JPH0796365A - リフローはんだ付け装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被処理物のはんだ付けを連続して行なっても
装置外部への不活性ガスの流出量を少なくし、ガス濃度
やガス温度の変動を少なくすることができ、良好なはん
だ付け性を得ることができるリフローはんんだ付け装置
を提供する。 【構成】 はんだを塗布した回路基板に電子部品を装着
してなる被処理物４３をコンベア４４により予熱室１，
２およびリフロー室４に搬送し、これら両室通過中に被
処理物４３に所望の濃度の熱ガスを吹き付けて予熱およ
び本加熱を行い、前記はんだを溶融させ前記電子部品を
前記回路基板にはんだ付けする装置において、搬入側シ
ール室６の入口部および搬出側シール室７の出口部に設
置したガスの流れを妨げる羽根ブラシ状の抵抗体７０に
よって、装置からのガス流出量およびガス流出量の変化
を少なくするようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、所望の濃度および温度
の各種不活性ガスを吹き付けて回路基板上に電子部品を
はんだ付けするリフローはんだ付け装置に係り、特に、
不活性ガス流出量を小さくし、不活性ガスの濃度および
温度の変動を少なくすることができ、良好なはんだ付け
性を得ることができるリフローはんだ付け装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、実装基板の高密度化、表面実装化
が進み、電子部品を回路基板にはんだ付けするに当たっ
て、はんだ付けの信頼性や生産性の観点からリフロー法
が広く用いられるようになってきた。はんだ付けに用い
られるはんだペーストは、はんだ粒子が微細化し、フラ
ックス中の固形物が少なくなっている。はんだペースト
がこのようになると、従来の空気を用いたリフロー法に
より回路基板をはんだ付けすると、はんだ粒子の酸化や
活性剤の不足にともなうはんだボール、濡れ不良が多発
する。

【０００３】そこで、空気に替えて窒素などの不活性ガ
スを用いるリフロー法が採用されるに至った。その代表
的なリフローはんだ付け装置は、一般に以下の構成より
なる。はんだを塗布した回路基板に電子部品を装着して
なる被処理物を、予備加熱を行う予熱領域（予熱室）お
よび予備加熱後の被処理物を所望の濃度の熱ガスを吹き
付けて前記はんだを溶融させる本加熱領域（リフロー
室）、前記はんだを固化させる冷却域（冷却室）から構
成される。

【０００４】本加熱領域（リフロー室）には、不活性ガ
ス濃度を一定に保つため不活性ガスが常時供給されてい
る。また、本加熱領域（リフロー室）は不活性ガスで満
たされ外気より僅かに高い圧力となる。しかして、本装
置においては、各室の圧力差に基づいて装置の出口およ
び入口に向かうガス流が発生する。このような装置で
は、はんだ付け性能を安定させるため、各室における不
活性ガス濃度および温度を一定に保つ必要がある。した
がって、装置から流出する不活性ガス量を少なくする必
要がある。

【０００５】図７は、従来のリフローはんだ付け装置の
構成を示す略示断面図である。従来は、図７に示す装置
１１０のように、出口部分および入口部分に開閉機構と
してシャッタ１１１，１１２を設けた例が知られてい
た。図７に示すリフローはんだ付け装置は、はんだを塗
布した回路基板に電子部品１０５を装着してなる被処理
物１０４に対して予備加熱を行う予熱領域１００、予備
加熱後の被処理物１０４を所望の濃度の熱ガスを吹き付
けて前記はんだを溶融させる本加熱領域１０１、前記は
んだを固化させる冷却域１０２から構成されている。

【０００６】被処理物１０４はコンベア１０３にて装置
１１０内に搬送され、装置１１０内には、不活性ガス濃
度を一定に保つため不活性ガスとして窒素ガスＮが常時
供給されている。窒素ガスＮは、窒素ボンベ１０６から
ガス供給口１１９を経て装置内に供給され、ヒータ１１
７により所望の温度に加熱され、送風機１１８により被
処理物１０４に吹き付ける。窒素ガスＮの一部は、装置
１１０内から回収されコンデンサ１０７で溶剤成分を除
去され、窒素ガス供給手段１０８にて酸素ガスを分離し
たのち、再びガス供給ノズル１０９により装置内に供給
される。

【０００７】シャッタ１１１，１１２は、被処理物１０
４の搬送されるときのみ該当する側のシャッタを開閉
し、常時は閉めて置くことにより、装置１１０の入口，
出口からの不活性ガス流出量を抑えるものである。な
お、図７において、１１３，１１４は、入口部分におけ
る被処理物１０４の到着および搬入完了を検知するセン
サ、１１５，１１６は、出口部分における被処理物１０
４の到着および搬出完了を検知するセンサである。

【０００８】また、図７に示す装置１１０の入口部分お
よび出口部分のシャッタ１１１，１１２の代わりに、開
閉機構として、簡易的に暖簾状の弾性体を設けた例が知
られていた。このような従来装置としては、例えば、特
開平４−２００８６２号公報記載のものが知られてい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図７に示すように、装
置１１０の出入口部分にシャッタ１１１，１１２を設け
た場合は、被処理物１０４を連続的に搬送したときには
シャッタ１１１，１１２が開いたままとなり、したがっ
て、シャッタ１１１，１１２が無い場合と同様になる。
そのため、入口および出口から流出するガス量が増加
し、代って大気が流入し、装置１１０内部の不活性ガス
濃度や温度が変動するという問題があった。

【００１０】一方、装置内部のガス濃度や温度を安定さ
せるためには、被処理物を内部の不活性ガス濃度や温度
が回復する時間を考慮した間隔で流す必要がある。この
ようにすると単位時間当りの処理量が低下する。そこ
で、この時間を短くするためには、多量の不活性ガスと
熱量の供給が必要となり経済的でなく、連続的に被処理
物を搬送するのには適さない。また、暖簾状の弾性体を
設けた従来例は、連続的に被処理物を搬送するのには適
当ではあるが、被処理物が入口を通過するときの抵抗が
大きく、特に、被処理物である回路基板上にはんだペー
ストのぬれ性で粘着している状態の電子部品をずらした
り倒したりする恐れがあった。

【００１１】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためになされたもので、本発明の目的は、被処理物の
はんだ付けを連続して行なっても装置外部への不活性ガ
スの流出量は少なく、ガス濃度やガス温度の変動は少な
くて、良好なはんだ付け性を得ることができるリフロー
はんだ付け装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るリフローはんだ付け装置の構成は、は
んだを塗布した回路基板に電子部品を装着してなる被処
理物を、コンベアにて予熱室およびリフロー室を通過す
るように搬送し、前記予熱室通過中に被処理物の予熱を
予熱手段にて行い、前記リフロー室通過中に所定の濃度
の熱ガス雰囲気内にて予熱後の被処理物に本加熱を行な
って前記被処理物のはんだを溶融させ、前記リフロー室
に続く冷却室にてはんだを固化させて前記電子部品を前
記回路基板にはんだ付けするリフローはんだ付け装置に
おいて、前記リフローはんだ付け装置の出口および入口
の少なくとも一箇所に羽根ブラシ状の抵抗体を設け、こ
の抵抗体に回転軸を持たせ、前記コンベアの移動速度に
前記抵抗体外周部の移動速度が合うように回転駆動する
機構を設けたものである。

【００１３】

【作用】上記技術的手段による働きは下記のとおりであ
る。予熱室あるいはリフロー室では、これら室内を所望
のガス濃度とするために常時ガスが供給されている。各
室へのガス供給量に応じて各室の内圧が定まり、内圧差
によりガス流が発生する。予熱室入口側のシール室入口
部と冷却室出口側のシール室出口部における抵抗体によ
り、常時装置の入口と出口は遮蔽されているので、装置
からの不活性ガスの流出は、抵抗体の微細な隙間から漏
れるガスのみとなるので少量となる。

【００１４】すなわち、供給したガスに対する流出抵抗
が増加するために、内圧が前記抵抗体が無い場合に比べ
大きくなり、同じガス供給量でも高いガス濃度になり、
また各室のガス濃度差も小さくなる。したがって、常時
装置の入口と出口は遮蔽されているので、ガス濃度とガ
ス温度の変動を少なくすることができ、良好なはんだ付
け性を得ることができる。

【００１５】また、装置入口および出口における抵抗体
は被処理物の通過に合わせ、被処理物が通過可能な形状
に変形し、前記コンベアの移動速度に合わせて回転する
ので被処理物の通過時における抵抗を小さくでき、被処
理物である回路基板上の電子部品をずらしたり倒したり
する恐れが少なく、電子部品を所望の位置にはんだ付け
することができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の各実施例を図１ないし図６を
参照して説明する。 〔実施例 １〕図１は、本発明の一実施例に係るリフロ
ーはんだ付け装置の構成を示す略示縦断面図、図２は、
図１のＡ−Ａ矢視断面図、図３は、図１のＢ−Ｂ矢視断
面図、図４は、図１のリフローはんだ付け装置における
抵抗体の斜視図である。図１ないし図４において、符号
の添字ａ，ｂは、それぞれ各部品がコンベア４４の上
側、下側にあることを示す。例えば、予熱室第一ゾーン
１における引用符号１５ａはコンベア４４の上側に設け
られた赤外線ヒータ、１５ｂはコンベア４４の下側に設
けられた赤外線ヒータであり、総称する場合には添字
ａ，ｂを除き、例えば赤外線ヒータ１５と称することに
する。

【００１７】図１ないし図４に示すリフローはんだ付け
装置は、予熱第一ゾーン１、予熱第二ゾーン２、リフロ
ー室４、冷却室５、搬入側シール室６および搬出側シー
ル室７から構成されている。搬入側シール室６、予熱第
一ゾーン１、予熱第二ゾーン２、リフロー室４、冷却室
５、および搬出側シール室７を通して、被処理物４３を
搬送するように、間隔幅を持たせて並行に一対のエンド
レスのチェーンコンベア（以下単にコンベアという）４
４が設けられており、駆動スプロケット４６をモータ４
７で駆動して、被処理物４３を、図１において左から右
へ搬送するようにコンベア４４を駆動させる。

【００１８】なお、４５は、コンベア４４のアイドラで
ある。コンベア４４の間隔は、被処理物４３の大きさに
合わせ、その幅を変更可能に構成されている。また、図
３に示すように、固定したレール３８と移動する側のレ
ール３９にそれぞれコンベア４４が固定されている。

【００１９】予熱第一ゾーン１には、赤外線ヒータ１５
が装備されている。予熱第２ゾーン２およびリフロー室
４には、それぞれ貫流送風機１６，３０、不活性ガスを
加熱した熱ガス（以下単に熱ガスという）を吹き出す末
広ノズル１７，３１、および加熱ヒータ１８，３２から
なる熱ガス吹き付け手段としての熱ガス循環手段２２，
３６が装備されている。リフロー室４には、さらに赤外
線ヒータ３７が設けられている。これらはコンベア４４
の上下に対称的に配置されている。

【００２０】冷却室５には、内部に冷却水を通しガスを
冷却する冷却チューブ４０と、冷却したガスを吹き出す
貫流送風機３３とが装備されている。所望のガス濃度に
するために不活性ガスは、リフロー室入口およびリフロ
ー室出口側の不活性ガス供給ノズル５２からリフロー室
４に常時供給されている。不活性ガス供給ノズル５２か
ら供給される不活性ガスは、コンベア４４の下側で斜め
下方に吹き出される。これは、コンベア４４上の被処理
物４３に冷えた不活性ガスが直接当らないようにするた
めである。また、下流側の不活性ガス供給ノズルからは
上流に向けて、また上流側の不活性ガス供給ノズル５２
からは下流に向けて不活性ガスが吹き出される。このた
め、リフロー室４内は最も高い不活性ガス濃度となる。

【００２１】貫流送風機１６，３０の羽根車４８（図２
に４８ａを示す）は、軸受４９（図２に４９ａを示す）
に支持され、モータ５０（図２に５０ａを示す）により
駆動される。貫流送風機１６，３０は、加熱ヒータ１
８，３２側にガス吸込口があり、羽根車４８で昇圧され
たガスは、末広ノズル１７，３１からコンベア４４で搬
送されて来る被処理物４３に向けて吹き出すようになっ
ている。

【００２２】図１において、抵抗体１０，１１，１２
ａ，１３ａ，１４ａはラビリンス状のものであり、１
９，２０，２１はシャッタ状のもので、コンベア４４面
の上側または下側に取り付けられ、各室境界部への熱ガ
スの流れを妨げるものである。図４に抵抗体７０の外観
を示す。抵抗体７０（図３に７０ａ，７０ｂを示す）
は、円筒形状のブラシ状のものである。この抵抗体７０
は、抵抗体構成要素８１（図４では８１ａを示す）を回
転軸８０の軸方向にコンベアの最大間隔幅以上の幅を保
って放射状に隙間無く直線的に並べたものである。前記
抵抗体構成要素８１は、耐熱性および摩擦による静電気
の発生を防止するための導電性があり、柔軟で形状の復
元性がある一定長さを持つ繊維状の形状をした樹脂から
なっている。

【００２３】前記アイドラ４５の軸からタイミングベル
ト７４を介して駆動されるプーリ８６と駆動ギア８４、
およびアイドラギア８５により、抵抗体７０は、コンベ
ア４４の移動速度と抵抗体７０の外周の移動速度とが合
うように回転している。円筒形状の抵抗体７０の各軸
は、軸受８７，８８により支持される。前記抵抗体７０
は、搬入側シール室６および搬出側シール室７に取り付
けられ、被処理物４３が通過するために必要な開口部を
遮蔽し、大気の侵入を防止し、外部への熱ガスの流出を
妨げるものである。また、抵抗体７０の抵抗体構成要素
８１は、被処理物４３が通過する際、被処理物４３によ
り通過にともない変形するようになっている。

【００２４】次に、このようにして構成されたリフロー
はんだ付け装置の動作を、不活性ガス供給ノズル５２か
ら供給されるガスを窒素ガスとして説明する。被処理物
４３はコンベア４４で搬送され、予熱第一ゾーン１にお
いてコンベア４４の上下に設けられた赤外線ヒータ１５
の輻射熱で加熱昇温される。予熱第二ゾーン２では、窒
素ガスが加熱ヒータ１８により予熱に適した温度に加熱
され、貫流送風機１６に吸い込まれて羽根車４８により
昇圧され末広ノズル１７を通して被処理物４３に吹き付
けられ、被処理物４３を加熱して僅かに降温し、再び、
加熱ヒータ１８で加熱される循環動作を繰り返す。

【００２５】リフロー室４では、熱ガスの循環は予熱第
二ゾーン２とほぼ同様に行われるが、さらに、コンベア
４４の上下に赤外線ヒータ３７があることによって、窒
素ガスの温度を、予熱第二ゾーン２における温度より高
くし、はんだを溶融させはんだ付けに適した値になるよ
うにしてある。冷却室５では、内部に冷却水を通した冷
却チューブ４０と、貫流送風機３３とにより、リフロー
室４から流出した熱ガスは冷やされ、被処理物４３を冷
却してはんだを固化させ、はんだ付けが完成する。

【００２６】ガス供給ノズル５２からリフロー室４に窒
素ガスが供給されるために、リフロー室４内は窒素濃度
の高い雰囲気に保たれる。そして、リフロー室４の窒素
ガスは予熱第二ゾーン２あるいは冷却室５側に流出し、
リフロー室４以外の予熱第１ゾーン１、予熱第二ゾーン
２、冷却室５は、その流出漏洩量に応じた窒素濃度とな
る。すなわち、酸素を含んだ窒素雰囲気となるが、搬入
側シール室６の入口側および搬出側シール室７の出口側
に設けられた抵抗体７０は、開口面積を最小としている
ため、熱ガスの流出抵抗が最大となり、搬入側シール室
６、予熱第一ゾーン１、予熱第二ゾーン２、リフロー室
４、冷却室４、搬出側シール室７の内圧は大気圧に対し
て高くなる。これにより、微小な隙間からの空気の侵入
が阻止できる。この結果、各室の窒素濃度は、抵抗体７
０が無い場合に比べ高い窒素濃度となり、各室間の内圧
差も小さくなるため各室間の窒素濃度差も小さくでき
る。

【００２７】抵抗体７０は、コンベア４４の移動速度と
抵抗体７０の外周の回転速度とが同期され、かつ、変形
可能となっているものである。被処理物４３がコンベア
４４にて搬送され、搬入側シール室６入口部および搬出
側シール室７出口部を通過する場合、抵抗体７０の外周
におけるコンベア４４上の被処理物４３に対する相対速
度は抵抗体７０との接触部分でほぼ０となる。したがっ
て、被処理物４３がコンベア４４にて搬送され、搬入側
シール室６入口部および搬出側シール室７出口部を通過
する場合、被処理物４３における電子部品の上にある抵
抗体構成要素８１により被処理物４３をコンベア４４と
垂直方向に押え込む力が主に働く。また、このとき電子
部品の上にある抵抗体構成要素８１以外のものは、電子
部品の脇では変形せずに原形を保っているため、ずれ防
止の作用を持つ。

【００２８】前記の作用により、被処理物４３上の電子
部品をずらすことなく装置内へ搬送することができる。
また、被処理物４３の搬送抵抗を小さくできるので、抵
抗体構成要素８１の塑性変形や破断がなくなり抵抗体７
０の長寿命化を図ることができる。さらに、抵抗体７０
は回転しているので、連続して被処理物４３をコンベア
４４で装置内を搬送でき、生産性が高い。

【００２９】〔実施例 ２〕次に、本発明の他の実施例
を図５を参照して説明する。図５は、本発明の他の実施
例に係るリフローはんだ付け装置の抵抗体の斜視図であ
る。図中、図１ないし図４と同一符号のものは先の実施
例と同等部分であるから、その説明を省略する。図５に
示す実施例では、抵抗体構成要素８２ａは、回転軸８０
ａの軸方向に、かつ放射状に隙間なく並べたものを回転
方向に一定の割合でずらした形状、すなわち螺旋状に取
り付けているものである。

【００３０】抵抗体７１（図５に７１ａを示す）におい
ては、被処理物４３がコンベア４４にて搬送され搬入側
のシール室６および搬出側シール室７を通過する場合、
先の実施例の抵抗体７０ａの抵抗体構成要素８１ａが回
転軸８０ａに並行な直線上に一列づつ接触するのに対
し、図５に示す抵抗体７１ａの抵抗体構成要素８２ａ
は、回転軸８０ａに対し一定角度を有する直線上を抵抗
体構成要素８２ａの一定幅の部分が前記の直線上を移動
しながら接触するので、抵抗体構成要素８２ａの接触し
ている長さを少なくでき、被処理物４３の搬送抵抗を図
４に示した抵抗体７０ａに比べさらに小さくでき、被処
理物４３上の電子部品の位置ずれがなく、信頼性が向上
する。

【００３１】〔実施例 ３〕図６は、本発明のさらに他
の実施例に係る抵抗体の略示配置図である。本実施例に
おいては、回転軸８０を二個所としたエンドレスのベル
ト９０を設け、抵抗体を構成する要素８３を前記のベル
ト９０にほぼ直立するように取り付けて抵抗体７２とし
たものである。本実施例によれば、抵抗体構成要素８３
がコンベア４４に沿って移動する距離が長くなるので、
抵抗体７０ａ，７１ａに比べさらに空気の侵入を妨げる
機能が向上する。抵抗体構成要素８３の密度を低下させ
れば被処理物４３の搬送抵抗が、図４，図５の抵抗体７
０ａ，７１ａに比べてさらに小さくなり、被処理物４３
上の電子部品の位置ずれがなく、さらに信頼性が向上す
る。

【００３２】また、図示しないが、図１における抵抗体
７０をコンベア４４に対して装置の搬出側シール室７の
上下と搬入側シール室６の下側に設けたものとしても良
い。このように抵抗体７０の設定個所は限定されない。
本実施例によれば、被処理物４３は装置入口において抵
抗を受けることがないので、被処理物４３上の電子部品
が移動したり倒れたりしやすいものであっても装置内へ
搬入することができる。

【００３３】一方、装置出口においては、被処理物４３
上の電子部品は、はんだが固化していることにより抵抗
体７０の影響は少ない。装置出口側からのガスの流出量
は抵抗体７０により僅かになるので、抵抗体７０を設け
ない場合に比べて不活性ガス量を少なくできる。リフロ
ー室内の高い熱エネルギーを持つ熱ガスの流出量は、抵
抗値の差に基づき装置入口側にて多くなるので、装置入
口側では、被処理物４３を予熱する効果が、装置出口側
の流出ガス量が低下することにより装置出口側では冷却
が速やかに行われる効果があり熱量が節約できる。

【００３４】なお、上記各実施例においては、抵抗体７
０を搬入側シール室６の入口、搬出側シール室７の出口
の両方に設けた例を説明したが、前記入口および出口の
いずれか一方に設けても相応の効果が得られることは言
うまでもない。

【００３５】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、被処理物のはんだ付けを連続して行なっても装
置外部への不活性ガスの流出量を少なくし、ガス濃度や
ガス温度の変動を少なくすることができ、良好なはんだ
付け性を得ることができるリフローはんんだ付け装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るリフローはんだ付け装
置の構成を示す略示断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。

【図４】図１のリフローはんだ付け装置における抵抗体
の斜視図である。

【図５】本発明の他の実施例に係るリフローはんだ付け
装置の抵抗体の斜視図である。

【図６】本発明のさらに他の実施例に係る抵抗体の略示
配置図である。

【図７】従来のリフローはんだ付け装置の構成を示す略
示断面図である。

【符号の説明】

１…予熱第一ゾーン、２…予熱第二ゾーン、４…リフロ
ー室、５…冷却室６…搬入側シール室、７…搬出側シー
ル室、９，１０，１１，１２，１３，１４…抵抗体、１
９，２０，２１…抵抗体、１５，３７…赤外線ヒータ、
１６，３０，３３…貫流送風機、１７，３１…末広ノズ
ル、１８，３２…加熱ヒータ、２２，３６…熱ガス循環
手段、３８，３９…レール、４０…冷却コイル、４３…
被処理物、４４…コンベア、５２…不活性ガス供給ノズ
ル、７０，７１，７２…抵抗体、８１，８２，８３…抵
抗体構成要素。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 八幡 聡 茨城県竜ヶ崎市向陽台５丁目２番 日立テ クノエンジニアリング株式会社開発研究所 内 (72)発明者 福田 光男 茨城県竜ヶ崎市向陽台５丁目２番 日立テ クノエンジニアリング株式会社開発研究所 内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 はんだを塗布した回路基板に電子部品を
   装着してなる被処理物を、コンベアにて予熱室およびリ
   フロー室を通過するように搬送し、前記予熱室通過中に
   被処理物の予熱を予熱手段にて行い、前記リフロー室通
   過中に所定の濃度の熱ガス雰囲気内にて予熱後の被処理
   物に本加熱を行なって前記被処理物のはんだを溶融さ
   せ、前記リフロー室に続く冷却室にてはんだを固化させ
   て前記電子部品を前記回路基板にはんだ付けするリフロ
   ーはんだ付け装置において、 前記リフローはんだ付け装置の出口および入口の少なく
   とも一箇所に羽根ブラシ状の抵抗体を設け、この抵抗体
   に回転軸を持たせ、前記コンベアの移動速度に前記抵抗
   体外周部の移動速度が合うように回転駆動する機構を設
   けたことを特徴とするリフローはんだ付け装置。