JPH0327867A - 蒸気槽内蒸気レベル制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、電子部品が取付けられたプリント基板の半田
付けを自動的に行う気相式半田リフロー装置における蒸
気レベル制御方法に関する。

〈従来の技術〉 従来の気相式半田リフロー装置としては、第３図に示す
ようなものがある。

第４図に示すように基板３１上に設けられた銅製等のラ
ンド３２ａ．３２ｂには半田ペースト３３を介して両端
に電極３４ａ，３４ｂを有する部品３６が仮固定されて
いる。

該基板３１は基板搬送面３９に沿って第３図において右
方より左方に搬送される。

該基板３１はパネルヒー夕、またはシーズヒータ等の熱
源４０を備えた予備加熱ゾーン４１にて常温より温度Ｔ
Ｉまで加熱され、その温度Ｔ１を保持したまま蒸気槽４
２に搬送される。

予備加熱ゾーン４１においては気相式半田リフロー装置
に入ってくる基板３ｌを予熱して、部品３６が該蒸気相
にて急加熱されることを緩和している。

蒸気相４２には、沸騰温度Ｔ２が半田ペースト３３の溶
融温度Ｔ３より高温である例えばフッソ系の不活性液４
３が満たされており、該不活性液４３は蒸気槽４２の底
面４４に設けたヒータ４５により加熱される。

蒸気槽４２には、該不活性液４３を前記半田の溶融温度
Ｔ３より若干低い温度であるＴ５に常時保持するための
定温保持用ヒータ４５ａが、常時ＯＮの状態で、前記蒸
気槽４２全長に渡って設けられており、また、該蒸気槽
４２の下流側近傍に設けられた蒸気センサ４７によりＯ
Ｎ，ＯＦＦ制御され、ＯＮとなったとき前記不活性液４
３を半田の溶融温度Ｔ３より若干高い温度である該不活
性液４３の沸点Ｔ２まで更に加熱するコントロール用ヒ
ータ４５ｂが蒸気槽４２の下流側のみに設けられている
。

即ち、該不活性液４３の気化した蒸気４８は前記基板搬
送面３９より上方に設けた蒸気センサ４７により蒸気レ
ベル４６が検出されるが、蒸気センサ４７が該蒸気レベ
ル４６を検出していない時は、コントロール用ヒータ４
５ｂもＯＮにして、蒸気量を増加させる。一方、蒸気セ
ンサ４７が該蒸気レベル４６を検出すると、コントロー
ル用ヒータ４５ｂをＯＦＦにして、定温保持用ヒータ４
５ａのみで該蒸気レベル４６を保持している。

また、該蒸気槽４２には、前記コントロール用ヒ一夕４
５ｂの搬送方向上流側の一端近傍、および、蒸気槽４２
の搬送方向下流側の壁近傍に、前記蒸気レベル４６を一
定にするために仕切板５ｌおよび仕切板５２が設けられ
ている。

該蒸気４８は、該蒸気槽４２の前後に設けられた冷却パ
イプ４９．　５０により、沸点Ｔ２以下まで冷却され、
前記不活性液４３の状態に液化されて回収される。

基板３ｌは予備加熱ゾーン４ｌにてＴＩまで加熱され、
蒸気槽４２にてＴ２まで加熱されて、半田ペースト３３
が溶融され、部品３６が基板３ｌに半田付けされた状態
で図示しない次工程に搬送される。

く発明が解決しようとする課題〉 第５図に示すように、基板３１は部品３６が該蒸気槽４
２にて急加熱されることによって生じる熱ストレスを緩
和するために、予備加熱ゾーン４ｌにおいて温度Ｔ１ま
で加熱され、その後蒸気槽４２に搬送されている。しか
し、仕切板５１より下流側の蒸気４８ｂは、該蒸気面４
６が定温保持用ヒータ４５ａとコントロール用ヒータ４
５ｂとによってほぼ一定のレベルに保たれているにも関
わらず、仕切板５１の上流側の該仕切板５ｌを才一バー
フロ゛一した蒸気４８ａは、該蒸気の比重が空気よりも
大きいためそのレベルが急激に低下し、蒸気４８ａと蒸
気４８ｂとか接している前記仕切板５ｌの上流において
、蒸気のレベルか急勾配となり、もって蒸気４８ａと蒸
気４８ｂとが接している前記仕切板５ｌの上流において
、急激な温度勾配（１５〜３０℃／Ｓ’）が生じること
になる。

このような急激な温度勾配により、基板上の何方か片方
のランド（第４図において２点鎖線で示すように例えば
３２ｂ）に接している半田ペースト３３のみが溶融して
、他方の半田ペースト３３が溶融する以前に、片側の電
極（例えば３４ｂ）のみ基板３１に半田され、跳ね上が
る現象（以下マンハッタン現象と称する）が生じる。

該マンハッタン現象は基板３ｌのランド３２の大きさ、
半田ペースト３３の量、電極３４の半田のぬれ具合、部
品３６の重量等によっても左右されるが、前記温度勾配
が該マンハッタン現象の発生の有無には最も影響を与え
る。

即ち、前記マンハッタン現象は、赤外線ランプを多数配
設してその複写熱により半田ペースト３３を溶融する赤
外線リフロー装置や、熱風を循環させて多量の雰囲気を
加熱して、該雰囲気の対流により半田ペースト３３を溶
融する熱風式リフロー装置においても発生するが、その
発生率は気相式リフロー装置の方が大きく、該リフロー
装置の後工程における手直しを必要としている。これは
他の装置に比較して、気相式リフロー装置においては、
前述の如く、蒸気槽４２にて急激な温度勾配を生じる急
加熱が行われるため、部品３６に熱ストレスが発生し、
該熱ストレスを緩和しきれていないことに起因している
。

よって、本発明では、一定レベルで搬送される基板を緩
やかな温度勾配にて加熱することによって、半田ペース
トをその溶融温度まで加熱して、前記マンハッタン現象
の発生を抑える蒸気槽内蒸気レベル制御方法を提供する
ことを目的としている。

〈課題を解決するための手段〉 このため、本発明は、蒸気槽内に基板を一定レベルで搬
送通過させ、該蒸気槽内の蒸気によって半田を加熱溶融
して半田付けを行うよう構成された気相式半田リフロー
装置における蒸気槽内蒸気レベル制御方法であって、前
記蒸気槽を基板の搬送方向に複数に分割し、各々の蒸気
槽の蒸気レベルを検出する蒸気センサを設け、該蒸気セ
ンサの検出部を上流側ほど低く取付けることにより上流
側に位置する蒸気槽の蒸気レベルを低く制御する方法と
した。

〈作用〉 そして、かかる方法では複数分割された蒸気槽において
、それぞれ独立して、より上流に位置する蒸気槽ほど蒸
気レベルか低くなるように制御されるので、その蒸気レ
ベルの勾配を緩やかにすることができ、もって基板の加
熱に係わる温度勾配を緩やかにすることができる。

く実施例〉 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図において、基板３ｌが一定レベルの基板搬送面１
に沿って、フッソ系の不活性液１４が満たされている蒸
気槽２に搬送通過されるのは、従来と同様である。蒸気
槽２には仕切板３．　　４，　　５．　　６が設けられ
、該蒸気槽２の搬送方向上流の壁７とともに、該蒸気槽
２が複数に分割され、加熱槽１０、予熱槽１１．緩衝槽
１２．　１３が形成される。

蒸気槽２には、該不活性液Ｉ４を、前記半田の溶融温度
Ｔ３より若干低い温度であるＴ５に常時保持するための
定温保持用ヒータｌ８が、常時ＯＮの状態で前記蒸気槽
２全長に渡って設けられており、さらに蒸気センサｌ７
によりＯＮ．ＯＦＦ制御され、ＯＮになったときに前記
不活性液Ｉ４を、半田の溶融温度Ｔ３より若干高い温度
である該不活性液ｌ４の沸点Ｔ２まで更に加熱するコン
トロール用ヒータｌ９が、加熱槽１０のみに設けられて
いる。

即ち、前記基板搬送面ｌより上方に設けた蒸気センサＩ
７により、該不活性液ｌ４の気化した蒸気２６の加熱槽
蒸気レベル１６が検出される。蒸気センサｌ７により該
蒸気レベルｌ６が検出されない時は、コントロール用ヒ
ータｌ９がＯＮとなり、蒸気量を増加させる。一方、蒸
気センサ１７により該蒸気レベル１６が検出されると、
コントロール用ヒータ１９はＯＦＦとなり、定温保持用
ヒータｌ８のみで該蒸気レベルｌ６が保持される。

また、予熱槽１ｌの該液面ｌ５の上方にも、前記基板搬
送面１より上方で、かつ前記第１蒸気センサｌ７より下
方に、第２蒸気センサ２ｌが設けられている。予熱槽１
１も第２蒸気センサ２ｌにより予熱槽蒸気レベル２２が
検出され、この予熱槽蒸気レベル２２を一定に保つため
に、前記蒸気槽２全長に渡って設けられて常時ＯＮとな
っている定温保持用ヒータ１８と、予熱槽１１のみに設
けられるコントロール用ヒータ２０と、が設けられてい
る。

即ち加熱槽ｌＯにおいては、前記第１蒸気センサｌ７に
よってコントロール用ヒータｌ９のＯＮ．ＯＦＦが制御
され、加熱槽蒸気レベルｌ６は仕切板５と仕切板６との
間でほぼ一定に制御される。また、予熱槽１１において
も、加熱槽１０とは別に、前記第２蒸気センサ２ｌによ
ってコントロール用ヒータ２０のＯＮ．ＯＦＦが制御さ
れ、予熱槽蒸気レベル２２は仕切板４と仕切板３との間
でほほ一定に、かつ前記加熱槽序記レベル１６より低位
のレベルに、制御される。

また、前記不活性液ｌ４の蒸気は仕切板３の上流側に設
けた冷却パイプ２４、および仕切板６の下流側に設けた
冷却パイブ２３により、沸点以下の温度まで冷却されて
、液化される。

一方、前記加熱槽蒸気レベルｌ６と予熱槽蒸気レベル２
２とは、仕切板４と仕切板５との間に位置する緩衝槽ｌ
２において、緩やかに連続する。

一方、前記加熱槽ｌＯと予熱槽１１との間に位置する緩
衝槽１２及び、予熱槽１１の上流に位置する緩衝槽ｌ３
においては蒸気センサが設けられていないため、加熱槽
１０及び予熱槽Ｈよりオーバーフローした蒸気が溜まり
、該緩衝槽１２．　１３内の液面ｌ５において液化され
ることなく、一時的に緩衝槽蒸気レベル２５．　２７が
高くなることが考えられる。よって、緩やかに該蒸気レ
ベル２５．　２７を搬送方向に従って高くなるようにす
るために、蒸気センサが設けられていない、緩衝槽ｌ２
およびｌ３に、冷却パイプ２３．２４により液化された
前記不活性液１４の沸点Ｔ２より低温である再生液を、
図示しないパイプ等で導き、供給しても良い。これによ
り、低温の再生液が該緩衝槽１２．　１３に供給される
ことになり、緩衝槽１２の不活性液の温度を部分的に下
げることか可能となる。よって、該緩衝槽１２．　１３
内の液面ｌ５に接触する該不活性液の蒸気は液化され、
該緩衝槽１２．　１３の緩衝槽蒸気レベル２５．　２７
の急激な変化を防止すること、および前述した予熱槽蒸
気レベル２２を加熱槽蒸気レベルｌ６より低位に維持す
ることが、より効果的になる。

かかる構成による方法によれば、加熱槽蒸気レベル１６
．予熱槽蒸気・レベル２２とも一定のレベルに維持され
、かつ加熱槽ＩＯの上流側に位置するところの予熱槽ｌ
１の予熱槽蒸気レベル２２は、加熱槽蒸気レベルｌ６よ
り低位のレベルに維持される。よって、基板搬送面ｌに
沿って蒸気槽２に搬送されてきた基板は、加熱槽１０に
入る前に、該加熱槽蒸気レベル１６より低位の蒸気レベ
ルである予熱槽蒸気レベル２２を有する予熱槽１１を通
ることになる。

従って、基板はまず予熱槽１ｌにて半田の溶融温度より
低い温度Ｔ４まで加熱され、その後、加熱槽１０にて半
田溶融温度Ｔ２まで加熱されて半田付けがなされたこと
になり、基板上の部品の温度勾配は第２図に示すように
急激とはならず、マンハッタン現象の発生が抑えられる
。よって、気相式半田リフロー装置の後工程における半
田の手直し等が不要となる。

尚、本実施例では加熱槽１０の搬送方向上流の蒸気槽２
の中に仕切板３，　　４．　　５を設けて予熱槽１１を
１槽と、該予熱槽蒸気レベル２２を制御するための第２
蒸気センサ２ｌとを設けたが、予熱槽はｌ槽でなくとも
よい。即ち、仕切板を該予熱槽に対応する数だけ設ける
ことにより、蒸気槽を複数分割して、各蒸気槽の蒸気レ
ベルを検出する蒸気センサを各蒸気槽に設置する。この
ような構成において、各蒸気槽蒸気レベルを、基板搬送
方向にしたがって低位の高さから前記加熱槽蒸気レベル
１６を越えないレベルまで、徐々に高くなるよう制御す
ることにより、半田の溶融温度まで加熱していくような
、本実施例より細かい蒸気レベル制御方法を用いてもな
んら問題はない。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、気相式半田リフ
ロー装置における蒸気槽において、基板の搬送方向に複
数分割した蒸気槽の蒸気レベルを上流側に位置するほど
低く制御する方法としたため、一定レベルで搬送される
基板を緩やかな温度勾配にて加熱することが可能となる
。よって、基板上の部品に与える急激な温度上昇による
熱ストレスが緩和されるので、マンハッタン現象の発生
が抑えられ、均一な半田付けが実現できる。従って、品
質の向上、後工程における手直し工数の低減、工数低減
による低価格化及び生産性の向上等の種々の効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す気相式半田リフロー装
置の概略構成図、第２図は本発明の作用説明図、第３図
は従来の気相式半田リフロー装置を示す概略構成図、第
４図は搬送される基板を示す側面図、第５図は従来の作
用説明図である。 ｌ・・・基板搬送面　　２・・・蒸気槽　　３．　　４
，　　５．６・・・仕切板　　１０・・・加熱槽　　１
１・・・予熱槽　　ｌ４・・・不活性液　　ｌ６・・・
加熱槽蒸気レベル　　ｌ７・・・第１蒸気センサ　　２
ｌ・・・第２蒸気センサ　　２２・・・予熱槽蒸気レベ
ル　　２３．　２４・・・冷却バイブ　　３ｌ・・・基
板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 蒸気槽内に基板を一定レベルで搬送通過させ、該蒸気槽
   内の蒸気によって半田を加熱溶融して半田付けを行うよ
   う構成された気相式半田リフロー装置における蒸気槽内
   蒸気レベル制御方法であって、前記蒸気槽を基板の搬送
   方向に複数に分割し、各々の蒸気槽の蒸気レベルを検出
   する蒸気センサを設け、該蒸気センサの検出部を上流側
   ほど低く取付けることにより上流側に位置する蒸気槽の
   蒸気レベルを低く制御することを特徴とする蒸気槽内蒸
   気レベル制御方法。