JPH07509102A - 構成素子をプレート上にろう接するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 構成素子をプレート上にろう接 するための装置および方法 背景技術 本発明は、請求項１および請求項９の上位概念に記載の形式の、構成素子をプレ ート上にろう接するための装置および方法に関する。公知のろう接装置、つまり リフローろう接炉では、プレートがろう接過程前に、構成素子のために設けられ たスペースでろう接ペーストをプリントされる。その後に、構成素子の接続部が 前記スペースに被着され、引き続き加熱プロセスにおいて前記ろう接ペーストが 溶融される。これによって、構成素子とプレートとの間には耐久性の良い結合が 形成される。この場合に熱導入プロセスは、プレートが構成素子と共にろうの溶 融温度のすぐ下にまで線状に昇温し、次いで短時間でこの溶融温度を越えて加熱 され、できるだけ迅速に再び冷却されるように行なわれる。

自由プレート範囲と、大容積の構成素子もしくは高い構成素子密度を有する個所 との互いに異なる質量／表面比に基づき、加熱時にプレート内部には温度差が生 ぜしめられる。この温度差に基づき、場合によってはプレートの縁範囲は既に過 剰加熱によって破壊されてしまい、それに対して大容積の構成素子を有する範囲 もしくは高い構成素子密度を有する範囲はまだろうの溶融温度に到達していない ことが生じてしまう、このためには、プレートをゆっくりと加熱し、これによっ てプレート上の熱い個所と冷たい個所との間の熱伝達によって比較的長い時間に わたって温度補償を得ることが既に知られている。しかし、このことは設備容量 の最適な利用という点から見ると不満足なものである。さらに、ドイツ連邦共和 国特許出願公開第３８０６７５３号明細書に基づき、センサもしくは両像検知装 置を用いてプレートをプローブし、意図的に個々の範囲に熱を供給することが知 られている。しかしこのシステムは手間がかかり、ひいては故障し易く、したが って大量生産で製造されるプレートシリーズのためには適していない。

発明の利点 請求項１もしくは請求項９に記載の本発明による方法もしくは装置は、従来のも のに比べて次のような利点を持っている。すなわち、プレート表面では、大容積 の構成素子の側壁もしくは高い構成素子密度を有する範囲におけるよりも少ない 放射線しか吸収されない。

こうして熱は、必要とされる場所に正確に供給されるようになる。

長手方向もしくは横方向に延びる赤外線放射器の交差配置により、プレート表面 上の各点もしくは各鉛直壁を均一に加熱することが容易に可能となる。

請求項２以下に記載の手段により、請求項１に記載の本発明の有利な改良が可能 となる。特に傾斜位置、つまり赤外線放射器の放射方向の軸線がプレート垂線と 共に４５〜７５°、有利には６５６の角度を成すような傾斜位置に基づき、プレ ートに鉛直に位置する壁にできるだけ大きな放射線出力が供給されるようになる 。赤外線放射器に後側のりフレフタが設けられることにより、放射損失が減じら れ、さらにリフレクタの適宜な形状付与において放射円錐体を変化させることが 可能となる。特にプレート表面全体にわたって均一な強度分布を得ることができ る。

極めて高温の石英放射器の使用は、プレート温度とは無関係の有利な放射線エネ ルギ搬送を生ぜしめる。

さらに、このような石英放射器は迅速にかつ簡単に制御することができるので、 本発明による装置は迅速に加熱され、かつ短時間で制御され得る。

プレート表面全体にわたる均一な温度分布は有利には、ブロワによってガス、特 に不活性ガスがプレート表面にわたって案内されることによって達成することが できる。プレート自体は過剰加熱を防止され得る。

この場合、プレートはたとえば下方から規定の温度のガスによって冷却される。

上面における大きな、比較的低温の構成素子はこの熱排出とは無接触のままとな り、これによって特に有利にはプレートと大きな構成素子との間の温度差は最小 限に抑えられる。多くの場合、プレート下面に予熱されたガスを吹き付けること が好都合である。この場合、熱排出の基本思想はこの場合にも該当する。

制御されていない熱搬送を阻止するためには、装置壁もしくは搬送装置をあらか じめ規定された一定の温度に保持することが有利である。

特に装置の調節時では、プレートにプレート温度を検出する少なくとも１つのセ ンサが設けられていると有利である。このセンサによって、高速制御可能な石英 放射器と相まってリアルタイム制御装置を構成することができる。すなわち、１ 回のプレート通過だけで、新しい運転パラメータ、たとえば搬送速度、赤外線放 射器の出力、高温ガスもしくは低温ガスの吹込み等が規定可能となる。この場合 に、予熱区域の測定された値から分析により、ろう接区域の制御パラメータを推 量することができる。

本発明による方法により、前記装置を簡琳かつ迅速に規定のプレートタイプに適 合させることが可能となる。すなわち、プロセスパラメータ、たとえば放射線出 力および搬送速度を規定することが可能となる。この場合に、前記装置が均一な 放射線フィールドを有していて、ろう接したい構成素子の壁範囲に熱が増幅され て供給されると有利である。しかし、このことは必ずしも必要ではない。

測定プレートに、できるだけ最高温度の個所と最低温度の個所とに少なくとも２ つの温度センナが配置されると、プレート内部での温度差を測定することができ る。これによって、付加的な手段、たとえばプレート下面に規定の温度のガスを 吹き付けるための手段を推量することができる。

放射線出力が装置内部に配置されたセンナによって検出されると、種々の影響、 たとえば赤外線放射器の効率または配置なしの実際の放射線出力を規定すること ができる。

図面 以下に、本発明の２つの実施例を図面につき詳しく説明する。第１図は、ろう接 したいプレートなしの第１実施例の平面図を示しており、第２図は第１図の工Ｉ −１１線に沿った断面図を示しており、第３図は第１図のＩ　Ｉ　Ｉ−Ｉ　Ｉ　 Ｉ線に沿った断面図を示している。

第４図には、ろう接過程の典型的な温度分布が示されており、該５図には、本発 明による装置の放射線出力分布が示されている。第６図はろう接したいプレート なしの第２実施例の平面図を示している。

説明 第１図には、制限壁１４の内部に予熱区域１０とろう接置域１２とを備えた第１ 実施例によるリフロー炉を上方から見た原理図が示されている。、２つのコンベ ヤベルト１６から成る搬送装置は壁１４の間で予熱区特表千７−５０９１０２　 （４） 域１０とろう接置域１２とを通って延びていて、載置された回路プレート１８を 矢印方向２０で搬送する。

予熱区域１０には、コンベヤベルト１６上で、コンベヤベルト１６に対して平行 に延びる赤外線放射器２２が配置されている。ろう接置域１２には、コンベヤベ ルト１６上でこのコンベヤベルト１６に対して横方向に延びる赤外線放射器２４ が配置されている。

第２実施例（第６図）では、予熱区域１０もしくはろう接置域１２に赤外線放射 器６０，６２；６４，６６がコンベヤベルト１６上で配置されている。これらの 赤外線放射器は搬送方向２０と共に有利には４５″の角度を成している。赤外線 放射器６０，６２；６４゜６６は、互いにほぼ９０″の角度を成すように配置さ れている。この場合、予熱区域１０に示したように赤外線放射器６０．６２が相 前後して位置しているか、またはろう接置域１２に示したように赤外線放射器６ ４．６６が上下に位置していてよい。また、一方の区域、たとえば予熱区域１０ もしくはろう接置域１２の全ての赤外線放射器６０，６２；６４，６６が互いに 平行にかつ他方の区域、たとえばろう接置域１２もしくは予熱区域１０の赤外線 放射器に対して所定の角度で配置されていることも考えられる。

予熱区域１０の赤外線放射器２２，６０．６２は、その主放射軸２６（第２図） が、下を通過させられる回路プレート１８の表面に対して斜めに向けられるよう に位置調整されている。この主放射軸２６はプレートボード３０に対して垂直に 位置するプレート垂線２８と共に４５〜７５°、有利には６５″の角度３２を成 している。このような傾斜位置に基づき、回路プレート１８にろう接したい構成 素子、特に集積回路３４またはＳＭＤ構成素子３６の表面に対する放射線強度は 前記構成素子の側面に対する放射線強度よりも小さく形成されるようになる。し たがって、集積回路３４の接続脚３８と、プレートボード３０に位置するコンタ クト個所との間の接触個所もしくはＳＭＤ構成素子３６と、プレートボード３０ に位置するコンタクト個所とのコンタクト面４０が加熱されるので有利である。

このことから、大きな構成素子と自由なプレート範囲との間の温度差が減じられ る。これによって、プレート範囲と電子構成素子との熱負荷を減少させ、ひいて は放射線出力を増大されて、予熱区域１０における加熱時間を短縮することがで きる。

赤外線放射器２２，６０．６２は、陰影作用が生じることなく、相並んで取り付 けられた構成素子力く十分に加熱されるように段付けされて配置されてし）る。

ろうの融点を越えるまでコンタクト個所３８．３０゜４０．３０の迅速な加熱が 行なわれるろう接置域１２（第３図）には、赤外線放射器２４，６４．６０が搬 送方向２０に対して横方向でもしくは搬送方向２０１こ対して所定の角度で配置 されており、これらの赤外線放射器の主放射軸４２は回路プレート１８に対して 斜めに向けられている。この場合、主放射軸４２はプレート垂線２８と共にやは り４５〜７５″、有利には６５″の角度を成している。これによって、予熱区域 １０で接線方向で放射を受けた範囲は、この場所で直接に放射を受ける。これに より強力な加熱が行なわれる。

この場合にも、陰影作用を回避するために赤外線放射器は段付けされて配置され ている。

予熱区域１０とろう接置域１２とに設けられた赤外線放射器２２，６０，６２， ２４，６４．６６の特別の配置形式に基づき、極めて熱い、つまり２０００℃よ りも高い温度で放射する石英放射器を使用することが可能となる。この石英放射 器は、第１近似で瞬間的なプレート温度とは無関係である放射線エネルギ搬送を 生ゼしぬる。赤外線放射器２２，２４，６０，６２゜６４．６６はその裏面に金 リフレクタ４６を有している。これによって、プレートの方向での放射線出力が 高められる。金リフレクタ４６の形状は、プレート表面の最適な均一の照射が得 られるように選択されている。

特別な構成では、リフロー炉が通気システム４日を有している。この通気システ ム４８は、たとえばベンチレータまたは１つまたは複数のブロワの形で形成され ている。この通気システム４８によって、ろう接したい範囲にわたって熱ガスが 案内される。通気システム４８は必ずしも図２に示したようにコンベヤベルト１ ６の側力に配置されている必要はない。この場合に重要となるのは、形成された 対流によってプレート表面全体にわたってできるだけ均一な温度分布が得られる ことだけである。

冷却ガス流を供給するための別の通気システム５゜は、たとえばコンベヤベルト １６の下方に配置されている。この通気システム５０はこうして回路プレート１ ８の下面を冷却する。

加熱ガスまたは冷却ガスとしては、外部容器から圧ノコ下に供給される不活性ガ スまたはフランクス特性を有するガスを使用することもできる。吹き込みたいガ スをできるだけ少量で済ませるためには、ベンチュリ原理を利用して供給が行な われる。この場合に、ベンチュリノズルを通じて流入する新しいガスは既に内室 に存在するガスを吸い込んで、区域内での循環を生ぜしめる。

コンベヤベルト１６のそれぞれ上側のベルト区分には回路プレート１８が載置さ れている。コンベヤベルト１６はそれぞれ中空成形体５２に沿って案内される。

この中空成形体５２の中空横断面を通って、温度調節された液体が通流して、コ ンベヤベルト１６を規定の温度に保持している。さらに、壁１４は液体通流され る中空室５３を備えているので、この中空室も規定の温度に保持することができ る。このような手段は、特特表千７−５０９１０２　（５） に前記装置が極端な条件または変化する条件下に運転されなければならないよう な場所では有利であることが判かった。

特に温度分布を調節するためには、つまり回路プレート１８の単位時間当りの加 熱を調節し、かつ赤外線放射器２２，２４，６０，６２，６４．６６の出力、コ ンベヤベルト１６の速度または別のパラメータをコントロールしかつ制御するた めには、プレート（以下に測定プレート１８′と呼ぶ）に温度を検出する少なく とも１つのセンサ５４が配置されている。このセンサ５４は問題区域、たとえば 回路プレート１８の縁部または大寸法を有する構成素子の近くに取り付けられる と有利である。また、複数のセンサ５４が測定プレート１８′にわたって分配さ れて配置されていてもよい。さらに、特に予熱区域１０における放射線出力を検 出するためには、別のセンサ５６、有利には赤外線検出器が配置されている。

典型的なろう接プロセスでは、コンベヤベルト１６に載置された、構成素子３４ ．３６を備えた回路プレート１８が規定の速度で予熱区域１０を通過して、この 場所に形成される放射線密度を受ける（図５参照）。

この場合に、プレートのｉｉ度、特にコンタクト個所３８．３０；４０，３０の 温度は、使用されるろうの融点Ｔｓの僅か下にまでほぼ線状に上昇する（図４参 照）。ろう接区域１２では、この場所に形成される放射線出力密度に基づき融点 Ｔｓを越えるまで迅速な加熱が得られ、さらにプレート下面に対する吹付けによ ってろう接区域の後では迅速な冷却が得られる。

特に前記ろう接炉の構成素子をプレートにろう接するための装置を位置調整する ためには、つまり最適のろう接過程を得るためのパラメータを見い出して調節す るためには、測定プレート１８′が予熱区域１０の放射線フィールドの下に位置 決めされる。制御装置、たとえばコンピュータによって、時間と共に増大する温 度目標値が規定される。この温度目標値には、あとからのろう接過程においてろ う接したいプレート１８の温度が追従することが望ましい。このためには、赤外 線放射器２２；６０，６２の放射線出力が所定の初期値に調節され、測定プレー ト１８′の温度がセンサ５４によって検出されて、温度目標値と比較される。

検出された温度が温度目標値と偏差を有していると、赤外線放射器２２；６０． ６２の放射線出力は、測定された温度が低くすぎる場合には高められ、また高す ぎる場合には低減される。単位時間当たりに送出された放射線出力が出され、こ れから時間的な平均（直が引き出される。

放射線出力は、たとえば供給された電気エネルギを介してめられるか、またはろ う接炉内に配置された別のセンサ５６、特に赤外線検出器によって検出され得る 。

ろう接装置の基本調節は次いでジオメトリデータ（ろう接装置の全長をろう接装 置内の各プレート１８の最大滞留時間によって割った値から搬送速度が得られる ）と、前記引き出された平均値とから、赤外線放射器２２，２４　：６０，６２ ，６４．６６の放射線出力のための調節量としてめることができる。滞留時間が 短縮されると、平均値もしくは放射線出力は相応して増大されなければならない 。

制御装置によって規定したい、時間と共に増大する温度経過は同じく、予熱区域 １０内でのプレート１８の滞留時間に関連した、達成したい温度上昇から得られ る。この温度経過は必ずしも直線状である必要はなく、放射損失またはガス渦流 に基づき、別の時間的経過を有していてもよい。

前記位置調整方法は特に両区域１０．１２内での均一な放射線出力密度のために 適している。均一な出力密度分布を有しないろう接炉では、以下に説明する位置 調整方法が使用されると有利である。

測定プレート１８′はベルトコンベヤ１６によって少なくとも予熱区域１０を通 って、またはろう接区域１２をも通って運動させられる。赤外線放射器２２：２ ４の規定の放射線出力において、測定プレート１８′の温度が上昇する。センサ ５４によって検出された温度は制御装置によって規定された、時間と共に上昇す る温度目標値と比較される。偏差が生じると、放射線出力は相応して後制御され る。センサ５６は放射線出力を検出して、この放射線出力を制御装置または別個 のコンピュータに伝送する。このコンピュータでは、平均値が形成される。

調節パラメータは搬送速度に関しては、炉の長さを炉内のプレート１８の最大滞 留時間によって割った値から得られ、また赤外線放射器２２，６０，６２；２４ ．６４．６６の放射線出力に関しては請求められた平均値もしくは複数の測定プ レート１８′が使用される場合には複数の平均値から得られる。時間と共に増大 する温度目標値は区域１０．１２におけるプレート１８の滞留時間内での各プレ ート１８の所要の温度上昇から得られる。この場合にも、温度目標値は必ずしも 線状に上昇する必要はない。

各測定プレート１８′における温度を検出する複数のセンサ５４が、ろう接プロ セスの間に生じる少なくとも最高温度と最低温度とが検出されるように配置され ると請求められた温度差から、個々のプレート範囲に関して過剰加熱の危険が存 在しているかどうかを検知することができる。この場合、少なくともこの範囲は 下方から冷却ガスを吹き付けられる。

炉内に位置するセンナ５６を用いて、制御装置またはコンピュータによって各ろ う接プロセスの間の放射線出力のための制御装置を形成することができる。し接 炉を位置調整するために実施することも可能である。

このためには、ろう接したい各プレート１８がセンサ５４を有していなければな らない。この場合、センサ５４はたとえばろう接炉へのプレートの進入前に設け られて、あとから再び取り出される。こうして、予熱区域１０のデータからろう 接区域１２のための所要の放射線出力を推量することができる。しかし、高速制 御可能な石英放射器の使用によって、区域１０．１２内での制御を行なうことも できる。

国際調査報告 −１，蘭−ＰＣＴ／ＤＥ　９３１００５５７１、Ｉｌ、１．１Ｍ−一　ＰＣＴＩ Ｄε　９３１００５５７フロントページの続き （５１）　Ｉｎｔ、　Ｃ１，６識別記号　庁内整理番号Ｆ　２７　Ｂ　９／４０ 　７７２７−４Ｋ（８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＣＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＰＴ、ＳＥ） 、ＪＰ、ＵＳ Ｉ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．構成素子をプレート上にろう接するための装置であって、少なくとも１つの 予熱区域と、ろう接区域と、搬送装置とが設けられていて、該搬送装置によって プレートが所定の区域から次の区域にまで運動可能である形式のものにおいて、 予熱区域（１０）に搬送方向（２０）に延びる赤外線放射器（２２）が配置され ており、ろう接区域（１２）に搬送方向（２０）に対して横方向に延びる赤外線 放射器（２４）が配置されており、該赤外線放射器が、プレート表面にほぼ斜め に放射線を放射するようになっていることを特徴とする、構成素子をプレート上 にろう接するための装置。
2. ２．構成素子をプレート上にろう接するための装置であって、少なくとも１つの 予熱区域と、ろう接区域と、搬送装置とが設けられていて、該搬送装置によって プレートが所定の区域から次の区域にまで運動可能である形式のものにおいて、 予熱区域（１０）とろう接区域（１２）とに、搬送方向（２０）に対して有利に は４５°の角度で延びる赤外線放射器（６０，６２，６４，６６）が配置されて いて、該赤外線放射器（６０，６２，６４，６６）の長手方向軸線が互いに交差 しており、該赤外線放射器（６０，６２，６４，６６）がプレート表面にほぼ斜 めに放射線を放射するようになっていることを特徴とする、構成素子をプレート 上にろう接するための装置。
3. ３．前記赤外線放射器（２２，２４，６０，６２，６４，６６）の放射方向の軸 線（２６，４２）が、プレート垂線（２８）と共に４５〜７５°、有利には６５ °の角度（３２，４４）を成している、請求項１または２記載の装置。
4. ４．前記赤外線放射器（２２，２４，６０，６２，６４，６６）が、後側のリフ レクタ（４６）を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. ５．前記赤外線放射器（２２，２４，６０，６２，６４，６６）として、高速制 御可能な石英放射器が使用されている、請求項１から４までのいずれか１項記載 の装置。
6. ６．規定の温度のガスを供給するための手段（４８，５０）が設けられている、 請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
7. ７．前記搬送装置（１６）および／または壁（１４）が、あらかじめ規定された 温度に保持されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
8. ８．プレート（１８）の温度を検出する少なくとも１つのセンサ（５４）と、放 射線出力を検出する少なくとも１つのセンサ（６５）とが設けられている、請求 項１から６までのいずれか１項記載の装置。
9. ９．構成素子をプレート上にろう接するための方法であって、少なくとも１つの 予熱区域と、ろう接区域と、搬送装置とを設け、該搬送装置によってプレートを 所定の区域から次の区域にまで運動可能にし、しかも予熱区域とろう接区域とに 赤外線放射器を配置する形式のものにおいて、温度を検出する少なくとも１つの センサ（５４）を有する測定プレート（１８′）を所定の区域（１０，１２）の 放射線フィールドの下に位置決めし、制御装置によって、時間と共に上昇する温 度目標値を規定し、放射線出力を所定の初期値に調節し、前記センサ（５４）に よって検出された、測定プレート（１８′）の温度を温度目標値と比較し、偏差 が生じた場合に放射線出力の後制御を行ない、さらに放射線出力を検出し、検出 された放射線出力から平均値を形成し、該平均値によって放射線出力および搬送 速度のようなパラメータを連続的な通過のために規定することを特徴とする、構 成素子をプレート上にろう接するための方法。
10. １０．構成素子をプレート上にろう接するための方法であって、少なくとも１つ の予熱区域と、ろう接区域と、搬送装置とを設け、該搬送装置によってプレート を所定の区域から次の区域にまで運動可能にし、しかも予熱区域とろう接区域と に赤外線放射器を配置する形式のものにおいて、温度を検出する少なくとも１つ のセンサ（５４）を有する測定プレート（１８′）を少なくとも予熱区域（１０ ）に通して運動させ、時間と共に上昇する温度目標値を制御装置によって規定し 、放射線出力を所定の初期値に調節し、測定プレート（１８′）を少なくとも予 熱区域（１０）に通して運動させる問に、測定プレート（１８′）の温度を検出 して、温度目標値と比較し、偏差が生じた場合に放射線出力を制御装置によって 対応して変化させ、さらに放射線出力を検出し、検出された放射線出力から平均 値を形成し、該平均値によって放射線出力および搬送速度のようなパラメータを 連続的な通過のために規定することを特徴とする、構成素子をプレート上にろう 接するための方法。
11. １１．測定プレート（１８′）が、温度を検出する少なくとも１つのセンサ（５ ４）を有しておｌリ、この場合、一方のセンサが最高温度の個所に配置されてい て、他方のセンサが最低温度の個所に配置されている、請求項９または１０記載 の方法。
12. １２．放射線出力を、前記装置に配置されたセンサ（５６）によって検出する、 請求項９から１１までのいずれか１項記載の方法。