(57)【要約】【課題】リード部品のはんだ付けを行うリフロー炉で、加熱による部品間のピーク温度の差を少なくする。【解決手段】片面リフロー部３は、ヒーター部１１と部品冷却部１２を備えて、基板６の部品面は冷却しつつはんだ面全体を加熱してはんだ付けを行う。この片面リフロー部３の後段にスポットリフロー部４を設ける。スポットリフロー部４は、基板６上で温度の上昇しにくい特定のリード部品のはんだ付け箇所の配置に合わせてノズル１６ａを設けたスポットヒーター部１５を備える。スポットリフロー部４では、片面リフロー部３ではんだ付けが行われた基板６に対して、温度の上昇しにくい特定のリード部品のはんだ付け箇所を再加熱する。これにより、加熱による部品間のピーク温度の差を少なくすることができる。【選択図】        図１
2004214553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだ付け対象の部品が搭載された基板を加熱して、前記部品と前記基板をはんだにより接続するリフロー炉において、
前記基板を搬送する搬送機構と、
前記基板を予備加熱するプリヒーターを有するプリヒート部と、
前記基板を本加熱するヒーター部を有し、前記プリヒート部の後段に配置される面リフロー部と、
前記基板に搭載される部品の中であらかじめ選択された特定の部品のはんだ付け箇所の配置に合わせた放出部から熱風を供給するスポットヒーター部を有するとともに、前記放出部による加熱位置に前記基板の特定の部品のはんだ付け箇所を対向させて前記基板の位置を停止させる位置決め機構を有し、前記面リフロー部の後段に配置されるスポットリフロー部と
を備えたことを特徴とするリフロー炉。
【請求項２】
はんだ付け対象の前記部品はリード部品で、
前記プリヒート部と前記面リフロー部と前記スポットリフロー部の中で、少なくとも前記面リフロー部に、前記基板の部品搭載面を冷却する部品冷却部を備えた
ことを特徴とする請求項１記載のリフロー炉。
【請求項３】
前記搬送機構は、前記スポットリフロー部に前記基板を取り込むときの搬送速度を、前記面リフロー部での搬送速度より早くする
ことを特徴とする請求項１記載のリフロー炉。
【請求項４】
前記スポットリフロー部の後段に、前記基板を冷却する冷却部を備えた
ことを特徴とする請求項１記載のリフロー炉。
【請求項５】
前記放出部は、パイプ状のノズルである
ことを特徴とする請求項１記載のリフロー炉。
【請求項６】
前記放出部は、パネルに開けた貫通孔である
ことを特徴とする請求項１記載のリフロー炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、はんだ付け対象の部品が搭載された基板を加熱して、部品と基板をはんだにより接続するリフロー炉に関する。詳しくは、基板全体を加熱する面リフロー部に加え、基板上の特定の部品のはんだ付け箇所を加熱するスポットリフロー部を備えて、部品間で加熱によるピーク温度の差が少なくなるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
基板に搭載した部品をはんだ付けするリフロー炉としては、従来より、チップ部品等の表面実装型部品に対応したトンネルリフロー炉と呼ばれるものが存在する。これに対して、リード部品に対応したリフロー炉としては、スポットリフロー方式と呼ばれるリフロー炉と、片面リフロー方式と呼ばれるリフロー炉が存在する。
【０００３】
スポットリフロー方式は、はんだ付け対象の全リード部品のはんだ付け箇所に対応して熱風を放出するノズルを備え、このノズルよりの熱風により、スポット的な局所加熱ではんだ付けする方式で、リード部品の点数の少ない基板に適している。
【０００４】
片面リフロー方式は、基板のはんだ面全体を加熱するとともに、同時に基板の部品面は冷却することで、リード部品の温度上昇を抑えつつはんだ付けを行う方式で、リード部品の点数の多い基板でも採用可能である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
図１１は片面リフロー方式を採用した従来のリフロー炉の構成例を示す概略側面図である。従来のリフロー炉１０１は、プリヒート部１０２、片面リフロー部１０３および冷却部１０４を備える。プリヒート部１０２、片面リフロー部１０３および冷却部１０４の間はコンベア１０５で結ばれ、基板１０６はこのコンベア１０５により搬送される。
【０００６】
プリヒート部１０２は、コンベア１０５を挟んで上下にプリヒーター１０２ａを配置したもので、コンベア１０５で搬送される基板１０６を段階的に予備加熱する。
【０００７】
片面リフロー部１０３は、コンベア１０５を挟んで下側にヒーター部１０３ａを配置し、上側に部品冷却部１０３ｂを配置したものである。ヒーター部１０３ａは多数の孔を開けたパネルを有し、コンベア１０５で搬送される基板１０６の下面（はんだ面）全体を加熱する。これにより、はんだが溶融し、はんだ付けが行われる。また、部品冷却部１０３ｂは基板１０６上のリード部品本体に風を送り、はんだ付け時のリード部品本体の温度上昇を防ぐ。
【０００８】
冷却部１０４は、コンベア１０５を挟んで上下にファン１０４ａを配置したもので、はんだ付けが終了してコンベア１０５を搬送される基板１０６を冷却する。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−２４６７３８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
スポットリフロー方式のリフロー炉では、はんだ付け対象の全リード部品のはんだ付け箇所に対応してノズルを備えるので、部品点数の多い基板への適用が困難であるという問題がある。
【００１１】
すなわち、部品点数が多くなるとノズルの数が膨大になり、また、条件出しがノズル孔径調整のため、部品種類および部品点数が多くなる基板程難しくなり、条件出しに異常な工数がかかるようになる。このため、対応できる部品点数に制限があり、部品点数の多い基板への適用は困難である。
【００１２】
また、基板が組み込まれる生産モデルの変更などにより、基板の設計が新しくなると、ノズルの配置を換えたり再度の条件出しが必要であるが、部品点数が多い基板では、対応が困難である。
【００１３】
さらに、スポットリフロー方式では、溶けていない状態のはんだを急速に加熱することで、溶けたはんだが落下してノズルを塞ぐことがある。ノズルが塞がれた部分のはんだ付け箇所は加熱が弱くなり、部分的な温度低下が発生する問題が生じる。このため、ノズル等の定期的な点検清掃が必要となる。このように、スポットリフロー方式では、はんだ落下によるはんだ付けの信頼性の問題および設備生産性の低下の問題が生じる。
【００１４】
これに対して、片面リフロー方式のリフロー炉では、スポットリフロー方式のリフロー炉の問題は解決できるが、基板を一様に加熱するので、部品のサイズ等の違いから、部品間で加熱によるピーク温度にばらつきが生じる。
【００１５】
一般的に、小形の部品は加熱により温度が上昇しやすいので、ピーク温度が高くなる。これに対して、大型の部品は加熱により温度が上昇しにくいので、同じ条件ではピーク温度が低くなる。
【００１６】
１枚の基板には様々な種類のリード部品が搭載されるので、基板を一様に加熱した場合、部品間のピーク温度の差ΔＴは例えば２０℃以上と大きい。このような部品間のピーク温度の差ΔＴが大きい基板を片面リフロー方式のリフロー炉ではんだ付けすると、例えば小形のリード部品のはんだ付け箇所ははんだの溶融に必要な温度まで加熱されるが、大型のリード部品のはんだ付け箇所は必要な温度まで加熱されないので、良好なはんだ付けが行えない。これに対応して、加熱の条件を大型のリード部品に合わせると、小形のリード部品が必要以上の高温下に晒される。
【００１７】
特に、環境問題から従来の有鉛はんだに代えて、無鉛はんだの使用が考慮されているが、有鉛はんだに比べて無鉛はんだは融点が高い。このため、無鉛はんだを利用する場合、加熱温度が従来より高くなる傾向にある。したがって、片面リフロー方式のリフロー炉で無鉛はんだを利用する場合、温度の上昇しにくい大型のリード部品のはんだ付け箇所が必要な温度となるような加熱条件にすると、温度の上昇しやすい小形のリード部品は非常に高温となってしまい、部品にダメージを与えてしまう。
【００１８】
このように、片面リフロー方式のリフロー炉では、部品間で加熱によるピーク温度にばらつきが生じることから、良好なはんだ付けが行えないという問題および部品にダメージを与えるという問題がある。
【００１９】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、部品間における加熱によるピーク温度の差を少なくできるリフロー炉を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明に係るリフロー炉は、はんだ付け対象の部品が搭載された基板を加熱して、部品と基板をはんだにより接続するリフロー炉において、基板を搬送する搬送機構と、基板を予備加熱するプリヒーターを有するプリヒート部と、基板を本加熱するヒーター部を有し、プリヒート部の後段に配置される面リフロー部と、基板に搭載される部品の中であらかじめ選択された特定の部品のはんだ付け箇所の配置に合わせた放出部から熱風を供給するスポットヒーター部を有するとともに、放出部による加熱位置に基板の特定の部品のはんだ付け箇所を対向させて基板の位置を停止させる位置決め機構を有し、面リフロー部の後段に配置されるスポットリフロー部とを備えたものである。
【００２１】
本発明に係るリフロー炉によれば、はんだ付け対象の部品が搭載された基板を搬送機構により搬送し、まず、プリヒート部でプリヒーターにより予備加熱する。
【００２２】
プリヒート部を通過した基板は面リフロー部に送り込まれ、ヒーター部により本加熱する。面リフロー部を通過した基板はスポットリフロー部に送り込まれる。スポットリフロー部では、基板に搭載される部品の中であらかじめ選択された特定の部品のはんだ付け箇所が、スポットヒーター部の放出部と対向する位置で、位置決め機構によって基板の搬送を停止する。そして、スポットヒーター部の放出部から基板へ熱風を供給することで、特定の部品のはんだ付け箇所を加熱する。
【００２３】
これにより、面リフロー部では加熱が不十分となるような特定の部品のはんだ付け箇所を、スポットリフロー部で再度加熱することができ、部品間における加熱によるピーク温度の差を少なくできる。
【００２４】
また、搭載される部品点数が多い基板であっても、スポットリフロー部での加熱対象となる部品は少数なので、スポットリフロー部の構造は簡単なもので済み、部品点数の多い基板でも容易に対応できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明のリフロー炉の実施の形態を説明する。図１および図２は本実施の形態のリフロー炉１の構成例を示し、図１はリフロー炉１の概略側面図、図２は図１に示すリフロー炉１の概略平面図である。
【００２６】
まず、本実施の形態のリフロー炉１の概要を説明すると、リフロー炉１はプリヒート部２、片面リフロー部３、スポットリフロー部４および冷却部５を備える。ここで、片面リフロー部３は、基板６のパターン面を一様に加熱してはんだ付けを行う部分である。これに対して、スポットリフロー部４は、基板６のパターン面において特定の一部の部品に対応したはんだ付け箇所を加熱して、はんだ付けを行う部分である。
【００２７】
さらに、リフロー炉１はプリヒータ部２および片面リフロー部３に対応してコンベア７ａを備え、スポットリフロー部４に対応して高速コンベア７ｂを備え、冷却部５に対応してコンベア７ｃを備える。
【００２８】
これらコンベア７ａ，７ｃおよび高速コンベア７ｂは、基板６を水平な姿勢で搬送する搬送機構を構成し、基板６は、プリヒート部２から片面リフロー部３およびスポットリフロー部４を通り、冷却部５へと搬送される。そして、基板６の搬送方向に対して、片面リフロー部３の下流側である後段にスポットリフロー部４が配置される。
【００２９】
ここで、高速コンベア７ｂにおける基板６の搬送速度は、コンベア７ａ，７ｃにおける基板６の搬送速度より高速となっている。また、コンベア７ａ，７ｃと高速コンベア７ｂは，独立して搬送および搬送停止の制御が可能となっている。
【００３０】
図３は基板の構成例を示す側面図である。基板６の上面側には、非耐熱部品である各種リード部品８が搭載される。このため、基板６の上面側はマウント面と称される。リード部品８は、基板６との電気的な接続のためリード８ａが設けられる。基板６にはこのリード８ａを通す図示しないスルーホールが設けられるとともに、このスルーホールに対応した導電パターンが基板６の下面側に設けられる。このため、基板６の下面側はパターン面と称される。リード部品８はリード８ａがこのスルーホールに通され、基板６のパターン面側に突出した部分を利用してはんだ付けされる。なお、基板６のパターン面側には、耐熱部品であるチップ部品等の表面実装型部品９が搭載される。
【００３１】
リード部品８の実装は、基板６のパターン面の所定の位置にクリームはんだを塗布した後、リード部品８のリード８ａを基板６の上面側からスルーホールに挿入し、クリームはんだを加熱することで行われる。本実施の形態のリフロー炉１は、このリード部品８のはんだ付けに用いられるものである。
【００３２】
次に、リフロー炉１の各部の構成について、図１および図２を参照して説明する。ここで、図２では、コンベア７ａ，７ｃおよび高速コンベア７ｂより上側にある部品は省略して図示してある。
【００３３】
プリヒート部２は、基板６を予備加熱する部分で、ここでは５組のプリヒーター１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅが設けられている。プリヒーター１０ａとプリヒーター１０ｂは、コンベア７ａを挟んで上下に対向して配置される。プリヒーター１０ｃとプリヒーター１０ｄは、コンベア７ａを挟んで上下に対向して配置される。プリヒーター１０ｅはコンベア７ａの下側に配置される。このような構成のプリヒート部２は、コンベア７ａで搬送される基板６を３段階に徐々に加熱して、基板６を室温から所定の温度まで加熱する。
【００３４】
片面リフロー部３は、プリヒート部２で予備加熱された基板６のパターン面を本加熱しつつ、リード部品８が搭載されるマウント面は冷却する部分で、ヒーター部１１と部品冷却部１２が設けられている。ヒーター部１１はコンベア７ａの下側に配置され、部品冷却部１２はコンベア７ａの上側に配置され、かつ、ヒーター部１１と部品冷却部１２は、コンベア７ａを挟んで上下に対向する。
【００３５】
ヒーター部１１は、コンベア７ａで搬送される基板６のパターン面と対向してリフローパネル１３が設けられる。このリフローパネル１３には、例えば基板６の大きさに応じた範囲に多数の貫通孔１３ａが設けられる。また、ヒーター部１１の内部には、図示しないヒーター等が設けられ、熱風がリフローパネル１３の貫通孔１３ａを通り上方へ向けて放出される構成となっている。これにより、コンベア７ａで搬送される基板６のパターン面の全体に熱風が供給される。
【００３６】
部品冷却部１２は、コンベア７ａで搬送される基板６のマウント面と対向して気体噴射部１４が設けられ、常温の冷却風が下方へ向けて放出される構成となっている。これにより、コンベア７ａで搬送される基板６のマウント面全体に冷却風が供給される。
【００３７】
この片面リフロー部３において、図３に示すリード部品８のサイズが小形であれば、一般的にはんだ付け箇所の温度はクリームはんだが溶融するのに十分な温度まで短時間で上昇させることができる。これに対して、一般的に大型のリード部品８は、小形のリード部品８と同じ条件では、はんだ付け箇所の温度がクリームはんだが溶融するのに十分な温度まで上昇しない。このように、片面リフロー部３では、リード部品８のサイズ等の違いから、部品間で加熱によるピーク温度の差ΔＴが生じる。
【００３８】
このため、片面リフロー部３での加熱温度を上げると、温度が上昇しにくい大型のリード部品８でも必要な温度が得られる反面、温度が上昇しやすい小形のリード部品８の温度が上がってしまう。特に、有鉛はんだに比べて融点の高い無鉛はんだを利用する場合は、大型のリード部品８に加熱温度を合わせると、小形のリード部品８の温度が上がりすぎ、ダメージを与えることになる。
【００３９】
そこで、片面リフロー部３においては、基板６に実装されるリード部品８の中で、加熱により温度が上昇しやすい部品、例えば小形のリード部品８のはんだ付けに適した温度が得られるように、ヒータ部１１等の温度が設定されている。
【００４０】
そして、加熱により温度が上昇しやすいリード部品８と加熱により温度が上昇しにくい部品、例えば大型のリード部品８との加熱時のピーク温度の差ΔＴを少なくするため、特定のリード部品８のはんだ付け箇所のみを加熱できるようにしたスポットリフロー部４が設けられている。
【００４１】
すなわち、スポットリフロー部４は、片面リフロー部３ではんだ付けが行われた基板６に対し、基板６のパターン面において特定の一部の部品に対応したはんだ付け箇所を再加熱して、はんだ付けを行う部分で、高速コンベア７ｂの下側にスポットヒーター部１５が設けられている。このスポットヒーター部１５は、図示しない昇降機構によって、基板６に対して接近および離間する方向に移動する。
【００４２】
図４はスポットヒーター部１５の構成例を示す側面図である。スポットヒーター部１５は、図１等に示す高速コンベア７ｂで支持および搬送される基板６のパターン面と対向するノズル１６ａを有するノズルパネル１６が設けられる。このノズル１６ａは放出部を構成し、加熱により温度が上昇しにくいリード部品８、例えば大型のリード部品等のはんだ付け箇所に対応して配置されている。また、スポットヒーター部１５は内部に図示しないヒーターが設けられ、外部より空気の供給を受けるようになっている。これにより、外部からの送風がヒーターによって加熱され、各ノズル１６ａの先端から熱風ＨＷ２として上方へ向けて放出される。
【００４３】
ここで、ノズル１６ａの内径を変更することで、ピーク温度の調整が行える。これにより、ノズルパネル１６に取り付けるノズル１６ａの選択やノズル１６ａの形状の加工等により、リード部品８のサイズ等に起因して異なる加熱時のピーク温度の差ΔＴが小さくなるようにリフロー条件出しが行える。
【００４４】
このスポットリフロー部４での加熱対象箇所の抽出は、例えば、図示しないテスト用の基板を用い、片面リフロー部３において通常の搬送速度（０．７〜０．８ｍ／ｍｉｎ）より早い搬送速度（１．０〜１．２ｍ／ｍｉｎ）で基板６を搬送させて、そのときのはんだ付け箇所の仕上がり状態を見て行う。
【００４５】
すなわち、基板の搬送速度を早くすることで、各リード部品のはんだ付け箇所の温度が上昇しにくい状態となる。よって、サイズが大型のリード部品等、加熱により温度が上昇しにくいリード部品等のはんだ付け箇所は、はんだに艶がなかったり、生溶け状態であったりと、目視により容易に確認できる。そして、加熱温度が低い部位を抽出して、温度を実測する等によって、例えば加熱温度が１０℃以上低い箇所をスポットリフロー部４での加熱対象箇所として決定する。なお、例えばテレビチューナ用の基板であって、リード部品の点数が２００点程度ある基板の場合で、スポットリフロー部４での加熱対象となる箇所は１０箇所程度である。
【００４６】
図１および図２に戻り、スポットリフロー部４には位置決め機構を構成するストッパ１８が設けられる。このストッパ１８は、高速コンベア７ｂの終端に設けられ、図１に実線で示す高速コンベア７ｂによる基板６の搬送経路を遮る位置と、図１に二点鎖線で示す搬送経路から退避する位置との間を移動するように、図示しない駆動機構により駆動される。
【００４７】
ストッパ１８を高速コンベア７ｂによる搬送経路中に位置させると、高速コンベア７ｂで搬送されてきた基板６はストッパ１８に突き当たる。これにより、スポットリフロー部４において基板６の搬送を停止させて、スポットヒーター部１５のノズル１６ａに対する基板６の位置決めをすることができる。また、高速コンベア７ｂによる搬送経路からストッパ１８を退避させると、基板６をスポットリフロー部４から冷却部５へ搬送することができる。
【００４８】
冷却部５は、片面リフロー部３およびスポットリフロー部４によってはんだ付けの終了した基板６を冷却する部分で、ファン１９が設けられる。ファン１９はコンベア７ｃを挟んで上下に配置され、コンベア７ｃを搬送される基板６の上下両面側から常温の冷却風を供給する。
【００４９】
プリヒート部２の入口と、スポットリフロー部４の入口には、それぞれ基板検出センサ２０ａ，２０ｂが設けられる。また、プリヒート部２の入口には、ストッパ２１が設けられる。このストッパ２１は、図１に実線で示すコンベア７ａによる基板６の搬送経路を遮る位置と、図１に二点鎖線で示す搬送経路から退避する位置との間を移動するように、図示しない駆動機構により駆動される。
【００５０】
ストッパ２１をコンベア７ａによる搬送経路中に位置させると、プリヒート部２への基板６の取り込みを停止させることができる。また、ストッパ２１を退避させると、基板６をプリヒート部２へ取り込むことができる。
【００５１】
制御部２２は、基板検出センサ２０ａ，２０ｂの出力を受け、ストッパ１８，２１を制御する。また、スポットヒーター部１５の昇降や、コンベア７ａ，７ｃ、高速コンベア７ｂの制御を行う。
【００５２】
すなわち、基板検出センサ２０ａが基板６を検出すると、制御部２２はストッパ２１を開けて基板６をプリヒート部２に取り込んだのち、ストッパ２１を閉じる制御を行う。また、基板検出センサ２０ｂが基板６を検出すると、ストッパ１８を閉じるとともに、高速コンベア７ｂを駆動して、基板６をスポットリフロー部４の所定位置に取り込み、スポットヒーター部１５の昇降制御、ストッパ１８の解放等の制御を行う。
【００５３】
次に、本実施の形態のリフロー炉１の動作を説明する。図５および図６はリフロー工程例を示す説明図である。ここで、基板６はリード部品８と表面実装型部品９が混載されるもので、図５に示すステップＳ１〜Ｓ５までが表面実装型部品９の実装工程、図６に示すステップＳ６〜Ｓ１０がリード部品８の実装工程である。表面実装型部品９の実装は、図示しないが一般的なトンネルリフロー炉で行われる。まず、表面実装型部品９の実装工程を説明すると、所定の導体パターンが形成された基板６のパターン面を上向きとし、スクリーン２３ａを用いて所定の位置にクリームはんだ２４ａを塗布する（ステップＳ１）。次に、表面実装型部品９として、チップ部品や例えばＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）と呼ばれる形態のパッケージを有するＩＣ等を基板６に搭載する（ステップＳ２，Ｓ３）。
【００５４】
表面実装型部品９等を搭載した基板６を図示しないトンネルリフロー炉に入れ、基板６の表面実装型部品搭載面であるパターン面の全体を熱風で加熱し、クリームはんだを溶かしてはんだ付けを行う（ステップＳ４）。そして、基板６に常温の冷却風を供給し、基板６を冷却して（ステップＳ５）、表面実装型部品９等の実装工程が終了する。
【００５５】
次に、リード部品８の実装工程を説明する。このリード部品８の実装に、本実施の形態のリフロー炉１が使用される。表面実装型部品９等の実装が終了した基板６に、ノズル２３ｂを用いて所定の位置にクリームはんだ２４ｂを塗布する（ステップＳ６）。次に、基板６を反転させて基板６のマウント面を上向きとし、リード部品８のリード８ａを基板６の図示しないスルーホールに挿入して、リード部品８を基板６に搭載する（ステップＳ７，Ｓ８）。
【００５６】
リード部品８を搭載した基板６を、図１等で説明したリフロー炉１に取り込む。すなわち、リフロー炉１では、基板検出センサ２０ａが基板６を検出すると、制御部２２はストッパ２１を開き、コンベア７ａによって基板６をプリヒート部２へ取り込む。プリヒート部２では、コンベア７ａによって基板６を搬送しながら、基板６の搬送方向に沿って３段に並んだプリヒーター１０ａ〜１０ｅによって段階的に基板６を加熱して、基板６を室温から所定の温度まで徐々に加熱する。
【００５７】
プリヒート部２を通過した基板６は、コンベア７ａにより片面リフロー部３に送り込まれる。片面リフロー部３では、コンベア７ａにより搬送される基板６に対して、下側からはヒーター部１１によって熱風ＨＷ１が供給され、上側からは部品冷却部１２によって冷却風ＣＷが供給される。基板６がコンベア７ａで搬送されることで、基板６のパターン面全体が加熱され、これにより、クリームはんだ２４ｂが溶融して、各リード部品８のはんだ付けが行われる（ステップＳ９）。このとき、基板６のマウント面全体は冷却され、リフロー加熱時のリード部品８本体の温度上昇を抑える。
【００５８】
片面リフロー部３をコンベア７ａにより搬送された基板６が基板検出センサ２０ｂで検出されると、制御部２２は図示しない駆動手段を制御して、ストッパ１８を高速コンベア７ｂによる基板６の搬送経路を遮る位置まで上昇させる。
【００５９】
そして、コンベア７ａにより片面リフロー部３を搬送された基板６は、コンベア７ａから高速コンベア７ｂに受け渡され、高速コンベア７ｂによってスポットリフロー部４へ取り込まれる。ここで、高速コンベア７ｂによる基板６の搬送速度は、コンベア７ａによる基板６の搬送速度より速くしてある。
【００６０】
これにより、片面リフロー部３ではんだ付けが行われた基板６は短時間でスポットリフロー部４に送り込まれる。よって、片面リフロー部３で加熱された基板６をスポットリフロー部４へ取り込む際の基板６の温度低下を抑えることができる。
【００６１】
基板６が高速コンベア７ｂで搬送されると、この基板６はストッパ１８に突き当たる。基板６がストッパ１８に突き当たる位置まで搬送されると、制御部２２は高速コンベア７ｂによる基板６の搬送を停止する。これにより、スポットリフロー部４における基板６の位置決めが行われる。
【００６２】
基板６がストッパ１８に突き当たる位置まで搬送されて位置決めが行われると、制御部２２はスポットヒーター部１５を上昇させ、ノズル１６ａを基板６のパターン面に接近させる。ノズル１６ａからは熱風ＨＷ２が上方へ向けて供給されているので、基板６の下側からパターン面に向けて熱風ＨＷ２が供給される。
【００６３】
ここで、ノズル１６ａは、基板６に実装されるリード部品８の中で、加熱により温度が上昇しにくい部品、例えば大型のリード部品８のリード８ａの挿入位置に合わせて配置されている。そして、基板６をノズル１６ａに対して位置決めして停止させた状態で各ノズル１６ａより熱風ＨＷ２を供給するので、基板６上で温度上昇しにくい特定のリード部品８ａに対応したはんだ付け箇所が加熱される。
【００６４】
これにより、片面リフロー部３で十分な温度まで加熱できなかったリード部品８に対応したはんだ付け箇所を十分に加熱して、例えば生溶け状態のはんだを溶融させることができる（ステップＳ１０）。
【００６５】
制御部２２は、スポットヒーター部１５を上昇させて設定時間、例えば２０秒が経過した後、スポットヒーター部１５を下降させて基板６の局所加熱を停止するとともに、ストッパ１８を退避させ、高速コンベア７ｂで基板６を搬送してコンベア７ｃに受け渡す。これにより、基板６はスポットリフロー部４から冷却部５へ送り込まれる。
【００６６】
冷却部５では、基板６をコンベア７ｃで搬送しながらファン１９によりこの基板６の両面から冷却風を供給し、基板６の全体を冷却する。そして、冷却された基板６がリフロー炉１の外へと排出され、リフロー炉１でのはんだ付け処理が終了する。
【００６７】
ここで、スポットリフロー部４での加熱対象となるはんだ付け箇所も、前段の片面リフロー部３で加熱されており、はんだは溶けていない状態ではなく、いわゆる生溶け状態となっている。このため、ノズル１６ａからの熱風ＨＷ２で加熱しても、はんだが落下することはない。よって、ノズル１６ａが詰る等の障害が発生せず、従来のスポットリフロー方式のリフロー炉で問題となっていたはんだ落下に起因するノズルパネル１６の点検清掃作業が不要となる。また、はんだが落下することがないことから、確実なはんだ付けが行われることになり、品質が向上する。
【００６８】
図７はスポットリフロー部４における隣接するポイント間での温度プロファイル例を示す説明図で、図７（ａ）に実験条件、図７（ｂ）に実験結果を示す。
【００６９】
図７（ａ）に示すように、実験に用いる基板６において、スポットリフロー対象のリード部品８のはんだ付け箇所をポイントＰ１とし、このポイントＰ１から６ｍｍ離れた位置をポイントＰ２、１２ｍｍ離れた位置をポイントＰ３とする。そして、ノズル１６ａをポイントＰ１に対向させ、ポイントＰ１においてはんだが溶融する温度が得られるまでスポットヒーター部１５で加熱したときの、ポイントＰ２，Ｐ３の温度を測定したものである。
【００７０】
その結果、図７（ｂ）に示すように、ポイントＰ２，Ｐ３とも温度上昇が抑えられることが判る。これにより、スポットリフロー部４では、周囲のリード部品８の温度上昇を抑えつつ、特定のリード部品８のはんだ付け箇所を十分に加熱することができる。
【００７１】
図８は本実施の形態と従来の温度プロファイルの比較例を示すグラフであり、図８（ａ）は本実施の形態のリフロー炉１を用いた場合の温度プロファイルを示し、図８（ｂ）は従来の片面リフロー炉のみを用いた場合の温度プロファイルを示し、図８（ｃ）は従来のスポットリフロー炉のみを用いた場合の温度プロファイルを示す。ここで、小形のリード部品８の温度プロファイルを実線で示し、大型のリード部品８の温度プロファイルを破線で示す。
【００７２】
本実施の形態のリフロー炉１では、図８（ａ）に示すように、片面リフロー部３での処理工程では、温度が上昇しやすい小形のリード部品８に対して、温度が上昇しにくい大型のリード部品８の温度が低いことがわかる。しかしながら、スポットリフロー部４での処理工程では、大型のリード部品８のはんだ付け箇所のみを局所加熱することで、大型のリード部品８のはんだ付け箇所の温度のみが上がり、結果として、リード部品８のサイズ等に起因して異なる加熱時のピーク温度の差ΔＴが小さくなっていることが判る。
【００７３】
例えば、スズ−銀−銅の３元の無鉛はんだでは、はんだ付け箇所が２３０℃程度以上加熱される必要があるが、片面リフロー部３での一様な加熱では、小形のリード部品８と大型のリード部品８では、ピーク温度の差ΔＴが２０℃程度ある。このため、片面リフロー部３における加熱温度を小形のリード部品に合わせると、大型のリード部品８のはんだ付け箇所は２００℃程度までしか加熱されず、はんだが十分に溶融しない。
【００７４】
そこで、スポットリフロー部４で、大型のリード部品８のはんだ付け箇所のみを再加熱することで、大型のリード部品８のはんだ付け箇所の温度のみを上昇させるようにして、片面リフロー部３で生じた部品間でのピーク温度の差ΔＴを少なくする。
【００７５】
ここで、スポットリフロー部４での加熱対象となるリード部品８の数は、基板６全体のはんだ付け箇所に比べて非常に少数なので、スポットリフロー部４で条件出しを行う箇所は少ない。よって、精密な条件出しを短時間で行うことが可能で、ΔＴを１０℃以下程度にまで詰めることができる。これにより、片面リフロー部３での加熱温度を上げることなく、大型のリード部品８のはんだ付け箇所をはんだの溶融に必要な温度まで加熱することができる。
【００７６】
これに対して、従来の片面リフロー炉のみでは、図８（ｂ）に示すように、温度が上昇しやすい小形のリード部品８に対して、温度が上昇しにくい大型のリード部品８の温度が低く、リード部品８のサイズ等に起因して異なる加熱時のピーク温度の差ΔＴが大きいことが判る。
【００７７】
このため、片面リフロー炉における加熱温度を小形のリード部品に合わせると、大型のリード部品のはんだ付け箇所が十分な温度にならず、良好なはんだ付けが行えない。また、加熱温度を大型のリード部品に合わせると、小形のリード部品の温度が上がり過ぎて、部品にダメージを与えることになる。
【００７８】
また、従来のスポットリフロー炉のみでは、各リード部品に対応して温度設定ができるので、図８（ｃ）に示すように、リード部品８のサイズ等に起因して異なる加熱時のピーク温度の差ΔＴを小さくできることが判る。しかしながら、部品点数が多くなると、条件出しが非常に面倒な処理となるので、部品点数の多い基板に適用するのは現実的ではない。
【００７９】
以上のことから、本実施の形態のリフロー炉１は、従来の片面リフロー炉およびスポットリフロー炉の欠点を克服しつつ、加熱時の部品間のピーク温度の差ΔＴを小さくすることができるものである。
【００８０】
図９は本実施の形態のリフロー炉の変形例を示す概略側面図である。図９に示すリフロー炉３１は、片面リフロー部３に加えて、プリヒート部２とスポットリフロー部４のそれぞれにも部品冷却部１２を設けたものである。例えば、スポットリフロー部４では、スポットヒータ部１５に対向して高速コンベア７ｂの上側に部品冷却部１２が配置される。これにより、スポットヒーター部１５で局所加熱される基板６に対して、上側から冷却風が供給され、リード部品８が冷却される。よって、片面リフロー部３と同様にリード部品８の温度上昇を防ぎ、リード部品８が高温下に晒されることによる品質低下を防ぐことができる。
【００８１】
また、プリヒート部２では、プリヒーター１０ｅに対向してコンベア７ａの上側に部品冷却部１２が配置される。これにより、プリヒーター１０ｅより前段のプリヒーター１０ａ〜１０ｄで加熱された基板６に対して、上側から冷却風が供給され、リード部品８が冷却される。
【００８２】
無鉛はんだを利用する場合、プリヒート部２における加熱温度も上がるので、プリヒート部２でもリード部品８を冷却する機構を備えることで、リード部品８が高温下に晒されることによる品質低下を防ぐことができる。
【００８３】
なお、図９に示すリフロー炉１では、スポットリフロー部４およびプリヒート部２に部品冷却部１２を設けた以外は、図１等で説明したリフロー炉１と同じ構成であり、他の構成および動作の説明は省略する。また、図９に示す例では、スポットリフロー部４とプリヒート部２の両方に部品冷却部１２を設けたが、どちらか一方に設けることとしてもよい。
【００８４】
図１０は本実施の形態のリフロー炉の変形例として、スポットヒーター部の変形例を示す側面図である。図１０に示すスポットヒーター部１５は、ノズルパネル３２の板厚を厚くすることで、ノズルを不要としたものである。ノズルパネル３２には、温度が上昇しにくいリード部品８のはんだ付け箇所に対応して放出部を構成する貫通孔３２ａが開けられている。ノズルパネル３２の板厚を厚くすることで、貫通孔３２ａを通る熱風ＨＷ２は指向性を持つ。よって、ノズルを用いることなく、温度が上昇しにくいリード部品８のはんだ付け箇所を加熱することができる。
【００８５】
この図１０に示すスポットヒーター部１５では、ノズルパネル３２は貫通孔３２ａを設けるだけの構成で済むので、低コストなスポットヒーター部１５を実現できる。また、ピーク温度の調整は、貫通孔３２ａの孔径を徐々に大きくしていく等の処理で対応できるので、条件出しが容易に行え、条件出しの作業工程を簡素化できる。
【００８６】
以上説明したように、本実施の形態のリフロー炉１では、片面リフロー部３の後段に温度が低い部分のみを再加熱するスポットリフロー部４を設けたので、部品間のピーク温度差ΔＴを少なくできる。
【００８７】
これにより、片面リフロー部３における加熱温度を、温度の上昇しにくい部品に合わせて設定する必要がなくなる。すなわち、基板６には様々な種類のリード部品が実装されるので、片面リフロー部３で一様に加熱した場合、温度の上昇しやすい部品と温度が上昇しにくい部品間でピーク温度の差ΔＴが存在する。はんだの温度が所定温度以上に上昇しないと、確実なはんだ付けが行えないことから、片面リフロー部３と同様な構成である従来の片面リフロー炉では、温度の上昇しにくい部品のはんだ付け箇所が必要な温度となるように加熱温度を設定していた。
【００８８】
融点の低いはんだ、例えば有鉛はんだを利用する場合は、片面リフロー炉における加熱温度を、温度の上昇しにくい部品に合わせて高めに設定しても、温度の上昇しやすい部品が許容温度を超えることがない。しかしながら、部品の温度上昇を抑えることは品質の面等から有効である。
【００８９】
これに対して、一般的に融点の高い無鉛はんだを利用する場合は、片面リフロー炉における加熱温度を、温度の上昇しにくい部品に合わせて設定すると、温度の上昇しやすい部品が許容温度を超えてしまうので、片面リフロー部３での加熱温度を上げて対応することはできない。
【００９０】
そこで、本実施の形態のリフロー炉では、片面リフロー部３に加えてスポットリフロー部４を設けることで、温度の上昇しやすい部品を必要以上に加熱することなく、温度の上昇しにくい部品のはんだ付け箇所を加熱して、確実なはんだ付けが行えるようになる。
【００９１】
このように、温度の上昇しやすい部品の温度上昇を抑えることができることから、本実施の形態のリフロー炉は、無鉛はんだを利用する場合でも、部品にダメージを与えることなく、かつ、確実なはんだ付けを行うことができる。
【００９２】
また、全ての部品に対してスポットリフローを行うわけではないので、部品種類や部品点数が多い基板であっても、条件出しが簡素化でき工数削減ができる。よって、部品点数の多い基板でも容易に対応できる。
【００９３】
さらに、片面リフロー部３の後段にスポットリフロー部４が設けられているので、生溶け状態のはんだをスポットリフローすることになり、はんだ落下が防止される。よって、リフローパネル１６の定期点検清掃作業が不要となり設備生産性、はんだ付け信頼性問題が解決する。
【００９４】
なお、本発明のリフロー炉は、表面実装型部品のはんだ付けに用いられるトンネルリフロー炉に適用することもできる。すなわち、表面実装型部品でも部品のサイズ等に起因して加熱時のピーク温度に差が生じるので、トンネルリフロー炉にスポットリフロー部を設けて、温度の上昇しにくい特定の部品を再加熱することで、部品間のピーク温度の差を少なくすることができる。
【００９５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、はんだ付け対象の部品が搭載された基板を加熱して、部品と基板をはんだにより接続するリフロー炉において、基板を搬送する搬送機構と、基板を予備加熱するプリヒーターを有するプリヒート部と、基板を本加熱するヒーター部を有し、プリヒート部の後段に配置される面リフロー部と、基板に搭載される部品の中であらかじめ選択された特定の部品のはんだ付け箇所の配置に合わせた放出部から熱風を供給するスポットヒーター部を有するとともに、放出部による加熱位置に基板の特定の部品のはんだ付け箇所を対向させて基板の位置を停止させる位置決め機構を有し、面リフロー部の後段に配置されるスポットリフロー部とを備えたものである。
【００９６】
これにより、面リフロー部では加熱が不十分となるような特定の部品のはんだ付け箇所を、スポットリフロー部で再度加熱することができ、部品間における加熱によるピーク温度の差を少なくできる。
【００９７】
また、搭載される部品点数が多い基板であっても、スポットリフロー部での加熱対象となる部品は少数なので、スポットリフロー部の構造は簡単なもので済み、部品点数の多い基板でも容易に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態のリフロー炉の構成例を示す概略側面図である。
【図２】本実施の形態のリフロー炉の構成例を示す概略平面図である。
【図３】基板の構成例を示す側面図である。
【図４】スポットヒーター部の構成例を示す側面図である。
【図５】リフロー工程例を示す説明図である。
【図６】リフロー工程例を示す説明図である。
【図７】スポットリフロー部における隣接するポイント間での温度プロファイル例を示す説明図である。
【図８】本実施の形態と従来の温度プロファイルの比較例を示すグラフである。
【図９】本実施の形態のリフロー炉の変形例を示す概略側面図である。
【図１０】スポットヒーター部の変形例を示す側面図である。
【図１１】片面リフロー方式を採用した従来のリフロー炉の構成例を示す概略側面図である。
【符号の説明】
１・・・リフロー炉、２・・・プリヒート部、３・・・片面リフロー部、４・・・スポットリフロー部、５・・・冷却部、６・・・基板、７ａ・・・コンベア、７ｂ・・・高速コンベア、７ｃ・・・コンベア、８・・・リード部品、８ａ・・・リード、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ・・・プリヒーター、１１・・・ヒーター部、１２・・・部品冷却部、１５・・・スポットヒーター部、１６・・・ノズルパネル、１６ａ・・・ノズル、１８・・・ストッパ、１９・・・ファン、２０ａ，２０ｂ・・・基板検出センサ、２１・・・ストッパ、２２・・・制御部
【図１】
2004214553.tif 000003
【図２】
2004214553.tif 000004
【図３】
2004214553.tif 000005
【図４】
2004214553.tif 000006
【図５】
2004214553.tif 000007
【図６】
2004214553.tif 000008
【図７】
2004214553.tif 000009
【図８】
2004214553.tif 000010
【図９】
2004214553.tif 000011
【図１０】
2004214553.tif 000012
【図１１】
2004214553.tif 000013