JP2509944B2 - 気相式はんだ付け方法およびその装置 - Google Patents

気相式はんだ付け方法およびその装置

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雅樹 関崎
一夫 外野
康夫 宮本
和良 吉田
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K1/00Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/012Soldering with the use of hot gas
    • B23K1/015Vapour-condensation soldering
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/3494Heating methods for reflowing of solder

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、飽和蒸気相が有する気化潜熱によってリフ
ローはんだ付けを行う気相式はんだ付け方法およびその
装置に関するものである。
(従来の技術) 気相式はんだ付けにおいては、第2図(a)に示され
るように、プリント配線基板PのランドLに塗布された
クリームはんだSが飽和蒸気相の気化潜熱によって溶融
され、その基板Pの上面に搭載されている表面実装部品
WのリードJが基板ランド面にはんだ付けされる。
(発明が解決しようとする問題点) しかし、この図に示されるようなJベンドリードを有
する表面実装部品のはんだ付けでは、そのリードJに第
2図(b)に示されるようなウィッキング(はんだの吸
い上げ)が生ずる場合がある。
このウィッキングが生ずる原因を説明する。
第3図には、ランドLおよびリードJの温度プロファ
イルが示されているが、プリヒータによる予備加熱の後
に、ランドLの方がリードJよりも急勾配で温度降下
し、ランドLよりもリードJの方が温度が高くなる温度
差が生ずる。この温度差は、飽和蒸気相中での温度上昇
にも影響を与え、クリームはんだの融点である183℃付
近でも、ランドLよりもリードJの方が温度が高い。溶
融はんだは、温度の低い所から高い所に流動すると言わ
れているので、第2図に示されるランドLからリードJ
へのウィッキングが生ずるものと考えられる。
したがって、クリームはんだが溶融するときは、プリ
ント配線基板PのランドLよりも表面実装部品Wのリー
ドJが高温であってはならない。
本発明の目的は、気相式はんだ付けにおけるウィッキ
ングを防止することにある。
〔発明の構成〕
(問題点を解決するための手段) 第1番目の発明は、プリント配線基板Pに付着された
はんだSが、飽和蒸気相の気化潜熱によって溶融され、
その基板Pの上面に搭載された表面実装部品Wが基板面
にはんだ付けされる気相式はんだ付け方法において、先
ずプリント配線基板Pが低いレベルの飽和蒸気相33に搬
入され、主としてプリント配線基板Pが加熱され、次に
このプリント配線基板Pが高いレベルの飽和蒸気相34に
挿入され、プリント配線基板Pとその表面実装部品Wと
が共に加熱される気相式はんだ付け方法である。
第2番目の発明は、複数の蒸気立上げ板によって飽和
蒸気相がプリント配線基板Pの搬送レベルまで立上げら
れ、プリント配線基板Pに付着されたはんだSが、飽和
蒸気相の気化潜熱によって溶融され、その基板Pの上面
に搭載された表面実装部品Wが基板面にはんだ付けされ
る気相式はんだ付け装置において、飽和蒸気相の基板搬
入側に低いレベルに設定された蒸気立上げ板23が設けら
れ、飽和蒸気相の中間部および基板搬出側に高いレベル
に設定された蒸気立上げ板31,32が設けられ、基板搬入
側の蒸気立上げ板23と中間部の蒸気立上げ板31との間に
主としてプリント配線基板Pのみに接触する低いレベル
の飽和蒸気相33が形成され、中間部の蒸気立上げ板31と
基板搬出側の蒸気立上げ板32との間にプリント配線基板
Pとその表面実装部品Wとが共に接触される高いレベル
の飽和蒸気相34が形成された気相式はんだ付け装置であ
る。
(作用) 第1番目の発明は、先ずプリント配線基板Pが低いレ
ベルの飽和蒸気相33に搬入されるので、その蒸気相33の
加熱作用により基板Pのランドが温度上昇し、次に、プ
リント配線基板Pとその表面実装部品Wとが、共に高い
レベルの飽和蒸気相34によって加熱されるので、はんだ
Sの融点における基板のランド部分と実装部品のリード
部分との間に温度差がないか、または部品リード部分よ
り基板ランド部分の方が温度が高いので、リード側が高
温の場合に生ずるウィッキング現象が防止される。
第2番目の発明は、飽和蒸気相の基板搬入側で低いレ
ベルに設定された蒸気立上げ板23と、飽和蒸気相の中間
部で高いレベルに設定された蒸気立上げ板31との間に主
としてプリント配線基板Pのみに接触する低いレベルの
飽和蒸気相33が形成され、また、共に高いレベルに設定
された中間部の蒸気立上げ板31と基板搬出側の蒸気立上
げ板32との間に、プリント配線基板Pとその表面実装部
品Wとが共に接触される中いレベルの飽和蒸気相34が形
成されるから、この2段の飽和蒸気相33,34によって、
部品WのリードJよりも低温傾向にある基板Pのランド
Lをより多く加熱し、はんだ溶融時にランドLの温度が
リードJの温度と等しいか、それ以上となるようにす
る。
(実施例) 以下、本発明を第1図に示される実施例を参照して詳
細に説明する。
11は蒸気槽であり、この蒸気槽11の下部に断熱材12に
より覆われた外槽13と内槽14とが設けられ、この外槽13
と内槽14との間にヒータ15が配設され、伝熱セメント16
が充填されている。この伝熱セメント16は、黒鉛および
水ガラスを主成分として固化されたものであり、ヒータ
15の熱は、この伝熱セメント16を介して内槽14に均一に
伝えられ、内槽14の内部に収容されているフッ素系不活
性溶剤(商品名フロリナート)17は、前記ヒータ15から
の間接的な加熱を受けて均一に蒸発する。前記内槽14の
両側部には、基板搬入側ダクト18および基板搬出側ダク
ト19がそれぞれ一体的に設けられている。
基板搬入側ダクト18の上側には、凝縮液戻し用間隙21
を介して固定の蒸気立上げ板22が設けられ、この固定立
上げ板22に沿って低いレベルで上下動調整可能の蒸気立
上げ板23が設けられている。この蒸気立上げ板23は、蒸
気固定立上げ板22とガイド24とによって上下動自在に案
内され、この立上げ板23の左右両側上部から水平に突設
された両側のカムフォロワ25が、基板搬入側ダクト18の
左右内側面に軸支された両側のカム26の周面に当接され
ている。この両側のカム26は、基板搬入側ダクト18の側
面を貫通する軸27に一体的に嵌着され、この軸27を手動
またはモータ等により回動することにより、両側のカム
26の回動角が一体的に変化され、その角度に応じてカム
フォロワ25が押上げられ、上記立上げ板23が上昇され
る。
蒸気槽11の中間部および基板搬出側にそれぞれ蒸気立
上げ板31,32が前記基板搬入側の蒸気立上げ板23よりも
高いレベルで水平方向に移動自在に設けられている。そ
して、基板搬入側の蒸気立上げ板23と中間部の蒸気立上
げ板31との間に、主としてプリント配線基板Pのみに接
触する低いレベルの飽和蒸気相33が形成され、また、中
間部の蒸気立上げ板31と基板搬出側の蒸気立上げ板32と
の間に、プリント配線基板Pとその基板上面に搭載され
た表面実装部品Wとが共に接触される高いレベルの飽和
蒸気相34が形成されている。プリント配線基板Pを搬送
するコンベヤ35は、平行に配設された一対のエンドレス
チェンを移動自在に設けてなり、この一対のチェン間に
基板Pを係合して、この基板Pを低い飽和蒸気相33と接
触するレベルで搬送する。
前記基板搬入側ダクト18および基板搬出側ダクト19の
内部には、コンベヤ35を挟んで上側と下側とに図示しな
い冷却コイルが配設されている。この冷却コイルは、前
記蒸気相33,34を凝縮することにより、この蒸気相がダ
クト18,19の基板搬入出口から外部に漏出するおそれを
防止する。
そして、空気に比べて非常に重い飽和蒸気相34は、ヒ
ータ15の加熱により不活性溶剤17から次々と生成されて
押上げられるように立上がり、蒸気立上げ板23,31,32に
沿って泉のように噴き上がった後、各々の蒸気立上げ板
23,31,32の上端をオーハーフローとして、上記冷却コイ
ルへ向かって流れる。すなわち、蒸気立上げ板23,31,32
は、重い蒸気相34に対し堰板として機能し、各蒸気立上
げ板23,31,32の上端レベルによって、それらをオーバー
フローする飽和蒸気相34の高さレベルを制御できる。
前記蒸気立上げ板31,32は凹形に形成されており、そ
の中央凹部にて基板Pが搬送され、その両側の取付板上
にこの蒸気立上げ板31,32を水平移動する機構が設けら
れている。例えば、蒸気立上げ板32の両側の取付板41上
にナット42が設けられ、このナット42にボールネジ43が
螺合され、このネジ43は、軸受部44およびカバー45に嵌
着された軸受46によって回動自在に保持され、さらに、
前記カバー45の内部にて軸47等を介してモータ48の回転
軸49に接続されている。
この蒸気立上げ板32を水平方向に移動する機構は、基
板搬送空間を介して両側に設けられている。ただし、駆
動源は前記モータ48が共通に使用され、前記軸47に嵌着
されたベベルギヤ51から、これと噛合するベベルギヤ52
に取出された回転が連動軸53を経て他側のボールネジに
伝達され、蒸気立上げ板32は両側のボールネジによって
スムーズに水平移動される。
中間部の蒸気立上げ板31も、同様に、中央部の基板搬
送凹部を介して両側に取付板61が設けられ、この取付板
61にそれぞれナット62が固定され、この両側のナット62
にそれぞれボールネジ63が螺合されている。このボール
ネジ63は、図示しないモータによって前記ボールネジ43
とは別個に回動され、中間部の蒸気立上げ板31を水平移
動する。
このようにして、蒸気立上げ板31,32は、それぞれ水
平方向に移動調整され、高いレベルの飽和蒸気相34の範
囲(はんだ付け時間)を可変調整する。また、基板搬入
側の蒸気立上げ板23は、カム26によって蒸気立上げ板3
1,32よりも低いレベルで上下動調整され、高いレベルの
飽和蒸気相34に対し、飽和蒸気相33のレベル(段差)を
決定する。いずれにしても、前記蒸気立上げ板23,31,32
によって、飽和蒸気相がプリント配線基板の搬送レベル
まで立上げられる。
なお、前記カム軸27およびボールネジ43,63をそれぞ
れ回動するモータを、プリント配線基板の種類等に対応
させてコンピュータにより自動制御することにより、蒸
気立上げ板23,31,32の移動調整を最適制御することが可
能である。
次に、この実施例の作用を説明する。
プリント配線基板Pおよびその表面実装部品Wは、こ
の蒸気槽11の外部のプリヒータによって予備加熱されて
温度上昇するが、基板搬入側ダクト18を経て蒸気槽11内
に搬入される段階で、ダクト内冷却コイルの凝縮作用を
受けるなどして温度降下する。そのとき、実装部品Wの
リードJよりもプリント配線基板PのランドLの方が低
温となる傾向があるが、飽和蒸気相の気化潜熱による加
熱において、先ず、プリント配線基板Pが低いレベルの
飽和蒸気相33に搬入され、主としてプリント配線基板P
が飽和蒸気相33の上面に接触して加熱され、その蒸気相
33の加熱作用により基板PのランドLの温度が部品Wの
リードJの温度と等しいかそれ以上になるまで温度上昇
されるから、次に、このプリント配線基板Pが高いレベ
ルの飽和蒸気相34に挿入されたときに、プリント配線基
板Pとその表面実装部品Wとが共に飽和蒸気相34中にて
215℃まで加熱される途中の、クリームはんだSの融点
(183℃)において、基板PのランドLは実装部品Wの
リードJに対して等温かまたは高温となり、第2図
(a)に示されるような正常なはんだ付けが基板Pのラ
ンドLの上面と表面実装部品WのリードJとの間でなさ
れ、第2図(b)に示されるようなウィッキング現象が
防止される。
〔発明の効果〕
第1番目の本発明によれば、先ずプリント配線基板が
低いレベルの飽和蒸気相に搬入され、主としてプリント
配線基板が加熱され、次にこのプリント配線基板が高い
レベルの飽和蒸気相に挿入され、プリント配線基板とそ
の表面実装部品とが共に加熱される気相式はんだ付け方
法であるから、部品側よりも低温傾向にある基板側を先
に加熱することで、はんだ溶融時の両者間の温度差をな
くすか部品側よりも基板側を高温にすることができ、部
品側が高温の場合に生ずるはんだ付け不良(ウィッキン
グ)を防止できる。
第2番目の本発明によれば、飽和蒸気相の基板搬入側
に低いレベルに設定された蒸気立上げ板が設けられ、飽
和蒸気相の中間部および基板搬出側に高いレベルに設定
された蒸気立上げ板が設けられ、基板搬入側の蒸気立上
げ板と中間部の蒸気立上げ板との間に主としてプリント
配線基板のみに接触する低いレベルの飽和蒸気相が形成
され、中間部の蒸気立上げ板と基板搬出側の蒸気立上げ
板との間にプリント配線基板とその表面実装部品とが共
に接触される高いレベルの飽和蒸気相が形成された気相
式はんだ付け装置であるから、気相式はんだ付けにおけ
るウィッキングの防止に有効な段差のある飽和蒸気相を
簡単に構成できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の気相式はんだ付け方法およびその装置
の一実施例を示す断面図、第2図はウィッキングを説明
するための基板の拡大断面図、第3図はそのウィッキン
グを生ずる場合の温度プロファイルを示すグラフであ
る。 P……プリント配線基板、W……表面実装部品、S……
はんだ、23,31,32……蒸気立上げ板、33,34……飽和蒸
気相。
フロントページの続き (72)発明者 吉田 和良 東京都練馬区東大泉1丁目19番43号 株 式会社タムラ製作所内 (56)参考文献 特開 昭63−313664(JP,A) 特開 昭63−123566(JP,A) 特開 昭63−101072(JP,A) 特開 昭62−151267(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プリント配線基板に付着されたはんだが、
    飽和蒸気相の気化潜熱によって溶融され、その基板の上
    面に搭載された表面実装部品が基板面にはんだ付けされ
    る気相式はんだ付け方法において、先ずプリント配線基
    板が低いレベルの飽和蒸気相に搬入され、主としてプリ
    ント配線基板が加熱され、次にこのプリント配線基板が
    高いレベルの飽和蒸気相に挿入され、プリント配線基板
    とその表面実装部品とが共に加熱されることを特徴とす
    る気相式はんだ付け方法。
  2. 【請求項2】複数の蒸気立上げ板によって飽和蒸気相が
    プリント配線基板の搬送レベルまで立上げられ、プリン
    ト配線基板に付着されたはんだが、飽和蒸気相の気化潜
    熱によって溶融され、その基板の上面に搭載された表面
    実装部品が基板面にはんだ付けされる気相式はんだ付け
    装置において、飽和蒸気相の基板搬入側に低いレベルに
    設定された蒸気立上げ板が設けられ、飽和蒸気相の中間
    部および基板搬出側に高いレベルに設定された蒸気立上
    げ板が設けられ、基板搬入側の蒸気立上げ板と中間部の
    蒸気立上げ板との間に主としてプリント配線基板のみに
    接触する低いレベルの飽和蒸気相が形成され、中間部の
    蒸気立上げ板と基板搬出側の蒸気立上げ板との間にプリ
    ント配線基板とその表面実装部品とが共に接触される高
    いレベルの飽和蒸気相が形成されたことを特徴とする気
    相式はんだ付け装置。
  3. 【請求項3】基板搬入側の蒸気立上げ板は、中間部およ
    び基板搬出側の蒸気立上げ板よりも低いレベルで上下動
    調整可能に設けられていることを特徴とする特許請求の
    範囲第2項記載の気相式はんだ付け装置。
  4. 【請求項4】中間部および基板搬出側の蒸気立上げ板
    は、水平方向に移動自在に設けられ、高いレベルの飽和
    蒸気相の範囲を可変調整することを特徴とする特許請求
    の範囲第2項記載の気相式はんだ付け装置。
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