JP3540767B2 - リフローノズル - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、BGAパッケージ等の電子部品を基板に取付けたり、或いは、電子部品を基板から取外す際に使用されるリフローノズルの技術分野に属するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、BGAパッケージ等の普及に伴い、基板に対する電子部品の取付けや取外しに際してリフローノズルが用いられている。この種のリフローノズルは、基板上で電子部品を覆うノズル部と、該ノズル部内に半田溶融用の加熱気体を導入する加熱気体導入部とを備えており、ノズル部の内部温度を半田溶融温度まで上昇させる。
【0003】
例えばBGAパッケージの取付けに際しては、基板上もしくはパッケージ下面に半田ボールを搭載する工程と、パッケージ上面を吸着ノズルで保持しながら基板上の所定位置に位置合せする工程と、リフローノズルのノズル部でパッケージを覆う工程と、ノズル部内に加熱気体を導入して半田ボールを溶融させる工程とを経てパッケージが基板に取付けられ、その際には、ノズル部内を均一に加熱して半田接合不良を防止すると共に、過剰な温度上昇によるパッケージの熱的ダメージを防止することが要求される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のリフローノズルでは、ノズル部内における加熱気体の流れをコントロールしていないため、加熱気体が予測不能な部位で滞留して部分的な温度低下を招いたり、パッケージが局部的に加熱される等の不都合がある。そのため、半田が均一に溶融せずに接合不良が生じる許りでなく、パッケージに許容範囲を越える熱的ダメージを与える可能性があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項1の発明は、基板上で電子部品を覆うノズル部と、該ノズル部の上方に設けられ、前記ノズル部内に半田溶融用の加熱気体を導入する加熱気体導入部とを備えるリフローノズルにおいて、前記加熱気体導入部の周囲に、周方向に所定間隔を存して複数の加熱気体吐出口を設けると共に、各加熱気体吐出口の吐出方向を、前記加熱気体導入部の中心に対して同方向に偏倚させて、前記ノズル部内に加熱気体の渦流を発生させるにあたり、前記各加熱気体吐出口は筒中心が上下方向を向く円筒部材の周面部に形成され、該円筒部材は、前記各加熱気体吐出口が形成される内筒部材と、該内筒部材の外周部を支持する外筒部材とで構成され、前記各加熱気体吐出口は、前記外筒部材の内周部に形成される環状の気体流路に連通することを特徴とするリフローノズルである。つまり、ノズル部内に加熱気体の渦流を発生させることにより、加熱気体が予測不能な部位で滞留して部分的な温度低下を招いたり、パッケージが局部的に加熱される等の不都合を回避でき、その結果、半田を均一に溶融させて接合不良を防止できる許りでなく、パッケージを熱的ダメージで壊すことも防止される。しかも、ノズル部内に加熱気体の渦流を発生させると、ノズル中心側の温度を意識的に下げることができるため、チップ埋込位置であるパッケージ中心部の加熱温度を抑制し、チップの熱破壊を防止することができる。また、加熱気体が円筒部材の内周面に沿って流れるため、加熱気体の流れを円滑にして渦流の発生を促進することができる。さらにまた、筒状部材における気体流路の形成が容易になり、しかも、内筒部材と外筒部材との位置合せを不要にして組立性も向上させることができる。
請求項2の発明は、請求項1において、前記内筒部材は、その下端部に前記ノズル部を一体的に備え、前記外筒部材は、前記内筒部材を縦軸回り方向に回動自在に支持すると共に、前記内筒部材を介して前記ノズル部の回動角を調整するノズル角調整機構を備えることを特徴とするリフローノズルである。つまり、ノズル部の回動角を任意に調整することが可能になり、しかも、ノズル部に加熱気体を導入するための筒状部材を利用してノズル部の回動角を調整するため、構造の簡略化を図ることができる。
【0006】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態の一つを図面に基づいて説明する。図面において、1は基板2に実装される電子部品3の取付けおよび取外しを行うリワーク機であって、該リワーク機1は、基板2を保持する基板保持装置4と、電子部品3を吸着して上下昇降させる電子部品保持装置5と、半田を溶融させる半田溶融装置6と、電子部品3を電子部品保持装置5の保持位置まで搬送する電子部品搬送装置7と、電子部品3の位置決めをする位置決め装置8と、各装置を制御するコントローラ(図示せず)とを備えて構成される。
【0007】
半田溶融装置6は、後述するリフローノズル9と、該リフローノズル9にステー10を介して連結されるブラケット11と、該ブラケット11を上下昇降自在に支持するガイドレール12と、上記ブラケット11を上下昇降させる昇降シリンダ13と、上記リフローノズル9に加熱気体を供給するパイプ14とを備えて構成される。電子部品3(BGAパッケージ)を基板2に取付ける場合は、基板2上もしくは電子部品3の下面に半田ボールBを搭載する工程と、該電子部品3の上面を電子部品保持装置5の吸着ノズル15に吸着させる工程と、吸着ノズル15を下降させて基板2の所定位置に電子部品3を位置合せする工程と、リフローノズル9を下降させて電子部品3を覆う工程と、リフローノズル9に加熱気体を導入して半田ボールBを溶融させる工程とが順次行われ、電子部品3が基板2の所定位置に半田接合される。
【0008】
リフローノズル9は、基板2上で電子部品3を覆うノズル部16と、該ノズル部16の上方に設けられ、ノズル部16内に半田溶融用の加熱気体を導入する加熱気体導入部17とを備える。加熱気体導入部17の周囲には、周方向に所定間隔を存して複数(例えば8)の加熱気体吐出口18が設けられると共に、各加熱気体吐出口18の吐出方向は、加熱気体導入部17の中心に対して同方向に偏倚(例えば15゜のねじれ角)するように設定される。これにより、加熱気体吐出口18から吐出された加熱気体は、渦流となってノズル部16に導入される。即ち、ノズル部16内に加熱気体の渦流を発生させることにより、加熱気体が予測不能な部位で滞留して部分的な温度低下を招いたり、電子部品3が局部的に加熱される等の不都合が回避される。また、ノズル部16内に加熱気体の渦流を発生させると、後述する実験結果に示すごとく、ノズル中心側の温度を意識的に下げることができる。これにより、チップ埋込位置であるパッケージ中心部の加熱温度を抑制し、チップの熱破壊を防止することが可能になる。
【0009】
上記各加熱気体吐出口18は、下向きに所定角度(例えば20゜)傾斜するように形成される。これにより、加熱気体の流動性が高められるため、加熱気体の滞留による温度低下が防止され、ノズル部16内における温度の均一性および加熱効率が高められることになる。
【0010】
上記各加熱気体吐出口18は、筒中心が上下方向を向く円筒部材19、20の内周部に形成される。そのため加熱気体は、円筒部材19、20の内周面に沿ってスムーズに流れ、渦流の発生を促進することになる。
【0011】
上記筒状部材19、20は、加熱気体吐出口18が形成される内筒部材19と、該内筒部材19の外周部を支持する外筒部材20とで構成され、加熱気体吐出口19は、外筒部材20の内周部に形成される環状の気体流路21に連通する。これにより、筒状部材19、20における加熱気体吐出口18および気体流路20の形成が容易になり、しかも、外筒部材20側の気体流路21を環状にすることにより、内筒部材19と外筒部材20との位置合せが不要になる。
【0012】
上記内筒部材19は、その下端部にノズル部16を一体的に備え、外筒部材20は、内筒部材19を縦軸回り方向に回動自在に支持すると共に、内筒部材19を介してノズル部16の回動角を調整するノズル角調整機構22を備える。これにより、ノズル部16の回動角を任意に調整することが可能になり、しかも、ノズル部16に加熱気体を導入するための筒状部材19、20を利用してノズル部16の回動角を調整することにより、構造の簡略化を図ることが可能になる。尚、図6において、23は軸受24を介して内筒部材19を支持するサポート、25は内筒部材19の上部開口を覆う上カバー、26は環状のノズル受け27を介して内筒部材19の下部に固定される下カバーであり、前記ノズル部16は、下カバー26に対して着脱自在に装着される。また、図5において、28は外筒部材20側に左右方向進退自在に設けられる微調整スクリュー軸、29は内筒部材19を反時計回り方向に付勢する弾機、30は微調整スクリュー軸28に接当して内筒部材19の回動を規制するストッパであり、上記微調整スクリュー軸28の進退操作に基づいてノズル部16の回動角が調整される。
【0013】
次に、本実施形態のリフローノズル9における温度分布特性を図8〜図11に示す実験結果に沿って説明する。この実験では、ノズル部16内のX、Y軸上に所定間隔を存して各5点の測定点を設定し、下記の条件でリフローを行った場合における各測定点の温度データを取得した。
【0014】
リフロー目標温度:230゜C
リフロー保持温度:300秒(温度測定のための保持時間)
ノズルと基板の間隔:2mm
ノズル流量:150Nl/min
チップサイズ:27×27mm
測定回数:2
【0015】
図10および図11に示すように、各測定点における2回の測定温度には大きな温度差がなく、しかも、各測定点の測定温度を通る温度分布線は緩やかな円弧を描いている。これは、加熱気体が予測不能な部位で滞留して部分的な温度低下を招いたり、電子部品3が局部的に加熱されることを防止するために本発明が想定した温度分布と良い一致を示している。また、上記温度分布線は中心側が低くなる緩やかな円弧を描いている。これは、ノズル部16内に加熱気体の渦流を発生させることにより、ノズル中心側の温度が意識的に下げられたことを示している。これにより、チップ埋込位置であるパッケージ中心部の加熱温度を抑制し、チップの熱破壊を防止することが可能になる。
【0016】
叙述の如く構成されたものにおいて、基板2上で電子部品3を覆うノズル部16と、該ノズル部16の上方に設けられ、ノズル部16内に半田溶融用の加熱気体を導入する加熱気体導入部17とを備えるリフローノズル9において、加熱気体導入部17の周囲に、周方向に所定間隔を存して複数の加熱気体吐出口18を設けると共に、各加熱気体吐出口18の吐出方向を、加熱気体導入部17の中心に対して同方向に偏倚させたため、加熱気体吐出口18から吐出された加熱気体は、渦流となってノズル部16に導入されることになる。つまり、ノズル部16内に加熱気体の渦流を発生させることにより、加熱気体が予測不能な部位で滞留して部分的な温度低下を招いたり、電子部品3が局部的に加熱される等の不都合が回避される。しかも、ノズル部16内に加熱気体の渦流を発生させると、ノズル中心側の温度を意識的に下げることができるため、チップ埋込位置であるパッケージ中心部の加熱温度を抑制し、チップの熱破壊を防止することができる。
【0017】
また、上記各加熱気体吐出口18は、下向きに傾斜するように形成されるため、加熱気体の流動性を高めることができ、その結果、加熱気体の滞留による温度低下が防止され、ノズル部16内における温度の均一性および加熱効率を高めることができる。
【0018】
また、上記各加熱気体吐出口18は、筒中心が上下方向を向く円筒部材19、20の内周部に形成されため、加熱気体が円筒部材19、20の内周面に沿ってスムーズに流れ、渦流の発生を促進することができる。
【0019】
また、上記筒状部材19、20は、加熱気体吐出口18が形成される内筒部材19と、該内筒部材19の外周部を支持する外筒部材20とで構成され、加熱気体吐出口19は、外筒部材20の内周部に形成される環状の気体流路21に連通するため、筒状部材19、20における加熱気体吐出口18および気体流路20の形成が容易になり、しかも、外筒部材20側の気体流路21を環状にすることにより、内筒部材19と外筒部材20との位置合せを不要にすることができる。
【0020】
また、上記内筒部材19は、その下端部にノズル部16を一体的に備え、外筒部材20は、内筒部材19を縦軸回り方向に回動自在に支持すると共に、内筒部材19を介してノズル部16の回動角を調整するノズル角調整機構22を備えるため、ノズル部16の回動角を任意に調整することが可能になり、しかも、ノズル部16に加熱気体を導入するための筒状部材19、20を利用してノズル部16の回動角を調整することにより、構造の簡略化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】リワーク機の正面図である。
【図2】同上側面図である。
【図3】同上平面図である。
【図4】半田溶融装置の正面図である。
【図5】同上平面図である。
【図6】リフローノズルの縦断面図である。
【図7】同上要部平面図である。
【図8】ノズル部の測定点を示す平面図および側面図
【図9】測定点の位置寸法を示す表図である。
【図10】温度分布を示す表図である。
【図11】温度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
1 リワーク機
2 基板
3 電子部品
4 基板保持装置
5 電子部品保持装置
6 半田溶融装置
7 電子部品搬送装置
8 位置決め装置
9 リフローノズル
16 ノズル部
17 加熱気体導入部
18 加熱気体吐出口
19 内筒部材
20 外筒部材
21 気体流路
22 ノズル角調整機構
Claims (2)
- 基板上で電子部品を覆うノズル部と、該ノズル部の上方に設けられ、前記ノズル部内に半田溶融用の加熱気体を導入する加熱気体導入部とを備えるリフローノズルにおいて、前記加熱気体導入部の周囲に、周方向に所定間隔を存して複数の加熱気体吐出口を設けると共に、各加熱気体吐出口の吐出方向を、前記加熱気体導入部の中心に対して同方向に偏倚させて、前記ノズル部内に加熱気体の渦流を発生させるにあたり、前記各加熱気体吐出口は筒中心が上下方向を向く円筒部材の周面部に形成され、
該円筒部材は、前記各加熱気体吐出口が形成される内筒部材と、該内筒部材の外周部を支持する外筒部材とで構成され、前記各加熱気体吐出口は、前記外筒部材の内周部に形成される環状の気体流路に連通することを特徴とするリフローノズル。 - 請求項1において、前記内筒部材は、その下端部に前記ノズル部を一体的に備え、前記外筒部材は、前記内筒部材を縦軸回り方向に回動自在に支持すると共に、前記内筒部材を介して前記ノズル部の回動角を調整するノズル角調整機構を備えることを特徴とするリフローノズル。
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