JPH09232746A

JPH09232746A - 半田付け装置および半田付け方法

Info

Publication number: JPH09232746A
Application number: JP6723696A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Tanigami; 昌伸谷上; Taizo Kawamura; 泰三川村; Yoshitaka Uchibori; 義隆内堀
Original assignee: Omron Corp; Seta Giken KK; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp; Seta Giken KK
Priority date: 1996-02-27
Filing date: 1996-02-27
Publication date: 1997-09-05

Abstract

(57)【要約】【課題】フラックが不要であって、小型化が可能な半
田付け装置及び半田付け方法を提案する。【解決手段】還元ガス２０の供給部１１と、供給され
た前記還元ガス２０と半田粒子２３を混合させて混合ガ
ス２６にする混合部１２と、前記混合ガス２６を加熱す
るとともに前記混合ガス２６に含まれる前記半田粒子を
溶融して加熱ガスとする加熱部１３と、前記加熱ガス２
７を吹き出す吹き出し部３４とを備える半田付け装置に
より、還元ガスと半田粒子を混合させて混合ガスにする
第１工程と、前記混合ガスを加熱するとともに前記混合
ガスに含まれる前記半田粒子を溶融して加熱ガスとする
第２工程と、前記加熱ガスを吹き出して接合部を還元し
ながら加熱して溶融した半田粒子を付着させる第３工程
とを順に行って半田付けを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板に供給された
電子部品等をプリント基板に形成されたパターンに半田
付けするための実装基板用リフロー炉等に適用される半
田付け装置及び半田付け方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のリフロー炉としては、例えば特開
平６−１６４１３０号公報に開示されるものが知られて
いる。昇温室、第１均熱室、第２均熱室、本加熱室の４
室を直列に配設し、各室毎に一つの加熱部を有してお
り、各室毎の温度調整が行われる構造になっている。ま
た、各室共通又は各室毎にコンベアが設けられ、コンベ
アで搬送される実装基板が各室を通って加熱されてい
く。加熱部の構造は、電気ヒータや遠赤外線ヒータと熱
風ファンの組み合わせであって、各室毎に熱風を循環さ
せて所定の温度に調整する構造になっている。

【０００３】このような構造のリフロー炉では、基板と
電子部品との間に半田を介在させ、本加熱室の全体の温
度を上昇させて、前記半田を溶融させて接合させる。こ
の接合に際して、半田や配線パターン等に酸化膜がある
と、接合不良を引き起こす恐れがある。そのため、昇温
室、均熱室、本加熱室を窒素ガス等の不活性ガスで加熱
するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た不活性ガス利用のリフロー炉でも、半田や配線パター
ンの酸化膜の発生を完全に除去することは困難であり、
半田や配線パターンの酸化膜を除去するフラックスが必
要になり、半田とフラックスを混在させて接合部に配設
することになって接合前実装基板の設定が面倒であると
いう問題点があった。また、昇温室、均熱室、本加熱室
のように実装基板の全体に加熱して半田付けするものに
あっては、半田付け装置が大型化し、ランニングコスト
の増大と制御の困難性を伴うという問題点もあった。

【０００５】本発明は上述した問題点を解決するために
なされたものであり、その目的とするところは、フラッ
クが不要であって、小型化が可能な半田付け装置及び半
田付け方法を提案することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明のうちで請求項１記載の発明は、還元ガ
スの供給部と、供給された前記還元ガスと半田粒子を混
合させて混合ガスにする混合部と、前記混合ガスを加熱
するとともに前記混合ガスに含まれる前記半田粒子を溶
融して加熱ガスとする加熱部と、前記加熱ガスを吹き出
す吹き出し部とを備えてなる半田付け装置である。還元
ガスが接合阻害因子である接合部の酸化膜を還元し、同
時に溶融状態の半田粒子を接合部に吹きつけらる。還元
されなかった酸化膜があったとしても、溶融状態の半田
粒子の衝突で酸化膜が除去される。また、接合部に対す
る局部的な半田付けも行える。

【０００７】また請求項２記載の発明は、請求項１にお
いて、前記加熱部は、電磁誘導で発熱する発熱体で前記
混合ガスを加熱するものである。電磁誘導で発熱する発
熱体によって前記混合ガスが直接加熱される。

【０００８】また請求項３記載の発明は、還元ガスと半
田粒子を混合させて混合ガスにする第１工程と、前記混
合ガスを加熱するとともに前記混合ガスに含まれる前記
半田粒子を溶融して加熱ガスとする第２工程と、前記加
熱ガスを吹き出して接合部を還元しながら加熱して溶融
した半田粒子を付着させる第３工程とを含んでなる半田
付け方法である。第３工程で、接合部の酸化膜の除去と
半田付けが同時に行われる。

【０００９】また請求項４記載の発明は、請求項３にお
いて、前記加熱は、電磁誘導で発熱する発熱体で前記混
合ガスを加熱することにより行われるものである。電磁
誘導で発熱する発熱体により前記混合ガスが直接加熱さ
れる。

【００１０】また請求項５記載の発明は、還元ガスの供
給部と、供給された前記還元ガスを加熱して加熱ガスと
する加熱部と、前記加熱ガスを吹き出す吹き出し部とを
備えてなる半田付け装置である。還元ガスが接合阻害因
子である接合部の酸化膜を還元し、同時に半田を加熱す
る。

【００１１】また請求項６記載の発明は、請求項５にお
いて、前記加熱部は、電磁誘導で発熱する発熱体で前記
混合ガスを加熱するものである。電磁誘導で発熱する発
熱体により前記混合ガスが直接加熱される。

【００１２】また請求項７記載の発明は、還元ガスを加
熱して加熱ガスとする第１工程と、前記加熱ガスを吹き
出して接合部を還元しながら加熱し、接合部に半田粒子
を溶融付着させる第２工程とを含んでなる半田付け方法
である。第２工程で、接合部の酸化膜の還元と半田の加
熱が同時に行われる。

【００１３】また請求項８記載の発明は、請求項７にお
いて、前記第２工程の前記加熱は、電磁誘導で発熱する
発熱体で前記混合ガスを加熱することにより行われるも
のである。電磁誘導で発熱する発熱体により前記混合ガ
スが直接加熱される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は、本発明の半田付け装置の
機器構成図であり、図２は、加熱部の断面図である。

【００１５】図１は、本発明の半田付け装置がリフロー
炉に適用された場合を示す。リフロー炉１が例えば一つ
の加熱室を有し、この加熱室に対して本発明の半田付け
装置２が適用されている。リフロー炉１内のコンベア３
で搬送された実装基板４をストッパー５で停止させ、半
田付け装置２による半田付けを行う。実装基板４はプリ
ント基板の所定位置に電子部品をセットしただけのもの
であり、半田フリーでフラックスフリーの接合部６を有
している。なお、符号７は還元ガスの回収装置である。
また、リフロー炉１は本加熱室の要所のみ示しており、
この本加熱室の前後に予備加熱室や出口室を必要に応じ
て設けることが出来る。

【００１６】半田付け装置２は、供給部１１と、混合部
１２と、ノズル（吹き出し部）３４付の加熱部１３と
を、配管１４と１５で接続してなり、特に加熱部１３は
Ｘ−Ｙステージ１６で実装基板４と平行な面内で所定位
置に所定速度で移動可能に配設されている。また、配管
１５の途中までがリフロー炉１の炉外に設置され、配管
１５の途中以降が図示されないフレキシブルホースを経
てリフロー炉１の炉内に設置されている。

【００１７】供給部１１は、水素等の還元ガス２０が入
ったタンク２１と、タンク２１に接続される配管１４の
途中に設けられたレギュレータ（圧力調整手段）２２と
を有してなり、所定圧力即ち所定容量の還元ガス２０を
必要に応じて配管１４に供給する機能を有している。な
お、タンク２１に代わり、コンプレッサーによって還元
ガス２０を供給するものであってもよい。

【００１８】混合部１２は、半田粒子２３を貯留する密
閉容器２４と、密閉容器２４内の半田粒子２３まで突入
する配管１４と、密閉容器２４内の半田粒子２３の上の
空間２５の途中まで突入する配管１５とからなってい
る。配管１４の先端から還元ガス２０が吹き出すと、半
田粒子２３が攪拌されて還元ガス２０内に浮遊し、還元
ガス２０と半田粒子２３の混合ガス２６が生成される。
この混合ガス２６は供給部１１の供給圧力でもって、配
管１５を経て加熱部１３に送出される。還元ガス１４で
搬送可能な半田粒子２３のサイズとしては、２０〜４０
ミクロンが好ましい。４０ミクロンを越えると、還元ガ
ス２０特に水素ガスによる搬送がしにくくなり、２０ミ
クロン未満であると、製造上のコストが高くなりすぎ
る。また半田の組成としては、加熱によって溶融する接
合金属と必要な添加物とからなり種々のものがある。

【００１９】加熱部１３は、強磁性体の円筒（発熱体）
３１の外周にコイル３２を巻回し、コイル３２に高周波
電流発生器３３を接続し、パイプ３１の先端にノズル
（吹き出し部）３４を取付け、パイプ３１の出口に温度
センサ３５を取り付けてなる。コイル３２に作用する高
周波電流によって円筒３１（発熱体）内に渦電流が流
れ、円筒（発熱体）３１自体が加熱され、円筒（発熱
体）３１内を通る混合ガス２６が瞬時に加熱される。こ
のとき、混合ガス２６の主成分である還元ガスが加熱さ
れ、混合ガス２６に含まれる半田粒子が溶融状態にな
り、混合ガス２６は溶融半田を含む加熱ガス２７に変わ
る。加熱ガス２７の温度は温度センサ３５による高周波
電流発生器３３のフィードバック制御によって自在に設
定可能になっている。

【００２０】つぎに、上述した半田付け装置によるリフ
ロー炉の半田付け方法を説明する。供給部１１からの還
元ガス２０は、配管１４を経て混合部１２に送出され
る。混合部１２の密閉容器２４内で、還元ガス２０が半
田粒子２３内に吹き出すことによって、還元ガス２０内
に半田粒子２３が浮遊した混合ガス２６が生成される
（第１工程）。

【００２１】この混合ガス２６は加熱部１３に送出さ
れ、加熱された還元ガス中に溶融状態の半田粒子が浮遊
する加熱ガス２７となる（第２工程）。Ｘ−Ｙ方向に自
在に移動可能な加熱部１３によって、実装基板４の所定
の接合部（ランド）に向かってノズル（吹き出し部）３
４がセットされる。そして、高温還元ガスと溶融半田粒
子とからなる加熱ガス２７が実装基板４の特定の接合部
６に向かって吹き出されると、接合部の酸化膜の還元が
高温の還元ガスで行われると同時に接合部が加熱され
る。さらに、半田粒子の衝突で還元されなかった酸化膜
も除去され、接合部６に溶融状態の半田粒子が吹きつけ
られ、接合部６に溶融した半田粒子が溜まって半田付け
が行われる（第３工程）。

【００２２】図２は、還元ガスの加熱が効率良く行われ
る発熱体３８，３９の構造を示す図である。コイル３２
はセラミック等の非磁性体のパイプ３７に巻かれ、パイ
プ３７自体は発熱せず、パイプ３７内の強磁性体の発熱
体３８，３９が電磁誘導で発熱する構造になっている。
図２（ａ）の発熱体３８は、強磁性体の板材を格子状に
溶着させた積層体にして、混合ガスの接触面積を大きく
したものである。発熱体３８の強磁性体の材質として、
半田が付着しにくいステンレス系の材料を選定すると、
溶融した半田粒子は発熱体３８に付着することなく吹き
飛ばされる。図２（ａ）の発熱体３９は、小径パイプの
多数を溶接で束ねた積層体にして、混合ガスの接触面積
を大きくしたものである。このように、発熱体３８の形
状と材質を適切に選択することにより、混合ガスの加熱
を瞬時に効率よく行うことが出来き、局部的な半田付け
が可能になって、半田付け装置や半田付け装置が組み込
まれるリフロー炉を小型化するとともに、ランニングコ
ストも低くすることができる。なお、発熱体に対する半
田粒子の付着が避けられない場合には、図１のノズル
（吹き出し部）３４のＡ部から半田粒子を供給し、高温
に加熱された還元ガス中で半田粒子を瞬時に溶融状態に
することできる。

【００２３】図３は他の半田付け装置４０の機器構成図
である。図１の半田付け装置と異なる点は、還元ガスの
供給部４１に対して加熱部４２が配管４１ａで直接接続
され、実装基板の接合部に半田７が装着されている点で
ある。ただし半田に必要とされるフラックスは不要とな
っている。

【００２４】加熱部４２は、非磁性体のパイプ４３にコ
イル４４を巻き、パイプ４３内に発熱体４５を配設し、
パイプ４３にノズル（吹き出し部）４６を接続し、ノズ
ル４６の出口に温度センサ４７を配設した構成になって
いる。コイル４４に接続される高周波電流発生器３３の
構成は図１と同様である。なお、コイル４４はリッツ線
を撚り合わせたものであり、パイプ４３の外周に巻回さ
れるか、又はパイプ４３の肉厚内に巻回して埋設され
る。パイプ４３はコイ４４を保持し、流体通路を区画
し、その通路内に発熱体４５を収納するものである。そ
のため、パイプ４３は、耐蝕性、耐熱性、耐圧性があっ
て非磁性体の材質で形成される。具体的には、セラミッ
ク等の無機質材料、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）、
フッ素樹脂等の樹脂材料、ステンレス等の非磁性金属等
が用いられるが、セラミックが最も好ましい。

【００２５】図３の半田付け装置によるリフロー炉の半
田付け方法を説明する。供給部４１からの還元ガス４８
は加熱部４２の電磁誘導が加熱されて加熱ガス４９とな
る（第１工程）。この加熱ガス４９が半田７が装着され
た接合部６に吹き出し、接合部６の半田７や電子回路部
品等の酸化膜を還元しながら、半田７を加熱する。する
と、半田７が溶融し、実装基板４に装着された半田７の
溶融付着による半田付けが還元作用と同時に行われる
（第２工程）。

【００２６】なお、加熱部４２の還元ガス４８は半田粒
子を含まないので、加熱部４２の発熱体４５には伝熱面
積の大きなものが採用できる。そのような発熱体４５の
構造を図４により説明する。図４（ａ）は発熱体４５の
上面図、図４（ｂ）は発熱体４５の斜視図である。

【００２７】発熱体４５は、ジグザグの山型に折り曲げ
られた第１金属板６１と平たい第２金属板６２とを交互
に積層し、全体として円筒状の積層体６３に形成したも
のである。この第１金属板６１や第２金属板６２の材質
としては、ＳＵＳ４４７Ｊ１の如きマルテンサイト系ス
テンレスの耐蝕性に優れた強磁性材料が用いられる。そ
して、第１金属板６１の山（又は谷）は中心軸６４に対
して角度αだけ傾くように配設され、第２金属板６２を
挟んで隣り合う第１金属板６１の山（又は谷）は交差す
るように配設されている。そして、隣り合う第１金属板
６１における山（又は谷）の交差点において、第１金属
板６１と第２金属板６２がスポット溶接で溶着され、電
気的に導通可能になっている。

【００２８】結局、手前側の第１金属板６１と第２金属
板６２との間には、角度αだけ傾いた第１小流路６５が
形成され、第２金属板６２と奥側の第１金属板６１との
間には、角度−αだけ傾いた第２小流路６６が形成さ
れ、この第１小流路６５と第２小流路６６は角度２×α
で交差している。また、第１金属板６１や第２金属板６
２の表面には、流体の乱流を生じさせるための第３小流
路としての多数の孔６７が設けられている。さらに、第
１金属板６１や第２金属板６２の表面は平滑ではなく、
梨地加工又はエンボス加工によって微小な凹凸６８が全
面に施されている。この凹凸６８は山（又は谷）の高さ
に比較して無視できる程度に小さい。

【００２９】図示されないコイルに高周波電流発生器か
らの高周波電流を流して、積層体６３に高周波磁界を作
用させると、第１金属板６１と第２金属板６２の全体に
渦電流が生じ、積層体６３が発熱する。このときの温度
分布は、第１金属板６１と第２金属板６２の長手方向に
延びた目玉型となり、周辺部より中心部の方が発熱し、
中央部を流れようとする流体の加熱に有利になってい
る。

【００３０】また、積層体６３内には交差する第１小流
路６５と第２小流路６６が形成され、周辺と中央との拡
散が行われ、加えて第３小通路を形成する孔６７の存在
によって、第１小流路６５と第２小流路６６間の厚み方
向の拡散も行われる。したがって、これらの小流路６
５，６６，６７によって積層体６３の全体にわたる流体
のマクロ的な分散、放散、揮散が生じる。加えて、表面
の微小な凹凸６８によってミクロ的な拡散、放散、揮散
も生じる。その結果、積層体６２を通過する流体は略均
一な流れになって、第１金属板６１及び第２金属板６２
と流体との均一な接触機会が得られる。その結果均一な
熱伝達が確保される。

【００３１】図５の半田付け装置は、加熱ガスの吹き出
し部７６を大きくして実装基板４のランド６の全体を加
熱できるように構成されたものである。図３のものと
は、加熱部７１の構成が異なる。非磁性体の大径パイプ
７２の中に強磁性体の円柱（発熱体）７３を配設し、円
柱７３（発熱体）の外周とパイプ７２の内周との間にリ
ング状空間７４を形成し、パイプ７２の外周にコイル７
５を巻き付けたものである。リング状空間７４の下端が
吹き出し部７６となっており、この吹き出し部７６に温
度センサ７７が配設され、高周波電流発生器３３の出力
をフィードバック制御する。吹き出し部７６からの加熱
ガスは広がって実装基板４のランド６の上面全体に当た
る。これにより、実装基板４のランド６全体が加熱と還
元を受け、ランド６の必要な箇所の半田付けが全面にわ
たって行われる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１の発明は、還元ガスによる酸化膜の還元と半田金属
の溶着を同時に行うため、半田フリー且つフラックスフ
リーの半田付けが可能になり、実装基板の接合部を簡単
にセットして、半田づけすることができるという効果を
奏する。また局部的な半田付けが行えるので、実装基板
等の全体を加熱して半田付けする場合に比較して、装置
の小型化とランニングコストの低減を実現できるという
効果を奏する。特に発明装置をリフロー炉に適用する
と、フラックス及び半田不要のリフロー炉であって、画
期的な小型化と、画期的な低ランニングコスト化を実現
するという効果を奏する。

【００３３】請求項２の発明は、請求項１の効果に加え
て、電磁誘導加熱の採用によって、還元ガスに対する所
定温度の制御が確実にでき、半田付け品質の向上と装置
の一層の小型化を可能にするという効果を奏する。

【００３４】請求項３の発明は、方法に関し、請求項１
の発明と同様に、接合部に対するフラックスを不要にす
るとともに、局所的な半田付けによりエキルギーロスを
少なくするという効果を奏する。

【００３５】請求項４記載の発明は、請求項３の効果に
加えて、電磁誘導加熱の採用によって、ガスに対する所
定温度の制御がし易いという効果を奏する。

【００３６】請求項５の発明は、フラックスが不要な半
田付けを可能にし、実装基板等の全体を加熱して半田付
けする場合に比較して、装置の小型化とランニングコス
トの低減を実現できるという効果を奏する。

【００３７】請求項６記載の発明は、請求項５の効果に
加えて、電磁誘導加熱の採用によって、ガスに対する所
定温度の制御が確実にできるという効果を奏する。

【００３８】請求項７記載の発明は、方法に関し、請求
項５の発明と同様に、フラックスが不要な半田付けを可
能にするとともに、局所的な半田付けによりエキルギー
ロスを少なくするという効果を奏する。

【００３９】請求項８記載の発明は、請求項７の効果に
加えて、電磁誘導加熱の採用によって、ガスに対する所
定温度の制御がし易いという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半田付け装置を示す機器構成図であ
る。

【図２】加熱部の発熱体の構造を示す図である。

【図３】本発明の他の半田付け装置を示す機器構成図で
ある。

【図４】加熱部の発熱体の構造を示す図である。

【図５】本発明の更に他の半田付け装置を示す機器構成
図である。

【符号の説明】

１リフロー炉６接合部１１供給部１２混合部１３加熱部３１発熱体３４ノズル（吹き出し部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者内堀義隆大阪府茨木市美沢町19番21号株式会社瀬田技研内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】還元ガスの供給部と、供給された前記還元ガスと半田粒子を混合させて混合ガ
スにする混合部と、前記混合ガスを加熱するとともに前記混合ガスに含まれ
る前記半田粒子を溶融して加熱ガスとする加熱部と、前記加熱ガスを吹き出す吹き出し部とを備えてなる半田
付け装置。
【請求項２】前記加熱部は、電磁誘導で発熱する発熱
体で前記混合ガスを加熱するものである請求項１記載の
半田付け装置。
【請求項３】還元ガスと半田粒子を混合させて混合ガ
スにする第１工程と、前記混合ガスを加熱するとともに前記混合ガスに含まれ
る前記半田粒子を溶融して加熱ガスとする第２工程と、前記加熱ガスを吹き出して接合部を還元しながら加熱し
て溶融した半田粒子を被接合部に付着させる第３工程と
を含んでなる半田付け方法。
【請求項４】前記第２工程の前記加熱は、電磁誘導で
発熱する発熱体で前記混合ガスを加熱することにより行
われる請求項３記載の半田付け方法。
【請求項５】還元ガスの供給部と、供給された前記還元ガスを加熱して加熱ガスとする加熱
部と、前記加熱ガスを吹き出す吹き出し部とを備えてなる半田
付け装置。
【請求項６】前記加熱部は、電磁誘導で発熱する発熱
体で前記混合ガスを加熱するものである請求項５記載の
半田付け装置。
【請求項７】還元ガスを加熱して加熱ガスとする第１
工程と、前記加熱ガスを吹き出して接合部を還元しながら加熱
し、接合部に半田粒子を溶融付着させる第２工程とを含
んでなる半田付け方法。
【請求項８】前記第２工程の前記加熱は、電磁誘導で
発熱する発熱体で前記混合ガスを加熱することにより行
われる請求項７記載の半田付け方法。