(57)【要約】【課題】基板上の電子部品等の損傷を防止し、半田ペーストの半田、フラックスの劣化を抑制したリフロー半田付け方法およびこの方法が実施されるリフロー装置を提供する。【解決手段】リフロー炉のワークが搬送される搬送路の上部においてファンを回転させることなく、搬送路の下部においてファンを回転させて、ヒータに送風して熱風をワークの下面に向けて吹き出すことにより半田付けを行うリフローはんだ付け方法であって、リフロー装置のヒータにはワークに向けて遠赤外線を放射するプレートが装着されている。【選択図】図３
2014138174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半田付け対象物が搬送される搬送路の上部には、内部に加熱手段を備え、雰囲気ガスが通過できる複数の孔が形成されたヒータを設け、半田付け対象物が搬送される搬送路の下部には、内部に加熱手段を備え、雰囲気ガスが通過できる複数の孔が形成されたヒータと該ヒータに雰囲気ガスを送風するファンを設け、かつ上部と下部のそれぞれのヒータの半田付け対象物側の面には、半田付け対象物に向かって遠赤外線を放射するプレートが装着されているリフロー装置において、下部のファンを回転させて、半田付けを行うことを特徴とするリフロー半田付け方法。
【請求項２】
半田付け対象物が搬送される搬送路の上部と下部のそれぞれに、内部に加熱手段を備え、雰囲気ガスが通過できる複数の孔が形成されたヒータと該ヒータに雰囲気ガスを送風するファンとを設け、かつ前記上部と下部のそれぞれのヒータの半田付け対象物側の面には、半田付け対象物に向かって遠赤外線を放射するプレートが装着されているリフロー装置において、上部のファンは回転を停止しつつ、下部のファンは回転させて、半田付けを行うことを特徴とするリフロー半田付け方法。
【請求項３】
前記遠赤外線を放射するプレートは、半田付け対象物側の面が黒色塗装されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のリフロー半田付け方法。
【請求項４】
半田付け対象物が搬送される搬送路の上部には、内部に加熱手段を備え、雰囲気ガスが通過できる複数の孔が形成されたヒータを設け、半田付け対象物が搬送される搬送路の下部には、内部に加熱手段を備え、雰囲気ガスが通過できる複数の孔が形成されたヒータと該ヒータに雰囲気ガスを送風するファンを設け、かつ上部と下部のそれぞれのヒータの半田付け対象物側の面には、半田付け対象物に向かって遠赤外線を放射するプレートが装着されているリフロー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント基板等の基板に電子部品等の部品を半田付けするリフロー半田付け方法とリフロー装置に関わる。
【背景技術】
【０００２】
リフロー半田付けでは、一般に、加熱炉（リフロー炉）において、半田付け対象物である電子部品等が搭載された基板をコンベヤで搬送させながら、半田付け部を加熱し半田を溶融させて、電子部品を基板に半田付けしている。
【０００３】
このようなリフロー半田付けを実施するリフロー装置は、基板を搬送するコンベアが取付けられた加熱炉（リフロー炉）を有しており、加熱手段で半田付け対象物（以下、ワークということもある）の基板およびその上に搭載された電子部品等を加熱して、半田付けを行うものである。
【０００４】
リフロー炉は、通常は、複数のゾーンから構成されており、予熱ゾーン、中間加熱ゾーンおよびリフロー加熱ゾーン等を有している。
予熱ゾーンはワークを急速に昇温するゾーン、中間加熱ゾーンは、ワークの各部の温度を均一にして、所定の予熱温度にまで加熱するゾーン、リフロー加熱ゾーンは、半田溶融温度を超える温度までワークを加熱して、基板と電子部品等を半田付けするゾーンである。これらのゾーンの外に、リフロー加熱ゾーンの下流に半田付け後のワークを冷却する冷却ゾーンを設けることもある（特許文献１）。
【０００５】
ワークを加熱する手段としては、熱風による対流加熱するものと、パネルヒータ等の赤外線ヒータによる輻射加熱するもの、さらにはそれらの加熱を併用するものとが知られている（特許文献２）。
赤外線ヒータは、赤外線がプリント基板や電子部品の内部まで浸透して、はんだ付け部に塗布された半田ペーストを溶融させるものであるが、赤外線の直進性のため、電子部品の影となる半田付け部や隙間となる半田付け部を充分に加熱できないという問題がある。
【０００６】
これに対して、熱風による対流加熱は、熱風が電子部品の影となるところや狭い隙間にも侵入することから、赤外線ヒータによる加熱に較べてプリント基板全体をより均一に加熱することができるため、多く使用されているものである。
【０００７】
熱風による加熱は、通常、コンベア上下に配置されたヒータとファンにより雰囲気ガスの熱風で効率よく加熱する。そして、炉内に設けられた複数ゾーンのヒータ温度とファン回転数を個別に制御することで、半田材料により多彩な温度プロファイルを実現している。
そして、熱風の風速を大きくすることで、基板を速やかに均一に加熱し、基板上の様々な箇所の半田付けを一度に行うことができる。
【０００８】
しかし、上記の従来方法では、基板上に搭載した部品に熱風吹き出し口からの熱風が直接当たることによって、耐熱温度を超え、部品が損傷する可能性がある。
また、炉内通過時の基板上面に当たる熱風により半田ペーストに含まれるフラックスや半田の酸化が促進されて劣化すると、ボイドの発生や濡れ広がり不足等の半田付け不良が発生する。
【０００９】
半田やフラックスの酸化に対しては、リフロー装置の炉内に不活性ガスの窒素を供給して炉内酸素濃度を下げることにより、半田やフラックの酸化を抑制する対策をとることができるが、窒素の供給には設備の整備や窒素ガスの消費によるランニングコストが必要となる。
【００１０】
他方、最近では、鉛を用いない鉛フリー半田を用いることが環境問題の観点から主流となっているが、鉛フリー半田は高融点であり、半田付けされる電子部品も従来より高温で加熱する必要があるので、加熱される電子部品間の温度差は大きくなる傾向にあり、半田付け対象物の均一な加熱が一層困難になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平６−７９２４号公報
【特許文献２】特開平９−２１４１２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このように、従来の熱風を利用するリフローはんだ付け方法においては、過度の加熱や不均一加熱により、電子部品の損傷や半田付け不良の発生が避けがたかった。
本発明はこれらの問題を解決するリフロー半田付け方法およびこの方法に使用されるリフロー炉を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
［１］半田付け対象物が搬送される搬送路の上部には、内部に加熱手段を備え、雰囲気
ガスが通過できる複数の孔が形成されたヒータを設け、半田付け対象物が搬送さ
れる搬送路の下部には、内部に加熱手段を備え、雰囲気ガスが通過できる複数の
孔が形成されたヒータと該ヒータに雰囲気ガスを送風するファンを設け、かつ上
部と下部のそれぞれのヒータの半田付け対象物側の面には、半田付け対象物に向
かって遠赤外線を放射するプレートが装着されているリフロー装置において、下
部のファンを回転させて、半田付けを行うことを特徴とするリフロー半田付け方
法。
［２］半田付け対象物が搬送される搬送路の上部と下部のそれぞれに、内部に加熱手段
を備え、雰囲気ガスが通過できる複数の孔が形成されたヒータと該ヒータに雰囲
気ガスを送風するファンとを設け、かつ前記上部と下部のそれぞれのヒータの半
田付け対象物側の面には、半田付け対象物に向かって遠赤外線を放射するプレー
トが装着されているリフロー装置において、上部のファンは回転を停止しつつ、
下部のファンは回転させて、半田付けを行うことを特徴とするリフロー半田付け
方法。
［３］前記遠赤外線を放射するプレートは、半田付け対象物側の面が黒色塗装されてい
ることを特徴とする、［１］または［２］に記載のリフロー半田付け方法。
［４］半田付け対象物が搬送される搬送路の上部には、内部に加熱手段を備え、雰囲気
ガスが通過できる複数の孔が形成されたヒータを設け、半田付け対象物が搬送さ
れる搬送路の下部には、内部に加熱手段を備え、雰囲気ガスが通過できる複数の
孔が形成されたヒータと該ヒータに雰囲気ガスを送風するファンを設け、かつ上
部と下部のそれぞれのヒータの半田付け対象物側の面には、半田付け対象物に向
かって遠赤外線を放射するプレートが装着されているリフロー装置。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、リフロー装置のリフロー炉において、ワークが搬送される搬送路の上部では、熱風がワークの上面（表面）に直接当たらないようにし、ワークが搬送される搬送路の下部では、ファンの回転により雰囲気ガスをヒータに送り、このヒータから吹き出す熱風によりワークの下面（裏面）から加熱したので、
１）基板上面に搭載された電子部品等が過度の加熱により損傷することがない。
２）半田ペーストに含まれる半田やフラックスが酸化により劣化することが抑制され、ボイドや濡れ広がり不足等のない良好な半田付け部が得られ、半田付け品質が向上する。
また、酸化の進行が抑えられるため、炉内に窒素ガス等の不活性ガスを供給する必要がなくなり、そのための設備の整備やランニングコストを必要としない。
３）基板上面に搭載された電子部品が小型の場合、熱風により位置ずれしたり、吹き飛ばされたりすることが防止できる。
等の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】リフロー装置の一実施形態を示す。
【図２】搬送されるワークとヒータとファンの配置（従来例）を示す。
【図３】搬送されるワークとヒータとファンの配置（発明例）を示す。
【図４】設定Ａおよび設定Ｂにおける基板上面における温度プロファイルを示す。
【図５】設定Ａおよび設定Ｂにおける基板上面における風速プロファイルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は、リフローはんだ付け方法が実施されるリフロー装置の一例である。
１は電子部品等が搭載された基板（ワーク）、２は加熱炉（リフロー炉）、３はコンベヤ（搬送手段）、４は雰囲気ガスを加熱するヒータ、５は雰囲気ガスをヒータに向けて送風するファンである。なお、雰囲気ガスは炉外の大気から導入している。
【００１７】
この実施形態の例では、リフロー炉２は、図面左から予熱ゾーン、中間加熱ゾーンおよびリフロー加熱ゾーンの３ゾーンから構成されている。リフロー加熱ゾーンの下流に冷却ゾーンを設けるようにしてもよい。
【００１８】
図２には、リフロー炉において、ワークの搬送路の上部と下部のそれぞれに設けられたヒータ４とファン５が示されている。
ファン５は、炉内の雰囲気ガスをヒータ４に向けて送風するものである。
ヒータ４は、内部に雰囲気ガスを加熱する加熱手段（図示外）を収納している。そして、多数の孔６が形成されており、ワークに向けて雰囲気ガスが通過できるようになっている。図２では２つの孔のみが示されているが、具体的には、６ｍｍ程度の径の孔が１００〜２００個形成されている。
炉内の雰囲気ガスは、ファン５の送風により、ヒータ４に形成された多数の孔６に送られ、孔６を通過する間に、加熱手段によって加熱されて、孔６の他方の端部からワークに向かって吹き出し、ワークを加熱する。
【００１９】
従来のリフローはんだ付けでは、上部と下部のファン５両方が回転し、それぞれ上部と下部のヒータ４に送風するが、上部のファン５の回転によりヒータの孔からワークの上面に向けて熱風が吹き出して、基板上面や基板上面に搭載された電子部品に直接熱風が当たることになり、電子部品の損傷やペースト半田の半田やフラックスの酸化の進行が避けられなかった。
【００２０】
図３には、本発明におけるヒータ４とファン５の形態が示されている。
本発明では、ヒータ４は、内部に雰囲気ガスを加熱する加熱手段を収納し、多数の孔６が形成されており、雰囲気ガスが通過できるようになっている点は、図２で説明したものと基本的に同じであるが、さらに、プレート７を備えている。
【００２１】
このプレート７は、アルミニウムやステンレスなどの鋼の金属板であり、ヒータ４のワーク（半田付け対象物）側の面に装着されるものであり、ヒータ４の孔６の位置と対応して、雰囲気ガスが通過できる孔が形成されている。
そして、プレート７は、ヒータ４で加熱されて、ワーク（半田付け対象物）に向けて遠赤外線を放射するようになっている。
プレート７のワーク（半田付け対象物）側の面には、黒色セラミックなどを塗装被覆して、炉内の温度で遠赤外線を放射しやすくすることができる。
【００２２】
図３では、ファン５はワークの搬送路の下部にのみ設置されている。
本発明では、ワークの搬送路の上部で、従来のように強い熱風がワークの上面に当たらないようにするために、ワークの搬送路の上部には、ファンを設ける必要がない。
また、本発明のもう１つの形態として、図２に示されるように、上部と下部のそれぞれにヒータとファンを備えたリフロー装置において、ワークの搬送路の上部で、従来のように、強い熱風がワークの上面に当たらないようにするために、ワークの搬送路の上部のファンを回転させないで、下部のファンのみを回転させて、半田付けを行うこともできる。
【００２３】
このような構成とすることにより、本発明のリフローはんだ付け方法では、ワークの搬送路の上部では、ファンの回転による送風がない。このため、基板（ワーク）上面に当たる熱風を著しく小さくできる。
そして、ワークの搬送路の下部では、ファン５の送風により、ヒータ４の孔６の入口から導入された雰囲気ガスはヒータ内の加熱手段（図示外）により加熱され、孔６の出口から熱風となってワーク（基板）に向かって吹き出し、ワーク下面を加熱する。
この下部のファン５による下部のヒータ４からの熱風は、基板上面にあたる風速に対しては殆ど影響を与えない。
【００２４】
下部のファン５の回転を維持することにより、基板の下面には上面よりも多くの熱量が供給され、基板下面に与えられた熱量は熱伝導により基板上面の半田ペーストへと伝わる。
この結果、基板上に搭載された電子部品や基板上の半田ペーストを過剰に加熱することなく、半田は融点以上に加熱され溶融してハンダ接合が進行する。
【００２５】
本発明では、基板の搬送路の上部では、ファンが備えられていないか、あるいは備えられていても回転させないから、ペースト半田に加えられる熱量が従来のリフローはんだ付けに比べて不足しがちである。このため、上部および下部のヒータ４の基板側の面には、基板に向けて遠赤外線が放射できるプレート７を装着して、半田ペーストに供給する熱量を補っている。
すでに記載したように、プレート７の基板側の面には、黒色セラミックなどを塗装被覆して、半田付け時の温度で遠赤外線の放射を促進しワークに照射することができる。
【００２６】
基板の搬送路の上部のヒータ４に装着されたプレート７は、ヒータ４内の加熱手段により加熱されて、遠赤外線を放射し、ワークを加熱する。このとき、雰囲気ガスもヒータ４で加熱されて、透孔６から流出するが、ファンの回転がないから、強い熱風がワークに直接当たることはない。このため、基板に搭載された電子部品を過剰に加熱して損傷することも、基板上の半田ペーストの半田とフラックスを過度の酸化で劣化させることもない。
【００２７】
このように、本発明では、リフロー炉において、基板の搬送路の上部では、ワーク上面の熱風を著しく低減でき、電子部品の損傷を回避することができる。また、熱風の加熱のみでなく、上部と下部のヒータのプレートからの遠赤外線の輻射による加熱によってワークに供給される熱量を補っているから、良好な半田付け品質を確保することができる。
【実施例】
【００２８】
実施例について以下に説明する。
本実施例では、８ゾーンからなるリフロー炉を備えるリフロー装置を使用してリフロー半田付けを行った。
ここでは、第１ゾーンが予熱ゾーンに、第２〜４ゾーンが中間加熱ゾーンに、第５〜７ゾーンがリフロー加熱ゾーンに、それぞれ対応している。
このリフロー装置の実施例では、第１〜７ゾーンの各ゾーンには、基板搬送路の上部と下部のそれぞれにヒータとファンを設けている。そして、各ゾーンのヒータの半田付け対象のワーク側の面には遠赤外線を放射するプレート７が装着されている（図３参照）。
なお、このリフロー炉の第８ゾーンは、冷却ゾーンであり、上部と下部にヒータが設けられ、ヒータのワーク側の面には遠赤外線を放射するプレートが設けられているが、下部にはファンは設けられていない。このゾーンでは、すでに半田が溶融した後のワークが１６０℃程度に冷却するものであり、もはや半田の融点近傍に加熱する必要がないものである。
【００２９】
リフロー装置の全長は約３９８０ｍｍ（加熱炉の全長は約２４２０ｍｍ）である。
ワークとして１６０ｍｍ×１６０ｍｍ×厚さ１．６ｍｍのガラスエポキシ基板を１枚搬送した。ワーク（搬送コンベア）の搬送速度は０．７ｍ／ｍｉｎであり、ワークの在炉時間は約３４０秒であった。
【００３０】
そして、ガラスエポキシ基板の上面中央部の温度および風力の測定点とし、これらの測定値の時間推移（温度プロファイル、風速プロファイル）を求めた。
なお、加熱炉内の雰囲気ガスは、大気から導入されたものである。
【００３１】
本発明の効果を確認するために、第１〜第７ゾーンの各ゾーンにおけるヒータ設定温度（℃）とファン回転数（ｒｐｍ）を、表１および表２に示すように、設定Ａと設定Ｂの２通りに設定した。
設定Ａは、表１から分かるように、基板の搬送路の上部および下部に設けられたファンを回転させて送風した雰囲気ガスをそれぞれ上部および下部のヒータで加熱して、熱風として基板に向けて吹き出す従来例におおむね相当するものである。
これに対して、設定Ｂは、表２から分かるように、基板の搬送路の上部および下部にヒータ４を有し、基板の搬送路の上部に設けられたファンは回転を停止させた状態で、基板の搬送路の下部に設けられたファンを回転させて送風した雰囲気ガスをそれぞれ下部のヒータで加熱して、熱風として基板下面（裏面）に向けて吹き出す発明例である。
【００３２】
設定Ａ、設定Ｂの各ゾーンのヒータ設定温度とファン回転数は、それぞれ表１、表２の通りである。
【００３３】
【表１】
2014138174.tif 000003
【００３４】
【表２】
2014138174.tif 000004
【００３５】
以下に、設定Ａおよび設定Ｂのそれぞれにおいて、リフロー炉内に搬送される基板上面中央部の温度の測定値（温度プロファイル）および風力の測定値（風速プロファイル）を図４、図５にそれぞれ示す。
【００３６】
＜測定結果＞
・温度プロファイル
図４から分かるように、基板がリフロー炉に搬入されてから搬出されるまで、基板の温度は設定Ａ（従来例）および設定Ｂ（発明例）においてほぼ一致していることが分かる。
このことから、基板の搬送路の上部のファンの回転を止めても、設定Ｂの発明例では、従来通りの温度プロファイルを再現することができるといえる。
【００３７】
・風速プロファイル
図５から分かるように、基板がリフロー炉に搬入されてから搬出されるまで、設定Ａでは基板上面の風力の値は大きく変化しているのに対して、設定Ｂでは、終始、風力の値は著しく小さいものとなっている。
【００３８】
以上のとおりであるから、本発明によれば、リフロー装置において、加熱炉のワーク搬送路の上部でワークの上面に当たる熱風の風速を著しく小さくすることができ、基板に搭載される電子部品の損傷を回避し、かつ半田ペーストの半田やフラックスの酸化を抑制して半田不良の発生を防止することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１    基板（ワーク）
２    加熱炉（リフロー炉）
３    コンベヤ
４    ヒータ
５    ファン
６    （雰囲気ガスが通過する）孔
７    プレート
【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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