JP2771931B2 - リフローはんだ付け装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、所望の濃度ならびに温
度の各種熱ガスを吹き付けて回路基板に電子部品をはん
だ付けするリフローはんだ付け装置に係り、特に、装置
内のガス濃度を維持するために、装置に供給しているガ
スの消耗量を低減して、経済的にはんだ付けができるリ
フローはんだ付け装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、実装基板の高密度化、表面実装化
が進み、電子部品を回路基板にはんだ付けするに当たっ
て、はんだ付けの信頼性や生産性の観点からリフロー法
が広く用いられるようになってきた。はんだ付けに用い
るはんだペーストは、はんだ粒子が微細化し、フラック
ス中の固形物がなくなっている。はんだペーストがこの
ようになると、従来の空気を用いたリフロー法により回
路基板をはんだ付けすると、はんだ粒子の酸化や活性剤
の不足にともなうはんだボール、濡れ不良が多発する。

【０００３】そこで、空気に替えて窒素などの不活性ガ
スを用いるリフロー法が採用されるに至った。この方法
による代表的なリフロー装置としては、例えば特開昭６
４−７１５７１号公報に記載されたものなどが知られて
いる。図４は、従来のリフローはんだ付け装置の構成を
示す略示説明図である。図４に示すように、従来のリフ
ローはんだ付け装置は、３ブロックの予熱領域（予熱
室）、２ブロックの本加熱領域（リフロー室）および１
ブロックの冷却領域（冷却室）から構成されている。

【０００４】予熱室やリフロー室は、図示していない被
処理物の搬送部分で連通されているものの、図示してい
ない隔壁で区切られており、予熱室およびリフロー室に
は、ガス吹き出し式の赤外線ヒータ４０が加熱ヒータと
して採用され、図示していない被処理物搬送路（コンベ
ア）の上下に一対ずつ設けられている。各赤外線ヒータ
４０の間には上下対にガス吹き出し方向を自在に調節で
きるノズルが設けられている。熱媒体となるガスは、ラ
イン４６から各赤外線ヒータ４０に吹き出し用ガスとし
て供給され、ライン４７からのガスは各赤外線ヒータ４
０の間のノズル４１に送られて炉内に噴出される。各赤
外線ヒータ４０の間から吹き出されたガスは、ライン４
８を経て回収され、ブロア４４、熱交換器４５を経て冷
却ノズル４２に供給される。

【０００５】被処理物は、矢印Ｘで示すように、コンベ
アにより図の左から右に向かって搬送され、予熱室で三
対の赤外線ヒータ４０によって所望の温度に予熱され、
さらに、リフロー室で二対の赤外線ヒータ４０によって
はんだが溶融する温度まで加熱され、冷却室で冷却ノズ
ル４２と冷却ファン４３とによって冷却されてはんだ付
けが終了する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術には次の
ような問題があった。すなわち、被処理物を装置に自由
に搬入、搬出させるために、予熱室、リフロー室、冷却
室を通るコンベアがあり、コンベアの上下にある空間は
大気と連通している。したがって、熱媒体のガスはこの
連通部を通って装置の外へ流出するので、高価なガスの
消耗により装置の運転経費が増して、経済性が低下する
という問題があった。

【０００７】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためになされたもので、高価なガスの消耗量を低減し
て、運転経費が低く、経済性の高いリフローはんだ付け
装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るリフローはんだ付け装置の構成は、は
んだを塗布した回路基板に電子部品を装着してなる被処
理物を、コンベアにて予熱室およびリフロー室を搬送
し、これら両室通過中に前記被処理物に所望の濃度と温
度の不活性熱ガスをガス循環送風機により吹き付けて予
熱および本加熱を行なって前記はんだを溶融させ、前記
リフロー室に続く冷却室ではんだを固化させて、前記電
子部品を前記回路基板にはんだ付けするリフローはんだ
付け装置において、前記被処理物が前記予熱室に搬入さ
れることの信号を出力する手段と、前記被処理物に吹き
付ける熱ガスおよび少なくとも前記リフロー室に供給す
るガスを制御する制御手段とを設け、この制御手段は、
前記信号出力手段の出力信号に応じて、前記被処理物が
搬入されていない状態では、ガス供給量と同時にガス循
環送風機による熱ガス吹き付け速度または吹き付け量を
低減させるようにしたものである。

【０００９】より詳しく述べれば次のとおりである。リ
フロー装置の起動後、被処理物に応じて事前に求めたコ
ンベア速度、ガス循環送風機の回転数（ガス吹き付け速
度または吹き付け量）、ガスの供給量、ガス温度などの
リフロー条件が設定値に達しても、被処理物がリフロー
装置に常に連続的に搬入されているとは限らない。そこ
で、被処理物がリフロー装置内に存在しない状態におい
ては、熱ガス循環送風機による熱ガス吹き付け速度また
は吹き付け量を許容できる最小値にするとともに、ガス
の供給量を低減してリフロー装置を待機状態にする。装
置入口または装置出入口に設けた被処理物検出装置から
の信号または前段の装置（例えば、部品装着機）からの
被処理物搬出の信号により、被処理物が装置に搬入され
たことがわかると、ガス循環送風機の回転数などを上げ
て、ガス吹き付け量、吹き付け速度およびガスの供給量
を設定値に戻し、回路基板がリフロー装置内を通過し
て、装置内になくなると、再び前記の待機状態にするも
のである。

【００１０】

【作用】本発明者らの検討によると、ガス供給量を減ら
しただけでは、リフロー室内のガス濃度が低下してしま
い、それに伴って装置外から空気が流入し、元のガス濃
度を取り戻すのに、却って多大なガス供給量を必要とす
ることが認められた。そして、ガス吹き付け量または吹
き付け速度も減らせば、ガス供給量を減らしても所望の
ガス濃度を維持できて、被処理物が搬入されてきたとき
に、早急に、所望のガス濃度にできることが分かった。
すなわち、リフロー装置が待機状態の場合、例えば熱ガ
ス循環送風機の回転数をその装置で許容し得る最小にす
ると、所望のガス濃度を保つのに、より少ないガスの供
給量で達成することができるので、ガスの消耗量を少な
くできる。

【００１１】さらに、熱ガス循環送風機の回転数を最小
値から設定値に急に戻すと、熱ガスの循環量が増して、
一時的にヒータ加熱の遅れにより、熱ガスの温度が低下
するので、コンベア速度が高い場合には、被処理物が装
置に搬入されても熱ガスの濃度と温度とは設定値に戻ら
ない場合が生じる。そこで、あらかじめ送風機の回転数
を設定値と最小値の差に応じて、熱ガス温度を高くして
おくと、熱ガスの戻りが早くなって、装置の信頼性向上
と適用範囲を拡大できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の各実施例を図１ないし図３を
参照して説明する。 〔実施例 １〕図１は、本発明の一実施例に係るリフロ
ーはんだ付け装置の構成を示す略示縦断面図、図２は、
図１のＡ−Ａ矢視断面図である。両図において、符号の
添字ａ，ｂは、それぞれ各部品がコンベア７の上側，下
側にあることを示す。例えば、予熱室第一ゾーン１にお
ける引用符号８ａは、コンベア７の上側に設けられた赤
外線ヒータ、８ｂは、コンベア７の下側に設けられた赤
外線ヒータであり、総称する場合には、添字ａ，ｂを除
き、例えば赤外線ヒータ８と呼ぶことにする。

【００１３】図１、図２に示すリフローはんだ付け装置
は、予熱室第一ゾーン１、予熱室第二ゾーン２、リフロ
ー室３、冷却室４、搬入側シール室５および搬出側シー
ル室６からなっている。搬入側シール室５、予熱室第一
ゾーン１、予熱室第二ゾーン２、リフロー室３、冷却室
４および搬出側シール室６を通して被処理物１８を搬送
するエンドレスのコンベア７が設けられており、駆動ス
プロケット２０をモータ２１で駆動して、被処理物１８
を図１において左から右に搬送できるようにコンベア７
を走行させるよう構成されている。なお、１９はコンベ
ア７のアイドラである。

【００１４】予熱室第一ゾーン１には赤外線ヒータ８が
装備されている。予熱室第二ゾーン２，リフロー室３に
は、それぞれ貫流送風機９，１３と熱ガスを吹き出す末
広ノズル１０，１４および加熱ヒータ１１，１５からな
る熱ガス循環手段１２，１６が装備されている。リフロ
ー室３には、赤外線ヒータ３１が設けられている。冷却
室４には内部にガス配管２２からの低温ガスを通す冷却
コイル１７が装備されている。低温ガスはガス流量調節
弁２３を経て冷却コイル１７を通ってリフロー室入口
側，リフロー室出口側の各ガス供給ノズル２４からリフ
ロー室３に常時供給されている。

【００１５】ガス供給ノズル２４から供給されるガス
は、コンベア７の下側で斜め下方向に吹き出される。こ
れは冷えたガスがコンベア７上を搬送されてくる被処理
物１８に直接当たらないようにするためである。また、
下流側のガス供給ノズル２４からは上流に向けて、ま
た、上流側のガス供給ノズル２４からは下流に向けてガ
スが吹き出される。

【００１６】末広ノズル１０，１４から吹き出す熱ガス
はコンベア７上の被処理物１８の進行方向斜め方向を向
いている。貫流送風機９，１３は、コンベア７より上で
は貫流送風機９ａと貫流送風機１３ａとは向い合せの配
置に、また、コンベア７より下では貫流送風機９ｂと貫
流送風機１３ｂとは背中合わせの配置になっている。貫
流送風機９，１３の羽根車２８（図２では２８ａを示
す）は軸受２９（同２９ａ）に支持され、モータ３０
（同３０ａ）により駆動される。貫流送風機９，１３
は、加熱ヒータ１１，１５側にガス吸入口があり、羽根
車２８で昇圧されたガスは末広ノズル１０，１４からコ
ンベア７で搬送されてくる被処理物１８に向けて吹き出
すようになっている。

【００１７】２５は信号出力手段に係る被処理物検出装
置で、搬入側シール室５の前に設けられ、被処理物１８
の有無を検出し、電圧などの信号量に変換して出力し、
制御手段に係る処理装置２６に送られる。処理装置２６
では、被処理物検出装置２５の検出結果すなわち出力信
号に基づいて、貫流送風機９，１３のモータ制御器２７
やガス流量調節弁２３を制御する。３２はコンベア７の
速度検出器である。３３は、ガス供給ノズル２４から供
給するガス量を調節する調節弁で、この調節弁３３は手
動で制御されるが、必要に応じて、処理装置２６から制
御信号を受けて動作する電磁弁でも良い。

【００１８】３６，３７は、予熱室第二ゾーン２，リフ
ロー室３に設置した温度センサで、例えば、温度センサ
３６ａは末広ノズル１０ａ吹き出し部に、温度センサ３
６ｂは末広ノズル１０ｂ吹き出し部に、温度センサ３７
ａは末広ノズル１４ａ吹き出し部に、温度センサ３７ｂ
は末広ノズル１４ｂ吹き出し部に設けられている。３８
は、リフロー室３に設置したガス濃度センサである。そ
れらの検出結果は処理装置２６に送られて、ガス流量調
節弁２３，モータ制御器２７の制御に利用される。

【００１９】処理装置２６の制御の具体的内容について
は、被処理物１８の搬送動程に併せて、以下に詳細に説
明する。ガス供給ノズル２４から供給するガスを窒素と
して、以下に装置の動作を説明する。被処理物１８がコ
ンベア７で搬送されていない状況下では、両ガス供給ノ
ズル２４から均等に窒素ガスが供給されるように、調節
弁３３を調節されている。ガス供給ノズル２４からリフ
ロー室３内に窒素ガスが供給されるために、リフロー室
３内は窒素濃度の高い雰囲気に保たれる。そして、リフ
ロー室３の窒素ガスは予熱室第二ゾーン２あるいは冷却
室４側に流出し、リフロー室３以外の各室１，２，４は
その流出漏洩量に応じた窒素濃度になっている。

【００２０】リフロー室３内の配置構成は、コンベア７
の位置を基準に点対称になるようにしているので、予熱
室第二ゾーン２や冷却室４への窒素ガスの流出量は等し
いものとなり、ガスの流れはバランスし、安定な状態に
なる。各室の窒素ガスの濃度と温度が所望の値に達した
ことが温度センサ３６，３７、濃度センサ３８で確かめ
られたのち、被処理物検出装置２５における検出信号が
ない場合、処理装置２６はモータ制御器２７，ガス流量
調節弁２３に、予め定めた最小の回転数（例えば、定格
の１０％），最小の開度にする信号を送ってこれらを制
御する。

【００２１】被処理物１８がコンベア７で搬送される場
合、被処理物検出装置２５で被処理物１８を検出し、そ
の検出信号が処理装置２６に送られる。そこで、処理装
置２６からモータ制御器２７，ガス流量調節弁２３に信
号を送り、温度センサ３６，３７、濃度センサ３８で窒
素の温度や濃度を検出して、その結果を得て、ガス温
度、ガス濃度がはんだリフローに必要な所望の値になる
ようにする。

【００２２】被処理物１８は予熱室第一ゾーン１におい
てコンベア７の上下に設けられた赤外線ヒータ８（８
ａ，８ｂ）の輻射熱で加熱昇温される。予熱室第二ゾー
ン２では、窒素ガスは加熱ヒータ１１（１１ａ，１１
ｂ）により予熱に適した温度に加熱され、貫流送風機９
（９ａ，９ｂ）に吸込まれて羽根車２８により昇圧さ
れ、末広ノズル１０（１０ａ，１０ｂ）を通して被処理
物１８に吹き付けられ、被処理物１８を加熱して降温
し、再び、加熱ヒータ１１で加熱される循環を繰返す。

【００２３】リフロー室３では、予熱室第二ゾーン２１
とほぼ同じであるが、さらにコンベア７の上下に赤外線
ヒータ３１（３１ａ，３１ｂ）があり、熱ガスの温度を
予熱室第二ゾーン２より高く、はんだを溶融させはんだ
付けに適した値になるようにしている。冷却室４では、
冷却コイル１７内を低温の窒素ガスが流れているので、
リフロー室３から漏れた窒素ガスは冷やされ、被処理物
１８を冷却してはんだを固化させ、はんだ付けが終了す
る。

【００２４】被処理物検出装置２５における検出信号と
コンベア速度検出器３２の信号から装置内に被処理物１
８がとどまる時間を算出して、その時間内に被処理物検
出装置２５から新たに検出信号が処理装置２６に送られ
なければ、処理装置２６からモータ制御器２７，ガス流
量調節弁２３に、予め定めた回転数，開度に戻す信号を
送って制御する。

【００２５】被処理物１８の装置内での有無の判定に
は、搬出側シール室６の後に被処理物検出装置を設けて
搬入側シール室５の前に設けた被処理物検出装置２５と
の検出信号の個数差が０となることによってもよい。ま
た、被処理物検出装置２５の代わりに、前段にある装置
からの被処理物の搬出信号を利用してもよい。このよう
にして、被処理物が装置内にない場合には、ガス流量調
整弁２３の開度を小さくするとともに貫流送風機９の回
転数を小さくして、供給ガス量を低減できるとともに所
望のガス濃度を保つことができるので、待機状態におけ
る供給ガスの消耗量を低減するとともに、被処理物が搬
送されてきたときに、早急に、所望のガス濃度にできる
ため、低コストではんだ付けを実施できる。

【００２６】〔実施例 ２〕次に、図３は、本発明の他
の実施例に係るリフローはんだ付け装置の構成を示す略
示縦断面図である。図中、図１と同一符号のものは先の
実施例と同等部分であるから、その説明を省略する。図
３に示す実施例が、図１，図２の実施例と相違するとこ
ろは予熱室第二ゾーン２とリフロー室３における加熱ヒ
ータ１１，１５の温度調節器３４を処理装置２６によっ
て制御するようにしたことである。すなわち、被処理物
１８が装置内にない場合、貫流送風機９，１３の回転数
の低減に応じて、温度の設定値を高くするように処理装
置２６から信号を出して行うようにしている。

【００２７】図３に示す実施例では、被処理物１８が搬
送された場合、貫流送風機９，１３の回転数が所望値に
高くなり、熱ガスの循環量が増大しても、熱ガスの温度
が所望の値に達する時間が短くなり、装置の信頼性が増
す。熱ガスの温度が所望の値に達したら、加熱ヒータ１
１，１５の供給電力量を下げるようにして、はんだリフ
ローに必要な温度を保たせ、貫流送風機９，１３の回転
数の変動で、予熱室第二ゾーン２やリフロー室３の温度
がはんだリフローに必要な温度を保てるようにする。

【００２８】図１，２に示した実施例では、窒素ガス供
給量が減った分だけ、コストを低減できる。また、図３
の実施例では、加熱ヒータ１１，１５の温度を上げた分
だけコスト低減率は短くなるが、それでも窒素ガス低減
額は電力量増加額に較べると、大幅に高価（概算で５０
〜７０倍）であるから、図３の実施例でも、十二分にコ
スト低減が実現できる。

【００２９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、高価なガスの消耗量を低減して、運転経費が低
く、経済性の高いリフローはんだ付け装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るリフローはんだ付け装
置の構成を示す略示縦断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図である。

【図３】本発明の他の実施例に係るリフローはんだ付け
装置の構成を示す略示縦断面図である。

【図４】従来のリフローはんだ付け装置の構成を示す略
示説明図である。

【符号の説明】

１ 予熱室第一ゾーン ２ 予熱室第二ゾーン ３ リフロー室 ４ 冷却室 ７ コンベア ８，８ａ，８ｂ，３１，３１ａ，３１ｂ 赤外線ヒータ ９，９ａ，９ｂ，１３，１３ａ，１３ｂ 貫流送風機 １０，１０ａ，１０ｂ，１４，１４ａ，１４ｂ 末広ノ
ズル １１，１１ａ，１１ｂ，１５，１５ａ，１５ｂ 加熱ヒ
ータ １２，１２ａ，１２ｂ，１６，１６ａ，１６ｂ 熱ガス
循環手段 １７ 冷却コイル １８ 被処理物 ２３ ガス流量調節弁 ２４ ガス供給ノズル ２５ 被処理物検出装置 ２６ 処理装置 ２７ モータ制御器 ３２ コンベア速度検出器 ３３ 調節弁 ３４ 温度調節器 ３６，３６ａ，３６ｂ，３７，３７ａ，３７ｂ 温度セ
ンサ ３８ ガス濃度センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福田 光男 茨城県竜ヶ崎市向陽台５丁目２番 日立 テクノエンジニアリング株式会社開発研 究所内 (72)発明者 板垣 正人 茨城県竜ヶ崎市向陽台５丁目２番 日立 テクノエンジニアリング株式会社竜ヶ崎 工場内 (72)発明者 山間 伸也 茨城県竜ヶ崎市向陽台５丁目２番 日立 テクノエンジニアリング株式会社竜ヶ崎 工場内 (56)参考文献 特開 平４−322878（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−13475（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−263570（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−200861（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−200893（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−305427（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23K 1/008 H05K 3/34 507

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 はんだを塗布した回路基板に電子部品を
   装着してなる被処理物を、コンベアにて予熱室およびリ
   フロー室を搬送し、これら両室通過中に前記被処理物に
   所望の濃度と温度の不活性熱ガスをガス循環送風機によ
   り吹き付けて予熱および本加熱を行なって前記はんだを
   溶融させ、前記リフロー室に続く冷却室ではんだを固化
   させて、前記電子部品を前記回路基板にはんだ付けする
   リフローはんだ付け装置において、 前記被処理物が前記予熱室に搬入されることの信号を出
   力する手段と、前記被処理物に吹き付ける熱ガスおよび
   少なくとも前記リフロー室に供給するガスを制御する制
   御手段とを設け、 この制御手段は、前記信号出力手段の出力信号に応じ
   て、前記被処理物が搬入されていない状態では、ガス供
   給量と同時にガス循環送風機による熱ガス吹き付け速度
   または吹き付け量を低減させるようにしたものであるこ
   とを特徴とするリフローはんだ付け装置。
2. 【請求項２】 信号出力手段の出力信号により、被処理
   物が搬入されていない状態では、被処理物が搬入された
   ときに熱ガス温度を所定温度に早く戻しうるように熱ガ
   ス温度をやや高く保つ制御手段を設けたことを特徴とす
   る請求項１記載のリフローはんだ付け装置。