JP2001358454A

JP2001358454A - はんだ付け方法およびはんだ付け装置

Info

Publication number: JP2001358454A
Application number: JP2000180716A
Authority: JP
Inventors: Isao Sato; 勲佐藤; Noriyuki Dairoku; 範行大録; Kazuma Miura; 一真三浦; Hideyoshi Shimokawa; 英恵下川; Tetsuya Nakatsuka; 哲也中塚
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-06-12
Filing date: 2000-06-12
Publication date: 2001-12-26

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】熱容量，耐熱性等の異なる多種の電子部品を混
載した電子回路基板に対してはんだ接合温度を均熱化
し、良好なはんだ付け品質を得ることを目的とする。【解決手段】電子部品９を搭載した電子回路基板６を搬
送手段で搬送し、加熱炉による加熱ではんだを溶融させ
て電子部品９を接合させるはんだ付け装置において、電
子回路基板６に実装された電子部品９を加熱もしくは冷
却する手段と、加熱もしくは冷却する手段７を該電子回
路基板６の搬送速度とほぼ同速度で移動させることがで
きる移動手段とを備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子回路基板に搭
載した電子部品を無鉛はんだを用いて接続する技術に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】回路基板に電子部品を実装するはんだ付
け方法には、電子回路基板の挿入穴に挿入した電子部品
を溶融したはんだ噴流ではんだ付けするフローはんだ付
けと、表面実装電子部品等の電子部品を電子回路基板の
パッド上に供給されたペーストはんだ上に搭載した後、
加熱炉で加熱してはんだを溶融してはんだ付けするリフ
ローはんだ付けがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】最近、電子部品実装に
おいて、従来用いられていた錫・鉛共晶はんだ（Ｓｎ−
３７mass％Ｐｂ）から環境への負荷を低減するため鉛を
含まない無鉛はんだが用いられるようになってきた。無
鉛はんだを用いた無鉛はんだ付けでは、無鉛はんだの融
点が従来の錫・鉛はんだより高融点のため、はんだ付け
温度を高くする必要がある。例えば、無鉛はんだ付けに
用いられている錫・銀はんだの融点は２２０℃であり、
従来の錫・鉛はんだの融点１８３℃より約４０℃も高融
点であり、はんだ付け温度を高くする必要性が生じてい
る。しかし、はんだ付け温度を高くすると、電子回路基
板には低耐熱電子部品が混載されているため部品耐熱性
が問題となってくる。例えば、無鉛はんだ付けのリフロ
ーはんだ付け温度は、電解コンデンサー等の低耐熱電子
部品を混載しているのでその熱損傷を防ぐため、高融点
分（約４０℃）を上乗せすることをせず、２４０℃に低
く設定する必要があった。それでも、リフロー温度は、
従来の錫・鉛はんだに比べ２０℃も高温でかつ、リフロ
ー温度とはんだ融点の温度差がせばまって、温度マージ
ンのないリフローはんだ付けとなる。このため、無鉛は
んだ付けでは、電子部品の耐熱性の他、後に説明する熱
容量の大きな電子部品のはんだ付け性が問題となり、従
来より温度バラツキのない温度制御ができるはんだ付け
装置が必要となっている。

【０００４】はんだ付けを行うためのはんだ付け装置に
は、リフローはんだ付け装置やフローはんだ付け装置の
自動はんだ付け装置がある。例えば、リフローはんだ付
け装置は、図５に示す概略図ようにＢＧＡ等の電子部品
を搭載した電子回路基板６を搬送する基板搬送コンベア
１４と、熱せられたヒータ１５による高温雰囲気をファ
ン１６で強制循環させた熱風で電子回路基板の上面を加
熱し、面状ヒータ１７で基板下面を加熱する加熱炉１８
等で構成される。さらに、加熱炉１８は、予熱部１９と
本加熱部２０とで構成される。このリフローはんだ付け
装置では、加熱炉の熱風で電子回路基板の全体を加熱す
るため、電子部品の耐熱性や熱容量にかかわらず全体的
に加熱される。このため、ＢＧＡ，ＣＳＰ等の電子部品
の錫・銀はんだによる無鉛はんだ付けの例では、熱容量
の大きいことに加えて熱風が部品本体で妨げられる影響
ではんだ溶融温度に達せず、はんだ未溶融不良が発生す
るという問題があった。また、アルミ電解コンデンサ
ー，コネクター等の低耐熱性電子部品に対する無鉛はん
だ付けでは、従来より高温の熱風で加熱されるため熱損
傷をうけるという問題があった。

【０００５】本発明は、熱容量，耐熱性等の異なる多種
の電子部品を混載した電子回路基板に対して良好なはん
だ付け品質を得ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、特許請求の範囲の通りに構成したものであ
る。

【０００７】これにより、加熱過程にある間、局部的に
加熱・冷却を行うようにして接合温度を制御して均熱化
をはかり、良好なはんだ品質を得ることができるように
なる。

【０００８】また、複数の加熱もしくは冷却手段を備え
ることで、電子回路基板と電子部品の１箇所以上のはん
だ接合部を局部的に加熱ないしは冷却し、上記電子回路
基板面内の接合温度を均熱化することができる。

【０００９】また、加熱手段と冷却手段とをそれぞれ１
個以上設けることで、電子回路基板と電子部品のはんだ
接合部を局部的に加熱と冷却を同時に行なえるようにな
り、上記電子回路基板面内の接合温度を均熱化すること
ができる。

【００１０】また、ノズルを着脱できるようにすること
で、例えば加熱用ノズルと冷却用ノズルを互いに着脱交
換できるようにして電子回路基板の機種変更による電子
部品及びその位置の変更に対応することができる。

【００１１】また、加熱炉の予熱部に温度検出器を設け
ることで、予熱部における電子回路基板の表面温度を測
定できるようにして予熱時の接合温度の均熱性を検査
し、本加熱過程での加熱，冷却の必要性を判断して、本
加熱時で加熱、冷却を行い、均熱化することができる。

【００１２】また、加熱もしくは冷却手段を搬送コンベ
アに載置することで、電子回路基板の接合部を局部的に
加熱、冷却することで均熱化することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態について、
図１〜図４を用いて説明する。

【００１４】図１は、本発明の一実施形態によるはんだ
付け装置の斜視図である。本発明のはんだ付け装置は、
可動アーム１を有する自走式温度制御ノズル２とノズル
搬送コンベア３と基板検知器４と基板温度検出器５で構
成されている。可動アーム１の先端に取り付けられた温
度制御ノズル２には、実装される電子部品の熱容量，耐
熱性に対応するため加熱用ノズルと冷却用ノズルとを設
けている。例えば、加熱用ノズルでは、温度調節器を付
設したヒータによって加熱した加熱気流を温度制御ノズ
ル２先端から電子回路基板６のパッド７に供給されてい
るペーストはんだ８上に搭載されたＢＧＡ９の大容量電
子部品に向けて局部的に吹き付けてはんだ接合部１０の
接合温度を上昇させる。一方、冷却用ノズルでは、加熱
しない無加熱や冷却気流を温度制御ノズル２の先端から
搭載された電解コンデンサ１１に向けて局部的に吹き付
けて、はんだ接合部１０の接合温度の上昇を抑えるよう
にした。加熱，冷却に用いる気流については、空気の
他、窒素ガス等の不活性ガスでもよい。温度制御ノズル
２については、電子回路基板に実装する電子部品の熱容
量，耐熱性等により接合部の温度制御が必要な数量に応
じて図１の左から右に向かう基板搬送方向に１個以上設
けるようにした。さらに、温度制御が必要な電子部品に
応じて、加熱用ノズルないしは冷却用ノズルの一方の温
度制御ノズルを１個以上設けて加熱ないしは冷却を行う
場合と、加熱用ノズルと冷却用ノズルの両方をおのおの
１個以上設けて、電子回路基板面内で同時に加熱と冷却
を行うことができるようにした。加熱用ノズルの加熱手
段としては、ハロゲン，キセノンランプの集光ビームに
よる赤外線加熱をもちいてもよい。また、加熱手段とし
ては、図２に示す通り、可動アームの先端に温度制御性
にすぐれかつ、着脱交換可能なセラミックヒータ等の着
脱式面状ヒータ１２を取り付けてもよい。冷却手段とし
ては、図３に示す通り可動アームの先端に着脱交換でき
る着脱式熱遮蔽板１３を取り付けてもよい。

【００１５】温度制御ノズル２が取り付けられた可動ア
ーム２は、基板搬送方向と直交する基板直交方向と電子
部品面に向かう垂直方向の２方向に駆動する自動位置決
め機構である。駆動は、サーボモータのパルスにより予
め指定した電子部品の搭載位置さらには高さへ自在に高
速かつ高精度の移動ができる。

【００１６】温度制御ノズル２を基板搬送速度と同速で
搬送するためのノズル搬送コンベア３は、電子回路基板
６の搬送速度に同期してコンベアを基板搬送方向の順方
向から逆方向に周回するコンベア機構になっている。さ
らに、温度制御ノズル２を取り付けた可動アーム１は、
後に述べる基板検知器４からの信号でノズル搬送コンベ
ア３に固定されて基板搬送速度と同速で自走し、加熱炉
に搬送され、加熱，冷却終了後にコンベアから解除され
てリターンするようになっている。これにより、加熱炉
による加熱過程にある間、継続して電子部品の接合温度
の制御が行えるようにしている。なお、ノズル搬送コン
ベアとしては、基板搬送方向のみ基板搬送速度で移動す
ればよく、コンベアの駆動系を２系統にしてリターン速
度を速くすことが好ましい。リターン速度を速くするこ
とで基板が搬入してきたときに温度制御ノズル２を待機
状態にすることができる。なお、回路基板6を一定間隔
で搬送できるようにコンベア等を構成すれば、基板検知
器４は不要となる。

【００１７】また、図示はしていないが、加熱炉の構成
などは図５に示すような従来と同様のものが利用でき
る。図１は温度制御ノズル２を移動させる機構だけに着
目したものである。

【００１８】次に、本発明による一実施例のはんだ付け
装置の動作について説明する。ＢＧＡ９，電解コンデン
サ１１等の電子部品がペーストはんだ８上に搭載された
電子回路基板が図示しない基板搬送コンベアによって加
熱炉に搬送される。搬入してくる電子回路基板６の始端
を加熱炉前に設置した基板検知器４で検知する。その
後、ノズル搬送コンベア３に待機していた温度制御ノズ
ル２が、基板始端から温度制御すべき電子部品位置まで
の距離に対応した時間差に応じた駆動信号により第一の
温度制御ノズルがノズル搬送コンベア３に固定されて、
指定部品の基板搬送方向位置にきて基板搬送速度と同速
で自走し始め、加熱炉に搬入される。可動アーム１の指
定部品への位置決めのうち直交位置については、温度制
御ノズル２が待機中に移動させておき、垂直方向につい
ては、搬送中でよい。この温度制御ノズル２が加熱、冷
却し始めるタイミングは指定部品の位置決め終了後が他
部品への影響も無く望ましい。この自走式温度制御ノズ
ル２は、加熱炉にある間、加熱，冷却を継続して設定温
度にして回路基板全面においてはんだ接合部を均熱化す
る。均熱化する加熱過程については、電解コンデンサ等
については、加熱過程の間、電子部品を加熱手段から保
護する必要から本加熱部までの冷却が必要である。この
点から、冷却用ノズルには、部品の仮接着性，設備の簡
便性から着脱式熱遮蔽板１３が好ましい。予熱部で加
熱，冷却を終えた電子回路基板については、電子部品温
度を基板温度検出器で測定し、本加熱部における加熱の
必要性を確認する。本加熱部の加熱の必要がある場合
は、予めはんだ溶融温度との温度差対応した設定温度で
加熱を継続する。予熱部，本加熱部で加熱，冷却を終え
た第一の温度制御ノズル２は、ノズル搬送コンベア３で
最初の位置にリターンし、次の加熱，冷却に備える。そ
の間、第２，第３の温度制御ノズルについても、他の電
子部品の指定位置の加熱、冷却を第一の温度制御ノズル
２と同様にはんだ付けを行って行く。実施例では、自走
式温度制御ノズルが３個の例で説明したが、必要な個数
に応じてノズル数を搬送方向に増やしたり、ノズル搬送
コンベアをはんだ付け装置の両側に配置してもよい。ま
た、図４に示したように可動アーム１を有する温度制御
ノズル２を、ノズル搬送コンベア３に取り付けずに台座
２１に取り付けて、その台座を電子回路基板の後ろの基
板搬送コンベア上に載置して基板と同速で同走する同走
式温度制御ノズル２２にしてもよい。この場合、可動ア
ームについても、手動アームとすることで低コストで簡
便な局部加熱・冷却装置にすることができる。

【００１９】また、温度制御ノズル２は、電子部品に応
じて加熱もしくは冷却できるように多段に温度設定でき
ることが望ましい。電子部品のタイプに応じて温度設定
を変えるだけでなく、加熱炉内の時間に応じて、例えば
予備部と本加熱部で温度設定を変えてもよい。

【００２０】実施例は、リフローはんだ付け装置の例で
説明したが、フローはんだ付け装置では、基板搬送コン
ベア上の空間がリフローはんだ付け装置以上にあるので
フローはんだ付け装置にも適用できる。

【００２１】以上のように、本実施例によるはんだ付け
装置では、はんだ接合温度の制御が必要な大熱容量，低
耐熱性等の電子部品に対して基板搬送速度と同速で搬送
する自走式温度制御ノズルを設け、加熱過程にある間、
局部的に加熱，冷却を行なうことにより、電子部品のは
んだ接合温度を均熱化することができる。大型化してい
るＢＧＡ等の大熱容量部品の無鉛はんだ付けにおいて
も、加熱過程の間、充分加熱できるのではんだ未溶融を
なくすことができる他、冷却することで電解コンデンサ
等の低耐熱部品に対しても熱損傷なくはんだ付けするこ
とができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、無鉛はんだを用いたは
んだ付けでも、部品の大型化が著しい大熱容量電子部品
や低耐熱電子部品を混載した電子回路基板でのはんだ接
合温度を均熱化できるようになり、はんだ未溶融や熱損
傷等がないはんだ付けをおこなうことができ、良好なは
んだ付け品質を得ることができる。

【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構
成を示す斜視図である。

【図２】本発明の一実施形態によるはんだ付け装置に用
いる加熱用自走式温度制御ノズルに用いる着脱式面状ヒ
ータの構成を示す側面図である。

【図３】本発明の一実施形態によるはんだ付け装置に用
いる冷却用温度制御ノズルに用いる着脱式熱遮蔽板の構
成を示す側面図である。

【図４】本発明の一実施形態によるはんだ付け装置に用
いる同走式温度制御ノズルの構成を示す側面図である。

【図５】従来のリフローはんだ付け装置構成を示す概略
図

【符号の説明】

１…可動アーム２…自走式温度制御ノズル３…ノズル搬送コンベア４…基板検知器５…基板検出器６…電子回路基板７…パッド８…ペーストはんだ９…ＢＧＡ１０…はんだ接合部１１…電解コンデンサ１２…着脱式面状ヒータ１３…着脱式熱遮蔽板１４…基板搬送コンベア１８…加熱炉１９…予熱部２０…本加熱部２１…台座２２…同走式温度制御ノズル

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｘ 31/02 ３１０ 31/02 ３１０Ｈ // Ｂ２３Ｋ 101:42 101:42 (72)発明者三浦一真神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者下川英恵神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者中塚哲也神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内Ｆターム(参考） 5E319 AA03 AC01 BB04 BB05 CC36 CC49 CC58 CD29 CD31 CD35 GG03 GG11 GG20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱炉と、該加熱炉内において電子部品を
搭載した電子回路基板を搬送する搬送手段とを有し、該
加熱炉における加熱によりはんだを溶融させて電子部品
を接合させるはんだ付け装置において、電子回路基板に実装された電子部品を加熱もしくは冷却
する手段と、該加熱もしくは冷却する手段を該電子回路
基板の搬送速度と実質的に同速度で移動させることがで
きる移動手段とを備えたことを特徴とするはんだ付け装
置。
【請求項２】前記加熱する手段と前記冷却する手段とを
それぞれ少なくとも１個以上設けたことを特徴とする請
求項１記載のはんだ付け装置。
【請求項３】前記加熱もしくは冷却する手段に着脱可能
な加熱用ノズルもしくは冷却用ノズルを用いたことを特
徴とする請求項１または２記載のはんだ付け装置。
【請求項４】前記加熱炉の予熱部に温度検出器を設けた
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のはん
だ付け装置。
【請求項５】加熱炉と、該加熱炉内において電子部品を
搭載した電子回路基板を台座に載せて搬送するコンベア
とを有し、該加熱炉における加熱によりはんだを溶融さ
せて電子部品を接合させるはんだ付け装置において、電子回路基板に実装された電子部品を加熱もしくは冷却
する手段を該台座に設けたことを特徴とするはんだ付け
装置。
【請求項６】前記搬送手段と前記移動手段とを同期させ
たことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のは
んだ付け装置。
【請求項７】加熱炉内において電子部品を搭載した電子
回路基板を搬送するとともに該加熱炉による加熱ではん
だを溶融させて電子部品を接合させるはんだ付け方法に
おいて、電子回路基板に実装された電子部品を加熱もしくは冷却
する手段を該電子回路基板の搬送速度と実質的に同速度
で移動させてはんだを溶融させることを特徴とするはん
だ付け方法。
【請求項８】前記加熱する手段がはんだボールを有する
電子部品を加熱することを特徴とする請求項７記載のは
んだ付け方法。
【請求項９】前記冷却する手段が実装される他の電子部
品よりも耐熱性の劣る電子部品を冷却することを特徴と
する請求項７記載のはんだ付け方法。
【請求項１０】加熱もしくは冷却手段を電子回路基板を
搬送する速度と実質的に同じ速度で移動させて電子部品
と回路基板とをはんだ接続することを特徴とするはんだ
付け方法。
【請求項１１】加熱もしくは冷却手段を移動させること
で該加熱もしくは冷却手段が電子回路基板の所定の位置
を加熱もしくは冷却するようにして該電子回路基板を搬
送して電子部品と回路基板とをはんだ接続することを特
徴とするはんだ付け方法。