JP2006148152A - Soldering equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、はんだ付け装置に係り、特に、鉛フリーはんだを用いるに好適なはんだ付け装置に関する。 The present invention relates to a soldering apparatus, and more particularly to a soldering apparatus suitable for using lead-free solder.
従来のはんだ付け装置においては、はんだを融点以上まで加熱するための熱源として、例えば、特開平6−253465号公報や特開平10−335047号公報に記載されているように、赤外線ヒーターを用いて直接被加熱物を加熱するものや、特開平11−54903号公報や特開平9−186448号公報に記載されているように、赤外線ヒーターによって加熱された流体を被加熱物に吹きつけるものが知られている。 In a conventional soldering apparatus, an infrared heater is used as a heat source for heating the solder to the melting point or higher, as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 6-253465 and 10-335047. Known are those that directly heat an object to be heated, and those that spray a fluid heated by an infrared heater onto the object to be heated, as described in JP-A-11-54903 and JP-A-9-186448. It has been.
最近、はんだ付け装置に用いるはんだとして、低公害化の観点から、従来の鉛含有はんだに代えて、鉛を含有しない鉛フリーはんだを用いることが試みられている。鉛フリーはんだとしては、錫銀系はんだ(SnAg)や、錫銅系はんだ(SnCu)や、錫銀系はんだ(SnAg)にビスマス(Bi)を添加したものなどが知られている。これらの鉛フリーはんだは、従来の鉛はんだの融点よりも高く、例えば、SnAg系はんだの融点は221℃であり、SnCu系はんだの融点は227℃であり、Bi含有SnAg系はんだの融点は205℃である。即ち、鉛フリーはんだの融点は、200〜230℃と、鉛はんだに比べて高融点である。 Recently, as a solder used in a soldering apparatus, it has been attempted to use a lead-free solder containing no lead in place of a conventional lead-containing solder from the viewpoint of reducing pollution. Known lead-free solders include tin-silver solder (SnAg), tin-copper solder (SnCu), and tin-silver solder (SnAg) with bismuth (Bi) added. These lead-free solders have a melting point higher than that of conventional lead solders. For example, the melting point of SnAg solder is 221 ° C., the melting point of SnCu solder is 227 ° C., and the melting point of Bi-containing SnAg solder is 205. ° C. That is, the melting point of lead-free solder is 200 to 230 ° C., which is higher than that of lead solder.
一方、プリント基板上にはんだ付けされる電子部品としては、SOPタイプのICや、QFPタイプのICや、抵抗,コンデンサ等のチップ部品や、電解コンデンサ等がある。これらのはんだ付け部品の耐熱温度は、鉛フリーはんだの融点に近いものもある。例えば、アルミ電解コンデンサの耐熱温度は、250℃である。従って、融点が227℃のはんだを用いてはんだ付けする場合には、はんだを融点以上の、例えば,230℃に加熱する必要があり、プリント基板に搭載する電子部品の耐熱温度を考慮すると、例えば、240℃以下に制御する必要がある。即ち、加熱温度は、230〜240℃の範囲となるように制御する必要がある。 On the other hand, as electronic parts to be soldered on a printed board, there are SOP type ICs, QFP type ICs, chip parts such as resistors and capacitors, electrolytic capacitors, and the like. Some of these soldered parts have a heat resistant temperature close to the melting point of lead-free solder. For example, the heat resistant temperature of the aluminum electrolytic capacitor is 250 ° C. Therefore, when soldering using a solder having a melting point of 227 ° C., it is necessary to heat the solder to a temperature equal to or higher than the melting point, for example, 230 ° C. Considering the heat resistant temperature of electronic components mounted on a printed circuit board, It is necessary to control the temperature to 240 ° C. or lower. That is, it is necessary to control the heating temperature to be in the range of 230 to 240 ° C.
しかしながら、特開平6−253465号公報や特開平10−335047号公報に記載されているように、赤外線ヒーターを用いて直接被加熱物を加熱するものでは、ヒーターの形状の影響によって、被加熱物の温度差が生じるため、はんだの融点以上に加熱した場合、部分的にプリント基板に搭載される電子部品の耐熱温度以上加熱される場合あり、このような場合、電子部品に温度的なダメージを与えることになる。また、特開平11−54903号公報や特開平9−186448号公報に記載されているように、赤外線ヒーターによって加熱された流体を被加熱物に吹きつけるものにおいては、赤外線ヒーターを用いて直接被加熱物を加熱するものに比べて、温度分布のバラツキは少ないものの、加熱温度を230〜240℃の範囲となるように被加熱部材であるプリント基板およびその搭載電子部品の全てについて均一に加熱するのが困難であり、電子部品に温度的なダメージを与えるという問題があった。 However, as described in JP-A-6-253465 and JP-A-10-335047, an object to be heated directly using an infrared heater is affected by the shape of the heater. Therefore, when heated above the melting point of the solder, it may be partially heated above the heat resistance temperature of the electronic component mounted on the printed circuit board. In such a case, the electronic component may be thermally damaged. Will give. In addition, as described in JP-A-11-54903 and JP-A-9-186448, in the case where a fluid heated by an infrared heater is sprayed on an object to be heated, the infrared heater is used to directly cover the object. Although there is less variation in temperature distribution than that for heating heated objects, all the printed circuit boards that are heated members and their mounted electronic components are uniformly heated so that the heating temperature is in the range of 230 to 240 ° C. However, there is a problem that temperature damage is caused to the electronic component.
本発明の目的は、鉛フリーはんだを用いるはんだ付け装置において、プリント基板およびその搭載電子部品を均一に加熱でき、電子部品に温度的なダメージを与えることなく、はんだ付けの可能なはんだ付け装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a soldering apparatus using a lead-free solder, which can uniformly heat a printed circuit board and an electronic component mounted thereon, and can perform soldering without causing thermal damage to the electronic component. It is to provide.
(1)上記目的を達成するために、本発明は、送風機から送られる流体をヒーターによって加熱し、この加熱流体を被加熱物に吹き付けて被加熱物を加熱する加熱炉ユニットを有するはんだ付け装置において、上記送風機と上記ヒーターとの間に配置され、上記送風機から送られる流体の圧力を均一にするとともに、上記ヒーターに対して通風可能な複数の孔を有する多孔質体と、上記ヒーターと上記被加熱物の間に配置され、上記ヒーターによって加熱された流体を乱流として上記被加熱物に吹き付ける輻射板とを備えるようにしたものである。かかる構成により、鉛フリーはんだを用いるはんだ付け装置において、プリント基板およびその搭載電子部品を均一に加熱でき、電子部品に温度的なダメージを与えることなく、はんだ付けを行い得るものとなる。 (1) In order to achieve the above object, the present invention provides a soldering apparatus having a heating furnace unit that heats a fluid to be heated by heating a fluid sent from a blower with a heater and spraying the heating fluid onto the object to be heated. A porous body that is disposed between the blower and the heater, uniformizes the pressure of the fluid sent from the blower, and has a plurality of holes that can ventilate the heater, the heater, and the heater A radiation plate is disposed between the objects to be heated and sprays the object to be heated as a turbulent flow of the fluid heated by the heater. With this configuration, in a soldering apparatus using lead-free solder, the printed circuit board and the electronic components mounted thereon can be heated uniformly, and soldering can be performed without causing thermal damage to the electronic components.
(2)上記(1)において、好ましくは、上記加熱炉ユニットは、さらに、上記輻射板若しくは上記ヒーターの少なくとも一方であって、上記被加熱物側に設けられ、上記ヒーターから放射される赤外線のうち、1μm以下及び20μm以上の赤外線波長を吸収する吸収体を備えるようにしたものである。かかる構成により、遠赤外線波長1μmから20μmの波長を被加熱物に照射して、黒色モールドのIC等の温度も耐熱温度以下となるように、容易に制御し得るものとなる。 (2) In the above (1), preferably, the heating furnace unit is further provided with at least one of the radiation plate or the heater, and is provided on the heated object side and transmits infrared rays emitted from the heater. Among them, an absorber that absorbs infrared wavelengths of 1 μm or less and 20 μm or more is provided. With this configuration, the object to be heated is irradiated with a far infrared wavelength of 1 μm to 20 μm, and the temperature of the IC or the like of the black mold can be easily controlled so as to be lower than the heat resistant temperature.
(3)上記(1)において、好ましくは、上記加熱炉ユニットを上記被加熱物の搬送方向に複数個接続するとともに、上記被加熱物の搬送方向と逆方向に流体の流れを形成するようにしたものである。かかる構成により、はんだ付け部の温度の低下を防止し得るものとなる。 (3) In the above (1), preferably, a plurality of the heating furnace units are connected in the conveying direction of the heated object, and a fluid flow is formed in a direction opposite to the conveying direction of the heated object. It is a thing. With this configuration, it is possible to prevent a decrease in the temperature of the soldering portion.
(4)上記(1)において、好ましくは、さらに、上記加熱炉ユニットによって加熱された被加熱物を冷却する冷却ユニットを備え、この冷却ユニットは、冷却用流体を上記被加熱物に吹き付ける送風機と、被加熱物によって昇温した流体を冷却する冷却器と、上記送風機と上記被加熱物との間に配置され、上記送風機から送られる流体の圧力を均一にするとともに、上記被加熱物に対して通風可能な複数の孔を有する多孔質体とを備えるようにしたものである。かかる構成により、被加熱物を急冷化することによって、はんだ内部組織の微細化、はんだ中のAg3Sn針状結晶の抑制及び被加熱物の導体と電子部品のはんだ付け部から剥離するはんだ付け不良を抑制し得るものとなる。 (4) In the above (1), preferably, it further includes a cooling unit that cools the object to be heated heated by the heating furnace unit, and the cooling unit includes a blower that blows a cooling fluid onto the object to be heated. A cooler that cools the fluid heated by the object to be heated, and is arranged between the blower and the object to be heated, and makes the pressure of the fluid sent from the fan uniform, and against the object to be heated And a porous body having a plurality of holes that can be ventilated. With this configuration, by rapidly cooling the object to be heated, the internal structure of the solder is refined, the Ag3Sn needle crystals in the solder are suppressed, and the soldering defect that peels from the conductor of the object to be heated and the soldered part of the electronic component is eliminated. It can be suppressed.
(5)上記(1)において、好ましくは、上記冷却ユニットを上記被加熱物の搬送方向に複数個接続するとともに、上記被加熱物の搬送方向と逆方向に流体の流れを形成するようにしたものである。かかる構成により、冷却用流体を被加熱物の搬送方向とは逆方向に流すことにより、不活性ガスの消費量を低減し得るものとなる。 (5) In the above (1), preferably, a plurality of the cooling units are connected in the conveying direction of the heated object, and a fluid flow is formed in the direction opposite to the conveying direction of the heated object. Is. With this configuration, the consumption of the inert gas can be reduced by flowing the cooling fluid in the direction opposite to the conveying direction of the object to be heated.
本発明によれば、鉛フリーはんだを用いるはんだ付け装置において、プリント基板およびその搭載電子部品を均一に加熱でき、電子部品に温度的なダメージを与えることなく、はんだ付けを行うことができる。 According to the present invention, in a soldering apparatus using lead-free solder, the printed circuit board and the electronic component mounted thereon can be heated uniformly, and soldering can be performed without causing thermal damage to the electronic component.
以下、図1〜図6を用いて、本発明の一実施形態によるはんだ付け装置の構成について説明する。最初に、図1を用いて、本実施形態によるはんだ付け装置の全体構成について説明する。図1は、本発明の一実施形態によるはんだ付け装置の全体構成を示す正面図である。 Hereinafter, the configuration of a soldering apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Initially, the whole structure of the soldering apparatus by this embodiment is demonstrated using FIG. FIG. 1 is a front view showing an overall configuration of a soldering apparatus according to an embodiment of the present invention.
はんだ付け装置は、連続加熱炉部100と、冷却部200と、不活性ガスチャンバ310,320と、搬送コンベア50とから構成されており、リフロー炉を構成している。連続加熱炉部100は、プリヒート部100Aと、はんだ付け部100Bとから構成されている。プリヒート部100A及びはんだ付け部100Bは、それぞれ、加熱炉ユニット110A,110B,110C,110D,110Eと、加熱炉ユニット110G,110Hとから構成されており、これらの加熱炉ユニット110A,…,110Hの構成は基本的に同じものである。加熱炉ユニット110A,…,110Hの詳細な構成については、図3及び図4用いて後述する。プリヒート部100Aは、被加熱物10を、例えば、160〜200℃まで加熱して、被加熱物10であるプリント基板や、このプリント基板の上に搭載されている電子部品の温度を上昇させる。はんだ付け部100Bは、被加熱物10を融点以上の,例えば、240℃まで加熱して半田を溶融し、プリント基板と電子部品をはんだ付けする。
The soldering apparatus includes a continuous
冷却部200は、冷却ユニット210A,210Bから構成されており、これらの冷却ユニット210A,210Bの構成は基本的に同じものである。加熱炉ユニット110A,…,110Hの詳細な構成については、図5を用いて後述する。冷却部200は、例えば、240℃まで加熱されている被加熱物10を常温まで急速冷却して、はんだを固着させ、はんだ付けを完了する。
The
不活性ガスチャンバ310は、入口側に開閉部312を備えている。不活性ガスチャンバ320は、出口側に開閉部322を備えている。開閉部312,322は、開閉可能なカーテンやドアであり、搬送コンベア50によって搬送される被加熱物10を、不活性ガスチャンバ310内部に搬入する場合や、不活性ガスチャンバ320から搬出する場合に開いて、被加熱物10の搬入・搬出を可能にするとともに、それ以外のときは閉じていて、連続加熱炉部100や、冷却部200や、不活性ガスチャンバ310,320内の窒素ガスのような不活性ガスが外部に流出するのを低減するようにしている。連続加熱炉部100や、冷却部200や、不活性ガスチャンバ310,320内は、不活性ガスが導入されており、はんだが溶融した際の表面酸化を低減するようにしている。
The
次に、本実施形態によるはんだ付け装置の動作について説明する。被加熱物10は、搬送コンベア50によって、不活性ガスチャンバ310内に搬入される。被加熱物10の搬入時に、開閉部312が開き、被加熱物10の搬入後開閉部312が閉じる。被加熱物10は、搬送コンベア50によって、連続加熱炉部100のプリヒート部100Aに搬送される。プリヒート部100Aの加熱炉ユニット110A,110B,110C,110D,110Eの内部雰囲気は、それぞれ、例えば、180℃に保たれている。搬送コンベア50によって搬送される被加熱物10は、加熱炉ユニット110A,110B,110C,110D,110Eによって徐々に加熱され、加熱炉ユニット110Eでは、最終的に内部の雰囲気温度(例えば、180℃)まで被加熱物10であるプリント基板及びその上に搭載された電子部品が加熱される。
Next, the operation of the soldering apparatus according to the present embodiment will be described. The article to be heated 10 is carried into the
次に、被加熱物10は、搬送コンベア50によって、連続加熱炉部100のはんだ付け部100Bに搬送される。はんだ付け部100Bの加熱炉ユニット110G,110Hの内部雰囲気は、それぞれ、例えば、240℃に保たれている。搬送コンベア50によって搬送される被加熱物10は、加熱炉ユニット110G,110Hによってそれぞれ加熱され、加熱炉ユニット110Hでは、最終的に内部の雰囲気温度(例えば、240℃)まで被加熱物10であるプリント基板及びその上に搭載された電子部品が加熱され、はんだが溶融する。
Next, the object to be heated 10 is conveyed by the conveying
次に、被加熱物10は、搬送コンベア50によって、冷却部200に搬送される。冷却部200の冷却ユニット210A,210Bの内部には、例えば、30℃まで冷却した空気及び不活性ガスによって、低温状態に保たれている。搬送コンベア50によって搬送される被加熱物10は、冷却ユニット210Aによって例えば、60〜80℃まで冷却され、さらに、冷却ユニット210Bによって例えば30℃まで冷却される。
Next, the object to be heated 10 is transported to the
常温まで冷却された被加熱物10は、搬送コンベア50によって、不活性ガスチャンバ320から搬出される。被加熱物10の搬出時に、開閉部322が開き、被加熱物10の搬出後開閉部322が閉じる。
The object to be heated 10 cooled to room temperature is carried out of the
次に、図2を用いて、本実施形態によるはんだ付け装置によってはんだ付けされる被加熱物の一例について説明する。図2は、本発明の一実施形態によるはんだ付け装置によってはんだ付けされる被加熱物の一例の構成を示す斜視図である。 Next, an example of an object to be heated to be soldered by the soldering apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of an example of an object to be heated soldered by the soldering apparatus according to the embodiment of the present invention.
被加熱物10は、プリント基板12と、その上に搭載され、はんだ付けされる電子部品14とから構成されている。プリント基板12には、予め配線が形成されると共に、電子部品14の搭載位置には、はんだペーストが印刷されている。電子部品14としては、例えば、SOPタイプのIC14Aや、QFPタイプのIC14Bや、抵抗,コンデンサ等のチップ部品14Cや、電解コンデンサ14D等がある。ここで、アルミ電解コンデンサの耐熱温度は、例えば、250℃である。また、本発明者らの研究によると、黒色モールドのSOPタイプのIC14Aでは、照射する赤外線の波長によって、温度制御の容易性が異なることが判明した。例えば、1μm以下の波長の赤外線は、黒色モールドに吸収され易すいため、温度が上昇しやすく、所定温度になるようにする温度制御が困難である。また、20μm以上の波長の赤外線は、黒色モールドに吸収され難いため、温度が上昇し難く、所定温度になるようにする温度制御が困難である。
The object to be heated 10 includes a printed
次に、図3及び図4を用いて、本実施形態によるはんだ付け装置に用いる加熱炉ユニット110の構成について説明する。図3は、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炉ユニットの構成を示す断面図である。図3に示したX,Y,Z軸は、図1のX,Y,Z軸に等しいものであり、図3の加熱炉ユニット110は、図1の加熱炉ユニット110A,…,110HのX−Z面の断面図である。図4は、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炉ユニットに用いる輻射板の構成を示す平面図である。
Next, the configuration of the
本実施形態による加熱炉ユニット110は、流体を送風する機構として、モータ120とブロアファン122とを備えている。ブロアファン122は、シャフト124によってモータ120の回転軸に連結されている。シャフト124は、図示しない軸受によって支承されている。また、本実施形態による加熱炉ユニット110は、多孔質板130と、鋳込みヒータ140と、輻射板150とを備えている。鋳込みヒータ140と輻射板150の被加熱物10に面する側には、表面処理部142,152が形成されている。鋳込みヒータ140は、その内部に棒ヒータ144が鋳込まれて形成されている。また、鋳込みヒータ140は、複数のスリット146が形成されている。さらに、搬送コンベア50による被加熱物10の搬送方向(X方向)の前後には、それぞれ、ケーシング160A,160Bが設けられており、その内部には、流体通路162A,162Bが形成されている。
The
なお、図3に示す状態は、搬送コンベア50の上半分の加熱炉ユニットの構成にについて示しており、搬送コンベア50の下側にも、モータ120と、ブロアファン122と、多孔質板130と、鋳込みヒータ140と、輻射板150とからなる加熱炉ユニットが備えられており、搬送コンベア50上の被加熱物10を上下方向から加熱する構成となっている。
The state shown in FIG. 3 shows the configuration of the heating furnace unit in the upper half of the
モータ120によって回転するブロアファン122は、背面側の流体(例えば、空気や不活性ガス)を吸引して加圧して、矢印B1方向に空間Cに送風する。空間Cは、ケーシングと多孔質板130によって仕切られた空間である。但し、多孔質板130には、多数の孔が形成されているため、鋳込みヒータ140や輻射板150の方に連通している。空間Cは、以上のように、多孔質板130を介してのみ他の空間と連通しているため、内部の流体圧が上昇する。内部圧の上昇した流体は、多孔質板130の多数の孔から輻射板150の方向に噴出する。多孔質板130から噴出した流体は、鋳込みヒータ140によって加熱され、スリット146から輻射板150の方向(矢印B2方向)に噴出する。
The
このようにして、ブロアファン122によって加圧された流体は、空間Cにおいて所定圧まで加圧された後、多孔質板130から噴出するようにしているため、例えば、ブロアファン122から噴き出す流体の速度分布があっても、空間Cの内部圧が一定圧まで上昇するため、多孔質板130から噴出する流体の速度のばらつきを低減して、ほぼ一定速度の流体とすることができる。鋳込みヒータ140のスリット146から噴出する流体の速度は、例えば、20m/sと高速でかつ一定である。本実施形態では、高速で加熱された流体を、被加熱物10に吹きつけることにより、熱交換効率を向上して、被加熱物10の温度を速やかに上昇させるようにしている。
Thus, since the fluid pressurized by the
また、多孔質板130の材料として、プラチナ(Pt)・銅(Cu)・マンガン(Mn)の合金を用いることにより、多孔質板130に、フラックスを分解する触媒作用を持たせることができる。後述するように、被加熱物10に吹きつけられた加熱流体は、流体通路162を介して、ブロアファン122より空間Cに環流される。被加熱物10のはんだが溶融するとフラックスが発生するが、このフラックスが空間Cに環流される。ここで、多孔質板130の表面に付着したフラックスは、ラチナ(Pt)・銅(Cu)・マンガン(Mn)の触媒作用を有する合金によって分解され、多孔質の目詰まりを防止することができる。多孔質板130は、加熱炉ユニット110から取り外すことが可能であり、取り外してフラックスを除去することも可能である。
Further, by using an alloy of platinum (Pt), copper (Cu), and manganese (Mn) as the material of the
ここで、図4を用いて、輻射板150の構成について説明する。輻射板150には、複数の小孔154が形成されている。複数の小孔154は、互いに正三角形の頂点の位置に形成されており、燐列する小孔間の距離A1,A2,A3は、等しくなっている。小孔154の直径は、φ2〜φ5(mm)としており、例えば、φ3.5(mm)としている。このとき、燐列する小孔間の距離A1,A2,A3は、20(mm)としている。このような小孔154の寸法,配置とすることにより、輻射板150から矢印B3方向に噴出する流体をカルマン渦を有する乱流とすることができる。鋳込みヒーター140のスリット146から噴出する流体は、ほぼ層流であり、その速度は、前述したように、例えば、20m/sと高速流体である。この高速流体を層流状態のまま、被加熱物10に吹きつけると、その流速により、被加熱物10上の電子部品が飛ばされたり、位置ズレが発生する。プリント基板のはんだペーストの上に載置された電子部品は、単にはんだペースト上に載せられているだけであり、特に固定されていないため、高速流体によって容易に位置ズレが発生する。このような位置ズレを防止するため、小孔154の形成された輻射板150を用いることにより、被加熱物10に吹きつけられる高速流体を乱流として、電子部品の位置ズレ等を防止するようにしている。なお、小孔154の配置は、正三角形の頂点に配置する場合に限らず、2等辺三角形の頂点に配置することも可能である。即ち、小孔154間の距離A1=A2とし、A1>A3とすることもできる。
Here, the configuration of the
輻射板150から吹き出す加熱流体の温度は、温度センサによって検出され、ヒーター140に対する通電量を制御することにより、加熱流体の温度を所定温度(例えば、プリヒータ部100Aでは180℃、はんだ付け部100Bでは240℃)に制御することができる。
The temperature of the heating fluid blown out from the
被加熱物10に吹きつけられた加熱流体は、ケーシング160A,160Bの中の流体通路162A,162Bからブロアファン122によって吸引され、環流される。ここで、流体通路162Aの幅W1は、流体通路162Bの幅W2よりも広くしている。即ち、搬送コンベア50による被加熱物10の搬送方向に形成された流体通路162Aの幅W1は、逆搬送方向に形成された流体通路162Bの幅W2よりも広くしている。幅W1は、例えば、10cmであり、幅W2は、例えば、20cmである。図1に示したように、加熱炉ユニット110A,…,110Hは、搬送方向に縦列に接続されている。従って、図3に示すように、加熱炉ユニット110の逆搬送方向には、縦列接続された他の加熱炉ユニット110’の流体通路162A’が並列に設けられている。流体通路162A’の幅W1は、流体通路162Bの幅W2よりも広いため、被加熱物10に吹きつけられた加熱流体は、矢印B4の流れとして、隣接する加熱炉ユニット110’側に吸引される量が、矢印B5の流れとして、自らの加熱炉ユニット110に吸引される量よりも多くすることができる。その結果、図1に示した加熱炉ユニット110A,…,110Hの内部には、加熱炉ユニット110Hから加熱炉ユニット110Aの方向に向かう流体の流れを形成することができる。加熱炉ユニット110A,…,110Eの内部温度は、加熱炉ユニット110G,110Hの内部温度よりも低いため、加熱炉ユニット110Eから加熱炉ユニット110Gの方向に向かう流体の流れが形成されると、加熱炉ユニット110Gの内部温度が低下することになるが、加熱炉ユニット110Gから加熱炉ユニット110H方向への加熱流体の流れを形成することにより、加熱炉ユニット110G,110Hの内部温度の低下を防止することができる。
The heated fluid blown to the article to be heated 10 is sucked and circulated by the
次に、表面処理部142,152の機能について説明する。表面処理部142は、鋳込みヒーター140の表面に形成されたセラミック溶射膜である。また、表面処理部152も、同様に、輻射板150の面に形成されたセラミック溶射膜である。前述したように、特に、黒色モールドのSOPタイプのIC14Aでは、照射する赤外線の波長によって、温度制御の容易性が異なるため、1μm以上で、20μm以下の波長の赤外線を、被加熱物10に照射するようにした方がより正確な温度制御が可能であることが判明している。表面処理部142,152は、1〜20μm以外の波長の赤外線を吸収して、1〜20μmの範囲の波長の赤外線を被加熱物10に照射するために用いられている。また、鋳込みヒーター140の棒ヒーターの外周材及び輻射板150の材料として、アルミニュウムを用いることにより、1μm以下の波長の赤外線の放射を抑制するようにしている。
Next, functions of the
表面処理部142,152として、例えば、アルミナ(Al2O3)・チタニア(TiO2)を主成分とするセラミック溶射膜としたとき、この表面処理部142,152から放射される赤外線の放射波長を、9±1(μm)とすることができる。この放射波長の放射率は、0.98である。また、表面処理部142,152の耐用温度は、540℃であり、十分使用に耐えうるものである。このように、放射される赤外線の放射波長が、9±1(μm)であり、放射率が、0.98が赤外線を被加熱物に放射するようにしたところ、被加熱物の加熱温度ばらつき(ΔT)を、5℃とすることができ、230〜240℃の範囲に制御することが可能であった。
When the
なお、他のセラミック溶射膜としては、例えば、クロミア(Cr2O3)を主成分とするセラミック溶射膜(赤外線の放射波長:12±1(μm),放射率:0.97)を用いることもできる。さらには、アルミナ(Al2O3)を主成分とするセラミック溶射膜(赤外線の放射波長:9±1(μm),放射率:0.93)や、チタニア(TiO2)を主成分とするセラミック溶射膜(赤外線の放射波長:7±5(μm),放射率:0.85)や、アルミナ(Al2O3)・ジルコニア(ZrO2)を主成分とするセラミック溶射膜(赤外線の放射波長:9±1(μm),放射率:0.98)や、ジルコニア(ZrO2)・イットリア(Y2O3)を主成分とするセラミック溶射膜(赤外線の放射波長:11±2(μm),放射率:0.95)を用いることもできる。 As another ceramic sprayed film, for example, a ceramic sprayed film mainly composed of chromia (Cr2O3) (infrared radiation wavelength: 12 ± 1 (μm), emissivity: 0.97) may be used. Further, a ceramic sprayed film mainly composed of alumina (Al2O3) (infrared radiation wavelength: 9 ± 1 (μm), emissivity: 0.93) and a ceramic sprayed film mainly composed of titania (TiO2) ( Infrared radiation wavelength: 7 ± 5 (μm), emissivity: 0.85) and ceramic sprayed film with alumina (Al2O3) and zirconia (ZrO2) as main components (infrared radiation wavelength: 9 ± 1 (μm) , Emissivity: 0.98) and ceramic sprayed film (infrared emission wavelength: 11 ± 2 (μm), emissivity: 0.95) mainly composed of zirconia (ZrO2) and yttria (Y2O3) You can also.
なお、上述した例では、2つの表面処理部142,152を用いるものとしたが、一方のみを用いるようにしてもよいものである。例えば、表面処理部152は、薄板状の輻射板150の表面に溶射により形成されるため、鋳込みヒーター140の表面に形成される表面処理部142に比べて溶射が容易であり、安価に製造することができる。
In the above example, the two
次に、図5を用いて、本実施形態によるはんだ付け装置に用いる冷却ユニット210の構成について説明する。図5は、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ユニットの構成を示す断面図である。図5に示したX,Y,Z軸は、図1のX,Y,Z軸に等しいものであり、図5の冷却ユニット210は、図1R>1の冷却ユニット210A,210BのY−Z面の断面図である。
Next, the configuration of the
本実施形態による冷却ユニット210は、流体を送風する機構として、モータ220とブロアファン222とを備えている。ブロアファン222は、シャフト224によってモータ220の回転軸に連結されている。シャフト224は、図示しない軸受によって支承されている。また、本実施形態による冷却ユニット210は、多孔質板230と、水冷式熱交換器240と、ヒートシンク250と、不活性ガスパイプ260とを備えている。さらに、搬送コンベア50による被加熱物10の搬送方向に直交する方向(Y方向)の左右には、それぞれ、ケーシング270C,270Dが設けられており、その内部には、流体通路272C,272Dが形成されている。
The
モータ220によって回転するブロアファン222は、背面側の流体(例えば、空気や不活性ガス)を吸引して加圧して、矢印B11方向に空間Dに送風する。空間Dは、ケーシング270と多孔質板230によって仕切られた空間である。但し、多孔質板230には、多数の孔が形成されているため、搬送コンベア50の方に連通している。空間Dは、以上のように、多孔質板230を介してのみ他の空間と連通しているため、内部の流体圧が上昇する。内部圧の上昇した流体は、多孔質板230の多数の孔から搬送コンベア50の方向に噴出する。
The
このようにして、ブロアファン222によって加圧された流体は、空間Dにおいて所定圧まで加圧された後、多孔質板230から噴出するようにしているため、例えば、ブロアファン222から噴き出す流体の速度分布があっても、空間Dの内部圧が一定圧まで上昇するため、多孔質板230から噴出する流体の速度のばらつきを低減して、ほぼ一定速度の流体とすることができる。本実施形態では、高速で冷却された流体を、被加熱物10に吹きつけることにより、熱交換効率を向上して、被加熱物10の温度を速やかに下降させるように,即ち、急速冷却している。また、不活性ガスパイプ260からは、窒素ガスのような不活性ガスが噴出して、被加熱物10に吹き付けられ、被加熱物10を冷却する。不活性ガスの温度は、例えば、20℃である。
Thus, the fluid pressurized by the
また、多孔質板240の材料として、プラチナ(Pt)・銅(Cu)・マンガン(Mn)の合金を用いることにより、多孔質板240に、フラックスを分解する触媒作用を持たせることができる。ここで、多孔質板240の表面に付着したフラックスは、プラチナ(Pt)・銅(Cu)・マンガン(Mn)の触媒作用を有する合金によって分解され、多孔質の目詰まりを防止することができる。多孔質板240は、冷却ユニット210から取り外すことが可能であり、取り外してフラックスを除去することも可能である。
Further, by using an alloy of platinum (Pt), copper (Cu), and manganese (Mn) as the material of the
被加熱物10に吹きつけられた冷却用流体は、ケーシング270C,270Dの中の流体通路272C,272Dからブロアファン222によって吸引され、環流される。被加熱物10からブロアファン222に至る環流流路には、水冷式熱交換器240及びヒートシンク250が配置されており、被加熱物10の冷却によって昇温した冷却用流体を再冷却する。
The cooling fluid blown to the article to be heated 10 is sucked and circulated by the
ここで、図1に示したように、冷却部200は、搬送コンベア50による搬送方向に縦列接続された2個の冷却ユニット210A,210Bから構成されている。図5に実線で示した冷却ユニット210を、図1R>1の冷却ユニット210B(搬送方向に接続されたもの)とし、流体通路272C,272Dの幅をW3とする。一方、図5に波線で示すように、冷却ユニット210Bの搬送方向とは逆方向に接続される冷却ユニット210Aの流体通路272C’,272D’の幅をW4としており、幅W4は、幅W3よりも広くしている。幅W4は、例えば、20cmであり、幅W3は、例えば、10cmである。従って、流体通路272C’,272D’の幅W4は、流体通路272C,272Dの幅W3よりも広いため、冷却ユニット210Bにおいて被加熱物10に吹きつけられた冷却用流体は、隣接する冷却ユニット210A側に吸引される量が、自らの冷却ユニット210Bに吸引される量よりも多くすることができる。その結果、図1に示した冷却ユニット210A,210Bの内部には、冷却ユニット210Bから冷却ユニット210Aの方向に向かう冷却用流体の流れを形成することができる。
Here, as shown in FIG. 1, the
冷却ユニット210Bの搬送方向側には、出口側に開閉部322を備えている不活性ガスチャンバ320が配置されており、被加熱物10を搬出する際に、不活性ガスチャンバ320の開閉部322からの不活性ガスの流出が避けられないものである。しかしながら、本実施形態においては、冷却ユニット210Bから冷却ユニット210Aの方向に向かう冷却用流体の流れを形成することができることから、不活性ガスの流出量を低減することができる。従って、高価な不活性ガスの消費量を低減することができる。
An
また、本実施形態では、高速の均一な流れ(流速)を冷却用流体を被加熱物に吹き付けることによって、冷却の熱交換効率を高くして、被加熱物を急速に冷却するようにしている。従って、はんだ内部組織を微細化することができる。また、はんだ中のAg3Sn針状結晶を抑制することができる。さらに、被加熱物の導体と電子部品のはんだ付け部から剥離するはんだ付け不良を抑制することもできる。 In the present embodiment, a high-speed uniform flow (velocity) is sprayed on the object to be heated to increase the heat exchange efficiency of the cooling, thereby rapidly cooling the object to be heated. . Therefore, the solder internal structure can be miniaturized. Further, Ag3Sn needle-like crystals in the solder can be suppressed. Furthermore, it is possible to suppress soldering defects that peel from the conductor of the object to be heated and the soldered portion of the electronic component.
次に、図6を用いて、本実施形態によるはんだ付け装置に用いる他の加熱炉ユニット110’の構成について説明する。図6は、本発明の一実施形態によるはんだ付け装置に用いる他の加熱炉ユニットの構成を示す断面図である。図6に示したX,Y,Z軸は、図1のX,Y,Z軸に等しいものであり、図6の加熱炉ユニット110’は、図1の加熱炉ユニット110A,…,110HのX−Z面の断面図である。なお、図3と同一符号は同一部分を示している。
Next, the configuration of another heating furnace unit 110 'used in the soldering apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of another heating furnace unit used in the soldering apparatus according to the embodiment of the present invention. The X, Y, and Z axes shown in FIG. 6 are the same as the X, Y, and Z axes in FIG. 1, and the
本実施形態による加熱炉ユニット110’は、図3に示した加熱炉ユニット110と同様に、モータ120と、ブロアファン122、多孔質板130と、輻射板150とを備えている。本実施形態においては、ヒーター140Aの構成が異なっている。
The
ヒーター140Aは、棒ヒーター144と、この棒ヒーター144に取り付けられた放熱フィン148とから構成されている。放熱フィン148は、図中のY方向に整列した複数枚フィンから構成され、棒ヒーター144からの赤外線放射を広く均一に行うようにしている。なお、放熱フィンとしては、棒ヒーター144の外周に、螺旋状に巻き付けるようにしたものを用いることもできる。
The
以上説明したように、本実施形態によれば、多孔質板を用いて圧力を高め、多孔から均一な流速の高速加熱用流体をヒーターによって加熱して、高速な加熱用流体とするとともに、輻射板を用いて、カルマン渦の乱流を形成した後、被加熱物体に吹き付けることにより、被加熱物を高速で均一に加熱することができる。従って、被加熱物の温度差を低減することができる。特に、鉛フリーはんだにおいては、はんだの融点と電子部品の耐熱温度の差が少ないため、均一加熱を行えることにより、電子部品に温度的なダメージを与えることなく、鉛フリーはんだを溶融して、はんだ付けを行うことができる。また、表面処理部を備えることにより、遠赤外線波長1μmから20μmの波長を被加熱物に照射して、黒色モールドのIC等の温度も耐熱温度以下となるように、容易に制御することが可能となる。さらに、加熱部では、加熱流体を被加熱物の搬送方向とは逆方向に流すことにより、はんだ付け部の温度が低下することを防止できる。また、冷却部では、冷却用流体を被加熱物の搬送方向とは逆方向に流すことにより、不活性ガスの消費量を低減することができる。また、さらに、被加熱物を急冷化することによって、はんだ内部組織の微細化、はんだ中のAg3Sn針状結晶の抑制及び被加熱物の導体と電子部品のはんだ付け部から剥離するはんだ付け不良を抑制することができる。
As described above, according to the present embodiment, the pressure is increased by using the porous plate, the high-speed heating fluid having a uniform flow rate from the porous is heated by the heater, and the high-speed heating fluid is obtained. By forming a Karman vortex turbulent flow using a plate and then spraying the object to be heated, the object to be heated can be uniformly heated at high speed. Therefore, the temperature difference of the object to be heated can be reduced. In particular, in lead-free solder, the difference between the melting point of the solder and the heat resistance temperature of the electronic component is small, so by performing uniform heating, the lead-free solder can be melted without causing thermal damage to the electronic component, Soldering can be performed. In addition, by providing a surface treatment unit, it is possible to easily control the temperature of the IC of the black mold to be lower than the heat-resistant temperature by irradiating the object to be heated with a far infrared wavelength of 1 μm to 20 μm. It becomes. Furthermore, in the heating part, it is possible to prevent the temperature of the soldering part from decreasing by flowing the heating fluid in the direction opposite to the conveying direction of the object to be heated. In the cooling unit, the consumption of the inert gas can be reduced by flowing the cooling fluid in the direction opposite to the conveying direction of the object to be heated. Furthermore, by rapidly cooling the object to be heated, the internal structure of the solder is made finer, the Ag3Sn needle crystals in the solder are suppressed, and the soldering defect that peels from the conductor of the object to be heated and the soldered part of the electronic component is eliminated. Can be suppressed.
10…被加熱物
50…搬送コンベア
100…連続加熱炉部
100A…プリヒート部
100B…はんだ付け部
110…加熱炉ユニット
120,220…モータ
122,222…ブロアファン
130,230…多孔質板
140…鋳込みヒータ
142,152…表面処理部
150…輻射板
160,270…ケーシング
200…冷却部
210…冷却ユニット
240…水冷式熱交換器
250…ヒートシンク
260…不活性ガスパイプ
310,320…不活性ガスチャンバ
312,322…開閉部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
上記送風機と上記ヒーターとの間に配置され、上記送風機から送られる流体の圧力を均一にするとともに、上記ヒーターに対して通風可能な複数の孔を有する多孔質体と、
上記ヒーターと上記被加熱物の間に配置され、上記ヒーターによって加熱された流体を乱流として上記被加熱物に吹き付ける輻射板とを備えたことを特徴とするはんだ付け装置。 In a soldering apparatus having a heating furnace unit for heating a fluid to be heated by heating a fluid sent from a blower with a heater and spraying the heating fluid on the object to be heated.
A porous body that is disposed between the blower and the heater and has a plurality of holes that can ventilate the heater while making the pressure of the fluid sent from the blower uniform.
A soldering apparatus, comprising: a radiation plate that is disposed between the heater and the object to be heated and sprays the fluid heated by the heater as a turbulent flow onto the object to be heated.
上記加熱炉ユニットを上記被加熱物の搬送方向に複数個接続するとともに、上記被加熱物の搬送方向と逆方向に流体の流れを形成することを特徴とするはんだ付け装置。 The soldering apparatus according to claim 1,
A soldering apparatus, wherein a plurality of the heating furnace units are connected in a conveying direction of the object to be heated, and a fluid flow is formed in a direction opposite to the conveying direction of the object to be heated.
さらに、上記加熱炉ユニットによって加熱された被加熱物を冷却する冷却ユニットを備え、
この冷却ユニットは、冷却用流体を上記被加熱物に吹き付ける送風機と、被加熱物によって昇温した流体を冷却する冷却器と、上記送風機と上記被加熱物との間に配置され、上記送風機から送られる流体の圧力を均一にするとともに、上記被加熱物に対して通風可能な複数の孔を有する多孔質体とを備えたことを特徴とするはんだ付け装置。 The soldering apparatus according to claim 1,
Furthermore, a cooling unit for cooling an object to be heated heated by the heating furnace unit is provided,
The cooling unit is disposed between a blower that blows a cooling fluid onto the object to be heated, a cooler that cools the fluid heated by the object to be heated, and the fan and the object to be heated. A soldering apparatus comprising: a porous body having a plurality of holes through which the pressure of fluid to be fed is made uniform and can be ventilated to the object to be heated.
上記冷却ユニットを上記被加熱物の搬送方向に複数個接続するとともに、上記被加熱物の搬送方向と逆方向に流体の流れを形成することを特徴とするはんだ付け装置。 The soldering apparatus according to claim 3,
A plurality of the cooling units are connected in the conveying direction of the heated object, and a fluid flow is formed in a direction opposite to the conveying direction of the heated object.
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CN113145963A (en) * | 2021-06-08 | 2021-07-23 | 广西易德科技有限责任公司 | Water nozzle welding method for water chamber of water-cooled radiator |
-
2005
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