JP2012245552A - 半田付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半田付け時に、半田付け部を均一に効率よく加熱溶融でき、かつ、半田付け部に気泡が残る半田付け不良を低減できる半田付け方法を提供する。
【解決手段】２つの部材の間の半田付けを実施する半田付け方法において、処理室１内を循環する加熱雰囲気気体で２つの部材の間の半田付け部を加熱溶融した後、前記室１内を減圧し減圧雰囲気で一定時間保持して半田付け部の脱泡処理を行う。前記加熱溶融工程で、前記室１内に設けられているヒータ１１で加熱された室１内の雰囲気気体が室１内に設けられている送風機１２により室１内を循環して半田付け部を加熱溶融することが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、半田付け方法に関し、特に半田付け時に減圧雰囲気で半田付け部の脱泡を行なう半田付け方法に関する。

２つの部材の半田付けにおいて、半田接合部にボイドが形成されるのを抑制するために例えば特許文献１の技術が知られている。特許文献１では、チャンバが２つの部材を載置するための載置台を有し、この載置台の内部にヒータと水冷装置を内蔵している。チャンバの内部は真空ポンプによって真空引きされて所定の減圧雰囲気に保持できるとともに、チャンバと外部とをつなぐ排気管に取り付けられているバルブを開放してチャンバ内部の真空状態を開放できるように構成されている。

したがって、ヒータが作動されると、チャンバ内の雰囲気ガスが所定の半田付け温度まで加熱され、所定時間保持される。これにより、２つの部材の半田付け部は加熱溶融される。この後、真空ポンプの作動により、チャンバの内部が所定の減圧雰囲気にされ、所定時間維持される。これにより、半田付け部の溶融半田に含まれている気泡が脱泡される。その後、ヒータの作動は停止され、水冷装置が作動して半田付け部を冷却する。真空ポンプは所定のタイミングで作動を停止され、チャンバ内は大気圧とされる。

以上のようにして、ボイドのない良好な半田接合部を形成する。

特開平１０−１９３１６６号公報

上記半田付け装置は載置台に内蔵されているヒータで雰囲気ガスを加熱し、その雰囲気ガスで半田付け部の加熱を行っており、半田付け部の加熱の点で改善の余地がある。

本発明の目的は、半田付け時に、半田付け部を均一に効率よく加熱溶融でき、かつ、半田付け部に気泡が残る半田付け不良を低減できる半田付け方法を提供することである。

本発明は、２つの部材の間の半田付けを実施する半田付け方法において、処理室内を循環する加熱雰囲気気体で２つの部材の間の半田付け部を加熱溶融した後、前記室内を減圧し減圧雰囲気で一定時間保持して半田付け部の脱泡処理を行うことを特徴とする。

前記加熱溶融工程で、前記室内に設けられているヒータで加熱された室内の雰囲気気体が前記室内に設けられている送風機により室内を循環して半田付け部を加熱溶融することが好ましい。

前記送風機の吐出口に接続されている導風ダクトに接続された雰囲気気体噴出手段から吹き出された加熱雰囲気気体が半田付け部を加熱溶融することが好ましい。

本発明によれば、半田付け部が処理室内で脱泡処理されるため、半田付け部に気泡が残る半田付け不良を低減できる。更に、処理室内を循環する加熱雰囲気気体で半田付け部を加熱溶融するので、半田付け部を均一に効率よく加熱溶融できる。

本発明の一実施形態である半田付け装置の概要を示す平面図である。 同正面図である。 半田付け装置の縦断面図である。 処理室と窒素ガス供給源及び真空ポンプとの接続構成を示す図である。 基板支持フレームのフレーム部分に移載ロッドの先端部の凹溝が挿入した状態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は挿入部分を示す一部断面正面図である。 チェーンコンベヤを示す正面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面を参照しながら説明する。

半田付け装置は、図１及び図２に示されているように、不活性ガスで満たされる処理室１を有している。不活性ガスとして本実施形態では窒素ガスが供給される。

処理室１の外部には基板搬送コンベヤ２が水平に配設されている。基板搬送コンベヤ２はチェーンコンベヤからなっており、左右に間隔をおいて一対設けられている。基板搬送コンベヤ２はコンベヤチェーンの連結ピンが内側に突出しており、左右の基板搬送コンベヤ２の内側に突出している連結ピンで、電子部品を搭載したプリント基板３（以下、単に基板３ともいう。）を載置した基板支持フレーム４（図５参照）の下面の左右端部を支持しながら、基板３を処理室１の手前位置まで搬送する。また、前記基板３を処理室１の手前位置から元の位置まで搬送する。電子部品を搭載したプリント基板３は、半田付け箇所にペースト状のクリーム半田が塗られている。

基板搬送コンベヤ２で処理室１の手前位置まで搬送された基板３は、搬出入手段５によって処理室１へ送り込まれ、処理室１内で半田付け部の加熱溶融と脱泡処理と冷却が実施される。その後、基板３は搬出入手段５によって処理室１から大気中に搬出され、基板搬送コンベヤ２に移載される。

図３に示されているように、処理室１は上下に分割されて上側筐体１Ａと下側筐体１Ｂとから構成され、上側筐体１Ａは上下に移動可能に構成されている。

上側筐体１Ａは上面に連結された吊りロッド６で吊持されている。吊りロッド６はリンク部材７の一端部に回動可能に連結されており、リンク部材７の他端部が処理室１の外部に配置されているシリンダ装置８の進退ロッド８ａの上端に回動可能に連結されている。リンク部材７は中間部が支軸９で垂直面内を回動可能に支持されている。

したがって、シリンダ装置８によって進退ロッド８ａが上下動することにより、上側筐体１Ａが上下に移動し、上側筐体１Ａが下側筐体１Ｂに密接する密閉状態（図３参照）と、上側筐体１Ａが下側筐体１Ｂに対して間隔を置いて上方に配置される開放状態の２つの状態を採る。

処理室１は雰囲気気体を循環させる雰囲気気体循環装置１０を有している。雰囲気気体循環装置１０は雰囲気気体を加熱するヒータ１１、雰囲気気体を循環させる送風機１２、送風機１２を駆動するモータ１３、送風機１２の吐出口に接続されている導風ダクト１４、雰囲気気体噴出ケーシング部材１５、及び雰囲気気体噴出ケーシング部材１５に接続されている導風ダクト１６を有している。

送風機１２は垂直な回転軸を有し、下側筐体１Ｂ内の底部に配置し、回転軸が処理室１の下側に配置されているモータ１３の回転軸に接続されている。送風機１２は上面に開口する吸入口が処理室１内に臨み、外周に開口する吐出口が導風ダクト１４に接続している。導風ダクト１４は送風機１２の半径方向に延び、更に上方に垂直に下側筐体１Ｂの上端部まで延びて先端が開口している。ヒータ１１は下側筐体１Ｂ内の送風機１２の上方位置に配置している。

雰囲気気体噴出ケーシング部材１５は上側筐体１Ａ内の上部位置に配置固定されており、雰囲気気体を電子部品を搭載したプリント基板３に吹き出すための雰囲気気体噴出口を下面に複数有している。雰囲気気体噴出ケーシング部材１５には導風ダクト１６が接続している。導風ダクト１６は雰囲気気体噴出ケーシング部材１５から水平に延び、更に下方に垂直に上側筐体１Ａの下端部まで延びて先端が開口している。

上側筐体１Ａ内の導風ダクト１６は、処理室１が密閉状態のとき、下側筐体１Ｂ内の導風ダクト１４に連結される。したがって、処理室１が密閉状態のとき、ヒータ１１により加熱された雰囲気気体は、送風機１２により、送風機１２の吸入口から吸入され、吐出口から吐出されて導風ダクト１４，１６内を流れ、雰囲気気体噴出ケーシング部材１５内に流入し、複数の雰囲気気体噴出口から、基板支持レール１７に支持された基板支持フレーム４上の電子部品を搭載したプリント基板３の上面に吹き付けられる。基板支持レール１７は上側筐体１Ａ内に左右一対、水平に設けられている。

電子部品を搭載したプリント基板３の上面に吹き付けられた熱風は、電子部品を搭載したプリント基板３を加熱した後、処理室１内の空間部を下方へ流れ、ヒータ１１を通過して加熱され、送風機１２に吸入され、吐出される。このようにして、加熱された雰囲気気体が処理室１内を循環し、電子部品を搭載したプリント基板３を加熱する。

処理室１は半田付け部の脱泡が行なわれる所定の減圧雰囲気まで真空ポンプ１８（図４参照）によって減圧できるように構成されている。すなわち、処理室１には真空ポンプ１８が接続され、処理室１と真空ポンプ１８とを接続するライン１９にはラインの開閉を行う開閉バルブ２０が設けられている。また、処理室１には窒素ガス供給源２１が接続されており、処理室１と窒素ガス供給源２１との間の接続ライン２２に開閉バルブ２３が設けられている。

したがって、電子部品を搭載したプリント基板３は、真空ポンプ１８によって所定の真空雰囲気まで減圧された処理室１内で溶融半田部が脱泡される。

電子部品を搭載したプリント基板３の半田付け部の冷却は、前記雰囲気気体循環装置１０（ただし、ヒータ１１は作動させない。）により処理室１内を循環する非加熱の雰囲気気体によって所定温度（例えば予熱温度）まで冷却後、搬出入手段５によって処理室１から大気中に搬出され、大気中で冷却される。

次に、基板搬送コンベヤ２上の基板支持フレーム４に載置された電子部品を搭載したプリント基板３を処理室１に搬出入する搬出入手段５を図１、図２、図５及び図６により説明する。

図１及び図２に示されているように、処理室１の外部にチェーンコンベヤ２４が配設されている。チェーンコンベヤ２４は左右一対の基板搬送コンベヤ２の間の一側寄りに平行に水平に配置されている。このチェーンコンベヤ２４の一側に移載ロッド２５の後端部が固定されている。移載ロッド２５は一対の基板搬送コンベヤ２の間の中央位置に基板搬送コンベヤ２と平行に水平に直線的に延びており、その先端部の上面に基板支持フレーム４のフレーム部分が挿入可能な凹溝２６（図５参照）を有している。

上記搬出入手段５の作動を説明する。

基板支持フレーム４に支持された電子部品を搭載したプリント基板３は基板搬送コンベヤ２によって処理室１の手前位置まで搬送される。この状態から、前記基板３が処理室１内に搬入される動作は次のようにして行われる。

搬出入手段５のチェーンコンベヤ２４が図６の矢印Ａ方向に回転すると、チェーンコンベヤ２４に固定された移載ロッド２５が次のように動作して、基板３を載せた基板支持フレーム４を処理室１内に搬入する。

すなわち、移載ロッド２５の後端部がチェーンコンベヤ２４の回転によって、図６に示すチェーンコンベヤ２４のＡ点（搬入待機位置）からＢ点に移動すると、移載ロッド２５は後退しながら上昇する。更に、移載ロッド２５の後端部がチェーンコンベヤ２４のＢ点からＣ点に移動すると、移載ロッド２５は前進しながら上昇し、Ｃ点で移載ロッド２５の先端部の上面の凹溝２６が基板支持フレーム４の後部フレーム部分に挿入する。更に、移載ロッド２５の後端部がチェーンコンベヤ２４のＣ点からＤ点に進むと、移載ロッド２５が基板支持フレーム４を前進させて、電子部品を搭載したプリント基板３を載せた基板支持フレーム４が処理室１内の基板支持レール１７に受け渡される。

次に、移載ロッド２５の後端部がチェーンコンベヤ２４のＤ点からＥ点に移動すると、移載ロッド２５は下降しながら前進し、移載ロッド２５の先端部の上面の凹溝２６が基板支持フレーム４のフレーム部分から外れ、更にチェーンコンベヤ２４の回転によってＦ点（搬出待機位置）に移動して待機する。

前記基板３が処理室１内から搬出される動作は次のようにして行われる。

搬出入手段５のチェーンコンベヤ２４が図６の矢印Ｂ方向に回転すると、チェーンコンベヤ２４に固定された移載ロッド２５が次のように動作して、基板３を載せた基板支持フレーム４を処理室１内から搬出する。

すなわち、移載ロッド２５の後端部がチェーンコンベヤ２４の回転によって、図６に示すチェーンコンベヤ２４のＦ点（搬出待機位置）からＥ点に移動すると、移載ロッド２５は前進して少し上昇する。更に、移載ロッド２５の後端部がチェーンコンベヤ２４のＥ点からＤ点に移動すると、移載ロッド２５は後退しながら上昇し、Ｄ点で移載ロッド２５の先端部の上面の凹溝２６が基板支持フレーム４の後部フレーム部分に挿入する。更に、移載ロッド２５の後端部がチェーンコンベヤ２４のＤ点からＣ点に進むと、移載ロッド２５が基板支持フレーム４を後退させて、電子部品を搭載したプリント基板３を載せた基板支持フレーム４が処理室１内の基板支持レール１７から基板搬送コンベヤ２に受け渡される。

次に、移載ロッド２５の後端部がチェーンコンベヤ２４のＣ点からＢ点に移動すると、移載ロッド２５は下降しながら後退し、移載ロッド２５の先端部の上面の凹溝２６が基板支持フレーム４のフレーム部分から外れ、更にチェーンコンベヤ２４の回転によってＡ点（搬入待機位置）に戻り、待機する。

以下、上記半田付け装置の動作を説明する。

電子部品を搭載したプリント基板３を載せた基板支持フレーム４は、基板搬送コンベヤ２に載せられ、大気中を基板搬送コンベヤ２によって処理室１の手前位置まで搬送され、搬出入手段５で処理室１内の基板支持レール１７に移載される。このとき、処理室１の上側筐体１Ａはシリンダ装置８によって下側筐体１Ｂに対して間隔をおいて上方に配置されている。

前記基板３を載せた基板支持フレーム４が処理室１内の基板支持レール１７に移載されると、上側筐体１Ａはシリンダ装置８によって下方に移動して下側筐体１Ｂに密接し、処理室１は密閉状態（図３参照）とされる。

窒素ガス供給源２１の接続ライン２２の開閉バルブ２３が開放され、窒素ガス供給源２１から窒素ガスが処理室１内に供給される。

処理室１内において、ヒータ１１で加熱された雰囲気気体が送風機１２に吸入され、吹き出されて室内を循環し、電子部品を搭載したプリント基板３は、雰囲気気体噴出ケーシング部材１５の雰囲気気体噴出口から吹き出される加熱雰囲気気体によって加熱される。

電子部品を搭載したプリント基板３は処理室１内で所定時間加熱されて半田付け部が溶融される。

この後、開閉バルブ２３が閉じられるとともに、真空ポンプ１８の接続ライン１９の開閉バルブ２０が開放され、真空ポンプ１８が作動する。これにより、処理室１内の窒素ガスは真空ポンプ１８によって所定の真空雰囲気になるまで排気される。

処理室１は半田付け部の脱泡を行なえる所定の真空雰囲気で所定時間保持され、前記基板３の半田付け部が処理室１内で所定時間、脱泡処理される。

その後、開閉バルブ２０が閉じられ、開閉バルブ２３が開放され、窒素ガス供給源２１から窒素ガスが処理室１内に供給される。

処理室１内において、非加熱の雰囲気気体が送風機１２に吸入され、吹き出されて室内を循環し、電子部品を搭載したプリント基板３は、雰囲気気体噴出ケーシング部材１５の雰囲気気体噴出口から吹き出される非加熱の雰囲気気体によって所定温度（例えば予熱温度）まで冷却される。

次に、上側筐体１Ａがシリンダ装置８によって上方に移動し、下側筐体１Ｂに対して間隔をおいて上方に配置された後、前記基板３を載せた基板支持フレーム４は搬出入手段５によって処理室１から基板搬送コンベヤ２に移載され、大気中を基板搬送コンベヤ２によって所定位置まで搬送されながら、基板３の半田付け部が大気中で冷却されて冷却固化される。

以上に述べた通り、電子部品を搭載したプリント基板３は半田付け部が処理室１内を循環する加熱雰囲気気体で加熱溶融され、その後、減圧された処理室１内で脱泡処理される。前記基板３は、その後、半田付け部が冷却固化され、電子部品が基板上に半田付けされる。

なお、脱泡処理後の半田付け部の冷却は上記実施形態に限ることはない。例えば、前記処理室内を循環する非加熱の雰囲気気体によって半田付け部を処理室内で冷却固化するようにしてもよい。あるいは、前記半田付け部材を脱泡処理後、前記処理室内から大気中に搬出し、半田付け部を大気中で冷却固化するようにしてもよい。

１・・処理室、１Ａ・・上側筐体、１Ｂ・・下側筐体、２・・基板搬送コンベヤ、３・・電子部品を搭載したプリント基板、４・・基板支持フレーム、５・・搬出入手段、６・・吊りロッド、７・・リンク部材、８・・シリンダ装置、８ａ・・進退ロッド、９・・支軸、１０・・雰囲気気体循環装置、１１・・ヒータ、１２・・送風機、１３・・モータ、１４・・導風ダクト、１５・・雰囲気気体噴出ケーシング部材、１６・・導風ダクト、１７・・基板支持レール、１８・・真空ポンプ、１９・・接続ライン、２０・・開閉バルブ、２１・・窒素ガス供給源、２２・・接続ライン、２３・・開閉バルブ、２４・・チェーンコンベヤ、２５・・移載ロッド、２６・・凹溝。

Claims (5)

1. ２つの部材の間の半田付けを実施する半田付け方法において、処理室内を循環する加熱雰囲気気体で２つの部材の間の半田付け部を加熱溶融した後、前記室内を減圧し減圧雰囲気で一定時間保持して半田付け部の脱泡処理を行うことを特徴とする半田付け方法。
2. 前記加熱溶融工程で、前記室内に設けられているヒータで加熱された室内の雰囲気気体が前記室内に設けられている送風機により室内を循環して半田付け部を加熱溶融することを特徴とする請求項１記載の半田付け方法。
3. 前記送風機の吐出口に接続されている導風ダクトに接続された雰囲気気体噴出手段から吹き出された加熱雰囲気気体が半田付け部を加熱溶融することを特徴とする請求項２記載の半田付け方法。
4. 前記脱泡処理の後の冷却工程で、前記室内に供給された非加熱の雰囲気気体が前記室内に設けられている送風機により室内を循環して半田付け部を冷却することを特徴とする請求項２又は３記載の半田付け方法。
5. 前記脱泡処理の後の冷却工程で、前記部材を前記室内から大気中に搬出し、大気中で半田付け部を冷却することを特徴とする請求項１、２又は３記載の半田付け方法。

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