JPH06268B2

JPH06268B2 - リフロー半田付け方法及び装置

Info

Publication number: JPH06268B2
Application number: JP63041095A
Authority: JP
Inventors: 八治横田
Original assignee: Eiteitsuku Tekutoron Kk
Current assignee: Eiteitsuku Tekutoron Kk
Priority date: 1988-02-23
Filing date: 1988-02-23
Publication date: 1994-01-05
Anticipated expiration: 2009-01-05
Also published as: JPH01215462A; US4909430A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、リフロー半田付け方法及び装置に係り、特に
空気循環用の送風機をコンベアの下方にのみ配置するこ
とによって空気が加熱用のヒータに負圧によって流入す
るようにしてヒータ全面における加熱空気の温度、風速
及び風量を均一化して温度むらをなくすと共に、全高を
従来品よりも大幅に低くでき、しかも送風機の駆動機構
を低温部に配置することでその耐久性の向上と、振動及
び騒音の低減を図ったリフロー半田付け方法及び装置に
関する。

従来技術リフロー半田付け装置は、溶融半田槽を用いず、ポリマ
基板等の基板に電子部品を搭載して要半田付け箇所にペ
ースト状のクリーム半田を塗り、該基板をコンベアによ
り搬送してプレヒータにより予備加熱して徐々に温度を
上げ、最終段階で半田付けヒータにより短時間で半田付
け温度（約230゜C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け装置においては、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、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、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、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、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、温度管理
が非常に難しいという欠点があった。また、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、基板に搭
載される電子部品の熱容量は個々に相当異なるため、熱
容量の最大の電子部品と最小のものとでは、同一基板で
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や熱に弱いQFP
（クワットフラットパッケージ）、PLCC（プラスチック
リーデッドチップキャリヤ）等が半田付けによって破損
してしまうおそれがあった。また予備加熱における温度
上昇もかなり急激となるため、基板及び電子部品に対す
る熱的ショックが大きいという欠点があった。

またこのような加熱方法の欠点のほとんどを改良するも
のとして、特殊な液体を蒸発させて、その蒸気を所定の
温度（例えば215゜C）に加熱し、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絶対
に温度上昇しないようにした、いわゆるベーパフエーズ
法が実用に供されており、この方法を用いたリフロー半
田付け装置は上記欠点のほとんどを解消して、加熱され
た蒸気の温度に熱的に飽和させて基板のどの部分も例え
ば215゜Cに均一に加熱できるのが最大の長所である。し
かし、熱媒体が蒸気であるため、予備加熱において、温
度上昇が非常に急激となり、基板及び電子部品に対する
熱的ショックが大きく、熱に弱いQFPやPLCC等では破損
が生じたりするおそれがあった。またこの方法で用いら
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
高価であり、一たん使用した後は蒸発してなくなってし
まい、回収は不可能であるから、半田付けコストが高く
つくという重大な欠点があり、その使用範囲が限定され
ていた。またこのほか、加熱時の温度上昇は順調に行わ
れるものの、半田付け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け温度より若干低
い程度の高温に保たれていて、しかも空気よりも熱容量
がはるかに大きいためである。更には該液体が多少毒性
を有するため、その取扱いに注意が必要であるという不
具合があった。

また本願出願人は、上記従来技術の欠点をすべて解消で
きる加熱空気循環方式を採用したリフロー半田付け方法
及び装置を開発して特許出願を行った（特願昭62-12071
及び62-115456）が該発明及び第１１図に示す従来の加
熱空気循環方式のリフロー半田付け装置１においては、
コンベア２の上方にも複数の送風機３及び該送風機を駆
動する伝導モータ４等を配設していたので、リフロー半
田付け装置１の全高Ｈが各種の自動半田付け装置よりも
高くなり、これを工場に設置した場合には、工場内の見
通しが悪くなるという不具合があった。例えば第１１図
において、作業者６の身長が1.55mであるとすると、リ
フロー半田付け装置１の全高Ｈがちょうど1.55m又はそ
れ以上となるため、作業者６の視線６ａは、リフロー半
田付け装置１の上部のフード部１ａに当たってしまって
それより前方を見通すことができない。このため、該従
来例では、身長が1.75m程度の作業者でないと、装置の
向う側を見通すことができず、またたとえ工場の監督者
が同様な身長の人であったとしても、装置の背後又は間
に立っている身長1.55m程度の作業者、例えば平均的な
女子作業者の人影を見ることができず、工場内における
管理、監督的立場及び安全上の見地から好ましくなっ
た。

また送風機３、電動モータ４及び各種の軸受装置（図示
せず）をヒータ８よりも上方に配置しているため、該ヒ
ータからの熱及び加熱された空気の熱が上昇してこれら
の装置のすべてを高温にさらすことになる結果、特に電
動モータ４や軸受が加熱されてその寿命が短かくなると
共に、運動質量が装置の最上部にあるため、振動及び騒
音が大きいという欠点があった。

更には、ヒータ８の上方に配設した送風機３により空気
を増圧してヒータ８に押し込むようにしているため、ヒ
ータ８の全面において空気の流れを均一化できず、従っ
て加熱空気の温度分布が相当大きくばらつくという欠点
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、送風機によ
って空気を強制的にかなりの風速（例えば３ｍ／sec）
で循環させ、該循環する空気をヒータにより加熱するこ
とにより熱伝導率の低い点を風速で補って電子部品が搭
載されて搬送される基板に接触させて加熱して半田付け
を行うことによって、基板及び電子部品が加熱空気に対
して時間の経過と共に次第に熱的に飽和して加熱される
ようにすることで、急激な温度上昇を防止して、基板及
び電子部品に対する熱的ショックをなくし、熱に弱いQF
PやPLCC又はFIC（フラットアイシー）チツプその他のSM
D（サーフェスマウンテッドディバイス）についても半
田付けによって損することがな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、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、またこれによって半田付けコス
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り低い温度で半田付けで
きるようにし、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、空気循環用の送風機を基板の搬送経路
の下方にのみ配設することによって、リフロー半田付け
装置の全高を従来例（第１１図参照）よりも少なくとも
20cm低くして、1.35m以下とすることであり、またこれ
によって加熱空気循環方式のリフロー半田付け装置を工
場に設置しても、身長1.55m程度の監督者又は作業者で
あれば十分に工場内を見通すことができると共にその存
在が確認できるようにし、工場内の管理、監督及び安全
上の見地から作業環境の改善を図ることである。更に他
の目的は、送風機を基板の搬送経路の下方にのみ配設す
ることによって、送風機、その駆動用電動モータ及び軸
受等を低温部で作動可能とし、これらの各装置の寿命の
短縮化を防止し、装置の信頼性を向上させると共に、運
動質量を低い位置に集中させることによって、装置の振
動及び騒音を大幅に低減させることである。

また他の目的は、空気循環用の送風機を基板の搬送経路
の下方にのみ配設し、空気循環通路を、送風機により吸
引された空気がヒータに流入して加熱され基板に接触す
る下降空気循環通路と、送風機から吐出される空気が上
昇してヒータの上方にもどされる上昇空気循環通路とを
連通させて形成することにより、送風機の吸引力によっ
て生じた負圧によって空気をヒータに流入させて加熱す
るようにし、空気を増圧してヒータに押し込む形式の従
来例に比べて、ヒータの全面における空気の流速や流量
を均一化することであり、またこれによってヒータ全面
におまける温度分布のバラツキをなくし、基板の各部を
均一に加熱できるようにすることである。

更に他の目的は、ヒータの上方に、上昇空気循環通路か
ら流入した空気の流速を著しく低速にして停滞させる容
量の大きな空気室を設けることによって、ヒータの全面
に極めて高い均一度で空気が流入するようにし、ヒータ
の全面における温度分布のバラツキを極小とし、基板の
どの部分も完全にむらなく加熱できるようにすることで
ある。

また他の目的は、ヒータに、温度分布の均一性に優れた
多数の空気穴が設けられたパネルヒータと、加熱能力の
大きいフィンヒータの２種類とし、該フィンヒータを予
備加熱ゾーンの初期及び半田付けゾーンを担当する加熱
装置に、パネルヒータを予備加熱ゾーンの中期及び後期
を担当する加熱装置に夫々用いることによって、予備加
熱を初期の段階で一定温度まで迅速に行い、次いで温度
分布のバラツキをなくすように均一に予備加熱し、これ
を半田付けゾーンで急速に加熱してクリーム半田を溶融
させて半田付けすることにより、理想的な温度上昇と半
田付けが行われるようにし、抜群の半田付け性能を得る
ことである。

構成要するに本発明方法は、送風機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
搭載されて搬送される基板に接触させて該基板を加熱す
るリフロー半田付け方法において、前記基板の搬送経路
の下方にのみ配設された前記送風機により該搬送経路の
上方から下方に向かって前記空気を循環させ、前記送風
機の吸引力により生じた負圧によって前記空気を前記ヒ
ータに流入させて加熱し、加熱空気を前記基板に接触さ
せた後、前記送風機から吐出される該加熱空気を下方か
ら上方に循環させることを特徴とするものである。

また本発明方法は、送風機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搭載さ
れて搬送される基板に接触させて該基板を加熱するリフ
ロー半田付け方法において、前記基板の搬送経路の下方
にのみ配設された前記送風機により該搬送経路の上方か
ら下方に向かって前記空気を循環させ、しかも前記ヒー
タの上方に設けた容量の大きい空気室において該空気の
流速を著しく低速にして停滞させ、前記送風機の吸引力
により生じた負圧によって前記空気室から前記空気を前
記ヒータに流入させて加熱し、加熱空気を前記基板に接
触させた後、前記送風機から吐出される該加熱空気を下
方から上方に循環させて前記空気室にもどすことを特徴
とするものである。

また本発明装置は、送風機と、該送風機によって空気を
循環させる空気循環通路と、該空気循環通路中に配設さ
れて前記空気を流入させながら加熱するヒータと、電子
部品が搭載された基板を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、前記送風機を前記コンベ
アの下方にのみ配設し、該コンベアの上方に前記ヒータ
を配設し、前記空気循環通路は、前記送風機により吸引
された前記空気が前記ヒータに流入して加熱され前記基
板に接触する下降空気循環通路と、前記送風機から吐出
される空気が上昇して前記ヒータの上方にもどされる上
昇空気循環通路とが連通して形成されたものであること
を特徴とするものである。

また本発明装置は、送風機と、該送風機によって空気を
循環させる空気循環通路と、該空気循環通路中に配設さ
れて前記空気を流入させながら加熱するヒータと、電子
部品が搭載された基板を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、前記送風機を前記コンベ
アの下方にのみ配設し、該コンベアの上方に前記ヒータ
を配設し、前記空気循環通路は、前記送風機により吸引
された前記空気が前記ヒータに流入して加熱され前記基
板に接触する下降空気循環通路と、前記送風機から吐出
される空気が上昇して前記ヒータの上方にもどされる上
昇空気循環通路とが連通して形成されたものであり、か
つ該ヒータの上方には該上昇空気循環通路から流入した
前記空気の流速を著しく低速にして停滞させる容量の大
きな空気室を設け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
図から第４図において、本発明に係るリフロー半田付け
装置１１は、送風機１２と、空気循環通路１３と、ヒー
タ１４と、コンベア１５とを備えたものにおいて、送風
機１２をコンベア１５の下方にのみ配設し、該コンベア
の上方にヒータ１４を配設し、空気循環通路１３は、送
風機１２により吸引された空気がヒータ１４に流入して
加熱され基板１６に接触する下降空気循環通路１３Ｄ
と、送風機１２から吐出される空気が上昇してヒータ１
４の上方にもどされる上昇空気循環通路１３Ｕとが連通
して形成されたものである。

またヒータ１４の上方には、上昇空気循環通路１３Ｕか
ら流入した空気の流速を著しく低速にして停滞させるよ
うにした容量の大きな空気室１８が設けられている。

送風機１２は、第４図に示すように、例えばシロッコフ
ァン等の遠心送風機を用いており、該送風機１２は複数
のブレード１２ａを上部のドーナッ形円板１２ｂと下部
の円板１２ｃとに固定して形成されており、円板１２ｃ
は回転軸１９の上端１９ａに固着されており、回転軸１
９は一対の軸受２０，２１により回動自在に支承されて
いる。これらの軸受２０，２１はリフロー半田付け装置
１１の基台２２に夫々固着されており、回転軸１９の下
端１９ｂにはプーリ２３がナット２４により固定され、
該プーリにはＶベルト２５が巻き掛けられ、該Ｖベルト
は送風機１２を駆動するための電動モータ２６の回転軸
２６ａに固定されたプーリ２８に巻き掛けられている。
電動モータ２６は、ブラケツト２９にボルト３０により
固定され、該ブラケツトはボルト３１により基台２２に
固定されている。

このようにして送風機１２の各駆動機構３０はすべてヒ
ータ１４及びコンベア１５の下方に位置しており、即ち
リフロー半田付け装置１１内の温度分布からすれば最も
低温の位置に設置されている。なお、電動モータ２６は
リフロー半田付け装置１１の基板１６の搬送方向に対し
て右側、即ち第２図においてリフロー半田付け装置１１
の背面側に取り付けられている。

空気循環通路１３は、加熱装置PH1，PH2，PH3及びSHに
おいて同様に形成されており、基板１６の搬送方向（矢
印Ｋ方向）に対して左右両方向に形成され、外側は各加
熱装置PH1からPH3及び加熱装置SHを形成する外部ケーシ
ング３３と内部ケーシング３４との間に形成されてお
り、基板１６の進行方向左右両側の上昇空気循環通路１
３Ｕが同一の通路面積を有するように構成されている。
なお外部ケーシング３３は例えば断熱材で形成されてお
り、内部ケーシング３４は鋼板等で形成されている。

第３図及び第４図において、空気循環通路１３は、送
風機１２の周囲においては水平方向に形成され、外部ケ
ーシング３３の立上り部３３ａにおいて垂直に立ち上が
って空気室１８に連通し、この空気室１８は非常に容量
を大きく形成してあり、例えば加熱装置PH1及びSHでは
〜約８２、加熱装置PH2及びPH3では約１１０程度に
形成されている。

外部ケーシング３３の天井部３３ｂは特に断熱性の大き
い断熱材３５によって形成されており、該断熱材は結合
部材３６によって立上り部３３ａと結合され、更に基台
２２にアングル部材３８によって固定された換気用の上
部フード３９に固定されている。上部フード３９には基
板１６の進行方向左右両側に複数の換気口３９ａが形成
され、最上部３９ｂには排気ファン４０が取り付けられ
ている。この排気ファン４０は各加熱装置PH1，PH2，PH
3及びSHで発生した有機溶剤の蒸気やフラックスガス等
を外部に排気するためのものである。

ヒータ１４は、空気循環通路１３中に配設されており、
空気を流入させながらこれを加熱するようにしたもので
あって、図示の実施例では２種類のものが用いられてい
る。

第３図及び第４図に示すヒータ１４は、所定の間隔で
配置された電熱器４３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４４でサンドイッチ構造に
上下から挟圧保持してなり、金属板４４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４４ａが設けられている。本明細書ではこのタイプ
のヒータ１４をパネルヒータ１４Ｐと呼ぶこととする。
パネルヒータ１４Ｐの電熱器４３は、第４図に示すよう
に、外部の電源（図示せず）に電気的に接続されて該電
源から電力を供給されるようになっている。なおパネル
ヒータ１４Ｐの下方には温度センサ４５が下降空気循環
通路１３Ｄの略中央部に設置されており、該温度センサ
はコンピュータ（図示せず）に電気的に接続されてい
る。また温度センサ４５の下方には基板１６の搬送経路
４８となるコンベア１５が設けられており、このコンベ
ア１５は各リンク４９ａから基板１６を載置するための
ピン５０が突出形成されたエンドレスチェーン４９で構
成されており、該エンドレスチェーンの基板１６の搬送
方向に対する直角方向の幅は第２図に示す幅調整ハンド
ル５１によって広狭適宜調節することができるようにな
っている。

またコンベア１５の更に下方には、予備加熱工程及び半
田付け工程において基板１６等から落下する落下物を外
部に運び出するための落下物搬出コンベア５２が設けら
れており、該落下物搬出コンベアはエンドレスのメッシ
ュチェーンによって構成され、これは第２図に示す回転
ハンドル５３によって手動で作動させることができるよ
うになっている。また落下物搬出コンベア５２の下方に
は、整流板５４が設けられ、該整流板には多数の空気穴
５４ａが形成され、該整流板の全面から均一に空気が下
方に吸引されるように構成されている。そして該整流板
を通って下降した空気は送風機１２により吸引されて上
昇空気循環通路１３Ｕ内に吐出されるように構成されて
いる。整流板５４はアングル部材５５を介して内部ケー
シング３４に固定され、落下物搬出コンベア５２は整流
板５４に固定された一対のブラケツト５８上に摺動自在
に載置されている。内部ケーシング３４の底部３４ｂに
は送風機１２の直径と略等しい直径の空気穴３４ｃが形
成されている。

次に、第５図及び第６図において、他の形式のヒータ１
４は、空気が上下方向に流れ得る構造の多数のフィン５
８ａを備えた熱伝導性の良好な、例えばアルミニウム等
の金属で形成された金属板５８で電熱器５９をサンドイ
ッチ構造に水平方向から挟圧保持したものであり、これ
は通過し得る空気の流量を多くすることができ、急速な
加熱効果を得るために好適なもので、本明細書ではこの
タイプのヒータ１４をフィンヒータ１４Ｆと呼ぶことと
する。図示の実施例においては、例えばフィン５８ａは
２８枚で一列を形成し、基板１６の進行方向に同一のフ
ィンヒータ１４Ｆが６列設置されてヒータ１４が形成さ
れている。またその他の構成は第３図及び第４図に示す
場合と同一であるので、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。

次に、第１図において、リフロー半田付け装置１１の各
加熱装置PH1，PH2，PH3及びSHに夫々用いられるヒータ
１４の組合せについて説明する。第１図においては送風
機１２、空気循環通路１３、ヒータ１４、コンベア１５
及び空気室１８を備えた加熱装置PH1，PH2，PH3，SHが
各々独立して４台設けられており、予備加熱ゾーンPHZ
の初期及び半田付けゾーンSHZを担当する加熱装置PH1及
びSHにはフィンヒータ１４Ｆを用い、予備加熱ゾーンPH
Zの中期及び後期を担当する加熱装置PH2及びPH3にはパ
ネルヒータ１４Ｐを用いている。これはまず予備加熱ゾ
ーンPHZの初期において急速な加熱を行い、その中期及
び後期においてむらなく均一な加熱を行い、更に半田付
けゾーンSHZにおいては急速に基板１６を加熱してクリ
ーム半田（図示せず）を溶融させることができるように
したものである。

また上記のように送風機１２用の軸受２０，２１及び電
動モータ２６等の駆動機構３０のすべてがコンベア１５
の下方に配設され、この結果リフロー半田付け装置１１
の全高Ｈは1.35m以下に設定されている。

更に第１図において、リフロー半田付け装置１１の左方
にはコンベア１５を駆動するための電動モータ６０及び
冷却ファン６１が設けられている。

なお、上記説明における空気は、大気中に存在する窒素
約７９％、酸素その他の気体約２１％からなる自然の空
気に限定されるものではなく、例えば上記自然の空気か
ら酸素その他の気体を除去した窒素ガスのみであっても
よく、実用的には窒素純度99.9％、好ましくは99.99%の
ものを使用することが可能であり、この窒素ガスは市販
の窒素ボンベ等により供給することができる。

そして本発明リフロー半田付け方法は、第７図及び第８
図に示すように、送風機１２によって空気を循環させ、
該循環する空気をヒータ１４により加熱して電子部品６
５が搭載されて搬送される基板１６に接触させて該基板
を加熱するリフロー半田付け方法において、基板１６の
搬送経路４８の下方にのみ配設された送風機１２により
該搬送経路の上方から下方に向かって空気を循環させ、
送風機１２の吸引力により生じた負圧によって空気をヒ
ータ１４に流入させて加熱し、加熱空気を基板１６に接
触させた後、送風機１２から吐出される加熱空気を下方
から上方に循環させる方法である。また本発明リフロー
半田付け方法は、第７図及び第８図に示すように、送風
機１２によって空気を循環させ、該循環する空気をヒー
タ１４により加熱して電子部品６５が搭載されて搬送さ
れる基板１６に接触させて基板１６を加熱するリフロー
半田付け方法において、基板１６の搬送経路４８の下方
にのみ配設された送風機１２により該搬送経路の上方か
ら下方に向かって空気を循環させ、しかもヒータ１４の
上方に設けた容量の大きい空気室１８において該空気の
流速を著しく低速にして停滞させ、送風機１２の吸引力
により生じた負圧によって空気室１８から空気をヒータ
１４に流入させて加熱し、加熱空気を基板１６に接触さ
せた後、送風機１２から吐出される加熱空気を下方から
上方に循環させて空気室１８にもどす方法である。

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。まず第７図において、パネルヒータ
１４Ｐを用いた加熱装置PH2及びPH3について説明する
と、電動モータ２６が回転することにより、その回転軸
２６ａ及びプーリ２８を介してＶベルト２５がプーリ２
３を駆動し、これによって回転軸１９が一方向に回転し
て送風機１２の各ブレード１２ａが高速度で回転を開始
する。すると下降空気循環通路１３Ｄ内は大気圧よりも
圧力が小さく、即ち負圧となるため、空気室１８から矢
印Ａで示す如く該下降空気循環通路１３Ｄを通って、空
気はパネルヒータ１４Ｐの空気穴４４ａに流入し、ここ
で電熱器４３により加熱された金属板４４によって熱交
換を受けて高温の加熱空気となって、矢印Ｂの如く下降
してコンベア１５により搬送される基板１６及びこれに
搭載された電子部品６５に接触してこれを加熱する。こ
の場合において従来のように上方に配設された送風機に
よって増圧された空気をヒータ１４に押し込む方式を取
っておらず、そして内部ケーシング３４内の下降空気循
環通路１３Ｄを負圧にしてこの負圧によって空気の流速
の著しく低い、即ち空気が停滞した空気室１８から吸引
するようにしているため、ヒータ１４の全面における空
気穴４４ａから略均一の流量の空気が吸入されてヒータ
１４の全面から均一な熱容量を持った加熱空気が下降し
て基板１６及び電子部品６５に接触することになる。こ
れによって基板１６の全面が均一に加熱されることにな
る。

そして矢印Ｃの如く落下物搬出コンベア１２を通過し
た空気は矢印Ｄの如く整流板５４をその空気穴５４ａを
介して通過し、内部ケーシング３４の低部３４ｂの空気
穴３４ｃを通って送風機１２により吸引され、矢印Ｅの
如く図中左右方向に流れて上昇空気循環通路１３Ｕ内を
矢印Ｇの如く上昇して空気室１８内にもどされる。この
場合において、ヒータ１４によって加熱された空気の温
度は温度センサ４５によって逐次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
度の空気が得られるように常時電熱器４３に対する電力
の調節を行う。これによって予備加熱ゾーンPHZにおい
ては空気の温度は150゜C程度に加熱される。

またこのパネルヒータ１４Ｐによると、空気穴４４ａの
合計通路断面積があまり大きく取れないため、空気に対
する加熱能力は若干低いが金属板４４全体が加熱させて
高温となっているため該金属板から輻射熱が基板１６に
向かって相当放射され、これによって基板１６を均一に
むらなく加熱することができるので、予備加熱ゾーンPH
Zの中期及び後期を担当する加熱装置PH2及びPH3におい
てはこのパネルヒータ１４Ｐを採用している。これによ
って予備加熱が十分にむらなく基板１６全体にわたって
行われることになる。また予備加熱中に基板１６から落
下する落下物６８は落下物搬出コンベア５２を回転ハン
ドル５３を回転させて作動させることにより外部に搬出
することができる。

また外部ケーシング３３は断熱材で形成されているた
め、ヒータ１４の熱が外部に逃げる割合が非常に少なく
熱効率は非常に高いものとなる。また加熱中に基板１６
等から配設する有機溶剤のガスやフラックスガスは、排
気ファン４０を回転させることによって換気口３９ａか
ら矢印Ｈの如く流入する空気と共に矢印Ｉの如く外部の
排気ダクト（図示せず）に押し出されて排気される。

次に、第８図に示すフィンヒータ１４Ｆを用いた加熱装
置PH1及びSHにおいては、同様に送風機１２が回転する
ことによって空気室１８から矢印Ａで示す如く、停滞し
た非常に低速の空気がフィンヒータ１４Ｆ内の隙間に吸
引されて第７図の場合と同様に基板１６及び電子部品６
５を加熱して送風機１２により吸引されて上昇空気循環
通路１３Ｕ内を上昇し、再び空気室１８にもどるが、こ
のフインヒータ１４Ｆを用いた場合には、その空気の通
路断面積がパネルヒータ１４Ｐに比べて非常に大きいた
め、多量の空気を流すことができ、従って急速な加熱を
行うことが可能である。このために予備加熱ゾーンPHZ
の初期を担当する加熱装置PH1及び半田付けゾーンSHZの
加熱装置SHにこれを用いて急速な予備加熱及びクリーム
半田を溶融させるための加熱を行っている。この場合に
は温度の均一性はパネルヒータ１４Ｐよりも若干劣る
が、急速な加熱が可能であるため、このようにパネルヒ
ータ１４Ｐとフィンヒータ１４Ｆとを適宜組み合わせて
リフロー半田付け装置１１に用いることによって理想的
な加熱を行うことが可能となる。の他の作用については
第７図に示す場合と同様であるので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。

次にリフロー半田付けの各工程について主として第１図
により説明する。リフロー半田付けに当たってはまず電
動モータ２６，６０及びヒータ１４等の電源を投入する
と、該電動モータが回転し、各送風機１２が回転すると
共に、コンベア１５が作動を開始し、予備加熱ゾーンPH
Z及び半田付けゾーンSHZ内において、空気は空気室１８
から下降空気循環通路１３Ｄ内を上記のように下降して
ヒータ１４内に吸引される。この場合すでにヒータ１４
は高温になっているので、空気は該ヒータによって熱交
換を受けて加熱され、予備加熱ゾーンPHZでは150゜C程度
に加熱されて基板１６及び電子部品６５に接触する。そ
して再び送風機１２によって吸引されて上昇空気循環通
路１３Ｕ内を上昇して空気室１８にもどる。

そしてコンベア１５によって電子部品６５が搭載された
基板１６がまず加熱装置PH1内に入って加熱された空気
に触れ、この場合にはフィンヒータ１４Ｆが採用されて
いるため該基板は急速に加熱される。この場合空気流の
風速は、３ｍ／sec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１６に固定されている。電子
部品６５が動いたりすることがなく、基板１６及び電子
部品６５は均一にむらなく第９図に示すような理想的に
温度曲線に従って加熱されて行く。そしてある程度急速
に加熱された基板１６は加熱装置PH2及びPH3において更
に均一にむらなく加熱され予備加熱が完了する。

この場合において、各加熱装置PH1，PH2及びPH3は夫
々独立して形成されているため、各加熱装置ごとに温度
調節が可能であり、また基板１６の温度は空気流によっ
て次第に上昇して該空気流の温度に熱的に飽和して行く
ため、該基板の温度の上限は必ず空気の温度以下となる
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４５によって読み取られてコンピュータに送
られ、電熱器４３，５９への電力が制御されて流れる空
気の温度は一定に保たれる。そして基板１６はコンベア
１５によって加熱装置PH2及びPH3によって150゜C程度に
予備加熱され、これによって予備加熱が完了する。

次いで基板１６は半田付けゾーンSHZに搬送され、ここ
ではより強力なフィンヒータ１４Ｆによって230゜C程度
に加熱された高温の空気が基板１６に接触し、クリーム
半田が溶融し、電子部品６５が基板１６の導電回路部に
半田付けされる。この場合基板１６のすべての部分の最
高温度は空気の温度に熱的に飽和するため、該空気の温
度以下となるので、空気の温度を管理していれば基板１
６が一定温度以上に不本意に加熱されることはありえな
い。従ってFICチップ等のSMDの半田付けにおいても電子
部品６５が高温のために破損するおそれは皆無となり、
ベーパフェーズ法と同一の好結果が得られる。

次に半田付け後の基板１６の冷却特性は、ベーパフェー
ズ法よりもはるかに優れている。即ち半田付けゾーンSH
Zから基板１６が出ると、該基板には空気以外なにも付
着していないので、冷却ファン６１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、安全性の点でも全く問題がなく、また半田付
けコストも安価となる。

例えば第９図に示すような幅200mm、長さ250mmの基板１
６上に搭載された熱容量の大きい電子部品６５Ａと熱容
量の非常に小さい電子部品６５Ｂとについて温度上昇曲
線を調べた試験結果について説明すると、第１０図に示
すように、電子部品６５Ａは熱容量が大きいために最初
から２分経過までの予備加熱においても温度上昇が電子
部品６５Ｂに比べて遅いが、空気の温度である約145゜C
に対して次第に熱的に飽和して該空気の温度に一致した
ところで平衡状態となり、半田付けゾーンSHZにおいて
も急激にではあるが電子部品６５Ｂに比べると若干遅れ
て温度が上昇し、半田付け温度に達してクリーム半田が
溶融して半田付けがなされ、その後半田付けゾーンSHZ
から出ると、冷却ファン６１によって通常の遠赤外線を
用いたヒータの場合と同様に急速に冷却される。

これに対して熱容量の非常に小さい電子部品６５Ｂは、
実線で示すように、２分経過までの予備加熱においても
電子部品６５Ａに比べてより速く温度が上昇するが、や
はり空気の温度に熱的に飽和して平衡状態となり、予備
加熱においては電子部品６５Ａ，６５Ｂ間に何ら温度的
な差はなくなり、また半田付けゾーンSHZにおいても電
子部品６５Ａに比べてより急速に温度が上昇して半田付
け温度に達するが、その最高温度は電子部品６５Ａ，６
５Ｂ間においてほとんど差がなく、わずかにこの差は２
゜C程度に押さえることが可能であることが立証された。

また第１０図に示す予備加熱における温度上昇曲線は両
電子部品６５Ａ，６５Ｂにおいて非常にゆるやかである
ので、基板１６及び電子部品６５に対する熱的ショック
が非常に小さく、熱的ショックによってこれらが破損す
る危険性が非常に少ない。そして従来の遠赤外線による
ヒータとベーパフェーズ法の長所を共に取り入れ、これ
ら従来技術の欠点を完全に解消し得たものである。

また各加熱装置において空気はほとんど外部に流失する
ことなく、空気循環通路１３内で循環するため、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。

また本発明では、電動モータ２６、Ｖベルト２５、回転
軸１９及び送風機１２等の駆動機構３０をすべてヒータ
１４及びコンベア１５の下方にのみ配設したので、運動
質量がリフロー半田付け装置１１の下方に集中する結果
となり、このためこれらの駆動機構３０から発生する振
動及び騒音を従来品に比べて非常に低減化することが可
能である。またこの低い位置においては、ヒータ１４の
熱の影響が少ないため、温度が低くなっており、従って
電動モータ２６及び軸受２０，２１に対する悪影響が極
めて少なく、これらの耐久性を大幅に向上させることが
できる。

また従来、ヒータ１４の上方に配置されていた電動モー
タ及び送風機１２がこの上部に存在しなくなったため、
たとえ容量の非常に大きい空気室１８を上部に設けても
なお上部フード３９の最高部３９ｂで定まるリフロー半
田付け装置１１の全高Ｈは第１１図に示す従来品よりも
２０cmは十分に低くすることができ、この結果該全高を
1.35m以下とすることが可能となった。このため第１図
に示すように作業者６の身長が例えば1.55mであったと
しても、その視線６ａが上部フード３９に当たることが
なく、リフロー半田付け装置１１の向うを見渡すことが
できることになり、この加熱空気循環方式のリフロー半
田付け装置１１を工場に設置した場合でも、工場内の見
通しを悪化させることがなく、例えば身長1.55m程度の
平均的な女子作業者の存在をも十分に確認することがで
き、工場内における管理、監督及び安全性の見地からも
大幅に作業環境を向上させることができる。

効果本発明は、上記のように送風機によって空気を強制的に
かなりの送風機（例えば３ｍ／sec）で循環させ、該循
環する空気をヒータにより加熱することにより熱伝導率
の低い点を風速で補って電子部品が搭載されて搬送され
る基板に接触させて半田付けを行うようにしたので、基
板及び電子部品が加熱空気に対して時間の経過と共に次
第に熱的に飽和して加熱されるようにすることができ、
急激な温度上昇を防止して、基板及び電子部品に対する
熱的ショックをなくすことができ、熱に弱いQFPやPLCC
又はFIC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することができる効果があ
る。また基板の温度上昇の精度を極めて高いもの（例え
ば±２゜C程度）とすることができる効果がある。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
きるという効果がある。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
果半田付けコストをベーパフェーズ法に比べて大幅に低
減することができ、装置の使用範囲を拡大することがで
きる効果がある。更には、基板の各部をむらなく加熱で
きるようにすることができ、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るようにすることがで
き、電子部品に対する半田付けの悪影響を極小とするこ
とができる効果が得られる。

また空気循環用の送風機を基板の搬送経路の下方にのみ
配設したので、リフロー半田付け装置の全高を従来例
（第１１図参照）よりも少なくとも２０cm低くして、1.
35m以下とすることができ、この結果加熱空気循環方式
のリフロー半田付け装置を工場に設置しても、身長1.55
m程度の監督者又は作業者であれば十分に工場内を見通
すことができると共にその存在が確認できるようにする
ことができ、工場内の管理、監督及び安全上の見地から
作業環境の改善を図ることができる効果がある。更には
送風機の基板の搬送経路の下方にのみ配設したので、送
風機、その駆動用電動モータ及び軸受等を低温部で作動
可能とすることができるため、これらの各装置の寿命の
短縮化を防止することができ、装置の信頼性を向上させ
ることができると共に、運動質量を低い位置に集中させ
ることになるため、装置の振動及び騒音を大幅に低減さ
せることができるという効果がある。

また空気循環用の送風機を基板の搬送経路の下方にのみ
配設し、空気循環通路を、送風機により吸引された空気
がヒータに流入して加熱され基板に接触する下降空気循
環通路と、送風機から吐出される空気が上昇してヒータ
の上方にもどされる上昇空気循環通路とを連通させて形
成したので、送風機の吸引力によって生じた負圧によっ
て空気をヒータに流入させて加熱するようになるため、
空気を増圧してヒータに押し込む形式の従来例に比べ
て、ヒータの全面における空気の流速や流量を均一化す
ることができ、この結果ヒータ全面における温度分布の
バラツキをなくすことができ、基板の各部をより均一に
加熱できるようにすることができる効果がある。

更には、ヒータの上方に、上昇空気循環通路から流入し
た空気の流速を著しく低速にして停滞させる容量の大き
な空気室を設けたので、ヒータの全面に極めて高い均一
度で空気が流入するようになり、ヒータの全面における
温度分布のバラツキを極小とすることができ、基板のど
の部分も完全にむらなく加熱できるという極めて優れた
効果が得られる。

またヒータを、温度分布の均一性に優れた多数の空気穴
が設けられたパネルヒータと、加熱能力の大きいフィン
ヒータの２種類とし、該フィンヒータを予備加熱ゾーン
の初期及び半田付けゾーンを担当する加熱装置に、パネ
ルヒータを予備加熱ゾーンの中期及び後期を担当する加
熱装置に夫々用いたので、予備加熱を初期の段階で一定
温度まで迅速に行い、次いで温度分布のバラツキをなく
すように均一に予備加熱し、これを半田付けゾーンで急
速に加熱してクリーム半田を溶融させて半田付けするよ
うにしたので、理想的な温度上昇と半田付けが行われる
ようにすることができ、抜群の半田付け性能を得ること
ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図から第１０図は本発明の実施例に係り、第１図は
リフロー半田付け装置の作業者との相互関係における概
略縦断面図、第２図はリフロー半田付け装置の斜視図、
第３図はパネルヒータを採用した加熱装置の部分破断斜
視図、第４図はパネルヒータを採用した加熱装置の第１
図におけるIV−IV矢視縦断面図、第５図はフィンヒータ
を採用した加熱装置の部分破断斜視図、第６図はフィン
ヒータを採用した加熱装置の第１図におけるVI−VI矢視
縦断面図、第７図はパネルヒータを採用した加熱装置内
における空気の流れを示す縦断面図、第８図はフィンヒ
ータを採用した加熱装置内における空気の流れを示す縦
断面図、第９図は試験片としての基板の平面図、第１０
図は本発明装置による電子部品の温度上昇曲線を示す線
図、第１１図は従来例に係るリフロー半田付け装置の作
業者との関係における概略縦断面図である。１１はリフロー半田付け装置、１２は送風機、１３は空
気循環通路、１３Ｄは下降空気循環通路、１３Ｕは上昇
空気循環通路、１４はヒータ、１５はコンベア、１６は
基板、１８は空気室、２０，２１は軸受、２６は電動モ
ータ、４３，５９は電熱器、４４，５８は金属板、４４
ａは空気穴、５８ａはフィン、Ｈは全高、PH1，PH2，PH
3，SHは加熱装置、PHZは予備加熱ゾーン、SHZは半田付
けゾーンである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】送風機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搭載されて搬
送される基板に接触させて該基板を加熱するリフロー半
田付け方法において、前記基板の搬送経路の下方にのみ
配設された前記送風機により該搬送経路の上方から下方
に向かって前記空気を循環させ、前記送風機の吸引力に
より生じた負圧によって前記空気を前記ヒータに流入さ
せて加熱し、加熱空気を前記基板に接触させた後、前記
送風機から吐出される該加熱空気を下方から上方に循環
させることを特徴とするリフロー半田付け方法。
【請求項２】送風機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搭載されて搬
送される基板に接触させて該基板を加熱するリフロー半
田付け方法において、前記基板の搬送経路の下方にのみ
配設された前記送風機により該搬送経路の上方から下方
に向かって前記空気を循環させ、しかも前記ヒータの上
方に設けた容量の大きい空気室において該空気の流速を
著しく低速にして停滞させ、前記送風機の吸引力により
生じた負圧によって前記空気室から前記空気を前記ヒー
タに流入させて加熱し、加熱空気を前記基板に接触させ
た後、前記送風機から吐出される該加熱空気を下方から
上方に循環させて前記空気室にもどすことを特徴とする
リフロー半田付け方法。
【請求項３】送風機と、該送風機によって空気を循環さ
せる空気循環通路と、該空気循環通路中に配設されて前
記空気を流入させながら加熱するヒータと、電子部品が
搭載された基板を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、前記送風機を前記コンベアの下
方にのみ配設し、該コンベアの上方に前記ヒータを配設
し、前記空気循環通路は、前記送風機により吸引された
前記空気が前記ヒータに流入して加熱され前記基板に接
触する下降空気循環通路と、前記送風機から吐出される
空気が上昇して前記ヒータの上方にもどされる上昇空気
循環通路とが連通して形成されたものであることを特徴
とするリフロー半田付け装置。
【請求項４】送風機と、該送風機によって空気を循環さ
せる空気循環通路と、該空気循環通路中に配設されて前
記空気を流入させながら加熱するヒータと、電子部品が
搭載された基板を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、前記送風機を前記コンベアの下
方にのみ配設し、該コンベアの上方に前記ヒータを配設
し、前記空気循環通路は、前記送風機により吸引された
前記空気が前記ヒータに流入して加熱され前記基板に接
触する下降空気循環通路と、前記送風機から吐出される
空気が上昇して前記ヒータの上方にもどされる上昇空気
循環通路とが連通して形成されたものであり、かつ該ヒ
ータの上方には該上昇空気循環通路から流入した前記空
気の流速を著しく低速にして停滞させる容量に大きな空
気室を設けたことを特徴とするリフロー半田付け装置。
【請求項５】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、該金属板には前記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請求項３又は４に
記載のリフロー半田付け装置。
【請求項６】前記金属板は、アルミニウムであることを
特徴とする請求項５に記載のリフロー半田付け装置。
【請求項７】前記ヒータは、前記空気が上下方向に流れ
得る構造の多数のフィンを備えた熱伝導性の良好な金属
板で電熱器をサンドイッチ構造に挟圧保持したものであ
ることを特徴とする請求項３又は４に記載のリフロー半
田付け装置。
【請求項８】請求項４に記載の前記送風機、前記空気循
環通路、前記ヒータ、前記コンベア及び前記空気室を備
えた加熱装置が各々独立して少なくとも４台設けられ、
予備加熱ゾーンの初期及び半田付けゾーンを担当する該
加熱装置に請求項７に記載の前記ヒータを用い、前記予
備加熱ゾーンの中期及び後期を担当する前記加熱装置に
は請求項５に記載の前記ヒータを用いたことを特徴とす
るリフロー半田付け装置。
【請求項９】前記送風機用の軸受及び電動モータ等の駆
動機構のすべてが前記コンベアの下方に配設されたこと
を特徴とする請求項３又は４に記載のリフロー半田付け
装置。
【請求項１０】全高を1.35m以下としたことを特徴とす
る請求項３又は４に記載のリフロー半田付け装置。