フラックス塗布・はんだディッピング装置

フラックス塗布・はんだディッピング装置の概要

フラックス塗布・はんだディッピング装置は、電子機器の製造・組立ラインにおいて、部品、プリント基板、ケーブルなどに対するフラックス（Flux）の塗布からはんだディッピングまでの工程を連続して自動で行う専用設備です。あらかじめ設定されたプログラムに基づき、塗布位置、塗布量、搬送速度、ディッピング条件などを高精度に制御することで、工程の安定性を高め、はんだ接合品質の向上を実現します。

フラックス塗布後、ワークは自動的にはんだディッピング工程へ搬送されるため、手作業を削減するとともに、各製品に対して均一かつ安定した処理を行うことができます。また、JIG（治具）、搬送・駆動機構、制御システムなどを実際の生産条件や仕様に合わせて設計することで、製品形状、製造工程、設備構成などに応じた柔軟なカスタマイズが可能です。

フラックス塗布機構

タンク内のフラックスは、高圧ポンプによって加圧され、塗布ノズルへ供給されます。ワークが塗布位置まで搬送されると、制御バルブが作動し、あらかじめ設定された流量および噴射角度に基づいて、フラックスをワーク表面へ均一に塗布します。フラックス塗布装置は、一般的に以下の主要構成部品で構成されています。

• フラックス貯留タンク
• 高圧ポンプ
• 圧力・流量制御バルブ
• 製品仕様に応じて、固定式または可動式に設計された塗布ノズル

装置の動作原理

ステップ1： オペレーターがJIGをコンベア上にセットし、**「Start」**ボタンを押します。

ステップ2： コンベアがJIGをフラックス（Flux）塗布ユニットの位置まで搬送します。

ステップ3： フラックス塗布が完了すると、JIG搬送ユニットがJIGをはんだディッピングユニットの位置まで移動させます。

ステップ4： はんだディッピングユニットが、設定されたプログラムに従ってJIGをはんだ槽内へ下降させ、ディッピング処理を行います。

ステップ5： はんだディッピングが完了すると、JIG搬送ユニットがJIGを上昇させ、Output（排出）コンベアの位置まで搬送します。

ステップ6： オペレーターがコンベアからJIGを取り出し、一連の処理工程が完了します。

フラックス塗布・はんだディッピング装置で使用されるフラックスの種類

フラックス（松脂系フラックス）

松脂系フラックスの概要

最も基本的なフラックスとして、1,000年以上にわたって使用されてきたものが天然松脂です。松脂を溶剤に溶解した後、蒸留することで精製された、透明度の高い松脂が得られ、はんだ付け用フラックスとして使用されます。松脂は、主にアビエチン酸およびその同族体から構成される天然有機酸の混合物です。はんだ付け用として使用する場合、精製した松脂を通常はイソプロピルアルコール（IPA）などの溶剤に溶解します。このように酸性活性剤を添加せずに使用するものは、Rタイプ（Rosin：松脂系）フラックスと呼ばれます。

松脂系フラックスのメリットと用途

フラックスには、より強固な酸化皮膜を溶解・除去する能力を高めるため、活性剤が添加される場合があります。特に、鉛フリーはんだ合金など、より高いはんだ付け温度が必要となる場合に効果を発揮します。活性化フラックスには、**RMA（Rosin Mildly Activated：弱活性松脂系）やRA（Rosin Activated：活性松脂系）**などがあります。

一般的に使用される活性剤には、有機酸、ハロゲン化合物（塩素・臭素を含む化合物）、アミド類、および一塩基性・二塩基性の有機塩などがあります。これらの活性剤には腐食性があるため、長期的な製品信頼性を確保するためには、はんだ付け後に基板上の残留物を適切に除去する必要があります。

自動はんだディッピング工程

はんだディッピングは、電子部品のリード端子やケーブルなどを溶融はんだ槽に浸漬し、接合部を一括してはんだ付けすることで、電子部品や配線を一体化する工程です。接続対象となる部品を溶融はんだの入った槽に浸漬することで、対象となる各接合面にはんだを付着させます。はんだは適切な濡れ性と低い表面張力を有しており、安定したはんだ接合を形成することができます。

この工程において最も重要な設備の一つが、**溶融はんだ槽（はんだ槽）**です。

はんだ合金にはさまざまな種類があり、それぞれ用途に応じて使い分けられます。鉛・銀系はんだは室温での強度向上を目的として使用され、スズ・鉛系はんだは汎用はんだとして広く使用されています。スズ・亜鉛系はんだはアルミニウムへのはんだ付け、銀・カドミウム系はんだは高温環境での強度が求められる用途、アルミニウム・亜鉛系はんだはアルミニウムや耐食用途、スズ・銀系はんだは電子機器分野などで使用されます。

一般的なはんだディッピング工程では、スズ・亜鉛系およびスズ・鉛系はんだが使用されます。はんだ槽温度は、スズ・鉛二元合金の場合は220～260℃、鉛フリー合金の場合は一般的に**350～400℃**程度が目安となります。代表的なスズ・鉛系はんだの組成として、Sn 60％、Pb 40％、または共晶組成の合金などがあります。

CNC VINAが設計するはんだディッピング槽の特長

• 温度制御システムを搭載：消費電力を最大30％削減し、温度制御精度 ±1℃ を実現。

• はんだスラグ回収機構を搭載：はんだ槽とは分離した回収槽を設け、発生したはんだスラグを回収して再利用することが可能。

• 自動出力制御機能：設定温度に到達すると温度安定化制御が作動し、ヒーターの出力を自動的に低減することで、安定した温度を維持しながらエネルギー消費を抑制。

プリント基板（PCB）のはんだディッピング・表面処理方法

Hot Air Leveling（HAL）

HALの定義

**Hot Air Leveling（HAL）**は、PCBの表面処理において従来から広く採用されている方法の一つです。この工程では、PCBの銅表面にはんだを溶融状態でコーティングした後、熱風を吹き付けることで余分なはんだを除去し、基板表面に比較的均一なはんだ皮膜を形成します。 HALは、低コストで導入しやすく、はんだ付け性に優れているほか、多くの標準的な電子機器組立工程との互換性が高いというメリットがあります。一方で、はんだ皮膜の厚みにばらつきが生じやすく、時間の経過とともに酸化する可能性があるほか、処理時に熱応力が発生する場合があります。

また、HALによる表面は、微細な端子を持つ部品や高い平坦性が要求されるPCBには必ずしも適していません。さらに、鉛を含むはんだを使用する場合、鉛フリー材料を使用しない限り、RoHS指令の要求に適合できない場合があります。

Organic Solderability Preservative（OSP）

**OSP（Organic Solderability Preservative）**は、銅表面に直接有機保護膜を形成することで、酸化を抑制し、PCBのはんだ付け性を維持する表面処理方法です。この保護膜は、はんだ付け工程中に除去され、下層の銅表面が露出することで、はんだ付けが行われます。OSPは、低コスト、鉛フリー、RoHS対応といったメリットに加え、平坦な表面を形成できるため、端子密度の高い部品を実装するPCBにも適しています。一方で、OSPには保管可能期間に制限があり、複数回のはんだ付け工程を経ることで保護性能が低下する場合があります。また、湿度や取り扱い条件の影響を受けやすく、他の表面処理方法と比較して、PCBの修理やリワーク工程が難しくなる場合があります。

Electroless Nickel Immersion Gold（ENIG）

ENIGは、銅表面に無電解ニッケルめっきを施した後、その上に薄い無電解金めっき（置換金めっき）を形成する表面処理方法です。ニッケル層と金層の二層構造により、PCB表面の平坦性、耐食性に優れ、長期間にわたって安定したはんだ付け性を維持できます。ENIGは、微細な端子を持つ部品を使用するPCBや、高い表面平坦性が要求される基板、繰り返し熱サイクルを受ける用途に適しています。また、鉛を含まないため、RoHS指令にも対応しています。

ENIGの主なデメリットは、HALなどの一部の表面処理方法と比較してコストが高いことです。また、特定の条件下では「ブラックパッド」などの接合信頼性に関わる問題が発生する可能性があり、PCBの修理やリワークが容易ではないという点も考慮する必要があります。

Immersion Silver（IAg）

**Immersion Silver（IAg：イマージョンシルバー）**は、化学置換反応によってPCBの銅表面に薄い銀皮膜を形成する表面処理方法です。銀皮膜により良好なはんだ付け性を維持できるほか、接触抵抗が低く、鉛を含まないためRoHSの要求にも対応できます。

IAgはさまざまな電子機器の組立工程に適用でき、皮膜が薄いため、複数回のリフロー工程を経ても、配線間隔への影響を比較的抑えることができます。一方で、HALと比較するとコストが高く、長期間の保管や使用環境によっては銀表面が酸化したり、銀のマイグレーションが発生したりする可能性があります。これにより、表面の安定性に影響を及ぼす場合があります。また、表面処理後のPCBの修理やリワークにも一定の制約があります。

Immersion Tin（ISn）

**Immersion Tin（ISn：イマージョンスズ）**は、化学処理によって銅表面に薄いスズ皮膜を形成する表面処理方法です。銅表面を酸化から保護するとともに、良好なはんだ付け性を維持します。

ISnは、鉛フリーでRoHSに対応できるほか、比較的平坦な表面を形成できるため、端子密度の高い部品を実装するPCBにも適しています。HALと比較して表面状態をより適切に管理しやすく、繰り返し発生する熱サイクルにも対応できます。

ただし、一般的にHALよりもコストが高く、処理後のPCBの修理やリワークが容易ではありません。また、従来タイプの一部のフラックスとの適合性が制限される場合があります。

フラックス塗布・はんだディッピング装置の主な特長

フラックス塗布・はんだディッピング装置は、フラックス（Flux）の塗布からはんだディッピングまでの工程を自動化することを目的として設計されており、製品を安定した条件で処理するとともに、手作業を最小限に抑えます。処理対象となるケーブルやワークはJIGに固定され、その後、設定されたプログラムに従ってフラックス塗布位置およびはんだディッピング位置へ自動搬送されます。

この構成により、装置の稼働中もワークを正確な位置に保持できるため、安定した加工精度を確保するとともに、自動供給装置や製品排出工程との連携も容易になります。

塗布ヘッドは2軸方向に移動可能な構造を採用しており、製品上にあらかじめ設定した輪郭や位置に沿って、複数ポイントへのフラックス塗布を行うことができます。ステッピングモーターによって塗布ヘッドの移動を高精度に制御することで、塗布位置の精度を高め、各サイクル間の位置ずれを抑制します。

複数の塗布位置や異なる塗布パターンを必要とする製品については、オペレーターがタッチパネル式HMIから各座標を直接設定・調整できます。これにより、装置の初期設定や製品切替時のプログラム変更を容易に行うことができます。また、本装置は多点塗布モードに対応しており、製品上の各処理箇所に合わせて複数の塗布座標を設定できます。各種パラメータおよび塗布座標はHMI画面から直接変更できるため、新しい製品のプログラム作成や、製品変更に伴う塗布条件の微調整もスムーズに行えます。さらに、設定したプログラムを保存して再利用できるため、製品ごとに条件を再設定する必要がなく、生産準備時間の短縮につながります。特に、複数の製品モデルを切り替えて生産する電子機器の製造ラインにおいて、効率的かつ安定した自動化運用を実現します。

モーション制御システムに加え、本装置には運転状態を監視する検査・警報システムも搭載されています。異常を検知した場合、設備を自動的に停止させることで、不良品の発生や他の装置部品への影響を抑制します。設備の運転状態やエラー情報は操作パネルに表示されるため、オペレーターは異常の原因を迅速に特定し、適切な対応を行うことができます。これにより、設備停止時間を短縮し、連続生産ラインにおける安定した稼働を維持することができます。

フラックス塗布・はんだディッピング装置のメリット

フラックス塗布およびはんだディッピング工程を自動化することで、手作業を削減し、省人化と生産性の向上を実現できます。製品はJIGによって所定の位置にセットされ、あらかじめ設定されたプログラムに従って各工程が自動的に実行されるため、オペレーターの作業への依存度を低減し、製品ごとの処理条件を均一に維持できます。

手動によるフラックス塗布と比較して、座標制御システムと塗布ヘッドにより、塗布位置、塗布パターンおよび塗布量をより安定して管理できます。多点塗布モードにより、必要な処理箇所へ正確にフラックスを塗布できるため、塗布ムラや過剰塗布を抑制し、フラックスの使用量を削減するとともに、製造工程における材料コストの最適化にもつながります。

HMIによる制御システムにより、装置の設定、操作およびプログラム変更も容易に行うことができます。オペレーターは機械的な調整作業を繰り返すことなく、HMI画面から塗布座標を直接設定・調整できます。また、製品ごとに設定したプログラムを保存できるため、モデル切替時の段取り時間を短縮でき、複数種類の製品を生産する製造ラインにも適しています。

さらに、本装置には異常状態を自動検知し、必要に応じて設備を停止する機能を備えています。警報内容は操作パネルに表示されるため、技術担当者が設備の状態を迅速に把握し、トラブル対応にかかる時間を短縮できます。これにより、計画外の設備停止時間を抑制し、生産ラインの稼働率を維持するとともに、工程内での不良発生リスクを低減します。

フラックス塗布・はんだディッピング装置の関連設備

保護用ジェル塗布装置：製品表面に防水・防湿用の保護ジェルを塗布するための装置です。

静電塗装装置：静電気の原理を利用して、金属表面に塗料を均一に塗布する装置です。

接着剤塗布装置：製造工程において、部品同士を接着するための接着剤を塗布する装置です。

溶剤塗布装置：製造前の工程において、溶剤を使用して製品表面の洗浄・クリーニングを行う装置です。

ミストスプレー装置：一部の加工工程において、材料表面を加湿するために微細なミストを生成・噴霧する装置です。

PCBフラックス塗布装置：フラックス塗布工程のみに対応する装置です。

接着剤塗布・UV照射装置：接着剤の塗布工程に使用される装置です。

これらの設備は、機能や使用する材料に違いがありますが、基本的な動作原理や自動塗布技術においては、フラックス塗布・はんだディッピング装置と共通する部分があります。

フラックス塗布・はんだディッピング装置は、電子機器分野において、製品の洗浄、フラックス塗布およびはんだディッピング工程を自動化し、次工程へ安定して搬送することを必要とする企業に適した設備です。高速かつ安定した処理が可能で、エネルギー消費量の削減にも配慮した設計により、生産性の向上と人員への依存度低減を実現できます。

設備導入には一定の初期投資が必要となりますが、長期的な運用を考慮すると、人件費や手作業に伴う工程コストを削減できるため、総合的な生産コストの最適化につながります。本装置の導入をご検討のお客様は、ぜひCNC VINAまでお気軽にお問い合わせください。お客様の製品仕様や生産工程に適した自動化ソリューションをご提案いたします。

電子機器の**組立工程**向け自動化設備をご検討のお客様は、下記までお問い合わせください。

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