JPH0377773A - リフロー半田付け装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、リフロー半田付は装置に係り、特に不活性ガ
スの雰囲気中で非常に高性能の半田付けを行うようにし
たリフロー半田付は装置において、不活性ガス室と外部
とに連通ずるわずかな隙間からも外部の空気が入り込ま
ないようにして、不活性ガス室内の酸素濃度を極めて低
く保持でき、しかも不活性ガスの消費量も極めて少なく
することができるようにしたリフロー半田付は装置に関
する。

従来の技術 リフロー半田付は装置は、ポリマ基板等の基板に電子部
品を搭載した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
付はヒータにより短時間で半田付は温度（約２３０℃以
上）ま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、空気中におい
て、ヒータから放射される赤外線を直接電子部品を搭載
した基板に照射して加熱するものが主流であり、基板の
温度は基板の搬送速度を調節して制御しければならず、
該基板の温度を所望の温度範囲内に制御することは非常
に困難である欠点があった。

またこのような加熱方法の欠点を改良するものとして本
願出願人は加熱した空気を循環させて半田付けする加熱
空気循環方式を採用したリフロー半田付は方法及び装置
を開発して特許出願を行った（特願昭６２−１２０７１
及び特願昭６２１１５４５６）が、該発明においても、
またヒータから放射される赤外線による従来の基板加熱
方法においても、いずれも空気中で基板を高温（例えば
２３０℃）に加熱して半田を溶融させるので、空気中の
酸素が溶融した半田及び電子部品のリード線等に作用し
て酸化させてしまい、十分な半田付は性能が得られず、
航空機、ロケ・ノド及び医療機器等の人命に直接関係す
るような高度な機械の制御、又はコンピュータ等の超高
信頼性を必要とする機器に使用し得る完成基板を製作す
るには不十分であった。

そこで本願出願人は、このような極めて高信頼性を要求
する機器に使用される基板の半田付けを十分に可能とし
得るリフロー半田付は装置を完成し、特許出願を行った
（特願平１−１４１４７９）。該発明は、不活性ガス（
例えば窒素ガス）を充満させた不活性ガス室内において
、該不活性ガスを加熱して基板に接触させて該基板を半
田付は温度まで加熱して半田付けした後、冷却した不活
性ガスを基板に接触させて冷却することにより、全半田
付は工程を不活性ガス中で行い、半田及び電子部品のリ
ード線の酸化を完全に防止するようにして超高信頼性の
半田付けを可能としたリフロー半田付は装置である。

この発明においては、不活性ガス室と外部とに連通ずる
わずかな隙間、例えば送風機の軸受と軸との間の隙間か
らの外部空気の流入を防止するため、該軸受部分を囲繞
して周囲から仕切り、ここに予圧室を設け、該予圧室に
外部から不活性ガスを供給してここを増圧し、不活性ガ
スを該隙間から外部に少しずつ出しながら、不活性ガス
室内にも供給するように構成して不活性ガス室内の酸素
濃度が高まらないように構成した。

しかしながらこの構成によると、不活性ガス室内の酸素
濃度が、送風機の回転が低い場合にはかなり低く、例え
ば１１０００ｐｐ程度に保持できるのであるが、１２０
０＝１４０Ｏｒｐｍの中、高速回転域では酸素濃度が１
％（１００００ｐｐｍ）にまで上昇してしまい、しかも
外部から供給する不活性ガスの消費量も極めて多くなり
、甚だ不経済であるということが判明した。その理由は
、送風機の軸受部は該送風機の吸引作用により負圧とな
る部分に位置するため、予圧室にかなりの量の不活性ガ
スを外部から供給しても不活性ガス室側に大量に吸引さ
れてしまい、送風機の回転が速くなるほどこの負圧が大
きくなるため、予圧室は増圧されるよりむしろ更に負圧
が大きくなり、ついには軸受の隙間から空気を吸い込ん
でしまい、これによって不活性ガス室内の酸素濃度が急
激に高まることになる、というものであり、上記構成で
はこの欠点を解消することはできなかった。

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、不活性ガス
を充満させた不活性ガス室と、該不活性ガス室内の気体
を循環させる送風機と、該送風機の作用により前記不活
性ガスが上昇する上昇循環通路と、該送風機の作用によ
り不活性ガスが下降する下降循環通路と、該上昇循環通
路及び該下降循環通路のいずれかに配設され不活性ガス
を加熱するヒータと、電子部品が搭載された基板を不活
性ガス室内で搬送するコンベアとを備えたリフロー半田
付は装置において、不活性ガス室と外部とに連通ずるわ
ずかな隙間のうち送風機の吸引作用により負圧となる部
分を囲繞して周囲から仕切られた空間部を設け、該空間
部に送風機の吐出作用により増圧された不活性ガスを導
入して咳空間部を増圧させる連通管を備え、不活性ガス
室内を循環している不活性ガスを利用して該空間部を大
気圧よりも増圧し、外部からは絶対に空気が不活性ガス
室内に流入しないように、またむしろ隙間からは少しず
つ不活性ガスを外部に流出させることにより、不活性ガ
ス室内の酸素濃度を極めて低い状態、例えば１０ｐｐｍ
程度に抑制することであり、またこれによって高信頼性
の半田付けを可能とすることである。また他の目的は、
送風機の吐出作用により増圧された不活性ガスを用いる
ことにより、送風機の回転速度が増すにつれて隙間の周
囲の空間部の圧力を益々増大させ、送風機の高速回転を
可能として、リフロー半田付は装置の能力を向上させる
ことである。また他の目的は、外部から不活性ガスを供
給して不活性ガス室内部の酸素濃度を低く保持する必要
性をなくすことにより高価な不活性ガスの消費量を大幅
に削減し、リフロー半田付は装置のランニングコストを
低減させることである。

構成 要するに本発明は、不活性ガスを充満させた不活性ガス
室と、該不活性ガス室内の気体を循環させる送風機と、
該送風機の作用により前記不活性ガスが上昇する上昇循
環通路と、該送風機の作用により前記不活性ガスが下降
する下降循環通路と、該上昇循環通路及び該下降循環通
路のいずれかに配設され前記不活性ガスを加熱するヒー
タと、電子部品が搭載された基板を前記不活性ガス室内
で搬送するコンベアとを備えたリフロー半田付は装置に
おいて、前記不活性ガス室と外部とに連通ずるわずかな
隙間のうち前記送風機の吸引作用により負圧となる部分
を囲繞して周囲から仕切られた空間部を設け、該空間部
に前記送風機の吐出作用により増圧された前記不活性ガ
スを導入して該空間部を増圧させる連通管を備えたこと
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、本発明に係るリフロー半田付は装置１は、
不活性ガスを充満させた不活性ガス室２と、該不活性ガ
ス室内の気体を循環させる送風機３と、該送風機の作用
により不活性ガスが上昇する上昇循環通路７Ｕと、送風
機３の作用により不活性ガスが下降する下降循環通路７
Ｄと、上昇循環通路７Ｕ及び下降循環通路７Ｄのいずれ
かに配設され前記不活性ガスを加熱するヒータ５と、電
子部品６が搭載された基板８を不活性ガス室２内で搬送
するコンベア９とを備えたリフロー半田付は装置におい
て、不活性ガス室２と外部１０とに連通ずるわずかな隙
間１１のうち送風機３の吸引作用により負圧となる部分
を囲繞して周囲から仕切られた空間部１２を設け、該空
間部に送風機３の吐出作用により増圧された不活性ガス
を導入して該空間部を増圧させる連通管１３を備えたも
のである。

第１図において、送風機３は、例えばシロッコファン等
の遠心送風機であり、予備加熱室及び半田付は室に夫々
配設されている。該送風機は複数のブレード３ａを上部
のドーナツ形円板３ｂと下部の円板３Ｃとに固定して形
成されており、円板３Ｃは回転軸１４の上端１４ａに固
着されており、回転軸１４は不活性ガス室２のケーシン
グ１５が固定されている基台１６に固定された一対の軸
受１８にまり回動自在に支承されており、ケーシング１
５を貫通して不活性ガス室２内と外部１０との間にわた
って回動自在に配設されている。ケーシング１５から外
部１０に回転軸１４が突出す″る部分及び囲い１９から
不活性ガス室２内に回転軸１４が突出する部分にはシー
ル部材２０．２１が夫々装着されているが、それでも該
部分には必ずわずかな隙間１１が存在することになる。

回転軸１４の下端１４ｂに固定されたプーリ２２には■
ベルト２３が巻き掛けられ、該Ｖベルトは送風機３を駆
動するための電動モータ２４の回転軸２４ａに固定され
たブー＋７２５に巻き掛けられ、電動モータ２４はプラ
ケット２６を介して基台１６に固定されている。

囲い１９は隙間１１の部分を囲繞して周囲と仕切るため
に配設されており、ケーシング１５の内側に固着され、
その−側面１９ａには連通穴１９ｂが形成され、該連通
穴に連通管１３が連通接続されている。連通管１３は、
第２図から第４図も参照して、囲い１つから上方に立ち
上がり、その開口部１３ｂは送風機３のブレード３ａの
厚さ方向の中央部の上昇循環通路７Ｕに位置し、最も圧
力の高い不活性ガスを該連通管内に取り入れ、囲い１９
の空間部１２を増圧するようにしたものである。

またケーシング１５の上部１５ａは断熱材２８で構成さ
れているため、該断熱材とケーシング１５の下部１５ｂ
とは隙間１１の部分でリベット２９等を用いて継ぎ合わ
されており、該隙間からも外部の空気が流入するので、
囲い１９により隙間１１を囲繞し、空間部１２を形成し
て、該空間部を周囲から仕切ってあり、囲い１９の一側
面１９ａには連通穴１９ｂが形成され、連通管１３は該
連通穴に連通接続されている。

循環通路７は、送風機３によって吸引された不活性ガス
がヒータ５に流入して加熱され基板８に接触する下降循
環通路７Ｄと、送風機３から吐出される不活性ガスが上
昇してヒータ５の上方に戻される上昇循環通路７Ｕとが
連通しｔ形成されており、基板８の搬送方向に対して左
右両方向にケーシング１５と内部ケーシング３０との間
に上昇循環ｉＩｌ路７Ｕが形成されている。

ヒータ５は、不活性ガスを流入させながら加熱するもの
であって、所定の間隔で配設された電熱器３１を熱伝導
性の良好な金属、例えばアルミニウムからなる金属板３
２でサントイフチ構造に上下から挟圧保持し、金属板３
２には不活性ガス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穴３２ａが設けられている。そし
て電熱器３１は外部の電源（図示せず）に電気的に接続
されて電力を供給されるようになっている。またヒータ
５の下方には温度センサ３３が下降循環通路７Ｄの略中
央部に設置され、図示しないコンピュータに接続されて
いる。

基板排出コンベア３４は、例えばエンドレスのメツシュ
チェーン３５を図示しないガイドローラに巻き掛けて構
成されており、上側のメツシュチェーン３５を図示しな
い電動モータにより基Ｆｉ８の搬送方向と逆方向に移動
させるようになっている。

なお、不活性ガスとしては、窒素ガスが最も安価で実用
的であるが、アルゴンガスその他の不活性ガスを用いる
ことも勿論可能である。

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。モータ２４が回転することにより、
その回転軸２４ａ及びプーリ２５を介してＶベルト２３
がプーリ２２を駆動し、これによって回転軸２４が一方
向に回転して送風機３の各ブレード３ａが高速度で回転
する。すると下降循環通路７Ｄ内は負圧となるため不活
性ガス室２上方の不活性ガスは矢印Ａ方向に金属板３２
の穴３２ａに流入し、ヒータ５により加熱された金属板
３２と熱交換して加熱された後更に下降して搬送装置９
によって搬送される基板８に接触して該基板及び搭載さ
れた電子部品６を加熱する。

そして排出コンベア３４を通過した不活性ガスは送風機
３により吸引され、矢印Ｂ方向に左右に流れて上昇循環
通路７Ｕ内を矢印Ｃの如く上昇してヒータ５の上方に戻
る。このときヒータ５によって加熱された不活性ガスの
温度は、温度センサ３３により検出されてその検出結果
がコンピュータに送られ、該コンピュータが所定の温度
の不活性ガスが得られるように常時電熱器３Ｉに供給す
る電力の調節を行い、予備加熱室の温度は約１５０℃に
、半田付は室の温度は約２３０’Ｃに夫々保たれる。

予備加熱室の不活性ガス室２に搬入された基板８は、約
１５０℃に加熱されて循環している不活性ガスに接触し
て加熱されるが、該循環する不活性ガスの流速は、３ｍ
／ｓｅｃ程度であるので、クリーム半田によって小さな
力で基板８に固定された電子部品６が動いたりすること
はなく、また加熱された不活性ガスによって加熱される
ので、該不活性ガスの温度以上には加熱されることがな
く、徐々に基板８が均一に加熱される。

半田付は室の不活性ガス室２に搬入された基板８は、こ
こで約２３０℃に加熱された不活性ガスと接触して加熱
され、クリーム半田が溶融して電子部品６が基板８に半
田付けされる。

予備加熱室及び半田付は室においては、基板８及び電子
部品６が上述した如く加熱されて金属部分が露出して周
囲の酸素と結合して酸化し易い状態となるが、該予備加
熱室及び半田付は室内には不活性ガス、例えば窒素ガス
が充満しており、酸素濃度はわずか１００〜１１０００
ｐｐ、好ましくはｌＱｐｐｍ程度に保たれているので、
溶融半田、電子部品６のリード線が酸化することがなく
、理想的な半田付けが行われる。

しかしながら、回転軸１４とシール部材２０との間の隙
間ｔｔ、該回転回転軸−ル部材２１との間の隙間１１及
びケーシング１５の上部１５ａと下部１５ｂとの間の隙
間１１は、送風機３の吸引作用により負圧となっている
ため、従来ではこれらの部分から外部１０の空気が吸い
込まれて不活性ガス室２内の酸素濃度が上昇し、試験に
よると、送風機３の回転速度が１２００−１４０Ｏｒｐ
ｍの中、高速回転域では回転軸１４の周囲の圧力は、−
３１〜−３５ｍｍＡｑの負圧となるため、該酸素濃度は
１％（１００００ｐｐｍ）にもなってしまったが、本発
明装置では、このような欠点が兄事に改善された。

即ち、送風機３が１４００ｒｐｍの高速回転をしても、
高圧の不活性ガスが連通管１３の開口部１３ｂから矢印
り、　　Ｈの如く導入されて囲い１９内に入り、空間部
１２内が３１〜３５ｍｍＡｑの正圧に保たれ、外部１０
から空気が吸引されることが皆無となった。この結果、
不活性ガス室２内の酸素濃度は１０ｐｐｍ以下に保持で
きることが判明した。

またこのことはケーシング１５の隙間１１についても同
様で、上昇循環通路７Ｕを上昇する高圧の不活性ガスが
連通管工３から囲い１９内の空間部１２内に矢印り、Ｈ
の如く導入されて該空間部が正圧に保持され、この部分
からも外部の空気が不活性ガス室２内に吸引されること
が全くなく、酸素濃度が上昇するおそれがない。

また本発明では、送風機３の回転速度が高くなればなる
ほど隙間１１の部分の圧力が高くなるので、送風機３の
回転速度に比例して不活性ガス室２内の密封度が良好と
なることがわかった。

なお、隙間１１からはわずかに不活性ガスが矢印Ｆの如
く外部１０に流出するが、この隙間１１は非常に小さい
ので、不活性ガスの流出量は微々たるものであり、内部
の酸素濃度を上昇させることによる半田付は性能の低下
の損失に比べれば問題にならない程度のものである。

効果 本発明は、上記のように不活性ガスを充満させた不活性
ガス室と、該不活性ガス室内の気体を循環させる送風機
と、該送風機の作用により前記不活性ガスが上昇する上
昇循環通路と、該送風機の作用により不活性ガスが下降
する下降循環通路と、該上昇循環通路及び該下降循環通
路のいずれかに配設され不活性ガスを加熱するヒータと
、電子部品が搭載された基板を不活性ガス室内で搬送す
るコンベアとを備えたリフロー半田付は装置において、
不活性ガス室と外部とに連通ずるわずかな隙間のうち送
風機の吸引作用により負圧となる部分を囲繞して周囲か
ら仕切られた空間部を設け、該空間部に送風機の吐出作
用により増圧された不活性ガスを導入して該空間部を増
圧させる連通管を備え、不活性ガス室内を循環している
不活性ガスを利用して該空間部を大気圧よりも増圧し、
外部からは絶対に空気が不活性ガス室内に流入しないよ
うに、またむしろ隙間からは少しずつ不活性ガスを外部
に流出させるようにしたので、不活性ガス室内の酸素濃
度を極めて低い状態、例えば１０ｐｐｍ程度に抑制する
ことができる効果があり、またこの結果高信頼性の半田
付けを可能し得る効果が得られる。また送風機の吐出作
用により増圧された不活性ガスを用いるため、送風機の
回転速度が増すにつれて隙間の周囲の空間部の圧力を益
々増大させ、送風機の高速回転を可能として、リフロー
半田付は装置の能力を向上させることができる効果があ
る。また外部から不活性ガスを供給して不活性ガス室内
部の酸素濃度を低く保持する必要性がなくなるため、高
価な不活性ガスの消費量を大幅に削減し、リフロー半田
付は装置のランニングコストを低減させることができる
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、第１図は基板の搬送方向
から見たリフロー半田付は装置の縦断面図、第２図は要
部横断面図、第３図は囲い及び連通管の斜視図、第４図
は要部縦断面図、第５図は要部破談斜視図である。 １はリフロー半田付は装置、２は不活性ガス室、３は送
風機、５はヒータ、６は電子部品、７は循環通路、７Ｕ
は上昇循環通路、７Ｄは下降循環通路、８は基板、ｌＯ
は外部、１１は隙間、１２は空間部、１３は連通管であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　不活性ガスを充満させた不活性ガス室と、該不活性ガ
   ス室内の気体を循環させる送風機と、該送風機の作用に
   より前記不活性ガスが上昇する上昇循環通路と、該送風
   機の作用により前記不活性ガスが下降する下降循環通路
   と、該上昇循環通路及び該下降循環通路のいずれかに配
   設され前記不活性ガスを加熱するヒータと、電子部品が
   搭載された基板を前記不活性ガス室内で搬送するコンベ
   アとを備えたリフロー半田付け装置において、前記不活
   性ガス室と外部とに連通するわずかな隙間のうち前記送
   風機の吸引作用により負圧となる部分を囲繞して周囲か
   ら仕切られた空間部を設け、該空間部に前記送風機の吐
   出作用により増圧された前記不活性ガスを導入して該空
   間部を増圧させる連通管を備えたことを特徴とするリフ
   ロー半田付け装置。