(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装部品を上面側から基板に実装し、フラックスが塗布された実装基板を不活性ガス雰囲気のチャンバー内で鉛フリーはんだを用いてフローはんだ付けする装置において、
前記実装基板を、前記チャンバーの入口から出口へと搬送する搬送手段を設け、
該搬送手段で前記チャンバーの入口から搬入された前記実装基板の下面を予備加熱する予備加熱部と、該予備加熱部で予備過熱されて前記搬送手段で搬送された実装基板の下面を溶融した鉛フリーはんだ噴流との接触によっ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鉛フリーによるフローはんだ付けされた直後の前記搬送手段で搬送された実装基板の下面に、前記実装基板の搬送方向に直角な実装基板の幅方向に長手方向を有する長方形状の開口から不活性ガスの冷却風を吹き付けて冷却する吹き付けノズルと該吹き付けノズルによって実装基板の下面に吹き付けて冷却直後の不活性ガスを回収するように、前記吹き付けノズルにおける前記実装基板の搬送方向の両側に各々が長方形状の開口を形成して設けられた２つの吸気口とを有する冷却部とを前記チャンバー内に前記入口から出口に向かって並設し、前記冷却部には更に前記２つの吸気口から回収された不活性ガスを循環冷却させて前記吹き付けノズルに送り出す送風機および冷却装置を設け、
更に、前記チャンバーの入口及び出口の各々の近傍には、内側の上面側及び下面側に櫛歯状の拡散防止フィンを並設したことを特徴とする鉛フリーはんだを用いたフローはんだ付け装置。
【請求項２】
前記冷却部において、前記吹き付けノズルから前記実装基板の下面への冷却された不活性ガスの吹き付けを断続的に行うように前記吹き付けノズルに開閉するシャッターを設けて構成したことを特徴とする請求項１記載の鉛フリーはんだを用いたフローはんだ付け装置。
【請求項３】
前記チャンバーの入口及び出口には、更に、前記チャンバー内に大気の流入を抑制する不活性ガスカーテンを設けたことを特徴とする請求項１記載の鉛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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、毒性の少ない鉛フリーはんだ合金を用いた電子回路基板の製造方法と、その装置、及びこれを用いた実装構造体に関するものである。この鉛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。
【０００２】
【従来の技術】
Ｓｎ，Ａｇ，Ｃｕ，ＢｉおよびＺｎ等で構成される一般的な鉛フリーはんだは、従来のＳｎ−Ｐｂ系の鉛含有はんだと比べて回路基板上の銅電極への濡れ性が悪く、これは鉛フリーはんだが大気中の酸素による電極の酸化の影響を強く受けることが知られている。
【０００３】
また、この濡れの悪さが、挿入実装部品を基板に固定するスルーホールという銅電極を伴った貫通穴の中のはんだの流れ込みのし易さに大きな影響を与えることも知られている。例えば、濡れが悪くなるとスルーホールへのはんだの流れ込み量が少なくなり、はんだはスルーホールを通して基板上面まで揚がらなくなり、フローアップ率が低下することになる。このフローアップ率は、基板下面からはんだが揚がったところまでの長さを基板下面から基板上面までの長さで割った値で定義される。このように、フローアップ率が低下すると、挿入実装部品のリードを少ないはんだで固定することになるため、接続部の信頼性を低下させることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、接続部の高信頼化をはかるためにはこのフローアップ率がおおむね８０％あれば良いとされている。そのため、鉛フリーはんだ対応フローはんだ付け装置では、はんだ付けを酸素濃度がおおむね１％以下の窒素等の不活性雰囲気で行う必要があり、はんだ付け部は窒素等の不活性ガスを充満させるための不活性ガス雰囲気チャンバー内で行うことが必要となる。
【０００５】
また、鉛フリーはんだを使用して挿入実装部品のフローはんだ付けを行うと、接続部のはんだが基板の銅電極から剥がれるリフトオフという現象が起きることがわかっており、これを抑制するためにははんだ付け直後に基板を急冷する必要があるため大量の冷媒を吹き付けなくてはいけないという課題がある。また、はんだ付けを窒素等の不活性雰囲気内で行うため、この冷媒はこの不活性雰囲気と同じ流体に限定されてしまうという課題も有している。
【０００６】
また、鉛フリーはんだを使用して挿入実装部品のフローはんだ付けを行う装置において、多品種の実装基板に対応できるように、フローはんだ付け条件を頻繁に変更することも要求されてきてきる。
【０００７】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、リフトオフという現象が生じるのを著しく低減し、しかも接続部の高信頼性を確保できるようにした鉛フリーはんだを使用して実装基板（挿入実装部品）へのフローはんだ付けを行う方法およびその装置を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、リフトオフという現象が生じるのを著しく低減し、しかも接続部の高信頼性を確保でき、しかも、多品種の実装基板に対応できるようにフローはんだ付け条件を頻繁に変更可能に１枚の実装基板の生産時間をできるだけ短くした鉛フリーはんだを使用して実装基板（挿入実装部品）へのフローはんだ付けを行う装置およびその方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、リフトオフという現象が生じるのを著しく低減し、しかも接続部の高信頼性を確保でき、しかも、窒素等の不活性ガス雰囲気を形成するチャンバーを小型化した鉛フリーはんだを使用して実装基板（挿入実装部品）へのフローはんだ付けを行う装置およびその方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、実装部品を上面側から基板に実装し（例えば、実装部品のリードを上面側から基板に形成されたスルーホールに挿入し）、フラックスが塗布された実装基板を不活性ガス雰囲気のチャンバー内で鉛フリーはんだを用いてフローはんだ付けする装置において、前記実装基板を、前記チャンバーの入口から出口へと搬送する搬送手段を設け、該搬送手段で前記チャンバーの入口から搬入された前記実装基板の下面を予備加熱する予備加熱部と、該予備加熱部で予備過熱されて前記搬送手段で搬送された実装基板の下面を溶融した鉛フリーはんだ噴流との接触によっ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鉛フリーによるフローはんだ付けされた直後の前記搬送手段で搬送された実装基板の下面に、前記実装基板の搬送方向に直角な実装基板の幅方向に長手方向を有する長方形状の開口から不活性ガスの冷却風を吹き付けて冷却する吹き付けノズルと該吹き付けノズルによって実装基板の下面に吹き付けて冷却直後の不活性ガスを回収するように、前記吹き付けノズルにおける前記実装基板の搬送方向の両側に各々が長方形状の開口を形成して設けられた２つの吸気口とを有する冷却部とを前記チャンバー内に前記入口から出口に向かって並設し、前記冷却部には更に前記２つの吸気口から回収された不活性ガスを循環冷却させて前記吹き付けノズルに送り出す送風機および冷却装置を設け、更に、前記チャンバーの入口及び出口の各々の近傍には、内側の上面側及び下面側に櫛歯状の拡散防止フィンを並設したことを特徴とする鉛フリーはんだを用いたフローはんだ付け装置である。
【００１２】
また、本発明は、前記鉛フリーはんだを用いたフローはんだ付け装置における前記冷却部において、前記吹き付けノズルから前記実装基板の下面への冷却された不活性ガスの吹き付けを断続的に行うように前記吹き付けノズルに開閉するシャッターを設けて構成したことを特徴とする。また、本発明は、前記鉛フリーはんだを用いたフローはんだ付け装置における前記チャンバーの入口及び出口には、更に、前記チャンバー内に大気の流入を抑制する不活性ガスカーテンを設けたことを特徴とする。
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、実装基板の下面冷却時にチャンバー内に発生する不活性ガス雰囲気の流れや、チャンバーの入口と出口付近の大気の流れをできるだけ小規模化することができ、しかも実装基板の下面の冷却を効率よく行うことができ、リフトオフという現象が生じるのを著しく低減し、しかも接続部の高信頼性を確保できる効果が得られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る鉛フリーはんだを用いたフローはんだ付け方法およびその装置の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１８】
本発明は、図１〜図５、図８に示すように、不活性雰囲気チャンバー１内への大気吸い込みの主原因となっている基板１１の下面を冷却するときに、チャンバー１内に発生する不活性雰囲気の流れや、チャンバー１に設けられた基板１１の入口１ａと出口１ｂの付近の大気の流れをできるだけ小規模化するものである。
【００１９】
そこで、本発明に係る鉛フリーはんだを用いたフローはんだ付け装置は、挿入実装部品（図示せず）のリードを基板の上面側より挿入された実装基板１１を搬送する基板搬送コンベア２１と、該基板搬送コンベア２１で搬送される実装基板１１の上面および下面を取り囲むように、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気で構成されるチャンバー１とが設けられる。該チャンバー１の入口１ａおよび出口１ｂの各々の近傍には、上面側に櫛歯状の拡散防止フィン１ｃ、１ｄが設けられ、下面側に櫛歯状の拡散防止フィン１ｅ、１ｆが設けられている。実装基板１１の上面側には、挿入実装部品のリードが基板に挿入されている関係で、実装基板１１が通れるように上面側の拡散防止フィン１ｃ、１ｄの下端と基板搬送コンベア２１との間隙を広く形成している。下面側の拡散防止フィン１ｅ、１ｆの上端と基板搬送コンベア２１との間隙を狭く形成している。フラックス塗布工程でフラックスが塗布された実装基板１１は、基板搬送コンベア２１によって入口１ａから不活性ガス雰囲気内のチャンバー１内に搬入される。
【００２０】
ヒータ（基板予備加熱部）２は、フラックスが塗布されて搬入された実装基板１１の下面を予備加熱するもので、チャンバー１内の実装基板１１の下面側に設けられる。
【００２１】
フローはんだ付け部３は、上記ヒータ２によって予備加熱された実装基板１１の下面を鉛フリーのはんだ噴流を用いてフローはんだ付けするものであり、溶融はんだを噴出させてはんだ付け部を荒らす一次側のノズル部３ａと、溶融はんだを形成する溶融はんだ部３ｂとで構成される。即ち、フローはんだ付け部３は、溶融した鉛フリーはんだ噴流を実装基板１１の下面に接触させてフローはんだ付けを行う。
【００２２】
基板下面冷却部４は、フローはんだ付け部３でフローはんだ付けされた実装基板１１の下面にチャンバー１内の不活性ガスを吹き付けて冷却するもので、図１〜図５に示すように、チャンバー１に１つの吹き付けノズル４ａを２つの吸気口４ｂで挟み込んだもので構成され、フローはんだ付け部３に隣接して取り付けられる。このように、基板下面冷却部４における吹き付けノズル４ａ、および吸気口４ｂの開口部形状は、ともに長方形となっている。
【００２３】
この構造により、吹き付けノズル４ａから出た窒素等の不活性ガスは、実装基板１１の下面を冷却後、すぐに吹き付けノズル４ａの両隣にある吸気口４ｂから送風機４ｃによって回収され、チラー(冷却装置)４ｄ等によって冷却後、再び実装基板１１の下面の冷却に再利用されることになる。
【００２４】
ただし、実装基板１１の下面の冷却で、リフトオフを抑制するためには、冷媒が室温の窒素の場合、毎分数ｍ3程度の流量が必要であり、これを常時行うことはチャンバー１内の不活性雰囲気を安定させるのを妨げることになるため、この実装基板１１の下面の冷却は、実装基板１１がフローはんだ付け部３にてはんだ付けを行われた直後から一定時間行う断続使用とすることが望ましい。
【００２５】
また、この実装基板１１の下面冷却機構４の断続使用に伴い、送風機４ｃのスイッチをオン・オフする必要が生じることになる。しかし、これによりスイッチをオンにしてから風量が安定するまでの時間やスイッチをオフにしてから風量が０になるまでの時間も使用することになり、冷却効率が悪くなる。
【００２６】
そのため、図２に示すように、上記吹き付けノズル４ａにシャッター４ｅを設け、あらかじめ実装基板１１の下面の冷却部４に実装基板がさしかかる数秒前に、送風機４ｃのスイッチをオンにしておき、実装基板１１の前縁が冷却部４にさしかかると同時に上記シャッター４ｅを開き、実装基板１１の後縁が冷却部４を通過すると同時に上記シャッター４ｅを閉じ、送風機４ｃのスイッチをオフにする構造とするのが望ましい。
【００２７】
次に、実装基板２１の下面冷却時において、図４に示すように、実装基板１１が搬入されるチャンバー１の入口１ａや搬出される出口１ｂに大気の吸い込みを抑制する開閉弁若しくは開閉シャッター１ｇを閉じて、チャンバー１の内部を外部と遮断して密閉することにより、チャンバー１の入口１ａと搬出される出口１ｂの付近における大気の流れをできるだけ少なくして、拡散防止フィン１ｃ〜１ｆの基板搬送方向の長さを短くして不活性ガス雰囲気にするチャンバー１を小規模にすることができる。
【００２８】
図５の場合は、チャンバー１の入口１ａおよび出口１ｂに、不活性ガス発生ノズル１ｈを設けて、チャンバー１の内部を外部と遮断すべく、窒素等の不活性ガスカーテンを構成したものである。
【００２９】
また、図６に示すような基板ホルダー１０１を使用して基板１１を搬送する場合は、図７に示すように、大気の吸い込みを抑制する弁１０１ｂ等を上記基板搬送ホルダー側に設け、基板搬送ホルダー１０１内の実装基板１１がはんだ付けされる際、他のホルダー１０１の内、２個のホルダー１０１がそれぞれチャンバー１の入口１ａおよび出口１ｂに設けられたステーション２２にて待機するか、あるいは１個のホルダー１０１がチャンバー１の入口１ａあるいは出口１ｂに設けられたステーション２２にて待機することにより、不活性ガス雰囲気のチャンバー１の内部を外部から遮断することが可能となる。
【００３０】
図８は、基板搬送ホルダー１０１内の実装基板１１がはんだ付け部３ではんだ付けされる際、２個の基板搬送ホルダー１０１がそれぞれチャンバー１の入口１ａおよび出口１ｂに設けられたステーション２２にて待機している様子を示す。
【００３１】
しかし、以上のような方法で基板搬送ホルダー１０１がはんだ付け装置内の搬送コンベア２１上で発進、停止を繰り返す場合、基板搬送ホルダー１０１が搬送コンベアの動きの変化に追従できず、基板搬送ホルダー１０１がすべりを起こすことが考えられる。これは、搬送コンベア２１にたるみ等が発生するためであり、これにより基板搬送ホルダー１０１と搬送コンベア２１との接触が不十分となるからである。
【００３２】
また、このすべりは、ブリッジという微細はんだ付け部におきるショートを防止するために意図的にはんだ付け部３の搬送コンベア２１に登り勾配を設けている装置の場合に起きやすくなる。そこで、このすべりを防止するには、基板搬送ホルダー１０１における搬送コンベア２１との接触部分が、搬送コンベア２１のたるみ等の形状に倣う構造をもつ必要がある。
また、基板搬送ホルダー１０１を２本のチェーン型搬送コンベアを使って搬送する場合には、各コンベアのたるみ量に差異が生じ各コンベアの平行度が損なわれることもあり、このことも基板搬送ホルダー１０１と上記チェーン型搬送コンベアとの接触を不十分にする原因となる。
【００３３】
そこで、図９に示すように、基板搬送ホルダー１０１の搬送コンベア接触部１０１ａの片方を、可動式の接触部１０１ｃで構成することにより、２本の搬送コンベアの平行度が損なわれた場合でも、基板搬送ホルダー１０１と搬送コンベア２１との接触を十分に確保することが可能となる。
【００３４】
また、図１０に示す構成において、図１に示す構成と相違する点は、吸気口４ｂ’をフローはんだ付け部３の真上の実装基板１１の上面側に設け、該吸気口４ｂを送風機４ｃと接続するように構成した。なお、吹き付けノズル４ａは、図１に示すのと同様に、フローはんだ付け部３に近接して設けた。その結果、チャンバー１内の窒素等の不活性ガスは、フローはんだ付け部３の直上の吸気口４ｂ’から送風機４ｃによって回収され、チラー(冷却装置)４ｄ等によって冷却後、実装基板１１の下面の冷却に利用されることになる。なお、この構成においても、図２および図３に示すように、吸気口４ｂ’および吹き付けノズル４ａにシャッター４ｅを設けてもよい。また、図４および図５に示すように、チャンバー１の入口１ａおよび出口１ｂに開閉弁若しくは開閉シャッター１ｇおよび／または不活性ガスシャワー１ｈを設けてもよい。
【００３５】
【実施例】
［第１の実施例］
使用した基板１１ａは、厚さ１．６ｍｍ程度、層数１２、スルーホール内径０．８ｍｍ程度である。
また、この基板１１ａには、先の工程でＱＦＰ（Quad Flatpack Package）−ＬＳＩ等が接続されている。次に、フローはんだ付けされるプラスチック製コネクタ、４００ピンＰＧＡ（Pin Grid Array package）−ＬＳＩ等の端子を、基板１１ａの上面からスルーホールへと差し込み、取り付けた。
以上により、フローはんだ付けされる実装基板１１が用意され、フローはんだ付け装置の前工程であるフラックス塗布工程において実装基板１１のフローはんだ付け部にフラックスが塗布されることになる。
【００３６】
そして、使用した本発明に係るフローはんだ付け装置は、実装基板１１をホルダーを介さず直接搬送するタイプのものとし、実装基板１１は、フラックス塗布部（図示せず）、図１０に示すように、フローはんだ付け装置を構成すべくチャンバー１内に設けられた基板予備加熱部２、フローはんだ付け部３、基板下面冷却部４の順に通過するようになっている。また、チャンバー１は、基板予備加熱部２、フローはんだ付け部３、および基板下面冷却部４を包み込む構造となっている。
【００３７】
他、フローはんだ付けに関する条件は次のとおりである。
フラックス塗布方法は、スプレー式とし、基板単位面積当たりの塗布量は１５０ｃｃ／ｍ2である。
基板予備加熱は、基板予備加熱部２において、３００℃程度のシーズヒータにて約３０秒間行われた。フローはんだ付け部３において、フローはんだ付けに使用したはんだ組成は、鉛フリーであるＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ（単位：ｍａｓｓ％）、はんだ温度は２５０℃程度である。
【００３８】
基板下面冷却部４において、使用される冷却風はチャンバー内の窒素雰囲気を利用して行うこととし、冷却風は、図１０に示すように、フローはんだ付け部３の直上である実装基板１１の上面側のチャンバーに設けられた吸気口４ｂ’から吸引したチャンバー内の窒素雰囲気を送風機４ｃで送風し、チラー４ｄによって室温まで冷却したものをフローはんだ付け部３に隣接して設けられた冷却風吹き付けノズル４ａから実装基板１１に吹き付けることとした。また、この冷却は、実装基板１１が冷却部４に存在する間行われ、その流量は２ｍ3／分程度とした。
また、基板搬送コンベア２１の速度は全工程で１．２ｍ／分とした。
【００３９】
この結果、フローはんだ付けされた４００ピンＰＧＡ−ＬＳＩの接続部のリフトオフ発生率は約０．１％、プラスチック製コネクタでは約０．５％となることがわかった。
【００４０】
また、フローはんだ付け時のチャンバー内酸素濃度は、目標１００００ｐｐｍ（１％）に対して約８０００ｐｐｍで、目標をかろうじて満足する結果が得られた。その結果、濡れ性の指標である目標フローアップ率８０％に到達しない接続部が、約１０％存在した。フローアップ率は、スルーホールの長さ（ほぼ基板の板厚に相当する。）を１００％としたフローはんだの濡れ性の指標である。目標フローアップ率８０％は、スルーホールの長さの８０％がフローはんだでぬれることを意味する。そして、この濡れ性は、チャンバー内酸素濃度に関係することになる。
【００４１】
［第２の実施例］
第２の実施例において、上記第1の実施例と相違する点は、図２および図３に示す基板下面冷却部４を使用したことにある。
【００４２】
基板予備加熱は、第1の実施例と同様に、３００℃のシーズヒータにて約３０秒間行われた。また、第1の実施例と同様に、フローはんだ付けに使用したはんだ組成は、鉛フリーであるＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ（単位：ｍａｓｓ％）、はんだ温度は２５０℃である。
【００４３】
そして、図２および図３に示すように、基板下面冷却部４に使用される冷却風はチャンバー内の窒素雰囲気を利用して行うこととし、冷却風は、チャンバー１に接続された２つの吸気口４ｂから吸引した雰囲気を送風機４ｃで送風し、チラー４ｄにて室温まで冷却したものをチャンバー１に接続された冷却風吹き付けノズル４ａから実装基板１１の下面に吹き付けることとし、冷却風吹き付けノズル４ａは２つの吸気口４ｂに挟まれた構造となっている。また、この冷却は、第1の実施例と同様に、実装基板１１が冷却部４に存在する間行われ、その流量は２ｍ3／分とした。
また、基板搬送コンベア２１の速度は第1の実施例と同様にした。
その結果、フローはんだ付けされた４００ピンＰＧＡ−ＬＳＩの接続部のリフトオフ発生率は約０．１％、プラスチック製コネクタでは約０．５％となることがわかった。
【００４４】
また、２つの吸気口４ｂを冷却風吹き付けノズル４ａの両側に設けたことにより、はんだ付け時のチャンバー内酸素濃度は、目標１００００ｐｐｍ（１％）に対して約５０００ｐｐｍで、充分目標を満足させることができた。その結果、めれ性の指標である目標フローアップ率８０％に到達しない接続部を、第1の実施例に比べて、約５％と半減することができた。
【００４５】
［第３の実施例］
第３の実施例において、第２の実施例と相違する点は、図４または図５に示すように、チャンバー１の入口１ａと出口１ｂの両方に窒素カーテン１ｈまたはシャッター１ｇを取り付けたことにある。
【００４６】
基板予備加熱は、第１および第２の実施例と同様に、３００℃のシーズヒータにて約３０秒間行われた。そして、第１および第２の実施例と同様に、フローはんだ付けに使用したはんだ組成は、鉛フリーであるＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ（単位：ｍａｓｓ％）、はんだ温度は２５０℃である。
実装基板１１の下面の冷却は、第２の実施例と同様に行われた。また、基板搬送コンベア２１の速度も、第１および第２の実施例と同様にした。
その結果、フローはんだ付けされた４００ピンＰＧＡ−ＬＳＩの接続部のリフトオフ発生率は約０．１％、プラスチック製コネクタでは約０．５％となることがわかった。
【００４７】
また、はんだ付け時のチャンバー内酸素濃度は、チャンバー出口１ａと入口１ｂに設置した窒素カーテン１ｈを常時使用し、シャッター１ｇを常時開けた状態で目標１００００ｐｐｍに対して一桁低い約１０００ｐｐｍが得られ、チャンバー入口１ａと出口１ｂに設置した窒素カーテン１ｈを常時不使用とし、実装基板１１または実装基板を搭載した基板搬送ホルダー１０１がチャンバー入口１ａと出口１ｂを通過する時のみシャッター１ｇを開けると目標１００００ｐｐｍに対して約５％の低い約５００ｐｐｍが得られた。その結果、濡れ性の指標である目標フローアップ率８０％に到達しない接続部を、第２の実施例に比べて、約３％と更に低減することができた。
【００４８】
［第４の実施例］
第４の実施例において、第２の実施例と相違する点は、図８に示すように、実装基板１１を基板搬送ホルダー１０１で搬送する方式にして、チャンバー１の入口１ａおよび出口１ｂにおいて待機する基板搬送ホルダー１０１でチャンバー内に大気の入り込みを抑制するように構成することにある。
【００４９】
フローはんだ付け装置としては、実装基板１１を基板搬送ホルダー１０１で搬送する方式のものである。そして、基板装着部（図示せず）にて、実装基板１１を基板搬送ホルダー１０１に装着後、実装基板１１は基板搬送ホルダー１０１と共に搬送されてフラックス塗布部（図示せず）を経て、チャンバー１の入口１ａに到達し、次いで、チャンバー1内の基板予備加熱部２、フローはんだ付け部３、基板下面冷却部４を経てチャンバー１の出口１ｂから搬出され、再び上記基板装着部に戻るようになっている。
【００５０】
また、基板予備加熱、フローはんだ付けおよび基板下面冷却の３つの工程は、図８に示すように、一本の独立制御可能なコンベア２１上で行われ、そしてこのコンベア２１は１つのチャンバー１によって囲まれている。そして、コンベア２１の両端すなわちチャンバー入口１ａと出口１ｂには、基板搬送ホルダー１０１が停留できるステーション２２が設けられている。
これにより、まず、フローはんだ付けを行う実装基板１１を搬送しているホルダー（これをホルダーＡとする。）１０１がチャンバー１に入る前はチャンバー入口１ａと出口１ｂの２箇所のステーション２２にホルダー１０１が存在し、チャンバー１への大気の入り込みを抑制している。
【００５１】
次に、ホルダーＡがチャンバー入口１ａに近づくと、チャンバー出口１ｂにて待機していたホルダー１０１は基板装着部（図示せず）へ向けて動き出し、チャンバー入口１ａのステーション２２にて待機していたホルダー１０１は、こんどはチャンバー出口１ｂへ向けて動き出し、そこで待機する。また、ホルダーＡの後ろからは、別のホルダーがホルダーＡの追従を開始する。
【００５２】
そして、ホルダーＡがチャンバー内へ入り込み、フローはんだ付けが行われると、追従していたホルダーはチャンバー入口１ａのステーション２２にて待機する。そして、この追従していたホルダー１０１に実装基板１１が搬送されているなら、この後、チャンバー内でホルダーＡの場合と同様にフローはんだ付けが行われていく。
このため、ホルダー１０１がチャンバー１内に存在するときには、低酸素濃度を維持してはんだ付けを行うことが可能となる。
【００５３】
基板予備加熱は、第１〜第３の実施例と同様に、３００℃のシーズヒータにて行うこととし、このシーズヒータ上に実装基板１１を最短で３０秒間、最長で５０秒間の任意の時間停留させることによって行う。なお、停留時間は実装基板１１の熱容量によって決まるものであり、熱容量が大きい実装基板ほど長くなる。フローはんだ付けに使用したはんだ組成およびはんだ温度は、第１〜第３の実施例と同様である。
基板下面冷却も、第２および第３の実施例と同様に行う。
【００５４】
さらに、フローはんだ付け部３から基板下面冷却部４までの基板搬送コンベアの速度は最低で１．２ｍ／分、最高で１．６ｍ／分で任意の速度で搬送可能にした。なお、この搬送速度は実装基板１１の耐熱性によって決まるものであり、実装基板にフローはんだ付けの熱影響を受けて壊れやすい部品等があると、基板搬送速度を高くして実装基板が溶融はんだから受ける総熱量を小さくしなければならない。
【００５５】
ここで、前述した３種類の基板はんだ付け条件を表１に示す。
【００５６】
【表１】
0003895169.tif 000002
この結果、実装基板のはんだ付けにおけるサイクルタイムは約２分となり、約２分ごとに基板予備加熱条件や、基板搬送速度条件の異なる多種の基板を連続的に生産することができた。
また、それぞれの実装基板にフローはんだ付けされた４００ピンＰＧＡ−ＬＳＩの接続部のリフトオフ発生率は約０．１％、プラスチック製コネクタでは平均で約０．５％となることがわかった。
そして、はんだ付け時のチャンバー内酸素濃度を約５０００ｐｐｍ以下にして、目標フローアップ率８０％に到達しない接続部を平均で約５％に抑えることが可能であることもわかった。
【００５７】
［第５の実施例］
第５の実施例において、第４の実施例と相違する点は、図９に示すように、基板ホルダー１０１における搬送コンベアとの接触部分１０１ａの片方を、可動式の接触部１０１ｃで構成することにより、搬送コンベア２１のたるみ等の形状（搬送コンベア２１の移動に伴って生じる形状の変化）に倣う構造を採用し、基板搬送ホルダー１０１を搬送する搬送コンベア２１のたるみ等の形状の変化により基板搬送ホルダーと搬送コンベアとの接触が不十分となることによる基板搬送ホルダーのすべりを低減し、搬送不良を防止することにある。
【００５８】
実施例４の場合では、この基板搬送ホルダーにすべりが生じ、基板搬送速度が不均一となることがある。そして、これがフローはんだ付け部３にてはんだ付けが行われている最中に起きると、基板のある部分において遅い搬送速度ではんだ付けが行われてしまい、その部分にはんだから過剰な熱量が供給されることになる。
その結果、厚さ１．６ｍｍ、層数１２、スルーホール内径０．８ｍｍであり、先の工程でＱＦＰ−ＬＳＩ等が接続されている基板に、基板搬送速度設定値を１．２ｍ／分とし、はんだ温度２５０℃でフローはんだ付けをした場合、該ＱＦＰ−ＬＳＩの剥がれが０．５％程度の確率で発生した。
【００５９】
また、剥がれの生じた接続部にははんだ中のＳｎ、Ａｇと、ＱＦＰ−ＬＳＩのリードに含まれているＰｂによって構成される低融点相が偏析しており、この部分には、はんだから過剰な熱量が供給されていることがわかった。
そこで、前述の方法により改良を施した基板搬送ホルダー１０１を用いてフローはんだ付けを行った。
その結果、該ＱＦＰ−ＬＳＩの剥がれの発生確率は０．１％以下に低減した。
【００６０】
以上説明したように、本発明に係る実施の形態によれば、実装基板下面に冷却風を吹き付ける吹き付けノズル４ａと、冷却用の窒素等の不活性雰囲気をチャンバー１から吸引する吸気口４ｂとを隣接させる方法や、チャンバー１の入口１ａや出口１ｂに弁、シャッター１ｇあるいは窒素等の不活性ガスのカーテン１ｈを用いる方法、さらには、チャンバー１の入口１ａや出口１ｂから大気が入り込むのを抑制する弁１０１ｂ等を基板搬送ホルダー１０１に設け、１個の基板搬送ホルダー内の実装基板１１がフローはんだ付けされる際、他のホルダーの内、２個のホルダーがそれぞれチャンバーの入口１ａおよび出口１ｂに設けられたステーション２２にて待機するか、あるいは１個のホルダー１０１がチャンバーの入口１ａあるいは出口１ｂに設けられたステーション２２にて待機する方法により、鉛フリーはんだを使用したフローはんだ付けに適した酸素濃度約１％以下の不活性雰囲気をはんだ付け部にて実現することが可能となる。
【００６１】
また、本発明に係る実施の形態によれば、安定した窒素等の不活性雰囲気の中でのはんだ付けやリフトオフ等の対策が必要な鉛フリーはんだのフローはんだ付けに対応しながら、基板のはんだ付け条件変更を頻繁に行う場合において、装置フローはんだ付け部を取り囲む窒素等の不活性ガス雰囲気のチャンバーを上記の如く小型化することによって、実装基板が装置内に長く留まらないようにして、回路基板の多品種の生産を行うために１枚の基板生産時間をできるだけ短くすることが可能となる。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、鉛フリーはんだを使用して実装基板（挿入実装部品）へのフローはんだ付けを行う際、リフトオフという現象が生じるのを著しく低減し、しかも接続部の高信頼性を確保することができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鉛フリーはんだを使用したフローはんだ付け装置の第２の実施例である一つの吹き付け部（例えば吹き付けノズル）を２つの吸気口で挟み込んだ構造の基板下面冷却部を持つ不活性ガス雰囲気チャンバーの側面図である。
【図２】本発明に係るシャッターを設けた基板下面冷却部を示す側面図である。
【図３】図２の平面図である。
【図４】本発明に係る鉛フリーはんだを使用したフローはんだ付け装置の第３の実施例である大気の吸い込みを抑制する弁若しくはシャッターを不活性ガス雰囲気チャンバーの入口と出口に取り付けた状態を示す側面図である。
【図５】本発明に係る鉛フリーはんだを使用したフローはんだ付け装置の第３の実施例である大気の吸い込みを抑制する不活性ガスカーテンを不活性ガス雰囲気チャンバーの入口と出口に取り付けた状態を示す側面図である。
【図６】基板搬送ホルダーの概略図である。
【図７】大気の吸い込みを抑制する弁を取り付けた基板搬送ホルダーの概略図である。
【図８】本発明に係る鉛フリーはんだを使用したフローはんだ付け装置の第３の実施例である大気の吸い込みを抑制する弁を取り付けた基板搬送ホルダーが不活性ガス雰囲気チャンバーの入口と出口のステーションにて待機している様子を示した側面図である。
【図９】２本の搬送コンベアの平行度が損なわれた場合にも基板搬送ホルダーと搬送コンベアとの接触を十分に確保するために片方の搬送コンベア接触部を可動式とした基板搬送ホルダーの概略図である。
【図１０】本発明に係る鉛フリーはんだを使用したフローはんだ付け装置の第１の実施例である基板下面冷却部を持つ不活性ガス雰囲気チャンバーの側面図である。
【符号の説明】
１…不活性ガス雰囲気チャンバー、１ａ…チャンバーの入口、１ｂ…チャンバーの出口、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ…拡散防止フィン、１ｇ…弁またはシャッター、１ｈ…不活性ガスカーテン、２…基板予備加熱部、３…フローはんだ付け部、３ａ…溶融はんだ、４…基板下面冷却部、４ａ…吹き付けノズル（吹き付け部）、４ｂ…吸気口、４ｃ…送風機、４ｄ…チラー、４ｅ…シャッター、１１…実装基板、２１…基板搬送コンベア（搬送手段）、２２…ステーション、１０１…基板搬送ホルダー、１０１ａ…搬送コンベア接触部、１０１ｂ…弁、１０１ｃ…搬送コンベア可動式接触部。
【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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【図１０】
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