JP2001308511A - リフローはんだ付け方法およびその装置 - Google Patents

リフローはんだ付け方法およびその装置

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JP2001308511A
JP2001308511A JP2000118277A JP2000118277A JP2001308511A JP 2001308511 A JP2001308511 A JP 2001308511A JP 2000118277 A JP2000118277 A JP 2000118277A JP 2000118277 A JP2000118277 A JP 2000118277A JP 2001308511 A JP2001308511 A JP 2001308511A
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wiring board
printed wiring
reflow
furnace
heat sources
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Kazuhiko Tanabe
一彦 田辺
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NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 リフローはんだ付けの際、プリント配線基板
内の多数箇所における温度差を小さくし、プリント配線
基板や搭載部品に対して熱損傷を与えないようにする。 【解決手段】 ソルダペーストが印刷され、接続したい
部品を搭載したプリント配線基板1をリフロー炉9内に
搬送コンベア8で搬送し、炉内に設置した熱源によって
プリント配線基板1を加熱して部品のはんだ付けを行な
う際、リフロー炉9内に複数設置してある上部熱源2、
下部熱源3、左右熱源4によってプリント配線基板1の
はんだ付け部分を設定温度に制御することを特徴とする
リフローはんだ付け方法および装置である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、プリント配線基板
にあらかじめ印刷供給されたソルダペースト(はんだ)
を加熱溶融して実装電子部品などのはんだ付けを行なう
リフローはんだ付け方法およびその装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】リフロー炉内でIC等の表面実装部品を
プリント配線基板上にはんだ付けする従来のリフローは
んだ付け方法について説明する。従来のリフローはんだ
付け方法は、まず、プリント配線基板のはんだ付けした
い部分にソルダペースト(はんだ)をメタルマスク(ス
テンシル)を用いて印刷供給し、その後、ソルダペース
ト上に表面実装部品を搭載し、リフロー炉を通過させて
ソルダペーストを溶融させることによって表面実装部品
をプリント配線基板上にはんだ付けする方法である。
【0003】この方法に使用する従来のリフローはんだ
付け装置は、長いトンネル構造のリフロー炉を有し、リ
フロー炉内はプリント配線基板の搬送方向に沿って順に
予備加熱ゾーン、本加熱ゾーン、冷却ゾーンが設けら
れ、予備加熱ゾーンと本加熱ゾーンには搬送方向と平行
に上下にヒータが設置されている。また、加熱方式とし
ては、赤外線ヒータを用いて輻射熱によって加熱を行な
う方法と、加熱用ヒータを用いて炉内雰囲気を加熱し、
この加熱雰囲気を送風機で循環させて生ずる熱風によっ
て加熱を行なう方法がある。
【0004】この従来のリフローはんだ付け装置につい
て、赤外線加熱方式と熱風加熱方式とを併用させた併用
型のはんだ付け装置を例にとって説明する。図3は赤外
線加熱と熱風加熱とを併用させたリフロー炉を示す縦断
面図である。
【0005】この併用型のリフロー炉としては、例えば
特開平8−195552号公報に示されているように、
リフロー炉38内に搬送コンベア32を設置し、搬送コ
ンベア32で搬送されるプリント配線基板31を加熱す
るための雰囲気を遠心送風機33で循環させ、この循環
雰囲気を雰囲気加熱用ヒータ34で加熱し、循環送風量
を調節するとともに雰囲気の温度を雰囲気温度測定用セ
ンサ36で検出して対流伝熱量を制御し、プリント配線
基板31を加熱する赤外線ヒータ35の温度を表面温度
測定用センサ37で検出して輻射伝熱量を制御する構成
となっている。
【0006】赤外線加熱型リフロー炉における加熱に関
し、輻射による固体の加熱は式(1)で表わされる。
【0007】 ρcVdT/dt=εσA(TS 4−T4)……………(1) ここでρ:加熱される物質の密度、c:比熱、V:体
積、ε:輻射率、σ:ボルツマン定数、A:面積、
S:熱源温度、T:測定温度である。
【0008】(1)式において、輻射率εは赤外線の波
長と実装部品の表面状態(色、粗さ、材料など)に依存
する値である。すなわち、物質によって赤外線を反射す
るものと吸収するものとでは温度差が生ずる。例えば、
表面実装部品のボディ(パッケージ本体)は黒いエポキ
シ系樹脂で構成されているため、赤外線を吸収し易く昇
温は速い。
【0009】一方、熱風加熱型リフロー炉においては、
プリント配線基板への対流伝熱量は熱風温度と風量で規
定されるため、熱風温度以上に加熱されないという利点
がある。しかし、この熱風方式では、金属のヒートシン
クを搭載した部品など熱伝導率の高い部品が、他の部品
と比べて昇温速度が速いという問題がある。一般的に
は、赤外線加熱型、熱風加熱型両リフロー炉とも、予備
加熱ゾーンは上下それぞれ一つずつの熱源と、この熱源
に対応した表面温度測定用センサ及び雰囲気温度測定用
センサで構成され、また、本加熱ゾーンは上下それぞれ
二つないし三つの熱源と、これらの熱源に対応した表面
温度測定用センサおよび雰囲気温度測定用センサで構成
されている。
【0010】一方、プリント配線基板に実装される部品
は、部品の軽薄短小化を図るために、例えば、図5に示
すようなパッケージ本体51から導出する接続ピン52
の本数が多いQFP(Quad Flat Packa
ge)や、図6に示すような接続部62がパッケージ本
体61の下にあるBGA(Ball Grid All
ay)のように構成されており、プリント配線基板53
あるいは63との接続部を希望する温度に設定すると、
熱容量の小さい部品表面の温度が高くなるという問題が
ある。
【0011】これらの実状に鑑みて、発明者は、従来の
リフロー炉がプリント配線基板内の多数箇所において温
度差が大きくなる理由について研究してきた結果、被加
熱部分において熱容量が大きく異なっているために、本
加熱ゾーン(予備加熱ゾーン終了時)に搬入された時点
で既に温度差があることが判明した。
【0012】すなわち、この予備加熱ゾーン終了時に温
度差があるのは、予備加熱ゾーンには上下それぞれ一つ
ずつの熱源と、この熱源に対応する表面温度測定用セン
サ及び雰囲気温度測定用センサが設けられているだけな
ので、多数個所のきめ細かい温度測定と制御ができない
という問題点が浮かび上がってきた。
【0013】図4は従来のリフロー炉内の温度プロファ
イルを示す図で、QFP型電子部品をプリント配線基板
に実装する場合を示している。図に示すように、208
ピンQFPを例にとると、リードのはんだ付け部とプリ
ント配線基板中央部との間では、予備加熱ゾーン終了時
にすでに約10℃の温度差があり、本加熱ゾーンの最高
温度時点では約28℃の温度差となっていることが分か
る。また、208ピンQFPのボディとプリント配線基
板中央部との間も、ほぼ同様の温度差となっている。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
リフロー炉では、プリント配線基板内のはんだ付け部、
実装部品表面など、プリント配線基板内の多数の個所で
大きな温度差があり、プリント配線基板の均一加熱は難
しい状況であった。本発明は、プリント配線基板の均一
加熱を可能とすることによって、はんだ付け不良の発生
や実装電子部品への熱損傷を与えることを防止し、信頼
性の高いリフローはんだ付けを行なうことのできるはん
だ付け方法および装置を提供するものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明のリフローはんだ
付け方法は、ソルダペーストが印刷され、接続したい部
品を搭載したプリント配線基板をリフロー炉内に搬送
し、炉内に設置した熱源によって前記プリント配線基板
を加熱して部品のはんだ付けを行なうリフローはんだ付
け方法において、リフロー炉内の上下、左右に複数設置
してある熱源によってプリント配線基板のはんだ付け部
分を設定温度に制御することを特徴とする。
【0016】また、本発明は、リフロー炉内に設置され
た表面温度測定用センサおよび雰囲気温度測定用センサ
によって測定された温度から前記各熱源の印加熱容量を
制御し、プリント配線基板に印加される熱容量を制御す
ることを特徴とすると共に、リフロー炉内のプリント配
線基板の搬送方向に対し直角方向に設置した前記複数の
熱源によって、プリント配線基板を上下、左右方向から
加熱することを特徴とする。
【0017】また、本発明のリフローはんだ付け装置
は、ソルダペーストが印刷され、接続したい部品を搭載
したプリント配線基板を予備加熱ゾーン、本加熱ゾー
ン、冷却ゾーンから構成されるリフロー炉内に搬送し、
炉内に設置した熱源によって前記プリント配線基板を加
熱して部品のはんだ付けを行なうリフローはんだ付け装
置において、前記複数の熱源と表面温度測定用センサお
よび雰囲気温度測定用センサを前記予備加熱ゾーンまた
は本加熱ゾーンのいずれかに設置するか、あるいは予備
加熱ゾーンと本加熱ゾーンの両方に設置することを特徴
とする。
【0018】また、本発明は、リフロー炉内に設置した
前記複数の熱源間に仕切部を設け、それぞれの隣接した
熱源同士は互いに干渉しないことを特徴とし、また、前
記熱源がパネルヒータであることを特徴とする。
【0019】
【発明の実施の形態】次に本発明の一実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図1は本発明のリフローは
んだ付け装置の正面断面図である。また、図2は本発明
のリフローはんだ付け装置の縦断面図である。
【0020】まず、図1に示すように、本発明における
リフローはんだ付け装置は、リフロー炉9内の中央部に
プリント配線基板1を搬送するための搬送コンベア8が
設置されている。そして、搬送コンベア8の上部には上
部熱源2が設けられ、下部には下部熱源3が設けられ、
さらに、左右には左右熱源4が設けられている。各熱源
は、プリント配線基板1に対し複数個が設置され、上部
熱源2と下部熱源3の各々は、仕切板7によって互いに
干渉されない構造となっている。
【0021】また、全ての熱源は、プリント配線基板1
の搬送方向に対して直角となるように設置されている。
そして、上部熱源2、下部熱源3、左右熱源4のそれぞ
れの熱源には、熱源の表面温度測定用センサ6が設置さ
れ、プリント基板1の雰囲気温度を測定する雰囲気温度
測定用センサ5が炉内雰囲気中に設置されている。
【0022】また、本発明のリフローはんだ付け装置
は、図2に示すように、リフロー炉9が予備加熱ゾーン
P、本加熱ゾーンH、冷却ゾーンCから構成されてお
り、リフロー炉9内には、一対の搬送コンベア8が予備
加熱ゾーンPから冷却ゾーンCに向かって走行してい
る。
【0023】搬送コンベア8の上下、左右には、予備加
熱ゾーンPおよび本加熱ゾーンHの所に、図1に示した
上部熱源2、下部熱源3、左右熱源4と、雰囲気温度測
定用センサ5、表面温度測定用センサ6が設置されてい
る。また、冷却ゾーンCには冷却ブロワ10が設置され
ている。
【0024】本発明のリフローはんだ付け装置によれ
ば、複数の熱源と印加熱容量測定センサがプリント基板
の搬送方向に対して直角方向に配置されており、さらに
左右に設けた熱源によって搬送方向の横からも加熱する
ことができる。また、複数の熱源と雰囲気温度測定用セ
ンサ及び表面温度測定用センサは、予備加熱ゾーンだけ
に設置してもよいし、本加熱ゾーンだけでもよい。ある
いは、予備加熱ゾーン、本加熱ゾーンの両方に設置して
もよい。
【0025】また、本発明に用いる熱源は、輻射熱を利
用するパネルヒータが好ましいが、電熱ヒータに送風機
を設置して熱風を対流させてもよいし、両者を併用させ
てもよい。送風機はクロスファン、シロッコファン、プ
ロペラファンなど、送風できるものであればどれでも使
用できる。
【0026】特に、熱源がパネルヒータである場合、上
部および下部のパネルヒータはプリント配線基板1に対
して垂直に熱を印加することができ、さらに、複数のパ
ネルヒータの間には仕切板7が設置されているため熱源
同士が互いに干渉しない構造となっており、多数個所の
きめ細かい温度測定と温度制御を可能としている。
【0027】続いて、本発明のリフローはんだ付け装置
を用いたリフロー方法について、図1、図2を参照して
説明する。まず、はんだ付け部品を搭載したプリント配
線基板1が、リフロー炉9の入口から入れられて搬送コ
ンベア8によって炉内部に搬送される。プリント配線基
板1は予備加熱ゾーンP、続いて本加熱ゾーンHへと搬
送されるが、いずれのゾーンにおいても搬送コンベア8
の上下、左右に設置された熱源2〜4であるパネルヒー
タによって加熱される。このときパネルヒータは仕切板
7によって分離されているので、互いの熱による干渉は
少ない。
【0028】さらに、各パネルヒータに独立して設置さ
れている表面温度測定用センサ6によって、各パネルヒ
ータに対しきめ細かい温度設定を行ない、プリント配線
基板の多数の個所における温度差が小さくなるように制
御を行なう。続いて、リフローはんだ付けが完了したプ
リント配線基板1は冷却ゾーンCに搬送され、冷却ブロ
ワ10で冷却される。
【0029】以上は熱源がパネルヒータの場合であった
が、電熱ヒータによる熱風方式でもよく、この場合はヒ
ータの後部からクロスファン、シロッコファン、プロペ
ラファンなどで送風する熱風を熱源とする。また、本実
施の形態では、熱源は予備加熱ゾーンPおよび本加熱ゾ
ーンHともに上下に3個ずつ、左右に2個ずつであった
が、この数も2個以上であれば何個でもよく、もちろん
熱源についてもパネルヒータと熱風との併用も可能であ
る。
【0030】
【発明の効果】以上説明したごとく、本発明によれば、
プリント配線基板の多数の個所において温度差を小さく
することができるため、プリント配線基板の均一加熱が
可能となり、かつ、はんだ付け不良や搭載電子部品への
熱損傷を与えないという信頼性の高いリフローはんだ付
けを行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のリフローはんだ付け装置の正面断面図
である。
【図2】本発明のリフローはんだ付け装置の縦断面図で
ある。
【図3】従来のリフローはんだ付け装置の正面断面図で
ある。
【図4】従来の炉内温度プロファイルを示す図である。
【図5】QFP型搭載電子部品の外観図である。
【図6】BGA型搭載電子部品の断面図である。
【符号の説明】
1 プリント配線基板 2 上部熱源 3 下部熱源 4 左右熱源 5 雰囲気温度測定用センサ 6 表面温度測定用センサ 7 仕切板 8 搬送コンベア 9 リフロー炉 10 冷却ブロワ 31 プリント配線基板 32 搬送コンベア 33 送風機 34 雰囲気加熱用ヒータ 35 赤外線ヒータ 36 雰囲気温度測定用センサ 37 表面温度測定用センサ 38 リフロー炉 51 パッケージ本体 52 接続ピン 53 プリント配線基板 61 パッケージ本体 62 接続部 63 プリント配線基板
───────────────────────────────────────────────────── 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 3/04 B23K 3/04 B 31/02 310 31/02 310F // B23K 101:42 101:42

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ソルダペーストが印刷され、接続したい
    部品を搭載したプリント配線基板をリフロー炉内に搬送
    し、炉内に設置した熱源によって前記プリント配線基板
    を加熱して部品のはんだ付けを行なうリフローはんだ付
    け方法において、リフロー炉内の上下、左右に複数設置
    してある熱源によってプリント配線基板のはんだ付け部
    分を設定温度に制御することを特徴とするリフローはん
    だ付け方法。
  2. 【請求項2】 リフロー炉内に設置された表面温度測定
    用センサおよび雰囲気温度測定用センサによって測定さ
    れた温度から前記各熱源の印加熱容量を制御し、プリン
    ト配線基板に印加される熱容量を制御することを特徴と
    する請求項1記載のリフローはんだ付け方法。
  3. 【請求項3】 リフロー炉内のプリント配線基板の搬送
    方向に対し直角方向に設置した複数の熱源によって、プ
    リント配線基板を上下、左右方向から加熱することを特
    徴とする請求項1記載のリフローはんだ付け方法。
  4. 【請求項4】 ソルダペーストが印刷され、接続したい
    部品を搭載したプリント配線基板を予備加熱ゾーン、本
    加熱ゾーン、冷却ゾーンから構成されるリフロー炉内に
    搬送し、炉内に設置した熱源によって前記プリント配線
    基板を加熱して部品のはんだ付けを行なうリフローはん
    だ付け装置において、前記複数の熱源と表面温度測定用
    センサおよび雰囲気温度測定用センサを前記予備加熱ゾ
    ーンまたは本加熱ゾーンのいずれかに設置するか、ある
    いは予備加熱ゾーンと本加熱ゾーンの両方に設置するこ
    とを特徴とするリフローはんだ付け装置。
  5. 【請求項5】 リフロー炉内に設置した前記複数の熱源
    間に仕切部を設け、それぞれの隣接した熱源同士は互い
    に干渉しないことを特徴とする請求項4記載のリフロー
    はんだ付け装置。
  6. 【請求項6】 前記熱源がパネルヒータであることを特
    徴とする請求項4記載のリフローはんだ付け装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Effective date: 20040324