JPH07131149A

JPH07131149A - リフローハンダ付け装置

Info

Publication number: JPH07131149A
Application number: JP27430893A
Authority: JP
Inventors: Kiwao Asano; 喜和夫浅野
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-11-02
Filing date: 1993-11-02
Publication date: 1995-05-19

Abstract

(57)【要約】【目的】狭ピッチ電子部品であっても、ボディ部への熱
的悪影響を抑制でき、ハンダブリッジを生じさせずに良
好なリフローハンダ付けを行える。【構成】クリームハンダを介して狭ピッチ電子部品２を
搭載した印刷配線基板１をリフロー炉Ａ内で搬送する。
局部加熱ヘッド７における多数の局部加熱ノズル８によ
り狭ピッチ電子部品２の個々のリードを押し付ける。そ
して、各局部加熱ノズル８より、熱伝導率の高いホット
ヘリウムＨｅをリードに吹き付けて、リードを印刷配線
基板１にリフローハンダ付けする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、印刷配線基板に電子部
品を実装するためのリフローハンダ付け装置に係り、特
にリードが狭ピッチ（０．５ｍｍ以下）のＳＭＴ部品な
どの実装に有効なリフローハンダ付け装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図４に従来のリフローハンダ付け装置の
概略構成を示す。図４において、８１は印刷配線基板、
８２は印刷配線基板８１上にクリームハンダを介して搭
載された電子部品、Ｂはリフロー炉、８３，８４は予備
加熱部、８５はリフロー部、８６，８７，８８はヒータ
ー、８９，９０，９１は吸引式循環機、９２は冷却部、
９３はコンベヤである。

【０００３】リフロー炉Ｂ内のＯ₂濃度、ヒーター８
６，８７，８８の温度、コンベヤ９３の速度などの条件
を作業者が設定する。電子部品８２を搭載した印刷配線
基板８１をコンベヤ９３にてリフロー炉Ｂ内に搬入し、
リフロー炉Ｂ内を搬送していく。この過程で、印刷配線
基板８１は予備加熱部８３，８４において予備加熱さ
れ、リフロー部８５においてリフローされる。このと
き、吸引式循環機８９，９０，９１による対流の中で、
予備加熱とリフローとが行われる。さらに、電子部品８
２がリフローハンダ付けされた印刷配線基板８１は、冷
却部９２によって冷却処理され、コンベヤ９３によって
リフロー炉Ｂの外へ搬出される。予備加熱部８３，８４
およびリフロー部８５においては、全体加熱方式での処
理が行われている。

【０００４】図５は上記した従来のリフローハンダ付け
装置の動作を示すフローチャートである。ハンダ付けス
タートを起動し、スタート時に作業者が次の項目を決定
する。各予備加熱部８３，８４のヒーター８６，８７の
温度設定、リフロー部８５のヒーター８８の温度設定、
コンベヤ９３の速度設定、Ｏ₂濃度の設定である。ステ
ップＳ３１は、上記で決定した各条件を作業者が装置に
対して行う設定作業である。ステップＳ３２で第１のヒ
ーター８６の温度設定を実行し、安定するのを待って、
ステップＳ３３で第２のヒーター８７の温度設定を実行
し、安定するのを待って、ステップＳ３４でリフロー部
８５のヒーター８８の温度設定を実行し、安定するのを
待つ。

【０００５】その後、ステップＳ３５でＯ₂濃度，各ヒ
ーター温度，コンベヤ速度が安定するのを目視で確認す
る。そして、ステップＳ３６で作業者による第１回目の
温度測定を行い、ステップＳ３７で作業者が測定結果で
ある温度と時間の分析・判定を行う。ステップＳ３８で
作業者による第２回目の温度測定を行い、ステップＳ３
９で作業者が測定結果である温度と時間の分析・判定を
行う。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のリフローハンダ
付け装置では、全体加熱方式のため、加熱媒体（ヒータ
ー）からの全体的な対流という熱源により、リードが狭
ピッチの電子部品はボディもリードも同時に加熱される
ことになる。すなわち、電子部品のボディへの熱的悪影
響を避けることができない。

【０００７】また、電子部品のリードの下面に印刷され
ているペーストハンダの成分である溶剤（フラックス）
が伝導熱により軟化するので、リード間全体にフラック
スが流出した状態となる。ハンダ粒子等も流出したフラ
ックスにより運ばれる傾向がある。電子部品の狭ピッチ
化が進むと、ハンダ粒子径を小さくする必要があるた
め、ハンダボールに対する対策が重要となってくる。ま
た、ハンダが固相線から液相線に達してハンダが完全に
溶けた状態になると、リード間には溶融したハンダが広
がってしまった状態となる。

【０００８】また、ハンダは固化時にロジン等の表面張
力によって前記のリード間に広がったハンダが凝集し各
ランドに戻るようになるが、加熱の不均一性やハンダの
活性度や表面張力バランスなどの相乗でハンダブリッジ
が生じるおそれがある。

【０００９】さらに、狭ピッチ電子部品（リードピッチ
０．５ｍｍ以下）の場合には、リードピッチが狭いこと
やボディ厚が薄くなることにより、良好なハンダ付けが
むずかしいものとなる。

【００１０】本発明は、このような事情に鑑みて創案さ
れたものであって、狭ピッチ電子部品であっても、ボデ
ィ部への熱的悪影響を抑制できるとともに、ハンダブリ
ッジを生じさせずに良好なリフローハンダ付けが行える
リフローハンダ付け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】本発明に係るリフローハ
ンダ付け装置は、狭ピッチ電子部品をクリームハンダを
介して搭載した印刷配線基板をリフロー炉内で搬送しな
がら加熱してリフローを行ってハンダ付けするリフロー
ハンダ付け装置であって、前記狭ピッチ電子部品の各リ
ードのそれぞれに対して局部加熱ヘッドの局部加熱ノズ
ルを接近または当接させ、前記局部加熱ノズルからホッ
トヘリウムを供給することにより、リフローハンダ付け
することを特徴とするものである。

【００１２】

【作用】各リードごとに局部加熱ノズルを接近または当
接させ、しかも、その局部加熱ノズルから熱伝導率の非
常に高いホットヘリウムを供給することで、狭ピッチ電
子部品のリードを印刷配線基板に対してリフローハンダ
付けするため、狭ピッチ電子部品であっても、ボディ部
への熱的悪影響が抑制され、また、ハンダブリッジを生
じさせずに良好なリフローハンダ付けが行える。

【００１３】

【実施例】以下、本発明に係るリフローハンダ付け装置
の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

【００１４】図１は実施例に係る狭ピッチ電子部品（Ｓ
ＭＴ部品）対応のリフローハンダ付け装置の構造を示す
斜視図、図２はそのリフローハンダ付け装置の概略構成
を示す側面図である。

【００１５】これらの図において、１は印刷配線基板、
２は印刷配線基板１上にクリームハンダを介して搭載さ
れたリードが狭ピッチの電子部品、Ａはリフロー炉、Ａ
１は局部加熱部、Ａ２は全体加熱部である。３は基板搬
送用のコンベヤ、４は基板搬入側のシャッタ、５はＯ₂
排気口、６は不活性ガス（ヘリウムＨｅ）の供給口、７
は局部加熱ヘッド、８は局部加熱ノズル、９は予備ノズ
ル、１０は加熱ヘッド昇降装置である。このような局部
加熱ユニットが２つ並設されている。１１は耐熱ガラ
ス、１２は温度センサー、１３は赤外線カメラである。
温度センサー１２と赤外線カメラ１３は耐熱ガラス１１
内に封入されている。このような測温ユニットが上下に
一対配置されている。１４は冷却装置、１５は基板位置
決めストッパーである。

【００１６】１６は再溶融防止シールド治具加工装置、
１７は分割治具部押し棒、１８は熱負荷・再溶融防止一
体型治具板、１９は熱負荷・再溶融防止一体型治具板１
８をヒーターに対してセッティングするときのスライド
経路である。

【００１７】２０は全体加熱用移動ヒーターであり、コ
ンベヤ３の上下においてそれぞれ循環移動するように配
置されている。２１は耐熱ガラス、２２は温度センサ
ー、２３は赤外線カメラである。温度センサー２２と赤
外線カメラ２３は耐熱ガラス２１内に封入されている。
このような測温ユニットが上下に一対配置されている。

【００１８】２４は冷却装置、２５は出口側のシャッタ
である。

【００１９】３０はパーソナルコンピュータ（パソコ
ン）であり、これには、データ入力部３１、比較・判定
部３２、第１メモリ部３３、第２メモリ部３４および補
正データ部３５が含まれている。

【００２０】次に、図３に示すフローチャートを参照し
ながら動作を説明する。

【００２１】本実施例の狭ピッチ電子部品用のリフロー
ハンダ付け装置は、実際の製造過程に入る前に、リフロ
ー炉Ａ内における不活性ガス（Ｈｅ）による雰囲気の状
態、局部加熱部Ａ１や全体加熱部Ａ２のトータルな状況
などを含めてハンダ付けを最適に行うための条件を、パ
ソコン３０を用いて分析・判定させる。そのため、生産
のスタート時において、次のようなデータをデータ入力
部３１より入力し第１メモリ部３３に格納しておく。す
なわち、Ｏ₂濃度、印刷配線基板の材質（紙フェノー
ル，ガラスエポキシその他）、基板の大きさ（縦×横×
厚み）、目標搭載部品である狭ピッチ電子部品のリード
ピッチ，ピン数，ランド面積，ボディ材質，リード材
質，部品点数，ＸＹ座標、基準温度（予熱温度，リフロ
ー温度，時間の規定）などのデータを入力する（ステッ
プＳ１）。

【００２２】狭ピッチ電子部品についての上記のような
入力データに基づいて、局部加熱ノズル８の移動および
位置決めを自動的に行う。また、対象となる狭ピッチ電
子部品をシールド保護するため、前記の入力データに基
づいて、再溶融防止シールド治具加工装置１６における
分割治具部押し棒１７を動作させ、印刷配線基板１上に
クリームハンダを介して搭載されている狭ピッチ電子部
品２の配置に合わせて、熱負荷・再溶融防止一体型治具
板１８の加工を行う。この加工が完了した再溶融防止シ
ールド治具加工装置１６はスライド経路１９に沿って自
動的にスライド移動し、全体加熱部Ａ２における全体加
熱用移動ヒーター２０に対してセッティングする。これ
と並行して、Ｏ₂排気口５より酸化の要因であるＯ₂を
リフロー炉Ａから排出するとともに、不活性ガス供給口
６よりヘリウムＨｅをリフロー炉Ａ内に供給する。酸素
レス雰囲気で、ヘリウムＨｅによる雰囲気が安定した後
は、予めパソコン３０に登録してある物質との材質の違
いによる熱伝導率データおよび前記入力データを加味し
た演算処理を行い、局部加熱部Ａ１についての加熱時の
温度上昇カーブを推測する。さらに、これと並行して、
前記入力データに基づいて全体加熱部Ａ２における全体
加熱用移動ヒーター２０についての加熱時の温度上昇カ
ーブを推測する。そして、前記入力データのうちの基準
温度条件（予熱温度，リフロー温度，時間の規定）のデ
ータと前記の推測データとの比較・分析を行い、これに
より、この時点での最適条件（局部加熱部Ａ１および全
体加熱部Ａ２の温度条件、コンベヤ３の速度）が決定さ
れることになる（以上、ステップＳ２）。

【００２３】次に、以上のようにして決定された最適条
件をベースにして複数回のシミュレーションを実施す
る。Ｏ₂濃度の設定を実行し（ステップＳ３）、安定す
るのを待って、局部加熱ヘッド７の温度設定を実行し
（ステップＳ４）、安定するのを待って、全体加熱部Ａ
２の全体加熱用移動ヒーター２０の温度設定を実行し
（ステップＳ５）、安定するのを待って、コンベヤ３の
速度設定を実行し（ステップＳ６）、安定するのを待
つ。

【００２４】次に、１回目のシミュレーションに入る。
狭ピッチ電子部品２を搭載した印刷配線基板１を自動的
にコンベヤ３にてリフロー炉Ａ内に搬入し、リフロー炉
Ａ内を搬送していく。搬入後には、基板位置決めストッ
パー１５が印刷配線基板１を位置決めする。加熱ヘッド
昇降装置１０が動作して局部加熱ヘッド７が下降する。
不活性ガス供給口６から供給されたヘリウムＨｅが局部
加熱ヘッド７によって加熱され、そのホットヘリウムＨ
ｅを局部加熱ヘッド７における多数の局部加熱ノズル８
から狭ピッチ電子部品２の各リードに吹き付け、これら
リードを局部加熱し、リードをハンダ付けする。各リー
ドごとの加熱方法であるため、狭ピッチ電子部品２のボ
ディに対する直接的な熱的悪影響がない。また、酸化要
因をもたないヘリウムＨｅを加熱媒体としているため、
ハンダに対して効率良く活性を与えることができる。熱
伝導率の点でも、従来の窒素Ｎ₂と本実施例のヘリウム
Ｈｅとの比較では、窒素Ｎ₂が２８６ｋｃａｌ／ｍｈ３
５０℃であるのに対し、ヘリウムＨｅは１６４９ｋｃａ
ｌ／ｍｈ３５０℃と、約５．７倍もヘリウムＨｅの方が
熱伝導に優れている。また、ヘリウムＨｅの方が熱伝導
率が高いので、リードに吹き付けるホットヘリウムＨｅ
も短時間で温度上昇し、その使用量は少なくてすむとと
もに、処理時間も短くてすむ。このように、熱伝導特性
のすぐれたヘリウムＨｅと局部加熱ノズル８による局部
加熱との組み合わせにより、狭ピッチ電子部品２のリー
ドに対するハンダ付けが可能となる。

【００２５】次に、赤外線カメラ１３によって、局部加
熱の終了した印刷配線基板１の表面温度と裏面温度の分
布を測定する（ステップＳ７）。なお、この赤外線カメ
ラ１３は耐熱ガラス１１で覆われており、耐熱ガラス１
１内には図示しない冷却ノズルより冷却空気を供給する
ことで赤外線カメラ１３を冷却している。上記のように
ハンダ付け直後に温度測定されたデータはパソコン３０
へ伝送され、データ入力部３１より第１メモリ部３３に
格納され、比較・判定部３２において先の最適条件とし
ての温度データと比較・判定され、その結果、補正デー
タ部３５から適当な補正データがフィードバック的に出
力される（ステップＳ８）。赤外線カメラ１３での測温
の終了した印刷配線基板１は冷却装置１４に送られて冷
却され、確実で信頼性の高いハンダ付けが行われること
となる。

【００２６】その印刷配線基板１は、引き続いてコンベ
ヤ３により全体加熱部Ａ２へと自動的に搬入される。全
体加熱用移動ヒーター２０は回路ブロック別加熱が行え
る構造をもっている。多数の縦横に配列されたノズル状
熱風噴出口を有している。そして、すでに局部加熱部Ａ
１においてリードがハンダ付けされた狭ピッチ電子部品
２に対する熱負荷印加と再溶融を防止する構造を伴って
いる。それが再溶融防止シールド治具加工装置１６であ
る。また、他の電子部品２に対しては均一加熱の機能を
備えている。

【００２７】上下の全体加熱用移動ヒーター２０はとも
に、コンベヤ３による印刷配線基板１の搬送方向と同一
の方向に循環するようになっている。その循環の過程に
おいて、全体加熱用移動ヒーター２０は印刷配線基板１
に対して回路ブロック別加熱を行う。すなわち、リフロ
ーハンダ付けの中で最も重要な工程の一つである予備加
熱を効率良く行うためである。予備加熱が正しく行われ
るか否かでハンダ付けの良否が決定されるといっても過
言ではない。

【００２８】リフローハンダの場合、ペースト状フラッ
クス（天然・合成樹脂＋溶剤＋増粘剤＋チクソ剤＋活性
剤）とハンダ粉末を混練したものを使用する。フラック
スの主成分である天然・合成樹脂とは松ヤニと活性化さ
せたロジンを示し、これは部品固定のための粘性機材で
もあるが、ほかに酸化銅の洗浄作用やリフローときのハ
ンダ付け部の再酸化防止機能も有する。さらに、溶剤
（カルビトール系，エーテル系）を用いて調整を行う。
次に、ハンダ粉末とフラックス分離抑制とチクソ性の向
上のために、増粘剤とチクソ剤を付与し、さらにハンダ
付け性の向上のために活性剤を添加する。

【００２９】前記のフラックスの調整剤としては、印刷
配線基板１に対して銅箔面に自動的に塗布することによ
りペースト状になっていた方が都合が良いことから、溶
剤を使用している。そのため、予備加熱で余分な溶剤は
揮発させ、リフロー時に残留した溶剤による飛散などの
発生がないようにし、また、部品，基板に対してリフロ
ー時の急激な加熱に起因して起こる曲がりや反りや微小
クラックなどの問題を防止するようにしている。

【００３０】以上のようなことから、予備加熱が効率良
く行われていないと良好なハンダ付けがむずかしくな
る。本実施例では、回路ブロック別加熱もさることなが
ら、従来の窒素Ｎ₂に比べてはるかに熱伝導率の高いヘ
リウムＨｅを使用しているので、均一加熱性が充分に高
いものとなる。

【００３１】予備加熱が行われた印刷配線基板１はコン
ベヤ３により終端のリフロー部へと搬入されるととも
に、全体加熱用移動ヒーター２０によって均一に加熱さ
れる。

【００３２】リフロー工程では、適当な温度（均一加熱
度）と時間によって、ハンダ中のスズ（Ｓｎ）が母材金
属に対して拡散する現象により金属間化合物層が生成さ
れる。

【００３３】つまり、金属間化合物層の形成の度合い
は、特に温度的な要因（均一加熱）が重要となる。本実
施例では、不活性ガスとしてのヘリウムＨｅを予備加熱
およびリフローにおいて、ホットヘリウムＨｅを用いた
回路ブロック別加熱を行うので、一層効率の良い均一加
熱が行える。すなわち、熱伝導率が良い分、電子部品２
に対する加熱時間が短くてよく、かつ、吹き付け量も少
なくてよい。したがって、電子部品２に与えるダメージ
を大幅に軽減することができる。また、均一加熱により
金属間化合物層の形成度合いも向上し、品質の良いハン
ダ付けが可能となる。

【００３４】リフロー部でのハンダ付けが完了すると、
リフロー部の後方にある赤外線カメラ２３によってリフ
ロー直後の印刷配線基板１の表面温度と裏面温度の分布
を測定する（ステップＳ７）。なお、この赤外線カメラ
２３も耐熱ガラス２１で覆われており、耐熱ガラス２１
内には図示しない冷却ノズルより冷却空気を供給するこ
とで赤外線カメラ２３を冷却している。上記のようにリ
フロー直後に温度測定されたデータはパソコン３０へ伝
送され、データ入力部３１より第１メモリ部３３に格納
され、比較・判定部３２において先の最適条件としての
温度データと比較・判定され、その結果、補正データ部
３５から適当な補正データがフィードバック的に出力さ
れる（ステップＳ８）。赤外線カメラ２３での測温の終
了した印刷配線基板１は冷却装置２４に送られて冷却さ
れ、さらにリフロー炉Ａの外側へと搬出される。以上に
よって、リフローハンダ付けの１回目のシミュレーショ
ンが終了する。

【００３５】次に、２回目のシミュレーションに移る。
１回目のシミュレーションの判定データを基にして、測
定データとの比較・判定後、次の最適条件を決定する。
上記と同様に、局部加熱ヘッド７の温度設定を実行し
（ステップＳ９）、安定するのを待って、全体加熱部Ａ
２の全体加熱用移動ヒーター２０の温度設定を実行し
（ステップＳ１０）、安定するのを待って、コンベヤ３
の速度設定を実行し（ステップＳ１１）、安定するのを
待つ。そして、再び、狭ピッチ電子部品２を搭載した印
刷配線基板１を自動的にコンベヤ３にてリフロー炉Ａ内
に搬入し、リフロー炉Ａ内を搬送していく。前記と同様
にして、局部加熱部Ａ１と全体加熱部Ａ２とでハンダ付
けが行われ、シミュレーションは終了し、最終目的であ
る最適条件が分析・判定されることとなる。

【００３６】以上、詳述したように、本実施例によれ
ば、（１）狭ピッチ電子部品（ＳＭＴ部品：リードピッチ
０．５ｍｍ以下）のハンダ付けが可能となる。

【００３７】（２）リードを局部加熱ノズル８で押さえ
るため、リードの浮き上がりを防止することができる。

【００３８】（３）局部加熱方式をとったため、電子部
品２のボディ部に対する熱的悪影響が少ない。

【００３９】（４）加熱媒体として熱伝導率の非常に高
いヘリウムＨｅを用いたので、ハンダ部に対する熱伝導
性が良く、均一加熱が可能となる。

【００４０】（５）シミュレーションシステムを採用し
ているので、従来は温度管理が困難であったリフローハ
ンダ付け装置において、最適条件に近づけることができ
る。

【００４１】（６）ハンダ付けの基礎データを入力する
ことにより、条件が異なるハンダ付けであっても、最適
条件に近づけることができる。

【００４２】（７）局部加熱方式を採用しているため、
ハンダブリッジの発生がない。

【００４３】（８）局部加熱方式を採用しているため、
ハンダボールの発生がない。

【００４４】（９）局部加熱方式を採用しているため、
ＴＡＢやプラスチックパッケージなどへの対応も容易で
ある。

【００４５】（１０）局部加熱方式のみによるリフロー
ハンダ付け装置としても使用できるし、全体加熱方式の
みによるリフローハンダ付け装置としても使用できる。

【００４６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、狭ピッ
チ電子部品であっても、ボディ部への熱的悪影響を抑制
できるとともに、ハンダブリッジを生じさせない良好な
状態で電子部品を印刷配線基板にリフローハンダ付けす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る狭ピッチ電子部品対応
のリフローハンダ付け装置の構造を示す斜視図である。

【図２】実施例のリフローハンダ付け装置の概略構成図
である。

【図３】実施例のリフローハンダ付け装置の動作説明に
供するフローチャートである。

【図４】従来のリフローハンダ付け装置を示す概略構成
図である。

【図５】従来のリフローハンダ付け装置の動作説明に供
するフローチャートである。

【符号の説明】

Ａ……リフロー炉Ａ１…局部加熱部Ａ２…全体加熱部１……印刷配線基板２……狭ピッチ電子部品３……コンベヤ４……シャッタ５……Ｏ₂排気口６……不活性ガス（ヘリウム）供給口７……局部加熱ヘッド８……局部加熱ノズル９……予備ノズル１０……加熱ヘッド昇降装置１１……耐熱ガラス１２……温度センサー１３……赤外線カメラ１４……冷却装置１５……基板位置決めストッパー１６……再溶融防止シールド治具加工装置１７……分割治具部押し棒１８……熱負荷・再溶融防止一体型治具板１９……スライド経路２０……全体加熱用移動ヒーター２１……耐熱ガラス２２……温度センサー２３……赤外線カメラ２４……冷却装置２５……シャッタ３０……パソコン３１……データ入力部３２……比較・判定部３３……第１メモリ部３４……第２メモリ部３５……補正データ部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】狭ピッチ電子部品をクリームハンダを介
して搭載した印刷配線基板をリフロー炉内で搬送しなが
ら加熱してリフローを行ってハンダ付けするリフローハ
ンダ付け装置であって、前記狭ピッチ電子部品の各リー
ドのそれぞれに対して局部加熱ヘッドの局部加熱ノズル
を接近または当接させ、前記局部加熱ノズルからホット
ヘリウムを供給することにより、リフローハンダ付けす
ることを特徴とするリフローハンダ付け装置。