JP4200000B2

JP4200000B2 - リフローはんだ付け方法およびはんだ付け装置

Info

Publication number: JP4200000B2
Application number: JP2002377710A
Authority: JP
Inventors: 昌弘谷口; 浩昭大西
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2022-12-26
Also published as: JP2004207645A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント回路基板に電子部品をはんだ付けするためのリフローはんだ付け方法およびはんだ付け装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プリント回路基板に電子部品をはんだ付けするためのリフローはんだ付け方法としては、熱風や赤外線を熱源とし、プリント回路基板を予熱からリフロー本加熱にかけて全体に均一加熱する方法や、予熱の代わりに室温で真空乾燥処理した後、リフロー本加熱で回路基板全体を均一加熱する方法がある。
【０００３】
図３は、室温で真空乾燥処理した後、リフロー本加熱で基板全体を均一加熱する従来の方法である（特許文献１参照）。図３において、はんだ付け装置は、プリント回路基板１００、基板搬送部１０１、真空乾燥部１０２、真空ポンプ部１０３、リフロー加熱炉体部１０４、冷却部１０５から構成されている。
【０００４】
このような構成において、真空乾燥部１０２内にプリント回路基板１００全体を搬入した状態で密閉された容器内の空気が真空ポンプ部１０３で吸引され、真空状態に保持される。この間、室温状態で基板１００上のクリームはんだは、均一に乾燥する。乾燥処理後、真空を破壊し、プリント回路基板１００が取り出され、同プリント回路基板１００は、リフロー加熱炉体部１０４に搬入される。前記リフロー加熱炉体部１０４では、プリント回路基板１００全体をはんだ溶融温度以上まで均一に加熱し、図３（ｂ）におけるＡに示す温度プロファイル工程を経て、プリント回路基板１００に電子部品がリフローはんだ付けされる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平３−２０７５７３号公報
【０００６】
【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はんだ付け方法では、以下に示す問題を有している。
【０００７】
まず、第１に、真空乾燥処理時間に６０秒以上、リフロー加熱時間に６０秒以上かけて処理するため、生産性が悪いという問題を有している。
【０００８】
第２に、リフロー加熱部では、回路基板全体を均一に加熱するため、加熱温度に制約を受ける部品、例えば、CCDイメージセンサ、カメラモジュール、水晶発振子、光実装部品等の耐熱温度がはんだ融点温度以下である弱耐熱部品を同時に一括リフロー実装出来ないという問題を有している。
【０００９】
第３に、真空乾燥工程とリフロー加熱工程を短時間で処理しようとすると、乾燥が不十分な状態で終了するため、クリームはんだ中に残留した溶剤、水分、気泡がリフロー加熱時の急激な加熱昇温によって突沸してしまい、はんだボールやチップ立ち等のはんだ付け不良が発生するという問題を有している。
【００１０】
そこで本発明は、上記問題点に鑑み、クリームはんだ上に電子部品を搭載したプリント回路基板を、先ず事前に加熱真空処理でクリームはんだ中に残留した溶剤、水分、気泡を十分乾燥・脱泡することで、短時間にリフロー加熱接合処理する場合の急激な昇温に対しても、クリームはんだ中の溶剤、水分、気泡の突沸が抑制できる。このように、はんだボールやチップ立ちの発生原因を抑止、高品質を維持したまま、短時間でリフローはんだ付けが可能な、高生産性を実現できるはんだ付け方法および装置を提供するものである。更に、短時間で局所リフロー加熱接合処理を行うことにより、温度の制約を受ける部品の弱耐熱箇所を保護しつつ、リフローはんだ付けが出来るはんだ付け方法および装置を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明リフローはんだ付け方法は、電子部品を構成する一部分のパーツの耐熱温度がはんだ融点より低い部品で形成される弱耐熱部品が搭載された回路基板のリフローはんだ付け方法において、前記回路基板に対して、前記弱耐熱部品の耐熱温度以下の温度で加熱しつつ、密閉状態でクリームはんだ中に含まれる気泡、溶剤成分、水分等を脱泡、乾燥する真空乾燥工程と、前記回路基板のはんだ付け部を部分的に、短時間、はんだ融点温度以上に加熱する加熱工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明リフローはんだ付け装置は、電子部品を構成する一部分のパーツの耐熱温度がはんだ融点より低い部品で形成される弱耐熱部品が搭載された回路基板を閉空間に閉じ込め、真空雰囲気で、かつ回路基板内の温度制限を受ける弱耐熱部品の耐熱温度以下の温度で加熱しつつ、回路基板のクリームはんだ中に含まれる気泡、溶剤成分、水分等を脱泡、乾燥する真空乾燥部と、前記真空乾燥した回路基板のはんだ付け部を部分的に、クリームはんだの融点温度以上の温度で、短時間、加熱する加熱部と、前記回路基板を前記真空乾燥部に搬送する第１基板搬送部と、前記回路基板を前記真空乾燥部から前記加熱部に搬送する第２基板搬送部とを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明のリフローはんだ付け方法およびはんだ付け装置によれば、加熱状態で真空乾燥処理を行うことで、クリームはんだに含まれる溶剤、水分の飽和蒸気圧が高まり、乾燥が促進されて数十秒で必要な乾燥が完了する。また、乾燥工程では、一定の真空度を一定時間維持するので、クリームはんだが十分乾燥すると共に、ペーストに含まれる気泡も十分脱泡処理出来る。これにより、クリームはんだ中に残留した溶剤、水分、気泡がリフロー加熱時の急激な加熱昇温によって、突沸することに起因するはんだボールやチップ立ち等のはんだ付け不良の発生という問題を起すこと無く、十数秒以下という短時間で急激にリフロー加熱することができる。従って、真空乾燥工程もリフロー加熱工程も短時間で処理することが出来、高い生産性が実現できる。
【００１４】
更に、リフロー加熱部では、部品はんだ付け部を、部分的に急激に加熱することが出来るので、加熱温度に制約を受ける部品、例えば、CCDイメージセンサ、カメラモジュール、水晶発振子、光実装部品等の耐熱温度がはんだ融点温度以下である弱耐熱部品の弱耐熱部分を制約温度以下に抑えた状態でプリント回路基板内のはんだ付け部を同時にリフローはんだ付け可能にすることが出来る。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の代表的な一実施形態について説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１において、１は、プリント配線回路基板（以下、回路基板という。）、２は、回路基板１を搬送する第１基板搬送部、３は、回路基板１を加熱真空乾燥部４に搬送する第２基板搬送部、５は、回路基板１を局所リフロー加熱部６に搬送する第３基板搬送部、７は、局所リフロー加熱部６で加熱された回路基板１を冷却する冷却部である。前記加熱真空乾燥部４は、入口シャッター４ａ、出口シャッター４ｂ、位置決めストッパー４ｃ、真空回路部４ｄ、真空吸引部４ｅ、真空破壊部４ｆ、赤外線ヒーター４ｇから構成されている。前記局所リフロー加熱部６は、レーザー発振部６ａ、ミラー部６ｂから構成されている。
【００１７】
以上の様に構成されたリフローはんだ付け装置について、図１により説明する。電子部品を構成する一部分のパーツの耐熱温度がはんだ融点より低い部品で形成される弱耐熱部品を実装した回路基板１が、第1基板搬送部２に待機している。加熱真空乾燥部４の入口シャッター４ａが基板搬入口を開けると、第１搬送部２に待機していた回路基板１が第２基板搬送部３に送られ、位置決めストッパー４ｃに回路基板１が到達すると、入口シャッター４ａと出口シャッター４ｂが閉じ、加熱真空乾燥部４を密閉状態にする。密閉されたことを真空回路部４ｄが察知し、加熱真空乾燥部４内の空気を真空吸引部４ｅから吸い出す。この間赤外線ヒーター４ｇによって回路基板１が加熱される。所定の真空度到達と必要処理時間が経過したことを真空回路部４ｄで検出し、真空破壊部４ｆから加熱真空乾燥部４内に空気あるいは不活性ガスを注入して真空を破壊する。略大気圧にまで戻ったことを真空回路部４ｄで検出した後、出口シャッター４ｂが開き、回路基板１が、加熱真空乾燥部４から搬出され、第３基板搬送部５に受け渡される。回路基板１は、第３基板搬送部５により、局所リフロー加熱部６内の所定の位置に停止する。そして停止した回路基板１上の所定のはんだ付け位置をめがけて、レーザー発振部６ａの発振器から所定時間、レーザー発振され、ミラー部６ｂによって所定の位置に照射される。
【００１８】
例えば半導体レーザーを用いる場合、はんだ付け箇所１箇所に対し４Ｗのエネルギーを６０ｍｓ照射し、はんだを溶融させれば、１０秒間で１６６箇所のはんだ付け部を局所リフロー加熱できることになる。
【００１９】
上記の様に、本実施の形態によれば、電子部品を構成する一部分のパーツの耐熱温度がはんだ融点より低い部品で形成される弱耐熱部品を実装した回路基板１を、先ずパーツの耐熱温度以下まで赤外線ヒーター４ｇで加熱しつつ、真空処理をすることで、クリームはんだに含まれる溶剤や水分の飽和蒸気圧が高くなり、より短時間に乾燥することになる。
【００２０】
また、クリームはんだ中に含まれる気体も脱泡が促進される。こうして短時間の間にクリームはんだの十分な乾燥処理が終了できるので、レーザーによる局所リフロー加熱処理をした場合の急激な昇温に対しても、クリームはんだ中の溶剤、水分、気泡の突沸が防止でき、はんだボール、チップ立ちの発生を抑止し、高品質を維持したまま、数十秒という短時間で回路基板のリフローはんだ付けを終了することが可能となる。また、非常に短時間に局所加熱することで、弱耐熱部品の耐熱温度を守りつつ、リフローはんだ付けすることが可能となる。
【００２１】
（実施の形態２）
上記実施の形態１では、局所リフロー加熱部にレーザーを加熱媒体とした構成を示したが、加熱媒体に光ビームを用いてもかまわない。図２にその一例を示す。なお、実施の形態１と同一の機能のものについては、同一の符号を用いて説明する。
【００２２】
図２において、１は、回路基板、２は、第１基板搬送部、３は、第２基板搬送部、５は、第３基板搬送部、４は、加熱真空乾燥部、６は、局所リフロー加熱部、７は、冷却部である。前記加熱真空乾燥部４は、入口シャッター４ａ、出口シャッター４ｂ、位置決めストッパー４ｃ、真空回路部４ｄ、真空吸引部４ｅ、真空破壊部４ｆ、赤外線ヒーター４ｇから構成されている。局所リフロー加熱部６は、光ビーム照射部６ｃから構成されている。
【００２３】
以上の様に構成されたリフローはんだ付け装置について、図２により説明する。電子部品を構成する一部分のパーツの耐熱温度がはんだ融点より低い部品で形成される弱耐熱部品を実装した回路基板１が、第１基板搬送部２に待機している。加熱真空乾燥部４の入口シャッター４ａが基板搬入口を開けると、第１搬送部２に待機していた回路基板１が第２基板搬送部３に送られ、位置決めストッパー４ｃに回路基板１が到達すると、入口シャッター４ａと出口シャッター４ｂが閉じ、加熱真空乾燥部４を密閉状態にする。密閉されたことを真空回路部４ｄが察知し、加熱真空乾燥部４内の空気を真空吸引部４ｅから吸い出す。この間赤外線ヒーター４ｇによって回路基板１が加熱される。所定の真空度到達と必要処理時間が経過したことを真空回路部４ｄで検出し、真空破壊部４ｆから加熱真空乾燥部４内に空気あるいは不活性ガスを注入して真空を破壊する。略大気圧にまで戻ったことを真空回路部４ｄで検出した後、出口シャッター４ｂが開き、回路基板１が、加熱真空乾燥部４から搬出され、第３基板搬送部５に受け渡される。回路基板１は、第３基板搬送部５により局所リフロー加熱部６内の所定の位置に停止する。そして停止した回路基板１上の所定のはんだ付け位置をめがけて、光ビーム照射部６ｃから所定の時間、所定の位置に照射される。
【００２４】
例えば、キセノンランプの集光による光ビームを用いる場合、直径略２０ｍｍのエリヤに存在するはんだ付け箇所をまとめて一括に局所照射し、はんだを溶融させれば、約１０秒間ではんだ付け部を局所リフロー加熱できることになる。この照射エリア内に昇温させたくない部品が存在する時は、光ビームの直進性により照射エリア内であっても光を遮るマスクをかけることで部分的に温度上昇を抑えることが出来る。
【００２５】
上記の様に、本実施の形態によれば、電子部品を構成する一部分のパーツの耐熱温度がはんだ融点より低い部品で形成される弱耐熱部品を実装した回路基板１を、先ずパーツの耐熱温度以下まで赤外線ヒーター４ｇで加熱しつつ、真空処理をすることで、クリームはんだに含まれる溶剤や水分の飽和蒸気圧が高くなり、より短時間に乾燥することになる。また、クリームはんだ中に含まれる気体も脱泡が促進される。こうして短時間の間にクリームはんだの十分な乾燥処理が終了できるので、光ビームで局所リフロー加熱処理した場合の急激な昇温に対しても、クリームはんだ中の溶剤、水分、気泡の突沸が防止でき、はんだボール、チップ立ちの発生を抑止し、高品質を維持したまま、数十秒という短時間で回路基板のリフローはんだ付けを終了することが可能となる。また、非常に短時間に局所加熱することで、弱耐熱部品の耐熱温度を守りつつ、リフローはんだ付けすることが可能となる。
【００２６】
なお、上記実施の形態では、局所リフロー加熱部にレーザーや光ビームを加熱媒体として用いる構成を示したが、加熱媒体にノズルからの熱風を用いても同様の効果を発揮する。
【００２７】
【発明の効果】
以上の様に、本発明のリフローはんだ付け方法およびはんだ付け装置によれば、クリームはんだ上に電子部品を搭載したプリント回路基板を、まず温度制約を受ける弱耐熱部品の耐熱温度以下で加熱真空処理し、乾燥・脱泡することで、はんだ融点温度以上で、短時間、加熱接合処理する場合の急激な昇温に対しても、クリームはんだ内の溶剤、水分の突沸を防止でき、はんだボール、チップ立ちの発生が抑止できる。更に、高品質を維持したまま、部分的、短時間でのリフローはんだ付けが可能となることで、弱耐熱部品への熱影響を極力少なくできると共に、生産性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態におけるリフローはんだ付け装置の概要説明図で、（ａ）は、その構成の上面説明図、（ｂ）は、その構成の側面説明図、（ｃ）は、同装置の温度プロファイル説明図である。
【図２】本発明の第二の実施形態におけるリフローはんだ付け装置の概要説明図で、（ａ）は、その構成の上面説明図、（ｂ）は、その構成の側面説明図、（ｃ）は、同装置の温度プロファイル説明図である。
【図３】従来のリフローはんだ付け装置の概要説明図で、（ａ）は、その構成の説明図、（ｂ）は、同装置の温度プロファイル説明図である。
【符号の説明】
１回路基板
２第１基板搬送部
３第２基板搬送部
４真空乾燥部（加熱真空乾燥部）
４ｇ赤外線ヒーター
６加熱部（局所リフロー加熱部）
６ｃ光ビーム照射部

Claims

電子部品を構成する一部分のパーツの耐熱温度がはんだ融点より低い部品で形成される弱耐熱部品が搭載された回路基板のリフローはんだ付け方法において、前記回路基板に対して、前記弱耐熱部品の耐熱温度以下の温度で加熱しつつ、密閉状態でクリームはんだ中に含まれる気泡、溶剤成分、水分等を脱泡、乾燥する真空乾燥工程と、前記回路基板のはんだ付け部を部分的に、短時間、はんだ融点温度以上に加熱する加熱工程とを有することを特徴とするリフローはんだ付け方法。
電子部品を構成する一部分のパーツの耐熱温度がはんだ融点より低い部品で形成される弱耐熱部品が搭載された回路基板を閉空間に閉じ込め、真空雰囲気で、かつ回路基板内の温度制限を受ける弱耐熱部品の耐熱温度以下の温度で加熱しつつ、回路基板のクリームはんだ中に含まれる気泡、溶剤成分、水分等を脱泡、乾燥する真空乾燥部と、前記真空乾燥した回路基板のはんだ付け部を部分的に、クリームはんだの融点温度以上の温度で、短時間、加熱する加熱部と、前記回路基板を前記真空乾燥部に搬送する第１基板搬送部と、前記回路基板を前記真空乾燥部から前記加熱部に搬送する第２基板搬送部とを有することを特徴とするリフローはんだ付け装置。
前記真空乾燥部における加熱は、前記回路基板の上方または下方、または上下両方に赤外線ヒーターを配置して行うことを特徴とする請求項２に記載のリフローはんだ付け装置。
前記加熱部の熱源として、レーザーもしくはランプの光を集光させてなる光ビームを用いることを特徴とする請求項２に記載のリフローはんだ付け装置。
前記加熱部の熱源として、ノズルからの熱風による局所加熱を用いることを特徴とする請求項２に記載のリフローはんだ付け装置。