JPH0416265B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、電子部品が取付けられたプリント基
板の半田付けを自動的に行う気相式半田リフロー
装置における蒸気レベル制御方法に関する。

＜従来の技術＞ 従来の気相式半田リフロー装置としては、第３
図に示すようなものがある。

第４図に示すように基板３１上に設けられた銅
製等のランド３２ａ，３２ｂには半田ペースト３
３を介して両端に電極３４ａ，３４ｂを有する部
品３６が仮固定されている。

該基板３１は基板搬送面３９に沿つて第３図に
おいて右方より左方に搬送される。

該基板３１はパネルヒータ、またはシーズヒー
タ等の熱源４０を備えた予備加熱ゾーン４１にて
常温より温度T1まで加熱され、その温度T1を保
持したまま蒸気槽４２に搬送される。

予備加熱ゾーン４１においては気相式半田リフ
ロー装置に入つてくる基板３１を予熱して、部品
３６が該蒸気相にて急加熱されることを緩和して
いる。

蒸気相４２には、沸騰温度T2が半田ペースト
３３の溶融温度T3より高温である例えばフツソ
系の不活性液４３が満たされており、該不活性液
４３は蒸気槽４２の底面４４に設けたヒータ４５
により加熱される。

蒸気槽４２には、該不活性液４３を前記半田の
溶融温度T3より若干低い温度であるT5に常時保
持するための定温保持用ヒータ４５ａが、常時
ONの状態で、前記蒸気槽４２全長に渡つて設け
られており、また、該蒸気槽４２の下流側近傍に
設けられた蒸気センサ４７によりON、OFF制御
され、ONとなつたとき前記不活性液４３を半田
の溶融温度T3より若干高い温度である該不活性
液４３の沸点T2まで更に加熱するコントロール
用ヒータ４５ｂが蒸気槽４２の下流側のみに設け
られている。

即ち、該不活性液４３の気化した蒸気４８は前
記基板搬送面３９より上方に設けた蒸気センサ４
７により蒸気レベル４６が検出されるが、蒸気セ
ンサ４７が該蒸気レベル４６を検出していない時
は、コントロール用ヒータ４５ｂもONにして、
蒸気量を増加させる。一方、蒸気センサ４７が該
蒸気レベル４６を検出すると、コントロール用ヒ
ータ４５ｂをOFFにして、定温保持用ヒータ４
５ａのみで該蒸気レベル４６を保持している。

また、該蒸気槽４２には、前記コントロール用
ヒータ４５ｂの搬送方向上流側の一端近傍、およ
び、蒸気槽４２の搬送方向下流側の壁近傍に、前
記蒸気レベル４６を一定にするために仕切板５１
および仕切板５２が設けられている。

該蒸気４８は、該蒸気槽４２の前後に設けられ
た冷却パイプ４９，５０により、沸点T2以下ま
で冷却され、前記不活性液４３の状態に液化され
て回収される。

基板３１は予備加熱ゾーン４１にてT1まで加
熱され、蒸気槽４２にてT2まで加熱されて、半
田ペースト３３が溶融され、部品３６が基板３１
に半田付けされた状態で図示しない次工程に搬送
される。

＜発明が解決しようとする課題＞ 第５図に示すように、基板３１は部品３６が該
蒸気槽４２にて急加熱されることによつて生じる
熱ストレスを緩和するために、予備加熱ゾーン４
１において温度T1まで加熱され、その後蒸気槽
４２に搬送されている。しかし、仕切板５１より
下流側の蒸気４８ｂは、該蒸気面４６が定温保持
用ヒータ４５ａとコントロール用ヒータ４５ｂと
によつてほぼ一定のレベルに保たれているにも関
わらず、仕切板５１の上流側の該仕切板５１をオ
ーバーフローした蒸気４８ａは、該蒸気の比重が
空気よりも大きいためそのレベルが急激に低下
し、蒸気４８ａと蒸気４８ｂとが接している前記
仕切板５１の上流において、蒸気のレベルが急勾
配となり、もつて蒸気４８ａと蒸気４８ｂとが接
している前記仕切板５１の上流において、急激な
温度勾配（15〜30℃／Ｓ）が生じることになる。

このような急激な温度勾配により、基板上の何
方か片方のランド（第４図において２点鎖線で示
すように例えば３２ｂ）に接している半田ペース
ト３３のみが溶融して、他方の半田ペースト３３
が溶融する以前に、片側の電極（例えば３４ｂ）
のみ基板３１に半田され、跳ね上がる現象（以下
マンハツタン現象と称する）が生じる。

該マンハツタン現象は基板３１のランド３２の
大きさ、半田ペースト３３の量、電極３４の半田
のぬれ具合、部品３６の重量によつても左右され
るが、前記温度勾配が該マンハツタン現象の発生
の有無には最も影響を与える。

即ち、前記マンハツタン現象は、赤外線ランプ
を多数配設してその複写熱により半田ペースト３
３を溶融する赤外線リフロー装置や、熱風を循環
させて多量の雰囲気を加熱して、該雰囲気の対流
により半田ペースト３３を溶融する熱風式リフロ
ー装置においても発生するが、その発生率は気相
式リフロー装置の方が大きく、該リフロー装置の
後工程における手直しを必要としている。これは
他の装置に比較して、気相式リフロー装置におい
ては、前述の如く、蒸気槽４２にて急激な温度勾
配を生じる急加熱が行われるため、部品３６に熱
ストレスが発生し、該熱ストレスを緩和しきれて
いないことに起因している。

よつて、本発明では、一定レベルで搬送される
基板を緩やかな温度勾配にて加熱することによつ
て、半田ペーストをその溶融温度まで加熱して、
前記マンハツタン現象の発生を抑える蒸気槽内蒸
気レベル制御方法を提供することを目的としてい
る。

＜課題を解決するための手段＞ このため、本発明は、蒸気槽内に基板を一定レ
ベルで搬送通過させ、該蒸気槽内の蒸気によつて
半田を加熱溶融して半田付けを行うよう構成され
た気相式半田リフロー装置における蒸気槽内蒸気
レベル制御方法であつて、前記蒸気槽を基板の搬
送方向に複数に分割し、各々の蒸気槽の蒸気レベ
ルを検出する蒸気センサを設け、該蒸気センサの
検出部を上流側ほど低く取付けることにより上流
側に位置する蒸気槽の蒸気レベルを低く制御する
方法とした。

＜作用＞ そして、かかる方法では複数分割された蒸気槽
において、それぞれ独立して、より上流に位置す
る蒸気槽ほど蒸気レベルが低くなるように制御さ
れるので、その蒸気レベルの勾配を緩やかにする
ことができ、もつて基板の加熱に係わる温度勾配
を緩やかにすることができる。

＜実施例＞ 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明
する。

第１図において、基板３１が一定レベルの基板
搬送面１に沿つて、フツソ系の不活性液１４が満
たされている蒸気槽２に搬送通過されるのは、従
来と同様である。蒸気槽２には仕切板３，４，
５，６が設けられ、該蒸気槽２の搬送方向上流の
壁７とともに、該蒸気槽２が複数に分割され、加
熱槽１０、予熱槽１１、緩衝槽１２，１３が形成
される。

蒸気槽２には、該不活性液１４を、前記半田の
溶融温度T3より若干低い温度であるT5に常時保
持するための定温保持用ヒータ１８が、常時ON
の状態で前記蒸気槽２全長に渡つて設けられてお
り、さらに蒸気センサ１７によりON、OFF制御
され、ONになつたときに前記不活性液１４を、
半田の溶融温度T3より若干高い温度である該不
活性液１４の沸点T2まで更に加熱するコントロ
ール用ヒータ１９が、加熱槽１０のみに設けられ
ている。

即ち、前記基板搬送面１より上方に設けた蒸気
センサ１７により、該不活性液１４の気化した蒸
気２６の加熱槽蒸気レベル１６が検出される。蒸
気センサ１７により該蒸気レベル１６が検出され
ない時は、コントロール用ヒータ１９がONとな
り、蒸気量を増加させる。一方、蒸気センサ１７
により該蒸気レベル１６が検出されると、コント
ロール用ヒータ１９はOFFとなり、定温保持用
ヒータ１８のみで該蒸気レベル１６が保持され
る。

また、予熱槽１１の該液面１５の上方にも、前
記基板搬送面１より上方で、かつ前記第１蒸気セ
ンサ１７より下方に、第２蒸気センサ２１が設け
られている。予熱槽１１も第２蒸気センサ２１に
より予熱槽蒸気レベル２２が検出され、この予熱
槽蒸気レベル２２を一定に保つために、前記蒸気
槽２全長に渡つて設けられて常時ONとなつてい
る定温保持用ヒータ１８と、予熱槽１１のみに設
けられるコントロール用ヒータ２０と、が設けら
れている。

即ち加熱槽１０においては、前記第１蒸気セン
サ１７によつてコントロール用ヒータ１９の
ON、OFFが制御され、加熱槽蒸気レベル１６は
仕切板５と仕切板６との間でほぼ一定に制御され
る。また、予熱槽１１においても、加熱槽１０と
は別に、前記第２蒸気センサ２１によつてコント
ロール用ヒータ２０のON、OFFが制御され、予
熱槽蒸気レベル２２は仕切板４と仕切板３との間
でほぼ一定に、かつ前記加熱槽序記レベル１６よ
り低位のレベルに、制御される。

また、前記不活性液１４の蒸気は仕切板３の上
流側に設けた冷却パイプ２４、および仕切板６の
下流側に設けた冷却パイプ２３により、沸点以下
の温度まで冷却されて、液化される。

一方、前記加熱槽蒸気レベル１６と予熱槽蒸気
レベル２２とは、仕切板４と仕切板５との間に位
置する緩衝槽１２において、緩やかに連続する。

一方、前記加熱槽１０と予熱槽１１との間に位
置する緩衝槽１２及び、予熱槽１１の上流に位置
する緩衝槽１３においては蒸気センサが設けられ
ていないため、加熱槽１０及び予熱槽１１よりオ
ーバーフローした蒸気が溜まり、該緩衝槽１２，
１３内の液面１５において液化されることなく、
一時的に緩衝槽蒸気レベル２５，２７が高くなる
ことが考えられる。よつて、緩やかに該蒸気レベ
ル２５，２７を搬送方向に従つて高くなるように
するために、蒸気センサが設けられていない、緩
衝槽１２および１３に、冷却パイプ２３，２４に
より液化された前記不活性液１４の沸点T2より
低温である再生液を、図示しないパイプ等で導
き、供給しても良い。これにより、低温の再生液
が該緩衝槽１２，１３に供給されることになり、
緩衝槽１２の不活性液の温度を部分的に下げるこ
とが可能となる。よつて、該緩衝槽１２，１３内
の液面１５に接触する該不活性液の蒸気は液化さ
れ、該緩衝槽１２，１３の緩衝槽蒸気レベル２
５，２７の急激な変化を防止すること、および前
述した予熱槽蒸気レベル２２を加熱槽蒸気レベル
１６より低位に維持することが、より効果的にな
る。

かかる構成による方法によれば、加熱槽蒸気レ
ベル１６、予熱槽蒸気レベル２２とも一定のレベ
ルに維持され、かつ加熱槽１０の上流側に位置す
るところの予熱槽１１の予熱槽蒸気レベル２２
は、加熱槽蒸気レベル１６より低位のレベルに維
持される。よつて、基板搬送面１に沿つて蒸気槽
２に搬送されてきた基板は、加熱槽１０に入る前
に、該加熱槽蒸気レベル１６より低位の蒸気レベ
ルである予熱槽蒸気レベル２２を有する予熱槽１
１を通ることになる。

従つて、基板はまず予熱槽１１にて半田の溶融
温度より低い温度T4まで加熱され、その後、加
熱槽１０にて半田溶融温度T2まで加熱されて半
田付けがなされたことになり、基板上の部品の温
度勾配は第２図に示すように急激とはならず、マ
ンハツタン現象の発生が抑えられる。よつて、気
相式半田リフロー装置の後工程における半田の手
直し等が不要となる。

尚、本実施例では加熱槽１０の搬送方向上流の
蒸気槽２の中に仕切板３，４，５を設けて予熱槽
１１を１槽と、該予熱槽蒸気レベル２２を制御す
るための第２蒸気センサ２１とを設けたが、予熱
槽は１槽でなくともよい。即ち、仕切板を該予熱
槽に対応する数だけ設けることにより、蒸気槽を
複数分割して、各蒸気槽の蒸気レベルを検出する
蒸気センサを各蒸気槽に設置する。このような構
成において、各蒸気槽蒸気レベルを、基板搬送方
向にしたがつて低位の高さから前記加熱槽蒸気レ
ベル１６を越えないレベルまで、徐々に高くなる
よう制御することにより、半田の溶融温度まで加
熱していくような、本実施例より細かい蒸気レベ
ル制御方法を用いてもなんら問題はない。

＜発明の効果＞ 以上説明したように、本発明によれば、気相式
半田リフロー装置における蒸気槽において、基板
の搬送方向に複数分割した蒸気槽の蒸気レベルを
上流側に位置するほど低く制御する方法としたた
め、一定レベルで搬送される基板を緩やかな温度
勾配にて加熱することが可能となる。よつて、基
板上の部品に与える急激な温度上昇による熱スト
レスが緩和されるので、マンハツタン現象の発生
が抑えられ、均一な半田付けが実現できる。従つ
て、品質の向上、後工程における手直し工数の低
減、工数低減による低価格化及び生産性の向上等
の種々の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す気相式半田リ
フロー装置の概略構成図、第２図は本発明の作用
説明図、第３図は従来の気相式半田リフロー装置
を示す概略構成図、第４図は搬送される基板を示
す側面図、第５図は従来の作用説明図である。 １……基板搬送面、２……蒸気槽、３，４，
５，６……仕切板、１０……加熱槽、１１……予
熱槽、１４……不活性液、１６……加熱槽蒸気レ
ベル、１７……第１蒸気センサ、２１……第２蒸
気センサ、２２……予熱槽蒸気レベル、２３，２
４……冷却パイプ、３１……基板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 蒸気槽内に基板を一定レベルで搬送通過さ
   せ、該蒸気槽内の蒸気によつて半田を加熱溶融し
   て半田付けを行うよう構成された気相式半田リフ
   ロー装置における蒸気槽内蒸気レベル制御方法で
   あつて、前記蒸気槽を基板の搬送方向に複数に分
   割し、各々の蒸気槽の蒸気レベルを検出する蒸気
   センサを設け、該蒸気センサの検出部を上流側ほ
   ど低く取付けることにより上流側に位置する蒸気
   槽の蒸気レベルを低く制御することを特徴とする
   蒸気槽内蒸気レベル制御方法。