JP2002280722A - 半田付け方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加熱効率が向上し、熱伝達率が均一になり、
従って、被加熱面上での温度のばらつきが極めて少ない
半田付け方法及びその装置を得ること。 【解決手段】 本発明の半田付け装置１０Ａは、気体供
給源２０と、その気体（例えば、空気）を所定の所定の
温度に加熱する気体加熱部１２と、部品がクリーム半田
を介して載置された被処理基板Ｐが投入され、所定の位
置で水平状態で保持できる加熱炉部１３と、その加熱炉
部１３内で保持された被処理基板Ｐの被加熱面に対して
平行に所定の温度に加熱された気体を所定の速度と直進
性を備えた熱風Ｆａとして加熱炉部１３に供給する気体
整流部１１と、熱風Ｆａの温度、速度及び流量を制御す
る制御部１５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、電子回路基板に部
品を半田付けするための半田付け方法及びその装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】先ず、図８乃至図１１を参照しながら、
従来技術のリフロー装置の構成の概略を説明する。

【０００３】図８は従来技術の第１形態のリフロー装置
の概念的な構成図、図９は図８に示したリフロー装置か
ら送風された熱風の流れを示す略線図、図１０は従来技
術のリフロー炉で被処理基板を加熱する場合の温度プロ
ファイル、図１１は従来技術の第２形態のリフロー装置
の概念的な構成図、そして図１２は図１１に示したリフ
ロー装置における熱風の対流状態を示す説明図である。

【０００４】従来のリフロー炉５０は、図８に示すよう
に、プリヒートゾーンとリフローゾーンを構成する複数
に区分された加熱ゾーンに分けられ、これら複数の加熱
ゾーンに設けられた複数の加熱ユニット５１と、これら
の加熱ユニット５１間に配設され、下方に熱風を吹き出
す噴出孔５２と、それらの赤外線ヒータ５１と噴出孔５
２との下方へ被処理基板Ｐを載せ、連続的に搬送するベ
ルトコンベア５３などが設置されて構成されている。

【０００５】ここで被処理基板Ｐとは、各種の大小様々
の電子や機械部品がクリーム半田を介して回路基板上に
載置されている基板であって、そのクリーム半田を前記
のリフロー炉５０を用いて加熱、溶融し、そして冷却す
ることによって前記の部品が基板の回路上に固定される
半製品である。

【０００６】従って、被処理基板Ｐはベルトコンベア５
３により上流から各加熱ユニット５１、噴出孔５２の下
方を通過するにつれて徐々に加熱され、回路基板上のク
リーム半田は溶融され、半田付けされる。

【０００７】この場合、熱風は、図９に示したように、
噴出孔５２から被処理基板Ｐへ流れ、熱風は被処理基板
Ｐに当たり、符号ａで示した部分で淀み（淀み点ａ）、
そして、その被処理基板Ｐに当たった熱風は被処理基板
Ｐに沿って壁噴流となって流れる（壁噴流領域ｂ）。

【０００８】この時、熱伝達率は、淀み点ａにおいて高
く、被処理基板Ｐに沿って流れている壁噴流領域ｂにお
いては低い現象が起き、温度のばらつきが発生する一つ
の原因と考えられている。

【０００９】現在、この点を改善する為、前記リフロー
装置５０では、加熱ユニット５１の加熱有効面積を大き
くして熱伝達率を高め、また同時に加熱時間を長くする
ことで、被処理基板Ｐの熱伝導により被処理基板Ｐ全体
の温度のばらつきを収束させている。この為、加熱部が
大きくなり、また加熱時間を長くするため、装置全体が
大きく、または長くなるという問題が生じている。

【００１０】一方、被処理基板Ｐの加熱状況を、時間及
び被処理基板Ｐ上の位置による温度の変化から見てみる
と、被処理基板Ｐはベルトコンベア５３の搬送手段によ
り連続的に装置内を移動するため、被処理基板Ｐでは上
流部分が先に温度上昇し、下流部分はベルトコンベア５
３のスピードの時間分、後から温度上昇し始める現象が
発生する。また、前記上流部分での加熱は被処理基板Ｐ
の熱伝導により下流方向に熱が伝わる。前記下流部分で
は、この熱伝導で伝わった熱が加算され、上流部分の温
度よりも高くなり易く、図１０に示した温度プロファイ
ルのように、被処理基板Ｐで温度のばらつきが発生する
という問題点が生じる。

【００１１】また、前記の加熱むらを無くすために、特
開平９−２３７９６５に開示されているようなリフロー
炉６０が提案されている。この従来の第２形態のリフロ
ー炉６０は、図１１に示したように、第１プリヒートゾ
ーン、第２プリヒートゾーンのように複数に区分され
た、炉本体６１の長手方向に熱風が対流する加熱ゾーン
と、リフローゾーンのように炉本体６１の幅方向に熱風
が対流する加熱ゾーンを設け、前者の加熱ゾーンに複数
の赤外線ヒータ６２を、後者の加熱ゾーンに複数の赤外
線ヒータ６３を配設し、被処理基板Ｐの投入口で下方に
熱風を噴射する熱風吹出ノズル６４を配設し、そしてリ
フローゾーンで下方に熱風を噴射する熱風吹出ノズル６
５を配設し、赤外線ヒータ６２、６３及び熱風吹出ノズ
ル６４、６５の下方をベルトコンベア６６で被処理基板
Ｐを搬送できるように構成されているものである。熱風
はブロア６７、６８から送風される空気をそれぞれヒー
タ６９、７０で加熱して生成され、熱風吹出ノズル６
４、６５から被処理基板Ｐへ吹き出される。

【００１２】このように構成されたリフロー炉６０で部
品を半田付けする場合には、図１１及び図１２に示した
ように、被処理基板Ｐを載置してベルトコンベア６６で
第１プリヒートゾーンの上流側から水平状態で投入し、
その上方に配設されている熱風吹出ノズル６４から被処
理基板Ｐの被加熱面に垂直に熱風Ｈｖを吹き下ろし、そ
の被処理基板Ｐなどに当たって生じた、炉本体６１の長
手方向に対流する熱風成分Ｈｃで前記被加熱面を加熱
し、また、複数の赤外線ヒータ６２で加熱してプリヒー
トし、次に、リフローゾーンに搬入して熱風吹出ノズル
６５から被処理基板Ｐの被加熱面に垂直に熱風Ｈｖを吹
き下ろし、被加熱面に当接して生じ、炉本体６１の幅方
向に対流する熱風成分Ｈｃで加熱し、また、複数の赤外
線ヒータ６３で加熱してクリーム半田を溶融している。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このリフロ
ー装置６０で利用されている熱風ｈｃは対流であるが故
に方向性が無く、従って、直進性も弱く、そして風速が
ばらつき、従って、熱伝達率がばらつく。

【００１４】このため、この改良されたリフロー炉６０
であっても、被処理基板Ｐの被加熱面上の温度がばらつ
く一要因となり、被加熱面を均一に加熱することが難し
い。

【００１５】本発明はこのような課題を解決しようとす
るものであって、加熱効率が向上し、熱伝達率が均一に
なり、従って、被加熱面上での温度のばらつきが極めて
少ない半田付け方法及びその装置を得ることを目的とす
るものである。

【００１６】

【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、クリーム半田を用いて部品が載置されてい
る被処理基板の被加熱面に対して平行に、所定の温度と
所定の速度で制御された熱風を供給して、前記被加熱面
の前記クリーム半田を溶融した後、冷却して、前記部品
を前記被処理基板に半田付けする半田付け方法を採っ
て、前記課題を解決している。

【００１７】そして、請求項２に記載の発明では、クリ
ーム半田を用いて部品が載置されている被処理基板を半
田溶融手段内の所定の位置で留め、該半田溶融手段内で
所定の温度プロファイルが得られるように前記被処理基
板の被加熱面に対して平行に、プリヒート、メインヒー
トに必要な所定の温度と時間で制御された熱風を所定の
速度で制御して供給し、前記被加熱面の前記クリーム半
田を加熱、溶融した後、前記被処理基板を前記半田溶融
手段内から取り出して溶融している半田を冷却し、前記
部品を前記被処理基板に半田付けする半田付け方法を採
って、前記課題を解決している。

【００１８】また、請求項３に記載の発明では、半田付
け装置に、清浄気体の供給源と、該清浄気体を所定の温
度に加熱する気体加熱手段と、部品がクリーム半田を介
して載置された被処理基板が投入され、所定の位置で水
平状態で保持できる半田溶融手段と、該半田溶融手段内
で保持された前記被処理基板の被加熱面に対して平行に
前記気体加熱手段で所定の温度に加熱された前記気体を
所定の速度と直進性を備えた熱風として前記半田溶融手
段に供給する気体整流手段と、熱風の温度、速度及び流
量を制御する制御手段とを具備せしめて、前記課題を解
決している。

【００１９】そしてまた、請求項４に記載の発明では、
清浄気体の供給源と、該清浄気体を所定の所定の温度に
加熱する気体加熱手段と、部品がクリーム半田を介して
載置された被処理基板が投入され、所定の位置で水平状
態で保持できる半田溶融手段と、該半田溶融手段内で保
持された前記被処理基板の被加熱面に対して平行に前記
気体加熱手段で所定の温度に加熱された前記気体を所定
の速度と直進性を備えた熱風として前記半田溶融手段に
供給する気体整流手段と、熱風の温度、速度及び流量を
制御する制御手段とを備えている半田付け装置を用いて
被処理基板の半田付けを行うに先立って、前記被処理基
板にクリーム半田を介して載置されている部品と同等の
部品が同等のクリーム半田を介して載置され、要所に複
数の温度検知器が配設されているテスト用基板を用意
し、該テスト用基板を前記半田溶融手段内の所定の位置
で水平状態で保持し、半田溶融手段内で所定の温度プロ
ファイルが得られるように前記テスト用基板の被加熱面
に対して平行に、プリヒート、メインヒートに必要な所
定の温度と時間で制御された直進性を備えた熱風を所定
の速度で制御して供給し、前記被加熱面の前記クリーム
半田をプリヒート、メインヒートに必要な所定の温度の
データを前記温度検知器で検知し、該データを前記制御
手段に記憶させ、その後、半田付けしようとする被処理
基板を前記半田溶融手段内の前記所定の位置に水平状態
で留めて保持し、前記データに基づく前記制御手段の制
御の下に前記気体加熱手段、前記気体整流手段を制御し
て得られた前記被処理基板の被加熱面に対して平行に所
定の速度と直進性を備えた熱風により、前記被加熱面の
前記クリーム半田を加熱、溶融した後、前記被処理基板
を前記半田溶融手段内から取り出して溶融している半田
を冷却し、前記部品を前記被処理基板に半田付けする半
田付け方法を採って、前記課題を解決している。

【００２０】更に、請求項５に記載の発明では、請求項
３に記載の半田付け装置における前記気体加熱手段、前
記半田溶融手段、前記気体加熱手段が熱風を通す閉管路
で構成されていることを特徴とする。

【００２１】更にまた、請求項６に記載の発明では、請
求項５に記載の半田付け装置における前記半田溶融手段
内の前記被処理基板を保持する前記所定の位置の管路上
面が前記熱風の上流から下流側に向かって低くなる傾斜
面で形成されていることを特徴とする。

【００２２】そして更にまた、請求項７に記載の発明で
は、請求項５に記載の半田付け装置における前記半田溶
融手段内の前記被処理基板が存在する管路の上流側の一
部上面に、前記管路を通過する前記熱風の一部を排気で
きる開閉フラップが形成されていることを特徴とする。

【００２３】そして更にまた、請求項８に記載の発明で
は、請求項５に記載の半田付け装置における前記半田溶
融手段の前記傾斜面が形成されている管路の前方の上面
に、前記管路を通過する前記熱風の一部を排気できる開
閉フラップが形成されていることを特徴とする。

【００２４】そして更にまた、請求項９に記載の発明で
は、請求項３に記載の半田付け装置における前記半田溶
融手段内の前記被処理基板が存在する上方に遠赤外線ヒ
ータが配設されていることを特徴とする。

【００２５】そして更にまた、請求項１０に記載の発明
では、請求項５に記載の半田付け装置における前記閉管
路の帰還路下流側に排気手段が配設されていることを特
徴とする。

【００２６】それ故、請求項１に記載の発明によれば、
被加熱面に所定の温度と所定の速度で制御された熱風で
均一に熱伝達が行え、被処理基板を、常時、均一に加熱
することができる。

【００２７】そして、請求項２に記載の発明によれば、
被処理基板を加熱炉内の所定の位置に留めて、その被加
熱面を全面同時に加熱でき、クリーム半田を均一に加
熱、溶融することができる。

【００２８】また、請求項３に記載の発明によれば、被
処理基板の被加熱面に対して平行で、所定の温度及び速
度に制御され、しかも明確な直進性を備えた熱風を生成
することができる。

【００２９】そしてまた、請求項４に記載の発明では、
各種の被処理基板特有の温度プロファイルに即した温度
プロファイルに基づいて、半田付けしようとする被処理
基板のクリーム半田を加熱、溶融でき、それを冷却して
部品を半田付けすることができる。

【００３０】更に、請求項５に記載の発明によれば、請
求項３に記載の作用に加えて、被処理基板の被加熱面を
加熱するために一度使用した熱風を気体加熱手段へ帰還
して再使用でき、熱エネルギーと気体の節減を図ること
ができる。

【００３１】更にまた、請求項６に記載の発明では、請
求項５に記載の作用に加えて、半田溶融手段内で加熱し
ようとする被処理基板の被加熱面を全面同時に同一の熱
伝導率で加熱でき、クリーム半田を均一に加熱、溶融す
ることができる。

【００３２】そして更にまた、請求項７に記載の発明で
は、請求項５に記載の作用に加えて、開閉フラップの開
き具合によって半田溶融手段内の熱風の風量を調整する
ことができる。

【００３３】そして更にまた、請求項８に記載の発明で
は、請求項５に記載の作用に加えて、半田溶融手段内で
加熱しようとする被処理基板の被加熱面を全面同時に同
一の熱伝導率で加熱でき、そして開閉フラップの開き具
合によって半田溶融手段内の熱風の風量を調整できて、
クリーム半田全体を同時に均一に加熱、溶融することが
できる。

【００３４】そして更にまた、請求項９に記載の発明で
は、請求項３に記載の作用に加えて、被処理基板上に載
置されている各種の部品の熱容量の相違、対流加熱、輻
射加熱による熱伝達の相違を吸収することができ、加熱
むらを防止できる。

【００３５】そして更にまた、請求項５に記載の作用に
加えて、請求項１０に記載の発明では、排気手段の排気
口の開き加減を調整することにより、閉管路内の圧力を
調整することができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、図を用いて、本発明の半田
付け方法及びその装置を説明する。

【００３７】図１は本発明の第１実施形態の半田付け装
置の斜視図、図２は図１に示した半田付け装置のＡ―Ａ
線上における断面側面図、図３は図２に示した半田付け
装置の矢印Ａで示した部分の拡大断面図、図４は本発明
の第２実施形態の半田付け装置における一部拡大断面
図、図５は本発明の第３実施形態の半田付け装置におけ
る一部拡大断面図、図６は本発明の第４実施形態の半田
付け装置における一部拡大断面図、そして図７は本発明
の半田付け方法に用いることができる一般的な温度プロ
ファイルを示す曲線である。

【００３８】図１において、符号１０Ａは全体として本
発明の第１実施形態の半田付け装置を指す。この半田付
け装置１０Ａは、気体整流部１１、気体加熱部１２、加
熱炉部１３、排気部１４、制御部１５、熱風循環路管１
６、１７、１８などが一つの循環路を形成するように配
設されて構成されていてる。

【００３９】熱風循環路管１６には、気体供給管１９が
接続されており、その内部に開閉バルブ１９１が装着さ
れている。そしてこの気体供給管１９には気体供給源２
０が接続されており、開閉バルブ１９１の開閉により洗
浄された空気或いは窒素ガスのような不活性ガスが随時
供給でき、供給を遮断できるように構成されている。

【００４０】気体整流部１１は、図２に示したように、
シロッコファン１１１を備えており、シロッコファン１
１１を作動することにより熱風循環路１６からの気体、
例えば、空気（以下、「空気」を採り上げて説明する）
を引き込み、そして気体加熱部１２へ、そして気体加熱
部１２から加熱炉部１３へ後記する被処理基板Ｐの被加
熱面に対して平行に、そして方向性を持った気流として
整流し、所定の速度、風量で供給する機能を備えてい
る。

【００４１】気体整流部１１の下流に配設されている気
体加熱部１２は、図２に示したように、電気ヒータ１２
１を備えており、流入する空気を所定の温度に加熱し、
熱風Ｆａとする。

【００４２】加熱炉部１３には、断面が長方形の炉壁１
３１で構成されており、気体加熱部１２から供給された
熱風により搬入されている被処理基板Ｐの被加熱面を加
熱する機構部であって、その中央部の下方側面に被処理
基板Ｐの搬入口１３２が設けられており、その反対側の
側面には搬出口（不図示）が設けられている。これらは
作動中、不図示のドアで閉鎖される。また、搬入口１３
２及び搬出口には、熱風の通路に対して垂直に被処理基
板Ｐを搬入、搬出できるコンベア２１が配設されてい
る。そして、搬入された被処理基板Ｐは加熱炉部１３の
底部に留められる。被処理基板Ｐは、その被加熱面を上
向きにして、例えば、トレイＴに載せ、搬入するように
してもよい。

【００４３】加熱炉部１３を通過する熱風Ｆａは、後記
するように風速が制御された、被処理基板の被加熱面に
対して平行な直進性のある流れであって、乱流になるよ
うにする。風速が低くい場合は熱風Ｆａは層流となり易
く、熱伝達率が乱流に比ペると低くなり、前記被加熱面
を十分に加熱できなくなる。

【００４４】排気部１４には、図２に示したように、そ
の底面の一部に排気口１４１が開けられており、その排
気口１４１には常時閉鎖状態の開閉弁１４２が装着され
ていて、この開閉弁１４２を開くことにより、加熱に利
用された熱風である気体の一部分を循環路から排気し、
加熱炉部１３内の圧力（風量）を調節できるように構成
されている。また、半田付け作業を終了する場合には、
この排気口１４１を全開して全ての気体を排気する。

【００４５】制御部１５はマイクロコンピュータを内蔵
しており、そのマイクロコンピュータの制御の下に気体
整流部１１のシロッコファン１１１の回転を制御し、送
風速度を制御する制御手段、気体加熱部１２の電気ヒー
タ１２１の加熱温度を調節するために電気ヒータ１２１
に通電する電流を制御する制御手段、排気部１５の開閉
弁１４２の開き角度を調整し、加熱炉部１３内の圧力
（風量）を加減する制御手段、気体供給管１９内の開閉
バルブ１９１を開閉し、気体供給源２０からの気体の供
給或いはその停止を制御する制御手段、コンベア２１の
駆動し、被処理基板Ｐの搬入、搬出を制御する制御手段
などが組み込まれている。

【００４６】熱風循環路管１６、１７、１８は加熱炉部
１３からの熱風を気体整流部１１へ帰還させる管であっ
て、熱風循環路管１６、１７の構造は断面半円形の管で
あり、熱風循環路管１８の構造は断面矩形の管である
が、これらは、例えば、同一口径の一本のフレキシブル
パイプを用いて構成してもよく、その構造は限定される
ものではない。要は熱風を円滑に循環させることができ
る帰還回路を形成できればよいものである。

【００４７】熱風循環路管１６からの気体、例えば、空
気は気体整流部１１内に装着されているシロッコファン
１１１により引き込まれ、そして気体加熱部１２のヒー
タ１２１に加熱されて加熱炉部１３へ送り込まれる。

【００４８】次に、前記のように構成されている第１実
施形態の半田付け装置１０Ａの動作を、図３をも参照し
て、説明する。

【００４９】この半田付け装置１０Ａは、前記の従来技
術のリフロー装置で用いられている熱風のダウンフロー
により被処理基板Ｐを加熱するのとは異なり、被処理基
板Ｐの被加熱面に対し、熱風を平行に流して加熱を行
う。

【００５０】先ず、制御部１５の制御の下に、シロッコ
ファン１１１及び電気ヒータ１２１を作動し、開閉弁１
４２を閉じ、次に、開閉バルブ１９１を開く。そうする
とシロッコファン１１１の働きで気体供給源２０からの
洗浄空気または窒素ガスが引き込まれて、その気体は気
体供給管１９及び熱風循環路管１６を介して気体整流部
１１へ供給される。その気体は気体加熱部１２に供給さ
れ、電気ヒータ１２１で加熱される。加熱された気体は
熱風Ｆａとして加熱炉部１３へ送り込まれる。被処理基
板Ｐの被加熱面の温度はその上方を通過する熱風Ｆａの
熱によって伝達される。

【００５１】加熱炉部１３で被処理基板Ｐを加熱した熱
風Ｆｂは熱風循環路管１７で方向を変えられ、続いて熱
風循環路管１８を流れて排気部１４に送られ、加熱炉部
１３内の圧力が一定になるように、必要に応じて、その
熱風Ｆｂの一部が排気され、或いは半田付け終了時には
全部が排気される。排気する必要がない場合は、全量の
熱風Ｆｂは熱風循環路管１６を通じて気体整流部１１、
気体加熱部１２へ戻され、前記のサイクルで所定の温度
に加熱され、被加熱面に対して平行な直進性のある風
速、風量で循環させられる。

【００５２】半田付けしようとする被処理基板は、回路
基板の面積自体が大小様々あり、また、それらの回路基
板上には高さ、表面積、表面の材質などが異なる様々な
部品が載置されているので、被処理基板の種類によって
それぞれの比熱が異なる。また、使用されているクリー
ム半田によっても、加熱の温度特性を変更する必要があ
る。一般的なクリーム半田を使用した場合の一般的な温
度プロファイル曲線は図７に示したような曲線になり、
このような曲線に沿った被処理基板Ｐ上の加熱温度の管
理を行う必要がある。その測定のために、テスト用基板
Ｐｔには、その複数の測定箇所に温度検知器である熱電
対、赤外線検知素子、例えば、熱電対Ｓを固定してお
く。

【００５３】従って、加熱炉部１３を通過する熱風Ｆａ
が所定の温度に上昇し、十分な風速、風量になった場合
に、予め、半田付けしようとする被処理基板Ｐと同様に
部品が載置されたテスト用基板Ｐｔを、コンベア２１を
用いて、或いはトレイＴに載せて加熱炉部１３内の所定
の位置に投入し、加熱されたテスト用基板Ｐｔの各所の
温度を熱電対Ｓで測定し、そのテスト用基板Ｐｔの測定
温度が図７に示した温度プロファイル曲線に沿った温度
になるように、気体整流部１１、気体加熱部１２を制御
し、気体加熱部１２から供給される熱風Ｆａの温度、風
速、風量のデータを制御ファクターとして制御部１５の
マイクロコンピュータに記憶させる作業を行う。

【００５４】加熱炉部１３での熱風の風速は、例えば、
３〜７ｍ／ｓになるようシロッコファン１１１の回転数
を制御部１５で制御する。熱風Ｆａの風速が速い場合
は、被処理基板上の部品がずれたり倒れ、または移動が
発生する。熱風Ｆａの温度は電気ヒータ１２１に通電す
る電流量を調整することにより行われ、風量はシロッコ
ファン１１１の回転数または排気部１４の開閉弁１４２
の開角度を制御して行う。これらの制御は前記制御部１
５の下で行われる。

【００５５】そして、被処理基板Ｐの被加熱面を実際に
加熱するために必要な最も適正な温度プロファイルが、
図７に示したようなものであれば、前記のようにシロッ
コファン１１１の回転数、電気ヒータ１２１の加熱温
度、開閉弁１４２の開角度を制御部１５内のマイクロコ
ンピュータで制御される各種の制御手段を用いて制御
し、同時にそれらの値をマイクロコンピュータの記憶部
に記憶する。

【００５６】このように、部品を半田付けしようとする
各種の被処理基板Ｐ毎に、温度プロファイルを作成し、
テストし、そのデータをマイクロコンピュータの記憶部
に記憶した後、半田付けしようとする被処理基板Ｐをコ
ンベア２１により加熱炉部１３へ搬入口１３２から投入
し、その底部の所定の位置で保持する。そして、その被
処理基板特有の温度プロファイルに従って、例えば、そ
の温度プロファイルが図７に示したようなものであれ
ば、先ず、１５０〜１７０°Ｃまで被加熱面の温度を上
昇させ（プリヒート）、この温度で９０秒以上一定に保
って、クリーム半田を活性させる。次に、２３０〜２４
０°Ｃまで温度を上昇させ（メインヒート）、約３０秒
以上保って半田を全て一様に溶融する。

【００５７】その後、その被処理基板Ｐをコンベアによ
り加熱炉部１３の搬入口１３２とは反対側の搬出口（不
図示）から加熱炉部１３外に搬出し、ファンなどで強制
空冷して被処理基板Ｐの温度を下げ、半田を凝固させ
る。このようにして載置されていた部品が半田付けされ
る。

【００５８】前記のように加熱炉部１３から被処理基板
Ｐが搬出されると、次の被処理基板Ｐがコンベア２１に
より加熱炉部１３内に搬入され、前記の温度プロファイ
ルに従って同様にクリーム半田の加熱、溶融、そして冷
却を繰り返す。

【００５９】以上説明したように本実施形態の半田付け
装置１０Ａによれば、被処理基板Ｐの被加熱表面に対
し、熱風Ｆａを平行に流すため、従来技術の見受けられ
た熱風のダウンフローで生じたような淀み点ａ及び壁噴
流領域ｂは発生しない。それによって被処理基板上に対
して均一な熱伝達を行えるため、温度のばらつきが少な
い加熱を行える。

【００６０】また、本発明によれば、被処理基板Ｐを加
熱を行う加熱方法は、或る固定された場所で被加熱面全
体を同時にプリヒート、メインヒートを行うため、上流
側が先に温められ下流が後から温められることが無く、
温度のばらつきが少なくなり、被処理基板上の温度制御
がし易くなる。

【００６１】更に、本発明によれば、加熱炉部１３内に
おいて被処理基板を加熱する媒体として熱風Ｆａを利用
しているが、その熱風Ｆｂを、再度、気体加熱部１２へ
戻すことにより気体加熱部１２の電気ヒータ１２１は大
気常温の空気ではなく、約２００°Ｃの高温の空気を取
り込むことになり、消費電力を大幅に削減でき、また、
窒素ガス（不活性ガス）を使用する場合にも同様に、再
度、気体整流部１１を通じて気体加熱部１２へ環流さ
せ、再利用することにより、窒素ガスの消費量を大幅に
削減できる。

【００６２】熱風Ｆａの風速が速い場合は、被処理基板
上の部品がずれたり倒れ、または移動が発生する記し
た。そのような不都合な現象が発生する他に、速い風速
の熱風Ｆａが被処理基板Ｐ上を通過すると、被処理基板
Ｐ上の上流側の温度が高くなり、下流側は低くなる。こ
れは加熱炉部１３内において、管路抵抗が発生し、風速
が落ち、熱伝達率が低くなることと、被処理基板Ｐ上の
温度境界層が拡がることによる熱伝達率が低くなること
が原因と考えられる。

【００６３】そこで被処理基板Ｐの被加熱面上で均一な
熱伝達を行わせるため、本発明者等はこの第１実施形態
の半田付け装置１０Ａを改良し、図４に示したような第
２実施形態の半田付け装置１０Ｂを発明した。この半田
付け装置１０Ｂにおける加熱炉部１３Ｂは、被処理基板
Ｐ上を熱風Ｆａが通過する管炉上面を上流から下流に向
かって傾斜を付けて傾斜炉壁１３１Ｂとし、管路断面積
を小さくすることで熱風Ｆａの風速を均一化し、更に温
度境界層の安定領域を作ることで被処理基板上の熱伝達
を均一化している。即ち、矢印Ａ部は矢印Ｂ部に対し断
面積を小きくすることで熱風Ｆａの風速を矢印Ｂ部と同
じになるようにし、熱伝達率を矢印Ａ部、Ｂ部とも同じ
にしている。

【００６４】前記のように被加熱面上の温度は１５０〜
１７０°Ｃを９０秒以上プリヒートし、２３０〜２４０
°Ｃを３０秒以上メインヒートする、図７に示したよう
な温度プロファイル曲線にすることが一般的である。従
って、テスト用基板Ｐｔの温度測定の場合に使用したよ
うに、本半田付け装置１０Ａ、１０Ｂにおいても、加熱
炉部１３内の複数の要所にそれぞれ熱電対Ｓを配設し、
これら熱電対Ｓによって熱風Ｆａの温度を検知し、幾つ
かある各種の被処理基板に対して温度プロファイルの曲
線になるように制御部１５で制御するようにしてもよ
い。

【００６５】この方法としては、前記したように、気体
加熱部１２の温度を制御する方法、気体整流部１１の送
風機（シロッコファン１１１）の回転数を制御する方
法、排気部１４の開閉弁１４２の開閉などがあるが、図
５に示した第３実施形態の半田付け装置１０Ｃに示した
手段を講じることが、応答速度が速く、より一層効果的
である。即ち、図５で示したように、この半田付け装置
１０Ｃにおいては、被処理基板Ｐの傾斜炉壁１３１Ｂの
上流の水平な炉壁１３１に、炉内に開くフラップ１３３
を設け、熱風Ｆｂの流量を増減する方法を採っている。
即ち、フラップ１３３は、予め、制御部１５に記憶させ
てある図７に示したような温度プロファイルの曲線に対
応してフラップ１３３の角度をステツピングモータ或い
はサーボモータのような制御手段で変え、そこに生じた
間隙Ｇから流れ出る熱風Ｆｂの流量を調節することによ
って被処理基板Ｐ上の温度を制御するように構成したも
のである。

【００６６】また、被処理基板の被加熱面の温度のばら
つきを更に圧縮する目的で、図６に示した第４実施形態
の半田付け装置１０Ｄのように、加熱炉部１３の被処理
基板Ｐ上を熱風Ｆａが通過する上面に遠赤外線ヒータ２
２を設置するとよい。これは被処理基板Ｐ上に載置され
ている各々の部品の熱容量が異なり、或いは対流加熱、
輻射加熱による熱伝達の違いがあることから、遠赤外線
ヒータ２２を併用することによって前記の熱容量の差或
いは熱伝達の差を吸収することができる。例えば、電解
コンデンサはその表面の材質がアルミであるため、輻射
加熱に対しては部品表面で熱を反射し、熱伝達が鈍感に
なるが、対流加熱では部品表面で熱伝達が敏感になる
り、良好に加熱することができる。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、 １．熱風は乱流の状態にするため、被処理基板に対する
熱伝達率が向上する。また、熱風は被処理基板面に対し
て平行に流すため、従来の熱風ダウンフローのような淀
み点が発生しない。そのため気体加熱部（熱発生源）か
らの熱風の温度及び風速を一定にすることで、熱伝達は
被処理基板全体において均一になり温度のばらつきを最
小限にすることができる。 ２．被処理基板上の温度は条件設定を行う段階で熱電対
を被処理基板上に付け、その温度を図７に示した温度プ
ロファイルの曲線になるようにオートチューニングを行
う。この時、被処理基板付近にある熱電対によって熱風
温度も同時に測り、被処理基板上の温度との相関関係を
制御部で制御するため、適正な温度プロファイルを得る
ことができると同時に、フレキシブルな条件設定が可能
となる。 ３．加熱媒体として空気または不活性ガス（窒素ガスな
ど）を使用し、この熱風を被処理基板上を通過させる
が、通過した熱風は再度加熱部へ戻され、再利用するた
め、戻された熱風は既に約２００°Ｃの高温になってい
るので、常温空気よりも少ない熱量で再び熱風を供給す
ることができる。これは気体加熱部の電気ヒータの消費
電力を大幅に削減できる。一方、不活性ガス（窒素ガス
など）を使用する場合も同様に熱風が循環するため、ガ
スの消費量を抑えることができ、省エネルギー化を図る
ことができる。など、数々の優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態の半田付け装置の斜視
図である。

【図２】 図１に示した半田付け装置のＡ―Ａ線上にお
ける断面側面図である。

【図３】 図２に示した半田付け装置の矢印Ａで示した
部分の拡大断面図である。

【図４】 本発明の第２実施形態の半田付け装置におけ
る一部拡大断面図である。

【図５】 本発明の第３実施形態の半田付け装置におけ
る一部拡大断面図である。

【図６】 本発明の第４実施形態の半田付け装置におけ
る一部拡大断面図である。

【図７】 本発明の半田付け方法に用いることができる
一般的な温度プロファイルを示す曲線である。

【図８】 従来技術の第１形態のリフロー装置の概念的
な構成図である。

【図９】 図８に示したリフロー装置から送風された熱
風の流れを示す略線図である。

【図１０】 従来技術のリフロー炉で被処理基板を加熱
する場合の温度プロファイルである。

【図１１】 従来技術の第２形態のリフロー装置の概念
的な構成図である。

【図１２】 図１１に示したリフロー装置における熱風
の対流状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１０Ａ…本発明の第１実施形態の半田付け装置、１０Ｂ
…本発明の第２実施形態の半田付け装置、１０Ｃ…本発
明の第３実施形態の半田付け装置、１０Ｄ…本発明の第
４実施形態の半田付け装置、１１…気体整流部、１１１
…シロッコファン、１２…気体加熱部、１２１…電気ヒ
ータ、１３…加熱炉部、１３１…炉壁、１３１Ｂ…傾斜
炉壁、１３２…搬入口、１３３…フラップ、１４…排気
部、１４１…排気口、１４２…開閉弁、１５…制御部、
１６，１７，１８…熱風循環路管、１９…気体供給管、
１９１…開閉バルブ、Ｆａ…熱風、Ｆｂ…使用済み熱
風、Ｇ…間隙、Ｐ…被処理基板、Ｐｔ…テスト用基板、
Ｓ…熱電対

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅野 敏彦 東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー 株式会社内 Ｆターム(参考） 5E319 BB05 CC49 GG03

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クリーム半田を用いて部品が載置されて
   いる被処理基板の被加熱面に対して平行に、所定の温度
   と所定の速度で制御された熱風を供給して、前記被加熱
   面の前記クリーム半田を加熱、溶融した後、冷却して、
   前記部品を前記被処理基板に半田付けすることを特徴と
   する半田付け方法。
2. 【請求項２】 クリーム半田を用いて部品が載置されて
   いる被処理基板を半田溶融手段内の所定の位置で留め、
   該半田溶融手段内で所定の温度プロファイルが得られる
   ように前記被処理基板の被加熱面に対して平行に、プリ
   ヒート、メインヒートに必要な所定の温度と時間で制御
   された熱風を所定の速度で制御して供給し、前記被加熱
   面の前記クリーム半田を加熱、溶融した後、前記被処理
   基板を前記半田溶融手段内から取り出して溶融している
   半田を冷却し、前記部品を前記被処理基板に半田付けす
   ることを特徴とする半田付け方法。
3. 【請求項３】 清浄気体の供給源と、 該清浄気体を所定の温度に加熱する気体加熱手段と、 部品がクリーム半田を介して載置された被処理基板が投
   入され、所定の位置で水平状態で保持できる半田溶融手
   段と、 該半田溶融手段内で保持された前記被処理基板の被加熱
   面に対して平行に前記気体加熱手段で所定の温度に加熱
   された前記気体を所定の速度と直進性を備えた熱風とし
   て前記半田溶融手段に供給する気体整流手段と、 熱風の温度、速度及び流量を制御する制御手段とを備え
   ていることを特徴とする半田付け装置。
4. 【請求項４】 清浄気体の供給源と、 該清浄気体を所定の所定の温度に加熱する気体加熱手段
   と、部品がクリーム半田を介して載置された被処理基板
   が投入され、所定の位置で水平状態で保持できる半田溶
   融手段と、該半田溶融手段内で保持された前記被処理基
   板の被加熱面に対して平行に前記気体加熱手段で所定の
   温度に加熱された前記気体を所定の速度と直進性を備え
   た熱風として前記半田溶融手段に供給する気体整流手段
   と、熱風の温度、速度及び流量を制御する制御手段とを
   備えている半田付け装置を用いて被処理基板の半田付け
   を行うに先立って、 前記被処理基板にクリーム半田を介して載置されている
   部品と同等の部品が同等のクリーム半田を介して載置さ
   れ、要所に複数の温度検知器が配設されているテスト用
   基板を用意し、 該テスト用基板を前記半田溶融手段内の所定の位置で水
   平状態で保持し、半田溶融手段内で所定の温度プロファ
   イルが得られるように前記テスト用基板の被加熱面に対
   して平行に、プリヒート、メインヒートに必要な所定の
   温度と時間で制御された直進性を備えた熱風を所定の速
   度で制御して供給し、前記被加熱面の前記クリーム半田
   をプリヒート、メインヒートに必要な所定の温度のデー
   タを前記温度検知器で検知し、該データを前記制御手段
   に記憶させ、 その後、半田付けしようとする被処理基板を前記半田溶
   融手段内の前記所定の位置に水平状態で留めて保持し、
   前記データに基づく前記制御手段の制御の下に前記気体
   加熱手段、前記気体整流手段を制御して得られた前記被
   処理基板の被加熱面に対して平行に所定の速度と直進性
   を備えた熱風により、前記被加熱面の前記クリーム半田
   を加熱、溶融した後、前記被処理基板を前記半田溶融手
   段内から取り出して溶融している半田を冷却し、前記部
   品を前記被処理基板に半田付けすることを特徴とする半
   田付け方法。
5. 【請求項５】 前記気体加熱手段、前記半田溶融手段、
   前記気体加熱手段が熱風を通す閉管路で構成されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の半田付け装置。
6. 【請求項６】 前記半田溶融手段内の前記被処理基板を
   保持する前記所定の位置の管路上面が前記熱風の上流か
   ら下流側に向かって低くなる傾斜面で形成されているこ
   とを特徴とする請求項５に記載の半田付け装置。
7. 【請求項７】 前記半田溶融手段内の前記被処理基板が
   存在する管路の上流側の一部上面に、前記管路を通過す
   る前記熱風の一部を排気できる開閉フラップが形成され
   ていることを特徴とする請求項５に記載の半田付け装
   置。
8. 【請求項８】 前記半田溶融手段の前記傾斜面が形成さ
   れている管路の前方の上面に、前記管路を通過する前記
   熱風の一部を排気できる開閉フラップが形成されている
   ことを特徴とする請求項５に記載の半田付け装置。
9. 【請求項９】 前記半田溶融手段内の前記被処理基板が
   存在する上方に遠赤外線ヒータが配設されていることを
   特徴とする請求項３に記載の半田付け装置。
10. 【請求項１０】 前記閉管路の帰還路下流側に排気手段
    が配設されていることを特徴とする請求項５に記載の半
    田付け装置。