(57)【要約】【課題】VOCフリーフラックスは、揮散しにくい水を溶剤として使用している。従来のVOCフリーフラックスを使用してはんだ付けする場合、熱風だけでVOCフリーフラックス中の水分の除去や予備加熱を行ったり、フラックス塗布前にプリント基板を加熱したりしていたが、これらはプリント基板に塗布したVOCフリーフラックス中の水分を完全に除去することが困難であった。【解決手段】本発明のはんだ付けラインは、フラクサー、乾燥装置、プリヒーター、はんだ槽、冷却機が順次設置されているため、VOCフリーフラックスが塗布されたプリント基板は先ず乾燥装置でVOCフリーフラックス中の水分のほとんどが除去され、次いでプリヒーターでプリント基板全体が均一に予備加熱され、その後、噴流はんだ槽で溶融はんだの付着、冷却機で冷却が行われる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント基板のはんだ付け面にVOCフリーフラックスを塗布するフラクサー、プリント基板のはんだ付け面に塗布されたVOCフリーフラックス中の水分を揮散させる乾燥装置、プリント基板を予備加熱するプリヒーター、プリント基板のはんだ付け面に噴流している溶融はんだを接触させてはんだ付け部に溶融はんだを付着させる噴流はんだ槽、プリント基板を冷却させる冷却機、が順次配置されていることを特徴とするプリント基板のはんだ付けライン。
【請求項２】
前記フラクサーと乾燥装置がそれぞれ独立して配置されており、プリヒーター、噴流はんだ槽、冷却機がはんだ付け装置の本体内に収納されていることを特徴とする請求項１記載のはんだ付けライン。
【請求項３】
前記フラクサーが独立して配置されており、乾燥装置、プリヒーター、噴流はんだ槽、冷却機がはんだ付け装置の本体内に収納されていることを特徴とする請求項１記載のはんだ付けライン。
【請求項４】
前記乾燥装置は、遠赤外線の放射と熱風の吹き付けができる乾燥装置であることを特徴とする請求項１乃至３記載のはんだ付けライン。
【請求項５】
前記乾燥装置は、熱風だけを吹き付ける乾燥装置であることを特徴とする請求項１乃至３記載のはんだ付けライン。
【請求項６】
前記乾燥装置は、真空乾燥装置であることを特徴とする請求項１乃至３記載のはんだ付けライン。
【請求項７】
プリント基板を溶融はんだに接触させてはんだ付けを行う方法において、フラクサーでプリント基板にVOCフリーフラックスを塗布し、乾燥装置でVOCフリーフラックス中の水分を揮散させた後、さらにプリント基板をプリヒーターで100〜150℃に予備加熱してから、プリント基板のはんだ付け面を噴流はんだ槽の溶融はんだに接触させてプリント基板のはんだ付け部にはんだを付着させ、しかる後に該プリント基板を冷却機で冷却することを特徴とするプリント基板のはんだ付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント基板に溶融はんだを接触させてはんだ付けを行うはんだ付けラインおよびプリント基板のはんだ付け方法、特にVOCフリーフラックスを塗布したプリント基板のはんだ付けに適したはんだ付けラインおよびはんだ付け方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント基板をはんだ付けするはんだ付け装置は、はんだ付け装置本体内にフラクサー、プリヒーター、噴流はんだ槽、冷却機、等の処理装置がプリント基板の搬送方向に向けて順次配置されている。これらの処理装置の上方には搬送コンベアが設置されており、プリント基板は搬送コンベアで搬送されながらフラクサーでフラックス塗布、プリヒーターで予備加熱、噴流はんだ槽ではんだの付着、冷却機で冷却が行われてはんだ付けがなされる。
【０００３】
一般にプリント基板のはんだ付けには、液状のフラックスを用いる。この液状フラックスは、プリント基板のはんだ付け部に付着していた酸化物を還元除去したり、汚れを落としたりしてはんだ付け部を清浄にするものである。該液状フラックスは、松脂や活性剤等の固形成分を溶剤で溶解してあり、発砲フラクサーやスプレーフラクサーでプリント基板のはんだ付け面に塗布する。液状フラックスが塗布されたプリント基板をそのまま溶融はんだに接触させると液状のフラックスが高温となった溶融はんだを飛散させて非常に危険となる。また液状フラックスを塗布したプリント基板を直接高温となった溶融はんだに接触させても良好なはんだ付けが行えない。なぜならばフラックスは、100〜150℃で良好な活性作用が発揮され、この温度で保たれる間に、プリント基板のはんだ付け部を清浄にするからである。そこで、はんだ付け装置では、フラックス塗布後にプリント基板を100〜150℃に予備加熱を行ってフラックスの溶剤を揮散させるとともにフラックスの活性作用を充分に発揮させるようにしている。
【０００４】
またプリント基板やプリント基板に搭載された電子部品を高温の溶融はんだに急激に接触させるとヒートショックにより破損したり機能劣化したりする。そこでプリヒーターで一旦100〜150℃の中間温度に加熱してヒートショックを緩和するようにしている。
【０００５】
ところで従来のはんだ付け装置ではんだ付けを行う場合、ここで使用する液状フラックスの溶剤は松脂や活性剤をよく溶解するアルコールであった。しかしながらアルコールのような溶剤(Volatile Organic Commpounds：VOC）は、光化学スモッグ発生の原因となることから、その使用を規制することが検討されている。当然、はんだ付け用フラックスにおいても、アルコールを使用しないフラックス、所謂VOCフリーフラックスが検討され、現在多くのVOCフリーフラックスが特許等で提案されている。
【０００６】
従来のアルコールを用いたフラックスは、アルコール自体の沸点が低く、少し加熱しただけで蒸発してしまうため、該液状フラックス塗布後にプリヒーターで100〜150℃に加熱すれば容易に揮散してしまい、その後の噴流はんだ槽での溶融はんだとの接触でも溶融はんだを飛散させることはない。しかしながら、VOCフリーフラックスは、アルコールよりも蒸発しにくい水を使用しているため、従来のはんだ付け装置、即ち前述のようなフラクサーの次にプリヒーター、噴流はんだ槽、冷却機が設置されただけのはんだ付け装置では、如何にプリヒーターの温度を上げたりプリヒーターの加熱域を長くしたりしてもVOCフリーフラックスの水分を完全になくすことができず、プリント基板を噴流はんだ槽で溶融はんだに接触させたときに溶融はんだを飛散させてしまうことがあった。
【０００７】
そこでVOCフリーフラックスを使用して、はんだ付け時に水分を蒸発させるはんだ付け装置（特許文献１）やフラクサー（特許文献２）が提案されていた。特許文献１のはんだ付け装置は、はんだ付け装置本体内にフラクサーと加圧空気噴出用の高温エアーナイフ、はんだポットが順次設置されたものである。そして特許文献２のフラクサーは、別途設置されたフラクサーの中に先ず始めにプリント基板を加熱する予備加熱装置と、その次にプリント基板にVOCフリーフラックスを霧状にして塗布するスプレーノズルが設置されたものである。
【特許文献１】特開平7-162139号公報
【特許文献２】特開平8-229674号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１では、ヒーター部分が第１群高温エアーナイフと第２群エアーナイフから構成されている。この第１群エアーナイフはフラックスの乾燥用であり、第２群エアーナイフはトンネル内の空気を循環させるものである。つまり特許文献１では、VOCフリーフラックスの水分は乾燥できるが、プリント基板を所定の温度まで昇温させることが困難であった。つまり、この第１群の高温エアーナイフはVOCフリーフラックスの水分を乾燥させるものであるが、第２群エアーナイフはトンネル内の空気を循環乾燥させるものであり、プリント基板を所定の温度まで予備加熱する作用をほんとんど有していない。プリント基板のはんだ付けでは、前述のようにフラックス塗布前にプリント基板を100〜150℃に予備加熱することが絶対に必要であるが、特許文献１では、この予備加熱ができないものである。従って、特許文献１では、プリント基板や電子部品が熱損傷を受けたり、はんだの濡れ広がりが充分とならならなかったり、乾燥が充分でなく溶融はんだを飛散させたりするという問題があった。
【０００９】
特許文献２では、スプレーフラクサーの前に予備加熱装置が設置されており、プリント基板はフラックス塗布前に約100℃に予備加熱される。そして100〜150℃に加熱されたスプレーノズルから液状フラックスがプリント基板に塗布される。水は100℃で気化することから、100℃に予備加熱されたプリント基板に100℃の液状フラックスを塗布した場合、最初に塗布されたフラックスは水分が蒸発するが、その後はプリント基板が濡れてしまうため、塗布されたフラックスは水分が完全に蒸発しないで残ることがある。このように水分が少しでも残ったまま溶融はんだに接触させると溶融はんだを飛散させることになる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、水分乾燥後にプリント基板を加熱するとプリント基板は充分に予備加熱温度まで昇温することに着目して本発明を完成させた。
【００１１】
本発明は、プリント基板のはんだ付け面にVOCフリーフラックスを塗布するフラクサー、プリント基板のはんだ付け面に塗布されたVOCフリーフラックス中の水分を揮散させる乾燥装置、プリント基板を予備加熱するプリヒーター、プリント基板のはんだ付け面に噴流している溶融はんだを接触させてはんだ付け部に溶融はんだを付着させる噴流はんだ槽、プリント基板を冷却させる冷却機、が順次配置されていることを特徴とするプリント基板のはんだ付けラインである。
【００１２】
また、もう一つの発明は、プリント基板を溶融はんだに接触させてはんだ付けを行う方法において、フラクサーでプリント基板にVOCフリーフラックスを塗布し、乾燥装置でVOCフリーフラックス中の水分を揮散させた後、さらにプリント基板をプリヒーターで100〜150℃に予備加熱してから、プリント基板のはんだ付け面を噴流はんだ槽の溶融はんだに接触させてプリント基板のはんだ付け部にはんだを付着させ、しかる後に該プリント基板を冷却機で冷却することを特徴とするプリント基板のはんだ付け方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のはんだ付けラインは、乾燥装置とプリヒーターがプリント基板の進行方向に順次設置されており、VOCフリーフラックスが塗布されたプリント基板は、先ず乾燥装置によりVOCフリーフラックス中の水分が完全に除去され、その後、水分のなくなったプリント基板はプリヒーターで所定の予備加熱温度まで加熱される。また本発明のはんだ付け方法は、プリント基板のはんだ付け面にフラクサーでVOCフリーフラックスを塗布した後、乾燥装置で乾燥するため、VOCフリーフラックス中の水分がほとんど揮散する。そして、その後にプリント基板を予備加熱するようにしたことから、プリント基板は容易に所定の予備加熱温度まで昇温する。つまり本発明によれば、プリント基板に水分が絶対に残らないため、溶融はんだに接触させたときに、溶融はんだを飛散させることがなく、またプリント基板を所定の予備加熱温度まで充分に昇温させることができる。従って、本発明ではフラックスの活性を充分に引き出して不良のないはんだ付け部が得られるばかりでなく、プリント基板や電子部品への熱損傷もないという従来のはんだ付け装置やはんだ付け方法にはない優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明のはんだ付けラインでは、フラクサーと乾燥装置をそれぞれ独立して配置させる場合は、プリヒーター、噴流はんだ槽、冷却機をはんだ付け装置の本体内に収納し、またフラクサーだけを独立して配置させる場合は、乾燥装置、プリヒーター、噴流はんだ槽、冷却機をはんだ付け装置の本体内に収納する。
【００１５】
本発明に使用する乾燥装置は、赤外線乾燥装置、熱風吹き付け乾燥装置、赤外線と熱風を併用した赤外線熱風吹き付け乾燥装置、真空乾燥装置、等である。真空乾燥装置は、水分は減圧すると沸点が下がることを利用したものであるが、乾燥作業毎にプリント基板を置いておくチャンバー内を減圧しなけらばならないため、前工程のフラックス塗布工程や後工程のプリヒーターとのインライン化が不可能ではないが困難となる。本発明に使用して好適な乾燥装置は、インライン化ができ、しかも水分乾燥に効果のある赤外線熱風吹き付け乾燥装置（以下、単に熱風乾燥装置という）である。
【００１６】
本発明に使用するプリヒーターは、前述熱風乾燥装置と同様の赤外線と熱風を併用したものが好適である。つまり本発明では、乾燥装置とプリヒーターが順次設置されており、VOCフリーフラックスが塗布されたプリント基板は、先ず乾燥装置で塗布されたVOCフリーフラックスの水分を除去する。このときVOCフリーフラックスの塗布量が多すぎたり、プリント基板の搬送が早すぎて乾燥時間が短かったり、乾燥装置の熱風の温度や風速、真空度等が適していなかったりして水分が完全に除去できなかった場合でも、プリヒーターに熱風が併用されていると、熱風が残った水分を完全に除去できる。
【実施例１】
【００１７】
以下、図面に基づいて本発明のはんだ付けラインを説明する。図１は本発明のはんだ付けラインを説明する図、図２は本発明に使用して好適な熱風吹き出しヒーターの正面断面図、図３は他の実施例のはんだ付けラインを説明する図、図４は本発明に使用して好適な他の熱風吹き出しヒーターの一部破断斜視図、図５はさらに他の実施例のはんだ付けラインである。
【００１８】
先ず図１に示す実施例について説明する。図１では、フラクサー１と熱風乾燥装置２がそれぞれ独立して配置されており、プリヒーター３、噴流はんだ槽４、冷却機５がはんだ付け装置の本体６内に収納されている。
【００１９】
フラクサー１には、搬送コンベア７が矢印Aのように走行しており、図示しないプリント基板を搬送するようになっている。上部を走行する搬送コンベアの下部にはノズル８が設置されており、該ノズルからはVOCフリーフラックス９が霧状に噴霧される。
【００２０】
フラクサー１に隣接して熱風乾燥装置２が配置されており、該熱風乾燥装置にも搬送コンベア１０が矢印Bのように走行している。フラクサー１の搬送コンベア７と熱風乾燥装置２の搬送コンベア１０とは、プリント基板を落下させることなく受け渡しができるという所謂インライン化されている。熱風乾燥装置２には熱風吹き出しヒーター１１、１１が設置されている。熱風吹き出しヒーター１１は、図２に示すように箱状体１２の内部が隔壁１３、１３で中央室１４、両側室１５、１５の三室に分離されている。中央室１４の下部にはシロッコファン１６が設置され、該シロッコファンは箱状体１２の外部に取り付けられたモーター１７と連動している。またシロッコファン１６の上方には複数本の電熱ヒーター１８・・・が配列されている。隔壁１３、１３の下部は、それぞれ端部に図示しない開口が形成されており、中央室１４と両側室１５、１５とは連通している。両側室１５、１５の上部には多数の吹き出し孔１９・・・を有するパンチングプレート２０が載置されており、該パンチングプレートの表面には黒色セラミック２１が被覆されている。そして図１に示すように熱風吹き出しヒーター１１、１１の上部には、反射板２２が設置されている。
【００２１】
上記構造を有する熱風乾燥装置において、電熱ヒーター１８に通電し、モーター１７を稼働させると、モーター１７と連動したシロッコファン１６が回転する。するとシロッコファンの回転により中央室１４の上方から気体が矢印のように吸い込まれ、中央室１４に吸い込まれた気体は、電熱ヒーター１８で加熱されて高温気体となる。中央室１４で高温となった気体は、それぞれの隔壁１３、１３の開口を通り、両側室１５、１５に流入する。両側室１５、１５に流入した高温気体は、両側室上部に載置されたパンチングプレート２０の多数の吹き出し孔１９・・・から上方に吹き出され、上部を通過するプリント基板に当たって水分を蒸発させる。このとき高温気体は、パンチングプレート２０とともに黒色セラミック２１を加熱するため、該黒色セラミックからは遠赤外線が放射され、該遠赤外線でプリント基板を加熱することにより水分を乾燥させる。熱風吹き出しヒーター１１の吹き出し孔から吹き出された熱風は、反射板２２で反射されて図２の矢印のように中央室１４に吸い込まれる。つまり熱風乾燥装置では、吹き出し孔から吹き出た熱風が中央室に吸い込まれるという自己循環をするため、熱が他方へ放出されない効率的な加熱が行えるものである。
【００２２】
はんだ付け装置の本体６には、プリヒーター３、噴流はんだ槽４、冷却機５が順次収納されている。プリヒーター３は、前述熱風乾燥装置２に用いた熱風吹き出しヒーター１１と同じ構造のものを使用している。また該熱風吹き出しヒーターの上部にも熱風乾燥装置２と同様に反射板２２が設置されている。またはんだ付け装置の本体６にも搬送コンベア２３が設置されており、矢印C方向に走行している。該搬送コンベアは、前工程の熱風乾燥装置２の搬送コンベア１０とインライン化していてプリント基板を乗り移らせるようになっている。
【００２３】
噴流はんだ槽４には、一次噴流ノズル２４と二次噴流ノズル２５が設置されており、内部には溶融したはんだが入れられている。一次噴流ノズル２４からは、荒れたはんだが噴流してスルーホールや電子部品の隅部のように溶融はんだが侵入しにくい部分に溶融はんだを侵入させ、二次噴流ノズル２５からは穏やかなはんだが噴流して、一次噴流ノズルでのはんだ付けで発生したツララやブリッジ等の不良を修正する。
【００２４】
冷却機５にはプロペラ型の送風機が取り付けられており、噴流はんだ槽での溶融はんだとの接触で高温となったプリント基板に冷風を吹き当てて冷却するものである。冷却機は、プリント基板に付着した溶融はんだを早急に固化させるとともに、高温に曝されていた電子部品を早急に冷却して熱の影響からの劣化をなくすようにする。
【００２５】
次に本発明のはんだ付けラインの他の実施例を図３に基づいて説明する。
【００２６】
図３は、フラクサー１だけが独立して配置されており、熱風乾燥装置２６、プリヒーター３、噴流はんだ槽４、冷却機５がはんだ付け装置の本体６内に収納されている。フラクサー１、プリヒーター３、噴流はんだ槽４、冷却機５は、前述の実施例と同一であるため、同一部分は同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２７】
熱風乾燥装置２６は、図４に示すようにケース２７の中に多数のノズル２８・・・が配設されたものである。ノズル２８は、上部にスリット２９が形成されており、ノズルの下面には流出口３０が穿設されている。該流出口にはパイプ３１が接続されていて、パイプ３１は熱風発生器３２に接続されている。熱風発生器３２は、内部にヒーターとブロワーが設置されており、熱風発生器で作られた熱風がパイプ３１を通って（矢印X）ノズル２８のスリット２９から上方に吹き出される（矢印Y）ようになっている。
【００２８】
図５は、本発明のはんだ付けラインのさらに他の実施例であり、乾燥装置として真空乾燥装置を用いたものである。
【００２９】
フラクサー１に隣接して真空乾燥装置３３が設置されており、プリヒーター３、噴流はんだ槽４、冷却機５がはんだ付け装置の本体６内に収納されている。この実施例におけるフラクサー１、プリヒーター３、噴流はんだ槽４、冷却機５は、図１の実施例と同一であるため、同一部分には同一符号を付して、その説明は省略する。
【００３０】
ここで図１に示すはんだ付けラインによるVOCフリーフラックスを塗布したプリント基板のはんだ付け方法について説明する。
【００３１】
図示しないプリント基板は、独立して配置されたフラクサー１の搬送コンベア７で搬送されながらはんだ付け面に霧状となったVOCフリーフラックス９が塗布される。そしてVOCフリーフラックスが塗布されたプリント基板は、隣接して配置された熱風乾燥装置２の搬送コンベア１０に乗り移って矢印Bのように走行し、熱風乾燥装置２に運ばれる。熱風乾燥装置２では水分の乾燥に効果のある熱風をプリント基板に吹き付けるため、ここでプリント基板に塗布されたVOCフリーフラックス中の水分のほとんどが乾燥除去されるとともに黒色セラミックから放射される遠赤外線で或る程度加熱される。
【００３２】
熱風乾燥装置２で水分のほとんどが除去されたプリント基板は、はんだ付け装置本体６の搬送コンベア２３に乗り移って矢印Cのように走行し、プリヒーター３に運ばれる。プリヒーター３にも熱風乾燥装置２と同一の熱風吹き出しヒーター１１が設置されているため、やはり水分の乾燥に効果のある熱風を吹き付けるとともに、物の均一加熱に効果のある遠赤外線が照射される。プリヒーター３に運ばれてきたプリント基板は、その前の熱風乾燥装置２で水分のほとんどが乾燥除去されているが、フラクサーでのVOCフリーフラックスの塗布量が多すぎたり、搬送コンベアの搬送速度が早すぎたりしてVOCフリーフラックス中の水分が完全に除去されていなくても、プリント基板に残っていた水分は、プリヒーター３から吹き付ける熱風によって完全に除去される。さらにプリヒーターでは、遠赤外線がプリント基板に照射されるため、水分除去とともにプリント基板を所定の予備加熱温度、例えば100℃に均一に加熱する。
【００３３】
そしてプリント基板に塗布されたVOCフリーフラックス中の水分が完全に除去され、全体が所定の温度に予備加熱されたプリント基板は、はんだ槽４に運ばれ、ここで噴流している溶融はんだに接して、はんだ付け部に溶融はんだが付着される。溶融はんだが付着したプリント基板は、冷却機５に運ばれ、ここで冷風が吹き付けられて、溶融状態ではんだ付け部に付着したはんだを凝固させるとともに、はんだ槽での溶融はんだとの接触で高温となったプリント基板や電子部品を冷却して、はんだ付けが終了する。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明のはんだ付けラインは、一般のはんだ付け装置、即ち本体内にフラクサー、プリヒーター、はんだ槽、冷却機が順次設置さたものを用いることができる。つまり従来のはんだ付け装置に設置されていたフラクサー、或いはフラクサーとプリヒーターを取り外して、本体内に噴流はんだ槽と冷却機、或いはプリヒーターを残す。そしてフラクサーはVOCフリーフラックス専用のフラクサーを別置きとし、乾燥装置を別置きにしたり本体内に設置したりする。このようにフラクサーや乾燥装置としてVOCフリーフラックスに適した装置を用いることによりVOCフリーフラックスの塗布やVOCフリーフラックス中の水分乾燥が容易に、しかも効率よく行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明のはんだ付けラインを説明する実施例の図である。
【図２】本発明に使用して好適な熱風ヒーターの正面断面図である。
【図３】他の実施例のはんだ付けラインを説明する図である。
【図４】本発明に使用して好適な他の熱風ヒーターの一部破断斜視図である。
【図５】さらに他の実施例のはんだ付けラインを説明する図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  フラクサー
２  熱風乾燥装置
３  プリヒーター
４  はんだ槽
５  冷却機
６  はんだ付け装置の本体
１１  熱風ヒーター
【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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