説明

リフロー装置

【課題】リフロー装置において、はんだの接続不良を減少させると共に、リフロー部品の耐熱性を保護する。
【解決手段】リフロー装置は、高温液体を収容する槽体と、液体を循環させるポンプ装置と、ポンプ装置により高温液体を槽体内で噴流させる噴流口を有するノズル体と、ノズル体の噴流口に設けられ、複数の噴流孔を有する多孔板とを有する。リフロー装置は、多孔板の直上に位置する被加熱体の一面に対し、多孔板の噴流孔を介して高温液体を噴流させることにより被加熱体を加熱し、被加熱体の他面に予め設けられたはんだペーストを溶融させるので、被加熱体に気泡が付着して空気層が形成されるのを抑制することができ、被加熱体の温度を急速に上昇させることができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、リフロー装置に関し、詳しくは、プリント配線基板にリフローはんだ付けを行うリフロー装置に関する。
【背景技術】
【0002】
プリント配線基板に電子部品等のはんだ付けを行うために、リフロー装置が使用されている。リフロー装置は、予めはんだの供給された被加熱体例えばプリント配線基板をリフロー炉の中に搬送コンベヤで搬送し、被加熱体に対して熱風を吹きつけたり、赤外線を照射したりすることによって被加熱体の加熱を行うものが一般的である。
【0003】
被加熱体に供給されたはんだを溶融させて電子部品等を実装するためには、はんだの溶融温度を超える温度まで被加熱体を加熱する必要がある。しかしながら、被加熱体の加熱に伴い、実装される電子部品等もはんだの溶融温度以上の高温にさらされてしまうため、電子部品等の品質が低下してしまうおそれがある。特に近年では、環境面への配慮から、はんだの材料として従来の共晶はんだに代えて鉛フリーはんだが用いられる機会が増加している。鉛フリーはんだの融点は、共晶はんだの融点に比して高いため、鉛フリーはんだを用いた場合には被加熱体をより高温に加熱する必要がある。したがって、実装される電子部品等はさらなる高温環境下にさらされてしまうことから、弱耐熱性の部品を実装する場合は、部品の耐熱性が損なわれてしまうという問題がある。そこで、被加熱体を加熱してはんだを溶融させるリフロー工程において、実装される部品の熱的劣化を防止するように加熱を行う方法が検討されている。
【0004】
例えば下記特許文献1および特許文献2には、プリント配線基板の両面にはんだ付けを行うときに、プリント配線基板の一方の面を溶融はんだに浸漬させることによってはんだ付けを行うと共に、この浸漬時の熱を利用して、プリント配線基板の他方の面に予め供給されたはんだを溶融させることにより、他方の面のはんだ付けを行う方法が記載されている。この方法によれば、はんだ付けの浸漬工程においてリフロー工程も同時に行うことができるので、はんだ付けの行程が省略され、リフロー部品が加熱される回数を減らすことができる。したがって、リフロー部品が熱により劣化する危険性を低下させることができる。
【0005】
【特許文献1】特開昭62−155591号公報
【0006】
【特許文献2】特開平4−167496号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、特許文献1および特許文献2に記載のようにプリント配線基板を溶融はんだに浸漬させると、プリント配線基板の表面に気泡が発生し、プリント配線基板と溶融はんだとが直接的に接しない部分が生じる。気泡は種々の原因により発生するが、例えばプリント配線基板としてエポキシ樹脂を材料とする基板を用いた場合、この樹脂材料に含まれる有機物がはんだ付けの際の加熱により水蒸気などを含む気泡を生じさせると考えられる。
【0008】
このような気泡がプリント配線基板と溶融はんだとの間に滞留することによって空気層が形成されると、溶融はんだからの熱が空気層によって断熱されてしまう。すなわち、プリント配線基板への熱伝導が悪くなり、プリント配線基板の温度上昇が不十分になってしまう。その結果、プリント配線基板に予め設けられたはんだが未溶融となり、はんだの接続不良を起こしやすくなるという問題がある。
【0009】
一方、はんだの接続不良を防止するためには、プリント配線基板を加熱する時間を長くしてはんだを十分に溶融させることが考えられるが、加熱時間を長くすると、実装されるリフロー部品の耐熱性が損なわれてしまうという問題がある。
【0010】
しかしながら、上述した特許文献1および特許文献2に記載のものは、このような気泡の発生によって生じる問題について考慮されたものではない。そのため、浸漬時の熱を利用して、リフロー部品の耐熱性を損なうことなくリフロー工程を実際に行うことは困難であった。
【0011】
したがって、この発明の目的は、被加熱体に気泡が付着して空気層が形成されるのを抑制し、被加熱体の温度を効率的に上昇させることによって、はんだの接続不良を減少させると共に、リフロー部品の耐熱性を保護することができるリフロー装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上述した課題を解決するために、この発明は、高温液体を収容する槽体と、
高温液体を槽体内で循環させるポンプ装置と、
ポンプ装置により高温液体を噴流させる噴流口を有するノズル部と、
ノズル部の噴流口に設けられ、複数の噴流孔を有する多孔板とを有し、
多孔板の直上に位置する被加熱体の一面に対し、多孔板の噴流孔を介して高温液体を噴流させることにより被加熱体を加熱し、被加熱体の他面に予め設けられたはんだペーストを溶融させることを特徴とするリフロー装置である。
【0013】
この発明では、多孔板の直上に位置する被加熱体の一面に対して、多孔板の噴流孔を介して液体を噴流させるので、被加熱体に付着した気泡を取り除くことができる。
【0014】
この発明では、被加熱体または多孔板のいずれか一方をほぼ水平方向で反復運動させることが好ましい。被加熱体の一面に付着した気泡をより効果的に取り除くことができるからである。
【発明の効果】
【0015】
この発明によれば、被加熱体のリフロー工程において、被加熱体に気泡が付着して空気層が形成されるのを抑制することができるので、被加熱体の温度を効率よく上昇させることができる。したがって、被加熱体に予め設けられたはんだに未溶融部分が生じることを抑制し、はんだの接続不良を減少させることができると共に、被加熱体に設けられたリフロー部品の耐熱性を保護することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図1〜図3に、この発明の一実施の形態によるリフロー装置の一例を示す。図1はこの発明の一実施の形態によるリフロー装置の平面図であり、図2は図1のI−I線による断面図であり、図3は図1のII−II線による断面図である。高温液体として例えば溶融金属14を収容した槽体1には、溶融金属14を加熱する加熱部2と、溶融金属14を槽体1内で循環させるポンプ装置5と、溶融金属14を噴流させるノズル部6とが設けられる。プリント配線基板の一面にはんだペーストおよびリフロー部品15が配された被加熱体Wは、図示しない搬送装置によって搬送され、ノズル部6から噴流される溶融金属14の噴流波が吹きつけられる位置まで降下されることにより、加熱される。なお、以下では、被加熱体Wにおいてリフロー部品15の設けられた面を被リフロー面と適宜称する。また、被加熱体Wにおいて溶融金属14の噴流波が吹きつけられる面を被加熱面と適宜称する。
【0017】
溶融金属14は、例えばスズ(Sn)などを材料とする溶融はんだであり、加熱部2により高温に加熱されて液体の状態に保たれている。溶融金属14は比熱が高いため、ノズル部6から噴流して被加熱体Wと接触することにより、被加熱体Wの温度を急速に上昇させることができる。溶融金属14に用いられる材料は、被加熱体Wの被リフロー面に予め設けられるはんだの融点に応じて、適宜選択することができる。
【0018】
ポンプ装置5は、モータ部3と、モータ部3の駆動により回転するプロペラ部4とを有する。このプロペラ部4の回転により溶融金属14は加圧され、槽体1内を循環する。
【0019】
ノズル部6は、槽体1内の取付基板7と、下部開口部8と、噴流口9とを有する。取付基板7には、プロペラ部4を下部開口部8に対向させるようにしてポンプ装置5が設けられる。プロペラ部4の回転により溶融金属14が加圧されると、下部開口部8より溶融金属14がノズル部6の内部に流入して、噴流口9の方向に進行する。
【0020】
多孔板10が噴流口9を閉塞するように設けられる。多孔板10は例えばアルミニウムからなるパンチングメタルであり、多数の噴流孔11が形成されている。溶融金属14は、噴流孔11を介して噴流し、被加熱体Wの被加熱面に対して吹きつけられる。噴流孔11を介して溶融金属14を噴流させることにより、溶融金属14の噴流時の圧力を高くすることができる。
【0021】
図4に、多孔板10を拡大した平面図の一例を示す。図4に示すように、多孔板10には複数の噴流孔11が例えば千鳥状に形成されている。例えば、噴流孔11が五の目格子状に形成されている。なお、簡単のため図示を省略しているが、噴流孔11は多孔板11の全面に均一に形成することができる。このように噴流孔11を形成することにより、被加熱体Wに対して均一に溶融金属14を吹きつけることができる。また、噴流孔11は、後述するように多孔板10をほぼ水平方向で反復運動させたときに、被加熱体Wの被加熱面に対して直上となる位置が重なり合うように配置されていることが好ましい。あるいは、被加熱体Wの被加熱面において噴流孔11の直上となる位置が重なり合うように、多孔板10をほぼ水平方向で反復運動させてもよい。これにより、被加熱体Wと溶融金属14の噴流波との接触面に発生する気泡を効果的に取り除くことができる。
【0022】
図4に示す噴流孔11は均一に配置されている場合の一例であって、噴流孔11の配置については特に限定されるものではない。例えば、被加熱体Wの被リフロー面にリフロー部品15が実装される位置に対応して、噴流孔11の配置を適宜設定することも可能である。この場合、噴流孔11の配置の異なる多孔板10を適宜選択して用いることにより、被加熱体Wに対応した噴流波を形成することができる。
【0023】
また、図4に示す噴流孔11の形状は一例であって、矩形や長孔等の他の形状であってもよい。
【0024】
図1および図3に示すように、多孔板10の両端部には、先端部がそれぞれ下方向に向かって傾斜した案内板12a、12bがそれぞれ突設されている。案内板12a、12bは、噴流孔11から噴流した溶融金属14を槽体1に案内する。
【0025】
モータ部3の駆動によりプロペラ部4が回転すると、溶融金属14は循環され、ノズル部6の噴流口9に設けられた多孔板10の噴流孔11から噴流波が噴流される。すなわち、加熱部2によって加熱された溶融金属14は下部開口部8から流入し、ノズル部6内を噴流口9に向かって移動し、多孔板10の噴流孔11を介して噴流波を形成する。この噴流波は被加熱体Wの被加熱面に対して吹きつけられた後、案内板12aおよび12bに案内されて、槽体1と案内板12aおよび12bとの間の液体流入部13aおよび13bから槽体1内に流入する。
【0026】
被加熱体Wは、例えばロボットアームなどの操作装置によって保持され、図3中の矢印aおよび矢印bに示すように多孔板10の上方の位置で降下および上昇される。被加熱体Wは、降下された時に噴流孔10から噴流される溶融金属14の噴流波と接触する。これにより、被加熱体Wの温度が上昇し、被加熱体Wの被リフロー面に予め設けられたはんだが溶融されてはんだ付けを行うことができる。
【0027】
被加熱体Wの被加熱面と溶融金属14とが接触すると、被加熱体Wと溶融金属14の噴流波との接触面に気泡が発生し、被加熱体Wの温度上昇の妨げになる。そこで、この発明の一実施の形態では、被加熱体Wを多孔板10の直上の位置まで降下させて、噴流孔11から噴流される噴流波に被加熱体Wを沈めるようにして溶融金属14を吹きつける。被加熱体Wと多孔板10との距離は、例えば10mm程度とされる。このように被加熱体Wと多孔板10との距離を短くすることにより、被加熱体Wに対してある程度強い圧力で溶融金属14を吹きつけることができるため、被加熱体Wに発生した気泡を取り除くことができる。
【0028】
また、この発明の一実施の形態では、被加熱体Wを多孔板10の直上まで下降させたときに、図3中の矢印cに示すように被加熱体Wをほぼ水平方向で反復運動させる。この反復運動は、直線的な運動のみならず、円運動などを含むものである。被加熱体Wの反復運動は、被加熱体Wが多孔板10の配置領域からはみでない範囲で例えば5往復ほど繰り返される。このように被加熱体Wを反復運動させることにより、被加熱体Wに付着した気泡をより効果的に取り除くことができる。
【0029】
図5を参照して、被加熱体Wに発生した気泡が取り除かれる動作について説明する。図5Aは、被加熱体Wの被加熱面を示した拡大平面図の一例である。図5A中のd、eで示すような複数の実線の白丸は、被加熱体Wを多孔板10の直上まで下降させたときの、噴流孔11と対向する位置を示している。この白丸の部分には、噴流孔11から噴流した溶融金属14が直接的に吹きつけられるため、他の部分に比して圧力が高い部分となる。このように、被加熱体Wの被加熱面に圧力の高い部分と低い部分とを所定の間隔で混在させることにより、被加熱体Wと溶融金属14の噴流波との接触面に発生した気泡を、圧力の高い部分と低い部分とを順次移動させていくようにして取り除くことができる。すなわち、被加熱体Wと噴流波との間に気泡が発生しても、発生した気泡が被加熱体Wに付着して停滞することを防止することができる。
【0030】
さらに、図5A中の矢印cに示すように被加熱体Wをほぼ水平方向で反復運動させると、噴流孔11と対向する位置が被加熱体Wの移動に伴って変化する。例えば、被加熱体Wを図5Aに向かって右から左方向に移動させると、dで示す実線の白丸はd’で示す点線の白丸の位置に移動する。また、被加熱体Wを図5Aに向かって左から右方向に移動させると、eで示す実線の白丸はe’で示す点線の白丸の位置に移動する。すなわち、被加熱体Wの反復運動に伴い、被加熱体Wの被加熱面において圧力の高い部分と低い部分との位置関係が変化する。図5Aに示すように、実線の白丸と点線の白丸とに重なり部分を生じさせるように反復運動させることで、被加熱体Wにおいて圧力の高い部分を隙間なく形成することができる。
【0031】
図5Bに、被加熱体Wの被加熱面を示した拡大平面図の他の例を示す。図5Bに示す噴流孔11は、図5Aに示す噴流孔11とは異なる配置である。図5B中の矢印cに示すように被加熱体Wをほぼ水平方向で反復運動させると、図5Aと同様に、噴流孔11と対向する位置が被加熱体Wの移動に伴って変化する。例えば、被加熱体Wを図5Bに向かって右から左方向に移動させると、fで示す実線の白丸はf’で示す点線の白丸の位置に移動する。これにより、gで示す実線の白丸と重なり部分が生じるため、被加熱体Wにおいて圧力の高い部分を隙間なく形成することができる。
【0032】
被加熱体Wの反復運動を繰り返すことにより、被加熱体Wにおいて圧力の高い部分と低い部分との位置の変化が繰り返される。したがって、被加熱体Wに発生した気泡が停滞することなく、迅速に取り除かれる。
【0033】
被加熱体Wに発生した気泡を取り除くことにより、被加熱体Wと溶融金属14との間に気泡による空気層(断熱層)が形成されることを防止することができる。したがって、被加熱体Wの温度を効率的に上昇させることができ、被加熱体Wにおいてはんだの接続不良の発生を抑制してリフローはんだ付けを行うことができる。また、被加熱体Wの温度を急速に上昇させることができるため、加熱時間の短縮化を図ることができ、リフロー部品15を熱的に保護することができる。
【0034】
図5中の矢印cで示す被加熱体Wの移動方向は一例であって、他の方向に移動させてもよい。この場合、噴流孔11のピッチ(間隔)を考慮して、被加熱体Wを移動させたときに、被加熱体Wにおいて圧力の高い部分を隙間なく形成することができる方向を選択して移動することが好ましい。
【0035】
なお、上述のようにこの発明の一実施の形態では被加熱体Wと多孔板10との距離が短いため、被加熱体Wをほぼ水平方向で反復運動させるときに、被加熱体W上に溶融金属14が飛散し、被加熱体Wの被リフロー面に溶融金属14が被着してしまう可能性がある。そこで、図6に示すように、被加熱体Wを移動させるときに被加熱体Wを傾斜させることにより、被加熱体Wを溶融金属14の波頭面16に沿うように移動させる。すなわち、図6中の矢印で示す移動方向に向かって被加熱体Wの端部を持ち上げ、被加熱体Wを傾斜させた状態で移動させることにより、溶融金属14の飛散を防止することができる。被加熱体Wは図6Aおよび図6Bに示す状態を交互に繰り返しながら移動される。
【0036】
また、この発明の一実施の形態では、被加熱体Wに対して溶融金属14をある程度の圧力で吹きつけているため、被加熱体Wの下部で溶融金属14が停滞した状態になって温度が低下してしまうことを防止することができる。すなわち、加熱部2によって加熱された溶融金属14がポンプ装置5により循環され、被加熱体Wに対して高温の溶融金属14が常に吹きつけられる。したがって、被加熱体Wの温度を急速に上昇させることができ、被加熱体Wにおいてはんだの接続不良の発生を抑制することができる。
【0037】
以下、この発明の一実施の形態によるリフロー装置を用いて被加熱体Wにリフローはんだ付けを行う動作の流れについて説明する。
【0038】
槽体1内に収納された溶融金属14は、加熱部2によって加熱されると共に、ポンプ装置5により上向きの圧力を与えられる。この溶融金属14は、ノズル部6の下部開口部8から流入して多孔板10の噴流孔11から噴流されることにより、噴流波を形成する。噴流孔11から噴流した溶融金属14は、案内板12aおよび12bに案内されて、液体流入部13aおよび13bから槽体1内に入り、再び加熱部2によって加熱されて循環する。
【0039】
被加熱体Wは、例えば槽体1の前段に配設されたプリヒート部(図示せず)によって所定の温度までプリヒートされた後、ロボットアームなどの操作装置によって、多孔板10の上部に移送される。被加熱体Wは多孔板10に向かって下降され、噴流孔11から噴流される噴流波と被加熱体Wの被加熱面とを接触させる。
【0040】
多孔板10は、被加熱体Wと略10mm程度の間隔となる位置まで下降され、例えば3秒程度保持される。このとき、被加熱体Wはほぼ水平方向に反復運動を繰り返す。このように、多孔板10と被加熱体Wとの間隔を小さくして噴流孔11からの噴流波をある程度強い圧力で被加熱体Wに対して吹きつけ、さらに、被加熱体Wを反復運動させることによって、被加熱体Wに付着する気泡を取り除くことができる。また、噴流孔11から高温の溶融金属14が噴流されるため、被加熱体Wの被加熱面と高温の溶融金属14とを接触させた状態を保つことができる。したがって、被加熱体Wの温度が急速に上昇し、被加熱体Wの被リフロー面に予め設けられたはんだを溶融させることができる。
【0041】
噴流波と被加熱体Wとを接触させた状態で所定の時間保持して被加熱体Wを加熱した後、被加熱体Wは搬送装置によって上昇される。その後、例えば槽体1の後段に配設された冷却部(図示せず)に移送されて冷却される。
【0042】
このように、この発明によれば、溶融金属14を噴流孔11から噴流させて圧力の高低をつけて被加熱体Wと接触させることにより、被加熱体Wに付着する気泡を取り除くことができる。したがって、被加熱体Wの温度を効率的に上昇させることができるため、被加熱体Wの被リフロー面に予め設けられたはんだに未溶融部分が生じることを防止でき、はんだの接続不良を減少させることができる。また、被加熱体Wの温度上昇を急速に行うことができるため、被加熱体Wの加熱時間を短縮させることも可能になり、被加熱体Wに設けられたリフロー部品15の耐熱性が損なわれることを防止することができる。
【0043】
以上、この発明の一実施の形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の一実施の形態では、被加熱体Wに対して噴流孔11から噴流した溶融金属14を吹きつけているときに、被加熱体Wを反復運動させる構成としたが、多孔板10、あるいは被加熱体Wおよび多孔板10を反復運動させる構成としてもよい。
【0044】
また、上述の一実施の形態では、ロボットアームなどの操作装置によって被加熱体Wを多孔板10の上方の位置で降下および上昇させる構成としたが、例えばチェーンコンベヤなどの搬送装置を用い、チェーンコンベヤから突出された搬送ピンにより被加熱体Wを保持して多孔板10の上方に搬送する構成としてもよい。この場合、例えばチェーンコンベヤにスロープを設けることにより、多孔板10の噴流孔11から噴流される噴流波に対して被加熱体Wの被加熱面を接近させることができる。
【0045】
また、上述の一実施の形態では、高温液体として溶融金属14を用いる構成としたが、高温液体の材料としては被加熱被加熱体Wを急速に加熱することができる比熱の高い液体であれば特に限定されるものではなく、例えばオイルを用いる構成としてもよい。また、例えば、ノズル部6を複数備える構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0046】
【図1】この発明の一実施の形態によるリフロー装置の一例を示す平面図である。
【図2】図1に示すリフロー装置のI−I線に沿った断面図である。
【図3】図1に示すリフロー装置のII−II線に沿った断面図である。
【図4】この発明の一実施の形態によるリフロー装置の多孔板の一例を示す拡大平面図である。
【図5】この発明の一実施の形態において、被加熱体表面の圧力の高低について説明するための模式図である。
【図6】この発明の一実施の形態において、被加熱体を移動させるときの一例を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【0047】
W 被加熱体
1 槽体
2 加熱部
3 モータ部
4 プロペラ部
5 ポンプ装置
6 ノズル部
7 取付基板
8 下部開口部
9 噴流口
10 多孔板
11 噴流孔
12a、12b 案内板
13a、13b 液体流入部
14 溶融金属
15 リフロー部品
16 波頭面

【特許請求の範囲】
【請求項1】
高温液体を収容する槽体と、
上記高温液体を循環させるポンプ装置と、
上記ポンプ装置により上記高温液体を上記槽体内で噴流させる噴流口を有するノズル部と、
上記ノズル部の上記噴流口に設けられ、複数の噴流孔を有する多孔板とを有し、
上記多孔板の直上に位置する被加熱体の一面に対し、上記多孔板の上記噴流孔を介して上記高温液体を噴流させることにより上記被加熱体を加熱し、該被加熱体の他面に予め設けられたはんだペーストを溶融させることを特徴とするリフロー装置。
【請求項2】
上記被加熱体または上記多孔板のいずれか一方をほぼ水平方向で反復運動させることを特徴とする請求項1記載のリフロー装置。
【請求項3】
上記高温液体が溶融はんだであることを特徴とする請求項1記載のリフロー装置。
【請求項4】
上記被加熱体または上記多孔板のいずれか一方を反復運動させるときに、該被加熱体または該多孔板の移動方向に向かって該被加熱体を傾斜させることを特徴とする請求項2記載のリフロー装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2009−32944(P2009−32944A)
【公開日】平成21年2月12日(2009.2.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−196030(P2007−196030)
【出願日】平成19年7月27日(2007.7.27)
【出願人】(390005223)株式会社タムラ製作所 (526)
【出願人】(596126867)株式会社タムラエフエーシステム (46)
【Fターム(参考)】