JPH0677830B2 - 基板加熱方法 - Google Patents
基板加熱方法Info
- Publication number
- JPH0677830B2 JPH0677830B2 JP62330721A JP33072187A JPH0677830B2 JP H0677830 B2 JPH0677830 B2 JP H0677830B2 JP 62330721 A JP62330721 A JP 62330721A JP 33072187 A JP33072187 A JP 33072187A JP H0677830 B2 JPH0677830 B2 JP H0677830B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- heat
- mask
- temperature
- heating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistors
- H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistors electrically connecting electric components or wires to printed circuits
- H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistors electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D23/00—Control of temperature
- G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
- G05D23/1919—Control of temperature characterised by the use of electric means characterised by the type of controller
- G05D23/192—Control of temperature characterised by the use of electric means characterised by the type of controller using a modification of the thermal impedance between a source and the load
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
- B23K1/008—Soldering within a furnace
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistors
- H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistors electrically connecting electric components or wires to printed circuits
- H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistors electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
- H05K3/3494—Heating processes for reflow soldering
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K2203/00—Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
- H05K2203/16—Inspection; Monitoring; Aligning
- H05K2203/163—Monitoring a manufacturing process
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K2203/00—Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
- H05K2203/30—Details of processes not otherwise provided for in H05K2203/01 - H05K2203/17
- H05K2203/304—Protecting a component during manufacturing
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、プリント基板上への電子部品のリフロー半田
付などにおいて用いる基板加熱方法に関するものであ
る。
付などにおいて用いる基板加熱方法に関するものであ
る。
従来の技術 代表例として、リフロー半田付工法について述べる。プ
リント基板（以下基板と略記する。）上への電子部品の
高密度実装化の技術動向において、リフロー炉を用いた
素子の半田付工法が採用されつつある。リフロー工法
は、これまでの溶融ハンダ槽に素子の載った基板をディ
ップするフロー工法と異なり、半田の微細粒子とペース
トからなるクリーム状半田を、基板の所定位置に塗布し
た後に素子を置き、赤外線により加熱溶融させて半田付
するというものである。
リント基板（以下基板と略記する。）上への電子部品の
高密度実装化の技術動向において、リフロー炉を用いた
素子の半田付工法が採用されつつある。リフロー工法
は、これまでの溶融ハンダ槽に素子の載った基板をディ
ップするフロー工法と異なり、半田の微細粒子とペース
トからなるクリーム状半田を、基板の所定位置に塗布し
た後に素子を置き、赤外線により加熱溶融させて半田付
するというものである。
一般的なリフロー炉を第７図に示す。一定速度ｖで移動
するコンベア１の上で、素子を載せた基板２は、一定の
熱量を発生し続ける熱源３により加熱される。炉の前半
部Ａは、予熱部で、通常150℃前後に基板２を暖める。
次いでＢ部で約250℃の温度を発生させて半田付を行
い、その後ファン送風などで冷却して取り出される。
するコンベア１の上で、素子を載せた基板２は、一定の
熱量を発生し続ける熱源３により加熱される。炉の前半
部Ａは、予熱部で、通常150℃前後に基板２を暖める。
次いでＢ部で約250℃の温度を発生させて半田付を行
い、その後ファン送風などで冷却して取り出される。
上記、従来のリフロー工法をはじめとする基板加熱方法
は、基板の加熱効率の点から必ずしも良好とは言えず、
基板上の素子間の熱容量の違いや、その配置の不均一性
から、基板２には温度分布が生じる。従って、炉の温度
条件を低熱容量素子に合わせると、大熱容量素子は温度
が十分に上昇し切れないために生焼けが生じ、一方、大
熱容量素子に炉を合わせると、小部品は熱破壊をきたす
ほか、溶融，変形する。要は同一の基板２の中に十分な
加熱を要する素子と、加熱を好まない素子とが混在して
いる場合には、各々の素子に応じた適正加熱を同時に達
成することは不可能であった。
は、基板の加熱効率の点から必ずしも良好とは言えず、
基板上の素子間の熱容量の違いや、その配置の不均一性
から、基板２には温度分布が生じる。従って、炉の温度
条件を低熱容量素子に合わせると、大熱容量素子は温度
が十分に上昇し切れないために生焼けが生じ、一方、大
熱容量素子に炉を合わせると、小部品は熱破壊をきたす
ほか、溶融，変形する。要は同一の基板２の中に十分な
加熱を要する素子と、加熱を好まない素子とが混在して
いる場合には、各々の素子に応じた適正加熱を同時に達
成することは不可能であった。
以上の基本的な問題点に対して、輻射光を基板上の任意
の部位で制御する目的で、マスキングを行うことを特徴
とするもの（特開昭60−208893号公報）がすでに提案さ
れている。
の部位で制御する目的で、マスキングを行うことを特徴
とするもの（特開昭60−208893号公報）がすでに提案さ
れている。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、この方式は、輻射光強度を定量的に制御
しようとするもでは無く、マスクとして単に熱容量の大
きい部品には大きいスリット、熱容量の小さい部品には
小さいスリットを適用するとだけ記述され、具体的マス
ク寸法を規定する手法に触れていない。更に、熱容量の
大小をどの様に定量評価するかに関しても触れていな
い。また伝熱等に起因する副次作用による温度分布の二
次的変化を予測することもできず、マスクの形状決定に
も試行錯誤を余儀なくされ、真の最適設計されたマスク
形状を見出すのは不可能と言える。
しようとするもでは無く、マスクとして単に熱容量の大
きい部品には大きいスリット、熱容量の小さい部品には
小さいスリットを適用するとだけ記述され、具体的マス
ク寸法を規定する手法に触れていない。更に、熱容量の
大小をどの様に定量評価するかに関しても触れていな
い。また伝熱等に起因する副次作用による温度分布の二
次的変化を予測することもできず、マスクの形状決定に
も試行錯誤を余儀なくされ、真の最適設計されたマスク
形状を見出すのは不可能と言える。
本発明は上記問題点に鑑み、種々の熱容量の異なる基板
に対し、温度制御性の大幅な向上を図ることで、半田付
不良を飛躍的に低減し、生産性を高め、素子の品質を安
定に保護することができる最適化された基板加熱方法を
提供することを目的とするものである。
に対し、温度制御性の大幅な向上を図ることで、半田付
不良を飛躍的に低減し、生産性を高め、素子の品質を安
定に保護することができる最適化された基板加熱方法を
提供することを目的とするものである。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明の基板加熱方法
は、略薄肉平板状で、表面に部品を載置することにより
面内に熱容量分布を有する基板に対して、前記基板の略
法線方向に位置し、輻射熱線を発生する熱源を有する炉
にて、略平板状で、前記基板と熱源との間に位置し、前
記基板に略平行に近接して配され、孔、又は熱線透過部
を有するマスクを介して加熱する基板加熱方法におい
て、任意の時刻τに対し、微小時間間隔Δτだけ進んだ
時刻における前記基板のｘ−ｙ面内格子点（i,j）にお
ける温度 を 前記炉を雰囲気設定条件である単位時間に基板に流入す
るＺ方向の熱量ｑ（τ）を 基板の部品を載置しない部位における温度 を とするとき、 及び の測定データを用い、式（３）より得られるｑ（τ）と
式（１）とから を予測計算し、この の予測計算値と実験における とから部品固有の等価熱量CSγＳδＳを決定し、差分格
子上に重ね合わせるマスクの開口率Ｒ（i,j）を式
（２）の輻射に関する項に乗じて得られる次式 において、マスク開口率Ｒ（i,j）を変化させて熱量ｑ
（τ）を制御して均熱、又は所望の加熱を実現するマス
クの孔径又は熱線透過部面積を設定し、このマスクを用
いて基板を加熱することを特徴とするものである。
は、略薄肉平板状で、表面に部品を載置することにより
面内に熱容量分布を有する基板に対して、前記基板の略
法線方向に位置し、輻射熱線を発生する熱源を有する炉
にて、略平板状で、前記基板と熱源との間に位置し、前
記基板に略平行に近接して配され、孔、又は熱線透過部
を有するマスクを介して加熱する基板加熱方法におい
て、任意の時刻τに対し、微小時間間隔Δτだけ進んだ
時刻における前記基板のｘ−ｙ面内格子点（i,j）にお
ける温度 を 前記炉を雰囲気設定条件である単位時間に基板に流入す
るＺ方向の熱量ｑ（τ）を 基板の部品を載置しない部位における温度 を とするとき、 及び の測定データを用い、式（３）より得られるｑ（τ）と
式（１）とから を予測計算し、この の予測計算値と実験における とから部品固有の等価熱量CSγＳδＳを決定し、差分格
子上に重ね合わせるマスクの開口率Ｒ（i,j）を式
（２）の輻射に関する項に乗じて得られる次式 において、マスク開口率Ｒ（i,j）を変化させて熱量ｑ
（τ）を制御して均熱、又は所望の加熱を実現するマス
クの孔径又は熱線透過部面積を設定し、このマスクを用
いて基板を加熱することを特徴とするものである。
作 用 上記した構成によって、熱容量の不均一な分布を有する
基板に対して、熱容量の合理的な定量評価手法と、これ
を用いた伝熱解析手法，及び輻射熱制御用マスク設定手
法を用いることで、最適化された基板の均熱又は所望の
加熱を効率的に実現することができる。
基板に対して、熱容量の合理的な定量評価手法と、これ
を用いた伝熱解析手法，及び輻射熱制御用マスク設定手
法を用いることで、最適化された基板の均熱又は所望の
加熱を効率的に実現することができる。
実施例 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。
明する。
第１図は、本発明の第１の実施例における基板加熱方法
のマスク設計手法に関するフローチャートを示す。まず
CADデータに含まれる基板形状データと、基板上の各位
置における電子部品等の素子配置データを読み込む、こ
れを解析用の計算用格子に変換する。この時、各素子特
有の熱定数は、後で述べる手法によって別途、定数化さ
れ、データとして蓄積されているものとする。解析の格
子作成は、計算のために設けられた格子の代表点に対
し、素子の位置と熱定数を新たに割りつける役割を行
う。次にしかるべき炉の半田付設定条件（例えば、各ゾ
ーン毎の輻射熱源温度，雰囲気温度，風速，基板搬送速
度等）を与えると、後述の定式化法によって、素子を含
む基板上の温度分布を算出し、その結果をもとに次のス
テップで輻射光（熱）量を制御するマスクを仮設定す
る。輻射光源とマスク及び基板の距離が比較的近い場合
には、熱線を平行光と見做すことが出来、従って輻射光
は、略解析格子上に設けられた開口部の面積に比例す
る。計算機上で輻射光量の強弱をマスク開口面積によっ
て変化させて熱解析シュミレーションを実行し、基板及
び素子が満足すべき温度範囲に入るマスク形状が得られ
るまで、マスク開口率を修正し熱解析をくり返す。以上
の作業はプログラム的に可能である。必要なスペックを
満足したことが確認されればマスク開口面積データから
試作すべきマスク形状データを作成する。
のマスク設計手法に関するフローチャートを示す。まず
CADデータに含まれる基板形状データと、基板上の各位
置における電子部品等の素子配置データを読み込む、こ
れを解析用の計算用格子に変換する。この時、各素子特
有の熱定数は、後で述べる手法によって別途、定数化さ
れ、データとして蓄積されているものとする。解析の格
子作成は、計算のために設けられた格子の代表点に対
し、素子の位置と熱定数を新たに割りつける役割を行
う。次にしかるべき炉の半田付設定条件（例えば、各ゾ
ーン毎の輻射熱源温度，雰囲気温度，風速，基板搬送速
度等）を与えると、後述の定式化法によって、素子を含
む基板上の温度分布を算出し、その結果をもとに次のス
テップで輻射光（熱）量を制御するマスクを仮設定す
る。輻射光源とマスク及び基板の距離が比較的近い場合
には、熱線を平行光と見做すことが出来、従って輻射光
は、略解析格子上に設けられた開口部の面積に比例す
る。計算機上で輻射光量の強弱をマスク開口面積によっ
て変化させて熱解析シュミレーションを実行し、基板及
び素子が満足すべき温度範囲に入るマスク形状が得られ
るまで、マスク開口率を修正し熱解析をくり返す。以上
の作業はプログラム的に可能である。必要なスペックを
満足したことが確認されればマスク開口面積データから
試作すべきマスク形状データを作成する。
以下に、熱解析手法，素子の熱定数評価手法及びマスク
設計手法について、更に詳しく説明する。
設計手法について、更に詳しく説明する。
＜熱解析手法＞ まず、仮定として、今回の取扱うモデルにおいて、基
板及び素子の肉厚ｚ方向の温度分布は、これと直交する
ｘ−ｙ面内の温度分布に比べて、薄板形状であるため無
視でき、均一と考える。素子の熱容量は、特に半田付
性の観点から、これを代表する特定の定数として表現さ
れる。熱伝導はｘ−ｙ面内のみで生じｚ方向に関して
は無視し均一とする。
板及び素子の肉厚ｚ方向の温度分布は、これと直交する
ｘ−ｙ面内の温度分布に比べて、薄板形状であるため無
視でき、均一と考える。素子の熱容量は、特に半田付
性の観点から、これを代表する特定の定数として表現さ
れる。熱伝導はｘ−ｙ面内のみで生じｚ方向に関して
は無視し均一とする。
この時、伝熱モデルにおいて、熱伝導はｘ−ｙ平面内の
み生じ、２次元的な取り扱いが可能となる。
み生じ、２次元的な取り扱いが可能となる。
一般に知られる２次元伝熱解析において、差分展開を行
った時、任意の時刻τに対し、微小時間間隔Δτだけ進
んだ時刻におけるｘ−ｙ面内格子点（i,j）の温度 は、（i,j）点の隣接格子点での温度Ｔτを用いて、式
（１）の様に表される。
った時、任意の時刻τに対し、微小時間間隔Δτだけ進
んだ時刻におけるｘ−ｙ面内格子点（i,j）の温度 は、（i,j）点の隣接格子点での温度Ｔτを用いて、式
（１）の様に表される。
（HoLman.J.P.,“Heat Transfar,4th-ed".（1976）,Mc-
GRAW-HILL）． ここで、λ、Ｃ、γは各々、媒体の比熱，熱伝導率、比
重量であり、δ1,δ２は、各々x,y方向の差分格子間隔
を表す。
GRAW-HILL）． ここで、λ、Ｃ、γは各々、媒体の比熱，熱伝導率、比
重量であり、δ1,δ２は、各々x,y方向の差分格子間隔
を表す。
次に、本発明の熱解析式においては、前記仮定１を導入
し、更に、ｘ−ｙ面と直交するｚ軸方向からの熱移動，
すなわち、熱輻射や、熱伝達によってｚ方向へ流入出す
る熱量に関しては、移流項の概念として考慮し、方向性
を無視することで、３次元の現像を２次元問題として取
り扱えるとすると、式（２）が得られる。
し、更に、ｘ−ｙ面と直交するｚ軸方向からの熱移動，
すなわち、熱輻射や、熱伝達によってｚ方向へ流入出す
る熱量に関しては、移流項の概念として考慮し、方向性
を無視することで、３次元の現像を２次元問題として取
り扱えるとすると、式（２）が得られる。
ここでサフィックス“R"は基板に関する熱定数を、また
サフィックス“S"は部品の熱定数を表す。ｈは基板肉厚
を表す。またｑは、一般に時間τの関数として変化し、
炉の条件設定に従って容易に求められる。すなわち、δ
１×δ２の面積上にｚ方向に流入する熱量の計算例とし
て、ある時刻での炉の雰囲気温度る 熱伝導率をα，輻射光源温度をTw,ステファンボルツマ
ン定数をＣσ，基板及び光源の輻射率をε1,ε２と置く
と、単位時間に流入するｚ方向の熱量ｑはは、 で求められる。上記と同様の考え方で、基板端面の差分
要素に対しても定式化が可能である。
サフィックス“S"は部品の熱定数を表す。ｈは基板肉厚
を表す。またｑは、一般に時間τの関数として変化し、
炉の条件設定に従って容易に求められる。すなわち、δ
１×δ２の面積上にｚ方向に流入する熱量の計算例とし
て、ある時刻での炉の雰囲気温度る 熱伝導率をα，輻射光源温度をTw,ステファンボルツマ
ン定数をＣσ，基板及び光源の輻射率をε1,ε２と置く
と、単位時間に流入するｚ方向の熱量ｑはは、 で求められる。上記と同様の考え方で、基板端面の差分
要素に対しても定式化が可能である。
＜素子の熱容量評価手法＞ 素子の持つ熱容量相当分を表す定数（仮に等価熱容量と
呼ぶ）の測定算出手法について述べる。第２図に示すモ
デル実験装置において、11は熱源、12は基板、13は被測
定対象の素子14a,14bは温度実測用の熱電対、15は熱電
対の出力を記録する記録計である。まず任意に発熱量を
コントロールした熱源11から放出された熱量は、基板12
及びその上に置かれた被測定物の素子13を加熱し、その
温度情報は、温度評価手段、例えば熱電対によって線形
に電圧変換され、結果が記録形15に記録される。ここ
で、基板12の材料定数，肉厚等，熱計算に必要な定数は
全て既知とする。記録計には、基板12の代表点（但し素
子13及び基板端面の熱影響が無いと思われる位置）が受
けた熱履歴Tp（τ）と、素子の代表点（例えば半田付
部）における熱履歴TS（τ）とが記録される。ここで先
の式（２）において素子の無い部位ではCS＝rS＝δＳ＝
０と置いて、更に均一温度分布が実現されると と考えられ が得られる。
呼ぶ）の測定算出手法について述べる。第２図に示すモ
デル実験装置において、11は熱源、12は基板、13は被測
定対象の素子14a,14bは温度実測用の熱電対、15は熱電
対の出力を記録する記録計である。まず任意に発熱量を
コントロールした熱源11から放出された熱量は、基板12
及びその上に置かれた被測定物の素子13を加熱し、その
温度情報は、温度評価手段、例えば熱電対によって線形
に電圧変換され、結果が記録形15に記録される。ここ
で、基板12の材料定数，肉厚等，熱計算に必要な定数は
全て既知とする。記録計には、基板12の代表点（但し素
子13及び基板端面の熱影響が無いと思われる位置）が受
けた熱履歴Tp（τ）と、素子の代表点（例えば半田付
部）における熱履歴TS（τ）とが記録される。ここで先
の式（２）において素子の無い部位ではCS＝rS＝δＳ＝
０と置いて、更に均一温度分布が実現されると と考えられ が得られる。
基板上代表点での熱電対14aの測定データ と式（４）よりｑ（τ）が求められる。あるいは理想的
な実験条件下では、式（３）からも同様にｑ（τ）が求
められる。
な実験条件下では、式（３）からも同様にｑ（τ）が求
められる。
次に、上記のｑ（τ）は、素子13が位置する基板上部位
にも均等に作用するものと見なすと、素子固有の （等価熱容量）の値を適当に仮定することで、式（２）
と先述のｑ（τ）値より が刻々予測計算される。以上の様に計算される 曲線が先の実験における、素子上の熱電対14bでの測定
曲線に合致するまでＫ値をシミュレーション上で合わせ
込むことにより、等価熱容量は素子毎に必然性をもって
決定される。第３図に、例として電解コンデンサの等価
熱容量を合わせ込んだ結果を示す。基板及び素子に取り
付けた熱電対からの温度履歴データと、上記の評価手法
による解析結果はきわめて良い一致を示し、本手法の妥
当性が確認できた。
にも均等に作用するものと見なすと、素子固有の （等価熱容量）の値を適当に仮定することで、式（２）
と先述のｑ（τ）値より が刻々予測計算される。以上の様に計算される 曲線が先の実験における、素子上の熱電対14bでの測定
曲線に合致するまでＫ値をシミュレーション上で合わせ
込むことにより、等価熱容量は素子毎に必然性をもって
決定される。第３図に、例として電解コンデンサの等価
熱容量を合わせ込んだ結果を示す。基板及び素子に取り
付けた熱電対からの温度履歴データと、上記の評価手法
による解析結果はきわめて良い一致を示し、本手法の妥
当性が確認できた。
次に、等価熱容量が既知の素子を搭載した基板の炉内温
度履歴について、実際に式（２），（３）の考え方をも
とにして作成したソフトプログラムを用いて解析を行
い、同時に代表点を熱電対で実測した。熱解析に用いた
基板及び素子配置と解析結果（半田付部の最高温度）と
を各々第４図及び第５図に示す。また代表点A,B（第５
図中に明示）での温度実測値と解析結果との比較を表１
に示す。解析結果は、実測と非常に良い一致を示してい
る。
度履歴について、実際に式（２），（３）の考え方をも
とにして作成したソフトプログラムを用いて解析を行
い、同時に代表点を熱電対で実測した。熱解析に用いた
基板及び素子配置と解析結果（半田付部の最高温度）と
を各々第４図及び第５図に示す。また代表点A,B（第５
図中に明示）での温度実測値と解析結果との比較を表１
に示す。解析結果は、実測と非常に良い一致を示してい
る。
＜マスク設計法＞ 輻射光源と基板との間にマスクを設置する場合、差分格
子上にマスクが重ね合わされたとし、差分格子が代表す
る領域面積δ1,δ２のうち開口部面積S0（i,j）が占め
る割合で、開口率Ｒ（i,j）を定義する。すなわち、 Ｒ（i,j）＝S0（i,j）／δ１δ２ ……（５） 従って、マスクを用いた熱制御を行う場合は、式（３）
で示すｚ方向流入熱量のうち輻射に関する項、すなわち
右辺第２項にＲ（i,j）を掛ける必要がある。よってこ
の時、 となる。
子上にマスクが重ね合わされたとし、差分格子が代表す
る領域面積δ1,δ２のうち開口部面積S0（i,j）が占め
る割合で、開口率Ｒ（i,j）を定義する。すなわち、 Ｒ（i,j）＝S0（i,j）／δ１δ２ ……（５） 従って、マスクを用いた熱制御を行う場合は、式（３）
で示すｚ方向流入熱量のうち輻射に関する項、すなわち
右辺第２項にＲ（i,j）を掛ける必要がある。よってこ
の時、 となる。
マスク開口率Ｒ（i,j）を種々変化させて、ｚ方向から
輻射によって流入する熱量を０〜100％まで自在に制御
し、欲する基板温度状態が得られるまでシミュレーショ
ンによる収束化を行うことで最適マスク形状（開口率分
布）が求められる。第６図に上記手法で具体的に求めら
れた開口率分布を有するマスクを例示する。白色部分が
開孔部（孔）に相当する。
輻射によって流入する熱量を０〜100％まで自在に制御
し、欲する基板温度状態が得られるまでシミュレーショ
ンによる収束化を行うことで最適マスク形状（開口率分
布）が求められる。第６図に上記手法で具体的に求めら
れた開口率分布を有するマスクを例示する。白色部分が
開孔部（孔）に相当する。
以上の様に、本発明の熱解析手法，素子熱容量評価手
法，マスク設計手法を用いることで、極めて高精度かつ
合理的なリフロー半田付けの最適化が図れる。すなわち
本発明の手法を適用することで、素子を含む基板内の温
度ばらつきは、従来の±20℃〜±30℃から±５℃以下に
抑えられ、これに伴って熱に起因した半田付不良率も約
1/20以下に低減される効果を確認した。（当社製品基
板）。
法，マスク設計手法を用いることで、極めて高精度かつ
合理的なリフロー半田付けの最適化が図れる。すなわち
本発明の手法を適用することで、素子を含む基板内の温
度ばらつきは、従来の±20℃〜±30℃から±５℃以下に
抑えられ、これに伴って熱に起因した半田付不良率も約
1/20以下に低減される効果を確認した。（当社製品基
板）。
次に、本発明の第２の実施例について説明する。先に第
１の実施例で述べた素子の等価熱容量が定量的に既知で
あるとした時、基板上では熱容量分布が求められる。こ
の時、マスクを使用する事なく、基板全体を均一温度に
加熱するためには、結果的に、基板全体の熱容量を均一
化させる様に、小熱容量部位には大きな付加熱容量を、
大熱容量部位には小さな付加熱容量を付与すれば良い。
具体的には、例えば基板の素子搭載の反対面に、付加熱
容量分を有する媒体を圧接する等の手法が考えられる。
この時、付加する媒体にサフィックス“E"を付けるとす
ると、式（２）で述べたと同時に、CEγＥδＥが付加熱
容量となる。従って最終的に欲しい平均化した総熱容量
をK0とする時、付加熱容量は素子及び基板自身の熱容量
を除いた残りに相当し、 CEγＥδＥ＝K0−（CRγRh＋CSγＳδＳ） ……（７） と書ける。付加熱容量を与える媒体の材質が決定されれ
ば、比熱CE,比重量γＥは自動的に決まり、その肉厚δ
Ｅでコントロールできる。すなわち で計算できる。以上の手法を用いることで、基板の均一
加熱が実現される。
１の実施例で述べた素子の等価熱容量が定量的に既知で
あるとした時、基板上では熱容量分布が求められる。こ
の時、マスクを使用する事なく、基板全体を均一温度に
加熱するためには、結果的に、基板全体の熱容量を均一
化させる様に、小熱容量部位には大きな付加熱容量を、
大熱容量部位には小さな付加熱容量を付与すれば良い。
具体的には、例えば基板の素子搭載の反対面に、付加熱
容量分を有する媒体を圧接する等の手法が考えられる。
この時、付加する媒体にサフィックス“E"を付けるとす
ると、式（２）で述べたと同時に、CEγＥδＥが付加熱
容量となる。従って最終的に欲しい平均化した総熱容量
をK0とする時、付加熱容量は素子及び基板自身の熱容量
を除いた残りに相当し、 CEγＥδＥ＝K0−（CRγRh＋CSγＳδＳ） ……（７） と書ける。付加熱容量を与える媒体の材質が決定されれ
ば、比熱CE,比重量γＥは自動的に決まり、その肉厚δ
Ｅでコントロールできる。すなわち で計算できる。以上の手法を用いることで、基板の均一
加熱が実現される。
なお、実施例の説明に当っては、差分四角格子について
述べたが、三角メッシュを用いても良く、同様原理に基
づき、有限要素法，境界要素法等に適用しても良い。ま
た上下同面からの加熱条件である場合も、同様に適当可
能であり、冷風による冷却の工程にも適用できる事は言
うまでも無い。
述べたが、三角メッシュを用いても良く、同様原理に基
づき、有限要素法，境界要素法等に適用しても良い。ま
た上下同面からの加熱条件である場合も、同様に適当可
能であり、冷風による冷却の工程にも適用できる事は言
うまでも無い。
発明の効果 以上のように本発明の基板加熱方法は、異なる熱容量の
様子を搭載した基板のリフロー半田付けに例示される様
に、基板内の不均一熱容量分布の定量化及びこれを加熱
側から解消するマスクの最適設計に大きな効果を発揮す
るもので、基板の温度を自在に制御するマスク形状を高
精度かつ短期間に算出し、結果的に温度バラツキを従来
の1/5以下に、半田付不良を1/10以下にすることが可能
である。
様子を搭載した基板のリフロー半田付けに例示される様
に、基板内の不均一熱容量分布の定量化及びこれを加熱
側から解消するマスクの最適設計に大きな効果を発揮す
るもので、基板の温度を自在に制御するマスク形状を高
精度かつ短期間に算出し、結果的に温度バラツキを従来
の1/5以下に、半田付不良を1/10以下にすることが可能
である。
第１図は本発明の一実施例における基板加熱方法のマス
ク設計フロー図、第２図は素子熱定数決定法を説明する
模式斜視図、第３図は本発明の手法による電解コンデン
サの熱定数決定時の温度特性比較図、第４図は基板上素
子配置例を示す上面図、第５図は熱解析結果の例を示す
温度分布図、第６図は本発明の手法により求められた最
適マスク開口率分布図、第７図は、従来例の基板加熱方
法の平面断面図である。 １……コンベア、2,12……基板、3,11……熱源、13……
素子、14……熱電対、15……記録計。
ク設計フロー図、第２図は素子熱定数決定法を説明する
模式斜視図、第３図は本発明の手法による電解コンデン
サの熱定数決定時の温度特性比較図、第４図は基板上素
子配置例を示す上面図、第５図は熱解析結果の例を示す
温度分布図、第６図は本発明の手法により求められた最
適マスク開口率分布図、第７図は、従来例の基板加熱方
法の平面断面図である。 １……コンベア、2,12……基板、3,11……熱源、13……
素子、14……熱電対、15……記録計。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 一柳 高畤 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−208893（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】略薄肉平板状で、表面に部品を載置するこ
とにより面内に熱容量分布を有する基板に対して、前記
基板の略法線方向に位置し、輻射熱線を発生する熱源を
有する炉にて、略平板状で、前記基板と熱源との間に位
置し、前記基板に略平行に近接して配され、孔、又は熱
線透過部を有するマスクを介して加熱する基板加熱方法
において、任意の時刻τに対し、微小時間間隔Δτだけ
進んだ時刻における前記基板のｘ−ｙ面内格子点（i,
j）における温度 を 前記炉を雰囲気設定条件である単位時間に基板に流入す
るＺ方向の熱量ｑ（τ）を 基板の部品を載置しない部位における温度 を とするとき、 及びTi,jの測定データを用い、式（３）より得られるｑ
（τ）と式（１）とから を予測計算し、この の予測計算値と実験における とから部品固有の等価熱量CSγＳδＳを決定し、差分格
子上に重ね合わせるマスクの開口率Ｒ（i,j）を式
（２）の輻射に関する項に乗じて得られる次式 において、マスク開口率Ｒ（i,j）を変化させて熱量ｑ
（τ）を制御して均熱、又は所望の加熱を実現するマス
クの孔径又は熱線透過部面積を設定し、このマスクを用
いて基板を加熱することを特徴とする基板加熱方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62330721A JPH0677830B2 (ja) | 1987-12-25 | 1987-12-25 | 基板加熱方法 |
| KR1019880017059A KR910005979B1 (ko) | 1987-12-25 | 1988-12-20 | 기판가열방법 |
| US07/288,876 US4927068A (en) | 1987-12-25 | 1988-12-23 | Method for heating a patterned substrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62330721A JPH0677830B2 (ja) | 1987-12-25 | 1987-12-25 | 基板加熱方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01170577A JPH01170577A (ja) | 1989-07-05 |
| JPH0677830B2 true JPH0677830B2 (ja) | 1994-10-05 |
Family
ID=18235824
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62330721A Expired - Fee Related JPH0677830B2 (ja) | 1987-12-25 | 1987-12-25 | 基板加熱方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4927068A (ja) |
| JP (1) | JPH0677830B2 (ja) |
| KR (1) | KR910005979B1 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4984731A (en) * | 1989-10-05 | 1991-01-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of packaging electronic component parts using a eutectic die bonder |
| DE4103098C1 (ja) * | 1991-02-01 | 1992-06-25 | Helmut Walter 8901 Koenigsbrunn De Leicht | |
| JP2924361B2 (ja) * | 1991-10-08 | 1999-07-26 | 松下電器産業株式会社 | 基板焼成方法 |
| US5364008A (en) * | 1993-04-12 | 1994-11-15 | Rockwell International Corporation | Method for temperature measurement inside a retort |
| AU695731B2 (en) | 1995-06-21 | 1998-08-20 | Illinois Tool Works Inc. | Infrared shield for capacitors |
| JP3274095B2 (ja) * | 1997-07-18 | 2002-04-15 | 富士通株式会社 | 加熱炉内の被加熱物の熱解析装置及びそれを用いたリフロー炉の制御装置並びにそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体 |
| JP3348639B2 (ja) | 1997-10-20 | 2002-11-20 | 富士通株式会社 | リフロー炉内のハンダバンプの温度制御方法 |
| JP2000293508A (ja) * | 1999-04-01 | 2000-10-20 | Takayuki Aoki | 非等間隔格子において空間微係数を用いたポアソン方程式、拡散方程式および類似の偏微分方程式の高精度計算プログラム |
| US6533577B2 (en) | 2001-02-02 | 2003-03-18 | Cvd Equipment Corporation | Compartmentalized oven |
| DE10133217A1 (de) | 2001-07-09 | 2003-01-23 | Seho Systemtechnik Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Verlöten von elektrischen Bauteilen auf Kunststofffolie |
| JP4226855B2 (ja) * | 2002-07-31 | 2009-02-18 | パナソニック株式会社 | 熱解析方法及び熱解析装置、並びに前記熱解析方法を実施するプログラム |
| JP4965303B2 (ja) * | 2007-03-26 | 2012-07-04 | 株式会社マキタ | 打撃工具 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3509317A (en) * | 1967-08-01 | 1970-04-28 | North American Rockwell | Indirect radiant heat soldering apparatus |
| US3588425A (en) * | 1969-07-03 | 1971-06-28 | Control Data Corp | Dual source radiation bonding of plural joints |
| JPS60208893A (ja) * | 1984-04-02 | 1985-10-21 | 沖電気工業株式会社 | 混成厚膜集積回路の製造方法 |
| JPS6186069A (ja) * | 1984-10-02 | 1986-05-01 | Tamura Seisakusho Co Ltd | 自動はんだ付けシステムの制御装置 |
| US4771929A (en) * | 1987-02-20 | 1988-09-20 | Hollis Automation, Inc. | Focused convection reflow soldering method and apparatus |
-
1987
- 1987-12-25 JP JP62330721A patent/JPH0677830B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1988
- 1988-12-20 KR KR1019880017059A patent/KR910005979B1/ko not_active Expired
- 1988-12-23 US US07/288,876 patent/US4927068A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01170577A (ja) | 1989-07-05 |
| KR910005979B1 (ko) | 1991-08-09 |
| KR890011508A (ko) | 1989-08-14 |
| US4927068A (en) | 1990-05-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6275750B1 (en) | Apparatus for setting heating condition in heating furnace and thermal analyzer for object to be heated in heating furnace | |
| Whalley | A simplified reflow soldering process model | |
| KR910005979B1 (ko) | 기판가열방법 | |
| US20060006210A1 (en) | Method, apparatus and program of thermal analysis, heat controller and heating furnace using the same | |
| JPWO2001050356A1 (ja) | プリント配線板の設計方法及び装置 | |
| Lai et al. | Determination of smarter reflow profile to achieve a uniform temperature throughout a board | |
| Lai et al. | Smarter temperature setup for reflow oven to minimize temperature variation among components | |
| Deng et al. | Temperature prediction for system in package assembly during the reflow soldering process | |
| Srivalli et al. | Numerical investigations on the effects of different cooling periods in reflow-soldering process | |
| Farrag et al. | SRP-PINN: a physics-informed neural network model for simulating thermal profile of soldering reflow process | |
| Lai et al. | Reflow profiling with the aid of machine learning models | |
| Sarvar et al. | A modelling tool for the thermal optimisation of the reflow soldering of printed circuit assemblies | |
| Inoue et al. | Thermal simulation for predicting substrate temperature during reflow soldering process | |
| Herzog et al. | An optimal control problem for single-spot pulsed laser welding | |
| Nigen et al. | Concurrent thermal designs of PCB's: balancing accuracy with time constraints | |
| JP2924361B2 (ja) | 基板焼成方法 | |
| Ji et al. | Study on influencing factors and laws of temperature field distribution of infrared hot air reflow soldering | |
| JP4110845B2 (ja) | プリント回路板の温度設定方法 | |
| CN120430138A (zh) | 贴片器件的焊接温度预测方法及设备 | |
| He et al. | Conjugate thermal analysis of air-cooled discrete flush-mounted heat sources in a horizontal channel | |
| Farrag et al. | Thermodynasmt: a physics-informed machine learning model for component displacement in surface mount technology | |
| Cristescu et al. | Simulation and Experimental Analysis of Layout-Dependent Thermal Performance of PCB-Embedded Resistive Heating Elements | |
| JP2006013418A (ja) | リフロー温度管理方法およびリフロー温度管理装置、ならびにリフロー温度管理プログラムおよびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体 | |
| JPH0749150B2 (ja) | 基板加熱装置 | |
| Lalithesh | Improvement of Reflow Soldering Process for Enhanced PCB Component Adhesion: A Computational Study |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |