(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上で電子部品を覆うノズル部と、該ノズル部の上方に設けられ、前記ノズル部内に半田溶融用の加熱気体を導入する加熱気体導入部とを備えるリフローノズルにおいて、前記加熱気体導入部の周囲に、周方向に所定間隔を存して複数の加熱気体吐出口を設けると共に、各加熱気体吐出口の吐出方向を、前記加熱気体導入部の中心に対して同方向に偏倚させて、前記ノズル部内に加熱気体の渦流を発生させるにあたり、前記各加熱気体吐出口は筒中心が上下方向を向く円筒部材の周面部に形成され、
該円筒部材は、前記各加熱気体吐出口が形成される内筒部材と、該内筒部材の外周部を支持する外筒部材とで構成され、前記各加熱気体吐出口は、前記外筒部材の内周部に形成される環状の気体流路に連通することを特徴とするリフローノズル。
【請求項２】
請求項１において、前記内筒部材は、その下端部に前記ノズル部を一体的に備え、前記外筒部材は、前記内筒部材を縦軸回り方向に回動自在に支持すると共に、前記内筒部材を介して前記ノズル部の回動角を調整するノズル角調整機構を備えることを特徴とするリフローノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＢＧＡパッケージ等の電子部品を基板に取付けたり、或いは、電子部品を基板から取外す際に使用されるリフローノズルの技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＢＧＡパッケージ等の普及に伴い、基板に対する電子部品の取付けや取外しに際してリフローノズルが用いられている。この種のリフローノズルは、基板上で電子部品を覆うノズル部と、該ノズル部内に半田溶融用の加熱気体を導入する加熱気体導入部とを備えており、ノズル部の内部温度を半田溶融温度まで上昇させる。
【０００３】
例えばＢＧＡパッケージの取付けに際しては、基板上もしくはパッケージ下面に半田ボールを搭載する工程と、パッケージ上面を吸着ノズルで保持しながら基板上の所定位置に位置合せする工程と、リフローノズルのノズル部でパッケージを覆う工程と、ノズル部内に加熱気体を導入して半田ボールを溶融させる工程とを経てパッケージが基板に取付けられ、その際には、ノズル部内を均一に加熱して半田接合不良を防止すると共に、過剰な温度上昇によるパッケージの熱的ダメージを防止することが要求される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のリフローノズルでは、ノズル部内における加熱気体の流れをコントロールしていないため、加熱気体が予測不能な部位で滞留して部分的な温度低下を招いたり、パッケージが局部的に加熱される等の不都合がある。そのため、半田が均一に溶融せずに接合不良が生じる許りでなく、パッケージに許容範囲を越える熱的ダメージを与える可能性があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、基板上で電子部品を覆うノズル部と、該ノズル部の上方に設けられ、前記ノズル部内に半田溶融用の加熱気体を導入する加熱気体導入部とを備えるリフローノズルにおいて、前記加熱気体導入部の周囲に、周方向に所定間隔を存して複数の加熱気体吐出口を設けると共に、各加熱気体吐出口の吐出方向を、前記加熱気体導入部の中心に対して同方向に偏倚させて、前記ノズル部内に加熱気体の渦流を発生させるにあたり、前記各加熱気体吐出口は筒中心が上下方向を向く円筒部材の周面部に形成され、該円筒部材は、前記各加熱気体吐出口が形成される内筒部材と、該内筒部材の外周部を支持する外筒部材とで構成され、前記各加熱気体吐出口は、前記外筒部材の内周部に形成される環状の気体流路に連通することを特徴とするリフローノズルである。つまり、ノズル部内に加熱気体の渦流を発生させることにより、加熱気体が予測不能な部位で滞留して部分的な温度低下を招いたり、パッケージが局部的に加熱される等の不都合を回避でき、その結果、半田を均一に溶融させて接合不良を防止できる許りでなく、パッケージを熱的ダメージで壊すことも防止される。しかも、ノズル部内に加熱気体の渦流を発生させると、ノズル中心側の温度を意識的に下げることができるため、チップ埋込位置であるパッケージ中心部の加熱温度を抑制し、チップの熱破壊を防止することができる。また、加熱気体が円筒部材の内周面に沿って流れるため、加熱気体の流れを円滑にして渦流の発生を促進することができる。さらにまた、筒状部材における気体流路の形成が容易になり、しかも、内筒部材と外筒部材との位置合せを不要にして組立性も向上させることができる。
請求項２の発明は、請求項１において、前記内筒部材は、その下端部に前記ノズル部を一体的に備え、前記外筒部材は、前記内筒部材を縦軸回り方向に回動自在に支持すると共に、前記内筒部材を介して前記ノズル部の回動角を調整するノズル角調整機構を備えることを特徴とするリフローノズルである。つまり、ノズル部の回動角を任意に調整することが可能になり、しかも、ノズル部に加熱気体を導入するための筒状部材を利用してノズル部の回動角を調整するため、構造の簡略化を図ることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態の一つを図面に基づいて説明する。図面において、１は基板２に実装される電子部品３の取付けおよび取外しを行うリワーク機であって、該リワーク機１は、基板２を保持する基板保持装置４と、電子部品３を吸着して上下昇降させる電子部品保持装置５と、半田を溶融させる半田溶融装置６と、電子部品３を電子部品保持装置５の保持位置まで搬送する電子部品搬送装置７と、電子部品３の位置決めをする位置決め装置８と、各装置を制御するコントローラ（図示せず）とを備えて構成される。
【０００７】
半田溶融装置６は、後述するリフローノズル９と、該リフローノズル９にステー１０を介して連結されるブラケット１１と、該ブラケット１１を上下昇降自在に支持するガイドレール１２と、上記ブラケット１１を上下昇降させる昇降シリンダ１３と、上記リフローノズル９に加熱気体を供給するパイプ１４とを備えて構成される。電子部品３（ＢＧＡパッケージ）を基板２に取付ける場合は、基板２上もしくは電子部品３の下面に半田ボールＢを搭載する工程と、該電子部品３の上面を電子部品保持装置５の吸着ノズル１５に吸着させる工程と、吸着ノズル１５を下降させて基板２の所定位置に電子部品３を位置合せする工程と、リフローノズル９を下降させて電子部品３を覆う工程と、リフローノズル９に加熱気体を導入して半田ボールＢを溶融させる工程とが順次行われ、電子部品３が基板２の所定位置に半田接合される。
【０００８】
リフローノズル９は、基板２上で電子部品３を覆うノズル部１６と、該ノズル部１６の上方に設けられ、ノズル部１６内に半田溶融用の加熱気体を導入する加熱気体導入部１７とを備える。加熱気体導入部１７の周囲には、周方向に所定間隔を存して複数（例えば８）の加熱気体吐出口１８が設けられると共に、各加熱気体吐出口１８の吐出方向は、加熱気体導入部１７の中心に対して同方向に偏倚（例えば１５゜のねじれ角）するように設定される。これにより、加熱気体吐出口１８から吐出された加熱気体は、渦流となってノズル部１６に導入される。即ち、ノズル部１６内に加熱気体の渦流を発生させることにより、加熱気体が予測不能な部位で滞留して部分的な温度低下を招いたり、電子部品３が局部的に加熱される等の不都合が回避される。また、ノズル部１６内に加熱気体の渦流を発生させると、後述する実験結果に示すごとく、ノズル中心側の温度を意識的に下げることができる。これにより、チップ埋込位置であるパッケージ中心部の加熱温度を抑制し、チップの熱破壊を防止することが可能になる。
【０００９】
上記各加熱気体吐出口１８は、下向きに所定角度（例えば２０゜）傾斜するように形成される。これにより、加熱気体の流動性が高められるため、加熱気体の滞留による温度低下が防止され、ノズル部１６内における温度の均一性および加熱効率が高められることになる。
【００１０】
上記各加熱気体吐出口１８は、筒中心が上下方向を向く円筒部材１９、２０の内周部に形成される。そのため加熱気体は、円筒部材１９、２０の内周面に沿ってスムーズに流れ、渦流の発生を促進することになる。
【００１１】
上記筒状部材１９、２０は、加熱気体吐出口１８が形成される内筒部材１９と、該内筒部材１９の外周部を支持する外筒部材２０とで構成され、加熱気体吐出口１９は、外筒部材２０の内周部に形成される環状の気体流路２１に連通する。これにより、筒状部材１９、２０における加熱気体吐出口１８および気体流路２０の形成が容易になり、しかも、外筒部材２０側の気体流路２１を環状にすることにより、内筒部材１９と外筒部材２０との位置合せが不要になる。
【００１２】
上記内筒部材１９は、その下端部にノズル部１６を一体的に備え、外筒部材２０は、内筒部材１９を縦軸回り方向に回動自在に支持すると共に、内筒部材１９を介してノズル部１６の回動角を調整するノズル角調整機構２２を備える。これにより、ノズル部１６の回動角を任意に調整することが可能になり、しかも、ノズル部１６に加熱気体を導入するための筒状部材１９、２０を利用してノズル部１６の回動角を調整することにより、構造の簡略化を図ることが可能になる。尚、図６において、２３は軸受２４を介して内筒部材１９を支持するサポート、２５は内筒部材１９の上部開口を覆う上カバー、２６は環状のノズル受け２７を介して内筒部材１９の下部に固定される下カバーであり、前記ノズル部１６は、下カバー２６に対して着脱自在に装着される。また、図５において、２８は外筒部材２０側に左右方向進退自在に設けられる微調整スクリュー軸、２９は内筒部材１９を反時計回り方向に付勢する弾機、３０は微調整スクリュー軸２８に接当して内筒部材１９の回動を規制するストッパであり、上記微調整スクリュー軸２８の進退操作に基づいてノズル部１６の回動角が調整される。
【００１３】
次に、本実施形態のリフローノズル９における温度分布特性を図８〜図１１に示す実験結果に沿って説明する。この実験では、ノズル部１６内のＸ、Ｙ軸上に所定間隔を存して各５点の測定点を設定し、下記の条件でリフローを行った場合における各測定点の温度データを取得した。
【００１４】
リフロー目標温度：２３０゜Ｃ
リフロー保持温度：３００秒（温度測定のための保持時間）
ノズルと基板の間隔：２ｍｍ
ノズル流量：１５０Ｎｌ／ｍｉｎ
チップサイズ：２７×２７ｍｍ
測定回数：２
【００１５】
図１０および図１１に示すように、各測定点における２回の測定温度には大きな温度差がなく、しかも、各測定点の測定温度を通る温度分布線は緩やかな円弧を描いている。これは、加熱気体が予測不能な部位で滞留して部分的な温度低下を招いたり、電子部品３が局部的に加熱されることを防止するために本発明が想定した温度分布と良い一致を示している。また、上記温度分布線は中心側が低くなる緩やかな円弧を描いている。これは、ノズル部１６内に加熱気体の渦流を発生させることにより、ノズル中心側の温度が意識的に下げられたことを示している。これにより、チップ埋込位置であるパッケージ中心部の加熱温度を抑制し、チップの熱破壊を防止することが可能になる。
【００１６】
叙述の如く構成されたものにおいて、基板２上で電子部品３を覆うノズル部１６と、該ノズル部１６の上方に設けられ、ノズル部１６内に半田溶融用の加熱気体を導入する加熱気体導入部１７とを備えるリフローノズル９において、加熱気体導入部１７の周囲に、周方向に所定間隔を存して複数の加熱気体吐出口１８を設けると共に、各加熱気体吐出口１８の吐出方向を、加熱気体導入部１７の中心に対して同方向に偏倚させたため、加熱気体吐出口１８から吐出された加熱気体は、渦流となってノズル部１６に導入されることになる。つまり、ノズル部１６内に加熱気体の渦流を発生させることにより、加熱気体が予測不能な部位で滞留して部分的な温度低下を招いたり、電子部品３が局部的に加熱される等の不都合が回避される。しかも、ノズル部１６内に加熱気体の渦流を発生させると、ノズル中心側の温度を意識的に下げることができるため、チップ埋込位置であるパッケージ中心部の加熱温度を抑制し、チップの熱破壊を防止することができる。
【００１７】
また、上記各加熱気体吐出口１８は、下向きに傾斜するように形成されるため、加熱気体の流動性を高めることができ、その結果、加熱気体の滞留による温度低下が防止され、ノズル部１６内における温度の均一性および加熱効率を高めることができる。
【００１８】
また、上記各加熱気体吐出口１８は、筒中心が上下方向を向く円筒部材１９、２０の内周部に形成されため、加熱気体が円筒部材１９、２０の内周面に沿ってスムーズに流れ、渦流の発生を促進することができる。
【００１９】
また、上記筒状部材１９、２０は、加熱気体吐出口１８が形成される内筒部材１９と、該内筒部材１９の外周部を支持する外筒部材２０とで構成され、加熱気体吐出口１９は、外筒部材２０の内周部に形成される環状の気体流路２１に連通するため、筒状部材１９、２０における加熱気体吐出口１８および気体流路２０の形成が容易になり、しかも、外筒部材２０側の気体流路２１を環状にすることにより、内筒部材１９と外筒部材２０との位置合せを不要にすることができる。
【００２０】
また、上記内筒部材１９は、その下端部にノズル部１６を一体的に備え、外筒部材２０は、内筒部材１９を縦軸回り方向に回動自在に支持すると共に、内筒部材１９を介してノズル部１６の回動角を調整するノズル角調整機構２２を備えるため、ノズル部１６の回動角を任意に調整することが可能になり、しかも、ノズル部１６に加熱気体を導入するための筒状部材１９、２０を利用してノズル部１６の回動角を調整することにより、構造の簡略化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】リワーク機の正面図である。
【図２】同上側面図である。
【図３】同上平面図である。
【図４】半田溶融装置の正面図である。
【図５】同上平面図である。
【図６】リフローノズルの縦断面図である。
【図７】同上要部平面図である。
【図８】ノズル部の測定点を示す平面図および側面図
【図９】測定点の位置寸法を示す表図である。
【図１０】温度分布を示す表図である。
【図１１】温度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
１  リワーク機
２  基板
３  電子部品
４  基板保持装置
５  電子部品保持装置
６  半田溶融装置
７  電子部品搬送装置
８  位置決め装置
９  リフローノズル
１６  ノズル部
１７  加熱気体導入部
１８  加熱気体吐出口
１９  内筒部材
２０  外筒部材
２１  気体流路
２２  ノズル角調整機構
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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