(57)【要約】      （修正有）【課題】昇温しにくい部品と昇温しやすい部品や熱に弱い部品が混在して搭載されたプリント基板を熱風の対流加熱とヒータの輻射加熱により加熱するリフローはんだ付け装置において、これらの部品、又は、昇温しにくい部品と熱に弱い基板面を容易に同じ温度まで加熱することが可能なリフローはんだ付け装置を提供する。【解決手段】はんだ付けする部品を搭載した基板の搬送手段、搬送手段に載置された基板を上下方向から加熱する上側パネルヒータ及び下側パネルヒータを具備し、少なくとも上側パネルヒータに多数の噴出し穴を設け、上側パネルヒータの上方にファンを設置してなるリフローはんだ付け装置において、少なくとも上側パネルヒータの幅方向を搬送方向に沿って分割し、多数の噴出し穴３ｈを有する複数の区域からなる上側パネルヒータ３ＡＺ、３ＢＺ、３ＣＺを構成し、分割された各区域毎に設定温度を変更可能としたことを特徴とする。【選択図】図２
2009200072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだ付けする部品を搭載した基板の搬送手段、前記搬送手段に載置された基板を上下方向から加熱する上側パネルヒータ及び下側パネルヒータを具備し、少なくとも前記上側パネルヒータに多数の噴出し穴を設け、前記上側パネルヒータの上方にファンを設置してなるリフローはんだ付け装置において、前記上側パネルヒータの幅方向を搬送方向に沿って分割し、多数の噴出し穴を有する複数の区域からなる上側パネルヒータを構成し、前記分割された各区域毎に設定温度を変更可能としたことを特徴とするリフローはんだ付け装置。
【請求項２】
さらに下側パネルヒータの幅方向を搬送方向に沿って分割し、複数の区域からなる下側パネルヒータを構成し、前記分割された各区域毎に設定温度を変更可能としたことを特徴とする請求項１に記載のリフローはんだ付け装置。
【請求項３】
前記下側パネルヒータに多数の噴出し穴を設け、前記下側パネルヒータの下方にファンを設置してなることを特徴とする請求項１又は２に記載のリフローはんだ付け装置。
【請求項４】
前記上側パネルヒータの複数の区域、又は前記上側パネルヒータ及び下側パネルヒータの複数の区域が、２分割又は３分割された区域であり、少なくとも一つの区域が他の区域より高い温度に設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のリフローはんだ付け装置。
【請求項５】
前記上側パネルヒータ及び下側パネルヒータは、搬送方向に３枚以上並べられ、予熱ゾーン、中間加熱ゾーン、及びリフロー加熱ゾーンが構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のリフローはんだ付け装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のリフローはんだ付け装置を使用するリフローはんだ付け方法であって、前記上側パネルヒータの複数の区域、又は前記上側パネルヒータ及び下側パネルヒータの複数の区域に分割された各区域に沿って、それぞれ、熱負荷の異なる複数の基板を同時に搬送することを特徴とするリフローはんだ付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント基板等の基板に搭載した部品とはんだを電気的に接続するために基板のはんだ付け部を加熱するリフローはんだ付け装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の各種回路が構成されている基板、例えばプリント基板に対して、各種回路を構成するための電子機器の実装を行う技術がある。実装されたチップ部品等の電子部品は、プリント基板の配線部に対してはんだ付けにより電気的に接続を行うが、このようなはんだ付けの技術として、リフローはんだ付けが通常行われている。リフローはんだ付けは、プリント基板の所定の部位に対してクリームはんだ等を塗布した後に、リフロー炉の中でプリント基板のはんだ付け部を加熱する方式のはんだ付け技術である。
【０００３】
このようなリフローはんだ付けを実施するリフローはんだ付け装置は、プリント基板を搬送するコンベアが取付けられたリフローはんだ付け装置本体に、コンベアの搬送方向に並べられた予熱ゾーン、中間加熱ゾーン、及びリフロー加熱ゾーンを有し、これらのゾーンに夫々設けられた加熱手段でプリント基板及びその上に搭載された電子部品全体を加熱するものである。加熱手段としては、熱風を吹き付けて加熱するものと、それに加えて赤外線ヒータによる加熱を併用するものとが知られている。
【０００４】
しかしながら、プリント基板内には様々な電子部品が混在して搭載されるため、上記従来のリフローはんだ付け装置における基板加熱方法では、被加熱部分の場所による熱容量差が必ず存在する。電子部品にはそれぞれ、耐熱温度と耐熱保証時間が規定されているため、一定時間内に基板内の温度ばらつきを最小にすることが求められる。しかし、昇温しにくい大型部品や熱に弱い部品が混在して搭載されたプリント基板を熱風の対流加熱又はそれとヒータの輻射加熱の併用により加熱するだけでは、基板内の温度差を所定の時間内に所定の範囲内に納めることができない場合があるという問題があった。
【０００５】
上記のような問題を解決するために、熱風を加熱源とした熱伝達加熱で実装基板全体の昇温を図ると共に、昇温しにくい被加熱部分は局所的にガスを吹き付けることによって熱伝達率を向上させて所定の温度まで加熱させ、昇温しにくい部品と熱に弱い部品を一括してリフローはんだ付けできるリフロー基板加熱方法とその装置の発明が知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１６３５２号公報
【０００６】
また、リフロー炉の少なくとも１以上の加熱ゾーンにおいて熱風と輻射熱による加熱を行うリフローはんだ付け方法であって、前記加熱ゾーンの少なくとも１の加熱ゾーンにおける前記熱風の温度を、該加熱ゾーンの目標温度よりも低温とする方法の発明が知られている（特許文献２参照）。
【特許文献２】特開平１１−５４９０３号公報
【０００７】
さらに、リフローはんだ付け方法において、はんだを塗布した回路基板の幅方向の熱負荷に対応して、前記回路基板の幅方向に複数個に分割された、異なる温度で風速が一様の熱ガスを循環させ、その循環する熱ガスを被処理物に吹き付けるようにした方法の発明が知られている（特許文献３参照）。
【特許文献３】特開平６−２２４５４５号公報
【０００８】
また、毒性のある鉛を使用しないはんだ、すなわち鉛フリーはんだの開発とそのはんだ付け技術の開発が行われているが、鉛を含む従来のはんだと同等のはんだ付け性が得られる鉛フリーはんだは、一般的にその融点が高い。例えば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の鉛フリーはんだは、その融点が概ね２１０〜２２０℃程度と、従来から使用されいるＳｎ−Ｐｂ共晶はんだの融点（約１８３℃）と比較すると大幅に高温である。
【０００９】
ところが、現在一般的に使用されているリフローはんだ付け用の電子部品の耐熱温度は約２４０℃程度であり、鉛フリーはんだの融点すなわち融解温度と比較して僅か２０〜３０℃程度の温度余裕しかない（従来は５０〜８０℃程度の温度余裕があった）。
【００１０】
しかし、このような僅かな温度余裕の中でプリント基板の各部に存在する被はんだ付け部のはんだに十分な融解熱を供給し、形状や大きさ、材質、色相、熱容量等が異なる多数の電子部品の被はんだ付け部の温度が均一になるように加熱して均一にはんだ付けを行うことは難しいという問題があった。
【００１１】
上記のような問題を解決し、電子部品の耐熱温度を考慮した僅かな温度余裕範囲内で鉛フリーはんだを均一に融解させて均一なリフローはんだ付けを行うことを目的とした発明として、板状の被はんだ付けワークに熱風を吹きつけるための熱風吹きつけノズルの吹き口面の形状と、吹きつけられた熱風を吸引し排気する流れとに特徴を有するリフローはんだ付け装置の発明が知られている（特許文献４参照）。
【特許文献４】特開２００１−１４４２７号公報
【００１２】
しかしながら、特許文献１〜４に記載された発明のように熱風を制御することにより、プリント基板に昇温しにくい部品と熱に弱い部品が搭載され、幅方向の熱負荷が異なる場合や、鉛フリーはんだを使用して、電子部品の耐熱温度を考慮した僅かな温度余裕範囲しかない場合に、ある程度均一に加熱することが可能となるものの、細かな制御が難しく、十分ではない面があった。
【００１３】
一方、熱風の対流加熱を利用しないヒータのみの加熱によるリフローはんだ付け装置においては、「炉本体内でプリント配線基板を加熱して、そのプリント配線基板に実装部品をリフローはんだ付けするリフロー装置において、上記プリント配線基板の各部を夫々加熱することができる複数の局所加熱手段を備えたことを特徴とするリフロー装置。」の発明が公知であり、「実装部品を搭載したプリント配線基板が均一に加熱されるような温度分布パターンを持たせた複数の局所加熱手段でプリント配線基板を加熱して、温度が上がりやすい実装部品と、温度が上がりにくい実装部品との温度差を小さくすることがきる。」という効果を奏することが示されている（特許文献５参照）。
【特許文献５】特開２００２−３２４９７２号公報
【００１４】
また、「プリント基板に予めはんだを供給しておいて、前記プリント基板をコンベアで炉内を搬送しながら前記はんだを加熱溶融してはんだ付けを行うリフローはんだ付け装置において、前記コンベアの搬送方向と同一方向の仕切り板で、前記炉内を前記コンベアの搬送方向と直角方向に複数個に分割し、これら分割された各々の区域毎に、前記区域の温度を測定する温度センサと前記区域を加熱するヒータとを設け、さらに前記温度センサによる温度データにもとづき前記各ヒータを制御するコントローラを備えたことを特徴とするリフローはんだ付け装置。」の発明が公知であり、「プリント基板の大きさや実装率に応じた、細かな温度調整が可能であるため、最適な条件ではんだ付けが行える。」という効果を奏することが示されている（特許文献６参照）。
【特許文献６】特開平１０−１４５０３７号公報
【００１５】
しかしながら、特許文献５及び６に記載された発明は、あくまで、ヒータの輻射加熱のみで加熱するリフローはんだ付け装置に関するものであり、プリント基板を熱風の対流加熱とヒータの輻射加熱により加熱するリフローはんだ付け装置に適用することを示唆するものではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、上記のような問題点を解決しようとするものであり、昇温しにくい部品と昇温しやすい部品や熱に弱い部品が混在して搭載されたプリント基板を熱風の対流加熱とヒータの輻射加熱により加熱するリフローはんだ付け装置において、これらの部品、又は、昇温しにくい部品と熱に弱い基板面を容易に同じ温度まで加熱することが可能なリフローはんだ付け装置を提供すること、熱負荷の異なる基板を同時に搬送して、異なる温度プロファイルを実現することができるリフローはんだ付け方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下の手段を採用する。
（１）はんだ付けする部品を搭載した基板の搬送手段、前記搬送手段に載置された基板を上下方向から加熱する上側パネルヒータ及び下側パネルヒータを具備し、少なくとも前記上側パネルヒータに多数の噴出し穴を設け、前記上側パネルヒータの上方にファンを設置してなるリフローはんだ付け装置において、前記上側パネルヒータの幅方向を、搬送方向に沿って分割し、多数の噴出し穴を有する複数の区域からなる上側パネルヒータを構成し、前記分割された各区域毎に設定温度を変更可能としたことを特徴とするリフローはんだ付け装置である。
（２）さらに下側パネルヒータの幅方向を搬送方向に沿って分割し、複数の区域からなる下側パネルヒータを構成し、前記分割された各区域毎に設定温度を変更可能としたことを特徴とする前記（１）のリフローはんだ付け装置である。
（３）前記下側パネルヒータに多数の噴出し穴を設け、前記下側パネルヒータの下方にファンを設置してなることを特徴とする前記（１）又は（２）のリフローはんだ付け装置である。
（４）前記上側パネルヒータの複数の区域、又は前記上側パネルヒータ及び下側パネルヒータの複数の区域が、２分割又は３分割された区域であり、少なくとも一つの区域が他の区域より高い温度に設定されていることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか一項のリフローはんだ付け装置である。
（５）前記上側パネルヒータ及び下側パネルヒータは、搬送方向に３枚以上並べられ、予熱ゾーン、中間加熱ゾーン、及びリフロー加熱ゾーンが構成されていることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれか一項のリフローはんだ付け装置である。
（６）前記（１）〜（５）のいずれか一項のリフローはんだ付け装置を使用するリフローはんだ付け方法であって、前記上側パネルヒータの複数の区域、又は前記上側パネルヒータ及び下側パネルヒータの複数の区域に分割された各区域に沿って、それぞれ、熱負荷の異なる複数の基板を同時に搬送することを特徴とするリフローはんだ付け方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、多数の噴出し穴を有するパネルヒータの幅方向を、搬送方向に沿って分割し、多数の噴出し穴を有する複数の区域からなるパネルヒータを構成し、分割された各区域毎に設定温度を変更可能としたから、昇温しにくい部品と昇温しやすい部品や熱に弱い部品が混在して搭載されたプリント基板を容易に同じ温度まで均一に加熱することができる。また、熱負荷の異なる基板を同時に搬送して、異なる温度プロファイルを実現することができる。さらに、融点が２１０〜２２０℃程度の鉛フリーはんだを使用する場合にも、２４０℃程度までの僅かな温度余裕の中でプリント基板の各部に存在する被はんだ付け部のはんだに十分な融解熱を供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明のリフローはんだ付け装置は、熱風と赤外線ヒータによる加熱を併用する従来のリフローはんだ付け装置と基本的な構成は同じであり、その概略図を図１に示す。
図１に示すように、はんだ付けする部品を搭載したプリント基板Ｗを加熱してはんだ付けするリフローはんだ付け装置（加熱炉）（１）と、この加熱炉（１）内において、プリント基板Ｗを搬入口から搬出口へと図の矢印方向に搬送させるピンチェーンコンベア、メッシュコンベア等の搬送手段（搬送コンベア）（２）、搬送コンベア（２）に載置されたプリント基板Ｗを上下方向から加熱する上側パネルヒータ（３）及び下側パネルヒータ（４）、並びに上側パネルヒータ（３）の上方に設置されたファン（５）を備えたものである。
ここで、プリント基板Ｗは、ガラスエポキシ等の絶縁材に銅パターン等で回路を形成した基板であり、これにクリームはんだを塗布した後、はんだ付けする部品を搭載したものである。
【００２０】
通常の場合、加熱炉（１）は、予熱ゾーン（６）、中間加熱ゾーン（７）、リフロー加熱ゾーン（本加熱ゾーン）（８）及び冷却ゾーン（９）の各ゾーンからなっている。
予熱ゾーン、中間加熱ゾーン、リフロー加熱ゾーンに分割されていなくて、１つのゾーンだけで全ての機能を持たせることもできる。
それぞれの各ゾーンについて、さらに詳しく説明する。
【００２１】
予熱ゾーン（６）には、搬送コンベア（２）の上方に、多数の噴出し穴（３ｈ）を有する赤外線加熱による上側パネルヒータ（３Ｘ）が配設され、搬送コンベア（２）の下方にも、赤外線加熱による下側パネルヒータ（４Ｘ）が配設され、予め決められた所定の温度プロファイルに基づいて温度制御しながらプリント基板Ｗを輻射加熱する。
また、上側パネルヒータ（３Ｘ）の上方における予熱ゾーン（６）の天井壁には、ファン（５）が配設され、加熱炉（１）内の雰囲気ガスである空気又は窒素ガス等を、上側パネルヒータ（３Ｘ）の多数の噴出し穴（３ｈ）を通るように、プリント基板Ｗに吹き付け、パネルヒータ（３Ｘ）、（４Ｘ）で加熱された熱風を循環させて、プリント基板Ｗを対流加熱する。その際、上側パネルヒータ（３Ｘ）とファン（５）の間に、整流板を設けて、ファン（５）から下方に送られる空気が整流板を経ることにより整流されて上側パネルヒータ（３Ｘ）に到達するようにしても良い。
さらに熱風循環を効率的に行うために、下側パネルヒータ（４Ｘ）にも多数の噴出し穴を設けることが好ましく、その場合、下側パネルヒータ（４Ｘ）の下方にファンを設置しても良い。
この予熱ゾーン（６）では、搬送物（プリント基板Ｗ）を、常温から、１３０〜１５０℃若しくは１３０〜２００℃の温度まで加熱する。
【００２２】
搬送物に熱電対を付けて温度データを取得する。取得した温度データが目的のプロファイルとなるように装置の温度を設定する。
一例として、熱風の温度を、上側パネルヒータ（３Ｘ）中間部の多数の噴出し穴（３ｈ）センターでパネル面から１〜３ｍｍの距離に配置された熱風温度センサ（１０）により検出し、予め設定された熱風の基準温度と比較し、その温度差がなくなるように、上側パネルヒータ（３Ｘ）、下側パネルヒータ（４Ｘ）のいずれか一方又は双方の電力を変化させることにより制御する。
制御の仕方は、以下に述べる中間加熱ゾーン、リフロー加熱ゾーンにおいても、同様である。
【００２３】
中間加熱ゾーン（７）には、上側パネルヒータ（３Ｙ）、下側パネルヒータ（４Ｙ）が、それぞれ、予熱ゾーン（６）の上側パネルヒータ（３Ｘ）、下側パネルヒータ（４Ｘ）に続いて搬送方向に沿って並べられ、また、上側パネルヒータ（３Ｙ）には、同様に噴出し穴（３ｈ）が設けられ、その上方にファン（５）が配設されている。
この中間加熱ゾーン（７）では、パネルヒータ（３Ｙ）、（４Ｙ）による輻射加熱とファン（５）による熱風の対流加熱により、プリント基板Ｗを、１３０〜２００℃、代表的には１５０〜１８０℃の温度に加熱する。
中間加熱ゾーンは複数設けてもよい。約１０ゾーンまで設けることができる。
【００２４】
リフロー加熱ゾーン（８）には、上側パネルヒータ（３Ｚ）、下側パネルヒータ（４Ｚ）及びファン（５）が配設され、予熱ゾーン（６）と実質同一の構成になっている。
このリフロー加熱ゾーン（８）では、予め決められた所定の温度プロファイルに基づいて温度制御しながら、パネルヒータ（３Ｚ）、（４Ｚ）による輻射加熱とファン（５）による熱風の対流加熱により、プリント基板Ｗをはんだ付けに必要な高温度に速やかに加熱し、クリームはんだを溶かして基板上に搭載した部品をはんだ付けするようになっている。
このリフロー加熱ゾーンにおいては、プリント基板Ｗを、１８３℃（鉛はんだ）、２１０〜２２０℃（鉛フリーはんだ）といったはんだの融点よりも５〜１０℃高めの温度に加熱してはんだを溶かす。
【００２５】
冷却ゾーン（９）は、そのゾーンの天井壁に冷風機（１１）が配設され、リフロー加熱ゾーン（８）ではんだ付けされたプリント基板Ｗを冷却するようになっている。
【００２６】
上記のような構成のリフローはんだ付け装置において、本発明は、多数の噴出し穴（３ｈ）を有する上側パネルヒータ（３Ｘ）、（３Ｙ）及び（３Ｚ）の幅方向を、搬送方向に沿って分割し、多数の噴出し穴（３ｈ）を有する複数の区域、例えば、図２に示すように、（３ＡＺ）、（３ＢＺ）及び（３ＣＺ）の３分割された区域からなる上側パネルヒータ（３Ｚ）を構成し、分割された各区域毎に設定温度を変更可能としたものである。さらに下側パネルヒータ（４Ｘ）、（４Ｙ）及び（４Ｚ）の幅方向を、搬送方向に沿って分割し、（３ＡＺ）、（３ＢＺ）及び（３ＣＺ）に対向する複数の区域からなる下側パネルヒータを構成し、分割された各区域毎に設定温度を変更可能としても良い。
パネルヒータの分割された各区域毎の温度は、各区域の表面センター付近に温度センサを設けて設定し、コントロールする。
【００２７】
本発明においては、多数の噴出し穴（３ｈ）を有する上側パネルヒータ（３Ｘ）、（３Ｙ）及び（３Ｚ）を分割することで均一に加熱される効果があり、それに加えて、下側パネルヒータ（４Ｘ）、（４Ｙ）及び（４Ｚ）を分割することでさらに効果が上がる。
分割する数は、２以上であれば特に限定されないが、製造のし易さや効果の飽和の点からみて、２〜４が好ましい。
例えば、上側パネルヒータ（３Ｘ）、（３Ｙ）及び（３Ｚ）を（３Ａ）、（３Ｂ）及び（３Ｃ）の区域にそれぞれ３分割した場合において、外側の区域（３ＡＸ）、（３ＡＹ）及び（３ＡＺ）、並びに、（３ＣＸ）、（３ＣＹ）及び（３ＣＺ）を通過するプリント基板Ｗに、熱容量が大きいために昇温しにくいＱＦＰ（クワッド・フラット・パッケージ）が搭載され、内側の区域（３ＢＸ）、（３ＢＹ）及び（３ＢＺ）を通過するプリント基板Ｗに、昇温しやすい小型部品が搭載されているときには、外側の区域（３Ａ）、（３Ｃ）の設定温度を高くし、内側の区域（３Ｂ）の設定温度を低くする。
【００２８】
また、上側パネルヒータ（３Ｘ）、（３Ｙ）及び（３Ｚ）を（３Ａ）及び（３Ｂ）の区域にそれぞれ２分割し、一方の区域（３ＡＸ）、（３ＡＹ）及び（３ＡＺ）の設定温度を高くして、熱負荷の大きいプリント基板Ｗ１を搬送し、同時に、他方の区域（３ＢＸ）、（３ＢＹ）及び（３ＢＺ）の設定温度を低くして、熱負荷の小さいプリント基板Ｗ２を搬送することができる。
【００２９】
本発明は、上記のように、例えば、多数の噴出し穴（３ｈ）を有する上側パネルヒータ（３Ｚ）の幅方向を、搬送方向に沿って分割し、多数の噴出し穴（３ｈ）を有する複数の区域（３ＡＺ）、（３ＢＺ）及び（３ＣＺ）からなる上側パネルヒータとしたことにより、それぞれのパネルヒータが多数の噴出し穴を有することになるから、ヒータを単に分割したものとは異なり、均一に加熱される効果が顕著に向上するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のリフローはんだ付け装置の概略図である。
【図２】本発明の分割された複数の区域からなるパネルヒータを示す概略図である。
【符号の説明】
【００３１】
１     リフローはんだ付け装置（加熱炉）
２     搬送手段（搬送コンベア）
３Ｘ   上側パネルヒータ（予熱ゾーン）
３Ｙ   上側パネルヒータ（中間加熱ゾーン）
３Ｚ   上側パネルヒータ（リフロー加熱ゾーン）
３ｈ   上側パネルヒータの多数の噴出し穴
３ＡＺ 上側パネルヒータの複数の区域の一つ（リフロー加熱ゾーン）
３ＢＺ 上側パネルヒータの複数の区域の一つ（リフロー加熱ゾーン）
３ＣＺ 上側パネルヒータの複数の区域の一つ（リフロー加熱ゾーン）
４Ｘ   下側パネルヒータ（予熱ゾーン）
４Ｙ   下側パネルヒータ（中間加熱ゾーン）
４Ｚ   下側パネルヒータ（リフロー加熱ゾーン）
５     ファン
６     予熱ゾーン
７     中間加熱ゾーン
８     リフロー加熱ゾーン
９     冷却ゾーン
１０   熱風温度センサ
１１   冷風機
【図１】
2009200072.tif 000003
【図２】
2009200072.tif 000004