JP2006261417A - フローはんだ付け装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板がはんだ槽を通過中に電子部品の温度を効率良く下げるフローはんだ付け装置を提供する。
【解決手段】 フローはんだ付け装置１は、はんだ槽２と、保持部材３と冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４と、レール８と、仕切り膜９とを備えている。はんだ槽２は溶融はんだ６を保持している。保持部材３は、電子部品が実装される基板７を、溶融はんだ６に基板７の裏面７ａが接触するように保持している。冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４は、基板７の表面７ｂに冷却ガス５を供給する。保持部材３はレール８により移動可能であり、基板７を搬送する。冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４は、供給される冷却ガスを基板７の表面７ｂに吹き付けるための複数のノズルを有している。隣接するノズルの中心距離であるノズルピッチＰ１は、６ｍｍ以上４０ｍｍ以下である。
【選択図】 図１

Description

本発明はフローはんだ付け装置に関し、より特定的には回路基板の裏面からはんだ付けを行なうフローはんだ付け装置に関する。

一般的に、電子部品を搭載しているプリント基板等の回路基板を製造する場合には、電子部品等を回路基板にはんだ付けする必要がある。フローはんだ付け法により回路基板の裏面ではんだ付けする場合には、基板は噴流したはんだの熱によって高温となる。そのため、回路基板の表面側で既に接合済みとなっている電子部品のはんだが再溶融してしまうことがある。この場合、電子部品が回路基板から剥離する可能性がある。

このような接合済みの電子部品においてはんだが再溶融することを防止する技術としては、たとえば（１）電子部品のリード上に放熱性ブロックを置いた状態でフローはんだ付けを行なう方法、（２）電子部品と対向する回路基板の裏面部分に耐熱テープを貼り、高温の噴流はんだが電子部品が搭載されている部分の回路基板に直接触れないようにする方法、（３）電子部品の搭載されている面に冷風を吹付けてはんだの溶融する温度よりも低い温度にする方法がある。

上記の（１）と（２）の方法は、作業性が悪いという問題があり、（３）の方法は、最適化がなされていないという問題がある。そこで、回路基板に対する電子部品の効率的なはんだ付けを目的として、たとえば特開２００１−３５２１６２号公報（特許文献１）がある。

図１０は、上記特許文献１に開示されたフローはんだ付け装置の主要断面図である。フローはんだ付け装置１００は、チャンバ１０３と、はんだ槽１０７と、不活性ガス吹付けパイプ１１２と、不活性ガス供給パイプ１１３とを備えている。

フローはんだ付け装置１００では、溶融はんだを噴流するはんだ槽１０７の上方に複数のノズル孔を備えた不活性ガス吹付けパイプ１１２が配置され、はんだ槽１０７を通過中の回路基板１０１の上面に不活性ガス吹付けパイプ１１２から噴射される基板冷却用不活性ガスが吹付けられることによって、回路基板１０１の上面に既に搭載済みの電子部品１１１が冷却され、はんだ付け部分の再溶融を防止するようにしている。
特開２００１−３５２１６２号公報

しかしながら、上記文献に開示されたフローはんだ付け装置１００は、回路基板１０１上に冷風を吹付ける方法により回路基板１０１の冷却を行なうことはできるが、不活性ガス吹付けパイプ１１２におけるノズルピッチとノズルから不活性ガスを噴出させるノズルの傾斜の角度との関係、およびノズルヘッダ管の長さと内径との関係などの最適化については述べられていない。

ノズルピッチとノズルから不活性ガスを噴出させるノズルの傾斜の角度との関係についての最適化を行なわなければ、平均熱伝達率の向上は図れない。また、ノズルヘッダ管の長さと内径との関係についての最適化が行なわなければ、冷却強度による回路基板面内におけるはんだの再溶融のバラツキを小さくするなど全体的な冷却効果を高めることができない。

それゆえ本発明の目的は、基板に実装されている電子部品におけるはんだの再溶融を防止するため、基板がはんだ槽を通過中に電子部品の温度を効率良く下げる、フローはんだ付け装置を提供することである。

この発明に従ったフローはんだ付け装置は、はんだ槽と、保持部材と、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管とを備えている。はんだ槽は溶融はんだを保持する。保持部材は、電子部品が実装される基板を、はんだ槽の溶融はんだに基板の裏面が接触するように保持する。冷却ガス吹付けノズルヘッダ管は、保持部材に保持される基板の表面に冷却ガスを供給する。保持部材および冷却ガス吹付けノズルヘッダ管の少なくともいずれか一方は移動可能である。冷却ガス吹付けノズルヘッダ管は冷却ガスを供給するための複数のノズルを有している。冷却ガス吹付けノズルヘッダ管のノズルのピッチは、６ｍｍ以上４０ｍｍ以下である。

このように、本発明によれば、ノズルピッチが冷却能力を高める範囲内とされているため、上記範囲内のノズルピッチに従って配置されたノズルから冷却ガスを基板に吹付ける場合には、上記範囲外のノズルピッチに従って配置されたノズルから同じ流量の冷却ガスを吹付ける場合よりも大きな冷却能力を得ることができる。よって、少ない冷却ガス流量で十分な冷却能力を得ることができ、効率的で冷却バランスの良い基板冷却が可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１によるフローはんだ付け装置を示す側面図である。図２は、図１に示したフローはんだ付け装置の上面図である。図１および図２を参照して、実施の形態１によるフローはんだ付け装置を説明する。実施の形態１によるフローはんだ付け装置１は、たとえば、図１に示すように、はんだ槽２と、保持部材３と、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４と、レール８と、仕切り膜９とを備えている。はんだ槽２は、溶融はんだ６を保持し、開口部２ａから溶融はんだを噴流させている。保持部材３は、電子部品が実装される基板７を、はんだ槽２の溶融はんだ６に基板７の裏面７ａが接触するように保持している。冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４は、保持部材３に保持される基板７の表面７ｂに冷却ガス５を供給する。保持部材３はレール８に沿って移動可能であり、基板７を搬送する。

冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４は、図２に示すように、冷却ガス吹付けノズル管４に供給される冷却ガスを基板７の表面７ｂに吹付けるための複数のノズル４ａを有している。冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４の延びる方向において隣接するノズル４ａの中心距離であるノズルピッチＰ１は、たとえば１２ｍｍとしている。

冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４において、冷却ガス５をノズル４ａから噴出させる向きは、基板７の表面７ｂに垂直な方向から基板７の移動方向側に角度θ傾斜させており、たとえば角度θは１５°である。

基板７の表面７ｂには、既に電子部品が、たとえばリフローはんだ付けなどにより接合されている。また、はんだ付けに用いられているはんだは、たとえばスズ６３％、鉛３７％の共晶はんだである。また、基板７は、たとえばガラスエポキシ（ガラエポ）や紙フェノール樹脂からなる。

仕切り膜９は、はんだ槽２に保持される溶融はんだ６と基板７とが接触する領域のうち、ノズル４ａに対する基板７の移動方向側の端部６ａと対向する、基板７の表面７ｂ側の位置に設けている。

基板７が搬送される方向は、水平面に対して角度ηを有している。角度ηは５°〜６°が好ましく、本実施の形態では、たとえば５．５°としている。

次に、フローはんだ付け装置１の動作方法について説明する。図１を参照して、基板７は、保持部材３に固定された状態で保持部材３の移動方向へ搬送される。搬送途中で基板７の裏面７ａは約２５０℃の溶融はんだ６が噴出している領域を溶融はんだ６と接触しながら搬送される。そのため、この時に基板７の裏面７ａに表面実装された部品においてスルーホールから下方に出ている部品のリード部が、基板７に対してはんだ接合される。

基板７が溶融はんだ６と接触すると、溶融はんだ６に加熱され、基板７の温度は急激に上昇する。また、加熱初期状態では基板７の表面７ｂと裏面７ａとの間には大きな温度差も生じる。

しかし、基板７がはんだ接合された後、冷却ガスノズルヘッダ管４におけるノズル４ａから冷却ガス５を噴出させて基板７の表面７ｂ側から基板７を冷却し、基板７の表面７ｂの温度を、１８３℃を超えることがないようにする。このようにして、基板７の表面７ｂの温度が、実装されている電子部品をはんだ付けしているはんだの融点よりも低くなるようにしている。

そのため、基板７の温度上昇に伴い実装されている部品が基板７から剥がれることを防止できる。

次に、フローはんだ付け装置の仕様について説明する。まず、ノズルピッチＰ１の最適な範囲について考える。

上述したように、基板７を冷却するために、ノズル４ａから冷却ガス５を吹付けているので、少ない流量の冷却ガス５で十分な冷却能力を得ることが望ましい。冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４に一定流量の冷却ガスを供給する場合を想定すると、ノズルピッチＰ１が粗い（大きい）場合には、ノズル４ａの１つから噴出される冷却ガスの流量は多くなるため、冷却ガス５の噴出が当たる基板７の一部はよく冷える。しかし、冷却ガス５の噴出が当たらない他の部分が存在することから、基板７の全体としては十分には冷却されない。一方、ノズルピッチＰ１が密な（小さい）場合には、ノズル４ａの１つから噴出される冷却ガス５の流量が少なくなり、冷却ガス５の噴流速度が遅くなる。そして冷却ガス５の、速度が小さいと熱伝達率が小さくなるので冷却能力が低下して、基板７は十分に冷却されない。よって、ノズルピッチＰ１の最適な範囲があると考えられる。

円形ノズル群による衝突噴流の平均熱伝達を表す以下の式が、たとえば「伝熱工学資料」、日本機械学会、改訂第４版、第６７頁に示されている。
Ｎｕｍ＝α・Ｐ１／λ＝Ｇ・Ｆ・Ｋ・Ｐｒ^0.42 ・・・・・・・・・式（１）
Ｇ＝（２×ｇ^0.5)(１−２．２×ｇ^0.5)／(１＋０．２×((Ｈ／Ｄ)−６)×ｇ^0.5)・式（２）
Ｋ＝（１＋（（Ｈ／Ｄ）／（０．６／ｇ））⁶)^-0.05 ・・・・・・・・・式（３）
Ｆ＝０．５×Ｒｅ^(2/3) ・・・・・・・・・式（４）
ｇ＝（π／４）×（Ｄ／Ｐ１）² ・・・・・・・・・式（５）
Ｄ：ノズル径、Ｐ１：ノズルピッチ、Ｒｅ：レイノルズ数、Ｈ：噴流距離、Ｐｒ：プラントル数、λ：熱伝導率、α：熱伝達率
上記の式から、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４の長さと冷却ガス５の流量を一定とすると、ノズル４ａの１つから噴出される冷却ガス５の流量が決定されるため、ノズルピッチに対する熱伝達率、すなわち冷却能力を得ることができる。その計算結果を図３に示す。

図３は、フローはんだ付け装置１におけるノズルピッチＰ１と冷却能力の関係を示す図である。図３において、縦軸は平均冷却能力（単位：Ｗ／ｍ²・Ｋ）を示し、横軸はノズルピッチＰ１（単位：ｍｍ）を示す。図３に示すように、ノズルピッチＰ１が６ｍｍ以上４０ｍｍ以下であれば、平均冷却能力が高いことがわかる。好ましくは、ノズルピッチＰ１は、１０ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。ノズルピッチＰ１を６ｍｍよりも密にすると、急激に冷却能力が低下するからである。一方、ノズルピッチＰ１を４０ｍｍよりも粗くすると、緩やかに冷却能力が低下するからである。

次に、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４の長さＬと内径Ｄとの関係について考える。基板７の一部に弱く冷却された部分が有ると、その部分ではんだの再溶融が生じないように、さらに冷却しなければならない。すると、全体として過剰に冷却することが必要となり、冷却ガス５の流量のロス分が増大すると共に、必要電力の増大につながる。

冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４において、図２に示すように、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４内を冷却ガス５が流れることによる圧力損失は、ノズル４ａまでの距離が短いのでほとんど無いため、冷却ガス５の供給端部４ｂから近い位置にあるノズル４ａでの圧力損失は、ノズル４ａからの噴出による圧力損失だけである。一方、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４の末端部４ｃに近い位置にあるノズル４ａでの圧力損失は、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４内を冷却ガス５が供給端部４ｂから末端部４ｃまで流れることによる圧力損失とノズル４ａからの噴出による圧力損失の合計値となる。つまり、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４の冷却ガス５の供給端部４ｂ付近より末端部４ｃの圧力損失は大きい。すなわち、供給端部４ｂ近傍のノズル４ａからは多くの冷却ガス５が噴出され、末端部４ｃ近傍のノズル４ａからはあまり多くの冷却ガス５が噴出されない傾向が有り、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４の末端部４ｃにおける冷却能力は、供給端部４ｂにおける冷却能力より小さくなる。

冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４の長さＬに比例した冷却ガス５が供給される場合、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４の各位置における流体摩擦損失、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４からノズル４ａに冷却ガス５が分岐する際の流体管路損失、ノズル４ａ内を冷却ガス５が進む時の流体摩擦損失、および冷却ガス５がノズル４ａから出て大気に開放されるときの流体管路出口損失を個々に計算すると、各ノズル４ａから噴出される冷却ガス５の流量がわかる。冷却ガス５の流量がわかると、上記（１）〜（５）式から熱伝達率を得ることができる。よって、均一に基板７を冷却するための冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４の長さＬと内径Ｄとの間になんらかの関係があると考えられる。

そこで、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４の長さＬと内径Ｄの関係について、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４の冷却ガス５供給端部４ｂと末端部４ｃの冷却能力差を３％、４％、５％とした場合の冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４の長さＬと内径Ｄの関係を図４に示す。図４は、フローはんだ付け装置１における冷却ガス吹付けノズルヘッダ管の長さＬと内径Ｄの関係を示す図である。図４の縦軸は冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４の内径Ｄ（単位：ｍｍ）を、横軸は冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４の長さＬ（単位：ｍｍ）を示す。ただし、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４の長さＬが４００ｍｍのときに冷却ガス５の流量が２００ｌ／ｍｉｎとして、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４の長さＬに比例した冷却ガス５が供給されることを前提とする。

図４に示すように、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４の冷却ガス５の供給端部４ｂと末端部４ｃの冷却能力差を５％とする冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４の長さＬと内径Ｄの関係は次式で表すことができる。
Ｄ＝−２．６２９×１０^-5×Ｌ²＋３．６４６×１０^-2×Ｌ＋３．０５５ ・・・式（６）
Ｄ：冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４の内径、Ｌ：冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４の長さ
よって、以下の式を満たすように冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４の内径Ｄと冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４の長さＬを決めれば、冷却能力差を５％以下にすることができる。
Ｄ≧−２．６２９×１０^-5×Ｌ²＋３．６４６×１０^-2×Ｌ＋３．０５５ ・・・式（７）
なお、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４の内径Ｄが小さい場合には、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４を冷却ガス５が進む際の流体摩擦損失が大きくなり、各ノズル４ａで冷却ガス５の噴出量に差が出る。一方、内径Ｄが大きいと冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４の流体摩擦損失が無視できるようになり、各ノズル４ａからの冷却ガス５の噴出量に差異は無くなるが、内径Ｄが大きいと設置が困難になるほか製作費用も高額になるため、基板７の冷却能力分布が障害と成らない程度に内径Ｄを小さくすることが望ましい。

次に、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４において、冷却ガス５をノズル４ａから噴出させる向きについて考える。

図５は、基板７の表面７ｂに垂直な方向からノズル４ａに対する基板の移動方向側に傾斜させている角度θについて、５°毎に基板７の搬送される方向に傾斜させた場合の２次元流速分布を示している。図５（Ａ）〜（Ｇ）において、縦軸は基板７の表面７ｂからの高さを示し、横軸は基板７の表面７ｂにおける基板の搬送方向での位置を示す。なお、図５において、同一の線種で示される領域の冷却ガスの流速は同一であり、冷却ガスの流速が相対的に高い領域を太い線で示し、相対的に低い領域を細い線で示し、点線はさらに低い領域を示している。

図５に示すように、角度θを０゜から３０゜未満とすることにより、搬送方向とは逆方向にある溶融はんだ領域に冷却ガスが流れて基板を冷却することがなくなると共に、より大きな冷却能力を得る事ができる。好ましくは、角度θは５°以上２５°以下であり、さらには角度θは１０°以上２０°以下が良い。角度θを０°未満とすると、ノズル４ａを中心として搬送方向と逆方向に流れる冷却ガス５の流量が増え、基板７における溶融はんだ６と基板７との接触する領域に冷却ガス５が流れることとなり、基板７に実装されている電子部品をつなぐスルーホールを貫通しているリード部へのはんだ上がりが阻害されるからである。一方、角度θを３０°以上とすると、基板７に噴出される冷却ガス５の風速が落ちて、冷却ガス５が基板７にほとんどあたらなくなるためである。なお、本実施の形態では角度θを１５°としており、図５（Ｄ）に示すように冷却ガス５の流量と流速の点から好ましく、最も冷却能力が優れている。

なお、本実施の形態では、保持部材３が移動可能として基板７を搬送しているが、特にこのような構成に限定されず、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４が基板７に対して移動可能であっても良いし、保持部材３および冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４の両方が相対的に移動可能であっても良い。

次に、仕切り膜９について説明する。基板７と溶融はんだ６が接触する領域に冷却ガス５が当たると、基板７のリードホールなどに溶融はんだ６が充填される際、完全に充填される前に溶融はんだ６の凝固が行われる、いわゆるはんだ上がりが悪化する場合がある。そこで、冷却ガス５を基板７に吹付ける場合において、溶融はんだ６と基板７とが接している領域に冷却ガス５が流れ込むのを防止するために、図１に示すように、本実施の形態１では、仕切り膜９を設けた。

仕切り膜９の材質は、たとえばゴム板である。また、仕切り膜９の形状は、たとえば平面形状が四角形の仕切り膜においてのれん状になるようにはんだ槽２側（下側）から１つまたは複数の切り目を有している。これにより、大きな部品が基板７に搭載されている場合において、仕切り膜９に基板７が当たっても基板７の搬送が妨げられることはない。

なお、本実施の形態では、仕切り膜９を設けているが、特にこのような構成に限定されず、仕切り膜を設けなくても良いし、仕切り膜９を設けた場合であってもその形状は特に限定されない。

次に、基板７が搬送される角度ηについて説明する。角度ηは５°以上６°以下が好ましく、本実施の形態では５．５°としている。角度ηが５°よりも小さいと、溶融はんだ６と基板７の裏面７ａとは接触するが、基板７についたはんだが移動しにくいからである。角度ηが６°より大きいと、傾斜させることによりはんだ槽２から噴出する溶融はんだ６と基板７との接触が無くなることがある場合や、溶融はんだ６から基板７に付いた余分なはんだが重力の関係で引き戻される場合があるからである。

なお、本実施の形態では、基板７が搬送される方向は、水平面に対して角度ηを有しているが、これに特に限定されず、角度ηは上記範囲外であっても良い。

次に、フローはんだ付け装置１を用いたときの基板７の状態について説明する。図６は、基板７の内部の厚み方向における温度変化の解析結果を示す。図６における縦軸は温度（単位：℃）を示し、横軸は基板７が溶融はんだ６と接触する領域に達した時点を０秒としたときの経過時間（単位：秒）を示す。図６におけるＣ面とは、基板７において電子部品が実装される面を意味し、本実施の形態では表面７ｂを指す。図６における曲線ａ〜ｅはそれぞれＣ面から０．０ｍｍ、０．４ｍｍ、０．８ｍｍ、１．２ｍｍ、１．６ｍｍの位置での温度変化を示す。

図６に示すように、基板７の裏面７ａに溶融はんだ６が接触してからｔ秒後に冷却ガス５が基板７に供給され、表面７ｂ（曲線ａ）は一時的に冷却されるが、裏面７ａ側は冷却されにくいため、冷却ガス５があたる領域を通過した後に、ガス冷却していないと再び表面７ｂ側の温度が上昇する。本発明のフローはんだ付け装置１によれば、はんだの融点である約１８３℃を超えない。また、上述したように、フローはんだ付け装置１は冷却能力が高いので、基板７の裏面７ａ側の温度は表面７ｂの低い温度と同程度の温度に収束していることがわかる。このため、はんだの再溶融が防止できる。

なお、フローはんだ付け装置１のはんだ槽２は、搬送される基板７の途中に、基板７の裏面７ａと溶融はんだ６とが接しない領域を形成している。そのため、図６において、約２秒後に裏面７ａの温度が一旦下がり、約３．５秒後に再び溶融はんだ７と接する領域に基板７が達して温度が上昇している。

以上、説明したように、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４のノズルピッチＰ１を６ｍｍ以上４０ｍｍ以下の範囲内の１２ｍｍに設定しているため、冷却ガス５の基板７に対する冷却能力を高めることができる。

また、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４の長さＬと内径Ｄとの関係を、Ｄ≧−２．６２９×１０^-5×Ｌ²＋３．６４６×１０^-2×Ｌ＋３．０５５の式を満たすように設定しているため、冷却能力のバラツキが生じない。よって、冷却ガスの供給を少なくでき、必要電力の削減を図ることができる。

さらに、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管４のノズル４ａから冷却ガスを噴出させる向きを０°から３０°未満の範囲内の１５°に設定しているため、移動方向と逆方向にある溶融はんだ６と基板７との接触領域に冷却ガスが流れることを防止できる。よって、接触領域で基板７を冷却することを防止すると共に、より大きな冷却能力を得ることができる。

さらには、仕切り膜９を設けているので、溶融はんだ６と基板７とが接触する領域に冷却空気が流れにくくなる。よって、良好にはんだ接合が行なわれる。また、仕切り膜９がのれん状になるように切り目を有しているため、大きな電子部品を搭載した基板７が搬送される場合であっても、良好にはんだ接合が行なわれる。

（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２におけるフローはんだ付け装置を示す側面図である。図７を参照して、実施の形態２によるフローはんだ付け装置を説明する。図７を参照して、実施の形態２によるフローはんだ付け装置１０の構成は、基本的には図１および図２に示した本発明の実施の形態１におけるフローはんだ装置１と同様であるが、基板７の移動方向に対して交差する方向（図７では直交する方向）に延びるように、３本の冷却ガス吹付けノズルヘッダ管１４ａ、１４ｂ、１４ｃを設置している点において異なる。

フローはんだ付け装置１０において、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管１４のピッチＰ２は、ノズルピッチＰ１（図２参照）より大きな寸法としている。なお、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管１４のピッチＰ２は、隣接する冷却ガス吹付けノズルヘッダ管１４の内径の中心間の距離を意味する。

冷却ガス吹付けノズルヘッダ管１４のノズル４ａから冷却ガス５を噴出させる向きは、はんだ槽２に最も近い冷却ガス吹付けノズルヘッダ管１４ａについては基板７の表面７ｂに垂直な方向から基板７の移動方向側に角度θ傾斜させ、残りの冷却ガス吹付けノズルヘッダ管１４ｂ、１４ｃについては基板７の表面７ｂに対して垂直な方向としている。本実施の形態では、角度θを１５°としている。

なお、本実施の形態では、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管１４ａについては、端部６ａに極力近い位置に配置し、冷却ガス５の供給量も残りの冷却ガス吹付けノズルヘッダ管１４ｂ、１４ｃよりも多くしているが、特にこのような構成に限定されない。

次に、フローはんだ付け装置１０の動作方法について説明する。図７を参照して、基板７は、保持部材３に固定された状態で保持部材３の移動方向へ搬送される。搬送途中で基板７の裏面７ａは約２５０℃の溶融はんだ６が噴出している領域を溶融はんだ６と接触しながら搬送されるため、部品のリード部が基板７に対してはんだ接合される。

基板７が溶融はんだ６と接触すると、溶融はんだ６により基板７は加熱される。しかし、基板７がはんだ接合された後、３本の冷却ガス吹付けノズルヘッダ管１４ａ、１４ｂ、１４ｃのそれぞれにおけるノズル４ａから冷却ガス５を噴出させて基板７を冷却することにより、基板７の表面７ｂの温度は１８３℃を超えることがないようにする。このようにして、基板７の表面７ｂの温度を、実装されている電子部品をはんだ付けしているはんだの融点よりも低くしている。

以上説明したように、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管１４をノズル４ａに対する基板７の移動方向に対して交差する方向に延びるように複数本設置することにより、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管１４ａの冷却領域を過ぎた後に、再び基板７の温度が再上昇することを防止できる。

また、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管１４のピッチＰ２をノズルピッチＰ１より大きくしているので、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管１４ａ、１４ｂ、１４ｃのそれぞれから噴出される冷却ガス５が互いに干渉せず、それぞれから噴出される冷却ガス５が基板７を冷却するため、より冷却能力を大きく維持することができる。

さらに、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管１４のノズル４ａから冷却ガス５を噴出させる向きを、はんだ槽２に最も近い冷却ガス吹付けノズルヘッダ管１４ａについては基板７の表面７ｂに垂直な方向から基板７の移動方向側に０°から３０°未満の範囲内である１５°傾斜させ、残りの冷却ガス吹付けノズルヘッダ管１４ｂ、１４ｃについては基板７の表面７ｂに対して垂直な方向としている。そのため、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管１４ａについては、基板７の移動方向と逆方向にある溶融はんだ６の領域に冷却ガス５が流れて基板７を冷却し、いわゆるはんだ上がりの悪化を防止することができる。また、同時に、その他の冷却ガス吹付けノズルヘッダ管１４ｂ、１４ｃを設置することにより冷却能力を大きくすることができる。

さらには、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管１４ａは、端部６ａに極力近い位置に配置し、冷却ガス５の供給量も残りの冷却ガス吹付けノズルヘッダ管１４ｂ、１４ｃよりも多くしているので、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管１４ｂ、１４ｃからの冷却ガス５がはんだ接合が行なわれる領域に流れ込まないため、冷却能力をさらに向上することができる。

（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３におけるフローはんだ付け装置を示す側面図である。図８を参照して、実施の形態３によるフローはんだ付け装置を説明する。図８を参照して、実施の形態３によるフローはんだ付け装置２０の構成は、基本的には図７に示した実施の形態２によるフローはんだ付け装置１０と同様の構成を備えるが、入側センサ２１と、出側センサ２２と、コントローラー２３が設置されている点において異なる。

次に、フローはんだ付け装置２０の動作方法について説明する。図８を参照して、基板７は、搬送途中で溶融はんだ６が噴出している領域を溶融はんだ６に接触しながら搬送されることにより、部品のリード部が基板７に対してはんだ接合される。基板７がはんだ接合された後、３本の冷却ガス吹付けノズルヘッダ管１４ａ、１４ｂ、１４ｃのそれぞれにおけるノズル４ａから冷却ガス５を噴出させて基板７を冷却する。その際、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管１４から吹付けられる冷却ガス５は、基板７が冷却ガス吹付けノズルヘッダ管１４の下に来たときのみ吹付けられるようにコントローラー２３で制御されている。

冷却ガス吹付けノズルヘッダ管１４から吹付けられる冷却ガス５が、基板７が冷却ガス吹付けノズルヘッダ管１４の下に来たときのみ吹付けられる制御については、たとえば図９に示すフローチャートにより行われる。なお、図９に示すフローチャートは、基板７の搬送方向に沿った方向での長さが入側センサ２１と出力センサ２２との間の距離よりも大きい場合についてのものである。

図９は、フローはんだ付け装置２０において、冷却ガス５の吹付けの動作を示すフローチャートである。図９に示すように、入側センサ２１がＯＮか否かを判断する工程（Ｓ１０）が実施される。具体的には、図８に示すように基板７が搬送されて、入側センサ２１の直下に基板７が到達すると、入側センサ２１がＯＮとなる。この結果、工程（Ｓ１０）において、ＹＥＳと判断される。すると、冷却ガス５の吹付けが開始される工程（Ｓ２０）が実施される。なお、工程（Ｓ１０）において、入側センサ２１がＯＮと判断されるまでは、当該工程（Ｓ１０）においてＮＯと判断されて工程（Ｓ１０）が繰り返される。

次に、図９に示すように、出側センサ２２がＯＮか否かを判断する工程（Ｓ３０）が実施される。具体的には、基板７の搬送方向での先端側が出力センサ２２の直下に到達するまでの間では、工程（Ｓ３０）ではＮＯと判断される。すると、工程（Ｓ４０）に進み、工程（Ｓ４０）において入側センサがＯＦＦでかつ、吹き付け中か否かが判断される。ここでは、入側センサ２１がＯＮであるため、工程（Ｓ４０）においてはＮＯと判断される。この場合、再び工程（Ｓ３０）が繰り返される。

次に、基板７の先端側が出力センサ２２の直下に到達すると、工程（Ｓ３０）においてＹＥＳと判断される。この場合、再び工程（Ｓ３０）が繰り返される。

さらに、基板７が搬送されると、基板７の後端側が入側センサ２１の直下を通過する。すると、入側センサ２１は、ＯＮからＯＦＦに切り替わる。そして、基板７の後端部が出力センサ２２の直下を通過すると、出側センサ２２はＯＦＦと判断される。この結果、工程（Ｓ３０）において、ＮＯと判断される。すると、入側センサ２１がＯＦＦで、かつ冷却ガス５が吹付け中か否かを判断する工程（Ｓ４０）が実施される。具体的には、図８に示すように、基板７が搬送されて、入側センサ２１および出側センサ２２の双方の直下に存在せず、かつ、冷却ガス５が吹付け中であれば、工程（Ｓ４０）において、ＹＥＳと判断される。すると、冷却ガス５の吹付けが停止される工程（Ｓ５０）が実施される。

なお、上記フローチャートは、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管１４から吹付けられる冷却ガス５が、基板７が冷却ガス吹付けノズルヘッダ管１４の下に来たときのみ吹付けられる例であり、特にこのような構成に限定されない。

以上説明したように、冷却ガス吹付けノズルヘッダ管１４から吹付けられる冷却ガス５は、基板７が冷却ガス吹付けノズルヘッダ管１４の下に来たときのみ吹付けられることにより、冷却ガス５の使用量を少なくすることができると共に、溶融はんだ槽２の温度維持に必要な電力消費量も少なくすることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態１におけるフローはんだ付け装置を示す側面図である。 本発明の実施の形態１におけるフローはんだ付け装置を示す上面図である。 フローはんだ付け装置１におけるノズルピッチと冷却能力の関係を示す図である。 フローはんだ付け装置１における冷却ガス吹付けノズルヘッダ管の長さと内径の関係を示す図である。 フローはんだ付け装置１におけるノズル角度θを変えたときの基板に冷却ガスが当たる流速分布を示す図である。 フローはんだ付け装置１において、基板が溶融はんだ領域を通過する際の基板内部の温度変化を示す図である。 本発明の実施の形態２におけるフローはんだ付け装置を示す側面図である。 本発明の実施の形態３におけるフローはんだ付け装置を示す側面図である。 フローはんだ付け装置２０において、冷却ガスの吹付けの動作を示すフローチャートである。 特許文献１に開示されたフローはんだ付け装置を示す図である。

符号の説明

１ フローはんだ付け 装置、２ はんだ槽、２ａ 開口部、３ 保持部材、４ 冷却ガス吹付けノズルヘッダ管、４ａ ノズル、４ｂ 供給端部、４ｃ 末端部、５ 冷却ガス、６ 溶融はんだ、６ａ 端部、７ 基板、７ａ 裏面、７ｂ 表面、８ レール、９ 仕切り膜、１０ フローはんだ付け装置、１４ 冷却ガス吹付けノズルヘッダ管、２０ フローはんだ付け装置、２１ 入側センサ、２２ 出側センサ、２３ コントローラー、Ｐ１ ノズルピッチ、Ｐ２ ピッチ、η 角度、θ 角度、Ｌ 長さ、Ｄ 内径。

Claims (8)

1. 溶融はんだを保持するはんだ槽と、
   電子部品が実装される基板を、前記はんだ槽の前記溶融はんだに前記基板の裏面が接触するように保持する保持部材と、
   前記保持部材に保持される前記基板の表面に冷却ガスを供給する冷却ガス吹付けノズルヘッダ管とを備え、
   前記保持部材および前記冷却ガス吹付けノズルヘッダ管の少なくともいずれか一方は移動可能とし、
   前記冷却ガス吹付けノズルヘッダ管は前記冷却ガスを供給するための複数のノズルを有し、
   前記冷却ガス吹付けノズルヘッダ管の前記ノズルのピッチが、６ｍｍ以上４０ｍｍ以下である、フローはんだ付け装置。
2. 前記冷却ガス吹付けノズルヘッダ管の長さと内径の関係は、前記長さをＬｍｍ、前記内径をＤｍｍとすると、
   Ｄ≧−２．６２９×１０^-5×Ｌ²＋３．６４６×１０^-2×Ｌ＋３．０５５
   の関係が成り立つことを特徴とする請求項１に記載のフローはんだ付け装置。
3. 前記冷却ガス吹付けノズルヘッダ管において、前記冷却ガスを前記ノズルから噴出させる向きは、前記基板の表面に垂直な方向から前記ノズルに対する前記基板の相対的な移動方向側に０゜から３０゜未満に傾斜させたことを特徴とする、請求項１または２に記載のフローはんだ付け装置。
4. 前記基板の表面側において、前記冷却ガス吹付けノズルヘッダ管を前記ノズルに対する前記基板の相対的な移動方向に対して交差する方向に延びるように複数本設置し、
   前記冷却ガス吹付けノズルヘッダ管のピッチは前記ノズルのピッチより大きくしていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のフローはんだ付け装置。
5. 前記冷却ガス吹付けノズルヘッダ管の前記ノズルから前記冷却ガスを噴出させる向きは、前記はんだ槽に最も近い前記冷却ガス吹付けノズルヘッダ管については、前記基板の表面に垂直な方向から前記移動方向側に０゜から３０゜未満に傾斜させ、残りの前記冷却ガス吹付けノズルヘッダ管については、前記基板の表面に対して垂直な方向とすることを特徴とする、請求項４に記載のフローはんだ付け装置。
6. 前記はんだ槽に保持される前記溶融はんだと前記基板とが接触する領域のうち、前記ノズルに対する前記基板の相対的な移動方向側の端部と対向する、前記基板の表面側の位置に、仕切り膜を設けていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のフローはんだ付け装置。
7. 前記仕切り膜がのれん状になるように切り目を有していることを特徴とする、請求項６に記載のフローはんだ付け装置。
8. 前記冷却ガス吹付けノズルヘッダ管から吹き付けられる冷却ガスは、前記基板が前記冷却ガス吹付けノズルヘッダ管の下に来たときのみ吹き付けられることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のフローはんだ付け装置。

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