JP3974525B2 - リフロー半田付け装置及びリフロー半田付け方法 - Google Patents
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Description
技術分野
本発明はリフロー半田付け装置及びリフロー半田付け方法に係り、特にクリーム半田が塗布されたプリント基板上に表面実装電子部品が搭載された電子部品搭載プリント基板組立体に対してリフロー半田付けを行って電子部品が実装された電子部品実装プリント基板組立体を製造するリフロー半田付け装置及びリフロー半田付け方法に関する。
一般に、複数の電子部品がプリント基板上に半田付けされたプリント基板ユニットは、熱容量の大きい電子部品と熱容量の小さい電子部品とが混在している。よって、リフロー半田付け装置は、このことに対応可能である構成、即ち、熱容量の大きい電子部品と熱容量の小さい電子部品とを一括して半田付け可能であることが望ましい。
また、リフロー半田付け装置は、電子部品搭載プリント基板組立体を半田付け温度にまで加熱するときの温度プロファイルを自由に定めることが可能であることが望ましい。リフロー半田付けピーク温度を最適に定めて、電子部品及びプリント基板に加熱時に発生する熱応力を出来るだけ小さくするためである。ここで、熱応力とは、電子部品、プリント基板及び半田の各熱膨張係数が異なるために、熱によって電子部品等に生じる機械的な応力である。
背景技術
クリーム半田が塗布されたプリント基板に電子部品が搭載された電子部品搭載プリント基板組立体に対してリフロー半田付けを行うリフロー半田付け装置としては、大別して、赤外線加熱装置を備えた構成の赤外線リフロー半田付け装置と、飽和蒸気加熱装置を備えた構成の飽和蒸気リフロー半田付け装置とがある。
赤外線加熱装置は、赤外線照射装置を備え、赤外線の幅射熱を利用して加熱する装置である。よって、赤外線リフロー半田付け装置では、赤外線照射装置を適宜調整することによって、半田付け温度にまで加熱するときの温度プロファイルを適宜に定めることが可能である。しかし、赤外線の輻射熱を利用した加熱であるため、熱容量の小さい電子部品は加熱が進み、熱容量の大きい電子部品は加熱が遅れ、大熱容量電子部品と小熱容量電子部品とを均一に加熱することが出来ない。赤外線照射装置の加熱の条件を大熱容量電子部品に合わせると、小熱容量電子部品は過度に加熱されて、耐熱温度を越える場合が起きる。この場合には、小熱容量電子部品を大熱容量電子部品と同時にリフロー半田付けを行うことが出来ず、小熱容量電子部品は別途後付けすることになり、電子部品実装プリント基板組立体の生産性が良くない。
飽和蒸気加熱装置は、フッ素系の不活性液体を加熱沸騰させることによって得られた飽和蒸気によって加熱する装置である。よって、飽和蒸気リフロー半田付け装置では、大熱容量電子部品と小熱容量電子部品とを均一に加熱することが可能である。しかし、飽和蒸気の温度は使用する不活性液体の種類によって決まってしまうため、リフロー時のピーク温度を調整出来ない。また、電子部品搭載プリント基板組立体組立体を半田付け温度にまで加熱するときの温度プロファイルを適宜に定めることは出来ず、このときの加熱は一般には急な加熱となり、この急激な熱膨張により電子部品及びプリント基板の信頼性に悪影響を及ぼしてしまう。
発明の開示
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、大熱容量電子部品と小熱容量電子部品とを均一に加熱することが可能であり、しかも、電子部品搭載プリント基板組立体を半田付け温度にまで加熱するときの温度プロファイルを適宜に定めることが可能であるリフロー半田付け装置及びリフロー半田付け方法を提供することを総括的な目的とする。
この目的を達成するために、本発明は、加熱媒体としての液体が貯留してあり、ゲートによって複数の仕切り槽に仕切られており、一の仕切り槽内の液体が予備加熱温度に加熱されており、及び別の仕切り槽内の液体が半田付け温度に加熱されている槽装置を備え、部品がプリント基板上に搭載されたプリント基板組立体を複数の仕切り槽内を順に搬送させて、リフロー方式で部品をプリント基板上に半田付けする構成である。
ＶＰＳ（Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）式ホットガス式において加熱媒体として使用する気体に比べて、液体は熱容量が大きく、よって液体に加える単位熱量に対する液体の温度の上昇量が少なく、これによって、微妙な温度コントロールが可能となる。
また、液体が気化する温度は液体の種類により決まってしまうため、気体を加熱媒体として使用する場合には、温度制御が一定の制限を受けてしまう。これに対して、加熱媒体が液体である場合には、広い範囲で温度制御が可能であり、液体の種類に左右され難く、自由な温度設定が可能である。
また、前記の目的を達成するために、本発明は、加熱媒体としての液体が貯留してあり、ゲートによって複数の仕切り槽に仕切られており、一の仕切り槽内の液体が予備加熱温度に加熱されており、及び別の仕切り槽内の液体が半田付け温度に加熱されている槽装置を備え、部品がプリント基板上に搭載されたプリント基板組立体を複数の仕切り槽内を順に搬送させて、リフロー方式で部品をプリント基板上に半田付けするリフロー半田付け装置であって、
予備加熱温度に加熱してある液体が貯留してある第１の仕切り槽と、
半田付け温度に加熱してある液体が貯留してある第２の仕切り槽と、
第１の仕切り槽と第２の仕切り槽との間の第１のゲートと、
プリント基板組立体が留まっている第１の仕切り槽内の液体の温度を、これに第２の仕切り槽内の半田付け温度に加熱されている液体を混合させて、徐々に上昇させるべく、該プリント基板組立体が第１の仕切り槽から第２の仕切り槽内に搬送する前に、第１のゲートを徐々に開ける第１のゲート開き手段とを有する構成とした。
加熱媒体として液体を使用しているため、大熱容量電子部品と小熱容量電子部品とを均一に加熱することが可能となる。
第１のゲートを徐々に開けることによって、第２の仕切り槽内の半田付け温度に加熱されている液体を第１の仕切り槽内の液体に徐々に混合されて、第１の仕切り槽内の液体の温度が徐々に上昇され、プリント基板組立体の予備加熱温度から半田付け温度への温度の上昇は徐々に行われる。
また、前記の目的を達成するために、本発明は、加熱媒体としての液体が貯留してあり、ゲートによって複数の槽に仕切られており、一の槽内の液体を予備加熱温度に加熱されており、及び別の槽内の液体を半田付け温度に加熱されている槽装置を使用し、部品がプリント基板上に搭載されたプリント基板組立体を複数の槽に順に搬送させて、リフロー方式で部品をプリント基板上に半田付けするリフロー半田付け方法であって、
プリント基板組立体が、予備加熱温度に加熱されている液体が貯留してある槽から、半田付け温度に加熱されている液体が貯留してある槽内に搬送する前に、ゲートを徐々に開けて、プリント基板組立体が留まっている槽内の液体の温度を、これに半田付け温度に加熱されている液体を混合させて、徐々に上昇させるようにした構成である。
加熱媒体として液体を使用しているため、大熱容量電子部品と小熱容量電子部品とを均一に加熱することが可能となる。
第１のゲートを徐々に開けることによって、第２の仕切り槽内の半田付け温度に加熱されている液体を第１の仕切り槽内の液体に徐々に混合されて、第１の仕切り槽内の液体の温度が徐々に上昇され、プリント基板組立体の予備加熱温度から半田付け温度への温度の上昇は徐々に行われる。
発明を実施するための最良の形態
本発明の好適な実施の形態について、図を参照して、以下説明する。
図１は本発明の一実施例になるリフロー半田付け装置１０を示す。Ｘ１は、電子部品搭載プリント基板組立体１１が移動される方向である。
１２はＸ１−Ｘ２方向に長い槽装置であり、加熱媒体としての不活性液体１３が貯留してある。不活性液体１３は、例えば、アウジモンド社のガルデンＨＳ２６０であり、沸点は２６０℃であり、半田付け温度より高い温度である。不活性液体１３であるため、リフロー半田付け中に電子部品搭載プリント基板組立体１１が酸化すること等は起きない。槽装置１２は、全体が蓋１４によって覆われてトンネル状となっており、開閉する搬入扉１５及び搬出扉１６を有する。
槽装置１２は、複数のゲート２１〜２４によって複数の仕切り槽に仕切られている。複数の仕切り槽は、Ｘ２からＸ１方向に順に、投入仕切り槽３１、第１の中間仕切り槽３２、加熱仕切り槽３３、第２の中間仕切り槽３４、取り出し仕切り槽３５とよりなる。１３−３１は投入仕切り槽３１内の不活性液体、１３−３２は第１の中間仕切り槽３２内の不活性液体、１３−３３は加熱仕切り槽３３内の不活性液体、１３−３４は第２の中間仕切り槽３４内の不活性液体、１３−３５は取り出し仕切り槽３５内の不活性液体である。
投入仕切り槽３１は、電子部品搭載プリント基板組立体１１を予備加熱する役割を有する。加熱仕切り槽３３は、電子部品搭載プリント基板組立体１１を予備加熱温度から半田付け温度にまで加熱する役割を有する。取り出し仕切り槽３５は、電子部品が半田付けされて実装されたプリント基板組立体を、大気中に送り出す前に一旦１００℃にまで冷却する役割を有する。第１の中間仕切り槽３２は、投入仕切り槽３１と加熱仕切り槽３３との間に位置しており、加熱仕切り槽３３に対して控えの槽としての役割、及び投入仕切り槽３１に影響を与えずに、電子部品搭載プリント基板組立体１１を半田付け温度にまで徐々に加熱する役割を有する。第２の中間仕切り槽３４は、加熱仕切り槽３３と取り出し仕切り槽３５との間に位置しており、取り出し仕切り槽３５に対して控えの槽としての役割、及び加熱仕切り槽３３に影響を与えずに、電子部品半田付け実装プリント基板組立体を１００℃にまで徐々に冷却する役割を有する。
図示の便宜上、各仕切り槽３１〜３５は同じ大きさで示してあるけれども、第１の中間仕切り槽３２及び第２の中間仕切り槽３４は電子部品搭載プリント基板組立体１１より少し大きいサイズであり、投入仕切り槽３１、加熱仕切り槽３３、取り出し仕切り槽３５は、中間仕切り槽３２、３３の４〜５倍のサイズである。後述するゲートの開き状態によって中間仕切り槽３２、３３内の不活性液体１３の温度を制御する動作が円滑に行われるようにするためである。
各ゲート２１〜２４に関連して、ゲートを開閉させるアクチュエータ４１〜４４及びゲート２１〜２４の開き位置を検出するゲート開き位置センサ５１〜５４が設けてある。
投入仕切り槽２１には、ゲート２１に近い位置に、プリント基板１１が搬送されて来たことを検知するプリント基板センサ６１及び投入仕切り槽２１内の不活性液体１３の温度を検知する温度センサ７１が設けてある。
第１の中間仕切り槽３２には、ゲート２２に近い位置に、プリント基板センサ６２及び温度センサ７２が設けてある。加熱仕切り槽３３には、ゲート２３に近い位置に、プリント基板センサ６３及び温度センサ７３が設けてある。第２の中間仕切り槽３４には、ゲート２４に近い位置に、プリント基板センサ６４及び温度センサ７４が設けてある。
また、各仕切り槽３１〜３５毎に、プリント基板１１をＸ１方向に搬送するプリント基板搬送装置８１〜８５が設けてある。
加熱仕切り槽３３の外側には、不活性液体１３−３３を矢印９３で示すように循環させるポンプ９０、温度センサ９４の情報を参照しつつ不活性液体１３−３３を加熱する加熱器９１、不活性液体１３−３３が過度に加熱された場合にこれを冷却する冷却器９２が設けてある。加熱仕切り槽３３内の不活性液体１３−３３は、半田付け温度Ｔｐｅａｋに保たれている。半田付け温度Ｔｐｅａｋは、半田の融点より３０℃程度高い温度であり、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ半田の場合には２３０℃でありＳｎ−Ｐｂ半田の場合には２１５℃である。
投入仕切り槽２１の外側には、不活性液体１３−３１を矢印１０３で示すように循環させるポンプ１００、温度センサ１０４の情報を参照しつつ不活性液体１３−３１を加熱する加熱器１０１、不活性液体１３−３１が過度に加熱された場合にこれを冷却する冷却器１０２が設けてある。投入仕切り槽２１内の不活性液体１３−３１は、予備加熱温度Ｔｐｒｅ１に保たれている。予備加熱温度Ｔｐｒｅ１は、フラックスの活性化が助成される温度であり、１５０℃である。
取り出し仕切り槽３５の外側には、不活性液体１３−３５を矢印１１３で示すように循環させるポンプ１１０、温度センサ１１４の情報を参照しつつ不活性液体１３−３５を加熱する加熱器１１１、不活性液体１３−３５が過度に加熱された場合にこれを冷却する冷却器１１２が設けてある。取り出し仕切り槽３５内の不活性液体１３−３５は、予備冷却温度Ｔｐｒｅ２に保たれている。予備冷却温度Ｔｐｒｅ２は、１００℃である。半田付けされた２３０℃のプリント基板組立体を大気中に出して大気温度にまで一挙に冷却させると、半田付けされたプリント基板組立体の酸化が促進され易い。しかし、半田付けされた２３０℃のプリント基板組立体を、一旦１００℃に冷却し、そしてから大気中に出して大気温度にまで冷却させると、半田付けされたプリント基板組立体の大気中での酸化が抑制される。取り出し仕切り槽３５は、半田付けされたプリント基板組立体が大気中に出た後に酸化することを抑制するために設けてある。
１１９はコントロールボックスであり、リフロー半田付け装置１０の一部であり、リフロー半田付け装置１０の動作を制御する。コントロールボックス１１９内にはコントロールユニット１２０が設けてある。
図２は、リフロー半田付け装置１０の制御系を示す。コントロールユニット１２０に関連して、コントロールユニット１２０に情報を供給する側として、ゲート開き位置センサ５１〜５４、プリント基板センサ６１〜６４、温度センサ７１〜７４、９４，１０４、１１４、及びメモリ１２１が設けてある。
メモリ１２１には、各ゲート２１〜２４の開閉時点及び開閉の速度のプログラムが格納されている。
ゲート２２の開き動作のプログラムは、以下の実験の結果に基いて決めてある。
リフロー半田付け装置１０を図３Ｂに示す第２の段階と同じ状態とし、開きのタイミングと開きの速度を適宜変えてゲート２２を開き、温度センサ７２の出力を計測する実験を幾度も行ない、ゲート２２の開きのタイミングと開きの速度ごとに温度のプロファイルを作成する。作成した複数の温度のプロファイルの中から、図６中の線ＩＩと一致する温度プロファイルを見つけ、この温度プロファイルに対応するゲート２２の開きのタイミングと開きの速度のプログラム、即ち、図５Ｂに線ＸＩで表されるプログラムがメモリ１２１に格納してある。
ゲート２４の開き動作のプログラムは、以下の実験の結果に基いて決めてある。
リフロー半田付け装置１０を図３Ｄに示す第４の段階と同じ状態とし、開きのタイミングと開きの速度を適宜変えてゲート２４を開き、温度センサ７４の出力を計測する実験を幾度も行ない、ゲート２４の開きのタイミングと開きの速度ごとに温度のプロファイルを作成する。作成した複数の温度のプロファイルの中から、図６中の線ＩＶと一致する温度プロファイルを見つけ、この温度プロファイルに対応するゲート２４の開きのタイミングと開きの速度のプログラム、即ち、図５Ｄに線ＸＩＩで表されるプログラムがメモリ１２１に格納してある。
コントロールユニット１２０からの情報を受ける側には、アクチュエータ４１〜４４の駆動回路１２２、プリント基板搬送装置８１〜８５の駆動回路１２３、ポンプ９０，１００、１１０の駆動回路１２４、加熱器９１，１０１、１１１の駆動回路１２５、冷却器９２、１０２、１１２の駆動回路１２６が設けてある。
次に、電子部品搭載プリント基板組立体１１をリフロー半田付けするときのリフロー半田付け装置１０の動作を説明する。
なお、図１に示すように、電子部品搭載プリント基板組立体１１は、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕクリーム半田が塗布されたプリント基板１１ａ上に熱容量の大きい表面実装電子部品１１ｂと熱容量の小さい表面実装電子部品１１ｃとが混在してクリーム半田自身の粘着力を利用して仮りに搭載されている構成である。
リフロー半田付け装置１０は、電子部品搭載プリント基板組立体１１が搬送された位置に応じて、コントロールユニット１２０によって各ゲート２１〜２４の開閉を制御されつつ動作する。
図３Ａ〜３Ｅは、電子部品搭載プリント基板組立体１１が搬送された各位置における、各ゲート２１〜２４の開閉状態、及び投入仕切り槽３１、第１の中間仕切り槽３２、加熱仕切り槽３３、第２の中間仕切り槽３４、取り出し仕切り槽３５内の不活性液体１３−３１、１３−３２、１３−３３、１３−３４、１３−３５の温度を示す。図４は、図３Ａ〜３Ｅに示す状態を表にして示す。図５Ａ〜５Ｄは、ゲート２１〜２４の開閉状態を示す。図６は、電子部品搭載プリント基板組立体１１の温度のプロファイルを示す。温度のプロファイルは、線Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖがつながったものである。
一つの電子部品搭載プリント基板組立体１１に対しては、リフロー半田付け装置１０は、図３Ａに示す第１の段階→図３Ｂに示す第２の段階→図３Ｃに示す第３の段階→図３Ｄに示す第４の段階→図３Ｅに示す第５の段階と動作する。
図６の温度のプロファイルは、第１の段階における線Ｉ、第２の段階における線ＩＩ、第３の段階における線ＩＩＩ、第４の段階における線ＩＶ、第５の段階における線Ｖとよりなる。
電子部品搭載プリント基板組立体１１が投入仕切り槽３１に投入される前の状態：
以下の第１の段階と同じである。図３Ａ、図５Ａ〜５Ｄに示すように、ゲート２１は開、ゲート２２は閉、ゲート２３は開、ゲート２４は閉であり、第１の中間仕切り槽３２は投入仕切り槽３１と連通しており、第２の中間仕切り槽３４は加熱仕切り槽３３と連通している。投入仕切り槽３１及び第１の中間仕切り槽３２内の不活性液体１３−３１、１３−３２は１５０℃、加熱仕切り槽３３及び第２の中間仕切り槽３４内の不活性液体１３−３３、１３−３４は２３０℃、及び取り出し仕切り槽３５内の不活性液体１３−３５は１００℃である。
ポンプ９０、１００、１１０及び加熱器９１、１０１、１１１は動作しつづけており、投入仕切り槽３１内の不活性液体１３−３１は１５０℃、加熱仕切り槽３３内の不活性液体１３−３３は２３０℃、及び取り出し仕切り槽３５内の不活性液体１３−３５は１００℃に保たれる。
第１の段階：
図３Ａに示すように、１枚目の電子部品搭載プリント基板組立体１１−１が搬入扉１５を通ってプリント基板搬送装置８１によって搬送されて投入仕切り槽３１に投入され、不活性液体１３−３１中に浸漬されて、ここに留まる。電子部品搭載プリント基板組立体１１−１は不活性液体１３−３１によって、図６中、線Ｉに示すように予備加熱温度Ｔｐｒｅ１（１５０℃）にまで加熱される。
ここで、不活性液体１３は熱容量が大きいため、電子部品搭載プリント基板組立体１１−１が不活性液体１３−３１中に浸漬されると、熱容量の大きい表面実装電子部品１１ｂ、熱容量の小さい表面実装電子部品１１ｃ、プリント基板１１ａの全部が均一に加熱され、大熱容量表面実装電子部品１１ｂ、小熱容量表面実装電子部品１１ｃ、プリント基板１１ａの全部が予備加熱温度Ｔｐｒｅ１（１５０℃）となる。他の段階においても、大熱容量表面実装電子部品１１ｂ、小熱容量表面実装電子部品１１ｃ、プリント基板１１ａの全部が、不活性液体１３の温度と同じ温度となる。
第２の段階：
図４Ｂに示すように、電子部品搭載プリント基板組立体１１−１がプリント基板搬送装置８１、８２よってＸ１方向に搬送されて開いているゲート２１を通って第１の中間仕切り槽３２内に移動してきて、不活性液体１３−３２中に浸漬された状態で、ここに留まる。
プリント基板センサ６２が電子部品搭載プリント基板組立体１１−１を検知すると、先ず、アクチュエータ４１が駆動され、図５Ａに示すようにゲート２１が閉じられる。続いて、アクチュエータ４２が駆動され、図５Ｂに線ＸＩで示すようにゲート２２が少しずつ開かれる。ゲート２２が開き始めると、加熱仕切り槽３３内の２３０℃の不活性液体１３−３３と第１の中間仕切り槽３２内の１５０℃の不活性液体１３−３２との混合が開始される。ここで、第１の中間仕切り槽３２の容積が加熱仕切り槽３３の容積の約１／５と小さいため、及び加熱仕切り槽３３内の不活性液体１３−３３は加熱器９１によって２３０℃に加熱され続けられているため、第１の中間仕切り槽３２内の不活性液体１３−３２の温度が１５０℃から上昇を開始し、最終的には、約２３０℃となる。
第１の中間仕切り槽３２内の不活性液体１３−３２の温度の上昇につれて、電子部品１１ｂ、１１ｃ及びプリント基板１１ａの全部の温度が、図７中、線ＩＩで示すように徐々に上昇する。即ち、電子部品１１ｂ、１１ｃ及びプリント基板１１ａは、これらに熱応力が殆ど発生しない状態でゆっくり加熱される。
第３の段階：
プリント基板搬送装置８２、８３が駆動されて、図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、電子部品搭載プリント基板組立体１１−１がＸ１方向に搬送されて開いているゲート２３を通って加熱仕切り槽３３内に移動してくる。
電子部品搭載プリント基板組立体１１−１が加熱仕切り槽３３内に移った後に、アクチュエータ４２が駆動され、図５Ｂに示すようにゲート２２が閉じられ、続いて、アクチュエータ４１が駆動され、図５Ａに示すようにゲート２１が開かれる。
電子部品搭載プリント基板組立体１１−１は、不活性液体１３−３３中に浸漬された状態で、ここに約９０秒間留まる。この間、電子部品１１ｂ、１１ｃ及びプリント基板１１ａは不活性液体１３−３３によって図７中、線ＩＩＩで示すように２３０℃に加熱された状態に保たれ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕクリーム半田が溶融され、電子部品１１ｂ、１１ｃのプリント基板１１ａ上の半田付けが開始される。電子部品搭載プリント基板組立体１１−１は、プリント基板組立体１１Ａ−１となる。
また、ゲート２１が開いたことにより、第１の中間仕切り槽３２が投入仕切り槽３１と連通して、第１の中間仕切り槽３２内の不活性液体１３−３２の温度が２３０℃から１５０℃となる。
第４の段階：
プリント基板搬送装置８３、８４が駆動されて、図３Ｃ及び図３Ｄに示すように、プリント基板組立体１１Ａ−１がＸ１方向に搬送されて開いているゲート２３を通って第２の中間仕切り槽３４内に移動してくる。
プリント基板１１Ａ−１が第２の中間仕切り槽３４内に移った後に、アクチュエータ４４が駆動され、図５Ｃに示すようにゲート２３が閉じられる。続いて、アクチュエータ４４が駆動され、図５Ｄに線ＸＩＩで示すようにゲート２４が少しずつ開かれる。ゲート２４が開き始めると、取り出し仕切り槽３５内の１００℃の不活性液体１３−３５と第２の中間仕切り槽３４内の２３０℃の不活性液体１３−３４との混合が開始される。ここで、第２の中間仕切り槽３４の容積が取り出し仕切り槽３５の容積の約１／５と小さいため、及び取り出し仕切り槽３５内の不活性液体１３−３５は加熱器１１１と冷却器１１２とによって１００℃に維持されているため、第２の中間仕切り槽３４内の不活性液体１３−３４の温度が２３０℃から下降を開始し、最終的には、約１００℃となる。
第２の中間仕切り槽３４内の不活性液体１３−３４の温度の下降につれて、電子部品１１ｂ、１１ｃ及びプリント基板１１ａの全部の温度が、図７中、線ＩＶで示すように徐々に下降する。即ち、溶融していたＳｎ−Ａｇ−Ｃｕクリーム半田が凝固され、プリント基板組立体１１Ａ−１は電子部品がプリント基板上に半田付けされて実装された電子部品半田付け実装プリント基板組立体１１Ｂ−１となり、電子部品１１ｂ、１１ｃ及びプリント基板１１ａは、これらに熱応力が殆ど発生しない状態でゆっくり冷却されて、１００℃となる。
第５の段階：
プリント基板搬送装置８４、８５が駆動されて、図３Ｄ及び図３Ｅに示すように、電子部品半田付け実装プリント基板組立体１１Ｂ−１がＸ１方向に搬送されて開いているゲート２４を通って取り出し仕切り槽３５内に移動してくる。
電子部品半田付け実装プリント基板組立体１１Ｂ−１が取り出し仕切り槽３５内に移った後に、アクチュエータ４４が駆動され、図５Ｄに示すようにゲート２４が閉じられる。
続いて、アクチュエータ４３が駆動され、図５Ｃに示すようにゲート２３が開かれ、第２の中間仕切り槽３４が加熱仕切り槽３３と連通して、第２の中間仕切り槽３４内の不活性液体１３−３４の温度が１００℃から２３０℃となる。
る。
また、プリント基板搬送装置８５が駆動されて、電子部品半田付け実装プリント基板組立体１１Ａ−２が搬出扉１６を通ってリフロー半田付け装置１０の外に搬出される。
また、２枚目の電子部品搭載プリント基板組立体１１−２が投入仕切り槽３１に投入される。
なお、上記実施例では、第２の段階において、ゲート２２を予めプログラムされているように少しずつ開くことによって、目的とする温度プロファイルとなるように構成してある。しかし、目的とする温度プロファイルをプログラムしておき、電子部品搭載プリント基板組立体１１−１の温度をモニターしつつゲート２２を開き、電子部品搭載プリント基板組立体１１−１の温度がプログラムしてある温度プロファイルに沿うようにゲート２２の開き速度等を調整するようにすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の一実施例になるリフロー半田付け装置を示す図である。
図２は図１のリフロー半田付け装置の制御系のブロック図である。
図３Ａ乃至３Ｅは図１のリフロー半田付け装置のリフロー半田付け動作を説明する図である。
図４は図３Ａ乃至３Ｅに示す状態をあらわす表である。
図５Ａ乃至５Ｄは図１のリフロー半田付け装置のリフロー半田付け動作におけるゲートの開閉動作を示す図である。
図６は、リフロー半田付け動作におけるプリント基板の温度のプロファイルを示す図である。
本発明はリフロー半田付け装置及びリフロー半田付け方法に係り、特にクリーム半田が塗布されたプリント基板上に表面実装電子部品が搭載された電子部品搭載プリント基板組立体に対してリフロー半田付けを行って電子部品が実装された電子部品実装プリント基板組立体を製造するリフロー半田付け装置及びリフロー半田付け方法に関する。
一般に、複数の電子部品がプリント基板上に半田付けされたプリント基板ユニットは、熱容量の大きい電子部品と熱容量の小さい電子部品とが混在している。よって、リフロー半田付け装置は、このことに対応可能である構成、即ち、熱容量の大きい電子部品と熱容量の小さい電子部品とを一括して半田付け可能であることが望ましい。
また、リフロー半田付け装置は、電子部品搭載プリント基板組立体を半田付け温度にまで加熱するときの温度プロファイルを自由に定めることが可能であることが望ましい。リフロー半田付けピーク温度を最適に定めて、電子部品及びプリント基板に加熱時に発生する熱応力を出来るだけ小さくするためである。ここで、熱応力とは、電子部品、プリント基板及び半田の各熱膨張係数が異なるために、熱によって電子部品等に生じる機械的な応力である。
背景技術
クリーム半田が塗布されたプリント基板に電子部品が搭載された電子部品搭載プリント基板組立体に対してリフロー半田付けを行うリフロー半田付け装置としては、大別して、赤外線加熱装置を備えた構成の赤外線リフロー半田付け装置と、飽和蒸気加熱装置を備えた構成の飽和蒸気リフロー半田付け装置とがある。
赤外線加熱装置は、赤外線照射装置を備え、赤外線の幅射熱を利用して加熱する装置である。よって、赤外線リフロー半田付け装置では、赤外線照射装置を適宜調整することによって、半田付け温度にまで加熱するときの温度プロファイルを適宜に定めることが可能である。しかし、赤外線の輻射熱を利用した加熱であるため、熱容量の小さい電子部品は加熱が進み、熱容量の大きい電子部品は加熱が遅れ、大熱容量電子部品と小熱容量電子部品とを均一に加熱することが出来ない。赤外線照射装置の加熱の条件を大熱容量電子部品に合わせると、小熱容量電子部品は過度に加熱されて、耐熱温度を越える場合が起きる。この場合には、小熱容量電子部品を大熱容量電子部品と同時にリフロー半田付けを行うことが出来ず、小熱容量電子部品は別途後付けすることになり、電子部品実装プリント基板組立体の生産性が良くない。
飽和蒸気加熱装置は、フッ素系の不活性液体を加熱沸騰させることによって得られた飽和蒸気によって加熱する装置である。よって、飽和蒸気リフロー半田付け装置では、大熱容量電子部品と小熱容量電子部品とを均一に加熱することが可能である。しかし、飽和蒸気の温度は使用する不活性液体の種類によって決まってしまうため、リフロー時のピーク温度を調整出来ない。また、電子部品搭載プリント基板組立体組立体を半田付け温度にまで加熱するときの温度プロファイルを適宜に定めることは出来ず、このときの加熱は一般には急な加熱となり、この急激な熱膨張により電子部品及びプリント基板の信頼性に悪影響を及ぼしてしまう。
発明の開示
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、大熱容量電子部品と小熱容量電子部品とを均一に加熱することが可能であり、しかも、電子部品搭載プリント基板組立体を半田付け温度にまで加熱するときの温度プロファイルを適宜に定めることが可能であるリフロー半田付け装置及びリフロー半田付け方法を提供することを総括的な目的とする。
この目的を達成するために、本発明は、加熱媒体としての液体が貯留してあり、ゲートによって複数の仕切り槽に仕切られており、一の仕切り槽内の液体が予備加熱温度に加熱されており、及び別の仕切り槽内の液体が半田付け温度に加熱されている槽装置を備え、部品がプリント基板上に搭載されたプリント基板組立体を複数の仕切り槽内を順に搬送させて、リフロー方式で部品をプリント基板上に半田付けする構成である。
ＶＰＳ（Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）式ホットガス式において加熱媒体として使用する気体に比べて、液体は熱容量が大きく、よって液体に加える単位熱量に対する液体の温度の上昇量が少なく、これによって、微妙な温度コントロールが可能となる。
また、液体が気化する温度は液体の種類により決まってしまうため、気体を加熱媒体として使用する場合には、温度制御が一定の制限を受けてしまう。これに対して、加熱媒体が液体である場合には、広い範囲で温度制御が可能であり、液体の種類に左右され難く、自由な温度設定が可能である。
また、前記の目的を達成するために、本発明は、加熱媒体としての液体が貯留してあり、ゲートによって複数の仕切り槽に仕切られており、一の仕切り槽内の液体が予備加熱温度に加熱されており、及び別の仕切り槽内の液体が半田付け温度に加熱されている槽装置を備え、部品がプリント基板上に搭載されたプリント基板組立体を複数の仕切り槽内を順に搬送させて、リフロー方式で部品をプリント基板上に半田付けするリフロー半田付け装置であって、
予備加熱温度に加熱してある液体が貯留してある第１の仕切り槽と、
半田付け温度に加熱してある液体が貯留してある第２の仕切り槽と、
第１の仕切り槽と第２の仕切り槽との間の第１のゲートと、
プリント基板組立体が留まっている第１の仕切り槽内の液体の温度を、これに第２の仕切り槽内の半田付け温度に加熱されている液体を混合させて、徐々に上昇させるべく、該プリント基板組立体が第１の仕切り槽から第２の仕切り槽内に搬送する前に、第１のゲートを徐々に開ける第１のゲート開き手段とを有する構成とした。
加熱媒体として液体を使用しているため、大熱容量電子部品と小熱容量電子部品とを均一に加熱することが可能となる。
第１のゲートを徐々に開けることによって、第２の仕切り槽内の半田付け温度に加熱されている液体を第１の仕切り槽内の液体に徐々に混合されて、第１の仕切り槽内の液体の温度が徐々に上昇され、プリント基板組立体の予備加熱温度から半田付け温度への温度の上昇は徐々に行われる。
また、前記の目的を達成するために、本発明は、加熱媒体としての液体が貯留してあり、ゲートによって複数の槽に仕切られており、一の槽内の液体を予備加熱温度に加熱されており、及び別の槽内の液体を半田付け温度に加熱されている槽装置を使用し、部品がプリント基板上に搭載されたプリント基板組立体を複数の槽に順に搬送させて、リフロー方式で部品をプリント基板上に半田付けするリフロー半田付け方法であって、
プリント基板組立体が、予備加熱温度に加熱されている液体が貯留してある槽から、半田付け温度に加熱されている液体が貯留してある槽内に搬送する前に、ゲートを徐々に開けて、プリント基板組立体が留まっている槽内の液体の温度を、これに半田付け温度に加熱されている液体を混合させて、徐々に上昇させるようにした構成である。
加熱媒体として液体を使用しているため、大熱容量電子部品と小熱容量電子部品とを均一に加熱することが可能となる。
第１のゲートを徐々に開けることによって、第２の仕切り槽内の半田付け温度に加熱されている液体を第１の仕切り槽内の液体に徐々に混合されて、第１の仕切り槽内の液体の温度が徐々に上昇され、プリント基板組立体の予備加熱温度から半田付け温度への温度の上昇は徐々に行われる。
発明を実施するための最良の形態
本発明の好適な実施の形態について、図を参照して、以下説明する。
図１は本発明の一実施例になるリフロー半田付け装置１０を示す。Ｘ１は、電子部品搭載プリント基板組立体１１が移動される方向である。
１２はＸ１−Ｘ２方向に長い槽装置であり、加熱媒体としての不活性液体１３が貯留してある。不活性液体１３は、例えば、アウジモンド社のガルデンＨＳ２６０であり、沸点は２６０℃であり、半田付け温度より高い温度である。不活性液体１３であるため、リフロー半田付け中に電子部品搭載プリント基板組立体１１が酸化すること等は起きない。槽装置１２は、全体が蓋１４によって覆われてトンネル状となっており、開閉する搬入扉１５及び搬出扉１６を有する。
槽装置１２は、複数のゲート２１〜２４によって複数の仕切り槽に仕切られている。複数の仕切り槽は、Ｘ２からＸ１方向に順に、投入仕切り槽３１、第１の中間仕切り槽３２、加熱仕切り槽３３、第２の中間仕切り槽３４、取り出し仕切り槽３５とよりなる。１３−３１は投入仕切り槽３１内の不活性液体、１３−３２は第１の中間仕切り槽３２内の不活性液体、１３−３３は加熱仕切り槽３３内の不活性液体、１３−３４は第２の中間仕切り槽３４内の不活性液体、１３−３５は取り出し仕切り槽３５内の不活性液体である。
投入仕切り槽３１は、電子部品搭載プリント基板組立体１１を予備加熱する役割を有する。加熱仕切り槽３３は、電子部品搭載プリント基板組立体１１を予備加熱温度から半田付け温度にまで加熱する役割を有する。取り出し仕切り槽３５は、電子部品が半田付けされて実装されたプリント基板組立体を、大気中に送り出す前に一旦１００℃にまで冷却する役割を有する。第１の中間仕切り槽３２は、投入仕切り槽３１と加熱仕切り槽３３との間に位置しており、加熱仕切り槽３３に対して控えの槽としての役割、及び投入仕切り槽３１に影響を与えずに、電子部品搭載プリント基板組立体１１を半田付け温度にまで徐々に加熱する役割を有する。第２の中間仕切り槽３４は、加熱仕切り槽３３と取り出し仕切り槽３５との間に位置しており、取り出し仕切り槽３５に対して控えの槽としての役割、及び加熱仕切り槽３３に影響を与えずに、電子部品半田付け実装プリント基板組立体を１００℃にまで徐々に冷却する役割を有する。
図示の便宜上、各仕切り槽３１〜３５は同じ大きさで示してあるけれども、第１の中間仕切り槽３２及び第２の中間仕切り槽３４は電子部品搭載プリント基板組立体１１より少し大きいサイズであり、投入仕切り槽３１、加熱仕切り槽３３、取り出し仕切り槽３５は、中間仕切り槽３２、３３の４〜５倍のサイズである。後述するゲートの開き状態によって中間仕切り槽３２、３３内の不活性液体１３の温度を制御する動作が円滑に行われるようにするためである。
各ゲート２１〜２４に関連して、ゲートを開閉させるアクチュエータ４１〜４４及びゲート２１〜２４の開き位置を検出するゲート開き位置センサ５１〜５４が設けてある。
投入仕切り槽２１には、ゲート２１に近い位置に、プリント基板１１が搬送されて来たことを検知するプリント基板センサ６１及び投入仕切り槽２１内の不活性液体１３の温度を検知する温度センサ７１が設けてある。
第１の中間仕切り槽３２には、ゲート２２に近い位置に、プリント基板センサ６２及び温度センサ７２が設けてある。加熱仕切り槽３３には、ゲート２３に近い位置に、プリント基板センサ６３及び温度センサ７３が設けてある。第２の中間仕切り槽３４には、ゲート２４に近い位置に、プリント基板センサ６４及び温度センサ７４が設けてある。
また、各仕切り槽３１〜３５毎に、プリント基板１１をＸ１方向に搬送するプリント基板搬送装置８１〜８５が設けてある。
加熱仕切り槽３３の外側には、不活性液体１３−３３を矢印９３で示すように循環させるポンプ９０、温度センサ９４の情報を参照しつつ不活性液体１３−３３を加熱する加熱器９１、不活性液体１３−３３が過度に加熱された場合にこれを冷却する冷却器９２が設けてある。加熱仕切り槽３３内の不活性液体１３−３３は、半田付け温度Ｔｐｅａｋに保たれている。半田付け温度Ｔｐｅａｋは、半田の融点より３０℃程度高い温度であり、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ半田の場合には２３０℃でありＳｎ−Ｐｂ半田の場合には２１５℃である。
投入仕切り槽２１の外側には、不活性液体１３−３１を矢印１０３で示すように循環させるポンプ１００、温度センサ１０４の情報を参照しつつ不活性液体１３−３１を加熱する加熱器１０１、不活性液体１３−３１が過度に加熱された場合にこれを冷却する冷却器１０２が設けてある。投入仕切り槽２１内の不活性液体１３−３１は、予備加熱温度Ｔｐｒｅ１に保たれている。予備加熱温度Ｔｐｒｅ１は、フラックスの活性化が助成される温度であり、１５０℃である。
取り出し仕切り槽３５の外側には、不活性液体１３−３５を矢印１１３で示すように循環させるポンプ１１０、温度センサ１１４の情報を参照しつつ不活性液体１３−３５を加熱する加熱器１１１、不活性液体１３−３５が過度に加熱された場合にこれを冷却する冷却器１１２が設けてある。取り出し仕切り槽３５内の不活性液体１３−３５は、予備冷却温度Ｔｐｒｅ２に保たれている。予備冷却温度Ｔｐｒｅ２は、１００℃である。半田付けされた２３０℃のプリント基板組立体を大気中に出して大気温度にまで一挙に冷却させると、半田付けされたプリント基板組立体の酸化が促進され易い。しかし、半田付けされた２３０℃のプリント基板組立体を、一旦１００℃に冷却し、そしてから大気中に出して大気温度にまで冷却させると、半田付けされたプリント基板組立体の大気中での酸化が抑制される。取り出し仕切り槽３５は、半田付けされたプリント基板組立体が大気中に出た後に酸化することを抑制するために設けてある。
１１９はコントロールボックスであり、リフロー半田付け装置１０の一部であり、リフロー半田付け装置１０の動作を制御する。コントロールボックス１１９内にはコントロールユニット１２０が設けてある。
図２は、リフロー半田付け装置１０の制御系を示す。コントロールユニット１２０に関連して、コントロールユニット１２０に情報を供給する側として、ゲート開き位置センサ５１〜５４、プリント基板センサ６１〜６４、温度センサ７１〜７４、９４，１０４、１１４、及びメモリ１２１が設けてある。
メモリ１２１には、各ゲート２１〜２４の開閉時点及び開閉の速度のプログラムが格納されている。
ゲート２２の開き動作のプログラムは、以下の実験の結果に基いて決めてある。
リフロー半田付け装置１０を図３Ｂに示す第２の段階と同じ状態とし、開きのタイミングと開きの速度を適宜変えてゲート２２を開き、温度センサ７２の出力を計測する実験を幾度も行ない、ゲート２２の開きのタイミングと開きの速度ごとに温度のプロファイルを作成する。作成した複数の温度のプロファイルの中から、図６中の線ＩＩと一致する温度プロファイルを見つけ、この温度プロファイルに対応するゲート２２の開きのタイミングと開きの速度のプログラム、即ち、図５Ｂに線ＸＩで表されるプログラムがメモリ１２１に格納してある。
ゲート２４の開き動作のプログラムは、以下の実験の結果に基いて決めてある。
リフロー半田付け装置１０を図３Ｄに示す第４の段階と同じ状態とし、開きのタイミングと開きの速度を適宜変えてゲート２４を開き、温度センサ７４の出力を計測する実験を幾度も行ない、ゲート２４の開きのタイミングと開きの速度ごとに温度のプロファイルを作成する。作成した複数の温度のプロファイルの中から、図６中の線ＩＶと一致する温度プロファイルを見つけ、この温度プロファイルに対応するゲート２４の開きのタイミングと開きの速度のプログラム、即ち、図５Ｄに線ＸＩＩで表されるプログラムがメモリ１２１に格納してある。
コントロールユニット１２０からの情報を受ける側には、アクチュエータ４１〜４４の駆動回路１２２、プリント基板搬送装置８１〜８５の駆動回路１２３、ポンプ９０，１００、１１０の駆動回路１２４、加熱器９１，１０１、１１１の駆動回路１２５、冷却器９２、１０２、１１２の駆動回路１２６が設けてある。
次に、電子部品搭載プリント基板組立体１１をリフロー半田付けするときのリフロー半田付け装置１０の動作を説明する。
なお、図１に示すように、電子部品搭載プリント基板組立体１１は、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕクリーム半田が塗布されたプリント基板１１ａ上に熱容量の大きい表面実装電子部品１１ｂと熱容量の小さい表面実装電子部品１１ｃとが混在してクリーム半田自身の粘着力を利用して仮りに搭載されている構成である。
リフロー半田付け装置１０は、電子部品搭載プリント基板組立体１１が搬送された位置に応じて、コントロールユニット１２０によって各ゲート２１〜２４の開閉を制御されつつ動作する。
図３Ａ〜３Ｅは、電子部品搭載プリント基板組立体１１が搬送された各位置における、各ゲート２１〜２４の開閉状態、及び投入仕切り槽３１、第１の中間仕切り槽３２、加熱仕切り槽３３、第２の中間仕切り槽３４、取り出し仕切り槽３５内の不活性液体１３−３１、１３−３２、１３−３３、１３−３４、１３−３５の温度を示す。図４は、図３Ａ〜３Ｅに示す状態を表にして示す。図５Ａ〜５Ｄは、ゲート２１〜２４の開閉状態を示す。図６は、電子部品搭載プリント基板組立体１１の温度のプロファイルを示す。温度のプロファイルは、線Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖがつながったものである。
一つの電子部品搭載プリント基板組立体１１に対しては、リフロー半田付け装置１０は、図３Ａに示す第１の段階→図３Ｂに示す第２の段階→図３Ｃに示す第３の段階→図３Ｄに示す第４の段階→図３Ｅに示す第５の段階と動作する。
図６の温度のプロファイルは、第１の段階における線Ｉ、第２の段階における線ＩＩ、第３の段階における線ＩＩＩ、第４の段階における線ＩＶ、第５の段階における線Ｖとよりなる。
電子部品搭載プリント基板組立体１１が投入仕切り槽３１に投入される前の状態：
以下の第１の段階と同じである。図３Ａ、図５Ａ〜５Ｄに示すように、ゲート２１は開、ゲート２２は閉、ゲート２３は開、ゲート２４は閉であり、第１の中間仕切り槽３２は投入仕切り槽３１と連通しており、第２の中間仕切り槽３４は加熱仕切り槽３３と連通している。投入仕切り槽３１及び第１の中間仕切り槽３２内の不活性液体１３−３１、１３−３２は１５０℃、加熱仕切り槽３３及び第２の中間仕切り槽３４内の不活性液体１３−３３、１３−３４は２３０℃、及び取り出し仕切り槽３５内の不活性液体１３−３５は１００℃である。
ポンプ９０、１００、１１０及び加熱器９１、１０１、１１１は動作しつづけており、投入仕切り槽３１内の不活性液体１３−３１は１５０℃、加熱仕切り槽３３内の不活性液体１３−３３は２３０℃、及び取り出し仕切り槽３５内の不活性液体１３−３５は１００℃に保たれる。
第１の段階：
図３Ａに示すように、１枚目の電子部品搭載プリント基板組立体１１−１が搬入扉１５を通ってプリント基板搬送装置８１によって搬送されて投入仕切り槽３１に投入され、不活性液体１３−３１中に浸漬されて、ここに留まる。電子部品搭載プリント基板組立体１１−１は不活性液体１３−３１によって、図６中、線Ｉに示すように予備加熱温度Ｔｐｒｅ１（１５０℃）にまで加熱される。
ここで、不活性液体１３は熱容量が大きいため、電子部品搭載プリント基板組立体１１−１が不活性液体１３−３１中に浸漬されると、熱容量の大きい表面実装電子部品１１ｂ、熱容量の小さい表面実装電子部品１１ｃ、プリント基板１１ａの全部が均一に加熱され、大熱容量表面実装電子部品１１ｂ、小熱容量表面実装電子部品１１ｃ、プリント基板１１ａの全部が予備加熱温度Ｔｐｒｅ１（１５０℃）となる。他の段階においても、大熱容量表面実装電子部品１１ｂ、小熱容量表面実装電子部品１１ｃ、プリント基板１１ａの全部が、不活性液体１３の温度と同じ温度となる。
第２の段階：
図４Ｂに示すように、電子部品搭載プリント基板組立体１１−１がプリント基板搬送装置８１、８２よってＸ１方向に搬送されて開いているゲート２１を通って第１の中間仕切り槽３２内に移動してきて、不活性液体１３−３２中に浸漬された状態で、ここに留まる。
プリント基板センサ６２が電子部品搭載プリント基板組立体１１−１を検知すると、先ず、アクチュエータ４１が駆動され、図５Ａに示すようにゲート２１が閉じられる。続いて、アクチュエータ４２が駆動され、図５Ｂに線ＸＩで示すようにゲート２２が少しずつ開かれる。ゲート２２が開き始めると、加熱仕切り槽３３内の２３０℃の不活性液体１３−３３と第１の中間仕切り槽３２内の１５０℃の不活性液体１３−３２との混合が開始される。ここで、第１の中間仕切り槽３２の容積が加熱仕切り槽３３の容積の約１／５と小さいため、及び加熱仕切り槽３３内の不活性液体１３−３３は加熱器９１によって２３０℃に加熱され続けられているため、第１の中間仕切り槽３２内の不活性液体１３−３２の温度が１５０℃から上昇を開始し、最終的には、約２３０℃となる。
第１の中間仕切り槽３２内の不活性液体１３−３２の温度の上昇につれて、電子部品１１ｂ、１１ｃ及びプリント基板１１ａの全部の温度が、図７中、線ＩＩで示すように徐々に上昇する。即ち、電子部品１１ｂ、１１ｃ及びプリント基板１１ａは、これらに熱応力が殆ど発生しない状態でゆっくり加熱される。
第３の段階：
プリント基板搬送装置８２、８３が駆動されて、図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、電子部品搭載プリント基板組立体１１−１がＸ１方向に搬送されて開いているゲート２３を通って加熱仕切り槽３３内に移動してくる。
電子部品搭載プリント基板組立体１１−１が加熱仕切り槽３３内に移った後に、アクチュエータ４２が駆動され、図５Ｂに示すようにゲート２２が閉じられ、続いて、アクチュエータ４１が駆動され、図５Ａに示すようにゲート２１が開かれる。
電子部品搭載プリント基板組立体１１−１は、不活性液体１３−３３中に浸漬された状態で、ここに約９０秒間留まる。この間、電子部品１１ｂ、１１ｃ及びプリント基板１１ａは不活性液体１３−３３によって図７中、線ＩＩＩで示すように２３０℃に加熱された状態に保たれ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕクリーム半田が溶融され、電子部品１１ｂ、１１ｃのプリント基板１１ａ上の半田付けが開始される。電子部品搭載プリント基板組立体１１−１は、プリント基板組立体１１Ａ−１となる。
また、ゲート２１が開いたことにより、第１の中間仕切り槽３２が投入仕切り槽３１と連通して、第１の中間仕切り槽３２内の不活性液体１３−３２の温度が２３０℃から１５０℃となる。
第４の段階：
プリント基板搬送装置８３、８４が駆動されて、図３Ｃ及び図３Ｄに示すように、プリント基板組立体１１Ａ−１がＸ１方向に搬送されて開いているゲート２３を通って第２の中間仕切り槽３４内に移動してくる。
プリント基板１１Ａ−１が第２の中間仕切り槽３４内に移った後に、アクチュエータ４４が駆動され、図５Ｃに示すようにゲート２３が閉じられる。続いて、アクチュエータ４４が駆動され、図５Ｄに線ＸＩＩで示すようにゲート２４が少しずつ開かれる。ゲート２４が開き始めると、取り出し仕切り槽３５内の１００℃の不活性液体１３−３５と第２の中間仕切り槽３４内の２３０℃の不活性液体１３−３４との混合が開始される。ここで、第２の中間仕切り槽３４の容積が取り出し仕切り槽３５の容積の約１／５と小さいため、及び取り出し仕切り槽３５内の不活性液体１３−３５は加熱器１１１と冷却器１１２とによって１００℃に維持されているため、第２の中間仕切り槽３４内の不活性液体１３−３４の温度が２３０℃から下降を開始し、最終的には、約１００℃となる。
第２の中間仕切り槽３４内の不活性液体１３−３４の温度の下降につれて、電子部品１１ｂ、１１ｃ及びプリント基板１１ａの全部の温度が、図７中、線ＩＶで示すように徐々に下降する。即ち、溶融していたＳｎ−Ａｇ−Ｃｕクリーム半田が凝固され、プリント基板組立体１１Ａ−１は電子部品がプリント基板上に半田付けされて実装された電子部品半田付け実装プリント基板組立体１１Ｂ−１となり、電子部品１１ｂ、１１ｃ及びプリント基板１１ａは、これらに熱応力が殆ど発生しない状態でゆっくり冷却されて、１００℃となる。
第５の段階：
プリント基板搬送装置８４、８５が駆動されて、図３Ｄ及び図３Ｅに示すように、電子部品半田付け実装プリント基板組立体１１Ｂ−１がＸ１方向に搬送されて開いているゲート２４を通って取り出し仕切り槽３５内に移動してくる。
電子部品半田付け実装プリント基板組立体１１Ｂ−１が取り出し仕切り槽３５内に移った後に、アクチュエータ４４が駆動され、図５Ｄに示すようにゲート２４が閉じられる。
続いて、アクチュエータ４３が駆動され、図５Ｃに示すようにゲート２３が開かれ、第２の中間仕切り槽３４が加熱仕切り槽３３と連通して、第２の中間仕切り槽３４内の不活性液体１３−３４の温度が１００℃から２３０℃となる。
る。
また、プリント基板搬送装置８５が駆動されて、電子部品半田付け実装プリント基板組立体１１Ａ−２が搬出扉１６を通ってリフロー半田付け装置１０の外に搬出される。
また、２枚目の電子部品搭載プリント基板組立体１１−２が投入仕切り槽３１に投入される。
なお、上記実施例では、第２の段階において、ゲート２２を予めプログラムされているように少しずつ開くことによって、目的とする温度プロファイルとなるように構成してある。しかし、目的とする温度プロファイルをプログラムしておき、電子部品搭載プリント基板組立体１１−１の温度をモニターしつつゲート２２を開き、電子部品搭載プリント基板組立体１１−１の温度がプログラムしてある温度プロファイルに沿うようにゲート２２の開き速度等を調整するようにすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の一実施例になるリフロー半田付け装置を示す図である。
図２は図１のリフロー半田付け装置の制御系のブロック図である。
図３Ａ乃至３Ｅは図１のリフロー半田付け装置のリフロー半田付け動作を説明する図である。
図４は図３Ａ乃至３Ｅに示す状態をあらわす表である。
図５Ａ乃至５Ｄは図１のリフロー半田付け装置のリフロー半田付け動作におけるゲートの開閉動作を示す図である。
図６は、リフロー半田付け動作におけるプリント基板の温度のプロファイルを示す図である。
Claims (9)
- 加熱媒体としての液体が貯留してあり、ゲートによって複数の仕切り槽に仕切られており、一の仕切り槽内の液体が予備加熱温度に加熱されており、及び別の仕切り槽内の液体が半田付け温度に加熱されている槽装置を備え、部品がプリント基板上に搭載されたプリント基板組立体を複数の仕切り槽内を順に搬送させて、リフロー方式で部品をプリント基板上に半田付けするリフロー半田付け装置であって、
予備加熱温度に加熱してある液体が貯留してある第１の仕切り槽と、
半田付け温度に加熱してある液体が貯留してある第２の仕切り槽と、
第１の仕切り槽と第２の仕切り槽との間の第１のゲートと、
プリント基板組立体が留まっている第１の仕切り槽内の液体の温度を、これに第２の仕切り槽内の半田付け温度に加熱されている液体を混合させて、徐々に上昇させるべく、該プリント基板組立体が第１の仕切り槽から第２の仕切り槽内に搬送する前に、第１のゲートを徐々に開ける第１のゲート開き手段とを有するリフロー半田付け装置。 - 加熱媒体としての液体が貯留してあり、ゲートによって複数の仕切り槽に仕切られており、一の仕切り槽内の液体が予備加熱温度に加熱されており、及び別の仕切り槽内の液体が半田付け温度に加熱されている槽装置を備え、部品がプリント基板上に搭載されたプリント基板組立体を複数の槽を順に搬送させて、リフロー方式で部品をプリント基板上に半田付けするリフロー半田付け装置であって、
予備加熱温度に加熱してある液体が貯留してある第１の仕切り槽と、
半田付け温度に加熱してある液体が貯留してある第２の仕切り槽と、
半田付け温度に加熱してある液体が貯留してある第３の仕切り槽と、
予備冷却温度に加熱してある液体が貯留してある第４の仕切り槽と、
第１の仕切り槽と第２の仕切り槽との間の第１のゲートと、
第２の仕切り槽と第３の仕切り槽との間の第２のゲートと、
第３の仕切り槽と第４の仕切り槽との間の第３のゲートと、
プリント基板組立体が留まっている第１の仕切り槽内の液体の温度を、これに第２の仕切り槽内の半田付け温度に加熱されている液体を混合させて、徐々に上昇させるべく、該プリント基板組立体が第１の仕切り槽から第２の仕切り槽内に搬送する前に、第１のゲートを徐々に開けるゲート開き手段と、
プリント基板組立体が上記２の仕切り槽を経て第３の仕切り槽にいたってここに留まっている状態で、第３の仕切り槽内の液体の温度を、これに第４の仕切り槽内の予備冷却温度に加熱してある液体を混合させて、徐々に低下させるべく、該プリント基板組立体が第３の仕切り槽から第４の仕切り槽内に搬送する前に、第３のゲートを徐々に開けるゲート開き手段とを有するリフロー半田付け装置。 - 請求項１又は２記載のリフロー半田付け装置において、
上記第２の槽は、ここに貯留してある液体を半田付け温度に加熱し続ける加熱装置を有する構成としたことを特徴とするリフロー半田付け装置。 - 請求項１又は２記載のリフロー半田付け装置において、
上記第２の槽は、ここに貯留してある液体を半田付け温度に加熱し続ける加熱装置を有し、
且つ上記第２の槽は、第１の槽より数倍大きい容積を有する構成としたことを特徴とするリフロー半田付け装置。 - 加熱媒体としての液体が貯留してあり、部品がプリント基板上に搭載されたプリント基板組立体が移動する方向に、順に、ゲートで仕切られた投入仕切り槽、第１の中間仕切り槽、加熱仕切り槽、第２の中間仕切り槽、取り出し仕切り槽が並んでいる槽装置と、
部品が搭載された基板を、投入仕切り槽、第１の中間仕切り槽、加熱仕切り槽、第２の中間仕切り槽、取り出し仕切り槽の順に搬送するコンベヤと、
加熱仕切り槽に設けてあり、加熱仕切り槽内の液体を半田付け温度に加熱し続ける加熱装置と、
投入仕切り槽に設けてあり、投入仕切り槽内の液体を、予備加熱温度に加熱し続ける加熱装置と、
取り出し仕切り槽に設けてあり、取り出し仕切り槽内の液体を、予備冷却温度に加熱し続ける加熱装置と、
投入仕切り槽内に投入されたプリント基板組立体が第１の中間仕切り槽内に搬送されてきた状態で、第１の中間仕切り槽内の液体の温度を、これに加熱仕切り槽内の半田付け温度に加熱されている液体を混合させて、徐々に上昇させるべく、該プリント基板組立体を加熱仕切り槽内に搬送する前に、第１の中間仕切り槽・加熱仕切り槽間ゲートを徐々に開けるゲート開き手段と、
プリント基板組立体が上記加熱仕切り槽を経て第２の中間仕切り槽にいたってここに留まっている状態で、第２の中間仕切り槽内の液体の温度を、これに取り出し仕切り槽内の予備冷却温度に加熱してある液体を混合させて、徐々に低下させるべく、該プリント基板組立体が第２の中間仕切り槽から取り出し仕切り槽内に搬送する前に、第２の中間仕切り槽・取り出し仕切り槽間ゲートを徐々に開けるゲート開き手段とを有するリフロー半田付け装置。 - 請求項５記載のリフロー半田付け装置において、
上記加熱仕切り槽は、第１の中間仕切り槽より数倍大きい容積を有し、
且つ、上記取り出し仕切り槽は、第２の中間仕切り槽より数倍大きい容積を有する構成としたことを特徴とするリフロー半田付け装置。 - 加熱媒体としての液体が貯留してあり、ゲートによって複数の槽に仕切られており、一の槽内の液体が予備加熱温度に加熱されており、及び別の槽内の液体が半田付け温度に加熱されている槽装置を使用し、部品がプリント基板上に搭載されたプリント基板組立体を複数の槽に順に搬送させて、リフロー方式で部品をプリント基板上に半田付けするリフロー半田付け方法であって、
プリント基板組立体が、予備加熱温度に加熱されている液体が貯留してある槽から、半田付け温度に加熱されている液体が貯留してある槽内に搬送する前に、ゲートを徐々に開けて、プリント基板組立体が留まっている槽内の液体の温度を、これに半田付け温度に加熱されている液体を混合させて、徐々に上昇させるようにしたリフロー半田付け方法。 - 加熱媒体としての液体が貯留してあり、ゲートによって複数の槽に仕切られており、一の槽内の液体を予備加熱温度に加熱されており、及び別の槽内の液体を半田付け温度に加熱されている槽装置を使用し、部品がプリント基板上に搭載されたプリント基板組立体を複数の槽に順に搬送させて、リフロー方式で部品をプリント基板上に半田付けするリフロー半田付け方法であって、
部品が搭載されたプリント基板を第１の槽内の予備加熱温度に加熱してある液体中に浸漬する工程と、
プリント基板組立体が第１の槽内の液体中に浸漬されている状態で、第２の槽内の半田付け温度に加熱してある液体と第１の槽の液体とが混合されて、第１の槽の液体の温度が徐々に上昇するように、第１の槽と上記第２の槽ゲートとの間のゲートを徐々に開く工程と、
上記第１の槽内の液体の温度が上昇されたのちに、上記のプリント基板組立体を第２の槽内に搬送しここに留める工程とを有するリフロー半田付け方法。 - 加熱媒体としての液体が貯留してあり、ゲートによって複数の槽に仕切られており、一の槽内の液体を予備加熱温度に加熱されており、及び別の槽内の液体を半田付け温度に加熱されている槽装置を使用し、部品がプリント基板上に搭載されたプリント基板組立体を複数の槽に順に搬送させて、リフロー方式で部品をプリント基板上に半田付けするリフロー半田付け方法であって、
プリント基板組立体を第１の槽内の予備加熱温度に加熱してある液体中に浸漬する工程と、
プリント基板組立体が第１の槽内の液体中に浸漬されている状態で、第２の槽内の半田付け温度に加熱してある液体と第１の槽の液体とが混合されて、第１の槽の液体の温度が徐々に上昇するように、第１の槽と上記第２の槽との間のゲートを徐々に開く工程と、
上記第１の槽内の液体の温度が上昇されたのちに、上記のプリント基板組立体を第２の槽内に搬送しここに留める工程と、
上記第２の槽内に留まっている上記のプリント基板組立体を、半田付け温度に加熱してある液体が貯留してある第３の槽内に搬送する工程と、
プリント基板組立体が第３の槽内の液体中に浸漬されている状態で、第４の槽内の予備冷却温度に加熱してある液体と第３の槽の液体とが混合されて、第３の槽の液体の温度が徐々に低下するように、第３の槽と第４の槽との間のゲートを徐々に開く工程とを有するリフロー半田付け方法。
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