(57)【要約】  本発明は、電子部品を配置したプリント基板のリフローソルダリング又はリワークソルダリングを行うソルダリング方法において、ソルダリング時の部品温度がその耐熱温度を超える電子部品に対し冷却溶剤を塗布し、前記冷却溶剤を塗布したのちソルダリングのための加熱を行う。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を配置したプリント基板のリフローソルダリング又はリワークソルダリングを行うソルダリング方法において、
ソルダリング時の部品温度がその耐熱温度を超える電子部品に対し冷却溶剤を塗布し、
前記冷却溶剤を塗布したのちソルダリングのための加熱を行うことを特徴とするソルダリング方法。
【請求項２】
請求項１記載のソルダリング方法において、
前記ソルダリング時の部品温度を推定し、
推定したソルダリング時の部品温度に応じて前記冷却溶剤の塗布量を変えることを特徴とするソルダリング方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載のソルダリング方法において、
前記冷却溶剤の塗布は、部品位置まで移動させたノズルから前記冷却溶剤を噴射して行うことを特徴とするソルダリング方法。
【請求項４】
請求項１記載のソルダリング方法において、
前記冷却溶剤の塗布は、貫通孔を持つマスクで前記プリント基板を覆い、前記マスク全面に前記冷却溶剤を噴射して行うことを特徴とするソルダリング方法。
【請求項５】
請求項２記載のソルダリング方法において、
推定したソルダリング時の部品温度がその耐熱温度を超える電子部品を耐熱スポンジで覆い、
前記耐熱スポンジに冷却溶剤を塗布することを特徴とするソルダリング方法。
【請求項６】
請求項１記載のソルダリング方法において、
電子部品の耐熱温度に応じて沸点の異なる冷却溶剤を塗布することを特徴とするソルダリング方法。
【請求項７】
電子部品を配置したプリント基板のリフローソルダリング又はリワークソルダリングを行うソルダリング装置において、
ソルダリング時の部品温度がその耐熱温度を超える電子部品に対し冷却溶剤を塗布する冷却溶剤塗布手段を有し、
前記冷却溶剤を塗布したのちソルダリングのための加熱を行うことを特徴とするソルダリング装置。
【請求項８】
請求項７記載のソルダリング装置において、
前記ソルダリング時の部品温度を推定し、推定したソルダリング時の部品温度に応じて前記冷却溶剤の塗布量を変える塗布量変更手段を
有することを特徴とするソルダリング装置。
【請求項９】
請求項８記載のソルダリング装置において、
前記塗布量変更手段は、
前記電子部品の部品体積に基づいてソルダリング時の部品温度を推定する温度推定手段と、
推定した電子部品の部品温度をその電子部品の耐熱温度と比較して前記電子部品に塗布する前記冷却溶剤の塗布量を算出する塗布量算出手段を
有することを特徴とするソルダリング装置。
【請求項１０】
請求項９記載のソルダリング装置において、
前記冷却溶剤塗布手段は、前記冷却溶剤を塗布する電子部品の位置までノズルを移動させるノズル移動手段と、
前記塗布量算出手段で算出した塗布量だけの冷却溶剤を前記ノズルから噴射する噴射手段を
有することを特徴とするソルダリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソルダリング方法及びその装置に関し、リフローソルダリング又はリワークソルダリングを行うソルダリング方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境対策からハンダの鉛フリー化が進められ、スズ・鉛共晶ハンダから鉛フリーハンダへ切り替わることによって、リフローソルダリングが困難となっている。リフローソルダリングが困難となっているのは、鉛フリーハンダの溶融温度（例えば２１７°Ｃ）がスズ・鉛共晶ハンダの溶融温度（約１８３°Ｃ）より高い点にある。【０００３】
また、電子装置の多機能化の要求から電子部品の大型化及び電子部品配置の峡間隙化（間隙２ｍｍ以下）が進行しているものの、電子部品の耐熱温度の上昇は望めない。【０００４】
そのため、峡間隙での部品間の温度制御が重要であり、リフローソルダリングにおいては、プリント基板（ＰＣＢ）内の均一加熱を行って、各電子部品の部品温度が接合最低温度（例えば２３０℃）と部品耐熱温度（例えば２４５℃）の間となるよう温度制御を行うことが必須である。【０００５】
また、リワークソルダリングにおいては、取り外す電子部品の部品温度を接合最低温度（例えば２３０℃）以上とし、取り外さない電子部品（周辺部品）の部品温度を周辺部品耐熱温度（例えば１７０℃）以下とする周辺部品の温度制御が必須である。【０００６】
図１に、従来のリフローソルダリング装置の一例の側面図を示す。同図中、温度上昇を抑制したい電子部品１をアルミキャップ２で覆い、アルミキャップ２により電子部品１の熱容量を増加させ、電子部品１の温度上昇を抑制している。【０００７】
なお、特許文献１には、搬送コンベアに冷却用ノズル（又は加熱用ノズル）を設け、ノズル先端から所望の電子部品に冷却気流（又は加熱気流）を吹き付けて、電子部品お熱容量、耐熱性に応じた温度制御を行うことが記載されている。【０００８】
また、特許文献２には、非耐熱部品の装着位置に対応してマスクパレットの孔から冷風を吹きかけて非耐熱部品の温度を低くすることが記載されている。
【特許文献１】特開２００１−３５８４５４号公報
【特許文献２】特開平１１−２６９２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１に示す従来技術は、電子部品配置の峡間隙化によりアルミキャップ２をプリント基板３上に支持する側壁２ａの搭載スペースの確保が難しく、アルミキャップ２の搭載及び除去工数に手間がかかり、様々な電子部品の形状へのアルミキャップ２形状の対応と、その温度制御効果の把握が困難であり、アルミキャップを量産することができず、汎用性が低いという問題があった。【００１０】
また、特許文献１，２に記載された方法も、汎用性の低さ又は装置の複雑化から量産適用化は困難であるという問題があった。【００１１】
本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、あらゆる電子部品形状に対応できて汎用性が高くなり、構成が簡単で除去工数が不要なソルダリング方法及びその装置を提供することを総括的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的を達成するため、本発明のソルダリング方法は、電子部品を配置したプリント基板のリフローソルダリング又はリワークソルダリングを行うソルダリング方法において、ソルダリング時の部品温度がその耐熱温度を超える電子部品に対し冷却溶剤を塗布し、前記冷却溶剤を塗布したのちソルダリングのための加熱を行う。
【発明の効果】
【００１３】
このようなソルダリング方法によれば、あらゆる電子部品形状に対応できて汎用性が高くなり、構成が簡単で除去工数が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来のリフローソルダリング装置の一例の側面図である。
【図２】本発明の原理を説明するための冷却溶剤塗布工程の側面図である。
【図３】本発明の原理を説明するためのリフロー工程の側面図である。
【図４】リフローソルダリング時の温度プロファイルである。
【図５】冷却溶剤塗布ブロックの一実施形態の側面図である。
【図６】冷却溶剤塗布処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００１５】
１１，３１  プリント基板
１２，１３，３２，３３，３４ａ〜３４ｅ  電子部品
１４  ハンダバンプ
２０，３５，３７  冷却溶剤塗布ノズル
３６，３８  ＸＹ駆動機構
３９，４０  配管
４１  溶剤タンク
４２  ポンプ
４３  制御部
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。【００１７】
<本発明の原理>
図２及び図３は、本発明の原理を説明するための冷却溶剤塗布工程とリフロー工程の側面図を示す。【００１８】
図２において、Ｘ方向に移動するコンベア１０上にプリント基板（ＰＣＢ）１１が載置されている。プリント基板１１には電子部品１２，１３等が配置され、電子部品１２，１３それぞれは一面にも受けられた複数のハンダバンプ１４をプリント基板１１上の配線パターンに設けられた接続位置に当接させている。【００１９】
冷却溶剤塗布ノズル２０は、Ｘ方向及びこれと直行するＹ方向（図示せず）及びＺ方向に移動可能とされており、ソルダリング期間に部品温度がその部品耐熱温度を超える電子部品１３に対向する位置で冷却溶剤２１を噴射し、冷却溶剤２１を電子部品１３の表面に塗布する。【００２０】
この後、プリント基板１１はコンベア１０によってＸ方向に搬送されてリフロー炉に搬入され、図３に示すように、温風と赤外線の少なくとも一方を用いて加熱される。加熱の際に、電子部品１３の表面に塗布されている冷却溶剤２１が気化するため、電子部品１３の温度がその部品耐熱温度を超えることを防止できる。【００２１】
プリント基板に電子部品をハンダ付けするに際しプリント基板全体を加熱するリフローソルダリング時に、電子部品を部品耐熱温度（例えば２４５°Ｃ）以下にするために用いる冷却溶剤としては、例えば沸点２３５°Ｃの２−ブラシ−１．４−ジオール、沸点２４２°Ｃのペンタメチレングリコール、沸点２４３°Ｃのオクチレングリコール等を用いる。【００２２】
また、プリント基板にハンダ付けした電子部品を取り外すに際し取り外す一部の電子部品だけを加熱するリワークソルダリング時に、取り外す電子部品の周辺の電子部品を例えば１７０°Ｃ以下にするために用いる冷却溶剤としては、例えば沸点１５３°Ｃのアニソール、沸点１５７°Ｃのヘキシルアルコール等を用いる。この他に、リフローソルダリング及びリワークソルダリング時に、沸点１００°Ｃの純水を用いても良い。【００２３】
図４にリフローソルダリング時の温度プロファイルを示す。ここで、電子部品１２はＺ方向高さが高く単位面積当たりの部品体積が大きいため温度上昇度合いが小さくなる。電子部品１３はＺ方向高さが低く単位面積当たりの部品体積が小さいため温度上昇度合いが大きくなる。【００２４】
このため、電子部品１２は図４に実線で示すように接合最低温度（２３０℃）以上で部品耐熱温度（２４５℃）未満の間を所定時間Ｔ１だけ維持することができリフローソルダリングが実施される。【００２５】
これに対し、電子部品１３は温度上昇度合いが大きく冷却溶剤を塗布しない場合、図４に一点鎖線で示すように部品耐熱温度（２４５℃）以上となるが、冷却溶剤を塗布することにより図４に破線で示すように接合最低温度（２３０℃）以上で部品耐熱温度（２４５℃）未満の間を維持することができリフローソルダリングが実施される。【００２６】
ここで、例えば塗布量が０ｍｇの場合の冷却維持時間は０ｓｅｃ、塗布量が５０ｍｇの場合の冷却維持時間は３ｓｅｃ、塗布量が１００ｍｇの場合の冷却維持時間は６ｓｅｃ、塗布量が１５０ｍｇの場合の冷却維持時間は９ｓｅｃとなり、冷却溶剤の塗布量と冷却維持時間は略比例する。【００２７】
<冷却溶剤塗布ブロック>
図５は、冷却溶剤塗布ブロックの一実施形態の側面図を示す。同図中、プリント基板３１の両面には冷却の不要な電子部品３２，３３と、冷却の必要な電子部品３４ａ〜３４ｅが配置されている。冷却溶剤塗布ノズル３５はＸＹ駆動機構３６に支持されてＸ方向及びこれと直行するＹ方向（図示せず）に移動自在とされており、冷却溶剤塗布ノズル３７はＸＹ駆動機構３８に支持されてＸ方向及びＹ方向に移動自在とされている。【００２８】
なお、冷却溶剤塗布ノズル３５，３７はＺ方向に伸縮する構成であっても良い。冷却溶剤塗布ノズル３５，３７は伸縮自在の配管３９，４０を通じ溶剤タンク４１からポンプ４２の加圧によって冷却溶剤を供給されている。【００２９】
制御部４３は、プリント基板３１のＣＡＤデータから冷却の必要な電子部品３４ａ〜３４ｅを判別し、冷却の必要な電子部品３４ａ〜３４ｅそれぞれの中心位置まで冷却溶剤塗布ノズル３５，３７を移動するためＸＹ駆動機構３６，３８の駆動制御を行う。更に、溶剤タンク４１内のポンプ４２の駆動制御を行い、冷却溶剤塗布ノズル３５，３７に設けられた噴射弁の開閉制御を行う。【００３０】
上記制御部４３の制御により、冷却溶剤塗布ノズル３５は電子部品３４ａに対向する位置に移動して電子部品３４ａに冷却溶剤を噴射して塗布した後、電子部品３４ｂに対向する位置まで移動して電子部品３４ａに冷却溶剤を噴射して塗布し、更に電子部品３４ｃに対向する位置まで移動して電子部品３４ｃに冷却溶剤を噴射して塗布する。【００３１】
これと同時に、冷却溶剤塗布ノズル３７は電子部品３４ｄに対向する位置に移動して電子部品３４ｄに冷却溶剤を噴射して塗布した後、電子部品３４ｅに対向する位置まで移動して電子部品３４ｅに冷却溶剤を噴射して塗布する。【００３２】
<冷却溶剤塗布処理のフローチャート>
図６は、制御部４３による冷却溶剤塗布処理のフローチャートを示す。同図中、ステップＳ１で、プリント基板３１のＸＹ平面を単位面積（例えば数ｍｍ２）の正方形の区画に分け、プリント基板３１のＣＡＤデータから各区画について、その区画における電子部品の部品体積を求め、この部品体積に加熱温度，加熱時間等のパラメータを加えてソルダリング時の部品温度を推定する。【００３３】
なお、その区画の電子部品の熱容量は上記部品体積に反比例し、リフローソルダリング期間又はリワークソルダリング期間におけるその区画の電子部品の部品温度を推定することができる。【００３４】
次に、ステップＳ２で各区画に搭載される電子部品の部品耐熱温度（リフローソルダリング時）又は周辺部品耐熱温度（リワークソルダリング時）と、部品体積から推定した部品温度とを比較することでその区画の電子部品に対する冷却溶剤塗布の有無を判定し、かつ、その冷却溶剤の塗布量を算出する。【００３５】
ステップＳ３では冷却溶剤塗布を必要とする電子部品が複数区画にまたがる場合を考慮して、当該電子部品がまたがる複数区画の冷却溶剤の塗布量を加算して当該電子部品に対する冷却溶剤の塗布量を求め、当該電子部品の中心位置のＸＹ座標を求める。上記のステップＳ１〜３は前処理として冷却溶剤塗布工程に入る以前に行っておく。【００３６】
ステップＳ４で電子部品への冷却溶剤塗布が終了したか否かを判別し、冷却溶剤塗布を必要とする電子部品がある場合にはステップＳ５で冷却溶剤塗布を必要とする電子部品の中心位置のＸＹ座標まで冷却溶剤塗布ノズル３５又は３７を移動させる。【００３７】
そして、ステップＳ６で冷却溶剤塗布ノズル３５又は３７の噴射弁を当該電子部品に対する冷却溶剤の塗布量に対応する時間だけ開弁して冷却溶剤塗布を行い、ステップＳ４に進む。【００３８】
以降、ステップＳ４〜Ｓ６を繰り返して冷却溶剤塗布を必要とする全ての電子部品に対し冷却溶剤塗布を実行する。【００３９】
なお、ＣＡＤデータに各区画に搭載される電子部品の部品体積が登録されていない場合には、電子部品を搭載したプリント基板３１のＸＹ平面をレーザ等の距離センサで走査して各区画における電子部品のプリント基板を基準とするＺ方向の高さを測定し、Ｚ方向の高さから各区画の電子部品の部品体積を求めても良い。【００４０】
なお、上記実施形態ではリフローソルダリング時の部品耐熱温度は例えば２４５℃で一定、リワークソルダリング時の周辺部品耐熱温度は例えば１７０℃で一定として説明したが、電子部品毎に部品耐熱温度又は周辺部品耐熱温度が異なっていても良い。この場合、部品耐熱温度又は周辺部品耐熱温度に応じて、沸点の異なる冷却溶剤を塗布することもできる。例えば部品耐熱温度の高い電子部品については沸点の高い冷却溶剤を塗布し、部品耐熱温度の低い電子部品については沸点の低い冷却溶剤を塗布する。【００４１】
なお、上記実施形態では冷却溶剤塗布ノズル３５，３７を移動させて冷却溶剤を塗布する方法をとっているが、プリント基板３１の冷却溶剤塗布を必要とする各電子部品の位置に貫通孔を持つマスクをプリント基板３１に当接又は離間対向させ、スプレーによりマスク全体に冷却溶剤を塗布することで冷却溶剤塗布を必要とする電子部品に選択塗布する方法をとっても良い。【００４２】
一般的に、リフローソルダリングが数分であるのに対し、リワークソルダリングは１０数分を要する。このため、リワークソルダリングでは冷却溶剤が気化して失われ溶剤量が不足する場合がある。このような場合、フッ素樹脂やシリコン系樹脂等で作成した耐熱スポンジで冷却溶剤塗布を必要とする電子部品の表面を覆い、この耐熱スポンジに冷却溶剤を塗布して染み込ませることで必要な溶剤量を保持することができる。【００４３】
上記の実施形態では、冷却溶剤は液体であるため、あらゆる電子部品形状に対応することができ汎用性が向上する。また、冷却溶剤の沸点の違いにより任意に温度制御することが可能となる。また、冷却溶剤の気化温度に達するまでは、冷却溶剤を塗布した電子部品も他の電子部品と同様に温度上昇するため、過冷却によるハンダの未溶融障害が発生することがない。更に、冷却溶剤はソルダリング期間に全て揮発するため、冷却溶剤の除去工数が不要であり、また、腐食による信頼性低下の心配もない。【００４４】
上記実施形態では、冷却溶剤塗布手段の一例として冷却溶剤塗布ノズル３５，３７を用い、塗布量変更手段の一例としてステップＳ１〜Ｓ３を用い、温度推定手段の一例としてステップＳ１を用い、塗布量算出手段の一例としてステップＳ２，Ｓ３を用い、ノズル移動手段の一例としてステップＳ５を用い、噴射手段の一例としてステップＳ６を用いている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年11月20日(2009.11.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を配置したプリント基板のリフローソルダリング又はリワークソルダリングを行うソルダリング方法において、
ソルダリング時の部品温度がその耐熱温度を超える電子部品に対し冷却溶剤を塗布し、
前記冷却溶剤を塗布したのちソルダリングのための加熱を行うことを特徴とするソルダリング方法。
【請求項２】
請求項１記載のソルダリング方法において、
前記ソルダリング時の部品温度を推定し、
推定したソルダリング時の部品温度に応じて前記冷却溶剤の塗布量を変えることを特徴とするソルダリング方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載のソルダリング方法において、
前記冷却溶剤の塗布は、部品位置まで移動させたノズルから前記冷却溶剤を噴射して行うことを特徴とするソルダリング方法。
【請求項４】
請求項２記載のソルダリング方法において、
推定したソルダリング時の部品温度がその耐熱温度を超える電子部品を耐熱スポンジで覆い、
前記耐熱スポンジに冷却溶剤を塗布することを特徴とするソルダリング方法。
【請求項５】
電子部品を配置したプリント基板のリフローソルダリング又はリワークソルダリングを行うソルダリング装置において、
ソルダリング時の部品温度がその耐熱温度を超える電子部品に対し冷却溶剤を塗布する冷却溶剤塗布手段を有し、
前記冷却溶剤を塗布したのちソルダリングのための加熱を行うことを特徴とするソルダリング装置。
【請求項６】
請求項５記載のソルダリング装置において、
前記ソルダリング時の部品温度を推定し、推定したソルダリング時の部品温度に応じて前記冷却溶剤の塗布量を変える塗布量変更手段を
有することを特徴とするソルダリング装置。
【請求項７】
請求項６記載のソルダリング装置において、
前記塗布量変更手段は、
前記電子部品の部品体積に基づいてソルダリング時の部品温度を推定する温度推定手段と、
推定した電子部品の部品温度をその電子部品の耐熱温度と比較して前記電子部品に塗布する前記冷却溶剤の塗布量を算出する塗布量算出手段を
有することを特徴とするソルダリング装置。
【請求項８】
請求項７記載のソルダリング装置において、
前記冷却溶剤塗布手段は、前記冷却溶剤を塗布する電子部品の位置までノズルを移動させるノズル移動手段と、
前記塗布量算出手段で算出した塗布量だけの冷却溶剤を前記ノズルから噴射する噴射手段を
有することを特徴とするソルダリング装置。
【国際調査報告】
2009031187.tif 000009
2009031187.tif 000010
2009031187.tif 000011
2009031187.tif 000012
2009031187.tif 000013
2009031187.tif 000014
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