JP3729689B2

JP3729689B2 - Reflow method and apparatus

Info

Publication number: JP3729689B2
Application number: JP22585999A
Authority: JP
Inventors: 博之内山; 良典酒井
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-08-10
Filing date: 1999-08-10
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2019-08-10
Also published as: JP2001053434A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クリーム半田を付与して電子部品が搭載されたプリント回路基板を移動経路に沿って搬送して、その搬送中に前記クリーム半田を溶融させてプリント回路基板に前記電子部品を実装するリフロー方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化、高機能化の要求に伴なって、クリーム半田などによるリフロー半田付け技術が進歩し、プリント基板への電子部品の高密度実装化が進められている。
例えばクリーム半田を用いたリフロー半田付けは、クリーム半田をプリント回路基板に印刷する工程と、印刷したクリーム半田に電子部品を搭載する工程と、プリント回路基板を加熱し半田付けを行うリフロー工程とからなる。
【０００３】
図３は、プリント回路基板への電子部品の実装状態を示し、図４は、従来のリフロー装置を示す。
図３（ａ）に示すように、リフロー前のプリント回路基板８には、所定の電極１１上にクリーム半田１２が印刷されており、クリーム半田１２により電子部品１３の部品電極１４と電極１１とが電気的に接続されるように、電子部品１３が正確に位置決めされて搭載されている。
【０００４】
この電子部品１３が搭載されたプリント回路基板８は、図４に示すように、搬送装置６の搬送経路を矢印Ａ方向へ搬送され、炉体３に設けられた５組の加熱ユニット１９ａ〜１９ｅの内部を通過する。
加熱ユニット１９ａ〜１９ｅにはそれぞれヒータ１５が設けられており、矢印ａで示すヒータ１５で加熱された空気がノズル１８を介して矢印ｂで示すように整流されて吹き出され、その空気の一部は矢印ｃで示すように加熱ユニット１９ａ〜１９ｅの外部に流出て、矢印ｄで示すように炉体３の上部に設けられた排気口１６より排出される。残りの空気は、搬送装置６を介して各加熱ユニット１９ａ〜１９ｅと対向する位置に設けられたシロッコファン１７により炉体３の内部で循環する。
【０００５】
このようにして各加熱ユニット１９ａ〜１９ｅ内の空気をヒータ１５にて所定の温度に加熱した熱風と各ヒータ１５の輻射熱により、プリント回路基板８が均一に加熱される。
そして、クリーム半田１２の溶融点以上にプリント回路基板８が加熱されると、一旦クリーム半田１２が溶融して電極１１と部品電極１４の両者に均等に半田が分散する。
【０００６】
加熱ユニット１９ａ〜１９ｅを通過したプリント回路基板８は、冷却ファン７により冷却され、図３（ｂ）に示すように、クリーム半田１２が固化して電極１１と電子部品１３の部品電極１４とが接合される。
クリーム半田１２は、直径３０〜６０μｍ程度の半田粉末をフラックスと混合し、クリーム状にした物質である。フラックスは、リフロー時における電極１１と部品電極１４の酸化物の除去と保護を目的として配合されるものであり、主成分であるロジンを溶剤に溶融して、少量の添加物を加えて成分調整したものである。
【０００７】
詳しくは、プリント回路基板８を半田１２の溶融点以上に加熱する際に、加熱とともに電極１１や部品電極１４が激しく酸化し始める。特に電極１１は、一般的に銅で形成されているため酸化が著しい。
酸化により電極１１の表面が酸化物で被われると、溶融したクリーム半田１２が電極１１と金属間化合物を形成することができず、溶融したクリーム半田１２がはじかれて、半田付けできなくなる。
【０００８】
しかしながら、クリーム半田１２に混入されたフラックスに含有されるロジンは、１４０〜１６０℃程度に加熱されると軟化すると同時に活性化し、電極１１の表面に発生した酸化物に対して還元反応を起こして酸化物を除去し、純粋な金属表面を露出させる。さらに、軟化したロジンは電極１１を被っているため、雰囲気中の酸素と電極１１との接触が阻害され、再酸化が抑制される。
【０００９】
このようなフラックスの効果を有効にするために、一般的にリフロー半田付けにおいては、図５に示すような温度プロファイルの設定が必要となる。
図５に示すプリント回路基板８の温度プロファイルを実現するために、各加熱ユニット１９ａ〜１９ｅは、以下のように温度設定される。この例では、プリント回路基板８の投入側から３組の加熱ユニット１９ａ〜１９ｃが後述のプリヒート工程で使用され、残りの２組の加熱ユニット１９ｄ、１９ｅが本加熱に使用される。
【００１０】
加熱ユニット１９ａ〜１９ｃのうち最初の加熱ユニット１９ａは、プリヒート工程の設定温度に速やかに到達できるように、プリヒート工程で必要とされる温度より１０℃〜３０℃程度高めの温度に設定され、加熱ユニット１９ｂ、１９ｃは、プリヒート工程で必要とされる温度に設定される。
本加熱工程で使用される加熱ユニット１９ｄ，１９ｅのうち、加熱ユニット１９ｄは、リフロー工程中の最高温度である２３０℃よりも少し高めに設定され、加熱ユニット１９ｅは２３０℃程度に設定される。
【００１１】
このように構成された加熱ユニット１９ａ〜１９ｃを通過することで、プリント回路基板８はまず１６０℃程度まで加熱され、その状態で４０秒程度保持される。この時、上述した酸化物還元反応が進行して、電極１１の表面に発生した酸化物が除去される。この工程は一般的にプリヒート工程と呼ばれる。
このプリヒート工程は、上記のようなフラックスの酸化物除去効果を有効にするだけでなく、プリント回路基板８の上の温度ばらつきを少なくする効果もある。すなわち、プリント回路基板８には大小様々な電子部品１３が様々な部品間隔で搭載されており、大きな電子部品と小さな電子部品とでは熱容量に差があるため、所定の温度に上昇する時間が異なってくる。従って、プリヒート工程をある程度長くとることで、プリント回路基板８の上の温度ばらつきを小さくできる。
【００１２】
プリヒート工程に次いで、２００℃以上の本加熱を行う。ここでは、プリント回路基板８を２３０℃程度まで加熱し、クリーム半田１２を溶融して半田付けが行われる。
一般的に、クリーム半田１２で使用される半田は、錫と鉛の共晶半田がクリーム半田の半田成分として使用されており、その融点は１８３℃である。従って、プリント回路基板８は１８３℃以上に加熱すればよいが、より短時間で半田付けを行うために２３０℃程度まで加熱することが多い。
【００１３】
この時、２００℃以上に保持される時間は、２０秒以下であることが望ましい。２０秒よりも加熱すると、電子部品１３が加熱により劣化する可能性が高くなる。
なお、プリント回路基板８の温度プロファイルの調整は、上記のような各加熱ユニット１９ａ〜１９ｅの設定温度の調節だけでなく、搬送速度により行うこともでき、例えば加熱に要する時間が不足する場合には、加熱ユニット１９ａ〜１９ｅのヒータ１５の設定温度を上げる他に、プリント回路基板８の搬送速度を遅くしてもよい。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように構成されたリフロー装置では、温度プロファイルの設定に熟練を要し、最適な温度設定値を決定するのに時間がかかるという問題がある。
温度プロファイルの設定には、上述のように加熱ユニット１９ａ〜１９ｅのヒータ温度の設定と、プリント回路基板８の搬送速度を考慮する必要がある。
【００１５】
特に、プリント回路基板８の搬送速度は、どの加熱ユニット１９ａ〜１９ｅを通過する速度も全て同じであるため、加熱ユニット１９ａ〜１９ｅのヒータ設定温度を調節しながら最適な温度設定値を見つける必要がある。
また、プリント回路基板８の温度上昇は、プリント回路基板８の大きさや搭載されている部品の密度によっても変化することから、例えば、熱容量が大きく異なる電子部品が搭載されている場合には、温度のばらつきを小さくするためにプリヒート工程を長く取る必要がある。
【００１６】
プリヒート工程を長くするためには、プリント回路基板８の搬送速度を遅くするが、必然的にプリント回路基板８が本加熱工程を行う加熱ユニット１９ｄ，１９ｅを通過する時間も長くなり、熱容量の小さい電子部品には温度補償範囲を超える熱量が加わり損傷する場合がある。
このようにプリント回路基板８の温度プロファイルの設定には慎重さが求められ、時間のかかる作業となる。
【００１７】
また、上記のようなリフロー装置は、一般に大きなプリント回路基板８でもリフローができるように大型の装置が用いられることから、装置の持つ熱容量が大きくなり、稼動中の消費エネルギーが大きくなるという問題がある。
具体的には、奥行きが８００ｍｍ〜１２００ｍｍ程度、長さが２５００ｍｍ〜４０００ｍｍ程度、高さが１５００ｍｍ〜２０００ｍｍ程度と大型のリフロー装置では、炉体３の容量が大きくなるため、製造ラインにおいて常温から装置を稼動させた際に、ヒータ１５にて炉体３の内部の空気を加熱して一定温度にするには大きな熱容量が必要となり、一定温度になるまでに３０分から１時間の立ち上げ時間がかかり、生産性が低下する。
【００１８】
そのため、立ち上げ時間を短縮するために、休憩時など製造が行われていない時間でも常時ヒータ１５に通電する方法が取られているが、実際の稼働率と比較して消費される電力が大きくなる。
また、上記のような大型のリフロー装置では、装置の熱容量が大きいため、機種の切り替え時間が長くなるという問題もある。
【００１９】
すなわち、機種切り替えによって設定温度が上がる場合には、加熱方向であるので比較的短時間で温度を変更できるが、設定温度を下げる場合には、装置全体が設定温度を一定に保ちやすいよう断熱構造となっていること、また炉体３全体を冷却する機構を持っていないため、一旦温度の上がった炉体３を冷却するには自然放熱になることなどから、時間がかかることとなる。
【００２０】
本発明は、前記問題点を解決し、温度プロファイル設定の自由度が向上でき、リフロー装置のエネルギー消費量の削減が図れ、機種切り替え時間の短縮を実現できるリフロー方法および装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明のリフロー方法および装置は、プリント回路基板の搬送経路に沿って輻射加熱体とこれに作用する磁界発生手段を設けたことを特徴とする。
この本発明によると、温度プロファイル設定の自由度が向上でき、リフロー装置のエネルギー消費量の削減と、機種切り替え時間の短縮とを実現できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載のリフロー半田付け装置は、搬送経路を搬送される実装基板を半田付けするリフロー半田付け装置であって、前記搬送経路に沿って広がる板状で誘導磁界が作用して発熱する輻射発熱体と、輻射加熱体の前記実装基板と対向する面とは反対側に設けられ前記輻射発熱体に誘導磁界を供給する誘導磁界発生手段とを設け、前記輻射発熱体と前記実装基板との距離を、誘導磁界発生手段によって発生した誘導磁界が前記実装基板に到着しない距離に設定して前記輻射発熱体の輻射熱で前記実装基板をリフロー半田付けすることを特徴とする。
【００２３】
本発明の請求項２記載のリフロー半田付け方法は、搬送経路を搬送される実装基板を半田付けするに際し、前記搬送経路に沿って広がる板状で誘導磁界が作用して発熱する輻射発熱体を、輻射加熱体の前記実装基板と対向する面とは反対側に設けられた誘導磁界発生手段によって誘導加熱し、かつ前記輻射発熱体と前記実装基板との距離を、誘導磁界発生手段によって発生した誘導磁界が前記実装基板に到着しない距離に設定し、板状の前記輻射発熱体の輻射熱で実装基板をリフロー半田付けすることを特徴とする。
この構成によると、誘導加熱により輻射加熱体の温度を短時間で変更できるため、温度プロファイルの設定の自由度が上がり、プリント基板への電子部品の搭載密度にかかわらず、最適な温度設定が実現できる。
【００２６】
以下、本発明の各実施の形態を図１と図２を用いて説明する。
【００２７】
なお、上記従来例を示す図３〜図５と同様をなすものについては、同一の符号を付けて説明する。
（実施の形態１）
図１と図２は、本発明の（実施の形態１）を示す。
図１は、リフロー装置の構成を示し、図２はこれに使用する輻射加熱体と磁界発生手段の構成を示し、従来よりも温度プロファイルの設定を容易にするために、プリント回路基板８の加熱手段を上記従来例を示す図３のリフロー装置とは異なる構成とした。
【００２８】
詳しくは、図１に示すように、炉体３の内部には、クリーム半田を付与して電子部品が搭載されたプリント回路基板８を、移動経路に沿って矢印Ａ方向に一定速度で搬送する搬送装置６が設けられている。
また、炉体３の内部には、搬送装置６が一定速度で通過するよう構成された予備加熱部４ａ，４ｂと本加熱部５とが設けられており、予備加熱部４ａ，４ｂと本加熱部５との間およびその前後には空間が形成され、炉体３の上部には排気口１６が配設されている。
【００２９】
各予備加熱部４ａ，４ｂと本加熱部５の搬送装置６の搬送面の上側には、輻射加熱体としての鉄製プレート１が配置されている。
それぞれの鉄製プレート１には、図２に示すように、磁界発生手段としての複数の誘導加熱コイル２が設けられている。これらの誘導加熱コイル２は、鉄製プレート１のプリント回路基板８と対向する面とは反対側の面に設けることが好ましい。
【００３０】
鉄製プレート１に載置されたそれぞれの誘導加熱コイル２は、導線９にて制御回路ユニット１０と接続されており、電流が通電されると磁界２０が発生し、誘導磁界が作用して鉄製プレート１を昇温する。
上記予備加熱室４ａ，４ｂおよび本加熱室５において、鉄製プレート１と搬送装置６の距離は、誘導加熱コイル２により発生する磁界２０が搬送装置６まで到達しない距離に設定している。
【００３１】
搬送装置６の搬送方向の下手側には、予備加熱部４ａ，４ｂと本加熱部５とを通過したプリント回路基板８を、送風により冷却する冷却ファン７が設けられている。
以下、具体例に基づき、上記のように構成されたリフロー装置のリフロー方法を説明する。
【００３２】
リフロー装置の外形は、奥行き１０００ｍｍ、長さ２４００ｍｍ、高さ１１５０ｍｍであり、これに使用される鉄製プレート１は、縦６００ｍｍ、横６００ｍｍ、厚み１０ｍｍである。また、鉄製プレート１は、その下面と搬送装置６との距離が１００ｍｍとなるように配置した。
クリーム半田を付与して電子部品が搭載されたプリント回路基板８は、搬送装置６によって一定の速度で予備加熱部４ａ，４ｂに搬入される。
【００３３】
予備加熱部４ａ，４ｂでは、誘導加熱コイル２に一定の周波数で電流が通電されて鉄製プレート１を貫通する磁界２０が発生し、誘導加熱により鉄製プレート１が加熱される。鉄製プレート１の温度は、誘導加熱コイル２に供給する電流量と周波数とで制御する。
プリント回路基板８の表面は、誘導加熱により一定温度に保持された鉄製プレート１からの輻射加熱により昇温される。
【００３４】
プリント回路基板８の表面を１６０℃に昇温するためには、鉄製プレート１の表面温度を２５０℃になるように設定すると良好な結果が得られ、通電開始より２分程度でプリント回路基板８の表面を１６０℃に昇温できた。
このように、上記（実施の形態１）では、誘導加熱により鉄製プレート１のみを加熱しその輻射熱でプリント回路基板８を加熱するため、従来は炉内３全体の空気を加熱するために大きな熱容量が必要であったプリント回路基板８の昇温を、少ない熱容量で行えることから短時間で実現できる。
【００３５】
また、上述のようにプリント回路基板８の加熱に必要な熱容量を小さくできるため、常温から装置を稼動させてもその立ち上げ時間を短くでき、上記従来例のように立ち上げ時間を短縮する目的で製造が行なわれていない時間に通電する必要がなくなり、消費電力を削減できる。
また、上述のようにこの（実施の形態１）では、誘導加熱により鉄製プレート１のみを加熱しているため炉内３全体を冷却する必要がなく、２５０℃まで加熱された鉄製プレート１に対して通電をやめると放熱を始め、１５分で１００℃まで放熱した。
【００３６】
従って、例えば機種切替えにより鉄製プレート１の温度設定を２０℃下げる場合でも、要する時間は５分以内であり、機種切替えの時間を短縮することができた。
次いで、プリント回路基板８は本加熱部５に搬送される。
この本加熱部５においても上記と同様に、誘導加熱コイル２に一定の周波数で電流が通電されて鉄製プレート１を貫通する磁界が発生し、誘導加熱により鉄製プレート１が加熱され、一定温度に保持された鉄製プレート１から輻射加熱されて、プリント回路基板８が加熱される。
【００３７】
ここではプリント回路基板８が２３０℃程度まで加熱され、クリーム半田が溶融する。
このプリント回路基板８は、冷却ファン７の下部で搬送され冷却されて半田付けされ、炉体３の外に排出される。
なお、上記説明では予備加熱部４ａ，４ｂ、本加熱部５にそれぞれ一枚の鉄製プレート１を設けたが、本発明はこれに限定されるものではなく、各加熱部に複数の鉄製プレート１を設ける、あるいは複数に分割された形状の鉄製プレート１を設けてもよい。
【００３８】
また、上記図２では、鉄製プレート１に３つの誘導加熱コイル２を設けた例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、単数あるいは複数の誘導加熱コイル２を設けてもよい。
また、上記説明では輻射加熱体として鉄製プレート１を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、鉄以外の金属も使用できる。
【００３９】
以上のように、この（実施の形態１）によると、誘導加熱によりプリント回路基板８を加熱することで、短時間での昇温が実現でき、常温から装置を稼動させてもその立ち上げ時間を短くできる。
また、通電開始からの温度応答性が良いため、４分以上プリント回路基板８が投入されない時には通電をやめることができ、不要時の通電をやめることにより消費電力の削減を実現できる。
【００４０】
さらに、加熱された鉄製プレート１の放熱性も良いため、機種切替えにより鉄製プレートの温度設定を下げる場合でも、短時間での機種切替えが実現できる。
（実施の形態２）
リフロー装置の構成は上記（実施の形態１）と同様であるが、この（実施の形態２）では、輻射加熱体である鉄製プレート１の温度をプリント回路基板８の搬送状況に応じて制御した点で異なる。
【００４１】
以下、具体例に基づきこの（実施の形態２）を説明する。
プリント回路基板８を搬送するに際し、まず予備加熱部４ａの鉄製プレート１の表面温度が３００℃となるように、誘導加熱コイル２に通電する。そして、搬入されたプリント回路基板８の表面温度を上昇させる。
この予備加熱部４ａでは、プリント回路基板８の搬送が進行するにつれてプリント回路基板８の表面温度がプリヒート工程として適当である１６０℃を超えないように加熱コイル２への供給電流を減らして、鉄製プレート１の表面温度を下げる。
【００４２】
そして予備加熱部４ｂへと搬送されたプリント回路基板８の表面温度は、予備加熱部４ｂの鉄製プレート１によりプリヒート工程での温度が維持される。
次いで、プリント回路基板８は本加熱部５に搬入される。
本加熱部５においても、プリント回路基板８の投入直後には鉄製プレート１の表面温度を上げておき、プリント回路基板８の表面温度が一定の温度に上昇した後にはプレート１の表面温度を下げて過熱を防止する。
【００４３】
この動作は、対象となるプリント回路基板８の面積が大きい場合や搭載されている電子部品の数が多い場合のように、プリント回路基板８の熱容量が大きく、一定温度に維持されたプレート１では昇温能力が不足する場合に有効である。
また、誘導加熱コイル２に供給する電流を切りかえるタイミングについては、プリント回路基板８の位置を検出するセンサーを設けて信号処理をしても良く、搬送速度を一定にしておけば、タイマーにより一定時間後に切り替えても良い。
【００４４】
このように、鉄製プレート１の温度をプリント回路基板８の搬送状況に応じて制御することで、温度プロファイルの設定における自由度を向上させることができ、温度プロファイルを設定しにくいプリント回路基板８に対しても短時間での設定が実現できる。
また、上記説明では、各鉄製プレート１ごとに温度制御を行った例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば１枚の鉄製プレート１に設けられた誘導加熱コイル２へ供給する電流をそれぞれ個別に制御して、一枚の鉄製プレート１において複数の温度分布があるように構成してもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明のリフロー半田付け方法によると、基板搬送経路に沿って配設されている輻射加熱体に誘導磁界を作用させて発熱させ、輻射加熱体から発生する輻射熱でプリント回路基板を加熱して前記クリーム半田を溶融させてプリント回路基板に前記電子部品を実装することで、誘導加熱により輻射加熱体の温度を短時間で変更できるため、温度プロファイルの設定の自由度が上がり、プリント基板への電子部品の搭載密度にかかわらず、最適な温度設定が実現できる。
【００４６】
また、本発明のリフロー半田付け装置によると、誘導磁界が作用して発熱する輻射加熱体を前記搬送経路に沿って配設し、輻射加熱体に作用する誘導磁界を発生する磁界発生手段を設けたことで、磁界発生手段により輻射加熱体の温度を短時間に切替えられるため、不要時の通電を行う必要がなくなり、消費電力を削減できるとともに、機種の切替えも短時間で行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の（実施の形態１）におけるリフロー装置の構成を示す図
【図２】本発明の（実施の形態１）におけるリフロー装置の要部拡大図
【図３】リフロー工程前とリフロー工程後のプリント回路基板の模式図
【図４】従来の熱風加熱方式リフロー装置の構成を示す図
【図５】リフロー半田付けにおけるプリント回路基板の温度プロファイルを示す図
【符号の説明】
１鉄製プレート
２誘導加熱コイル
３炉体
４ａ，４ｂ予備加熱部
５本加熱部
６搬送装置
８プリント回路基板
９導線
１０制御回路ユニット
１１電極
１２クリーム半田
１３電子部品
１４部品電極
２０磁界[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
According to the present invention, a printed circuit board on which an electronic component is mounted by applying cream solder is transported along a moving path, and the electronic component is mounted on the printed circuit board by melting the cream solder during the transport. The present invention relates to a reflow method and apparatus.
[0002]
[Prior art]
In recent years, along with demands for miniaturization and higher functionality of electronic devices, reflow soldering technology using cream solder or the like has advanced, and high-density mounting of electronic components on a printed circuit board has been promoted.
For example, reflow soldering using cream solder includes a step of printing cream solder on a printed circuit board, a step of mounting electronic components on the printed cream solder, and a reflow step of heating and soldering the printed circuit board. Become.
[0003]
FIG. 3 shows a mounted state of electronic components on a printed circuit board, and FIG. 4 shows a conventional reflow apparatus.
As shown in FIG. 3A, cream solder 12 is printed on a predetermined electrode 11 on the printed circuit board 8 before reflow, and the component electrode 14 and the electrode 11 of the electronic component 13 are printed by the cream solder 12. The electronic component 13 is accurately positioned and mounted so that are electrically connected.
[0004]
As shown in FIG. 4, the printed circuit board 8 on which the electronic component 13 is mounted is transported in the direction of arrow A along the transport path of the transport device 6, and five sets of heating units 19 a to 19 e provided in the furnace body 3. Pass through the inside of.
Each of the heating units 19a to 19e is provided with a heater 15, and the air heated by the heater 15 indicated by an arrow a is rectified and blown through the nozzle 18 as indicated by an arrow b, and a part of the air Flows out of the heating units 19a to 19e as indicated by an arrow c, and is discharged from an exhaust port 16 provided at the top of the furnace body 3 as indicated by an arrow d. The remaining air is circulated inside the furnace body 3 by a sirocco fan 17 provided at a position facing each of the heating units 19 a to 19 e via the transport device 6.
[0005]
In this way, the printed circuit board 8 is uniformly heated by the hot air in which the air in each of the heating units 19 a to 19 e is heated to a predetermined temperature by the heater 15 and the radiant heat of each heater 15.
When the printed circuit board 8 is heated above the melting point of the cream solder 12, the cream solder 12 is once melted and the solder is evenly distributed to both the electrode 11 and the component electrode 14.
[0006]
The printed circuit board 8 that has passed through the heating units 19a to 19e is cooled by the cooling fan 7, and as shown in FIG. 3B, the cream solder 12 is solidified and the electrode 11 and the component electrode 14 of the electronic component 13 are connected. Be joined.
The cream solder 12 is a cream-like substance obtained by mixing solder powder having a diameter of about 30 to 60 μm with a flux. The flux is formulated for the purpose of removing and protecting the oxides of the electrode 11 and the component electrode 14 during reflow. The rosin, which is the main component, is melted in a solvent, and a small amount of additive is added to adjust the component. It is a thing.
[0007]
Specifically, when the printed circuit board 8 is heated to a melting point or higher of the solder 12, the electrode 11 and the component electrode 14 start to be violently oxidized with the heating. In particular, since the electrode 11 is generally made of copper, oxidation is significant.
When the surface of the electrode 11 is covered with an oxide due to oxidation, the melted cream solder 12 cannot form an intermetallic compound with the electrode 11, and the melted cream solder 12 is repelled and cannot be soldered.
[0008]
However, the rosin contained in the flux mixed in the cream solder 12 is softened and activated at the same time when heated to about 140 to 160 ° C., and causes a reduction reaction to the oxide generated on the surface of the electrode 11. The oxide is removed and a pure metal surface is exposed. Furthermore, since the softened rosin covers the electrode 11, contact between oxygen in the atmosphere and the electrode 11 is inhibited, and reoxidation is suppressed.
[0009]
In order to make the effect of such a flux effective, it is generally necessary to set a temperature profile as shown in FIG. 5 in reflow soldering.
In order to realize the temperature profile of the printed circuit board 8 shown in FIG. 5, the temperatures of the heating units 19 a to 19 e are set as follows. In this example, three sets of heating units 19a to 19c are used in the preheating process described later from the input side of the printed circuit board 8, and the remaining two sets of heating units 19d and 19e are used for the main heating.
[0010]
The first heating unit 19a among the heating units 19a to 19c is set to a temperature that is higher by about 10 ° C to 30 ° C than the temperature required in the preheating step so that the set temperature of the preheating step can be quickly reached. The units 19b and 19c are set to a temperature required in the preheating process.
Of the heating units 19d and 19e used in the main heating process, the heating unit 19d is set slightly higher than 230 ° C., which is the maximum temperature during the reflow process, and the heating unit 19e is set to about 230 ° C.
[0011]
By passing through the heating units 19a to 19c configured as described above, the printed circuit board 8 is first heated to about 160 ° C. and held in that state for about 40 seconds. At this time, the oxide reduction reaction described above proceeds and the oxide generated on the surface of the electrode 11 is removed. This process is generally called a preheating process.
This preheating process not only makes the flux oxide removal effect as described above effective, but also has an effect of reducing temperature variations on the printed circuit board 8. That is, the electronic circuit 13 of various sizes is mounted on the printed circuit board 8 at various component intervals. Since there is a difference in heat capacity between the large electronic component and the small electronic component, the time for rising to a predetermined temperature is different. Come. Therefore, the temperature variation on the printed circuit board 8 can be reduced by taking the preheating process to some extent.
[0012]
Following the preheating step, main heating at 200 ° C. or higher is performed. Here, the printed circuit board 8 is heated to about 230 ° C., the cream solder 12 is melted, and soldering is performed.
In general, the solder used in the cream solder 12 is a eutectic solder of tin and lead used as a solder component of the cream solder, and its melting point is 183 ° C. Therefore, the printed circuit board 8 may be heated to 183 ° C. or higher, but is often heated to about 230 ° C. in order to perform soldering in a shorter time.
[0013]
At this time, it is desirable that the time kept at 200 ° C. or more is 20 seconds or less. When heating is performed for more than 20 seconds, the electronic component 13 is more likely to be deteriorated by heating.
The adjustment of the temperature profile of the printed circuit board 8 can be performed not only by adjusting the set temperature of each of the heating units 19a to 19e as described above, but also by the conveyance speed. For example, when the time required for heating is insufficient In addition to increasing the set temperature of the heater 15 of the heating units 19a to 19e, the conveyance speed of the printed circuit board 8 may be decreased.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
However, the reflow apparatus configured as described above has a problem that skill is required for setting the temperature profile, and it takes time to determine the optimum temperature setting value.
In setting the temperature profile, it is necessary to consider the setting of the heater temperature of the heating units 19a to 19e and the conveyance speed of the printed circuit board 8 as described above.
[0015]
Particularly, since the conveyance speed of the printed circuit board 8 is the same for all the heating units 19a to 19e, it is necessary to find an optimum temperature setting value while adjusting the heater setting temperature of the heating units 19a to 19e. is there.
Further, since the temperature rise of the printed circuit board 8 also changes depending on the size of the printed circuit board 8 and the density of the mounted components, for example, when electronic components having greatly different heat capacities are mounted, the temperature It is necessary to take a long preheating process in order to reduce the variation of the above.
[0016]
In order to lengthen the preheating process, the transport speed of the printed circuit board 8 is slowed down, but inevitably the time for the printed circuit board 8 to pass through the heating units 19d and 19e performing the main heating process also becomes long, and the heat capacity is small. Electronic parts may be damaged by heat exceeding the temperature compensation range.
Thus, the setting of the temperature profile of the printed circuit board 8 requires carefulness and is a time-consuming operation.
[0017]
In addition, since the reflow apparatus as described above is generally a large-sized apparatus so that even a large printed circuit board 8 can be reflowed, there is a problem that the heat capacity of the apparatus increases and the energy consumption during operation increases. is there.
Specifically, in a large reflow apparatus having a depth of about 800 mm to 1200 mm, a length of about 2500 mm to 4000 mm, and a height of about 1500 mm to 2000 mm, the capacity of the furnace body 3 becomes large. When operating the heater, a large heat capacity is required to heat the air inside the furnace body 3 with the heater 15 to a constant temperature, and it takes 30 minutes to 1 hour to reach a certain temperature. , Productivity decreases.
[0018]
For this reason, in order to shorten the start-up time, a method of always energizing the heater 15 even during a time when the manufacturing is not performed such as a break is taken, but the consumed electric power is larger than the actual operation rate. Become.
In addition, the large reflow apparatus as described above has a problem that the time required for switching between models becomes long because the heat capacity of the apparatus is large.
[0019]
That is, when the set temperature rises due to model switching, the temperature can be changed in a relatively short time because it is in the heating direction, but when the set temperature is lowered, the entire device is insulated so that the set temperature can be easily kept constant. In addition, since there is no mechanism for cooling the entire furnace body 3, it takes time to cool the furnace body 3 once it has been heated, because it is natural heat dissipation.
[0020]
An object of the present invention is to provide a reflow method and apparatus capable of solving the above-described problems, improving the degree of freedom of temperature profile setting, reducing the energy consumption of the reflow apparatus, and realizing shortening of the model switching time. And
[0021]
[Means for Solving the Problems]
The reflow method and apparatus of the present invention are characterized in that a radiant heating body and a magnetic field generating means acting on the radiant heating body are provided along a printed circuit board conveyance path.
According to the present invention, the degree of freedom in setting the temperature profile can be improved, and the energy consumption of the reflow apparatus can be reduced and the time for switching between models can be reduced.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The reflow soldering apparatus according to claim 1 of the present invention is a reflow soldering apparatus for soldering a mounting substrate transported along a transport path, and an induction magnetic field acts in a plate shape extending along the transport path. A radiation heating element that generates heat, and an induction magnetic field generation means that supplies an induction magnetic field to the radiation heating element that is provided on the opposite side of the surface of the radiation heating element that faces the mounting substrate are provided, and the radiation heating element and the mounting The distance from the substrate is set to a distance at which the induction magnetic field generated by the induction magnetic field generating means does not reach the mounting substrate, and the mounting substrate is reflow soldered by radiant heat of the radiant heating element .
[0023]
In the reflow soldering method according to claim 2 of the present invention, a radiant heating element that generates heat when an induction magnetic field acts on a plate extending along the transport path when soldering a mounting board transported along the transport path is provided. Inductive heating is performed by induction magnetic field generating means provided on the opposite side of the surface facing the mounting board of the radiant heating body, and the distance between the radiant heating element and the mounting board is generated by the induction magnetic field generating means. The distance is set such that the induction magnetic field does not reach the mounting board, and the mounting board is reflow soldered with the radiant heat of the plate-like radiation heating element.
According to this configuration, since the temperature of the radiant heating element can be changed in a short time by induction heating, the degree of freedom in setting the temperature profile is increased, and the optimum temperature setting is realized regardless of the mounting density of electronic components on the printed circuit board. I can .
[0026]
Below, the respective embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0027]
In addition, what makes the same thing as FIGS. 3-5 which show the said prior art example is attached | subjected and demonstrated with the same code | symbol.
(Embodiment 1)
1 and 2 show (Embodiment 1) of the present invention.
FIG. 1 shows the configuration of a reflow apparatus, and FIG. 2 shows the configuration of a radiant heating body and magnetic field generating means used for this. In order to make it easier to set the temperature profile than before, the printed circuit board 8 is heated. The means is configured differently from the reflow apparatus shown in FIG.
[0028]
Specifically, as shown in FIG. 1, a printed circuit board 8 on which electronic components are mounted by applying cream solder is transported at a constant speed in the direction of arrow A along the movement path. A transport device 6 is provided.
Further, inside the furnace body 3, preheating units 4a and 4b and a main heating unit 5 configured to pass the conveying device 6 at a constant speed are provided, and the preheating units 4a and 4b and the main heating unit 5 are provided. A space is formed between and before and after the portion 5, and an exhaust port 16 is disposed at the top of the furnace body 3.
[0029]
An iron plate 1 serving as a radiant heater is disposed above the conveying surface of the conveying device 6 of each preheating unit 4a, 4b and main heating unit 5.
Each iron plate 1 is provided with a plurality of induction heating coils 2 as magnetic field generating means, as shown in FIG. These induction heating coils 2 are preferably provided on the surface of the iron plate 1 opposite to the surface facing the printed circuit board 8.
[0030]
Each induction heating coil 2 placed on the iron plate 1 is connected to the control circuit unit 10 by a conducting wire 9. When a current is applied, a magnetic field 20 is generated, and the induction magnetic field acts and the iron plate 1 is heated.
In the preheating chambers 4 a and 4 b and the main heating chamber 5, the distance between the iron plate 1 and the transport device 6 is set such that the magnetic field 20 generated by the induction heating coil 2 does not reach the transport device 6.
[0031]
A cooling fan 7 that cools the printed circuit board 8 that has passed through the preheating units 4 a and 4 b and the main heating unit 5 by air blowing is provided on the lower side in the conveyance direction of the conveyance device 6.
Hereinafter, based on a specific example, the reflow method of the reflow apparatus comprised as mentioned above is demonstrated.
[0032]
The outer shape of the reflow apparatus is 1000 mm in depth, 2400 mm in length, and 1150 mm in height. The iron plate 1 used for this has a length of 600 mm, a width of 600 mm, and a thickness of 10 mm. Further, the iron plate 1 was arranged such that the distance between the lower surface thereof and the transport device 6 was 100 mm.
The printed circuit board 8 to which the cream solder is applied and the electronic components are mounted is carried into the preheating units 4a and 4b by the transport device 6 at a constant speed.
[0033]
In the preheating units 4a and 4b, a current is passed through the induction heating coil 2 at a constant frequency to generate a magnetic field 20 that penetrates the iron plate 1, and the iron plate 1 is heated by induction heating. The temperature of the iron plate 1 is controlled by the amount of current supplied to the induction heating coil 2 and the frequency.
The surface of the printed circuit board 8 is heated by radiation heating from the iron plate 1 held at a constant temperature by induction heating.
[0034]
In order to raise the surface of the printed circuit board 8 to 160 ° C., good results can be obtained by setting the surface temperature of the iron plate 1 to 250 ° C., and the printed circuit board 8 can be obtained in about 2 minutes from the start of energization. The surface of the film could be heated to 160 ° C.
Thus, in the above (Embodiment 1), since only the iron plate 1 is heated by induction heating and the printed circuit board 8 is heated by the radiant heat, conventionally, a large heat capacity is required to heat the air in the entire furnace 3. Can be realized in a short time because the temperature of the printed circuit board 8 can be increased with a small heat capacity.
[0035]
In addition, since the heat capacity necessary for heating the printed circuit board 8 can be reduced as described above, the start-up time can be shortened even when the apparatus is operated from room temperature, and the start-up time can be shortened as in the conventional example. Therefore, it is not necessary to energize during the time when the manufacturing is not performed, and the power consumption can be reduced.
Further, as described above, in this (Embodiment 1), since only the iron plate 1 is heated by induction heating, it is not necessary to cool the entire furnace 3, and the iron plate 1 heated to 250 ° C. When the power supply was stopped, heat release started, and the heat was released to 100 ° C. in 15 minutes.
[0036]
Therefore, for example, even when the temperature setting of the iron plate 1 is lowered by 20 ° C. by switching the model, the time required is within 5 minutes, and the time for switching the model can be shortened.
Next, the printed circuit board 8 is conveyed to the main heating unit 5.
In the main heating unit 5, similarly to the above, a current is passed through the induction heating coil 2 at a constant frequency to generate a magnetic field penetrating the iron plate 1, and the iron plate 1 is heated by induction heating to a constant temperature. The printed circuit board 8 is heated by radiant heating from the held iron plate 1.
[0037]
Here, the printed circuit board 8 is heated to about 230 ° C., and the cream solder is melted.
The printed circuit board 8 is conveyed under the cooling fan 7, cooled, soldered, and discharged out of the furnace body 3.
In the above description, a single iron plate 1 is provided for each of the preheating units 4a and 4b and the main heating unit 5. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of iron plates 1 are provided for each heating unit. Or an iron plate 1 having a shape divided into a plurality of parts may be provided.
[0038]
Moreover, although the example which provided the three induction heating coils 2 in the iron plate 1 was shown in the said FIG. 2, this invention is not limited to this, Even if a single or several induction heating coil 2 is provided. Good.
Moreover, although the iron plate 1 was used as a radiation heating body in the said description, this invention is not limited to this, Metals other than iron can also be used.
[0039]
As described above, according to this (Embodiment 1), by heating the printed circuit board 8 by induction heating, it is possible to increase the temperature in a short time, and even if the apparatus is operated from room temperature, the startup time is Can be shortened.
Further, since the temperature responsiveness from the start of energization is good, the energization can be stopped when the printed circuit board 8 is not inserted for 4 minutes or more, and the power consumption can be reduced by stopping the energization when unnecessary.
[0040]
Furthermore, since the heat-dissipating property of the heated iron plate 1 is good, even when the temperature setting of the iron plate is lowered by model switching, the model switching in a short time can be realized.
(Embodiment 2)
The configuration of the reflow apparatus is the same as that of the above (Embodiment 1), but in this (Embodiment 2), the temperature of the iron plate 1 that is a radiant heater is controlled according to the state of conveyance of the printed circuit board 8. It is different in point.
[0041]
This (Embodiment 2) will be described below based on a specific example.
When transporting the printed circuit board 8, first, the induction heating coil 2 is energized so that the surface temperature of the iron plate 1 of the preheating unit 4a is 300 ° C. And the surface temperature of the printed circuit board 8 carried in is raised.
In the preheating unit 4a, the current supplied to the heating coil 2 is reduced so that the surface temperature of the printed circuit board 8 does not exceed 160 ° C. suitable for the preheating process as the printed circuit board 8 is transported. Lower the surface temperature of the plate 1.
[0042]
The surface temperature of the printed circuit board 8 conveyed to the preheating unit 4b is maintained at the temperature in the preheating process by the iron plate 1 of the preheating unit 4b.
Next, the printed circuit board 8 is carried into the main heating unit 5.
Also in the main heating unit 5, the surface temperature of the iron plate 1 is raised immediately after the printed circuit board 8 is put in, and the surface temperature of the plate 1 is lowered after the surface temperature of the printed circuit board 8 rises to a certain temperature. To prevent overheating.
[0043]
This operation is performed in the plate 1 in which the printed circuit board 8 has a large heat capacity and is maintained at a constant temperature as in the case where the area of the target printed circuit board 8 is large or the number of mounted electronic components is large. This is effective when the heating capability is insufficient.
Further, the timing of switching the current supplied to the induction heating coil 2 may be processed by providing a sensor for detecting the position of the printed circuit board 8, and if the conveyance speed is constant, a timer is used for a certain period of time. You may switch later.
[0044]
In this way, by controlling the temperature of the iron plate 1 according to the state of conveyance of the printed circuit board 8, the degree of freedom in setting the temperature profile can be improved, and the printed circuit board 8 is difficult to set the temperature profile. In contrast, a setting in a short time can be realized.
Moreover, although the example which performed temperature control for every iron plate 1 was shown in the said description, this invention is not limited to this, For example, the induction heating coil 2 provided in one iron plate 1 is shown. The current supplied to each may be individually controlled so that there is a plurality of temperature distributions in one iron plate 1.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the reflow soldering method of the present invention, an induction magnetic field is applied to a radiant heating element disposed along a board conveyance path to generate heat, and a printed circuit board is formed by radiant heat generated from the radiant heating element. By heating and melting the cream solder and mounting the electronic component on the printed circuit board, the temperature of the radiant heating element can be changed in a short time by induction heating, increasing the degree of freedom in setting the temperature profile and printing Regardless of the mounting density of electronic components on the board, optimal temperature settings can be achieved.
[0046]
Further, according to the reflow soldering apparatus of the present invention, the magnetic field generating means for inducing a magnetic field is arranged along the spokes morphism the transport path of the heating body you heating acts to generate an induced magnetic field acting on the radiant heater Since the temperature of the radiant heating element can be switched in a short time by the magnetic field generating means, it is not necessary to energize when not required, power consumption can be reduced, and the model can be switched in a short time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a reflow apparatus in (Embodiment 1) of the present invention. FIG. 2 is an enlarged view of a main part of the reflow apparatus in (Embodiment 1) of the present invention. Schematic diagram of the printed circuit board after the reflow process. FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a conventional hot air heating type reflow apparatus. FIG. 5 is a diagram showing a temperature profile of the printed circuit board in reflow soldering.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Iron plate 2 Induction heating coil 3 Furnace 4a, 4b Preheating part 5 Main heating part 6 Conveying device 8 Printed circuit board 9 Conductor 10 Control circuit unit 11 Electrode 12 Cream solder 13 Electronic component 14 Component electrode 20 Magnetic field

Claims

搬送経路を搬送される実装基板を半田付けするリフロー半田付け装置であって、
前記搬送経路に沿って広がる板状で誘導磁界が作用して発熱する輻射発熱体と、
輻射加熱体の前記実装基板と対向する面とは反対側に設けられ前記輻射発熱体に誘導磁界を供給する誘導磁界発生手段と
を設け、前記輻射発熱体と前記実装基板との距離を、誘導磁界発生手段によって発生した誘導磁界が前記実装基板に到着しない距離に設定して前記輻射発熱体の輻射熱で前記実装基板をリフロー半田付けする
リフロー半田付け装置。 A reflow soldering apparatus for soldering a mounting board transported along a transport path,
A radiation heating element that generates heat by the action of an induced magnetic field in a plate-like shape extending along the conveyance path;
An induction magnetic field generating means for supplying an induction magnetic field to the radiant heating element provided on the opposite side of the surface of the radiant heating element facing the mounting substrate;
And setting the distance between the radiation heating element and the mounting board to a distance at which the induction magnetic field generated by the induction magnetic field generating means does not reach the mounting board, and reflow soldering the mounting board with the radiation heat of the radiation heating element give to <br/> reflow soldering apparatus.

搬送経路を搬送される実装基板を半田付けするに際し、
前記搬送経路に沿って広がる板状で誘導磁界が作用して発熱する輻射発熱体を、
輻射加熱体の前記実装基板と対向する面とは反対側に設けられた誘導磁界発生手段によって誘導加熱し、かつ前記輻射発熱体と前記実装基板との距離を、誘導磁界発生手段によって発生した誘導磁界が前記実装基板に到着しない距離に設定し、
板状の前記輻射発熱体の輻射熱で前記実装基板をリフロー半田付けする
リフロー半田付け方法。 When soldering the mounting board that is transported along the transport path,
A radiant heating element that generates heat by the action of an induced magnetic field in the form of a plate extending along the conveyance path,
Induction heating is performed by induction magnetic field generating means provided on the opposite side of the surface of the radiant heating element facing the mounting board, and the distance between the radiant heating element and the mounting board is generated by the induction magnetic field generating means. Set the distance so that the magnetic field does not reach the mounting board,
A reflow soldering method , wherein the mounting substrate is reflow soldered with radiant heat of the plate-like radiation heating element .