(57)【要約】【課題】はんだのＰｂフリー化に伴い発生するはんだ付け欠陥を防止でき、しかも表面実装部品との接続強度の高信頼性を維持できるようにしたＰｂフリーはんだを用いた混載実装方法を提供することにある。【解決手段】本発明は、Ｐｂフリーのはんだを用いて混載実装する方法において、表面実装部品２、４の接続部１１のはんだの再溶融による表面実装部品の剥がれが起きる場合は回路基板１の上面１０１を冷却し、該はんだ中の低融点成分の偏析によって引き起こされる表面実装部品の剥がれが起きる場合は回路基板に反り防止治具８を取り付けて、回路基板１の上面１０２を加熱してフローはんだ付けすることを特徴とする。【選択図】図１
2007243224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｐｂフリーはんだペーストを用いてリフローはんだ付けされた対象回路基板を搬入する搬入部と、該搬入部で搬入された対象回路基板にフラックスを塗布するフラックス塗布部と、該フラックス塗布部で対象回路基板にフラックスを塗布後、該対象回路基板の下面を予備加熱する予備加熱部と、該予備加熱部で下面を予備加熱された対象回路基板の上面を冷却して対象回路基板の下面にＰｂフリーはんだの噴流を当ててフローはんだ付けを行うフローはんだ付け部と、該フローはんだ付け部でのはんだ付け直後に、前記対象回路基板の上面を冷却若しくは加熱し、更に前記対象回路基板の下面を冷却する基板両面温度調節部とを備えた往路と、
前記フローはんだ付けされた対象回路基板を前記往路の基板両面温度調節部から前記搬入部の近傍まで戻す復路とを備えたことを特徴とするＰｂフリーはんだを用いたフローはんだ付け装置。
【請求項２】
前記予備加熱部において、前記対象回路基板を停止させた状態も含めて予備加熱するように構成したことを特徴とする請求項１記載のＰｂフリーはんだを用いたフローはんだ付け装置。
【請求項３】
さらに、前記予備加熱部における前記対象回路基板を停止させる停止時間データを格納する制御メモリと、該制御メモリに格納された停止時間データの間前記予備加熱部において前記対象回路基板を停止させるように制御を行う制御装置とを備えたことを特徴とする請求項２記載のＰｂフリーはんだを用いたフローはんだ付け装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、毒性の少ないＰｂフリーはんだ合金を用いた混載実装方法とそのはんだ付け装置、及びこれを用いた実装構造体に関するものである。このＰｂフリーはんだ合金は、有機基板等の回路基板への電子部品の接続に適用でき、２２０℃付近でのはんだ付けに用いられているＳｎ−３７Ｐｂ（単位：質量％）はんだの代替品である。
【背景技術】
【０００２】
従来の電化製品の有機基板等の回路基板へのはんだ付け方法としては、回路基板に熱風を吹き付け、電極に印刷されたはんだペーストを溶融させて表面実装部品のはんだ付けを行うリフローはんだ付け工程と、溶融したはんだの噴流を回路基板に接触させて挿入実装部品やチップ部品などの一部の表面実装部品のはんだ付けを行うフローはんだ付け工程とによって構成されている。
【０００３】
そして、このはんだ付け方法のことを混載実装方法と称する。
【０００４】
ところで、この混載実装方法におけるリフローはんだ付け工程において用いられるはんだペーストおよびフローはんだ付け工程において用いられる溶融したはんだの噴流もともに、毒性の少ないＰｂフリーはんだ合金を使用するという要求が生じてきている。
【０００５】
このＰｂフリーはんだを用いた実装方法に関する従来技術としては、特開平１０−１６６１７８号公報（従来技術１）、特開平１１−１７９５８６号公報（従来技術２）、特開平１１−２２１６９４号公報（従来技術３）、特開平１１−３５４９１９号公報（従来技術４）、特開２００１−１６８５１９号公報（従来技術５）、および特開２００１−３６２３３号公報（従来技術６）などが知られている。
【０００６】
従来技術１には、Ｐｂフリーはんだとして、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系はんだ、或いはＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ系はんだ合金が記載されている。従来技術２には、Ｐｂフリーはんだとして有力なＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ系はんだを、表面にＳｎ−Ｂｉ系層を施した電極と接続することが記載されている。従来技術３には、電子部品を、有機基板の第１面および第２面からなる両面の各々に、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを０〜６５質量％、Ａｇを０．５〜４．０質量％、Ｃｕ若しくは／及びＩｎを合計０〜３．０質量％含有するＰｂフリーはんだによってリフローはんだ付けすることが記載されている。従来技術４には、Ｂｉを含有するＰｂフリーはんだを用いて電子部品と回路基板とを接続する方法において、はんだを約１０〜２０℃／ｓの冷却速度で冷却することが記載されている。従来技術５には、基板のＡ面でリフローはんだ付けによって電子部品を表面接続実装し、ついで基板のＢ面でフローはんだ付けにより、Ａ面側から挿入した電子部品のリードを電極にフローはんだ付けして接続実装する方法において、Ａ面側でリフローはんだ付けに用いるはんだを、Ｓｎ−（１．５〜３．５ｗｔ％）Ａｇ−（０．２〜０．８ｗｔ％）Ｃｕ−（０〜４ｗｔ％）Ｉｎ−（０〜２ｗｔ％）Ｂｉの組成で構成されるＰｂフリーはんだであり、Ｂ面側でフローはんだ付けに用いるはんだを、Ｓｎ−（０〜３．５ｗｔ％）Ａｇ−（０．２〜０．８ｗｔ％）Ｃｕの組成で構成されるＰｂフリーはんだであることが記載されている。従来技術６には、フローはんだ付けを従来のＳｎ−３７Ｐｂよりも高融点の共晶組成のＰｂフリーはんだを用いて行う際、部品本体と基板との間に熱伝導材料を設けることにより、はんだ付け後の基板冷却時に有機基板と電子部品本体との間の温度差が大きくならないようにすることが記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１６６１７８号公報
【特許文献２】特開平１１−１７９５８６号公報
【特許文献３】特開平１１−２２１６９４号公報
【特許文献４】特開平１１−３５４９１９号公報
【特許文献５】特開２００１−１６８５１９号公報
【特許文献６】特開２００１−３６２３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
混載実装方法において、従来技術６に記載されているように、回路基板の下面に溶融したはんだの噴流を接触させてはんだ付けを行うフローはんだ付けの際、従来のＳｎ−３７Ｐｂ（単位：質量％）の融点１８３℃よりも高融点の共晶組成、あるいはそれに近い組成のＰｂフリーはんだを用いて、従来よりも高温で行う場合が考えられた。
【０００９】
しかしながら、上記従来技術１〜６の何れにおいても、以下の点が考慮されていなかった。
【００１０】
即ち、混載実装方法において、回路基板のはんだ付け時間を短縮するために予備加熱を急速に行ったりするときには、また、電極のめっき等にＰｂ等、接続後の接続部のはんだ組成を共晶組成から大きく逸脱させる成分が多量に含まれているときには、以下の３種類のはんだ付け欠陥が起こす可能性があった。
【００１１】
まず、第１番目には、挿入実装型部品を回路基板にフローはんだ付けを行う際、各挿入実装型部品の持つ熱容量の大きさの違いが原因で、該挿入実装型の部品接続部のはんだが基板上の電極から剥がれるリフトオフという現象が発生する。
【００１２】
第２番目には、既に接続が完了している表面実装部品接続部のはんだ再溶融が起き、このはんだ再溶融が表面実装部品の剥がれを引き起こすことになる。
【００１３】
第３番目には、既に接続が完了している表面実装部品の持つ熱容量の大きさが原因で、フローはんだ付け後の基板冷却の際、接続部のはんだにおいて基板に近い側における低融点の成分が偏析を起こし、はんだ接続時だけでなく接続後の信頼性すら著しく低下させることになる。
【００１４】
また、基板のはんだ付け時間短縮のため、予備加熱を急速に行う際、以上の３つのはんだ付け欠陥が起きやすくなる。
【００１５】
さらに、従来のフローはんだ付け工程では、はんだ付け条件の変更は、流れている基板が完全に搬出された後でなければならず、特に多品種少量生産を行う場合には多くの時間のロスが発生することになる。
【００１６】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、はんだのＰｂフリー化に伴い発生するはんだ付け欠陥を防止でき、しかも表面実装部品との接続強度の高信頼性を維持できるようにしたＰｂフリーはんだを用いた混載実装方法を提供することにある。
【００１７】
また、本発明の他の目的は、多品種少量生産に伴う基板生産時間のロスを低減することができるようにしたＰｂフリーはんだを用いた混載実装方法およびフローはんだ付け装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明は、表面実装部品を回路基板の上面あるいは下面にＰｂフリーはんだペーストを用いてはんだ付けを行うリフローはんだ付け工程と、挿入実装部品のリード若しくは端子を前記回路基板に穿設されたスルーホールに上面側から挿入する挿入工程と、該挿入工程で挿入実装部品のリード若しくは端子をスルーホールに挿入した後、前記回路基板にフラックスを塗布するフラックス塗布工程と、該フラックス塗布工程で回路基板にフラックスを塗布後、該回路基板の下面を予備加熱する予備加熱工程と、該予備加熱工程で下面を予備加熱された回路基板の上面を冷却して回路基板の下面にＰｂフリーはんだの噴流を当て、挿入実装部品のリード若しくは端子を回路基板にフローはんだ付けを行うフローはんだ付け工程と、該フローはんだ付け工程でのはんだ付け直後に、前記回路基板の上面を冷却若しくは加熱し、更に前記回路基板の下面を冷却する基板両面温度調節工程とを有することを特徴とするＰｂフリーはんだを用いた混載実装方法である。
【００１９】
また、本発明は、表面実装部品を回路基板の上面あるいは下面にＰｂフリーはんだペーストを用いてはんだ付けを行うリフローはんだ付け工程と、挿入実装部品のリード若しくは端子を前記回路基板に穿設されたスルーホールに上面側から挿入する挿入工程と、前記回路基板にＡｌ等の金属製の反り防止治具を取り付ける反り防止治具取り付け工程と、前記挿入工程で挿入実装部品のリード若しくは端子をスルーホールに挿入した後、前記回路基板にフラックスを塗布するフラックス塗布工程と、該フラックス塗布工程で回路基板にフラックスを塗布後、該回路基板の下面を予備加熱する予備加熱工程と、該予備加熱工程で下面を予備加熱された回路基板の上面を加熱して回路基板の下面にＰｂフリーはんだの噴流を当て、挿入実装部品のリード若しくは端子を回路基板にフローはんだ付けを行うフローはんだ付け工程と、該フローはんだ付け工程でのはんだ付け直後に、前記回路基板の上面を冷却若しくは加熱し、更に前記回路基板の下面を冷却する基板両面温度調節工程とを有することを特徴とするＰｂフリーはんだを用いた混載実装方法である。
【００２０】
また、本発明は、前記Ｐｂフリーはんだを用いた混載実装方法において、更に、前記フラックス塗布工程前に、回路基板の下面に表面実装部品が先付けされた部分にカバーを取り付ける工程を有することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、前記フローはんだ付け工程において、Ｐｂフリーはんだは、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系若しくはＳｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系の共晶組成または該共晶組成に近い組成であることを特徴とする。特に、Ｓｎ−３Ａｇ−ｘＢｉ−０．５Ｃｕ（０≦ｘ≦４，単位；質量％）は、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の共晶組成または共晶組成に近い組成であり、しかも従来のＳｎ−３７Ｐｂの融点１８３℃よりも高融点であり、極限条件でも接続の高信頼性を有して使用可能である。また、Ｓｎ−０．８Ａｇ−５７Ｂｉは、共晶組成または共晶組成に近い組成であり、使用温度が限定されて使用される場合には、接続の高信頼性を有して使用可能である。
【００２２】
また、本発明は、前記リフローはんだ付け工程において、Ｐｂフリーはんだペーストのはんだ合金は、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系若しくはＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ系、好ましくはＳｎ−（１〜４）Ａｇ−（０〜８）Ｂｉ−（０〜１）Ｃｕ（単位；質量％）であることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明は、前記フローはんだ付け工程において、回路基板の上面の冷却は、５０℃以下の窒素等の流体を吹き付けて行うことを特徴とする。
【００２４】
また、本発明は、前記フローはんだ付け工程において、回路基板の下面に当てるＰｂフリーはんだの噴流の温度が１７０℃〜２６０℃の範囲内であることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明は、前記フローはんだ付け工程において、回路基板の上面を、１００℃以上に加熱することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明は、前記フローはんだ付け工程において、回路基板の上面の加熱は、１００℃以上の窒素等の流体を吹き付けて行うことを特徴とする。
【００２７】
ここで、回路基板の上面温度や回路基板の上面の加熱に使用する窒素等の流体の温度を１００℃以上としたのは、Ｐｂフリーはんだと電極めっきの組み合わせによって、はんだ接続部内に構成される低融点相の偏析を制御するのに効果のある最低温度が１００℃だからである。
【００２８】
また、本発明は、前記Ｐｂフリーはんだを用いた混載実装方法を用いて表面実装部品及び挿入実装部品を回路基板に実装して構成したことを特徴とする実装品である。
【００２９】
以上説明したように、前記構成によれば、１８３℃よりも高融点の共晶組成、あるいはそれに近い組成のＰｂフリーはんだを用いてフローはんだ付けを高温で行う際、基板のはんだ付け時間短縮のため、予備加熱を急速に行うとき、あるいは、電極のめっき等にＰｂ等、接続後の接続部のはんだ組成を共晶組成から大きく逸脱させる成分が多量に含まれているとき、挿入実装部品接続部のリフトオフ、表面実装部品接続部のはんだの再溶融、及び該はんだ中の低融点成分の偏析によって引き起こされる表面実装部品の剥がれを起こりにくくすることが可能となる。
【００３０】
また、本発明は、Ｐｂフリーはんだペーストを用いてリフローはんだ付けされた対象回路基板を搬入する搬入部と、該搬入部で搬入された対象回路基板にフラックスを塗布するフラックス塗布部と、該フラックス塗布部で対象回路基板にフラックスを塗布後、該対象回路基板の下面を予備加熱する予備加熱部と、該予備加熱部で下面を予備加熱された対象回路基板の上面を冷却して対象回路基板の下面にＰｂフリーはんだの噴流を当ててフローはんだ付けを行うフローはんだ付け部と、該フローはんだ付け部でのはんだ付け直後に、前記対象回路基板の上面を冷却若しくは加熱し、更に前記対象回路基板の下面を冷却する基板両面温度調節部とを備えた往路と、前記フローはんだ付けされた対象回路基板を前記往路の基板両面温度調節部から前記搬入部の近傍まで戻す復路とを備えたことを特徴とするフローはんだ付け装置である。
【００３１】
また、本発明は、Ｐｂフリーはんだペーストを用いてリフローはんだ付けされた対象回路基板を搬入する搬入部と、該搬入部で搬入された対象回路基板にフラックスを塗布するフラックス塗布部と、該フラックス塗布部で対象回路基板にフラックスを塗布後、該対象回路基板の下面を予備加熱する予備加熱部と、該予備加熱部で下面を予備加熱された対象回路基板の上面を冷却または前記対象回路基板に反りを防止する治具を取り付けた状態で対象回路基板の上面を加熱して対象回路基板の下面にＰｂフリーはんだの噴流を当ててフローはんだ付けを行うフローはんだ付け部と、該フローはんだ付け部でのはんだ付け直後に、前記対象回路基板の上面を冷却若しくは加熱し、更に前記対象回路基板の下面を冷却する基板両面温度調節部とを備え、前記対象回路基板が、前記搬入部、前記フラックス塗布部、前記予備加熱部、前記フローはんだ付け部、および前記基板両面温度調節部を経て、再び前記搬入部に戻り、前記対象回路基板の移動経路が平面内、あるいは空間内を一巡するように構成することを特徴とするフローはんだ付け装置である。また、本発明は、前記フローはんだ付け装置の予備加熱部において、前記対象回路基板を停止させた状態も含めて予備加熱するように構成したことを特徴とする。
【００３２】
また、本発明は、さらに、前記予備加熱部における前記対象回路基板を停止させる停止時間データを格納する制御メモリと、該制御メモリに格納された停止時間データの間前記予備加熱部において前記対象回路基板を停止させるように制御を行う制御装置とを備えたことを特徴とする。
【００３３】
また、本発明は、予備加熱部からフローはんだ付け部を経由して基板両面温度調節部に至るまで回路基板を取り付けた基板ホルダーを搬送する基板ホルダー搬送コンベアを有し、該基板ホルダー搬送コンベアの入口および出口に回路基板を取り付けた基板ホルダーを停留できるステーションを設け、前記基板ホルダーが前記入口を出発してからフローはんだ付けが完了するまで、回路基板を搬送する最適なコンベア速度を設定でき、しかも最適な予備加熱時間も設定できるように構成し、更に、最適なコンベア搬送速度、および最適な予備加熱時間が異なる回路基板を１つの装置内で連続的にフローはんだ付け可能にしたことにある。
【００３４】
また、本発明は、回路基板を搬送する搬送用コンベアを、はんだ付けに関与する部分とフラックス塗布やそれ以外の部分に分割し、各コンベアを独立制御することにより、特に多品種少量生産を行う場合の、フローはんだ付け条件変更により回路基板の生産を中断させなければならない時間を低減することが可能となる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、Ｐｂフリーはんだを用いた混載実装方法において、はんだのＰｂフリー化に伴い発生するはんだ付け欠陥を防止して挿入実装部品はもとより、表面実装部品についても高信頼性を維持して接続できる効果を奏する。
【００３６】
また、本発明によれば、Ｐｂフリーはんだを用いた混載実装方法において、フローはんだ付けの際、溶融はんだの噴流の温度許容範囲を高温度側に拡張することができるので温度のコントロールがしやすくなる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００３８】
本発明は、図１に示すように、表面実装部品２、４を有機基板等の回路基板１の上面１０１あるいは下面１０２にＰｂフリーのはんだペースト１１を用いてはんだ付けを行い、その後、回路基板１の上面側よりスルーホールなどに、挿入実装部品５のリード１２を挿入し、その後、必要に応じて回路基板１の下面１０２に表面実装部品が先付けされた部分にカバー（図示せず）を取り付け、回路基板１にフラックスを塗布し、その後、回路基板１の下面１０２からＰｂフリーの溶融はんだ噴流３によってフローはんだ付けする混載実装において、フローはんだ付けする際、回路基板１へのはんだ付け時間を短縮するために、まず回路基板１の下面１０２をシーズヒーターなどの予備加熱装置２２で予備加熱を行い、その後、回路基板１の上面１０１を基板冷却装置６で冷却した状態で、回路基板１の下面１０２からＰｂフリーの溶融はんだ噴流３によってフローはんだ付けを行い、はんだ付け直後に回路基板１の両面を冷却するものである。
【００３９】
基板冷却装置６としては、例えば、２０℃〜５０℃程度（常温２５℃に近い温度）の範囲内の窒素を０．３ｍ３／分程度の流量で吹き付ける装置で構成される。また、はんだ付け直後における回路基板１の両面の冷却は、基板両面温度制御部２４で例えば５℃〜２０℃程度（常温２５℃より１５℃程度低めの温度）の範囲内の窒素をそれぞれの流量（基板下面に０．３ｍ３／分程度、基板上面に０．１ｍ３／分程度）で１分間程度吹き付けて行われる。このように、回路基板１の上面１０１を基板冷却装置６で冷却した状態で、フローはんだ付けをすることによって、表面実装部品２、４の接続部においてはんだペースト１１の再溶融によって剥がれが生じるのを防止することが可能となる。
【００４０】
また、本発明は、図２に示すように、表面実装部品２、４を有機基板等の回路基板１の上面１０１あるいは下面１０２にＰｂフリーのはんだペースト１１を用いてはんだ付けを行い、その後、回路基板１の上面側よりスルーホールなどに、挿入実装部品５のリード１２を挿入し、その後、必要に応じて回路基板１の下面１０２に表面実装部品が先付けされた部分にカバー（図示せず）を取り付け、回路基板１にフラックスを塗布し、その後、回路基板１の下面１０２からＰｂフリーの溶融はんだ噴流３によってフローはんだ付けする混載実装において、フローはんだ付けする際、回路基板１にＡｌ等の金属製の反り防止治具８を取り付け、次に回路基板１へのはんだ付け時間を短縮するために、回路基板１の下面１０２をシーズヒーターなどの予備加熱装置２２で予備加熱を行い、その後、回路基板１の上面を基板加熱装置７で加熱した状態で、回路基板１の下面１０２からＰｂフリーの溶融はんだ噴流３によってフローはんだ付けを行い、はんだ付け直後に回路基板１の両面を冷却するものである。なお、回路基板１の下面１０２は、Ｐｂフリーの溶融はんだ噴流３によって加熱された状態にあるため、はんだ付け直後、上面１０１を冷却すると下面と上面との間に大きく温度勾配が生じるので、上面１０１については少し加熱してから冷却してもよい。その結果、挿入実装部品５の接続部のリフトオフを防止することが可能となる。
【００４１】
上記基板加熱装置７としては、１５０℃〜２００℃程度の範囲内（回路基板１の上面のピーク温度１８０℃程度に近い温度）の窒素を０．２ｍ３／分程度の流量で吹き付ける装置で構成される。また、はんだ付け直後における回路基板１の両面の冷却は、基板両面温度制御部２４で例えば５℃〜２０℃程度（常温２５℃より１５℃程度低めの温度）の範囲内の窒素をそれぞれの流量（基板下面に０．３ｍ３／分、基板上面に０．１ｍ３／分）で１分間程度吹き付けて行われる。このように、回路基板１に反り防止治具８を取り付け、その後、回路基板１の上面を基板加熱装置７で加熱した状態で、フローはんだ付けを行うことにより、はんだペースト１１中の低融点成分の偏析によって引き起こされる表面実装部品２，４の剥がれを防止することが可能となる。
【００４２】
なお、リフロー用のはんだペースト１１のはんだ合金組成としては、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系若しくはＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ系、好ましくはＳｎ−（１〜４）Ａｇ−（０〜８）Ｂｉ−（０〜１）Ｃｕ（単位；質量％）の組成を用いる。この組成において、硬くて脆いＢｉの含有量を例えば４質量％以下に減少させることによって、ＱＦＰ−ＬＳＩ等の表面実装部品２の接続強度を増大させて、しかも表面実装部品２の剥がれを防止することも可能となる。この組成において、逆に、Ｂｉの含有量を例えば４質量％よりも増大させると、はんだペーストとしての融点を下げることができ、耐熱性で劣る表面実装部品２に適合させることが可能となる。
【００４３】
フロー用の溶融はんだ噴流３の組成としては、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系若しくはＳｎ−Ａｇ−Ｂｉ系の共晶組成若しくは共晶組成に近いのものを用いる。特に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系としては、従来のＳｎ−３７Ｐｂの融点１８３℃よりも高融点であるＳｎ−３Ａｇ−ｘＢｉ−０．５Ｃｕ（０≦ｘ≦４、単位：質量％）の組成を用いて、極限条件でも接続の高信頼性を有して使用可能である。また、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系としては、使用温度が限定される場合に、Ｓｎ−０．８Ａｇ−５７Ｂｉの組成を用いて、接続の高信頼性を有して使用可能である。
【００４４】
［第１の実施の形態］
第１の実施の形態は、回路基板１の下面１０２について最高出力９ｋＷのシーズヒーターのみを使用した予備加熱を行い、その後、図１に示す如く、回路基板１の上面１０１を基板冷却装置６で冷却した状態で、回路基板１の下面１０２からＰｂフリーの溶融はんだ噴流３によってフローはんだ付けを行い、はんだ付け直後に回路基板１の両面を冷却するものである。
【００４５】
まず、回路基板１としては、一般的に幅広く使用されている厚さ１．６ｍｍ、縦３５０ｍｍ、横３５０ｍｍ、基板面銅箔厚さ１８μｍ、内径１ｍｍ、Ｃｕパッド径１．６ｍｍ、密度０．７個／ｃｍ２のスルーホールを有するガラスエポキシ基板１ａを用いた。
【００４６】
表面実装部品２としては、リードピッチ０．５ｍｍ、リード幅０．２ｍｍ、Ｓｎ−１０ｍａｓｓ％Ｐｂめっきを施された２０８本の４２アロイ製リードを持った３２ｍｍ角ＱＦＰ−ＬＳＩ２ａを用いた。
【００４７】
そして、ガラスエポキシ基板１ａの上面に、３２ｍｍ角ＱＦＰ−ＬＳＩ２ａを、組成がＳｎ−３Ａｇ−ｘＢｉ−０．５Ｃｕ（０≦ｘ≦８，単位：質量％）の９種類のはんだペースト（次の表１に詳細を示す）１１によりリフローはんだ付けを行った。
【００４８】
【表１】
2007243224.tif 000003
そして、この基板サンプルのＱＦＰ−ＬＳＩ２ａが４個接続されている方の基板１ａの上面側より、基板のスルーホール（図示せず）に、Ｓｎ−１０ｍａｓｓ％Ｐｂめっきを施された０．５ｍｍ角の端子（リード）１１ａを持つ２．５４ｍｍピッチ６端子コネクタ（リフトオフが生じやすい挿入実装部品５を選んだ）５ａを６個挿入した。
【００４９】
次に、全行程が１．２ｍ／分の一本のコンベアでつながれており、コンベアの一端に基板搬入口、他端に基板搬出口のある総コンベア長４．２ｍのフローはんだ付け装置を使用して、まず、ＱＦＰ−ＬＳＩ２ａが接続されていない方の回路基板１ａの下面１０２に最高出力９ｋＷのシーズヒーターのみを使用した基板予備加熱部１２で予備加熱を行い、１分で２５℃の回路基板１ａの下面１０２の温度を、最高部１１８℃、最低部１００℃にした。
【００５０】
そして、共晶組成に近いＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ（単位：質量％）やＳｎ−０．８Ａｇ−５７Ｂｉ（単位：質量％）のはんだの噴流３ａを基板１ａの下面１０２に当てて、６端子コネクタ５ａのはんだ付けを行った。但し、この際、フローはんだ槽（図示せず）の溶融はんだの温度が１７０〜２６０℃となるようにフローはんだ槽の温度を数条件に固定した。
【００５１】
共晶組成に近いＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ（単位：質量％）のはんだの場合は、融点が２２０℃程度であるため、溶融はんだの温度としては２４０℃〜２５０℃程度にする必要がある。また、共晶組成に近いＳｎ−０．８Ａｇ−５７Ｂｉ（単位：質量％）のはんだの場合は、融点が１３７℃程度であるため、溶融はんだの温度としては、１７０℃〜２００℃程度にする必要がある。
【００５２】
また、これ以外に、フローはんだ槽の温度をこの条件にした状態で、今度ははんだ付けの間、回路基板１ａの上面１０１に、図１に示すように基板冷却装置６により２０℃〜５０℃程度の窒素を０．３ｍ３／分程度の流量で吹き付けて冷却を行って基板サンプルを作製した。このように、２０℃〜５０℃程度の窒素を吹き付けて、回路基板１ａの上面１０１を、積極的に冷却することによって、回路基板１ａの下面１０２と上面１０１との間に大きな温度勾配を生じるようにすることによって、はんだペースト１１においてＢｉの含有量を４質量％以下にした場合、フローはんだ付けする溶融はんだの温度を拡張することが可能となる。
【００５３】
そして、はんだ付け直後に、基板両面温度制御部２４で基板下面に０．３ｍ３／分の流量で、基板上面に０．１ｍ３／分の流量で、５℃〜２０℃程度の窒素を１分間吹き付けて基板１ａの両面を冷却した。
【００５４】
以上説明した各サンプルにおいて、ＱＦＰ−ＬＳＩ２ａの接続部に破断がおきているかを観察した。図３は、基板１ａの上面１０１を基板冷却装置６で冷却した場合の実験結果を示し、図４は、冷却を行わない場合の実験結果を示す。各図とも、横軸にフローはんだ槽の溶融はんだの温度を、縦軸にＱＦＰ−ＬＳＩの接続に使用したはんだのＢｉ含有量をとり、破断が起きなかった条件を○印で、破断が起きた条件を×印で示した。また、各図の中の実線は、破断が起きる条件と起きない条件の境界と考えられる線である。なお、図３の実験結果を図４の実験結果と比較するために、図３の中に図４の境界を点線で示した。
【００５５】
図３に示す如く、基板１ａの上面１０１を冷却した実験結果によれば、ＱＦＰ−ＬＳＩ２ａの接続に使用したはんだペースト１１のＢｉ含有量が４質量％以下のときには、通常のフローはんだ付け時より、接続部の破断が起き始める溶融はんだの許容温度範囲を、拡張できることがわかった。
【００５６】
即ち、回路基板１ａの上面１０１を２０℃〜５０℃程度に冷却することにより、はんだペースト１１のＢｉ含有量が２質量％の場合には、フローはんだ槽の溶融はんだの温度を融点２２０℃よりも２０℃程度高い２４０℃まで拡張でき、はんだペースト１１のＢｉ含有量が１質量％の場合には、フローはんだ槽の溶融はんだの温度を融点２２０℃よりも３５℃程度高い２５５℃程度まで拡張でき、ＱＦＰ−ＬＳＩ２ａの接続部（リフローはんだ）に破断が生じないフローはんだ槽の溶融はんだの温度の設定・制御が容易となる。また、はんだペースト１１の硬くて脆いＢｉの含有量を２質量％以下に低減することができるので、融点は表１に示すように多少増大するが、ＱＦＰ−ＬＳＩ等の表面実装部品２の接続強度を増大させて、しかも表面実装部品２の剥がれを防止することも可能となる。
【００５７】
そして、フローはんだ付けにおける各工程の所要時間は、基板１ａの装置への搬入作業が３０秒、フラックス塗布時間が１分、予備加熱時間が１分、はんだ付け時間が３０秒、基板両面温度制御時間が１分、基板１ａの装置からの搬出作業が３０秒であり、１枚の基板１ａに着目すれば、はんだ付けに必要な時間は合計５分３０秒であった。
【００５８】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、図２に示すように、回路基板１に反り防止治具８を取り付け、次に、回路基板１の下面１０２について予備加熱を行い、その後、回路基板１の上面を基板加熱装置７で加熱した状態で、回路基板１の下面１０２からＰｂフリーの溶融はんだ噴流３ｂによってフローはんだ付けを行い、はんだ付け直後に回路基板１の両面を冷却するものである。このように、回路基板１にＡｌ等の金属製の反り防止治具８を取り付けて回路基板１に反りが発生しないようにすることによって、フローはんだ付け時に、リフローはんだ付けされた部分１１を溶融させても表面実装部品２を回路基板１の面に留めて冷却することによって再度凝固させて高信頼度で接続させることを可能にした。
【００５９】
回路基板１としては、上記第１の実施の形態のガラスエポキシ基板１ａを用いた。また、表面実装部品２としては、上記第１の実施の形態のＱＦＰ−ＬＳＩ２ａを用いた。
【００６０】
そして、ガラスエポキシ基板１ａの上面に、上記第１の実施の形態と同様に、３２ｍｍ角ＱＦＰ−ＬＳＩ２ａを、組成がＳｎ−３Ａｇ−ｘＢｉ−０．５Ｃｕ（０≦ｘ≦８，単位：質量％）の９種類のはんだペースト（上記表１に詳細を示す）１１によりリフローはんだ付けを行った。
【００６１】
そして、６個の６端子コネクタ５ａを、上記第１の実施の形態と同様に、基板サンプルのＱＦＰ−ＬＳＩ２ａが４個接続されている方の基板１ａの上面側より、基板１ａのスルーホール（図示せず）に挿入した。
【００６２】
次に、回路基板１の反りを防止するためのＡｌ等の金属製の反り防止治具８を、上記基板サンプルに取り付けた。反り防止治具８は、図２に示すように、矩形形状の回路基板１の４辺の内３辺を固定する部分８ａと、該回路基板１の中央部に開けられた穴（図示せず）に挿入されて回路基板１の上下動を防止するピン部８ｂとで構成される。
【００６３】
このように、回路基板１に反り防止治具８を取り付けたことによって、フローはんだ付け時に、リフローはんだ付けされた部分１１を溶融させても表面実装部品２を回路基板１の面に留めて冷却することによって再度凝固させて高信頼度で接続させることを可能にした。
【００６４】
そして、全行程が１．２ｍ／分の一本のコンベアでつながれており、コンベアの一端に基板搬入口、他端に基板搬出口のある総コンベア長４．２ｍのフローはんだ付け装置を使用して、ＱＦＰ−ＬＳＩ２ａが接続されていない方の基板１ａの下面１０２に、最高出力９ｋＷのシーズヒーターのみを使用した予備加熱を行い、１分で２５℃の基板下面の温度を、最高部１１９℃、最低部１０２℃にした。
【００６５】
そして、基板１ａの下面１０２に、組成がＳｎ−３Ａｇ−ｘＢｉ−０．５Ｃｕ（０≦ｘ≦４，単位：質量％）の５種類のはんだ（表１に詳細を示す）の噴流３ｂを当て、６端子コネクタ５ａのはんだ付けを行った。但し、この際、ＱＦＰ−ＬＳＩ２ａが接続されている方の基板上面１０１におけるピーク温度が１８０℃となるようにフローはんだ槽の温度を固定した。
【００６６】
また、これ以外に、フローはんだ槽の温度をこの条件にした状態で、今度ははんだ付けの間、基板１ａの上面１０１に、図２に示すように基板加熱装置７により１５０℃〜２００℃程度の範囲内の窒素を０．２ｍ３／分程度の流量で吹き付けて加熱を行って基板サンプルを作製した。なお、このとき、ＱＦＰ−ＬＳＩ２ａが接続されている方の基板上面１０１の温度が、ＱＦＰ−ＬＳＩパッケージ表面温度よりも３０℃以上高くならないようにした。
【００６７】
そして、はんだ付け直後に、基板両面温度制御部２４で基板下面に０．３ｍ３／分程度、基板上面に０．１ｍ３／分程度の流量で、５℃〜２０℃程度の窒素を１分間程度吹き付けて回路基板１ａの両面を冷却した。
【００６８】
以上説明した各サンプルにおいて、ＱＦＰ−ＬＳＩ２ａの接続部に破断がおきているかを観察した。また、破断が起きていない場合もリードの４５°ピール試験を行い、強度が著しく低下しているものは破断しているものとみなした。
【００６９】
表２および表３には、基板１ａの上面１０１に、基板加熱装置７により高温の窒素を吹き付けて加熱をした場合の試験結果を示す。
【００７０】
【表２】
2007243224.tif 000004
【００７１】
【表３】
2007243224.tif 000005
表４および表５には、基板１ａの上面１０１に高温の窒素を吹き付けない場合の試験結果を示す。
【００７２】
【表４】
2007243224.tif 000006
【００７３】
【表５】
2007243224.tif 000007
高温の窒素を吹き付けない表４および表５の試験結果によると、ＱＦＰ−ＬＳＩ２ａの接続に使用できるはんだペースト１１のＢｉ含有量上限が４質量％となり、また、６端子コネクタ５ａの接続に使用できるフローはんだのＢｉ含有量上限が１質量％となることがわかり、この上限を超えるとＱＦＰ−ＬＳＩ２ａの接続部の破断や、コネクタ５ａの接続部のリフトオフや引け巣が発生することがわかった。
【００７４】
ところが、高温の窒素を吹き付けて基板１ａの上面１０１を加熱することにより、表２および表３の試験結果に示す如く、ＱＦＰ−ＬＳＩ２ａの接続に使用できるはんだペースト１１のＢｉ含有量上限が７質量％となり、また、６端子コネクタ５ａの接続に使用できるフローはんだのＢｉ含有量上限が３質量％となることから、通常のフローはんだ付け時よりも使用できるはんだの組成範囲（Ｂｉ含有量の上限）を拡張できることがわかった。このように、回路基板１ａに反り防止治具８を取り付けて回路基板１ａの上面１０１を加熱したことにより、表面実装部品２を接続するはんだペースト１１の組成としてＢｉの含有量の上限を７質量％と増やして融点を下げることを可能にし、その結果、耐熱性の低い表面実装部品２をＰｂフリーでリフローはんだ付けすることが可能となる。また、フローはんだについても、Ｂｉの含有量を多少増やすことを可能にして共晶組成に近いものにすることが可能となる。
【００７５】
そして、フローはんだ付けにおける各工程の所要時間は、基板１ａの装置への搬入作業が３０秒、フラックス塗布時間が１分、予備加熱時間が１分、はんだ付け時間が３０秒、基板両面温度制御時間が１分、基板１ａの装置からの搬出作業が３０秒であり、１枚の基板１ａに着目すれば、はんだ付けに必要な時間は合計５分３０秒であった。
【００７６】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態は、回路基板１の下面１０２について最高出力９ｋＷのシーズヒーターとファンを併用した急速予備加熱を行って、基板下面の温度を、約３０秒で最高部１２０℃、最低部１０７℃にし、その後は図２に示す如く、第１の実施の形態と同様に、回路基板１の上面１０１を基板冷却装置６で冷却した状態で、回路基板１の下面１０２からＰｂフリーの溶融はんだ噴流３によってフローはんだ付けを行い、はんだ付け直後に回路基板１の両面を冷却するものである。
【００７７】
即ち、第３の実施の形態は、全行程が１．２ｍ／分の一本のコンベアでつながれており、コンベアの一端に基板搬入口、他端に基板搬出口のある総コンベア長４．２ｍのフローはんだ付け装置を使用して、ＱＦＰ−ＬＳＩ２ａが接続されていない方の基板１ａの下面１０２に最高出力９ｋＷのシーズヒーターとファンを併用した急速予備加熱を行い、回路基板の下面の温度を、約３０秒で、最高部１２０℃、最低部１０７℃にした。
【００７８】
そして、回路基板の下面に、共晶組成に近いＳｎ−３Ａｇ−０．５ＣｕやＳｎ−０．８Ａｇ−５７Ｂｉ（単位：質量％）はんだの噴流３ａを当て、６端子コネクタ５ａのはんだ付けを行った。但し、この際、フローはんだ槽の溶融はんだの温度が１７０〜２６０℃となるようにフローはんだ槽の温度を数条件に固定した。また、これ以外に、フローはんだ槽の温度をこの条件にした状態で、今度ははんだ付けの間、基板上面に２０℃〜５０℃程度の窒素を０．３ｍ３／分の流量で吹き付けて冷却を行った基板サンプルを作製した。
【００７９】
そして、はんだ付け直後に、基板両面温度制御部で基板下面に０．３ｍ３／分、基板上面に０．１ｍ３／分の流量で５℃〜２０℃の窒素を１分間程度吹き付けた。
【００８０】
以上説明した各サンプルにおいて、ＱＦＰ−ＬＳＩの接続部に破断がおきているかを観察した。図５は、急速予備加熱を行ない、その後基板１ａの上面１０１を基板冷却装置６で冷却した状態でフローはんだ付けした場合の実験結果を示し、図６は、急速予備加熱を行ない、その後冷却を行わない場合の実験結果を示す。各図とも、横軸にフローはんだ槽の溶融はんだの温度を、縦軸にＱＦＰ−ＬＳＩの接続に使用したはんだのＢｉ含有量をとり、破断が起きなかった条件を○印で、破断が起きた条件を×印で示した。また、各図の中の実線は、破断が起きる条件と起きない条件の境界と考えられる線である。なお、図５の実験結果を図６の実験結果と比較するために、図５の中に図６の境界を点線で示した。
【００８１】
図５に示す如く、急速予備加熱を行ない、その後基板１ａの上面１０１を冷却した実験結果によれば、ＱＦＰ−ＬＳＩ２ａの接続に使用したはんだペースト１１のＢｉ含有量が２．５質量％以下のときには、通常のフローはんだ付け時より、接続部の破断が起き始める溶融はんだの許容温度範囲を、拡張できることがわかった。
【００８２】
即ち、回路基板１ａの上面１０１を冷却することにより、Ｂｉ含有量が１質量％の場合には溶融はんだの温度を２５０℃程度まで拡張でき、ＱＦＰ−ＬＳＩ２ａの接続部（リフローはんだ）に破断が生じないフローはんだ槽の溶融はんだの温度の設定・制御が容易となる。はんだペースト１１の組成として、Ｂｉ含有量が２．５質量％以下のときには、フローはんだ槽の溶融はんだの温度の設定・制御が容易な範囲において、急速予備加熱をすることが可能である。
【００８３】
そして、フローはんだ付けにおける各工程の所要時間は、基板１ａの装置への搬入作業が３０秒、フラックス塗布時間が１分、急速予備加熱時間が３０秒、はんだ付け時間が３０秒、基板両面温度制御時間が１分、基板１ａの装置からの搬出作業が３０秒であり、１枚の基板に着目すれば、はんだ付けに必要な時間は合計５分であった。
【００８４】
［第４の実施の形態］
第４の実施の形態は、図２に示すように、回路基板１に反り防止治具８を取り付け、次に、回路基板１の下面１０２について最高出力９ｋＷのシーズヒーターとファンを併用した急速予備加熱を行って、基板下面の温度を、約３０秒で、最高部１１７℃、最低部１０９℃にし、その後、第２の実施の形態と同様に、回路基板１の上面を基板加熱装置７で加熱した状態で、回路基板１の下面１０２からＰｂフリーの溶融はんだ噴流３ｂによってフローはんだ付けを行い、はんだ付け直後に回路基板１の両面を冷却するものである。
【００８５】
そして、全行程が１．２ｍ／分の一本のコンベアでつながれており、コンベアの一端に基板搬入口、他端に基板搬出口のある総コンベア長４．２ｍのフローはんだ付け装置を使用して、ＱＦＰ−ＬＳＩ２ａが接続されていない方の回路基板１ａの下面１０２に対して最高出力９ｋＷのシーズヒーターとファンを併用した急速予備加熱を行い、基板下面の温度を、約最高部１１７℃、最低部１０９℃にした。そして、基板下面に組成がＳｎ−３Ａｇ−ｘＢｉ−０．５Ｃｕ（０≦ｘ≦４，単位：質量％）の５種類のはんだ（前述の表１に詳細を示す）の噴流３ｂを当て、６端子コネクタ５ａのはんだ付けを行った。但し、この際、ＱＦＰ−ＬＳＩが接続されている方の基板上面ピーク温度が１８０℃となるようにフローはんだ槽の温度を固定した。
【００８６】
また、これ以外に、フローはんだ槽の温度をこの条件にした状態で、今度ははんだ付けの間、基板上面に流量０．２ｍ３／分の１５０℃〜２００℃の窒素を吹き付けて加熱した基板サンプルを作製した。
【００８７】
また、このとき、いかなるときもＱＦＰ−ＬＳＩが接続されている方の基板上面がＱＦＰ−ＬＳＩパッケージ表面温度よりも３０℃以上高くならないようにした。
【００８８】
そして、はんだ付け直後に、基板両面温度制御部２４で基板下面に０．３ｍ３／分、基板上面に０．１ｍ３／分の流量で５℃〜２０℃の窒素を１分間程度吹き付けた。
【００８９】
以上説明した各サンプルにおいて、ＱＦＰ−ＬＳＩ２ａの接続部に破断がおきているかを観察した。また、破断が起きていない場合もリードの４５°ピール試験を行い、強度が著しく低下しているものは破断しているものとみなした。
【００９０】
表６および表７には、回路基板１ａに反り防止治具８を取り付け、回路基板１ａの下面１０２について急速予備加熱を行い、その後回路基板１ａの上面１０１に高温の窒素の吹き付けてフローはんだ付けを行ったものの試験結果を示す。
【００９１】
【表６】
2007243224.tif 000008
【００９２】
【表７】
2007243224.tif 000009
表８および表９には、回路基板１ａに反り防止治具８を取り付け、回路基板１ａの下面１０２について急速予備加熱を行い、その後回路基板１ａの上面１０１に高温の窒素の吹き付けを行わずにフローはんだ付けを行ったものの試験結果を示す。
【００９３】
【表８】
2007243224.tif 000010
【００９４】
【表９】
2007243224.tif 000011
この表８および表９の試験結果によると、ＱＦＰ−ＬＳＩの接続に使用できるはんだのＢｉ含有量上限が２質量％となり、また、６端子コネクタの接続に使用できるはんだのＢｉ含有量上限が１質量％となることがわかり、この上限を超えると、ＱＦＰ−ＬＳＩの接続部の破断や、コネクタの接続部のリフトオフや引け巣が発生することがわかった。
【００９５】
ところが、上記表６および表７に示すように、接続部の破断が起き始める溶融はんだの温度が高温の窒素を吹き付けることにより、ＱＦＰ−ＬＳＩの接続に使用するはんだのＢｉ含有量の上限が６質量％となり、また、６端子コネクタの接続に使用できるはんだのＢｉ含有量の上限が３質量％となることから、通常のフローはんだ付け時よりも使用できるはんだの組成範囲を拡張できることがわかった。
【００９６】
即ち、急速予備加熱をしたとしても、はんだペースト１１の組成として、Ｂｉ含有量の上限が６質量％の融点が低いものも使用可能である。また、急速予備加熱をしたとしても、フローはんだについても、Ｂｉの含有量を多少増やすことを可能にして共晶組成に近いものにすることが可能となる。
【００９７】
そして、フローはんだ付けにおける各工程の所要時間は、回路基板の装置への搬入作業が３０秒、フラックス塗布時間が１分、予備加熱時間が３０秒、はんだ付け時間が３０秒、基板両面温度制御時間が１分、回路基板の装置からの搬出作業が３０秒であり、１枚の回路基板１ａに着目すれば、はんだ付けに必要な時間は合計５分であった。
【００９８】
以上説明した第３および第４の実施の形態によれば、高出力のヒータによる回路基板のフローはんだ付け面の急速予備加熱が可能となり、予備加熱に要する時間を短縮して生産性を向上することが可能となる。
【００９９】
次に、本発明に係るＰｂフリーはんだを用いたフローはんだ付け装置若しくはシステムの実施の形態について、図面を用いて説明する。
【０１００】
図７は、上下に平行に配置された２本のコンベアを使用して回路基板１を往復移動させることにより、基板搬入と基板搬出が同じ位置１８で一人の作業者で行えるフローはんだ付け装置において、予備加熱工程の長さを０．６ｍとし、予備加熱部（図示せず）上で回路基板１をコンベアから浮かせて基板をコンベアの動きとは無関係に３０秒停止させる構造を付加させた第１の実施例を示す正面図である。これにより、回路基板１の下面１０２の全ての場所は、予備加熱部上において、移動中と停止中とを併せて合計６０秒予備加熱されていることになる。
【０１０１】
このフローはんだ付け装置は、表面実装部品２、４がリフローはんだ付けされ、挿入実装部品５が挿入された回路基板１を、上部においてエレベータ付き小コンベア２７からエレベータ付き小コンベア２５へと搬送する往路コンベアと、該往路コンベアから逆走コンベア２６に移し変える下降エレベータ付き小コンベア２５と、該小コンベア２５から移し変えられた回路基板を戻す逆走コンベア（復路コンベア）（上部往路コンベアに平行で進行方向が逆方向で上部往路コンベアの真下に存在）２６と、戻された回路基板を上昇させて基板搬入口１８に戻す上昇エレベータ付き小コンベア２７とで構成される。なお、この小コンベア２７は、新たな回路基板を基板搬入口１８からフラクサへ搬送するコンベアとなる。
【０１０２】
そして、往路コンベアは、基板搬入口１８からフラクサへ搬送する（搬送距離０．３ｍ）小コンベア部１９と、上記回路基板１の下面１０２にフラックスを塗布する搬送部（搬送距離１ｍ）２０と、予備加熱する搬送部（搬送距離１．２ｍ）２２と、フローはんだ付けする搬送部（搬送距離０．６ｍ）２３と、基板両面温度制御を行う搬送部（搬送距離１ｍ）２４とから構成される。
【０１０３】
ところで、フラックス塗布工程２０ａ、予備加熱工程２２ａ、フローはんだ付け工程２３ａ、及び基板両面温度制御工程２４ａを含む全長３．８ｍの上部大コンベア２０〜２４の搬送速度は１．２ｍ／分、下降エレベータ付き小コンベア（長さ０．６ｍ）２５の搬送速度は１．２ｍ／分、逆走コンベア（復路コンベア）２６の搬送速度は１．２ｍ／分、上昇エレベータ付き小コンベア（長さ０．６ｍ）２７の搬送速度は１．２ｍ／分である。
【０１０４】
また、Ｐｂフリーはんだを用いたフローはんだ付け対象物、予備加熱条件およびフローはんだ付け条件は、第１の実施の形態と同様にした。
【０１０５】
そして、フローはんだ付けにおける各工程の所要時間は、
（１）回路基板の装置への搬入作業時間が３０秒、
（２）上昇エレベータ付き小コンベア２７によるフラクサへの移動時間が１５秒、
（３）フラックス塗布時間が５０秒、
（４）予備加熱時間が６０秒、
（５）フローはんだ付け時間が３０秒、
（６）基板両面温度制御時間が５０秒、
（７）下降エレベータ付き小コンベアでの移動時間が１５秒、
（８）下降エレベータ２５による搬送時間が６０秒、
（９）下降エレベータ付き小コンベアによる逆走コンベアへの移動時間が１５秒、
（１０）逆走コンベア２６による搬送時間が１９０秒、
（１１）上昇エレベータ付き小コンベア２７での移動時間が１５秒、
（１２）上昇エレベータ２７による基板搬送時間が６０秒、
（１３）回路基板１の装置からの搬出作業が３０秒
であり、１枚の回路基板に着目すれば、はんだ付けに必要な時間は合計１０分２０秒であった。
【０１０６】
図８は、４本のコンベアを使用して回路基板が長方形状の経路により装置内を循環することにより、基板搬入と基板搬出が同じ位置で一人の作業者で行えるフローはんだ付け装置において、予備加熱工程の長さを０．６ｍとし、予備加熱部（図示せず）上で回路基板１をコンベアから浮かせて基板をコンベアの動きとは無関係に３０秒停止させる構造を付加させ、さらに、搬送時間短縮をはかるため、はんだ付けに直接関与しないコンベアを高速で独立運転させることにした第２の実施例を示す平面斜視図である。
【０１０７】
このフローはんだ付け装置は、表面実装部品２、４がリフローはんだ付けされ、挿入実装部品５が挿入された回路基板１を、基板搬入部からフラクサへ搬送する搬送部（搬送距離０．３ｍ）１９と、フラックス塗布搬送部（搬送距離１ｍ）２０と、はんだ付けに関与しない搬送部（搬送距離０．３ｍ）２１と、エレベータ付きサイド搬送部２８と、予備加熱搬送部（搬送距離０．６ｍ）２２と、フローはんだ付け搬送部（搬送距離０．６ｍ）２３と、基板両面温度制御搬送部（搬送距離１ｍ）２４と、エレベータ付きサイド搬送部２９と、基板搬送部１８に戻すはんだ付けに関与しない搬送部（搬送距離０．６ｍ）１９とから構成される。図１及び図２に示す如く、フローはんだ付け搬送部、即ちフローはんだ槽が設置されたフローはんだ付け部２３は、基板ホルダー位置検出によりはんだ付け完了が検出できる機構を備えて構成される。
【０１０８】
エレベータ付きサイド搬送部２８は、小コンベア搬送部（搬送距離０．３ｍ）２８ａと、下降小コンベア部２８ｂと、下部搬送コンベア部（搬送距離１．２ｍ）２８ｃと、上昇小コンベア部２８ｄと、小コンベア搬送部（搬送距離０．３ｍ）２８ｅとから構成される。
【０１０９】
エレベータ付きサイド搬送部２９も、小コンベア搬送部（搬送距離０．３ｍ）２９ａと、下降小コンベア部２９ｂと、下部搬送コンベア部（搬送距離１．２ｍ）２９ｃと、上昇小コンベア部２９ｄと、小コンベア搬送部（搬送距離０．３ｍ）２９ｅとから構成される。
【０１１０】
なお、はんだ付けに関与しない基板搬送（搬送距離０．６ｍ）、基板搬入部からフラクサへの基板搬送１９ａ、フラックス塗布工程２０ａ、はんだ付けに関与しない基板搬送２１ａから成る全長２．２ｍのコンベアの搬送速度は１．２ｍ／分、予備加熱工程２２ａ、フローはんだ付け工程２３ａ、基板両面温度制御工程２４ａから成る全長２．２ｍのコンベアの搬送速度は１．２ｍ／分、２本の下降エレベータ付き小コンベアは長さ０．６ｍ、搬送速度は１．２ｍ／分とした。２本の上昇エレベータ付き小コンベアは長さ０．６ｍ、搬送速度は１．２ｍ／分、はんだ付けに関係しない２本の下部基板搬送コンベアの搬送速度は高速化を行い、１２ｍ／分とした。
【０１１１】
また、予備加熱は、ＱＦＰ−ＬＳＩが接続されていない方の基板下面に最高出力４．５ｋＷのシーズヒーターによる加熱とし、回路基板の下面の温度を、約１分で、最高部１２１℃、最低部１０７℃にした。
【０１１２】
そして、フローはんだ付け条件は、第１の実施の形態と同様にして、基板サンプルを作製した。
【０１１３】
そして、フローはんだ付けにおける各工程の所要時間は、
（１）基板搬入部での基板の搬入作業が３０秒、
（２）フラクサへの移動時間が１５秒、
（３）フラックス塗布時間が５０秒、
（４）はんだ付けに関与しない基板搬送時間が１５秒、
（５）下降エレベータ付き小コンベアへの移動時間が１５秒、
（６）下降エレベータによる搬送時間が１０秒、
（７）下部基板搬送コンベアによる基板搬送と上昇エレベータへの移動時間が６秒、
（８）上昇エレベータによる搬送時間が１０秒、
（９）上昇エレベータ付き小コンベアから予備加熱部への移動時間が１５秒、
（１０）予備加熱時間が６０秒、
（１１）フローはんだ付け時間が３０秒、
（１２）基板両面温度制御時間が５０秒、
（１３）下降エレベータ付き小コンベアへの移動時間が１５秒、
（１４）下降エレベータによる搬送時間が１０秒、
（１５）下部基板搬送コンベアによる基板搬送と上昇エレベータへの移動時間が６秒、
（１６）上昇エレベータによる搬送時間が１０秒、
（１７）上昇エレベータ付き小コンベア上の移動時間が１５秒、
（１８）基板搬入部への基板搬送時間が３０秒、
（１９）基板搬入部での基板の搬出作業が３０秒、
であり、１枚の基板に着目すれば、はんだ付けに必要な時間は合計７分３２秒であった。
【０１１４】
図９は、４本のコンベアを使用して回路基板が長方形状の経路により装置内を循環することにより、基板搬入と基板搬出が同じ位置で一人の作業者で行えるフローはんだ付け装置において、下記機能を付加させた第３の実施例を示す平面斜視図である。
（ａ）予備加熱工程については、第２の実施例と同様とする。
（ｂ）搬送時間の短縮をはかるため、はんだ付けに直接関与しない２本の下部搬送コンベア２８ｃ、２９ｃを高速（１２ｍ／分）で運転する。
（ｃ）２本の下部搬送コンベア以外のコンベアの搬送速度を０．５〜２．０ｍ／分の可変式とし、基板搬入時に搬送速度をあらかじめ入力できるようにする。
（ｄ）搬送基板サイズを最大３６０×３６０ｍｍ、最小１００×１００ｍｍに限定し、この範囲内のあらゆるサイズの回路基板１を取り付けるための可動式基板固定具（図示せず）を備え、フローはんだ付け時の熱影響による基板の反りを防止するため、基板中央部にあらかじめ設けた開口部より回路基板１を上下からホールドするピン（図示せず）を有する、サイズ５５０×５５０ｍｍの基板ホルダー（図示せず）を４個作製し、装置内では４個の基板ホルダーを介して回路基板１を搬送することとする。また、４個の基板ホルダーは、図９の中に白丸で示された位置、
Ａ：基板搬入部
Ｃ：予備加熱工程２２ａの直前の上昇エレベータ付き小コンベア２８ｄの上
Ｅ：基板両面温度制御工程２４ａの直後の下降エレベータ付き小コンベア２９ｂの上
Ｆ：基板搬入部３０の直前の上昇エレベータ付き小コンベア２９ｄの上
の４カ所のステーションに配置し、その位置から４個の基板ホルダーを循環させる。
【０１１５】
また、基板ホルダーが基板搬入部Ａに到達したとき、（はんだ付けの完了した回路基板が存在する場合は、まず回路基板の取り外しを行い）新たな回路基板の搬入を行う。
【０１１６】
さらに、
Ｂ：フラックス塗布工程２０ａの直後の下降エレベータ付き小コンベア２８ｂの上
Ｄ：予備加熱部２２ａ
もステーションとし、４個の基板ホルダーが合計６個のステーション間を移動する際、隣接する２個のステーション間のコンベア上に基板ホルダーが２個以上存在しないようにする。これは基板ホルダーの動きを１つずつ独立制御し、装置内での衝突を防止するためである。
【０１１７】
このために、６個のそれぞれのステーションを基板搬入部を起点とし、ここから基板ホルダーが通過する順に、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆと名付けることにする。
【０１１８】
すなわち、
Ａ：基板搬入部
Ｂ：フラックス塗布工程直後の下降エレベータ付き小コンベアの上
Ｃ：予備加熱工程直前の上昇エレベータ付き小コンベアの上
Ｄ：予備加熱部
Ｅ：基板両面温度制御工程直後の下降エレベータ付き小コンベアの上
Ｆ：基板搬入部直前の上昇エレベータ付き小コンベアの上
とする。
【０１１９】
次に、上記フローはんだ付け装置において、コンベア独立制御を行う制御装置３０には、複数のデータ格納部を有する制御メモリ３１を備えられる。
【０１２０】
なお、それぞれのデータ格納部には、各回路基板１の予備加熱部２２での最適停止時間Ｔと、フローはんだ付け時の最適基板搬送速度Ｖが格納されている。
【０１２１】
例えば、予備加熱部２２での最適停止時間Ｔと、フローはんだ付け時の最適基板搬送速度Ｖがそれぞれ異なる回路基板Ｘ，Ｙを連続的に本フローはんだ付け装置に搬入し、運転する場合を考える。いま、回路基板（（予備加熱部での最適停止時間，フローはんだ付け時の最適基板搬送速度）＝（ＴＸ，ＶＸ））Ｘを基板搬入部（ステーションＡ）の基板ホルダーにセットし、（ＴＸ，ＶＸ）を制御装置３０に対して入力後、スタートボタン（図示せず）を押して制御装置３０内に設けられたコンピュータ３２の制御の基に、基板ホルダー搬送をスタートさせる。
【０１２２】
このとき、基板ホルダーは、ステーションＢに向かって搬送される。次に、回路基板ＸがステーションＢを出発したのを検出器（図示せず）で検出後、基板搬入部（ステーションＡ）に向かって次の基板ホルダーが搬送されるようになっている。
【０１２３】
そして、回路基板ＸがステーションＣを出発したときをもって、次の回路基板ＹがステーションＢを通過できるように制御される。次に、回路基板Ｘが予備加熱部（ステーションＤ）２２でＴＸの間停止して予備加熱がなされる。このとき回路基板Ｘの基板データ（ＴＸ，ＶＸ）はデータ格納部に存在する。よって、予備加熱部２２から基板両面温度制御部２４までのコンベアは搬送速度ＶＸで動いている。ＴＸの時間が経過すると、回路基板Ｘがはんだ付け最適搬送速度ＶＸで搬送されはじめる。
【０１２４】
そして、回路基板Ｘがフローはんだ付け部２３を通過したことを検出器にて検出した後、次の回路基板Ｙの基板データ（ＴＹ，ＶＹ）はデータ格納部に収められ、次の回路基板ＹはステーションＣを出発し、最適の予備加熱、はんだ付けが行われるようになる。それ以降も同様の手順にて基板ホルダーを搬送していく。
【０１２５】
そして、１枚目の回路基板ＸがステーションＥに到着したが、その前の基板ホルダーがステーションＦを出発できず、２枚目の回路基板ＹがステーションＤを出発してしまっている場合が状況によっては起こりうる。この場合、２枚目の回路基板Ｙのフローはんだ付け部２３を通過したことを検出器にて検出した直後、予備加熱部２２から基板両面温度制御部２４までのコンベアを停止し、基板ホルダーの衝突を防止できるようにしている。それ以降も同様の手順にて基板ホルダーを搬送していく。
【０１２６】
そして、その後、１枚目の回路基板Ｘは前方のステーションに基板ホルダーが存在しないことを確認後、ステーションＦを通り、ステーションＡに戻ることになる。
【０１２７】
２枚目以降も前方のステーションに基板ホルダーが存在しないことを確認後、同様の手順にて移動していく。
【０１２８】
なお、入力したデータは、
（ＴＸ，ＶＸ）＝（３０秒，１．２ｍ／分）
（ＴＹ，ＶＹ）＝（５秒，１．５ｍ／分）
また、はんだ付けが完了した基板を搬送してきた基板ホルダーが基板搬入部１９に到着した場合、基板搬出を３０秒で行い、次の基板搬入とデータ入力を合計３０秒で行った直後、スタートボタンを押した。
【０１２９】
次に、１枚目に基板Ｘを装置に搬入してから２枚目以降の基板搬入開始時刻、基板搬出終了時刻を調べた結果を示す。
【０１３０】
その結果、基板の搬入開始は、
１枚目（基板Ｘ）：０分００秒後
２枚目（基板Ｙ）：１分１５秒後
３枚目（基板Ｘ）：２分５０秒後
４枚目（基板Ｙ）：４分２５秒後
５枚目（基板Ｘ）：７分２２秒後
６枚目（基板Ｙ）：８分３７秒後
基板の搬出終了は、
１枚目（基板Ｘ）：６分５２秒後
２枚目（基板Ｙ）：８分３７秒後
３枚目（基板Ｘ）：１０分２２秒後
４枚目（基板Ｙ）：１２分０７秒後
５枚目（基板Ｘ）：１３分５２秒後
６枚目（基板Ｙ）：１５分３７秒後
となり、あらかじめ必要な条件を入力しておけば、通常基板予備加熱に必要な熱量、はんだ付け時の基板搬送速度、基板サイズがそれぞれ異なる基板を連続的に生産することが可能となり、１分４５秒ごとに１枚の基板が生産可能であることになる。
【０１３１】
また、本実施例によれば、予備加熱用ヒータの出力安定化に必要とする時間、いわゆる段取り替えロス時間の無いはんだ付けが可能となり、基板生産スピードを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】本発明に係るＰｂフリーはんだを用いた混載実装方法の第１および第３の実施の形態を説明するための図である。
【図２】本発明に係るＰｂフリーはんだを用いた混載実装方法の第２および第４の実施の形態を説明するための図である。
【図３】本発明に係る第１の実施の形態（予備加熱を行った後、混載実装基板にフローはんだ付けを行う際、ＱＦＰ−ＬＳＩ接続側基板面を冷却する場合）におけるＱＦＰ−ＬＳＩ接続部破断条件を示した図である。
【図４】本発明に係る第１の実施の形態の比較例（予備加熱を行った後、混載実装基板にフローはんだ付けを行う場合）におけるＱＦＰ−ＬＳＩ接続部破断条件を示した図である。
【図５】本発明に係る第３の実施の形態（急速予備加熱を行った後、混載実装基板にフローはんだ付けを行う際、ＱＦＰ−ＬＳＩ接続側基板面を冷却する場合）におけるＱＦＰ−ＬＳＩ接続部破断条件を示した図である。
【図６】本発明に係る第３の実施の形態の比較例（急速予備加熱を行った後、混載実装基板にフローはんだ付けを行う場合）におけるＱＦＰ−ＬＳＩ接続部破断条件を示した図である。
【図７】本発明に係るＰｂフリーはんだを用いたフローはんだ付け装置の第１の実施例を示した正面図である。
【図８】本発明に係るＰｂフリーはんだを用いたフローはんだ付け装置の第２の実施例を示した平面斜視概略図である。
【図９】本発明に係るＰｂフリーはんだを用いたフローはんだ付け装置の第３の実施例を示した平面斜視概略図である。
【符号の説明】
【０１３３】
１、１ａ…回路基板（ガラスエポキシ基板）、２、２ａ…表面実装部品（ＱＦＰ−ＬＳＩ）、３…溶融はんだ噴流、４、４ａ…表面実装部品（チップ部品）、５、５ａ…挿入実装部品（６端子コネクタ）、６…基板冷却装置、７…基板加熱装置、８…反り防止治具、１８…基板搬入口、１９…小コンベア部、２０…フラックス塗布搬送部、２０ａ…フラックス塗布工程、２１…はんだ付けに関与しない搬送部、２２…予備加熱搬送部、２２ａ…予備加熱工程、２３…フローはんだ付け搬送部、２３ａ…フローはんだ付け工程、２４…基板両面温度制御搬送部、２５…下降エレベータ付き小コンベア、２６…逆走コンベア（往路コンベア）、２７…エレベータ付き小コンベア、２８、２９…エレベータ付きサイド搬送部、２８ｃ、２９ｃ…下部搬送コンベア部。
【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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