JPH04220166A - リフロー半田付け装置およびリフロー半田付け方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプリント基板やハイブリ
ッドＩＣにおける電子部品半田付け工程において用いら
れるリフロー半田付け装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プリント基板等の基板上に電子部品を実
装するため、基板上に形成されたペースト状半田の上に
電子部品を搭載し、次いでリフロー半田付け装置に搬入
して、ここでペースト状半田を加熱溶解し、電子部品を
基板に半田付けするリフロー半田付け工法が一般に用い
られている。

【０００３】リフロー半田付け装置は、基板を搬入・搬
送・搬出する搬送機構、装置内に搬入された基板を半田
の融点以下の所定温度まで加熱する予熱炉、予熱炉から
送られてきた基板を半田の融点以上の温度まで加熱し半
田を溶解して電子部品を基板に接合するリフロー本体炉
を一般に備えている。

【０００４】ペースト状半田を加熱する熱源としては、
赤外線か熱風を用いるのが一般であるが、通常のリフロ
ー半田付け装置においては、基板が加熱中大気に晒され
ているので、基板や半田の酸化が生じ、半田ボール、半
田未接合、ブリッジ等の半田付け不良が発生するという
問題が生じた。又リフロー半田付け工程の後に行われる
洗浄工程で用いられるフロン１１３の使用が厳しく制限
されるようになり、洗浄工程を省略したいという要望が
非常に強くなっている。しかし洗浄工程を省略するため
には、ペースト状半田に含まれるフラックス成分の残渣
を低減し、特にペースト状半田に含まれる塩素系の活性
成分を低減することによって、半田付け後の製品の高温
高湿下における長期の信頼性を確保する必要がある。

【０００５】そこで塩素系の活性成分を少なくしたＲＭ
Ａ（Ｒｏｓｉｎ　　Ｍｉｌｄ　　Ａｃｔｉｖａｔｅｄ）
と呼ばれるペースト状半田が開発されたが、この半田は
活性力が低く濡れ性があまりよくないため、大気中でリ
フローを行った場合、十分な濡れ性が確保できないとい
う問題があった。

【０００６】このような事情で、リフロー半田付け装置
の内部を窒素等の不活性ガス雰囲気としたものを用いる
ことにより、基板や電子部品の加熱中の酸化を防止し、
濡れ性の改善を図ることが行われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】不活性ガス雰囲気中で
リフローを行う場合、大気雰囲気中の場合に比較し、濡
れ性は改善されるが、ＲＭＡタイプのペースト状半田を
使用した場合にはまだ十分といえず、特に半田ボールの
発生が問題となる。これは不活性ガス雰囲気中において
もまだ数１０ｐｐｍの酸素が残存していることが原因と
考えられる。

【０００８】又不活性ガス雰囲気中でリフローを行って
もペースト状半田に含まれるフラックス残渣は低減でき
ない。ペースト状半田に含まれるフラックス量を更に低
減する方法も考えられるが、半田印刷工程において微小
なパターンの印刷が困難になるので、得策ではない。

【０００９】又不活性ガス雰囲気中でリフローを行う場
合、不活性ガスの消費量がかなり多くなるためランニン
グコストが高くつくという問題がある。

【００１０】更にＩＣパッケージ中に含まれる水分によ
ってリフロー時にパッケージクラックが発生するという
問題がある。これを防止するためにリフロー前に１００
℃以上の温度に加熱して水分を除去する方法や防湿梱包
を行う方法があるが、工程数や作業時間の増大を招くと
いう問題がある。

【００１１】本発明は上記諸問題点を解決することを目
的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のリフロー半田付
け装置は、基板を搬入・搬送・搬出する搬送機構と、装
置内に搬入された基板を半田の融点以下の所定温度まで
加熱する予熱炉と、予熱炉から送られてきた基板を半田
の融点以上の温度まで加熱するリフロー本体炉とを備え
、リフロー本体炉の炉内雰囲気を真空状態としたことを
特徴とする。

【００１３】前記予熱炉の炉内を不活性ガス雰囲気とす
ると好適である。又前記予熱炉の炉内圧力を１気圧以下
とすることが好ましい。

【００１４】

【作用】本発明によれば、リフロー本体炉の炉内雰囲気
を真空状態としているので、加熱中に生じる基板及び半
田の酸化を防止でき、酸素残存量を不活性ガス雰囲気よ
りも少なくできるので、従来の不活性ガス雰囲気を用い
たものよりも一層効果的に酸化を防止できる。

【００１５】又リフロー本体炉内ではペースト状半田中
のフラックスは溶解、気化しており、液状のフラックス
も気化して飛散しているので、炉内を真空状態にする真
空ポンプによってフラックス成分を吸引除去できる。こ
のことによって基板上のフラックス残渣はほとんどなく
なり、リフロー工程後における基板洗浄工程の省略が可
能になり、あるいは基板洗浄工程で用いるフロン１１３
等の溶剤の使用量を削減することができる。又リフロー
本体炉内は真空状態であるので、溶融状態の半田中から
ブローホールが除去される。

【００１６】又リフロー本体炉では窒素等の不活性ガス
を使用しないので、装置全体としての不活性ガス使用量
が減少し、ランニングコストを低減することができる。

【００１７】更にリフロー本体炉においてＩＣパッケー
ジ中に含まれる水分を除去することが可能となり、リフ
ロー時に生じるパッケージクラックを防止することがで
きる。

【００１８】予熱炉の炉内雰囲気を不活性ガス雰囲気と
すると、基板及び半田の酸化防止をより確実に行うこと
ができる。そしてこの不活性ガス雰囲気の圧力を大気圧
以下とすることにより、ペースト状半田に含まれる溶剤
成分を除去し、半田形状の変化（だれ）を防止すること
が可能となる。

【００１９】

【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照しな
がら説明する。

【００２０】図１に示すリフロー半田付け装置は、装置
内に搬入された基板１を半田の融点以下の所定温度まで
加熱する予熱炉２、予熱炉２から送られてきた基板１を
半田の融点以上の温度まで加熱し半田を溶解して電子部
品を基板１に接合するリフロー本体炉３、及び基板１を
装置内に搬入し、予熱炉２及びリフロー本体炉３に順次
搬送した後、装置外に搬出するコンベヤ（搬送機構）４
を備えている。

【００２１】基板１はリフロー工程の前に、ペースト状
半田が印刷され、このペースト状半田上に電子部品が搭
載されており、コンベヤ４によって前記予熱炉２に搬入
される。

【００２２】予熱炉２は窒素ガスボンベ５に接続され内
部が窒素雰囲気に維持されている。

【００２３】外部と予熱炉２との間には気密性の高い搬
入シャッタ６が設けられ、基板１の搬入時にのみ開くよ
うになっている。基板１の搬入後、予熱炉２の内部は１
ａｔｍ以下に減圧され、好ましくは０．７〜０．２ａｔ
ｍ程度に減圧される。このため予熱炉２は真空ポンプ７
に接続されている。又予熱炉２は赤外線ヒータ等のヒー
タ８を備えていて、基板１を均一に約１５０℃に加熱す
るように構成されている。予熱温度は基板１の種類に応
じて設定されることが好ましく、ヒータ８の加熱を調節
可能なようにすると好適である。

【００２４】予熱炉２に搬入された基板１に関して、予
熱効果と減圧効果とによって、ペースト状半田中から溶
剤が除去される現象が生じる。０．７ａｔｍ程度から溶
剤除去現象が生じ、減圧されるにつれてそれが顕著にな
る。しかし予熱炉２内の圧力が０．２ａｔｍ以下となる
と、溶剤が急激に飛散するため半田パターンの形状がく
ずれ気泡状の空孔を残すという現象が生じ、好ましくな
い。

【００２５】リフロー本体炉３は予熱炉２に隣接して設
けられ、両者間には気密性の高いシャッタ９が配設され
ている。このシャッタ９は予熱炉２からリフロー本体炉
３へ基板１が搬入されるときにのみ開く。又リフロー本
体炉３と外部との間には気密性の高い搬出シャッタ１０
が設けられている。この搬出シャッタ１０は基板１が外
部へ搬出されるときにのみ開く。リフロー本体炉３は真
空ポンプ７によって常時真空吸引され、その内部が真空
雰囲気になるように構成されている。この真空雰囲気の
真空度は１〜１０−４Ｔｏｒｒ、好ましくは１０−１〜
１０−３Ｔｏｒｒに設定される。

【００２６】リフロー本体炉３内には赤外線ヒータ等の
ヒータ１１が設けられ、基板１を半田融点以上に加熱し
、電子部品を基板１に接合するように構成されている。 その加熱温度は共晶半田を用いた場合２３０℃程度が適
当である。なお、リフロー本体炉３と真空ポンプ７とを
接続する真空吸引路中にはフィルタ１２が配されている
。

【００２７】リフロー本体炉３内の基板１は、真空状態
で半田融点以上の高温状態の下におかれるので、溶融状
態の半田中からブローホールが除去されると共に、フラ
ックス成分は気化して飛散する。気化したフラックス成
分は真空ポンプ７によって吸引され、フィルタ１２に捕
獲される。気化したフラックス成分は温度の低下に伴っ
て次第に固化するので、真空ポンプ７の内部に侵入する
ことは好ましくないため、前記フィルタ１２が設けられ
ている。

【００２８】リフロー本体炉３内の真空度が１Ｔｏｒｒ
以上だとフラックス成分や半田中のブローホールの除去
が不十分となる。他方前記真空度が１０−４Ｔｏｒｒ以
下では溶融した半田が飛散するようになるので好ましく
なく、前述のように真空度を設定する必要がある。

【００２９】コンベヤ４は間欠的に移動し、一群の基板
１を予熱炉２に搬入すると同時に、他群の基板１を予熱
炉２からリフロー本体炉３に移動させ、更に他の群の基
板１をリフロー本体炉３から外部に搬出する。又搬入シ
ャッタ６、シャッタ９、搬出シャッタ１０は、コンベヤ
４の間欠動に同期して開閉し、窒素ガスボンベ５からの
予熱炉２への窒素ガス供給、予熱炉２からの気体真空吸
引もコンベヤ４の間欠動に対する所定タイミングで行わ
れる。

【００３０】リフロー本体炉３から搬出された基板１は
、ブロア１３から吹き出されたエアーによって、速やか
に冷却される。

【００３１】表１は上記のリフロー半田付け装置を用い
てリフローを行った場合と、従来のリフロー法で行った
場合とにおけるフラックス残渣量を比較して示している
。

【００３２】

【表１】

【００３３】この表１より明らかなように本発明によれ
ば、フラックス残渣量を大幅に低減することができる。

【００３４】又表２は半田接合部中のブローホールの発
生数をＸ線透過検査装置により測定した結果、及びパッ
ケージクラックの発生数を、夫々本発明による場合と従
来法による場合と比較して示したものである。

【００３５】

【表２】

【００３６】この表２より明らかなように、本発明によ
れば、ブローホール除去、パッケージクラック発生防止
に顕著な効果が発揮されることが分かる。

【００３７】図２に示す実施例は、リフロー本体炉３の
前後に予備室１４、１５を配し、リフロー本体炉３の炉
内の真空度を維持することに有利なように構成したもの
である。前側の予備室１４内にはヒータ１６が設けられ
ていて、基板１を予熱温度に保つようにしている。又前
後の予備室１４、１５は共に真空ポンプ７に接続されて
いて、リフロー本体炉３と大気との中間の真空度に保た
れている。更にリフロー本体炉３内にはガラスマッフル
１７が配されている。図２において、１８、１９、２０
、１０ａは夫々気密性を備えたシャッタである。他の構
成は図１に示すものと共通するので、共通符号を付して
その説明を省略する。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、基板及び半田の酸化を
防止し、フラックス残渣を低減できるので、ＲＭＡタイ
プのような活性度の低いペースト状半田でも十分な濡れ
性を確保でき、半田ボール、ブリッジ不良、半田未接合
の発生を防止でき、かつブローホールの発生を防止でき
るリフロー半田付け装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す説明図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す説明図である。

【符号の説明】

１　　基板 ２　　予熱炉 ３　　リフロー本体炉 ４　　搬送機構 ５　　窒素ガスボンベ ７　　真空ポンプ ８　　ヒータ １１　　ヒータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基板を搬入・搬送・搬出する搬送機構
   と、装置内に搬入された基板を半田の融点以下の所定温
   度まで加熱する予熱炉と、予熱炉から送られてきた基板
   を半田の融点以上の温度まで加熱するリフロー本体炉と
   を備え、リフロー本体炉の炉内雰囲気を真空状態とした
   ことを特徴とするリフロー半田付け装置。
2. 【請求項２】　　予熱炉の炉内雰囲気を不活性ガス雰囲
   気としたことを特徴とする請求項１記載のリフロー半田
   付け装置。
3. 【請求項３】　　予熱炉の炉内圧を１気圧以下とするこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載のリフロー半田付け
   装置。