JPH06344176A - 不活性雰囲気はんだ付け装置における酸素濃度制御方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 不活性雰囲気中ではんだ付けを行う場合の酸
素濃度を限られた範囲内に制御する際の安定性および応
答性の向上を図る。 【構成】 リフロー用の炉体11に対し、炉内酸素濃度を
制御するための不活性ガス注入回路21とエアミックス回
路22とを設ける。不活性ガス注入回路21は、液体窒素タ
ンク31から流量調整弁34を経て窒素注入ノズル36に至
る。エアミックス回路22は、空圧源41から流量調整弁43
を経て空気注入ノズル45に至る。炉体11に炉内雰囲気サ
ンプリング用のチューブ51を挿入する。チューブ51に吸
入管路52を経て雰囲気中の酸素濃度を測定する酸素濃度
計53を接続する。酸素濃度計53は調節器54に接続する。
調節器54は、流量調整弁34，43を制御して窒素ガスおよ
び空気の流量をそれぞれ制御し、窒素ガスにより炉内酸
素濃度を下げ、空気により炉内酸素濃度を上げ、炉内酸
素濃度を所望の範囲内に迅速に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、はんだ付け特性を向上
させる目的で、はんだ付け用のリフロー炉または噴流式
チャンバ内に大気よりも酸素濃度の低いはんだ付け雰囲
気を作り出すために不活性ガスを注入して運転する不活
性雰囲気はんだ付け装置における酸素濃度制御方法およ
びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は、はんだ付け用のリフロー炉を示
し、炉体11の内部にブロワ12および案内板13により雰囲
気循環系を形成し、この雰囲気循環系に白金等の触媒1
4、ヒータ15およびワーク（表面実装基板Ｗ）の搬送ラ
インを配置し、炉内に基板Ｗを搬入して高温の雰囲気に
よりリフローはんだ付けを行うようにしている。

【０００３】このようなリフロー炉内は、窒素ガス等の
不活性ガスを注入して運転することにより図５に示され
るように大気よりも酸素濃度の低いはんだ付け雰囲気を
作り出して、はんだ付け特性の向上を図っている。

【０００４】この図５において、Ａは炉内に一定の低酸
素濃度雰囲気を形成するまでの装置立上げに要する時間
であり、この時間Ａは窒素ガスを炉内へ全開で注入す
る。また、Ｂは基板Ｗを炉内へ投入してはんだ付けを行
っている時間であり、この間は窒素ガスの流量を制御し
て酸素濃度を一定の範囲内に制御する。

【０００５】一般的に不活性ガスとして窒素ガスのみを
リフロー炉内へ注入し、その注入流量を増やせば図５の
b1で示されるように雰囲気の酸素濃度はより低下し、逆
に窒素ガスの注入流量を減らせば図５のb2で示されるよ
うに酸素濃度は高くなる。

【０００６】はんだ付けされる基板Ｗのリフロー炉内へ
の投入の断続や投入量の変化により、基板Ｗが外からは
んだ付け雰囲気中へ持込む空気量も変化して雰囲気中の
酸素濃度が変動し、はんだ付け品質の変化につながるこ
とになる。

【０００７】酸素濃度が低くなればはんだ付け品質を向
上させることができるが、窒素ガスの消費量を増大させ
ランニングコストを上げてしまう。また、一般に窒素ガ
スは、液体窒素を蒸発させ純度の高いガスとしてはんだ
付け装置に供給する場合、酸素濃度を安定させるには数
百ppm からそれ以下の濃度にする必要がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来のようにリフロー
炉内へ窒素ガスのみを注入し、窒素ガスのみの注入量を
変化させて酸素濃度をコントロールする方法は、酸素濃
度を上げるように制御する際に窒素ガス注入流量を絞る
ので窒素ガス消費量を節約できるが、極端に注入流量を
絞ると酸素濃度上昇時のオーバーシュートが大きくな
り、酸素濃度の安定性が低下する。

【０００９】特に、はんだ付け用フラックスから発生す
るイソプロピルアルコールを雰囲気中の酸素と化合させ
て二酸化炭素と水分とに分解させる目的で、図４に示さ
れるように雰囲気循環系に白金等の触媒14を設けた場合
は、図５にＣで示されるように基板の投入がなくなる
と、触媒14の上記作用によって曲線c1，c2で示されるよ
うに必要以上に酸素濃度が下がってしまうことがある。

【００１０】この場合は窒素ガス注入流量を極端に減ら
しながら酸素濃度の上昇復帰を待つが、基板の投入がな
い限り酸素濃度を所望の値までなかなか回復させること
ができない。また、いったん窒素ガス注入流量を極端に
減らすと、酸素濃度上昇時のオーバーシュートが大きく
なりコントロール精度が悪くなる問題がある。

【００１１】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、不活性雰囲気中ではんだ付けを行う場合の酸素濃
度を限られた範囲内に制御する際の安定性および応答性
の向上を図ることを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、不活性ガスを注入した低酸素濃度雰囲気中ではんだ
付けをする不活性雰囲気はんだ付け装置において、雰囲
気中の酸素濃度を測定しながら、所望の酸素濃度に近づ
けるために不活性ガスの注入流量をコントロールすると
ともに、必要に応じて雰囲気中に空気を強制的に供給す
る構成の不活性雰囲気はんだ付け装置における酸素濃度
制御方法である。

【００１３】請求項２に記載の発明は、請求項１の酸素
濃度制御方法において、雰囲気中に直接空気を供給する
方法である。

【００１４】請求項３に記載の発明は、請求項１の酸素
濃度制御方法において、雰囲気中に供給される不活性ガ
ス中に空気を混入した方法である。

【００１５】請求項４に記載の発明は、不活性ガスを注
入して形成した低酸素濃度雰囲気中ではんだ付けをする
不活性雰囲気はんだ付け装置において、雰囲気中に不活
性ガスを強制的に注入する不活性ガス注入回路と、雰囲
気中に空気を強制的に混入するエアミックス回路と、不
活性ガス注入回路およびエアミックス回路にそれぞれ設
けられた流量調整弁と、雰囲気をサンプリングして雰囲
気中の酸素濃度を測定する酸素濃度計と、この酸素濃度
計から得られた測定値に基づき雰囲気中の酸素濃度を所
望の酸素濃度に近づけるために不活性ガス注入回路およ
びエアミックス回路の各流量調整弁を制御する調節器と
を具備した構成の不活性雰囲気はんだ付け装置における
酸素濃度制御装置である。

【００１６】

【作用】請求項１に記載の発明は、酸素濃度が必要以上
に上昇した場合は不活性ガスの流量を増やし、また、必
要以上に酸素濃度が下がってしまった場合は空気を流量
調整しながら加えることにより、不活性ガスの流量を極
端に絞ることなく酸素濃度を上昇復帰させ、酸素濃度を
一定の範囲内で安定させる。

【００１７】請求項２に記載の発明は、雰囲気中に直接
空気を供給して、雰囲気中の酸素濃度を一定範囲内に上
昇復帰させる。

【００１８】請求項３に記載の発明は、雰囲気中に供給
される不活性ガス中に空気を混入して、雰囲気中の酸素
濃度を一定範囲内に上昇復帰させる。

【００１９】請求項４に記載の発明は、酸素濃度が必要
以上に上昇した場合はそれを酸素濃度計により検知した
調節器が不活性ガス注入回路の流量調整弁を開方向へ制
御して不活性ガスの注入流量を増やし、また、必要以上
に酸素濃度が下がってしまった場合は、それを酸素濃度
計により検知した調節器が不活性ガス注入回路の流量調
整弁とエアミックス回路の流量調整弁とを制御して、不
活性ガス流量を極端に絞ることなく空気を流量調整しな
がら加えることにより、酸素濃度を上昇復帰させて一定
の範囲内で安定させる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明を図１に示されるリフロー式の
実施例、図２に示される酸素濃度制御例および図３に示
される噴流式の実施例を参照して詳細に説明する。

【００２１】図１（Ａ）は本発明をリフロー式はんだ付
け装置に適用した例であり、炉体11の内部を仕切板16に
より区画して複数のプリヒート室およびリフロー室を形
成する。

【００２２】プリヒート室またはリフロー室の構造は、
図４と同様に炉体11の内部にブロワ12および図示しない
案内板により雰囲気循環系を形成し、この雰囲気循環系
に白金等の触媒14、ヒータ15およびワーク（表面実装基
板Ｗ）の搬送ラインを配置する。

【００２３】図１（Ａ）に示されるように、少なくとも
リフロー室に対し、炉内酸素濃度を制御する酸素濃度制
御装置を設ける。

【００２４】この酸素濃度制御装置は、雰囲気中に不活
性ガス（窒素ガス）を強制的に注入する不活性ガス注入
回路21と、雰囲気中に空気を強制的に混入するエアミッ
クス回路22とを有する。

【００２５】不活性ガス注入回路21は、液体窒素の入っ
たタンク31、蒸発器32、減圧弁33、流量調整弁34、窒素
供給管路35および窒素注入ノズル36により構成され、タ
ンク31から取出した液体窒素を蒸発器32により気化し、
減圧弁33で設定圧に制御するとともに、流量調整弁34に
より流量を制御して、窒素注入ノズル36により炉体11の
内部へ注入する。

【００２６】エアミックス回路22は、コンプレッサ等の
空圧源41、減圧弁42、流量調整弁43、空気供給管路44お
よび空気注入ノズル45により構成され、空圧源41から供
給された圧縮空気を減圧弁42で設定圧に制御するととも
に、流量調整弁43により流量制御して、空気注入ノズル
45により炉体11の内部へ注入する。

【００２７】前記炉体11に炉内雰囲気をサンプリングす
るためのチューブ51を挿入し、このチューブ51にサンプ
リングガス吸入管路52を経て雰囲気中の酸素濃度を測定
するジルコニア式酸素濃度計53を接続する。

【００２８】この酸素濃度計53の出力ラインは、炉内雰
囲気中の酸素濃度を所望の酸素濃度範囲内に制御するた
めの調節器（コントローラ）54に接続する。

【００２９】この調節器54から引出された窒素ガス流量
制御ライン55は、前記不活性ガス注入回路21の流量調整
弁34に設けられた制御モータに接続する。また、調節器
54から引出された空気流量制御ライン56は、エアミック
ス回路22の流量調整弁43に設けられた制御モータに接続
する。

【００３０】なお、図１（Ａ）に示される実施例では、
炉内に窒素注入ノズル36とともに空気注入ノズル45を挿
入することにより、雰囲気中に直接空気を供給するよう
にしているが、図１（Ｂ）に示されるように、炉内に窒
素注入ノズル36のみを挿入し、この窒素注入ノズル36へ
の配管途中部に空気供給管路44を接続することにより、
雰囲気中に供給される窒素ガス中に空気を混入するよう
にしてもよい。

【００３１】次に、図１に示された実施例の作用を説明
すると、酸素濃度計53により炉内雰囲気の酸素濃度を測
定しながら、所望の酸素濃度に近づけるように調節器54
により炉内へ注入される窒素ガスおよび空気の流量をコ
ントロールし、基本的には窒素ガスの注入された炉内の
低酸素濃度雰囲気中でリフローはんだ付けを行う。

【００３２】例えば、雰囲気中の酸素濃度が必要以上に
上昇した場合は、それを酸素濃度計53により検知した調
節器54が、不活性ガス注入回路21の流量調整弁34を開方
向へ制御して、雰囲気中への窒素ガス注入流量を増や
す。

【００３３】一方、雰囲気中の酸素濃度が必要以上に下
がってしまった場合は、それを酸素濃度計53により検知
した調節器54が、不活性ガス注入回路21の流量調整弁34
およびエアミックス回路22の流量調整弁43を共に制御し
て、窒素ガス流量を極端に絞ることなく流量調整された
空気を炉内雰囲気中に強制的に加えることにより、雰囲
気中の酸素濃度を上昇復帰させて一定の範囲内で安定さ
せる。

【００３４】図２は、図１に示されたリフロー式はんだ
付け装置における酸素濃度制御の一例を示し、前半は酸
素濃度を300 ppm に設定した場合であり、後半は酸素濃
度を1000ppm に設定した場合である。

【００３５】図２においてＡは、炉内に一定の低酸素濃
度雰囲気を形成するまでの装置立上げに要する時間であ
り、この間t1〜t3は窒素ガスを全開から徐々に絞りなが
ら炉内へ注入する。

【００３６】図２においてＢは、基板Ｗを炉内へ投入し
てはんだ付けを行っている時間であり、この間は基板Ｗ
が炉内へ持込む空気により酸素濃度が上昇する場合t4が
あるので、そのときは窒素ガスの流量を一時的に増やす
ように制御して酸素濃度を低下させる。

【００３７】図２においてＣは、基板Ｗの炉内への投入
がないために、白金等の触媒14の作用により炉内のイソ
プロピルアルコールと酸素との化合が促進されて、必要
以上に酸素濃度が下がってしまった場合であり、このよ
うなときは炉内へ空気を強制的に供給して酸素濃度を上
昇させる。

【００３８】図２においてＤは、酸素濃度設定を例えば
1000ppm に変更した場合の制御例であり、炉内へ空気を
強制的に供給して酸素濃度を設定値まで急速に上昇させ
ることができ、設定変更に迅速に対応できる。

【００３９】この図２の各時間における炉内へ供給され
る窒素ガスの流量および空気の流量は、下記の表１に示
す通りである。

【００４０】

【表１】 以上のように、結果的にはんだ付け品質の一定性が保て
る場合には、敢えて圧縮空気を微量加えることにより、
基板一枚当りの酸素濃度増加量（例えば30ppm）が変動
割合として小さく抑えられ、作業の条件管理を行い易く
することが可能である。

【００４１】図３は、本発明を噴流式はんだ付け装置に
適用した例であり、基板Ｗの搬送ライン61に沿ってプリ
ヒータ62および噴流はんだ槽63が配置され、このプリヒ
ータ62および噴流はんだ槽63はチャンバ64により覆わ
れ、このチャンバ64内のはんだ槽上に窒素ガスを注入す
るための窒素注入ノズル36と、空気を注入するための空
気注入ノズル45とが設けられている。また、チャンバ64
内にはんだ付け雰囲気をサンプリングするためのチュー
ブ51が挿入されている。これらのノズル36，45およびチ
ューブ51に図１（Ａ）に示された酸素濃度制御装置が接
続される。

【００４２】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、酸素濃
度が上がった場合は不活性ガスの流量を増やし、また、
必要以上に酸素濃度が下がってしまった場合は空気を流
量調整しながら加えることにより、不活性ガスの流量を
極端に絞ることなく雰囲気中の酸素濃度を迅速に上昇復
帰させ、酸素濃度を一定の範囲内で安定させることがで
きる。

【００４３】請求項２に記載の発明によれば、雰囲気中
に直接空気を供給して、酸素濃度が下がり過ぎた場合の
酸素濃度上昇復帰を制御できる。

【００４４】請求項３に記載の発明によれば、雰囲気中
に供給される不活性ガス中に空気を混入して、酸素濃度
が下がり過ぎた場合の酸素濃度上昇復帰を制御できる。

【００４５】請求項４に記載の発明によれば、請求項１
に記載の制御方法を効果的に実施できる酸素濃度制御装
置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａは本発明のリフロー式実施例を示すリフロー
炉の断面図および酸素濃度制御系の回路図である。Ｂは
その空気注入部分の変形例を示す断面図である。

【図２】同上実施例の酸素濃度制御例を示す酸素濃度経
時変化のグラフである。

【図３】本発明に係る噴流式実施例を示す断面図であ
る。

【図４】一般的なリフロー炉の断面図である。

【図５】従来の酸素濃度制御例を示す酸素濃度経時変化
のグラフである。

【符号の説明】

21 不活性ガス注入回路 22 エアミックス回路 34，43 流量調整弁 53 酸素濃度計 54 調節器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安達 稔 埼玉県狭山市上広瀬東久保591番地の11 株式会社タムラ製作所狭山工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 不活性ガスを注入した低酸素濃度雰囲気
   中ではんだ付けをする不活性雰囲気はんだ付け装置にお
   いて、 雰囲気中の酸素濃度を測定しながら、所望の酸素濃度に
   近づけるために不活性ガスの注入流量をコントロールす
   るとともに、 必要に応じて雰囲気中に空気を強制的に供給することを
   特徴とする不活性雰囲気はんだ付け装置における酸素濃
   度制御方法。
2. 【請求項２】 雰囲気中に直接空気を供給することを特
   徴とする請求項１記載の不活性雰囲気はんだ付け装置に
   おける酸素濃度制御方法。
3. 【請求項３】 雰囲気中に供給される不活性ガス中に空
   気を混入したことを特徴とする請求項１記載の不活性雰
   囲気はんだ付け装置における酸素濃度制御方法。
4. 【請求項４】 不活性ガスを注入して形成した低酸素濃
   度雰囲気中ではんだ付けをする不活性雰囲気はんだ付け
   装置において、 雰囲気中に不活性ガスを強制的に注入する不活性ガス注
   入回路と、 雰囲気中に空気を強制的に混入するエアミックス回路
   と、 不活性ガス注入回路およびエアミックス回路にそれぞれ
   設けられた流量調整弁と、 雰囲気をサンプリングして雰囲気中の酸素濃度を測定す
   る酸素濃度計と、 この酸素濃度計から得られた測定値に基づき雰囲気中の
   酸素濃度を所望の酸素濃度に近づけるために不活性ガス
   注入回路およびエアミックス回路の各流量調整弁を制御
   する調節器とを具備したことを特徴とする不活性雰囲気
   はんだ付け装置における酸素濃度制御装置。