JPH08507902A - Ｓｍｄ半田付け装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ＳＭＤ回路基板用リフロー半田付け装置は、半田の溶解を監視するための光学装置を備えている。トンネル炉は、回路基板を先に加熱するため半田付け装置の上流に設置され、回路基板は、トンネル炉と半田付け装置を通って徐々に搬送される。付属装置は、回路基板の選択された領域を、一時的に遮蔽して供給された放射熱から保護することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 ＳＭＤ半田付け装置 本発明は、ＳＭＤ半田付け装置に関する。ＳＭＤ（Surface Mounted Devices ；表装デバイス）は独乙では専門用語として一般化して来ている。上側配線上に 各種の構成要素を装着するのに、所謂リフロー（reflow）半田付けが使用されて いる。半田付け個所には、好ましくは各操作装置によって半田ペーストが供給さ れ、また基板には、好ましくは操作装置によって構成要素が供給される。次に、 構成要素担持用回路基板（以後「基板」という）が、好ましくは熱放射により、 半田付け温度まで加熱される。加熱は普通３つの温度段階を経て行われる。即ち 、第１段階では、半田ペースト内の溶剤を除去するため約１００℃まで加熱され る。第２段階では、１つの試みとして基板全体を実質上均一の温度にするため、 半田の溶解温度より僅かに低い温度まで加熱される。第３段階では、半田が溶解 される。 公知のＳＭＤリフロー半田付け装置は、基板が連続的に搬送されるトンネル炉 として設計されている。 公知の装置は幾つかの欠点を持っている。 或るＳＭＤ構成要素特に半導体回路は、短時間の間半田の溶解温度に耐えられ ると考えられている。従って、第３段階は出来るだけ短くされるべきである。然 しながら、他方、総ての半田スポットの溶解が保証されなければならない。公知 の装置により、複数のパラメーターを適正に調節するために、或る形式の回路に 対して幾つかの試みがなされなければならない。それにも拘わらず、拒否回数は 高く、且つ修正を行い、最終的に若し可能ならば、可成りの努力が必要となる。 かかるコンベヤー半田付け装置は、個々の基板即ち少量の生産においての高い 試行及び拒否率は経済的に適していないので、大量生産用に考えられることは言 うまでもない。 公知の装置の第３の欠点は、半田の溶融点まで出来るだけ均一に基板全体を加 熱するという、正に考え方の基礎部分にある。これは、設計者に、相互作用を無 視し且つ結果的に不利な配線となる。構成部品を基板表面上に類似の均一パター ンで配布させるのを強要することになる。 本発明の目的は、上述した従来技術の諸欠点を排除するか、又は諸欠点の少な くとも幾つかを少なくとも減らすことにある。 本発明の第１の観点によれば、試行錯誤により半田付けのパラメーター（温度 −時間−制御）を決定するのではなくて、その直後直ちに加熱を停止できるよう に半田が正に溶ける点を監視するようにすることである。そのようにするために 、好ましくは、融点以下では灰色である半田ペーストが溶解すると根本的にその 反射性能を変える現象が利用される。これは例えばビデオカメラにより極めて良 好に検出することができる。 これはまた個々の基板又は少量生産に対してＳＭＤ技術を利用する際の障害を 除去して、コンベヤー炉の代わりに単一の基板用に変えられた装置が使用できる ようになる。この装置においては、３つの温度−時間−工程が継続的に履行され る。但し、本発明の別の観点によれば、この装置は、トンネルコンベヤー炉を先 行させて、そこで最初の２つの加熱段階を行わせ、最後の終了段階のみをこの装 置で行うようにすることにより、大量生産用に変更することもできる。搬送は連 続的ではなくて歩進的に行われてもよい。 半田付けが行われている間は基板が静止しているという事実は、本発明の第３ の観点を適用するのを容易にする。即ち、本発明の第３の観点によれば、選択さ れた時間だけ選択された領域を遮蔽して、高い熱吸収性を持つ他の領域（例えば ヒートシンク領域）が長時間に亘って加熱されるようにすることを可能にする装 置が提供される。この装置によれば、設計者は上述の諸制限から解放される。 以下、添付図面を参照して本発明の好適実施例を説明する。 図面は、基本的な部分を詳細に示すため、大半の部分は概略的に描かれている 。 図１は装置全体の側面図である。 図２は図１に示した装置の平面図である。 図３は図１及び２に示した装置の一部を拡大して示している。 図４は図３の矢印“４”の方向に見た側面図である。 図５は監視ユニットのダイアフラム装置を示している。 図１による装置は、終段装置１０と、デバイス担持基板が矢印１４方向へ徐々 に通過する先行トンネル炉１２を含んでいる。終段装置１０と先行トンネル炉１ ２の間には開放状態で示された移送部１６が設けられており、この移送部１６は トンネル炉１２が切り離されている場合（又はトンネル炉１２が存在していない 場合）には、デバイス担持基板を終段装置内へ直接挿入することができるように なっている。終段装置１０の制御は、（トンネル炉１２により生成される）中間 温度レベルから開始されて半田が溶解するまで加熱するか、或は３つの温度レベ ルの総てを経過するかの、何れかが実行されるようになっている。終段装置１０ の出口側には、補足的なハウジング１８が隣接配置されている。このハウジング の作用は後述する。 図面には、好ましくは中間波赤外線放熱器である放熱ヒーター２０が示されて いる。この放熱ヒーターは商業的には有用であり、熱慣性は小さく、且つ温度を 制御するために例えば位相クリッピング（clipping）回路を介して制御すること ができる。このような制御方式の設計は当業者にとって何らの問題も生ぜしめる ことなく、本発明の一部をなすものでもない。 終段装置の加熱室２２上部には監視用カメラ２５を収納した中間ハウジング２ ４が設けられており、更にその上にはディスプレイスクリーンモニター２６が設 置されている。 終段装置１０の構成は図３乃至５に、より詳細に示されている。観察目的等の ために市場で有用なビデオカメラであってもよい監視用カメラ２５は、フレーム 状キャリヤー２８により支持され且つチェーンコンベヤーによって移送される基 板を狙って垂直方向下方へ向けられている。監視用カメラからの出力信号はディ スプレイスクリーンモニター２６へ供給される。カメラのレンズ系は意図的に基 板表面上には焦点をむすばないで、“観察される”像はモニタースクリーン上に ピントがずれた状態で現われるようになっている。かかるカメラは通常明るさの サーボシステムを持っているので、モニタースクリーンは、最初略均一な灰色表 面を表示するであろう。然し、半田が溶解するや否や、半田の小滴はカメラのレ ンズ系内へ多量の可視光を反射し、モニタースクリーンには撮影された星と同様 の像が現われるであろう。これは、操作者がヒーターを切るか、又はヒーターを 切って加熱室２２から基板を移送し、場合によってはその基板を送風装置によっ て冷却するための信号となる。 操作者は像認識装置によって代えられてもよいし、或はディスプレイスクリー ンモニターを廃止してカメラのビデオ出力信号を直接処理するようにしてもよい ことは、理解されるであろう。 図面に示すように、カメラは並置された２つの放熱ヒーターの間を“見る”よ うにしなければならない。従って、終段装置の全幅が利用される場合には、基板 の一部分だけを認識できるに過ぎない。それにも拘らず、全基板領域の観察を可 能にするためには、監視用カメラ２５は、ハンドル３２を用いてノッチ３４によ り限定される３つの位置へ移動可能なキャリッジ３０上に装着される。キャリッ ジ３０はまた、ハンドル３２により、キャリッジの移動に直交して３つの停止位 置の間を移動し得るスライダー３６上に装着されている。９つの停止位置の各々 はダイアフラム４０の視界孔３８と関連せしめられている。結局、上部放熱ヒー ターとフレーム４２とダイアフラム４０とノッチ装置を有するカメラとから成る 組立体は、レール４４に沿って摺動変位可能で、実際上基板の総ての点が、カメ ラで放熱ヒーターの位置を直接狙うことなしにカメラの視野内へ持ち来たされ得 るようになっている。 カメラは側方に装着されて、場合によっては可動のミラーによって像がレンズ 系内へ投影されるようにすることも出来ることは、理解されるであろう。更に、 カメラは回転多角形ミラー等と組み合わされた一列のセンサーと置き換えられ得 ることも、理解されるであろう。最後に、カメラの手動による移動はモーター駆 動によって楽にすることができることが、理解されるであろう。 図３には、基板のためのコンベヤーチエーン５０が示されている。追加の２対 のチェーン５２，５４は補足ハウジング１８を介して加熱室内へ延びている。こ れらのチェーンは、図示しない駆動モーターにより往復駆動される。マスクキャ リヤー５６はこれらのチェーン対上に吊されていて、チェーン対により加熱室外 の位置から加熱室内へ変位可能で、且つ所定時間に亘って上方からの放射に対し て基板の選択された領域を遮蔽するために、基板上へ下ろすことができる。勿論 、この動作は、予め基板の全部が均一に暖められているので、実際の溶接中にみ の行われる。例えばアルミニウムフィルムから成るマスクは各基板のために簡単 に 裁断される。 マスクキャリヤーを変位させるために、リンク機構の如き他の機構も考えられ 得ることは、理解されるであろう。 装置のハウジングは何れも２重壁をなしていて、送風装置６０と吸引装置６２ により強制冷却される。冷却空気の流れは図４に矢印６４により示されている。 カメラはそれ自身冷却用送風機６６を有している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．溶解している半田を認知するための光学装置を含んでいる、ＳＭＤ回路基板 のリフロー半田付け装置。 ２．前記光学装置がビデオカメラである、請求項１に記載の半田付け装置。 ３．前記カメラがディスプレイスクリーンに接続されている、請求項２に記載の 半田付け装置。 ４．前記カメラはピントが外されて、きらめく半田スポットが実質上灰色の背景 の前に表示される、請求項３に記載の半田付け装置。 ５．前記光学装置は、先行する加熱期間後にのみ作用する、請求項１乃至４の何 れかに記載の半田付け装置。 ６．第１の加熱期間中に回路基板は第１の温度レベルまで加熱され、第２の加熱 期間中に該回路基板は第２の温度レベルまで加熱され、そして第３の加熱期間中 に半田が溶解するまで加熱され、最初の２つの加熱期間のためのトンネル炉と第 ３の加熱期間のための終段装置とを含み、回路基板は前記トンネル炉と終段装置 とを通って徐々に搬送される、請求項１乃至５の何れかに記載された如き、ＳＭ Ｄ回路基板のリフロー半田付け装置。 ７．前記終段装置は、その中で最初の２つの加熱期間が選択的に履行されるよう に制御され得る、請求項６に記載の半田付け装置。 ８．先行する加熱温度レベルから出発して、放熱ヒーターは半田が溶解するまで 熱を供給し、そして回路基板の選択された領域を放射熱から一時的に遮蔽し得る 装置を含んでいる、請求項１乃至７の何れかに記載された如き、ＳＭＤ回路基板 のリフロー半田付け装置。