CN1893774A - 回流炉 - Google Patents

Abstract

在将被加热的气氛气体吹送至电路基板的吹送面板中，将设于该面板的多个吹出孔和多个吸入孔的配置、吹出孔和吸入孔的总面积比、来自吹出孔的吹出压力、来自吸入孔的吸入压力等设为规定的值，规定的比，由此实现电路基板的热传递率的提高。

Description

回流炉

技术领域

本发明涉及一种在氮气等的气氛气体之中，向搭载了电子元件的电路基板吹送热风而进行加热的加热装置，以及使用该加热装置进行电路基板的焊接的回流炉。以下，将氮气等的惰性气体称为气氛气体。

背景技术

现在，各种的电子元件被搭载于电路基板，焊接的SMD(SurfaceMounted Device)被广泛用于电子设备。为了制作此SMD，多数情况下，是在印刷了焊糊的电路基板上搭载电子元件，通过以回流炉加热而进行焊接。

此回流炉是如下的一种加热炉，即在以炉内的搬送装置在水平方向搬送电路基板期间，通过加热电路基板使焊锡熔融，从而进行电路基板和电子元件的焊接。回流炉通常为气密结构，在氮等的气氛气体中进行电路基板的加热，以防止在焊接之间产生的氧化等。

作为电路基板的加热装置，向电路基板吹送热风使焊锡熔融的加热装置，历来被广泛采用。该加热装置具有：循环扇，其使回流炉内的气氛气体循环；加热器，其加热循环的气氛气体；吹出喷嘴，其用于向电路基板吹送被加热的气氛气体。该加热装置设置于电路基板的上方和下方，对电路基板的上面和下面进行加热。

以下说明采用了该加热装置的加热方法。

气氛气体通过循环扇，在炉内循环。该循环的气氛气体由加热器加热后从吹出喷嘴被吹出，吹送到电路基板而对电路基板进行加热。此后，气氛气体被循环扇吸引在炉内循环，再由加热器加热，重复同样的循环。根据上述方法，对不断从搬入口搬送来的电路基板进行加热。

在此加热装置中，为了有效地加热电路基板，向电路基板吹送热风的方法很重要。为此，对用于吹出热风的吹出喷嘴，至今有各种各样的提案。

作为其中一例，提出有专利文献1(专利第2682138号)所示的加热装置。

图12表示用此加热装置的电路基板的加热方法。图12(a)的电路基板102通过未图示的搬送装置按箭头A的方向在炉内搬送。由未图示的热风发生部被加热的气氛气体从吹出喷嘴106向电路基板吹出。为了吸入被吹出的热风而具有排气用空间107。吹出喷嘴106和排气用空间107，以比电路基板102的长度短的间隔设置。

在图12(a)中，热风的流动由箭头表示。在此加热装置中，被加热的气氛气体从吹出喷嘴106吹出，接触到电路基板102而进行电路基板的加热。加热后，反跳的气氛气体在排气用空间107被吸引，再次向热风发生部返回而重复同样的循环。

一般来说，在具有向电路基板吹送热风而使焊锡熔融的加热装置的回流炉中，为了使电路基板过热时的热传递率提高，需要防止接触电路基板而变冷返回的风卷入到吹出风中。

在专利第2682138号中，提出有在吹出喷嘴106之间设置排气用空间107而积极地排气，从而防止变冷返回的风的卷入的方法。

回流炉通常由多个加热区段组成，变改吹送到各个区段的气氛气体的温度，缓缓加热电路基板而进行焊接。图12(b)表示每个加热区段的气氛气体的温度设定和气氛气体的流动。即，在图12(b)中模式化地表示在将气氛气体的温度设置为t1的加热n1区段，和将气氛气体的温度设定为t2的加热n2区段中的气氛气体的流动。

接触电路基板而返回的风，通过排气用空间107被吸入，卷入被防止。但是从本图可知，在加热n1区段和加热n2区段的边界的位置，温度t1的气氛气体和温度t2的气氛气体在排气用空间107成为混合的状态。因此，即使在每个区段设定气氛气体的温度，因为在区段的边界部相邻的区段的气氛气体彼此干涉，所以仍存在难以进行规定的温度控制的问题。

因而，根据各加热区段的预先决定的加热条件，以最佳的温度曲线对电路基板进行升温变得困难，给焊接的品质带来不良影响，另外加热电路基板的效率也降低。

本发明的目的在于，提供一种具有电路基板的加热装置的回流炉，其可以解决上述的问题，防止在各加热区段之间的气氛气体的干涉，通过以规定的温度条件加热电路基板，以提高焊接品质，且实现加热的高效率化。

发明内容

为了解决上述课题，发明者等反复锐意研究、实验。其结果发现，通过设置由特定的形状等组成的吹出面板，可以进行极细的每区段的温度控制，另外能够实现电路基板的热传递效率的提高，即高效的电路基板的温度上升。具体地说，发现通过在吹出面板上设置密封线(seal line)、吸入专用线及混合区域，并且调整吹出面板的吸入孔与吹出孔的面积比，吹出压力与吸入压力的比等，以实现电路基板的热传递率的提高。

本发明的第一形态，是一种回流炉，对由搬送装置搬送的电路基板进行加热，其特征在于，具有：循环扇，其使气氛气体循环；加热器，其加热气氛气体；多个吹出孔，其将加热的气氛气体吹送到电路基板；多个吸入孔，其吸引气氛气体，多个吸入孔和吹出孔的总面积比，设定在3.0至6.0之间。

本发明的第二形态，是一种回流炉，对由搬送装置搬送的电路基板进行加热，其特征在于，具有：循环扇，其使气氛气体循环；加热器，其加热气氛气体；多个吹出孔，其将加热的气氛气体吹送到电路基板；多个吸入孔，其吸引气氛气体，在吹出孔的出口部形成0.5mm以下的倒角。

本发明的第三形态，是一种回流炉，对由搬送装置搬送的电路基板进行加热，其特征在于，具有：循环扇，其使气氛气体循环；加热器，其加热气氛气体；多个吹出孔，其将加热的气氛气体吹送到电路基板；多个吸入孔，其吸引气氛气体，吹出孔的气氛气体的吹出压力，与吸入孔的气氛气体的吸入压力的绝对值的比，设定在3.5至6.5之间。

本发明的第四形态，是一种回流炉，其特征在于，所述多个吹出孔和多个吸入孔，在同一平面上排列而配置。

本发明的第五形态，是一种回流炉，其特征在于，构成为具有：密封线，其使多个吹出孔配置于与电路基板的搬送方向垂直的方向；第一吸入专用线，其使多个吸入孔配置于与电路基板的搬送方向相垂直的方向，且设置于各区段中的密封线的内侧；混合区域，其使多个吹出孔和多个吸入孔交互地排列，且设置于各区段中的第一吸入专用线的内侧。

本发明的第六形态，是一种回流炉，其特征在于，以使所述混合区域中的所述多个吹出孔，形成正方形、菱形、或正三角形的顶点的方式而配置。

本发明的第七形态，是一种回流炉，其特征在于，所述吹出孔的间距与吹出孔的直径的比，设定在2.5至8.0之间。

附图说明

图1是本发明的实施方式的回流炉的整体图。

图2是本发明的实施方式的回流炉的剖面图。

图3(a)是本发明的实施方式的吹出面板的平面图。图3(b)是其剖面图。

图4是表示本发明的实施方式的吹出孔中的气氛气体的流动的图。

图5是表示未设密封线及第一吸入专用线时的气氛气体的流动的图。

图6是表示吹出孔的间距和直径的关系的图。

图7是表示实验结果1的吹出孔的间距和吹出孔径的比与电路基板的热传递的关系的图。

图8是表示实验结果2的吹出孔总面积和吸入孔总面积的比与电路基板的热传递的关系的图。

图9是表示实验结果3的吹出压力和吸入压力的比与电路基板的热传递及炉内氧浓度的关系的图。

图10是表示实验结果4的吹也孔倒角尺寸和炉内氧浓度的关系的图。

图11是表示实验结果4的倒角尺寸C的图。

图12是表示在现有技术中的炉内气氛气体的流动的图。

具体实施方式

以下，参照附图，详细说明本发明的实施方式。

(回流炉整体的说明)

图1表示具有本发明的加热装置的回流炉的一个实施方式。装载了未图示的电子元件的电路基板，通过搬送装置3在回流炉1的内部向箭头A的方向被水平地搬送。本回流炉由7区段的加热带和2区段的冷却带构成。另外，该炉为密封结构，内部填充有气氛气体。为了保持炉的密闭性，在回流炉的入侧(图1的左侧)和出侧(同右侧)，设有被称为曲径(labyrinth)20的外部气体侵入防止装置。

电路基板从回流炉1的入侧被搬送到炉内，在搬送到加热带的1～3区段期间被预热，在搬送到加热带的4～7区段中的期间，使焊锡熔融而进行焊接。此外，在搬送到冷却带的1～2区段中的期间进行冷却，从回流炉出侧被搬出。

在回流炉的加热带的1～7区段中，在被搬送的电路基板的上面侧和下而侧，具有吹送热风进行加热的加热装置。另外，在进行预热的1～3区段中，以吹送的气氛气体的温度阶段性地变高的方式进行温度控制。各区段的加热装置的结构大体相同。

(加热装置的说明)

接下来，使用图2说明加热装置的实施方式。图2是图1的X-X线的剖面图。其他的中热区段也具有同样的结构。

回流炉1由密封结构的炉壁覆盖，填充有气氛气体。通过设于炉的中央的搬送轨道3a，电路基板2向纸面近身侧搬送。在此搬送装置3a的上面侧和下面侧，分别设置有相同结构的加热装置，对电路基板2的上面及下面进行加热。在此，以上侧的加热装置为例进行说明。

在搬送装置3a的上侧，具有吹出面板11，其具有热风的吹出喷嘴，以下称为吹出孔6，筒状的吸入孔7。

在吹出面板11的上方，设有构成气氛气体的吸入空间的室(chamber)5。此外，在其上方还设有：由风扇电机9驱动，使炉内的气氛气体循环的循环扇8；加热循环的气氛气体的电热加热器10。

风扇电机9安装于炉1的外侧，但由于密封装置12而成为外部空气无法流入的结构。

接下来，说明使用该加热装置加热电路基板2的上面的方法。

处于炉内的吹出面板11的下方的气氛气体，通过循环扇8的吸引力而如箭头C所示，从吸入孔7被吸入到室5内。被吸入的气氛气体，通过循环扇8，如箭头D所示，沿着炉的内壁向左右方向流动，被吹出至室5的两肋。这时气氛气体通过电热加热器10被加热到规定的温度。

被加热的气氛气体如箭头E所示，从吹出孔6向下方吹出，被吹送至电路基板2。此后气氛气体再从吸入孔7被吸入到室5，以下重复同样的循环周期。

由图2可知，吹出侧的流路(正压侧)配置于吸入侧的流路(负压侧)的外侧，实现了效率良好的气氛气体的流动。

通过此配置，可以提供密封性和维护性优良的加热装置，可以降低运行成本等。另外，通过调整循环扇8的吸入压力，还有通过调节筒状的吸入孔的长度等，而使管路阻抗变化，能够将吹出面板的吹出压力和吸入压力控制在规定的值。

在电路基板2的下面侧的加热装置中，具有与上述的上面侧的加热装置相同的结构。

(吹出面板的说明)

接下来，使用图3，说明具有多个吹出孔和多个吸入孔的本发明的吹出面板11的实施方式。

图3(a)是图2的吹出面板的底视图，即从加热区段的下侧观察吹出面板11的图。图3(a)中，电路基板向箭头A的方向被搬送。图中，6a、6b分别为吹出孔，7a、7b、7c分别为吸入孔。

另一方面，图3(b)是吹出面板11的侧视图。图3(b)表示在回流炉的剖面宽度方向中的搬送轨道3a、电路基板2及吹出面板11的位置关系。在本实施方式中，使多个吹出孔6和多个吸入孔7在同一平面上排列配置。还有，电路基板2在垂直于纸面的方向移动。

图3(b)图的箭头，表示在吹出面板11的气氛气体的流动。表示从吹出孔的向下的流动，和从吸入孔的向上的流动形成交互的情况。

在吹出面板11中，设有密封线、第一吸入专用线和混合区域。在图3(a)中，配置有吹出孔6b的区域为密封线。设于密封线旁，配置有吸入孔7b的区域为第一吸入专用线。

在此实施方式中，密封线和第一吸入专用线被配置成一直线状。密封线及第一吸入专用线配置于与搬送方向A垂直的方向上，设于电路基板的搬送方向中的入侧端和出侧端。

通过把从密封线的吹出孔6b吹出的气氛气体，从邻接的第一吸入专用线的吸入孔7b吸入，从而起到气帘(air curtain)的作用。

在图3(a)中，吹出孔6a和吸入孔7a以交互纵横排列的方式配置的区域是混合区域。设于夹在吸入专用线上的位置。直线状地设于吹出面板的中央部的吸入孔7c，是为了增加气氛气体的吸入而适当地设置的第二吸入专用线。

图4是模式化地表示吹出面板11和电路基板2的位置关系，和被吹出的气氛气体的流动的图。电路基板2在图中箭头A的方向被搬送。在加热n1区段和加热n2区段的边界部，设有密封线。在此密封线指的是图3(a)的6b的列。加热至t1的设定温度的气氛气体，从加热n1区段的吹出孔6a、6b吹出。吹出的气氛气体加热电路基板2后，由电路基板反射，从第一吸入专用线的吸入孔7b被吸入。

从加热n1区段的吹出孔6b吹出的温度t1的气氛气体，因为从加热n1区段的第一吸入专用线的吸入孔7b被吸入，所以能够防止与加热n2区段的温度t2的气氛气体的混合。

图5模式化地表示不具有密封线和第一吸入专用线的吹送面板的气氛气体的流动。若没有密封线和第一吸入专用线，则吸入孔和吹出孔混合的混合区域彼此在加热n1区段和加热n2区段邻接，如图5所示，从邻接区段的吹出孔6a吹出的气氛气体彼此混合，每个加热区段的温度控制变得困难。

在本实施方式中，如图3(a)所示，以使吹出孔6a形成菱形的顶点的方式配置。此配置形状不仅限于菱形，其配置也可以形成正方形或正三角形的顶点。随着吹出孔的配置，使交互配置的吸入孔7a也以形成正方形、菱形或正三角形的顶点的方式被配置。

因为吹出气氛气体的吹出孔和吸入孔接近而被交互配置，并且，在混合区域全域被一样地配置，所以可以均一地加热，可以进行优质的焊接，另外，能够取得高加热效率。

另外，通过交互地配置吹出孔6a和吸入孔7a，及密封线和第一吸入专用线的配置，气氛气体的乱流发生频率减少，炉内各区段的设定温度的维持及气氛气压的变动也能够抑制到很小。

此外发明者等还认为，根据在吹出面板11的上述吹出孔6a和吸入孔7a的配置间距、孔的总面积比、吹出压力和吸入压力的比、吹出孔形状的不同，在电路基板的升温效果上存在差异。

即，因为气氛气体的吹出风量(吹出孔数)越多热量越多，所以热传递效率，即电路基板的升温速度上升。另一方面，若吹出孔间距过窄，则因为相邻的热风吹出相互干涉，热风无法传到电路基板，所以热传递效率不会上升。因此认为通过将吹出孔间距设定为规定的值，由此能够得到最大的热传递效率。

另外，为了良好地吸入电路基板加热后的气氛气体，需要一定程度以上的吸入孔面积。另一方面，因为吸入孔部是非加热部，所以若其面积过大，则热传递效率下降。因此认为通过将吸入孔和吹出孔设定为规定的面积比，能够得到最佳的热传递效率。

为了确实地将气氛气体的返回风引导至吸入孔，需要一定的吸入压力，但相反，若加大吸入压力，则会影响吹出的气氛气体的流动，热风将不能充分地到达电路基板。另外，若吸入压力过小，则炉内无法进行充分的环流，炉内气氛气体的乱流、气流发生，炉内的氧浓度变得不稳定。

另外还判明，若在吹出孔的出口有一定以上的倒角，则在炉内气流发生。

因此，发明者们为定量地把握上述现象而进行了行各种实验。以下使用图7～10，说明以下各实验结果。

(实验结果1)

采用实际的氮炉型回流炉进行以下的实验。将背面由隔热材隔热的印刷电路板通过炉内搬送装置慢慢地搬送。在印刷电路板上预先安装热电偶温度计，测定印刷电路板的表面温度的推移。

将气氛气体的热风温度设定在170℃，调查印刷电路板从60℃到达100℃的时间。此升温时间越短，表示电路基板的加热能力越高。

图7表示该实验结果。是纵轴表示印刷电路板从60℃至100℃的升温时间(单位：秒)，横轴表示吹出孔间距和吹出孔的直径的比的图。这里所谓吹出孔间距和吹出孔的直径的比，是图6中的P和D的比(P/D)。

图6(a)表示，使多个吹出孔形成正方形的顶点而配置的示例中的P和D的关系。表示吹出孔和邻接的其他吹出孔的距离P，与吹出孔的直径D的关系。

图6(b)表示，使多个吹出孔形成菱形的顶点而配置的示例中的P和D的关系。

图6(c)表示，使多个吹出孔形成正三角形的顶点而配置的示例中的P和D的关系。

图7绘制的是，使“吹出孔间距和吹出孔的直径的比”从1.5至10.0变化时的、印刷电路板的升温时间(秒)。由本图判明，通过将“吹出孔间距(P)和吹出孔的直径(D)的比”设定为从2.5至8.0，印刷电路板的升温时间小，即热风所致的电路基板的热传递效率上升。

(实验结果2)

通过与上述实验1相同的方法，一边变化多个吸入孔的总面积(A)，和多数吹出孔的总面积(B)的比，一边实验印刷电路板的升温时间如何变化。

这里，所谓吸入孔的总面积，是在图3(a)中的吸入孔7a、7b、70c的孔面积的总量，所谓吹出孔的总面积，是在相同的图3(a)中的吹出孔6a、6b的孔面积的总量。

图8表示的是使“多个吸入孔的总面积(A)，和多个吹出孔的总面积(B)的比A/B”，从1.5至8.0变化时的印刷电路板的升温时间(秒)。

由本图可判明，通过将该比A/B设定在3.0至6.0之间，印刷电路板的升温时间小，即热风产生的电路基板的热传递效率上升。

(实验结果3)

通过与上述实验1相同的方法，一边变化吹出孔的气氛气体吹出压力(PA)，和吸入孔的吸入压力(绝对值，PB)的比，一边实验印刷电路板的升温时间如何变化，另外炉内的氧浓度如何变化。

图9以黑圆点表示使“吹出孔的气氛气体吹出压力(PA)，吸入孔的吸入压力(绝对值，PB)的比PA/PB”，从2.0至8.3变化时的印刷电路板的升温时间(秒)，以白色四边形表示炉内氧浓度(ppm)。

由本图可判明，通过将该比PA/PB设定在3.5至6.5之间，印刷电路板的升温时间少，另外炉内氧浓度也抑制得很低。

(实验结果4)

以与上述实验相同的回流炉，使吹出孔的出口的倒角形状变化，测定当时的炉内氧浓度。在此以图11说明吹出孔的倒角尺寸C。图11(a)是在吹出面板11中的吹出孔6附近(图3(a))的放大图。还有为了使附图简化，而省略了吸入孔。

图11(b)是吹出孔6的剖面图。箭头表示被加热了的气氛气体的流动的方向。由图11(b)表示的尺寸C(单位：mm)，这里指倒角的尺寸。还有，这时的吹出孔的直径D是4mm。

图10表示使吹出孔出口的倒角尺寸C从0.2至1.0mm变化时的炉内氧浓度(ppm)。图中的直线表示这些数据的近似值。

由本图可知，若倒角尺寸C超过0.5mm，则炉内氧浓度上升。即判明了，为了抑制炉内的气氛气体的气流的发生，需要将吹出面板的吹出孔的倒角尺寸抑制在0.5mm以下。

根据上述的实验结果，判明如下。

(1)若将吹出孔间距(P)和吹出孔径(D)的比，设定在2.5至8.0之间，则向电路基板的热传递率提高。即电路基板的升温时间变短。

(2)若将吸入孔总面积(A)和吹出孔总面积(B)的比，设定在3.0至6.0之间，则向电路基板的热传递率提高。

(3)若将吹出压力(PA)和吸入压力的绝对值(PB)的比，设定在3.5至6.5之间，则向电路基板的热传递率提高。

(4)若将吹出孔的出口的倒角尺寸C设定为0.5mm以下，则能够抑制炉内的气氛气体的气流的发生，能够防止炉内氧浓度的上升。

以上的发明，可以分别组合实施。即，使从上述(1)至(4)的发明的两个或以上的发明组合而实施，由此能够得到向电路基板的热传递率的提高，及抑制炉内氧浓度的上升的效果。

本发明不限于上述体现，而且在不脱离本发明的范围内可以进行各种不同的变化和修改。

此申请基于2005年6月30日提出的日本专利申请编号2005-192710，全部内容在此被清楚地总结提出。

Claims (11)

1、一种回流炉，对由搬送装置所搬送的电路基板进行加热，其特征在于，具有：

循环扇，其使气氛气体循环；

加热器，其对该气氛气体进行加热；

多个吹出孔，其占据将由该加热器加热的所述气氛气体吹送到电路基板的规定的总面积；

多个吸入孔，其吸引所述气氛气体占据规定的总面积，

并且该吸入孔和所述吹出孔的总面积比为3.0至6.0之间。

2、一种回流炉，对由搬送装置所搬送的电路基板进行加热，其特征在于，具有：

循环扇，其使气氛气体循环；

加热器，其对该气氛气体进行加热；

多个吹出孔，其在将由该加热器加热的所述气氛气体吹送到电路基板的吹出孔的出口部，形成0.5mm以下的倒角；

多个吸入孔，其吸引所述气氛气体。

3、一种回流炉，对由搬送装置所搬送的电路基板进行加热，其特征在于，具有：

循环扇，其使气氛气体循环；

加热器，其对该气氛气体进行加热；

多个吹出孔，其将由该加热器加热的所述气氛气体，以规定的压力吹送到电路基板；

多个吸入孔，其以规定的压力吸引所述气氛气体，

将所述吹出孔的所述气氛气体的吹出压力，和该吸入孔的所述气氛气体的吸入压力的绝对值的比，设定在3.5至6.5之间。

4、根据权利要求1记载的回流炉，其特征在于，

在所述吹出孔的出口部，形成0.5mm以下的倒角。

5、根据权利要求1记载的回流炉，其特征在于，

将所述吹出孔的所述气氛气体的吹出压力，和所述吸入孔的所述气氛气体的吸入压力的绝对值的比，设定在3.5至6.5之间。

6、根据权利要求5记载的回流炉，其特征在于，

在所述吹出孔的出口部，形成0.5mm以下的倒角。

7、根据权利要求2记载的回流炉，其特征在于，

将所述吹出孔的所述气氛气体的吹出压力，和所述吸入孔的所述气氛气体的吸入压力的绝对值的比，设定在3.5至6.5之间。

8、根据权利要求1至7中的任一项记载的回流炉，其特征在于，

所述多个吹出孔和所述多个吸入孔以在同一平面上排列的方式配置。

9、根据权利要求8记载的回流炉，其特征在于，构成为具有：

密封线，其使所述多个吹出孔配置于与所述电路基板的搬送方向垂直的方向上；

第一吸入专用线，其使所述多个吸入孔被配置于与所述电路基板的搬送方向相垂直的方向上，且设置于各区段中的所述密封线的内侧；

混合区域，其使所述多个吹出孔和所述多个吸入孔交互地排列，设置于各区段中的所述第一吸入专用线的内侧。

10、根据权利要求9记载的回流炉，其特征在于，

所述混合区域中的所述多个吹出孔，以形成正方形、菱形、或正三角形的顶点的方式配置。

11、根据权利要求10记载的回流炉，其特征在于，

将所述吹出孔的间距与所述吹出孔的直径的比，设定在2.5至8.0之间。

Images