JP2782789B2 - リフロー装置における加熱方法及びその装置 - Google Patents

リフロー装置における加熱方法及びその装置

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、プリント回路基板(以後基板と略す)等を
加熱する方法に係り、特に基板に電子部品を装着した
後、リフローはんだ付けするための加熱方法及びその装
置に関するものである。
従来の技術 従来、基板にはんだ材料を塗布し、電子部品を装着し
た後、加熱リフローする装置には、熱風による加熱、赤
外線による加熱、あるいは蒸気潜熱を利用した加熱等が
使用されていた。
しかしながら、最近基板の実装密度が高くなるととも
に、電子部品の多様化が進む中で、ランニングコスト、
均一加熱性、生産性の点から、熱風を利用した加熱方法
が注目されている。
例えば特開昭63−278668号広報に示されているよう
に、第10図のような構造の例がある。
図において、モータ10a及び10bでシロッコファン10c
および10dをまわす。そして、ヒータ10eで空気を加熱
し、被加熱物である基板10fに、吹き付けることで、リ
フローする構造になっている。
発明が解決しようとする課題 しかしながら上記のような構成では、比較的均一な風
速のしかも一定温度の熱風を基板全面に吹き付けること
になる。このような場合、基板上において熱風から伝達
される熱量も基板全面においてほぼ同じとなる。基板面
上には、様々な電子部品や機構部品が、実装密度に搭載
されているので、当然、基板上の熱容量分布は、ばらつ
いている。つまり従来のように、基板全面を均一に加熱
するだけでは、基板内に生じる温度ばらつきは解消され
ない。
本発明は上記問題点に鑑み、部品搭載基板の熱容量分
布ばらつきを相殺する熱風吹き付け加熱方法により、基
板内温度分布を均一にし、信頼性の高いリフローはんだ
付けを実現するものである。
課題を解決するための手段 上記課題を解決する為に、本発明のリフロー装置にお
ける加熱方法は、電子部品が装着された基板を複数のノ
ズルから吹き出す熱風により加熱してはんだ付けを行う
リフロー装置における加熱方法であって、前記基板の材
質、厚み、形状等の基板情報および該基板に装着する部
品の形状、熱容量、配置等の部品情報をもとに、前記複
数のノズルにて熱風を吹き付けた際の前記基板内の温度
分布をシミュレーションする第1工程と、前記第1工程
にて得られた基板内の温度分布に基づき、前記基板内の
温度分布が均一になるための各ノズル毎の最適加熱温度
を決定する第2工程と、前記第2工程にて得られた温度
になるよう前記各ノズルの温度調整を行う第3工程と、
前記第3工程終了後、前記基板に対して熱風を吹き付け
る第4工程を有するものである。
作用 本発明は、上記した構成によって、様々な電子部品や
機構部品が、様々な実装密度に搭載されている基板など
をリフローする場合において、吹き付ける熱風の温度
を、熱解析による基板内温度分布データを基に設定する
ことで、均一な温度分布を実現、信頼性の高いリフロー
はんだ付けができることになる。
実 施 例 以下本発明の一実施例の加熱方法について、図面を参
照しながら説明する。
第1図は、本発明の一実施例における加熱方法の概略
を示すものである。第1図において、1aは電子部品を搭
載した基板、1bはヒータを備えたノズル、1cはヒータへ
の結線、1dは熱電対、1eは熱風温度コントローラ、1fは
熱解析シミュレーションによる基板内温度分布を示す。
以上のように構成した加熱方法についてつぎにその効果
を説明する。被加熱物である基板について、その基板の
材質・厚み形状等の基板情報や、搭載する部品の形状・
熱容量・配置などの部品情報更に加熱情報を基にして、
基板上の温度分布を熱解析1fを行うことで事前に把握す
る。この熱解析結果を基に、基板上の温度分布を均一に
する為に最も最適な加熱温度が各ノズルに付して決定で
きる。この結果に基づきコントローラ1eが、各ノズルの
温度調整を行う。ノズルから吹き出される熱風温度は、
代表点をもって熱電対1dで測定、その測定値をコントロ
ーラ1eにフィードバックし、ノズルに設けたヒータ温度
を再びコントロールする。こうして最適な温度の熱風を
ノズルから基板へ吹き付けることになる。第1回中解析
シミュレーション結果によれば、一定温度(220℃)の
熱風をノズルから均一に吹き付けるだけでは、基板上の
部品搭載部分が190℃までしか加熱されず、他の部分の2
15℃とは温度ばらつきが生じている。第2図は、電子部
品が装着された基板を実際に熱解析し、その温度分布を
シミュレートしたものである。この温度分布を更にノズ
ルからの熱風吹き付け領域に大きく分割し、その分割し
たエリア内を平均温度化して、温度分布表示したものが
第3図に示す図である。一定温度の熱風を吹き付けるだ
けではそれぞれのエリア内でこのような温度差が生じる
ことになる。したがって温度に低いエリア例えば、(B,
3)(C,3)では熱風温度設定値を上げることが必要とな
る。そこでこれらのばらつきを補正するようそれぞれの
ノズルから吹き付ける熱風の温度を最適値にコントロー
ルし、基板内温度分布を均一にするのである。第4図
は、前記加熱方法を一つの装置にまとめた図である。図
中4aは基板、4bは熱風吹き付けノズル、4cは熱解析装置
及び温度コントローラである。ノズル内での空気の加熱
については、例えば、第5図に示すようにらせん状に開
いたシーズヒータ5aを、ノズル5bの肉厚内へ鋳込んだ形
をとることで、パイプ通過中に空気を加熱し、最終ノズ
ル出口では、熱電対5cでその温度を検出し、ヒータ出力
を調節する方法や、第6図に示すようにパイプ6aとシー
スヒータ6bをろう付けする方法、さらには、セラミック
に抵抗体を印刷したものでパイプを構成、抵抗体をセラ
ミックパイプに焼きつける方法等とにより、パイプ通過
中の空気を加熱することが可能である。
次に、以上述べてきた加熱方法を利用した、加熱装置
について図面を参照しながら説明する。
第7図は、本発明の一実施例における加熱装置の概略
を示すものである。図中7aは基板、7bは基板搬送部、7c
は送風ファン、7dはヒータ、7eは熱風吹き出しノズル、
7fは基板に平行な向きの熱風吹き出し口、7gは排気孔、
7hは弁である。第8図は、第7図に示す加熱装置内をA
矢視より示したものである。図中8aは基板8bはストッ
パ、8cはノズル、8dはノズルから吹き出す熱風の拡がり
である。第9図は第7図に示す加熱装置内をB矢視より
示したものである。図中9aは基板、9bはストッパ、9cは
基板搬送レール、9dは送風ファン、9cはヒータ、9fは熱
風吹き出しノズル、9gは弁、9hは基板に平行な向きの熱
風横吹き出し口である。このように構成された加熱装置
についてその効果を説明する。まず基板9aが加熱装置内
の所定位置つまり、ストッパ8bの作動によって停止する
までは、弁9gが破線で示した位置をとることで開放状態
となる。これにより送風ファン9dより送られヒータ9eに
よって例えば220℃にまで加熱された空気の50%以上
は、開放された弁9gを通り基板に平行な向きの熱風横吹
き出し口9hを経て、装置内に破線の矢印に示す流れをつ
くり出す。この熱風は220℃一定の温度でありしかも基
板に平行なものである為、基板への熱伝達は小さい。こ
うして、基板が所定のストッパ位置に達するまでは平行
な流れの熱風が、装置内の雰囲気を220℃一定に保つと
ともに搬送中の基板の温度も基板全体が徐々に加熱され
ることになる。基板がストップ位置に達し停止した信号
を受け、今まで開放されていた弁9gが閉ざされる。この
ことにより熱風経路は100%ノズル9fとなる。既に基板
上の温度分布を均一にする為に各ノズル温度がそれぞれ
設定されている。これにより、停止した基板上へ各温度
設定された熱風が、各ノズルを経て基板上へ吹き付けら
れることになる。基板の加熱が終了すると停止していた
基板は搬出される。この搬出時も搬入時と同様、弁9gを
開放し、装置内には基板に平行な流れをつくる。これに
よって装置内の雰囲気の均一化と基板温度の均一化を同
時に行うことになる。
これまでは、各ノズルから吹き出す熱風の温度をコン
トロールしてきたが、一定の熱風温度であっても、基板
に吹き付ける熱風風量をコントロールすることで同様の
効果が得られる。この場合は、熱風温度上限が固定され
るので基板面上のいかなる箇所もその上限以上には決し
てならない利点がある。同一温度の熱風により熱容量の
大きな箇所には、ノズル径を大きくすることで多量の熱
風を熱容量の小さな所へは、小さなノズル径より小量の
熱風を基板へ吹き付けることで、基板内温度ばらつきを
小さくすることができる。
尚、熱風吹き付けによる加熱後の基板温度を、放射温
度計等の手段を用いて測定し、その測定結果を熱解析へ
フィードバックし再び、熱風温度を制御する加熱方法も
行うことができる。これによって熱解析結果の精度が向
上することで、基板内温度ばらつきは更に小さくするこ
とができる。
発明の効果 以上のように本発明は、様々な電子部品や機構部品
が、様々な実装密度に搭載されている基板などをリフロ
ーする場合において、基板内に均一な温度分布を実現す
ることができ、信頼性の高いリフローはんだ付が可能と
なる。更に基板の種類が変わっても、熱解析による温度
分布の把握と、それにみあった最適な温度設定ができる
為、機種切換時間の短縮等、多品種少量生産にとって生
産性の向上につながるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における加熱方法の概略図、
第2図は電子部品が装着された基板の熱解析による温度
分布シミュレーション図、第3図は熱解析結果を基に温
度分布をマトリックス分割した後の基板内温度分布図、
第4図は本発明の一実施例における加熱要部装置の概略
図、第5図,第6図は各々ノズルヒータの一部破断の要
部拡大斜視図,平面図、第7図は本発明の他の実施例に
おける加熱装置の概略図、第8図は同加熱装置の正面
図、第9図は同加熱装置の側面図、第10図は従来のはん
だ付けリフロー加熱装置の熱風加熱状態を表した図であ
る。 1a……電磁部品搭載基板、1b……ヒータを備えたノズ
ル、1c……ヒータへの結果、1d……熱電対、1e……熱風
温度コントローラー、1f……熱解析シミュレーション。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 進 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 遠藤 博雅 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−44796(JP,A) 特開 平2−160167(JP,A) 特開 平2−307674(JP,A) 特開 平1−300188(JP,A) 特開 平1−118365(JP,A) 特開 平1−230293(JP,A) 実開 昭63−196364(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H05K 3/34 B23K 1/00 - 3/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電子部品が装着された基板を複数のノズル
    から吹き出す熱風により加熱してはんだ付けを行うリフ
    ロー装置における加熱方法であって、 前記基板の材質、厚み、形状等の基板情報および該基板
    に装着する部品の形状、熱容量、配置等の部品情報をも
    とに、前記複数のノズルにて熱風を吹き付けた際の前記
    基板内の温度分布をシミュレーションする第1工程と、
    前記第1工程にて得られた基板内の温度分布に基づき、
    前記基板内の温度分布が均一になるための各ノズル毎の
    最適加熱温度を決定する第2工程と、前記第2工程にて
    得られた温度になるよう前記各ノズルの温度調整を行う
    第3工程と、前記第3工程終了後、前記基板に対して熱
    風を吹き付ける第4工程とからなることを特徴とするリ
    フロー装置における加熱方法。
  2. 【請求項2】電子部品が装着された基板を熱風により加
    熱してはんだ付けを行うリフロー装置であって、 前記基板を搬送する搬送部と、前記搬送部にて搬送され
    る基板を所定位置に停止させる停止手段と、前記搬送部
    により搬送される基板に対して略平行方向に熱風を吹き
    付け可能な熱風横吹き出し口と、前記基板に対して略垂
    直方向に熱風を吹き付け可能な熱風吹き出しノズルとか
    らなり、前記基板が前記停止手段により所定時間停止し
    ている間は、前記熱風吹き出しノズルからのみ熱風を吹
    き付けるよう構成したことを特徴とするリフロー装置。
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