JP2002324972A - リフロー装置およびそれを用いたリフローはんだ付け方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度が上がりやすい実装部品と、温度が上が
りにくい実装部品との温度差を小さくすることがきるリ
フロー装置およびそれを用いたリフローはんだ付け方法
を提供する。 【解決手段】 炉本体１内の本加熱部２５においては、
プリント配線基板２の各部を夫々加熱することができる
ブロック状の上部赤外線ヒータ９Ａ，９Ａ，…を基板搬
送コンベア７の上方に設置していると共に、プリント配
線基板２の各部を夫々加熱することができるブロック状
の下部赤外線ヒータ９Ｂ，９Ｂ，…を基板搬送コンベア
７の下方に設置している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリント配線基板
に実装部品をリフローはんだ付けするリフロー装置およ
びそれを用いたリフローはんだ付け方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、リフロー装置としては、図１
０に示すようなものがある。このリフロー装置は、各種
実装部品４３を搭載したプリント配線基板４２を収容す
る炉本体４１を備えている。この炉本体４１内には、基
板搬送コンベア４７、予備加熱部４４、本加熱部（いわ
ゆるリフロー部）４５および冷却部４６を設けている。
その基板搬送コンベア４７は、プリント配線基板４２を
搬送し、種々のサイズのプリント配線基板４２に対応す
るためコンベア幅が可変できるようになっている。ま
た、上記予備加熱部４４の夫々には、基板搬送コンベア
４７の上方に複数の上部赤外線ヒータ４８Ａ，４８Ａ，
…を配設していると共に、基板搬送コンベア４７の下方
に複数の下部赤外線ヒータ４８Ｂ，４８Ｂ，…を配設し
ている。また、上記本加熱部４５の夫々には、基板搬送
コンベア４７の上方に複数の上部赤外線ヒータ４９Ａ，
４９Ａ，…を配設していると共に、基板搬送コンベア４
７の下方に下部赤外線ヒータ４９Ｂ，４９Ｂ，…を配設
している。また、上記予備加熱部４４および本加熱部４
５内にはファン４０を夫々設けている。

【０００３】上記構成のリフロー装置は、まず、上記基
板搬送コンベア７によってプリント配線基板４２を搬送
し、そのプリント配線基板４２を予備加熱部４４で加熱
する。これにより、上記プリント配線基板４２と実装部
品４３の間に介在するはんだペースト中の活性剤が活性
化し、はんだ接合面が清浄化される。そして、上記プリ
ント配線基板４２は基板搬送コンベア４７で搬送されて
本加熱部４５，４５を通過する。このとき、上記プリン
ト配線基板４２が本加熱部４５によってはんだ溶融温度
以上に加熱されて、はんだペーストが溶解し、プリント
配線基板４２と実装部品４３とがはんだ付けされる。最
後に、上記プリント配線基板４２は、冷却部４６で冷却
された後、炉本体４１から取り出され、次の工程へ搬送
される。

【０００４】このような実装部品４３とプリント配線基
板４２のはんだ付けでは、リフロー温度プロファイルが
重要である。そのため、通常、上記プリント配線基板４
２に熱電対を固定した試料を作製し、リフロー装置の各
ゾーン（予備加熱部４，本加熱部４５）のヒータ温度を
これまでの経験に基いて設定し、上記試料を炉本体４１
内を通過させて温度測定を行う。この温度測定の測定デ
ータに基づいて、ヒータ設定温度を補正変更するという
操作を何回か繰り返すことにより、最適なリフロー温度
プロファイルを作成する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図９に、上記プリント
配線基板４２に搭載された各種実装部品４３のうちの小
型部品，ＱＦＰ（クワッド・フラット・パッケージ）に
おけるリード部のリフロー温度プロファイルを示してい
る。上記小型部品は、図７中の実線で示すように、温度
が上がりやすく、小型部品のリード部は最高で約２３０
℃にもなる。また、上記ＱＦＰは、図７中の点線で示す
ように、熱容量が大きいために温度が上がりにくく、Ｑ
ＦＰのリード部（接合部）の温度は最高で約２００℃に
なる。

【０００６】ところで、上記従来のリフロー装置のリフ
ローはんだ付けでは、プリント配線基板４２に実装部品
４３をリフローはんだ付けするためのはんだとしてＳｎ
−Ｐｂ共晶はんだを使用しているが、そのＳｎ−Ｐｂ共
晶はんだの融点が約１８３℃であるから、図７に示すよ
うなリフロー温度プロファイルでも実装部品４３のリフ
ローはんだ付けは十分に可能である。

【０００７】近年、廃棄電子機器からの鉛の溶出による
地下水汚染が問題となっており、鉛フリーはんだを実用
化するための研究が急ピッチで進められている。鉛フリ
ーはんだの候補としては、Ｓｎ−３.５Ａｇ‐０.７Ｃｕ
（液相線温度約２１８℃）、Ｓｎ‐２.５Ａｇ‐０.５Ｃ
ｕ‐１Ｂｉ（液相線温度約２２３℃）などが有力視され
ている。これらの鉛フリーはんだの溶融温度はＳｎ‐Ｐ
ｂ共晶はんだと比較して約３０〜４０℃高くなるが、実
装部品４３の耐熱性の観点上、実装部品４３における最
高温度はＳｎ‐Ｐｂ共晶はんだ並みの約２４０℃に抑え
る必要がある。また、上記実装部品４３のリフローはん
だ付けを十分に可能にする観点上、熱容量の大きな実装
部品４３、つまりＱＦＰのリード部の温度を約２３０℃
にまで引き上げる必要がある。したがって、上記プリン
ト配線基板４２上の各種実装部品４３において、温度が
上がりやすい実装部品４３と、温度が上がりにくい実装
部品４３との温度差をできるだけ小さくしなければなら
ない。しかし、上記従来のリフロー装置では、温度が上
がりやすい実装部品４３と、温度が上がりにくい実装部
品４３との温度差を１０℃以下に抑えることは非常に困
難であるという問題がある。

【０００８】そこで、本発明の課題は、温度が上がりや
すい実装部品と、温度が上がりにくい実装部品との温度
差を低減することがきるリフロー装置およびそれを用い
たリフローはんだ付け方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のリフロー装置は、炉本体内でプリント配線
基板を加熱して、そのプリント配線基板に実装部品をリ
フローはんだ付けするリフロー装置において、上記プリ
ント配線基板の各部を夫々加熱することができる複数の
局所加熱手段を備えたことを特徴としている。

【００１０】上記構成のリフロー装置は、上記プリント
配線基板の各部を夫々加熱することができる複数の局所
加熱手段を備えているから、実装部品を搭載したプリン
ト配線基板が均一に加熱されるような温度分布パターン
を、複数の局所加熱手段に持たせることができる。した
がって、上記温度分布パターンを持たせた複数の局所加
熱手段でプリント配線基板を加熱することにより、温度
が上がりやすい実装部品と、温度が上がりにくい実装部
品との温度差を低減することがきる。

【００１１】一実施形態のリフロー装置は、上記炉本体
内には予備加熱部と本加熱部とを設けていて、上記本加
熱部が上記複数の局所加熱手段を有する。

【００１２】一実施形態のリフロー装置は、上記炉本体
内に設けられ、上記プリント配線基板を搬送する搬送手
段と、上記複数の局所加熱手段の温度分布パターンを、
上記プリント配線基板の移動に応じて移動させる温度分
布パターン移動制御手段とを備えている。

【００１３】上記実施形態のリフロー装置は、上記プリ
ント配線基板が搬送手段で搬送されるから、単位時間当
たりにプリント配線基板を処理できる数量を増やすこと
ができる。すなわち、スループットを高めることができ
る。

【００１４】また、上記複数の局所加熱手段の温度分布
パターンを、温度分布パターン移動制御手段によってプ
リント配線基板の移動に応じて移動させるから、移動し
ているプリント配線基板を均一に加熱することができ
る。

【００１５】一実施形態のリフロー装置は、上記プリン
ト配線基板を搭載する加熱パレットと、上記炉本体内に
設けられ、上記加熱パレットを搬送する搬送手段とを備
え、上記加熱パレットが上記複数の局所加熱手段を有す
る。

【００１６】上記実施形態のリフロー装置は、上記プリ
ント配線基板を加熱パレットに搭載し、その加熱パレッ
トを搬送手段で搬送するから、スループットを高めるこ
とができる。

【００１７】また、上記加熱パレットが複数の局所加熱
手段を有するから、搬送中のプリント配線基板を均一に
加熱することができる。

【００１８】一実施形態のリフロー装置は、上記複数の
局所加熱手段が所望の温度分布パターンを有するよう
に、上記複数の局所加熱手段を制御する局所加熱制御手
段を備えている。

【００１９】上記実施形態のリフロー装置によれば、上
記複数の局所加熱手段が所望の温度分布パターンを有す
るように、複数の局所加熱手段を制御する局所加熱制御
手段を備えているから、複数の局所加熱手段に所望の温
度分布パターンを確実に持たせることができる。

【００２０】また、本発明のリフローはんだ付け方法
は、上記リフロー装置の上記複数の局所加熱手段に、上
記実装部品を搭載した上記プリント配線基板が均一に加
熱されるような温度分布パターンを持たせて、上記プリ
ント配線基板を加熱することを特徴としている。

【００２１】上記構成のリフローはんだ付け方法によれ
ば、上記実装部品を搭載したプリント配線基板が均一に
加熱されるような温度分布パターンを、リフロー装置の
複数の局所加熱手段に持たせる。そして、上記温度分布
パターンを有する複数の局所加熱手段で、プリント配線
基板を加熱する。その結果、上記実装部品を搭載したプ
リント配線基板が均一に加熱され、温度が上がりやすい
実装部品と、温度が上がりにくい実装部品との温度差を
小さくすることがきる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明のリフロー装置およ
びそれを用いたリフローはんだ付け方法を図示の実施の
形態により詳細に説明する。

【００２３】（第１実施形態）図１は、本発明の第１の
実施の形態のリフロー装置の模式断面図である。このリ
フロー装置は、図１に示すように、実装部品３を搭載し
たプリント配線基板２を加熱するための炉本体１を備え
ている。上記炉本体１は、プリント配線基板２を収容す
るための入口１１を一方の側部に有し、プリント配線基
板２を取り出すための出口１２を他方の側部に有してい
る。上記炉本体１内には、プリント配線基板２を矢印Ｆ
方向に搬送する搬送手段の一例としての基板搬送コンベ
ア７を配設している。この基板搬送コンベア７は種々の
サイズのプリント配線基板２に対応できるように、コン
ベア幅が可変になっている。

【００２４】また、上記炉本体１内には、予備加熱部
４、本加熱部５および冷却部６を設けている。上記予備
加熱部４、本加熱部５および冷却部６には、攪拌ファン
１０を夫々設置している。上記予備加熱部４の夫々は、
複数の棒状の上部赤外線ヒータ８Ａ，８Ａ，…を基板搬
送コンベア７の上方に有すると共に、複数の棒状の下部
赤外線ヒータ８Ｂ，８Ｂ，…を基板搬送コンベア７の下
方に有しているなお、図示しないが、上記各予備加熱部
４内には熱電対を設けている。

【００２５】上記本加熱部５は、プリント配線基板２の
各部を夫々加熱することができる複数の局所加熱手段の
一例としてのブロック状の上部赤外線ヒータ９Ａ，９
Ａ，…を有すると共に、プリント配線基板２の各部を夫
々加熱することができる複数の局所加熱手段の一例とし
てのブロック状の下部赤外線ヒータ９Ｂ，９Ｂ，…を有
している。上記複数の上部赤外線ヒータ９Ａ，９Ａ，…
は基板搬送コンベア７の上方に位置する一方、複数の下
部赤外線ヒータ９Ｂ，９Ｂ，…は基板搬送コンベア７の
下方に位置している。その上部赤外線ヒータ９Ａ，９
Ａ，…は、図２に示すように、予備加熱部４の上部赤外
線ヒータ８Ａ，８Ａ，…および下部赤外線ヒータ８Ｂ，
８Ｂ，…に比べて密に配置されている。また、上記プリ
ント配線基板２が通る領域の上方に位置していない上部
赤外線ヒータ９Ａに温度センサー１４を取り付けてい
る。また、図示しないが、上記下部赤外線ヒータ９Ｂ，
９Ｂ，…も、上部赤外線ヒータ９Ａ，９Ａ，…と同様の
形状および構成を有している。上記上部赤外線ヒータ９
Ａおよび下部赤外線ヒータ９Ｂの形状は、約２０ｍｍ×
２０ｍｍのブロック状である。

【００２６】上記構成のリフロー装置によれば、図１に
示すように、プリント配線基板２を入口１１から炉本体
１内へ搬入し、基板搬送コンベア７によってプリント配
線基板２を矢印Ｆ方向に搬送して、予備加熱部４、本加
熱部５および冷却部６を順次通過させる。上記予備加熱
部４では、上部赤外線ヒータ８Ａ，８Ａ，…と下部赤外
線ヒータ８Ｂ，８Ｂ，…がプリント配線基板２を加熱す
る。これにより、上記プリント配線基板２と実装部品３
の間のはんだペースト中の活性剤が活性化して、はんだ
接合面が清浄化される。次の本加熱部５では、複数の上
部赤外線ヒータ９Ａ，９Ａ，…と複数の下部赤外線ヒー
タ９Ｂ，９Ｂ，…がプリント配線基板２を加熱する。そ
うすると、上記プリント配線基板２がはんだ溶融温度以
上に加熱されて、はんだペーストが溶解する。そして、
最後の冷却部６では、攪拌ファン１０の送風によって、
プリント配線基板２、実装部品３および溶融したはんだ
ペーストを冷却し、プリント配線基板２と実装部品３を
はんだ接続する。なお、上記プリント配線基板２の加熱
時間は搬送コンベア速度を変化させることにより調節で
きる。

【００２７】以下、上記本加熱部５におけるプリント配
線基板２への加熱処理を具体的に説明する。

【００２８】上記基板搬送コンベア７の搬送によりプリ
ント配線基板２が本加熱部５内に進入しようとすると、
本加熱部５の入口近傍に設けられたセンサー１９が、プ
リント配線基板２の先頭、つまりプリント配線基板２の
出口１２側の端部を感知する。そうすると、上記複数の
上部赤外線ヒータ９Ａ，９Ａ，…において、図２に示す
ように、実装部品３を搭載したプリント配線基板２を均
一に加熱するための温度分布パターンが形成される。こ
れと同時に、図示しないが、複数の下部赤外線ヒータ９
Ｂ，９Ｂ，…においても、実装部品３を搭載したプリン
ト配線基板２を均一に加熱するための温度分布パターン
が形成される。上記上部赤外線ヒータ９Ａ，９Ａ，…お
よび下部赤外線ヒータ９Ｂ，９Ｂ，…の温度分布パター
ンは、二次元的に分布しており、プリント配線基板２上
の実装部品３の種類・配置に応じて予め設定されてい
る。上記温度分布パターンは、プリント配線基板２の搬
送速度に応じた速度で本加熱部２の出口まで移動する。

【００２９】以下、上記温度分布パターンの移動につい
て具体的に説明する。

【００３０】図２に示すように、プリント配線基板２が
位置Ｐ１に位置すると、上部赤外線ヒータ９Ａ，９Ａ，
…において位置Ｐ１に対応する箇所のみに温度分布パタ
ーンが形成される。そして、上記プリント配線基板２が
矢印Ｆ方向へ進んで位置Ｐ２に位置すると、上部赤外線
ヒータ９Ａ，９Ａ，…において位置Ｐ２に対応する箇所
のみに温度分布パターンが形成される。このように、上
記プリント配線基板２の移動に応じて、上部赤外線ヒー
タ９Ａ，９Ａ，…の温度分布パターンを移動させる。こ
のとき、上部赤外線ヒータ９Ａ，９Ａ，…の温度分布パ
ターンは、実装部品３の種類・配置により生じる温度分
布の幾何学的な相互関係を保ちながら移動する。このよ
うな温度分布パターンの移動は、図示しない温度分布パ
ターン移動制御手段で制御されている。また、上記温度
センサー１４の計測値に基づいて複数の上部赤外線ヒー
タ９Ａ，９Ａ，…への供給電力を制御して、複数の上部
赤外線ヒータ９Ａ，９Ａ，…における温度分パターンを
補正している。また、図示しないが、上記下部赤外線ヒ
ータ９Ｂ，９Ｂ，…においても、温度分布パターン移動
制御手段の制御により、プリント配線基板２の移動に応
じて温度分パターンを移動させている。つまり、上記下
部赤外線ヒータ９Ｂ，９Ｂ，…に対しても、上部赤外線
ヒータ９Ａ，９Ａ，…に行う制御と同様の制御を行って
いる。

【００３１】以下、上記リフロー装置におけるリフロー
温度プロファイルの作成方法を図３のフローチャートに
従って説明する。

【００３２】まず、データ入力を行う（Ｓ１０１）。具
体的には、基板データ、部品データおよびリフロー装置
データを、例えばリフロー熱解析ソフト「ＲＳ−ＳＴＡ
ＴＩＯＮ」（富士通（株）より販売されているソフト）
に入力する。このとき、上記基板データとしては、実装
部品３のレイアウト、プリント配線基板２の形状、プリ
ント配線基板２の物性値（放射率、比熱、密度、熱伝導
率など）を用い、部品データとしては、実装部品３の形
状、実装部品３の物性値（放射率、比熱、密度、熱伝導
率など）を用い、リフロー装置データとしては、ヒータ
配列、ヒータ温度、搬送速度、炉内部構造、熱伝達率、
雰囲気温度などを用いている。また、上記基板データ、
部品データおよびリフロー装置データは、データベース
１８に記憶される。そして、上記データベース１８に記
憶された基板データ、部品データおよびリフロー装置デ
ータを用いて、リフロー温度解析を行う（Ｓ１０２）。
このリフロー温度解析から、実装部品３間に発生する温
度分布を予測する。

【００３３】次に、上記リフロー温度解析により得られ
たプリント配線基板２における温度分布データに基づい
て、上部赤外線ヒータ９Ａ，９Ａ，…および下部赤外線
ヒータ９Ｂ，９Ｂ，…の温度分布パターンを作成する
（Ｓ１０３）。そして、この温度分布パターンに基づい
て、本加熱部５のヒータ設定（図３では「温度設定」と
記載）を行う（Ｓ１０４）。

【００３４】次に、上記基板搬送コンベア７にテスト基
板をセットする（Ｓ１０５）。上記テスト基板には、リ
フロー温度プロファイルを実測するために、リフロー温
度解析の結果から温度分布の発生が予想される箇所に熱
電対を取り付けている。上記テスト基板は、予備加熱部
４で約１５０℃に加熱される（Ｓ１０６）。上記テスト
基板が予備加熱部４を通過する間に、はんだペースト中
の活性剤が活性化して、はんだ接合面が清浄化される。
その後、上記テスト基板は、本加熱部５へ搬送されては
んだ溶融温度以上に加熱される（Ｓ１０７）。このと
き、上記本加熱部５における複数の上部赤外線ヒータ９
Ａ，９Ａ，…および複数の下部赤外線ヒータ９Ｂ，９
Ｂ，…は、リフロー温度解析に基づいて作成された温度
分布パターンを持つように制御される。また、上記温度
分布パターンは、テスト基板の移動に応じて移動するよ
うに温度分布パターン移動制御で制御される。これによ
り、上記テスト基板の各部は温度差が生じないように加
熱される。つまり、上記テスト基板上の実装部品と、実
装部品とテスト基板のはんだ接合部との温度差（△Ｔ）
が小さくなるように、テスト基板に対して加熱を行って
いる。上記テスト基板から得られたリフロー温度プロフ
ァイルにおいて、△Ｔが１０℃以下かどうかを判定する
（Ｓ１０８）。上記ΔＴが１０℃以下であると、実際に
プリント配線基板２を炉本体１内に投入し（Ｓ１０
９）、そのプリント配線基板２に対して予備加熱処理お
よび本加熱処理（図３では「リフロー処理」と記載）を
順次行う（Ｓ１１０，Ｓ１１１）。一方、上記ΔＴが１
０℃を越える場合は、リフロー温度プロファイルが不良
であり、上部赤外線ヒータ９Ａ，９Ａ，…および下部赤
外線ヒータ９Ｂ，９Ｂ，…の温度分布パターンの設定に
微調整を加えた後、再度テスト基板でリフロー温度プロ
ファイルを実測し（Ｓ１０４〜Ｓ１０７）、△Ｔ≦１０
となったか否かを判定する（Ｓ１０８）。上記ΔＴが１
０℃以下になるまで、Ｓ２０１、Ｓ１０４、Ｓ１０５、
Ｓ１０６、Ｓ１０７を繰り返す。

【００３５】このように、上記プリント配線基板２に発
生する温度分布をリフロー温度解析から予測し、その予
測に基づいて上部赤外線ヒータ９Ａ，９Ａ，…および下
部赤外線ヒータ９Ｂ，９Ｂ，…の温度分布パターンを作
成し、実装部品３を搭載したプリント配線基板２をその
温度分布パターンで均一に加熱できるか否かを、テスト
基板を用いた実測により判定するから、短時間に最適な
△Ｔ≦１０℃のリフロー温度プロファイルを得ることが
できる。

【００３６】ここでは、サイズ１５０ｍｍ×１２０ｍｍ
×１．６ｍｍ、ＦＲ４、Ｃｕ耐熱プリフラックスプリン
ト配線基板をプリント配線基板２として用いて、リフロ
ー温度プロファイルを検討している。上記プリント配線
基板２の上部赤外線ヒータ９Ａ，９Ａ，…側の面には、
図４（ａ）に示すように、大型のＱＦＰ１３、小型のＱ
ＦＰ１５、ＳＯＰ（スモール・アウトライン・パッケー
ジ）１６および小型部品１７を取り付けている。一方、
上記プリント配線基板２の下部赤外線ヒータ９Ｂ，９
Ｂ，…側の面には、図４（ｂ）に示すように、中型のＱ
ＦＰ１４を取り付けている。このようなプリント配線基
板２の温度分布をリフロー熱解析ソフト「ＲＳ−ＳＴＡ
ＴＩＯＮ」で解析した結果によれば、図４（ａ），
（ｂ）に示すように、リフローピーク温度２３０℃を目
標としていたが、特に、３５ｍｍ×３５ｍｍで２９６ピ
ンの大型のＱＦＰ１３のはんだ接合部の温度が約２０５
℃と低くなってしまった。つまり、上記プリント配線基
板２の実装部品のうち最も温度が上がりにくい大型のＱ
ＦＰ１３のはんだ接合部の温度が約２０５℃となってい
る。これに対して、上記プリント配線基板２の実装部品
のうち最も温度が上がりやすい小型部品１７の温度が約
２３３℃なっている。したがって、上記大型のＱＦＰ１
３のはんだ接合部と、小型部品１７との温度差は約３０
℃程度になっている。この結果を基づいて、上部赤外線
ヒータ９Ａ，９Ａ，…および下部赤外線ヒータ９Ｂ，９
Ｂ，…の温度分布パターンを作成し、テスト基板を用い
てリフロー温度プロファイルを実測している。

【００３７】また、上記テスト基板としては、上述した
仕様の耐熱プリフラックスプリント配線基板を用いてい
る。また、上記テスト基板の基板パッド上に印刷するは
んだクリームは、Ｓｎが９５．８ｗｔ％、Ａｇが３．５
ｗｔ％、Ｃｕが０．７ｗｔ％よりなるはんだ合金粉末に
フラックスを１０ｗｔ％加えて作成されたものである。
そして、上記基板パッド上に各種実装部品を部品マウン
ター装置などを用いてマウントしており、大型のＱＦＰ
のリード部と、小型部品のリード部とに熱電対を取り付
けている。

【００３８】図８に、上記本加熱部５のヒータ長が１０
０ｃｍ、基板搬送速度が６００ｍｍ／分の場合のリフロ
ー温度プロファイルを示す。上記本加熱部５のヒータ長
は、本加熱部５の入口側の上部赤外線ヒータ９Ａから本
加熱部５の出口側の上部赤外線ヒータ９Ａまでの距離に
相当する。図８に示すように、上記プリント配線基板２
に搭載された複数の実装部品３のうちの１つである小型
部品１７は、２２０℃以上の加熱が４０秒施され、ピー
ク温度が２３３℃となっている。これに対して、上記プ
リント配線基板２に搭載された複数の実装部品３のうち
の１つである大型のＱＦＰ１３は、２２０℃以上の加熱
が３０秒施され、ピーク温度が２２５℃となっている。
したがって、上記プリント配線基板２に搭載された複数
の実装部品３において、温度が上がりやすい小型部品１
７のピーク温度と、温度が上がりにくい大型のＱＦＰ１
３とのピーク温度との差は８℃となっている。

【００３９】このように、上記リフロー温度解析の結果
に基づいて作成した温度分布パターンを持たせた上部赤
外線ヒータ９Ａ，９Ａ，…および下部赤外線ヒータ９
Ｂ，９Ｂ，…でプリント配線基板２を加熱するから、実
装部品３を搭載したプリント配線基板２が均一される。
その結果、温度の上がりにくい実装部品３のはんだ接合
部をはんだ溶融温度以上に昇温することができ、かつ、
温度の上がりにくい実装部品３のはんだ接合部と、温度
の上がりやすい実装部品３との温度差を低減させること
ができた。

【００４０】また、上記リフロー温度解析によりプリン
ト配線基板２に発生する温度分布を予測し、その予測結
果を基に温度分布パターンを作成することにより、温度
の上がりにくい実装部品のはんだ接合部と温度の上がり
やすい実装部品との温度差が１０℃以下にできる良好な
リフロー温度プロファイルを１回で得ることも可能であ
る。

【００４１】また、上記プリント配線基板２に様々なサ
イズの実装部品３が混在していても、その実装部品３の
レイアウトに応じて最適な加熱を行えて、温度の上がり
にくい実装部品３のはんだ接合部と温度の上がりやすい
実装部品３との温度差を低減することができる。したが
って、鉛フリーはんだによるリフローはんだ付け時に発
生する恐れのある、鉛フリーはんだ未溶融によるはんだ
付け不良を阻止でき、かつ、実装部品３への熱ダメージ
を低減することができる。

【００４２】（第２実施形態）図５は、本発明の第２の
実施の形態のリフロー装置の模式断面図である。このリ
フロー装置は、図５に示すように、実装部品３を搭載し
たプリント配線基板２を加熱するための炉本体２１を備
えている。上記炉本体２１の一方の側部にはプリント配
線基板２を収容するための入口３１を設け、炉本体２１
の他方の側部にはプリント配線基板２を取り出すための
出口３２を設けている。その入口３１の近傍には加熱パ
レットローダ機構１３０を設置し、出口３２の近傍には
加熱パレットアンローダ機構１４０を設置している。そ
して、上記入口３１との出口３２の間には、搬送手段の
一例としての基板搬送コンベア３７を配設している。上
記基板搬送コンベア３７は、プリント配線基板２を搭載
する加熱パレット１００を入口３１から出口３２まで矢
印Ｆ方向に向かって搬送する。また、上記基板搬送コン
ベア３７に沿うように予備加熱部通電レール１１０，本
加熱部通電レール１２０を設けている。また、上記加熱
パレットローダ機構１３０はストックしてある加熱パレ
ット８を搬送コンベア３７に順次供給する一方、加熱パ
レットアンローダ機構１４０は出口３２の近傍で加熱パ
レット１００を回収する。上記加熱パレットローダ機構
１３０と加熱パレットアンローダ機構１４０との間に
は、加熱パレット搬送機構１５０を設けている。上記加
熱パレット搬送機構１５０は、加熱パレットアンローダ
機構１４０が回収した加熱パレット１００を加熱パレッ
トローダ機構１３０へ搬送する。

【００４３】また、上記炉本体２１内には、予備加熱部
２４、本加熱部２５および冷却部２６を設けている。上
記予備加熱部２４、本加熱部２５および冷却部２６に
は、攪拌ファン３０を夫々設置している。そして、上記
各予備加熱部２４内においては、基板搬送コンベア３７
の上方に複数の上部赤外線ヒータ２８，２８，…を設置
している。また、上記各本加熱部２５内においても、基
板搬送コンベア３７の上方に複数の上部赤外線ヒータ２
９，２９，…を設置している。上記本加熱部２５の上部
赤外線ヒータ２９は、予備加熱部２４の上部赤外線ヒー
タ２８に比べて密に配設されている。なお、図示しない
が、上記各予備加熱部２４および各本加熱部２５内には
熱電対を設けている。

【００４４】図６は上記加熱パレット１００を上方から
見た概略図であり、図７は上記加熱パレット１００を側
方から見た概略図である。

【００４５】上記加熱パレット１００は、図６，７に示
すように、プリント配線基板２の各部を夫々加熱するこ
とができる複数の局所加熱手段の一例としてのブロック
状の加熱ユニット１１３を備えている。また、上記加熱
パレット１００は、局所加熱制御手段の一例としての局
所加熱制御部１０２を備えている。この局所加熱制御部
１０２は複数の加熱ユニット１１３，１１３，…を制御
して、複数の加熱ユニット１１３，１１３，…に所望の
温度分布パターンを持たせる。また、上記加熱パレット
１００は側部に設けられた給電部１０３，１０３を介し
て予備加熱部通電レール１１０，本加熱部通電レール１
２０から電力を得ている。なお、１０１は、プリント配
線基板２を保持する基板ホルダーである。この基板ホル
ダー１０１，１０１で保持されたプリトン配線基板２２
は位置Ｐに位置する。また、上記プリント配線基板２が
位置すべき領域の下方に位置しない加熱ユニット１１３
に温度センサー３４を取り付けている。

【００４６】上記構成のリフロー装置によれば、図５に
示すように、実装部品３を有するプリント配線基板２を
加熱パレット１００に搭載し、基板搬送コンベア３７に
よって加熱パレット１００を矢印Ｆ方向に搬送して、予
備加熱部２４、本加熱部２５および冷却部２６を順次通
過させる。上記予備加熱部２４では、複数の上部赤外線
ヒータ２８，２８，…と複数の加熱ユニット１１３，１
１３，…がプリント配線基板２を加熱して、プリント配
線基板２と実装部品３の間のはんだペースト中の活性剤
を活性化させ、はんだ接合面を清浄化する。次の本加熱
部５でも、複数の上部赤外線ヒータ２９，２９，…と複
数の加熱ユニット１１３，１１３，…がプリント配線基
板２を加熱する。このとき、上記加熱パレット１００
は、実装部品３の種類および実装位置により生じる温度
の分散を低減するための温度分布パターンを複数の加熱
ユニット１１３，１１３，…に持たせ、その温度分布パ
ターンにおける幾何学的な相互関係を保ちつつ移動す
る。そうすると、上記プリント配線基板２がはんだ溶融
温度以上に加熱されて、はんだペーストが溶解する。そ
して、最後の冷却部２６では、攪拌ファン３０の送風に
よって、プリント配線基板２、実装部品３および溶融し
たはんだペーストを冷却し、プリント配線基板２と実装
部品３をはんだ接続する。その後、上記プリント配線基
板２はリフローはんだ付けされた後は検査工程等の次工
程へ進み、加熱パレット１００は加熱パレットアンロー
ダ機構１４０、加熱パレット搬送機構１５０を経て、加
熱パレットローダ機構１３０へ一時ストックされ、必要
に応じて再び炉本体２１の入口３１の近傍でプリント配
線基板を搭載し、そのプリント配線基板に上記同様の工
程を施す。なお、上記プリント配線基板２の加熱時間は
搬送コンベア速度を変化させることにより調節できる。

【００４７】以下、上記リフロー装置におけるリフロー
温度プロファイルの作成方法を図３のフローチャートに
従って説明する。

【００４８】まず、データ入力を行う（Ｓ１０１）。具
体的には、基板データ、部品データおよびリフロー装置
データを、例えばリフロー熱解析ソフト「ＲＳ−ＳＴＡ
ＴＩＯＮ」（富士通（株）より販売されているソフト）
に入力する。このとき、上記基板データとしては、実装
部品３のレイアウト、プリント配線基板２の形状、プリ
ント配線基板２の物性値（放射率、比熱、密度、熱伝導
率など）を用い、部品データとしては、実装部品３の形
状、実装部品３の物性値（放射率、比熱、密度、熱伝導
率など）を用い、リフロー装置データとしては、ヒータ
配列、ヒータ温度、搬送速度、炉内部構造、熱伝達率、
雰囲気温度などを用いている。また、上記基板データ、
部品データおよびリフロー装置データは、データベース
１８に記憶される。そして、上記データベース１８に記
憶された基板データ、部品データおよびリフロー装置デ
ータを用いて、リフロー温度解析を行う（Ｓ１０２）。
このリフロー温度解析から、実装部品３間に発生する温
度分布を予測する。

【００４９】次に、上記リフロー温度解析により得られ
たプリント配線基板２における温度分布データに基づい
て、複数の加熱ユニット１１３，１１３，…の温度分布
パターンを作成する（Ｓ１０３）。そして、この温度分
布パターンに基づいて、本加熱部２５のヒータ設定（図
３では「温度設定」と記載）を行う。つまり、上記温度
分布パターンを、加熱パレット１００の局所加熱制御部
１０２内における図示しない記憶部に格納する（Ｓ１０
４）。

【００５０】次に、上記基板搬送コンベア３７にテスト
基板をセットする（Ｓ１０５）。上記テスト基板には、
リフロー温度プロファイルを実測するために、リフロー
温度解析の結果から温度分布の発生が予想される箇所に
熱電対を取り付けている。そして、上記テスト基板は、
予備加熱部２４で約１５０℃に加熱される。（Ｓ１０
６）。上記テスト基板が予備加熱部２４を通過する間
に、はんだペースト中の活性剤が活性化して、はんだ接
合面が清浄化される。その後、上記テスト基板は、本加
熱部２５へ搬送されてはんだ溶融温度以上に加熱される
（Ｓ１０７）。このとき、上記本加熱部２５における上
部赤外線ヒータ２９，２９，…は一定温度に設定され、
複数の加熱ユニット１１３，１１３，…は局所加熱制御
部１０２内の記憶部に記憶された温度分布パターンを有
するように局所加熱制御部１０２によって制御される。
これにより、上記テスト基板の各部は温度差が生じない
ように加熱される。つまり、上記テスト基板上の実装部
品と、実装部品とテスト基板とのはんだ接合部の最低温
度との温度差（△Ｔ）が小さくなるように、テスト基板
を加熱している。そして、上記テスト基板から得られた
リフロー温度プロファイルにおいて、△Ｔが１０℃以下
かどうかを判定する（Ｓ１０８）。上記ΔＴが１０℃以
下であると、実際にプリント配線基板２を炉本体１内に
投入し（Ｓ１０９）、そのプリント配線基板２に対して
予備加熱処理および本加熱処理（図３では「リフロー処
理」と記載）を順次行う（Ｓ１１０，Ｓ１１１）。一
方、上記ΔＴが１０℃を越える場合は、リフロー温度プ
ロファイルが不良であり、複数の加熱ユニット１１３，
１１３，…における温度分布パターンの設定に微調整を
加えた後、再度テスト基板でリフロー温度プロファイル
を実測し（Ｓ１０４〜Ｓ１０７）、△Ｔ≦１０となった
か否かを判定する（Ｓ１０８）。上記ΔＴが１０℃以下
になるまで、Ｓ２０１、Ｓ１０４、Ｓ１０５、Ｓ１０
６、Ｓ１０７を繰り返す。

【００５１】また、上記プリント配線基板２に発生する
温度分布をリフロー温度解析から予測し、その予測に基
づいて複数の加熱ユニット１１３，１１３，…の温度分
布パターンを作成し、実装部品３を搭載したプリント配
線基板２をその温度分布パターンで均一に加熱できるか
否かを、テスト基板を用いた実測により判定するから、
短時間に最適な△Ｔ≦１０℃のリフロー温度プロファイ
ルを得ることができる。

【００５２】ここでは、サイズ１５０ｍｍ×１２０ｍｍ
×１．６ｍｍ、ＦＲ４、Ｃｕ耐熱プリフラックスプリン
ト配線基板をプリント配線基板２として用いて、リフロ
ー温度プロファイルを検討している。また、上記プリン
ト配線基板２は、第１の実施の形態と同様の実装部品３
を有している。すなわち、上記プリント配線基板２の上
部赤外線ヒータ２９，２９，…側の面には、図４（ａ）
に示すように、大型のＱＦＰ１３、小型のＱＦＰ１５、
ＳＯＰ１６および小型部品１７を取り付けている。一
方、上記プリント配線基板２において上部赤外線ヒータ
２９，２９，…と反対側の面には、図４（ｂ）に示すよ
うに、中型のＱＦＰ１４を取り付けている。このような
プリント配線基板２の温度分布をリフロー熱解析ソフト
「ＲＳ−ＳＴＡＴＩＯＮ」で解析した結果によれば、図
４（ａ），（ｂ）に示すように、リフローピーク温度２
３０℃を目標としていたが、特に、３５ｍｍ×３５ｍｍ
で２９６ピンの大型のＱＦＰ１３のはんだ接合部の温度
が約２０５℃と低くなってしまう。つまり、上記プリン
ト配線基板２の実装部品のうち最も温度が上がりにくい
大型のＱＦＰ１３のはんだ接合部の温度が約２０５℃に
なる。これに対して、上記プリント配線基板２の実装部
品のうち最も温度が上がりやすい小型部品１７の温度が
約２３３℃なる。したがって、上記大型のＱＦＰ１３の
はんだ接合部と、小型部品１７との温度差は約３０℃程
度になっている。この結果を基づいて、上記加熱パレッ
ト１００が有する複数の加熱ユニット１１３，１１３，
…の温度分布パターンを作成し、テスト基板を用いてリ
フロー温度プロファイルを実測している。

【００５３】また、上記テスト基板としては、上述した
仕様の耐熱プリフラックスプリント配線基板を用いてい
る。また、上記テスト基板の基板パッド上に印刷するは
んだクリームは、Ｓｎが９５．８ｗｔ％、Ａｇが３．５
ｗｔ％、Ｃｕが０．７ｗｔ％よりなるはんだ合金粉末に
フラックスを１０ｗｔ％加えて作成されたものである。
そして、上記基板パッド上に各種実装部品を部品マウン
ター装置などを用いてマウントしており、大型のＱＦＰ
のリード部と、小型部品のリード部とに熱電対を取り付
けている。

【００５４】図８に、上記加熱パレット１００のサイズ
が２２ｃｍ×２２ｃｍ、基板搬送速度が６００ｍｍ／分
の場合のリフロー温度プロファイルを示す。上記加熱パ
レット１００のサイズは図５中の矢印Ｆと平行な方向の
大きさである。図８に示すように、上記プリント配線基
板２に搭載された複数の実装部品３のうちの１つである
小型部品は、２２０℃以上の加熱が４０秒施され、ピー
ク温度が２３３℃となっている。これに対して、上記プ
リント配線基板２に搭載された複数の実装部品３のうち
の１つである大型のＱＦＰは、２２０℃以上の加熱が３
０秒施され、ピーク温度が２２５℃となっている。した
がって、上記プリント配線基板２に搭載された複数の実
装部品３において、温度が上がりやすい小型部品のピー
ク温度と、温度が上がりにくい大型のＱＦＰとのピーク
温度との差は８℃となっている。

【００５５】このように、上記プリント配線基板２を加
熱パレット１００に搭載し、リフロー温度解析の結果に
基づいて作成した温度分布パターンを持たせた複数の加
熱ユニット１１３，１１３，…でプリント配線基板２を
加熱するから、温度の上がりにくい実装部品のはんだ接
合部をはんだ溶融温度以上に昇温することができ、か
つ、温度の上がりにくい実装部品のはんだ接合部と温度
の上がりやすい実装部品との温度差を低減することがで
きた。

【００５６】また、上記リフロー温度解析によりプリン
ト配線基板２に発生する温度分布を予測し、その予測結
果を基に温度分布パターンを作成することにより、温度
の上がりにくい実装部品のはんだ接合部と温度の上がり
やすい実装部品との温度差が１０℃以下にできる良好な
リフロー温度プロファイルを１回で得ることも可能であ
る。

【００５７】また、上記プリント配線基板２に様々なサ
イズの実装部品３が混在していても、その実装部品３の
レイアウトに応じて最適な加熱を行えて、温度の上がり
にくい実装部品３のはんだ接合部と温度の上がりやすい
実装部品３との温度差を低減することができる。したが
って、鉛フリーはんだによるリフローはんだ付け時に発
生する恐れのある、鉛フリーはんだ未溶融によるはんだ
付け不良を阻止でき、かつ、実装部品３への熱ダメージ
を低減することができる。

【００５８】上記第２の実施の形態では、複数の加熱ユ
ニット１１３，１１３，…を制御する局所加熱制御部１
０２を加熱パレット１００に設けていたが、加熱パレッ
ト１００の外部に設けてもよい。すなわち、上記局所加
熱制御部１０２は、加熱パレット１００以外のものに設
けていもよい。

【００５９】

【発明の効果】以上より明らかなように、本発明のリフ
ロー装置は、プリント配線基板の各部を夫々加熱するこ
とができる複数の局所加熱手段を備えているから、実装
部品を搭載したプリント配線基板が均一に加熱されるよ
うな温度分布パターンを持たせた複数の局所加熱手段で
プリント配線基板を加熱して、温度が上がりやすい実装
部品と、温度が上がりにくい実装部品との温度差を小さ
くすることがきる。

【００６０】一実施形態のリフロー装置は、上記プリン
ト配線基板が搬送手段で搬送されるから、単位時間当た
りにプリント配線基板を処理できる数量を増やすことが
できる。すなわち、スループットを高めることができ
る。

【００６１】また、上記複数の局所加熱手段の温度分布
パターンを、温度分布パターン移動制御手段によってプ
リント配線基板の移動に応じて移動させるから、移動し
ているプリント配線基板を均一に加熱することができ
る。

【００６２】一実施形態のリフロー装置は、上記プリン
ト配線基板を加熱パレットに搭載し、その加熱パレット
を搬送手段で搬送するから、スループットを高めること
ができる。

【００６３】また、上記加熱パレットが複数の局所加熱
手段を有するから、搬送中のプリント配線基板を均一に
加熱することができる。

【００６４】一実施形態のリフロー装置は、上記複数の
局所加熱手段が所望の温度分布パターンを有するよう
に、複数の局所加熱手段を制御する局所加熱制御手段を
備えているから、複数の局所加熱手段に所望の温度分布
パターンを確実に持たせることができる。

【００６５】また、本発明のリフローはんだ付け方法
は、上記実装部品を搭載したプリント配線基板が均一に
加熱されるような温度分布パターンを、上記リフロー装
置の複数の局所加熱手段に持たせて、その温度分布パタ
ーンを有する複数の局所加熱手段でプリント配線基板を
加熱するから、実装部品を搭載したプリント配線基板が
均一に加熱され、温度が上がりやすい実装部品と、温度
が上がりにくい実装部品との温度差を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は本発明の第１の実施の形態のリフロー
装置の模式断面図である。

【図２】 図２は上記第１の実施の形態のリフロー装置
の本加熱部における上部赤外線ヒータの概略構成図であ
る。

【図３】 図３はリフロー温度プロファイルの作成方法
を説明するためのフローチャートである。

【図４】 図４（ａ）はプリント配線基板の一方の側か
ら見た概略図であり、図４（ｂ）はプリント配線基板を
他方の側から見た概略図である。

【図５】 図５は本発明の第２の実施の形態のリフロー
装置の模式断面図である。

【図６】 図６は上記第２の実施の形態のリフロー装置
の加熱パレットの概略上面図である。

【図７】 図７は上記加熱パレットの概略側面図であ
る。

【図８】 図８は上記第１，２の実施の形態のリフロー
装置で得られるリフロー温度プロファイルを示すグラフ
である。

【図９】 図９は従来のリフロー装置で得られるリフロ
ー温度プロファイルを示すグラフである。

【図１０】 図１０は従来のリフロー装置の模式断面図
である。

【符号の説明】

１，２１ 炉本体 ２ プリント配線基板 ３ 実装部品 ９Ａ 上部赤外線ヒータ ９Ｂ 下部赤外線ヒータ １１３ 加熱ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松原 浩司 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 5E319 AA03 BB05 CC34 CC45 CD21 CD51 GG03 GG15

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉本体内でプリント配線基板を加熱し
   て、そのプリント配線基板に実装部品をリフローはんだ
   付けするリフロー装置において、 上記プリント配線基板の各部を夫々加熱することができ
   る複数の局所加熱手段を備えたことを特徴とするリフロ
   ー装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のリフロー装置におい
   て、 上記炉本体内には予備加熱部と本加熱部とを設けてい
   て、 上記本加熱部が上記複数の局所加熱手段を有することを
   特徴とするリフロー装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のリフロー装置におい
   て、 上記炉本体内に設けられ、上記プリント配線基板を搬送
   する搬送手段と、 上記複数の局所加熱手段の温度分布パターンを、上記プ
   リント配線基板の移動に応じて移動させる温度分布パタ
   ーン移動制御手段とを備えたことを特徴とするリフロー
   装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載のリフロー装置におい
   て、 上記プリント配線基板を搭載する加熱パレットと、 上記炉本体内に設けられ、上記加熱パレットを搬送する
   搬送手段とを備え、 上記加熱パレットが上記複数の局所加熱手段を有するこ
   とを特徴とするリフロー装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載のリフロー装置におい
   て、 上記複数の局所加熱手段が所望の温度分布パターンを有
   するように、上記複数の局所加熱手段を制御する局所加
   熱制御手段を備えたことを特徴とするリフロー装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか１つに記載の
   リフロー装置の上記複数の局所加熱手段に、上記実装部
   品を搭載した上記プリント配線基板が均一に加熱される
   ような温度分布パターンを持たせて、上記プリント配線
   基板を加熱することを特徴とするリフローはんだ付け方
   法。