JP2001044618A - 半田リフロー装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 極めの細かく局所的に追加加熱ができ、しか
も部分加熱による部品への熱衝撃を緩和でき、更に、鉛
を含まない半田も用いて半田付けができる半田リフロー
装置を得ること。 【解決手段】 本発明の半田リフロー装置１は、本加熱
部１６が配設されたリフロー炉１０内に、部品Ｐが載置
された基板Ｂを投入して本加熱部１６により加熱し、前
記部品を前記基板上に半田付けする半田リフロー装置に
おいて、前記本加熱部１６の後方に配設された補助加熱
装置２０と、その補助加熱装置２０を前記基板Ｂの所定
の上方位置に移動させる駆動装置３０と、その駆動装置
３０を制御するＸ／Ｙ駆動制御装置４０とから構成され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種の電気部品、
電子部品、機械部品など（以下、単に「部品」と記す）
の部品を電子回路基板（以下、単に「基板」と記す）上
に半田付けするための半田リフロー装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来から行われているリフローソルダリ
ングの問題の一つとして、リフロー炉のヒータで基板を
加熱した場合に、同一の基板上でも温度のバラツキ（△
Ｔ）が生じることが挙げられる。例えば、基板に大きな
部品が載っていたり、部品が密集して載った箇所がある
と、その周辺は部品に熱が奪われて局所的に熱が下がっ
てしまい、半田ペーストに熱が十分に伝わらず、半田が
溶融しないまま半田リフロー炉から搬出されてくるとい
う不良が発生する。

【０００３】このような不良の発生を防ぐために、これ
まで種々の解決方法が提案されている。その一つの発明
として、特開平０３−３５８７６「リフロー装置」を挙
げることができる。この特許公報では、半田ペーストが
塗布され、部品が載置された基板を、任意に温度で制御
できる複数個のヒータを備えたトンネル状リフロー炉内
にコンベアで連続的に搬送しながら前記複数個のヒータ
からの輻射熱によって加熱し、半田ペーストを溶融した
後、冷却、固化させて前記部品を基板に半田付けするリ
フロー装置が開示されている。

【０００４】また、他の一つの発明として、特開平０８
−２３６９２０「プリント基板のはんだリフロー装置」
を挙げることができる。この特許公報では、基板を置く
一定位置を挟んで、その上方及び下方に、ヒータを前記
定位置に向かって上下調節移動自在に設け、前記定位置
に対する各ヒータとの距離を温度プロファイルに従って
調整することによって、前記定位置上の基板の加熱温度
を自在に調整できる半田リフロー装置が開示されてい
る。

【０００５】更にまた、他の一つの発明として、特開平
０９−２８３９１６「リフロー炉およびリフロー炉によ
る半田付け方法」を挙げることができる。この特許公報
では、基板の半田付けすべき部分に対して選択的に加熱
気体を吹き付ける加熱部が設けられたリフロー炉が開示
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上、いずれの公開発
明も、所定の温度プロファイルに従って、同一の基板を
部分的に加熱しようとするものであるが、その加熱手段
は、リフロー炉内の本加熱装置であって、この本加熱装
置を上下させたり、本加熱装置を複数個のヒータで構成
して、個々のヒータの加熱温度を制御し、基板を部分的
に加熱できるように構成されているので、それぞれの特
許公開公報に記載されている程、極めの細かい局所的な
加熱を行うことができない。特に、密集して部品が載置
されている部分や特に大型の部品が載置されている部分
では、容易に所望の温度まで加熱することは難しい。ま
た、今後、鉛を含まない半田が使用されるようになれ
ば、そのような半田の融点が上がり、それに付随してリ
フロー温度も上がるので、前記の従来技術の各種リフロ
ー炉では対応しきれず、前記△Ｔがますます大きな課題
となることが予想されている。

【０００７】それ故、本発明はこれらの課題を解決しよ
うとするものであって、極めの細かい局所的な加熱を追
加的に行うことができ、特に、密集して部品が載置され
ている部分や特に大型の部品が載置されている部分の加
熱温度のバラツキを大幅に改善でき、そして、部分加熱
による部品への熱衝撃を緩和でき、更にまた、鉛を含ま
ない半田も用いることができる半田リフロー装置を得る
ことを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】それ故、請求項１に記載
の発明では、本加熱装置が配設されたリフロー炉内に、
部品が載置された基板を投入して前記補助加熱装置によ
り加熱し、前記部品を前記基板上に半田付けする半田リ
フロー装置において、その半田リフロー装置を、前記本
加熱装置の後方に配設された補助加熱装置と、その補助
加熱装置を前記基板の所定の上方位置に移動させる駆動
装置と、その駆動装置を制御する制御装置とから構成し
て、前記課題を解決している。また、請求項２に記載の
発明では、本加熱装置が配設されたリフロー炉内に、部
品が載置された基板を搬送装置に載置して搬入し、前記
補助加熱装置により加熱して、前記部品を前記基板上に
半田付けする半田リフロー装置において、その半田リフ
ロー装置を、前記本加熱装置の後方に配設された補助加
熱装置と、その補助加熱装置を所定の移動経路、所定の
移動速度、所定の角度で前記基板の所定の上方位置に移
動させ、前記補助加熱装置の加熱時間と出力を制御する
制御装置とから構成して、前記課題を解決している。更
にまた、請求項３に記載の発明では、請求項１及び請求
項２に記載の発明における前記補助加熱装置を赤外線加
熱装置で構成して、前記課題を解決している。

【０００９】従って、請求項１に記載の発明の半田リフ
ロー装置によれば、本加熱装置で所定の加熱温度にまで
追加加熱できなかった基板のどの部分にも補助加熱装置
を移動させて部分的に加熱することができる。また、請
求項２に記載の発明の半田リフロー装置によれば、本加
熱装置で所定の加熱温度にまで加熱できなかった基板の
どの部分にも補助加熱装置を所定の経路、速度で移動さ
せ、その補助加熱装置の熱照射角度、出力、加熱時間を
制御して、的確に、そして部分的に追加加熱することが
できる。更にまた、請求項３に記載の発明の半田リフロ
ー装置によれば、請求項１又は請求項２に記載の作用に
加えて、赤外線加熱装置を用いることにより加熱部分が
より狭い部分であっても赤外線を的確に照射でき、追加
加熱することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な一実施形態
の半田リフロー装置を、図１乃至図６を用いて説明す
る。図１は本発明の一実施形態の半田リフロー装置の外
観斜視図、図２は図１に示した半田リフロー装置の内部
を略線で表した構成図、図３は図１に示した半田リフロ
ー装置に配設した補助加熱装置と基板との関係を示した
略線的な平面図、図４は図３に示した補助加熱装置と基
板との関係を示した略線的な側面図、図５は図３及び図
４に示した補助加熱装置の駆動装置を略線的に示した平
面図、そして図６は本発明の半田リフロー装置の動作フ
ローチャートである。

【００１１】先ず、図１乃至図４を用いて本発明の一実
施形態の半田リフロー装置を説明する。図１において、
符号１は本発明の半田リフロー装置を指す。この半田リ
フロー装置１は、リフロー炉１０を中心に構成されてお
り、そのリフロー炉１０は入口１２Ａと出口１２Ｂとが
設けられたはハウジング１１内に、図１及び図２におい
て、その入口１２Ａに配設され、搬送装置であるコンベ
ア２により搬入される、複数個の部品Ｐが載置された基
板Ｂを検出するためのセンサ３と、その入口１２Ａ側か
らハウジング１１内に、複数個の電気ヒータなどの予備
加熱装置１３からなる予備加熱部１４と、複数個の熱風
ヒータ、電気ヒータなどの本加熱装置１５から構成され
た本加熱部１６と、前記本加熱装置１５の上流側及び下
流側に配設された一対の対流用ファン７１７と、前記本
加熱装置１５の下流に配設された補助加熱装置２０と、
更に、本加熱部１６の下流に配設された冷却ファン１８
からなる冷却部１９と、前記ハウジング１１の前面部分
に配設された補助加熱装置２０などの制御用コンピュー
タ４と、データ入力装置５などとから構成されている。
前記補助加熱装置２０は本加熱部１６の後方に、できる
だけエアの流れを遮らないような場所に配設する。

【００１２】次に、図３乃至図５を用いて、前記補助加
熱装置２０の構成を説明する。この補助加熱装置２０
は、例えば、赤外線加熱装置が好適であって、補助加熱
装置本体（以下、単に「本体」と記す）２１と、この本
体２１にθ駆動軸２２で回動できるように取り付けられ
た照射部２３とから構成されている。本体２１には、後
記するＸ／Ｙ駆動制御装置４０が内蔵されており、照射
部２３には、赤外線発生／制御装置２３１とその赤外線
照射装置２３２と前記赤外線発生／制御装置２３１及び
前記θ軸駆動モータ３３３を制御するためのθ駆動制御
装置２３３とが内蔵されている。

【００１３】そして前記補助加熱装置２０は、補助加熱
装置用駆動装置（以下、単に「駆動装置」と記す）３０
に内蔵されているＸ／Ｙ駆動制御装置４０で基板Ｂの搬
送方向（矢印Ｘ方向）と、これに対して直角の方向（矢
印Ｙ）と、そしてまた、その照射部２３の俯角（照射
角）θと、赤外線発生／制御装置２３１とが制御される
ように構成されている。

【００１４】その駆動装置３０は、図５に示したよう
に、補助加熱装置２０の照射部２３をＸ軸方向に駆動す
るＸ軸駆動装置３１０と、補助加熱装置２０の本体２１
を支持し、Ｙ軸方向に駆動するＹ軸駆動装置３２０と、
前記照射部２３を角度θの方向に回動駆動するθ軸駆動
装置３３０とから構成されている。

【００１５】前記Ｙ軸駆動装置３２０は補助加熱装置２
０の本体２１を支持して、その本体２１を基板Ｂの搬送
方向（矢印Ｘ）に対して直角方向に移動できるように、
前記本体２１が基板Ｂの搬送方向（矢印Ｘ）に対して直
角方向にハウジング１１内の支持フレーム（不図示）に
掛け渡されているＹ駆動軸３２１とＹ軸ガイド３２２に
支持されている。Ｙ駆動軸３２１にはボールねじ３２３
が形成されていて、Ｙ軸駆動モータ３２４が作動すると
歯車機構３２５が回転し、その回転力が伝達され、本体
２１がＹ軸方向に駆動、制御される。

【００１６】また、前記Ｘ軸駆動装置３１０は前記本体
２１の先端部に前記照射部２３の基端部が伸縮できる伸
縮機構で連結されており、その基端部の内部に設けられ
ているＸ軸駆動板３１１とこれに噛み合う歯車３１２
と、前記先端部の内部に配設されているＸ軸駆動モータ
３１３などとから構成されていて、このＸ軸駆動モータ
３１３を駆動することにより前記照射部２３を矢印Ｘで
示すＸ軸方向に伸縮、駆動する。

【００１７】前記θ軸駆動装置３３０は、前記照射部２
３のθ駆動軸２２に形成された歯車３３１と、これと噛
み合う歯車３３２が回転軸に取り付けられているθ軸駆
動モータ３３３などとから構成されていて、このθ軸駆
動モータ３３３を駆動することにより前記照射部２３の
水平線Ｈ（図４）から基板Ｂに対する俯角θ、即ち、照
射角を制御する。

【００１８】また、前記本体２１の内部にはＸ／Ｙ駆動
制御装置４０が内蔵されていて、後記するが、前記コン
ピュータ４からの指令により前記Ｘ軸駆動モータ３１
３、Ｙ軸駆動モータ３２４、θ軸駆動モータ３３３を駆
動、制御する。なお、符号３３はコンピュータ４とＸ／
Ｙ駆動制御装置４０とに接続されたハーネスであり、符
号３４はＸ／Ｙ駆動制御装置４０と補助加熱装置２０の
赤外線発生／制御装置２３１とに接続されたハーネスで
ある。

【００１９】次に、以上のように構成された本発明の半
田リフロー装置１の動作を図６の動作フローチャートを
用いて説明する。動作は全てコンピュータ４によるプロ
グラムで行われる。このコンピュータ４に入力する数値
は、加熱する箇所の位置（Ｘ軸、Ｙ軸）、高さ（θ）、
補助加熱装置２０の出力（Ｗ）、加熱時間（ｔ）及びコ
ンベア２の速度（Ｖ）で、そして加熱箇所が複数箇所あ
る場合は、移動経路のＸ軸、Ｙ軸と次の箇所での数値を
順番に従って入力して行き、補助加熱装置２０を始めと
する半田リフロー装置１の動作のプログラムを作成し
て、コンピュータ４に入力する（ＳＴ１）。

【００２０】即ち、最初に、基板Ｂの温度プロファイル
を作成し、どの箇所の温度が上がり難いかを予めチェッ
クしておく。そして、温度プロファイルから加熱したい
箇所とその順番、それぞれの加熱時間、加熱温度を決定
し、これに基づいて赤外線発生／制御装置２３１の制御
を決定する。入力する数値は、Ｘ軸（基板Ｂの投入方
向）、Ｙ軸（基板面に対してＸ軸と垂直な方向）、赤外
線照射角θ、出力Ｗ（加熱温度）、加熱時間ｔ及び加熱
箇所が複数箇所ある場合はその順番、移動経路（Ｘ、
Ｙ）、移動速度（Ｖ）を入力する。入力する数値Ｘ、Ｙ
は基板Ｂの、例えば、左下隅を（０，０）としてｍｍ単
位で加熱箇所の中心を計測して求める。照射角θは斜め
上から赤外線を照射する時、部品Ｐに接触しない程度に
角度を合わせる。照射角θ、赤外線の出力Ｗは何度か温
度プロファイルを取り、最適な値を記録しておく。ま
た、加熱箇所が複数箇所ある場合は、補助加熱装置２０
の移動経路は計測する加熱箇所の順番や補助加熱装置２
０が移動するまでの時間などを考慮して最適な移動がで
きるように行う。更にまた、リフロー炉１０の入口１２
Ａに設置されているセンサ３が、搬入されてきた基板Ｂ
を検出した時に、その検出信号をコンピュータ４に送る
ようにしておく（ＳＴ３）。センサ３の検出信号を確認
したら、計測時間、コンベア２の速度から加熱箇所の位
置を計算し、プログラムに従って部品電極を加熱して行
く。

【００２１】プログラムした数値を信号へと変換し、基
板Ｂが投入されたことをセンサ３で検出したら（ＳＴ
３）、ハーネス３３を通じてＸ／Ｙ駆動制御装置４０へ
信号及び電力を供給し（ＳＴ４）、入力された信号に従
ってＸ／Ｙ駆動制御装置４０はＹ軸駆動モータ３２４を
作動させ（ＳＴ５）、Ｙ駆動軸３２１のボールねじ３２
３を回転させて補助加熱装置２０をＹ駆動軸３２１及び
Ｙ軸ガイド３２２に沿って移動させる（ＳＴ６）。同時
にＸ軸駆動モータ３１３を回転させて歯車３１２を回転
させ、Ｘ軸駆動板３１１を移動させて補助加熱装置２０
の照射部２３の基板Ｂへの投入方向（Ｘ軸方向）の制御
を行う（ＳＴ７）。

【００２２】信号及び電力はハーネス３４を通じて赤外
線発生／制御装置２３１から赤外線発生／制御装置２３
１及びθ駆動制御装置２３３へと供給される（ＳＴ
８）。θ駆動制御装置２３３は信号に従ってθ軸駆動モ
ータ３３３を作動し、θ駆動軸２２を回動させて補助加
熱装置２０の照射部２３の俯角θ、即ち、照射角θの調
整を行う（ＳＴ９）。また、赤外線発生／制御装置２３
１は赤外線照射装置２３２からの赤外線を照射し、基板
Ｂの温度の低い部分の追加加熱を行う（ＳＴ１０）。

【００２３】一枚の基板Ｂの加熱が全て終了すると、本
加熱部１６にある上方の本加熱装置１５の邪魔にならな
いように補助加熱装置２０を端に移動せ、次の基板Ｂが
投入されるまで待機させる（ＳＴ１１）。以上、説明し
たような動作で次々に投入される基板Ｂの加熱を半田リ
フロー装置１で行い、そして所望の箇所の追加加熱を補
助加熱装置２０で行う。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
極めの細かい局所的な追加加熱を行うことができ、特
に、密集して部品が載置されている部分や特に大型の部
分が載置されている部分の加熱温度のバラツキを大幅に
改善でき、これに伴い、ピーク温度を低く抑えることが
できるので、部品の熱衝撃を緩和できる。更にまた、鉛
を含まない半田にも効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態の半田リフロー装置の外
観斜視図である。

【図２】 図１に示した半田リフロー装置の内部を略線
で表した構成図である。

【図３】 図１に示した半田リフロー装置に配設した補
助加熱装置と基板との関係を示した略線的な平面図であ
る。

【図４】 図３に示した補助加熱装置と基板との関係を
示した略線的な側面図である。

【図５】 図３及び図４に示した補助加熱装置の駆動装
置を略線的に示した平面図である。

【図６】 本発明の半田リフロー装置の動作フローチャ
ートである。

【符号の説明】

１…本発明の一実施形態の半田リフロー装置、２…コン
ベア、３…センサ、４…コンピュータ、５…データ入力
装置、１４…予備加熱部、１６…本加熱部、１９…冷却
部、１０…リフロー炉、２０…補助加熱装置、２３…照
射部、２３１…赤外線発生／制御装置、２３２…赤外線
照射装置、３０…駆動装置、３１０…Ｘ軸駆動装置、３
２０…Ｙ軸駆動装置、３３０…θ軸駆動装置、４０…Ｘ
／Ｙ駆動制御装置、Ｂ…電子回路基板（基板）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２３Ｋ 31/02 ３１０ Ｂ２３Ｋ 31/02 ３１０Ｊ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 本加熱装置が配設されたリフロー炉内
   に、部品が載置された基板を投入して前記補助加熱装置
   により加熱し、前記部品を前記基板上に半田付けする半
   田リフロー装置において、 前記本加熱装置の後方に配設された補助加熱装置と、 該補助加熱装置を前記基板の所定の上方位置に移動させ
   る駆動装置と、 該駆動装置を制御する制御装置と、から構成されている
   ことを特徴とする半田リフロー装置。
2. 【請求項２】 本加熱装置が配設されたリフロー炉内
   に、部品が載置された基板を搬送装置に載置して搬入
   し、前記補助加熱装置により加熱して、前記部品を前記
   基板上に半田付けする半田リフロー装置において、 前記本加熱装置の後方に配設された補助加熱装置と、 該補助加熱装置を所定の移動経路、所定の移動速度、所
   定の角度で前記基板の所定の上方位置に移動させ、前記
   補助加熱装置の加熱時間と出力を制御する制御装置とか
   ら構成されていることを特徴とする半田リフロー装置。
3. 【請求項３】 前記補助加熱装置が赤外線加熱装置で構
   成されていることを特徴とする請求項１及び請求項２に
   記載の半田リフロー装置。