JP3874578B2 - Soldering method - Google Patents

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JP3874578B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント配線板のような多数の電子部品を搭載した板状の被はんだ付けワークをはんだ付けする方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
プリント配線板に電子部品を実装して電子回路を構成する場合において、はんだ付けが行われている。すなわち、プリント配線板に電子部品を搭載して前記部品の電極やリード線をプリント配線板の回路パターンにはんだ付けすることで電気的接続と機械的接続とが行われる。
【0003】
ところで、はんだ付け直後のはんだを急速に冷却することで、そのはんだ付け強度すなわち機械的接続強度が大きくなることが知られている。例えば、実公昭45−21716号公報にそのことが説明されている。そのため、はんだ付け装置では、同公報にも説明されているようにはんだ付け工程の後に冷却工程を設けるように構成されている。そしてそれにより、信頼性の高いプリント配線板を製造できるように考慮されている。尚、実公昭45−21716号公報に説明されている冷却技術は、プリント配線板にファンにより送風してその冷却を行う構成である。
【0004】
このことはリフローはんだ付け装置においても同様であり、例えば特開昭60−6270号公報には、リフローはんだ付けが行われたプリント配線板を冷却する冷却ファンを設けた構成が開示されている。
【0005】
一方、はんだ付けプロセスにおいて、プリント配線板の被はんだ付け部やはんだが酸化しないようにしてはんだ付け性を改善するとともに、溶融はんだの流動性を向上させて微細な被はんだ付け部を確実にはんだ付けする所謂マイクロソルダリングを実現するために、低酸素濃度の不活性ガス雰囲気中ではんだ付けを行うはんだ付け技術がある。
【0006】
低酸素濃度の不活性ガス雰囲気中ではんだ付けを行うはんだ付け装置は、チャンバ体内に窒素ガス(N2 ガス)等の不活性ガスを供給して低酸素濃度の雰囲気を形成するように構成され、前記チャンバ体内ではんだ付けプロセスが実行されるように構成されている。
【0007】
このようなはんだ付け装置では、N2 ガスの消費量がランニングコストとして付加されるので、目的とする酸素濃度を維持するために要するN2 ガスの消費量が少ないことが必要である。そのため、チャンバ体外の大気がチャンバ体内に流入しないように特段の冷却技術が用いられている。
【0008】
例えば、特開平4−262862号公報のリフローはんだ付け技術は、ボンベから供給される冷たいN2 ガスをはんだ付け後のプリント配線板に吹きつけて冷却を行えるように構成された技術である。また、特開平7−202405号公報の技術は、チャンバ体内の雰囲気を冷却してフィルタリングを行ってフラックスヒューム等を除去した後の冷却した雰囲気を、はんだ付け後のプリント配線板に吹きつけて冷却が行えるように構成された技術である。
【0009】
また、特開平10−98259号公報のはんだ付け技術においては、はんだ付け後のプリント配線板に冷却液を噴霧して冷却し、その後に温風を供給して濡れたプリント配線板を乾燥させる技術が開示されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
近年、プリント配線板に電子回路を構成した電子機器が生活のあらゆる分野で利用されるようになり、生活を支える設備としてその信頼性にも高い次元の信頼性が求められている。そのため、はんだ付けの機械的接続強度を一層向上させることが求められている。
【0011】
また、廃棄された電子機器のはんだ中に合まれる鉛が溶けだして、環境や人体を鉛毒で汚染することが問題となり、鉛レスはんだを使用することが行われるようになってきている。しかし、この鉛レスはんだはその成分の凝固偏析等に起因してはんだ付け部にリフトオフ現象を生じ易い問題がある。リフトオフ現象とは、被はんだ付け部のはんだに生じた偏析等により、前記被はんだ付け部に部分的に脆化した領域を生じて被はんだ付け部に剥がれやクラック等を生じるはんだ付け不良のことである。特にビスマスを含む鉛レスはんだに発生し易いことが知られている。
【0012】
このようなリフトオフ現象を生じないようにすためには、はんだ付け後のプリント配線板すなわち、その被はんだ付け部のはんだを急速に冷却し、溶融はんだの凝固すなわち固化にともなって偏析等を生じないようにすることである。
【0013】
しかし、実公昭45−21716号公報に説明されている冷却技術や特開昭60−6270号公報に開示されている冷却技術すなわち単なる送風にのみ依存する冷却技術は、冷却媒体として通常の大気雰囲気をそのままで使用するものであるため冷却速度も小さく、冷却の程度を自在に調節することもできないなどの問題がある。また、これらの技術は、チャンバ体内に不活性ガスを供給して低酸素濃度の不活性ガス雰囲気中ではんだ付けを行うはんだ付け装置では、そのままでは使用することができない問題がある。
【0014】
すなわち、低酸素濃度の不活性ガス雰囲気を形成したチャンバ体内を搬送されるプリント配線板に大気を吹きつけて供給することは、前記酸素濃度の極めて大幅な上昇を招いて、低酸素濃度の不活性ガス雰囲気を形成することさえできなくなるからである。その結果、はんだ付け品質を大幅に損なうことになる。
【0015】
また、チャンバ体内の雰囲気をそのまま送風してプリント配線板に吹きつけて供給するようにしても、高温の溶融はんだや予備加熱用ヒータ等により温度の上昇しているチャンバ体内雰囲気では十分な冷却を行うことができないばかりか、この送風により前記チャンバ体内の雰囲気流動が極めて激しくなることに起因して、プリント配線板の搬入口や搬出口から大気が大量に侵入して酸素濃度が上昇したり不安定に変動する。その結果、これもまたはんだ付け品質を大幅に損なうことになる。
【0016】
一方で、以上に説明したような低酸素濃度の不活性ガス雰囲気中ではんだ付けを行う場合の特別の技術的事項を考慮した技術もあるが、特開平4−262862号公報の技術のようにボンベから供給される冷たいN2 ガスをはんだ付け後のプリント配線板に吹きつけて冷却を行えるような構成では、冷却量や冷却温度を調節するためにN2 ガスの流量を調節する必要があり、これによりチャンバ体内の酸素濃度が変化してしまう問題がある。その結果、この酸素濃度の変化によりはんだ付け品質が変化し低下する。さらに、冷却量を大きくして冷却温度を低くするためには多量のN2 ガスを供給する必要があり、高価なN2 ガスを多量消費してはんだ付けのランニングコストを高くしてしまう問題がある。
【0017】
また、特開平7−202405号公報の技術は、はんだ付け装置全体で見た場合の電力効率(あるいは熱効率)が極めて良好な冷却技術であるが、冷却速度をさらに一層速めて冷却量をさらに一層大きくするためにプリント配線板に吹きつけ供給する冷却された雰囲気の送風流量を大きくすると、チャンバ体内の雰囲気に不安定な流動を生じてやはりチャンバ体内の酸素濃度が不安定に変動し易くなる問題がある。
【0018】
また、特開平10−98259号公報のプリント配線板に冷却液を噴霧して冷却する技術では、噴霧されて霧状となって浮遊する冷却液がその被はんだ付け面とは反対側(図の上側)のプリント配線板面にも付着し、すなわちその面に搭載されている電子部品にも付着し、当該電子部品の機能を損なったり使用不能状態になって不良品をはんだ付け生産してしまう。すなわち、電子部品の中には液滴を付着させてはならないものが多数あり(例えば、スイッチやリレー、トランス、コイル、等々の非モールド部品)、同公報のはんだ付け技術ではそのような電子部品が搭載されたプリント配線板をはんだ付けし冷却することができないのである。
【0019】
このように、チャンバ体内の不活性ガス雰囲気中ではんだ付けを行いつつ従来以上に急速に冷却を行い、さらにその冷却速度や冷却量を自在に調節できるようにすることには、格段の困難がある。
【0020】
本発明の目的は、低酸素濃度の不活性ガス雰囲気を保持するチャンバ体内で鉛レスはんだを用いてはんだ付けを行うはんだ付け方法において、コスト的に安価である冷却した大気によってプリント配線板を所望の温度へ急速に冷却することが可能であり、かつ、酸素濃度が安定し冷却に要するコストも安価で、冷却にともなってプリント配線板やその搭載されている電子部品の機能および性能を損なうことのないはんだ付け方法を実現することにあり、その結果、接続信頼性の高いはんだ付けを行って信頼性の高いプリント配線板を生産できるようにすることにある。
【0021】
【課題を解決するための手段】
本発明のはんだ付け方法は、不活性ガスを供給されて低酸素濃度の不活性ガス雰囲気を保持するチャンバ体内で、被はんだ付けワークであるプリント配線板を搬送手段により搬送しながらその被はんだ付け面側を溶融はんだ供給手段によって鉛レス溶融はんだに接触させてはんだ付けを行うはんだ付け方法において、前記チャンバ体内で大気を使用して、はんだ付け後のプリント配線板すなわち被はんだ付けワークを、その被はんだ付け部のはんだに凝固偏析が生じる前に急速に冷却できるように構成したところに特徴がある。
【0022】
すなわち、プリント配線板を搬送する搬送手段に沿ってトンネル状のチャンバ体を設けると共にこのチャンバ体内へ不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段を設けて前記チャンバ体内に低酸素濃度の不活性ガス雰囲気を形成する。
また、前記チャンバ体内には前記プリント配線板の被はんだ付け部に鉛レス溶融はんだの噴流波を接触させることで前記被はんだ付け部に鉛レス溶融はんだを供給する鉛レス溶融はんだ供給手段と、前記噴流波から離脱した後に前記被はんだ付け部に供給された鉛レス溶融はんだの凝固を防止する前記プリント配線板の加熱手段と、冷却手段からの冷却されたチャンバ体外の大気の供給を受けて大気温度よりも温度の低い冷風を吹き出す冷風口筐の側周を囲んでチャンバ体外への排風手段に繋がる排風口を設けることで前記冷風口筐から前記排風口に冷風が流れて山状冷風流を形成する奪熱口筐体とを前記搬送手段の搬送方向に沿って順に設ける。
そして、前記低酸素濃度の不活性ガス雰囲気中において前記プリント配線板の被はんだ付け部に鉛レス溶融はんだを供給した後に前記加熱手段で前記プリント配線板を加熱してその被はんだ付け部に供給された鉛レス溶融はんだの凝固を防止しながら前記奪熱口筐体へ搬送し前記プリント配線板の被はんだ付け部に供給された鉛レス溶融はんだに前記山状冷風流を接触させることで急冷してこの鉛レス溶融はんだに凝固偏析が生じる前に凝固させてリフトオフ現象が発生しないようにはんだ付け部を形成するように構成する。
【0023】
これにより、急冷手段の奪熱口筐体の奪熱口では冷風口筐から吹き出すチャンバ体外の冷却された大気がその後、直ちに排熱口筐の排風口に流れて、前記奪熱口筐体の前記奪熱口では僅かに盛り上がった状態の山状の冷風流が形成される。したがって、チャンバ体内に保持されている低酸素濃度の不活性ガス雰囲気に対して、大気が大量に供給されたり不安定な雰囲気流動を生じたりする外乱を与えることが極めて少ない。
【0024】
そして、この山状冷風流は、冷風の供給流量と排風の排風流量とによってその挙動が決まり、通常は前者に対して後者を僅かに大きく選ぶことにより安定した山状冷風流を形成することができる。そして、冷風口筐から供給される冷風の温度が予め決めた目的の温度となるように冷却装置の冷却力を制御する温度制御を行うことにより、この冷風による冷却速度および冷却量を自在に調節することができる。さらにこれに加えて、冷風の供給流量と排風流量の絶対値を増減することによっても、後述するプリント配線板の冷却速度および冷却量を調節することができる。
【0025】
したがって、奪熱口筐体の奪熱口の至近位置を鉛レス溶融はんだが供給されたプリント配線板の被はんだ付け面が搬送コンベアにより搬送され通過する際に、山状冷風流がその被はんだ付け面に接触して流れて当該被はんだ付け部に供給された鉛レス溶融はんだを急速に冷却し、凝固偏析等を生じる前に急速に固化することができるようになる。その結果、機械的接続強度の大きいはんだ付けを行うことができる。
【0026】
この急冷手段による冷却の過程は、チャンバ体外の大気が取り入れられて冷却装置によって低温となった冷風としてプリント配線板に吹きつけ供給され、その際に被はんだ付け部の溶融はんだから熱を奪って温度上昇する。そして、この温度上昇した大気をチャンバ体外へ排風することで排熱を行っている。
【0027】
プリント配線板に吹きつけ供給された冷風は通常は200℃以上の溶融はんだと接触して温度上昇し、そのため通常チャンバ体外の大気温度よりも高温となっている。したがって、前記冷却装置に還流させないことで前記冷却装置の冷却効率を高めることができる。また、冷風の供給流量と排風の排風流量とを別々に調節して目的とする山状冷風流を形成する必要からも、本発明の構成は極めて重要である。
【0029】
また、溶融はんだの供給を受けたプリント配線板の被はんだ付け部の溶融はんだが、奪熱口筐体まで搬送される間に被はんだ付け部に供給されたはんだの温度が低下して完全に固化することを防止し、そして、奪熱口筐体で被はんだ付け部に供給されたはんだを急速に冷却して完全に固化させている
【0030】
したがって、プリント配線板への溶融はんだ供給手段とプリント配線板の急冷手段とを至近距離に配置できない場合や、搬送手段による搬送速度が遅い場合等であって、プリント配線板に被はんだ付け部に鉛レス溶融はんだが供給された後に急冷手段に搬送される迄の間にその鉛レス溶融はんだが完全に固化するおそれがある場合において、保温用加熱手段によりその溶融はんだの固化を遅延させ、急冷手段によりその奪熱口筐体の奪熱口で急速に冷却して凝固偏析等を防止し、機械的接続強度の大きいはんだ付けを行うことができる。
【0031】
【発明の実施の形態】
本発明のはんだ付け方法は、次のような実施形態例において実施することができる。
【0032】
(1)はんだ付け装置の構成
図1は、本発明のはんだ付け方法を実現するはんだ付け装置の実施形態例を説明するための図で、(a)は側断面図、(b)は(a)をI−I断面から見た図である。また、図2は、本発明の実施形態例に使用される奪熱口筐体の構成を説明するための図で、その一部を切除し透視して示した図である。
【0033】
本実施形態例では、搬送コンベアで搬送されるプリント配線板の図の下方側の面が被はんだ付け面であり、該面側に被はんだ付け部が存在する。はんだ付けはフローはんだ付けである。
【0034】
すなわち、搬送コンベア1は、搬入口1aから搬出口1bにプリント配線板6を搬送するが、この搬送コンベア1の搬送方向Aに沿ってその下方側に予備加熱用ヒータ2と鉛レス溶融はんだ3の噴流波4を形成するはんだ槽5とプリント配線板6の被はんだ付け部を急冷する急冷手段7とが配設してあり、これらを被うように搬送コンベア1に沿ってトンネル状のチャンバ体8を設けてある。尚、鉛レス溶融はんだ3の噴流波4を形成するはんだ槽5は、チャンバ体8の開口に設けたスカート部9をその鉛レス溶融はんだ3中に浸漬することで、鉛レス溶融はんだ3の噴流波4のチャンバ体8内への配置とチャンバ体8の封止とを実現している。
【0035】
そして、プリント配線板6と鉛レス溶融はんだ3の噴流波4とが接触する位置の上方すなわちはんだ槽5の上方位置のチャンバ体8にN2 ガス供給口10を設けて、N2 ガスボンベやN2 ガス発生装置(いずれも不図示)からN2 ガスを前記チャンバ体内に供給するように構成してある。また、図示はしないが、通常はチャンバ体8内の酸素濃度を測定する酸素濃度測定装置が設けてあり、この酸素濃度が予め決めた所定の値になるようにN2 ガス供給流量を調節するように運転されている。
【0036】
尚、チャンバ体8内に設けられた抑止板11はこのチャンバ体8内にラビリンス流路を形成するための部材であり、これによりこのチャンバ体8内雰囲気の熱対流や搬送コンベア1によるチャンバ体8内雰囲気の前記チャンバ体8外への持ち出しや、チャンバ体8外大気の持ち込み流入、等々の不要な雰囲気流動を抑止し、安定した低酸素濃度の不活性ガス雰囲気を形成することができるようになる。
【0037】
一方、はんだ槽5には図示しないヒータによって加熱されて溶融状態の鉛レス溶融はんだ3が収容され、この鉛レス溶融はんだ3をポンプ12でノズル体13の吹き口14に供給して噴流波4を形成させ、この噴流波4に前記搬送コンベア1で矢印A方向へ搬送されるプリント配線板6の被はんだ付け面6aを接触させて、その被はんだ付け部に鉛レス溶融はんだ3を供給してはんだ付けが行われる。もちろん、図示しない温度調節手段により前記ヒータ電力が制御され、鉛レス溶融はんだ3の温度は目的とする温度に保持されている。
【0038】
そして、プリント配線板6が鉛レス溶融はんだ3の噴流波4から離脱した直後の位置に、プリント配線板6の被はんだ付け部を急速に冷却する急冷手段7を設けてある。
【0039】
この急冷手段7は、大別して、チャンバ体8外の大気を取り入れて冷却して送風する冷風供給手段15と、プリント配線板6を冷却したことにより温度上昇した大気をチャンバ体8外へ排気して排熱する排熱手段16と、山状に流れて外部に漏出しにくい山状冷風流30を形成する奪熱口筐体17とから構成されている。
【0040】
冷風供給手段15は送風手段であるファン18と冷却手段であるチラー19とから成り、その冷却された冷風の送風流量を調節可能に構成されている。すなわち、図示はしないがファン18の回転速度を調節するインバータを備えていて、このインバータによってその出力周波数や出力電圧を調節することによりファンを駆動する図示しないインダクションモータの回転速度を調節する仕組みである。
【0041】
また、チラー19はその冷却の程度をフィードバック制御することが可能な構成であり、奪熱口筐体17の奪熱口17aに設けた冷風温度センサ20により検出した冷風温度信号St を参照して、予め決められ設定された所定の温度に維持するように作動する。
【0042】
排熱手段16は、その排風流量が調節可能なファン21によって構成され、冷風供給手段15のファン18と同様にインバータによりその回転速度を調節して排風流量を調節し、排気口28より排出する仕組みである。
【0043】
一方、奪熱口筐体17は、これら冷風供給手段15と排熱手段16とに接続され、図2にも示すように前記冷風供給手段15からの冷風の供給を受けて冷風をその送風口22aから吹き出す冷風口筐22と、前記排熱手段16に接続された排熱口筐23とから成る。そして、排熱口筐23の排風口23aを前記冷風口筐22の送風口22aの側周を囲んで構成して奪熱口17aを形成して奪熱口筐体17を構成する。このように構成された奪熱口筐体17は、その奪熱口17aを搬送コンベア1で搬送されるプリント配線板6の被はんだ付け面6aに面するように至近位置に設ける。
【0044】
尚、冷風口筐22には、冷風供給手段15から送風される冷風の流れを均一に整える多孔整流板24と、特にその流れ方向を整える複数の板状部材を平行に配置して成る整流板25とが設けてある。そして、冷風口筐22は支持脚32によって排熱口筐23に支持され固定されている。また、冷風供給用パイプ26は冷風供給手段15と冷風口筐22とを接続する手段であり、排熱用パイプ27は排熱口筐23と排熱手段16とを接続する手段である。
【0045】
奪熱口筐体17の奪熱口17aは、このプリント配線板6の被はんだ付け面6aに至近に面するように構成するが、この奪熱口筐体17を設ける位置は、プリント配線板6が鉛レス溶融はんだ3から離脱した後なるべく5秒以内の位置に設けることが好ましい。それは、概ねこの時間内であればプリント配線板の被はんだ付け部に供給された鉛レス溶融はんだ3が完全に固化する前にその溶融はんだ3を急速に冷却することが可能だからである。
【0046】
しかし、例えばプリント配線板6と鉛レス溶融はんだ3の噴流波4との接触時間を長くしたいために、このプリント配線板6の搬送速度を遅くする必要があったり、また、奪熱口筐体17を鉛レス溶融はんだ3の噴流波4に近接して設けることができない場合等々に起因して、プリント配線板6が鉛レス溶融はんだ3から離脱した後5秒以内の位置に設けることができない場合は、はんだ槽5に形成される鉛レス溶融はんだ3の噴流波4と奪熱口筐体17との間に、プリント配線板6の被はんだ付け部のはんだを保温するための保温用加熱手段すなわち保温用ヒータ(保温用加熱手段)29を設ける。
【0047】
この保温用加熱手段としては、主として赤外線等の熱線を使用する熱線加熱手段やヒータによって高温の雰囲気を形成する熱風加熱手段または、これらを併用した加熱手段が適している。但し、被はんだ付け部に供給された鉛レス溶融はんだ3を吹き飛ばしたりそのフィレット形状を変形させる程の速度で熱風を供給してはならない。すなわち、そのことによって被はんだ付け部の電気的接続状態や機械的接続状態が悪化してはんだ付け不良を生じてしまうからである。
【0048】
尚、図1に例示する保温用ヒータ29は、箱状のヒータ保持粋にシーズヒータを並べて設け、この保持枠の底面には赤外線の反射板としてのステンレス板を設けて構成したものである。そしてこの保温用ヒータ29を搬送コンベア1で搬送されるプリント配線板6の被はんだ付け面6aに面して至近距離(1〜3cm程度の距離)に配設してある。
【0049】
これにより、シーズヒータからプリント配線板6の下面側すなわちその被はんだ付け面6a側へ赤外線が放射されるとともに、プリント配線板6が保温用ヒータ29上に搬送された際にこのプリント配線板6が蓋となって箱状のヒータ保持枠との間に高温の雰囲気を保持することが可能となり、このプリント配線板6およびその被はんだ付け部の保温を良好に行うことができる。ちなみに、3cm以上の距離では、高温雰囲気の流出が多くなり保温力が極端に低下する。
【0050】
また、プリント配線板6の保温温度すなわち被はんだ付け部に供給された鉛レス溶融はんだ3の保温温度は、使用されるはんだ材料によって異なるが、液相線以上の温度に保持できることが好ましい。特に、鉛レスはんだでビスマスを含む場合は、凝固偏析の発生に起因するリフトオフ現象を防止する上から重要である。
【0051】
これにより、プリント配線板6の被はんだ付け部に供給された鉛レス溶融はんだ3を保温して、急冷手段7の奪熱口筐体17の奪熱口17aで急速に冷却して一気に固化させることができるようになる。
【0052】
本発明では、低酸素濃度の不活性ガス雰囲気を保持するチャンバ体8内で、該雰囲気を乱すことなく冷却された大気によりプリント配線板6を冷却できるように構成してあるところに最も重要な特徴がある。
【0053】
すなわち、図2に示すように奪熱口筐体17を形成することにより、冷風口筐22から吹き出すチャンバ体8外の冷却された大気が、その後直ちに排熱口筐23の排風口23aに流れて、この奪熱口筐体17の奪熱口17aでは僅かに盛り上がった状態の山状冷風流30が形成される。したがって、チャンバ体8内に保持されている低酸素濃度の不活性ガス雰囲気に対して、大気が大量に供給されたり不安定な雰囲気流動を生じたりする外乱を与えることが極めて少ないのである。
【0054】
そして、この山状冷風流30は、冷風の供給流量と排風の排風流量とによってその挙動が決まり、通常は前者に対して後者を僅かに大きく選ぶことにより安定した山状冷風流30を形成することができる。すなわち、冷風供給手段15と排熱手段16とを循環構成としないこと、および、それぞれのファン18、21の回転速度を独立して調節することにより前記のような山状冷風流30を形成することができるようになる。
【0055】
プリント配線板6の被はんだ付け部に供給された鉛レス溶融はんだ3の冷却速度や冷却量は、山状冷風流30の温度およびその流速ひいては流量によってきまるが、前記したように温度制御機能を備えたチラー19を使用することにより、その冷風温度を自在に調節し設定することができる。また、冷風の供給流量と排風流量の絶対値を増減することによっても、後述するプリント配線板6の冷却速度および冷却量を調節することができる。
【0056】
したがって、プリント配線板6の被はんだ付け面6aの被はんだ付け部に鉛レス溶融はんだ3が供給され、奪熱口筐体17の奪熱口17aの至近位置を搬送コンベア1で搬送され通過する際に、山状冷風流30がその被はんだ付け面6aに接触して流れて当該被はんだ付け部に供給された鉛レス溶融はんだ3を急速に冷却し、凝固偏析等を生じる前に急速に固化することができるようになり、リフトオフ現象を生じることもなく、機械的接続強度の大きいはんだ付けを行うことができるようになる。
【0057】
この急冷手段7によるプリント配線板6の冷却の過程は、チャンバ体8外の大気が取り入れられて冷却手段19によって低温となった冷風としてプリント配線板6に吹きつけ供給され、その際に被はんだ付け部の鉛レス溶融はんだ3から熱を奪って温度上昇し、この温度上昇した大気(熱風)をチャンバ体8外へ排風することで排熱を行う過程である。
【0058】
ここで、プリント配線板6に吹きつけ供給された冷風は通常は200℃以上の鉛レス溶融はんだ3と接触して温度上昇している。そのため通常、チャンバ体8外の大気温度よりも高温となっている。したがって、前記冷却手段19に循環・還流させないことで急冷手段7の冷却効率を大幅に高めることができる。
【0059】
また、前述したように、鉛レス溶融はんだ3の噴流波4と奪熱口筐体17との間に保温用ヒータ29を設けることにより、鉛レス溶融はんだ3の供給を受けたプリント配線板6の被はんだ付け部の鉛レス溶融はんだ3が、奪熱口筐体17まで搬送される間に温度が低下して完全に固化することを防止し、そして、被はんだ付け部に供給された鉛レス溶融はんだ3を奪熱口筐体17で急速に冷却して一気に固化させることができる。
【0060】
すなわち、プリント配線板6への鉛レス溶融はんだ3の供給手段とプリント配線板6の急冷手段7とを至近距離に配置できない場合や、搬送手段による搬送速度が遅い場合等であって、プリント配線板6の被はんだ付け部に鉛レス溶融はんだ3が供給された後に、急冷手段7に搬送される迄の間にこの鉛レス溶融はんだ3が完全に固化するおそれがある場合において、保温用加熱手段29によりこの鉛レス溶融はんだ3の固化を遅延させ、急冷手段7によりその奪熱口筐体17の奪熱口17aで急速に冷却して凝固偏析等を防止し、機械的接続強度の大きいはんだ付けを行うことができる。
【0061】
以上のように本実施形態例のはんだ付け装置では、プリント配線板6の被はんだ付け部に供給された鉛レス溶融はんだ3に凝固偏析が生じないうちに急速に冷却することが可能となり、リフトオフ現象等のはんだ付け不良を生じることもなく、その機械的接続強度を今まで以上に大きくすることができる。
【0062】
尚、図1に例示したはんだ付け装置では、プリント配線板6の急冷手段7をこのプリント配線板6の被はんだ付け面6a側すなわち図の下方側の面側にのみ設けた例を説明したが、同様の構成の急冷手段7をプリント配線板の上方側にも設けて、プリント配線板6をその被はんだ付け面6a側である図の下方側の面また図の上方側の面との両面から急冷する構成とすることもできる。
【0063】
その場合、プリント配線板6の被はんだ付け部に供給された溶融はんだのみならずこのプリント配線板6自体をも急速に冷却できるので、この鉛レス溶融はんだ3の冷却速度を一層速めることができるようになり、冷却量も一層大きくすることができるようになる。
【0064】
さらに、図1(a)に例示したように、搬送コンベア1で搬送されるプリント配線板6の進入を検出するプリント配線板検出センサ31を奪熱口筐体17の上方に設け、この検出信号Sp を参照して冷風供給用のファン18と排風用のファン21とを回転させ、被急冷ワークであるプリント配線板6が奪熱口筐体17の上方を搬送される場合にだけ山状冷風流30を形成するように構成してもよい。
【0065】
あるいは、プリント配線板6の進入のない待機状態では冷風供給用のファン18と排風用のファン21の回転速度を遅くしておいて、検出信号Spによりプリント配線板6の進入を検出した場合にだけ両ファン18、21の回転速度を通常回転に速めるように構成してもよい。これにより、大気を冷却するチラー19の消費電力をさらに一層少なくすることができるようになるとともに、山状冷風流30がチャンバ体8内の雰囲気に与える影響をさらに一層少なくすることができるようになる。
【0066】
このような検出信号Sp によるファンの回転/停止制御や回転速度制御は、シーケンサやプログラマブルコントローラ等を使用して行うことが可能であり、このような制御技術の例は周知であるので、その構成は省略して図示しない。
【0067】
【発明の効果】
以上のように本発明のはんだ付け方法によれば、被はんだ付けワークであるプリント配線板の被はんだ付け部に供給された鉛レス溶融はんだに凝固偏析が生じないうちに急速に冷却して固化することが可能となる。また、その冷却温度や冷却速度、冷却量も自在に調節することが可能であり、しかも低酸素濃度の不活性ガス雰囲気の流動状態や酸素濃度を安定に維持したまま大気により優れた冷却効率で冷却を行うことができる。
【0068】
その結果、被はんだ付けワークのはんだ付け強度すなわち機械的接続強度を大幅に大きくすることができるようになる。また、凝固偏析が原因となってリフトオフ現象を生じることがなく、はんだ付け信頼性の高いプリント配線板を製造することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のはんだ付け装置の実施形態例を説明するための図である。
【図2】 本発明のはんだ付け装置に使用される奪熱口筐体の構成例を説明するための図である。
【符号の説明】
1 搬送コンベア
2 予備加熱用ヒータ
鉛レス溶融はんだ
4 噴流波
5 はんだ槽
6 プリント配線板
6a 被はんだ付け面
7 急冷手段
8 チャンバ体
9 スカート部
10 N2 ガス供給口
11 抑止板
12 ポンプ
13 ノズル体
14 吹き口
15 冷風供給手段
16 排熱手段
17 奪熱口筐体
17a 奪熱口
18 ファン
19 チラー(冷却手段)
20 冷風温度センサ
21 ファン
22 冷風口筐
22a 送風口
23 排熱口筐
23a 排風口
24 多孔整流板
25 整流板
26 冷風供給用パイプ
27 排熱用パイプ
28 排気口
29 保温用ヒータ
30 山状冷風流
31 プリント配線板検出センサ
32 支持脚
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention solders a plate-like workpiece to be soldered on which a large number of electronic components such as a printed wiring board are mounted.MethodAbout.
[0002]
[Prior art]
When an electronic component is mounted on a printed wiring board to form an electronic circuit, soldering is performed. That is, electrical connection and mechanical connection are performed by mounting electronic components on a printed wiring board and soldering the electrodes and lead wires of the components to the circuit pattern of the printed wiring board.
[0003]
By the way, it is known that the soldering strength, that is, the mechanical connection strength is increased by rapidly cooling the solder immediately after the soldering. For example, this is described in Japanese Utility Model Publication No. 45-21716. Therefore, the soldering apparatus is configured to provide a cooling step after the soldering step as described in the publication. And it is considered so that a printed wiring board with high reliability can be manufactured. The cooling technique described in Japanese Utility Model Publication No. 45-21716 is configured to cool the printed wiring board by blowing air with a fan.
[0004]
This also applies to a reflow soldering apparatus. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-6270 discloses a configuration provided with a cooling fan for cooling a printed wiring board subjected to reflow soldering.
[0005]
On the other hand, in the soldering process, the soldered part of the printed wiring board and the solder are not oxidized to improve the solderability, and the fluidity of the molten solder is improved to reliably solder the fine soldered part. In order to realize so-called micro soldering, there is a soldering technique for performing soldering in an inert gas atmosphere having a low oxygen concentration.
[0006]
A soldering apparatus that performs soldering in an inert gas atmosphere having a low oxygen concentration includes nitrogen gas (N2 An inert gas such as gas) is supplied to form an atmosphere having a low oxygen concentration, and a soldering process is performed in the chamber.
[0007]
In such a soldering apparatus, N2 Gas consumption is added as a running cost, so N required to maintain the target oxygen concentration2 There is a need for low gas consumption. Therefore, a special cooling technique is used so that air outside the chamber body does not flow into the chamber body.
[0008]
For example, the reflow soldering technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. Hei 4-262862 discloses a cold N supplied from a cylinder.2 This is a technology configured to cool by blowing gas onto a printed wiring board after soldering. Japanese Patent Laid-Open No. 7-202405 discloses a technique in which the atmosphere inside the chamber is cooled and filtered to remove the flux fume and the like, and the cooled atmosphere is blown onto the printed wiring board after soldering. This technology is configured to be able to
[0009]
In the soldering technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-98259, a technique for spraying a cooling liquid onto a printed wiring board after soldering to cool it and then supplying warm air to dry the wet printed wiring board. Is disclosed.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, electronic devices having an electronic circuit formed on a printed wiring board have been used in every field of life, and as a facility that supports life, a high level of reliability is required for its reliability. Therefore, it is required to further improve the mechanical connection strength of soldering.
[0011]
In addition, lead mixed in the solder of discarded electronic equipment starts to melt and contaminates the environment and the human body with lead poison, and lead-less solder is being used. However, this lead-less solder has a problem that a lift-off phenomenon is likely to occur in the soldered portion due to solidification segregation of the components. The lift-off phenomenon is a poor soldering that causes a partially embrittled region in the soldered part due to segregation or the like generated in the solder of the soldered part and causes peeling or cracking in the soldered part. It is. In particular, it is known to easily occur in lead-free solder containing bismuth.
[0012]
In order to prevent such a lift-off phenomenon, the printed wiring board after soldering, that is, the solder of the soldered portion is rapidly cooled, and segregation or the like occurs as the molten solder solidifies or solidifies. It is to avoid.
[0013]
However, the cooling technique described in Japanese Utility Model Publication No. 45-21716 and the cooling technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-6270, that is, a cooling technique that relies solely on air flow, are used as a normal air atmosphere as a cooling medium. Since this is used as it is, there is a problem that the cooling rate is low and the degree of cooling cannot be freely adjusted. In addition, these techniques have a problem that they cannot be used as they are in a soldering apparatus that supplies an inert gas into the chamber body and performs soldering in an inert gas atmosphere having a low oxygen concentration.
[0014]
In other words, blowing and supplying air to a printed wiring board transported in a chamber in which an inert gas atmosphere having a low oxygen concentration is formed causes an extremely large increase in the oxygen concentration, resulting in a low oxygen concentration. This is because an active gas atmosphere cannot even be formed. As a result, the soldering quality is greatly impaired.
[0015]
Also, even if the atmosphere in the chamber is blown as it is and blown onto the printed wiring board, sufficient cooling is provided in the atmosphere in the chamber where the temperature is rising by high-temperature molten solder, a preheating heater, or the like. Not only can this be performed, but the flow of the atmosphere in the chamber is extremely intense due to this air blowing, so that a large amount of air enters from the carry-in port and carry-out port of the printed wiring board, causing the oxygen concentration to increase or not. It fluctuates stably. As a result, this also significantly impairs the soldering quality.
[0016]
On the other hand, there is a technique that considers special technical matters when performing soldering in an inert gas atmosphere with a low oxygen concentration as described above. However, as in the technique of JP-A-4-262862. Cold N supplied from cylinder2 In a configuration in which cooling can be performed by blowing gas onto the printed wiring board after soldering, N is used to adjust the cooling amount and cooling temperature.2 It is necessary to adjust the flow rate of the gas, which causes a problem that the oxygen concentration in the chamber changes. As a result, the soldering quality changes and decreases due to the change in oxygen concentration. Furthermore, in order to increase the cooling amount and lower the cooling temperature, a large amount of N2 Need to supply gas, expensive N2 There is a problem in that a large amount of gas is consumed to increase the running cost of soldering.
[0017]
The technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-202405 is a cooling technique that has extremely good power efficiency (or thermal efficiency) when viewed from the whole soldering apparatus. However, the cooling rate is further increased to further increase the cooling amount. Increasing the flow rate of the cooled atmosphere that is blown and supplied to the printed wiring board to increase the size of the chamber causes an unstable flow in the atmosphere in the chamber and the oxygen concentration in the chamber tends to fluctuate in an unstable manner. There is.
[0018]
Further, in the technique of spraying a cooling liquid onto a printed wiring board disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-98259, the cooling liquid which is sprayed and becomes a mist is floated on the side opposite to the surface to be soldered (in the drawing). It also adheres to the printed wiring board surface on the upper side, that is, it also adheres to the electronic components mounted on that surface, which impairs the function of the electronic components or renders them unusable and solders defective products. . In other words, there are many electronic components that should not have liquid droplets attached thereto (for example, non-molded components such as switches, relays, transformers, coils, etc.). The printed wiring board on which is mounted cannot be soldered and cooled.
[0019]
As described above, it is extremely difficult to perform cooling more rapidly than in the past while performing soldering in an inert gas atmosphere in the chamber, and to further freely adjust the cooling rate and the cooling amount. is there.
[0020]
  An object of the present invention is to provide a chamber body that maintains an inert gas atmosphere having a low oxygen concentration.Using lead-free solderSoldering to perform solderingMethodIn this case, the printed wiring board can be rapidly cooled to a desired temperature by the cooled air, which is inexpensive, and the oxygen concentration is stable and the cost required for cooling is low. Soldering without impairing the function and performance of the wiring board and the electronic components on itMethodAs a result, a highly reliable printed wiring board can be produced by soldering with high connection reliability.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
  Soldering of the present inventionMethodIn the chamber body that is supplied with an inert gas and maintains an inert gas atmosphere with a low oxygen concentration, molten solder is supplied to the surface to be soldered while the printed wiring board, which is the work to be soldered, is transported by the transport means By meansLead-freeSoldering to make contact with molten solderMethodIn the above, the printed wiring board after soldering, that is, the work to be soldered, is soldered to the soldered portion by using the atmosphere in the chamber body.Solidification segregation occurs inIt is characterized in that it is configured so that it can be cooled rapidly before it starts.
[0022]
  That is, a tunnel-like chamber body is provided along a transport means for transporting the printed wiring board, and an inert gas supply means for supplying an inert gas into the chamber body is provided, so that the inert gas having a low oxygen concentration is provided in the chamber body. Create an atmosphere.
  Also, lead-less molten solder supply means for supplying lead-less molten solder to the soldered portion by bringing a jet wave of lead-less molten solder into contact with the soldered portion of the printed wiring board in the chamber body, The heating means for the printed wiring board for preventing the solidification of the lead-less molten solder supplied to the soldered portion after leaving the jet wave and the supply of the cooled outside air from the cooling body from the cooling means By providing an air exhaust port that surrounds the side periphery of the cold air outlet housing that blows cold air having a temperature lower than the atmospheric temperature and that is connected to the air exhaust means to the outside of the chamber body, the cold air flows from the cold air outlet housing to the exhaust air outlet, so A heat removal port housing for forming an air flow is provided in order along the transport direction of the transport means.
  Then, after supplying lead-less molten solder to the soldered portion of the printed wiring board in the inert gas atmosphere of low oxygen concentration, the printed wiring board is heated by the heating means and supplied to the soldered portion. The lead-free molten solder that has been transported to the heat sink housing and supplied to the soldered portion of the printed wiring board is brought into contact with the lead-free molten air flow while preventing solidification of the lead-free molten solder. The lead-less molten solder is solidified before solidification segregation occurs, so that a soldered portion is formed so as not to cause a lift-off phenomenon.Configure as follows.
[0023]
As a result, the cooled air outside the chamber body blown out from the cold air outlet case at the heat removal port of the heat removal case housing of the quenching means immediately flows to the air exhaust port of the heat exhaust port case, and A mountain-like cold airflow that is slightly raised is formed at the heat removal port. Therefore, it is extremely unlikely that the low oxygen concentration inert gas atmosphere held in the chamber body is disturbed by a large amount of air supplied or unstable atmosphere flow.
[0024]
The behavior of this mountain cold wind flow is determined by the supply flow rate of the cold wind and the exhaust flow rate of the exhaust wind, and a stable mountain cold wind flow is usually formed by selecting the latter slightly larger than the former. be able to. Then, by controlling the cooling power of the cooling device so that the temperature of the cold air supplied from the cold air outlet housing reaches a predetermined target temperature, the cooling rate and amount of cooling by the cold air can be freely adjusted. can do. In addition to this, it is also possible to adjust the cooling rate and the cooling amount of a printed wiring board, which will be described later, by increasing or decreasing the absolute values of the cold air supply flow rate and the exhaust air flow rate.
[0025]
  Therefore, the close position of the heat removal port housingLead-freeWhen the soldered surface of the printed wiring board to which the molten solder was supplied is transported and passed by the conveyor, a mountain-shaped cold airflow flows in contact with the soldered surface and is supplied to the soldered portion.Lead-freeThe molten solder is rapidly cooled and can be solidified rapidly before solidification segregation or the like occurs. As a result, soldering with high mechanical connection strength can be performed.
[0026]
The cooling process by the rapid cooling means is performed by blowing air to the printed circuit board as cold air that has been cooled by the cooling device after the air outside the chamber body is taken in. At that time, heat is taken from the molten solder in the soldered part. The temperature rises. Then, the exhausted heat is performed by exhausting the air whose temperature has increased to the outside of the chamber body.
[0027]
The cold air blown and supplied to the printed wiring board usually comes into contact with molten solder at 200 ° C. or higher, and the temperature rises. Therefore, it is usually higher than the atmospheric temperature outside the chamber body. Therefore, the cooling efficiency of the cooling device can be increased by not allowing the cooling device to reflux. In addition, the configuration of the present invention is extremely important because it is necessary to separately adjust the supply flow rate of the cold air and the exhaust air flow rate of the exhaust air to form a desired mountain cold air flow.
[0029]
  AlsoThe molten solder in the soldered part of the printed wiring board that has been supplied with the molten solder is completely solidified as the temperature of the solder supplied to the soldered part drops while it is transported to the heat removal port housing And the solder supplied to the part to be soldered in the heat sink housing is rapidly cooled to solidify completely.ing.
[0030]
  ThereforeWhen the molten solder supply means to the printed wiring board and the rapid cooling means for the printed wiring board cannot be disposed at a close distance, or when the conveying speed by the conveying means is slow, etc.Lead-freeAfter the molten solder is supplied, it is transferred to the quenching means.Lead-freeWhen there is a risk of solidification of the molten solder, the solidification of the molten solder is delayed by the heat-retaining heating means, and rapidly cooled at the heat removal port of the heat removal port housing by the rapid cooling means to cause solidification segregation, etc. Therefore, soldering with high mechanical connection strength can be performed.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Soldering of the present inventionMethodCan be implemented in the following example embodiments.
[0032]
(1) Configuration of soldering equipment
  FIG. 1 illustrates the present invention.Realize soldering methodIt is a figure for demonstrating the embodiment of a soldering apparatus, (a) is a sectional side view, (b) is the figure which looked at (a) from the II cross section. In addition, FIG.Example embodimentIt is a figure for demonstrating the structure of the heat-release port housing | casing used for FIG.
[0033]
In this embodiment, the lower surface of the printed wiring board conveyed by the conveyor is a surface to be soldered, and a portion to be soldered exists on the surface side. Soldering is flow soldering.
[0034]
  That is, the transport conveyor 1 transports the printed wiring board 6 from the carry-in entrance 1 a to the carry-out exit 1 b, and the preheating heater 2 and the heater 2 are disposed on the lower side along the transport direction A of the transport conveyor 1.Lead-freeA solder bath 5 for forming a jet wave 4 of the molten solder 3 and a quenching means 7 for quenching a soldered portion of the printed wiring board 6 are disposed, and a tunnel is provided along the conveyor 1 so as to cover them. A cylindrical chamber body 8 is provided. still,Lead-freeThe solder tank 5 for forming the jet wave 4 of the molten solder 3 has a skirt portion 9 provided at the opening of the chamber body 8.Lead-freeBy immersing in the molten solder 3,Lead-freeThe arrangement of the jet wave 4 of the molten solder 3 in the chamber body 8 and the sealing of the chamber body 8 are realized.
[0035]
  And the printed wiring board 6 andLead-freeN in the chamber body 8 above the position where the jet wave 4 of the molten solder 3 is in contact, that is, above the solder bath 5.2 Gas supply port 10 is provided and N2 Gas cylinder or N2 N from gas generator (both not shown)2 A gas is supplied into the chamber. Although not shown, an oxygen concentration measuring device for measuring the oxygen concentration in the chamber body 8 is usually provided, and N is set so that the oxygen concentration becomes a predetermined value.2 It is operated to adjust the gas supply flow rate.
[0036]
The restraining plate 11 provided in the chamber body 8 is a member for forming a labyrinth flow path in the chamber body 8, whereby the chamber body by the heat convection of the atmosphere in the chamber body 8 and the conveyor 1. It is possible to suppress an unnecessary atmosphere flow such as taking the atmosphere inside the chamber body 8 out of the chamber body 8 or bringing the atmosphere outside the chamber body 8 into the atmosphere, and form an inert gas atmosphere having a stable low oxygen concentration. become.
[0037]
  On the other hand, the solder bath 5 is heated by a heater (not shown) and melted.Lead-freeMolten solder 3 is contained and thisLead-freeThe molten solder 3 is supplied to the nozzle 14 of the nozzle body 13 by the pump 12 to form the jet wave 4, and the printed wiring board 6 that is conveyed in the direction of arrow A by the conveyor 1 to the jet wave 4 is soldered. The surface 6a is brought into contact with the soldered part.Lead-freeSoldering is performed by supplying the molten solder 3. Of course, the heater power is controlled by temperature adjusting means (not shown),Lead-freeThe temperature of the molten solder 3 is maintained at a target temperature.
[0038]
  And the printed wiring board 6 isLead-freeA quenching means 7 for rapidly cooling the soldered portion of the printed wiring board 6 is provided at a position immediately after the molten solder 3 leaves the jet wave 4.
[0039]
The rapid cooling means 7 is broadly divided into a cool air supply means 15 that takes in the air outside the chamber body 8 and cools and blows air, and exhausts the air whose temperature has been increased by cooling the printed wiring board 6 to the outside of the chamber body 8. Heat exhausting means 16 for exhausting heat, and a heat removal case 17 that forms a mountain-like cold airflow 30 that flows in a mountain shape and is difficult to leak to the outside.
[0040]
The cold air supply means 15 includes a fan 18 as a blowing means and a chiller 19 as a cooling means, and is configured to be able to adjust the flow rate of the cooled cold air. That is, although not shown, an inverter for adjusting the rotational speed of the fan 18 is provided, and the rotational speed of an induction motor (not shown) for driving the fan is adjusted by adjusting the output frequency and output voltage by the inverter. is there.
[0041]
Further, the chiller 19 is configured to be able to feedback control the degree of cooling, and the cold air temperature signal S detected by the cold air temperature sensor 20 provided in the heat removal port 17a of the heat removal port housing 17 is provided.t Referring to FIG. 4, the operation is performed to maintain a predetermined temperature set in advance.
[0042]
The exhaust heat means 16 is constituted by a fan 21 that can adjust the exhaust air flow rate. Like the fan 18 of the cold air supply means 15, the exhaust heat means 16 adjusts the exhaust air flow rate by adjusting the rotational speed by an inverter. It is a mechanism to discharge.
[0043]
On the other hand, the heat removal port housing 17 is connected to the cold air supply means 15 and the exhaust heat means 16 and receives the supply of cold air from the cold air supply means 15 as shown in FIG. A cool air outlet housing 22 that blows out from 22a and an exhaust heat outlet housing 23 connected to the exhaust heat means 16 are provided. Then, the exhaust port 23a of the heat exhaust port housing 23 is configured to surround the side periphery of the air blowing port 22a of the cold air port housing 22, and the heat removal port 17a is formed to configure the heat removal port housing 17. The heat removal port housing 17 configured in this manner is provided at a close position so that the heat removal port 17a faces the soldering surface 6a of the printed wiring board 6 conveyed by the conveyance conveyor 1.
[0044]
The cold air outlet housing 22 has a porous flow straightening plate 24 for uniformly adjusting the flow of the cold air blown from the cold air supply means 15 and a flow straightening plate in which a plurality of plate-like members for adjusting the flow direction are arranged in parallel. 25 is provided. The cold air port housing 22 is supported and fixed to the heat exhaust port housing 23 by support legs 32. The cold air supply pipe 26 is a means for connecting the cold air supply means 15 and the cold air outlet casing 22, and the exhaust heat pipe 27 is a means for connecting the exhaust heat outlet casing 23 and the exhaust heat means 16.
[0045]
  The heat removal port 17a of the heat removal port housing 17 is configured to face the soldered surface 6a of the printed wiring board 6, but the position where the heat removal port housing 17 is provided is the printed wiring board. 6 isLead-freeIt is preferable to provide it at a position within 5 seconds as much as possible after detachment from the molten solder 3. It was supplied to the soldered part of the printed wiring board within this time.Lead-freeThis is because the molten solder 3 can be rapidly cooled before the molten solder 3 is completely solidified.
[0046]
  However, for example, with the printed wiring board 6Lead-freeIn order to increase the contact time of the molten solder 3 with the jet wave 4, it is necessary to slow down the conveyance speed of the printed wiring board 6,Lead-freeThe printed wiring board 6 is caused by the case where it cannot be provided close to the jet wave 4 of the molten solder 3.Lead-freeIf it cannot be provided at a position within 5 seconds after detachment from the molten solder 3, it is formed in the solder bath 5.Lead-freeBetween the jet wave 4 of the molten solder 3 and the heat release casing 17, a heat-retaining heating means for keeping the solder of the soldered portion of the printed wiring board 6, that is, a heat-retaining heater (heat-retaining heating means) 29 Is provided.
[0047]
  As this heat-retaining heating means, a hot-wire heating means that mainly uses a heat ray such as infrared rays, a hot-air heating means that forms a high-temperature atmosphere with a heater, or a heating means that uses these in combination is suitable. However, it was supplied to the part to be solderedLead-freeThe hot air should not be supplied at such a speed that the molten solder 3 is blown away or its fillet shape is deformed. That is, this causes deterioration of the electrical connection state and mechanical connection state of the soldered portion, resulting in poor soldering.
[0048]
Note that the heat retaining heater 29 illustrated in FIG. 1 is configured by arranging a sheathed heater side by side on a box-shaped heater holding element, and a stainless steel plate as an infrared reflecting plate on the bottom surface of the holding frame. The warming heater 29 is disposed at a close distance (a distance of about 1 to 3 cm) facing the soldered surface 6a of the printed wiring board 6 conveyed by the conveyor 1.
[0049]
Thereby, infrared rays are radiated from the sheathed heater to the lower surface side of the printed wiring board 6, that is, the soldered surface 6 a side, and when the printed wiring board 6 is transported onto the heat retaining heater 29, the printed wiring board 6. As a lid, it becomes possible to maintain a high-temperature atmosphere between the box-shaped heater holding frame and the printed wiring board 6 and its soldered portion can be kept warm. By the way, at a distance of 3 cm or more, the outflow of the high temperature atmosphere increases and the heat retention is extremely reduced.
[0050]
  In addition, the insulation temperature of the printed wiring board 6, that is, the soldered portion was supplied.Lead-freeAlthough the heat retention temperature of the molten solder 3 varies depending on the solder material used, it is preferable that the temperature can be maintained at a temperature higher than the liquidus. In particular, when lead-free solder contains bismuth, it is important for preventing the lift-off phenomenon caused by the occurrence of solidification segregation.
[0051]
  Thereby, it supplied to the part to be soldered of the printed wiring board 6Lead-freeThe molten solder 3 can be kept warm and rapidly cooled by the heat removal port 17a of the heat removal port housing 17 of the rapid cooling means 7 to be solidified at once.
[0052]
The most important aspect of the present invention is that the printed wiring board 6 can be cooled by the cooled air without disturbing the atmosphere in the chamber body 8 holding the inert gas atmosphere having a low oxygen concentration. There are features.
[0053]
That is, as shown in FIG. 2, by forming the heat removal outlet casing 17, the cooled air outside the chamber body 8 blown out from the cold air outlet casing 22 immediately flows to the exhaust outlet 23 a of the heat exhaust outlet casing 23. Thus, a mountain-like cold air flow 30 in a slightly raised state is formed at the heat removal port 17 a of the heat removal port housing 17. Therefore, the low oxygen concentration inert gas atmosphere held in the chamber body 8 is extremely unlikely to cause a disturbance such as a large amount of air supplied or unstable atmosphere flow.
[0054]
The behavior of the mountain cold air flow 30 is determined by the supply flow rate of the cold air and the exhaust air flow rate of the exhaust air. Usually, the stable cold air flow 30 is obtained by selecting the latter slightly larger than the former. Can be formed. That is, the cold air supply means 15 and the exhaust heat means 16 are not configured to circulate, and the rotational speeds of the fans 18 and 21 are independently adjusted to form the mountain-like cold air flow 30 as described above. Will be able to.
[0055]
  Supplied to the soldered part of the printed wiring board 6Lead-freeThe cooling rate and the cooling amount of the molten solder 3 are determined by the temperature of the mountain-shaped cold air flow 30 and its flow velocity and consequently the flow rate. As described above, the temperature of the cold air can be freely controlled by using the chiller 19 having a temperature control function. Can be adjusted and set. Further, the cooling rate and the cooling amount of the printed wiring board 6 to be described later can also be adjusted by increasing or decreasing the absolute values of the cold air supply flow rate and the exhaust air flow rate.
[0056]
  Therefore, in the soldered portion of the soldered surface 6a of the printed wiring board 6,Lead-freeWhen the molten solder 3 is supplied and is transported and passed by the conveyor 1 near the position of the heat removal port 17a of the heat removal port housing 17, the mountain cold air flow 30 flows in contact with the soldered surface 6a. Supplied to the soldered partLead-freeThe molten solder 3 can be rapidly cooled and solidified quickly before solidification segregation occurs.Without causing the lift-off phenomenon,Soldering with high mechanical connection strength can be performed.
[0057]
  The process of cooling the printed wiring board 6 by the rapid cooling means 7 is carried out by blowing air to the printed wiring board 6 as cold air that has been taken in by the air outside the chamber body 8 and cooled to a low temperature by the cooling means 19, and at that time, the soldering target AttachedLead-freeIn this process, heat is removed from the molten solder 3 and the temperature rises, and the air (hot air) whose temperature has risen is exhausted outside the chamber body 8 to exhaust heat.
[0058]
  Here, the cold air blown and supplied to the printed wiring board 6 is usually 200 ° C. or higher.Lead-freeThe temperature rises in contact with the molten solder 3. Therefore, it is usually higher than the atmospheric temperature outside the chamber body 8. Therefore, the cooling efficiency of the quenching means 7 can be significantly increased by not circulating or refluxing the cooling means 19.
[0059]
  Also, as mentioned above,Lead-freeBy providing a heat retaining heater 29 between the jet wave 4 of the molten solder 3 and the heat sink casing 17,Lead-freeOf the part to be soldered of the printed wiring board 6 that has been supplied with the molten solder 3Lead-freeThe molten solder 3 was prevented from being completely solidified by being lowered in temperature while being transported to the heat sink casing 17, and was supplied to the soldered portion.Lead-freeThe molten solder 3 can be rapidly cooled by the heat sink housing 17 and solidified at once.
[0060]
  That is, to the printed wiring board 6Lead-freeWhen the supply means of the molten solder 3 and the rapid cooling means 7 of the printed wiring board 6 cannot be disposed at a close distance, or when the conveying speed by the conveying means is slow, the soldered portion of the printed wiring board 6 isLead-freeAfter the molten solder 3 is supplied, it is transferred to the rapid cooling means 7 until the molten solder 3 is supplied.Lead-freeIn the case where there is a possibility that the molten solder 3 is completely solidified, the heating means 29 for heat retentionLead-freeThe solidification of the molten solder 3 is delayed, the rapid cooling means 7 rapidly cools at the heat removal port 17a of the heat removal port housing 17 to prevent solidification segregation and the like, and soldering with high mechanical connection strength can be performed. it can.
[0061]
  Book as aboveExample embodimentIn this soldering apparatus, the soldered portion of the printed wiring board 6 was supplied.Lead-freeMolten solder 3Solidification segregation occurs inIt is possible to cool quickly beforeWithout causing soldering defects such as lift-off phenomenon,The mechanical connection strength can be increased more than ever.
[0062]
In the soldering apparatus illustrated in FIG. 1, the example in which the rapid cooling means 7 of the printed wiring board 6 is provided only on the soldered surface 6 a side of the printed wiring board 6, that is, on the lower surface side of the figure. The rapid cooling means 7 having the same configuration is also provided on the upper side of the printed wiring board, and the printed wiring board 6 is disposed on both the soldered surface 6a side and the lower surface of the figure or the upper surface of the figure. It can also be set as the structure which cools rapidly from.
[0063]
  In this case, not only the molten solder supplied to the soldered portion of the printed wiring board 6 but also the printed wiring board 6 itself can be rapidly cooled.Lead-freeThe cooling rate of the molten solder 3 can be further increased, and the cooling amount can be further increased.
[0064]
Further, as illustrated in FIG. 1A, a printed wiring board detection sensor 31 for detecting the entry of the printed wiring board 6 conveyed by the conveyor 1 is provided above the heat sink housing 17, and this detection signal Sp The fan 18 for supplying cold air and the fan 21 for exhausting air are rotated, and only when the printed wiring board 6 as the work to be cooled is conveyed above the heat sink housing 17 is cooled in a mountain shape. You may comprise so that the wind flow 30 may be formed.
[0065]
Alternatively, in a standby state in which the printed wiring board 6 does not enter, when the rotation speed of the cold air supply fan 18 and the exhaust air fan 21 is slowed down and the entry of the printed wiring board 6 is detected by the detection signal Sp. Alternatively, the rotational speeds of the fans 18 and 21 may be increased to normal rotation. As a result, the power consumption of the chiller 19 for cooling the air can be further reduced, and the influence of the mountain-shaped cold airflow 30 on the atmosphere in the chamber body 8 can be further reduced. Become.
[0066]
Such a detection signal Sp The rotation / stop control and rotation speed control of the fan can be performed using a sequencer, a programmable controller, and the like. Since examples of such control techniques are well known, the configuration thereof is omitted and not shown. .
[0067]
【The invention's effect】
  As described above, the soldering of the present inventionMethodIs supplied to the soldered part of the printed wiring board which is the work to be solderedLead-freeMolten solderSolidification segregation occurs inCooling quickly beforeThen solidifyIt becomes possible to do. In addition, the cooling temperature, cooling rate, and amount of cooling can be adjusted freely, and the flow state of the inert gas atmosphere with a low oxygen concentration and the oxygen concentration can be maintained with a stable cooling efficiency. Cooling can be performed.
[0068]
  As a result, the soldering strength of the work to be soldered, that is, the mechanical connection strength can be greatly increased. Also,Due to solidification segregationA lift-off phenomenon does not occur and a printed wiring board with high soldering reliability can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of a soldering apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a configuration example of a heat removal port housing used in the soldering apparatus of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Conveyor
2 Preheating heater
3Lead-freeMolten solder
4 Jet waves
5 Solder bath
6 Printed wiring board
6a Soldering surface
7 Quenching means
8 Chamber body
9 Skirt
10 N2 Gas supply port
11 Deterrence plate
12 Pump
13 Nozzle body
14 Air outlet
15 Cold air supply means
16 Heat exhaust means
17 Heat sink housing
17a Heat outlet
18 fans
19 Chiller (cooling means)
20 Cold air temperature sensor
21 fans
22 Cold air outlet housing
22a Air outlet
23 Heat exhaust port housing
23a Air vent
24 perforated current plate
25 Current plate
26 Cold air supply pipe
27 Waste heat pipe
28 Exhaust vent
29 Heat insulation heater
30 mountain cold wind
31 Printed wiring board detection sensor
32 Support legs

Claims (1)

プリント配線板を搬送する搬送手段に沿ってトンネル状のチャンバ体を設けると共にこのチャンバ体内不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段を設けて前記チャンバ体内に低酸素濃度の不活性ガス雰囲気を形成し、
また、前記チャンバ体内には前記プリント配線板の被はんだ付け部に鉛レス溶融はんだの噴流波を接触させることで前記被はんだ付け部に鉛レス溶融はんだを供給する鉛レス溶融はんだ供給手段と、前記噴流波から離脱した後に前記被はんだ付け部に供給された鉛レス溶融はんだの凝固を防止する前記プリント配線板の加熱手段と、冷却手段からの冷却されたチャンバ体外の大気の供給を受けて大気温度よりも温度の低い冷風を吹き出す冷風口筐の側周を囲んでチャンバ体外への排風手段に繋がる排風口を設けることで前記冷風口筐から前記排風口に冷風が流れて山状冷風流を形成する奪熱口筐体とを前記搬送手段の搬送方向に沿って順に設け、
前記低酸素濃度の不活性ガス雰囲気中において前記プリント配線板の被はんだ付け部に鉛レス溶融はんだを供給した後に前記加熱手段で前記プリント配線板を加熱してその被はんだ付け部に供給された鉛レス溶融はんだの凝固を防止しながら前記奪熱口筐体へ搬送し前記プリント配線板の被はんだ付け部に供給された鉛レス溶融はんだに前記山状冷風流を接触させることで急冷してこの鉛レス溶融はんだに凝固偏析が生じる前に凝固させてリフトオフ現象が発生しないようにはんだ付け部を形成すること、
を特徴とするはんだ付け方法
Inert gas with a low oxygen concentration in the chamber body is provided with an inert gas supply means for supplying an inert gas into the chamber body with along the conveying means to convey the printed circuit board providing a tunnel-shaped chamber body Forming an atmosphere,
Moreover, said chamber body and lead-free molten solder supplying means for supplying a lead-free molten solder to the portion to be soldered by contacting the jet flow of the lead-free molten solder portion to be soldered of the printed wiring board, The heating means for the printed wiring board for preventing the solidification of the lead-less molten solder supplied to the soldered portion after leaving the jet wave and the supply of the cooled outside air from the cooling body from the cooling means By providing an air exhaust port that surrounds the side periphery of the cold air outlet housing that blows cold air having a temperature lower than the atmospheric temperature and that is connected to the air exhaust means to the outside of the chamber body, the cold air flows from the cold air outlet housing to the exhaust air outlet, so A heat sink casing for forming a wind flow is provided in order along the transport direction of the transport means,
After supplying lead-less molten solder to the soldered part of the printed wiring board in the inert gas atmosphere of low oxygen concentration, the printed wiring board was heated by the heating means and supplied to the soldered part The lead-less molten solder is rapidly cooled by being brought into contact with the lead-less molten solder conveyed to the heat sink housing and supplied to the soldered portion of the printed wiring board while preventing the solidification of the lead-less molten solder. Forming a soldered portion so that the lead-off molten solder is solidified before solidification segregation occurs and the lift-off phenomenon does not occur,
Soldering method characterized by
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