JPS63180368A - リフロ−半田付け方法及び装置 - 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】 技術分野 本発明は）リフロー半田付は方法及び装置に係り、特に
加熱された空気を送風ファンによって強制的に循環させ
て基板に吹き付けて予備加熱及びり７０−半田付けを行
うことによって、極めて高精度で温度管理ができ１しか
も基板やこれに塔載された電子部品の温度むらを極小に
することができる画期的なリフロー半田付は方法及び装
置に関する。

従来技術 リフロー半田付は装置は、溶融半田槽を用いず、ポリマ
基板等の基板に電子部品を塔載して要半田付は箇所にペ
ースト状のクリーム半田を塗り）該基板をコンベアによ
り搬送してブレヒータにより予備加熱して徐々に温度を
上げ）最終段階で半田付は用ヒータにより短時間で半田
付は温度（約２３０’Ｃ）　ｉで加熱してクリーム半田
を溶融させて電子部品を基板上の導電回路に半田付けす
る装置である。

従来のリフロー半田付は装置においては１ヒータには電
熱器を用い）該電熱器から放射される遠赤外線によって
基板を加熱しようとするものが主流であるが、一般にヒ
ータと基板とは離れているため）ヒータの温度は要加熱
温度である１５０°Ｃ乃至２５０°Ｃよりもはるかに高
い温度に設定されなければならない。そして静止した空
気を媒体として基板を加熱するわけであるが１コンベア
によって搬送される基板の速度を遅くすれば高温に）該
速度を速くすれば低温に加熱されることになり為結果と
して基板の温度はコンベアの搬送速度の調節によって管
理しなければならない。このため１新規の基板に半田付
けを行う段取替えの場合には）実際に何回にもわたって
基板を流して温度上昇をチェックして１最適条件を見つ
けた後に装置を本格的に作動させなければならないため
１温度管理が非常に難しいという欠点があった。またま
たとえ基板全体について最適条件が見つかったとしても
一基板に塔載される電子部品の熱容量は個々に相当異な
るため１熱容量の最大の電子部品と最小のものとでは一
同一基板上で約５０°Ｃもの温度差が生じることが不可
避であり、この温度差によって熱容量の最小の電子部品
が半田付けによって破損してしまうおそれがあった。

またこのような加熱方法の欠点を改良するものとして１
特殊な液体を蒸発させて１その蒸気を所定の温度に加熱
し１該蒸気の温度を最高限度の温度として管理し）それ
以上の温度には基板が給体に温度上昇しないようにした
、いわゆるペーパフェーズ法が実用に供されており、こ
の方法を用いたリフロー半田付は装置は上記欠点を解消
して、Ｆ’ＩＣチップやその他のＳＭＤ　（表面実装部
品）の半田付けておいても部品が破損することはない。

しかしながら九この方法で用いられる例えばフロリナー
トと称される特殊な液体は非常に高価であシ１−たん使
用した後は蒸発してなくなってしまい１回収・は不可能
であるから１半田付はコストが高くつぐという重大な欠
点があり１その使用範囲が限定されていた。またこのほ
か１加熱時の温度上昇は順調に行われるものの１半田付
は後においては基板の冷却の際に温度が下降しにくいと
いう欠点があった。これは上記液体の蒸気が冷却によっ
て再び液化して基板に付着するが、その場合でもこの液
体の温度は半田付は温度よシ若干低い程度の高温に保た
れていて為しかも空気よシも熱容量がはるかに太きいた
めである。更には該液体が多少毒性を有するため１その
取扱いに注意が必要であるという不具合があった。

目　　　的 本発明は上記した従来技術の欠点を除くためになされた
ものであって、その目的とするところは送風ファンによ
って空気を強制的にかなシの風速（例えば３ｍ／５ｅＣ
）で循環させ）該循環する空気をヒータにより加熱して
電子部品が塔載されて搬送される基板に吹き付けて予備
加熱し）更に同様な方法で循環しつつ加熱されて半田付
は温度に到達した高温の空気を基板に吹きつけてクリー
ム半田を溶融させて半田付けを行うことによって）基板
の最高温度は空気の温度を最高限度とし、それ以上には
給体に温度上昇しないようにすることで１’ＩＣチツプ
その他のＳＭＤについても半田付けによって破損するこ
とがカいようにすることである。また他の目的は、基板
の温度上昇の精度を極めて高いもの（例えば±２’Ｃ程
度）とすることである。

更に他の目的は１熱容量の異なる基板や電子部品であっ
ても１各部を従来のベーパフェーズ法と同程度に均一の
温度分布で加熱できるようにすることである。また他の
目的は、ベーパフェーズ法におけるような高価な加熱媒
体を不要とすることでありＳまたこれによって半田付は
コストをベーパフェーズ法に比べて大幅に低減し、装置
の使用範囲を拡大することである。更に他の目的は、基
板の各部をむらなく加熱できるようにすることによって
、どの部分も一定の温度で可能な限υ低い温度で半田付
けできるようにし電電子部品に対する半田付けの悪影響
を極小とすることである。また他の目−的は、予備加熱
ゾーンを複数に分割して夫々独立して温度調節ができる
ようにすることによって為任意の温度曲線が得られるよ
うにすることである。

構成 要するに本発明方法は１送風ファンによって空気を循環
させ）該循環する空気をヒータにより加熱して電子部品
が塔載されて搬送される基板に吹き付けて予備加熱し１
更に同様な方法で循環しつつ加熱されて半田付は温度に
到達した高温の空気を前記基板に吹き付けてクリーム半
田を溶融させて半田付けを行うことを特徴とするもので
ある。

まだ本発明装置は、電子部品が塔載された基板を搬送す
るコンベアと１該コンベアの搬送経路に設けられた予備
加熱ゾーンと）該予備加熱ゾーンの次工程に設けられた
半田付はゾーンとを備え１前記予備加熱ゾーンには１送
風ファンと１該送風ファンによって空気が循環すること
ができるようにした空気循環通路と１該空気循環通路の
一部に配置されて循環する空気を加熱するヒータとが設
けられ、前記半田付はゾーンには１送風ファンと１該送
風ファンによって空気が循環する空気循環通路と、該空
気循環通路の一部に配置されて循環する空気を半田付は
温度まで加熱するより強力なヒータとが設けられたこと
を特徴とするものである。

以下本発明を図面に示す実施例に基いて説明する。第１
図において為本発明に係るリフロー半田付は装置１は１
コンベア２と為予備加熱ゾーン３と半田付はゾーン４と
を備えている。

コンベア２は電電子部品５が塔載された基板６を搬送す
るものであって１図示のものは基板６の上下両面に塔載
された電子部品５の半田付けができるようにした九いわ
ゆるハンガタイプのものであり九チェーンに一定間隔で
複数の爪（図示せず）を装着したものであるが−これは
いわゆるネットタイプのものであってもよいことは明ら
かである。

コンベア２は１基台８に固定されたモータ９のプーリ１
０によりベルト１１を介して駆動される駆動プーリ１２
及び反対側に設けられた従動プーリ１３に巻き掛けられ
）２つのテンションプーリ１４　、１５により所定の一
張力が与えられている。そして例えば搬送速度は）０．
５乃至１．２ｍ／ｍｉｎの範囲で任意に設定できるよう
になっている。

予備加熱ゾーン３は１コンベア２の搬送経路に設けられ
ており、該予備加熱ゾーンには、送風ファン１６と）該
送風ファンによって空気が循環することができるように
した空気循環通路１８と、ヒータ１９とが設けられてい
る。また該予備加熱ゾーン３は１前工程の第１予備加熱
ゾーン３１と為後工程の第２予備加熱ゾーン３２とに分
割されておシ１夫々独立して温度設定ができるようにな
っている。

送風ファン１６は、基台８の上下に２台取り付けられた
モータ２１，２２により回転駆動される駆動軸２３゜２
４に上下に夫に４個ずつそのボス部１６ａによって固定
さており、該ボス部と反対側は左右に開口し）ノズルケ
ース２５に設けられた空気吸入口２５ａに対向し、ここ
から空気を吸入して拡開状に形成されたノズル部２５ｔ
）内の空気循環通路１８に送気するように）例えばシロ
ッコファンが採用されていて＼風速は−例えば３ｍ／ｓ
ｅａ位が得られるようになっている。まだ駆動軸２３　
、２４は１例えば第２図に示すように上下に２本ずつ設
けて）これらを合計４台のモータによって駆動するよう
にしてもよい。

ノズルケース２５及び空気循環通路１８を形成するケー
シング２６並びに仕切板２８は１例えばステンレス鋼板
で製作され、ケーシング２６は断熱材２９によって被覆
されている。

ヒータ１９は、種々の構成が考えられるが）図示の実施
例では１所定の間隔で配置された電熱器３０を熱伝導性
の良好な金属板（例えばアルミニウム）３４でサンドイ
ッチ構造に挟圧保持してなり〜該金属板には空気がその
板厚方向に流れて熱交換が行われるようにした多数の空
気穴３４ａが設けられている。図示のものは〜空気穴３
４ａは２列ずつ４箇所に１合計５６個として示されてい
るが九これは多い程よく為実際には７列ずつ４箇所に設
けるか１又はそれ以上多く設けられ１熱交換効率を最大
にするように設定される。またヒータ１９は、コンベア
２に近接して配設されておシ１該ヒータを通過した直後
の空気が基板６に吹き付けられるように構成され＼空気
の温度センサ３５がヒータ１９の下方に配設されている
。温度センサ３５はコンピュータ（図示せず）に接続さ
れ１該コンピユータにより温度管理がなされるように構
成されている。

半田付はゾーン４には１送風ファン１６と１該送風ファ
ンによって空気が循環する空気循環通路１８と１該空気
循環通路の一部に配置されて循環する空気を半田付は温
度まで加熱するための１予備加熱ゾーン３のヒータ１９
よりも強力なヒータ１９が設けられている。ヒータ１９
は１空気の流れの方向に同一構造のものを複数重ねてな
るもので、その各々の構造は予備加熱ゾーン３のヒータ
１９と同一であるので１同一の部分には図面に同一の符
号を付して説明を省略する。ノズルケース４５は〜上下
方向に同一幅に形成されており、予備加熱ゾーン３のも
のよりも小型となっている。ノズルケース４５には空気
吸入口４５ａと一ノズルケース２５の仕切板２５ｃと同
様な仕切板４５ｃとが設けられ、ケーシング４６は断熱
材２９によって被覆されている。

基台８のコンベア２の出口にはＸ冷却ファン３６が設け
られ、基板６に上方から冷却風を送ってこれを冷却する
ようになっている。また基台８の上部には２箇所に排気
筒８ａ、　８ｂが設けられ１排気筒８ａの内部には、排
気ファン３８が１双方にはバタフライバルブ４０．４１
が夫々設けられている。

そして本発明方法は１送風ファン１６によって空気を循
環させ１該循環する空気をヒータ１９により加熱して電
子部品５が塔載されて搬送される基板６に吹き付けて予
備加熱し、更に同様な方法で循環しつつ加熱されて半田
付は温度に到達した高温の空気を基板６に吹き付けてク
リーム半田を溶融させて半田付けを行うものである。

作用 本発明は）上記のように構成されており、以下その作用
について説明する。リフロー半田付けに当っては１まず
モータ２１，２２の電源を投入すると該モータが回転し
１駆動軸２３　、２４が矢印Ｃの方向に回転して送風フ
ァン１６も同方向に−せいに回転を開始し１予備加熱ゾ
ーン３及び半田付はゾーン４内において１空気は矢印Ａ
の如く夫々空気吸入口２５ａ。

４５ａから吸入されて空気循環通路１８を通ってヒータ
１９に送られる。そこでヒータ１９の電源が投入されて
いると、該ヒータは高温になっているので、空気は金属
板３４の空気穴３４ａを通過しながら熱交換を受けて加
熱され１予備加熱ゾーン３では１５０６Ｃ程度に加熱さ
れてコンミア２に向けて吹き付けられ１その後は外側の
空気循環通路１８を通って流れ）再び空気吸入口２５　
ａｓ　４５　ａに流入して循環する。

そこでモータ９の電源が投入されると１プーリ１０１ベ
ルト１１及び駆動プーリ１２を介してコンベア２が矢印
Ｂの如く作動し１電子部品５が塔載された基板６がコン
ベア２に置かれると九まず第１予備加熱ゾーン３１内に
入って加熱された空気に触れる。

この場合、空気流の風速は％　３ｍ／　ＢｅＯ程度で十
分であるため、クリーム半田によって小さな力で基板６
に固定されている電子部品が動いたりすることはなく１
基板６及び電子部品５は均一にむらなく理想的な温度曲
線に従って加熱されて行く。また第１及び第２予備加熱
ゾーン３１．３２共仕切板２５ｃによって仕切られてい
るため１各送風ファンごとに温度調節が可能でありＸま
た基板６の温度の上限は必ず空気の温度以下であるので
温度管理は非常に容易である。空気の温度は刻々温度セ
ンサ３５によって読み取られてコンピュータに送られ１
電熱器３０への電力が制御されて吹き出される空気の温
度は一定に保たれる。そして基板６は、コンベア２によ
って第２予備加熱ゾーン３２に搬送されて１５０６Ｃ程
度に予備加熱される。

次いで、半田付はゾーン４に搬送され＼ここではヒータ
１９を２回通過して２３０’Ｃ程度に加熱された高温の
空気が吹き付けられ一クリーム半田が溶融し、電子部品
５が基板６の導電回路部に半田付けされる。この場合１
基板のすべての部分の最高温度は空気の温度以下である
ので１空気の温度を管理していれば九基板６が一定温度
以上に不本意に加熱されることはあり得ない。従ってＦ
工Ｃチップ等のＳＭＤの半田付けにおいても電子部品５
が高温のために破損するおそれは皆無となシ、ペーパフ
ェーズ法と同一の好結果が得られる。

次に）半田付は後の基板６の冷却特性は）ペーパ７エー
ズ法よりもはるかに優れている。即ち１半田付はシー７
４から基板が出ると１該基板には空気以外側も付着して
い々いので翫冷却ファン３６からの冷風によって理想的
な曲線に従って温度が下降するのである。

しかも本発明では有毒な液体やその蒸気を一切必要とし
ないので１安全性の点でも全く問題がなく、また半田付
はコストも安価となる。

試験の結果）温度分布等については１ベーパフエーズ法
と同一の性能が得られ、また冷却特性は通常の加熱方法
と同一であることが確認された。

そして従来のいかなる形式のリフロー半田付は装置に比
べてもそん色の彦いことが確認された。

また各ゾーンにおいて、空気はほとんど外部に流出する
ことなく為矢印Ａの如く空気循環通路１８で循環するた
め１熱効率が非常に良好で）従来の装置の消費電力以上
となるおそれは全くない。

効果 本発明は１上記のように送風ファンによって空気を強制
的にかなりの風速（例えば３ｍ／５ｅｃ）で循環させ九
該循環する空気をヒータにより加熱して電子部品が塔載
されて搬送される基板に吹き付けて予備加熱し１更に同
様な方法で循環しつつ加熱されて半田付は温度に到達し
た高温の空気を基板に吹き付けてクリーム半田を溶融さ
せて半田付けを行うようにしたので〜基板の最高温度は
空気の温度を最高限度とし、それ以上には給体に温度上
昇しないこととなり、Ｆ工Ｃチップその他のＳＭＤにつ
いても半田付けによって破損することがないようにでき
る効果がある。また基板の温度上昇の精度を極めて高い
もの（例えば±２６Ｃ程度）とすることができる効果が
得られる。更には、熱容量の異なる基板や電子部品であ
っても、各部を従来のペーパフェーズ法と同程度に均一
の温度分布で加熱できる効果がある。またベーパフェー
ズ法におけるような高価な加熱媒体を不要とすることが
でき、この結果半田付はコストをペーパフェーズ法に比
べて大幅に低減で゛き九装置の使用範囲を拡太し得る効
果がある。更には１基板の各部をむらなく加熱できるの
で１どの部分も一定の温度で可能な限り低い温度で半田
付けでき、電子部品に対する半田付けの悪影響を極小と
することができる。

また予備加熱ゾーンを複数に分割して夫々独立して温度
調節ができるようにしたので）任意の温度曲線が得られ
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例に係り１第１図はリフロー半田付
は装置の概略縦断面図１第２図は予備加熱ゾーンの部分
省略斜視図九第３図は半田付は状態における第１図と同
様な縦断面図である。 １はリフロー半田付は装置、２はコンベア、３は予備加
熱ゾーン、４は半田付はゾーン、５は電子部品、６は基
板、１６は送風ファン、１８は空気循環通路弓９はヒー
タ、３ｏは電熱器）３１は第１予備加熱ゾーン）３２は
第２予備加熱ゾーン１３４は金属板、３４ａは空気穴で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　送風ファンによって空気を循環させ、該循環する空
   気をヒータにより加熱して電子部品が塔載されて搬送さ
   れる基板に吹き付けて予備加熱し、更に同様な方法で循
   環しつつ加熱されて半田付け温度に到達した高温の空気
   を前記基板に吹き付けてクリーム半田を溶融させて半田
   付けを行うことを特徴とするリフロー半田付け方法。 ２　電子部品が塔載された基板を搬送するコンベアと、
   該コンベアの搬送経路に設けられた予備加熱ゾーンと、
   該予備加熱ゾーンの次工程に設けられた半田付けゾーン
   とを備え、前記予備加熱ゾーンには、送風ファンと、該
   送風ファンによって空気が循環することができるように
   した空気循環通路と、該空気循環通路の一部に配置され
   て循環する空気を加熱するヒータとが設けられ、前記半
   田付けゾーには、送風ファンと、該送風ファンによって
   空気が循環する空気循環通路と、該空気循環通路の一部
   に配置されて循環する空気を半田付け温度まで加熱する
   より強力なヒータとが設けられたことを特徴とするリフ
   ロー半田付け装置。 ３　前記ヒータは、所定の間隔で配置された電熱器を熱
   伝導性の良好な金属板でサンドイッチ構造に挟圧保持し
   てなり、該金属板には空気がその板厚方向に流れて熱交
   換が行われるようにした多数の空気穴が設けられたもの
   であることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の
   リフロー半田付け装置。 ４　前記金属板は、アルミニウムであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第３項に記載のリフロー半田付け装置
   。 ５　前記予備加熱ゾーンは、前工程の第１予備加熱ゾー
   ンと、後工程の第２予備加熱ゾーンとに分割されて夫々
   独立して温度設定ができるように構成したものであるこ
   とを特徴とする特徴とする特許請求の範囲第２項に記載
   のリフロー半田付け装置。 ６　前記ヒータは、前記コンベアに近接して配設され、
   該ヒータを通過した直後の空気が前記基板に吹き付けら
   れるように構成したものであることを特徴とする特許請
   求の範囲第２項に記載のリフロー半田付け装置。 ７　前記半田付けゾーンのヒータは、空気の流れの方向
   に同一構造のものを複数重ねてなるものであることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項に記載のリフロー半田付
   け装置。