JPH1093232A - リフローはんだ付け装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プリント配線板のリフロー面と反リフロー面
に温度差を与える場合、過度の温度差によってプリント
配線板にストレスによる欠陥が生じるのを解消する。 【解決手段】 加熱炉２１の炉体２２は予熱部２３とリ
フロー部２８とからなり、リフロー部２８を貫通する搬
送コンベア３の下方側にプリント配線板１に熱風を吹き
つける加熱室４３を設け、上方側には冷却用の不活性ガ
スを吹きつける冷却装置５１を設ける。加熱室４３の熱
風の出口には温度センサ４８を設け、目的の熱風温度と
なるように温度制御装置４９を設ける。冷却装置５１の
冷却用ガス噴出ノズル５８には温度センサ５９を設け、
目的の温度となるように不活性ガス加熱室５４の温度を
制御する温度制御装置６０を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品を搭載し
たプリント配線板等のような被はんだ付けワークの被は
んだ付け面側に予め供給していおいたはんだを、加熱し
溶融させてはんだ付けを行うリフローはんだ付け装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プリント配線板をリフローはんだ付けす
る場合において、一方の被はんだ付け面側であるリフロ
ー面側にはリフロー温度（例えば約２５０℃）に対する
耐熱性を有する電子部品が搭載されているが、他方の面
側の反リフロー面側には耐熱温度が低い（例えば約１２
０℃）電子部品が搭載されている場合がある。

【０００３】このようなプリント配線板のリフローはん
だ付けを行うには、リフロー面側を加熱しつつ他方の反
リフロー面側の電子部品の温度上昇を抑制する必要があ
る。

【０００４】このような技術の一例として、特開平７−
２１２０３３号公報の技術を図４（ａ），（ｂ）に示
す。

【０００５】図４（ａ），（ｂ）は、従来の「リフロー
装置」を示すもので、図４（ａ）はリフロー装置の側断
面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のリフロー装置の加熱プ
ロファイルを示す図である。

【０００６】これらの図において、１はプリント配線
板、２は電子部品、３は搬送コンベア、４はモータ、５
は加熱炉、６は炉体、７は予熱ゾーン、８は均熱ゾー
ン、９はリフローゾーン、１０，１１，１２，１３はヒ
ータ、１４，１５，１６はファン、１７はノズルであ
る。

【０００７】この技術は、リフローゾーン９にプリント
配線板１が搬入される前に、プリント配線板１の一方の
リフロー面側とは反対側の加熱したくない他方の反リフ
ロー面側にノズル１７により冷気（例えば、液体窒素が
気化した後の−１０〜５℃程度の低温の窒素ガス）を吹
きつけ、反リフロー面側の温度初期値を十分に低下さ
せ、続いてプリント配線板１がリフローゾーン９に搬入
され加熱手段としてのヒータ１２，１３によって加熱さ
れてリフローはんだ付けがおこなわれている際において
も、前記の冷気を吹きつけた反リフロー面側の温度上昇
を所望の温度以内の低い温度に抑制するものである。

【０００８】図４（ｂ）では、予熱ゾーン７においてプ
リント配線板１の被はんだ付け面側とその反リフロー面
側との間に約１２０℃程度の温度差が与えられ、その後
リフローゾーン９では約９０℃程度の温度差が維持され
ていることが開示されている。

【０００９】ところで、リフローはんだ付け装置の炉体
６内への不活性ガス（例えば窒素ガス）を供給して低酸
素濃度雰囲気とし、この雰囲気中でリフローはんだ付け
を行う装置（同公報で述べられている窒素リフロー装
置）がある。この装置では、リフロー面側の酸化を防止
し溶融したはんだの表面張力を低下させてその流動性を
高め、微細な被はんだ付け部であっても良好なリフロー
はんだ付けを行うことが可能となる。

【００１０】そのため、このようなリフローはんだ付け
装置では、液化窒素が気化した直後の低い温度の窒素ガ
スを前記の冷気として使用することができるので、一石
二鳥の長所が得られる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図４（ｂ）の
加熱プロファイルに示されるように、約１００℃以上に
もおよぶ温度差を予熱ゾーン７とリフローゾーン９とに
亘ってプリント配線板１に与え続けることは、プリント
配線板１に過度の熱ストレスを長時間に亘って与え続け
ることになり、温度差に原因した熱膨張量の相違に原因
してプリント配線板１に多量の反りを生じる。

【００１２】そのため、搭載されている電子部品２は水
平あるいは垂直の通常の搭載状態を維持することができ
なくなり、ツームストーン現象を生じやすくなる。ま
た、スルーホールやビアホール（viahole ）に応力によ
るストレスが加わり、甚だしくはクラックを生じたりす
る。

【００１３】さらに、均熱ゾーン８において前記のよう
な温度差が存在すると、リフロー面側から冷却された反
リフロー面側へ熱量が移動し、搭載した電子部品２の熱
容量の違いに原因してリフロー面側が均一に加熱されな
くなる。

【００１４】また、多量の反りの発生は、プリント配線
板１の両側端部を載置・保持して搬送する搬送コンベア
３を使用している場合にあっては、プリント配線板１が
搬送コンベア３から脱落して落下する事故を生じやすく
もなる。

【００１５】本発明の目的は、不活性ガスを炉体内へ供
給して低酸素濃度雰囲気中でリフローはんだ付けを行う
装置において、温度差を与えることが必要な加熱領域の
みにおいて必要最小限の温度差を与えるように構成する
ことによって、前記のような問題を解消することにあ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明のリフローはんだ
付け装置は、ヒータを備えた加熱室で加熱した不活性ガ
スであって、センサと温度制御装置で温度管理された不
活性ガスをプリント配線板の反リフロー面側に吹きつけ
るように構成したところに特徴がある。また、不活性ガ
スの供給手段として液化した不活性ガスを使用するもの
である。

【００１７】例えば、不活性ガスとしての液体窒素の沸
点は約−１９５℃であり、気化した直後の温度管理され
ていない窒素ガスをプリント配線板に吹きつけると、プ
リント配線板の反リフロー面側の温度が必要以上に低下
してしまう。

【００１８】このため、別に設けた不活性ガス加熱室内
のヒータにより不活性ガスを均一な温度に加熱し、必要
とする温度に加熱された不活性ガスをプリント配線板に
吹きつけることにより、リフローはんだ付けを行う際に
反リフロー面側の温度上昇を所望の値に抑制しつつ、過
度に冷却することを防止することができる。

【００１９】また、不活性ガスの使用によりリフローは
んだ付けを行う雰囲気を低酸素濃度雰囲気とすることが
できるので、リフロー部の酸化を防止することができる
とともに、溶融はんだの表面張力が低下して微細な被は
んだ付け部の溶融はんだの濡れ性を向上させることがで
きる。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明のフローはんだ付け装置
は、加熱炉を貫通する搬送コンベアを通してあり、プリ
ント配線板を載置・保持して搬送する。

【００２１】加熱炉を構成する炉体内は、プリント配線
板の搬送方向に沿って予熱部の昇温部加熱室と均温部加
熱室，リフロー部加熱室に仕切ってあり、各加熱室ごと
に加熱温度を調節できるようにしてプリント配線板の加
熱プロファイルの制御性を向上させている。

【００２２】予熱部では、炉壁側に断熱材を設けた赤外
線ヒータを搬送コンベアの上下に配列し、それぞれのヒ
ータ表面に温度センサを設けるとともに、別に温度制御
装置を設けてあり、ヒータ表面温度を予め決めた目的と
する温度に調節できるように構成している。

【００２３】また、搬送コンベアの搬送方向に沿って予
熱部の炉内雰囲気を循環させるために、昇温部と均熱部
との間に吸込口を設け、搬入口側とリフロー部側にそれ
ぞれ吹出口を設け、それらをブロワに接続してある。ブ
ロワの駆動モータは可変周波数インバータによって回転
制御し、その循環雰囲気の流量を調節できるように構成
してある。

【００２４】また、ブロワの吸込口側の開閉弁を通して
大気を取り入れたり、窒素ガス供給装置から窒素ガス等
の不活性ガスを取り入れたりして、予熱部の炉体内温度
が必要以上に上昇することを抑制できるようにした構成
である。

【００２５】リフロー部は、搬送コンベアの下方側にプ
リント配線板に熱風を吹きつける加熱手段を設けてあ
り、上方側には冷却用の不活性ガスを吹きつける冷却装
置を設けてある。

【００２６】加熱手段は熱風循環型であり、ブロワから
供給された雰囲気を加熱室のヒータで加熱した後、整流
板で均一な熱風として吹出口から吹き出して、プリント
配線板に吹きつけて加熱し、その後に吸込口から吸い込
んでブロワに還流する構成である。

【００２７】そして、熱風の吹出口には温度センサを設
けてあり、この検出信号を温度制御装置に入力し、同装
置に予め指示してある目的の熱風温度となるようにヒー
タ電力を制御するように構成してある。

【００２８】他方、冷却手段の冷却源としての液体窒素
は、液体窒素ボンベから供給され、開閉弁を通って不活
性ガス加熱室に入り、この不活性ガス加熱室内のヒータ
により均一な温度分布に加熱された後に流量調節弁およ
び流量計をとおり、冷却用ガス噴出ノズルに供給し、ノ
ズルから噴出した窒素ガスをプリント配線板に吹きつけ
る構成である。

【００２９】そして、冷却用ガス噴出ノズルから噴出す
る窒素ガスの温度を検出するセンサを設けてあり、この
検出信号を温度制御装置に入力し、同装置に予め指示し
てある目的の温度となるようにヒータ電力を制御するよ
うに構成してある。

【００３０】

【実施例】次に、本発明によるリフローはんだ付け装置
を実際上どのような形態において実施できるかを説明す
る。

【００３１】〔第１の実施例〕図１は、本発明の第１の
実施例を示す側断面図で、プリント配線板の下側面のみ
のリフローはんだ付けを行う場合を示し、不活性ガスの
供給系と温度調節系とはシンボル図で示し、図４と同一
符号は同一部分を示す。

【００３２】すなわち、加熱炉２１を貫通してプリント
配線板１の搬送コンベア（チェーンコンベア）３を通し
てあり、プリント配線板１の側端部をチェーンコンベア
３のピン（図示せず）上に載置・保持して搬送する。

【００３３】加熱炉２１を構成する炉体２２内は、プリ
ント配線板１の搬送方向Ａに沿って予熱部２３には、昇
温部２４として昇温部加熱室２５と、均温部２６として
均温部加熱室２７が設けられ、リフロー部２８にはリフ
ロー部加熱室２９が仕切って設けられてあり、各加熱室
２５，２７，２９ごとに加熱温度を調節できるようにし
てプリント配線板１の加熱プロファイルの制御性を向上
させている。

【００３４】予熱部２３では、炉壁側に断熱材３１を設
けた赤外線ヒータ３２を搬送コンベア３の上下に配列
し、いずれも図示はしていないが各ヒータ３２の表面に
温度センサを設けるとともに、別に温度調節制御装置を
設けてあり、赤外線ヒータ３２の表面温度を予め決めた
目的とする温度に調節できるように構成している。

【００３５】また、搬送コンベア３の搬送方向Ａに沿っ
て予熱部２３の炉体２２内の雰囲気を循環させるため
に、昇温部２４と均温部２６との間に吸込口３３を設
け、搬入口３４側とリフロー部２８側とにそれぞれ吹出
口３５を設け、それらをブロワ３６に接続してある。ブ
ロワ３６の図示しない駆動モータ（インダクションモー
タ）は可変周波数インバータによって回転制御し、その
循環雰囲気の流量を調節できるように構成してある。

【００３６】なお、ブロワ３６の吸込口３３側に開閉弁
３７を設け、必要に応じてこの開閉弁３７を通して大気
を取り入れたり、窒素ガス供給装置から窒素ガス等の不
活性ガスを取り入れたりして、予熱部２３内の温度が必
要以上に上昇することを抑制できるようにした構成であ
る。また、３８は搬出口である。

【００３７】リフロー部２８は、搬送コンベア３の下方
側にプリント配線板１に熱風を吹きつける加熱装置４１
を設けてあり、上方側には不活性ガス供給手段として冷
却用の液化した不活性ガス（窒素ガス）を吹きつける冷
却装置５１を設けてある。

【００３８】加熱装置４１は熱風循環型であり、ブロワ
４２から供給された雰囲気を加熱室４３のヒータ４４で
加熱した後、整流板４５で均一な熱風として吹出口４６
から吹き出して、プリント配線板１に吹きつけて加熱
し、その後に吸込口４７から吸い込んでブロワ４２に還
流する構成である。

【００３９】そして、熱風の吹出口４６には温度センサ
４８を設けてあり、この検出信号Ｓ_THを温度制御装置４
９に入力し、同装置４９に予め指示してある目的の熱風
温度となるようにヒータ電力Ｓ_PHを制御するように構成
してある。

【００４０】他方、冷却装置５１の冷却源としては液体
窒素を使用する。不活性ガスの供給源である液体窒素ボ
ンベ５２から供給される窒素ガスは、開閉弁５３を通っ
て不活性ガス加熱室５４に入り、不活性ガス加熱室５４
内のヒータ５５により均一な温度分布に加熱された後に
流量調節弁５６および流量計５７を通り、冷却用ガス噴
出ノズル５８に供給し、このノズル５８から噴出した窒
素ガスをプリント配線板１に吹きつける構成である。

【００４１】そして、冷却用ガス噴出ノズル５８から噴
出する窒素ガスの温度を検出する温度センサ５９を設け
てあり、この検出信号Ｓ_TCを温度制御装置６０に入力
し、同装置６０に予め指示してある目的の温度となるよ
うにヒータ電力Ｓ_PCを制御するように構成してある。

【００４２】なお、先に説明した予熱部２３においてプ
リント配線板１の上側面を加熱する赤外線ヒータ３２を
備えている理由は、耐熱温度の低い電子部品２が搭載さ
れているプリント配線板１の上面側も耐熱温度以下の温
度ではあるが、その範囲内で加熱してプリント配線板１
全体がなるべく均一な温度に加熱されるようにするため
である。

【００４３】図２は、図１のリフロー部２８の熱風吹き
出し温度を約２５０℃に設定し、冷風温度すなわち窒素
ガスの吹き出し温度を約１００℃に設定した際の加熱プ
ロファイルの一例を示す図である。

【００４４】予熱部２３では、赤外線ヒータ３２の表面
温度を調節してプリント配線板１の下側面すなわちリフ
ローはんだ付け面の被はんだ付け部の温度が約１４０℃
になるように設定し、上側面すなわち反リフローはんだ
付け面の温度が約１００℃となるように設定する。この
場合、開閉弁３７を開いてわずかに大気を供給する。ま
たはわずかに窒素ガスを供給してもよい。それにより予
熱部２３の雰囲気温度を下げ、プリント配線板１の上面
側の温度が過度に上昇することを容易に抑制することが
できるようになる。

【００４５】このように、予熱部２３ではプリント配線
板１のリフロー面側の温度と反リフロー面側の温度との
差を、約４０℃以内に維持することができる。

【００４６】リフロー部２８では、プリント配線板１の
リフロー面側に約２５０℃の熱風が吹きつけられて約２
４０℃まで昇温し、被はんだ付け部のはんだが溶融して
はんだ付けが行われる。他方、反リフロー面側で約１０
０℃の窒素ガスが吹きつけられ、約１１０℃の温度に維
持されている。すなわち、反リフロー面側は必要以上に
温度上昇することがないようにその分の熱量を奪い去る
だけでよいのである。

【００４７】また、このリフロー部２８では窒素ガスが
供給されているので、雰囲気の酸素濃度が小さく被はん
だ付け部の酸化が抑制され、また溶融はんだの流動性が
良好となり、微細部分のはんだ付け性が格段に向上す
る。

【００４８】以上のように、プリント配線板１に温度差
に原因したストレスが加わるのはリフロー部２８のみで
あり、また、耐熱性の低い電子部品がプリント配線板１
の反リフロー面側に搭載されていても該耐熱温度以下で
保護することができる。

【００４９】〔第２の実施例〕図３は、本発明の第２の
実施例を示す側断面図で、プリント配線板１の下面のみ
のリフローはんだ付けを行う場合を示し、不活性ガスの
供給系と温度調節系はシンボル図で示し、図１と同一符
号は同一部分を示す。

【００５０】第２の実施例が第１の実施例と相違する点
は、リフロー部２８においてプリント配線板１に冷却の
ための不活性ガスを吹きつける手段が相違するだけであ
る。すなわち、第２の実施例の冷却装置６１は熱風を吹
きつける加熱手段と同様の雰囲気循環構造とし、下方側
に示すような雰囲気を加熱する加熱室４３およびヒータ
４４を備えていない。そして、ブロワ６２の吸込口４７
側に温度制御された窒素ガスを供給するように構成して
いる。

【００５１】プリント配線板１の反リフロー面側に吹き
つけられる窒素ガスを含む雰囲気の温度は、その吹出口
４６に設けた温度センサ５９により検出し、この検出信
号Ｓ_TCにより温度制御装置６０が不活性ガス加熱室５４
のヒータ電力Ｓ_PCを制御して所定の温度に制御する。す
なわち、供給する窒素ガスの温度を調節することでプリ
ント配線板１の反リフロー面側に吹きつける雰囲気の温
度を調節する。

【００５２】このように、供給する窒素ガスの温度を調
節してプリント配線板１に吹きつけられる雰囲気の温度
を調節するように構成することによって、プリント配線
板１の反リフロー面側の温度を所望の温度に調節するこ
とができるとともに、リフロー部２８における雰囲気を
低酸素濃度にすることができる。

【００５３】なお、窒素ガスの流量を調節することによ
って、その雰囲気の酸素濃度を調節することができる。
また、ブロワ６２の（モータはインダクションモータ）
回転数を可変周波数インバータにより調節することによ
り、プリント配線板１に吹きつけられる雰囲気の流速を
調節することができるので、プリント配線板１の反リフ
ロー面側から奪い去る熱量をその風量によって調節する
こともできる。すなわち、窒素ガス供給流量を調節して
酸素濃度を目的とする値に維持しつつ風量や加熱室にお
ける窒素ガスの加熱温度を調節することにより、該反リ
フロー面側の温度を目的とする温度以内に維持すること
ができる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、プリント
配線板に与えるストレスを最小にしてリフロー面側のみ
をリフローはんだ付けし、反リフロー面側は所望の例え
ば搭載電子部品の耐熱温度以下に維持することができ
る。もちろん、プリント配線板の両面をリフローはんだ
付けするように実装設計されたプリント配線板であっ
て、既にリフローはんだ付けされている面のはんだが再
溶融することを防止することもできる。

【００５５】また、リフローはんだ付けを行う雰囲気を
低酸素濃度の雰囲気に維持し、良好なはんだ付け性を確
保することもできる。さらに、液化した不活性ガスを使
用することにより、ガスの有するエネルギーを無駄なく
利用することができる。

【００５６】不活性ガスは不活性ガス加熱室のヒータに
より加熱されて均一な温度分布でプリント配線板に吹き
つけられるので、プリント配線板の反リフロー面側を均
一な温度分布に維持することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す側断面図である。

【図２】図１の加熱プロファイルの一例を示す図であ
る。

【図３】本発明の第２の実施例を示す側断面図である。

【図４】従来の「リフロー装置」を示すもので、図４
（ａ）はリフロー装置の側断面図、図４（ｂ）は図４
（ａ）のリフロー装置の加熱プロファイルを示す図であ
る。

【符号の説明】

１ プリント配線板 ３ 搬送コンベア ２１ 加熱炉 ２２ 炉体 ２３ 予熱部 ２４ 昇温部 ２５ 昇温部加熱室 ２６ 均温部 ２７ 均温部加熱室 ２８ リフロー部 ２９ リフロー部加熱室 ４１ 加熱装置 ４２ ブロア ４３ 加熱室 ４４ ヒータ ４８ 温度センサ ４９ 温度制御装置 ５１ 冷却装置 ５２ 液体窒素ボンベ ５４ 不活性ガス加熱室 ５５ ヒータ ５６ 流量調整弁 ５８ 冷却用ガス噴出ノズル ５９ 温度センサ ６０ 温度制御装置 ６１ 冷却装置 ６２ ブロア

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板状の被はんだ付けワークの一方のリフ
   ロー面側を加熱手段で加熱しつつ他方の反リフロー面側
   に不活性ガス供給手段で不活性ガスを吹きつけて冷却
   し、前記リフロー面側の被はんだ付け部にあらかじめ供
   給しておいたはんだを溶融させてリフローはんだ付けす
   る装置であって、 前記被はんだ付けワークに吹きつけられる前記不活性ガ
   スの温度を検出するセンサと、 前記被はんだ付けワークに吹きつける前記不活性ガスを
   加熱するヒータを設けた不活性ガス加熱室と、 前記センサが検出した温度と予め指示された温度とを比
   較して両温度が一致するように前記ヒータに供給する電
   力を調節する温度制御装置とを備えた、ことを特徴とす
   るリフローはんだ付け装置。
2. 【請求項２】 不活性ガス供給手段は液化した不活性ガ
   スを供給するものである、ことを特徴とする請求項１記
   載のリフローはんだ付け装置。