(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送手段で搬送される板状の被はんだ付けワークの一方の面および他方の面に面してそれぞれ同一の配列規則に基づいて多数の透孔が設けられた板状部材が配設され、前記透孔から前記板状の被はんだ付けワークに熱風を吹きつけて加熱するリフローはんだ付け装置において、
前記透孔の孔径Ｒと前記板状部材の厚さＰとの関係をＲ＜Ｐにするとともに前記板状の被はんだ付けワークの一方の面に熱風を吹きつける透孔と他方の面に熱風を吹きつける透孔とが対向しない位置に配設され、
前記搬送手段で搬送される前記板状の被はんだ付けワークに吹きつけられた熱風を吸い込むための吸い込み口が前記多数の透孔を設けた板状部材の周縁に設けられた加熱室が前記搬送手段の搬送方向に沿って複数設けられ、
前記多数の透孔を設けた板状部材の周縁に設けられた吸い込み口のうち隣接する前記加熱室相互の間にある吸い込み口から吸い込まれる熱風の単位面積当たりの流量が他の吸い込み口から吸い込まれる熱風の単位面積当たりの流量よりも小さくなるように当該吸い込み口に繋がる流路の断面積を前記他の吸い込み口に繋がる流路の断面積より小さく構成して成ることを特徴とするリフローはんだ付け装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント配線板等の板状の被はんだ付けワークをリフローはんだ付けする装置に関する。
【０００２】
プリント配線板上に電子部品をはんだ付けする際にリフローはんだ付け装置が使用されている。リフローはんだ付け装置は、予めはんだが供給された被はんだ付け部を加熱してこのはんだを溶融させ、プリント配線板に形成された回路パターンと電子部品とのはんだ付けを行う装置である。
【０００３】
【従来の技術】
リフローはんだ付け装置において加熱を行う方式としては、赤外線等による熱線加熱、熱風加熱、蒸気加熱、伝熱加熱およびこれらを併用した加熱等の方式がある。これらの方式の中でも、熱風加熱は熱風の温度で加熱温度の上限を規制できるため、被はんだ付け部ひいてはプリント配線板の加熱温度を目的の温度に制御し易い長所がある。すなわち、加熱プロファイルの制御性に優れている。また、加熱コストも比較的安価である。
【０００４】
プリント配線板に搭載される電子部品は、その種類により形状や大きさ、材質等が異なり、またその被はんだ付け部の大きさや予め供給するべきはんだ量も異なる。すなわち、プリント配線板には熱容量の異なる多数の被はんだ付け部が設けられている。
【０００５】
しかし、リフローはんだ付け装置は、これら熱容量の異なる多数の被はんだ付け部を均一な温度に加熱して同じ加熱温度プロファイルではんだ付けを行う必要がある。すなわち、濡れ不良などが生じない良好で均一なはんだ付け品質を得る必要があるからである。特に、鉛フリーはんだでは従来から使用されてきた錫−鉛はんだよりも融点が高く、電子部品の耐熱温度を越えないように加熱するためには従来よりも一層均一で正確な温度に加熱する必要がある。
【０００６】
低コストで加熱温度を均一に揃え易い熱風加熱方式は、プリント配線板やその被はんだ付け部の温度が熱風の温度以上には上昇しないので、電子部品の耐熱温度以上に過熱されることを防止することもできる。また、被加熱部すなわち被はんだ付け部への入熱量は熱風の風速に比例する。
【０００７】
そのため、プリント配線板の表面やその被はんだ付け部における熱風の風速が従来よりも高速でありかつ均一となるような熱風の吹きつけ方法が開発されている。例えば、特開平２−３０３６７４号公報には、プリント配線板の上方の面側および下方の面側に、共に同一の配列規則に基づいて設けられた多数の熱風吹き出しノズルから熱風を吹き出してプリント配線板に吹きつけ、吹きつけ後の熱風をこのノズル周辺から排気する構成が開示されている。
【０００８】
なお、熱風加熱方式では被はんだ付け部やはんだの酸化が促進されるため、炉内に窒素ガス等の不活性ガスを供給して低酸素濃度の不活性ガス雰囲気を形成し、この不活性ガス雰囲気中ではんだ付けを行う必要がある場合もある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなリフローはんだ付け装置では、ノズルの近傍でのみ熱風が吹きつけられるため、搬送されるプリント配線板の被はんだ付け部は、ノズルの直下あるいは直上を通過する度に急速に温度上昇し、その近傍では緩慢に温度上昇するようになり、リップル（ｒｉｐｐｌｅ）を含んだ加熱温度プロファイルとなって滑らかな加熱温度プロファイルが得られない問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、滑らかで均一な加熱温度プロファイルを得ることが可能なリフローはんだ付け装置を実現することによって、はんだ付け品質が均一で品質の良好なプリント配線板を製造することを可能とするとともに、融点の高い鉛フリーはんだによるリフローはんだ付けを安心して行うことができるようにすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるリフローはんだ付け装置は、リップルの少ない加熱温度プロファイルが得られるように熱風吹きつけ手段を構成したところに特徴がある。
【００１４】
（１）搬送手段で搬送される板状の被はんだ付けワークの一方の面および他方の面に面してそれぞれ同一の配列規則に基づいて多数の透孔が設けられた板状部材が配設され、前記透孔から前記板状の被はんだ付けワークに熱風を吹きつけて加熱するリフローはんだ付け装置において、前記透孔の孔径Ｒと前記板状部材の厚さＰとの関係をＲ＜Ｐにするとともに前記板状の被はんだ付けワークの一方の面に熱風を吹きつける透孔と他方の面に熱風を吹きつける透孔とが対向しない位置に配設されて成るように構成する。
【００１５】
これにより、熱風の吹き出し方向の指向性が鋭くなって板状の被はんだ付けワークに吹きつけられる熱風の風速を速くすることができるようになるとともに、板状の被はんだ付けワークが搬送されていない状態においてもこの熱風の流れが相互に正面衝突することがなくなり、加熱室内の熱風の流れを規則化することにより均一化することができるようになり、加熱室内の温度分布を常に均一化できるようになる。
【００１６】
また、板状の被はんだ付けワークの一方の面と他方の面に吹きつけられる熱風は相互に位置が異なるので、実質的に２倍の密度で熱風を吹きつける透孔を設けた場合と同様の作用を得ることができるようになり、板状の被はんだ付けワークの各部を温度むらなく加熱することができるようになるとともに、加熱温度の変化にリップルを生じ難くなる。
【００１７】
（２）そしてさらに、前記（１）のリフローはんだ付け装置において、搬送手段で搬送される板状の被はんだ付けワークに吹き付けられた熱風を吸い込むための吸い込み口が多数の透孔を設けた板状部材の周縁に設けられた加熱室を前記搬送手段の搬送方向に沿って複数設ける。
【００１８】
そして、前記板状部材の周縁に設けられた吸い込み口のうち隣接する加熱室相互の間にある吸い込み口から吸い込まれる熱風の単位面積当たりの流量が他の吸い込み口から吸い込まれる熱風の単位面積当たりの流量よりも小さくなるように当該吸い込み口に繋がる流路の断面積を前記他の吸い込み口に繋がる流路の断面積より小さく構成する。
【００１９】
隣接する加熱室間に熱風の吸い込み口を設けることにより、隣接する加熱室内の熱風雰囲気が相互に混じり合うことがなくなる。しかし、この隣接部分での吸い込み口の熱風の単位面積当たりの流量が他の吸い込み口の熱風の単位面積当たりの流量と比較して大きくなるにつれて、隣接する加熱室の熱風雰囲気が混じり合い易くなる。そこで、この隣接する吸い込み口に繋がる流路の断面積を相対的に小さくなるように構成することにより、この混じり合いを少なくして各加熱室の雰囲気温度の独立性を向上させることができるようになる。
【００２０】
その結果、加熱室相互間の加熱温度の制御性が良好になり、板状の被はんだ付けワークの加熱温度プロファイルを目的通りに制御することができるようになる。すなわち，加熱温度プロファイルの制御性が良好になる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明にかかるリフローはんだ付け装置の実施形態例を説明する。
【００２２】
（１）構成
図１ないし図３を参照して、本発明にかかるリフローはんだ付け装置の実施形態例の構成を説明する。図１は、本発明のリフローはんだ付け装置の一例の縦断面を示す図である。この例は、炉体１を４つの領域に区画して形成した、いわゆる４ゾーン構成のリフローはんだ付け装置であり、板状の被はんだ付けワークであるプリント配線板２を搬送する搬送コンベア３を境にして加熱室４を上下対称に設けた構造であり、この加熱室４が８室設けてある。そして、プリント配線板２の搬送方向Ａに沿って１ゾーン目が昇温部５、２〜３ゾーン目が均温部６、４ゾーン目がリフロー部７である。
【００２３】
また、搬送コンベア３の詳細は図示しないが、通常使用されている搬送コンベアであり、平行２条の搬送チェーンによりプリント配線板２の両側端部を保持して搬送する構成となっている。なお、搬入口８および搬出口９には並設した多数の抑止板１０によりラビリンスシール部１１を構成し、加熱室４の内部と外部すなわち炉体１の外との封止性を確保している。
【００２４】
図１では図示していないが、低酸素濃度の雰囲気中でリフローはんだ付けを行う場合には、各加熱室４に窒素ガス等の不活性ガスを供給し、低酸素濃度の不活性ガス雰囲気を形成するように構成する。
【００２５】
図２は、加熱室の構成の詳細を説明するための図で、図２（ａ）は１つの加熱室を図１と同様の縦断面で拡大して示した図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ断面（横断面）を示す図である。
【００２６】
図２に示すように、炉体１を区画して加熱室４を構成してあり、ヒータ１３により加熱された雰囲気をターボファン１４で循環させ、その循環の過程でプリント配線板２に熱風を吹きつけるように構成してある。なお、ヒータ１３に印加される電力は図示しない温度制御装置により制御され、プリント配線板２に吹きつけられる熱風の温度を温度センサ１６で検出してこの温度が予め決められ指示された温度になるように制御する仕組みである。
【００２７】
また、ターボファン１４を回転駆動するモータ１５には誘導電動機等を使用し、これを図示しないインバータにより駆動して目的とする回転速度に調節できるように構成してある。すなわち、ターボファン１４の回転速度を調節して、プリント配線板２に吹きつける熱風の単位時間当たりの流量ひいては熱風の風速を調節する仕組みである。
【００２８】
熱風は板状部材すなわち熱風吹き出しプレート１７に設けた多数の透孔すなわち吹き出し孔１８から矢印Ｂ方向へ吹き出し、搬送コンベア３で搬送されるプリント配線板２に熱風が吹きつけられる。この吹き出し孔１８の孔径はＲであり、熱風吹き出しプレート１７の板厚すなわちこの吹き出し孔１８の長さはＰである。そして、これらの寸法はＲ＜Ｐとなるように構成され、拡散性の少ない鋭い指向性で熱風が吹き出すように構成してある。なお、この吹き出し孔１８は、図１に示すように下方の加熱室４と上方の加熱室４とで対向しないように配置してある。
【００２９】
吹き出し孔１８から吹き出した熱風は、その後熱風吹き出しプレート１７の周縁の吸い込み口３０から矢印Ｃおよび矢印Ｆ方向に吸い込まれ、各還流路１９、２０、２１を通ってターボファン１４の吸い込み口１４ａに還流する。この還流路は、搬送コンベア３の両側部に設けられた側部還流路１９と、隣接する加熱室４相互間に設けた前部還流路２０および後部還流路２１とからなる。なお、側部還流路２０に加熱用のヒータ１３を設けてある。
【００３０】
また、前部還流路２０および後部還流路２１の矢印Ｄで示す流路の断面積は側部還流路１９の矢印Ｆで示す流路の断面積よりも小さくしてある。さらに、側部還流路１９に繋がる吸い込みダクト部２２の矢印Ｇで示す流路の断面積よりも前部還流路２０および後部還流路２１にそれぞれ繋がる還流ダクト２３、２４の矢印Ｅで示す流路の断面積は小さくしてある。
【００３１】
ターボファン１４から吐出された熱風は、矢印Ｈ方向に吐出ケーシング部４０を通って送風体２５へ供給され、山状の整流部２６で流れを均一化した後に矢印Ｉ方向に吹き出しケーシング部２７へ供給される送風路２９を経由して、この吹き出しケーシング部２７の先端に設けた熱風吹き出しプレート１７の吹き出し孔１８から、この吹き出し孔１８の軸線方向（矢印Ｂ方向）へ向けて均一な速度と流量の熱風を鋭い指向性で吹き出させる構成である。もちろん、吹き出した熱風は拡散するので、完全に拡散する前にプリント配線板２に吹きつけられるように両者の相対位置や熱風の風速を選択する。
【００３２】
図３は、熱風吹き出しプレートに設ける吹き出し孔の配列例を説明するための平面図である。図３（ａ）は図１の搬送コンベアの下方側の熱風吹き出しプレートであり、図３（ｂ）は図１の搬送コンベアの上方側の熱風吹き出しプレートである。すなわち、先にも説明したように、各吹き出し孔は対向しないように配列してある。
【００３３】
図３（ａ）、（ｂ）に例示したように、熱風吹き出しプレート１７の吹き出し孔１８の配列規則（吹き出し孔相互の位置関係を定める規則）は下方側と上方側とがそれぞれ同一である。これにより、吹き出し孔１８が対向しない条件において、プリント配線板２の各面（図１に示す下方側の面と上方側の面）に対して同一の熱風吹きつけ条件を与えることができる。
【００３４】
なお、図３（ｃ）は参考例であり、図３（ｃ）に示すように吹き出し孔１８の配列例がランダムな配列で、例えば、各吹き出し孔１８の配列位置を定める際に直交座標により定め、この直交座標で与えられる各吹き出し孔の位置を乱数により決めて配列したものである。したがって、熱風吹き出しプレート１７の各部分的領域における吹き出し孔１８の密度は同一となる。
【００３５】
また、この図３（ｃ）に示したようなランダム配列の吹き出し孔１８を有する熱風吹き出しプレート１７を複数枚作成すると、各熱風吹き出しプレート１７を対向させても両熱風吹き出しプレートに設けられた吹き出し孔１８はほとんどの場合は対向することがない。
【００３７】
なお、加熱室４内に低酸素濃度の不活性ガス雰囲気を形成する場合には、図２（ｂ）に例示するように、側部還流路１９に窒素ガス等の不活性ガス２８を供給するように構成する。これにより、加熱された窒素ガス雰囲気すなわち低酸素濃度の不活性ガス雰囲気による熱風がプリント配線板２に吹きつけられ、被はんだ付け部やはんだの酸化を防止しつつはんだ付け作業を行うことが可能となり、優れた濡れ性のはんだ付け作業を行うことが可能となる。
【００３８】
（２）作動
図１ないし図３を参照して、このように構成されたリフローはんだ付け装置によってプリント配線板のはんだ付け作業がどのように行われるかを説明する。
【００３９】
搬送コンベア３により搬入口８から搬入されたプリント配線板２は矢印Ａ方向へ搬送され、昇温部５→均温部６→リフロー部７の順に各加熱室４を通って加熱され、はんだ付けが完了したプリント配線板２は搬出口９から搬出される。各加熱室４におけるプリント配線板２の加熱到達温度ひいてはその被はんだ付け部の加熱温度は各加熱室４の熱風の温度で決まり、その加熱速度（昇温速度）は吹きつけられる熱風の風速で決まる。そして、熱風の温度は温度制御装置への指示入力値によって、熱風の風速はインバータへの指示入力値によって調節し設定する。
【００４０】
すなわち、各加熱室４においてプリント配線板２に吹きつける熱風の温度と風速を調節して設定し、目的とする加熱温度プロファイルでリフローはんだ付けを行うことができる。この場合に、４つの各ゾーンにおいてプリント配線板２の上方側の面と下方側の面とを独立した値に設定することもできる。
【００４１】
さらに、隣接する各加熱室４の間には、各加熱室４ごとに循環する熱風の吸い込み口３０を設けてあり、これがガスカーテンの作用をなして隣接する各加熱室４間の熱風が混ざり難くなっている。したがって、加熱温度プロファイルの制御性が良好である。そして、この吸い込み口３０に繋がる前部還流路２０と後部還流路２１とは、側部還流路１９よりもその流路の断面積を小さくしてあるので、循環する熱風の大部分はヒータ１３が設けられた側部還流路１９を通って循環し、その温度を目的の値に制御することができる。
【００４２】
このようにガスカーテンを構成して循環する熱風の流量を大きくすると、隣接する加熱室４の熱風雰囲気が混ざり合いやすくなって、隣接する加熱室４間で熱風の温度変化を生じやすくなる。そのため、ガスカーテンを構成する熱風の流量は少ない方が良い。具体的には、その吸い込み口の大きさ（幅）にもよるが、吸い込み口における側部還流路１９のそれよりも単位面積当たりの流量を１／２〜１／５程度にすることで、良い結果が得られている。
【００４３】
一方、プリント配線板２に吹きつけられる熱風は、熱風吹きつけプレート１７の吹き出し孔１８の配列により各部に吹きつけられるが、プリント配線板２は最終的には熱風の温度に加熱される。他方、吹きつけられる熱風の風速分布は吹き出し孔１８の配列と相似した分布を示すが、プリント配線板２が搬送される過程で均一化される。
【００４４】
そして、プリント配線板２の下方側に配設された熱風吹き出しプレート１７の吹き出し孔１８と、上方側に配設された熱風吹き出しプレート１７の吹き出し孔１８とは規則配列されていて、しかも対向しないように構成してあるので、等価的に２倍の密度で吹き出し孔１８が設けられた状態と同様となり、プリント配線板２ひいてはその被はんだ付け部の加熱温度の変化にリップルを生じ難くなって、滑らかに変化する加熱温度プロファイルを得ることができるようになる。
【００４５】
また、各ゾーンにおいてプリント配線板２が搬送されていない場合においても、上方の加熱室４の吹き出し孔１８から吹き出す熱風と下方の加熱室４の吹き出し孔１８から吹き出す熱風とが正面衝突することがなく、各ゾーンの加熱室４の熱風の流れを規則化して均一化することができるようになり、各加熱室４の温度分布を常に均一化することができるようになる。
【００４６】
その結果、加熱温度の制御性が良好でリップルも無い滑らかな加熱温度プロフアイルを得ることができるようになり、プリント配線板２に設けられた多数の被はんだ付け部を品質良く均一にはんだ付けすることができるようになる。
【００４７】
なお、参考例の図３（ｃ）に示すようなランダム配列された吹き出し孔１８を設けた熱風吹き出しプレート１７を使用すると、ランダムに位置する吹き出し孔１８から吹き出す熱風がプリント配線板２に吹きつけられて相互に干渉し、その板面で流れる熱風の向きもランダムになって、搬送されるプリント配線板２から見た入熱量の時間変動が平均化すなわち積分され易くなり、その結果プリント配線板の各部において均一な入熱量が得られ、また加熱温度プロファイルにおいてリップルの少ない加熱温度プロファイルを得ることができる。
【００４８】
さらに、プリント配線板２が搬送されておらず加熱室４内が空の無負荷の場合においては吹き出し孔１８から吹き出した熱風の流れが互いに攪拌され、加熱室４内の温度分布を常に均一化することができるようになる。
【００４９】
このように、図３（ａ）、（ｂ）に例示するような熱風吹き出しプレート１７を使用することにより、融点の高い鉛フリーはんだを使用してリフローはんだ付けを行う場合においても、加熱温度が電子部品の耐熱温度を越えることはなく、しかも、多数の被はんだ付け部におけるはんだの均一な溶融時間を確保して均一で確実な濡れ性のはんだ付けを行うことができるようになる。
【００５０】
なお、搬入口８や搬出口９に隣接する加熱室４において、その搬入口８側あるいは搬出口９側に位置する吹き出し孔１８のみを対向配置することにより、静圧の搬入口８や搬出口９に対してガスカーテン作用が得られることが判っている。また、搬入口８側または搬出口９側に位置する吹き出し孔１８の配列密度を相対的に高めることによっても同様のガスカーテン作用が得られることが判っている。
【００５１】
さらに、本実施形態の加熱室の構成と公知の赤外線加熱の技術とを組み合わせて使用することもできる。また、特定の加熱室のみに、本実施形態の技術を用いることもできる。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように、本発明にかかるはんだ付け装置によれば、滑らかで均一な加熱温度プロファイルを得ることが可能となり、プリント配線板のように多数の被はんだ付け部を有する板状の被はんだ付けワークの各部を、均一な条件でリフローはんだ付けすることができるようになる。すなわち、多数の各被はんだ付け部に対して濡れ性に優れ品質が良好で均一なリフローはんだ付けを行うことが可能となる。
【００５３】
また、融点の高い鉛フリーはんだを用いたリフローはんだ付けにおいても、電子部品の耐熱温度を越えることなく、各被はんだ付け部相互間の温度偏差いわゆる△ｔの小さい加熱を行うことが可能となり、濡れ性に優れ均一で高品質のリフローはんだ付けを行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリフローはんだ付け装置の一例の縦断面を示す図である。
【図２】加熱室の構成の詳細を説明するための図である。
【図３】熱風吹き出しプレートに設ける吹き出し孔の配列を説明するための平面図である。
【符号の説明】
１  炉体
２  プリント配線板
３  搬送コンベア
４  加熱室
５  昇温部
６  均温部
７  リフロー部
８  搬入口
９  搬出口
１０  抑止板
１１  ラビリンスシール部
１３  ヒータ
１４  ターボファン
１４ａ  吸い込み口
１５  モータ
１６  温度センサ
１７  熱風吹き出しプレート
１８  吹き出し孔
１９  側部還流路
２０  前部還流路
２１  後部還流路
２２  吸い込みダクト部
２３、２４  還流ダクト
２５  送風体
２６  整流部
２７  吹き出しケーシング部
２８  不活性ガス
２９  送風路
３０  吸い込み口
４０  吐出ケーシング部
【図１】
0003969975.tif 000002
【図２】
0003969975.tif 000003
【図３】
0003969975.tif 000004