JP2020055018A - 表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得方法及び表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で軽量な表面実装部品であっても、その半田付けに好適な温度プロファイルを取得することを可能にする表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得方法及び表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得装置を提供すること。【解決手段】所定の熱伝導性及び熱容量を有するＩＲリフロー用プレート（ＩＲリフロー用部材）６上に、電子部品１、又は基板に電子部品１を載せたＳＭＴ部品７を載置し、ＩＲリフロー用プレート６とともに電子部品１又はＳＭＴ部品７をリフロー炉８の加熱ゾーンＲに配置し、ＩＲヒータ５で加熱して温度プロファイルを得るようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得方法及び表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得装置に関する。

例えば図５に示すように、表面実装用の電子部品（ＳＭＤ：Surface Mount Device）１をプリント基板２に表面実装する手法（ＳＭＴ：Surface mount technology）として、基板２上に半田ペースト（クリーム半田）をプリントした後、チップマウンターで電子部品１を実装し、例えば、図５に示すようなファン／加熱ユニット３ａ、圧力室３ｂを備えた熱風式のリフロー炉３や、図６に示すようなファン４ａとＩＲヒータ（赤外線ヒータ、近赤外線ヒータ）４ｂを備えた熱風併用・ＩＲヒータのリフロー炉４で半田を溶かして冷却することにより、電子部品１を基板２に固定する方法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

ちなみに、ＩＲヒータによる加熱は、部品の色、形状、材質の影響によるばらつきが大きく、また、半田付けを行うエポキシ基板は熱伝導性が低いため、温度分布がばらつきやすいことが知られている。このため、熱風併用・ＩＲヒータのリフロー炉は、ＩＲヒータと熱風を併用することで、これらの欠点を補完し、安定した加熱が行えるようになっている。

また、例えば、図７に示すように、大型の量産用リフロー炉を使用することで、熱風を使用した多数の加熱ゾーンＲ上を連続してエポキシ基板２が流れていくようにし、図８に示すような安定した半田付けの温度プロファイル（加熱プロファイル）を最短のタクトタイムで実現できるようにしている。

なお、日本工業規格：ＪＩＳ ６００６８−２−５８に、表面実装部品のはんだ（半田）付け性、電極のはんだ付け性及び耐熱性の試験方法が規定されている。
このうち、表面実装用の電子部品の半田耐熱性試験方法を行う際には、一般に、例えば、上記の量産用リフロー炉を使用して半田付け時と同等の加熱を行い、信頼性に影響が無いことを確認するようにしている。

特開２０１８−０７３９０２号公報

ここで、ＪＩＳ ６００６８−２−５８の改定が行われた２００６年以降、表面実装部品のさらなる小型化、軽量化が進んでいる。

このような小型で軽量な部品は、通常のはんだ付け時には半田ペーストが付けられているため、リフロー炉で熱風が吹き付けられても飛ばされるようなことはない。しかし、半田耐熱性試験などによって好適な温度プロファイルを取得しようとする際には、半田ペーストを付けずにリフロー炉に流すため、リフロー炉では熱風で部品が吹き飛ばされてしまうケースがあった。この場合には、熱風を使用したリフロー炉を使用して好適な温度プロファイルを得ることができないという不都合が生じる。

本発明は、小型で軽量な表面実装部品であっても、その半田付けに好適な温度プロファイルを取得することを可能にする表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得方法及び表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得装置を提供することを目的とする。

本発明者は、小型で軽量な表面実装部品などであっても、その半田付けに好適な温度プロファイルを取得することができる手法を見出し、本発明を完成するに至った。

（１）本発明の表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得方法は、所定の熱伝導性及び熱容量を有するＩＲリフロー用載置部材（例えば、後述のＩＲリフロー用プレート６）の上に、電子部品（例えば、後述の電子部品１）又は基板（例えば、後述の基板２）に電子部品を載せたＳＭＴ部品（例えば、後述のＳＭＴ部品７）を載置し、前記ＩＲリフロー用載置部材とともに前記電子部品又は前記ＳＭＴ部品をリフロー炉（例えば、後述のリフロー炉８）の加熱ゾーン（例えば、後述の加熱ゾーンＲ）に配置し、ＩＲヒータ（例えば、後述のＩＲヒータ５）で加熱して温度プロファイルを得るようにしたことを特徴とする。

（２） 上記の（１）において、前記リフロー炉として、熱風併用・ＩＲヒータ式のリフロー炉を用い、その加熱ゾーンに、前記ＩＲリフロー用載置部材とともに前記電子部品又は前記ＳＭＴ部品を配置し、熱風を用いずに前記ＩＲヒータで加熱して温度プロファイルを得るようにしてもよい。

（３）本発明の表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得装置（例えば、後述の表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得装置Ａ）は、所定の熱伝導性及び熱容量を有し、電子部品又は基板に電子部品を載せたＳＭＴ部品を載置した状態でリフロー炉の加熱ゾーンに配置されるＩＲリフロー用載置部材と、前記加熱ゾーンに配された前記ＩＲリフロー用載置部材とともに前記電子部品又は前記ＳＭＴ部品を加熱するＩＲヒータと、前記ＩＲリフロー用載置部材とともに前記電子部品又は前記ＳＭＴ部品を前記加熱ゾーンに対して出し入れするための搬送装置（例えば、後述の搬送装置９）と、を備えることを特徴とする。

（４） 上記の（３）において、前記ＩＲヒータは、前記加熱ゾーン内の前記ＩＲリフロー用載置部材、及び前記電子部品又は前記ＳＭＴ部品に対して相対的に近づく方向と離れる方向に進退可能に設けられていてもよい。

（５） 上記の（３）または（４）において、前記搬送装置の載置台（例えば、後述の載置台９ａ）が前記ＩＲリフロー用載置部材を兼ねていてもよい。

（６） 上記の（３）から（５）のいずれかにおいて、前記ＩＲリフロー用載置部材が、銅材、アルミニウム材又は銀材に、黒色の被覆を施して形成されていてもよい。

本発明によれば、小型で軽量な表面実装部品であっても、その半田付けに好適な温度プロファイルを取得することを可能にする表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得方法及び表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得方法、及び表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得装置を示す図である。 本発明の一実施形態に係るＩＲリフロー用プレートを示す平面図である。 図２のＸ１−Ｘ１線矢視図である。 本発明の一実施形態に係る表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得方法、及び表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得装置を示す図である。 従来の熱風式のリフロー炉を示す図である。 従来の熱風併用・ＩＲヒータのリフロー炉を示す図である。 従来の大型の量産用リフロー炉を示す図である。 温度プロファイルの一例を示す図である。

以下、図１から図４、図８を参照し、本発明の一実施形態に係る表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得方法、及び表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得装置について説明する。

本実施形態の表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得方法では、ＩＲリフロー用載置部材の具体例として、図１に示すように、熱伝導性が高く、熱容量が大きく、ＩＲヒータ５による安定した加熱が得られる材料のＩＲリフロー用プレート６を用い、ＩＲリフロー用プレート６上に、電子部品１（又は基板２に電子部品１を半田付けすることなく載せたＳＭＴ部品７）を載せ、熱風を用いずにＩＲヒータ５のみで加熱を行って、図８に示すような当該電子部品１に対し、基板への半田付けに好適な温度プロファイルを取得する。

一方、このような表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得方法を行うための装置（本実施形態の表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得装置）Ａとしては、例えば、図１に示すように、リフロー炉８内に設けられたＩＲヒータ５と、電子部品１を上載するＩＲリフロー用プレート６と、ＩＲリフロー用プレート６とともにＩＲリフロー用プレート６上に載せた電子部品１を、リフロー炉８内のＩＲヒータ５による加熱ゾーンＲに対して出没可能／進退可能に搬送する搬送装置９と、を備えて構成されている。

ＩＲリフロー用プレート６は、例えば、図２及び図３に示すように、電子部品１を上載する方形平板状などの載置板部６ａと、載置板部６ａの外縁から上方に突出し、載置板部６ａの外縁に沿って延びて繋がる環状の側壁部６ｂと、を備えている。

ＩＲリフロー用プレート６は、例えば、銅やアルミニウム、銀などの金属のように、熱伝導性（熱伝導率）が高く、熱容量が大きく、ＩＲヒータ５による安定した加熱が得られる素材を主体として形成されることが好ましい。好ましい熱伝導率は、例えば、２００〜５００（Ｗ／ｍ Ｋ）程度である（アルミニウム：２４０程度、銅：４００程度、銀：４２０程度）。好ましい熱容量は、例えば、比熱×重量１グラムで０．２〜１．０（Ｊ／Ｋ）程度である（アルミニウム：０．９程度、銅：０．４程度、銀：０．３程度）。また、その表面を耐熱性塗料（塗装）やメッキなどの適宜手段によって被覆し、表面の色を、ＩＲの熱吸収性を高めるように黒色にして形成されていることが好ましい。また、ＩＲリフロー用プレート６は、その板厚をＩＲヒータの熱量、プレートの熱伝導率、プレートの熱容量、ＩＲの熱吸収性を総合して求めて形成されていることが好ましい。

ＩＲヒータ５は、図１に示すように、搬送装置９で加熱ゾーンＲの所定位置に配置されたＩＲリフロー用プレート６及びその上に載置された電子部品１と対向するように配置されている。また、本実施形態では、ＩＲヒータ５がＩＲリフロー用プレート６及び電子部品１に対して、基板の厚さ方向に相対的に近接／離間可能（上下方向に進退可能）に設けられている。なお、これとは逆に、搬送装置９や搬送装置９に上載されたＩＲリフロー用プレート６を上下方向に進退させることにより、ＩＲヒータ５をＩＲリフロー用プレート６及び電子部品１に対して相対的に近接／離間可能に構成してもよい。

さらに、図４に示すように、ＩＲリフロー用プレート６及び電子部品１を挟んで一方の側（上方）と他方の側（下方）の対向位置にそれぞれ、ＩＲヒータ５を配置し、ＩＲリフロー用プレート６及び電子部品１を一方の側と他方の側の両側から加熱できるように構成してもよい。

搬送装置９は、ＩＲヒータ５と対向する加熱ゾーンＲに対してＩＲリフロー用プレート６及び電子部品１を出し入れすることが可能で、ＩＲヒータ５によるＩＲリフロー用プレート６及び電子部品１の加熱に支障をきたさなければ、特にその構成を限定しない。搬送装置９としては、例えば、図１、図４に示すように、加熱ゾーンＲに対して進退可能に設けられた載置台９ａや、加熱ゾーンＲ内に延設されたベルトコンベア９ｂなどが挙げられる。

そして、表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得方法、及び表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得装置Ａにおいては、搬送装置９でリフロー炉８内の加熱ゾーンＲの所定位置にＩＲリフロー用プレート６とともに電子部品１を搬送し、ＩＲヒータ５によって加熱を行う。

このとき、ＩＲヒータ５をＩＲリフロー用プレート６及び電子部品１に対して相対的に近接／離間する（近づく方向、離れる方向に進退させる）ことで、所望の加熱温度でＩＲリフロー用プレート６及び電子部品１を加熱することができる。

また、ＩＲリフロー用プレート６が、熱伝導性が高く、熱容量が大きく、ＩＲヒータ５による安定した加熱が得られる素材を用いて形成されていることにより、熱風を用いず、ＩＲヒータ５だけで、ＩＲリフロー用プレート６に上載した電子部品１を所望の温度で効率的且つ効果的に加熱することができる。

さらに、ＩＲリフロー用プレート６が表面を黒色にして形成されていることにより、赤外線（近赤外線を含む）を効果的に吸収させることができ、この点からも、熱風を用いず、ＩＲヒータ５だけで、より効率的且つ効果的に電子部品１を所望の温度で加熱することができる。

ＩＲリフロー用プレート６が電子部品１を載置する載置板部６ａに加え、側壁部６ｂを備えて形成されていることにより、側壁部６ｂを挟むなど、側壁部６ｂを利用してＩＲリフロー用プレート６（電子部品１）を容易に取り扱う（搬送などする）ことが可能になる。

また、図４に示すように、ＩＲリフロー用プレート６及びその上に載置された電子部品１を一方の側と他方の側の両側から加熱できるようにすることで、加熱能力、加熱品質をより一層向上させることができ、さらに効率的且つ効果的に電子部品１を所望の温度で加熱することができる。

したがって、従来、熱風を用いなければ所望の高温度で温度分布にばらつきが生じないように電子部品１を加熱して温度プロファイルを取得することができなかったが、本実施形態の表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得方法、及び表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得装置Ａによれば、ＩＲリフロー用プレート６を用いることによって、熱風を用いず、ＩＲヒータ５のみで電子部品１を所望の温度で加熱することができ、例えば、図８に示す量産用リフロー炉を使用したときと同等の安定した温度分布と再現性の高い所望の温度プロファイルを取得することが可能になる。

よって、小型で軽量な表面実装部品などであっても、熱風を用いないため、加熱中に吹き飛ばされるような不都合が生じることなく、量産用リフロー炉を使用したときと同等の安定した温度分布と再現性の高い半田付けに好適で信頼性の高い温度プロファイルを確実に取得することが可能になる。

また、本実施形態の表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得方法、及び表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得装置Ａにおいては、熱風を用いずに、ＩＲヒータ５とＩＲリフロー用プレート６を用いて電子部品１を所望の温度で加熱することができる。このため、従来の熱風式のリフロー炉にＩＲヒータ５を設け、加熱ゾーンＲにＩＲリフロー用プレート６に載せて電子部品１に配置して温度プロファイルを取得したり、従来の熱風併用・ＩＲヒータのリフロー炉で熱風を用いず、ＩＲヒータだけでＩＲリフロー用プレート６に載せた電子部品１を加熱してプロファイルを取得することもできる。
すなわち、既存のリフロー炉を活用して半田付けに好適な温度プロファイルを取得することができる。

以上、本発明に係る表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得方法、及び表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得装置の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施形態では、ＩＲヒータ５をＩＲリフロー用プレート６及び電子部品１に対して相対的に近接／離間することで、所望の加熱温度でＩＲリフロー用プレート６及び電子部品１を加熱することができるものとして説明を行った。
これに対し、ＩＲヒータ５をＩＲリフロー用プレート６及び電子部品１に対して相対的に近接／離間することに代えて、あるいは併用して、ＩＲヒータ５への供給電流値を制御することにより加熱温度を制御したり、ＩＲヒータ５とＩＲリフロー用プレート６及び電子部品１の間に例えば網状の加熱温度調整用部材を設けて加熱温度を制御するようにしてもよい。この場合においても、本実施形態と同様の作用効果を得ることが可能である。

また、加熱ゾーンＲに対して進退可能に設けられる載置台９ａ自体をＩＲリフロー用プレート６として構成してもよい。この場合には、さらに加熱品質を向上させることが可能になる。

１ 電子部品
２ 基板
５ ＩＲヒータ
６ ＩＲリフロー用プレート（ＩＲリフロー用載置部材）
６ａ 載置板部
６ｂ 側壁部
７ ＳＭＴ部品（基板に電子部品を半田付けすることなく載せた状態の部品）
８ リフロー炉
９ 搬送装置
Ａ 表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得装置
Ｒ 加熱ゾーン

Claims (6)

1. 所定の熱伝導性及び熱容量を有するＩＲリフロー用載置部材の上に、電子部品又は基板に電子部品を載せたＳＭＴ部品を載置し、前記ＩＲリフロー用載置部材とともに前記電子部品又は前記ＳＭＴ部品をリフロー炉の加熱ゾーンに配置し、ＩＲヒータで加熱して温度プロファイルを得るようにした、表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得方法。
2. 前記リフロー炉として、熱風併用・ＩＲヒータ式のリフロー炉を用い、その加熱ゾーンに、前記ＩＲリフロー用載置部材とともに前記電子部品又は前記ＳＭＴ部品を配置し、熱風を用いずに前記ＩＲヒータで加熱して温度プロファイルを得るようにした、請求項１に記載の表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得方法。
3. 所定の熱伝導性及び熱容量を有し、電子部品又は基板に電子部品を載せたＳＭＴ部品を載置した状態でリフロー炉の加熱ゾーンに配置されるＩＲリフロー用載置部材と、
   前記加熱ゾーンに配された前記ＩＲリフロー用載置部材とともに前記電子部品又は前記ＳＭＴ部品を加熱するＩＲヒータと、
   前記ＩＲリフロー用載置部材とともに前記電子部品又は前記ＳＭＴ部品を前記加熱ゾーンに対して出し入れするための搬送装置と、を備える、表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得装置。
4. 前記ＩＲヒータは、前記加熱ゾーン内の前記ＩＲリフロー用載置部材、及び前記電子部品又は前記ＳＭＴ部品に対して相対的に近づく方向と離れる方向に進退可能に設けられている、請求項３に記載の表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得装置。
5. 前記搬送装置の載置台が前記ＩＲリフロー用載置部材を兼ねている、請求項３または請求項４に記載の表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得装置。
6. 前記ＩＲリフロー用載置部材が、銅材、アルミニウム材又は銀材に、黒色の被覆を施して形成されている、請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の表面実装部品の半田付け温度プロファイル取得装置。

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