JP3062330B2 - プリント回路基板のハンダならし方法及び装置 - Google Patents
プリント回路基板のハンダならし方法及び装置Info
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Description
【０００１】発明の背景 本発明は、プリント回路基板のような製造加工品を製作
することに関し、特に望ましい位置に適切な量のハンダ
を供給することに関する。
することに関し、特に望ましい位置に適切な量のハンダ
を供給することに関する。
【０００２】代表的な回路基板組立シーケンスにおい
て、いったん導電性の特徴が形成されれば、ハンダはＩ
Ｃ装置のボンディングを可能にするためにボンディング
パッドに用いられるに違いない。１つの平易なアプロー
チは、溶融したハンダに基板をちょっと浸し、次にハン
ダ槽から出てくる時基板表面に熱気を向けて余分なハン
ダを除去することである。この技術は熱気方式ハンダな
らし（ＨＡＳＬ）と呼ばれている。
て、いったん導電性の特徴が形成されれば、ハンダはＩ
Ｃ装置のボンディングを可能にするためにボンディング
パッドに用いられるに違いない。１つの平易なアプロー
チは、溶融したハンダに基板をちょっと浸し、次にハン
ダ槽から出てくる時基板表面に熱気を向けて余分なハン
ダを除去することである。この技術は熱気方式ハンダな
らし（ＨＡＳＬ）と呼ばれている。
【０００３】図１は、代表的なプリント回路基板１０の
一部を示し、該基板は半導体集積回路装置（図示しな
い）をボンディングするための複数のボンディングパッ
ド１１を含む。導線１２はまた、回路の別の部分にパッ
ドを電気的に接続するために基板上に形成されている。
回路基板はまた、基板の表面及び裏面上の導線間を電気
的に接続するためのスルーホール１３を含む。
一部を示し、該基板は半導体集積回路装置（図示しな
い）をボンディングするための複数のボンディングパッ
ド１１を含む。導線１２はまた、回路の別の部分にパッ
ドを電気的に接続するために基板上に形成されている。
回路基板はまた、基板の表面及び裏面上の導線間を電気
的に接続するためのスルーホール１３を含む。
【０００４】たいていの現ＨＡＳＬシステムは、最近流
行のハンダ山パッド１１よりむしろ構成要素を取り付け
るスルーホールを使用した旧式の回路基板のためにデザ
インされていた。その結果、現システムは、でき上がっ
た基板がコスト高となり得る、パッド上の薄い及び／ま
たはむらのあるハンダ層を残す傾向がある。ハンダは基
板上に残存するスルーホール１３から取り除かれないだ
ろうから、単に空気の圧力を減らすことは概して効果的
ではない。
行のハンダ山パッド１１よりむしろ構成要素を取り付け
るスルーホールを使用した旧式の回路基板のためにデザ
インされていた。その結果、現システムは、でき上がっ
た基板がコスト高となり得る、パッド上の薄い及び／ま
たはむらのあるハンダ層を残す傾向がある。ハンダは基
板上に残存するスルーホール１３から取り除かれないだ
ろうから、単に空気の圧力を減らすことは概して効果的
ではない。
【０００５】発明の概要 本発明は、１つの解釈において、ハンダ槽に基板を挿入
する過程を含むプリント回路基板を製作する方法であ
る。基板が槽から移される時、流動体流が少なくとも１
つの表面に向けられる。流動体は、ノズルの一部に衝撃
波を生じるようにノズルを通って押し進められる。
する過程を含むプリント回路基板を製作する方法であ
る。基板が槽から移される時、流動体流が少なくとも１
つの表面に向けられる。流動体は、ノズルの一部に衝撃
波を生じるようにノズルを通って押し進められる。
【０００６】別の解釈において、本発明は、基板の表面
へ流動体を向けるための少なくとも１つのノズル組立品
を含む、基板から余分なハンダを除去するための装置で
ある。ノズル組立品は、ノズルへ流動体を配達する手段
と、該配達手段から離れた口に集中しかつ該口を通る流
動体通過に対して衝撃波を生じるように前記口から一定
の角度で分岐するノズルヘッドとから成る。
へ流動体を向けるための少なくとも１つのノズル組立品
を含む、基板から余分なハンダを除去するための装置で
ある。ノズル組立品は、ノズルへ流動体を配達する手段
と、該配達手段から離れた口に集中しかつ該口を通る流
動体通過に対して衝撃波を生じるように前記口から一定
の角度で分岐するノズルヘッドとから成る。
【０００７】詳細な説明 いったん導体及び表面山パッドがプリント回路基板上に
形成されれば（図１参照）、マスク（図示しない）は、
本来ハンダ付けされるべき領域を露出したままで基板の
主表面をおおって形成される。基板は次に、図２に略図
的に示されるようにハンダ付けのために用意される。基
板１０は、適切な取付具２０で保持され、溶融したハン
ダ槽２２を入れた貯蔵器２１に完全に浸される。ハンダ
は、ほぼ華氏５００度の温度に維持された代表的な鉛錫
合金である。基板は、通常２〜５秒間浸される。基板は
ハンダ槽から移される時、余分なハンダを除去するため
にそれぞれの基板表面に熱気流を向ける一対のノズル２
３、２４の間を通過する。代表的な公知プロセスにおい
て、空気は高岐点圧（通常ほぼ２ｋｇ／ｃｍ2） と高速
度（ほぼ５００ｍ／秒）を有していた。本発明の主な特
徴に従って、岐点圧特性は維持される。しかしながら、
ノズルを出る時の空気速度は記述される方法で相当に下
げられる。望ましくは、その速度は２００ｍ／秒より少
ない。結果として生じる空気流パターンは、スルーホー
ルからハンダを除去するのに十分であるが、どうにか表
面山パッドの内部に少なくとも２．５ミクロンの厚さの
むらのないハンダコーティングを残す。図２は基板がハ
ンダに垂直に挿入されるシステムを示しているが、他の
システムは基板を槽を通して水平に運び、そして出てく
る時に基板がそれより上下のノズルからの空気噴射の影
響を受けることが認識されるであろう。ここに記述され
る本発明は、水平システムかまたは垂直システムのどち
らかでも適応できる。
形成されれば（図１参照）、マスク（図示しない）は、
本来ハンダ付けされるべき領域を露出したままで基板の
主表面をおおって形成される。基板は次に、図２に略図
的に示されるようにハンダ付けのために用意される。基
板１０は、適切な取付具２０で保持され、溶融したハン
ダ槽２２を入れた貯蔵器２１に完全に浸される。ハンダ
は、ほぼ華氏５００度の温度に維持された代表的な鉛錫
合金である。基板は、通常２〜５秒間浸される。基板は
ハンダ槽から移される時、余分なハンダを除去するため
にそれぞれの基板表面に熱気流を向ける一対のノズル２
３、２４の間を通過する。代表的な公知プロセスにおい
て、空気は高岐点圧（通常ほぼ２ｋｇ／ｃｍ2） と高速
度（ほぼ５００ｍ／秒）を有していた。本発明の主な特
徴に従って、岐点圧特性は維持される。しかしながら、
ノズルを出る時の空気速度は記述される方法で相当に下
げられる。望ましくは、その速度は２００ｍ／秒より少
ない。結果として生じる空気流パターンは、スルーホー
ルからハンダを除去するのに十分であるが、どうにか表
面山パッドの内部に少なくとも２．５ミクロンの厚さの
むらのないハンダコーティングを残す。図２は基板がハ
ンダに垂直に挿入されるシステムを示しているが、他の
システムは基板を槽を通して水平に運び、そして出てく
る時に基板がそれより上下のノズルからの空気噴射の影
響を受けることが認識されるであろう。ここに記述され
る本発明は、水平システムかまたは垂直システムのどち
らかでも適応できる。
【０００８】図３及び４は、望ましい結果を生むのに効
果的なノズル組立品のデザインを示す。円筒形のパイプ
またはチューブ３０は、代表的に温度２４０℃に熱せら
れた標準的な熱交換器（図示しない）から熱気を配達す
る。この例において、パイプはステンレススチール製で
ほぼ２．５ｃｍの直径を有する。パイプは、ヘッドの中
への空気の逃げ道としてノズルヘッド３２の長さに達す
る縦のスリット３１を含む。このスリットは、代表的に
０．７５ｃｍの幅になっている。
果的なノズル組立品のデザインを示す。円筒形のパイプ
またはチューブ３０は、代表的に温度２４０℃に熱せら
れた標準的な熱交換器（図示しない）から熱気を配達す
る。この例において、パイプはステンレススチール製で
ほぼ２．５ｃｍの直径を有する。パイプは、ヘッドの中
への空気の逃げ道としてノズルヘッド３２の長さに達す
る縦のスリット３１を含む。このスリットは、代表的に
０．７５ｃｍの幅になっている。
【０００９】ヘッド３２は、ほぼ０．７５ｍの基板の全
長に本来達する長さを有する一対のプレート素子３３及
び３４を含む。各プレートの一端は、まったく反対の関
係にパイプ３０の表面に取りつけられている。プレート
は、ノズルからの空気の逃げ道として縦の開口部または
口３５を形成するように、ほぼ１５〜２０ｃｍの距離だ
けパイプから離れたところで分岐する。口３５を通り越
したノズルの先端は、プレート３３と３４の間で望まし
い角度Θを生じるように斜めに切られている。サイドパ
ネルはまた、パイプに平行な空気の逃げ道を防止するた
めにプレートとパイプの先端に結合されており、そのう
ちの１つを図４の素子３７として示す。
長に本来達する長さを有する一対のプレート素子３３及
び３４を含む。各プレートの一端は、まったく反対の関
係にパイプ３０の表面に取りつけられている。プレート
は、ノズルからの空気の逃げ道として縦の開口部または
口３５を形成するように、ほぼ１５〜２０ｃｍの距離だ
けパイプから離れたところで分岐する。口３５を通り越
したノズルの先端は、プレート３３と３４の間で望まし
い角度Θを生じるように斜めに切られている。サイドパ
ネルはまた、パイプに平行な空気の逃げ道を防止するた
めにプレートとパイプの先端に結合されており、そのう
ちの１つを図４の素子３７として示す。
【００１０】このようなノズルデザインのため、パイプ
３０のスリット３１を通って押し進められた空気は、口
３５までの集中する空間を体験し、次に口３５を越えた
分岐する空間を体験する。空気の圧力が増加するに従っ
て、ノズル内の流れは、口における流れが音速になるま
で加速する。圧力が更に増加しても、集中部分またはノ
ズルの口におけるどこでもマッハ数は変わらない。（か
くして、従来のノズルでは、空気流は圧力にかかわらず
常にほぼマッハ１になる）しかしながら、流動体は膨張
するに従って加速するので、もし開口部における流れが
音速であるならば、分岐部分における流れは、超音速に
なる。流動体はまた、（線３６で示される出口面におけ
る）ノズルの分岐部分を大気圧で出て来なければならな
い。これが超音速流で達成される唯一の方法は、ノズル
の分岐部分におけるエントロピーの急激な変化によるこ
と、すなわち衝撃波が形成されることである。衝撃波を
横切って、流れは超音速から音速に減速する。かくし
て、空気が線３６により示される出口面においてノズル
を出てくる時、高岐点圧だが低速度であるという望まし
い特性が達成される。
３０のスリット３１を通って押し進められた空気は、口
３５までの集中する空間を体験し、次に口３５を越えた
分岐する空間を体験する。空気の圧力が増加するに従っ
て、ノズル内の流れは、口における流れが音速になるま
で加速する。圧力が更に増加しても、集中部分またはノ
ズルの口におけるどこでもマッハ数は変わらない。（か
くして、従来のノズルでは、空気流は圧力にかかわらず
常にほぼマッハ１になる）しかしながら、流動体は膨張
するに従って加速するので、もし開口部における流れが
音速であるならば、分岐部分における流れは、超音速に
なる。流動体はまた、（線３６で示される出口面におけ
る）ノズルの分岐部分を大気圧で出て来なければならな
い。これが超音速流で達成される唯一の方法は、ノズル
の分岐部分におけるエントロピーの急激な変化によるこ
と、すなわち衝撃波が形成されることである。衝撃波を
横切って、流れは超音速から音速に減速する。かくし
て、空気が線３６により示される出口面においてノズル
を出てくる時、高岐点圧だが低速度であるという望まし
い特性が達成される。
【００１１】その結果、空気の岐点圧に関連する角度Θ
の適切な選択により、空気が口３５を出てくる時衝撃波
が形成され得る。衝撃波は、ノズル出口における空気速
度を非常に下げて、基板の表面山パッド上の適正なハン
ダ厚さを維持するために適した速度（空気に対しては２
００ｍ／秒より少ない、０．８より少ないマッハ数）に
する。
の適切な選択により、空気が口３５を出てくる時衝撃波
が形成され得る。衝撃波は、ノズル出口における空気速
度を非常に下げて、基板の表面山パッド上の適正なハン
ダ厚さを維持するために適した速度（空気に対しては２
００ｍ／秒より少ない、０．８より少ないマッハ数）に
する。
【００１２】この特別な例において、絶対単位２ｋｇ／
ｃｍ2 の岐点圧、ほぼ１４度の角度Θで、望ましい衝撃
波が発生した。しかしながら、衝撃波をもたらすために
使用された前記角度は、主として流動体の岐点圧に依存
するので、他の角度を使用し得ることが理解されるであ
ろう。一般に、ハンダならしのために、分岐角度は１０
〜２５度の範囲内にあり、岐点圧は絶対単位１．５〜
３．０ｋｇ／ｃｍ2 の範囲内にあることが求められる。
ｃｍ2 の岐点圧、ほぼ１４度の角度Θで、望ましい衝撃
波が発生した。しかしながら、衝撃波をもたらすために
使用された前記角度は、主として流動体の岐点圧に依存
するので、他の角度を使用し得ることが理解されるであ
ろう。一般に、ハンダならしのために、分岐角度は１０
〜２５度の範囲内にあり、岐点圧は絶対単位１．５〜
３．０ｋｇ／ｃｍ2 の範囲内にあることが求められる。
【００１３】適切なノズルデザインを選ぶことにおい
て、いくつかの要因が考えられる。衝撃波は、出口面を
越えたところよりむしろノズルの分岐部分において発生
されるべきであり、さもなければ不安定になり得る。さ
らに、流量は現在の熱気方式ハンダならし装置の加熱器
容量に関して妥当なものとされる。また、詰まるのを防
止するために、大きな開口部が望ましい。開口部が拡大
すると、流量もまた増加する。しかしながら、流量が増
加すると、空気を望ましい温度（通常２２０〜２７０
℃）まで加熱することがより難しくなる。
て、いくつかの要因が考えられる。衝撃波は、出口面を
越えたところよりむしろノズルの分岐部分において発生
されるべきであり、さもなければ不安定になり得る。さ
らに、流量は現在の熱気方式ハンダならし装置の加熱器
容量に関して妥当なものとされる。また、詰まるのを防
止するために、大きな開口部が望ましい。開口部が拡大
すると、流量もまた増加する。しかしながら、流量が増
加すると、空気を望ましい温度（通常２２０〜２７０
℃）まで加熱することがより難しくなる。
【００１４】したがって、口の寸法ＤT を０．３ｃｍよ
り小さくすることが一般に望ましい。望ましい流れパタ
ーンを展開するために、出口は口の領域より数倍大きく
すべきである。同時に、詰まるのを防止するために、出
口の開口部は少なくとも２．５ｃｍにすべきである。さ
らに、プリント回路基板のホールからのハンダ除去を保
証するために、少なくとも絶対単位２ｋｇ／ｃｍ2 の岐
点圧が望ましい。
り小さくすることが一般に望ましい。望ましい流れパタ
ーンを展開するために、出口は口の領域より数倍大きく
すべきである。同時に、詰まるのを防止するために、出
口の開口部は少なくとも２．５ｃｍにすべきである。さ
らに、プリント回路基板のホールからのハンダ除去を保
証するために、少なくとも絶対単位２ｋｇ／ｃｍ2 の岐
点圧が望ましい。
【００１５】図５及び６は、ノズルのデザインにおける
重要なパラメーターを示している。両者はほぼ１４度の
角度Θを仮定しているが、一群のグラフ曲線が他の角度
に対してさらに発生し得ることが認識されるであろう。
「Ｘ」のしるしは、０．２５４ｃｍの寸法を示し、
「□」のしるしは０．３１８ｃｍの寸法を示し、「○」
のしるしは０．１２８ｃｍの寸法を示し、「△」のしる
しは０．０５ｃｍの寸法を示す。
重要なパラメーターを示している。両者はほぼ１４度の
角度Θを仮定しているが、一群のグラフ曲線が他の角度
に対してさらに発生し得ることが認識されるであろう。
「Ｘ」のしるしは、０．２５４ｃｍの寸法を示し、
「□」のしるしは０．３１８ｃｍの寸法を示し、「○」
のしるしは０．１２８ｃｍの寸法を示し、「△」のしる
しは０．０５ｃｍの寸法を示す。
【００１６】図５は、岐点圧Ｐの関数としてのノズルの
出口面における空気のマッハ数（Me）のグラフである。
破線４０の左側では衝撃波は形成しない。破線４１より
上では、衝撃波は生じるが、ノズル領域の外側で生じ
る。（図３の出口面３６の右の方で）かくして、それら
の２つの境界線の範囲内に入る特定の圧力のために口の
寸法を選ぶことが望ましい。
出口面における空気のマッハ数（Me）のグラフである。
破線４０の左側では衝撃波は形成しない。破線４１より
上では、衝撃波は生じるが、ノズル領域の外側で生じ
る。（図３の出口面３６の右の方で）かくして、それら
の２つの境界線の範囲内に入る特定の圧力のために口の
寸法を選ぶことが望ましい。
【００１７】図６は、岐点圧Ｐの関数としての流量Ｍの
グラフである。今度も、衝撃波は破線４３の左側では形
成されず、破線４２より上ではノズルの外側で形成す
る。口の寸法は、空気を効果的に加熱するために望まし
い圧力で流量を十分小さく保つようなものとされること
が認識されるであろう。代表的なハンダならし装置にお
いて、流量を０．４５３ｋｇ／秒（１ライブラ／秒）よ
り下に保つことが通常望ましい。かくして、例えば２．
１９ｋｇ／ｃｍ2 （３０ＰＳＩ）の圧力では、口の寸法
は０．１２８ｃｍに選ばれたが、開口部は０．０５〜
０．３ｃｍの範囲が適切である。
グラフである。今度も、衝撃波は破線４３の左側では形
成されず、破線４２より上ではノズルの外側で形成す
る。口の寸法は、空気を効果的に加熱するために望まし
い圧力で流量を十分小さく保つようなものとされること
が認識されるであろう。代表的なハンダならし装置にお
いて、流量を０．４５３ｋｇ／秒（１ライブラ／秒）よ
り下に保つことが通常望ましい。かくして、例えば２．
１９ｋｇ／ｃｍ2 （３０ＰＳＩ）の圧力では、口の寸法
は０．１２８ｃｍに選ばれたが、開口部は０．０５〜
０．３ｃｍの範囲が適切である。
【００１８】この例において、ほぼ２対１の（面３６に
おける）出口の領域対（スリット３５における）口の領
域の比率は、分岐部分の長さがほぼ０．５ｃｍとなるべ
く仮定された。もちろん、個々の必要に応じて他の値を
選択し得る。
おける）出口の領域対（スリット３５における）口の領
域の比率は、分岐部分の長さがほぼ０．５ｃｍとなるべ
く仮定された。もちろん、個々の必要に応じて他の値を
選択し得る。
【００１９】本発明の種々の付加的変更が当業者のため
に明白になるであろう。例えば、空気を流動体として使
用したが、他の流動体を使用しても良い。本発明が技術
を促進した教えを根本的に当てにする、全てのそのよう
な変形は本発明の範疇内と当然みなされる。
に明白になるであろう。例えば、空気を流動体として使
用したが、他の流動体を使用しても良い。本発明が技術
を促進した教えを根本的に当てにする、全てのそのよう
な変形は本発明の範疇内と当然みなされる。
【図１】本発明を利用し得る公知のプリント回路基板の
平面図である。
平面図である。
【図２】一実施例に従って本発明を実施するための装置
の略図である。
の略図である。
【図３】本発明の一実施例に従うノズル組立品のより詳
細な断面図である。
細な断面図である。
【図４】図３のノズル組立品の一部を切り払った正面斜
視図である。
視図である。
【図５】本発明に従う種々の装置に対する岐点圧の関数
としてのマッハ数のグラフである。
としてのマッハ数のグラフである。
【図６】同一実施例に従う岐点圧の関数としての流量の
グラフである。
グラフである。
１０ 基板 ２０ 取付具 ２１ 貯蔵器 ２２ ハンダ槽 ２３、２４ ノズル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05K 3/34 H05K 3/24
Claims (13)
- 【請求項１】 ハンダ槽（２１）に基板を挿入する過程
と、基板が前記ハンダ槽から移される時に少なくとも１
つの表面へ流動体流を向ける過程とから成る、２つの主
表面を有するプリント回路基板（１０）を製作する方法
において、前記流動体流が、ノズル内に衝撃波を生じる
ようにノズル（３２）を通って向けられることを特徴と
する方法。 - 【請求項２】 流動体が空気である請求項１記載の方
法。 - 【請求項３】 空気が２２０〜２７０℃の温度範囲で加
熱される請求項２記載の方法。 - 【請求項４】 流動体の岐点圧が１．５〜３．０ｋｇ／
ｃｍ2 の範囲内である請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 ノズル出口における流動体のマッハ数が
０．８より少ない請求項１記載の方法。 - 【請求項６】 流動体が、開口部（３５）に集中しかつ
衝撃波を生じるように前記開口部から特定の角度（Θ）
で分岐するノズルヘッド（３２）を通って向けられる請
求項１記載の方法。 - 【請求項７】 衝撃波がノズルの分岐部分で生じる請求
項１記載の方法。 - 【請求項８】 流動体が基板の主表面の両方に同時に向
けられる請求項１記載の方法。 - 【請求項９】 基板（１０）の表面へ流動体を向けるた
めの少なくとも１つのノズル組立品を含む、基板から余
分なハンダを除去するための装置において、前記ノズル
組立品が、ノズルへ流動体を配達する手段（３０）と、
該配達手段から離れた口（３５）に集中し、次に該口を
通る流動体通過に対して衝撃波を生じるように前記口か
ら一定の角度（Θ）で分岐するノズルヘッド（３２）と
から成ることを特徴とする装置。 - 【請求項１０】 ノズルの分岐部分が１０〜２０゜の範
囲内の角度を形成する請求項９記載の装置。 - 【請求項１１】 配達手段がその一部に縦のスリットを
有する円筒形のパイプを含む請求項９記載の装置。 - 【請求項１２】 口が０．０５〜０．３ｃｍの範囲の幅
を有する長方形である請求項９記載の装置。 - 【請求項１３】 口の長さが０．２５〜０．７５ｍの範
囲内である請求項１２記載の装置。
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