JPH09130034A - 対流式加熱オーブンによるリフローはんだ付け方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 プレート支持された複数の電子接続ピンを有
する１つ以上のデバイスを対流式加熱オーブンを用いて
プリント回路基板にリフローはんだ付けする方法を提供
する。 【解決手段】 プリント回路基板の開口２３内にハンダ
ペースト３２を置く段階と、デバイス１１のプレート２
８をプリント回路基板１２に沿って、これと隔置関係に
配置してそれらの間に平面状の間隙３０を画成すること
によりデバイスを回路基板に組付ける段階にして、ピン
１５がそのような開口２３およびハンダ付きペースト３
２内に延びることにより組立体を形成する組付け段階
と、対流式加熱オーブン１３中にある一定時間間隔だけ
通過させ、ハンダペースト３２を溶融し、対流熱が除去
された際に中実接続部材を形成する通過段階にして、該
通過段階は１つ以上の対流熱絞り手段３５を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子コネクタおよび
部品をプリント回路基板に装着・固定するための技術に
係り、より具体的にはそのような固定をするためのリフ
ローはんだ付けに関する。

【０００２】

【従来の技術】嵩と面積の大きなデバイス、例えばピン
インホールコネクタは、対流式オーブン作業により単一
通過リフローはんだ付け方式でコスト性能にすぐれた回
路基板組立体を達成するのには困難がある。この問題
は、デバイスの非浸透性および高い熱的量、例えばピン
インホール・コネクタの支持プレートが回路基板の一方
の側を効果的な対流熱の流れから隔離していることに起
因する。ピンを支持しているプレートは回路基板と平行
をなすがこれからはなれて配置されており、この間隔は
対流熱の流れを容易に受取れず、したがってリフローは
んだ付けを阻止する。

【０００３】リフローはんだ付けを行なうべく回路板を
対流オーブン内にて加熱する際の一様性を改善するため
の従来技術の試みには、オーブンコンベアの通路に沿っ
てこれと垂直をなして配置した放散出力ノズルを備えた
複数のクロスフロー・ブロワーの使用が含まれる（米国
特許第５１６３５９９号参照）。不幸にして、そのよう
な目的の機器は、ピンインホール・コネクタのまわりに
おいてハンダ材料を加熱する操作を改善するのには十分
でない。何故ならば、それらのコネクタは通常一方の側
が密に配置された大型マス／面積支持プレートによって
遮断されているからである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、オー
ブンリフローはんだ付けの方法にして、プリント回路基
板をそのような対流式オーブン内で加熱する時に該回路
に対するピンインホール・コネクタの高品質リフローは
んだ付け接合をより効果的に保証する方法を提供するこ
とである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は１つ以上のデバ
イスを対流式加熱オーブン内でプリント回路基板に効率
的にリフローはんだ付けする方法であり、各デバイス
は、プリント回路基板の各対応開口内にはんだ付けされ
た電気接続部を形成するプレート支持の複数の接続ピン
を有している。この方法は、（ｉ）各開口内または開口
上にハンダペーストを置く段階と、（ｉｉ）デバイスの
プレートをプリント回路基板に沿って、これと隔置関係
に配置してそれらの間に平坦な間隙を画成することによ
りデバイスを回路基板に組付ける段階にして、ピンがそ
のような開口内およびハンダペースト内に延びることに
より組立体を形成する段階と、（ｉｉｉ）対流式加熱オ
ーブン中にある時間間隔だけ組立体を通過させ、ハンダ
ペーストを溶融するとともに、対流熱が除去された際に
中実接続部を形成する段階にして、該通過段階は１つ以
上の対流熱絞り手段を用いることにより実施されてお
り、該手段は対流熱の流れをプレートおよび基板間に導
びいて、基板の両側からのハンダペーストの対流加熱を
促進せしめる通過段階とを含む。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１に示すように、ピンコネクタ
装置１１およびプリント回路基板１２からなる組立体１
０のリフローはんだ付けは、対流加熱オーブン１３にて
達成される。組立体１０はある時間の間そのようなオー
ブン１３を通して搬送されるが、これによってハンダ材
料は所定の時間にわたって溶融温度以上に加熱され、各
ピン１５のまわりにハンダフィレット１４（図３参照）
を形成し、開口１７（この場合の開口はメッキ貫通穴）
の縁部１６へ中実状に電子接続される。開口内におい
て、各ピンは電子通路１８を完成するように整合されて
いる。

【０００７】対流式オーブン１３は通常細長い加熱チャ
ンバ１９を有しており、該チャンバ中を加熱ガスの流れ
２０が全体として垂直に上部空間部２１のみならず底部
空間部２２からも導入される。各空間は複数の開口乃至
ポート２３を有しており、該ポートを介して空気流が放
出される。オーブンガスまたは空気流２０はほぼ垂直で
あるが、空間部によってはそのような流れの方向に幾分
のピッチを与えることが出来る。オーブンの構造等は、
そのような空間部中の空気流量のみならず空間部開口の
ピッチおよび量によって変化する。加熱されたガスは空
間部の開口またはポート２３中を流れ、何らかの他のプ
レートまたは部材によって阻止されない限り、プリント
回路基板の頂部および底部側辺と交差する。ステンレス
鋼メッシュベルトまたはエッジコンベアのようなもので
構成されたコンベア２４がそのようなチャンバ中を動か
される。組立体はオーブンの入口２５においてコンベア
上に載置され、予め定められた加熱時間内に出口２６で
回収される。典型的には、オーブン炉は通常１８０〜１
９０℃付近で溶融するように設計されたハンダ材料に対
して２１０〜２２０℃付近の温度で作動される。ピンコ
ネクタに対して典型的に用いられるハンダ材料は、スズ
（Ｓｎ）および鉛（Ｐｂ）ハンダ合金（すなわち６０５
・４０Ｐｂ６３５・３７Ｐｂ）からなっている。オーブ
ンは、他のハンダ合金を用いてより低いかより高い温度
で作動するようにプログラムすることも出来る。

【０００８】対流式リフローオーブン内においてピンコ
ネクタ１１をリフローはんだ付けにより取付けることは
困難である。何故ならば、ピン１５は連続プレート２８
上に整列され支持されており、該プレート２８は平行面
２９内にある基板からそれらの間に間隙ないしスペース
３０を余して隔置されねばならず、このスペースは間隙
の縁部においてのみ開口しており、したがってオーブン
の自然対流によって容易に貫通することが出来ないから
である。その結果、ピンをしっかり固定するため開口１
７内に配置されたハンダ付きペースト３２は不均等に、
かつ大部分はプリント基板の頂部から加熱されることに
なる。下側３４においては、隔置されたコネクタプレー
トの存在によって阻止されるため、加熱は殆んど発生し
ない。したがって、はんだ付けされた組立体は、不適当
なフィレット形成の故に、弱体な結合部を含んでいる可
能性がある。垂直フローオーブンではスペース３０中に
十分な加熱フローを混入させることは出来ない。という
のはフローが９０°旋廻されねばならないからである。

【０００９】この問題を克服するために、本発明の方法
は次の段階を有している。（ａ）それぞれの電子的接続
ピン１５を受けるようにされたプリント回路基板１２の
開口２３の各々内にハンダ付きペースト３２を置く或い
は型付けする。（ｂ）ピンコネクタデバイス１１を回路
基板１２へと組付けるべく、ピンを担持しているプリン
ト回路基板に沿って、これと隔置関係にプレート２８を
配置し、以ってそれらの間に平面状スペース３０を画成
する一方、ピンを回路基板の開口内へ且つそのようなハ
ンダ付きペースト内に突入させて組立体を形成する。
（ｃ）組立体をある時間にわたって対流式加熱オーブン
１３中を通し、ハンダ付きペースト３２を溶融させ、対
流熱を除去した後に中実な接続部を形成する。この際前
記通過作業は対流熱絞り手段３５を１つ以上用いること
によって実施されるが、この手段は対流熱フローをプレ
ート２８と基板１２の間に案内して、ハンダ付きペース
トの対流加熱作用を基板の両側３３，３４から促進せし
める。

【００１０】ハンダ付きペースト３２は、プリント回路
基板にピンコネタク装置を組付けるのに先立って、該プ
リント回路基板の平坦表面の一方を横切って自動ステン
シル（型付け）を行い、所望に応じた所定量のハンダ材
料堆積物を各開口部に残すことで、同基板上に伸延添付
される。

【００１１】対流熱絞り手段は次のものの少なくとも１
つを備えている。（ｉ）指向的フロー収束ツール３６、
そして（ｉｉ）支持プレート２８に設けた穿孔乃至割
溝。最初にツール３６を説明すると、該ツールはオーブ
ンの垂直フロー２０を、収束させ、３１において内へ旋
廻させるとともに、間隙乃至スペース３０の平面２９に
整合させて該間隙ないしスペース内へ入るように、反射
する。ツールは側方直立壁３８を備えており、該壁は直
立後部壁３９に溶接されてフレーム４０を形成してい
る。フレーム間にはこれを横切って延びたフローバッフ
ル（邪魔部材）４１が取付けられ、偏向フローチャンネ
ルが画成されている。頂部バッフル４１ａ，４１ｂは頂
部開口４２からスロート開口４３へと収束することによ
り、フローをその入口から約９０°旋廻させる。同様に
して、底部バッフル４１ｃ，４１ｄは底部開口４４から
同一のスロート開口４３へと収束することにより、上向
きに上昇する対流フローを再び約９０°旋廻させる。フ
レームおよびフローバッフルは、ステンレス鋼シート金
属（０．２５ｍｍ厚）で構成することが出来る。

【００１２】ツール３６は、図２に示すように割溝付フ
ィンガ４５を用いるか、側方直立壁３８内の延長溝（図
示せず）を用いることによって、プリント回路基板１２
上に懸架可能である。この場合、壁３８内の溝はバッフ
ルの前方に延ばされる必要がある。フィンガ４５ないし
割溝を用いるには、組立体をコンベア上に配置するのと
同時かそれ以前にツールをプリント回路基板上に置く必
要がある。これに代えて、ツールをコンベア２４に螺着
し、組立体１０がコンベア上のツールと近接関係に置か
れる際にツールが組立体１０と容易に整合されるように
してもよい。

【００１３】これに代えて、或いは追加して、対流熱絞
り手段は、ピンコネクタ装置の支持プレート２８に設け
られた穿孔、割溝または開口３７（図１，４，６および
７（Ｂ）を参照）を有しても良い。割溝は、熱的マス
（質量）を制限する群４７へピンを分けて、再指向され
た熱フロー３１による迅速加熱を促進することが好まし
い。図４および図５に示すように、支持プレートを横切
るように延びるより大きな割溝５０は、長手方向の一列
において約６個のピンを有するピン群へとピンを分割す
る。わずかに幅が狭く、長手方向に延びている割溝４９
は、３列（好ましくは２列）までの群へピンを分けてい
る。垂直方向に向いた対流熱フロー２０は図４に示すよ
うに、プリント回路基板の頂部側３３から容易にハンダ
ペーストへ到達するが、より重要なことは、通常ならば
阻止される底部からの対流フローがこの場合には横断方
向および長手方向の開口４９，５０中を流れ、ハンダペ
ーストの下側５１へと到達し、有効かつ迅速で一様な加
熱を促進するということである。そのような加熱作用
は、ピン支持プレート無しで創出することが可能であ
る。好ましくは、開口は少なくとも１０ｍｍ² 以上の開
口面積を有している。

【００１４】一様加熱を容易にするため、補助構造具５
２をスペーシングガイド５３として用いることが出来る
（この場合肩部が支持プレート２８の回路基板１２と対
面する側５４から突出している）。ガイド５３はピン１
５が開口を通して突出する程度を制限するとともに、プ
リント回路基板およびプレート間の間隔３０の寸法を定
める（図６および図７（Ａ）を参照）。好ましくは、そ
のような間隔は０．６３５〜６．３５ｍｍの範囲にある
べきである。プレート自身もその厚味５５を０．６３５
〜６．３５ｍｍの範囲に限定し、その絶縁効果を制限す
るとともにハンダペーストのより迅速かつ一様な加熱作
用を容易にできる。組立体を加熱オーブン内に挿入した
瞬間から該組立体が加熱オーブンから引き出される時点
迄で測定されるサイクル時間は、１２〜１８分よりも短
かいことが望ましい。

【００１５】ピンコネクタを有するプリント回路基板の
通常の用途においては、ピンに対応のコネクタを挿入し
易くするのにガイドポケットまたは壁を用いるのが望ま
しい。そのようなガイド壁はこれ迄ピン支持プレートの
一部として一体状に形成されており、かくして対流熱フ
ローオーブン中を通過させられる際にハンダペーストの
一様加熱をさまたげてきた。本発明の支持プレート２８
は好ましくは平坦であり、通常よりも薄い厚味を有して
おり、それぞれＰＢＴ（ポリブチレン・テレフタレー
ト）およびノバラック・エポキシ樹脂のような熱可塑性
または熱硬化性ポリマから通常形成されている単一のモ
ノリシック基板であり、突出するガイド壁が無いのが好
ましい。しかしながら、必要ならば、一体型ガイドを翼
付ガイドポスト５７として形成し、図７（Ａ）および図
７（Ｂ）に示すように、ピン群（トランスファ割溝５０
によって分離されたピン群５９の如く）の各コーナ５８
として形成することが出来る。そのようなガイドポスト
はプレート２８と一体であり、組立体が対流式加熱オー
ブン中を通過させられる時にもハンダペーストの一様加
熱には著しい影響を及ぼさないであろう。

【００１６】もしも、場合によって、使用時の支持プレ
ートに対する剛性および強度をより大きくとりたい場合
には、ガイドフレーム６０をはんだ付け処理の後工程と
して添加することが出来る（図９（Ａ），図９（Ｂ）参
照）。別個の絶縁フレーム６０が、プレート２８の底部
側上に適合し、ここから延びるピン１５を取囲むように
設計されている。フレームは一連の環状密閉ガイドカッ
プまたはポケットを担持しており、ピン群５９と整合し
た開口６２を備えている。ガイド壁６３はフレームの面
６４から延び、（トランスファ割溝５０によって分割さ
れたピン群５９のような）ピン群を取囲んでいる。加え
るに、フレーム６０はシーリング要素すなわちパッド６
５を担持することも可能であり、該パッドは、フレーム
が支持プレート上の定位置に配置されると、コネクタプ
レート２８内の開口４９，５０を密に閉じ、プレートを
連続する中断のないプレートへと構造的にもどす。もし
もシーリング要素またはパッドが十分でない場合には、
接着剤を用いてフレーム６０を直接ベースプレートに結
合し、ハーメチックな（水密性）のシールを創成し、組
立てられたコネクタに機械的一体性を与えることが出来
る。

【００１７】本発明に従いピンコネクタのリフローはん
だ付けが行なわれるサイクルタイムを減少させることに
より、プリント回路基板はまた通常の電子部品を同時に
リフローはんだ付けすることも可能となる。すなわち、
ピンコネクタ装置のみならず電子部品も同一のオーブン
通過並びにサイクルタイムにおいてはんだ付けできる。
これは、はんだ付け接合の信頼性および一体性を犠牲に
することなく、生産性能力の著しい向上である。

【００１８】本発明の特定の実施例を例示し、説明した
が、当業者ならば本発明の精神から離脱することなく種
々の変更および修整が可能であることを理解するであろ
う。したがって特許請求の範囲は、全てのそのような修
整例および等価例を本発明の精神および範ちゅうに包含
されるものとして規定しているものと理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】プリント回路基板を搬送する対流式加熱オーブ
ンの図式的横断面図で、対流熱フロー絞り手段の使用を
例示している。

【図２】プリント回路基板の一部分および図１の熱フロ
ー絞り手段の斜視図。

【図３】１つのピン、そのようなピンを受ける基板内の
メッキされた開口、そして適正に形成されたハンダ付け
接続部としてそのような開口とピンの間にはんだ付けさ
れたフィレットの大きく拡大した部分断面図。

【図４】図１のコネクタプレートおよびピンのわずかに
拡大した平面図。

【図５】図４のコネクタプレートおよびピン形状の正立
断面図。

【図６】図１の組立体の一部の端面図。

【図７】（Ａ）と（Ｂ）はそれぞれピンコネクタの側立
面図および平面図で、対応のコネクタ手段の挿入を容易
にするためのコーナガイドの使用を示している。

【図８】（Ａ）と（Ｂ）はそれぞれコネクタプレートに
取付けられるようにされたフレームの平面図および立面
図で、そのようなフレームは（ｉ）デバイスへ対応コネ
クタを収納するための４つのポケット保護壁と、（ｉ
ｉ）コネクタプレート内の開口を密閉するための一連の
シーリング部材とを担持している。

【図９】（Ａ）と（Ｂ）は図８（Ａ）および図８（Ｂ）
に示したフレームの組合せ組立体および図１のピンイン
ホール・コネクタ・デバイスのそれぞれ平面図および立
面図である。

【符号の説明】

１１ ピンコネクタ・デバイス １２ プリント回路板 １３ 対流式加熱オーブン １４ ハンダフィレット １５ ピン １７ 開口 １９ 細長い加熱チャンバ ２４ コンベア ２８ プレート ３０ 間隙 ３２ ハンダペースト ３３ プリント回路基板の上側 ３４ プリント回路基板の下側 ２３ 開口 ３５ 対流熱絞り手段 ３６ 指向性フロー収束ツール

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対流式加熱オーブン内でプリント回路基
   板に１つ以上のデバイスを効果的にリフローはんだ付け
   する方法であって、各デバイスがプリント回路基板の各
   対応開口内へはんだ付けされ電気的に接続されるべきプ
   レート支持の複数の接続ピンを有している方法であっ
   て、 （ａ）ハンダペーストを前記開口の各々に置く段階と、 （ｂ）前記デバイスのプレートをプリント回路基板に沿
   って、且つ該基板と隔置関係に配置してそれらの間に平
   坦なスペースを画成することにより前記デバイスをプリ
   ント回路基板に組付ける段階にして、前記ピンは前記開
   口内および前記ハンダペースト内に延びて一つの組立体
   を形成する段階と、 （ｃ）対流式加熱オーブン中をある一定時間間隔だけ前
   記組立体を通過させて、ハンダペーストを溶融し、対流
   熱が除去された際に中実接続部材を形成する通過段階に
   して、１つ以上の対流熱絞り手段を用いることにより実
   施され、該手段は対流熱の流れを前記プレートおよびプ
   リント回路基板の間に導いてプリント回路基板の両側か
   らのハンダペーストの対流加熱を促進せしめる通過段階
   とを含む方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法において、前記対
   流熱絞り手段は（ｉ）前記組立体と連結されて、対流熱
   の流れを前記プレートとプリント回路基板間の間隙内へ
   偏向させる指向フロー収束ツールおよび（ｉｉ）前記ピ
   ン間で前記プレートに設けた１つ以上の開口であって前
   記間隙内への対流熱の混流をより容易にさせるための開
   口のうちの少なくとも一方を有する方法。