リフロー装置
【課題】局部的に加熱および冷却を行い、基板表面の温度分布の不均一性を低減する構造を追加することで、タクトタイムを増加させることなく、温度分布の不均一性を低減できるリフロー装置。
【解決手段】プリント配線板を搬送しながら加熱する複数の加熱ゾーンを持ったリフロー装置であって、少なくとも、前記プリント配線板を搬送するコンベアと、前記プリント配線板の一部分を局部的に加熱する局部加熱ユニットであって、前記加熱ゾーンごとに設けた複数の局部加熱ユニットと、前記プリント配線板が通過したことを検知する被加熱物通過検知センサと、を備えており、前記局部加熱ユニットは、前記プリント配線板への接触および非接触が制御可能に個々に駆動でき、且つ、個々に温度制御が可能であることを特徴とするリフロー装置。
【解決手段】プリント配線板を搬送しながら加熱する複数の加熱ゾーンを持ったリフロー装置であって、少なくとも、前記プリント配線板を搬送するコンベアと、前記プリント配線板の一部分を局部的に加熱する局部加熱ユニットであって、前記加熱ゾーンごとに設けた複数の局部加熱ユニットと、前記プリント配線板が通過したことを検知する被加熱物通過検知センサと、を備えており、前記局部加熱ユニットは、前記プリント配線板への接触および非接触が制御可能に個々に駆動でき、且つ、個々に温度制御が可能であることを特徴とするリフロー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント配線板（以降、基板と略す）への電子部品実装に使用されるリフロー装置に関する。更には、基板をリフロー装置で加熱するにあたり、基板面内の温度分布の不均一性を低減する機構を持ったリフロー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コストの削減を目的としての多面付けや大型の製品の登場から、基板の製造プロセスで使用される基板サイズは大型化している。
【０００３】
従来のリフロー装置は、複数のエリアに分かれた加熱ゾーンを持った構造をしており、各ゾーンはそれぞれ設定された温度で加熱されている。被加熱物である基板は、任意の温度プロファイル（基板が経験する温度と時間）で加熱される。複数のエリアに分かれた加熱ゾーンは異なった温度に設定される場合があるため、その場合は隣り合ったゾーンの境目を基板が通過する際に、各加熱ゾーン間の温度の差から、基板の加熱は、加熱ゾーン内の雰囲気による加熱に加え、基板の温度の高いゾーン側から温度の低い加熱ゾーン側への伝熱によって行なわれる。そのため、基板の搬送方向に対して先頭と末尾の基板の温まり方に差が生じ、同一基板面内でも温度プロファイルが異なる。各加熱ゾーンのサイズに対して小さいサイズの基板ではあまり問題とならないが、２つ以上の加熱ゾーンに亘るようなサイズの大型基板では、同一基板の部分によって温度プロファイルに差が生じる。この温度プロファイルの差によって、温度の低い部分では局所的なはんだの未溶融が起こり、逆に温度の高い部分では基板の熱的ダメージが大きくなると言った問題が発生する。
【０００４】
この問題に対し、特許文献１では、基板に局部的に、加熱ゾーン内の雰囲気とは異なる温度のガスを吹き付け、ガスを吹き付けた基板の部分とその周辺の温度を調整する機構を備えている。しかし、温度が異なるガスを基板に吹き付けると加熱ゾーン内の雰囲気の温度が変化してしまい、設定の温度に戻るまでは次の基板を流すことが出来ず、タクトタイムが大幅に増加する、と言う問題が残る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特願２００１−５６７０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、局部的に加熱および冷却を行い、基板表面の温度分布の不均一性を低減する構造を追加することで、タクトタイムを増加させることなく、温度分布の不均一性を低減できるリフロー装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための手段として、本発明の請求項１は、プリント配線板を搬送しながら加熱する複数の加熱ゾーンを持ったリフロー装置であって、
少なくとも、前記プリント配線板を搬送するコンベアと、前記プリント配線板の一部分を局部的に加熱する局部加熱ユニットであって、前記加熱ゾーンごとに設けた複数の局部加熱ユニットと、前記プリント配線板が通過したことを検知する被加熱物通過検知センサと、を備えており、
前記局部加熱ユニットは、前記プリント配線板への接触および非接触が制御可能に個々に
駆動でき、且つ、個々に温度制御が可能であることを特徴とするリフロー装置である。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、局部加熱ユニットのプリント配線板への接触および非接触の制御が、被加熱物通過検知センサからの信号に従って行われることを特徴とする請求項１に記載のリフロー装置である。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、局部加熱ユニットが棒状体であって、棒状体の断面で被加熱物に接触することを特徴とする請求項１または２に記載のリフロー装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によるリフロー装置は、温度補償する構造を追加することで、タクトタイムを大幅に増加させることなく、平面基板面内の温度リフロープロファイルムラを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来のリフロー装置の基本構成の一例を示す概略図
【図２】本発明のリフロー装置の基本構成の一例を示す概略図
【図３】本発明の棒状局部加熱ユニットが動作し、被加熱物と接触している一例を示す概略図
【図４】本発明の棒状局部加熱ユニットの断面の一例を示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜４は本発明の一形態に係り、図１は従来のリフロー装置の基本構成の一例を示す概略図、図２は本発明のリフロー装置の基本構成の一例を示す概略図、図３は本発明のリフロー装置が動作している一例であり、本発明の棒状局部加熱ユニットが動作し、被加熱物と接触している一例を示す概略図である。図４は本発明の棒状局部加熱ユニットの断面の一例を示す概略図である。
【００１３】
図１は、従来のリフロー装置の一例を示すものである。図１において、１はヒーター、２は冷却ファン、３は基板搬送用コンベア、４は小型基板である。図２は本発明におけるリフロー装置の一例を示すものであり、５は局部加熱ユニット、６は被加熱物通過検知センサである。図３は本発明の局部加熱ユニット５が大型基板７を加熱している一例を示したものである。
【００１４】
図４は、本発明の棒状局部加熱ユニット５の一例であり、被加熱物と接触する面を見たものである。本発明の局部加熱ユニット５は、複数の棒状のものから構成され、この棒状ものが基板に接触することで基板温度を調整する。局部加熱ユニット５は、リフロー装置のヒーター１からの気流を妨げない構造となっていることが必要であり、局部加熱ユニットの形態は、これに限らず、例えばヒーター１からの気流が流れ込むための格子状開口を持った形状でも良い。
【００１５】
以上のように構成されたリフロー装置の動作について、以下にその動作について説明する。
半導体素子が実装された基板４は、図２の入口（図１に示した入口と同じ位置にある。）より基板搬送用コンベア３によって、リフロー装置内を搬送される。ヒーター１により小型基板４は上下から加熱され、任意の温度プロファイルによりフラックスの活性、金属表面の酸化膜除去、はんだ金属の溶融による半導体素子と基板のはんだ金属を介した接合、冷却の後に継手部の形成を行なう。
【００１６】
本発明の実施形態の１つとして、図３の入口から基板搬送用コンベア３によってリフロ
ー装置内を搬送された大型基板７が、被加熱物通過検知センサ６の下を通過すると、搬送速度に応じて局部加熱ユニット５が上昇し大型基板７と接触、局部加熱もしくは冷却を行なうことができる。この局部加熱ユニット５は、１つ１つの温度設定をすることができるようになっている。リフロー装置で処理する基板４のサイズやその他の仕様の違いによって処理される基板４の温度プロファイルの不均一性を小さくするように、局部加熱ユニット５の個々の温度設定を行う。
【００１７】
具体的な温度条件としては、フラックスの活性化を行うプリヒートを行う加熱ゾーンは１５０℃〜１７０℃、３０秒間〜１２０秒間の加熱処理を行う。その次のはんだ付けを行う加熱ゾーンは、２５０℃〜２５５℃、１０秒間〜２０秒間の加熱処理を行う。
【００１８】
この時に、処理する基板サイズがはんだ付けを行う加熱ゾーンより長いために、前段のプリヒートを行う加熱ゾーンにはみ出してしまう場合は、そのはみ出した基板４の部分は温度が低くなってしまうため、局部加熱ユニット５を基板４に接触させて加熱する。また、はみ出していない場合にも、１つの加熱ゾーンの中で基板４の温度に不均一性がある場合は、設定温度に近づけるために、同様に、局部加熱ユニット５を基板４に接触させて、加熱または冷却を行う。
この様にすることで、１つの基板の各部の温度プロファイルの不均一性が従来より低減された。その結果、フラックスの活性化が不十分なために発生するはんだ付け不良や局所的なはんだの未溶融の発生の低減を、タクトタイムを変えずに達成することが可能となった。
【００１９】
この局部加熱ユニット５の配置は、大型基板７の下側に限られず、上側もしくは上下の両方に設置しても良いし、上下方向とは垂直方向の、側方の片側または両側に設置しても良い。
【００２０】
また、本発明の局部加熱ユニット５の実施形態として、局部加熱ユニット５の内部に温度調整用の機構が内蔵されているのであるが、その温度調整用の機構の一例として電熱線を使用することができる。また温度調整用の機構の一例として、局部加熱ユニット５の内部に液体循環用導管を有しており、この中を液体が循環することで、局部加熱ユニット５の温度を調整することができる。また、この導管を循環する物質は、液体に限らず気体であっても良い。また温度調整用の機構の一例として、ヒートパイプを使用することができる。また温度調整用の機構の一例として、ペルチェ素子を使用することができる。
【符号の説明】
【００２１】
１ ヒーター
２ 冷却ファン
３ 基板搬送用コンベア
４ 小型基板
５ 局部加熱ユニット
６ 被加熱物通過検知センサ
７ 大型基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント配線板（以降、基板と略す）への電子部品実装に使用されるリフロー装置に関する。更には、基板をリフロー装置で加熱するにあたり、基板面内の温度分布の不均一性を低減する機構を持ったリフロー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コストの削減を目的としての多面付けや大型の製品の登場から、基板の製造プロセスで使用される基板サイズは大型化している。
【０００３】
従来のリフロー装置は、複数のエリアに分かれた加熱ゾーンを持った構造をしており、各ゾーンはそれぞれ設定された温度で加熱されている。被加熱物である基板は、任意の温度プロファイル（基板が経験する温度と時間）で加熱される。複数のエリアに分かれた加熱ゾーンは異なった温度に設定される場合があるため、その場合は隣り合ったゾーンの境目を基板が通過する際に、各加熱ゾーン間の温度の差から、基板の加熱は、加熱ゾーン内の雰囲気による加熱に加え、基板の温度の高いゾーン側から温度の低い加熱ゾーン側への伝熱によって行なわれる。そのため、基板の搬送方向に対して先頭と末尾の基板の温まり方に差が生じ、同一基板面内でも温度プロファイルが異なる。各加熱ゾーンのサイズに対して小さいサイズの基板ではあまり問題とならないが、２つ以上の加熱ゾーンに亘るようなサイズの大型基板では、同一基板の部分によって温度プロファイルに差が生じる。この温度プロファイルの差によって、温度の低い部分では局所的なはんだの未溶融が起こり、逆に温度の高い部分では基板の熱的ダメージが大きくなると言った問題が発生する。
【０００４】
この問題に対し、特許文献１では、基板に局部的に、加熱ゾーン内の雰囲気とは異なる温度のガスを吹き付け、ガスを吹き付けた基板の部分とその周辺の温度を調整する機構を備えている。しかし、温度が異なるガスを基板に吹き付けると加熱ゾーン内の雰囲気の温度が変化してしまい、設定の温度に戻るまでは次の基板を流すことが出来ず、タクトタイムが大幅に増加する、と言う問題が残る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特願２００１−５６７０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、局部的に加熱および冷却を行い、基板表面の温度分布の不均一性を低減する構造を追加することで、タクトタイムを増加させることなく、温度分布の不均一性を低減できるリフロー装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための手段として、本発明の請求項１は、プリント配線板を搬送しながら加熱する複数の加熱ゾーンを持ったリフロー装置であって、
少なくとも、前記プリント配線板を搬送するコンベアと、前記プリント配線板の一部分を局部的に加熱する局部加熱ユニットであって、前記加熱ゾーンごとに設けた複数の局部加熱ユニットと、前記プリント配線板が通過したことを検知する被加熱物通過検知センサと、を備えており、
前記局部加熱ユニットは、前記プリント配線板への接触および非接触が制御可能に個々に
駆動でき、且つ、個々に温度制御が可能であることを特徴とするリフロー装置である。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、局部加熱ユニットのプリント配線板への接触および非接触の制御が、被加熱物通過検知センサからの信号に従って行われることを特徴とする請求項１に記載のリフロー装置である。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、局部加熱ユニットが棒状体であって、棒状体の断面で被加熱物に接触することを特徴とする請求項１または２に記載のリフロー装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によるリフロー装置は、温度補償する構造を追加することで、タクトタイムを大幅に増加させることなく、平面基板面内の温度リフロープロファイルムラを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来のリフロー装置の基本構成の一例を示す概略図
【図２】本発明のリフロー装置の基本構成の一例を示す概略図
【図３】本発明の棒状局部加熱ユニットが動作し、被加熱物と接触している一例を示す概略図
【図４】本発明の棒状局部加熱ユニットの断面の一例を示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜４は本発明の一形態に係り、図１は従来のリフロー装置の基本構成の一例を示す概略図、図２は本発明のリフロー装置の基本構成の一例を示す概略図、図３は本発明のリフロー装置が動作している一例であり、本発明の棒状局部加熱ユニットが動作し、被加熱物と接触している一例を示す概略図である。図４は本発明の棒状局部加熱ユニットの断面の一例を示す概略図である。
【００１３】
図１は、従来のリフロー装置の一例を示すものである。図１において、１はヒーター、２は冷却ファン、３は基板搬送用コンベア、４は小型基板である。図２は本発明におけるリフロー装置の一例を示すものであり、５は局部加熱ユニット、６は被加熱物通過検知センサである。図３は本発明の局部加熱ユニット５が大型基板７を加熱している一例を示したものである。
【００１４】
図４は、本発明の棒状局部加熱ユニット５の一例であり、被加熱物と接触する面を見たものである。本発明の局部加熱ユニット５は、複数の棒状のものから構成され、この棒状ものが基板に接触することで基板温度を調整する。局部加熱ユニット５は、リフロー装置のヒーター１からの気流を妨げない構造となっていることが必要であり、局部加熱ユニットの形態は、これに限らず、例えばヒーター１からの気流が流れ込むための格子状開口を持った形状でも良い。
【００１５】
以上のように構成されたリフロー装置の動作について、以下にその動作について説明する。
半導体素子が実装された基板４は、図２の入口（図１に示した入口と同じ位置にある。）より基板搬送用コンベア３によって、リフロー装置内を搬送される。ヒーター１により小型基板４は上下から加熱され、任意の温度プロファイルによりフラックスの活性、金属表面の酸化膜除去、はんだ金属の溶融による半導体素子と基板のはんだ金属を介した接合、冷却の後に継手部の形成を行なう。
【００１６】
本発明の実施形態の１つとして、図３の入口から基板搬送用コンベア３によってリフロ
ー装置内を搬送された大型基板７が、被加熱物通過検知センサ６の下を通過すると、搬送速度に応じて局部加熱ユニット５が上昇し大型基板７と接触、局部加熱もしくは冷却を行なうことができる。この局部加熱ユニット５は、１つ１つの温度設定をすることができるようになっている。リフロー装置で処理する基板４のサイズやその他の仕様の違いによって処理される基板４の温度プロファイルの不均一性を小さくするように、局部加熱ユニット５の個々の温度設定を行う。
【００１７】
具体的な温度条件としては、フラックスの活性化を行うプリヒートを行う加熱ゾーンは１５０℃〜１７０℃、３０秒間〜１２０秒間の加熱処理を行う。その次のはんだ付けを行う加熱ゾーンは、２５０℃〜２５５℃、１０秒間〜２０秒間の加熱処理を行う。
【００１８】
この時に、処理する基板サイズがはんだ付けを行う加熱ゾーンより長いために、前段のプリヒートを行う加熱ゾーンにはみ出してしまう場合は、そのはみ出した基板４の部分は温度が低くなってしまうため、局部加熱ユニット５を基板４に接触させて加熱する。また、はみ出していない場合にも、１つの加熱ゾーンの中で基板４の温度に不均一性がある場合は、設定温度に近づけるために、同様に、局部加熱ユニット５を基板４に接触させて、加熱または冷却を行う。
この様にすることで、１つの基板の各部の温度プロファイルの不均一性が従来より低減された。その結果、フラックスの活性化が不十分なために発生するはんだ付け不良や局所的なはんだの未溶融の発生の低減を、タクトタイムを変えずに達成することが可能となった。
【００１９】
この局部加熱ユニット５の配置は、大型基板７の下側に限られず、上側もしくは上下の両方に設置しても良いし、上下方向とは垂直方向の、側方の片側または両側に設置しても良い。
【００２０】
また、本発明の局部加熱ユニット５の実施形態として、局部加熱ユニット５の内部に温度調整用の機構が内蔵されているのであるが、その温度調整用の機構の一例として電熱線を使用することができる。また温度調整用の機構の一例として、局部加熱ユニット５の内部に液体循環用導管を有しており、この中を液体が循環することで、局部加熱ユニット５の温度を調整することができる。また、この導管を循環する物質は、液体に限らず気体であっても良い。また温度調整用の機構の一例として、ヒートパイプを使用することができる。また温度調整用の機構の一例として、ペルチェ素子を使用することができる。
【符号の説明】
【００２１】
１ ヒーター
２ 冷却ファン
３ 基板搬送用コンベア
４ 小型基板
５ 局部加熱ユニット
６ 被加熱物通過検知センサ
７ 大型基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント配線板を搬送しながら加熱する複数の加熱ゾーンを持ったリフロー装置であって、
少なくとも、前記プリント配線板を搬送するコンベアと、前記プリント配線板の一部分を局部的に加熱する局部加熱ユニットであって、前記加熱ゾーンごとに設けた複数の局部加熱ユニットと、前記プリント配線板が通過したことを検知する被加熱物通過検知センサと、を備えており、
前記局部加熱ユニットは、前記プリント配線板への接触および非接触が制御可能に個々に駆動でき、且つ、個々に温度制御が可能であることを特徴とするリフロー装置。
【請求項２】
局部加熱ユニットのプリント配線板への接触および非接触の制御が、被加熱物通過検知センサからの信号に従って行われることを特徴とする請求項１に記載のリフロー装置。
【請求項３】
局部加熱ユニットが棒状体であって、棒状体の断面で被加熱物に接触することを特徴とする請求項１または２に記載のリフロー装置。
【請求項１】
プリント配線板を搬送しながら加熱する複数の加熱ゾーンを持ったリフロー装置であって、
少なくとも、前記プリント配線板を搬送するコンベアと、前記プリント配線板の一部分を局部的に加熱する局部加熱ユニットであって、前記加熱ゾーンごとに設けた複数の局部加熱ユニットと、前記プリント配線板が通過したことを検知する被加熱物通過検知センサと、を備えており、
前記局部加熱ユニットは、前記プリント配線板への接触および非接触が制御可能に個々に駆動でき、且つ、個々に温度制御が可能であることを特徴とするリフロー装置。
【請求項２】
局部加熱ユニットのプリント配線板への接触および非接触の制御が、被加熱物通過検知センサからの信号に従って行われることを特徴とする請求項１に記載のリフロー装置。
【請求項３】
局部加熱ユニットが棒状体であって、棒状体の断面で被加熱物に接触することを特徴とする請求項１または２に記載のリフロー装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−４７８９（Ｐ２０１３−４７８９Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３５１９７（Ｐ２０１１−１３５１９７）
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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