JP2007073994A

JP2007073994A - 水蒸気雰囲気によるプリント配線板のはんだ付け方法

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Publication number: JP2007073994A
Application number: JP2006325391A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Toba; 秀明鳥羽
Original assignee: Nihon Den Netsu Keiki Co Ltd
Current assignee: Nihon Den Netsu Keiki Co Ltd
Priority date: 2006-12-01
Filing date: 2006-12-01
Publication date: 2007-03-22

Abstract

【課題】水蒸気が弱不活性雰囲気を形成することを利用して、溶融はんだを水蒸気雰囲気で覆い、さらに水蒸気の凝縮を防止して、溶融はんだの酸化を防止する。また、水蒸気雰囲気により溶融はんだの酸化を防止したプリント配線板のはんだ付け方法を提供する。
【解決手段】酸化を防止するため溶融はんだ２を覆い、内部を水の沸点以上の温度に保持しながら水蒸気を供給口から供給するとともに、排出口１５から排気して内部を大気圧に保持することにより水蒸気雰囲気の凝縮を防止して溶融はんだ２の酸化を防止する。また、プリント配線板に凝縮防止加熱を行った後に、水蒸気雰囲気中ではんだ付けを行い、その後直ちに乾燥促進のため熱風を吹き付けて、水蒸気の凝縮を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶融はんだの酸化を防止しかつ被はんだ付けワークであるプリント配線板の酸化を防止しながらはんだ付けを行う方法に関する。

これらの酸化防止を実現することを目的として窒素ガス等の不活性ガスが使用されている。すなわち、大気を不活性ガスで置換して低酸素濃度の不活性ガス雰囲気を形成し、この雰囲気によりはんだや被はんだ付け部の酸化を防止しながらはんだ付けを行う技術である。

しかし、ボンベで購入する窒素ガスは高価でありランニングコストを高める問題がある。また、ＰＳＡ方式や膜分離方式の窒素ガス発生装置も高価であり、導入の際のイニシャルコストを高める問題がある。

大気中では溶融はんだは酸化し易く、その表面に形成される溶融はんだの酸化物がプリント配線板のはんだ付け性（濡れ性）を低下させることが知られている。また、この酸化物が付加価値を生まないドロスとなって無駄に消費されることが知られている。

そのため、プリント配線板のように多数の電子部品を搭載し微細な被はんだ付け部を多数有する被はんだ付けワークをはんだ付けする際に、低酸素濃度の不活性ガス雰囲気中ではんだ付けを行うことが行われている。これにより、良好なはんだ付け性を確保しつつドロスの発生も防止（抑制）することができる。

このような不活性ガス雰囲気中でプリント配線板のはんだ付けを行う技術の例としては、例えば実公昭５７−９０１０号公報の技術や特許第２８３２５６６号公報の技術がある。すなわち、窒素ガス等の不活性ガスを、「カバー」や「容器」に覆われたチャンバ内に供給して低酸素濃度の不活性ガス雰囲気を形成し、この雰囲気中ではんだ付け作業を行うように構成した技術である。

また、このような低酸素濃度の不活性ガス雰囲気中ではプリント配線板の被はんだ付け部の酸化も防止され、一層はんだ付け性が向上する。また、溶融はんだ表面に酸化物を生じないため溶融はんだの流動性が向上し、微細な被はんだ付け部にも確実に溶融はんだが供給され、はんだ付け性が向上する。

しかし、はんだ付け作業に伴って窒素ガスを供給する必要があるため、はんだ付け作業に伴う生産コストを押し上げる問題がある。しかも、ボンべ供給される窒素ガスは高価であり、また、ＰＳＡ方式や膜分離方式の窒素ガス発生装置も高価である。

一方で、水蒸気が弱不活性雰囲気を形成することが知られているが、その水分がワーク等の対象物の酸化を促進させる問題があった。特に、電子部品は水分に対する耐性が低いものが多く、多数の電子部品を搭載したプリント配線板のはんだ付け作業に水蒸気雰囲気を使用する具体的な技術は実用化されていない。

本発明の目的は、ワーク等の酸化を防止する不活性雰囲気を安価に形成する技術を確立し、溶融はんだの酸化防止や多数の電子部品を搭載したプリント配線板のはんだ付け性の向上を低ランニングコストで実現できるようにすることにある。

本発明は、ワークや電子部品等の酸化を生じないように水蒸気雰囲気を使用できるようにしたところに特徴がある。すなわち、水蒸気の凝縮を生じない水蒸気雰囲気を溶融はんだの周辺に形成して前記溶融はんだの酸化を防止する。

水蒸気は凝縮すると液化してワークや対象物に付着し酸化を促進してしまう。しかし、水蒸気の凝縮を生じないように水蒸気雰囲気を形成すれば、ワークや対象物の酸化を防止することができる。すなわち、溶融はんだの酸化を防止することができる。

そのためには、水の沸点以上の温度に加熱された遮蔽手段により溶融はんだを覆い前記遮蔽手段の内部の雰囲気温度を水の沸点以上の温度に保持するとともに前記遮蔽手段の内部へ水蒸気を供給する供給口と前記遮蔽手段の内部の雰囲気を外部へ排出する排出口とを設けて前記遮蔽手段の内部の圧力を大気圧に保持し、前記供給口から前記遮蔽手段の内部へ水蒸気を供給して前記遮蔽手段に覆われた溶融はんだの酸化を防止する。

このように、遮蔽手段の温度やこの遮蔽手段の内部の雰囲気温度を水の沸点以上の温度に保持させ、さらに前記排出口により遮蔽手段の内部の圧力を大気圧に保持しておくことにより、前記供給口から遮蔽手段の内部へ水蒸気を供給してもこの遮蔽手段の内部に水蒸気の凝縮を生じることがない。したがって、この遮蔽手段に覆われた溶融はんだの酸化を防止することができるようになる。そして、プリント配線板のはんだ付けは、次のように行う。

（１）圧力が一定であり水蒸気の凝縮を生じない水蒸気雰囲気を溶融はんだの周辺に形成しておいて、電子部品が搭載されたプリント配線板を水の沸点よりも高い温度に加熱して前記水蒸気雰囲気内へ搬入して前記プリント配線板に水蒸気が凝縮しないようにして溶融はんだに接触させてはんだ付けを行うよう構成した水蒸気雰囲気によるプリント配線板のはんだ付け方法である。

すなわち、水の沸点よりも高い温度に加熱されたプリント配線板（搭載された電子部品を含む）を、その圧力が一定（例えば大気圧）の水蒸気雰囲気内に搬入してもこのプリント配線板や搭載電子部品に水蒸気の凝縮を生じることがない。また、予め形成された水蒸気雰囲気も凝縮を生じることがないように形成されている。

したがって、溶融はんだやプリント配線板の被はんだ付け部および搭載電子部品の酸化を防止しながらはんだ付け作業を行うことができるようになり、はんだ付け性の良好なはんだ付け作業を行うことができるようになる。

（２）圧力が一定であり水蒸気の凝縮を生じない水蒸気雰囲気を遮蔽手段により形成された加熱炉内に形成しておいて、予めその被はんだ付け部にはんだが供給されるとともに電子部品が搭載されたプリント配線板を水の沸点よりも高い温度に加熱してから前記加熱炉内に搬入し、前記プリント配線板に水蒸気が凝縮しないようにして前記被はんだ付け部のはんだを溶融させてはんだ付けを行うように構成した水蒸気雰囲気によるプリント配線板のはんだ付け方法である。

すなわち、予めその被はんだ付け部にはんだが供給され水の沸点よりも高い温度に加熱されたプリント配線板（搭載された電子部品を含む）を、その圧力が一定（例えば大気圧）の水蒸気雰囲気内に搬入してもこのプリント配線板や搭載電子部品およびその被はんだ付け部に水蒸気の凝縮を生じることがない。

したがって、被はんだ付け部に供給されたはんだやプリント配線板の被はんだ付け部および搭載電子部品の酸化を防止しながら、この被はんだ付け部に供給されたはんだを溶融させてはんだ付けを行うことができるようになり、はんだ付け性の良好なはんだ付け作業を行うことができるようになる。

（３）前記（１）または（２）に記載の水蒸気雰囲気によるプリント配線板のはんだ付け方法において、少なくとも水蒸気雰囲気を保持するための遮蔽手段、前記プリント配線板を前記遮蔽手段の内部へ搬送する搬送手段および前記遮蔽手段と前記搬送手段とを加熱する加熱手段を設けて前記遮蔽手段の内部の雰囲気温度を水の沸点以上の温度に保持するとともに前記遮蔽手段および前記搬送手段に水蒸気の凝縮が生じないようにしてプリント配線板のはんだ付けを行うように構成したプリント配線板のはんだ付け方法である。

このように、遮蔽手段の温度や搬送手段の温度およびこの遮蔽手段の内部の雰囲気温度を水の沸点以上の温度に保持させておくことにより、水蒸気雰囲気を保持する遮蔽手段や搬送手段に水蒸気の凝縮を生じることがない。したがって、凝縮した水が搬送手段を介してプリント配線板に付着したり、遮蔽手段から滴下してプリント配線板に付着したりすることが無くなり、水蒸気雰囲気内であっても遮蔽手段に覆われた溶融はんだやこの遮蔽手段内へ搬送されるプリント配線板の酸化を防止することができるようになる。

以上のように、本発明の水蒸気雰囲気によるプリント配線板のはんだ付け方法によれば、ボンベ等により高価な不活性ガスを入手したり窒素ガス発生装置等の高価な不活性ガス発生装置を備える必要もなく、水といういつでもどこでも人手可能な材料を用いて低酸素濃度の雰囲気を安価に形成することができるようになる。

しかも、水蒸気雰囲気であるが故に低酸素濃度雰囲気であってもその水分により酸化が生じるとされていた問題を、水蒸気の凝縮を生じないように雰囲気を形成することで解消した。また、プリント配線板を予め加熱しておくことにより被はんだ付けワークであるプリント配線板における水蒸気の凝縮の問題を解決し、水分に弱いプリント配線板の水蒸気雰囲気中におけるはんだ付け作業が可能となった。

このように、本発明によれば、いつでもどこでも安価に低酸素濃度雰囲気（低酸素濃度の水蒸気雰囲気）を形成して溶融はんだの酸化を防止したり、プリント配線板の被はんだ付け部の酸化を防止して濡れ性に優れた品質の良好なはんだ付けを行うことができるようになる。

すなわち、溶融はんだの酸化による浪費を抑え品質の良好なはんだ付け作業を低コストで実現することができるようになる。

また、フローはんだ付け作業においてプリント配線板に予め塗布されるフラックスや、リフローはんだ付け作業においてプリント配線板の被はんだ付け部に予め供給されたペースト状はんだに含まれるフラックスの中にハロゲンが含まれていても、排気中で凝縮した水蒸気を中和フィルタで捕捉して中和するので、はんだ付け作業にともなって環境を汚染することもない。

さらに、はんだ付け作業の終了したプリント配線板に、ドライエアや熱風等の乾燥促進雰囲気を吹きつけることにより、プリント配線板に搭載された電子部品等により立体的形状を成しているが故にその隅部に残っていた極僅かな水蒸気や水分をも、完全に除去することができるようになり、水蒸気雰囲気を使用してはんだ付け作業を行ってもプリント配線板の酸化を確実に防止することができるようになる。

本発明による水蒸気雰囲気によるプリント配線板のはんだ付け方法は、次のような実施形態例において実施することができる。なお、被はんだ付けワークは、多数の電子部品（チップ型電子部品やリード型電子部品、機構部品、等々）を搭載したプリント配線板である。ここで、実施形態例−１と実施例形態例−２のはんだ付け装置は、実施形態例−３や実施形態例−４のはんだ付けシステムに使用されるはんだ付け装置で、酸化防止チャンバに覆われた溶融はんだの酸化を防止する構成例を説明したものである。本発明のプリント配線板のはんだ付け方法については、実施形態例−３〜実施形態例−５において説明される。

（１）実施形態例−１
図１および図２を参照して、本発明に係る実施形態例−１を説明する。図１は、はんだ付け装置の全容を説明するための斜視図、図２（ａ）、（ｂ）は図１の縦断面を示す図である。なお、図１における水供給ポンプの制御系（制御部および駆動部）はブロック図で描いてある。また、図２（ａ）は、図１の縦断面を示す図であるが、図２（ｂ）は酸化防止チャンバ取り付けの他の態様例を示す図である。

すなわち、図示しないヒータにより加熱されて溶融状態の溶融はんだ２が例えばステンレス部材等で構成したはんだ槽１に収容され、この溶融はんだ２をモータ３に駆動されたポンプ（継手４とポンプ軸５とを介して回転駆動されるポンプ）６により吸い込み口７から吸い込んで吹き口体８へ供給し、その吹き口９から溶融はんだ２を噴流して噴流波１０を形成するように構成されている。なお、溶融はんだ２の温度は、通常２５０゜Ｃ前後の温度である。

一方、溶融はんだ２の液面を覆う遮蔽手段として、ポンプ軸５が溶融はんだ２の液面に接する領域を覆う酸化防止チャンバ１１を設けてあり、この酸化防止チャンバ１１のスカート部１２を溶融はんだ２に浸漬するとともに（図２（ａ）参照）、ポンプ軸５が酸化防止チャンバ１１に挿通されるポンプ軸挿通孔１３とは僅かな隙間を残して嵌め合わされるように構成してあり、これにより前記ポンプ軸５が溶融はんだ２の液面に接する領域を遮蔽するように構成してある。

この酸化防止チャンバ１１には、供給口１７からこの酸化防止チャンバ１１内へ水蒸気を供給する水蒸気供給パイプ１４が接続され、酸化防止チャンバ１１下方の周縁には水蒸気の排出口１５を設けてある。なお、この水蒸気供給パイプ１４は水蒸気の温度低下を防止する保温材１６で覆われている。

他方、溶融はんだ２を収容するステンレス部材等で構成されたはんだ槽１には同様にステンレス部材等で構成された水蒸気発生チャンバ１８を密着して設けてあり、水タンク１９に貯溜してある水を水供給ポンプ２０により水供給パイプ２１を介して前記水蒸気発生チャンバ１８に供給するように構成してある。なお、水供給ポンプ２０を駆動する制御部２２（コンピュータシステム等）および駆動部２３（電力駆動回路）は、この水供給ポンプ２０により供給される水の流量が予め決めた所定の定流量になるように構成したものであり、使用する水供給ポンプ２０の種類に合わせて選択される。

このように水蒸気供給装置２５を構成すると、はんだ槽１に密着して設けられた水蒸気発生チャンバ１８は溶融はんだ２と同等の温度すなわち２５０℃程度の温度に加熱されているので、この水蒸気発生チャンバ１８に供給された水はこの水蒸気発生チャンバ１８内で沸騰して水蒸気を発生する。また、水蒸気発生チャンバ１８内に設けた流路形成板２４は、蛇行流路で発生した水蒸気を完全に加熱（約２５０゜Ｃ）して供給するための部材であり、この水蒸気は最終的に前記の水蒸気供給パイプ１４を通して前記酸化防止チャンバ１１に供給される。

なお、水蒸気供給パイプ１４の内径は、水蒸気供給流量に対して十分に大きく選択し、水蒸気供給に伴って圧力損失を生じない程度に選択する。すなわち、水蒸気発生チャンバ１８から供給される水蒸気は、概ね大気圧と同等の圧力で酸化防止チャンバ１１に供給され、その後に排出口１５から排出される。

この場合に、そのスカート部１２が溶融はんだ２に浸漬された酸化防止チャンバ１１は、この溶融はんだ２と同等の約２５０゜Ｃ程度の温度に保持されている。すなわち、この酸化防止チャンバ１１内の雰囲気温度も約２５０゜Ｃ程度の温度であるとともにこの酸性防止チャンバ１１内に供給される水蒸気の温度も約２５０゜Ｃであり、また、酸化防止チャンバ１１に供給される水蒸気の圧力が急激に低下することもない。

したがって、酸化防止チャンバ１１内に低酸素濃度の水蒸気雰囲気が形成され、しかもその水蒸気雰囲気には水蒸気の凝縮を生じることがないので、この酸化防止チャンバ１１に覆われた溶融はんだ２の酸化を防止することができるようになる。

これにより、回転するポンプ軸５と溶融はんだ２の液面とこの液面上の雰囲気とが接触する領域でこの溶融はんだ２と雰囲気とが攪拌され、これによって生じていた溶融はんだ２の酸化の著しい進行が抑止されるようになる。

しかも、この低酸素濃度雰囲気を形成するために使用する気体は水蒸気であり、また、その原料は水であるので、いつでもどこでも極めて安価に低酸素濃度の雰囲気を形成することができるようになる。

ちなみに、水蒸気雰囲気により酸化防止チャンバ１１内の酸素濃度を約２０ｐｐｍ程度まで低下させることが可能であることを確認している。また、３６時間の連続運転によって発生する溶融はんだ２の酸化物量は、大気中で発生する酸化物量に対して約１／３０に激減し、窒素ガス等の不活性ガスを供給して低酸素濃度雰囲気を形成した場合と比較して遜色のない結果が得られている。

図２（ｂ）に示す他の態様例は、酸化防止チャンバ１１のスカート部１２が溶融はんだ２の液面から僅かに離れて隙間を有するように構成してあり、この隙間を酸化防止チャンバ１１内の雰囲気の排出口１５として構成した例である。

そのため、酸化防止チャンバ１１が溶融はんだ２から加熱されることがないので、この酸化防止チャンバ１１の上壁にプレートヒータ２６を設けて加熱するように構成している。

そして、この例では、プレートヒータ２６ヘの供給電力を調節することにより酸化防止チャンバ１１の温度を調節することができる。ひいては、酸化防止チャンバ１１内の雰囲気温度も調節することができるが、この雰囲気温度は溶融はんだ２の温度にも影響される。

また、以上の例において、水蒸気を発生させる水蒸気発生チャンバ１８の加熱源として、はんだ槽１自体すなわち溶融はんだ２の中に浸漬されてはんだを溶融状態に保持するために使用されるヒータ（不図示）を使用しているが、水蒸気発生用として専用のヒータを設けるように構成してもよい。

すなわち、水蒸気発生チャンバ１８をはんだ槽１から独立して設け、この水蒸気発生チャンバ１８に水蒸気発生用さらには水蒸気加熱用に専用ヒータを設けるように構成すればよい。この場合においては、発生した水蒸気の温度を任意に調節し制御することができるようになる長所があるが、コストが若干上昇する。

最も注意しなければならないのは、酸化防止チャンバ１１内で水蒸気の凝縮を生じる雰囲気を形成しないようにすることである。そのためには、水蒸気の供給経路や酸化防止チャンバ１１内において水蒸気雰囲気の圧力が急速に低下したりその温度が急速に低下したりしないようにすればよい。水蒸気の凝縮を生じると水蒸気が霧滴化したり露滴化したりした雰囲気を形成して、これらの水分付着により逆に酸化を促進する雰囲気を形成してしまうからである。

そのため、図２（ｂ）に示す例では、プレートヒータ２６により加熱された酸化防止チャンバ１１の温度を、この酸化防止チャンバ１１内へ供給される水蒸気の温度よりも高くしておくとよい。また、水蒸気発生チャンバ１８と酸化防止チャンバ１１とを繋ぐ水蒸気供給パイプ１４の太さを、水蒸気の供給に伴って圧力損失が生じない程度に大径にする。さらに、水蒸気供給パイプ１４の温度が低下しないように、この水蒸気供給パイプ１４を保温材で覆うように構成する。

図１および図２（ａ）、（ｂ）に示す例では、水蒸気供給流量に対して水蒸気供給パイプ１４の太さおよび酸化防止チャンバ１１に設けた排出口１５の大きさを十分に大きくしてあり、当該の流路において水蒸気の凝縮を生じるような圧力損失を生じないように構成してある。すなわち、各部の圧力は概ね大気圧となるように構成してある。

（２）実施形態例−２
図３および図４を参照して、本発明に係る実施形態例−２を説明する。図３は、はんだ付け装置の全容を説明するための斜視図、図４は、図２の縦断面および酸化防止チャンバの内部を示す図で、図４（ａ）は、図３の縦断面を示す図、図４（ｂ）は、酸化防止チャンバの一部を切断してその内部の様子を示した斜視図である。

なお、図３における水供給ポンプの制御系（制御部および駆動部）はブロック図で描いてある。

この実施形態例−２は、特開２０００−２７７９０３号公報の技術に本発明の水蒸気雰囲気による溶融はんだの酸化防止技術を用いた例であるが、溶融はんだ２の噴流波１０を形成するはんだ付け装置である点においては、実施形態例−１と同様である。

実施形態例−１と相違するのは、ポンプ３０を駆動するモータ３１をはんだ槽１の下方側に設けることができるように構成されている点である。すなわち、はんだ槽１の槽底１ａと溶融はんだ２の液面上とを連通するパイプ３２を溶融はんだ２の排斥体として設け、このパイプ３２に駆動軸３３を通してこのパイプ３２上で中空ポンプ軸３４にねじ３７で接続し、この中空ポンプ軸３４に設けられたポンプ３０を回転駆動するように構成されている。

そして、実施形態例−１と同様に、中空ポンプ軸３４と溶融はんだ２の液面および大気とが接触する領域で発生し易い溶融はんだ２の酸化を防止するために、当該領域を覆う酸化防止チャンバ２８を設けてある。

また、この酸化防止チャンバ２８は、そのスカート部２９が溶融はんだ２中に浸漬されているとともに、この酸化防止チャンバ２８内へ水蒸気を供給する保温材１６で覆われた水蒸気供給パイプ１４を接続してある。そして、溶融はんだ２の液面上に現れている中空ポンプ軸３４には透通孔３５を設けてあり、溶融はんだ２の排斥体であるパイプ３２と駆動軸３３との間の空間を介してはんだ槽１の槽底１ａの下方側空間と連通している。すなわち、はんだ槽１の槽底１ａと駆動軸３３との間の開口が水蒸気雰囲気の排出口３６となる。

なお、目的とする定流量の水蒸気を供給するための手段（水蒸気発生チャンバ１８や水供給ポンプ２０、水供給パイプ２１、水タンク１９、水供給ポンプ２０の制御部２３や駆動部２２）は前記実施形態例−１と同様である。

したがって、実施形態例−１と同様に、酸化防止チャンバ２８内に凝縮を生じない水蒸気雰囲気を形成することができるようになり、この酸化防止チャンバ２８に覆われた溶融はんだ２の酸化を防止することができるようになる。すなわち、酸化防止チャンバ２８内に低酸素濃度の水蒸気雰囲気が形成され、しかもその水蒸気雰囲気には水蒸気の凝縮を生じることがないので、この酸化防止チャンバ２８に覆われた溶融はんだ２の酸化を防止することができるようになる。

これにより、回転する中空ポンプ軸３４と溶融はんだ２の液面とこの液面上の雰囲気とが接触する領域でこの溶融はんだ２と雰囲気とが攪拌され、これによって生じていた溶融はんだ２の酸化の著しい進行が抑止されるようになる。

（３）実施形態例−３
図５を参照して本発明の実施形態例−３を説明する。図５は、実施形態例−３を説明するためのはんだ付けシステムを示す図で、図５（ａ）は、はんだ付けシステムの側断面図で水蒸気発生系および排気系はシンボル図で描いた図、図５（ｂ）ははんだ槽上方部分の搬送コンベアの横断面を示す図である。

この実施形態例−３は、主構成としてはんだ付け装置４０、予備加熱装置４１および搬送コンベア４２を備えたはんだ付けシステムにおいて、はんだ付け装置４０が設けられるはんだ付け工程に低酸素濃度の水蒸気雰囲気を形成するように構成したはんだ付けシステムの例である。

はんだ付け装置４０としては、前記の実施形態例−１や実施形態例−２に示したはんだ付け装置が使用できる。予備加熱装置４１には、赤外線や熱風等により被はんだ付けワークであるプリント配線板４３を加熱するための予備加熱用ヒータ４４を設けてあり、図５においてプリント配線板４３の上方側の面をも十分に加熱できるようにするための反射板４５を設けてある。

搬送コンベア４２は平行２条に設けてプリント配線板４３の両側端部を保持するように構成してあり、予備加熱装置４１を設けた予備加熱工程とはんだ付け装置４０を設けたはんだ付け工程とに順次矢印Ａ方向にプリント配線板４３を搬送するための手段で、通常使用されている搬送コンベアと同様の構成である。すなわち、コンベアフレーム４６に案内されて回動走行するチェーン４７に設けた保持爪４８によりプリント配線板４３の両側端部を保持して搬送する仕組みである。

そして、はんだ付け工程に低酸素濃度の水蒸気雰囲気を形成するために、このはんだ付け装置４０は酸化防止チャンバ４９で覆われている。この酸化防止チャンバ４９には搬送コンベア４２を通す搬入口５０と搬出口５１とを設けてあり、そのスカート部５２ははんだ付け装置４０の溶融はんだ２に浸漬してある。

また、この酸化防止チャンバ４９の上壁にはプレートヒータ５３を設けてある。このプレートヒータ５３の目的は図２（ｂ）に使用したプレートヒータ２６と同様の目的であり、これにより冷却され易い大型の酸化防止チャンバ４９の温度を水の沸点以上の温度に保持たとえば１００゜Ｃないし溶融はんだ２と同等の温度に保持する。すなわち、そのスカート部５２が溶融はんだ２に浸漬してあっても、この酸化防止チャンバ４９が大型であるため、その上部では温度が低下して水の沸点以上の温度を維持することが難しいからである。

一方、この酸化防止チャンバ４９を通る搬送コンベア４２のコンベアフレーム４６内には、特にそのはんだ付け装置４０の領域においてシーズヒータ５４を設けてあり、この搬送コンベア４２の温度が酸化防止チャンバ４９内において水の沸点以上の温度（例えば、１００゜Ｃないし溶融はんだ２と同等の温度）に保持することができるように構成されている。なお、このシーズヒータ５４は，搬送コンベア４２の全長にわたって設けてもよい。

このように、酸化防止チャンバ４９にプレートヒータ５３を設けるとともに搬送コンベア４２にシーズヒータ５４を設けて加熱することにより、酸化防止チャンバ４９、搬送コンベア４２および酸化防止チャンバ４９内の雰囲気温度を水の沸点以上の温度（例えば、１００゜Ｃないし溶融はんだ２と同等の温度）に保持することができるようになる。そして、それぞれのヒータ５３，５４は、温度制御装置（不図示）により温度をできるだけ揃えるように構成することが、酸化防止チャンバ４９内で雰囲気の不要な熱対流や水蒸気の凝縮を生じないようにする上で望ましい。

また、水蒸気発生チャンバ１８から供給される水蒸気の温度がその供給過程およびこの酸化防止チャンバ４９内において急速に低下したり、水蒸気発生チャンバ１８から供給される水蒸気の圧力がその供給過程および酸化防止チャンバ４９内において急速に低下しないようにすることが、酸化防止チャンバ４９内に形成する水蒸気雰囲気内で水蒸気の凝縮を生じないようにする上で必要な事項である。このことは、実施形態例−１や実施形態例−２において説明した事項と同様である。

一方、水蒸気供給装置２５の構成は実施形態例−１や実施形態例−２と同様の構成であり、水蒸気発生チャンバ１８がはんだ槽２に密着して設けら、はんだ槽２内に設けられたヒータ（不図示）により加熱された溶融はんだ２からの熱伝導により水を加熱して水蒸気を発生し、また、水蒸気を加熱する。

この水蒸気発生チャンバ１８には、予め決めた所定の単位時間当たり流量の水が供給できるように、水供給ポンプ２０およびそれを駆動し制御する駆動部２３および制御部２２、そして水タンク１９に貯溜した水５５とから構成されている。

他方、水蒸気発生チャンバ１８で発生した水蒸気は保温材１６で保温された水蒸気供給パイプ１４により酸化防止チャンバ４９内へ供給され、溶融はんだ２の噴流波１０の近傍で搬送コンベア４２の下方側すなわちプリント配線板４３の被はんだ付け面側に向けて設けた水蒸気供給口筐５６から供給される。

酸化防止チャンバ４９に供給された水蒸気は、この酸化防止チャンバ４９に設けられた搬入口５０および搬出口５１から流出し排出される。そのため、この搬入口５０および搬出口５１の近傍には排気用のファン５７に接続された排気フード５８を設けてあり、この搬入口５０および搬出口５１から排出された水蒸気雰囲気を排気フード５８を介して排気する仕組みである。

そして、この排気フード５８内には中和フィルタ５９を設けてある。この中和フィルタ５９は、多孔性部材からなるフィルタや屈曲した流路で形成したフィルタ等々の通常の粒子フィルタを使用することができる。そして、この中和フィルタ５９には、例えば石灰のようなアルカリ性の材料を付着あるいはコーティングしてあり、排気フード５８で捕捉した雰囲気中に酸性物質が存在している場合に、これを中和するように作用する。

はんだ付けシステムを以上のように構成することにより、酸化防止チャンバ４９内には水蒸気の凝縮を生じない低酸素濃度の水蒸気雰囲気を形成することができるようになる。もちろん、酸化防止チャンバ４９や搬送コンベア４２にも水蒸気の凝縮を生じることがない。

例えば、溶融はんだ２の温度が２５０゜Ｃの場合に、酸化防止チャンバ４９の温度および搬送コンベア４２の温度を１５０゜Ｃ程度に保持しておくとともに酸化防止チャンバ４９内の雰囲気温度も１２０〜２００゜Ｃ程度に保持し、１１０〜２００゜Ｃ程度の水蒸気を供給するように構成すればよい。また、酸化防止チャンバ４９の搬入口５０および搬出口５１の大きさは、搬送コンベア４２が通る程の大きさであるので、この酸化防止チャンバ４９内の圧力は大気圧と概ね同じ圧力に保持される。

そして、被はんだ付けワークであるプリント配線板４３のはんだ付けを行う場合には、このプリント配線板４３は先ず予備加熱装置４１で加熱されるが、このプリント配線板４３の予備加熱温度を水の沸点以上の温度たとえば１１０゜Ｃ〜１５０゜Ｃ程度の温度に加熱して酸化防止チャンバ４９内へ搬入するように加熱温度を設定する。すなわち、予備加熱装置４１の予備加熱用ヒータ４４の温度を調節する等して加熱温度を設定する。この場合においては、プリント配線板４３に搭載されている電子部品の温度も水の沸点以上の温度に加熱してから酸化防止チャンバ４９内へ搬入するようにする。

このように、はんだ付けシステムおよびはんだ付け工程を編成することにより、酸化防止チャンバ４９に搬入されたプリント配線板４３に水蒸気の凝縮を生じることなく、低酸素濃度の水蒸気雰囲気中でプリント配線板４３と溶融はんだ２の噴流波１０とを接触させ、このプリント配線板４３のはんだ付けを行うことができるようになる。すなわち、プリント配線板４３と溶融はんだ２の噴流波１０とが接触するはんだ付け工程において水蒸気の凝縮を生じることなく低酸素濃度の雰囲気中ではんだ付けを行うことができるようになる。

したがって、溶融はんだ２の酸化が抑止された状態で良好な濡れ性のはんだ付けを行うことができるようになる。すなわち、はんだ付け性に優れたはんだ付けを行うことができるようになる。しかも、低酸素濃度雰囲気を形成するための原料は水であるので、低コストでいつでもどこでも実現することができる。

ところで、被はんだ付けワークであるプリント配線板４３の被はんだ付け面すなわち溶融はんだ２の噴流波１０に接触する下方側の面には、はんだ付け性を向上させるために予めフラックスが塗布されている。このフラックスは溶融はんだ２の噴流波１０と接触すると気化したりヒュームを発生するが、酸化防止チャンバ４９の搬入口５０や搬出口５１から排出される水蒸気雰囲気と一緒に排気フード５８に案内されて排気される。

一方で、フラックス中にハロゲンが含まれていると、気化したりヒューム化したハロゲンが酸化防止チャンバ４９の搬入口５０や搬出口５１から排出された後に、温度低下して凝縮した水蒸気に溶け込んで酸性の霧滴や露滴を生じる。この酸性の霧滴や露滴は、排気フード５８内に設けた中和フィルタ５９で捕捉され、アルカ性の中和剤で中和される。したがって、排気用のファン５７で排気される雰囲気が環境に影響を与えることがない。

（４）実施形態例−４
図６を参照して、本発明の実施形態例−４を説明する。図６は、別のはんだ付けシステムを説明する図で、はんだ付けシステムの側断面図を示している。なお、図５に示す実施形態例−３と同様に、水蒸気発生系および排気系はシンボル図で描いてある。

この実施形態例−４のはんだ付けシステムが先の実施形態例−３のはんだ付けシステムと相違する点は、予備加熱装置４１を設けた予備加熱工程部を含めて酸化防止チャンバ４９で覆うように構成したこと、これに伴って搬送コンベア４２の全長にわたってコンベア加熱用のシーズヒータ５４を設けたこと、酸化防止チャンバ４９に搬入するプリント配線板４３に酸化防止チャンバ４９内で水蒸気が凝縮することを防止するために、酸化防止チャンバ４９の搬入口５０の前段にプリント配線板４３の凝縮防止加熱装置６１を設けたこと、酸化防止チャンバ４９の搬出口５１から搬出されるプリント配線板４３の乾燥を促進させる乾燥促進装置６２を設けたことである。

また、酸化防止チャンバ４９内においては、水蒸気供給口筐５６を予備加熱装置４１部分に設けて、予備加熱工程部へも水蒸気を供給するように構成してある。なお、酸化防止チャンバ４９内に設けた抑止板６３は、いわゆるラビリンス流路を形成して酸化防止チャンバ４９内の不要な雰囲気流動を抑制するための部材である。

このように、予備加熱工程およびはんだ付け工程を酸化防止チャンバ４９内に収容することにより、酸化防止チャンバ４９内の雰囲気は予備加熱装置４１の予備加熱用ヒータ４４によっても加熱されるようになる。しかし、酸化防止チャンバ４９が長大化することによる温度低下がある。そのため、酸化防止チャンバ４９全体が水の沸点以上の温度に維持できるように、この例ではプレートヒータ５３を酸化防止チャンバ４９の２カ所に設けている。

予備加熱用ヒータ４４は通常２００゜Ｃ以上の温度に加熱されているので、特に水蒸気の凝縮を防止する加熱手段を別途に設ける必要はない。したがって、酸化防止チャンバ４９、搬送コンベア４２、予備加熱用ヒータ４４および酸化防止チャンバ４９内の雰囲気の温度は水の沸点以上に保持することができる。なお、この温度については前記の実施形態例−３に例示したような温度範囲（例えば１２０ないし２００゜Ｃ程度）が実用的である。

したがって、実施形態例−１や実施形態例−２と同様に、水蒸気発生チャンバ１８およびその供給系と酸化防止チャンバ４９内において、水蒸気圧力の急激な低下や水蒸気温度の急激な低下が発生せず、酸化防止チャンバ４９内に水蒸気の凝縮を生じない低酸素濃度の水蒸気雰囲気を形成することができる。

一方、チャンバ６６内に搬入用コンベア６４を挟んでヒータ６５を設けた凝縮防止加熱装置６１を酸化防止チャンバ４９の搬入口５０の前段に設け、被はんだ付けワークであるプリント配線板４３を水の沸点以上に加熱してから酸化防止チャンバ４９内へ搬入するように構成してある。したがって、酸化防止チャンバ４９内においてプリント配線板４３に水蒸気の凝縮を生じることもない。

そして、このプリント配線板４３は、予備加熱用ヒータ４４により例えば１５０゜Ｃ程度に加熱されてから溶融はんだ２の噴流波１０にその被はんだ付け面を接触してはんだ付けが行われる。これらの過程は低酸素濃度の水蒸気雰囲気中で行われるので、窒素ガス等の不活性ガスが供給された低酸素濃度雰囲気と同様のはんだ付け環境を得ることができるようになる。すなわち、溶融はんだ２やプリント配線板４３の被はんだ付け部の酸化のないはんだ付け、すなわち濡れ性が良好なはんだ付けを行うことができるようになる。しかも、低酸素濃度雰囲気を形成する水蒸気の原料が水であるので、いつでもどこでも安価に実現することができる。

このように、プリント配線板４３のはんだ付け作業が水蒸気の凝縮を生じない雰囲気中で行われ、このプリント配線板４３にも水蒸気の凝縮を生じることがないようにして行われる。しかし、プリント配線板４３に搭載されている電子部品（不図示）の形状や大きさ等によりこのプリント配線板４３上には立体的形状が構成されており、この隅部に水蒸気雰囲気が残ったまま酸化防止チャンバ４９の搬出口５１から搬出されると、その後においてプリント配線板４３に水蒸気の凝縮を生じることがある。

そのため、このようなことがない様に、酸化防止チャンバ４９の搬出口５１の近傍に乾燥促進装置６２を設け、例えばこの搬出口５１から搬出されたプリント配線板４３に向けて乾燥促進用のエアを吹きつけるように構成している。このエアは、湿度の低いドライエアや熱風が適している。すなわち、搬出口５１に設けた搬出コンベア６７上に、ヒータ６８を備えたファン６９でドライエアや熱風を吹きつけることにより、プリント配線板４３の隅部に残留している水蒸気雰囲気を吹き飛ばすと同時に、僅かに残った水分をも即座に乾燥させることができるようになる。

（５）実施形態例−５
図７を参照して、本発明の実施形態例−５のはんだ付けシステムを説明する。図５は、もう１つのはんだ付けシステムを説明するための図で、はんだ付けシステムの側断面図を示している。なお、図５の実施形態例−３と同様に、水蒸気発生系および排気系はシンボル図で描いてある。

本実施形態例−５は、本発明の技術をリフローはんだ付け装置に適用した例である。窒素ガス等を使用した従来のリフローはんだ付け装置と異なるところは、フラックスヒュームの除去フィルタに中和フィルタ７８を使用していることと、炉体７１の搬入口５０の前段に凝縮防止加熱装置６１を設けていること、炉体７１の搬出口５１の近傍に前記実施形態例−４と同様の乾燥促進装置６２を設けていることである。もちろん、低酸素濃度雰囲気を形成するための水蒸気発生装置２５を備えている。なお、加熱用の炉体７１は酸化防止チャンバとしての役割も有する。

このリフローはんだ付け装置は、加熱用の炉体７１の内部に予備加熱工程部７２とリフロー工程部７３とを備え、予備加熱工程部７２はさらに昇温部７４と均温部７５とで構成されている。そして、各工程内には被はんだ付けワークであるプリント配線板４３を加熱する加熱手段７６をそれぞれ備えている。

この加熱手段７６は、プリント配線板４３を搬送する搬送コンベア４２の上下すなわちプリント配線板４３の両面に臨んで設けられているが、上方側や下方側のみに加熱手段７６を設けて構成した装置もある。

加熱手段７６としては、赤外線等の熱線加熱手段や熱風雰囲気を吹きつける熱風加熱手段、熱線加熱と熱風加熱とを併用した加熱手段等が広く使用されている。図７においては、この加熱手段の具体的構成は省略して図示していない。

そして、通常は予備加熱工程部７２でプリント配線板４３を１５０゜Ｃ程度に加熱し、その後にリフロー工程部７３でこのプリント配線板４３を２１０〜２５０゜Ｃ程度に加熱し、その被はんだ付け部に予め供給されたはんだ（不図示）を溶融させてはんだ付けが行われる。したがって、リフローはんだ付け装置の炉体７１、搬送コンベア４２および炉体７１内の雰囲気の温度は少なくとも１５０〜２５０゜Ｃ程度に保持されている。

しかし、炉体７１の一部や搬送コンベア４２の搬入口５０部分や搬出口５１部分において温度低下を生じ、当該部分で水蒸気の凝縮を生じる恐れがある。そのような場合においては、前記の各実施形態例と同様に当該部分に加熱手段を設けてその温度が水の沸点以上になるように構成する。

また、炉体７１の各加熱室へ水蒸気を供給する水蒸気供給パイプ１４の長さが長くなるので、保温材１６だけではなく、水蒸気供給パイプ１４自体に加熱用ヒータ（不図示）を巻き付けて設け、その上を保温材１６で覆うように構成するとよい。なお、水蒸気発生チャンバ１８には図示しないヒータを設けて加熱する構成である。このヒータとしては電気ヒータが温度の制御性等に優れていて好適である。しかし、火力による加熱を用いて水蒸気を発生するように構成してもよい。この場合においては、水蒸気発生コストを低くすることができるようになる。

この実施形態例−５において、被はんだ付けワークであるプリント配線板４３は先ず凝縮防止加熱装置６１内を搬入用コンベア６４で搬送されつつ水の沸点以上の温度（例えば１１０゜Ｃ以上）に加熱され、炉体７１内の予備加熱工程部７２（昇温部７４と均温部７５）に搬送されて例えば１５０゜Ｃ程度の温度に加熱される。続いてリフロー工程部７３に搬送され、例えば２１０〜２５０゜Ｃ程度に加熱されてリフローはんだ付けが行われる。

これら各工程部すなわち予備加熱工程部７２とリフロー工程部７３は低酸素濃度の水蒸気雰囲気中で行われ、はんだや被はんだ付け部の酸化のない濡れ性に優れたリフローはんだ付けを行うことができる。しかも、水蒸気の原料は水であるので、いつでもどこでも安価に低酸素濃度雰囲気中ではんだ付けを行うことができるようになる。

そして、炉体７１の搬出口５１から搬送されたプリント配線板４３に、乾燥促進装置６２によりドライエアや熱風を吹きつけることにより、プリント配線板４３の隅部に残留している水蒸気雰囲気を吹き飛ばすと同時に、僅かに残った水分をも即座に乾燥させることができる。

また、炉体７１の搬入口５０および搬出口５１から排出される水蒸気や気体化したフラックス（フラックスガス）やフラックスヒュームは、排気フード５８で捕捉されて排気される。この場合に、フラックスにハロゲンが含まれていても、中和フィルタ５９で捕捉され中和されるので、排気用ファン５７によって排気される雰囲気が環境に悪影響を与えることもない。

さらに、炉体７１内で発生したフラックスガス（気体化したフラックス）やフラックスヒュームは、フラックス回収フィルタ７７内に中和フィルタ７８を設けて除去し、炉体７１内にフラックスヒュームが滞留しないように構成してある。ここで中和フィルタ７８を使用する理由は、捕捉されたフラックスにハロゲンが含まれている場合にこのフラックスが酸性となり、フラックス回収系が浸食されるのでこれを防止するためである。

フラックス回収フィルタ７７は、中和フィルタ７８と循環用ファン７９および吸い込み口筐８０、吐出口筐８１、保温材８２で覆われた循環用パイプ８３およびフィルタチャンバ８４とからなる。そして、特に気体化したフラックスやフラックスヒュームが多量に発生するリフロー工程部７３の加熱室内の雰囲気を循環させ、炉体７１や搬送コンベア４２、プリント配線板４３等に付着し易いフラックスヒュームを除去し、汚染のない雰囲気を形成している。

本発明に係る実施形態例−１のはんだ付け装置の全容を説明するための斜視図である。図１の縦断面を示す図である。本発明に係る実施形態例−２のはんだ付け装置の全容を説明するための斜視図である。図３の縦断面および酸化防止チャンバの内部を示す図である。本発明の実施形態例−３を説明するためのはんだ付けシステムを示す図である。別のはんだ付けシステムを説明するための図である。もう１つのはんだ付けシステムを説明するための図である。

符号の説明

１はんだ槽
１ａ槽底
２溶融はんだ
３モータ
４継手
５ポンプ軸
６ポンプ
７吸い込み口
８吹き口体
９吹き口
１０噴流波
１１酸化防止チャンバ
１２スカート部
１３ポンプ軸挿通孔
１４水蒸気供給パイプ
１５排出口
１６保温材
１７供給口
１８水蒸気発生チャンバ
１９水タンク
２０水供給ポンプ
２１水供給パイプ
２２制御部
２３駆動部
２４流路形成板
２５水蒸気供給装置
２６プレートヒータ
２８酸化防止チャンバ
２９スカート部
３０ポンプ
３１モータ
３２パイプ
３３駆動軸
３４中空ポンプ軸
３５透通孔
３６排出口
３７ねじ
４０はんだ付け装置
４１予備加熱装置
４２搬送コンベア
４３プリント配線板
４４予備加熱用ヒータ
４５反射板
４６コンベアフレーム
４７チェーン
４８保持爪
４９酸化防止チャンバ
５０搬入口
５１搬出口
５２スカート部
５３プレートヒータ
５４シーズヒータ
５５水
５６水蒸気供給口筐
５７ファン
５８排気フード
５９中和フィルタ
６１擬縮防止加熱装置
６２乾燥促進装置
６３抑止板
６４搬入用コンベア
６５ヒータ
６６チャンバ
６７搬出コンベア
６８ヒータ
６９ファン
７１炉体
７２予備加熱工程部
７３リフロー工程部
７４昇温部
７５均温部
７６加熱手段
７７フラックス回収フィルタ
７８中和フィルタ
７９循環用ファン
８０吸い込み口筐
８１吐出口筐
８２保温材
８３循環用パイプ
８４フィルタチャンバ

Claims

圧力が一定であり水蒸気の凝縮を生じない水蒸気雰囲気を溶融はんだの周辺に形成しておいて、
電子部品が搭載されたプリント配線板を水の沸点よりも高い温度に加熱して前記水蒸気雰囲気内へ搬入して前記プリント配線板に水蒸気が凝縮しないようにして溶融はんだに接触させてはんだ付けを行うことを特徴とする水蒸気雰囲気によるプリント配線板のはんだ付け方法。
圧力が一定であり水蒸気の凝縮を生じない水蒸気雰囲気を遮蔽手段により形成された加熱炉内に形成しておいて、
予めその被はんだ付け部にはんだが供給されるとともに電子部品が搭載されたプリント配線板を水の沸点よりも高い温度に加熱してから前記加熱炉内に搬入し、前記プリント配線板に水蒸気が凝縮しないようにして前記被はんだ付け部のはんだを溶融させてはんだ付けを行うことを特徴とする水蒸気雰囲気によるプリント配線板のはんだ付け方法。
請求項１または請求項２記載の水蒸気雰囲気によるプリント配線板のはんだ付け方法において、
少なくとも水蒸気雰囲気を保持するための遮蔽手段と前記プリント配線板を前記遮蔽手段の内部へ搬送する搬送手段および前記遮蔽手段と搬送手段とを加熱する加熱手段を設けて前記遮蔽手段の内部の雰囲気温度を水の沸点以上の温度に保持するとともに前記遮蔽手段および前記搬送手段に水蒸気の凝縮が生じないようにしてプリント配線板のはんだ付けを行うことを特徴とする水蒸気雰囲気によるプリント配線板のはんだ付け方法。