JP2001170767A

JP2001170767A - はんだ付け装置

Info

Publication number: JP2001170767A
Application number: JP35146899A
Authority: JP
Inventors: Hideki Mukuno; 秀樹椋野; Kazumi Tashiro; 和美田代; Hideaki Arita; 秀顕有田; Kiyoshi Kanai; 紀洋士金井; Teruo Okano; 輝男岡野; Fumihiro Yamashita; 文弘山下; Shoichiro Matsuhisa; 正一郎松久; Hidekazu Imai; 英和今井
Original assignee: Hitachi Ltd; Tamura Corp; Tamura FA System Corp; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd; Tamura Corp; Tamura FA System Corp
Priority date: 1999-12-10
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2001-06-26
Also published as: US6761301B2; US6412681B2; DE60011555D1; US20010015368A1; US20020100791A1; EP1106294A3; EP1106294B1; EP1106294A2; DE60011555T2

Abstract

(57)【要約】【課題】鉛フリーはんだを用いるはんだ付け装置におい
て、プリント基板およびその搭載電子部品を均一に加熱
でき、電子部品に温度的なダメージを与えることなく、
はんだ付けの可能なはんだ付け装置を提供することにあ
る。【解決手段】ブロアファン１２２とヒーター１４０との
間に、流体の圧力を均一にするとともに、複数の孔を有
する多孔質体１３０を配置する。また、ヒーター１４０
と被加熱物１０の間に、ヒーター１４０によって加熱さ
れた流体を乱流として被加熱物１０に吹き付ける輻射板
１５０とを配置する。そして、加熱流体を被加熱物に吹
き付けて被加熱物を加熱して、はんだを溶融する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、はんだ付け装置に
係り、特に、鉛フリーはんだを用いるに好適なはんだ付
け装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のはんだ付け装置においては、はん
だを融点以上まで加熱するための熱源として、例えば、
特開平６−２５３４６５号公報や特開平１０−３３５０
４７号公報に記載されているように、赤外線ヒーターを
用いて直接被加熱物を加熱するものや、特開平１１−５
４９０３号公報や特開平９−１８６４４８号公報に記載
されているように、赤外線ヒーターによって加熱された
流体を被加熱物に吹きつけるものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】最近、はんだ付け装置
に用いるはんだとして、低公害化の観点から、従来の鉛
含有はんだに代えて、鉛を含有しない鉛フリーはんだを
用いることが試みられている。鉛フリーはんだとして
は、錫銀系はんだ（ＳｎＡｇ）や、錫銅系はんだ（Ｓｎ
Ｃｕ）や、錫銀系はんだ（ＳｎＡｇ）にビスマス（Ｂ
ｉ）を添加したものなどが知られている。これらの鉛フ
リーはんだは、従来の鉛はんだの融点よりも高く、例え
ば、ＳｎＡｇ系はんだの融点は２２１℃であり、ＳｎＣ
ｕ系はんだの融点は２２７℃であり、Ｂｉ含有ＳｎＡｇ
系はんだの融点は２０５℃である。即ち、鉛フリーはん
だの融点は、２００〜２３０℃と、鉛はんだに比べて高
融点である。

【０００４】一方、プリント基板上にはんだ付けされる
電子部品としては、ＳＯＰタイプのＩＣや、ＱＦＰタイ
プのＩＣや、抵抗，コンデンサ等のチップ部品や、電解
コンデンサ等がある。これらのはんだ付け部品の耐熱温
度は、鉛フリーはんだの融点に近いものもある。例え
ば、アルミ電解コンデンサの耐熱温度は、２５０℃であ
る。従って、融点が２２７℃のはんだを用いてはんだ付
けする場合には、はんだを融点以上の、例えば，２３０
℃に加熱する必要があり、プリント基板に搭載する電子
部品の耐熱温度を考慮すると、例えば、２４０℃以下に
制御する必要がある。即ち、加熱温度は、２３０〜２４
０℃の範囲となるように制御する必要がある。

【０００５】しかしながら、特開平６−２５３４６５号
公報や特開平１０−３３５０４７号公報に記載されてい
るように、赤外線ヒーターを用いて直接被加熱物を加熱
するものでは、ヒーターの形状の影響によって、被加熱
物の温度差が生じるため、はんだの融点以上に加熱した
場合、部分的にプリント基板に搭載される電子部品の耐
熱温度以上加熱される場合あり、このような場合、電子
部品に温度的なダメージを与えることになる。また、特
開平１１−５４９０３号公報や特開平９−１８６４４８
号公報に記載されているように、赤外線ヒーターによっ
て加熱された流体を被加熱物に吹きつけるものにおいて
は、赤外線ヒーターを用いて直接被加熱物を加熱するも
のに比べて、温度分布のバラツキは少ないものの、加熱
温度を２３０〜２４０℃の範囲となるように被加熱部材
であるプリント基板およびその搭載電子部品の全てにつ
いて均一に加熱するのが困難であり、電子部品に温度的
なダメージを与えるという問題があった。

【０００６】本発明の目的は、鉛フリーはんだを用いる
はんだ付け装置において、プリント基板およびその搭載
電子部品を均一に加熱でき、電子部品に温度的なダメー
ジを与えることなく、はんだ付けの可能なはんだ付け装
置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明は、送風機から送られる流体をヒータ
ーによって加熱し、この加熱流体を被加熱物に吹き付け
て被加熱物を加熱する加熱炉ユニットを有するはんだ付
け装置において、上記送風機と上記ヒーターとの間に配
置され、上記送風機から送られる流体の圧力を均一にす
るとともに、上記ヒーターに対して通風可能な複数の孔
を有する多孔質体と、上記ヒーターと上記被加熱物の間
に配置され、上記ヒーターによって加熱された流体を乱
流として上記被加熱物に吹き付ける輻射板とを備えるよ
うにしたものである。かかる構成により、鉛フリーはん
だを用いるはんだ付け装置において、プリント基板およ
びその搭載電子部品を均一に加熱でき、電子部品に温度
的なダメージを与えることなく、はんだ付けを行い得る
ものとなる。

【０００８】（２）上記（１）において、好ましくは、
上記加熱炉ユニットは、さらに、上記輻射板若しくは上
記ヒーターの少なくとも一方であって、上記被加熱物側
に設けられ、上記ヒーターから放射される赤外線のう
ち、１μm以下及び２０μm以上の赤外線波長を吸収する
吸収体を備えるようにしたものである。かかる構成によ
り、遠赤外線波長１μmから２０μmの波長を被加熱物に
照射して、黒色モールドのＩＣ等の温度も耐熱温度以下
となるように、容易に制御し得るものとなる。

【０００９】（３）上記（１）において、好ましくは、
上記加熱炉ユニットを上記被加熱物の搬送方向に複数個
接続するとともに、上記被加熱物の搬送方向と逆方向に
流体の流れを形成するようにしたものである。かかる構
成により、はんだ付け部の温度の低下を防止し得るもの
となる。

【００１０】（４）上記（１）において、好ましくは、
さらに、上記加熱炉ユニットによって加熱された被加熱
物を冷却する冷却ユニットを備え、この冷却ユニット
は、冷却用流体を上記被加熱物に吹き付ける送風機と、
被加熱物によって昇温した流体を冷却する冷却器と、上
記送風機と上記被加熱物との間に配置され、上記送風機
から送られる流体の圧力を均一にするとともに、上記被
加熱物に対して通風可能な複数の孔を有する多孔質体と
を備えるようにしたものである。かかる構成により、被
加熱物を急冷化することによって、はんだ内部組織の微
細化、はんだ中のＡｇ₃Ｓｎ針状結晶の抑制及び被加熱
物の導体と電子部品のはんだ付け部から剥離するはんだ
付け不良を抑制し得るものとなる。

【００１１】（５）上記（１）において、好ましくは、
上記冷却ユニットを上記被加熱物の搬送方向に複数個接
続するとともに、上記被加熱物の搬送方向と逆方向に流
体の流れを形成するようにしたものである。かかる構成
により、冷却用流体を被加熱物の搬送方向とは逆方向に
流すことにより、不活性ガスの消費量を低減し得るもの
となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図６を用いて、本発
明の一実施形態によるはんだ付け装置の構成について説
明する。最初に、図１を用いて、本実施形態によるはん
だ付け装置の全体構成について説明する。図１は、本発
明の一実施形態によるはんだ付け装置の全体構成を示す
正面図である。

【００１３】はんだ付け装置は、連続加熱炉部１００
と、冷却部２００と、不活性ガスチャンバ３１０，３２
０と、搬送コンベア５０とから構成されており、リフロ
ー炉を構成している。連続加熱炉部１００は、プリヒー
ト部１００Ａと、はんだ付け部１００Ｂとから構成され
ている。プリヒート部１００Ａ及びはんだ付け部１００
Ｂは、それぞれ、加熱炉ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，
１１０Ｃ，１１０Ｄ，１１０Ｅと、加熱炉ユニット１１
０Ｇ，１１０Ｈとから構成されており、これらの加熱炉
ユニット１１０Ａ，…，１１０Ｈの構成は基本的に同じ
ものである。加熱炉ユニット１１０Ａ，…，１１０Ｈの
詳細な構成については、図３及び図４用いて後述する。
プリヒート部１００Ａは、被加熱物１０を、例えば、１
６０〜２００℃まで加熱して、被加熱物１０であるプリ
ント基板や、このプリント基板の上に搭載されている電
子部品の温度を上昇させる。はんだ付け部１００Ｂは、
被加熱物１０を融点以上の，例えば、２４０℃まで加熱
して半田を溶融し、プリント基板と電子部品をはんだ付
けする。

【００１４】冷却部２００は、冷却ユニット２１０Ａ，
２１０Ｂから構成されており、これらの冷却ユニット２
１０Ａ，２１０Ｂの構成は基本的に同じものである。加
熱炉ユニット１１０Ａ，…，１１０Ｈの詳細な構成につ
いては、図５を用いて後述する。冷却部２００は、例え
ば、２４０℃まで加熱されている被加熱物１０を常温ま
で急速冷却して、はんだを固着させ、はんだ付けを完了
する。

【００１５】不活性ガスチャンバ３１０は、入口側に開
閉部３１２を備えている。不活性ガスチャンバ３２０
は、出口側に開閉部３２２を備えている。開閉部３１
２，３２２は、開閉可能なカーテンやドアであり、搬送
コンベア５０によって搬送される被加熱物１０を、不活
性ガスチャンバ３１０内部に搬入する場合や、不活性ガ
スチャンバ３２０から搬出する場合に開いて、被加熱物
１０の搬入・搬出を可能にするとともに、それ以外のと
きは閉じていて、連続加熱炉部１００や、冷却部２００
や、不活性ガスチャンバ３１０，３２０内の窒素ガスの
ような不活性ガスが外部に流出するのを低減するように
している。連続加熱炉部１００や、冷却部２００や、不
活性ガスチャンバ３１０，３２０内は、不活性ガスが導
入されており、はんだが溶融した際の表面酸化を低減す
るようにしている。

【００１６】次に、本実施形態によるはんだ付け装置の
動作について説明する。被加熱物１０は、搬送コンベア
５０によって、不活性ガスチャンバ３１０内に搬入され
る。被加熱物１０の搬入時に、開閉部３１２が開き、被
加熱物１０の搬入後開閉部３１２が閉じる。被加熱物１
０は、搬送コンベア５０によって、連続加熱炉部１００
のプリヒート部１００Ａに搬送される。プリヒート部１
００Ａの加熱炉ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０
Ｃ，１１０Ｄ，１１０Ｅの内部雰囲気は、それぞれ、例
えば、１８０℃に保たれている。搬送コンベア５０によ
って搬送される被加熱物１０は、加熱炉ユニット１１０
Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ，１１０Ｄ，１１０Ｅによって
徐々に加熱され、加熱炉ユニット１１０Ｅでは、最終的
に内部の雰囲気温度（例えば、１８０℃）まで被加熱物
１０であるプリント基板及びその上に搭載された電子部
品が加熱される。

【００１７】次に、被加熱物１０は、搬送コンベア５０
によって、連続加熱炉部１００のはんだ付け部１００Ｂ
に搬送される。はんだ付け部１００Ｂの加熱炉ユニット
１１０Ｇ，１１０Ｈの内部雰囲気は、それぞれ、例え
ば、２４０℃に保たれている。搬送コンベア５０によっ
て搬送される被加熱物１０は、加熱炉ユニット１１０
Ｇ，１１０Ｈによってそれぞれ加熱され、加熱炉ユニッ
ト１１０Ｈでは、最終的に内部の雰囲気温度（例えば、
２４０℃）まで被加熱物１０であるプリント基板及びそ
の上に搭載された電子部品が加熱され、はんだが溶融す
る。

【００１８】次に、被加熱物１０は、搬送コンベア５０
によって、冷却部２００に搬送される。冷却部２００の
冷却ユニット２１０Ａ，２１０Ｂの内部には、例えば、
３０℃まで冷却した空気及び不活性ガスによって、低温
状態に保たれている。搬送コンベア５０によって搬送さ
れる被加熱物１０は、冷却ユニット２１０Ａによって例
えば、６０〜８０℃まで冷却され、さらに、冷却ユニッ
ト２１０Ｂによって例えば３０℃まで冷却される。

【００１９】常温まで冷却された被加熱物１０は、搬送
コンベア５０によって、不活性ガスチャンバ３２０から
搬出される。被加熱物１０の搬出時に、開閉部３２２が
開き、被加熱物１０の搬出後開閉部３２２が閉じる。

【００２０】次に、図２を用いて、本実施形態によるは
んだ付け装置によってはんだ付けされる被加熱物の一例
について説明する。図２は、本発明の一実施形態による
はんだ付け装置によってはんだ付けされる被加熱物の一
例の構成を示す斜視図である。

【００２１】被加熱物１０は、プリント基板１２と、そ
の上に搭載され、はんだ付けされる電子部品１４とから
構成されている。プリント基板１２には、予め配線が形
成されると共に、電子部品１４の搭載位置には、はんだ
ペーストが印刷されている。電子部品１４としては、例
えば、ＳＯＰタイプのＩＣ１４Ａや、ＱＦＰタイプのＩ
Ｃ１４Ｂや、抵抗，コンデンサ等のチップ部品１４Ｃ
や、電解コンデンサ１４Ｄ等がある。ここで、アルミ電
解コンデンサの耐熱温度は、例えば、２５０℃である。
また、本発明者らの研究によると、黒色モールドのＳＯ
ＰタイプのＩＣ１４Ａでは、照射する赤外線の波長によ
って、温度制御の容易性が異なることが判明した。例え
ば、１μｍ以下の波長の赤外線は、黒色モールドに吸収
され易すいため、温度が上昇しやすく、所定温度になる
ようにする温度制御が困難である。また、２０μｍ以上
の波長の赤外線は、黒色モールドに吸収され難いため、
温度が上昇し難く、所定温度になるようにする温度制御
が困難である。

【００２２】次に、図３及び図４を用いて、本実施形態
によるはんだ付け装置に用いる加熱炉ユニット１１０の
構成について説明する。図３は、本発明の一実施形態に
よるはんだ付け装置に用いる加熱炉ユニットの構成を示
す断面図である。図３に示したＸ，Ｙ，Ｚ軸は、図１の
Ｘ，Ｙ，Ｚ軸に等しいものであり、図３の加熱炉ユニッ
ト１１０は、図１の加熱炉ユニット１１０Ａ，…，１１
０ＨのＸ−Ｚ面の断面図である。図４は、本発明の一実
施形態によるはんだ付け装置に用いる加熱炉ユニットに
用いる輻射板の構成を示す平面図である。

【００２３】本実施形態による加熱炉ユニット１１０
は、流体を送風する機構として、モータ１２０とブロア
ファン１２２とを備えている。ブロアファン１２２は、
シャフト１２４によってモータ１２０の回転軸に連結さ
れている。シャフト１２４は、図示しない軸受によって
支承されている。また、本実施形態による加熱炉ユニッ
ト１１０は、多孔質板１３０と、鋳込みヒータ１４０
と、輻射板１５０とを備えている。鋳込みヒータ１４０
と輻射板１５０の被加熱物１０に面する側には、表面処
理部１４２，１５２が形成されている。鋳込みヒータ１
４０は、その内部に棒ヒータ１４４が鋳込まれて形成さ
れている。また、鋳込みヒータ１４０は、複数のスリッ
ト１４６が形成されている。さらに、搬送コンベア５０
による被加熱物１０の搬送方向（Ｘ方向）の前後には、
それぞれ、ケーシング１６０Ａ，１６０Ｂが設けられて
おり、その内部には、流体通路１６２Ａ，１６２Ｂが形
成されている。

【００２４】なお、図３に示す状態は、搬送コンベア５
０の上半分の加熱炉ユニットの構成にについて示してお
り、搬送コンベア５０の下側にも、モータ１２０と、ブ
ロアファン１２２と、多孔質板１３０と、鋳込みヒータ
１４０と、輻射板１５０とからなる加熱炉ユニットが備
えられており、搬送コンベア５０上の被加熱物１０を上
下方向から加熱する構成となっている。

【００２５】モータ１２０によって回転するブロアファ
ン１２２は、背面側の流体（例えば、空気や不活性ガ
ス）を吸引して加圧して、矢印Ｂ１方向に空間Ｃに送風
する。空間Ｃは、ケーシングと多孔質板１３０によって
仕切られた空間である。但し、多孔質板１３０には、多
数の孔が形成されているため、鋳込みヒータ１４０や輻
射板１５０の方に連通している。空間Ｃは、以上のよう
に、多孔質板１３０を介してのみ他の空間と連通してい
るため、内部の流体圧が上昇する。内部圧の上昇した流
体は、多孔質板１３０の多数の孔から輻射板１５０の方
向に噴出する。多孔質板１３０から噴出した流体は、鋳
込みヒータ１４０によって加熱され、スリット１４６か
ら輻射板１５０の方向（矢印Ｂ２方向）に噴出する。

【００２６】このようにして、ブロアファン１２２によ
って加圧された流体は、空間Ｃにおいて所定圧まで加圧
された後、多孔質板１３０から噴出するようにしている
ため、例えば、ブロアファン１２２から噴き出す流体の
速度分布があっても、空間Ｃの内部圧が一定圧まで上昇
するため、多孔質板１３０から噴出する流体の速度のば
らつきを低減して、ほぼ一定速度の流体とすることがで
きる。鋳込みヒータ１４０のスリット１４６から噴出す
る流体の速度は、例えば、２０ｍ／ｓと高速でかつ一定
である。本実施形態では、高速で加熱された流体を、被
加熱物１０に吹きつけることにより、熱交換効率を向上
して、被加熱物１０の温度を速やかに上昇させるように
している。

【００２７】また、多孔質板１３０の材料として、プラ
チナ（Ｐｔ）・銅（Ｃｕ）・マンガン（Ｍｎ）の合金を
用いることにより、多孔質板１３０に、フラックスを分
解する触媒作用を持たせることができる。後述するよう
に、被加熱物１０に吹きつけられた加熱流体は、流体通
路１６２を介して、ブロアファン１２２より空間Ｃに環
流される。被加熱物１０のはんだが溶融するとフラック
スが発生するが、このフラックスが空間Ｃに環流され
る。ここで、多孔質板１３０の表面に付着したフラック
スは、ラチナ（Ｐｔ）・銅（Ｃｕ）・マンガン（Ｍｎ）
の触媒作用を有する合金によって分解され、多孔質の目
詰まりを防止することができる。多孔質板１３０は、加
熱炉ユニット１１０から取り外すことが可能であり、取
り外してフラックスを除去することも可能である。

【００２８】ここで、図４を用いて、輻射板１５０の構
成について説明する。輻射板１５０には、複数の小孔１
５４が形成されている。複数の小孔１５４は、互いに正
三角形の頂点の位置に形成されており、燐列する小孔間
の距離Ａ１，Ａ２，Ａ３は、等しくなっている。小孔１
５４の直径は、φ２〜φ５（ｍｍ）としており、例え
ば、φ３．５（ｍｍ）としている。このとき、燐列する
小孔間の距離Ａ１，Ａ２，Ａ３は、２０（ｍｍ）として
いる。このような小孔１５４の寸法，配置とすることに
より、輻射板１５０から矢印Ｂ３方向に噴出する流体を
カルマン渦を有する乱流とすることができる。鋳込みヒ
ーター１４０のスリット１４６から噴出する流体は、ほ
ぼ層流であり、その速度は、前述したように、例えば、
２０ｍ／ｓと高速流体である。この高速流体を層流状態
のまま、被加熱物１０に吹きつけると、その流速によ
り、被加熱物１０上の電子部品が飛ばされたり、位置ズ
レが発生する。プリント基板のはんだペーストの上に載
置された電子部品は、単にはんだペースト上に載せられ
ているだけであり、特に固定されていないため、高速流
体によって容易に位置ズレが発生する。このような位置
ズレを防止するため、小孔１５４の形成された輻射板１
５０を用いることにより、被加熱物１０に吹きつけられ
る高速流体を乱流として、電子部品の位置ズレ等を防止
するようにしている。なお、小孔１５４の配置は、正三
角形の頂点に配置する場合に限らず、２等辺三角形の頂
点に配置することも可能である。即ち、小孔１５４間の
距離Ａ１＝Ａ２とし、Ａ１＞Ａ３とすることもできる。

【００２９】輻射板１５０から吹き出す加熱流体の温度
は、温度センサによって検出され、ヒーター１４０に対
する通電量を制御することにより、加熱流体の温度を所
定温度（例えば、プリヒータ部１００Ａでは１８０℃、
はんだ付け部１００Ｂでは２４０℃）に制御することが
できる。

【００３０】被加熱物１０に吹きつけられた加熱流体
は、ケーシング１６０Ａ，１６０Ｂの中の流体通路１６
２Ａ，１６２Ｂからブロアファン１２２によって吸引さ
れ、環流される。ここで、流体通路１６２Ａの幅Ｗ１
は、流体通路１６２Ｂの幅Ｗ２よりも広くしている。即
ち、搬送コンベア５０による被加熱物１０の搬送方向に
形成された流体通路１６２Ａの幅Ｗ１は、逆搬送方向に
形成された流体通路１６２Ｂの幅Ｗ２よりも広くしてい
る。幅Ｗ１は、例えば、１０ｃｍであり、幅Ｗ２は、例
えば、２０ｃｍである。図１に示したように、加熱炉ユ
ニット１１０Ａ，…，１１０Ｈは、搬送方向に縦列に接
続されている。従って、図３に示すように、加熱炉ユニ
ット１１０の逆搬送方向には、縦列接続された他の加熱
炉ユニット１１０’の流体通路１６２Ａ’が並列に設け
られている。流体通路１６２Ａ’の幅Ｗ１は、流体通路
１６２Ｂの幅Ｗ２よりも広いため、被加熱物１０に吹き
つけられた加熱流体は、矢印Ｂ４の流れとして、隣接す
る加熱炉ユニット１１０’側に吸引される量が、矢印Ｂ
５の流れとして、自らの加熱炉ユニット１１０に吸引さ
れる量よりも多くすることができる。その結果、図１に
示した加熱炉ユニット１１０Ａ，…，１１０Ｈの内部に
は、加熱炉ユニット１１０Ｈから加熱炉ユニット１１０
Ａの方向に向かう流体の流れを形成することができる。
加熱炉ユニット１１０Ａ，…，１１０Ｅの内部温度は、
加熱炉ユニット１１０Ｇ，１１０Ｈの内部温度よりも低
いため、加熱炉ユニット１１０Ｅから加熱炉ユニット１
１０Ｇの方向に向かう流体の流れが形成されると、加熱
炉ユニット１１０Ｇの内部温度が低下することになる
が、加熱炉ユニット１１０Ｇから加熱炉ユニット１１０
Ｈ方向への加熱流体の流れを形成することにより、加熱
炉ユニット１１０Ｇ，１１０Ｈの内部温度の低下を防止
することができる。

【００３１】次に、表面処理部１４２，１５２の機能に
ついて説明する。表面処理部１４２は、鋳込みヒーター
１４０の表面に形成されたセラミック溶射膜である。ま
た、表面処理部１５２も、同様に、輻射板１５０の面に
形成されたセラミック溶射膜である。前述したように、
特に、黒色モールドのＳＯＰタイプのＩＣ１４Ａでは、
照射する赤外線の波長によって、温度制御の容易性が異
なるため、１μｍ以上で、２０μｍ以下の波長の赤外線
を、被加熱物１０に照射するようにした方がより正確な
温度制御が可能であることが判明している。表面処理部
１４２，１５２は、１〜２０μｍ以外の波長の赤外線を
吸収して、１〜２０μｍの範囲の波長の赤外線を被加熱
物１０に照射するために用いられている。また、鋳込み
ヒーター１４０の棒ヒーターの外周材及び輻射板１５０
の材料として、アルミニュウムを用いることにより、１
μｍ以下の波長の赤外線の放射を抑制するようにしてい
る。

【００３２】表面処理部１４２，１５２として、例え
ば、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）・チタニア（ＴｉＯ₂）を主
成分とするセラミック溶射膜としたとき、この表面処理
部１４２，１５２から放射される赤外線の放射波長を、
９±１（μｍ）とすることができる。この放射波長の放
射率は、０．９８である。また、表面処理部１４２，１
５２の耐用温度は、５４０℃であり、十分使用に耐えう
るものである。このように、放射される赤外線の放射波
長が、９±１（μｍ）であり、放射率が、０．９８が赤
外線を被加熱物に放射するようにしたところ、被加熱物
の加熱温度ばらつき（ΔＴ）を、５℃とすることがで
き、２３０〜２４０℃の範囲に制御することが可能であ
った。

【００３３】なお、他のセラミック溶射膜としては、例
えば、クロミア（Ｃｒ₂Ｏ₃）を主成分とするセラミック
溶射膜（赤外線の放射波長：１２±１（μｍ），放射
率：０．９７）を用いることもできる。さらには、アル
ミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を主成分とするセラミック溶射膜（赤
外線の放射波長：９±１（μｍ），放射率：０．９３）
や、チタニア（ＴｉＯ₂）を主成分とするセラミック溶
射膜（赤外線の放射波長：７±５（μｍ），放射率：
０．８５）や、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）・ジルコニア（Ｚ
ｒＯ₂）を主成分とするセラミック溶射膜（赤外線の放
射波長：９±１（μｍ），放射率：０．９８）や、ジル
コニア（ＺｒＯ₂）・イットリア（Ｙ₂Ｏ₃）を主成分と
するセラミック溶射膜（赤外線の放射波長：１１±２
（μｍ），放射率：０．９５）を用いることもできる。

【００３４】なお、上述した例では、２つの表面処理部
１４２，１５２を用いるものとしたが、一方のみを用い
るようにしてもよいものである。例えば、表面処理部１
５２は、薄板状の輻射板１５０の表面に溶射により形成
されるため、鋳込みヒーター１４０の表面に形成される
表面処理部１４２に比べて溶射が容易であり、安価に製
造することができる。

【００３５】次に、図５を用いて、本実施形態によるは
んだ付け装置に用いる冷却ユニット２１０の構成につい
て説明する。図５は、本発明の一実施形態によるはんだ
付け装置に用いる冷却ユニットの構成を示す断面図であ
る。図５に示したＸ，Ｙ，Ｚ軸は、図１のＸ，Ｙ，Ｚ軸
に等しいものであり、図５の冷却ユニット２１０は、図
１の冷却ユニット２１０Ａ，２１０ＢのＹ−Ｚ面の断面
図である。

【００３６】本実施形態による冷却ユニット２１０は、
流体を送風する機構として、モータ２２０とブロアファ
ン２２２とを備えている。ブロアファン２２２は、シャ
フト２２４によってモータ２２０の回転軸に連結されて
いる。シャフト２２４は、図示しない軸受によって支承
されている。また、本実施形態による冷却ユニット２１
０は、多孔質板２３０と、水冷式熱交換器２４０と、ヒ
ートシンク２５０と、不活性ガスパイプ２６０とを備え
ている。さらに、搬送コンベア５０による被加熱物１０
の搬送方向に直交する方向（Ｙ方向）の左右には、それ
ぞれ、ケーシング２７０Ｃ，２７０Ｄが設けられてお
り、その内部には、流体通路２７２Ｃ，２７２Ｄが形成
されている。

【００３７】モータ２２０によって回転するブロアファ
ン２２２は、背面側の流体（例えば、空気や不活性ガ
ス）を吸引して加圧して、矢印Ｂ１１方向に空間Ｄに送
風する。空間Ｄは、ケーシング２７０と多孔質板２３０
によって仕切られた空間である。但し、多孔質板２３０
には、多数の孔が形成されているため、搬送コンベア５
０の方に連通している。空間Ｄは、以上のように、多孔
質板２３０を介してのみ他の空間と連通しているため、
内部の流体圧が上昇する。内部圧の上昇した流体は、多
孔質板２３０の多数の孔から搬送コンベア５０の方向に
噴出する。

【００３８】このようにして、ブロアファン２２２によ
って加圧された流体は、空間Ｄにおいて所定圧まで加圧
された後、多孔質板２３０から噴出するようにしている
ため、例えば、ブロアファン２２２から噴き出す流体の
速度分布があっても、空間Ｄの内部圧が一定圧まで上昇
するため、多孔質板２３０から噴出する流体の速度のば
らつきを低減して、ほぼ一定速度の流体とすることがで
きる。本実施形態では、高速で冷却された流体を、被加
熱物１０に吹きつけることにより、熱交換効率を向上し
て、被加熱物１０の温度を速やかに下降させるように，
即ち、急速冷却している。また、不活性ガスパイプ２６
０からは、窒素ガスのような不活性ガスが噴出して、被
加熱物１０に吹き付けられ、被加熱物１０を冷却する。
不活性ガスの温度は、例えば、２０℃である。

【００３９】また、多孔質板２４０の材料として、プラ
チナ（Ｐｔ）・銅（Ｃｕ）・マンガン（Ｍｎ）の合金を
用いることにより、多孔質板２４０に、フラックスを分
解する触媒作用を持たせることができる。ここで、多孔
質板２４０の表面に付着したフラックスは、プラチナ
（Ｐｔ）・銅（Ｃｕ）・マンガン（Ｍｎ）の触媒作用を
有する合金によって分解され、多孔質の目詰まりを防止
することができる。多孔質板２４０は、冷却ユニット２
１０から取り外すことが可能であり、取り外してフラッ
クスを除去することも可能である。

【００４０】被加熱物１０に吹きつけられた冷却用流体
は、ケーシング２７０Ｃ，２７０Ｄの中の流体通路２７
２Ｃ，２７２Ｄからブロアファン２２２によって吸引さ
れ、環流される。被加熱物１０からブロアファン２２２
に至る環流流路には、水冷式熱交換器２４０及びヒート
シンク２５０が配置されており、被加熱物１０の冷却に
よって昇温した冷却用流体を再冷却する。

【００４１】ここで、図１に示したように、冷却部２０
０は、搬送コンベア５０による搬送方向に縦列接続され
た２個の冷却ユニット２１０Ａ，２１０Ｂから構成され
ている。図５に実線で示した冷却ユニット２１０を、図
１の冷却ユニット２１０Ｂ（搬送方向に接続されたも
の）とし、流体通路２７２Ｃ，２７２Ｄの幅をＷ３とす
る。一方、図５に波線で示すように、冷却ユニット２１
０Ｂの搬送方向とは逆方向に接続される冷却ユニット２
１０Ａの流体通路２７２Ｃ’，２７２Ｄ’の幅をＷ４と
しており、幅Ｗ４は、幅Ｗ３よりも広くしている。幅Ｗ
４は、例えば、２０ｃｍであり、幅Ｗ３は、例えば、１
０ｃｍである。従って、流体通路２７２Ｃ’，２７２
Ｄ’の幅Ｗ４は、流体通路２７２Ｃ，２７２Ｄの幅Ｗ３
よりも広いため、冷却ユニット２１０Ｂにおいて被加熱
物１０に吹きつけられた冷却用流体は、隣接する冷却ユ
ニット２１０Ａ側に吸引される量が、自らの冷却ユニッ
ト２１０Ｂに吸引される量よりも多くすることができ
る。その結果、図１に示した冷却ユニット２１０Ａ，２
１０Ｂの内部には、冷却ユニット２１０Ｂから冷却ユニ
ット２１０Ａの方向に向かう冷却用流体の流れを形成す
ることができる。

【００４２】冷却ユニット２１０Ｂの搬送方向側には、
出口側に開閉部３２２を備えている不活性ガスチャンバ
３２０が配置されており、被加熱物１０を搬出する際
に、不活性ガスチャンバ３２０の開閉部３２２からの不
活性ガスの流出が避けられないものである。しかしなが
ら、本実施形態においては、冷却ユニット２１０Ｂから
冷却ユニット２１０Ａの方向に向かう冷却用流体の流れ
を形成することができることから、不活性ガスの流出量
を低減することができる。従って、高価な不活性ガスの
消費量を低減することができる。

【００４３】また、本実施形態では、高速の均一な流れ
（流速）を冷却用流体を被加熱物に吹き付けることによ
って、冷却の熱交換効率を高くして、被加熱物を急速に
冷却するようにしている。従って、はんだ内部組織を微
細化することができる。また、はんだ中のＡｇ₃Ｓｎ針
状結晶を抑制することができる。さらに、被加熱物の導
体と電子部品のはんだ付け部から剥離するはんだ付け不
良を抑制することもできる。

【００４４】次に、図６を用いて、本実施形態によるは
んだ付け装置に用いる他の加熱炉ユニット１１０’の構
成について説明する。図６は、本発明の一実施形態によ
るはんだ付け装置に用いる他の加熱炉ユニットの構成を
示す断面図である。図６に示したＸ，Ｙ，Ｚ軸は、図１
のＸ，Ｙ，Ｚ軸に等しいものであり、図６の加熱炉ユニ
ット１１０’は、図１の加熱炉ユニット１１０Ａ，…，
１１０ＨのＸ−Ｚ面の断面図である。なお、図３と同一
符号は同一部分を示している。

【００４５】本実施形態による加熱炉ユニット１１０’
は、図３に示した加熱炉ユニット１１０と同様に、モー
タ１２０と、ブロアファン１２２、多孔質板１３０と、
輻射板１５０とを備えている。本実施形態においては、
ヒーター１４０Ａの構成が異なっている。

【００４６】ヒーター１４０Ａは、棒ヒーター１４４
と、この棒ヒーター１４４に取り付けられた放熱フィン
１４８とから構成されている。放熱フィン１４８は、図
中のＹ方向に整列した複数枚フィンから構成され、棒ヒ
ーター１４４からの赤外線放射を広く均一に行うように
している。なお、放熱フィンとしては、棒ヒーター１４
４の外周に、螺旋状に巻き付けるようにしたものを用い
ることもできる。

【００４７】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、多孔質板を用いて圧力を高め、多孔から均一な流速
の高速加熱用流体をヒーターによって加熱して、高速な
加熱用流体とするとともに、輻射板を用いて、カルマン
渦の乱流を形成した後、被加熱物体に吹き付けることに
より、被加熱物を高速で均一に加熱することができる。
従って、被加熱物の温度差を低減することができる。特
に、鉛フリーはんだにおいては、はんだの融点と電子部
品の耐熱温度の差が少ないため、均一加熱を行えること
により、電子部品に温度的なダメージを与えることな
く、鉛フリーはんだを溶融して、はんだ付けを行うこと
ができる。また、表面処理部を備えることにより、遠赤
外線波長１μmから２０μmの波長を被加熱物に照射し
て、黒色モールドのＩＣ等の温度も耐熱温度以下となる
ように、容易に制御することが可能となる。さらに、加
熱部では、加熱流体を被加熱物の搬送方向とは逆方向に
流すことにより、はんだ付け部の温度が低下することを
防止できる。また、冷却部では、冷却用流体を被加熱物
の搬送方向とは逆方向に流すことにより、不活性ガスの
消費量を低減することができる。また、さらに、被加熱
物を急冷化することによって、はんだ内部組織の微細
化、はんだ中のＡｇ₃Ｓｎ針状結晶の抑制及び被加熱物
の導体と電子部品のはんだ付け部から剥離するはんだ付
け不良を抑制することができる。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、鉛フリーはんだを用い
るはんだ付け装置において、プリント基板およびその搭
載電子部品を均一に加熱でき、電子部品に温度的なダメ
ージを与えることなく、はんだ付けを行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態によるはんだ付け装置の全
体構成を示す正面図である。

【図２】本発明の一実施形態によるはんだ付け装置によ
ってはんだ付けされる被加熱物の一例の構成を示す斜視
図である。

【図３】本発明の一実施形態によるはんだ付け装置に用
いる加熱炉ユニットの構成を示す断面図である。

【図４】本発明の一実施形態によるはんだ付け装置に用
いる加熱炉ユニットに用いる輻射板の構成を示す平面図
である。

【図５】本発明の一実施形態によるはんだ付け装置に用
いる冷却ユニットの構成を示す断面図である。

【図６】本発明の一実施形態によるはんだ付け装置に用
いる他の加熱炉ユニットの構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１０…被加熱物５０…搬送コンベア１００…連続加熱炉部１００Ａ…プリヒート部１００Ｂ…はんだ付け部１１０…加熱炉ユニット１２０，２２０…モータ１２２，２２２…ブロアファン１３０，２３０…多孔質板１４０…鋳込みヒータ１４２，１５２…表面処理部１５０…輻射板１６０，２７０…ケーシング２００…冷却部２１０…冷却ユニット２４０…水冷式熱交換器２５０…ヒートシンク２６０…不活性ガスパイプ３１０，３２０…不活性ガスチャンバ３１２，３２２…開閉部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000232999 株式会社日立カーエンジニアリング茨城県ひたちなか市高場2477番地 (72)発明者椋野秀樹茨城県ひたちなか市高場2477番地株式会社日立カーエンジニアリング内 (72)発明者田代和美茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者有田秀顕茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者金井紀洋士茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者岡野輝男埼玉県狭山市大字上広瀬591番地11 株式会社タムラエフエーシステム内 (72)発明者山下文弘埼玉県狭山市大字上広瀬591番地11 株式会社タムラエフエーシステム内 (72)発明者松久正一郎埼玉県狭山市大字上広瀬591番地11 株式会社タムラエフエーシステム内 (72)発明者今井英和埼玉県狭山市大字上広瀬591番地11 株式会社タムラエフエーシステム内Ｆターム(参考） 5E319 AA03 AB01 AB05 BB05 CC49 CD35 CD51

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】送風機から送られる流体をヒーターによっ
て加熱し、この加熱流体を被加熱物に吹き付けて被加熱
物を加熱する加熱炉ユニットを有するはんだ付け装置に
おいて、上記送風機と上記ヒーターとの間に配置され、上記送風
機から送られる流体の圧力を均一にするとともに、上記
ヒーターに対して通風可能な複数の孔を有する多孔質体
と、上記ヒーターと上記被加熱物の間に配置され、上記ヒー
ターによって加熱された流体を乱流として上記被加熱物
に吹き付ける輻射板とを備えたことを特徴とするはんだ
付け装置。
【請求項２】請求項１記載のはんだ付け装置において、上記加熱炉ユニットは、さらに、上記輻射板若しくは上記ヒーターの少なくとも一方であ
って、上記被加熱物側に設けられ、上記ヒーターから放
射される赤外線のうち、１μm以下及び２０μm以上の赤
外線波長を吸収する吸収体を備えたことを特徴とするは
んだ付け装置。
【請求項３】請求項１記載のはんだ付け装置において、上記加熱炉ユニットを上記被加熱物の搬送方向に複数個
接続するとともに、上記被加熱物の搬送方向と逆方向に
流体の流れを形成することを特徴とするはんだ付け装
置。
【請求項４】請求項１記載のはんだ付け装置において、
さらに、上記加熱炉ユニットによって加熱された被加熱物を冷却
する冷却ユニットを備え、この冷却ユニットは、冷却用流体を上記被加熱物に吹き付ける送風機と、被加熱物によって昇温した流体を冷却する冷却器と、上記送風機と上記被加熱物との間に配置され、上記送風
機から送られる流体の圧力を均一にするとともに、上記
被加熱物に対して通風可能な複数の孔を有する多孔質体
とを備えたことを特徴とするはんだ付け装置。
【請求項５】請求項４記載のはんだ付け装置において、上記冷却ユニットを上記被加熱物の搬送方向に複数個接
続するとともに、上記被加熱物の搬送方向と逆方向に流
体の流れを形成することを特徴とするはんだ付け装置。