JPH0645748A - Reflow method - Google Patents

Reflow method

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JPH0645748A
JPH0645748A JP19669292A JP19669292A JPH0645748A JP H0645748 A JPH0645748 A JP H0645748A JP 19669292 A JP19669292 A JP 19669292A JP 19669292 A JP19669292 A JP 19669292A JP H0645748 A JPH0645748 A JP H0645748A
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JP
Japan
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temperature
zone
substrate
soaking
heating chamber
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Application number
JP19669292A
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Japanese (ja)
Inventor
Masafumi Inoue
雅文 井上
Hironobu Takahashi
宏暢 高橋
Satoshi Tanaka
聖史 田中
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a reflow method capable of performing a temperature control of a soaking zone in a heating chamber swiftly and accurately. CONSTITUTION:A temperature gradient B of a soaking zone T2 is found by first and second temperature sensors 21 and 22 provided at the upstream and downstream parts of the zone T2 in a heating chamber 1, a soaking time is found on the basis of the length of this temperature gradient B between a lower limit of temperature 150 deg.C and an upper limit of temperature 170 deg.C, which are previously set, and the transferring speed of a converyor 4 and temperature control means 5A and 5B are controlled in such a way that this soaking time satisfies a desired soaking time.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はリフロー方法に係り、詳
しくは、加熱室の均熱ゾーンにおいて基板が過度に加熱
されて半田の品質が悪化するのを解消できるリフロー方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reflow method, and more particularly, to a reflow method capable of eliminating deterioration of solder quality caused by excessive heating of a substrate in a soaking zone of a heating chamber.

【0002】[0002]

【従来の技術】チップマウンタなどにより基板にチップ
を搭載した後、基板はリフロー装置の加熱室へ送られ、
半田を加熱して溶融させた後、冷却して固化させること
により、チップの電極は基板の電極に半田付けされる。
2. Description of the Related Art After mounting a chip on a substrate by a chip mounter or the like, the substrate is sent to a heating chamber of a reflow machine,
The electrodes of the chip are soldered to the electrodes of the substrate by heating and melting the solder and then cooling and solidifying the solder.

【0003】リフロー装置は加熱室内の空気をヒータで
加熱するエアリフロー装置と、加熱室にチッソガスを送
り、チッソガスをヒータで加熱するチッソリフロー装置
に大別される。次に、図5を参照しながら従来のチッソ
リフロー装置を説明する。
The reflow apparatus is roughly classified into an air reflow apparatus which heats the air in the heating chamber with a heater and a nitrogen reflow apparatus which sends nitrogen gas to the heating chamber and heats the nitrogen gas with the heater. Next, a conventional chisso reflow device will be described with reference to FIG.

【0004】図5はチッソリフロー装置の内部を示す側
面図である。加熱室100の内部には、チップ9が搭載
された基板10を入口101から出口102へ搬送する
コンベア103が設けられており、このコンベア103
の上方にはヒータ104とファン105が設けられてい
る。106はコンベア103の駆動用モータ、107は
ファン105の駆動用モータである。また入口101と
出口102には、外部の空気が加熱室100内に流入す
るのを防止するためのシャッタ110が設けられてお
り、シリンダ111を駆動してシャッタ110を上下動
させることにより、入口101と出口102を開閉す
る。加熱室100の内部は、入口101側の予熱ゾーン
T1、中央部の均熱ゾーンT2、出口102側のリフロ
ーゾーンT3に仕切壁112により分割されており、各
ゾーンT1,T2,T3には、液体チッソが貯溜された
液体チッソボンベや、空気中のチッソと酸素を分離して
チッソガスを生成するチッソガス発生器などのチッソガ
ス供給部113から、パイプ114を通してチッソガス
が供給される。115は切替バルブである。
FIG. 5 is a side view showing the inside of the chisso reflow apparatus. Inside the heating chamber 100, there is provided a conveyor 103 that conveys the substrate 10 on which the chips 9 are mounted from the inlet 101 to the outlet 102.
A heater 104 and a fan 105 are provided above. Reference numeral 106 is a drive motor for the conveyor 103, and 107 is a drive motor for the fan 105. Further, a shutter 110 for preventing outside air from flowing into the heating chamber 100 is provided at the inlet 101 and the outlet 102, and by driving the cylinder 111 to move the shutter 110 up and down, 101 and the outlet 102 are opened and closed. The inside of the heating chamber 100 is divided by a partition wall 112 into a preheating zone T1 on the inlet 101 side, a soaking zone T2 on the central portion, and a reflow zone T3 on the outlet 102 side, and each zone T1, T2, T3 includes: Chisso gas is supplied through a pipe 114 from a liquid nitrogen storage cylinder in which liquid nitrogen is stored, or a nitrogen gas supply portion 113 such as a nitrogen gas generator that separates oxygen and nitrogen in the air to generate nitrogen gas. Reference numeral 115 is a switching valve.

【0005】次に動作の説明を行う。チップ9が搭載さ
れた基板10はコンベア103により右方へ搬送され
る。その間に、基板10にはヒータ104で加熱された
チッソガスがファン105により吹き付けられ、基板1
0は加熱される。一般に、予熱ゾーンT1においては、
基板10は常温から150℃程度まで加熱され、次に均
熱ゾーンT2においては170℃程度まで加熱され、次
にリフローゾーンT3において220℃以上まで加熱さ
れる。半田14の溶融温度は183℃程度であり、基板
10が220℃以上まで加熱されることにより、半田1
4は溶融する。
Next, the operation will be described. The substrate 10 having the chips 9 mounted thereon is conveyed rightward by the conveyor 103. Meanwhile, the substrate 10 is blown with the nitrogen gas heated by the heater 104 by the fan 105,
0 is heated. Generally, in the preheating zone T1,
The substrate 10 is heated from room temperature to about 150 ° C., then heated to about 170 ° C. in the soaking zone T2, and then heated to 220 ° C. or more in the reflow zone T3. The melting temperature of the solder 14 is about 183 ° C., and when the substrate 10 is heated to 220 ° C. or higher, the solder 1
4 melts.

【0006】次に基板10は加熱室100から搬出され
て冷却され、半田14は固化してチップ9の電極は基板
10の電極に半田付けされる。図5において、Aは各ゾ
ーンT1,T2,T3の理想の温度プロファイルを示し
ている。コンベア103の速度は一定であり、基板10
が各々のゾーンT1,T2,T3で加熱される時間t
1,t2,t3は、コンベア103の速度で決定され
る。一般に、リフロー装置は、均熱時間t2が70秒以
上、高加熱時間t3が10秒以上15秒以内というよう
に、各々の時間t2,t3が所定時間確保されるよう制
御される。
Next, the substrate 10 is carried out of the heating chamber 100 and cooled, the solder 14 is solidified, and the electrodes of the chip 9 are soldered to the electrodes of the substrate 10. In FIG. 5, A indicates an ideal temperature profile of each zone T1, T2, T3. The speed of the conveyor 103 is constant and the substrate 10
Is heated in each zone T1, T2, T3 at time t
1, t2 and t3 are determined by the speed of the conveyor 103. Generally, the reflow device is controlled so that the soaking time t2 is 70 seconds or more and the high heating time t3 is 10 seconds or more and 15 seconds or less so that the respective times t2 and t3 are secured for a predetermined time.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記従来の構成では、
高温のリフローゾーンT3に隣接する均熱ゾーンT2
は、リフローゾーンT3からの伝熱により、鎖線Bで示
すように急激に温度上昇しやすく、このため半田14は
過度に加熱され、またフラックスを十分に活性化するこ
とができず、その結果半田付けの品質が悪化するという
問題点があった。このような問題点は、エアリフロー装
置にも同様に生じる。
SUMMARY OF THE INVENTION In the above conventional configuration,
Soaking zone T2 adjacent to high temperature reflow zone T3
Due to the heat transfer from the reflow zone T3, the temperature is likely to rise rapidly as indicated by the chain line B, so that the solder 14 is excessively heated and the flux cannot be sufficiently activated. There was a problem that the quality of the attachment deteriorated. Such a problem similarly occurs in the air reflow device.

【0008】そこで本発明は、均熱ゾーンの急激な温度
上昇を解消し、理想の温度プロファイルを得やすいリフ
ロー方法を提供することを目的とする。
[0008] Therefore, an object of the present invention is to provide a reflow method which eliminates a rapid temperature rise in a soaking zone and easily obtains an ideal temperature profile.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、加熱室の均熱
ゾーンの上流部と下流部に配設された第1の温度センサ
と第2の温度センサから均熱ゾーンの温度勾配を求め、
予め設定された下限温度と上限温度の間のこの温度勾配
の長さとコンベアの搬送速度から均熱時間を求めて、こ
の均熱時間が所望均熱時間を満足するように、温度管理
手段を制御するよう構成している。
According to the present invention, a temperature gradient of a soaking zone is obtained from a first temperature sensor and a second temperature sensor which are arranged at an upstream portion and a downstream portion of a soaking zone of a heating chamber. ,
The temperature control means is controlled so that the soaking time satisfies the desired soaking time by obtaining the soaking time from the length of the temperature gradient between the preset lower limit temperature and the upper limit temperature and the conveying speed of the conveyor. Configured to do so.

【0010】[0010]

【作用】上記構成によれば、第1の温度センサと第2の
温度センサにより温度を測定して均熱ゾーンの温度勾配
を求め、これとコンベアよる基板の搬送速度から均熱時
間を求めて、この均熱時間が所望均熱時間を満足するよ
うに、ヒータや冷却手段などの温度管理手段を制御すれ
ば、均熱ゾーンの温度勾配を理想の温度プロファイルに
近づけて、半田の加熱処理を良好に行える。
According to the above construction, the temperature is measured by the first temperature sensor and the second temperature sensor to obtain the temperature gradient in the soaking zone, and the soaking time is obtained from the temperature gradient of the substrate carried by the conveyor. By controlling the temperature control means such as the heater and the cooling means so that the soaking time satisfies the desired soaking time, the temperature gradient of the soaking zone is brought close to the ideal temperature profile, and the heat treatment of the solder is performed. You can do well.

【0011】[0011]

【実施例】次に、チッソリフロー装置を例にとり、図面
を参照しながら本発明の実施例を説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, taking a chisso reflow device as an example.

【0012】図1はチッソリフロー装置の内部を示す側
面図である。加熱室1の内部には、チップ9が搭載され
た基板10を入口2から出口3へ搬送するコンベア4が
設けられており、このコンベア4の上方にはヒータ5
(5A,5B,5C)とファン6が設けられている。8
はコンベア4の駆動用モータ、7はファン6の駆動用モ
ータである。加熱室1の内部は、入口2側の予熱ゾーン
T1、中央部の均熱ゾーンT2、出口3側のリフローゾ
ーンT3に仕切壁15により分割されており、各ゾーン
T1,T2,T3には、液体チッソボンベやチッソガス
発生器などのチッソガス供給部11から、パイプ12を
通してチッソガスが供給される。13は切替バルブであ
る。23は入口2と出口3を開閉するシャッタ、24は
シャッタ23を上下動させて入口2と出口3を開閉する
ためのシリンダである。
FIG. 1 is a side view showing the inside of the chisso reflow apparatus. Inside the heating chamber 1, there is provided a conveyer 4 that conveys the substrate 10 on which the chips 9 are mounted from the inlet 2 to the outlet 3. Above the conveyer 4, a heater 5 is provided.
(5A, 5B, 5C) and a fan 6 are provided. 8
Is a motor for driving the conveyor 4, and 7 is a motor for driving the fan 6. The interior of the heating chamber 1 is divided by a partition wall 15 into a preheating zone T1 on the inlet 2 side, a soaking zone T2 on the central part, and a reflow zone T3 on the outlet 3 side. Each zone T1, T2, T3 has Nitrogen gas is supplied through a pipe 12 from a nitrogen gas supply unit 11 such as a liquid nitrogen cylinder or a nitrogen gas generator. Reference numeral 13 is a switching valve. Reference numeral 23 is a shutter for opening and closing the inlet 2 and the outlet 3, and 24 is a cylinder for vertically moving the shutter 23 to open and close the inlet 2 and the outlet 3.

【0013】均熱ゾーンT2の上流部には第1の温度セ
ンサ21が設けられており、また下流部には第2の温度
センサ22が設けられている。温度センサとしては、熱
電対などが適用できる。均熱ゾーンT2の下流側には冷
却手段としての熱交換用パイプ16が複数本設けられて
いる(図2も参照)。パイプ16の両端部にはフード1
9が設けられており、左方のフード19はチューブ18
を介して送風機17に接続されている。送風機17から
チューブ18を介してこのパイプ16内に外部の常温空
気が送られ、均熱ゾーンT2の下流部付近の温度の上り
すぎを防止する。20は右方のフード19に接続された
排気ダクトである。図1おいて、Aは加熱室1内の理想
の温度プロファイルを示している。図3は電気回路のブ
ロック図であって、第1の温度センサ21と第2の温度
センサ22の信号は制御部25に入力され、制御部25
は上記各ヒータ5(5A〜5C)、モータ7,8、送風
機17などを制御する。
A first temperature sensor 21 is provided on the upstream side of the soaking zone T2, and a second temperature sensor 22 is provided on the downstream side. A thermocouple or the like can be applied as the temperature sensor. Plural heat exchange pipes 16 as cooling means are provided on the downstream side of the soaking zone T2 (see also FIG. 2). Hoods 1 on both ends of the pipe 16
9 is provided, and the hood 19 on the left side is the tube 18
It is connected to the blower 17 via. External ambient temperature air is sent from the blower 17 through the tube 18 into the pipe 16 to prevent the temperature near the downstream portion of the soaking zone T2 from rising too high. Reference numeral 20 is an exhaust duct connected to the hood 19 on the right side. In FIG. 1, A shows an ideal temperature profile in the heating chamber 1. FIG. 3 is a block diagram of an electric circuit. The signals of the first temperature sensor 21 and the second temperature sensor 22 are input to the control unit 25, and the control unit 25.
Controls the heaters 5 (5A to 5C), the motors 7 and 8, the blower 17, and the like.

【0014】次に動作の説明を行う。図1において、チ
ップ9が搭載された基板10はコンベア4により入口2
から出口3へ向って搬送される。その間に、基板10に
はヒータ5で加熱されたチッソガスがファン6により吹
き付けられ、基板10は加熱される。一般に、予熱ゾー
ンT1においては、基板10は常温から150℃程度ま
で加熱され、次に均熱ゾーンT2においては170℃程
度まで加熱され、次にリフローゾーンT3において22
0℃以上まで加熱される。半田14の溶融温度は183
℃程度であり、基板10が220℃以上まで加熱される
ことにより、半田14は溶融する。次に基板10は加熱
室1から搬出されて冷却され、半田14は固化してチッ
プ9の電極は基板10の電極に半田付けされる。
Next, the operation will be described. In FIG. 1, the substrate 10 on which the chip 9 is mounted is conveyed by the conveyor 4 to the entrance 2
Is conveyed toward the exit 3. Meanwhile, the nitrogen gas heated by the heater 5 is blown onto the substrate 10 by the fan 6 to heat the substrate 10. Generally, in the preheating zone T1, the substrate 10 is heated from room temperature to about 150 ° C., then in the soaking zone T2 to about 170 ° C., and then in the reflow zone T3.
Heat to above 0 ° C. The melting temperature of the solder 14 is 183
The temperature is about 0 ° C, and the solder 14 is melted by heating the substrate 10 to 220 ° C or higher. Next, the substrate 10 is carried out of the heating chamber 1 and cooled, the solder 14 is solidified, and the electrode of the chip 9 is soldered to the electrode of the substrate 10.

【0015】図4は、均熱ゾーンT2の温度プロファイ
ルを示している。Aは代表的な理想の温度プロファイル
であって、下限温度である150℃から上限温度である
170℃まで徐々に上昇する。L0(cm) は均熱ゾーン
T2の全長である。なお均熱ゾーンT2は、基板10を
その全体が均一な温度になるまで加熱し、また半田14
に塗布されたフラックスを十分に活性化させるためのゾ
ーンである。
FIG. 4 shows a temperature profile of the soaking zone T2. A is a typical ideal temperature profile, which gradually rises from a lower limit temperature of 150 ° C. to an upper limit temperature of 170 ° C. L0 (cm) is the total length of the soaking zone T2. The soaking zone T2 heats the substrate 10 to a uniform temperature throughout the substrate 10, and the solder 14
This is a zone for sufficiently activating the flux applied to the.

【0016】さて上述したように、均熱ゾーンT2は高
温のリフローゾーンT3からの伝熱により過度に温度上
昇しやすい。Bはこの伝熱のために過度に温度上昇した
温度勾配であって、本実施例では下流部において180
℃まで急激に異常上昇しており、このように温度が異常
上昇すると、半田付けの品質が悪化する。そこでこのよ
うな場合には、次のような温度管理を行う。
As described above, the soaking zone T2 is likely to excessively rise in temperature due to heat transfer from the high temperature reflow zone T3. B is a temperature gradient in which the temperature is excessively increased due to this heat transfer, and in the present embodiment, it is 180 degrees in the downstream portion.
The temperature rises abruptly up to ° C, and if the temperature rises abnormally in this way, the quality of soldering deteriorates. Therefore, in such a case, the following temperature control is performed.

【0017】まず、第1の温度センサ21と第2の温度
センサ22の信号から、温度勾配Bと上限温度170℃
の交点Pまでの長さL1(cm)を求める。コンベア4の
搬送速度Vcm/Sは既知であり、したがって基板10が下
限温度150℃と170℃の間で加熱される時間T
(S)は次式から求められる。
First, based on the signals from the first temperature sensor 21 and the second temperature sensor 22, the temperature gradient B and the upper limit temperature 170 ° C.
The length L1 (cm) to the intersection P of is obtained. The transport speed Vcm / S of the conveyor 4 is known, and therefore the time T during which the substrate 10 is heated between the lower limit temperature of 150 ° C. and 170 ° C.
(S) is calculated from the following equation.

【0018】T=L1÷V 式(1) 次にこの時間T(S)が要求される均熱時間(例えば7
0S)を満足しているか否かを次式から判断する。
T = L1 ÷ V Equation (1) Next, the soaking time (eg, 7) required for this time T (S)
0S) is satisfied is determined from the following equation.

【0019】T>70 式(2) この式(2)を満足すれば、そのまま運転を継続する。
若し満足しなければ、次式から、式(2)を満足する距
離L2を求める。
T> 70 equation (2) If this equation (2) is satisfied, the operation is continued.
If not satisfied, the distance L2 satisfying the expression (2) is obtained from the following expression.

【0020】L2÷V=70 距離L2が求められれば、式(2)を満足するための温
度勾配Cが判明する。そこで次にこの温度勾配Cの最下
流部Qの温度X℃を求める。そして制御部23により最
下流部Qの温度が現在温度の180℃からX℃まで低下
するようにヒータ5Bを制御するか、若しくは送風機1
7の風量をあげるなどの制御を行う。本手段によれば、
必要最小限の均熱時間(70S)を確保するための最下
流部Qの温度(X℃)が計算上判明するので、最下流部
Qの温度をこの温度(X℃)に近づけるようにヒータ5
Bや送風機17などの温度管理手段を制御すればよく、
きわめて短時間で必要な均熱時間(70S)が得られる
ように均熱ゾーンT2の温度を調整することができる。
なおこの実施例で記載した数値は例示であり、均熱時間
や温度などは基板や半田の品種などによって異る。また
本発明はエアリフローにも適用できる。
L2 ÷ V = 70 If the distance L2 is obtained, the temperature gradient C for satisfying the equation (2) is found. Therefore, next, the temperature X ° C. of the most downstream portion Q of this temperature gradient C is obtained. Then, the control unit 23 controls the heater 5B so that the temperature of the most downstream portion Q decreases from the current temperature of 180 ° C. to X ° C., or the blower 1
Control such as increasing the air volume of 7 is performed. According to this means,
Since the temperature (X ° C) of the most downstream portion Q for ensuring the required minimum soaking time (70S) is found by calculation, the heater should be set so that the temperature of the most downstream portion Q approaches this temperature (X ° C). 5
It suffices to control temperature control means such as B and the blower 17,
The temperature of the soaking zone T2 can be adjusted so that the required soaking time (70S) can be obtained in an extremely short time.
Note that the numerical values described in this embodiment are examples, and the soaking time, the temperature, and the like differ depending on the type of substrate and solder. The present invention can also be applied to air reflow.

【0021】[0021]

【発明の効果】本発明は、均熱ゾーンの上流部と下流部
に配設された第1の温度センサと第2の温度センサから
均熱ゾーンの温度勾配を求め、予め設定された下限温度
と上限温度の間のこの温度勾配の長さとコンベアの搬送
速度から均熱時間を求めて、この均熱時間が所望均熱時
間を満足するように、温度管理手段を制御するようにし
ているので、きわめて短時間で、必要な均熱時間が得ら
れるように例えばヒータなどの温度管理手段を管理し
て、均熱ゾーンの温度を調整することができる。
According to the present invention, the temperature gradient of the soaking zone is obtained from the first temperature sensor and the second temperature sensor provided at the upstream and downstream portions of the soaking zone, and the preset lower limit temperature is obtained. The soaking time is obtained from the length of this temperature gradient between the upper limit temperature and the convey speed of the conveyor, and the temperature control means is controlled so that the soaking time satisfies the desired soaking time. The temperature of the soaking zone can be adjusted by controlling the temperature control means such as a heater so that the required soaking time can be obtained in an extremely short time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例に係るチッソリフロー装置の
側面図
FIG. 1 is a side view of a chisso reflow device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例に係るチッソリフロー装置の
断面図
FIG. 2 is a cross-sectional view of a chisso reflow device according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例に係るチッソリフロー装置の
電気回路のブロック図
FIG. 3 is a block diagram of an electric circuit of a chisso reflow device according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施例に係る温度プロファイル図FIG. 4 is a temperature profile diagram according to an embodiment of the present invention.

【図5】従来のチッソリフロー装置の側面図FIG. 5 is a side view of a conventional chisso reflow device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 加熱室 4 コンベア 5 ヒータ(温度管理手段) 9 チップ 10 基板 17 送風機(温度管理手段) 21 第1の温度センサ 22 第2の温度センサ 23 制御部 T2 均熱ゾーン 1 Heating Chamber 4 Conveyor 5 Heater (Temperature Management Means) 9 Chip 10 Substrate 17 Blower (Temperature Management Means) 21 First Temperature Sensor 22 Second Temperature Sensor 23 Control Section T2 Soaking Zone

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】加熱室内をコンベアにより基板を搬送しな
がら、ヒータにより基板を加熱してチップをこの基板に
半田付けするリフロー方法において、前記加熱室の均熱
ゾーンの上流部に配設された第1の温度センサと下流部
に配設された第2の温度センサの信号に基づいて前記均
熱ゾーンの温度勾配を求め、予め設定された下限温度と
上限温度の間のこの温度勾配の長さと前記コンベアの搬
送速度から均熱時間を求めて、この均熱時間が所望均熱
時間を満足するように、制御部により温度管理手段を制
御することを特徴とするリフロー方法。
1. A reflow method for heating a substrate by a heater and soldering a chip to the substrate while the substrate is being conveyed by a conveyor in the heating chamber, and the reflow method is arranged upstream of a soaking zone of the heating chamber. The temperature gradient of the soaking zone is obtained based on the signals of the first temperature sensor and the second temperature sensor arranged in the downstream portion, and the length of this temperature gradient between the preset lower limit temperature and upper limit temperature is set. And a conveying speed of the conveyor, and a soaking time is obtained, and the temperature management means is controlled by the control unit so that the soaking time satisfies the desired soaking time.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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