JP2017506822A - ウェーブはんだ機用の強制対流予熱器及び関連方法 - Google Patents

Abstract

ウェーブはんだ機１０が電子基板１２上にウェーブはんだ作業を行う。ウェーブはんだ機は、電子基板を加熱する予熱ステーション２２と、電子基板に電子部品をはんだによって取付けるウェーブはんだ付けステーション２４と、フラックス塗布ステーション、予熱ステーション２２及びウェーブはんだ付けステーション２４を通過するトンネルを通して基板を輸送するコンベア１６とを備える。予熱ステーション２２は少なくとも１つの予熱器３０を含み、予熱器３０は、外側チャンバーハウジングと、外側チャンバーハウジング３２内に配置された加圧ボックスアセンブリ３４と、加圧ボックスアセンブリ３４の上方に配置された拡散板３６と、外側チャンバーハウジング内に配置された少なくとも１つの加熱素子３８とを含み、トンネルから加圧ボックスアセンブリ３４内に加熱ガスを引き込み、ガスを加熱し、拡散板３６を通してトンネルに加熱ガスを排出するようになっている。

Description

本出願は、包括的には、ウェーブはんだ付けプロセスを採用することによってプリント回路基板上に電子部品を表面実装することに関し、より詳細には、ウェーブはんだ付けプロセスを行う前にプリント回路基板に均一な加熱ガス流を提供するように設計されている予熱ステーションに関する。

プリント回路基板の製造では、「ウェーブはんだ付け」として知られるプロセスによって、プリント回路基板に電子部品を実装することができる。通常のウェーブはんだ機では、コンベアにより、傾斜した経路の上でフラックス塗布ステーション、予熱ステーション及び最後にウェーブはんだ付けステーションを通過して、プリント回路基板を移動させる。ウェーブはんだ付けステーションでは、はんだの波が、ウェーブはんだノズルを通して（ポンプにより）上方に噴出し、はんだ付けするべきプリント回路基板の部分と接触する。本明細書で用いるように、本明細書で用いる「回路基板」又は「プリント回路基板」という用語は、例えばウエハー基板を含む、電子部品の任意のタイプの基板アセンブリを含む。

ウェーブはんだ付けプロセスは、近年、従来のすず鉛はんだから鉛フリーはんだに移行することにより、進歩してきた。これらの新しいはんだ付け材料は、プロセスウィンドウを縮小し、プリント回路基板にわたる温度ばらつきが低減することを必要とする。産業界においてΔＴとして知られる温度ばらつきを低減させることが重要であることにより、均一な空気流のために予熱器の設計の最適化が促進されてきた。均一な空気流を提供する強制対流をもたらし、したがって、ウェーブはんだ機内のプリント回路基板にわたる温度ばらつきを低減させる予熱器が、目下必要とされている。

本開示の一態様は、電子基板の上にウェーブはんだ作業を行うウェーブはんだ機に関する。一実施形態では、ウェーブはんだ機は、電子基板を加熱する予熱ステーションと、電子基板に電子部品をはんだによって取付けるウェーブはんだ付けステーションと、フラックス塗布ステーション、予熱ステーション及びウェーブはんだ付けステーションを通過するトンネルを通して基板を輸送するコンベアとを備える。予熱ステーションは、外側チャンバーハウジングと、外側チャンバーハウジング内に配置された加圧ボックスアセンブリと、加圧ボックスアセンブリの上方に配置された拡散板と、外側チャンバーハウジング内に配置された少なくとも１つの加熱素子とを含む少なくとも１つの予熱器を含む。予熱器は、トンネルから加圧ボックスアセンブリ内に加熱ガスを引き込み、ガスを加熱し、拡散板を通してトンネルに加熱ガスを排出するように構成されている。

ウェーブはんだ機の実施形態は、外側チャンバーハウジング内で加圧ボックスアセンブリの両端部に配置された少なくとも２つの加熱素子を更に含むことができる。加圧ボックスアセンブリは、少なくとも１つの加熱素子に隣接して位置する少なくとも１つの吸気ポートを有する加圧ボックスハウジングと、加圧ボックスハウジング内に配置された吸気ダクトとを含むことができる。吸気ダクトは、加圧ボックスハウジングの少なくとも１つの吸気ポートと流体連通している少なくとも１つの入口開口部と、出口開口部とを有している。加圧ボックスアセンブリは、出口開口部の位置において吸気ダクトと加圧ボックスハウジングとの間に配置された圧力分散装置を更に含むことができる。圧力分散装置は、吸気ダクトの出口開口部から拡散板への流体連通を可能にする少なくとも１つの羽根を含むことができる。加圧ボックスアセンブリは、圧力分散装置内に配置されたブロワ装置を更に含むことができる。加熱ガスを吸気ダクトから拡散板に向けるようにブロワ装置を構成することができる。加圧ボックスアセンブリは、吸気ダクトと拡散板との間に配置された均圧板を更に含むことができる。均圧板は、吸気ダクトの一方の端部から吸気ダクトの反対側の端部まで延在することができる。拡散板に複数の開口部を形成することができる。各開口部の周囲に、突出したノズルを形成することができる。加圧ボックスハウジングは２つの吸気ポートを含むことができ、吸気ダクトは、加圧ボックスハウジングの２つの吸気ポートと位置合わせされかつ流体連通している２つの入口開口部を含むことができる。加圧ボックスハウジングは２つの端部を有することができ、各端部は吸気ポートを有し、吸気ダクトは２つの開放端部を含むことができ、各側部は入口開口部を有する。

本開示の別の態様は、電子基板を加熱する予熱ステーションと、電子基板に電子部品をはんだによって取付けるウェーブはんだ付けステーションと、フラックス塗布ステーション、予熱ステーション及びウェーブはんだ付けステーションを通過するトンネルを通して基板を輸送するコンベアとを備え、予熱ステーションが、外側チャンバーハウジングと、外側チャンバーハウジング内に配置された加圧ボックスアセンブリと、加圧ボックスアセンブリの上方に配置された拡散板と、外側チャンバーハウジング内に配置された少なくとも１つの加熱素子とを含む少なくとも１つの予熱器を含む、というタイプのウェーブはんだ付け機内で、加熱ガスを分散させる方法に関する。一実施形態では、本方法は、トンネルから外側チャンバーハウジングと加圧ボックスアセンブリとの間の外側チャンバーハウジング内にガスを引き込むことと、ガスを加熱することと、拡散板を通してトンネルに加熱ガスを排出することとを含む。

本方法の実施形態は、加圧ボックスアセンブリ内に圧力分散装置を配置することを更に含むことができる。本方法は、圧力分散装置内にブロワ装置を配置することを更に含むことができ、ブロワ装置は、加熱ガスを加圧ボックスアセンブリから拡散板に向けるように構成される。本方法は、加圧ボックスアセンブリ内に均圧板を配置することを更に含むことができる。

添付の図面は、正確な縮尺で描かれるようには意図されていない。図面において、それぞれの図に示す各同一の又は略同一の構成要素は、同様の参照符号によって表されている。明確にする目的で、全ての図面において全ての構成要素に符号を付しているとは限らない。

ウェーブはんだ機の斜視図である。 ウェーブはんだ機の側面図であり、複数の予熱器アセンブリを含むウェーブはんだ機の内部コンポーネントを明らかにするように外部パッケージングが取り除かれている図である。 本開示の一実施形態の予熱器アセンブリの組立分解斜視図である。 予熱器アセンブリの加圧ボックスアセンブリの組立分解斜視図である。 予熱器アセンブリの拡散板の拡大斜視図である。 予熱器アセンブリ内のガス流を示す予熱器アセンブリの側断面図である。 予熱器アセンブリ内のガス流を示す予熱器アセンブリの正面断面図である。

一般性を限定するためではなく単に例示の目的で、ここで、本開示について、添付の図を参照して詳細に記載する。本開示は、その応用が、以下の説明に示すか又は図面に示す構成要素の構造及び配置の詳細に限定されない。本開示に示す原理は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実施又は実行することができる。また、本明細書で用いる術語及び専門用語は、説明を目的とするものであり、限定するものとしてみなされるべきではない。「含む（including）」、「備える（comprising）」、「有する（having）」、「包含する（containing）」、「伴う（involving）」及び本明細書におけるそれらの変形は、その前に列挙された項目及びその均等物とともに追加の項目を包含するように意図されている。

ウェーブはんだ機は、通常、溶融はんだ浴と接触する前にプリント回路基板（「ＰＣＢ」）を加熱するという目的にかなう一続きの予熱器を組み込むように設計されている。本開示の実施形態のウェーブはんだ機は、プリント回路基板の幅全体にわたる均一な強制対流加熱を可能にするように、予熱器内及び予熱器から出る空気流を最適化するように構成されている。

例示の目的で、図１を参照して、本明細書において電子基板と呼ぶ場合があるプリント回路基板１２に対してはんだ塗布を行うために使用される、全体として１０で示すウェーブはんだ機に関して、本開示の実施形態を以下に記載する。ウェーブはんだ機１０は、プリント回路基板製造／組立ラインにおけるいくつかの機械のうちの１つである。図示するように、ウェーブはんだ機１０は、機械のコンポーネントを収容するように適合されたハウジング１４を含む。コンベア１６が、ウェーブはんだ機１０によって処理されるプリント回路基板を送り出すという配置になっている。ウェーブはんだ機１０に入ると、各プリント回路基板１２は、コンベア１６に沿った傾斜した経路に沿って、全体として２０で示すフラックス塗布ステーション及び全体として２２で示す予熱ステーションを含むトンネル１８を通り、ウェーブはんだ付けのためにプリント回路基板を調整する。調整される（すなわち、加熱される）と、プリント回路基板１２は、プリント回路基板にはんだ材料を塗布する、全体として２４で示すウェーブはんだ付けステーションまで移動する。限定されないが、フラックス塗布ステーション２０、予熱ステーション２２及びウェーブはんだ付けステーション２４を含むウェーブはんだ機１０のいくつかのステーションの作業を既知の方法で自動化するように、コントローラー２６が設けられている。

図２を参照すると、フラックス塗布ステーション２０は、ウェーブはんだ機１０を通過してコンベア１６上で移動するプリント回路基板にフラックスを塗布するように構成されている。予熱ステーション２２は、いくつかの予熱器を含み、それらの予熱器は、ウェーブはんだ付けプロセスのためにプリント回路基板を準備するために、トンネル１８を通ってコンベア１６に沿って移動するプリント回路基板の温度を徐々に上昇させるように設計されている。図示するように、ウェーブはんだ付けステーション２４は、はんだ材料のリザーバー２４ａと流体連通しているウェーブはんだノズルを含む。溶融はんだ材料をリザーバーからウェーブはんだノズルに供給するために、リザーバー内にポンプが設けられている。はんだ付けされると、プリント回路基板は、コンベア１６を介してウェーブはんだ機１０から、製造ラインに設けられた別のステーション、例えば、ピックアンドプレース機に出る。いくつかの実施形態では、ウェーブはんだ機１０は、ウェーブはんだ機のトンネル１８から揮発性汚染物質を除去するフラックス管理システムを含むように更に構成することができる。

予熱ステーション２２の予熱器のうちの１つを示す図３を参照すると、全体として３０で示す予熱器は、以下の構成部品を含む。一実施形態では、予熱器３０は、予熱器のコンポーネントを封入しかつ取付ける、全体として３２で示す外側チャンバーハウジングと、均一な空気流のためにガス圧を均等にする、全体として３４で示す加圧ボックスアセンブリと、予熱器の上方を移動するプリント回路基板に加熱ガスを分散させる拡散板３６と、加圧ボックスアセンブリ内に流れ込むガスに対して対流加熱を提供する、各々３８で示す２つの加熱器と、予熱器内にガス移動をもたらすブロワ４０とを含む。構成されると、加圧ボックスアセンブリ３４及び拡散板３６により、予熱器３０は、トンネル１８を通ってコンベア１６で予熱器の上方を移動しているプリント回路基板に対して均一な空気流を提供し又は他の方法で供給することができる。ガスを加熱し均一に分散させるための予熱器３０内のガスの移動については、図６及び図７を参照してより詳細に後述する。

外側チャンバーハウジング３２は、ウェーブはんだ機１０のハウジング１４によって支持される。図３に示すように、外側チャンバーハウジング３２は、底壁４２、２つの傾斜した側壁４４、４６及び２つの端壁４８、５０を含む。外側チャンバーハウジング３２は、内部に加圧ボックスアセンブリ３４を受け入れるように構成されかつそのような形状であり、加圧ボックスアセンブリは、外側チャンバーハウジングの底壁４２の上に設置される。外側チャンバーハウジング３２にブロワ４０を固定するために、底壁４２に開口部が形成されており、それにより、ブロワは外側チャンバーハウジングの内部に延在する。

図４を参照すると、加圧ボックスアセンブリ３４は、ウェーブはんだ付けプロセスが施される前にプリント回路基板を予熱するために、加熱ガスの均一な空気流を分散させる。一実施形態では、加圧ボックスアセンブリ３４は、全体として５２で示す加圧ボックスハウジングを含み、この加圧ボックスハウジングは、底壁５４と、外側チャンバーハウジング３２の傾斜した壁４４、４６に対応する２つの傾斜した側壁５６、５８と、外側チャンバーハウジングの端壁４８、５０に対応する２つの端壁６０、６２とを有している。図３に示すように、加圧ボックスハウジング５２は、加圧ボックスハウジングと外側チャンバーハウジングとの間に空間があるように、外側チャンバーハウジング３２内に嵌りかつ外側チャンバーハウジング３２に固定されるように設計されている。この空間は、図６及び図７に見ることができる。所望の間隔を達成するために、適切な間隔あけ要素を設けることができる。各端壁６０、６２には、矩形パターンで一続きの小さい開口部を生成することにより、それぞれの吸気ポート６４、６６が形成されている。一実施形態では、各吸気ポート６４、６６は、加圧ボックスハウジング５２の板金に３／８インチの穿孔された正方形開口部で打抜き加工することによって製造される。開口部のこのパターンにより、ブロワ４０の動作中に安定したブロワ動作のための吸気圧力対吐出圧力の最適な組合せが提供される。

加圧ボックスアセンブリ３４は、全体として６８で示す双方向吸気ダクトを更に含む。吸気ダクト６８は、頂部７０、底部７２、２つの長辺部７４、７６及び２つの開放端部７８、８０を有する矩形体を含む。吸気ダクト６８の開放端部７８、８０は、各々、加圧ボックスハウジング５２の端部６０、６２に設けられたそのそれぞれの吸気ポート６４、６６の形状及びサイズに対応するような形状である。開放端部７８、８０により、完全に加圧ボックスハウジング５２の外周部から吸気ダクト６８内にガスを引き込むことができる。加圧ボックスアセンブリ３４の構造は、加熱器３８を通して加圧ボックスハウジング５２の端壁６０、６２にガスの大部分を強制的に引き込むように設計されている。吸気ダクト６８の底部７２は、ガスをブロワ４０に向ける出口８２（図４では破線で示す）を含む。

一実施形態では、加圧ボックスアセンブリ３４は、吸気ダクト６８と加圧ボックスハウジング５２の底壁５４との間に配置されている圧力分散装置８４を更に含む。図示するように、圧力分散装置８４は、ブロワ４０からガス圧を「引き離し」、加圧ボックスアセンブリ３４の全ての部品に等しく分散させるように設計されている、各々８６で示す４つの羽根を含む。図示するように、ブロワ４０は、加圧ボックスハウジング５２の底壁５４の外面に（例えば、適切な締結具によって）固定されている。ブロワ４０は、吸気ダクト６８から出口開口部８２を通り吸気ダクトの外面を回って拡散板３６に向かうガスの移動を促進するように、圧力分散装置８４内に配置されている、という配置になっている。

一実施形態では、加圧ボックスアセンブリは、吸気ダクト６８と拡散板３６との間に配置される均圧板８８を更に含む。図示するように、均圧板８８は、吸気ダクト６８の一端部（例えば、端部７８）から吸気ダクトの反対側の端部（例えば、端部８０）まで延在している。均圧板８８は、加圧ボックスハウジング５２を端から端まで横切り、拡散板３６の底部から吸気ダクト６８の頂部まで延在している。設けられる均圧板８８は、加圧ボックスアセンブリ３４を隔離するように設計されており、それにより、拡散板３６の下の圧力分布が等しくなる。

図３を再び参照すると、加圧ボックスアセンブリ３４に対して２つの加熱器又は加熱素子３８が設けられている。加熱器３８は、加圧ボックスアセンブリ３４の端部に配置されているという配置になっている。予熱器３０内の加熱器３８の配置及び数は、加圧ボックスアセンブリを通って循環するガスの加熱を最大限にするために変更することができる。

図５を参照すると、拡散板３６は、加圧ボックスアセンブリ３４からウェーブはんだ機１０のトンネル１８にガスを分散させる。或る特定の実施形態では、拡散板は、プリント回路基板に一貫した均一の空気流を提供するように、互い違いパターンで、各々９０で示す１７５個の孔からなる。これらの孔９０は、均一な空気流をもたらす先細ノズルを形成するように、板金材料から打抜き加工されている。突出する先細ノズルの使用の別の態様は、偶発的にこぼれたはんだが拡散孔９０を通って予熱器３０に浸透するのを阻止することができるということである。

図６及び図７は、ブロワ装置４０によって生成される、加圧ボックスアセンブリ３４を通る空気流を示し、ガスは、吸気ダクト６８に入り拡散板３６から出る。具体的には、ガスは、矢印Ａによって示すように吸気ダクトに入る。吸気ダクト６８に入るガスは、矢印Ｂによって示すように、出口開口部（図示せず）を介してブロワ装置４０に移行する。ブロワ装置４０は、圧力分散装置８４を通るようにガスを移動させ、そこでは、ガスは、矢印Ｃによって示すように羽根（図示せず）から出る。ガスは、矢印Ｄによって示すように、均圧板８８によって画定される吸気ダクト６８の頂部と拡散板３６との間の空間内に移動する。そして、ガスは、矢印Ｅによって示すように、拡散板３６を通って加圧ボックスアセンブリ３４からトンネルに出る。

予熱器の実施形態は、プリント回路基板の予熱中にプリント回路基板にわたるより均一な空気流を達成するように変更することができる。例えば、拡散板の孔の数、孔のパターン、孔のサイズ及び孔の形状を変更することができる。別の実施形態では、加圧ボックスに関連する加熱器の配置を変更することができる。加圧ボックスハウジングの吸気ポートの孔の数、孔のパターン、孔のサイズ及び孔の形状も同様に変更することができる。最後に、出口圧力分散羽根の数、サイズ及び向きを変更することができる。

したがって、本開示の実施形態の予熱器は、プリント回路基板に均一な空気流を供給するように予熱器を通る空気流を最適化することが認められるべきである。予熱器は更に、プリント回路基板及び／又はその構成要素の不十分な加熱又は過熱をもたらす可能性がある、プリント回路基板にわたる大きい温度ばらつきをなくす。これらの欠陥により、プリント回路基板製造業者に極めてコストがかかる可能性がある、プリント回路基板の再加工及び／又はスクラップがもたらされる可能性がある。

このように、本開示の少なくとも１つの実施形態のいくつかの態様について記載したが、当業者には様々な改変、変更及び改善が容易に想到することが理解されるべきである。こうした改変、変更及び改善は、本開示の一部であるように意図され、本開示の趣旨及び範囲内にあるように意図されている。したがって、上述した記載及び図面は単に例としてのものである。

Claims (16)

1. 電子基板上にウェーブはんだ作業を行うウェーブはんだ機であって、
   前記電子基板を加熱する予熱ステーションと、
   前記電子基板に電子部品をはんだによって取付けるウェーブはんだ付けステーションと、
   前記フラックス塗布ステーション、前記予熱ステーション及び前記ウェーブはんだ付けステーションを通過するトンネルを通して基板を輸送するコンベアとを備え、
   前記予熱ステーションは少なくとも１つの予熱器を含んでおり、
   前記少なくとも１つの予熱器が、外側チャンバーハウジングと、
   前記外側チャンバーハウジング内に配置された加圧ボックスアセンブリと、
   前記加圧ボックスアセンブリの上方に配置された拡散板と、
   前記外側チャンバーハウジング内に配置された少なくとも１つの加熱素子とを含み、
   前記予熱器は、前記トンネルから前記加圧ボックスアセンブリ内に加熱ガスを引き込み、該ガスを加熱し、前記拡散板を通して前記トンネルに前記加熱ガスを排出するウェーブはんだ機。
2. 前記加圧ボックスアセンブリは、
   前記少なくとも１つの加熱素子に隣接して位置する少なくとも１つの吸気ポートを有する加圧ボックスハウジングと、
   前記加圧ボックスハウジング内に配置された吸気ダクトであって、前記加圧ボックスハウジングの前記少なくとも１つの吸気ポートと流体連通している少なくとも１つの入口開口部と、出口開口部とを有する吸気ダクトとを含む請求項１に記載のウェーブはんだ機。
3. 前記加圧ボックスアセンブリは、前記出口開口部の位置において前記吸気ダクトと前記加圧ボックスハウジングとの間に配置された圧力分散装置を更に含む請求項２に記載のウェーブはんだ機。
4. 前記圧力分散装置は、前記吸気ダクトの出口開口部から前記拡散板への流体連通を可能にする少なくとも１つの羽根を含む請求項３に記載のウェーブはんだ機。
5. 前記加圧ボックスアセンブリは、前記圧力分散装置内に配置されたブロワ装置を更に含み、該ブロワ装置は、加熱ガスを前記吸気ダクトから前記拡散板に向けるように構成されている請求項３に記載のウェーブはんだ機。
6. 前記加圧ボックスアセンブリは、前記吸気ダクトと前記拡散板との間に配置された均圧板を更に含む請求項２に記載のウェーブはんだ機。
7. 前記均圧板は、前記吸気ダクトの一方の端部から該吸気ダクトの反対側の端部まで延在している請求項６に記載のウェーブはんだ機。
8. 前記拡散板に複数の開口部が形成されている請求項２に記載のウェーブはんだ機。
9. 各開口部の周囲に突出したノズルが形成されている請求項８に記載のウェーブはんだ機。
10. 前記加圧ボックスハウジングは２つの吸気ポートを含み、前記吸気ダクトは、該加圧ボックスハウジングの該２つの吸気ポートと位置合わせされかつ流体連通している２つの入口開口部を含む請求項２に記載のウェーブはんだ機。
11. 前記加圧ボックスハウジングは２つの端部を有し、各端部は吸気ポートを有し、前記吸気ダクトは２つの開放端部を含み、各側部は入口開口部を有する請求項１０に記載のウェーブはんだ機。
12. 前記外側チャンバーハウジング内で前記加圧ボックスアセンブリの両端部に配置された少なくとも２つの加熱素子を更に備える請求項１に記載のウェーブはんだ機。
13. 前記電子基板を加熱する予熱ステーションと、前記電子基板に電子部品をはんだによって取付けるウェーブはんだ付けステーションと、前記フラックス塗布ステーション、前記予熱ステーション及び前記ウェーブはんだ付けステーションを通過するトンネルを通して基板を輸送するコンベアとを備え、前記予熱ステーションが少なくとも１つの予熱器を含んでおり該少なくとも１つの予熱器が、外側チャンバーハウジングと、該外側チャンバーハウジング内に配置された加圧ボックスアセンブリと、該加圧ボックスアセンブリの上方に配置された拡散板と、前記外側チャンバーハウジング内に配置された少なくとも１つの加熱素子とを含んで成るタイプのウェーブはんだ付け機内で加熱ガスを分散させる方法であって、
    前記トンネルから前記外側チャンバーハウジングと前記加圧ボックスアセンブリとの間の前記外側チャンバーハウジング内にガスを引き込むことと、
    前記ガスを加熱することと、
    前記拡散板を通して前記トンネルに前記加熱ガスを排出することとを含む方法。
14. 前記加圧ボックスアセンブリ内に圧力分散装置を配置することを更に含む請求項１３に記載の方法。
15. 前記圧力分散装置内にブロワ装置を配置することを更に含み、該ブロワ装置は、加熱ガスを前記加圧ボックスアセンブリから前記拡散板に向けるように構成される請求項１４に記載の方法。
16. 前記加圧ボックスアセンブリ内に均圧板を配置することを更に含む請求項１３に記載の方法。

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