(57)【要約】【課題】  より安定にプリント回路板をはんだ付けに望ましい温度範囲に収めることができるプリント回路板製造装置を提供する。【解決手段】  リフロー装置内部にヒーター設備２と、ローカルリフローを行う局所リフロー装置３と、前記リフロー装置内部を搬送されるプリント回路板表面の温度測定を予熱工程から本加熱工程にかけ複数回行う測定装置４とを具備しこの測定結果に基づいて都度局所リフロー装置の加熱状態を制御するリフロー装置を備えることを特徴とするプリント回路板製造装置。【選択図】      図１
2007096134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リフロー装置内部にヒーター設備と、
ローカルリフローを行う局所リフロー装置と、
前記リフロー装置内部を搬送されるプリント回路板表面の温度測定を予熱工程から本加熱工程にかけ複数回行う測定装置とを
具備しこの測定結果に基づいて都度局所リフロー装置の加熱状態を制御するリフロー装置を備えることを特徴とするプリント回路板製造装置。
【請求項２】
前記プリント回路板に実装される各部品のはんだ付けに必要十分な熱容量に基づいて熱容量のより大きな部品近傍ではヒーターリフローに加えてローカルリフローを行うことを特徴とする請求項１に記載のプリント回路板製造装置。
【請求項３】
前記測定装置の測定結果に基づき前記プリント回路板に実装される各部品をはんだ付けするのに要する総熱量を局所リフロー装置に供給させる請求項２に記載のプリント回路板製造装置。
【請求項４】
リフロー装置内部のヒーター設備とローカルリフローを行う局所リフロー装置と温度測定装置を用いるプリント回路板製造方法において、
前記リフロー装置内部を搬送されるプリント回路板表面の温度測定を前記測定装置は本加熱工程にかけ複数回行い次にこの測定結果に基づいて都度局所リフロー装置の加熱状態を制御する手順を
繰返すことを特徴とするプリント回路板製造方法。
【請求項５】
前記プリント回路板に実装される各部品のはんだ付けに必要十分な熱容量に基づいて熱容量のより大きな部品の温度を前記測定装置が測定し次にヒーターリフローに加えてローカルリフローを行う手順を
繰返すことを特徴とする請求項４に記載のプリント回路板製造方法。
【請求項６】
前記測定装置に測定を行わせ次にこの測定結果に基づき前記プリント回路板に実装される各部品をはんだ付けするのに要する総熱量を局所リフロー装置に供給させる手順を
繰返すことを特徴とする請求項５に記載のプリント回路板製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント回路板製造装置及び製造方法に係り、特にリフロー工程におけるプリント回路板製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント回路板製造においては一般にリフロー工程が設けられている。リフロー工程では、予熱と冷却との期間に挟まれた本加熱の段階を主として部品がプリント回路板へはんだ接続されていく。そして適切な接続が行われるには、本加熱における温度制御が重要な要素となっている。
【０００３】
そのため温度センサーを設けその結果に基づいて本加熱における追加加熱や冷却を行うことが提案されていた。
例えば特開平９−２１９５８２号公報（特許文献１）によるものは、本加熱に入った初期の段階で２つ以上設けた温度センサーによりプリント回路板の測定温度を行い、その２つの測定結果から本加熱の中後半の温度上昇ピーク時の温度上昇を予測し、それに基づいて追加加熱や冷却を行うものであった。しかし、本加熱に入ってから少数の測定から予測制御を行うものなので、はんだ付け不良とならない適正な温度範囲に収めることが出来ない危険性が高いという問題があった。
【特許文献１】特開平９−２１９５８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、より安定にプリント回路板をはんだ付けに望ましい温度範囲に収めることができるプリント回路板製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明のプリント回路板製造装置は、リフロー装置内部にヒーター設備と、ローカルリフローを行う局所リフロー装置と、前記リフロー装置内部を搬送されるプリント回路板表面の温度測定を予熱工程から本加熱工程にかけ複数回行う測定装置とを具備しこの測定結果に基づいて都度局所リフロー装置の加熱状態を制御するリフロー装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、より安定にプリント回路板をはんだ付けに望ましい温度範囲に収めることができるプリント回路板製造装置及び製造方法が得られる。
なお、装置に係る本発明は方法に係る発明としても成立する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【０００８】
本発明によるプリント回路板製造装置及び製造方法の実施例１を図１乃至図４を参照して説明する。
図１は本発明によるプリント回路板製造装置及び製造方法の実施例１の概略図である。本実施例では、BGA・QFP・コネクタ・アルミ電解コンデンサ・各種表面実装デバイスを実装するPCBのリフロー工程を例にとり新規はんだ付け工法の説明を行う。
【０００９】
図１では通常のベルトコンベア１が設置され、ベルトコンベア上をPCBが移動しその過程において、赤外線ヒーターや熱風による熱印加２により、予備加熱工程・本加熱工程・冷却工程、の工程を経ることは従来工法と同様である。
【００１０】
一方で、本リフロー装置の本加熱工程においては、分解能の高く、ビーム径が可変であり照射範囲および照射エネルギーが可変である赤外線ヒーター・ハロゲンヒータ・レーザーに代表される局所リフロー装置３が搭載されており、通常の赤外・熱風併用型リフロー工程に加えて、局所リフロー装置により部分的に熱エネルギーを印加することが可能である。本提案では、事前に本モジュールに実装される、PCBや各種部品の熱容量・耐熱限界温度を事前にデータ化しておき、CADデータとして登録しておく（図２(a)）。
【００１１】
また本装置には、予備加熱工程と本加熱工程において図1に示すような画像認識装置を備える赤外線熱分析装置4を有し、リフロー工程中のPCB部品実装面の温度分布や印加された総熱量を表示することが可能である。局所リフロー装置３と画像認識装置等４はコンベヤ等で炉内を移動することが可能である（図２(b)）。
【００１２】
局所リフロー装置３に示す突起状のものはビーム口径可変のレーザ装置に対応するものである。温度センサー兼画像認識装置４は、例えば非接触赤外線温度センサーを用いる。基本的に上下のコンベヤ１は等速で移動しており、センサ４と局所リフロー装置３からなるユニットはPCB真上を移動します。
【００１３】
画像認識装置・赤外線熱分析装置4はPCB一枚毎に対応して投入され、これら一連の画像認識装置・赤外線熱分析装置4は、逐次PC等の装置で制御されリアルタイムにデータ表示・データ分析が可能である。また事前に本PCBに実装される、各種電子デバイスのはんだ付けに必要な熱量・耐熱性は事前にデータ化しておく（図2参照）。次にこのデータに基き、各種表面実装部品の接合に必要な熱量の最低値に合わせてリフロープロファイルを作成する。しかる後、本提案に係るリフロー装置について、ヒーターの設定値をリフロー炉にサンプルを投入し、熱容量の低いデバイスおよび耐熱性の低い表面実装デバイスに合わせてあらかじめ作成されたリフロープロファイルで通常の熱風および赤外熱で、コンベヤでの移動中に通常はんだ付けを行い、熱容量の大きな部品については先に述べたレーザーを中心とする各種ヒータを用いてローカル加熱を行いはんだ付けを行う。通常のリフロー工程中で、印加された総熱量は先に述べた装置を用いてリアルタイムに計算可能であり、CADデータ内に記されたはんだ付けに必要な総熱量を差し引きした熱量を先に述べた局所リフロー装置３により印加して無駄に加熱することなくはんだ付けを行う。熱の印加に際してはんだを溶融させるのに必要となる熱量を先に述べた装置を用いて数値化・CADデータ化し、データに基き、局所リフロー装置３は各デバイスに必要な熱量を与えはんだ付けプロセスが行われる。
【００１４】
図３は、基板温度変化の概略図である。曲線は、上から高熱容量部品部分の温度プロファイル（通常ヒーター＋局所リフロー）、低熱容量部品部分の温度プロファイル（通常ヒーターのみ）、高熱容量部品部分の温度プロファイル（通常ヒーターのみ）を表している。
【００１５】
横軸は時間の経過を表し例えば、予熱１４０秒、本加熱１６０秒、冷却６０秒である。また縦軸は温度を表し例えば、予熱の肩の温度は１３０〜１５０℃、本加熱のピークの温度は２１０〜２４０℃を表す。他に時間の経過と温度との相関的な設定としては、本加熱で１８５℃を超える時間は７０秒〜１１０秒とする等がある。
【００１６】
リアルタイムという表現について説明する。上記と別の例では予熱は最低４０秒、本加熱は最低１５秒で、加熱温度勾配は場所により毎秒３〜５℃以下の条件で行われる。１回の温度測定は１秒以下で可能であり、予熱の間のみで約４０回以上の測定が可能である。
【００１７】
本工法の最大の特徴は、先に挙げた局所ヒーター設備による微細なローカルリフロー技術である。本技術を用いることにより、高温耐性が低い電子デバイスを破壊することなく、また過度な熱印加に伴うPCBの反りが発生することによる各種部品の実装不良を発生させることなく、部品耐性に応じたはんだ付が可能である。今回は例として単面基板を挙げたが、両面基板においても同様の技術で応用可能である。
【００１８】
本工法のフローを、図４に示す。ステップＳ１で基板の種類を特定しＰＣＢ−ＣＡＤの一般的なデータを設定する。次にステップＳ２で基板の実装オプションを特定し装置パラメータ設定を行い一般的な準備が終了し次に進む。
【００１９】
ステップＳ３では、各部品のはんだ付けに必要十分な熱容量に基づいて、ＣＡＤ制御を行うＰＣが必要総熱量も算出する。
ステップＳ４では、ヒーター設備による加熱を行う。ステップＳ５では、上記熱量に基づきローカルリフローが並行して行われる。ステップＳ６は、ステップＳ５の結果の各部品温度を測定しステップＳ３へローカルリフローで未だ不足している熱量を算出するように測定値をフィードバックする。
【００２０】
ステップＳ７はリフロー後の外観確認であり、外観確認は公知の外観検査装置によっても目視でもよい。
通常のリフロー装置はヒーター過熱のみであり、ヒーター設定は低熱容量部品に合わせてある。 高熱容量の部品は低熱容量用の温度プロファイルでははんだ付けできないため、局所リフロー装置を用いることで適切な温度プロファイルが得られる。更に、本発明ではリアルタイムフィードバック制御を行うことにより、より安定な制御が期待できる。例えば、本加熱では加熱し過ぎによる冷却も不要になることが期待できる。
【００２１】
本発明により、以下のように過剰な熱印加・部品耐熱マージン不足に伴うリフロー工程における不良低減、ならびに最適実装条件(部品ダメージレス)による部品寿命の向上・トータルでの寿命向上、ならびに、条件出し工数の削減が見込まれる。
【００２２】
１．本装置構造により、リフロー工程において熱容量が小さく、熱印加によるダメージを被りやすい電子デバイスのはんだ付けと熱容量の大きな電子デバイスのはんだ付けを双方にダメージ無く同時に実装することが可能である。
【００２３】
２．過度な熱印加に伴う、PCB反り量低減が可能である。
３．本装置構造により、事前に何度もリフロープロファイル取りをする必要がなくタクトタイム・開発期間短縮につなぐことが可能である。
４．本装置構造により、リフロー工程においてプリント配線板の表面温度をリアルタイムに測定可能でありプリント配線板表面温度の異常上昇に伴う不良を事前に検知することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明によるプリント回路板製造装置及び製造方法の実施例１の概略図。
【図２】実施例１の基板実装部品熱容量の説明図。（a）実装に必要な熱容量の表示例（CADデータ、濃淡で必要熱量を表示）。(b)リフロー工程の基板温度分布例(温度測定装置による温度分布図)。
【図３】実施例１の基板温度変化概略図。
【図４】実施例１の動作フローチャート。
【符号の説明】
【００２５】
１・・コンベア、２・・ヒーター、３・・局所リフロー装置、４・・温度センサー及び画像認識装置、５・・冷却装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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