JPH0645748A - リフロー方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加熱室の均熱ゾーンの温度管理を迅速正確に
行えるリフロー方法。 【構成】 加熱室１の均熱ゾーンＴ２の上流部と下流部
に配設された第１の温度センサ２１と第２の温度センサ
２１から均熱ゾーンＴ２の温度勾配Ｂを求め、予め設定
された下限温度１５０℃と上限温度１７０℃の間のこの
温度勾配Ｂの長さとコンベア４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５，１７を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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

【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

【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

【図４】本発明の一実施例に係る温度プロファイル図

【図５】従来のチッソリフロー装置の側面図

【符号の説明】

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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【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。