JPH0790393B2 - リフロー装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は各種の電気部品、電子部品をプリント回路基板
等（以後基板と称する）に半田付けするためのリフロー
装置に関する。

〔従来の技術〕

従来電子及び電気機器の小型化に伴い、これらの機器に
使用される各種部品を実装した基板も小型、高密度化さ
れている。この様な実装基板を製造するに当つてはリフ
ロー装置で基板上に所望の部品を半田付けすることが行
われている。

従来のリフロー装置においては基板上にリフロー用クリ
ーム半田を塗布し、各部品を載置した後、前記半田を連
続的に加熱リフローするのであるが、かかるリフロー装
置の加熱方式には、雰囲気加熱、熱風加熱、赤外線輻射
加熱、蒸気潜熱を利用した加熱等がある。

これらの加熱方式の中、雰囲気加熱は、基板の酸化防止
策として不活性ガスが利用できる利点はあるが、被加熱
物である部品及び基板の昇温速度が遅いという欠点を有
している。また熱風加熱は前記雰囲気加熱に比して被加
熱物の昇温速度は速くすることができるが、加熱の均一
性、熱伝達に劣るという欠点を有している。また加熱効
率を上げるべく風速を上げると、基板上の部品位置がず
れてしまうことがあるという欠点も有する。次に赤外線
輻射加熱は、放射効率も高く、温度制御が容易にできる
利点を有するが、被加熱物の種類によつて赤外線吸収率
に差があり、このため被加熱物によつて昇温速度が変化
し、それぞれによつて温度のバラツキが生ずる欠点を有
している。次に蒸気潜熱を利用した加熱では、弗素系有
機溶剤を沸とうさせて、その飽和蒸気で半田付けを行う
ため均一な加熱特性は得られるが、ランニングコスト、
作業環境の点で問題を有しており、このため特殊な場合
を除き普及するに至つていない。

そこで前述した加熱方式の改善策として近年赤外線輻射
と熱風とにより被加熱物を加熱するという輻射と対流を
組合せた加熱方式のリフロー装置が注目されるようにな
つて来た。例えば被加熱物の予備加熱に赤外線ヒーター
を使用し、溶融すべきリフロー用半田部に熱風を上から
吹き付けるリフロー装置がある。この例を第４図に示
す。第４図において、11は赤外線ヒーターであり、被加
熱物（図示せず）は搬送コンベア12の上に矢印Ａの位置
から入れられ、赤外線ヒーター11で予備加熱され、熱風
発生装置13から出る熱風によつて被加熱物の基板上のリ
フロー用半田が溶融するようになつている。

更に、別の例としてリフロー装置の加熱部全域にわたつ
ての上方からの熱風加熱と部分的な赤外線輻射加熱とを
併用したリフロー装置がある。この例を第５図に示す。
第５図において、14及び15はリフロー装置の加熱室内の
雰囲気加熱用ヒーターであり、16はフアンで加熱された
雰囲気を下向きに吹きつける風を作り、これによつてコ
ンベア17上に乗せられた被加熱物18を加熱し、更に赤外
線ヒーター19及び20で補助的に加熱し半田付けしてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら第４図に示す従来の装置では、熱風発生装
置13からの高温の熱風のみでリフロー用半田を加熱する
ため、特に熱容量の大きい電子部品と小さい電子部品が
混載されている様な基板の場合、同一基板内で加熱され
る電子部品の半田接合部の温度は電子部品自体の熱容量
が個々に相当異なること、および同じ種類の電子部品で
あってもそれが実装される密度の違いにより、電子部品
が装着された状態での基板全体としての熱容量が場所に
より異なり、結果として温度の分布が基板の場所により
ばらつき、最大で40〜50℃もの温度差を生じるという問
題点を有していた。

またリフロー装置においては、半田を溶融させるために
必要な、基板表面及び半田接合部の温度である180〜250
℃よりもはるかに高い熱風温度（400〜500℃程度）に設
定して、局所的に熱風を噴出させることにより、基板表
面の加熱ピーク温度を一定温度でコントロールしなけれ
ばならない。ところが、炉内に基板がある時とない時で
は、熱風の流れ方が大きく異なるため、加熱部での温度
制御だけでは基板の加熱ピーク温度管理が非常に難しい
という欠点がある。そのため基板温度の変動により、基
板上の半田の溶融に不十分な箇所を生じる不良品発生の
原因となっていた。

また第５図に示した従来のリフロー装置では、単なる輻
射加熱方式のリフロー装置に比べて比較的均一に加熱さ
れ、同一基板内での温度のバラツキは少ない。しかしな
がら被加熱物の熱容量が大きく、かつ基板に装着される
各部品の実装密度に著しく疎密の差があるような場合に
は、同一基板内においても、基板全体としての熱容量に
場所によるばらつきを生じるため、同一基板内で半田溶
融に必要な温度まで昇温しきれない部分が生じ、その結
果として半田未溶融の箇所が生じ、半田不良品発生の原
因となっていた。

従つて本発明の目的は、基板内の温度バラツキが少な
く、被加熱物の大きさ、及び載置された部品の種類によ
つて加熱温度に影響を受けず、比較的加熱を均一になし
うるリフロー装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のリフロー装置は、リフロー用半田が塗布され、
部品が載置された基板を、コンベアに対向した発熱面を
有する複数の赤外線ヒータを備えたトンネル状加熱室内
に前記コンベアで連続的に搬送しながら前記リフロー半
田を溶融した後、冷却固化させることにより前記部品を
基板に半田付するリフロー装置において、前記各赤外線
ヒータの発熱面近傍よりコンベア上の前記基板に向かっ
てそれぞれ不活性ガスの熱風を噴射する複数の手段を設
け、赤外線ヒータ近傍の高温雰囲気を強制対流させた対
流熱と、赤外線ヒータからの赤外線輻射熱とで、被加熱
物に対する半田付けを行うよう構成したものである。

〔作用〕

本発明のリフロー装置においては赤外線ヒーターからの
輻射熱と、上記各赤外線ヒーターの発熱面近傍に設けた
気体噴射装置より噴射される熱風によつて、赤外線ヒー
ター近傍に発生する高温雰囲気の熱風と対流とによつて
コンベア上の被加熱物即ち部品載置基板を加熱すること
ができるようになる。この結果被加熱物の昇温効率及び
均一加熱特性が向上して部品載置の疎密に関係なく、同
一基板内の温度のバラツキが少なくなり、リフロー半田
付け品質を向上させかつ安定にすることができる。

〔実施例〕

以下に本発明のリフロー装置の一実施例を図面を参照し
て説明する。

第１図は本発明のリフロー装置の一実施例の断面略図で
あり、２はリフロー装置１のトンネル状の加熱室であ
り、３は無端搬送コンベアで、これはリフロー用半田を
塗布し、チツプ部品を載置した基板４を加熱室内に搬送
する。５及び６はチツプ部品載置基板４を赤外線による
加熱する赤外線ヒーターで、加熱室２内を通るコンベア
３の上下からそれぞれ下方及び上方に向つて加熱し、か
つ室２内の雰囲気をも加熱する。７は加熱室２内の上部
より下方に加熱する赤外線ヒーター5,6の近傍、図では
すぐ下に複数個設けた下方に向けて熱風を噴射するノズ
ルである。なお８は加熱室２の周囲に設けられた熱絶縁
体で、加熱室２の外部の温度上昇を防止するために設け
てある。

以上のように構成されたリフロー装置について以下にそ
の動作について説明する。先ずリフロー用半田を塗布し
たチツプ部品載置基板４を無端搬送コンベア３に載せ、
矢印Ａで示す方向へ走行させ、トンネル状加熱室２内に
搬入する、このとき加熱源である赤外線ヒーター５及び
６による輻射熱と、赤外線ヒーター５及び６の発熱面近
傍に停滞している加熱されて高温になつている雰囲気
を、ノズル７からの下方に向けて噴射させた熱風によ
り、その高温気体を強制的に対流させることによつて、
ベルトコンベア３上に載置させて搬送されているチツプ
部品載置基板４を強制加熱し、基板上のリフロー半田を
加熱溶融させ、加熱室２を出たとき冷却固化させて、チ
ツプ部品を基板に実装させるのである。上述した噴射ノ
ズルから噴射する気体を予め熱風にしておくとより昇温
効率が向上する。熱風として使用する気体としては不活
性ガスを用いると酸化防止できるので好ましい。

上記実施例によるノズル７から気体を局部噴射し、チツ
プ部品載置基板４の加熱時の昇温速度の上昇と基板内温
度が均一化する状態を具体例により以下に示す。

１枚2.0KWの赤外線ヒーター５を加熱室２のベルトコン
ベア３を挟んで上下両面にそれぞれ４枚、１本1.0KWの
赤外線ヒーター６を同じく上下両面にそれぞれ各５本設
置して、長さが2mとなる加熱室２を備えたリフロー装置
１において、Sn/Pb（63/37）の共晶リフロー用半田を塗
布したチツプ部品載置基板４を搬送コンベア３に載せ、
1.0m/分のコンベア搬送速度で走行させた。そして前記
赤外線ヒーター５及び６による輻射加熱と、赤外線ヒー
ター５及び６の発熱面の直ぐ下に設けた噴射ノズル７に
より熱風を噴射させ、赤外線ヒーター５及び６の発熱面
近傍に停滞している高温雰囲気を強制的に対流させた。
このときのチツプ部品載置基板４へ向つて噴射される風
速を２〜10m/秒（好ましくは４〜6m/秒）に制御し、か
つその風速分布が第２図に示すようなプロフアイルを有
するように吹きつけ、リフロー用半田を共晶温度以上に
加熱し、溶融させてリフロー半田付けを行つた。

第３図は上述した如くしてリフロー半田付けを行つた場
合のチツプ部品及び基板表面の温度プロフアイルを示
す。チツプ部品としてはアルミ電解コンデンサを用い、
この電極部を基板に半田付けした。第３図においてはＰ
はアルミ電解コンデンサの実装密度が疎の部分（すなわ
ち基板全体としての熱容量が小さい部分）の基板表面温
度を示し、Ｑはアルミ電解コンデンサの実装密度が密の
部分（すなわち基板全体としての熱容量が大きい部分）
におけるアルミ電解コンデンサ電極部の温度（即ちその
部分の基板表面温度）である。熱容量の大きい実装密度
が密の部分のアルミ電解コンデンサとアルミ電解コンデ
ンサとの谷間に、赤外線ヒータ近傍の高温雰囲気を強制
対流させた対流熱が入り込み、より均一な加熱が可能と
なり、実装密度が疎の部分の基板表面ピーク温度と熱容
量の大きい実装密度が密の部分のアルミ電解電極部の半
田接合部におけるピーク温度の温度差が10℃程度と従来
装置における40〜50℃に比べて小さくなっている。

これに対し前述した第４図及び第５図に示した従来のリ
フロー装置では、同じく基板表面と高密度で実装された
アルミ電解コンデンサ電極部との温度差が40〜60℃にも
達し、リフロー半田付けが不充分もしくは不可能であつ
た。

〔発明の効果〕

本発明のリフロー装置においては、その加熱室に赤外線
ヒータ発熱部と、さらにその近傍に設置した気体噴出ノ
ズルより不活性ガスの熱風を局部噴射していることによ
り、赤外線ヒータ近傍の高温雰囲気の対流により、チッ
プ部品載置基板内における温度ばらつきを小さくするこ
とができ、同一基板内で生じていた半田未溶融不良をな
くし、信頼性の高い半田付けを行うことができるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のリフロー装置の一実施例の断面略図、
第２図は第１図における噴射ノズルからの気体噴射のプ
ロフアイルを示す図、第３図は第１図の実施例における
温度プロフアイルを示す図、第４図及び第５図は従来の
リフロー装置の断面略図である。 １……リフロー装置、２……加熱室、３……搬送コンベ
ア、４……チツプ部品載置基板、5,6……赤外線ヒータ
ー、７……噴射ノズル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三沢 義彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−212861（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】リフロー用半田が塗布され、部品が載置さ
   れた基板を、コンベアに対向した発熱面を有する複数の
   赤外線ヒータを備えたトンネル状加熱室内に前記コンベ
   アで連続的に搬送しながら前記リフロー半田を溶融した
   後、冷却固化させることにより前記部品を基板に半田付
   するリフロー装置において、前記各赤外線ヒータの発熱
   面近傍よりコンベア上の前記基板に向かってそれぞれ不
   活性ガスの熱風を噴射する複数の手段を設け、赤外線ヒ
   ータ近傍の高温雰囲気を強制対流させた対流熱と、赤外
   線ヒータからの赤外線幅射熱とで、被加熱物に対する半
   田付けを行なうよう構成されたリフロー装置。