JP3926084B2 - Flow soldering equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル状チャンバ内の低酸素濃度の不活性ガス雰囲気中で、電子部品を搭載したプリント配線板のような板状の被はんだ付けワークの被はんだ付け部に溶融はんだを供給することで、この被はんだ付け部のはんだ付けを行うフロー式はんだ付け装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
低酸素濃度の不活性ガス雰囲気中では、プリント配線板の被はんだ付け部や溶融はんだの酸化が抑制される。したがって、プリント配線板のはんだ付け前に塗布されるフラックスの塗布量を少なくしても大気中と同様のはんだ付け性が得られる特徴がある。
【0003】
そのため、はんだ付け後にプリント配線板に残存するフラックス残渣の量も著しく少なくなり、当該プリント配線板のはんだ付け後の洗浄を行う必要がなくなる。また、低酸素濃度の不活性ガス雰囲気中では、溶融はんだの流動性が高まり、微細な被はんだ付け部にも確実に溶融はんだが供給され、いわゆるマイクロソルダリングが可能となる。
【0004】
さらに、一般的に酸化速度の速い鉛フリーはんだの酸化が抑制され、ドロスの発生量を大幅に削減することができる。そのため、高価なはんだがドロスとして失われる量を大幅に削減することが可能となり、はんだ付けに伴うコストも削減することができるようになる。もちろん、従来の鉛を含むはんだにおいても同様である。
【0005】
低酸素濃度の不活性ガス雰囲気中ではんだ付けを行うためには、大気から隔離され封止されたトンネル状チャンバ内に窒素ガス(N2 ガス)等の不活性ガスを供給し、この封止された雰囲気中ではんだ付けを行う必要がある。このようなはんだ付け装置の技術としては、例えば、特開平6−198486号公報の技術がある。
【0006】
この特開平6−198486号公報の技術は、トンネル状チャンバ内における不要な雰囲気流動を抑制するように構成しているところに特徴がある。すなわち、高価な不活性ガスの単位時間当たりの消費流量を少なくするとともに、低酸素濃度の安定した雰囲気を形成し、品質の良いはんだ付けを安定してしかも低コストで行うことができるようにした技術である。
【0007】
すなわち、トンネル状チャンバに設けられた予備加熱装置やはんだ槽は高温であるために、トンネル状チャンバ内にその仰角方向へ向かって雰囲気が流れる熱対流を発生し、これによりトンネル状チャンバ内の雰囲気が流出する、一方で外気すなわち大気が進入する。
【0008】
また、プリント配線板が搬送コンベアによって搬送される際に、トンネル状チャンバ内の雰囲気をこのトンネル状チャンバ外へ持ち出すと同時にトンネル状チャンバ外の大気を持ち込み、これによってもトンネル状チャンバ内に外気すなわち大気が進入する。そのため、多量の不活性ガスを供給しているにもかかわらず、トンネル状チャンバ内の酸素濃度が目的とする値に低下しない問題があった。
【0009】
この特開平6−198486号公報の技術では、このようなトンネル状チャンバ内の雰囲気の不要な流動を抑制するために、搬送コンベアの搬送方向に沿って多数の板状部材をその板面がこの搬送方向に交差する向きに設けて、このトンネル状チャンバ内に不要な雰囲気流動を抑制するいわゆるラビリンス流路を形成するところに特徴がある。また、トンネル状チャンバの縦断面が「へ」の字状に構成されていて、予備加熱装置やはんだ槽によって温められた不活性ガスがトンネル状チャンバ内に溜まりやすい構成となっているところにも特徴がある。
【0010】
また、プリント配線板を搬送コンベアで搬送しながら溶融はんだの噴流波に接触させてはんだ付けを行う場合においては、プリント配線板をその搬送方向に向けて仰角搬送することが行われている。これにより、先にも説明したようにトンネル状チャンバも仰角を向くようになる。
【0011】
すなわち、プリント配線板の仰角搬送により、溶融はんだの噴流波とプリント配線板とが離脱するピールバックポイントの離間角度(プリント配線板の搬送方向と溶融はんだの噴流波が流れる方向とが成す角度)が大きくなって、被はんだ付け部に供給された過剰な溶融はんだを剥がし取るように作用し、はんだブリッジ(隣り合う被はんだ付け部に跨がってはんだが付着する現象)等のはんだ付け不良の発生を少なくすることができるからである。
【0012】
この仰角搬送の角度は、プリント配線板の種類等の実装状態に合わせて通常約1°〜7°程度の間で可変し調節して使用されているが、約3°〜5°程度の間で使用されることが最も多い。そのため、搬送コンベアもこの仰角に合わせて設置されているが、通常のはんだ付け装置ではこの角度を可変し調節できるように構成されている。また、トンネル状チャンバもこの搬送コンベアと一体となって、その搬送仰角に合わせて角度が可変され調節される構成となっている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
プリント配線板のはんだ付けを行う基本的な工程は、▲1▼プリント配線板の予備加熱を行う予備加熱工程、▲2▼このプリント配線板にはんだを供給するはんだ付け工程、▲3▼はんだ付けが完了したプリント配線板を冷却する冷却工程とから構成されている。
【0014】
そして、プリント配線板の予備加熱を行う場合に、赤外線加熱と熱風加熱とを併用することでプリント配線板を一層均一に加熱できることが知られている。これは、プリント配線板に搭載されている電子部品すなわちリード型電子部品やチップ型電子部品の種類によって、赤外線吸収率が異なるためである。そこで、熱風からの熱伝導加熱を併用することで、予備加熱温度を一層均一にできるようになるのである。
【0015】
このような、赤外線と熱風加熱とを併用した予備加熱手段の例としては、特公平7−7036号公報の技術がある。しかし、このような予備加熱手段を特開平6−198486号公報に開示されているようなはんだ付け装置には使用することができない。
【0016】
すなわち、トンネル状チャンバ内においてプリント配線板に熱風を供給して、ただ単に吹きつける構成であると、このトンネル状チャンバ内に雰囲気の不要な流動を生じて、このトンネル状チャンバ外へ雰囲気が流出したり、逆にトンネル状チャンバ内に大気が進入したりして、トンネル状チャンバ内の酸素濃度が下がり難くなり、多量の不活性ガスを供給する必要が生じるからである。また、トンネル状チャンバ内の酸素濃度が不安定に変動して、プリント配線板のはんだ付け品質が不安定に変動するからである。
【0017】
そのため、このようなトンネル状チャンバ内の低酸素濃度の不活性ガス雰囲気中ではんだ付けを行うフロー式はんだ付け装置では、その予備加熱装置として赤外線加熱ヒータのみが用いられていることが多い。
【0018】
また、鉛フリーはんだを使用してはんだ付けを行う場合において、リフトオフ不良を発生する問題がある。特にビスマス(Bi)を含む鉛フリーはんだを使用した場合にリフトオフ不良を発生し易い問題がある。
【0019】
このリフトオフ不良は、プリント配線板に供給された溶融はんだを急速に冷却することにより防止することができる。例えば、プリント配線板に冷却用の不活性ガスを供給して吹きつける技術が知られている。
【0020】
しかし、溶融はんだとプリント配線板とが接触し離脱する位置の至近位置にこのような冷却手段を設けることは困難であった。すなわち、プリント配線板に供給され吹きつけられたことにより不活性ガス自体が温度上昇し、また、プリント配線板に供給され吹きつけられる過程で溶融はんだに接触して不活性ガス自体が温度上昇する。そして、この温度上昇した不活性ガスによりトンネル状チャンバ内に熱対流を生じ、不要な雰囲気流動が生じ易いからである。
【0021】
そのため、溶融はんだとプリント配線板とが離脱する位置の離れた後方位置に、このような不活性ガスの供給吹きつけによる冷却手段を設けるように構成されていた。したがって、プリント配線板に供給された溶融はんだを直ちに急速に冷却することが困難であった。
【0022】
本発明の目的は、このような低酸素濃度の不活性ガス雰囲気が形成されたトンネル状チャンバ内においても、予備加熱工程において熱風加熱を用いることができるようにすることにある。そして、プリント配線板を一層均一な温度に予備加熱することができるようにすることによって、プリント配線板のはんだ付け品質を一層良好にすることにある。また、鉛フリーはんだを使用してはんだ付けを行った場合において、リフトオフ不良を生じ難いフロー式はんだ付け装置を実現することにある。
【0023】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるフロー式はんだ付け装置は、冷却工程においてプリント配線板に供給されて吹きつけられた不活性ガスを回収して加熱し、この加熱された不活性ガスを、予備加熱工程においてプリント配線板に供給して吹きつけ、この熱風を使用して前記プリント配線板を予備加熱できるように構成したところに特徴がある。
【0024】
板状の被はんだ付けワークの予備加熱を行う予備加熱手段と、前記予備加熱手段の後段に設けられ前記板状の被はんだ付けワークに溶融はんだを供給するはんだ供給手段と、前記はんだ供給手段の後段に設けられ前記板状の被はんだ付けワークを冷却する冷却手段と、前記板状の被はんだ付けワークを前記予備加熱手段、前記はんだ供給手段および前記冷却手段の順に搬送する搬送手段とをトンネル状チャンバ内に備え、不活性ガスが供給された前記トンネル状チャンバ内の低酸素濃度の不活性ガス雰囲気中でフロー式のはんだ付けを行うフロー式はんだ付け装置において、次のように構成する。
【0025】
先ず、前記溶融はんだと前記板状の被はんだ付けワークとが離脱する位置の直近の後段に前記板状の被はんだ付けワークに冷却用の不活性ガスを供給する冷却用不活性ガス供給手段を設ける。そしてさらに、前記冷却用不活性ガス供給手段の近傍に設けられ前記板状の被はんだ付けワークに供給された冷却用の不活性ガスを吸い込み回収する回収手段を設ける。
【0026】
そして、前記回収手段により回収された不活性ガスを加熱する不活性ガス加熱手段を設け、この不活性ガス加熱手段により加熱された不活性ガスを前記予備加熱手段に回送して前記板状の被はんだ付けワークに供給する不活性ガス回送手段を設けるように構成する。なお、この不活性ガス加熱手段の具体的構成については、後の段落で説明する。
【0027】
ここで、予備加熱工程は予備加熱手段を含み、はんだ付け工程ははんだ供給手段を含み、さらに冷却工程は冷却手段を含んで構成されている。
【0028】
これにより、予備加熱工程の予備加熱手段により板状の被はんだ付けワークに供給され吹きつけられた熱風、すなわち不活性ガスの熱風は、板状の被はんだ付けワークを加熱した後にはんだ付け工程を通り、冷却工程に設けられた回収手段に吸い込まれ、新たに冷却用不活性ガス供給手段から板状の被はんだ付けワークに供給され吹きつけられる不活性ガスとともに、回収され、不活性ガス加熱手段により加熱され、不活性ガス回送手段により、一定の方向へ向かって流れて循環するようになる。
【0029】
したがって、トンネル状チャンバ内に一定の方向へ向かってのみ流動する低酸素濃度の不活性ガス雰囲気を形成することが可能となり、トンネル状チャンバ内に不安定な雰囲気流動を生じることを抑止しながら、予備加熱工程において板状の被はんだ付けワークの熱風加熱が可能となる。
【0030】
しかも、冷却工程において板状の被はんだ付けワークに吹きつけられた不活性ガスは、この板状の被はんだ付けワークを冷却することにより自らは温度上昇しているので、この不活性ガスを予備加熱工程において予備加熱用の熱風として利用することにより、エネルギーの有効利用も図ることができる。
【0031】
以上のように、熱風を用いて予備加熱を行うことが可能となるので、板状の被はんだ付けワークを、その温度分布から見て一層均一に予備加熱することが可能となる。また、トンネル状チャンバ内に不安定な雰囲気流動を生じることがないので、酸素濃度の安定した不活性ガス雰囲気中ではんだ付けを行うことが可能となる。したがって、はんだ付け品質に優れた板状の被はんだ付けワークを生産することが可能となる。
【0032】
また、トンネル状チャンバ内に不安定な雰囲気流動を生じることがないので、トンネル状チャンバ外の大気がチャンバ内に進入し難く、熱風加熱を用いたことによってトンネル状チャンバ内に供給する必要のある不活性ガスの消費流量を増大させる必要もない。つまり、目的とする低酸素濃度を維持するためにトンネル状チャンバに供給する不活性ガスの単位時間当たりの流量を増大させる必要がない。
【0033】
もちろん、トンネル状チャンバ内に低酸素濃度の不活性ガス雰囲気を形成するために供給される不活性ガスと、板状の被はんだ付けワークを冷却するために供給される不活性ガスとによりチャンバ内の不活性ガス雰囲気の体積が増加するので、この増加分はトンネル状チャンバの搬入口および搬出口から溢れ出す。
【0034】
また、板状の被はんだ付けワークを冷却することによって、自らは温度上昇した不活性ガスを回収し、この温度上昇した不活性ガスを予備加熱工程において予備加熱手段の熱風として利用するので、この新たに供給され、板状の被はんだ付けワークを冷却する過程で温度上昇した不活性ガスにより、トンネル状チャンバ内、特にはんだ付け工程に熱対流を生じて、これによる不規則である不要な雰囲気流動を生じることがない。
【0035】
そのため、溶融はんだと板状の被はんだ付けワークとが離脱する位置の極至近位置(直近の後段)に、冷却用の不活性ガスを供給する冷却手段を設けて、板状の被はんだ付けワークに供給されたばかりの溶融状態にある高温の溶融はんだを直ちに冷却することが可能となる。また、温度上昇した不活性ガスは直ちに回収されるので、熱だまりを生じることもなく、冷却効果も良くなる。
【0036】
なお、はんだ付け工程において、不規則である不要な雰囲気流動を生じると、酸素濃度も不規則に変動し、はんだ付け品質も不安定に変動してしまうので重要な点である。
【0037】
このように本発明にかかるフロー式はんだ付け装置は、はんだ付け品質を安定に維持したまま板状の被はんだ付けワークに供給された溶融はんだを急速に冷却することが可能となり、板状の被はんだ付けワーク上に供給され溶融状態にある溶融はんだを急速に固化することが可能となる。
【0038】
その結果、溶融はんだが凝固する際に凝固偏析を生じることがなくなり、特に鉛フリーはんだを使用してはんだ付けを行った際に発生し易い(特にビスマスを含む鉛フリーはんだにおいて発生し易い)リフトオフ不良の発生を確実に防止することができるようになる。
【0039】
ここで、前の段落で説明した不活性ガス加熱手段についての具体的な構成としては、前記回収手段により吸い込まれた冷却用の不活性ガスを加熱するガス流通手段を前記溶融はんだ中に備えるよう構成する。
【0040】
これにより、板状の被はんだ付けワークを冷却する過程で温度上昇した冷却用の不活性ガスを、不活性ガスが吸い込まれる回収手段の後でもガス流通手段により、溶融はんだの温度に加熱することができるようになる。このように本発明にかかるフロー式はんだ付け装置においては、溶融はんだと板状の被はんだ付けワークとが離脱する位置の直近の後段に冷却手段を設けることを容易に実現することができる。
【0041】
すなわち、板状の被はんだ付けワークを冷却した後に温度上昇した不活性ガスを有効利用することができるとともに、この冷却用に新たに供給された冷却用の不活性ガスが、板状の被はんだ付けワークを冷却する過程で温度上昇し、トンネル状チャンバ内の雰囲気体積の増加と熱対流の発生が同時並行して出現することがなくなり、トンネル状チャンバ内において不要な雰囲気流動を生じることがないようにすることができる。
【0042】
【発明の実施の形態】
図1を参照して、本発明にかかるフロー式はんだ付け装置の実施形態例を説明する。
【0043】
図1は、本発明のはんだ付け装置の実施形態例を説明するための縦断面図である。なお、N2 ガス供給系および熱風予備加熱用雰囲気の循環系はシンボル図で示してある。
【0044】
(1)構成
すなわち、多数の電子部品(不図示)を搭載したプリント配線板(板状の被はんだ付けワーク)1を搬送する搬送コンベア2は、仰角θl で仰角搬送する第1の搬送コンベア3と俯角θ2 で俯角搬送する第2の搬送コンベア4とにより構成してあり、この搬送コンベア2を覆うようにトンネル状チャンバ5を設けてある。
【0045】
このトンネル状チャンバ5の縦断面は、図1にも示すように「へ」の字状に構成してあり、水平面から搬入口6の高さと搬出口7の高さとが同じ高さになるように構成してある。このように、搬入口6の高さと搬出口7の高さとが同じ高さになるように構成することにより、このはんだ付け装置を他の装置と連繋してインラインで使用することが容易となる。
【0046】
第1および第2の搬送コンベア3、4は、図示を省略するが、プリント配線板1の両側端部を保持する保持爪を備え、両側端部側に設けられ平行2条に構成されたコンベアフレームから成る。なお、幅の異なるプリント配線板1を保持できるように、通常は一方のコンベアフレームがプリント配線板1の幅方向に移動し調節できるように構成されている。図1中の矢印Aはプリント配線板1の搬送方向を示している。
【0047】
また、第1の搬送コンベア3に沿ってトンネル状チャンバ5に予備加熱手段8、はんだ供給手段9および冷却手段(急冷手段)10とが配設してある。
【0048】
予備加熱手段8は、予めフラックスが塗布されたプリント配線板1の予備加熱を行う。その目的は、第1は、フラックスの前置的活性化であり、第2は、プリント配線板1および搭載電子部品、くわしくはその被はんだ付け部の温度を予め高めておいて、後段のはんだ供給手段9において溶融はんだ11が供給された際に良好なはんだ濡れ性を得るためであり、第3、はヒートショックを軽減するためである。
【0049】
ここで特に重要な事項は、前記第2の良好なはんだ濡れ性を得ることにあり、そのためには、プリント配線板1に存在する多数の被はんだ付け部の温度を均一に予備加熱しておく必要がある。すなわち、各被はんだ付け部の予備加熱温度が不均一であると、各被はんだ付け部のはんだ濡れ性すなわちはんだ付け性が不均一となり、はんだ付けの信頼性が著しく低下するからである。
【0050】
フローはんだ付けされるプリント配線板1には、リード型部品やチップ型部品、異形部品等の多種多様の電子部品が搭載してあり、その熱容量や赤外線吸収率や熱伝導率も異なっている。そのため、その被はんだ付け部の温度を均一に予備加熱するために、赤外線加熱のみではなく熱風加熱を併用することが望まれている。
【0051】
しかも、この予備加熱を、トンネル状チャンバ5内の低酸素濃度の不活性ガス雰囲気中で実現することが望まれている。すなわち、熱風加熱を使用しても安定した低酸素濃度の不活性ガス雰囲気を実現する技術が求められている。
【0052】
本実施形態例では、図1に例示するように、予備加熱手段8として赤外線加熱手段である赤外線ヒータ13と、不活性ガス加熱手段である雰囲気加熱用ヒータ14および吹き口(熱風ノズル)15を構成する熱風供給体(雰囲気加熱室)16とからなり、それらを交互に配置して赤外線と熱風とによる併用加熱を実現している。
【0053】
なお、赤外線ヒータ13の表面にセンサ17を設けてあり、その表面温度を図示しない温度制御装置(赤外線ヒータ13に供給する電力を制御することによりその表面温度を制御する装置)で調節し設定できる構成である。また、熱風供給体16から吹き口15部分にセンサ18を設けてあり、その熱風温度を図示しない温度制御装置(雰囲気加熱用ヒータ14に供給する電力を制御することにより熱風温度を制御する装置)で調節し設定する構成である。
【0054】
熱風供給体16からプリント配線板1に供給し吹きつける熱風雰囲気はブロワ(不活性ガス回送手段)19により供給する。そして、このブロワ19が吸い込む雰囲気は、後に詳述するが冷却手段10においてプリント配線板1の冷却に使用したN2 ガス雰囲気である。なお、ブロワ19はインバータ等によって駆動され、その回転速度ひいては吸い込み/吐出流量を調節可能に構成してある。
【0055】
はんだ供給手段9はフロー式の構成である。すなわち、はんだ槽12には図示しないヒータにより加熱されて溶融状態の溶融はんだ11が収容してあり、この溶融はんだ11をポンプ23により噴流波形成ノズル24に送出して噴流波25を形成する。そして、この噴流波25をプリント配線板1の下方側の面すなわち被はんだ付け部が存在する被はんだ付け面1aに接触させることによりこの被はんだ付け部に溶融はんだ11を供給し、はんだ付けを行う仕組みである。
【0056】
前記予備加熱手段8はトンネル状チャンバ5内に設けられている。しかし、はんだ槽12は、トンネル状チャンバ5に開口5aを設けてこの開口5aから噴流波25をトンネル状チャンバ5内に位置するように構成してある。なお、トンネル状チャンバ5の封止を維持するため、トンネル状チャンバ5に設けた開口5aにはスカート5bを設け、このスカート5bをはんだ槽12の溶融はんだ11中に浸漬して完全な封止を実現している。
【0057】
冷却手段10は、温度の低いN2 ガスを冷却用N2 ガス供給体26からプリント配線板1に供給して吹きつけ、これによりこのプリント配線板1を冷却する構成である。ここで供給されるN2 ガスの温度は常温以下であれば十分にその目的を達成することができる。
【0058】
しかし、液体N2 ガスボンベ27bから気化させたN2 ガスを供給することにより、極めて温度の低いN2 ガスをプリント配線板1の冷却用として利用できるので、溶融はんだ11により熱せられたプリント配線板1の冷却速度を一層速める(急冷する)ことができるようになる。そのため、鉛フリーはんだが凝固する際に生じやすい凝固偏析を防止することが可能となり、特にビスマスを含む鉛フリーはんだを使用する場合に発生しやすいリフトオフ不良の発生防止に極めて有効である。
【0059】
冷却用のN2 ガス供給源27は、液体窒素を収容する液体N2 ガスボンベ27bや大気からN2 ガスを分離するPSA方式のN2 ガス供給装置27aで成り、これから供給され、開閉弁28および不純物を除去するフィルタ29、目的とする供給圧力に調節する圧力制御弁30を介して流量調節弁31に供給される。圧力計32は圧力モニタ用、流量計33は流量モニタ用である。
【0060】
また、第2の気化器35は液体N2 ボンベ27bを使用する際に使用する手段であり、液体窒素をガス化するための熱交換手段すなわち大気から吸熱するためのフィン35aを設けてある。なお、この第2の気化器35は後述する第1の気化器34よりも小さく、常温よりも温度の低いN2 ガスを供給できるように考慮してある。そして、プリント配線板1の冷却の程度に合わせてN2 ガス供給流量を調節する構成である。
【0061】
また、前記冷却用N2 ガス供給体26は、溶融はんだ11の噴流波25とプリント配線板1とが離脱する位置すなわちピールバックポイント36の至近位置に設けてある。すなわち、プリント配線板1が溶融はんだ11の噴流波25から離脱した直後において、その被はんだ付け部に供給された溶融はんだ11が完全に固化していない溶融した状態において急冷を開始できるように構成してある。すなわち、完全に凝固する前に急冷を開始できるように構成してある。
【0062】
そして、プリント配線板1に面する領域を残して、この冷却用N2 ガス供給体26を囲むようにしてガス回収口筺37を設けてある。そして、このガス回収口筺37は、はんだ槽12の溶融はんだ11中を通るパイプ38によって、開度調節弁39を介して前記ブロワ19の吸い込み口19aに接続してあり、冷却用N2 ガス供給体26からプリント配線板1に供給され吹きつけられ、それにより吸熱して温度上昇したN2 ガスをブロワ19で吸い込んで、予備加熱手段8に供給する構成である。
【0063】
冷却用N2 ガス供給体26がN2 ガスを供給し吹きつける方向は、図1に例示するようにプリント配線板1の下方側の面すなわち被はんだ付け面1aの方向である。そのため、冷却用N2 ガス供給体26に対向する位置すなわちプリント配線板1の上方側の面に向けてもガス回収口筺(ガス回収手段)37を設けてあり、このガス回収口筺37もはんだ槽12の溶融はんだ11中を通るパイプ(ガス流通手段)38を介して前記ブロワ19の吸い込み口19aに接続してある。
【0064】
このプリント配線板1の上方側に設けたガス回収口筺37は、搬送コンベア2により搬送されるプリント配線板1が冷却手段10の位置に到達していない場合に、冷却用N2 ガス供給体26から供給されるN2 ガスを効率よく吸い込んで回収できるようにするために設けてある。
【0065】
なお、これらガス回収口筺37とブロワ19の吸い込み口19aとの間には、それぞれ開度調節弁39を設けてあり、各ガス回収口筺37から吸い込まれる雰囲気流量を調節できるように構成してある。
【0066】
このように、はんだ槽12の溶融はんだ11中を通るパイプ38に結合してガス回収口筺37を設けることで、冷却用N2 ガス供給体26およびガス回収口筺37をピールバックポイント36の至近位置に設けることが可能となる。すなわち、ガス回収口筺37が溶融はんだ11に接触することを妨げない構成である。また、溶融はんだ11中を通るパイプ38中を、ガス回収口筺37から吸い込んだN2 ガスが通るので、このN2 ガスを溶融はんだ11の温度に加熱することができる。
【0067】
そして、このN2 ガスはブロワ19から吸い込まれて予備加熱手段8に供給され、雰囲気加熱用ヒータ14で再び加熱された後に熱風供給体16からプリント配線板1に供給されて吹きつけられ、このプリント配線板1を加熱する。
【0068】
すなわち、プリント配線板1の冷却の過程でこのプリント配線板1から吸熱して温度上昇したN2 ガスを、予備加熱手段8においてプリント配線板1の加熱媒体として再び利用する構成であるので、エネルギー利用に無駄を生じることがない。また、はんだ槽12の溶融はんだ11中のパイプ38を通る際にも加熱され、この加熱エネルギーを予備加熱エネルギーとして利用できるので、ガス回収口筺37を、溶融はんだ11に接触する程にピールバックポイント36の至近位置に設けても何らの支障もなく、むしろ予備加熱用の加熱媒体として利用することを積極的に促進する。
【0069】
他方、トンネル状チャンバ5内には、トンネルの長手方向すなわち搬送コンベア2の搬送方向に沿って、多数の板状部材すなわち抑止板41を設けてある。そしてこの抑止板41は、その板面が搬送コンベア2の搬送方向に対して直交するように設けてある。すなわち、この抑止板41によりトンネル状チャンバ5内にラビリンス流路を形成し、このトンネル状チャンバ5内に不要な雰囲気流動が生じないように構成してある。
【0070】
なお、この抑止板41は、トンネル状チャンバ5の上壁から搬送コンベア2に向けて下向きに設けられているとともに、トンネル状チャンバ5の下壁から搬送コンベア2に向けて上向きに設けられている。
【0071】
また、図1では、はんだ槽12の上方には抑止板41を設けていない例を示している。これは、図1には示していないが、はんだ槽12の上方のトンネル状チャンバ5に耐熱ガラスから成る窓を設け、併せて抑止板41を設けないことにより、プリント配線板1と噴流波25との接触状態を生産技術者が目視確認しやすいように配慮したものであり、もちろん当該部分に抑止板41を設けてもよい。
【0072】
トンネル状チャンバ5内に低酸素濃度の不活性ガス雰囲気を形成する手段は別に設けてある。すなわち、雰囲気形成用N2 ガス供給体43は、プリント配線板1の搬送方向Aから見て冷却手段10の後段側の抑止板41間に設けてあり、流量調節弁31および流量計33によって目的とするN2 ガス供給流量に調節できるように構成してある。
【0073】
N2 ガスは液体窒素を収容する液体N2 ガスボンベ27bや大気からN2 ガスを分離するPSA方式のN2 ガス供給装置27aなどのN2 ガス供給源27から供給され、開閉弁28および不純物を除去するフィルタ29、目的とする供給圧力に調節する圧力制御弁30を介して前記流量調節弁31に供給される。圧力計32は圧力モニタ用である。また、第1の気化器34は液体N2 ボンベ27bを使用する際に使用する手段であり、液体窒素をガス化するための熱交換手段すなわち大気から吸熱するためのフィン34aを設けてある。
【0074】
N2 ガス供給流量は、図示しない酸素濃度計によりトンネル状チャンバ5内の酸素濃度を測定し、例えば、プリント配線板1と溶融はんだ11の噴流波25とが接触する領域である噴流波25の近傍の雰囲気をサンプリングして測定し、目的の酸素濃度になるように流量調節弁31を調節して設定する。
【0075】
なお、この酸素濃度は、冷却用N2 ガス供給体26から供給されるN2 ガス流量によっても変化する。しかし、基本的には雰囲気形成用N2 ガス供給体43から供給されるN2 ガスの流量で酸素濃度を設定し、冷却用N2 ガス供給体26から供給されるN2 ガスの流量の程度により雰囲気形成用N2 ガス供給体43から供給されるN2 ガスの流量を差動的に調節する。
【0076】
(2)作動
本発明にかかるフロー式はんだ付け装置の実施形態例の作動を図1を参照して説明する。
【0077】
被はんだ付け部のある下方側の面すなわち被はんだ付け面1aに予めフラックスを塗布したプリント配線板1を、図1に示すはんだ付け装置の搬入口6から搬入すると、第1の搬送コンベア3の保持爪に両側端部を保持されて、搬送仰角θl で矢印A方向に搬送される。
そして、予備加熱工程44の予備加熱手段8により、プリント配線板1の被はんだ付け面1aに赤外線が赤外線ヒータ13から矢印Cに示すように照射されるとともに熱風が矢印Dに示すように供給されて吹きつけられ、プリント配線板1自体およびその被はんだ付け部を加熱する。すなわち、プリント配線板1の被はんだ付け部を例えば約100℃程度に予備加熱し、フラックス中に含まれるアルコール類等の溶媒を気化させるとともに、フラックスを前置的に活性化させ、被はんだ付け部の酸化物の還元や有機物等の汚れの除去を開始する。
【0078】
この予備加熱工程44では、赤外線および熱風による併用加熱が行われるため、プリント配線板に搭載されている多種・多様の電子部品およびその被はんだ付け部を均一な温度すなわち温度差が少なくなるように予備加熱を行うことができる。すなわち、赤外線吸収率や熱伝導率が異なる多種・多様の電子部品や、その被はんだ付け部を従来よりも一層均一に予備加熱することができる。
【0079】
また、予備加熱工程44でプリント配線板1に供給され吹きつけられる熱風は、冷却工程46においてプリント配線板1に供給され吹きつけられたN2 ガスを吸い込んで回収し加熱した雰囲気である。そのため、酸素濃度が低く予備加熱工程44においてプリント配線板1の被はんだ付け部が酸化することを従来にも増して抑制することができるようになる。
【0080】
この均一に予備加熱されたプリント配線板1は、続いてはんだ付け工程45のはんだ供給手段9においてその下方側の面1aすなわち被はんだ付け面を温度が例えば約250℃程度の噴流波25に接触させ、その被はんだ付け部に溶融はんだ11を供給してはんだ付けを行う。
【0081】
そして、プリント配線板1の多数の被はんだ付け部の温度が温度差の少ない均一な温度に予備加熱されているので、各被はんだ付け部に供給された溶融はんだ11は同様な速度で濡れ広がり、各被はんだ付け部の均一なはんだ付けを行うことができるようになり、濡れ不良等のはんだ付け不良の発生しない高品質のはんだ付けを行うことができるようになる。
【0082】
続いて、プリント配線板1が溶融はんだ11の噴流波25から離脱する位置すなわちピールバックポイント36の至近位置には冷却工程46の急冷手段10を設けてあり、冷却用N2 ガス供給体26から温度の低い,例えば数℃程度のN2 ガスが供給されて吹きつけられ、プリント配線板1およびその被はんだ付け部が急速に冷却される。
【0083】
この急冷により、被はんだ付け部の溶融はんだ11は溶融状態から急速に凝固して固化する。そのため、凝固偏析を生じることがなく、鉛フリーはんだ特にBiを含む鉛フリーはんだにおいて発生し易いリフトオフ不良の発生を防止することができるようになる。
【0084】
この冷却に使用されたN2 ガスはガス回収口筺37から吸い込まれ、はんだ槽の溶融はんだ11中を通るパイプ38を通り、ブロワ19に吸い込まれる。そして、冷却の過程で温度上昇したN2 ガスは、直ちに吸い込まれて回収されるので、冷却工程46に温度の高い雰囲気が滞留する熱だまりを生じることがなく、冷却効果も高くなる。
【0085】
また、この際に、プリント配線板1を冷却する過程で吸熱して温度上昇したN2 ガスは続いてパイプ38を通る際にも加熱される。そして、最終的に予備加熱手段8に設けた雰囲気加熱用ヒータ14により目的とする温度に加熱され、熱風供給体16の吹き口15からプリント配線板1に供給され吹きつけられてこのプリント配線板1を熱風によって予備加熱する。
【0086】
なお、冷却工程46にプリント配線板1が搬送されていない場合には、冷却用N2 ガス供給体26から供給されるN2 ガスが、図1に示す搬送コンベア2の上方に設けたガス回収口筺37から吸い込まれ、続いてはんだ槽12の溶融はんだ11中を通るパイプ38を通り、ブロワ19に吸い込まれる。
【0087】
したがって、ブロフ19に吸い込まれるN2 ガスは、はんだ槽12内の溶融はんだ11により同様に加熱される。また、開度調節弁39は、冷却手段10が図1に例示する構成の場合には、搬送コンベア2の上方側に設けたガス回収口筺37からの吸い込み流量よりも、搬送コンベア2の下方側に設けたガス回収口筺37からの吸い込み流量が相対的に多くなるように調節しておくことにより、N2 ガスの回収率が良くなる。
【0088】
このように、冷却工程46において冷却用N2 ガス供給体26から供給されるN2 ガスは、プリント配線板1に供給され吹きつけられた後に、ブロワ19によりガス回収口筺37から吸い込まれ、予備加熱工程44において加熱用の熱風としてプリント配線板1に供給され矢印D方向に吹きつけられ、その後、図1の矢印B方向へ流れて再びガス回収口筺37に冷却用N2 ガスとともに吸い込まれて一定の方向にのみ循環するようになる。
【0089】
したがって、冷却用N2 ガスがプリント配線板1に供給され吹きつけられた後に加熱されたガス体として不要な熱対流を生じることがなくなり、また、予備加熱手段8として熱風をプリント配線板1に供給して吹きつけても規則性のない雰囲気流動を生じることがなくなる。その結果、トンネル状チャンバ5内に不安定な雰囲気流動を生じてその酸素濃度を不安定に変動させることもなくなり、トンネル状チャンバ5内に安定した低酸素濃度の不活性ガス雰囲気を維持することができる。
【0090】
すなわち、ブロワ19によって循環させる単位時間当たりの雰囲気流量は、冷却用N2 ガス供給体26から供給される単位時間当たりのN2 ガス流量と同等もしくは多くしておくと良い。
【0091】
このようにして冷却用N2 ガスは予備加熱用の熱風としてリサイクル利用され、トンネル状チャンバ5内を矢印B方向へ流れて循環しつつ、冷却用N2 ガス供給体26から新たに供給されるN2 ガスにより増加した体積分は、トンネル状チャンバ5の搬入口6および搬出口7から溢流する。
【0092】
このように、トンネル状チャンバ5内に一定の方向にのみ循環する雰囲気の流れを作りつつ、増加した体積分は搬入口6および搬出口7から溢流させ、この2系統の一定の方向の雰囲気の流れにより搬入口6および搬出口7から大気が進入することを阻止することができるようになる。
【0093】
以上のようにしてプリント配線板1の急冷が行われた後は、トンネル状チャンバ5の頂部で第2の搬送コンベア4に移載され、搬送俯角θ2 で搬送されて搬出口7から搬出され、はんだ付けが完了する。
【0094】
この一連のはんだ付け作業は、低酸素濃度のN2 ガス雰囲気中で行われる。すなわち、雰囲気形成用N2 ガス供給体43から供給されるN2 ガスにより、トンネル状チャンバ5内に目的とする酸素濃度の不活性ガス雰囲気を形成する。
【0095】
しかし、この酸素濃度は、冷却用N2 ガス供給体26から供給されるN2 ガス流量によっても変化する。すなわち、プリント配線板1の冷却の程度を調節することによっても変化する。そのため、冷却用N2 ガス供給体26から供給されるN2 ガスの流量の程度により雰囲気形成用N2 ガス供給体43から供給されるN2 ガスの流量を差動的に調節するのである。
【0096】
したがって、冷却の程度を調節するための流量調節を1次の調節手段とし、目的の酸素濃度を維持するための流量調節を2次の調節手段とするとともに、別に制御手段を設けて両者の流量の和が一定となるようにN2 ガス流量を調節するように構成するとよい。
【0097】
この場合、目的とする冷却の程度や目的とする酸素濃度は、はんだ付けされるプリント配線板1の種類によって異なるので、それぞれを別々に調節し設定した、これらの設定が完了した後に、冷却の程度を調節するための流量調節を1次の調節手段とし、目的の酸素濃度を維持するための流量調節を2次の調節手段として、かつ両者の流量の和が一定となるようにN2 ガス流量を調節するように構成するとよい。
【0098】
また、通常行われているように、雰囲気形成用N2 ガス供給体43に供給する流量のみを、酸素濃度を参照して自動的に調節するように構成してもよい。
【0099】
(3)急冷手段のその他の構成例
図2を参照して、本発明にかかるフロー式はんだ付け装置の実施形態例に使用されている急却手段のその他の構成例を説明する。
【0100】
図2は、急冷手段のその他の構成例を説明するための縦断面図である。
【0101】
すなわち、図1に例示する急冷手段10は、冷却用N2 ガス供給体26からプリント配線板1の被はんだ付け面1a側のみに冷却用N2 ガスを供給して吹きつけ、急冷する構成であった。
【0102】
しかし、図2に示す構成例では、プリント配線板1の下方側の面(被はんだ付け面)1aのほかに上方側の面1bにも冷却用N2 ガス供給体26aを設けて、冷却用N2 ガスを供給して冷却する構成である。
【0103】
これにより、プリント配線板1自体やこのプリント配線板1の上方側1bの面に搭載されたリード型電子部品も急冷することが可能になり、これらに繋がる被はんだ付け部を一層効率良く冷却することが可能となる。すなわち、冷却速度を一層速めることができるようになる。
【0104】
また、図2に示すように、プリント配線板1の下方側の面1aに冷却用N2 ガスを供給する冷却用N2 ガス供給体26と、プリント配線板1の上方側1bの面に冷却用N2 ガスを供給する冷却用N2 ガス供給体26aとが交互に配置してあり、プリント配線板1が冷却工程46に搬送されていない場合において、冷却用N2 ガス供給体26、26aから吹き出すN2 ガスが衝突しないように構成してある。
【0105】
すなわち、冷却用N2 ガス供給体26、26aからそれぞれ吹き出したN2 ガスが対面するガス回収口筺37、37にそのまま流れ込んで吸い込まれるように構成してある。これにより、効率良くN2 ガスを吸い込んで回収することができるようになる。
【0106】
【発明の効果】
本発明にかかるフロー式はんだ付け装置によれば、常時開口した搬入口および搬出口を有するトンネル状チャンバ内の低酸素濃度の不活性ガス雰囲気中ではんだ付けを行うはんだ付け装置においても、その予備加熱手段として熱風を用いることができるようになる。
【0107】
すなわち、トンネル状チャンバ内に不規則である不要な雰囲気流動を生じることなく熱風による予備加熱を実現することができるようになり、安定した酸素濃度を維持することができる。したがって、トンネル状チャンバ内に単位時間当たりに供給する不活性ガス流量、すなわちその消費量を増大させることなく、安定した低酸素濃度の不活性ガス雰囲気を維持することができる。
【0108】
その結果、はんだ濡れ性が良く、かつ均一であり、はんだ付け品質が良くしかも安定したはんだ付けを行うことができるようになり、高品質のプリント配線板を製造することができるようになる。
【0109】
また、温度の低い冷却された不活性ガスを用いて、トンネル状チャンバ内の雰囲気に不規則である不要な流動を与えることなくはんだ付け後のプリント配線板を急速に冷却することが可能であり、鉛フリーはんだを使用した際に発生し易いリフトオフ不良の発生を防止することができるようになる。
【0110】
さらに、プリント配線板を急冷した際に吸熱して温度上昇した不活性ガスを予備加熱手段の熱風としてリサイクル利用するので、エネルギーの効率的な利用を図ることができる。
【0111】
また、冷却工程に熱だまりを生じることもなく冷却効率も高くなる。
【0112】
また、このようなリサイクル構成を採用したことにより、プリント配線板と溶融はんだの噴流波とが離脱するピールバックポイントの至近位置に冷却用N2 ガス供給手段およびそのガス回収手段を設けることが可能となり、プリント配線板の被はんだ付け部に供給された溶融はんだが凝固し固化する前に急冷することが可能となる。
【0113】
すなわち、冷却の過程やガス回収の過程で不活性ガスの温度が上昇することが、トンネル状チャンバ内の雰囲気流動を不規則に乱したりする要因となるようなことがない。さらに、プリント配線板を冷却した後のN2 ガスを溶融はんだによっても加熱する構成であることが、前記ピールバックポイントの至近位置に冷却用N2 ガス供給手段およびそのガス回収手段を設けることを実現する必須の要件となっていて、熱エネルギーの流れに無駄のない構成となっている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のフローはんだ付け装置の実施形態例を説明するための縦断面図である。
【図2】急冷手段のその他の構成例を説明するための縦断面図である。
【符号の説明】
1 プリント配線板(板状の被はんだ付けワーク)
1a 被はんだ付け面(下側の面)
1b 上側の面
2 搬送コンベア
3 第1の搬送コンベア
4 第2の搬送コンベア
5 トンネル状チャンバ
5a 開口
5b スカート
6 搬入口
7 搬出口
8 予備加熱手段
9 はんだ供給手段
10 冷却手段(急冷手段)
11 溶融はんだ
12 はんだ槽
13 赤外線ヒータ
14 雰囲気加熱用ヒータ(不活性ガス加熱手段)
15 吹き口(熱風ノズル)
16 熱風供給体(雰囲気加熱室)
17,18 センサ
19 ブロワ(不活性ガス回送手段)
19a 吸い込み口
23 ポンプ
24 噴流波形成ノズル
25 噴流波
26、26a 冷却用N2 ガス供給体
27 N2 ガス供給源
27a N2 ガス供給装置
27b 液体N2 ガスボンベ
28 開閉弁
29 フィルタ
30 圧力制御弁
31 流量調節弁
32 圧力計
33 流量計
34 第1の気化器
35 第2の気化器
36 ピールバックポイント
37 ガス回収口筐(回収手段)
38 パイプ(ガス流通手段)
39 開度調節弁
41 抑止板
43 雰囲気形成用N2 ガス供給体
44 予備加熱工程
45 はんだ付け工程
46 冷却用工程[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention supplies molten solder to a portion to be soldered of a plate-like workpiece to be soldered, such as a printed wiring board on which electronic components are mounted, in an inert gas atmosphere having a low oxygen concentration in a tunnel-like chamber. Thus, the present invention relates to a flow type soldering apparatus for performing soldering of the soldered portion.
[0002]
[Prior art]
In an inert gas atmosphere with a low oxygen concentration, oxidation of the soldered portion of the printed wiring board and molten solder is suppressed. Therefore, even if the application amount of the flux applied before soldering the printed wiring board is reduced, the same solderability as in the atmosphere can be obtained.
[0003]
For this reason, the amount of flux residue remaining on the printed wiring board after soldering is remarkably reduced, and there is no need to clean the printed wiring board after soldering. Further, in an inert gas atmosphere with a low oxygen concentration, the fluidity of the molten solder is increased, so that the molten solder is reliably supplied to a fine soldered portion, and so-called micro soldering is possible.
[0004]
Furthermore, oxidation of lead-free solder, which generally has a high oxidation rate, is suppressed, and dross generation can be greatly reduced. Therefore, the amount of expensive solder lost as dross can be greatly reduced, and the costs associated with soldering can also be reduced. Of course, the same applies to conventional solder containing lead.
[0005]
In order to perform soldering in an inert gas atmosphere having a low oxygen concentration, nitrogen gas (N2 It is necessary to supply an inert gas such as gas) and perform soldering in this sealed atmosphere. As a technique of such a soldering apparatus, for example, there is a technique disclosed in JP-A-6-198486.
[0006]
The technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-198486 is characterized in that it is configured to suppress unnecessary atmospheric flow in the tunnel chamber. In other words, the consumption flow rate of expensive inert gas per unit time was reduced, and a stable atmosphere with a low oxygen concentration was formed so that high-quality soldering could be performed stably and at low cost. Technology.
[0007]
That is, since the preheating device and the solder bath provided in the tunnel-shaped chamber are at a high temperature, a thermal convection is generated in the tunnel-shaped chamber so that the atmosphere flows in the elevation direction. On the other hand, outside air or air enters.
[0008]
Further, when the printed wiring board is transported by the transport conveyor, the atmosphere inside the tunnel-shaped chamber is taken out of the tunnel-shaped chamber and the atmosphere outside the tunnel-shaped chamber is brought in at the same time. The atmosphere enters. Therefore, there is a problem that the oxygen concentration in the tunnel chamber does not decrease to a target value even though a large amount of inert gas is supplied.
[0009]
In the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-198486, in order to suppress the unnecessary flow of the atmosphere in the tunnel-shaped chamber, the plate surface has a large number of plate members along the transfer direction of the transfer conveyor. A feature is that a so-called labyrinth flow path is formed in the tunnel-like chamber to suppress unnecessary atmospheric flow in a direction crossing the transport direction. In addition, the tunnel-shaped chamber has a vertical cross-section, and the inert gas heated by the preheating device or the solder bath is likely to accumulate in the tunnel-shaped chamber. There are features.
[0010]
Further, when soldering is performed by bringing a printed wiring board into contact with a jet of molten solder while being conveyed by a conveyor, the printed wiring board is conveyed at an elevation angle in the conveying direction. As a result, as described above, the tunnel-shaped chamber also faces the elevation angle.
[0011]
That is, the separation angle of the peel-back point at which the molten solder jet wave and the printed wiring board separate from each other when the printed wiring board is transported at an elevation angle (the angle formed by the printed wiring board transport direction and the flowing direction of the molten solder jet wave) Acts to peel off excess molten solder supplied to the soldered part, resulting in poor soldering such as a solder bridge (a phenomenon where solder adheres across adjacent soldered parts) This is because the occurrence of occurrence can be reduced.
[0012]
The elevation transport angle is normally adjusted and used between about 1 ° and 7 ° according to the mounting state of the printed wiring board, etc., but between about 3 ° and 5 °. Most often used in For this reason, the conveyor is also installed in accordance with the elevation angle, but an ordinary soldering apparatus is configured so that the angle can be varied and adjusted. The tunnel chamber is also integrated with the transfer conveyor, and the angle is varied and adjusted according to the transfer elevation angle.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
The basic process for soldering the printed wiring board is as follows: (1) Preheating process for preheating the printed wiring board, (2) Soldering process for supplying solder to the printed wiring board, (3) Soldering And a cooling process for cooling the printed wiring board.
[0014]
And when performing preliminary heating of a printed wiring board, it is known that a printed wiring board can be heated more uniformly by using infrared heating and hot air heating together. This is because the infrared absorptivity varies depending on the types of electronic components mounted on the printed wiring board, that is, lead-type electronic components and chip-type electronic components. Therefore, the preheating temperature can be made more uniform by using heat conduction heating from hot air in combination.
[0015]
As an example of such preheating means using both infrared rays and hot air heating, there is a technique disclosed in Japanese Patent Publication No. 7-7036. However, such preheating means cannot be used in a soldering apparatus as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-198486.
[0016]
In other words, if the configuration is such that hot air is supplied to the printed wiring board in the tunnel chamber and is simply blown, an unnecessary flow of the atmosphere occurs in the tunnel chamber, and the atmosphere flows out of the tunnel chamber. This is because, if the atmosphere enters the tunnel-like chamber, the oxygen concentration in the tunnel-like chamber becomes difficult to decrease, and a large amount of inert gas needs to be supplied. In addition, the oxygen concentration in the tunnel-like chamber fluctuates in an unstable manner, and the soldering quality of the printed wiring board fluctuates in an unstable manner.
[0017]
For this reason, in such a flow type soldering apparatus that performs soldering in an inert gas atmosphere having a low oxygen concentration in a tunnel-like chamber, only an infrared heater is often used as the preheating device.
[0018]
Also, when soldering using lead-free solder, there is a problem that lift-off failure occurs. In particular, when lead-free solder containing bismuth (Bi) is used, there is a problem that lift-off defects are likely to occur.
[0019]
This lift-off failure can be prevented by rapidly cooling the molten solder supplied to the printed wiring board. For example, a technique for supplying and spraying an inert gas for cooling to a printed wiring board is known.
[0020]
However, it has been difficult to provide such a cooling means at a position close to a position where the molten solder and the printed wiring board come into contact with each other. That is, the temperature of the inert gas itself is increased by being supplied and blown to the printed wiring board, and the temperature of the inert gas itself is increased by contact with the molten solder in the process of being supplied and blown to the printed wiring board. . This is because the inert gas whose temperature has risen causes heat convection in the tunnel-like chamber, and unnecessary atmospheric flow is likely to occur.
[0021]
Therefore, the cooling means by supplying and blowing such an inert gas is provided at a rear position away from the position where the molten solder and the printed wiring board are separated. Therefore, it has been difficult to quickly cool the molten solder supplied to the printed wiring board immediately.
[0022]
An object of the present invention is to enable hot air heating to be used in the preheating step even in a tunnel chamber in which such an inert gas atmosphere having a low oxygen concentration is formed. And it is in making soldering quality of a printed wiring board still better by enabling it to preheat a printed wiring board to a more uniform temperature. Another object of the present invention is to realize a flow type soldering apparatus that hardly causes lift-off failure when soldering is performed using lead-free solder.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
The flow type soldering apparatus according to the present invention recovers and heats the inert gas supplied and blown to the printed wiring board in the cooling step, and the heated inert gas is printed in the preheating step. It is characterized in that the printed wiring board can be preheated using this hot air supplied and blown to the board.
[0024]
BoardPreheating means for preheating the workpiece to be soldered, solder supplying means for supplying the molten solder to the plate-like workpiece to be soldered provided after the preheating means, and subsequent to the solder supplying means A cooling means for cooling the plate-like workpiece to be soldered, and a conveying means for conveying the plate-like workpiece to be soldered in the order of the preheating means, the solder supply means and the cooling means. A flow type soldering apparatus that is provided in the chamber and performs flow type soldering in an inert gas atmosphere having a low oxygen concentration in the tunnel-like chamber supplied with an inert gas is configured as follows.
[0025]
First, a cooling inert gas supply means for supplying a cooling inert gas to the plate-like soldered workpiece immediately after a position where the molten solder and the plate-like soldered workpiece are separated from each other is provided. Provide. Further, there is provided a recovery means provided near the cooling inert gas supply means for sucking and collecting the cooling inert gas supplied to the plate-like workpiece to be soldered.
[0026]
In addition, an inert gas heating means for heating the inert gas recovered by the recovery means is provided, and the inert gas heated by the inert gas heating means is sent to the preheating means to provide the plate-shaped object. An inert gas feeding means for supplying the soldering work is provided.The specific configuration of the inert gas heating means will be described in a later paragraph.
[0027]
Here, the preheating process includes preheating means, the soldering process includes solder supply means, and the cooling process includes cooling means.
[0028]
Thus, the hot air supplied to the plate-shaped workpiece to be soldered and blown by the preheating means in the preheating step, that is, the hot air of the inert gas, heats the plate-shaped workpiece to be soldered and then performs the soldering step. The inert gas heating means is recovered together with the inert gas that is sucked into the recovery means provided in the cooling process and newly supplied from the inert gas supply means for cooling to the plate-shaped workpiece to be soldered and blown. It is heated by, and flows and circulates in a certain direction by the inert gas feeding means.
[0029]
Therefore, it becomes possible to form an inert gas atmosphere having a low oxygen concentration that flows only in a certain direction in the tunnel-like chamber, while suppressing the generation of unstable atmosphere flow in the tunnel-like chamber, Hot air heating of the plate-like workpiece to be soldered is possible in the preheating step.
[0030]
In addition, the inert gas blown to the plate-like workpiece to be soldered in the cooling process has risen in temperature by cooling the plate-like workpiece to be soldered. By using it as hot air for preheating in the heating process, energy can be effectively used.
[0031]
As described above, since preheating can be performed using hot air, the plate-shaped workpiece to be soldered can be preheated more uniformly as viewed from the temperature distribution. Further, since unstable atmosphere flow does not occur in the tunnel-shaped chamber, soldering can be performed in an inert gas atmosphere with a stable oxygen concentration. Accordingly, it is possible to produce a plate-like workpiece to be soldered with excellent soldering quality.
[0032]
Moreover, since an unstable atmosphere flow does not occur in the tunnel-shaped chamber, it is difficult for the air outside the tunnel-shaped chamber to enter the chamber, and it is necessary to supply the tunnel-shaped chamber by using hot air heating. There is no need to increase the consumption flow rate of the inert gas. That is, it is not necessary to increase the flow rate per unit time of the inert gas supplied to the tunnel chamber in order to maintain the target low oxygen concentration.
[0033]
Of course, the inert gas supplied to form an inert gas atmosphere having a low oxygen concentration in the tunnel-shaped chamber and the inert gas supplied to cool the plate-shaped workpiece to be soldered are contained in the chamber. As the volume of the inert gas atmosphere increases, this increase overflows from the entrance and exit of the tunnel chamber.
[0034]
Also, by cooling the plate-like workpiece to be soldered, it collects the inert gas whose temperature has risen, and uses the inert gas whose temperature has risen as hot air for the preheating means in the preheating step. The inert gas newly supplied and heated in the process of cooling the workpiece to be soldered causes heat convection in the tunnel chamber, especially in the soldering process. There is no flow.
[0035]
Therefore, a cooling means for supplying an inert gas for cooling is provided at a position very close to the position where the molten solder and the plate-shaped workpiece to be soldered are separated (the nearest latter stage), so that the plate-shaped workpiece to be soldered is provided. It becomes possible to immediately cool the high-temperature molten solder that has just been supplied to the molten state. In addition, since the inert gas whose temperature has risen is recovered immediately, no heat accumulation occurs and the cooling effect is improved.
[0036]
In the soldering process, if an irregular atmosphere flow that is irregular is generated, the oxygen concentration also varies irregularly, and the soldering quality varies in an unstable manner, which is an important point.
[0037]
As described above, the flow type soldering apparatus according to the present invention can rapidly cool the molten solder supplied to the plate-like workpiece to be soldered while maintaining the soldering quality stably. It is possible to rapidly solidify the molten solder supplied on the soldering workpiece and in a molten state.
[0038]
As a result, solidification segregation does not occur when the molten solder solidifies, and lift off that is likely to occur especially when soldering using lead-free solder (especially that is likely to occur in lead-free solder containing bismuth). The occurrence of defects can be reliably prevented.
[0039]
Where we explained in the previous paragraphInert gas heating meansAs a concrete configuration aboutIs configured to include in the molten solder gas distribution means for heating the cooling inert gas sucked in by the recovery means.
[0040]
In this way, the inert gas for cooling whose temperature has been raised in the process of cooling the workpiece to be soldered to the plate is heated to the temperature of the molten solder by the gas distribution means even after the collecting means for sucking the inert gas. Will be able to. Thus, in the flow type soldering apparatus according to the present invention, it is possible to easily realize the provision of the cooling means immediately after the position where the molten solder and the plate-like workpiece to be soldered are separated.
[0041]
In other words, it is possible to effectively use the inert gas whose temperature has risen after cooling the plate-shaped workpiece to be soldered, and the newly supplied inert gas for cooling is used for the cooling of the plate-shaped workpiece. The temperature rises in the process of cooling the attached workpiece, and the increase in the atmosphere volume in the tunnel chamber and the occurrence of thermal convection do not appear in parallel, and unnecessary atmosphere flow does not occur in the tunnel chamber. Can be.
[0042]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
With reference to FIG. 1, the example of embodiment of the flow type soldering apparatus concerning this invention is demonstrated.
[0043]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view for explaining an embodiment of a soldering apparatus of the present invention. N2 The gas supply system and the circulation system of the hot air preheating atmosphere are shown by symbol diagrams.
[0044]
(1) Configuration
That is, the
[0045]
As shown in FIG. 1, the longitudinal section of the tunnel-shaped
[0046]
Although the illustration is omitted, the first and second conveyors 3 and 4 are provided with holding claws that hold both side ends of the printed
[0047]
A preheating means 8, a solder supply means 9 and a cooling means (rapid cooling means) 10 are arranged in the tunnel-
[0048]
The preheating means 8 preheats the printed
[0049]
Here, a particularly important matter is to obtain the second good solder wettability. For this purpose, the temperature of a large number of soldered portions existing in the printed
[0050]
A variety of electronic components such as lead-type components, chip-type components, and odd-shaped components are mounted on the flow-soldered printed
[0051]
Moreover, it is desired to realize this preheating in an inert gas atmosphere having a low oxygen concentration in the tunnel-
[0052]
In this embodiment, as illustrated in FIG. 1, an
[0053]
A
[0054]
A hot air atmosphere supplied and blown from the hot
[0055]
The solder supply means 9 has a flow type configuration. That is,
[0056]
The preheating means 8 is provided in the tunnel-
[0057]
The cooling means 10 has a low temperature N2 N for cooling gas2 The printed
[0058]
But liquid N2 N vaporized from gas cylinder 27b2 By supplying gas, N with extremely low temperature2 Since the gas can be used for cooling the printed
[0059]
N for cooling2 The
[0060]
The
[0061]
The cooling N2 The
[0062]
And this cooling N is left leaving the area facing the printed
[0063]
N for cooling2
[0064]
The
[0065]
An opening
[0066]
In this way, by connecting to the
[0067]
And this N2 The gas is sucked from the
[0068]
That is, the temperature of the printed
[0069]
On the other hand, a large number of plate-like members, that is,
[0070]
The restraining
[0071]
In addition, FIG. 1 shows an example in which the
[0072]
A means for forming an inert gas atmosphere having a low oxygen concentration in the tunnel-
[0073]
N2 The gas is liquid N containing liquid nitrogen2 N from gas cylinder 27b and air2 PSA type N to separate gas2 N such as gas supply device 27a2 It is supplied from the
[0074]
N2 As for the gas supply flow rate, the oxygen concentration in the tunnel-
[0075]
This oxygen concentration is determined by the cooling N2 N supplied from the
[0076]
(2) Operation
The operation of the embodiment of the flow type soldering apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0077]
When the printed
Then, the preheating means 8 in the preheating
[0078]
In this preheating
[0079]
The hot air supplied and blown to the printed
[0080]
The uniformly preheated printed
[0081]
And since the temperature of many to-be-soldered parts of the printed
[0082]
Subsequently, the quenching means 10 of the cooling
[0083]
By this rapid cooling, the
[0084]
N used for this cooling2 The gas is sucked from the
[0085]
At this time, the temperature of the printed
[0086]
If the printed
[0087]
Therefore, N sucked into the
[0088]
Thus, in the
[0089]
Therefore, cooling N2 No unnecessary thermal convection is generated as a heated gas body after the gas is supplied to the printed
[0090]
That is, the atmospheric flow rate per unit time circulated by the
[0091]
N for cooling in this way2 The gas is recycled as hot air for preheating, and flows through the
[0092]
In this way, while creating a flow of the atmosphere that circulates only in a certain direction in the tunnel-
[0093]
After the printed
[0094]
This series of soldering operations is performed with a low oxygen concentration N2 Performed in a gas atmosphere. That is, N for atmosphere formation2 N supplied from the
[0095]
However, this oxygen concentration is2 N supplied from the
[0096]
Accordingly, the flow rate adjustment for adjusting the degree of cooling is the primary adjustment means, the flow rate adjustment for maintaining the target oxygen concentration is the secondary adjustment means, and a separate control means is provided to provide both flow rates. N so that the sum of2 The gas flow rate may be adjusted.
[0097]
In this case, the target degree of cooling and the target oxygen concentration vary depending on the type of the printed
[0098]
Also, as usual, N for atmosphere formation2 You may comprise so that only the flow volume supplied to the
[0099]
(3) Other configuration examples of quenching means
With reference to FIG. 2, the other structural example of the expedient means used for the embodiment of the flow type soldering apparatus concerning this invention is demonstrated.
[0100]
FIG. 2 is a longitudinal sectional view for explaining another configuration example of the rapid cooling means.
[0101]
That is, the rapid cooling means 10 illustrated in FIG.2 N for cooling from the
[0102]
However, in the configuration example shown in FIG. 2, in addition to the lower surface (surface to be soldered) 1a of the printed
[0103]
As a result, the printed
[0104]
Further, as shown in FIG. 2, the cooling surface N a is formed on the lower surface 1 a of the printed
[0105]
That is, N for cooling2 N blown out from the
[0106]
【The invention's effect】
According to the flow type soldering apparatus of the present invention, even in a soldering apparatus that performs soldering in an inert gas atmosphere having a low oxygen concentration in a tunnel-shaped chamber having a carry-in port and a carry-out port that are always open, Hot air can be used as the heating means.
[0107]
That is, preheating with hot air can be realized without causing an irregular unnecessary atmosphere flow in the tunnel-shaped chamber, and a stable oxygen concentration can be maintained. Therefore, a stable low oxygen concentration inert gas atmosphere can be maintained without increasing the flow rate of the inert gas supplied per unit time into the tunnel-shaped chamber, that is, the consumption thereof.
[0108]
As a result, solder wettability is good and uniform, soldering quality is good and stable soldering can be performed, and a high-quality printed wiring board can be manufactured.
[0109]
Moreover, it is possible to rapidly cool the printed wiring board after soldering without giving an unnecessary flow that is irregular to the atmosphere in the tunnel-like chamber by using a cooled inert gas having a low temperature. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of lift-off defects that are likely to occur when lead-free solder is used.
[0110]
Furthermore, since the inert gas that has absorbed heat and has risen in temperature when the printed wiring board is rapidly cooled is recycled as hot air of the preheating means, energy can be used efficiently.
[0111]
In addition, the cooling efficiency is increased without causing heat accumulation in the cooling process.
[0112]
In addition, by adopting such a recycling configuration, the cooling N is located in the vicinity of the peel-back point where the printed wiring board and the molten solder jet wave are separated.2 A gas supply means and a gas recovery means thereof can be provided, and the molten solder supplied to the soldered portion of the printed wiring board can be rapidly cooled before it is solidified and solidified.
[0113]
That is, an increase in the temperature of the inert gas during the cooling process or the gas recovery process does not cause irregular fluctuations in the atmosphere flow in the tunnel chamber. Furthermore, N after cooling the printed wiring board2 The structure for heating the gas also by molten solder is that the cooling N is in a position close to the peel back point.2 This is an essential requirement for providing the gas supply means and the gas recovery means, and the flow of heat energy has no waste.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view for explaining an embodiment of a flow soldering apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view for explaining another configuration example of the quenching means.
[Explanation of symbols]
1 Printed wiring board (Plate-shaped soldered work)
1a Soldering surface (lower surface)
1b Upper surface
2 Conveyor
3 First conveyor
4 Second conveyor
5 Tunnel-shaped chamber
5a opening
5b Skirt
6 Carriage entrance
7 Unloading exit
8 Preheating means
9 Solder supply means
10 Cooling means (rapid cooling means)
11 Molten solder
12 Solder bath
13 Infrared heater
14 Heater for atmosphere heating (inert gas heating means)
15 Air outlet (hot air nozzle)
16 Hot air supply body (atmosphere heating chamber)
17, 18 sensor
19 Blower (Inert gas transfer means)
19a Suction port
23 Pump
24 Jet nozzle
25 Jet waves
26, 26a N for cooling2 Gas supply
27 N2 Gas supply source
27a N2 Gas supply device
27b Liquid N2 Gas cylinder
28 On-off valve
29 Filter
30 Pressure control valve
31 Flow control valve
32 Pressure gauge
33 Flow meter
34 First vaporizer
35 Second vaporizer
36 Peelback points
37 Gas recovery port housing (recovery means)
38 Pipe (gas distribution means)
39 Opening control valve
41 Deterrence plate
43 N for atmosphere formation2 Gas supply
44 Preheating process
45 Soldering process
46 Cooling process
Claims (1)
前記溶融はんだと前記板状の被はんだ付けワークとが離脱する位置の直近の後段に前記板状の被はんだ付けワークに冷却用の不活性ガスを供給する冷却用不活性ガス供給手段と、
前記冷却用不活性ガス供給手段の近傍に設けられ前記板状の被はんだ付けワークに供給された冷却用の不活性ガスを吸い込み回収する回収手段と、
前記回収手段により回収された不活性ガスを加熱する不活性ガス加熱手段と、
前記不活性ガス加熱手段により加熱された不活性ガスを前記予備加熱手段に回送して前記板状の被はんだ付けワークに供給する不活性ガス回送手段とを備え、
前記不活性ガス加熱手段は、前記回収手段により吸い込まれた冷却用の不活性ガスを加熱するガス流通手段を前記溶融はんだ中に備えたことを特徴とするフロー式はんだ付け装置。Preheating means for preheating the plate-like soldered work, solder supply means for supplying molten solder to the plate-like work to be soldered provided after the preheating means, and the solder supply means A cooling unit provided in a subsequent stage for cooling the plate-like workpiece to be soldered and a conveying unit for conveying the plate-like workpiece to be soldered in the order of the preheating unit, the solder supply unit, and the cooling unit are tunneled. In a flow type soldering apparatus for performing flow type soldering in an inert gas atmosphere having a low oxygen concentration in the tunnel-shaped chamber supplied with an inert gas, provided in a cylindrical chamber,
A cooling inert gas supply means for supplying an inert gas for cooling to the plate-shaped workpiece to be soldered immediately after the position where the molten solder and the plate-shaped workpiece to be soldered are separated from each other;
A collecting means for sucking and collecting the inert gas for cooling provided in the vicinity of the inert gas supplying means for cooling and supplied to the plate-like workpiece to be soldered;
An inert gas heating means for heating the inert gas recovered by the recovery means;
An inert gas feeding means that feeds the inert gas heated by the inert gas heating means to the pre-heating means and supplies the plate-like workpiece to be soldered ;
The flow type soldering apparatus according to claim 1, wherein the inert gas heating means includes a gas flow means for heating the cooling inert gas sucked by the recovery means in the molten solder .
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