JP6642386B2 - リフロー装置およびそれを用いた基板の製造方法 - Google Patents
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Description
リフロー装置は、複数の加熱部(11、12、13、14、15、16)、ブース(40)および制御部(80)を備える。
ブースは、排気流路(31、32、33、34、35、36、37)および排気開口部(39)を有し、加熱部を収容し、排気流路および排気開口部を経由して加熱部が送風した気体を排気する。
排気流路は、加熱部同士の間または加熱部とブースの内壁(38)との間に区画形成されている。
排気開口部は、排気流路に連通する。
制御部は、第1部品の温度および第2部品の温度を昇温し、その後、第1部品の温度が低下するように、かつ、第2部品の温度が上昇するように、加熱部を制御することを少なくとも2回以上行う。
この基板の製造方法は、第1温度制御工程(S103)、第2温度制御工程(S104)および繰り返し工程(S105)を含む。
第1温度制御工程は、第1部品の温度および第2部品の温度を昇温する。
第2温度制御工程は、第1温度制御工程後、第1部品の温度が低下し、かつ、第2部品の温度が昇温する。
繰り返し工程は、第1温度制御工程、第2温度制御工程の順番で、第1温度制御工程および第2温度制御工程を少なくとも2回以上行う。
これにより、上記リフロー装置と同様の効果を奏する。
図1に示すように、リフロー装置1は、基板90上に表面実装部品としての第1部品91および第2部品92をリフローはんだ付け行うのに、用いられる。
基板90は、例えば、車載用電子制御ユニットに用いられる。
基板90と第1部品91との間および基板90と第2部品92との間に、はんだペースト93が印刷または塗布されている。
第2部品92は、基板90上で最も熱容量が大きい部品である。第2部品92は、例えば、アルミ電解コンデンサ、リアクトルまたは樹脂コネクタ等である。
第2熱容量H2は、第1熱容量H1よりも大きい、すなわち、H2>H1 である。
第1部品91の温度を低熱容量温度T1とし、第2部品92の温度を高熱容量温度T2とする。
第2熱容量H2が第1熱容量H1よりも大きいため、高熱容量温度T2は、低熱容量温度T1よりも上昇しにくくなっている。
第1−第6加熱部11−16は、ブース30に収容され、第1−第6加熱部11−16同士の距離が均等になるように設けられている。
第1加熱部11および第6加熱部16は、ブース30の内壁38に対向している。
第2加熱部12は、第1加熱部11と第3加熱部13との間に設けられている。
第3加熱部13は、第2加熱部12と第4加熱部14との間に設けられている。
第4加熱部14は、第3加熱部13と第5加熱部15との間に設けられている。
第5加熱部15は、第4加熱部14と第6加熱部16との間に設けられている。
第6加熱部16は、ブース30の内壁38と第5加熱部15との間に設けられている。
第2−第6距離L2−L6は、第1−第6加熱部16同士の間の距離である。
L2=L3=L4=L5=L6 ・・・(1)
排気側開口部19は、基板90とは反対側である排気側の第1−第6加熱部11−16で開口している。
送風側開口部20は、基板90側の第1−第6加熱部11−16で開口している。
第1−第6加熱部11−16に用いられる気体は、例えば、窒素である。気体に窒素を用いることにより、はんだペースト93の酸化が抑制され、はんだによる接合部の空隙等の不良を抑制する。
窒素ボンベ17は、窒素が封入されている容器である。
窒素配管18は、窒素ボンベ17と排気側開口部19とに接続されている。
窒素ボンベ17から窒素配管18を経由して第1−第6加熱部11−16に窒素が供給され、第1−第6加熱部11−16から基板90に向かって窒素が送風される。
図2に示すように、第1−第6加熱部11−16は、第1風量Qw1および第6風量Qw6が第2−第5風量Qw2−Qw5よりも大きくなるように、設定されている。
第1−第6加熱部11−16は、供給された窒素を加熱し、加熱された窒素を基板90に送風して基板温度Tbを昇温可能である。
さらに、第1−第6加熱部11−16は、基板温度Tbを昇温し、低熱容量温度T1および高熱容量温度T2を昇温可能である。
送風側開口部20と基板90との間に、複数の第1−第6温度センサ21−26が設けられている。
第2温度センサ22は、第2熱風温度Tw2を測定可能である。
第3温度センサ23は、第3熱風温度Tw3を測定可能である。
第4温度センサ24は、第4熱風温度Tw4を測定可能である。
第5温度センサ25は、第5熱風温度Tw5を測定可能である。
第6温度センサ26は、第6熱風温度Tw6を測定可能である。
第1−第6温度センサ21−26は、例えば、JIS規格熱電対であるK熱電対である。
第1−第6温度センサ21−26は、測定した第1−第6熱風温度Tw1−Tw6を冷却器60および制御部80に出力する。
ブース30は、排気開口部39側に向かって、径が小さくなるように傾斜するテーパ形状になっている。
第1排気流路31は、ブース30の内壁38と第1加熱部11とで区画形成されている。
第2排気流路32は、第1加熱部11と第2加熱部12とで区画形成されている。
第3排気流路33は、第2加熱部12と第3加熱部13とで区画形成されている。
第4排気流路34は、第3加熱部13と第4加熱部14とで区画形成されている。
第5排気流路35は、第4加熱部14と第5加熱部15とで区画形成されている。
第6排気流路36は、第5加熱部15と第6加熱部16とで区画形成されている。
第7排気流路37は、第6加熱部16とブース30の内壁38とで区画形成されている。
第1−第6加熱部11−16から基板90に送風された窒素は、第1−第7排気流路31−37を経由して、排気開口部39から排気される。
ブース配管40は、排気開口部39と冷却器60とに接続されている。排気開口部39から排気された窒素は、ブース配管40を経由して、冷却器60に供給される。
また、冷却器60は、冷却配管61を有する。
冷却配管61は、冷却器60と第1−第6加熱部11−16とに接続されている。冷却された窒素は、冷却配管61を経由して第1−第6加熱部11−16に供給される。
冷却器60は、第1−第6熱風温度Tw1−Tw6が最低温度Tmin以下となるように、冷却した窒素を第1−第6加熱部11−16に供給する。
冷却器60は、例えば、平均熱風温度Taveと第1−第6熱風温度Tw1−Tw6とを比較する。第1熱風温度Tw1、第2熱風温度Tw2および第4熱風温度Tw4が平均熱風温度Taveより大きいとする。第3熱風温度Tw3、第5熱風温度Tw5および第6熱風温度Tw6が平均熱風温度Taveより小さいとする。
Tave=(Tw1+Tw2+Tw3+Tw4+Tw5+Tw6)/6
・・・(2)
このように、冷却器60は、平均熱風温度Taveより大きい熱風を送風する第1−第6加熱部11−16に、冷却された窒素を供給して、第1−第6熱風温度Tw1−Tw6が最低温度Tmin以下となるように制御する。なお、第1−第6加熱部11−16のそれぞれに冷却した窒素が供給可能なように、第1−第6加熱部11−16に電磁弁が設けられている。
また、制御部80は、第1−第6加熱部11−16のヒータを制御することによって、低熱容量温度T1および高熱容量温度T2を制御する。
低熱容量温度T1および高熱容量温度T2を昇温後、低熱容量温度T1が低下するように、かつ、高熱容量温度T2が上昇する過程を、制御部80は、少なくとも2回以上行う。
さらに、制御部80は、低熱容量温度T1が低下するとき、第1−第6熱風温度Tw1−Tw6がはんだの融点Tp以上となるように、第1−第6加熱部11−16を制御する。
制御部80が第1−第6加熱部11−16の制御を開始する時刻をx0とする。
図3において、低熱容量温度T1および高熱容量温度T2を実線で示す。第1−第6熱風温度Tw1−Tw6を一点鎖線で示す。はんだの融点Tpを二点鎖線で示す。
時刻x3に、制御部80は、第1−第6熱風温度Tw1−Tw6を下げる。低熱容量温度T1は低下し、高熱容量温度T2は徐々に増加する。
時刻x5に、制御部80は、第1−第6熱風温度Tw1−Tw6を下げる。低熱容量温度T1は低下し、高熱容量温度T2は徐々に増加する。
時刻x6に、第1−第6加熱部11−16が停止し、基板90が冷却される。
基板90上の第1部品91および第2部品92をリフローはんだ付け行うのに、リフロー装置1が用いられる。
基板90の製造方法は、印刷工程、基板搬送工程、第1温度制御工程、第2温度制御工程、繰り返し工程および冷却工程を含む。
ステップ102の基板搬送工程では、第1−第6加熱部11−16に対向する位置に基板90が搬送される。基板90がリフロー装置1に対し静止し固定される。
ステップ104の第2温度制御工程では、制御部80は、低熱容量温度T1および高熱容量温度T2を昇温後、低熱容量温度T1が低下するように、かつ、第2温度が昇温するように、第1−第6加熱部11−16を制御する。このとき、制御部80は、第1−第6熱風温度Tw1−Tw6がはんだの融点Tp以上に、第1−第6加熱部11−16を制御する。
ステップ106の冷却工程では、基板90が冷却され、はんだペースト93が凝固する。基板90、第1部品91および第2部品92がはんだペースト93を介して接合される。
第1部品91および第2部品92を基板90に搭載する方法として、リフローはんだ付けが用いられる。基板90上で熱容量差ΔHが大きくなる場合、第1部品91は、過熱状態になりやすく、第2部品92は、未溶融状態になりやすい。
このため、基板90に付与されているはんだを加熱するとき、基板上の熱容量差ΔHが大きくなっても、均一化することが望まれる。また、第2部品92によって、はんだを加熱する時間が長くなる虞がある。このため、基板90に付与されているはんだを加熱するとき、短時間で加熱を行うことが望まれる。
[1]リフロー装置1の制御部80は、低熱容量温度T1および高熱容量温度T2を昇温し、その後、低熱容量温度T1が低下するように、かつ、高熱容量温度T2が上昇する過程を、少なくとも2回以上行う。これにより、低熱容量温度T1がはんだの融点Tp以上に一定に維持されつつ、高熱容量温度T2がはんだの融点Tpに上昇できる。このため、低熱容量温度T1と高熱容量温度T2との差が小さくなりやすくなり、基板90上の温度が均一化される。また、高熱容量温度T2の上昇時間を短くすることで、加熱時間を短縮することができる。さらに、リフロー装置1の制御を設定するのみであるため、リフロー装置1が簡易な構成になる。
制御部80は、低熱容量温度T1および高熱容量温度T2が昇温後、低熱容量温度T1が低下するとき、第1−第6熱風温度Tw1−Tw6がはんだの融点Tp以上となるように、第1−第6加熱部11−16を制御する。これにより、はんだペースト93が凝固することがないため、はんだの品質が安定する。
第1−第6加熱部11−16およびブース30は、第2−第6距離L2−L6が等しくなるように、形成されている。また、第1距離L1および第7距離L7は、第2−第6距離L2−L6の半分に設定されている。これにより、隣接する加熱部の送風が均等に排気される。
第2実施形態では、補充配管が追加されている点を除き、第1実施形態と同様である。
図5に示すように、第2実施形態のリフロー装置2は、補充配管41をさらに備える。
補充配管41は、ブース配管40と窒素ボンベ17とに接続されており、気体としての窒素を冷却器60に補充可能である。
冷却器60が排気開口部39から排気された窒素を取り込んで冷却するとき、取り込まれる窒素の圧力損失が大きくなる。これにより、第1−第6加熱部11−16に冷却した窒素を冷却器60に供給するとき、リフロー装置2の消費電力が大きくなる虞がある。
第2実施形態において、補充配管41から窒素を補充して、排気開口部39から排気された窒素を冷却されるため、リフロー装置2の消費電力が削減される。
第3実施形態では、迂回配管および補助送風機が追加されている点を除き、第1実施形態と同様である。
図6に示すように、第3実施形態のリフロー装置3は、迂回配管42および補助送風機44をさらに備える。
補助送風機44は、迂回配管42に設けられている。
補助送風機44は、迂回配管42を経由した窒素が第1−第6加熱部11−16に供給されるのを補助する。
第4実施形態では、循環配管が追加されている点を除き、第1実施形態と同様である。
図7に示すように、第4実施形態のリフロー装置4は、循環配管43をさらに備える。
リフロー装置4の冷却配管61は、第3加熱部13、第5加熱部15、第6加熱部16および冷却器60に接続されている。
第4実施形態においても、第1実施形態と同様である。さらに、第4実施形態においても、第3実施形態と同様に、冷却器60の消費電力を削減できる。
第5実施形態では、基板が固定されておらず、移動している点を除き、第1実施形態と同様である。
図8に示すように、搬送ベルト94により、基板90は、第1加熱部11から第6加熱部16に向かって、移動する。第5実施形態のリフロー装置5は、所謂、連続炉である。
基板90は、リフロー装置5に対し、所定の速度Vで相対移動する。
制御部80が第1−第6加熱部11−16の制御を開始する時刻をY0とする。
図9において、低熱容量温度T1および高熱容量温度T2を実線で示す。
第1−第6熱風温度Tw1−Tw6を一点鎖線で示す。はんだの融点Tpを二点鎖線で示す。
低熱容量温度T1および高熱容量温度T2は、昇温する。
低熱容量温度T1および高熱容量温度T2は、昇温する。
基板90上で第1熱容量H1が小さいため、低熱容量温度T1は低下する。基板90上で第2熱容量H2が大きいため、高熱容量温度T2は徐々に増加する。
低熱容量温度T1および高熱容量温度T2が昇温する。
低熱容量温度T1は低下し、高熱容量温度T2は徐々に増加する。時刻Y4に、高熱容量温度T2がはんだの融点Tp以上になる。
低熱容量温度T1および高熱容量温度T2が昇温する。
ステップ102の基板搬送工程では、基板90がリフロー装置5に対向するように、速度Vで移動する。
ステップ103−105では、基板90が移動している状態で、制御部80が第1−第6熱風温度Tw1−Tw6の温度制御を行う。
このように、基板90が移動しても、第1実施形態と同様の効果を奏する。
(i)リフロー装置の加熱部は、熱風によるもの限らず、電磁波の一種である赤外線を用いて、基板を加熱してもよい。赤外線による加熱により、エネルギー効率が高くなり、加熱時間が短縮される。
(ii)複数の加熱部は、6つに限定されず、少なくとも2つ以上備えておればよい。
(iii)図10に示すように、リフロー装置6の冷却器60に送風機45が設けられてもよい。
(v)第4実施形態におけるリフロー装置4においても、バッチ炉に限らず、連続炉であってもよい。リフロー装置4においては、連続炉の場合、冷却器60の消費電力をより削減する効果がある。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
11、12、13、14、15、16 ・・・加熱部、
31、32、33、34、35、36 ・・・排気流路、
38 ・・・内壁、
39 ・・・排気開口部、
40 ・・・ブース、
80 ・・・制御部、
91 ・・・第1部品、
92 ・・・第2部品
T1 ・・・低熱容量温度(第1部品の温度)、
T2 ・・・高熱容量温度(第2部品の温度)。
Claims (10)
- 第1部品(91)および前記第1部品の熱容量よりも熱容量が大きい第2部品(92)を有する基板(90)をリフローはんだ付けするリフロー装置(1、2、3、4、5、6)において、
前記基板に気体を送風し、前記第1部品の温度(T1)および前記第2部品の温度(T2)を昇温可能な複数の加熱部(11、12、13、14、15、16)と、
前記加熱部同士の間または前記加熱部と内壁(38)との間に区画形成されている排気流路(31、32、33、34、35、36、37)および前記排気流路に連通する排気開口部(39)を有し、前記加熱部を収容し、前記排気流路および前記排気開口部を経由して前記加熱部が送風した気体を排気するブース(40)と、
前記第1部品の温度および前記第2部品の温度を昇温し、その後、前記第1部品の温度が低下するように、かつ、前記第2部品の温度が上昇するように、前記加熱部を制御することを少なくとも2回以上行う制御部(80)と、
を備えるリフロー装置。 - 前記制御部は、前記第1部品の温度および前記第2部品の温度を昇温後、前記第1部品の温度が低下するとき、前記加熱部が送風する気体の温度(Tw1、Tw2、Tw3、Tw4、Tw5、Tw6)がはんだの融点(Tp)以上となるように、前記加熱部を制御する請求項1に記載のリフロー装置。
- 複数の前記加熱部は、前記加熱部から前記ブースの内壁までの距離(L1、L7)が
前記加熱部同士の間の距離(L2、L3、L4、L5、L6)の半分となるように、設けられている請求項1または2に記載のリフロー装置。 - 複数の前記加熱部において、前記ブースの内壁に対向する加熱部(11、16)が送風する気体の風量(Qw1、Qw6)は、前記ブースの内壁に対向する加熱部の間に設けられる加熱部(12、13、14、15)が送風する気体の風量(Qw2、Qw3、Qw4、Qw5)よりも大きい請求項1から3のいずれか一項に記載のリフロー装置。
- 前記ブースに接続され、前記排気流路および前記排気開口部を経由した気体を取り込んで冷却し、前記加熱部が送風する気体の温度を、複数の前記加熱部が送風する気体の温度のうちの最低温度(Tmin)以下となるように制御する冷却器(60)をさらに備える請求項1から4のいずれか一項に記載のリフロー装置。
- 前記排気開口部と前記冷却器とを接続するブース配管(40)と、
前記ブース配管に接続され、前記冷却器に気体を補充可能な補充配管(41)と、
をさらに備える請求項5に記載のリフロー装置。 - 前記排気開口部と前記冷却器とを接続するブース配管(40)と、
前記加熱部と前記冷却器とを接続する冷却配管(61)と、
前記ブース配管と前記冷却配管とを接続する迂回配管(42)と、
をさらに備える請求項5に記載のリフロー装置。 - 前記ブースの開口と前記冷却器とを接続するブース配管(40)と、
前記ブース配管と前記加熱部とを接続する循環配管(43)と、
をさらに備える請求項5に記載のリフロー装置。 - 第1部品(91)および前記第1部品の熱容量よりも大きい第2部品(92)を有する基板(90)をリフローはんだ付けするリフロー装置(1、2、3、4、5)において、
前記基板に気体を送風し、前記第1部品の温度(T1)および前記第2部品の温度(T2)を昇温可能な複数の加熱部(11、12、13、14、15、16)と、
前記加熱部を収容し、前記加熱部同士の間または前記加熱部と内壁(38)との間に形成される排気流路(31、32、33、34、35、36、37)および前記排気流路に連通する排気開口部(39)を有し、前記排気流路および前記排気開口部を経由して前記加熱部が送風した気体を排気するブース(40)と、
前記加熱部を制御可能な制御部(80)と、
を備えるリフロー装置を用いた基板の製造方法であって、
前記第1部品の温度および前記第2部品の温度を昇温する第1温度制御工程(S103)と、
前記第1温度制御工程の後、前記第1部品の温度が低下し、かつ、前記第2部品の温度が昇温する第2温度制御工程(S104)と、
前記第1温度制御工程、前記第2温度制御工程の順番で、前記第1温度制御工程および前記第2温度制御工程を少なくとも2回以上行う繰り返し工程(S105)と、
を含む基板の製造方法。 - 前記第2温度制御工程において、前記第1部品の温度が低下するとき、前記加熱部が送風する気体の温度(Tw1、Tw2、Tw3、Tw4、Tw5、Tw6)は、はんだの融点(Tp)以上である請求項9に記載の基板の製造方法。
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