ材を均一に加熱溶融させることができる。従って回路部品を均一にはんだ付けすることができる。
上記構成は、溶融適正温度が異なるはんだ材がひとつの基板に用いられた場合にも適用できる。
以上の説明は２次元に限定したが、３次元の場合は、図４に示した巻き線１２ｂの紙面上側と下側との距離の大きい部分ｅ１は、誘導コイル１１ｂの長手方向で巻き線１２ｂに平行な平面内における誘導コイル１１ｂの内側面積を大きくすることに相当する。また図４に示した巻き線１２ｂの紙面上側と下側との距離の短い部分ｅ２は、誘導コイル１１ｂの長手方向で巻き線１２ｂに平行な平面内における誘導コイル１１ｂの内側面積を小さくすることに相当する。換言すれば、誘導コイル１１ｂは、その長手方向において、貫通空間の横断面の面積が変化するように形成することに相当する。
【００３０】
同様の効果は誘導コイルの隣接する巻き線の間隔を粗密にすることでも得ることができる。具体的にははんだ材の密集したワーク２０の部分では巻き線の間隔を狭め、はんだ材の密集していないワーク２０の部分では巻き線の間隔を広くする。このように巻き線の間隔を調整することによってワークに加える熱量をワークの部分に応じて調整することができる。
【００３１】
次に図５を用いてワーク２０上のはんだ材３０（図２参照）を徐々に加熱することのできるはんだ付け装置について説明する。図５でも説明を簡単にするために２次元に限定して説明する。
ワーク２０はコンベヤ１４によって図５のｘで示す方向、即ち紙面左から右へと搬送される。誘導コイル１１は１１ｇ、１１ｈ、１１ｊ、１１ｋの４つの部分に分けることができる。誘導コイル１１ｇの部分では上側の巻き線と下側の巻き線との距離はｇである。同様に誘導コイル１１ｈの部分では上下の巻き線の間の距離はｈである。誘導コイル１１ｊの部分ではその距離はｊであり、誘導コイル１１ｋの部分ではその距離はｋである。夫々の巻き線の上下間の距離はｇ＞ｈ＞ｊ＞ｋという関係になっている。即ちワーク２０の進行方向に対して巻き線の上下間の距離が漸減するようになっている。巻き線の上下間の距離が小さいほど、その間を通る磁束密度は大きくなる。従ってワーク２０が誘導コイル１１ｇの部分にある状態で交流磁場を発生させる場合よりワーク２０が誘導コイル１１ｈの部分にある状態で交流磁場を発生させた場合の方がワーク２０上のはんだ材をより高温に加熱できる。同様にワーク２０が誘導コイル１１ｊの位置にある状態で交流磁場を発生させればはんだ材をより高温に加熱できる。さらにワーク２０が誘導コイル１１ｋの位置にある状態で交流磁場を発生させれば一層はんだ材を高温に加熱できる。このとき各誘導コイル１１ｇ、１１ｈ、１１ｊ、１１ｋには同じ大きさの電流を流せばよい。即ち上記構成によれば、電流の大きさを制御せずともワーク２０上のはんだ材を徐々に加熱することが可能となる。上記は２次元で説明したが３次元の場合も同様の説明ができる。３次元の場合には、巻き線の上下間の距離の、ｇ＞ｈ＞ｊ＞ｋという関係は、巻き線に平行な平面における誘導コイル１１の内側面積（即ち誘導コイル１１の貫通空間の横断面の面積）がワーク２０の搬送方向に対して漸減するように構成することに等しくなる。なお、内側面積の異なる夫々の誘導コイル１１ｇ、１１ｈ、１１ｊ、１１ｋの位置においてワーク２０を一時停止させてからワーク２０に交流電流を発生させる。その位置での加熱が終了してからコンベア１４によって次の誘導コイルの位置へワーク２０を移動させる。
【００３２】
次にワーク２０にサセプタを取り付ける例を説明する。サセプタとは磁性材料を成分としており、誘導加熱作用により加熱される部材をいう。別言すればサセプタとは交流磁場に曝されると電流が流れて発熱する部材をいう。
図６はサセプタを取り付けたワーク２０を用いた場合の図１のIII−III線に対応する断面図である。サセプタ５０は、図２に示した基板２６の下面に取り付けられる。換言すれば、サセプタ５０は基板２６の回路部品が配置されていない側の面に取り付けられる。そしてサセプタ５０がパレット２２に載置されてワーク２０全体がコンベア１４の上に配置される。この状態で誘導コイル１１に交流電流を通電すると図３の説明と同様にしてサセプタ５０は均一に加熱される。均一に加熱されたサセプタ５０から基板２６へ均等に熱が伝わる。基板２６が均一に加熱されるので、基板２６上にはんだ材３０が様々な位置に配置されていても、夫々のはんだ材３０も均一に加熱される。その結果、基板２６上のはんだ材３０を均一に溶融させることができる。回路部品２８ａ、２８ｂ、２８ｃを基板２６上に均一にはんだ付けすることができる。
なおサセプタ５０は、はんだ付けが終了した時点で基板２６から取り外してもよいし、はんだ材３０が溶融した時点で基板２６から取り外してもよい。はんだ材３０が溶融した後もサセプタ５０を基板２６に取り付けたままにしておけば高温のサセプタ５０によりはんだ材３０の温度を徐々に低下させることができる。その一方ではんだ材３０が溶融した時点で高温のサセプタ５０を取り外せばはんだ材を素早く冷却することができる。いずれの方がよいかははんだ材３０を適正に固着する際の適正な冷却時間による。
【００３３】
次にサセプタの形状のバリエーションについて説明する。基板２６の端部付近に使用されているはんだ材よりも基板２６の中央付近に使用されているはんだ材の昇温適正時間が長いケースを例とする。この場合には基板２６の中付付近は端部付近よりもゆっくり昇温させる必要がある。
図７に、基板２６の中央部をゆっくり昇温することのできるサセプタ５０ａの形状を示す。図７（Ａ）はサセプタ５０ａの平面図であり図７（Ｂ）はサセプタ５０ａの側面図である。このサセプタ５０ａは、図７（Ｂ）に示す側面図の上側が基板に取り付けられる面となる。このサセプタ５０ａは基板の中央部に対応するサセプタ５０ａの中央部の厚さｔ２がサセプタ５０ａの端部の厚さｔ１より厚く形成されている。即ちサセプタ５０ａが基板に取り付けられた状態では基板の中央付近ではサセプタ５０ａの厚さはｔ２となり基板の端部付近ではサセプタ５０ａの厚さはｔ１となる。
サセプタ５０ａの中央の厚さｔ２の部分ではサセプタ自身の容量が大きいために厚さｔ１の端部付近よりもゆっくりと昇温することになる。従って図７の形状のサセプタ５０ａを基板に取り付けて誘導加熱することで、昇温適正時間の長いはんだ材が配置されている基板の中央部を基板の端部付近よりもゆっくり昇温することができる。夫々のはんだ材の昇温適正時間に合わせて各はんだ材を加熱溶融させることができる。サセプタ５０ａによって、昇温適正時間の異なるはんだ材が用いられていても回路部品を均一にはんだ付けすることが可能となる。
【００３４】
また、はんだ材が基板中央付近の側面側には配置されていない場合には図８に例示する形状のサセプタ５０ｂを用いることができる。図８（Ａ）はサセプタ５０ｂの平面図を示している。図８（Ｂ）はサセプタ５０ｂの側面図を示している。このサセプタ５０ｂはその中央部の幅Ｈ２が端部の幅Ｈ１より短く形成されている。換言すれば、サセプタ５０ｂは、長手方向（紙面の左右方向）の中央部においてその側面がくびれた形状をしている。図８（Ｂ）の上側が基板に取り付ける面となる。即ちサセプタ５０ｂの基板に対向する面の面積は基板の面積より小さく形成される。このサセプタ５０ｂを基板に取り付けて誘導加熱する。サセプタ５０ｂ自体は均一に加熱されるがサセプタ５０ｂのくびれた部分に位置する基板部分にはサセプタ５０ｂが接触しない。従ってサセプタ５０ｂのくびれた部分に位置する基板部分は加熱されない。基板のはんだ材が配置されていない部分にこのサセプタ５０ｂのくびれた部分を対応させてサセプタ５０ｂを基板に取り付けることによって、はんだ材が配置されていない基板部分を加熱せずに済む。加熱が不要な基板部分を加熱することがないので、基板全体の温度上昇を低減することができる。
【００３５】
サセプタが均一な幅と厚さに形成されている場合には、誘導加熱によりサセプタの端部よりも中央部の方が高温となりやすい。そこで図８に示すようにサセプタ５０ｂの中央部の幅Ｈ２を端部の幅Ｈ１より短くすることにより、サセプタ５０ｂ全体の均熱性をより精度よく保つという効果を得ることもできる。
【００３６】
また図９には他のサセプタ５０ｃの形状の例の模式的斜視図を示す。このサセプタ５０ｃは、非磁性材で形成されたサセプタ枠６０に複数の孔が設けてあり、各孔に磁性材を成分として含むサセプタ小片５２が嵌め込まれている。サセプタ枠６０に嵌め込むサセプタ小片５２を基板の加熱したい部分に対応させて配置することで基板上の加熱したい部分のみに誘導加熱により加熱されたサセプタ小片から熱を伝えることができる。
さらに各サセプタ小片５２を異なる厚さにすることも好ましい。また各サセプタ小片５２を異なる磁性材を成分とする部材で形成することも好ましい。サセプタ小片５２を異なる厚さにすることで、サセプタ小片５２ごとに昇温時間を調整することができる。またサセプタ小片５２に含まれる磁性材の種類によって、昇温時間の他に同じ交流磁場により到達する温度を異ならせることができる。基板に使用されるはんだ材の種類に応じてサセプタ小片５２の厚さや磁性材成分を異ならせることで、はんだ材の種類によらずひとつの基板上のはんだ材を均一に加熱溶融させることができる。即ち、はんだ材の種類によらずひとつの基板上の回路部品を均一にはんだ付けすることができる。
【００３７】
さらに図１０と図１１にサセプタの他の例を示す。
図１０に示すサセプタ５０ｄは、サセプタ板５４の両面に例えばメッキなどの他種の金属板６２を貼着してある。逆に図１１に示すサセプタ５０ｅは、他種の金属版６２の両面にサセプタ板５４を貼着してある。このように異なる種類の金属を貼り合わせることによって、サセプタ５０ｄ、５０ｅを均一に加熱することができる。
サセプタの例としてはその他にも基板の形状や基板上のはんだ材の配置に合わせて分割したサセプタを基板に取り付けることも好適である。
【００３８】
＜実施例２＞
次に回路部品が基板にはんだ付けされた装置を製造する方法について説明する。本実施例では回路基板そのものをある機能を有した装置であるとする。
この製造工程ではまず、図１および図２に示したように、回路部品２８ａ、２８ｂ、２８ｃとはんだ材３０を載置した基板２６を、誘導コイル１１の内側の貫通空間の横断面の中心近傍に配置する。その後コントローラ１８により誘導コイル１１に交流電流を通電することによって、誘導コイル１１に交流磁場を発生させる。交流磁場により基板２６上のはんだ材３０が誘導加熱により加熱されて溶融する。はんだ材３０が溶融した時点で誘導コイル１１への電流の通電を停止する。その後基板２６を冷却する。なお、基板２６を常温に放置して冷却してもよい。冷却されてはんだ材３０が再固化すると、基板２６上に回路部品２８ａ、２８ｂ、２８ｃがはんだ付けされる。こうして基板に回路部品が均一にはんだ付けされた装置を製造することができる。
なお、図６に示したように、誘導コイル１１に交流磁場を発生させる前に基板２６にサセプタ５０を取り付ける工程を加えることも好適である。また回路基板を製造する際に、図４や図５に示した形状の誘導コイル１１を用いてもよい。さらにサセプタを用いる場合には、図７から図９に示した形状のサセプタを用いてもよい。
誘導コイル１１が発生する交流磁場によりはんだ材が加熱溶融した後は、はんだが再固化してからサセプタ５０を基板２６から取り外してもよい。またはんだ材３０が溶融した時点でサセプタ５０を基板２６から取り外してもよい。はんだ材３０が溶融した後もサセプタ５０を基板２６に取り付けたままにしておけば高温のサセプタ５０によりはんだ材３０の温度を徐々に低下させることができる。その一方ではんだ材３０が溶融した時点で高温のサセプタ５０を取り外せばはんだ材を素早く冷却することができる。いずれの方がよいかははんだ材３０を適正に固着する際の適正な冷却時間による。
【００３９】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００４０】
例えば実施例で使用するはんだ材には、磁性材を成分として含むはんだ材を用いることも好ましい。はんだ材に磁性材を含ませることによって交流磁場によりはんだ材をより加熱しやすくなる。
また実施例では図２に示すように誘導コイル１１の巻き線１２に平行な平面での断面形状は略矩形としてある。その他にも誘導コイル１１の断面形状を楕円形としてもよい。
また実施例では、基板を貫通空間の横断面の中心近傍に位置させる基板支持部としてコンベアを例としたが、基板支持部は誘導コイルの貫通空間内に配置された台であってもよい。その台は、台の上に基板を載置したときに基板が貫通空間の横断面の中心近傍に位置するように配置する。
また実施例では、コンベアを誘導コイルの外部から貫通空間の横断面の中心近傍を通過するように基板を搬送可能である基板支持部の例としたが、基板支持部としては、基板を上から吊り下げるように支持して搬送可能な装置であってもよい。その場合にも基板支持部は吊り下げた基板が貫通空間の横断面の中心近傍に位置されるように構成する。
【００４１】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る実施例のはんだ付け装置の概略図である。
【図２】図１のII−II線に対応する断面図である。
【図３】図１のIII−III線に対応する断面図である。
【図４】誘導コイルの巻き線の巻き方の一例を示す図である。
【図５】誘導コイルの巻き線の巻き方の他の例を示す図である。
【図６】サセプタを用いたときの、図１のIII−III線に対応する断面図である。
【図７】図７（Ａ）はサセプタの形状の一例の平面図である。図７（Ｂ）はサセプタの形状の一例の側面図である。
【図８】図８（Ａ）はサセプタの形状の他の例の平面図である。図８（Ｂ）はサセプタの形状の他の例の側面図である。
【図９】サセプタの形状の別の例の模式的斜視図である（１）。
【図１０】サセプタの形状の別の例の模式的斜視図である（２）。
【図１１】サセプタの形状の別の例の模式的斜視図である（３）。
【符号の説明】
【００４３】
１０：はんだ付け装置
１１、１１ｇ、１１ｈ、１１ｊ、１１ｋ：誘導コイル
１２、１２ｂ：巻き線
１４：コンベア（基板支持部）
１６：温度計測器
１８：コントローラ
２２：パレット
２６：基板
２８ａ、２８ｂ、２８ｃ：回路部品
３０：はんだ材
５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｅ：サセプタ
５２：サセプタ小片
５４：サセプタ板
６０：サセプタ枠
６２：金属板
【出願人】 【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
【識別番号】３９１０３２３５８
【氏名又は名称】平田機工株式会社
【識別番号】０００２３２４５０
【氏名又は名称】日本電熱計器株式会社
【出願日】 平成１７年７月２９日（２００５．７．２９）
【代理人】 【識別番号】１１００００１１０
【氏名又は名称】特許業務法人快友国際特許事務所
【公開番号】 特開２００７−３６１１０（Ｐ２００７−３６１１０Ａ）
【公開日】 平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【出願番号】 特願２００５−２２０７４６（Ｐ２００５−２２０７４６）