JPH06181383A

JPH06181383A - リフロー装置

Info

Publication number: JPH06181383A
Application number: JP43A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Inoue; 雅文井上; Hironobu Takahashi; 宏暢高橋; Satoshi Tanaka; 聖史田中
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-12-11
Filing date: 1992-12-11
Publication date: 1994-06-28

Abstract

(57)【要約】【目的】基板の温度が理想の温度プロファイルになる
ように加熱してチップを基板に半田付けできるリフロー
装置を提供すること。【構成】加熱室１の予熱ゾーンＴ１と均熱ゾーンＴ２
に配設されてコンベア７により搬送される基板４を停止
させるストッパ２１ａ、２２ａと、均熱ゾーンＴ２に配
設されて基板４の温度を測定する温度センサ２８と、こ
の温度センサ２８の信号に従ってストッパ２１ａ、２２
ａによる基板４の停止及び停止解除を制御する制御部５
２を設けた。【効果】基板４が所定温度になるまでストッパ２１
ａ、２２ａで基板４の搬送を停止して基板４を予熱ゾー
ンＴ１や均熱ゾーンＴ２に滞留させることにより、理想
の温度プロファイルＡが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板に搭載されたチッ
プを半田付けするための加熱時間の制御を、加熱室内で
の基板の滞留時間を制御することによって行うようにし
たリフロー装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】チップマウンタ等により基板にチップを
搭載した後、基板はリフロー装置の加熱室へ送られ、半
田を加熱して溶融させた後、冷却して固化させることに
より、チップの電極は基板の電極に半田付けされる。

【０００３】ところで、近年、基板の高品質化が益々要
求されるようになってきているが、リフロー装置の加熱
室内で半田を加熱して溶融させた後、冷却して固化させ
ることによりチップの電極を基板の電極に半田付けさせ
る工程において、加熱室内の加熱時間の適否は半田付け
状態の良否に大きな影響を及ぼす。

【０００４】次に、従来のリフロー装置を説明する。図
５はリフロー装置の内部構造を示す側面図である。加熱
室１の内部にはチップ２がクリーム半田３で仮接着され
た基板４を入口５から出口６へ搬送するコンベア７が設
けられており、このコンベア７の上方にはヒータ８、
９、１０とファン１１、１２、１３が設けられている。
１４はコンベア７の駆動用モータ、１５はファン１１、
１２、１３の駆動用モータである。

【０００５】加熱室１の内部は、入口５側の予熱ゾーン
Ｔ１と中央部の均熱ゾーンＴ２と出口６側のリフローゾ
ーンＴ３に仕切壁１６、１７によってそれぞれ分割され
ており、また各ゾーンＴ１、Ｔ２、Ｔ３には各ゾーンＴ
１、Ｔ２、Ｔ３の雰囲気温度を測定するための温度セン
サＳ１、Ｓ２、Ｓ３が設置されている。また加熱室１の
後部には冷却室１８が設けられており、モータ１９に駆
動されるファン２０を回転させて基板４に冷風を吹き当
てることにより、溶融したクリーム半田３を固化させ
る。

【０００６】次に、このリフロー装置の動作を説明す
る。チップ２が搭載された基板４は、コンベア７によっ
て加熱室１内を右方向へ一定速度で搬送される。その
間、基板４にはヒータ８、９、１０で加熱された高温の
空気がファン１１、１２、１３によって吹きつけられ、
基板４は加熱される。図６に実線で示す曲線は予熱ゾー
ンＴ１、均熱ゾーンＴ２及びリフローゾーンＴ３の理想
の基板４の温度プロファイルＡを示している。コンベア
７は一定の速度で走行しており、基板４が予熱ゾーンＴ
１、均熱ゾーンＴ２及びリフローゾーンＴ３の各ゾーン
で加熱される時間ｔ１、ｔ２、及びｔ３は、コンベア７
の速度と各ゾーンＴ１、Ｔ２、Ｔ３のコンベア７の走行
方向の長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３（図５参照）で決定され
る。

【０００７】一般に、リフロー装置は、均熱時間ｔ２が
例えば６０秒以上７０秒以内というように、各々の時間
ｔ１、ｔ２、ｔ３が所定時間確保されるように制御され
る。なお、この例では、予熱ゾーンＴ１においては、基
板４は常温から１５０℃程度まで加熱され、次に均熱ゾ
ーンＴ２においては１５０℃から１７０℃程度まで加熱
され、次にリフローゾーンＴ３においては２２０℃以上
まで急激に加熱されることにより、クリーム半田３は溶
融する。そして、基板４は冷却室１８で冷却され、クリ
ーム半田３は固化してチップ２の電極は基板４の電極に
半田付けされる。

【０００８】従来のリフロー装置においては、一定速度
で走行するコンベア７の速度と、加熱室１の各ゾーンＴ
１、Ｔ２、Ｔ３のコンベア７の走行方向の長さＬ１、Ｌ
２、Ｌ３の比で所要温度と所要加熱時間が得られる。ま
た各ゾーンＴ１、Ｔ２、Ｔ３の雰囲気温度を温度センサ
ーＳ１、Ｓ２、Ｓ３で検出しこの検出温度に基づいてヒ
ータ８、９、１０やファン１１、１２、１３などの運転
を制御して温度調整し、加熱室１内の各ゾーンＴ１、Ｔ
２、Ｔ３における理想の温度プロファイルＡに近似した
基板４の温度プロファイルが得られるようにしている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成では、基板４はコンベア７によって加熱室１内
を一定速度で搬送されながらヒータ８、９、１０で加熱
されるので、基板４の実際の温度プロファイルＢは図６
の破線で示すようになる。すなわち、基板４の温度は常
温から加熱時間にほぼ比例して直線的に上昇するため
に、実際の温度プロファイルＢは実線で示す理想の温度
プロファイルＡから大きくずれ、クリーム半田３の溶融
状態が悪く基板４とチップ２の溶着が良好に行われない
という問題点があった。殊にこのような問題点は、図６
においてＷで示す均熱ゾーンＴ２とリフローゾーンＴ３
の境界部において、基板４の温度が上りすることに由来
する。

【００１０】そこで本発明は、理想の温度プロファイル
を得やすいリフロー装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このために本発明のリフ
ロー装置は、予熱ゾーンと均熱ゾーンに配設されてコン
ベアにより搬送される基板を停止させるストッパと、均
熱ゾーンに配設された温度センサと、この温度センサの
信号に従ってストッパによる基板の停止及び停止解除を
制御する制御部とを設けたものである。

【００１２】

【作用】上記構成によれば、チップが搭載された基板
は、予熱ゾ−ン、均熱ゾーン、リフローゾーンにそれぞ
れ配設されたヒータ及びファンで加熱されながら、コン
ベアで加熱室の入口側から出口側へ搬送される。そし
て、均熱ゾーンに配設された温度センサの信号に従って
予熱ゾーンと均熱ゾーンに配設されたストッパによる基
板の停止及び停止解除を制御部で制御することにより、
予熱ゾーンや均熱ゾーンにおける基板の滞留時間を調整
して、基板が理想の温度プロファイルとなるように加熱
する。

【００１３】

【実施例】次に、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。

【００１４】図１は、本発明の一実施例を示すリフロー
装置の内部構造の側面図である。なお、図５に示す従来
例と同一構成部品は同一符号を付して説明を省略する。
加熱室１の内部は、入口５から出口６へ向って予熱ゾー
ンＴ１，均熱ゾーンＴ２，リフローゾーンＴ３の３つの
ゾーンに分割されており、チップ２がクリーム半田３に
より仮接着された基板４は、入口５から出口６へ向って
コンベア７により搬送される。加熱室１の予熱ゾーンＴ
１と均熱ゾーンＴ２とリフローゾーンＴ３にはそれぞれ
第１のシリンダ２１、第２のシリンダ２２、第３のシリ
ンダ２３が設けられ、コンベア７で搬送されてくる基板
４を停止できるようになっている。各々のシリンダ２
１、２２、２３の上流側には基板４を検出するための第
１の光電センサ２４、第２の光電センサ２５、第３の光
電センサ２６と、基板４の温度を測定するための接触式
の第１の温度センサ２７、第２の温度センサ２８、第３
の温度センサ２９が設けられている。

【００１５】図２に、コンベア搬送装置の正面断面図を
示す。コンベア７は、チェーン３０にプレートアタッチ
メント３１の付いたプレートアタッチメント付チェーン
コンベアである。ベース３２に支持プレート３３を立設
し、この支持プレート３３の上端部にフレーム３４をコ
ンベア７の走行方向に設け、このフレーム３４の両端部
にスプロケット３５を軸着して、このスプロケット３５
に前記チェーン３０を調帯して構成されている。基板４
はその両側端部をプレートアタッチメント３１に支持さ
れて搬送される。

【００１６】第１のシリンダ２１は、右側の支持プレー
ト３３の内面に取り付けたブラケット３８にフランジ３
９を介して上向きに設けられている。この第１のシリン
ダ２１は加熱室１内の高温から保護するために断熱材か
ら成るカバー３７内に収納されている。第１のシリンダ
２１のロッド２１ａは常時は下方へ引き込んでいるが、
上方へ突出すると基板４の搬送面に突出し、基板４の搬
送を停止させる（図１鎖線参照）。すなわち第１のシリ
ンダ２１のロッド２１ａは基板４のストッパとなってい
る。なお第２のシリンダ２２、第３のシリンダ２３の配
設構造も第１のシリンダ２１の配設構造と同様である。

【００１７】次に、第１の温度センサ２７の取り付け構
造を説明する。フレーム３４にＬ形ブラケット４１を取
り付け、このＬ形ブラケット４１にフランジ４２を介し
てシリンダ４３を上向きに設けている。シリンダ４３は
断熱材から成るカバー４４で保護されている。また、シ
リンダ４３のロッド４５の上端部にはアーム４６が取り
付けられており、このアーム４６の先端部にはフランジ
４７を介してシリンダ４８が下向きに設けられている。
このシリンダ４８は断熱材から成るカバー４９内に収納
されて加熱室１の高温の雰囲気温度から保護されてい
る。このシリンダ４８のロッド５０の下端部には第１の
温度センサ２７が取り付けられている。この第１の温度
センサ２７も、断熱材から成るカバー５３内に収納され
ている。前記アーム４６には、このアーム４６が上下動
するときの廻り止め用ロッド５１が前記Ｌ形ブラケット
４１を貫通して設けられている。

【００１８】上記の構造によって、シリンダ４３のロッ
ド４５が上下動することによりアーム４６を介しシリン
ダ４８が上下動し、またシリンダ４８のロッド５０が上
下動することにより第１の温度センサ２７が上下動して
基板４に接触し、基板４の温度を検出するようになって
いる。第２の温度センサ２８、第３の温度センサ２９の
配設構造は、第１の温度センサ２７の配設構造と同様で
ある。

【００１９】図３は電気回路のブロック図であって、光
電センサ２４、２５、２６や温度センサ２７、２８、２
９の信号はＣＰＵのような制御部５２に入力され、検出
された温度によって制御部５２はシリンダ２１、２２、
２３を制御する。

【００２０】次に、このリフロー装置は上記のような構
成より成り、次に図４の温度プロファイルを参照しなが
ら動作を説明する。図１において、コンベア７は一定速
度で走行しており、このコンベア７に搭載された基板４
は入口５から加熱室１内に入り、ヒータ８により加熱さ
れながら出口６へ向って搬送される。そして、第１の光
電センサ２４によって基板４が検出されると、その電気
信号で第１のシリンダ２１が駆動しロッド２１ａがコン
ベア７の搬送路まで上昇し基板４を停止させ、さらにシ
リンダ４３とシリンダ４８が駆動して第１の温度センサ
２７が基板４に接触して基板４の温度を検出する。この
ようにして基板４は予熱ゾーンＴ１で滞留して加熱され
る。基板４の温度が１５０℃に達したことを第１の温度
センサ２７で検出したならば、制御部５２から第１のシ
リンダ２１に動作の指令信号が送信され、ロッド２１ａ
が下方へ引き込んで基板４の停止状態を解除する。する
と基板４はコンベア７によって次の均熱ゾーンＴ２へ搬
送される。

【００２１】均熱ゾーンＴ２での理想的な温度プロファ
イルＡは、図４に示すように１５０℃から１７０℃まで
徐々に加熱するようになっている。そこで第２の光電セ
ンサ２５が基板４を検出したならば、上述と同様にして
第２の温度センサ２８により基板４の温度を測定し、基
板４の温度が１７０℃に達していないならば、シリンダ
２２のロッド２２ａを突出させて基板４を停止させ、基
板４の温度が１７０℃になるまでそのまま滞留させる。
そして基板４の温度がｔ２時間後に１７０℃に達したこ
とが第２の温度センサ２８で検出されたならば、ロッド
２２ａを引き込ませて基板４を次のリフローゾーンＴ３
へ送る。また光電センサ２５が基板４を検出して温度セ
ンサ２８が基板４の温度を測定したときに、基板４の温
度が１７０℃を越えていれば、ヒータ９による過剰加熱
であるから、ヒータ９の駆動を停止させるか、あるいは
ヒータ９の発熱を減少させて、均熱ゾーンＴ２の温度を
若干低下させる。

【００２２】次いで基板４はリフローゾーンＴ３へ送ら
れ、２２０℃以上まで一気に加熱されてクリーム半田３
は溶融する。この場合も、基板４が第３の光電センサ２
６で検出されたならば、第３の温度センサ２９により基
板４の温度を測定し、２２０℃以下であれば、２２０℃
以上になるまで第３のシリンダ２３のロッド２３ａで停
止させる。このようにしてクリーム半田３が溶融したな
らば、続いて基板４は冷却室１８へ送られて冷却され、
溶融したクリーム半田３は固化し、半田付けは終了す
る。

【００２３】本発明は上記実施例に限定されないのであ
って、例えば各ゾーンＴ１、Ｔ２、Ｔ３のうち、温度管
理が最も重要なのは均熱ゾーンＴ２であり、したがって
均熱ゾーンＴ２にのみ温度センサやストッパを設けて基
板４を滞留させるようにしてもよい。また加熱室内のゾ
ーンの数は任意に設計できる。また温度センサは放射温
度計のような非接触形の温度センサでもよい。また上記
実施例は加熱室の空気を加熱するリフロー装置を例にと
って説明したが、基板の回路パターンやクリーム半田な
どの金属の酸化を防止するために、加熱室にチッソガス
を送るチッソリフロー装置にも適用できるものであり、
本発明は種々の設計変更が考えられる。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、温度センサによってコンベア
により搬送される基板の温度を検出し、その検出結果に
したがってストッパを動作させて均熱ゾーンなどにおけ
る基板の滞留時間を調整できるので、基板の温度を理想
の温度プロファイルに近づけて、基板に搭載された、チ
ップを良好に半田付けできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のリフロー装置の側面図

【図２】本発明の一実施例のコンベア装置の断面図

【図３】本発明の一実施例の電気回路のブロック図

【図４】本発明の一実施例のリフロー装置の温度プロフ
ァイル図

【図５】従来のリフロー装置の側面図

【図６】従来のリフロー装置の温度プロファイル図

【符号の説明】

１加熱室２チップ３クリーム半田４基板５入口６出口７コンベア８ヒータ９ヒータ１０ヒータ１１ファン１２ファン１３ファン２１第１のシリンダ２２第２のシリンダ２３第３のシリンダ２７第１の温度センサ２８第２の温度センサ２９第３の温度センサ５２制御部Ｔ１予熱ゾーンＴ２均熱ゾーンＴ３リフローゾーン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱室と、この加熱室の入口から出口へ向
かってチップが搭載された基板を搬送するコンベアと、
この加熱室の入口側から出口側へ区画された予熱ゾ−
ン、均熱ゾーン、リフローゾーンにそれぞれ配設された
ヒータ及びファンと、前記予熱ゾーンと前記均熱ゾーン
に配設されて前記コンベアにより搬送される前記基板の
搬送を停止させるストッパと、少なくとも前記均熱ゾー
ンにおける基板の温度を測定する温度センサと、この温
度センサの信号に従って前記ストッパによる前記基板の
搬送の停止及び停止解除を制御する制御部とを備えたこ
とを特徴とするリフロー装置。