JP3205301B2 - 赤外線ヒータおよびそれを用いたはんだ付け装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、赤外線ヒータお
よびそれを用いたはんだ付け装置に関し、特に、プリン
ト配線板にはんだペーストを塗布すると共に電子部品を
載置した後、プリント配線板と電子部品を加熱して電子
部品をプリント配線板にはんだ付けするリフローソルダ
リング（reflow soldering）技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、プリント配線板と、表面実装部品
（ＳＭＤ：Surface Mounted Device）との組立てにおい
て、ＳＭＤをリフローソルダリングによってプリント配
線板に導電接続するとともに機械的に固定する技術が知
られている。

【０００３】すなわち、リフローソルダリングにおいて
は、予めプリント配線板のパッドに、はんだペースト
（クリームはんだともいう）を印刷しておき、ＳＭＤを
搭載してパッドとＳＭＤのリード端子とを位置合わせし
た後、プリント配線板をリフロー装置（加熱装置）に導
入する。

【０００４】プリント配線板は、コンベアによりリフロ
ー装置内を搬送され、一定時間後にリフロー装置から排
出される。リフロー装置内では熱衝撃を緩和する予備加
熱が行われ、それに続くリフロー加熱（本加熱）によっ
てはんだが溶解し、その後の自然冷却（又は強制冷却）
を経てプリント配線板とＳＭＤとが接合される。

【０００５】そして、この場合、はんだ付けを行なうリ
ード端子やボンディングパッドは赤外線反射率の高い金
属からなるため、直接加熱ではんだペーストをはんだ付
け温度にまで昇温させることは困難であり、プリント配
線板からの熱伝導とＳＭＤからの熱伝導によりはんだペ
ーストの温度をはんだ付け温度にまで昇温させてはんだ
付けが行なわれている。通常、はんだの融点は１８３℃
であるので、はんだ付け温度としては、一般にはんだの
融点より３０〜５０℃高い２１０〜２３０℃が設定され
ている。

【０００６】このような従来のはんだ付け（リフロー）
装置は、予備加熱ゾーン及びリフロー（本加熱）ゾーン
にそれぞれ赤外線放射ヒータが組み付けられており、各
赤外線放射ヒータの出力調整によって搬送期間中の温度
プロファイルを設定できるように構成されている（特開
昭６２−２０３６６９号、特開平１−２５４３８３号公
報参照）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年多様な
ＳＭＤをプリント基板上に多量に搭載する要求が増大し
ているため、これに対応して熱容量が異なる多数のＳＭ
Ｄをプリント基板に能率的に、かつ確実にはんだ付けす
る方法や装置が求められている。一方、大型のプリント
基板にＳＭＤをはんだ付けする場合もあり、能率的に加
熱する方法、装置が求められている。

【０００８】しかしながら、従来のはんだ付け方法や装
置は、次のような問題点を有する。 （１）赤外線放射ヒータの出力の設定が低ければ、大型
（熱容量の大きい）ＳＭＤが配置された領域において、
はんだ接合部の温度がはんだ付け温度に達せずに加熱不
足が生じる。そして、そのような加熱不足を避けるた
め、ヒータの出力を増大して大型ＳＭＤのはんだ接合部
を十分に加熱しようとすると、プリント配線板および熱
容量の小さい小型ＳＭＤが過熱状態になり、プリント配
線基板の配線導体の断線やクラック、および小型ＳＭＤ
の損傷や特性劣化などを生じる。 （２）プリント配線板が大型化すると、多くの接合部を
一様に加熱して満足な接合を得ることが難しい。

【０００９】

【課題を解決するための手段およびその作用】この発明
は、（ａ）プリント基板とＳＭＤの各温度上昇を選択的
に制御することが可能なはんだ付け方法および装置、
（ｂ）大型プリント配線板を一様に加熱できる赤外線ヒ
ータ、および（ｃ）赤外線を吸収し易いはんだペース
ト、を提供し、それらを単独に又は組合せて用いること
により、上記問題点を解決するものである。

【００１０】この発明は、熱伝導板と、熱伝導板の下方
に設けられ熱伝導板を加熱する抵抗発熱体と、熱伝導板
の上面に形成され熱伝導板からの熱を受けて赤外線を放
射する赤外線放射層と、熱伝導板と赤外線放射層との間
に介在する緩衝層とからなり、その緩衝層は、熱膨張率
が熱伝導板と赤外線放射層との間にあることを特徴とす
る赤外線ヒータを提供するものである。さらに、この発
明は、加熱炉と、加熱炉内に設けられた前記赤外線ヒー
タと、上面にはんだペーストが塗布されると共に電子部
品が設置されたプリント配線板を加熱炉内で支持する支
持手段とを備えたはんだ付け装置を提供するものであ
る。

【００１１】この発明における加熱炉は、トンネル式の
コンベア付加熱炉であることが好ましく、内部に予備加
熱ゾーンと本加熱（リフロー加熱）ゾーンとが、加熱炉
の入口から出口に向って直列に配置されることが望まし
い。

【００１２】はんだペーストを塗布して電子部品を載置
したプリント配線板が、ヒータから、受ける熱衝撃を抑
制するために、プリント配線板と電子部品は、許容値以
下の温度上昇速度で、はんだの溶融点より低い所定温度
（例えば、１３０℃〜１６０℃）まで予備加熱され、所
定時間（例えば、１分間）だけその温度に保持されるこ
とが好ましい。

【００１３】次に、本加熱により、プリント配線板およ
び電子部品はさらに加熱され、プリント配線板および電
子部品からの熱伝導によって、プリント配線板と電子部
品との接合部温度がはんだ付け温度まで上昇して接合部
のはんだ付けが行われることが好ましい。

【００１４】加熱炉には第１および第２ヒータが設けら
れるが、これらのヒータは、放射エネルギーのスペクト
ルが互に異なる。そして、第１ヒータは、第１ヒータの
赤外線の方が、プリント配線板に対して第２ヒータの赤
外線よりも多く吸収されるスペクトルを有し、第２ヒー
タは、第２ヒータの赤外線の方が電子部品に対して第１
ヒータの赤外線よりも多く吸収されるスペクトルを有す
る。

【００１５】そこで、第１および第２ヒータの出力を制
御することにより、予備加熱においてプリント配線板と
電子部品の温度上昇を選択的に制御することが可能とな
る。従って、プリント配線板と電子部品との温度差を所
望範囲に制限した状態で、本加熱を開始することがで
き、本加熱においても両者間に大きい温度差を生じるこ
となく接合部を適切なはんだ付け温度に到達させる。

【００１６】本発明によりはんだ付けする対象は、プリ
ント配線板と電子部品（ＳＭＤ）であるが、プリント配
線板は、図４に示すように、２．５μｍ以上の波長の赤
外線を大きく吸収する吸収スペクトルを有し、電子部品
は、図５に示すように２．５μｍより短い波長の赤外線
を大きく吸収する吸収スペクトルを有する。これらの吸
収スペクトルの特性から、第１ヒータは遠赤外線放射ヒ
ータであり、その放射スペクトルは、２．５μｍ以上の
波長領域において最大値を示すことが好ましく、５〜８
μｍの波長領域において最大値を示すことがさらに好ま
しい。

【００１７】また、第２ヒータは、近赤外線放射ヒータ
であり、その放射スペクトルは、２．５μｍより短い波
長領域において最大値を示すことが好ましく、１〜２μ
ｍの波長領域において最大値を示すことがさらに好まし
い。第２ヒータには、例えば、ハロゲンランプを用いる
ことができる。

【００１８】また、加熱炉にはさらに本加熱用の第３ヒ
ータを備えていてもよい。この場合、第３ヒータは、上
記遠赤外線および近赤外線放射ヒータの少くともいずれ
か一つから構成されるとよい。それは、プリント板およ
び電子部品の温度上昇特性は本加熱での加熱よりも、予
備加熱での加熱特性の影響を大きく受けるためである。

【００１９】第１ヒータには、この発明の赤外線ヒータ
を用いることができる。つまり、熱伝導板と、熱伝導板
の下方に設けられ熱伝導板を加熱する発熱体と、熱伝導
板の上面に形成され熱伝導板からの熱を受けて赤外線を
放射する赤外線放射層からなるパネルヒータを用いるこ
とができる。

【００２０】この赤外線放射層から放射される赤外線
は、５〜８μｍの波長領域において最大値を示すスペク
トルを有することが好ましい。赤外線放射層は酸化アル
ミニウムから形成され、赤外線放射層の表面が２μｍ以
下の粗さを有することが好ましい。これは、表面が２μ
ｍより大きい粗さを有すると放射スペクトルが近赤外線
の方へ移行するためである。

【００２１】また、熱伝導板は５０ｗ／（ｍ・ｋ）以上
の熱伝導率を有することが好ましい。熱伝導率の高い熱
伝導板を用いるのは、被加熱物により奪われる熱量を速
やかに赤外線放射層に補給して、赤外線放射層の表面温
度を均一化するためでる。このような熱伝導板は、アル
ミニウム、モリブデン、銅、グラファイト又は窒化アル
ミニウムにより形成することができる。

【００２２】このパネルヒータは、熱伝導板と赤外線放
射層との間に介在する緩衝層を有し、その緩衝層は、熱
膨張率において熱伝導板と赤外線放射層との間にあるこ
とが好ましい。例えば、アルミニウムの熱伝導板（熱膨
張率２４×１０^-6Ｋ^-1）と、酸化アルミニウムの赤外線
放射層（５．４×１０^-6Ｋ^-1）との間には、ニクロム層
（１７×１０^-6Ｋ^-1）を介在させるようにすればよい。

【００２３】プリント配線板に塗布するはんだペースト
には、はんだ粉末とフラックスとを混練した表２に示す
ような通常のものを用いることができる。はんだペース
トには、特別に、フラックスに黒色顔料を含むものを用
いてもよい。黒色顔料とは、例えば、カーボンブラッ
ク、酸化鉄又はそれらの混合物であり、はんだペースト
の１〜５重量％を添加するとよい。

【００２４】はんだペーストに黒色顔料が含まれる場合
には、プリント配線板のはんだペーストが、ヒータから
の赤外線を積極的に吸収して接合部を加熱するので、ヒ
ータはプリント配線板および電子部品を補助的に加熱す
るだけでよい。従ってはんだ付け時（リフロー時）のプ
リント配線板および電子部品の温度が低く設定される。

【００２５】第１ヒータが、前述のように、熱伝導板と
熱伝導板の下方に設けられ熱伝導板を加熱する発熱体
と、熱伝導板の上面に形成された赤外線放射層からなる
パネルヒータである場合には、プリント配線板に塗布す
るはんだペーストに前記赤外線放射層を形成する材料と
同じ材料の粉末を含むものを用いてもよい。

【００２６】この場合には、はんだペースト自身が第１
ヒータから吸収する赤外線と同じスペクトルの赤外線を
放出し、接合部を効率よく加熱するので、第１および第
２ヒータはプリント配線板および電子部品を補助的に加
熱するだけでよいことになる。

【００２７】また、上述のパネルヒータのみを用いては
んだ付け処理を行っても、プリント配線板と電子部品を
過加熱することなく、接合部を最適温度に上昇させるこ
とができる。

【００２８】はんだペーストに含まれる赤外線放射層の
粉末の好ましい平均粒径は５〜５０μｍであり、はんだ
ペーストの１〜５０重量％だけ添加することができる。
パネルヒータの赤外線放射層は、酸化アルミニウムの他
に、ジルコン、酸化チタン、酸化クロム、酸化ケイ素、
酸化ニッケルおよびこれらの混合物のいずれかから形成
されてもよい。

【００２９】次に、本発明のプリント配線板には、ガラ
スエポキシ基板やソルダレジスト処理した各種基板を用
いることができる。これらは、第１ヒータの赤外線をと
くに吸収する吸収スペクトルを有するからである。

【００３０】また、プリント配線板に設置される電子部
品とは、例えば、チップ部品（セラミックコンデンサや
抵抗）、メタルシールドパッケージ、ＳＯＰ（Small Ou
tline Package）やＱＦＰ（Quad Flat Package）のよう
な表面搭載部品（ＳＭＤ）である。

【００３１】さらに、加熱炉にプリント配線板を搬送す
るコンベアを設ける場合には、コンベアは、プリント配
線板を点接触で支持する支持部材を備えることが好まし
い。これは、プリント配線板がコンベアに奪われる熱を
最小限に抑制できるからである。第１、第２および第３
ヒータの出力の制御は、例えば、電圧調整器により行う
ことができる。

【００３２】

【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明
を詳述する。これによってこの発明が限定されるもので
はない。Ａ．はんだ付け装置およびはんだ付け方法 この発明のはんだ付け装置およびはんだ付け方法につい
て実施例１〜３により説明する。

【００３３】実施例１ 図１は実施例１のはんだ付け装置１００を示す模式図で
ある。図１において、加熱炉３０は、長さが約３ｍあ
り、内部に予備加熱ゾーンＺ１と本加熱ゾーン（リフロ
ーゾーン）Ｚ２を備えると共にコンベア１０を備える。
コンベア１０はプリント板５を支持して矢印Ｍ１の方
向、つまり、予備加熱ゾーンＺ１から本加熱ゾーンＺ２
の方向へ搬送する。

【００３４】２つの遠赤外線放射ヒータ５０と６つの近
赤外線放射ヒータ４０は、プリント配線板５の搬送路を
上下から挟むように、搬送方向に沿って２行４列の形式
で配置される。上下方向に対向する各組のヒータは同一
種類としている。遠赤外線放射ヒータ５０の１組と近赤
外線放射ヒータ４０の１組を予備加熱に用い、残りの２
組を本加熱（リフロー加熱）に用いる。なお、搬送方向
のヒータ配列間隔は５０ｍｍであり、各ヒータ４０，５
０とプリント配線板５との間隔も５０ｍｍである。

【００３５】近赤外線放射ヒータ４０および遠赤外線放
射ヒータ５０の入力電圧は、それぞれ電圧調整器４０ａ
と５０ａによって制御される。近赤外線放射ヒータ４０
は、ハロゲン系元素又はそれらの化合物を封入した４本
の管形ハロゲンランプ（直径：１５ｍｍ、長さ：５００
ｍｍ）を、方形枠体の中に５０ｍｍの間隔を設けて平行
に並べて固定したパネル形ハロゲンヒータである。図１
２に示されるように、近赤外線放射ヒータ４０の放射ス
ペクトルのピーク波長は、ほぼ１．２５〜１．６μｍで
ある。

【００３６】また、遠赤外線放射ヒータ５０には、後述
の実施例４又は５に示すパネルヒータを用いる。なお、
遠赤外線放射ヒータ５０としては、プリント基板に対す
る吸収性及び熱効率の点で放射ピーク波長が５〜８μｍ
のものが好適であるが、３〜１５μｍのものであれば適
用可能である。

【００３７】次に、プリント配線板５として、表１に示
す各種のＳＭＤ（Surface MountedDevice）の搭載が可
能なガラスエポキシ基材（ＦＲ−４）からなる基板を用
意し、その各パッド（金メッキパッド）にメタルマスク
を用いてはんだペーストを印刷した後、ＳＭＤを基板上
の所定位置に載置する。なお、基板サイズは２５０×２
５０×１．６ｍｍであり、予め、基板の両面にはパッド
を除いてドライフィルムタイプのソルダレジストが設け
られている。なお。表１においてＱＦＰはQuadFlat Pac
kage、ＳＯＰはSmall Outline Packageである。

【表１】

【００３８】また、はんだペーストは、平均粒径が５０
μｍのはんだの粉末をフラックスに加えて十分に混和し
た従来のものであり、その詳細な組成は、表２に示す通
りである。なお、このはんだの融点は１８３℃である。

【表２】

【００３９】コンベア１０は、図２に示すように、２本
のチェン１０ａに直径１ｍｍのステンレス製のＬ字形支
持部１０ｂを備え、プリント配線板５を裏面から支持部
１０ｂの尖端部で支持して搬送するようになっている。
つまり、コンベア１０はプリント配線板５を点接触で支
持するので、プリント配線板５から支持部１０ｂを介し
てチェン１０ａに奪われる熱量を最小限に抑制すること
ができる。

【００４０】そして、ＳＭＤを載置した状態のプリント
配線板５を、コンベア１０によって毎分０．３〜０．５
ｍの一定速度で搬送しながら、上述の２種のヒータ４
０，５０によって加熱する。各ヒータ４０，５０の出力
設定は次のように行う。

【００４１】予備加熱ゾーンＺ１における一対の遠赤外
線放射ヒータ５０については、赤外線放射面温度（ヒー
タ表面温度）が５００℃となるように供給電力を設定す
る。予備加熱ゾーンＺ１の一対の近赤外線放射ヒータ４
０については、各々の印加電圧を１００Ｖ（入力電力
１．２ＫＷ）とする。また、はんだを溶解させるための
リフローゾーンＺ２に設けられた２対の近赤外線放射ヒ
ータ４０については、各々印加電圧を１３０Ｖ（入力電
力１．５ＫＷ）とする。

【００４２】以上の条件によるはんだ付け作業を行い、
１６０ピンＱＦＰ型ＳＭＤのパッケージ表面の温度（部
品温度）、接合対象であるＳＭＤのリード端子の温度
（接合部温度）、及びプリント配線板５の表面の温度
（基板温度）をそれぞれ熱電対によって連続的に測定す
る。

【００４３】図３はこの測定によって得られた温度プロ
ファイルを示すグラフである。図３に示されるように、
市販のＳＭＤに対して要求される予備加熱条件、すなわ
ち１３０〜１６０℃の温度状態を１分以上保持して予備
加熱するという条件は満足されている。そして、温度が
最も上がりにくい部品である１６０ピンＱＦＰの最高温
度は１８９℃であり、この時の接合部温度は、１９６℃
を示し、基板の最高温度は２０７℃を示している。つま
り、接合部は確実にはんだが溶解する融点以上の適度の
温度に達しており、しかもプリント配線板５と接合部と
の最高温度の差はわずかに１１度であって、基板温度も
低く押えられている。さらに、部品温度と比べて早い時
点で基板温度の方がはんだの融点を越えている。

【００４４】図３の温度プロファイルによって裏付けら
れるように、上記の装置と方法で得られたプリント配線
板とＳＭＤとの組立体については、ソルダリングの結果
が全てのＳＭＤについて良好であり、ウイッキング及び
その他の接合不良は見られない。

【００４５】一方、比較例として、図１の加熱炉３０に
８つの遠赤外線放射ヒータ５０を用意し、それらを実施
例１と同様に２行４列に配置する。そして、実施例１と
同様のプリント配線板５に対して、各遠赤外線放射ヒー
タの出力設定を電圧調整器５０ａによって種々変更して
ソルダリングを行う。

【００４６】その結果、最も温度が上がりにくい部品で
ある１６０ピンＱＦＰの温度が実施例１と同じ１８９℃
とした場合において、接合部温度は１９６℃になった。
また、最高の基板温度は２４０℃であり、接合部との温
度差は４４度であった。これらのことから、予備加熱に
おいて遠赤外線放射ヒータ５０と近赤外線放射ヒータ４
０とはプリント配線板とＳＭＤにそれぞれ吸収されやす
い波長の赤外線を放射するので、プリント基板とＳＭＤ
の各温度が選択的に制御できることが分かる。

【００４７】図４はプリント配線基板５に被覆されるソ
ルダレジストの吸収スペクトルを示し、図５はＱＦＰの
吸収スペクトルを示している。また、図１２の曲線
（ａ）と（ｃ）は、それぞれ遠赤外線放射ヒータ５０と
近赤外線放射ヒータ４０の放射スペクトル特性を示して
いる。これらのスペクトルは上記の効果を裏付けるもの
である。

【００４８】つまり、この実施例によれば、従来のよう
に予備加熱において遠赤外線放射ヒータのみを用いる場
合と比べて、ＳＭＤの昇温が速やかになって接合部から
ＳＭＤボディーへの熱拡散が弱まり、それによって、プ
リント配線板５からの熱電導に大きく依存することな
く、本来の加熱対象である接合部が十分に昇温するの
で、プリント配線板５の昇温を抑えても接合に支障のな
いことが分かる。また、本効果により、プリント配線板
５の昇温を抑えることにより、小型部品（ＳＯＰやチッ
プ部品など）の過加熱を抑制できる。

【００４９】実施例２ 図６は実施例２を示す模式図である。図６に示す加熱炉
３０において、実施例１で用いた近赤外線放射ヒータ４
０および遠赤外線放射ヒータ５０を２組ずつ合計８つ用
意し、プリント配線板５の搬送路を上下から挟むよう
に、搬送方向Ｍ１に沿って、２行４列の形式で配置し
た。上下方向に対向する各組のヒータは同一種類であ
る。そして、遠赤外線放射ヒータ１組及び近赤外線放射
ヒータ１組を予備加熱に用いることとし、残りの２組を
リフロー加熱に用いることとした。その他の構成は実施
例１と同等である。

【００５０】そして、上述の実施例１と同様のプリント
配線板５を毎分０．３〜０．５ｍの一定速度で搬送しな
がら加熱し、ＳＭＤのソルダリングを行う。各ヒータ４
０，５０の出力設定は次のように行う。

【００５１】予備加熱ゾーンＺ１の２つの遠赤外線放射
ヒータ５０については、各々の表面温度が５００℃にな
るように供給電力を設定する。予備加熱ゾーンＺ１の２
つの近赤外線放射ヒータ４０については、各々印加電圧
を１００Ｖ（入力電力１．２ＫＷ）とする。リフローゾ
ーンＺ２の２つの遠赤外線放射ヒータ５０については、
各々の表面温度が３６０℃となるように供給電力を設定
する。リフローゾーンＺ２の２つの近赤外線放射ヒータ
４０については、各々印加電圧を１３０Ｖ（入力電力
１．５ＫＷ）とする。

【００５２】以上の条件のはんだ付け処理においても、
全てのＳＭＤについて接合状態は良好であった。また、
熱容量が大きいため最も温度が上がりにくい１６０ピン
ＱＦＰの部品の最高温度は１８０℃であり、その接合部
の温度は１９６℃であり、基板温度は２０６℃に抑えら
れていた。

【００５３】実施例３ 図７は実施例３を示す模式図である。近赤外線放射ヒー
タ４０を２つ及び遠赤外線ヒータ５０を６つ、計８つ用
意し、プリント配線板５の搬送路を上下に挟むように、
搬送方向Ｍ１に沿って、２行４列の形式で配置する。上
下方向に対向する各組のヒータは同一種類とする。そし
て、遠赤外線放射ヒータ５０及び近赤外線放射ヒータ４
０の各１組を予備加熱に用いることとし、２組の遠赤外
線放射ヒータ５０をリフロー加熱に用いる。そして、実
施例１と同様にプリント配線板５を毎分０．３〜０．５
ｍの一定速度で搬送しながら加熱し、ＳＭＤのはんだ付
けを行う。

【００５４】各ヒータ４０，５０の出力設定は次の通り
である。予備加熱ゾーンＺ１の２つの遠赤外線放射ヒー
タ５０については、各ヒータ表面温度が５００℃となる
ように供給電力を設定する。予備加熱ゾーンＺ１の２つ
の近赤外線放射ヒータ４０については、各印加電圧を１
２０Ｖ（入力電力１．４ＫＷ）とする。リフローゾーン
Ｚ２の４、遠赤外線放射ヒータについては、４つとも表
面温度を３６０℃とする。

【００５５】以上の条件のはんだ付け処理においても、
全てのＳＭＤについて接合状態は良好であった。また、
熱容量が大きく、最も温度の上がりにくい１６０ピンＱ
ＦＰの部品の最高温度は１８０℃であり、その接合部の
温度は１９６℃であり、基板温度は２０７℃に抑えられ
ていた。

【００５６】実施例３によれば、本加熱ゾーンＺ２にお
いて、遠赤外線放射ヒータ５０のみを用いているが、ソ
ルダリング時の基板温度は部品温度の上昇よりも高くな
るため、はんだのウイッキングは、起こり難い。

【００５７】実施例１〜３によれば、予備加熱ゾーンＺ
１において、遠赤外線放射ヒータ５０を近赤外線放射ヒ
ータ４０に対して入口側に配置し、初期加熱手段として
遠赤外線放射ヒータ５０を用いたので、パッドよりもリ
ード端子が早期に高温になることに起因して、はんだが
ＳＭＤのボディー側に吸い上げられるウイッキング現象
を防止することができる。

【００５８】また、実施例１〜３によれば、近赤外線放
射ヒータ４０として、１０００℃を越える発熱体を有し
波長が２μｍ以下の近赤外線放射を強く射出するハロゲ
ンヒータを用いたので、図５に示す吸収スペクトルを有
する大型のＳＭＤを効率的に加熱することができる。

【００５９】さらに、遠赤外線放射ヒータ５０として、
波長が５〜８μｍの範囲の遠赤外線を強く射出するアル
ミナヒータを用いたので図４に示す吸収スペクトルを有
するプリント配線板５を効率的に加熱することができ
る。小型のＳＭＤに関しては熱容量が小さいため小型Ｓ
ＭＤの昇温特性は基板温度の高低に大きく左右される。
本発明によれば基板の温度上昇を従来より低く抑えるこ
とができるため、小型ＳＭＤの過加熱を抑制できる。

【００６０】実施例１〜３において、予備加熱ゾーンＺ
１における近赤外線放射ヒータ４０及び遠赤外線放射ヒ
ータ５０の配列数、配列順序、配列間隔などは用途に応
じて種々変更することができる。例えば、搬送方向Ｍ１
に沿って３つ以上の赤外線放射ヒータを配置してもよ
い。本加熱ゾーンＺ２においても、搬送方向Ｍ１に沿っ
て、２つ以上の赤外線放射ヒータを配置してもよい。

【００６１】実施例１〜３において、熱風加熱法を併用
すれば、プリント配線板５における温度分布をより均一
化することができる。また、搬送路の両端にラビリンス
などのガス流出防止機構を設け、加熱炉内を循環させる
熱媒体として不活性ガスを用いることによって、はんだ
接合部の酸化を防止してもよい。

【００６２】実施例１〜３の発明によれば、プリント配
線板と回路部品との温度差が小さい最適のプロファイル
を容易に実現することができ、ソルダリング中における
プリント配線板の過熱及び回路部品の特性劣化を防止す
ることができ、さらに、プリント配線板の温度を回路部
品の温度よりもやや高めに過熱して、ウイッキングの発
生を防止することができるので、はんだ付け工程による
組立体の歩留りを高めることができる。

【００６３】Ｂ．遠赤外線放射パネルヒータ この発明の遠赤外線放射パネルヒータについて実施例４
〜９により説明する。実施例４ 図８は、遠赤外線放射パネルヒータの構成を示す斜視図
であり、断熱板５１の上面に熱伝導板５２が設置され、
熱伝導板５２の上面には、緩衝層５４と赤外線放射層５
５が順次積層されている。そして、シーズヒータ（ニク
ロム線ヒータ）５３が熱伝導板５２の下面に形成された
溝に挿入され、断熱板５１によって押圧固定されてい
る。

【００６４】このヒータは次のようにして製作される。
まず、工業用純アルミニウム板（５５０×５５０×２０
ｍｍ）の上面をサンドブラスト処理により２０〜３０μ
ｍの粗さに仕上げ、下面にシーズヒータ５３を挿入する
溝を形成し、熱伝導板５２とする。このように熱伝導板
５２の上面を仕上げるのは、緩衝層５４との密着力を向
上させるためである。次に、熱伝導板５２の表面にニク
ロム粉末をプラズマ溶射し、緩衝層５４として、粗さの
底面から５０μｍの厚さの被膜を形成する。

【００６５】次に、緩衝層５４の上に酸化アルミニウム
粉末を溶射し、赤外線放射層５５として厚さ１００μｍ
の被膜を生成し、１３００℃で１時間の熱処理を施こ
す。この後、表面を研磨処理により２μｍ以下の粗さに
仕上げる。シーズヒータ５３を熱伝導板５２の下面の溝
に挿入し、熱伝導板５２を断熱板５１の上に重ねてヒー
タを完成させる。このヒータの容量は２００Ｖ，４ＫＷ
である。

【００６６】実施例５ 実施例４のアルミニウム板の代りに同サイズのモリブデ
ンの板を使用して、図８の熱伝導板５２を作成し、その
他は実施例４と同様に構成して、図８に示す構造のヒー
タを作成する。

【００６７】実施例６ 銅板（実施例４のアルミニウム板と同サイズ）の下面に
シーズヒータ５３を挿入する溝を形成し、銅板の全表面
にニッケルメッキを施こした後、実施例４と同様の処理
を施こして、図８の熱伝導板５２を作成する。その他は
実施例４と同様に構成して図８に示す構造のヒータを作
成する。なお、ニッケルメッキを施こすのは、加熱によ
って生じる銅の酸化を防止するためである。

【００６８】実施例７ グラファイトの板（実施例４のアルミニウム板と同サイ
ズ）の下面にシーズヒータ５３を挿入する溝を形成し、
全表面に炭化珪素（ＳｉＣ）粉末を溶射した後、実施例
４と同様の処理を施こして図８の熱伝導板５２を作成す
る。その他は実施例４と同様に構成して図８に示す構造
のヒータを作成する。炭化珪素を溶射するのは、加熱時
の酸化によるグラファイトの劣化を防止するためであ
る。

【００６９】実施例８ 実施例４のアルミニウム板の代わりに同サイズの窒化ア
ルミニウムの板を使用して図８の熱伝導板５２を作成
し、その他は実施例４と同様に構成して、図８に示す構
造のヒータを作成する。

【００７０】実施例９ 実施例４のアルミニウム板の代わりに同サイズの１％Ｎ
ｉ鋼の板を用いて実施例４と同様に処理して図８の熱伝
導板５２を作成し、その他は実施例４と同様に構成して
図８に示す構造のヒータを作成する。

【００７１】比較例１ 実施例４のアルミニウム板の代わりに同サイズのステン
レス（ＳＵＳ３０４）の板を用いて実施例４と同様に処
理して図８の熱伝導板５２を作成し、その他は実施例４
と同様に構成して、図８に示す構造のヒータを作成す
る。

【００７２】比較例２ 実施例４のアルミニウム板の代わりに同サイズのＭｎ−
Ｍｏ鋼（Ｅｎ１６）の板を用いて実施例４と同様に処理
して図８の熱伝導板５２を作成し、その他は実施例４と
同様に構成して図８に示す構造のヒータを作成する。

【００７３】比較例３ 実施例４において赤外線放射層５５を酸化アルミニウム
粉末の代わりに酸化クロム粉末を用いて形成し、その他
は実施例４と同様に構成して図８に示す構造のヒータを
作成する。

【００７４】加熱試験 次に、実施例４〜９および比較例１と２で作成された各
ヒータによる被加熱物の加熱試験を次のようにして行
う。被加熱物としてソルダレジストで被覆したガラスエ
ポキシ基板（４５０×４５０×１．６ｍｍ）を用いる。

【００７５】ヒータに通電してその表面の中央部の温度
が５００℃になるように飽和させてから、ヒータ表面に
対して５０ｍｍだけ離して基板を設置し、基板の被加熱
面の温度を図９に示す５ヶ所Ｔ１〜Ｔ５で測定すると同
時に、ヒータの表面温度を図１０に示す５ヶ所ｔ１〜ｔ
５で測定する。なお、図９において、Ｌ１は４５０ｍ
ｍ、Ｌ２は２２５ｍｍ、Ｌ３は１０ｍｍ、図１０におい
て、Ｌ４は５５０ｍｍ、Ｌ５は２７５ｍｍ、Ｌ６は３０
ｍｍとしている。

【００７６】基板温度の測定結果を表３に、ヒータ表面
温度の測定結果と放熱板材料の熱伝導率を表４に示す。
表３によれば、実施例４〜９については、基板の温度分
布のバラツキは２１０℃から１９８℃の範囲（温度幅１
２度）に納まっているのに対し、比較例１では温度分布
が２１０℃から１８５℃まで（温度幅２５度）、比較例
２では２１０℃から１９０℃まで（温度幅２０度）バラ
ツイている。

【表３】

【表４】

【００７７】通常使用されるはんだの融点が１８３℃で
あり、プリント配線板やＳＭＤの耐熱温度を考慮する
と、リフロー時のプリント配線板を１９５℃〜２１０℃
に設定することが望ましいが、比較例１および２では温
度分布が１５度以上にバラツイているため、この条件を
満足させることができない。

【００７８】表３と表４によれば、各ヒータの表面温度
分布のバラツキは、基板温度、分布のばらつきに対応す
ると共に、放熱板の熱伝導率が小さいほど大きくなるこ
とがわかる。結果的に、放熱板の熱伝導率としては、５
０ｗ／（ｍ・ｋ）以上であることが好ましいといえる。

【００７９】実施例４と比較例３の各ヒータを用いて前
述と同様にそれぞれ基板を加熱すると、基板の測定点Ｔ
１の温度の時間的変化は図１１の曲線（ａ）と（ｂ）の
ようになる。

【００８０】また、一般にヒータの放射する赤外線の波
長に対する放射エネルギーの特性つまり、放射スペクト
ルは、赤外線放射層の材質によって決定されることが知
られているが、実施例４と比較例３の各ヒータの放射ス
ペクトルは図１２の曲線（ａ）と（ｂ）のようになる。

【００８１】図１１と図１２で示される特性から、実施
例４のヒータ（酸化アルミニウム）は放射エネルギーの
ピークが６μｍの波長を有し、比較例３のヒータ（酸化
クロム）は放射エネルギーのピークが４μｍであるた
め、プリント配線板の吸収率の差によって、実施例４の
ヒータの方が比較例３のヒータにくらべてプリント配線
板を能率よく温度上昇させることがわかる。

【００８２】Ｃ．ハンダペースト この発明のハンダペーストについて実施例１０と１１を
用いて説明する。なお、実施例１０と１１のハンダペー
ストは実施例１〜３に適用することができる。実施例１
０ 表２に示す組成のフラックス８３ｇに平均粒径が５０μ
ｍのカーボンブラック２５ｇとはんだ粉末を５００ｇを
加え、充分に混合してはんだペーストを作成する。

【００８３】次に、プリント配線板としては、２０８ピ
ンのＱＦＰ（Quad Flat Package）を２５個搭載できる
金（Ａｕ）のボンディングパッドがパターン形成されパ
ッド以外がソルダレジストで被覆されたプリント配線板
を準備し、このパッド上にメタルマスクを介してはんだ
ペーストを印刷する。

【００８４】はんだ付けに使用するはんだ付け装置は、
図１３に示すが、これは図１に示すはんだ付け装置３０
の近赤外線放射ヒータ４０をすべて遠赤外線放射ヒータ
５０に置き換え、さらに、予備加熱ゾーンをＡゾーン、
Ｂゾーン、およびＣゾーンに区画し、本加熱ゾーンＺ２
をＤゾーンとしたものである。

【００８５】そして、Ａゾーン、Ｂゾーン、Ｃゾーンお
よびＤゾーンの各ヒータ表面温度を、それぞれ、３５０
℃、１５０℃、１５０℃、３５０℃に設定し、実施例１
と同様にプリント配線板５をコンベア１０で加熱炉３０
内に搬送してはんだ付け処理を行う。

【００８６】そして、プリント配線板５が、Ｄゾーンを
通過する際のはんだペーストの温度が２２０℃になるの
に必要な基板温度と部品温度を熱電対を用いて測定した
ところ、基板温度は２１０℃、部品温度は２００℃で、
いずれもはんだペーストの温度よりも低く、これよりプ
リント配線板や電子部品にダメージを与えることなくは
んだ付けできることが判った。次に、アセトンを用いて
プリント配線板の洗浄を行なった結果、フラックスと共
にカーボンブラックは除去され、綺麗なはんだ面を得る
ことができた。

【００８７】比較例 実施例１０において、ハンダペーストのみを表２に示す
組成の通常のハンダペーストに置換して準備したプリン
ト配線板を用いて、実施例１０と同様に図１３に示すは
んだ付け装置を用いてハンダ付け処理を行う。

【００８８】この際にプリント配線板５がＤゾーン通過
の際のはんだペーストの温度が２２０℃になる場合の基
板温度と部品温度を熱電対を用いて測定すると、基板温
度は２５０℃、部品温度は２１０℃となっており、基板
温度は、はんだ付けを行なう目標温度（２２０℃）より
も約３０℃高くなっていた。

【００８９】この実施例のハンダペーストを使用すれ
ば、プリント配線板や電子部品の温度を低く設定できる
ので、それらの温度によるダメージを緩和することがで
き、これによりそれらの組立体の信頼性を向上すること
ができる。

【００９０】実施例１１ まず、表２の組成のフラックスに、添加物（赤外線放射
材料）として３０ｇの酸化アルミニウム粉末（平均粒径
は５０μｍ）を添加混合した。

【００９１】このフラックスに５００ｇのハンダ粉末
（平均粒径は５０μｍ）を加え、十分に混和してハンダ
ペーストを作製した。ハンダの組成は、Ｓｎ６３重量％
−Ｐｂ３７重量％であり、融点は１８３℃である。

【００９２】次に、２５個のＱＦＰ（２０８ピン）を搭
載することが可能なサイズのプリント配線板を用意し、
その各パッド（金めっきパッド）にメタルマスクを用い
て上述のハンダペーストを印刷した後、２５個のＱＦＰ
をプリント配線板上の所定位置に載置する。なお、この
プリント配線板は各パッド以外がソルダレジストで覆わ
れている。

【００９３】そして、ＱＦＰが載置された状態のプリン
ト配線板を図１３に示すはんだ付け装置に導入する。な
お、図１３のはんだ付け装置において遠赤外線放射ヒー
タ５０は、実施例４のパネルヒータ（図８）を使用し、
ヒータ５０の遠赤外線放射層はハンダペーストの添加物
と同じ材料、すなわち酸化アルミニウムで形成されてい
る。

【００９４】そして、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各ゾーンのヒー
タ温度を、順に３５０℃、１５０℃、１５０℃、３５０
℃とし、ＱＦＰのハンダ付けを行う。その際、ＱＦＰ、
プリント配線板ハンダペーストの各温度を熱電対によっ
て測定する。ハンダ付けの結果（接合状態）は良好であ
った。そして、Ｄゾーン（リフロー時）におけるの最高
部品温度は２０１℃であり、最高基板温度は２０９℃で
あり、ハンダペーストの最高温度は２１９℃であった。
つまり、部品及び配線板の最高温度は、ハンダペースト
の最高温度よりも低かった。

【００９５】また、比較例として、赤外線放射材料を含
まないハンダペーストを用意し、それを上述の実施例１
１と同様のプリント配線板に塗布し、実施例１１と同様
にプリント配線板とＱＦＰのハンダ付けを行った。この
比較例のハンダペーストの組成は表５に示すとおりであ
る。

【表５】

【００９６】比較例においては、ハンダペーストを実施
例１１と同じ２２０℃まで加熱して完全に溶解させるた
めに、はんだ付け装置におけるＡ，Ｂ，Ｃ，およびＤの
各ゾーンのヒータ温度を順に３７０℃、１７０℃、１７
０℃、３７０℃とする必要があった。すなわち、上述の
実施例１１に比べて、加熱炉内の温度を全体的に高めに
設定しなければならなかった。そして、ハンダペースト
の最高温度が２２０℃の場合、最高部品温度は２１０℃
であり、最高基板温度はハンダペーストよりも高い２５
０℃であった。

【００９７】これらのことから明らかなように、赤外線
放射層５５と同種の赤外線放射材料をハンダペーストに
添加混合することにより、リフロー時にハンダペースト
を選択的に加熱することができる。これは、「物質は材
料特有の波長の赤外線を吸収し、吸収した波長と同じ波
長の赤外線を放射する」というキルヒホッフの法則に基
づくものである。これにより、部品及び基板温度の上昇
を抑えながらハンダを確実に溶融させることができる。

【００９８】なお、溶融中に赤外線放射材料はハンダと
分離し、ハンダが凝固して接合が完了した時点では、凝
固したハンダ層の表面に赤外線放射材料を含むフラック
スの被膜が現れる。この被膜は、必要に応じてエアーブ
ラッシングなどの洗浄処理により容易に除去できる。

【００９９】実施例１１のハンダペーストの添加物であ
る、酸化アルミニウム粉末に代えて、ジルコン、酸化チ
タン、酸化クロム、酸化ケイ素、酸化ニッケルの粉末を
用い、且つその添加物と同種の材料によって形成された
赤外線放射層を有して図８と同じように構成されたヒー
タを、ヒータ５０として設置した図１３のはんだ付け装
置によって実施例１１と同様にＱＦＰのハンダ付け処理
を行った。それらのいずれの場合にも、表６と表７にま
とめて示すように、実施例１１と同様の選択加熱効果が
認められた。

【表６】

【表７】

【０１００】なお、表６の（ ）外の数値は添加物の
平均径が５０μｍの場合の各温度を示し、（ ）内の
数値は平均径が５μｍの場合を示している。また、表７
の（）外の数値は添加物の添加量が１重量％の場合の各
温度を示し、（ ）内の数値は添加量が５０重量％の
場合を示している。

【０１０１】また、前記各実施例のはんだ付け装置（リ
フロー装置）１００は、図１４に示すソルダリングシス
テムの１部を構成するものである。ソルダリングシステ
ムは、はんだ付け装置１００の前段に、はんだ粉末とフ
ラックスと必要な添加物を混練する混練装置３００と、
ハンダペーストをプリント配線板に塗布する塗布装置２
００を備える。 そして、混練装置３００は、混練プロ
ペラを有する混練部と、粘性を調整するための加熱部か
ら構成する。

【０１０２】また、塗布装置２００は、混練装置３００
で作成されたハンダペーストを、メタルマスクを用いて
プリント配線板のバッドに印刷する。その際、メタルマ
スクの位置決めは画像認識位置合わせ法などによって行
われる。なお、塗布装置２００として、ディスペンサー
方式の装置を用いることもできる。

【０１０３】

【発明の効果】この発明によれば、 （１）プリント配線板と電子部品の温度制御を個別に行
うことができるので、両者の温度上昇および温度差を最
小限に抑制しながら、接合部を確実にはんだ付けするこ
とができる。 （２）温度分布が均一なパネルヒータを用いることによ
り、面積の大きいプリント配線板に多量の電子部品を歩
留りよくはんだ付けすることができる。 （３）はんだペーストに赤外線を吸収する材料を含有さ
せることにより、プリント配線板および電子部品の温度
を従来よりも低い温度に設定しても接合部を適切なはん
だ付け温度にすることができるので、耐熱温度の低いプ
リント配線板と電子部品を安全にはんだ付けできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の概略構成図である。

【図２】実施例１の要部詳細斜視図である。

【図３】実施例１の温度プロファイルを示すグラフであ
る。

【図４】プリント配線板の吸収スペクトル図である。

【図５】部品の吸収スペクトル図である。

【図６】実施例２の概略構成図である。

【図７】実施例３の概略構成図である。

【図８】パネルヒータの構成を示す斜視図である。

【図９】プリント配線板の温度測定位置を示す説明図で
ある。

【図１０】パネルヒータの温度測定位置を示す説明図で
ある。

【図１１】プリント配線板の温度の時間的変化を示すグ
ラフである。

【図１２】各種ヒータの放射スペクトル図である。

【図１３】実施例１０に用いるはんだ付け装置の構成図
である。

【図１４】この発明のはんだ付けシステムのブロック図
である。

【符号の説明】

５ プリント配線基板 １０ コンベア ３０ 加熱炉 ４０ 近赤外線放射ヒータ ４０ａ 電圧調整器 ５０ 遠赤外線放射ヒータ Ｚ１ 予備加熱ゾーン Ｚ２ 本加熱ゾーン

フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平6−135926 (32)優先日 平成６年６月17日(1994．6．17) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (56)参考文献 特開 昭60−7095（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−32184（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05B 3/10 B23K 1/005 F27D 11/02 H05B 3/62 H05K 3/34 507 H05B 3/20

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱伝導板と、熱伝導板の下方に設けられ
   熱伝導板を加熱する抵抗発熱体と、熱伝導板の上面に形
   成され熱伝導板からの熱を受けて赤外線を放射する赤外
   線放射層と、熱伝導板と赤外線放射層との間に介在する
   緩衝層とからなり、赤外線放射層は、ジルコン、酸化アルミニウム、酸化チ
   タン、酸化クロム、酸化ケイ素、酸化ニッケルおよびこ
   れらの混合物のいずれかからなり、表面粗さが２μｍ以
   下で、５〜８μｍの波長帯域において最大値を示す放射
   スペクトルを有し、 緩衝層は、熱膨張率が熱伝導板と赤外線放射層との間に
   あることを特徴とするリフロー用赤外線ヒータ。
2. 【請求項２】 熱伝導板が５０ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱
   伝導率を有する請求項１記載の赤外線ヒータ。
3. 【請求項３】 熱伝導板が、アルミニウム、モリブデ
   ン、銅、グラファイトおよび窒化アルミニウムのいずれ
   か１つからなる請求項１記載の赤外線ヒータ。
4. 【請求項４】 赤外線放射層が酸化アルミニウム粉末の
   容射により形成され、緩衝層がニクロム粉末の容射によ
   り形成されてなる請求項１記載の赤外線ヒータ。
5. 【請求項５】 加熱炉と、加熱炉内に設けられた赤外線
   ヒータと、上面にはんだペーストが塗布されると共に電
   子部品が設置されたプリント配線板を加熱炉内で支持す
   る支持手段とを備え、 赤外線ヒータは、熱伝導板と、熱伝導板の下方に設けら
   れ熱伝導板を加熱する抵抗発熱体と、熱伝導板の上面に
   形成され熱伝導板からの熱を受けて赤外線を放射する赤
   外線放射層からなり、 はんだペーストが赤外線放射層の材料の粉末を含有する
   ことを特徴とするはんだ付け装置。
6. 【請求項６】 赤外線放射層の材料の粉末の平均径が５
   〜５０μｍである請求項５記載のはんだ付け装置。
7. 【請求項７】 赤外線放射層の材料の粉末は、はんだペ
   ーストの１〜５０重量％だけはんだペーストに添加され
   る請求項５記載のはんだ付け装置。