JP2004235381A - Solder cooling method, solder cooling device and solder reflow device - Google Patents
Solder cooling method, solder cooling device and solder reflow device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004235381A JP2004235381A JP2003021281A JP2003021281A JP2004235381A JP 2004235381 A JP2004235381 A JP 2004235381A JP 2003021281 A JP2003021281 A JP 2003021281A JP 2003021281 A JP2003021281 A JP 2003021281A JP 2004235381 A JP2004235381 A JP 2004235381A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solder
- cooling
- wiring board
- reflow
- unsolidified
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リフロー処理によって加熱溶融された配線基板上の未凝固はんだを冷却するはんだ冷却方法、はんだ冷却装置、及びはんだリフロー装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、主に環境保護等の観点から無鉛はんだを用いた配線基板のはんだリフロー装置として、プリヒート部、リフロー部、冷却部を有するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
すなわち、このはんだリフロー装置では、未凝固はんだ及び電子部品を設けた配線基板をコンベア装置によってプリヒート部に搬送し、未凝固はんだをプリヒータで加熱した後、リフロー部に搬送して電子部品を冷却しながら、未凝固はんだのリフロー処理を行う。
そして、このリフロー処理によって加熱溶融された未凝固はんだを冷却部に搬送して冷却を行い、はんだを硬化させて後段に排出する。
この冷却部では、コンベア装置上の配線基板に臨む状態で配置されたダクト及び冷却ファンにより、緩やかな冷却エアーを加熱溶融されたはんだに供給する。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−43733号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような従来技術では、冷却ファンとダクトを用いた冷却部によってはんだを冷却硬化することから、比較的長時間の冷却時間を要し、製品のスループットが悪くなるという課題がある。
また、はんだ凝固時の組織変化に関し、一般には冷却速度が速いほど、多くの核が発生し、結晶粒が細かくなる。そして、結晶粒が細かいほど、ホールペッチの法則によって強度や硬さが上昇する。また、結晶組織が細かいほど、粒界での割れなどの影響を受けなくなり、接合信頼性が向上する。
【0005】
したがって、はんだリフロー後の硬化冷却処理としては、できるだけ冷却速度を速くし、接合部の信頼性を向上することが望ましい。逆に高温放置で結晶が粗大化してしまうと、強度的な信頼性が低下してしまう。
また、特に上述した無鉛はんだを用いた配線基板では、有鉛はんだを用いた場合よりもリフロー処理の温度が高くなるので、従来の冷却方法では必要な冷却時間が長くなり、製品のスループットが顕著に悪くなる。
さらに、適正な冷却・硬化が行えないままリフロー装置から配線基板を排出してしまった場合には、その後の搬送経路において振動等のメカストレスがはんだにかかり、はんだクラック等の問題が生じる恐れがある。
【0006】
そこで、このような課題を克服するためには、より強力な冷却装置によってリフロー後の溶融はんだを急冷することが考えられるが、溶融はんだに強い冷却エアーを供給した場合、はんだ表面が変形するという問題が生じる。
また、エアー供給以外の、より高度な冷却装置を用いて急冷を行うことも可能でるが、設備が大掛かりとなり、コストが高くなるという問題も生じる。
【0007】
そこで本発明の目的は、リフロー処理後の溶融はんだを効率的に冷却でき、適正なはんだの凝固状態を得ることができるはんだ冷却方法、はんだ冷却装置、及びはんだリフロー装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、リフロー処理によって加熱溶融された配線基板上の未凝固はんだを冷却するはんだ冷却工程を有し、前記はんだ冷却工程は、前記未凝固はんだの少なくともはんだ表面が凝固する温度まで緩やかな冷却エアーによって冷却する第1の冷却工程と、前記第1の冷却工程によって冷却された後の前記未凝固はんだを強い冷却エアーによって急冷する第2の冷却工程とを含むことを特徴とする。
【0009】
また本発明は、リフロー処理によって加熱溶融された配線基板上の未凝固はんだを冷却するはんだ冷却部を有し、前記はんだ冷却部は、前記未凝固はんだの少なくともはんだ表面が凝固する温度まで緩やかな冷却エアーによって冷却する第1の冷却装置と、前記第1の冷却装置工程によって冷却された後の前記未凝固はんだを強い冷却エアーによって急冷する第2の冷却装置とを含むことを特徴とする。
【0010】
また本発明は、未凝固はんだが塗布され、かつ部品がマウントされた配線基板を予備加熱するプリヒート部と、前記プリヒート部によって予備加熱された配線基板の未凝固はんだにリフロー加熱処理を行うリフロー部と、前記リフロー部のリフロー処理によって加熱溶融された配線基板上の未凝固はんだを冷却するはんだ冷却部と、前記配線基板をプリヒート部、リフロー部、及びはんだ冷却部に順次搬送する搬送手段とを有し、前記はんだ冷却部は、前記未凝固はんだの少なくともはんだ表面が凝固する温度まで緩やかな冷却エアーによって冷却する第1の冷却装置と、前記第1の冷却装置によって冷却された後の前記未凝固はんだを強い冷却エアーによって急冷する第2の冷却装置とを含むことを特徴とする。
【0011】
本発明によるはんだ冷却方法、はんだ冷却装置、及びはんだリフロー装置では、リフロー処理によって加熱溶融された配線基板上の未凝固はんだを冷却する場合に、そのはんだ冷却工程を少なくともはんだ表面が凝固する温度まで緩やかな冷却エアーによって冷却し、その後、強い冷却エアーによって急冷する2段階構成としたことにより、リフロー処理直後の溶融はんだの状態を損なうことなく、かつ、はんだの表面硬化後は効率的に冷却でき、適正なはんだの凝固状態を得ることができる。
したがって、電気的及び機械的に信頼性の高いはんだ付けを行うことができ、製品の信頼性を向上できるとともに、冷却作業時間の短縮による製造効率の改善にも寄与できる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるはんだ冷却方法、はんだ冷却装置、及びはんだリフロー装置の実施の形態例について説明する。
図1及び図2は本発明を適用したはんだリフロー装置の全体構成例を模式的に示す図であり、図1は側面図、図2は平面図(詳しくはヒータ101、104が省略された平面図)である。
図3は図1及び図2に示すはんだリフロー装置の構成をやや具体的に示す側断面図である。
本例のはんだリフロー装置は、リード部品実装用の未凝固はんだ(クリームはんだ)をリフロー処理するものであり、例えば予めチップ部品がマウントされ、そのリフロー処理(チップリフロー処理)を終えた配線基板に対し、リード部品実装用のはんだ塗布、リード部品のマウントを行い、再度、はんだリフロー処理(リードリフロー処理)を行う場合の装置として構成されている。
なお、リード部品に対するリフロー処理の方法には、配線基板の片面全体に熱風を供給して加熱する片面リフロー方式や、リードとはんだの接続部分に局所的に熱風を供給して局所的に加熱するスポットリフロー方式等が知られているが、本例では片面リフロー方式について説明するものとする。
【0013】
図1〜図3に示すように、本例のはんだリフロー装置は、プリヒート部(プリヒートゾーン)100と、リフロー部(リフローゾーン)120と、冷却部(冷却ゾーン)140と、コンベア装置160とを有する。
コンベア装置160は、片面リフロー処理を行う配線基板200を両面露出状態で保持する例えばチェーンコンベア装置であり、配線基板200を矢印Aで示す方向に搬送してプリヒート部100、リフロー部120、冷却部140の各部に順次投入し、各部における所定の処理位置に配線基板200を配置する機能を有する。なお、図1、図3において、配線基板200の上面側が部品配置面であり、下面側がリフロー処理を行うはんだ塗布面である。
【0014】
プリヒート部100は、配線基板200を予備加熱するものであり、配線基板200の搬送方向に沿って3つのプリヒート部100A、100B、100Cを有している。最も上流に配置された第1プリヒート部100Aは、配線基板200の両面に配置されたヒータ101、102と、配線基板200の上面(部品配置面側)に配置された循環ファン103を有し、配線基板200を両面から予備加熱する。
また、2番目に配置された第2プリヒート部100Bは、配線基板200の両面に配置されたヒータ104、105と、配線基板200の上面に配置された循環ファン106を有し、配線基板200を両面から予備加熱する。
また、3番目に配置された第3プリヒート部100Cは、配線基板200の下面(はんだ塗布面)に配置されたヒータ107と、配線基板200の上面に配置された循環ファン108を有し、配線基板200を下面から予備加熱する。
このような構成のプリヒート部100により、特に配線基板200のはんだ塗布面を例えば160°Cから180°C程度の温度に予備加熱した状態でリフロー部120に送り出す。
【0015】
次に、リフロー部120は、プリヒート部100から搬送されてきた配線基板200のはんだ塗布面に対して片面リフロー処理を行うものであり、はんだ塗布面に対するリフロー加熱を行う加熱装置120Aと、部品配置面側の冷却を行う冷却装置120Bとを有する。
図3に示すように、加熱装置120Aは、配線基板200のはんだ塗布面に熱風を供給するリフローヒータ部122と、このリフローヒータ部122に熱風用のエアーを供給するシロッコファン124とを有する。
リフローヒータ部122は、上部ヒータ122Aと下部ヒータ122Bを有し、これら上部ヒータ122Aと下部ヒータ122Bには、シロッコファン124から供給されるエアーを通す多数の通気孔が上下方向に形成されており、この通気孔を通るエアーを加熱して配線基板200のはんだ塗布面に供給する。なお、リフローヒータ部122の上部には、各ヒータ122A、122Bの通気孔を通して送られてきた熱風エアーを配線基板200のはんだ塗布面に均等に分散して放出するための多数の孔が開口されたリフローパネル123(図1参照)が配置されている。
シロッコファン124は、冷却装置120Bの排気パイプ126Bを通して回収した温かいエアーをリフローヒータ部122の下部に供給するものである。
【0016】
冷却装置120Bは、吸気ファン120F、偏向板120H、遮蔽板120S等を有し、設備上背面に設けた吸気ファン120Fによって偏向板120H、遮蔽板120Sの開口部120aを経由し、ダクト126A内に冷却エアーを取り込み、これを配線基板200の上面に供給するものである。この冷却装置120Bにより、配線基板200の上面に配置された電子部品の加熱を抑制する。
また、冷却装置120Bのダクト126Aには、配線基板200の上面に供給したエアーを回収して排気パイプ126Bに排出するための回収ダクト(図示せず)が設けられており、配線基板200の上面で温かくなったエアーを回収し、排気パイプ126Bを通して上述したシロッコファン124に供給する。
このような構成のリフロー部120により配線基板200の部品配置面側の温度上昇を抑制しつつ、はんだ塗布面を均一に加熱し、はんだを加熱溶融して各部品のリードと配線パターンとを接合する。
【0017】
次に、本実施の形態例の特徴部分となる冷却部140について説明する。
本例の冷却部140は、緩急2段階の冷却装置140A、140Bによってリフロー処理された加熱溶融はんだを冷却するものである。
まず、第1冷却装置140Aは、リフロー部120の出口近傍に設けられており、配線基板200の下側に配置された冷却ファン142と、配線基板200の上側に配置された排気ダクト144を有している。
冷却ファン142は、配線基板200のはんだ塗布面にファンによる緩やかな冷却エアーを供給し、配線基板200のリフロー処理された溶融はんだを所定の速度で冷却する。
排気ダクト144は、配線基板200の上面の空気を上部に設けられた排気ファン145の動作によて吸引排気することにより、配線基板200の下面側での冷却作用を補助する。
【0018】
このような第1冷却装置140Aでは、配線基板200の溶融はんだを緩やかな冷却エアーによって冷却し、少なくともはんだ表面が硬化する状態まで冷却を行うものとする。なお、この場合の設備出口での冷却温度としては、使用するはんだの成分によっても変動するため、一律には決まらないが、少なくともはんだが硬化する固相温度より更に低い温度であり、一般的には固相温度より20〜30°程度低い温度ではんだが完全に固化する。
このような第1冷却装置140Aの冷却により、溶融はんだの表面形状を損なうことなく、はんだを冷却硬化でき、安定させた状態で配線基板200を第2冷却装置140Bに搬送することができる。
なお、本例では、配線基板200の下面にだけ冷却ファン142を設けたが、配線基板200の上下両面に設けて冷却を行う構成であってもよい。
【0019】
次に、第2冷却装置140Bはノズル噴射によって強い冷却風を配線基板200のはんだ塗布面に供給するものである。
図4は本例における第2冷却装置140Bの概要を示す説明図である。
この第2冷却装置140Bは、圧縮エアー供給管(以下、エアーノズルという)150と、エアー供給ホース152と、エアー圧レギレータ154と、及び圧縮エアーポンプ(図示せず)を有して構成されている。
エアーノズル150は、円形断面を有する管状に形成されており、長手方向に沿って所定間隔おきに1列に複数のエアー放出孔151を設けたものである。このエアーノズル150は、コンベア装置160による搬送方向に沿って配置され、各エアー放出孔151を配線基板の下面に対向させた状態で設けられている。なお、エアーノズル150の先端部は閉鎖されている。
また、各エアー放出孔151は、円形孔状に形成されており、圧縮エアーを効果的に噴射できるように、外側に向かって拡開するテーパ形状で形成されている。
【0020】
また、エアーノズル150の基端部は、ホースアダプタ156を介してエアー供給ホース152に接続されており、このエアー供給ホース152はエアー圧レギレータ154を介して圧縮エアーポンプに接続されている。
圧縮エアーポンプからの圧縮エアーは、エアー圧レギレータ154によって調整された圧力でエアー供給ホース152からエアーノズル150に供給され、各エアー放出孔151から配線基板200のはんだ塗布面に供給される。これにより、配線基板200の未凝固はんだは、各エアー放出孔151からの強い冷却エアーを受けて急速に冷却される。
このような第2冷却装置140Bにより、比較的短時間にはんだの温度が固相温度まで低下し、効率よくリフロー後の冷却処理を完了できる。
なお、このような第2冷却装置140Bにおいて使用する冷却エアーは例えば工場内で通常使用されている冷却エアーを用いることができ、また、その気圧や供給量等については、圧縮エアー供給管や圧縮エアー放出孔の構造、必要な冷却温度等に応じて適宜設定するものとする。
【0021】
なお、第2冷却装置140Bについては、図1〜図4に示す例に限らず、適宜変形が可能である。
例えば、図1の例では、1本のエアーノズル150を設けたが、複数本のエアーノズルを並列配置するような構成としてもよい。また、エアーノズルの配置方向も配線基板の搬送方向に沿って配置する代わりに、搬送方向に直行して複数本配置するようにしてもよい。
また、図4に示す例では、圧縮エアー放出孔を1列に配置した例を示したが、例えば2列に配置したものであってもよい。あるいは、図5に示すように、複数のエアー放出孔151Aを千鳥配列(交互に斜めの配列)で配置したエアーノズル150Aを設けてもよい。
また、円形状のエアー放出孔に限らず、エアーノズルの長手方向に沿ってスリット(長孔状)のエアー放出孔を設けてもよい。例えば、図6(A)に示すように、1本のスリット状のエアー放出孔151Bを有するエアーノズル150Bを設けてもよいし、図6(B)に示すように、間欠的に複数のスリット状のエアー放出孔151Cを有するエアーノズル150Cを設けてもよい。
また、エアーノズル150の断面は、円形以外の形状、例えば菱形等の多角形であってもよい。
【0022】
次に本例における配線基板の部品実装処理の概略について説明する。
図7は本例の部品実装処理の概要を示すフローチャートであり、図7(A)はチップ部品の実装処理手順、図7(B)はリード部品の実装処理手順を示している。
まず、図7(A)に示すチップ部品の実装処理では、クリームはんだを印刷で配線基板のチップ実装面に塗布し(ステップS1)、次いでチップマウンタ等によって配線基板にチップ部品を実装する(ステップS2)。
そして、チップリフロー装置(図示せず)を用いてチップリフロー処理を行い(ステップS3)、その後、検査・修正工程に移行する。以上により、チップ実装処理が終了する。
【0023】
次に、図7(B)に示すリード部品の実装処理では、配線基板のはんだ塗布面の特定箇所にスポット状にクリームはんだを塗布する(ステップS11)。この作業は、マルチノズルディスペンサシステム(MDS)によって多数のはんだ供給ノズルによって多数箇所のはんだ塗布を一括して行うものである(なお、具体例は後述する)。
次に、リードマウンタ等により配線基板のはんだ塗布面にリード部品のマウントを行い(ステップS12)、さらに配線基板上にケースのマウントを行う(ステップS13)。
そして、上述した本例のはんだリフロー装置を用いて片面リードリフロー処理を行い(ステップS14)、基板実装を完了した後、基板分割を行い(ステップS15)、個々の配線基板を完成する。
なお、このような手順は一例であり、本発明を限定するものではなく、種々の方式を採用し得ることは勿論である。
【0024】
図8はリード部品の実装処理の各工程を示す断面図である。
まず、図8(A)において、配線基板200の第1面(はんだ塗布面)210には、既にチップ部品201、202が実装され、リフロー処理、検査・修正処理が完了したものである。
そして、この配線基板200の第1面210に、マルチノズルディスペンサの多数のノズル301からクリームはんだ300をスポット状に塗布する。図示のように、リード部品の実装位置はチップ部品の実装位置を避ける領域を用いる。
次に、図8(B)に示すように、配線基板200を反転し、第2面(リード部品実装面)220を上に向け、図8(C)に示すように、各種のリード部品401、402、403、404の各リードを配線基板200に設けた透孔に挿着する。
【0025】
この後、本例の配線基板200をはんだリフロー装置に投入し、図8(D)に示すように、片面リードリフロー処理を行う。
すなわち、配線基板200の第2面220側は、上述したリフロー部120の冷却装置120Bによって冷却され、第1面210側は、リフロー部120の加熱装置120Aによって加熱される。
なお、図8(D)において、冷却装置120Bでは、吸気ファン120F、偏向板120H、遮蔽板120S、及びダクト121によって冷却エアーを矢印αに示すように循環させている。また、加熱装置120Aでは、リフローパネル123に設けた放出孔123Aより熱風を配線基板200の第1面210に供給し、リードリフロー処理を行う。
【0026】
図9(A)(B)は本例によるはんだリフロー装置における配線基板の温度変化(温度プロファイル)の測定結果例を従来のはんだリフロー装置の場合と対比して示す説明図であり、図9(A)が本例のはんだリフロー装置の測定結果例を示し、図9(B)は上述した特許文献1による従来例に相当するはんだリフロー装置の測定結果例を示している。
なお、各図において、縦軸は温度、横軸は時間経過を示し、上述したプリヒートゾーンからリフローゾーンを経て冷却ゾーンに到る温度変化を示している。
また、各図において、楕円Xで示す一群の測定結果例は配線基板の第1面に配置される部品の温度を測定したものであり、楕円Yで示す一群の測定結果例は配線基板の第2面に配置される部品の温度を測定したものである。
【0027】
図示のように、プリヒートゾーンでは、配線基板の両面の部品温度は予備加熱によって徐々に上昇し、3番目のプリヒート部でリフロー処理される第1面のはんだ付け面温度の方が高くなる。そして、リフローゾーンでは、リフロー処理される第1面のはんだ付け面温度の方が大きく上昇し、反対側の第2面の部品温度はほぼ一定に制御される。そして、冷却ゾーンに移行することにより、第1面のはんだ付け面が冷却される。
そして、図9(A)と図9(B)を対比して分かるように、ファン冷却だけの従来例に比べて、ファン冷却とノズル冷却の緩急2段階の冷却装置140A、140Bを組み合わせた本例の冷却部140により、リフロー後のはんだ付け面温度が急速に低下し、効果的にはんだの冷却、硬化を行うことが可能となる。
これにより、信頼性の高いはんだ付け状態を得ることができ、作業時間の短縮、効率化を達成できる。
【0028】
なお、以上の例では本発明をリードリフロー処理する装置に適用したが、他のリフロー処理を行うものについても同様の冷却方法を適用できるものである。
また、本発明は、上述のようなはんだリフロー装置として構成するものに限定されず、単独の冷却装置としても構成できるものである。
また、上述した例は無鉛はんだを使用した例を説明したが、これについても本発明を限定するものではなく、使用するはんだの成分等は適宜変更が可能である。
また、本発明は片面リフロー処理に限らず、スポットリフロー処理についても同様に適用できるものである。
【0029】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のはんだ冷却方法、はんだ冷却装置、及びはんだリフロー装置によれば、リフロー処理によって加熱溶融された配線基板上の未凝固はんだを冷却する場合に、そのはんだ冷却工程を少なくともはんだ表面が凝固する温度まで緩やかな冷却エアーによって冷却し、その後、強い冷却エアーによって急冷する2段階構成としたことにより、リフロー処理直後の溶融はんだの状態を損なうことなく、かつ、はんだの表面硬化後は効率的に冷却でき、適正なはんだの凝固状態を得ることができる。
したがって、電気的及び機械的に信頼性の高いはんだ付けを行うことができるので、製品の信頼性を向上でき、製品歩留の改善等を達成できる効果がある。
また、リフロー処理後の冷却作業時間の短縮を図ることができるので、製造効率の改善に寄与でき、製品コストの低下を達成できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用したはんだリフロー装置の全体構成例を模式的に示す側面図である。
【図2】図1に示すはんだリフロー装置の全体構成例を模式的に示す平面図である。
【図3】図1及び図2に示すはんだリフロー装置の構成をやや具体的に示す側断面図である。
【図4】図1及び図2に示すはんだリフロー装置の冷却部における第2冷却装置の概要を示す説明図である。
【図5】図4に示す第2冷却装置に設けられるエアーノズルの他の例を示す斜視図である。
【図6】図4に示す第2冷却装置に設けられるエアーノズルのさらに他の例を示す斜視図である。
【図7】本発明の実施の形態例におけるチップ部品とリード部品の実装処理の手順を示すフローチャートである。
【図8】本発明の実施の形態例におけるリード部品の実装処理の各工程を示す断面図である。
【図9】図1に示すはんだリフロー装置における配線基板の温度変化の測定結果例を従来例と対比して示す説明図である。
【符号の説明】
100……プリヒート部、120……リフロー部、140……冷却部、140A……第1冷却装置、140B……第2冷却装置、142……冷却ファン、144……排気ダクト、150……エアーノズル、152……エアー供給ホース、154……エアー圧レギレータ、160……コンベア装置、200……配線基板。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a solder cooling method, a solder cooling device, and a solder reflow device for cooling unsolidified solder on a wiring board that has been heated and melted by a reflow process.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a solder reflow device for a wiring board using lead-free solder mainly from the viewpoint of environmental protection and the like, a device having a preheating unit, a reflow unit, and a cooling unit has been proposed (for example, see Patent Document 1).
That is, in this solder reflow device, the wiring board provided with the unsolidified solder and the electronic components is transported to the preheating unit by the conveyor device, the unsolidified solder is heated by the preheater, and then transported to the reflow unit to cool the electronic components. While reflowing the unsolidified solder is performed.
Then, the unsolidified solder heated and melted by the reflow process is transported to a cooling unit where it is cooled, and the solder is hardened and discharged to a later stage.
In this cooling unit, a gentle cooling air is supplied to the heated and melted solder by a duct and a cooling fan arranged so as to face the wiring board on the conveyor device.
[0003]
[Patent Document 1]
JP, 2002-43733, A
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the prior art as described above, since the solder is cooled and hardened by the cooling unit using the cooling fan and the duct, there is a problem that a relatively long cooling time is required and the product throughput is deteriorated.
Regarding the structural change at the time of solder solidification, generally, the higher the cooling rate, the more nuclei are generated and the crystal grains become finer. And, the finer the crystal grain, the higher the strength and hardness according to Hall-Petch's law. Further, the finer the crystal structure, the less the influence of cracks at the grain boundaries and the like, and the higher the bonding reliability.
[0005]
Therefore, as the hardening and cooling treatment after the solder reflow, it is desirable to increase the cooling rate as much as possible and to improve the reliability of the joint. Conversely, if the crystals become coarse when left at high temperatures, the reliability in terms of strength will decrease.
In particular, in the case of a wiring board using the above-described lead-free solder, the temperature of the reflow treatment is higher than in the case of using the leaded solder, so that the cooling time required by the conventional cooling method is longer, and the product throughput is remarkable. Worse.
Furthermore, if the wiring board is ejected from the reflow device without proper cooling and hardening, mechanical stress such as vibration may be applied to the solder in the subsequent transport path, which may cause problems such as solder cracks. is there.
[0006]
Therefore, in order to overcome such problems, it is conceivable to rapidly cool the molten solder after reflow with a more powerful cooling device, but if strong cooling air is supplied to the molten solder, the solder surface will be deformed. Problems arise.
Although it is possible to perform rapid cooling using a more sophisticated cooling device other than the air supply, there is a problem that the equipment becomes large and the cost increases.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a solder cooling method, a solder cooling device, and a solder reflow device that can efficiently cool molten solder after a reflow process and obtain a proper solidification state of the solder.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has a solder cooling step of cooling the unsolidified solder on the wiring board that has been heated and melted by the reflow process, and the solder cooling step includes a step of solidifying at least a solder surface of the unsolidified solder. A first cooling step of cooling by gradual cooling air to a temperature to be cooled, and a second cooling step of rapidly cooling the unsolidified solder cooled by the first cooling step by strong cooling air. Features.
[0009]
Further, the present invention has a solder cooling unit that cools unsolidified solder on the wiring board that has been heated and melted by the reflow process, and the solder cooling unit is gently cooled to a temperature at which at least a solder surface of the unsolidified solder solidifies. It is characterized by including a first cooling device for cooling by cooling air, and a second cooling device for rapidly cooling the unsolidified solder cooled by the first cooling device step by strong cooling air.
[0010]
Further, the present invention provides a preheating section for preheating a wiring board on which unsolidified solder is applied and a component is mounted, and a reflow section for performing a reflow heating process on the unsolidified solder of the wiring board preheated by the preheating section. And a solder cooling unit that cools the unsolidified solder on the wiring board that has been heated and melted by the reflow process of the reflow unit, and a conveying unit that sequentially conveys the wiring board to the preheating unit, the reflow unit, and the solder cooling unit. A first cooling device for cooling by a gradual cooling air to a temperature at which at least a solder surface of the unsolidified solder is solidified; and the solder cooling unit after being cooled by the first cooling device. And a second cooling device for rapidly cooling the solidified solder by strong cooling air.
[0011]
In the solder cooling method, the solder cooling device, and the solder reflow device according to the present invention, when cooling the unsolidified solder on the wiring board that has been heated and melted by the reflow process, the solder cooling step is performed at least until a temperature at which the solder surface solidifies. Cooling by gentle cooling air and then rapid cooling by strong cooling air make it possible to cool efficiently after the surface hardening of the solder without impairing the state of molten solder immediately after reflow treatment. Thus, an appropriate solder solidification state can be obtained.
Therefore, highly reliable soldering can be performed electrically and mechanically, the reliability of the product can be improved, and the manufacturing efficiency can be improved by shortening the cooling operation time.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a solder cooling method, a solder cooling device, and a solder reflow device according to the present invention will be described.
1 and 2 are diagrams schematically showing an example of the entire configuration of a solder reflow apparatus to which the present invention is applied. FIG. 1 is a side view, and FIG. 2 is a plan view (specifically, a plan view in which
FIG. 3 is a side sectional view somewhat specifically showing the configuration of the solder reflow apparatus shown in FIGS.
The solder reflow apparatus of this example is for reflowing unsolidified solder (cream solder) for mounting lead components. For example, a chip component is mounted in advance, and the reflow process (chip reflow process) is completed. On the other hand, the apparatus is configured as an apparatus for applying solder for mounting lead components, mounting lead components, and performing solder reflow processing (lead reflow processing) again.
In addition, the reflow processing method for the lead component includes a single-sided reflow method in which hot air is supplied to one entire surface of the wiring board and heated, or a hot air is locally supplied to a connection portion between the lead and the solder and locally heated. Although a spot reflow method and the like are known, a single-sided reflow method will be described in this example.
[0013]
As shown in FIGS. 1 to 3, the solder reflow apparatus of the present embodiment includes a preheat unit (preheat zone) 100, a reflow unit (reflow zone) 120, a cooling unit (cooling zone) 140, and a
The
[0014]
The preheating
The
The
By the preheating
[0015]
Next, the
As shown in FIG. 3,
The
The
[0016]
The
The
The
[0017]
Next, the
The
First, the
The cooling
The
[0018]
In the
By the cooling of the
In this example, the cooling
[0019]
Next, the
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an outline of the
The
The
Each of the air discharge holes 151 is formed in a circular hole shape, and is formed in a tapered shape that expands outward so that compressed air can be effectively ejected.
[0020]
The base end of the
The compressed air from the compressed air pump is supplied from the
With such a
The cooling air used in the
[0021]
The
For example, in the example of FIG. 1, one
Further, in the example shown in FIG. 4, the example in which the compressed air discharge holes are arranged in one row is shown, but it may be arranged in, for example, two rows. Alternatively, as shown in FIG. 5, an
Further, the air discharge hole is not limited to the circular air discharge hole, and a slit (elongated hole) air discharge hole may be provided along the longitudinal direction of the air nozzle. For example, as shown in FIG. 6A, an air nozzle 150B having one slit-shaped
The cross section of the
[0022]
Next, the outline of the component mounting processing of the wiring board in this example will be described.
FIG. 7 is a flowchart showing the outline of the component mounting process of the present example. FIG. 7A shows a chip component mounting process procedure, and FIG. 7B shows a lead component mounting process procedure.
First, in the chip component mounting process shown in FIG. 7A, cream solder is applied to the chip mounting surface of the wiring board by printing (step S1), and then the chip component is mounted on the wiring board by a chip mounter or the like (step S1). S2).
Then, a chip reflow process is performed using a chip reflow device (not shown) (step S3), and thereafter, the process shifts to an inspection / correction process. Thus, the chip mounting process ends.
[0023]
Next, in the mounting process of the lead component shown in FIG. 7B, cream solder is applied in a spot shape to a specific portion of the solder application surface of the wiring board (step S11). In this operation, a multi-nozzle dispenser system (MDS) collectively applies a large number of solders by a large number of solder supply nozzles (a specific example will be described later).
Next, a lead component is mounted on the solder-coated surface of the wiring board by a lead mounter or the like (Step S12), and a case is mounted on the wiring board (Step S13).
Then, a single-sided lead reflow process is performed using the above-described solder reflow apparatus of the present embodiment (step S14), and after the substrate mounting is completed, the substrate is divided (step S15) to complete each wiring substrate.
Note that such a procedure is merely an example, and does not limit the present invention. Needless to say, various methods can be adopted.
[0024]
FIG. 8 is a sectional view showing each step of the mounting process of the lead component.
First, in FIG. 8A, the
Then, the
Next, as shown in FIG. 8B, the
[0025]
Thereafter, the
That is, the second surface 220 side of the
In FIG. 8D, in the
[0026]
FIGS. 9A and 9B are explanatory diagrams showing an example of a measurement result of a temperature change (temperature profile) of a wiring board in the solder reflow device according to the present embodiment, in comparison with a case of a conventional solder reflow device. FIG. 9A shows an example of measurement results of the solder reflow apparatus of the present example, and FIG. 9B shows an example of measurement results of a solder reflow apparatus corresponding to the conventional example according to Patent Document 1 described above.
In each of the drawings, the vertical axis represents temperature, and the horizontal axis represents time, and represents a temperature change from the above-described preheat zone to the cooling zone via the reflow zone.
In each figure, a group of measurement results indicated by an ellipse X is obtained by measuring the temperature of a component arranged on the first surface of the wiring board, and a group of measurement results indicated by an ellipse Y is obtained by measuring the temperature of the wiring board. This is a measurement of the temperature of components arranged on two surfaces.
[0027]
As shown in the figure, in the preheating zone, the component temperatures on both surfaces of the wiring board gradually rise by preheating, and the temperature of the soldering surface of the first surface subjected to the reflow treatment in the third preheating portion becomes higher. Then, in the reflow zone, the temperature of the soldering surface of the first surface to be reflowed rises significantly, and the component temperature of the second surface on the opposite side is controlled to be substantially constant. Then, by moving to the cooling zone, the first soldering surface is cooled.
As can be seen by comparing FIGS. 9 (A) and 9 (B), a book combining
Thereby, a highly reliable soldering state can be obtained, and the working time can be shortened and the efficiency can be improved.
[0028]
In the above example, the present invention is applied to an apparatus that performs a read reflow process. However, the same cooling method can be applied to a device that performs another reflow process.
Further, the present invention is not limited to the above-described device configured as the solder reflow device, but can be configured as a single cooling device.
In the above-described example, an example in which a lead-free solder is used has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the components of the solder to be used can be appropriately changed.
Further, the present invention is not limited to the one-sided reflow process, but can be similarly applied to a spot reflow process.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, according to the solder cooling method, the solder cooling device, and the solder reflow device of the present invention, when cooling the unsolidified solder on the wiring board that has been heated and melted by the reflow process, at least the solder cooling step is performed. Cooling by gentle cooling air to the temperature at which the solder surface solidifies, and then quenching by strong cooling air, so that the molten solder immediately after reflow processing is not damaged and the surface of the solder is hardened. Thereafter, cooling can be performed efficiently, and a proper solidification state of the solder can be obtained.
Therefore, highly reliable electrical and mechanical soldering can be performed, so that the reliability of the product can be improved, and the product yield can be improved.
In addition, since the cooling operation time after the reflow treatment can be shortened, it is possible to contribute to the improvement of the manufacturing efficiency and to achieve the effect of reducing the product cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view schematically showing an overall configuration example of a solder reflow apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a plan view schematically showing an overall configuration example of the solder reflow device shown in FIG.
FIG. 3 is a side sectional view somewhat specifically showing a configuration of the solder reflow apparatus shown in FIGS. 1 and 2;
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an outline of a second cooling device in a cooling unit of the solder reflow device shown in FIGS. 1 and 2;
FIG. 5 is a perspective view showing another example of the air nozzle provided in the second cooling device shown in FIG.
FIG. 6 is a perspective view showing still another example of the air nozzle provided in the second cooling device shown in FIG.
FIG. 7 is a flowchart illustrating a procedure of a mounting process of a chip component and a lead component according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing each step of the mounting process of the lead component in the embodiment of the present invention.
9 is an explanatory diagram showing an example of a measurement result of a temperature change of a wiring board in the solder reflow apparatus shown in FIG. 1 in comparison with a conventional example.
[Explanation of symbols]
100 preheating section, 120 reflow section, 140 cooling section, 140A first cooling device, 140B second cooling device, 142 cooling fan, 144 exhaust duct, 150 air Nozzle, 152, air supply hose, 154, air pressure regulator, 160, conveyor device, 200, wiring board.
Claims (21)
前記はんだ冷却工程は、
前記未凝固はんだの少なくともはんだ表面が凝固する温度まで緩やかな冷却エアーによって冷却する第1の冷却工程と、
前記第1の冷却工程によって冷却された後の前記未凝固はんだを強い冷却エアーによって急冷する第2の冷却工程とを含む、
ことを特徴とするはんだ冷却方法。Having a solder cooling step of cooling unsolidified solder on the wiring board that has been heated and melted by the reflow process,
The solder cooling step,
A first cooling step of cooling by gradual cooling air to a temperature at which at least a solder surface of the unsolidified solder is solidified;
A second cooling step of quenching the unsolidified solder after being cooled by the first cooling step with strong cooling air.
A method for cooling solder, characterized in that:
前記はんだ冷却部は、
前記未凝固はんだの少なくともはんだ表面が凝固する温度まで緩やかな冷却エアーによって冷却する第1の冷却装置と、
前記第1の冷却装置工程によって冷却された後の前記未凝固はんだを強い冷却エアーによって急冷する第2の冷却装置とを含む、
ことを特徴とするはんだ冷却装置。It has a solder cooling unit that cools the unsolidified solder on the wiring board that has been heated and melted by the reflow process,
The solder cooling unit,
A first cooling device for cooling by a gentle cooling air to a temperature at which at least a solder surface of the unsolidified solder is solidified;
A second cooling device that rapidly cools the unsolidified solder after being cooled by the first cooling device process with strong cooling air.
A solder cooling device, characterized in that:
前記プリヒート部によって予備加熱された配線基板の未凝固はんだにリフロー処理を行うリフロー部と、
前記リフロー部のリフロー処理によって加熱溶融された配線基板上の未凝固はんだを冷却するはんだ冷却部と、
前記配線基板をプリヒート部、リフロー部、及びはんだ冷却部に順次搬送する搬送手段とを有し、
前記はんだ冷却部は、
前記未凝固はんだの少なくともはんだ表面が凝固する温度まで緩やかな冷却エアーによって冷却する第1の冷却装置と、
前記第1の冷却装置によって冷却された後の前記未凝固はんだを強い冷却エアーによって急冷する第2の冷却装置とを含む、
ことを特徴とするはんだリフロー装置。A preheating section for preheating the wiring board on which the unsolidified solder is applied and the component is mounted,
A reflow unit that performs a reflow process on the unsolidified solder of the wiring board preheated by the preheating unit,
A solder cooling unit that cools unsolidified solder on the wiring board that has been heated and melted by the reflow process of the reflow unit,
Having a conveying means for sequentially conveying the wiring board to a preheating unit, a reflow unit, and a solder cooling unit,
The solder cooling unit,
A first cooling device for cooling by a gentle cooling air to a temperature at which at least a solder surface of the unsolidified solder is solidified;
A second cooling device for rapidly cooling the unsolidified solder after being cooled by the first cooling device by strong cooling air,
A solder reflow apparatus characterized in that:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003021281A JP4186635B2 (en) | 2003-01-30 | 2003-01-30 | Solder cooling method, solder cooling device, and solder reflow device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003021281A JP4186635B2 (en) | 2003-01-30 | 2003-01-30 | Solder cooling method, solder cooling device, and solder reflow device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004235381A true JP2004235381A (en) | 2004-08-19 |
JP4186635B2 JP4186635B2 (en) | 2008-11-26 |
Family
ID=32950660
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003021281A Expired - Fee Related JP4186635B2 (en) | 2003-01-30 | 2003-01-30 | Solder cooling method, solder cooling device, and solder reflow device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4186635B2 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007258487A (en) * | 2006-03-23 | 2007-10-04 | Espec Corp | Soldering device, and cooling device therefor |
EP2301311A1 (en) * | 2008-07-15 | 2011-03-30 | Ersa GmbH | Device for the heat treatment of workpieces |
KR101094340B1 (en) | 2009-11-05 | 2011-12-19 | 주식회사 한택 | Reflow apparatus |
CN107135614A (en) * | 2017-05-25 | 2017-09-05 | 杭州晶志康电子科技有限公司 | Printed circuit board (PCB) paster processing technology |
KR102302687B1 (en) * | 2020-10-19 | 2021-09-16 | 대한전열공업(주) | Quick brazing furnace system |
-
2003
- 2003-01-30 JP JP2003021281A patent/JP4186635B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007258487A (en) * | 2006-03-23 | 2007-10-04 | Espec Corp | Soldering device, and cooling device therefor |
EP2301311A1 (en) * | 2008-07-15 | 2011-03-30 | Ersa GmbH | Device for the heat treatment of workpieces |
JP2011528171A (en) * | 2008-07-15 | 2011-11-10 | エーエルエスアー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Heat treatment equipment for processed products |
KR101094340B1 (en) | 2009-11-05 | 2011-12-19 | 주식회사 한택 | Reflow apparatus |
CN107135614A (en) * | 2017-05-25 | 2017-09-05 | 杭州晶志康电子科技有限公司 | Printed circuit board (PCB) paster processing technology |
KR102302687B1 (en) * | 2020-10-19 | 2021-09-16 | 대한전열공업(주) | Quick brazing furnace system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4186635B2 (en) | 2008-11-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20070039999A1 (en) | Soldering apparatus and soldering method | |
KR100524841B1 (en) | Reflow soldering method and reflow soldering apparatus | |
EP1321215B1 (en) | Method and apparatus for local application of solder to preselected conductor areas on a printed circuit board | |
CN107999918B (en) | Reflow soldering device | |
WO2007077727A1 (en) | Reflow apparatus | |
JP4186635B2 (en) | Solder cooling method, solder cooling device, and solder reflow device | |
JP5533650B2 (en) | Automatic soldering equipment | |
KR101705441B1 (en) | Carrying heating device | |
JP2005203406A (en) | Soldering method and soldering apparatus | |
CN113036026B (en) | Method and apparatus for manufacturing semiconductor device | |
JP2004214553A (en) | Reflow furnace | |
JP6502909B2 (en) | Reflow device | |
US7759613B2 (en) | Reflowing apparatus and reflowing method | |
JP5910601B2 (en) | Nozzle and soldering device | |
JP2001144428A (en) | Soldering device and method | |
KR100776262B1 (en) | Soldering apparatus | |
JP2003340569A (en) | Reflow furnace | |
US6794616B1 (en) | Solder reflow oven | |
JP3146921B2 (en) | Reflow equipment | |
JP7506353B2 (en) | Wave soldering equipment | |
JP2018073902A (en) | Reflow device | |
JP2005116917A (en) | Method for manufacturing part mounting substrate and flux coating device | |
JP2002324972A (en) | Reflow device and reflow soldering method using it | |
JP4053907B2 (en) | Flux supply method and apparatus, bump formation method, computer program, and computer-readable storage medium | |
JP3171179B2 (en) | Reflow device and temperature control method in reflow device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20051101 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
|
A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20080425 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20080515 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080708 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080819 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080901 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 3 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110919 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |