JP5983263B2 - リフロー炉および電子部品実装基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、リフロー対象物のリフローを実施するリフロー炉、および電子部品実装基板の製造方法に関する。

従来、例えば、特開平１０−２８４５７１号公報に開示されているように、製造歩留まりを低下させる異物、例えば鉄等の磁性を有する金属系異物を磁石により取り除く構成を備えた半導体素子の製造装置が知られている。この製造装置では、搬送用ベルトの循環経路の途中に電磁石を設けている。搬送用ベルトに付着した異物を電磁石の磁力により吸着除去することにより、搬送用ベルト上における半導体ウエハへ異物が付着することを防ぐことができる。

上記公報のほか、特開昭６２−１１２７９０号公報には磁力を用いて異物除去を行う薄膜処理装置が開示されている。また、特開２０００−３６５２９号公報には、ロードロック室内に磁石を設けて強磁性体パーティクルを除去する真空処理装置が開示されている。
ほかに、磁力による装置内の金属粉対策としては、特開昭６２−１００１４６号公報にかかる技術や、特開２００３−２８９０６１号公報にかかる技術が開示されている。

一般に、リフロー炉内で基板を搬送するコンベアには金属製チェーンが用いられている。この金属製チェーンが稼動中に金属製の駆動部品（スプロケット、レール、ローラ等）と接触することで、金属粉が生ずるという問題がある。その対策として、コンベアの構造自体に工夫を施す技術が知られている。例えば、特開２０００−１６５０３３号公報は、チェーンコンベアを用いない搬送機構を開示している。また、特開２００３−１７９３４２号公報は、非金属製材料の構造物をレールに設置することで、構造物同士の接触による金属粉発生を抑制している。

特開平１０−２８４５７１号公報 特開昭６２−１１２７９０号公報 特開２０００−３６５２９号公報 特開平２−２１８４５６号公報 特開２０００−１７４４３１号公報 特開２００３−１７９３４２号公報 特開昭６３−１４５５５７号公報 特開平５−２６７８３９号公報 特開２０００−１６５０３３号公報 特開昭６２−１００１４６号公報 特開２００３−２８９０６１号公報

リフロー炉においては、上記のとおり、金属製のコンベアが駆動部品間の磨耗によって金属粉を生じさせるという問題があった。リフロー炉には、加熱したガス（一般には空気）をリフロー対象物に当てて加熱を行う送風装置を備えるタイプのものがある。このタイプのリフロー炉では、リフロー炉内で送風装置がガスを吸入および排出することで風が生じ、リフロー炉内を金属粉が舞っている。また、リフロー対象物に直接に風を当てるので、金属粉を含むガスがリフロー対象物に直接当たる。これにより、リフロー対象物表面への汚れなど好ましくない影響が生じてしまう。結果、リフローによる電子部品実装後の回路基板の表面（特に、回路基板上に露出した電極パッドやコネクタ電極）が、金属粉で汚された状態になってしまう。なお、以下、便宜上、電子部品実装後の回路基板のことを「電子部品実装基板」とも称す。

特開昭６２−１１２７９０号公報、特開２０００−３６５２９号公報、および特開平１０−２８４５７１号公報にかかる装置は、いずれもリフロー炉ではないが、半導体ウェハや半導体製品などの製造過程における金属異物対策として、磁石による金属異物の捕集を行うものである。コンベアの金属製部品が鉄等の磁性体であるならば、その磨耗により生じた金属粉は、磁石により捕集することができる。しかしながら、リフロー炉は、送風装置により炉内に風が生じて金属粉が舞ったり、積極的にリフロー対象物に風を当てる必要があるなど特有の事情がある。このようなリフロー炉特有の状況下において、従来の金属異物対策では確実に金属粉を捕集することはできず、金属異物による製造品質への悪影響が生じていた。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、金属異物による製造品質への悪影響を確実に抑制することができるリフロー炉、および電子部品実装基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明にかかるリフロー炉は、
筐体と、
前記筐体内部に設けられ、リフロー対象物を載せる搭載部を有する金属製のコンベアと、
前記筐体内に開口した入口部および前記筐体内で前記搭載部に対向する出口部を有し、前記入口部を介して吸入したガスから前記出口部を介して前記コンベアの前記搭載部に載せた前記リフロー対象物に送風する送風ガスを生成する送風装置と、
前記送風ガスを加熱するヒータと、
前記送風装置において前記入口部から前記出口部へ流れるガスの経路の少なくとも一箇所に設けられ、前記コンベアから生じた金属粉を捕集する磁石と、
を備えることを特徴とする。

本発明にかかる電子部品実装基板の製造方法は、
基板上に電子部品および前記電子部品をはんだ付けするためのソルダーペーストが設けられたリフロー対象物を準備する準備工程と、
金属製コンベアおよび送風装置を備えたリフロー炉を用いて、前記コンベアで搬送する前記リフロー対象物に向けて前記送風装置により加熱した送風ガスを送ることにより、リフローを実施し、前記基板上に前記電子部品をはんだ付けするリフロー工程と、
を備え、
前記送風装置は、前記リフロー炉内に、ガスの入口部および出口部を備え、
前記送風装置における前記入口部から前記出口部へ流れるガスの経路の少なくとも一箇所において磁石を用いて前記コンベアから生じた金属粉を捕集することを特徴とする。

本発明によれば、送風装置の入口部から出口部へとガスが流れる過程で、このガスから磁石が金属異物を捕集することができる。これにより、金属異物による製造品質への悪影響を確実に抑制することができる。

本発明の実施の形態１にかかるリフロー炉の斜視図である。 本発明の実施の形態１にかかるリフロー炉におけるリフロー炉本体の内部構成を示す図である。 図２におけるＡ−Ａ´線に沿って見た断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる送風装置の仕切板周辺を拡大した斜視図である。 チェーンコンベア３にリフロー対象物１０が載せられている様子を示す斜視図である。 チェーンコンベア３のスプロケット４周辺を拡大した図である。 本発明の実施の形態１にかかるリフロー対象物の斜視図である。 本発明の実施の形態１にかかる電子部品実装基板を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１にかかるリフロー炉における金属粉の捕集作用を説明するための図である。 本発明の実施の形態１にかかる電子部品実装基板の製造方法の内容を示すフローチャートである。 ワイヤボンディング工程の途中におけるプリント回路基板上の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１にかかるワイヤボンディング構造を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態１にかかるボンディング工程の様子を示す模式図である。 本発明の実施の形態１にかかるリフロー炉における、磁石の取り付け位置の変形例を説明するための図である。 本発明の実施の形態１にかかるリフロー炉における、磁石の取り付け位置の変形例を説明するための図である。 本発明の実施の形態１にかかるボンディング工程の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態２にかかるリフロー炉の構成を示す図である。 本発明の実施の形態３にかかるリフロー炉の構成を示す図である。

実施の形態１．
［実施の形態１の装置の構成］
（リフロー炉の全体構成）
図１は、本発明の実施の形態１にかかるリフロー炉１の斜視図である。リフロー炉１は、電子部品の表面実装技術において、はんだで電子部品と実装基板（多くの場合は、プリント回路基板）とを電気的、機械的に接合させるためのリフロー炉である。リフロー炉１は、リフロー炉本体２を備えている。リフロー炉本体２は後述する内部構成を有しており、リフロー炉１の炉本体を構成するものである。リフロー炉本体２には、投入口１１および取出口１２が設けられている。投入口１１から「リフロー対象物」をリフロー炉本体２内部に投入することができる。

「リフロー対象物」とは、リフローによりはんだ付けを行うべき物品を意味している。「リフロー対象物」は、通常は、プリント回路基板上にソルダーペーストを塗布し、その上に電子部品が設置されたものである。プリント回路基板上にはんだ付けされる電子部品としては、セラミックコンデンサ等の受動素子部品や、トランジスタ等の能動素子が形成された半導体チップ、およびこれを集積した集積回路（ＩＣ）などがある。ソルダーペーストとは、はんだの粉末にフラックスを加えて、適当な粘度にしたものである。

リフロー炉１は、制御装置３０を備えている。制御装置３０は、後述するリフロー炉本体２の内部構成と接続することで、炉内の温度制御、送風制御、コンベアの駆動速度制御などを実施するためのものである。制御装置３０内の具体的構成は、一般的な制御装置と同様に、演算処理装置（ＣＰＵ）、記憶装置（ＲＡＭ，ＲＯＭなどの一次記憶装置、ハードディスク等の大容量ストレージ）、入力部（キーボード等）、出力部（モニタ等）を備えている。記憶装置には、炉内の温度制御、送風制御、コンベアの駆動速度制御を行うための制御プログラムが記憶されている。リフロー炉本体２には、換気部３２が取り付けられている。換気部３２は、リフロー炉本体２の換気を行うためのものである。換気部３２は、図示しないホースあるいはパイプにより、ガス処理系統に連通している。

（リフロー炉の炉本体における内部構成）
図２は、本発明の実施の形態１にかかるリフロー炉１におけるリフロー炉本体２の内部構成を示す図である。リフロー炉本体２は、耐熱性の筐体２ａを備えている。内部に、下記に述べる各種構成を内蔵している。
リフロー炉本体２の内部には、チェーンコンベア３が設けられている。チェーンコンベア３は、基板搬送用に設けられた鉄製のものであり、リフロー対象物１０を載せる搭載部を有する金属製のチェーンコンベアである。チェーンコンベア３は、ピン３ａを有する鉄製のチェーン３ｂ、鉄製のスプロケット４、および鉄製のガイドローラ５を備えている。スプロケット４は、図示しないモータにより回転駆動される。

スプロケット４の回転により、チェーンコンベア３のチェーン３ｂがスプロケット４の歯と噛み合い、チェーン３ｂが循環する。ガイドローラ５は、チェーン３ｂの循環をガイドするためのローラであり、チェーン３ｂに必要な張力（テンション）を与えることもできる。制御装置３０は、チェーンコンベア３の駆動速度を所定速度とするように、スプロケット４を回転させるモータの回転速度を制御する。

図２に示すように、リフロー炉本体２内には、送風装置６が設けられている。送風装置６は、複数のファン６ａとこの複数のファン６ａをそれぞれ駆動するモータ部６ｃを備えている。複数のファン６ａを仕切るように、仕切板８が設けられている。仕切板８は、紙面上方と紙面下方が開口している。ファン６ａの回転により、送風装置６は、チェーンコンベア３に載せられたリフロー対象物１０に向けて風を送ることができる。

送風装置６は、チェーンコンベア３を挟むように、紙面上方および紙面下方に上下対称に設けられている。図２において、仕切板８下方に示した紙面下方および紙面上方を向く複数の矢印は、送風装置６により生成される風の向きを示している。制御装置３０は、送風装置６の送風量を目標値に一致させるように、複数のモータ部６ｃ内のモータの回転速度を制御する。以下、送風装置６により送風されるガスを「送風ガス」とも称す。

リフロー炉本体２内部には、ヒータ７が備えられている。ヒータ７は、仕切板８が仕切る個々の空間に１つずつ設けられており、ファン６ａの近傍に位置している。ヒータ７への通電を行うことで、ファン６ａが回転することで発生する風を加熱できる。これにより温風（加熱ガス）をチェーンコンベア３上のリフロー対象物１０へと送ることができる。ヒータ７は、リフロー対象物１０のリフローを実施する程度に高温の所定温度に、送風ガスを加熱することができる。

図２において、リフロー炉本体２内の構成は、予備加熱部１３、本加熱部１４、冷却部１５に区分される。予備加熱部１３には、送風装置６のうち４つのファン６ａが属している。本加熱部１４には、送風装置６のうち紙面中央に位置する２つのファン６ａが属している。冷却部１５には、送風装置６のうち２つのファン６ａが属している。ヒータ７は、予備加熱部１３および本加熱部１４に属するファン６ａの近傍に、それぞれ設けられている。一方、ヒータ７は、冷却部１５に属するファン６ａの近傍には、設けられていない。冷却部１５では加熱ではなく、冷却のための送風を行うからである。

制御装置３０は、ヒータ７への通電量を制御することができ、これによりヒータ７の発熱量を制御することができる。ヒータ７の通電量制御は、予備加熱部１３と本加熱部１４とで個別に実施することができる。これにより、予備加熱部１３におけるヒータ７発熱量と、本加熱部１４における発熱量とを独立に調節することができる。

図２に示すように、それぞれのモータ部６ｃには、磁石９が取り付けられている。磁石９は、永久磁石である。磁石９の磁場により、鉄などの磁性材料が引き寄せられて捕集される。ガスが含む金属粉１９を捕集可能な程度の磁力がガス経路上に及ぶように、磁石の磁力およびガス経路と磁石の距離が設計されている。

図３は、図２におけるＡ−Ａ´線に沿って見た断面図である。図４は、本発明の実施の形態１にかかる送風装置６の仕切板８周辺を拡大した斜視図である。図４（ａ）は送風装置６の仕切板８周辺の拡大図であり、図４（ｂ）は、送風装置６におけるガスの吸入を行うための部位である入口部６ｄを示した図である。入口部６ｄは、送風装置６の構成のうち、「符号８ｃを付した破線により囲まれた位置の開口」を構成する部位である。具体的には、実施の形態１では、仕切板８の一部とモータ部６ｃの一部が、入口部６ｄを構成している。

ファン６ａは、回転軸６ｂに連結され、モータ部６ｃ内部のモータによって回転駆動することができる。モータ部６ｃは、内部のモータ本体と、モータ外部のケースとを備えている。仕切板８内部には、ヒータ７および温度センサ７ａが配置されている。温度センサ７ａは、発熱中のヒータ７により加熱されたガスの温度を計測するためのものであり、熱電対などを用いることができる。

図３および図４に示すように、仕切板８は、第１の開口である仕切板入口部８ａおよび第２の開口である仕切板出口部８ｂを備えている。仕切板８は、仕切板入口部８ａと仕切板出口部８ｂにかけて、その内部が貫通している。

仕切板入口部８ａは、回転軸６ｂとモータ部６ｃとの接続部位に備えられている。仕切板入口部８ａは、モータ部６ｃ側に開口している。仕切板入口部８ａおよびモータ部６ｃは、送風装置６全体でみたときにリフロー炉本体２内に開口してガスを吸入する部位であり、リフロー炉本体２内のガス（空気）を吸入するための入口部６ｄを構成している。

仕切板出口部８ｂは、仕切板８におけるチェーンコンベア３側に備えられている。仕切板出口部８ｂは、送風装置６においては仕切板８のチェーンコンベア３を向く開口部であり、チェーンコンベア３のリフロー対象物１０搭載部側に対向している。仕切板出口部８ｂは、送風装置６全体でみたときに、ガスを排出するための出口部を構成している。

図３で仕切板８周囲に設けられた太線矢印は、風の流れ１６である。風の流れ１６は、入口部６ｄから吸入され、仕切板出口部８ｂから排出される風の流れを図示したものである。送風装置６は、入口部６ｄを介してリフロー炉本体２内部の空気を吸入し、送風装置６の出口部（すなわち仕切板出口部８ｂ）を介して、チェーンコンベア３の搭載部に加熱ガス（高温空気）を送風する。

図３に示すように、本実施の形態では、磁石９は、モータ部６ｃにおける回転軸６ｂとの接続部位に取り付けられており、ファン６ａよりも上流に設けられている。磁石９は、入口部６ｄから仕切板出口部８ｂへ流れるガスの経路（風の流れ１６）に設けられている。具体的には、本実施の形態では、モータ部６ｃにおける回転軸６ｂを形成した表面に、磁石９を取り付けている。磁石９は、モータ部６ｃの表面における回転軸６ｂの周囲を囲むように設けられている。

磁石９の形状は特に限定しないが、連続した一個の磁石に、回転軸６ｂを貫通させる穴を設けたものであってもよい。また、複数の磁石片を回転軸６ｂを囲むように、モータ部６ｃ表面（ケース表面）に並べたものであってもよい。

なお、モータ部６ｃ内部にはモータが備えられるが、モータ自身も磁石（電磁石）を備える。磁石９は、このモータ内部の磁石とは別の磁石であり、モータ部６ｃ外部（つまりモータ部６ｃのケース表面よりも外側）に配置されたものである。磁石９の磁力は、モータ部６ｃ内部のモータの回転を阻害しない程度のものである。

図５は、チェーンコンベア３にリフロー対象物１０が載せられている様子を示す斜視図である。チェーンコンベア３は、対向して配置された２本のチェーン３ｂからなっている。チェーンコンベア３のそれぞれのチェーン３ｂには、ピン３ａが設けられている。

チェーンコンベア３の２本のチェーン３ｂは、ちょうどリフロー対象物１０の幅と同程度の間隔を置いて配置されている。２本のチェーンの間にリフロー対象物１０を置いたときに、リフロー対象物１０の両端がこのピン３ａにより支持されるようになっている。このピン３ａが、チェーンコンベア３におけるリフロー対象物１０の「搭載部」である。

これにより、リフロー対象物１０の表面と裏面とを、十分にリフロー炉本体２内のガス（空気）に晒すことができ、リフロー対象物１０を均一に加熱することができる。スプロケット４の回転によりチェーンコンベア３が回転駆動されることで、リフロー対象物１０がチェーンコンベア３の移動方向（チェーンの循環方向）に搬送される。

図６は、チェーンコンベア３のスプロケット４周辺を拡大した図である。スプロケット４がチェーンコンベア３のチェーン３ｂに噛み合っており、スプロケット４の回転によりチェーンコンベア３が移動している様子が図示されている。スプロケット４とチェーンコンベア３のチェーン３ｂとの摩擦により、金属粉１９が生じている。

（リフロー対象物１０）
図７は、本発明の実施の形態１にかかるリフロー対象物１０の斜視図である。図８は、本発明の実施の形態１にかかる電子部品実装基板５０の斜視図を示す。電子部品実装基板５０は、リフロー対象物１０がリフロー炉１を通過してリフローが実施された後、プリント回路基板１０ａに半導体チップ１０ｇが実装（ワイヤボンディング）された後の段階における物品である。

リフロー対象物１０は、「プリント回路基板１０ａ上にソルダーペースト１０ｃを印刷または塗布し、その上に電子部品１０ｂを搭載したもの」である。上述したように、「リフロー対象物」とは、リフローによりはんだ付けを行うべき物品を意味している。

プリント回路基板１０ａは、セラミック基板やプリント配線板などの単層又は多層の配線基板である。プリント回路基板１０ａの材質は、ガラスエポキシ樹脂、セラミック、ポリイミド等である。プリント回路基板１０ａの大きさは様々であり、厚みも数百μｍから数ｍｍの範囲で設計される。プリント回路基板１０ａの上面には、複数の電極パッドが形成されている。電極パッドは導電性物質からなり、プリフラックス、はんだめっき、Ｎｉ／Ａｕめっきなどの表面処理を銅に行ったものである。なお、図７では省略しているが、一般のプリント回路基板と同様に、プリント回路基板１０の表面には配線パターンが設けられている。

電子部品１０ｂは、表面実装用のチップ抵抗やコンデンサ、インダクタであるが、同じ実装構造の部品であればこの限りではない。電子部品１０ｂはセラミック製の本体の内部に銀などで配線が形成されたものである。電子部品１０ｂの両端には、電極が形成されており、この電極はニッケルや錫のめっきである。電子部品１０ｂの電極には、ソルダーペースト１０ｃが塗布されている。また、プリント回路基板１０ａには、コネクタ１０ｆも配置されている。コネクタ１０ｆの表面にも、導電性材料からなるコネクタ電極が設けられている。コネクタ電極はリフロー対象物１０上で露出している。

プリント回路基板１０ａの中央には、チップ実装部１０ｄが設けられている。チップ実装部１０ｄは、リフロー工程の後に半導体チップが配置される領域である。チップ実装部１０ｄの周囲を取り囲むように、複数の電極パッド１０ｅが設けられている。電極パッド１０ｅには、ソルダーペースト１０ｃは塗布されていない。

図８は、本発明の実施の形態１にかかる電子部品実装基板５０を示す斜視図である。電子部品実装基板５０は、プリント回路基板１０ａ上に、半導体チップ１０ｇがワイヤ１０ｈにより接続されたものである。また、リフローによりソルダーペースト１０ｃがはんだ１０ｊとなっており、はんだ１０ｊは電子部品１０ｂとプリント回路基板１０ａとの電気的および機械的に接続している。

［実施の形態１の装置の動作］
図６に示すように、スプロケット４とチェーン３ｂとの摩擦により、金属粉１９が生じている。スプロケット４とチェーン３ｂとの接触以外にも、チェーンコンベア３が駆動する際にチェーン３ｂが接触する金属製の駆動部品（スプロケット４、ガイドローラ５、あるいは図示しないレール等）と接触することで金属粉１９が生じうる。

リフロー対象物１０がリフロー炉本体２内を搬送されていく途中で、金属粉１９がリフロー対象物１０の表面に付着してしまうおそれがある。金属粉１９は本来リフロー対象物１０に付着すべきでない異物であり、リフローの過程でこのような異物が付着することで電子部品実装基板５０の製造品質に悪影響を及ぼす恐れがある。

より具体的には、ワイヤボンドを行うべき電極パッド１０ｅの表面に、この金属粉１９が固着することが問題となる。電極パッド１０ｅの表面が汚れると、ワイヤボンドの接合が弱くなることが懸念される。また、コネクタ１０ｆのコネクタ電極に金属粉１９が付着することが懸念される。この場合、コネクタ１０ｆで接触不良が起きるおそれがある。また、一旦リフローを実施した後に再度のリフローを行うような場合に、はんだ接合を行うべき電極パッドに金属粉１９が付着しているときには、その金属粉１９が付着した電極パッド上におけるはんだの接合性劣化が懸念される。

そこで、実施の形態１では、磁石９を設けることで、金属粉１９が発生しても、プリント回路基板１０ａに金属粉１９が付着することを防ぐことができるようにした。図９は、本発明の実施の形態１にかかるリフロー炉１における金属粉１９の捕集作用を説明するための図である。ファン６ａの回転により空気が取り入れられ、仕切板出口部８ｂより風が排出され、図３や図９に示すような風の流れ１６が生じる。

磁石９は、入口部６ｄから仕切板出口部８ｂへ流れるガスの経路（風の流れ１６の当たる場所）に設けられている。その流れに乗ってリフロー炉本体２内に舞い飛ぶ金属粉１９も移動する。鉄製の金属粉１９は磁性体であるため、図９に示すように、途中で入口部６ｄ（具体的にはモータ部６ｃ表面）に設置した磁石９に引き寄せられて捕集される。これにより、リフロー対象物１０をリフロー炉に投入し、はんだ付けを行う過程において、磁石９が金属粉１９を捕集することができる。

リフロー炉内のリフロー対象物１０は、チェーンコンベア３で搬送される。リフロー炉本体２内において、リフロー対象物１０は、予備加熱部１３、本加熱部１４、冷却部１５を通って最終的に取出口１２から取り出される。予備加熱部１３は、リフロー対象物１０を１００℃〜１８０℃の温度雰囲気に置く領域である。本加熱部１４では、リフロー対象物１０が２００℃以上の温度雰囲気に置かれ、はんだ付けが実施される。冷却部１５は、本加熱部１４を通ってきたリフロー対象物１０を冷却するための領域である。

リフロー対象物１０の加熱は、チェーンコンベア３の上部および下部に備えられたヒータ７とファン６ａにより、熱風をリフロー対象物１０に吹き付けて行う。冷却は、ヒータ７なしで、ファン６ａにより冷風をリフロー対象物１０に吹き付けることで行う。このような加熱および冷却を実施するので、リフロー炉本体２内にはガス（空気）が絶えず循環している。

なお、換気部３２の主たる役割は、フラックスの蒸気や、リフロー炉１内の熱を、作業室内に出さないようにすることである。換気部３２が無い場合、フラックスの蒸気（有機溶剤や有機酸などの化学物質）やリフロー炉１内の高温空気が、投入口１１や取出口１２からリフロー炉１の外部すなわち作業室内に排出されてしまう。こににより、作業室内における作業環境を悪化させることが懸念される。そこで、この換気部３２により、それらのフラックス蒸気や高温空気を処理し、室外に排出して、作業環境悪化を抑制することができる。なお、リフロー炉内の空気循環を工夫してフラックス成分の回収機構を設けたリフロー炉の場合には、この換気部を有さないものもある。
換気部３２により、金属粉１９もある程度排出されうることが予想されるが、完全には除去できないという問題があった。この点、本実施の形態にかかるリフロー炉１は金属粉１９の確実な回収が可能となっている。

［実施の形態１の製造方法］
図１０は、本発明の実施の形態１にかかる電子部品実装基板の製造方法の内容を示すフローチャートである。
図１０に示すフローでは、先ず、リフロー対象物１０を準備する準備工程が実施される（ステップＳ１００）。このステップでは、図７で説明したように、プリント回路基板１０ａ上にソルダーペースト１０ｃを介して電子部品１０ｂが取り付けられたリフロー対象物１０を準備する。

（リフロー工程）
次に、投入口１１からリフロー対象物１０をリフロー炉本体２に投入する工程が実施される（ステップＳ１０２）。このステップでは、チェーンコンベア３のピン３ａ上に支持させるように、投入口１１からリフロー対象物１０を投入する。

次に、リフロー実施、温度制御および送風制御を行う工程が実施される（ステップＳ１０４）。このステップでは、制御装置３０により、制御装置３０内で実行される制御プログラムに従って、ヒータ７の通電量制御、ファン６ａを回転駆動するためのモータ部６ｃの通電量制御、スプロケット４を回転させるためのモータへの通電量制御を行う。なお、ヒータ７の通電量制御は、温度センサ７ａの出力に基づいて目標温度と一致する温度となるようにフィードバック制御するものであってもよい。

送風装置６は、ファン６ａの回転により、送風装置６の入口部６ｄから送風装置６の出口部（すなわち仕切板出口部８ｂ）へと向かう風の流れ１６を生成する。この風の流れ１６がヒータ７で加熱されることで、リフロー対象物１０に加熱した送風ガスを送ることができる。磁石９は、送風ガスから磁性を帯びた異物である金属粉１９を取り除くことができる。金属粉１９が取り除かれたうえで、送風ガスがリフロー対象物１０に当たる。これにより、金属粉１９がリフロー対象物１０に付着するのを抑制でき、リフロー後に最終的に完成する電子部品実装基板５０に金属粉１９の悪影響がおよぶことを抑制することができる。

リフロー対象物１０は、予備加熱部１３、本加熱部１４を経由したのち、冷却部１５で冷却される。

次に、冷却されたリフロー対象物１０を取出口１２から取り出す工程が実施される（ステップＳ１０６）。

（ワイヤボンディング工程）
続いて、ステップＳ１０６で取り出されたリフロー対象物１０に対して、ワイヤボンディング工程が実施される（ステップＳ１０８）。図１１乃至図１３を用いて、本実施の形態にかかるワイヤボンディング工程を説明する。

図１１は、ワイヤボンディング工程の途中におけるプリント回路基板１０ａ上の構成を示す図である。図１１に示すように、プリント回路基板１０ａは、ワイヤボンディングに用いられる電極パッド１０ｅを備えている。図７で説明したチップ実装部１０ｄ上に、半導体チップ１０ｇが固定されている。半導体チップ１０ｇは、複数のチップ上電極１０ｉを備えている。ワイヤボンディングが実施されることで、チップ上電極１０ｉと電極パッド１０ｅとの間がワイヤ１０ｈで接続される。ワイヤ１０ｈは、金属線であり、具体的には金線を用いることができる。

図１２は、本発明の実施の形態１にかかるワイヤボンディング構造を説明するための模式図である。図１２（ａ）は平面図であり、図１２（ｂ）は側面図である。ワイヤ１０ｈは、端部２０ａと端部２０ｂ、およびこれらを結ぶワイヤ本体部２０を備えている。

図１３は、本発明の実施の形態１にかかるボンディング工程の様子を示す模式図である。実施の形態１では、図１３（ａ）に示すように、三角ループを形成するワイヤボンディングを行う。図１３（ａ）における点線は、三角ループ形成時におけるキャピラリ４０の軌跡を模式的に示している。図１３（ｂ）は、三角ループ形成時の２ｎｄボンドの様子を示している。図１３（ａ）に示すように、三角ループの場合には、通常、リバース動作は１回である。

実施の形態１にかかるワイヤボンディングでは、具体的には、先ず、アーク放電によってワイヤ先端にボールが形成される。ボールが形成された後、このボールを１つめの被ボンド面（チップ上電極１０ｉの表面）へ接合（ボールボンド）するようにキャピラリ４０がワイヤ１０ｈを案内し、第１のボンディング（１ｓｔボンド）が行われる。続いてリバース動作を経てワイヤのループ形状化が行われ、その後もう１つの被ボンド面（電極パッド１０ｅの表面）へのボンディング（２ｎｄボンド）が行われる。

２ｎｄボンドの際には、熱、荷重、および超音波を併用してワイヤを変形させ、ワイヤを電極パッド１０ｅ上に接合させる。これは、サーモソニック（超音波熱圧着）方式とも呼ばれるものであり、ワイヤボンディングで多用されている方式である。リバース動作とは、ワイヤのループ形状を安定させるために、ループ形成方向の反対側へと一旦ワイヤを振る動作である。このようにして、２点間を接続するワイヤボンディング構造が完成する。

電極パッド１０ｅ表面に金属粉１９が付着する汚染が生じていると、この２ｎｄボンド時に、端部２０ｂが電極パッド１０ｅに十分な強度で接合をすることができない恐れがある。この点、本実施の形態にかかるリフロー炉１によれば、磁石９により金属粉１９を捕集することができるので、リフロー対象物１０に当たる送風ガスを金属粉１９が取り除かれた清浄なものとすることができる。従って、電極パッド１０ｅ表面に金属粉１９が付着することを抑制でき、２ｎｄボンドにより端部２０ｂと電極パッド１０ｅとの接合強度を確保することができる。

図８に示した電子部品実装基板５０は、このワイヤボンディング工程が完了した後の状態のプリント回路基板１０ａを示している。

（パッケージング工程）
次に、実施の形態１では、電子部品実装基板５０のパッケージング工程が実施される（ステップＳ１１０）。パッケージング工程では、ワイヤボンディング実施後における電子部品実装基板５０の表面が、封止樹脂により封止される。封止樹脂は例えばガラスフィラーを含有したエポキシ樹脂を用いてもよい。なお、このパッケージ工程は、必ずしも樹脂封止工程に限られるものではない。電子部品実装基板５０を金属製ケース内に取り付けたり、樹脂ケース内に取り付けるなどの工程が実施されても良い。また、電子部品実装基板５０そのものが製品として販売され市場に流通する場合にはこのパッケージング工程が省略されることもある。

その後、今回の製造フローが終了する。

以上説明した実施の形態１によれば、チェーンコンベア３上のリフロー対象物１０に送風ガスを当てる場合に、磁石９を用いて、金属粉１９を除去したガスを送風ガスとすることができる。

すなわち、リフロー炉は、送風装置により炉内に風が生じて金属粉が舞ったり、積極的にリフロー対象物に風を当てる必要があるなど特有の事情がある。リフロー対象物に当たる送風ガスから金属粉を確実に除去することが好ましい。

この点、本実施の形態によれば、送風装置６によりリフロー炉本体２内のガス（空気）が吸入、排出される過程で、そのガスが不可避的に磁石９の近傍を通過することとなる。よって、磁石９により確実に金属粉１９を捕集することができる。その結果、リフロー対象物１０に当たる送風ガスを金属粉１９が取り除かれた清浄なものとすることができる。特に、実施の形態１にかかる製造方法によれば、ワイヤボンディングが実施される電極パッド１０ｅ表面に金属粉１９が付着することを抑制でき、ワイヤと電極パッド１０ｅの接合強度を確保することができる。

本実施の形態１に示すように、磁石９の好ましい取り付け位置としては入口部６ｄ付近がよい。ファン６ａ下流の仕切板出口部８ｂ付近では風速が速くなっているので、金属粉１９を捕らえ難いからである。入口部６ｄ付近であれば、金属粉１９は必ず磁石９の近くを通り、そのときの風速も仕切板出口部８ｂ付近ほどには速くない。また、送風装置６内部に位置する構成（ファン６ａ、回転軸６ｂ、仕切板８内面、温度センサ７ａ、ヒータ７など）へ金属粉１９が付着することを防止できるという利点もある。

［実施の形態１の変形例］
磁石９は、送風装置６の入口部６ｄから送風装置６の出口部（すなわち仕切板出口部８ｂ）へ流れるガスの経路の少なくとも一箇所に設けられたものである。本実施の形態では、好ましい形態として、入口部６ｄ付近に磁石９が設けられている。しかしながら本発明はこれに限られるものではない。

磁石９は、「送風装置６において入口部６ｄから出口部（仕切板出口部８ｂ）へ流れるガスの経路（風の流れ１６）上」に設けられている。図３では入口部６ｄに磁石を設置しているが、ファン６ａの回転を妨げない位置であれば、入口部６ｄから出口部（仕切板出口部８ｂ）に至るガスの経路（風の流れ１６）が接する所望の位置に磁石９を設けることができる。

図１４および図１５は、本発明の実施の形態１にかかるリフロー炉１における、磁石９の取り付け位置の変形例を説明するための図である。
例えば、図１４に示すように、仕切板８の内面であって、仕切板入口部８ａと仕切板出口部８ｂの中央付近に磁石９を設けても良い。
また、図１５のように、仕切板出口部８ｂに磁石９を設置してもよい。図１５（ａ）は出口部に磁石９を設ける第１の変形例である。温度センサ７ａの位置を一例として仕切板８の外側（図２であれば、紙面の手前側あるいは奥側の仕切板８表面）に配置している。図１５（ａ）に示す変形例では、仕切板出口部８ｂの全周縁（四辺全て）にわたって磁石９を設ける。
なお、仕切板出口部８ｂの全周縁にわたって磁石９を設けてもよいが、必ずしもこれに限られない。図１５（ｂ）は出口部に磁石を設ける第２の変形例である。仕切板出口部８ｂの周縁部のうち、対向する二辺のみに長方形の磁石４９ａ、４９ｂを設けて、磁石４９ａ、４９ｂを設けない辺に温度センサ７ａを設けている。このようにすることで、温度センサ７ａによる送風ガスの温度検知精度の確保と、磁石４９ａ、４９ｂによる金属粉１９の捕集とを両立することができる。
また、図示しないが、仕切板８の仕切板入口部８ａの縁に磁石９を設けても良い。

なお、図３、図１４、図１５では、それぞれ、磁石９の取り付け位置は一箇所ずつであった。しかしながら本発明はこれに限られるものではない。複数の箇所に、磁石９を設けても良い。例えば、図３のようにモータ部６ｃに第１の磁石９を取り付け、図１４や図１５のように仕切板８内部のファン６ａ下流側に第２の磁石９を取り付けても良い。また、３つ以上の箇所に磁石９を設けても良い。

なお、仕切板入口部８ａとモータ部６ｃとの間は離間しており、磁石９は仕切板８の仕切板入口部８ａに取り付けられてはいない。この場合においても、前述したように、「モータ部６ｃの回転軸６ｂ側表面部位」は送風装置６の構成の一部であるとともに風の流れ１６が仕切板８内に流入する入口に当たり、送風装置６の入口部６ｄを構成している。よって、実施の形態１の磁石９の取り付け位置も、送風装置６において「入口部から出口部へ流れるガスの経路の少なくとも一箇所」に含まれる。

なお、実施の形態１では、送風装置６は、その構成要素（ファン６ａ、回転軸６ｂ、モータ部６ｃ、および仕切板８）が、リフロー炉本体２内部に露出された構成である。しかしながら、本発明はこのような送風装置に限られるものではない。

送風装置６が更にケースを有しており、このケース内にファン６ａ、回転軸６ｂ、モータ部６ｃ、仕切板８が収納されたものであってもよい。このケースの一部に「リフロー炉本体２内部で開口する入口部」を設け、このケースの他の一部に「チェーンコンベア３側に向けて開口する出口部」を設けてもよい。この入口部からリフロー炉本体２内のガスを吸入するようにして、この入口部からこの出口部までのガスの経路の途中に、磁石９を配置すればよい。この場合には、当該入口部の開口の縁部、ケース内壁又は外壁における開口付近（開口の周縁の少なくとも一部）、ケース内壁、出口部の開口の縁などの、送風装置が生成する風の流れの経路上の少なくとも一箇所に、磁石９を取り付ければよい。

なお、実施の形態１では磁石９の形状は直方体となっているが、円柱状やＵ字形など、特に限定しない。環状、ドーナツ状であってもよい。

実施の形態１においてチェーンコンベア３の各構成（チェーン３ｂ、スプロケット４、ガイドローラ５）は鉄製であったが、本発明はこれに限られるものではない。チェーンコンベア３の各構成は、リフロー炉本体２内部の高温に耐えられる材料であることが求められる。鉄以外の磁性を有する材料であってもよく、他の金属材料（コバルト、ニッケルなど）、合金材料（ステンレススチール、ＳＵＳなど）で形成されたものでもよい。磁性を帯びた粉状体である金属粉１９が生じうるのであれば、これを磁石９で捕集することができるからである。

実施の形態１では、図１３（ａ）に示すように、三角ループを形成するワイヤボンディングを行っている。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。
図１６は、本発明の実施の形態１にかかるボンディング工程の変形例を示す図である。図１６のように、台形ループを形成するワイヤボンディングを行ってもよい。図１６（ａ）は、台形ループ形成時におけるキャピラリ４０の軌跡を模式的に示している。図１６（ｂ）は、台形ループ形成時の２ｎｄボンドの様子、および、台形ループ形状のワイヤ１０ｈを示している。図１６（ａ）に示すように、台形ループの場合には、リバース動作は２回であり、三角ループの場合よりも多い。

なお、実施の形態１では、上述のようにボールを形成する工程（スパークを飛ばしてワイヤを溶かす）を有するワイヤボンディングを実施した。ボールを形成するこの種のワイヤボンディング方法は、ボールボンディング法あるいはネールヘッドボンディング（Nail Head Bonding）法と称され、量産工程で多用されるものである。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。ボールを形成しない方式（いわゆる「ウェッジボンディング方式」）を用いても良い。ウェッジボンディング方式は、大電流を流すパワーデバイス（ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ、ダイオード等）や、過酷な条件下で用いられる集積回路（たとえば、自動車関連ＩＣ）などの生産に利用される方式である。ボールボンディングと違い、ボールを作る必要がないために、金線以外にもアルミ線などのワイヤを使うこともできる。ボンディングには、キャピラリ４０ではなく、ウェッジツールと呼ばれるものを用いる。

使用する磁石９の材料は特に限定しないが、より好ましい形態として、加熱ファン近傍などの高温になる部分ではサマリウムコバルト磁石やアルニコ磁石を用いることが好ましい。高温雰囲気でも十分に磁力を保つことができるからである。

実施の形態２．
図１７は、本発明の実施の形態２にかかるリフロー炉の構成を示す図であって、ファン６ａおよび仕切板８の周辺部位を拡大して示す図である。実施の形態１では永久磁石である磁石９を用いたが、実施の形態２では磁石９に代えて、電磁石１２０を用いる。電磁石１２０にかかる部分を除き、実施の形態２にかかるリフロー炉は、実施の形態１のリフロー炉１と同様の構成を備えている。

磁石９を電磁石１２０に変更することで、電磁石１２０の電源を切ったときに、捕集した金属粉１９が電磁石１２０から離れる。これにより、電磁石１２０で捕集した金属粉１９を容易に除去することができる。なお、電磁石１２０の通電制御は、制御装置３０により行われる。

なお、上述した実施の形態１にかかる電子部品実装基板の製造方法および実施の形態１の変形例においても、実施の形態２にかかる構成（すなわち電磁石１２０を用いるリフロー炉）を利用することができる。例えば、電磁石１２０の取り付け位置、形状、個数などについて、実施の形態１で述べた変形例と同様の変形を加えることができる。

実施の形態３．
図１８は、本発明の実施の形態３にかかるリフロー炉の構成を示す図であって、ファン６ａおよび仕切板８の周辺部位を拡大して示す図である。実施の形態３では、磁石９を覆う磁石カバー１２１が設けられている。この点を除き、実施の形態３にかかるリフロー炉は、実施の形態１のリフロー炉１と同様の構成を備えている。

磁石９の周囲に取り外し可能な磁石カバー１２１を設けると、磁石カバー１２１を交換することで捕集した金属粉１９を容易に除去できる。磁石カバー１２１は、磁石９の磁気を遮蔽せずに磁石９を覆う取外し可能なカバーである。より具体的には、実施の形態３にかかる磁石カバー１２１は、磁石９と接する面に粘着面を備えたポリイミドテープである。このポリイミドテープは、リフロー炉１内の高温雰囲気（２００℃以上）に十分に耐えられる耐熱性材料である。

なお、磁石カバー１２１を、両面（表面および裏面）に粘着性を備える両面粘着シートとしてもよい。これにより、磁石９が金属粉１９に引き寄せられて磁石カバー１２１に接したときに、シート表面の粘着性によって確実な捕集が可能となる。

また、粘着性のテープ以外に、セラミックなど非磁性材料で作成した磁石カバーを、磁石９を覆う位置に取り付けてもよい。この場合の固定方法は、例えば、ボルトによる締結やばねによる押圧固定により、モータ部６ｃ表面や仕切板８に大して、磁石カバーを取り付けてもよい。

なお、上述した実施の形態１にかかる電子部品実装基板の製造方法および実施の形態１の変形例においても、実施の形態３にかかる構成（すなわち磁石カバー１２１で磁石９を覆ったリフロー炉）を利用することができる。例えば、磁石カバー１２１を取り付けた磁石９について、その取り付け位置、形状、個数などについて、実施の形態１で述べた変形例と同様の変形を加えることができる。

なお、磁石カバー１２１は、少なくともリフロー炉本体２の内部空間に露出する面に、粘着面を備えるものとしてもよい。具体的には、上述のようにポリイミド性の両面粘着シートとすることで、リフロー炉本体２の内部空間に露出する面に粘着面を設けてもよい。あるいは、セラミック等の非磁性材料からなる磁石カバーに対して、リフロー炉本体２の内部空間に露出する面に粘着テープ等により粘着面を設けても良い。

このように磁石カバー１２１を構成した場合、これを実施の形態２（電磁石１２０を備える構成）と組み合わせることで、次の利点がある。すなわち、電磁石は、通電中に限り磁石として機能する。そこで、両面粘着性シートからなる磁石カバー１２１でこの電磁石１２０を覆うことで、電磁石１２０が非通電中の期間においても、両面粘着性シートからなる磁石カバー１２１によって金属粉１９を捕獲しておくことができる。これにより、取り外し可能なカバーによるメインテナンス性向上とともに、非通電中においても金属粉１９を捕獲しておくことができるという利点も得られる。

１ リフロー炉、２ リフロー炉本体、２ａ 筐体、３ チェーンコンベア、３ａ ピン、３ｂ チェーン、 ４ スプロケット、５ ガイドローラ、６ 送風装置、６ａ ファン、６ｂ 回転軸、６ｃ モータ部、６ｄ 入口部、７ ヒータ、７ａ 温度センサ、８ 仕切板、８ａ 仕切板入口部、８ｂ 仕切板出口部、９ 磁石、１０ リフロー対象物、１０ａ プリント回路基板、１０ｂ 電子部品、１０ｃ ソルダーペースト、１０ｄ チップ実装部、１０ｅ 電極パッド、１０ｆ コネクタ、１０ｇ 半導体チップ、１０ｈ ワイヤ、１０ｉ チップ上電極、１１ 投入口、１２ 取出口、１３ 予備加熱部、１４ 本加熱部、１５ 冷却部、１９ 金属粉、２０ ワイヤ本体部、２０ａ 端部、２０ｂ 端部、３０ 制御装置、３２ 換気部、４０ キャピラリ、５０ 電子部品実装基板、１２０ 電磁石、１２１ 磁石カバー

Claims (11)

1. 筐体と、
   前記筐体内部に設けられ、リフロー対象物を載せる搭載部を有する金属製のコンベアと、
   前記筐体内に開口した入口部および前記筐体内で前記搭載部に対向する出口部を有し、前記入口部を介して吸入したガスから前記出口部を介して前記コンベアの前記搭載部に載せた前記リフロー対象物に送風する送風ガスを生成する送風装置と、
   前記送風ガスを加熱するヒータと、
   前記送風装置において前記入口部から前記出口部へ流れるガスの経路の少なくとも一箇所に設けられ、前記コンベアから生じた金属粉を捕集する磁石と、
   を備えることを特徴とするリフロー炉。
2. 前記コンベアは、金属製のチェーン、金属製のスプロケット、および金属製のガイドローラの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載のリフロー炉。
3. 前記磁石は、前記入口部に配置されたことを特徴とする請求項１または２に記載のリフロー炉。
4. 前記磁石は、電磁石であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のリフロー炉。
5. 前記磁石の磁気を遮蔽せずに前記磁石を覆う取外し可能なカバーであって、前記筐体内に露出して粘着性を有する粘着面を備えたカバーを、
   さらに備えることを特徴とする請求項４に記載のリフロー炉。
6. 前記磁石の磁気を遮蔽せずに前記磁石を覆う取外し可能なカバーを備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のリフロー炉。
7. 前記磁石は、サマリウムコバルト磁石又はアルニコ磁石であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のリフロー炉。
8. 前記送風装置は、
   それぞれが前記コンベアに送風するように配列され、それぞれが回転軸を備えた複数のファンと、
   前記回転軸をそれぞれ回転させるためのモータ部と、
   前記モータ部と離間して配置され、前記搭載部に対向する第１の開口および前記回転軸と前記モータ部とが接続する部位に対向する第２の開口を備え、前記複数のファンの間を仕切る仕切部材と、
   を備え、
   前記第１の開口が、前記送風装置の前記出口部を構成し、
   前記仕切部材における前記第２の開口の縁部と前記第２の開口と対向する前記モータ部の表面部位とが、前記送風装置の前記入口部を構成し、
   前記磁石は、前記モータ部の前記表面部位に取り付けられたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のリフロー炉。
9. 基板上に電子部品および前記電子部品をはんだ付けするためのソルダーペーストが設けられたリフロー対象物を準備する準備工程と、
   金属製コンベアおよび送風装置を備えたリフロー炉を用いて、コンベアで搬送する前記リフロー対象物に向けて前記送風装置により加熱した送風ガスを送ることにより、リフローを実施し、前記基板上に前記電子部品をはんだ付けするリフロー工程と、
   を備え、
   前記送風装置は、前記リフロー炉内に、ガスの入口部および出口部を備え、
   前記送風装置における前記入口部から前記出口部へ流れるガスの経路の少なくとも一箇所において磁石を用いて前記コンベアから生じた金属粉を捕集することを特徴とする電子部品実装基板の製造方法。
10. 前記リフロー対象物は、ワイヤボンディングに用いられる電極パッドを備える実装基板であり、
    前記リフロー工程の後に、前記実装基板上に半導体チップを搭載し、前記半導体チップの電極と前記電極パッドとをワイヤで接続するようにワイヤボンディングを実施する工程を有することを特徴とする請求項９に記載の電子部品実装基板の製造方法。
11. 前記送風装置における前記入口部において前記磁石を用いて前記金属粉を捕集することを特徴とする請求項９または１０に記載の電子部品実装基板の製造方法。

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