JP2000124593A - リフロー装置およびリフロー方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プリント基板の実装状態や部品特性による各
電子部品の昇温速度のばらつきを抑制し、基板全体の昇
温速度を均一にすることで、特定部品の過昇温を防止
し、プリント基板に対して適切な熱量を加えるリフロー
装置およびリフロー方法を提供する。 【解決手段】 プリント基板４上の部品実装密度や、各
電子部品１５の形状、熱容量、耐熱温度等の実装条件に
対応して、均等に配置された開口部１３を備える平板か
らなるノズル部１２の開口部１３を部分的に遮蔽し、プ
リント基板４全体の昇温速度が同一になるように設定し
てリフローはんだ付けする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、はんだペースト
を印刷したプリント基板上に電子部品を実装した後、は
んだペーストを熱風によって加熱溶融し、電子部品をプ
リント基板にはんだ付け接合にて固定するリフロー装置
およびリフロー方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のリフロー装置の場合、リフロー炉
内においてはプリント基板の部品実装状態（部品形状、
部品熱容量、および部品実装密度等）によらず、熱風あ
るいは遠赤外線等の加熱源から均一な加熱量をプリント
基板全面に供給する構成が取られている。また、赤外線
加熱のリフロー炉の場合、加熱対象基板上への赤外線ヒ
ータからの加熱量を、熱容量等の実装条件に応じて制御
するために、過昇温を防止したい部品上に遮蔽マスクを
設ける方法も取られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のリフロー方法では、プリント基板上に電子部品が実
装された状態においては、電子部品の熱容量、形状等の
部品特性や実装密度等の実装条件によって、均一の加熱
量では個々のはんだ付け面の昇温速度が異なり、最も昇
温速度の遅い部分が所定のはんだ付け必要温度まで昇温
するようにリフロー条件を設定すると、昇温速度の速い
箇所の到達温度が上がり過ぎ、場合によっては電子部品
の耐熱温度を超過し、電子部品の機能破壊を起こす恐れ
があった。

【０００４】また、電子部品自体に耐熱性があり、過熱
された状態で機能破壊を起こさずとも、はんだ付け必要
温度以上に昇温することによって無駄な熱量を消費する
こととなる。

【０００５】また、赤外線加熱の場合、上記遮蔽を行う
ためのマスク自体が赤外線ヒータにより加熱、昇温され
て一種の赤外線発生源となってしまい、遮蔽マスク下の
電子部品を加熱して、期待する昇温抑制効果が得られな
い場合があった。

【０００６】この発明は、上記のような問題を解決する
ためのもので、プリント基板上の実装状態や部品特性に
よる昇温速度のばらつきを抑制し、基板全体の昇温速度
をほぼ均一にすることで、特定の電子部品の過昇温を防
止し、プリント基板に対して適切な熱量を加えることが
できるリフロー装置およびリフロー方法を提供すること
を目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、はんだペーストを印刷したプリント基
板上に電子部品を実装した後、はんだペーストを熱風に
よって加熱溶融し、電子部品をプリント基板にはんだ付
け接合するリフロー装置であって、上記熱風を発生する
ヒータ部とプリント基板搬送面との間に、熱風吹き付け
用の開口部が複数形成され、その開口部の部分的な遮蔽
により、プリント基板の任意の位置への加熱量を制御す
るノズル部を配置したことを特徴とするものであり、こ
の構成によれば、プリント基板上の実装状態や部品特性
による昇温速度のばらつきを抑制し、基板全体の昇温速
度をほぼ均一にでき、特定の電子部品の過昇温を防止
し、プリント基板に対して適切な熱量を加えることがで
きる。

【０００８】

【発明の実施の形態】請求項１記載の本発明は、はんだ
ペーストを印刷したプリント基板上に電子部品を実装し
た後、はんだペーストを熱風によって加熱溶融し、電子
部品をプリント基板にはんだ付け接合するリフロー装置
であって、上記熱風を発生するヒータ部とプリント基板
搬送面との間に、熱風吹き付け用の開口部が複数形成さ
れ、その開口部の部分的な遮蔽により、プリント基板の
任意の位置への加熱量を制御するノズル部を配置したこ
とを特徴とする。

【０００９】この構成によれば、プリント基板上の実装
状態や部品特性の差などの熱容量の差による昇温速度の
ばらつきを抑制することができ、基板全体の昇温速度を
ほぼ均一にすることが可能となり、また、特定の電子部
品の過昇温を防止したり、プリント基板に対して適切な
熱量を加えたりすることができる。

【００１０】請求項２記載の本発明は、請求項１記載の
リフロー装置において、ノズル部は、プリント基板に略
平行な姿勢で配置され、プリント基板に略垂直な軸線を
有する多数の開口部が均等に形成された平板であり、プ
リント基板に略平行な姿勢でノズル部を配置し、プリン
ト基板の部品実装密度等の実装状態に応じてノズル部の
開口部を適宜遮蔽する遮蔽手段を設けたことを特徴とす
る。

【００１１】この構成において、プリント基板上の実装
状態に対応させて複数の開口部のうちの一部分を遮蔽手
段で遮蔽することにより、静止させたプリント基板の昇
温状態を制御することができる。

【００１２】請求項３記載の本発明は、請求項２記載の
リフロー装置において、遮蔽手段は、開口部と略同一の
断面形状もつ円筒形状部と開口部断面積より大なる頭部
とを有するピンであることを特徴とするもので、このピ
ンを開口部に装着することで、ノズル部の所望位置の開
口部を遮蔽することができる。

【００１３】請求項４記載の本発明は、請求項２記載の
リフロー装置において、ノズル部の開口部が雌ネジ形状
とされ、遮蔽手段は、この雌ネジ形状の開口部に螺合す
る雄ネジであることを特徴とするもので、この雄ネジを
開口部に螺合させることで、ノズル部の所望位置の開口
部を遮蔽することができる。

【００１４】請求項５記載の本発明は、はんだペースト
を印刷したプリント基板上に電子部品を実装した後、は
んだペーストを熱風によって加熱溶融し、電子部品をプ
リント基板にはんだ付け接合するリフロー方法であっ
て、上記熱風を発生するヒータ部とプリント基板搬送面
との間に、熱風吹き付け用の開口部が複数形成されたノ
ズル部を配置し、プリント基板上の実装状態に対応させ
て複数の開口部のうちの一部分を遮蔽することにより、
静止させたプリント基板の昇温状態を制御することを特
徴とする。

【００１５】この方法により、プリント基板上の実装状
態や部品特性の差などの熱容量の差による昇温速度のば
らつきを抑制することができ、基板全体の昇温速度をほ
ぼ均一にすることが可能となり、また、特定の電子部品
の過昇温を防止したり、プリント基板に対して適切な熱
量を加えたりすることができる。

【００１６】請求項６記載の本発明は、請求項５に記載
のリフロー方法において、開口部の開口面積と、熱風吹
き出し速度と、ノズル部とプリント基板との距離とを、
プリント基板に実装される電子部品の形状および実装密
度に対応して、所望の加熱影響範囲を得るように設定す
ることを特徴とするものであり、この方法によれば、プ
リント基板に実装される電子部品の形状および実装密度
に適した所望の加熱影響範囲を得ることができて、リフ
ロー加熱に際して適切な熱量を加えることができる。

【００１７】請求項７記載の本発明は、請求項５または
６に記載のリフロー方法において、ノズル部およびプリ
ント基板が共に昇温した際にプリント基板の所定位置の
昇温制御が可能になるように、ノズル部の熱膨張率とプ
リント基板の熱膨張率とに応じて、ノズル開口部の遮蔽
位置を設定することを特徴とするものであり、この方法
によれば、ノズル部およびプリント基板が加熱された状
態でも、良好な位置に適切な熱量を加えることができ
る。

【００１８】以下、本発明の実施の形態に係るリフロー
装置およびリフロー方法について図面を参照しつつ説明
する。図１は本発明の実施の形態に係るリフロー装置の
全体構造を示す概略正面図、図２はリフロー部の拡大概
略断面図である。

【００１９】図１に示すように、リフロー装置は、炉体
部としてのプリヒート部１およびリフロー部２と、冷却
部３とを備えている。また、プリヒート部１の終了位置
には、プリント基板４が搬送されてきたことを検知する
プリヒート終了センサ７が配置され、プリント基板４を
搬送する通常の搬送レール５とは別に、プリヒート終了
センサ７に反応したプリント基板４をプリヒート部１の
領域からリフロー部２の領域に強制的に搬送する強制搬
送ユニット６が設けられている。また、８はリフロー部
２の所定位置に上端部が突出自在とされた基板ストッパ
で、プリント基板４が強制搬送ユニット６によって搬送
されてきた際に突出して、プリント基板４をリフロー部
２の所定の位置で位置決めするように構成されている。

【００２０】図２に示すように、リフロー部２は熱源ヒ
ータ９と熱風送風ブロア１０によって熱風を発生するよ
うになっており、熱風の流路となる熱風チャンバ１１の
下方にノズル部１２が設置されている。

【００２１】図３（ａ），（ｂ）はリフロー部２のノズ
ル１２の拡大斜視図である。図２、図３（ａ），（ｂ）
に示すように、ノズル部１２は、プリント基板４に略平
行な姿勢で配置され、プリント基板４に略垂直な軸線を
有する多数の開口部１３が均等に形成されているパンチ
ングメタルなどの平板で構成されている。そして、各開
口部１３には遮蔽手段１４としてのピン１４ａや雄ネジ
１４ｂを装着自在とされている。

【００２２】つまり、図３（ａ）に示すように、ノズル
部１２の開口部１３を単なる貫通孔で形成し、遮蔽手段
１４を、開口部１３と略同一の断面形状もつ円筒形状部
１４ｃと開口部断面積より大なる頭部１４ｄとを有する
ピン１４ａで構成したり、図３（ｂ）に示すように、ノ
ズル部１２の開口部１３をノズル部１２の平板部を貫通
する雌ネジ形状とするとともに、遮蔽手段１４を、この
雌ネジ形状の開口部１３に螺合する雄ネジ１４ｂとす
る。そして、ピン１４ａを単なる孔形状の開口部１３に
挿入したり、雄ネジ１４ｂを雌ネジ形状の開口部１３に
螺合させることにより、所望の位置の開口部１３を遮蔽
することが可能とされている。なお、ピン１４ａは通常
の耐熱性を有する材料から製造してもよいが、磁石など
により構成してもよい。

【００２３】図４は本発明の実施の形態にかかるリフロ
ー方法を概略的に示す部分切欠正面図である。図４に示
すように、プリント基板４上の加熱量を制御したい部分
（特定の電子部品１５の配置箇所等）に対応するノズル
部１２の開口部１３を、ピン１４ａや雄ネジ１４ｂから
なる遮蔽手段１４により遮蔽する。なお、図４における
１６は電子部品１５の端子部をはんだ付けするためのは
んだペーストである。

【００２４】上機構成において、プリント基板４がリフ
ロー装置内に搬送コンベア５によって投入され、プリヒ
ート部１にて予熱を加えられながら進行し、プリヒート
終了位置のプリヒート終了センサ７に反応すると、この
プリント基板４は強制搬送ユニット６にて搬送コンベア
５の速度とは無関係にリフロー部２内に強制搬送され
る。リフロー部２内の基板ストッパ８の位置まで強制搬
送されたプリント基板４は、基板ストッパ８にて図４に
示す所定の位置に停止する。この停止位置の上方には、
図４に示すように、ノズル部１２が配置されており、ノ
ズル部１２の開口部１３を通った熱風にてプリント基板
４が加熱される。

【００２５】この際、プリント基板４上の加熱量を制御
して減少させたい電子部品１５に対応するノズル部１２
の開口部１３は、ピン１４ａや雄ネジ１４ｂからなる遮
蔽手段１４により予め遮蔽されており、垂直方向の熱風
吹き出しによる加熱が防止される。したがって、プリン
ト基板４上の実装状態や部品特性の差などの熱容量の差
による昇温速度のばらつきを抑制することができ、プリ
ント基板４全体の昇温速度をほぼ均一にすることが可能
となり、また、特定の電子部品１５の過昇温を防止した
り、プリント基板４に対して適切な熱量を加えたりする
ことができる。

【００２６】次に、ノズル部１２の条件を変えた場合の
本実施の形態における具体的な過熱防止結果を説明す
る。図５、図６は、ノズル部１２における開口部１３の
開口径と隣接する開口部１３間のピッチの影響を調べた
結果を示すものである。すなわち、開口径Φが５ｍｍ
で、隣接ピッチが８ｍｍであるパンチングメタルからな
る第１のノズル部１２（図５参照）と、開口径Φが２
ｍｍで、隣接ピッチが３ｍｍであるパンチングメタルか
らなる第２のノズル部１２（図６参照）とを用いた場合
での、プリント基板４上の電子部品１５の本体温度とリ
ード温度等の温度測定結果である。

【００２７】図５に示す第１のノズル部１２の場合にお
いて、開口部１３の直下に電子部品１５がある場合（図
５の（ａ）参照）と、開口部１３の直下から隣接ピッチ
の半分ずらした位置に電子部品１５を配置した場合（図
５の（ｂ）参照）とでは、電子部品１５の本体温度（図
５の参照）と電子部品１５のリード温度（図５の参
照）はほぼ同一温度を示しているが、電子部品１５から
５ｍｍ離れたプリント基板４上の温度（図５の参照）
は６℃異なっている。これは、ノズル部１２であるパン
チングメタルの開口部１３を遮蔽した位置と、それに対
応するプリント基板４との位置関係が変わった場合、加
熱条件が変わってしまうことを示しており、均一な昇温
を得るためのノズル条件には好ましくない。

【００２８】一方、図６に示すように、第２のノズル部
１２を用いて、任意の位置にプリント基板４を移動して
加熱を行い、２個の電子部品１５のそれぞれの本体温度
（図６の、参照）とリード温度（図６の、参
照）を測定した結果、任意の３箇所での測定結果から分
かる様にどの測定点においても２℃以内の温度ばらつき
に入っている。これによって、第２のノズル部１２（開
口径Φが２ｍｍで、隣接ピッチが３ｍｍであるパンチン
グメタル）を用いる場合の方がプリント基板４を静止さ
せての加熱に適していることがわかる。

【００２９】次に、図７により、ノズル部１２の開口部
１３を遮蔽することにて、過昇温防止対象となる電子部
品１５（例えば、アルミ電解コンデンサの場合は本体温
度上限が２３０℃である）の本体温度（図７の参照）
とリード温度（図７の参照）、また、周囲に隣接する
加熱を妨げてはならない電子部品１５（この場合は熱容
量の大きい□２３ｍｍのＱＦＰのリード：図７の参
照）に与える影響について条件を変えて測定した実験の
概略図を示し、その測定結果を図７の温度特性図に示
す。

【００３０】温度特性図の測定結果からわかるように、
ノズル部１２とプリント基板４との間の距離Ｌ＝２０ｍ
ｍの条件では、ノズル部１２を遮蔽した効果がほとんど
見られない。しかし、ノズル部１２とプリント基板４と
の間の距離Ｌ＝１５の場合は、ノズル部１２を遮蔽する
ことによって過昇温防止対象である電子部品１５の本体
温度が約７℃程度低下しながらも、過熱防止対象の電子
部品１５のリード、および、近接する電子部品１５のリ
ード温度はほとんど変化がない。

【００３１】以上の結果から、ノズル部１２とプリント
基板４との間の距離Ｌ＝１５ｍｍの場合、近接する電子
部品１５に温度影響を与えること無く、過昇温防止対象
の電子部品１５の本体の昇温速度のみを低下させること
が可能である。以上の結果から、ノズル部１２の条件を
整えることによってプリント基板４の全面を均一に昇温
させることが可能となる。

【００３２】このリフロー装置およびリフロー方法によ
れば、プリント基板４の実装状態や部品特性の差などの
熱容量の差による昇温速度のばらつきを抑制することが
でき、プリント基板４全体の昇温速度をほぼ均一にする
ことが可能となり、また、特定の電子部品１５の過昇温
を防止したり、プリント基板４に対して適切な熱量を加
えたりすることができる。

【００３３】なお、ノズル部１２およびプリント基板４
が共に昇温した際にプリント基板４の所定位置の昇温制
御が可能になるように、ノズル部１２の熱膨張率とプリ
ント基板４の熱膨張率とに応じて、ノズル部１２の開口
部１３の遮蔽位置を設定することが望ましく、これによ
り、ノズル部１２およびプリント基板１３が加熱された
状態で、良好な位置に適切な熱量を加えることができ
る。

【００３４】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、熱風を
発生するヒータ部とプリント基板搬送面との間に、熱風
吹き付け用の開口部が複数形成されたノズル部を配置
し、プリント基板上の実装状態に対応させて複数の開口
部のうちの一部分を遮蔽することにより、プリント基板
上の実装状態や電子部品の特性による昇温速度のばらつ
きを抑制し、基板全体の昇温速度をほぼ均一にすること
ができ、また、特定の電子部品の本体温度の過昇温を防
止し、プリント基板のリフロー加熱に際して適切な熱量
を加えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかるリフロー装置の全
体構成を示す概略正面図である。

【図２】同リフロー装置におけるリフロー部の詳細構成
を示す断面図である。

【図３】（ａ），（ｂ）はそれぞれ同リフロー装置にお
けるリフロー部のノズルの拡大斜視図である。

【図４】本発明の実施の形態にかかるリフロー方法を概
略的に示す部分切欠正面図である。

【図５】同リフロー方法における、第１のノズル部を概
略的に示す平面図および断面図ならびにその開口部の開
口条件による均熱性能を示す温度特性図である。

【図６】同リフロー方法における、第２のノズル部を概
略的に示す平面図および断面図ならびにその開口部の開
口条件による均熱性能を示す温度特性図である。

【図７】同リフロー方法における、ノズル部を遮蔽した
場合を概略的に示す図およびノズル部を遮蔽することに
よる昇温速度抑制効果を示す温度特性図である。

【符号の説明】

１ プリヒート部 ２ リフロー部 ３ 冷却部 ４ プリント基板 ５ 搬送コンベア ８ 基板ストッパ ９ 熱源ヒータ １０ 熱風送風ブロア １２ ノズル部 １３ 開口部 １４ 遮蔽手段 １４ａ ピン（遮蔽手段） １４ｂ 雄ネジ（遮蔽手段） １５ 電子部品

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桑原 公仁 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5E319 AC01 BB05 CC33 CC49 CD29

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 はんだペーストを印刷したプリント基板
   上に電子部品を実装した後、はんだペーストを熱風によ
   って加熱溶融し、電子部品をプリント基板にはんだ付け
   接合するリフロー装置であって、上記熱風を発生するヒ
   ータ部とプリント基板搬送面との間に、熱風吹き付け用
   の開口部が複数形成され、その開口部の部分的な遮蔽に
   より、プリント基板の任意の位置への加熱量を制御する
   ノズル部を配置したことを特徴とするリフロー装置。
2. 【請求項２】 ノズル部は、プリント基板に略平行な姿
   勢で配置され、プリント基板に略垂直な軸線を有する多
   数の開口部が均等に形成された平板であり、プリント基
   板に略平行な姿勢でノズル部を配置し、プリント基板の
   部品実装密度等の実装状態に応じてノズル部の開口部を
   適宜遮蔽する遮蔽手段を設けたことを特徴とする請求項
   １記載のリフロー装置。
3. 【請求項３】 遮蔽手段は、開口部と略同一の断面形状
   もつ円筒形状部と開口部断面積より大なる頭部とを有す
   るピンであることを特徴とする請求項２記載のリフロー
   装置。
4. 【請求項４】 ノズル部の開口部が雌ネジ形状とされ、
   遮蔽手段は、この雌ネジ形状の開口部に螺合する雄ネジ
   であることを特徴とする請求項２記載のリフロー装置。
5. 【請求項５】 はんだペーストを印刷したプリント基板
   上に電子部品を実装した後、はんだペーストを熱風によ
   って加熱溶融し、電子部品をプリント基板にはんだ付け
   接合するリフロー方法であって、上記熱風を発生するヒ
   ータ部とプリント基板搬送面との間に、熱風吹き付け用
   の開口部が複数形成されたノズル部を配置し、プリント
   基板上の実装状態に対応させて複数の開口部のうちの一
   部分を遮蔽することにより、静止させたプリント基板の
   昇温状態を制御することを特徴とするリフロー方法。
6. 【請求項６】 開口部の開口面積と、熱風吹き出し速度
   と、ノズル部とプリント基板との距離とを、プリント基
   板に実装される電子部品の形状および実装密度に対応し
   て、所望の加熱影響範囲を得るように設定することを特
   徴とする請求項５に記載のリフロー方法。
7. 【請求項７】 ノズル部およびプリント基板が共に昇温
   した際にプリント基板の所定位置の昇温制御が可能にな
   るように、ノズル部の熱膨張率とプリント基板の熱膨張
   率とに応じて、ノズル開口部の遮蔽位置を設定すること
   を特徴とする請求項５または６に記載のリフロー方法。