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JP3897715B2 - リフロー半田付け方法とリフロー半田付け装置 - Google Patents
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リフロー半田付けの際に発生する飛散はんだの影響を低減できるリフロー半田付け方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ワーク基板である表面実装基板に部品をリフロー半田付けする際には、ワーク基板を加熱していくと、クリーム半田に含まれている溶剤が突沸して、フラックスの一部や20μm〜40μmの小粒径の半田が、半田付け箇所の周囲に飛散する事態が発生する。
【0003】
携帯電話装置の表面実装基板のように、半田付け箇所の周囲に接点パターンが位置する場合には、飛散したフラックスや半田ボールがこの接点パターンに付着した場合には、接点不良が発生する。
【0004】
そのため従来では(特許文献1)に見られるようにワーク基板の半田付け面に接点パターンを取り囲むように所定高さの異物付着防止壁60を形成して、リフロー半田付け時に飛散してきた異物50を食い止めるように構成されている。
【0005】
【特許文献1】
特開平07−283493号 (図1)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ワーク基板の側に異物付着防止壁60を設ける従来の方法では、このようなワーク基板を組み込んだ携帯電話装置の場合には、基板が厚くなって製品がぶ厚くなってしまって好ましくない。
【0007】
本発明はワーク基板の側に異物付着防止壁を設けなくても、ワーク基板上の保護エリアへのリフロー半田付け時の異物の飛散を防止できるリフロー半田付け方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明のリフロー半田付け方法は、ワーク基板の半田付け面とは反対側の面を加熱して前記半田付け面に部品をリフロー半田付けして実装するに際し、ワーク基板の前記半田付け面の側で前記部品に接触しない位置に、前記半田付け面の保護エリアを覆うとともに前記部品の位置に対応して開口が形成されたシャッターを配設し、前記ワーク基板を加熱して半田付け温度プロファイルを実行し、その際に前記部品のリフロー半田付け位置から飛散した飛散半田の一部を前記開口を通して前記シャッターの一方の表面で受けて前記保護エリアへの半田の落下を前記シャッターによって妨げるとともに、前記部品のリフロー半田付け位置から飛散した飛散半田の一部をシャッターの前記一方の表面とは反対側の表面で受けて前記保護エリアへの半田の落下を前記シャッターによって妨げることを特徴とする。
【0009】
また、基板温度が半田のフラックスの蒸発温度を超えて半田融点温度未満の状態のタイミングに、前記シャッターと前記ワーク基板が相対移動して前記シャッターが前記保護エリアを覆ってシャッターの前記一方の表面とは反対側の表面へのフラックスの付着を低減させることを特徴とする。
【0011】
また、シャッターの前記一方の表面側に空気流を形成して、前記開口を通過した飛散半田を吹き飛ばしまたは吸い取りすることを特徴とする。
また、シャッターの前記ワーク基板の前記半田付け面と対向する面に付着した飛散半田を、前記シャッターと前記ワーク基板の相対移動によって掻き取ってリフレッシュすることを特徴とする。
【0012】
また、シャッターの前記一方の表面とは反対側の表面に粘着層を形成し、衝突した飛散半田を粘着層で捕捉することを特徴とする。
本発明のリフロー半田付け装置は、前記加熱装置にセットされたワーク基板の前記半田付け面の側で実装部品に接触しない位置にあって前記半田付け面の保護エリアを覆うとともに前記部品の位置に対応して開口が形成されたシャッターと、前記シャッターが前記半田付け面の保護エリアを覆う第1の位置と覆わない第2の位置とに前記加熱装置による半田付け温度プロファイルの実行に同期して前記シャッターと前記加熱装置を相対移動させる駆動手段とを設けたことを特徴とする。
【0013】
また、前記駆動手段は、前記加熱装置にセットされたワーク基板に対して前記シャッターを第1の位置から第2の位置にわたって移動させるよう構成したことを特徴とする。
【0014】
また、シャッターの前記ワーク基板の前記半田付け面と対向する面に付着した飛散半田を、前記シャッターと前記ワーク基板の相対移動によって掻き取るスクレーパーを設けたことを特徴とする。
また、シャッターの前記ワーク基板の半田付け面と対向する粘着層を形成したことを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のリフロー半田付け方法を具体的な各実施の形態に基づいて説明する。
【0016】
(実施の形態1)
図1〜図3は本発明の(実施の形態1)を示す。
リフロー半田付け装置は図2に示すように構成されている。
【0017】
作業ステージ1aには加熱装置2aが設けられている。作業ステージ1bには加熱装置2bが設けられている。半田付け箇所にクリーム半田を印刷して部品を配置したワーク基板3は、矢印A方向に移動する搬入用スライダー4aに載置されて装置の右側から装置の中央に搬入される。そしてピックアップ5によって加熱装置2a,2bの上にワーク基板3が、半田付け面とは反対側の面を下側にして図中の矢印Bの方向に沿って移される。
【0018】
加熱装置2aの近傍には図1(a)に示す位置と図1(b)に示す位置とにわたってシリンダ装置6aで開閉駆動されるシャッター7aが設けられている。加熱装置2bの近傍にも図1(a)に示す位置と図1(b)に示す位置とにわたってシリンダ装置6bで開閉駆動されるシャッター7bが設けられている。8はクリーム半田、9は部品である。
【0019】
図1(a)に示すようにワーク基板3は、シャッター7aが開いた状態(シャッター7aが半田付け面を覆っていない状態)において、ピックアップ5によってセットされ、加熱装置2aによって半田付け温度プロファイルを実行する過程で図1(b)に示すようにシャッター7aが閉められる。
【0020】
なお、シャッター7aはワーク基板3の実装部品の位置に対応して図3にも示すように開口10が形成されているが、ワーク基板3の前記半田付け面の保護エリアとしての接点パターン11の上方位置には前記開口10は設けられていない。
【0021】
例えば、シャッター7aを閉めた図1(b)の状態で加熱装置2aによってワーク基板3の温度を上げていくと、クリーム半田8が鉛フリーの場合には半田融点217℃よりも低い温度でクリーム半田8の成分である溶剤の突沸が発生して、従来と同じように20μm〜40μm程度の直径の半田12が図1(c)に示すように飛散するが、飛散した半田12の一部はシャッター7aの開口10を通過してシャッター7aの上面側に載って接点パターン11の上に落下する飛散半田の量が低減した。
【0022】
具体的には、接点パターン11への半田飛散率が従来では6.5%であったがこの(実施の形態1)の対策後は半田飛散率が2.2%に改善された。
半田融点217℃を超えて降温中または降温完了後に、シャッター7aを図1(a)に示す位置に退避させて、搬入時と逆ルートでワーク基板3が搬出される。シャッター7bも同様に駆動されている。
【0023】
なお、この実施の形態ではシャッター7a,7bは早くからワーク基板3の上に到来していたが、鉛フリー半田の場合には融点217℃の直前に昇温したタイミングに図1(b)の状態に駆動した方が、より具体的には、基板温度が半田のフラックスの蒸発温度を超えて半田融点温度未満の状態のタイミングにシャッター7a,7bを閉じることによって、シャッター7a,7bの裏面がクリーム半田8から立ち昇るフラックス成分に接触することが少なく、シャッター7a,7bの裏面へのフラックスの付着や付着したフラックスに飛散半田12が付着する現象を低減できる。
【0024】
また、図2に示すように閉じた状態のシャッター7aの上方位置には、半田付け過程で発生するガスなどを吸引除去するための排気装置の吸い込み口13が開口しており、開口10を通過した飛散半田12の一部は吸い込み口13から吸引されて除去される。シャッター7bの上方位置にも排気装置の吸い込み口(図示せず)が同じように開口している。
【0025】
上記の実施の形態では、シャッター7a,7bの裏面には特殊な加工が形成されていなかったが、シャッター7a,7bの裏面に粘着層を形成して衝突した飛散半田12を捕捉するよう構成することによって、半田飛散率をより低減できる。
【0026】
(実施の形態2)
図4は本発明の(実施の形態2)を示す。
(実施の形態1)で見られたようにシャッター7a,7bの裏面に付着した飛散半田12a(図4(a)参照)が、シャッター7a,7bの開閉の際にワーク基板3の上に落下する危険があるが、この(実施の形態2)では、図4(b)に示すようにシャッター7a,7bが開く過程では、シャッター7a,7bの裏面に接触しないようにスクレーパー14が下降している。次に、シャッター7a,7bが閉じる過程では、図4(c)に示すようにシャッター7a,7bの裏面に接触するようにスクレーパー14が上昇し、この状態でシャッター7a,7bが閉じるように構成して、付着した異物を掻き取る。
【0027】
この構成によると、シャッター7a,7bを設けたにもかかわらず、シャッター7a,7bの開閉に伴う異物の落下を防止できる。
この実施の形態ではスクレーパー14は昇降のみであったが、ワーク基板3の裏面に沿ってスクレーパー14自身が移動して異物を掻き取るように構成したり、スクレーパー14とシャッター7a,7bとが相対移動しながら異物を掻き取るように構成することもできる。
【0028】
上記の各実施の形態では、ワーク基板3に対してシャッター7a,7bが移動したが、図2に示したシリンダ装置15によって加熱装置2a,2bをシャッター7a,7bの位置に近づけて図1(b)と等価の状態を得ても半田飛散率をより低減できる。この場合にはシャッター7a,7bを図1(b)の位置に固定し、降下した位置の加熱装置2aとシャッター7aとの間、降下した位置の加熱装置2bとシャッター7bとの間から、ピックアップ5によるワーク基板3の搬入搬出を実施する。
【0029】
また、ワーク基板3がセットされた加熱装置2a,2bをシャッター7a,7bの下方位置に相対移動させて図1(b)と等価の状態を得ても、半田飛散率をより低減できる。
【0030】
なお、相対移動とは、ワーク基板の側である加熱装置が停止していてシャッターが出退する場合、シャッターが停止していてワーク基板3の側である加熱装置が移動する場合、シャッターとワーク基板3の側である加熱装置の両方が移動する場合である。
【0031】
上記の各実施の形態では、排気装置の吸い込み口13から吸い込むだけであったが、前記シャッター7a,7bの表面側に吸い込み口13に向かう方向の送風を実施し、前記開口10を通過した飛散半田12をこの送風によって吹き飛ばすように構成して、半田飛散率を低減することもできる。
【0032】
【発明の効果】
以上のように本発明によると、ワーク基板の半田付け面とは反対側の面を加熱して前記半田付け面に部品をリフロー半田付けして実装するに際し、ワーク基板の前記半田付け面の側で前記部品に接触しない位置に、前記半田付け面の保護エリアを覆うとともに前記部品の位置に対応して開口が形成されたシャッターを配設し、前記ワーク基板を加熱して半田付け温度プロファイルを実行し、その際に前記部品のリフロー半田付け位置から飛散した飛散半田の一部を前記開口を通して前記シャッターの一方の表面で受けて前記保護エリアへの半田の落下を前記シャッターによって妨げるとともに、前記部品のリフロー半田付け位置から飛散した飛散半田の一部をシャッターの前記一方の表面とは反対側の表面で受けて前記保護エリアへの半田の落下を前記シャッターによって妨げるので、前記部品のリフロー半田付け位置から飛散した飛散半田の一部を、前記開口を通して前記シャッターの表面で受けることによって、保護エリアへの半田飛散率を改善できる。
【0033】
基板温度が半田のフラックスの蒸発温度を超えて半田融点温度未満の状態のタイミングに、前記シャッターと前記ワーク基板が相対移動して前記シャッターが前記保護エリアを覆ってシャッターの前記一方の表面とは反対側の表面へのフラックスの付着を低減させることができる。
【0035】
また、シャッターの前記一方の表面側に空気流を形成して、前記開口を通過した飛散半田を吹き飛ばしまたは吸い取りすることによって保護エリアへの半田飛散率を改善できる。
【0036】
また、シャッターの前記ワーク基板の前記半田付け面と対向する面に付着した飛散半田を、前記シャッターと前記ワーク基板の相対移動によって掻き取ってリフレッシュすることによって、前記シャッターを設けたにもかかわらず保護エリアへの異物の落下を低減できる。
【0037】
また、シャッターの前記一方の表面とは反対側の表面に粘着層を形成し、衝突した飛散半田を粘着層で捕捉することによって、保護エリアへの異物の落下を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のリフロー半田付け方法を示す(実施の形態1)の工程図
【図2】同実施の形態のリフロー半田付け装置の構成図
【図3】同実施の形態の要部の斜視図
【図4】本発明のリフロー半田付け方法を示す(実施の形態2)の工程図
【符号の説明】
3 ワーク基板
2a 加熱装置
9 部品
11 半田付け面の保護エリア
7a シャッター
8 クリーム半田
10 シャッター7aの開口
12a 飛散半田
13 排気装置の吸い込み口
14 スクレーパー

Claims (9)

  1. ワーク基板の半田付け面とは反対側の面を加熱して前記半田付け面に部品をリフロー半田付けして実装するに際し、
    ワーク基板の前記半田付け面の側で前記部品に接触しない位置に、前記半田付け面の保護エリアを覆うとともに前記部品の位置に対応して開口が形成されたシャッターを配設し、
    前記ワーク基板を加熱して半田付け温度プロファイルを実行し、その際に前記部品のリフロー半田付け位置から飛散した飛散半田の一部を前記開口を通して前記シャッターの一方の表面で受けて前記保護エリアへの半田の落下を前記シャッターによって妨げるとともに、前記部品のリフロー半田付け位置から飛散した飛散半田の一部をシャッターの前記一方の表面とは反対側の表面で受けて前記保護エリアへの半田の落下を前記シャッターによって妨げる
    リフロー半田付け方法。
  2. 基板温度が半田のフラックスの蒸発温度を超えて半田融点温度未満の状態のタイミングに、前記シャッターと前記ワーク基板が相対移動して前記シャッターが前記保護エリアを覆ってシャッターの前記一方の表面とは反対側の表面へのフラックスの付着を低減させる
    請求項1記載のリフロー半田付け方法。
  3. シャッターの前記一方の表面側に空気流を形成して、前記開口を通過した飛散半田を吹き飛ばしまたは吸い取りする
    請求項1記載のリフロー半田付け方法。
  4. シャッターの前記ワーク基板の前記半田付け面と対向する面に付着した飛散半田を、前記シャッターと前記ワーク基板の相対移動によって掻き取ってリフレッシュする
    請求項1記載のリフロー半田付け方法。
  5. シャッターの前記一方の表面とは反対側の表面に粘着層を形成し、衝突した飛散半田を粘着層で捕捉する
    請求項1記載のリフロー半田付け方法。
  6. ワーク基板の半田付け面とは反対側の面から前記ワーク基板を加熱する加熱装置と、
    前記加熱装置にセットされたワーク基板の前記半田付け面の側で実装部品に接触しない位置にあって前記半田付け面の保護エリアを覆うとともに前記部品の位置に対応して開口が形成されたシャッターと、
    前記シャッターが前記半田付け面の保護エリアを覆う第1の位置と覆わない第2の位置とに前記加熱装置による半田付け温度プロファイルの実行に同期して前記シャッターと前記加熱装置を相対移動させる駆動手段と
    を設けたリフロー半田付け装置。
  7. 前記駆動手段は、前記加熱装置にセットされたワーク基板に対して前記シャッターを第1の位置から第2の位置にわたって移動させるよう構成した
    請求項6記載のリフロー半田付け装置。
  8. シャッターの前記ワーク基板の前記半田付け面と対向する面に付着した飛散半田を、前記シャッターと前記ワーク基板の相対移動によって掻き取るスクレーパーを設けた
    請求項6記載のリフロー半田付け装置。
  9. シャッターの前記ワーク基板の半田付け面と対向する面に粘着層を形成した
    請求項6記載のリフロー半田付け装置。
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