JP5233764B2

JP5233764B2 - リフローはんだ付方法

Info

Publication number: JP5233764B2
Application number: JP2009061922A
Authority: JP
Inventors: 拓士助川; 直幸秋田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2029-03-13
Also published as: DE102010015841B4; CN101835349A; JP2010219158A; DE102010015841A1; CN101835349B

Description

本発明は、電子部品を搭載した回路基板をリフローはんだ付する方法に関する。

種々の電子部品は、プリントされた回路基板の表面に直接搭載してはんだ付される。このはんだ付は、はんだペーストを用いて行う。はんだペーストは、クリーム状のフラックスと粉末はんだとをペースト状にしたもので、印刷あるいはディスペンサー等によりプリント基板のはんだ付け部に塗布し、その上に電子部品を搭載させてからリフロー炉で加熱溶融させることにより、回路基板と電子部品をはんだ付するものである。

はんだペーストのフラックスは、はんだ付される金属表面の酸化膜を除去し、はんだ付中に加熱で再酸化するのを防止し、はんだの表面張力を小さくして濡れを良くする塗布材の働きをし、松脂、チキソ剤、活性剤等の固形成分を溶剤で溶解させてあるため、リフロー炉ではんだペーストを加熱溶融させた時にこれらが気化し蒸気となる。この気化したフラックス成分（フラックスヒューム）は、リフロー炉の温度の低いところ（約１１０℃以下）に接触して、液化し、回路基板上に付着しはんだ付不良を起こしたり、リフロー炉の可動部分に付着して動きが妨げられたりするものであった。

そして、回路基板上に付着したフラックス成分がはんだ付不良を起こさないように、不活性ガスを用いた雰囲気中で加熱を行うとともに、この雰囲気中に混在するフラックス成分を冷却し液化して回収しようとする回収装置が提案されている。

この回収装置の従来例（特許文献１）を、以下に説明する。リフロー炉の加熱室の中を搬送手段により搬送される回路基板には電子部品が搭載されている。搬送手段の下方に設けられているファンモータにより回転するファンにより雰囲気ガスが、ヒータの間を通過して、搬送される回路基板へ吹き付けられ加熱がなされ、加熱室内を循環する。

この加熱室に接続されたフラックス回収装置は、加熱室から雰囲気ガスを送風手段により吸引し、回路基板のはんだ付中に気化し雰囲気ガス内に混在するフラックス成分を除去する。この除去のために、フラックス回収装置の内部では、まず雰囲気ガス内のフラックス成分のうち粒子の大きな成分をフィルターが濾し取り、次に冷却フィンが雰囲気ガスを冷却しフラックス成分を液化して除去し、その後に雰囲気ガスをヒーターで再加熱して、加熱室に戻す。

しかしながら、この従来のフラックス回収装置では、液化したフラックス成分はフィルターとは別の手段、例えばタンクなどに集めて取り除くしかなく、フィルターとタンクの二つが必要であり、装置が複雑になっていた。また、フラックス回収装置はリフロー炉の運転中に稼働するものであり、雰囲気ガスの温度などを不安定にすることのないように、雰囲気ガスの一部のみを徐々にフラックス回収装置に吸引するしかなかった。このために、除去に時間がかかり、除去しきれないフラックス成分がフラックス回収装置以外の温度の低いところに付着する可能性があった。

特開平７−２１２０２８号公報

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、はんだペーストが含有するフラックスが雰囲気ガス内へ蒸発して、このフラックス成分が固化して様々な問題を引き起こすことに着目して、従来技術の発想を転換して、雰囲気ガス内にフラックス成分を蒸発させないリフローはんだ付方法を提供することを目的とする。

本発明の第１形態によれば、リフローはんだ付方法は、
リフローはんだ付を行うべきワーク（Ｗ）を密閉可能な処理室（１）内へ搬送して設置するステップ（Ｓ１）と、
前記処理室（１）を密閉するステップ（Ｓ２）と、
前記ワーク（Ｗ）に付着しているはんだ蝋（Ｈ）に含有されるフラックスのはんだ蝋溶融温度における飽和蒸気圧より高い圧力まで加圧された不活性ガスを前記処理室（１）に流入するステップ（Ｓ３）と、
はんだペーストが含有するフラックスを雰囲気ガス内へ蒸発させないために、前記処理室（１）を前記飽和蒸気圧より高い圧力に保持しながら、前記ワーク（Ｗ）をリフローはんだ付温度まで加熱して前記ワーク（Ｗ）の温度を一定に維持するステップ（Ｓ４）と、
それによって前記ワーク（Ｗ）に付着しているはんだ蝋を溶融させてリフローはんだ付を行うステップ（Ｓ５）と、
前記ワーク（Ｗ）を冷却して前記はんだ蝋を固化させるステップ（Ｓ６）と、
前記ワーク（Ｗ）が所定温度以下に冷却された後に、前記処理室（１）内の不活性ガスを前記処理室（１）外へ排出するステップ（Ｓ７）と、
前記処理室（１）を開放してはんだ付の終わった前記ワーク（Ｗ）を取り出すステップ（Ｓ８）と、を備えることを特徴とする。

はんだ蝋を溶融させてリフローはんだ付を行うステップにおいて、処理室内の雰囲気圧力が、はんだ蝋に含有されるフラックスのはんだ蝋溶融温度における飽和蒸気圧より高い圧力となっている。このため、はんだ蝋の溶融時にフラックスが雰囲気ガス内に気化（蒸発）することは無くなる。その結果、雰囲気ガス内のフラックス成分が固化して様々な問題を引き起こすことは無くなる。

本発明の第２形態によれば、リフローはんだ付方法は、前記不活性ガスは窒素ガスであり、前記ワーク（Ｗ）を冷却するために窒素ガスを用いることを特徴とする。両者を同じ組成とすることにより、不活性ガスおよび冷却剤の管理が一元化でき装置が単純となる。

本発明のリフローはんだ付方法を実行する装置の模式図である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態のリフローはんだ付方法を実行する装置１００を、図１に基づいて説明する。この装置１００は、処理室（リフロー炉）１と、リフローはんだが施される電子部品１１を搭載したプリント回路基板Ｗ（以下、「ワークＷ」と言う）を処理室内へ搬入するための入口２と、ワークＷを処理室外へ搬出するための出口３と、ワークＷを加熱するヒータ４と、処理室内の雰囲気を撹拌するファン５と、ワークＷを載置して処理室内を搬送する搬送手段６と、を備える。電子部品１１とワークＷとの間には、はんだペーストＨが塗布されている。このはんだペーストＨは、溶融温度約２２０℃において飽和蒸気圧が約０．１〜０．１５ＭＰａである。はんだペーストの組成によりその飽和蒸気圧が異なるため、このような数値範囲があることとなる。そして、ヒータ４により加熱された雰囲気ガスは、ファン５により撹拌され処理室１内を循環する。

処理室１は、壁１０に囲繞されており、加圧した雰囲気ガス（例えば窒素ガス）を処理室１へ供給するための給気ポート１ａと、前記加圧して供給された雰囲気ガスを処理室１から排出するための排気ポート１ｂを備える。処理室１の外部には、雰囲気ガスとなる窒素ガスで充填された第１タンクＴ１と、第１タンクＴ１から窒素ガスを吸入してこれを加圧する加圧ポンプＰが配置されている。加圧ポンプＰと給気ポート１ａとの間には供給管７が配設されており、その途中には第１制御弁Ｖ１が配置されている。そして、排気ポート１ｂと第１タンクＴ１との間には戻り管８が配設されており、その途中には第２制御弁（三方弁）Ｖ２が配置されている。

（リフローはんだ付方法）
次に装置１００を使用して第１実施形態のリフローはんだ付方法を説明する。
前工程において電子部品が搭載されたワークＷが外部搬送手段（図示せず）に載置されて処理室１の入口２まで搬送されて来る。入口２が開いて、ロボットによりワークＷが外部搬送手段から処理室１内へ移動されて搬送手段６の上に設置される（ステップＳ１）。その後、入口２は閉じられ、処理室１は密閉される（ステップＳ２）。

第１制御弁Ｖ１が開き、例えば０．２ＭＰａ（ゲージ圧）に加圧された窒素ガスが給気ポート１ａから流入する（ステップＳ３）。窒素ガスは、ワークＷに付着しているはんだ蝋Ｈに含有されるフラックスのはんだ蝋溶融温度（例えば２２０℃）における飽和蒸気圧（例えば０．１〜０．１５ＭＰａ）より高い圧力まで加圧されていれば良い。窒素ガスの圧力は、０．１５〜０．２ＭＰａが好ましい。

窒素ガスが給気ポート１ａから流入すると、処理室１内に存在した大気は、窒素ガスにより押され、矢印８ａ、９ａの方向に、排気ポート１ｂから戻り管８、三方弁Ｖ２、排出管９を経由して処理室外へ排出される。処理室１内に存在した大気の排出が完了すると、三方弁Ｖ２は閉じられる。その結果、処理室１内の圧力（雰囲気ガス圧力）が０．２ＭＰａ（ゲージ圧）に達するまで、窒素ガスが処理室１内に充填されて、処理室１内が低酸素濃度に維持される。

ヒータ４がオンされ同時にファン５が回転を始めて、熱風が処理室１内を循環してワークＷの温度が２４０℃（リフローはんだ付温度）まで上昇しこの温度が保持されるように、ヒータ４が制御される（ステップＳ４）。はんだペーストＨは、約２２０℃において溶融し始め、溶融状態が約１０秒間以上持続されて、完全な溶融状態となる（ステップＳ５）。溶融状態が約１０秒間以上持続された後、ヒータ４はオフされファン５も回転を停止する。

次に、第１制御弁Ｖ１が開き、第１タンクＴ１に充填されている窒素が処理室１内へ流入して、ワークＷを冷却すると溶融したはんだが固化し、搭載されている電子部品１１がはんだ付される（ステップＳ６）。はんだが固化すると、そのフラックスが気化することは無いので、第１制御弁Ｖ１が閉じられ第２制御弁Ｖ２が開いて、処理室１内を充満していた高圧の窒素ガスは、矢印８ａから８ｂの方向に戻り管８を通って第１タンクＴ１へ戻る（ステップＳ７）。これにより、処理室１内の窒素ガスは、０．２ＭＰａ（ゲージ圧）から大気圧の０ＭＰａ（ゲージ圧）まで降下する。処理室１内の窒素ガスが大気圧まで降下すると、第２制御弁Ｖ２も閉じられる。

そして、処理室１の出口６が開き、ワークＷを取出す（ステップＳ８）。ワークＷの取出しが完了すれば、処理室１の出口６は閉じられる。以上により、リフローはんだ付が完了する。

なお、はんだを溶融するための熱伝達方法を、ファン回転による熱風方式から輻射熱、熱伝導、または輻射熱と熱伝導の併用方式へ変更することもできる。これにより処理室内の圧力の平衡状態を保つことができ、さらにフラックス成分を蒸発させないようにすることが出来る。

以上のように、はんだペーストが含有するフラックスが雰囲気ガス内へ蒸発してこのフラックス成分が固化して様々な問題を引き起こすことを防止するために、雰囲気ガス内にフラックス成分を蒸発させないリフローはんだ付方法を提供することが可能となる。

１００リフローはんだ付装置
１処理室
２入口
３出口
４ヒータ
５ファン

Claims

リフローはんだ付を行うべきワーク（Ｗ）を密閉可能な処理室（１）内へ搬送して設置するステップ（Ｓ１）と、
前記処理室（１）を密閉するステップ（Ｓ２）と、
前記ワーク（Ｗ）に付着しているはんだ蝋（Ｈ）に含有されるフラックスのはんだ蝋溶融温度における飽和蒸気圧より高い圧力まで加圧された不活性ガスを前記処理室（１）に流入するステップ（Ｓ３）と、
はんだペーストが含有するフラックスを雰囲気ガス内へ蒸発させないために、前記処理室（１）を前記飽和蒸気圧より高い圧力に保持しながら、前記ワーク（Ｗ）をリフローはんだ付温度まで加熱して前記ワーク（Ｗ）の温度を一定に維持するステップ（Ｓ４）と、
それによって前記ワーク（Ｗ）に付着しているはんだ蝋を溶融させてリフローはんだ付を行うステップ（Ｓ５）と、
前記ワーク（Ｗ）を冷却して前記はんだ蝋を固化させるステップ（Ｓ６）と、
前記ワーク（Ｗ）が所定温度以下に冷却された後に、前記処理室（１）内の不活性ガスを前記処理室（１）外へ排出するステップ（Ｓ７）と、
前記処理室（１）を開放してはんだ付の終わった前記ワーク（Ｗ）を取り出すステップ（Ｓ８）と、を備えることを特徴とするリフローはんだ付方法。
前記不活性ガスは窒素ガスであり、前記ワーク（Ｗ）を冷却するために窒素ガスを用いることを特徴とする請求項１に記載のリフローはんだ付方法。