JP2001138040A - リフロー半田付装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】小形の卓上サイズのリフロー半田付装置におい
て、１個の加熱用ヒータで大型のリフロー半田付装置と
同様なプロファイルが得られ、規格条件を満足するリフ
ロー半田付装置を提供する。 【解決手段】キャリア装置５で装置本体１内に搬送され
るワークＷと前記ワークＷを加熱する加熱用ヒータ２を
有し、前記ワークＷを加熱用ヒータＷで加熱することに
より電子部品の半田付けを行うリフロー半田付装置Ａに
おいて、前記加熱用ヒータ２と前記ワークＷが近接可能
に設置され、前記加熱用ヒータ２で予備加熱と本加熱を
行う構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子部品等を基板に半
田付けするリフロー半田付装置に係り、特に小形卓上サ
イズの半田付装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に抵抗やコンデンサ等の電子部品を
ワークである印刷基板の表側に半田付けする場合には、
リフロー半田付装置が用いられる。このリフロー半田付
装置は、印刷基板の上にクリーム半田で仮固定された電
子部品を加熱用ヒータでクリーム半田を加熱溶融するこ
とにより印刷基板に固定するものである。このリフロー
半田付装置でクリーム半田を加熱溶融する方法として
は、次の３通りの方式があった。 （１）ヒータの輻射熱を利用して溶融する。 （２）ヒータで熱風を作り、この熱風で溶融する。 （３）輻射熱と熱風を併用する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た方式は、大型のコンベアを用いる連続式のリフロー半
田付装置では、いずれの方式でも採用することができる
が、バッチ方式で行う小形の卓上式半田付装置では、様
々な問題があり、十分な性能を引き出すことが困難であ
った。その問題点は以下の通りである。 （１）輻射熱方式では、温度制御の変化に対してヒータ
の温度レスポンスが追従できず、プロファイルの自由度
が制限される。 （２）熱風方式では、熱ロスが多いので、風速を高くし
て加熱するが、その結果温度が均一に上昇しなくなり、
装置も大きく複雑になってしまう。 （３）輻射熱方式と熱風方式を併用した場合、温度ムラ
は少なくなるが、温度レスポンスは良くならない。 （４）予備加熱ヒータと本加熱ヒータを１個の加熱用ヒ
ータで行う場合は、所望のプロファイルを実現させるた
めの温度コントロールが非常に困難である。

【０００４】本発明は上述した従来の問題点に鑑みてな
されたもので、その目的とするところは、小形の卓上サ
イズのリフロー半田付装置において、１個の加熱用ヒー
タで大型のリフロー半田付装置と同様なプロファイルが
得られ、規格条件を満足するリフロー半田付装置を提供
するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、キャリア装置で装置内に搬送されるワーク
と、前記ワークを加熱する加熱用のヒータを有し、前記
ワークを加熱用ヒータで加熱することにより電子部品の
半田付けを行うリフロー半田付装置において、前記加熱
用ヒータと前記ワークが近接可能に設置され、前記加熱
用ヒータで予備加熱と本加熱を行うことを特徴とするも
のである。上記構成によれば、１個の加熱用ヒータは高
温を保持しているまま、前記ワークへの加熱温度はワー
クとの距離で制御するため、予備加熱用ヒータを使用し
なくとも温度のレスポンスを素早く、しかもきめ細かく
行うことが可能となり、大型のリフロー半田付装置と同
様なプロフアイルを満足するリフロー半田付装置が実現
できる。

【０００６】また、前記加熱用ヒータは、上下方向に熱
風が貫通する通気孔を設けられていることを特徴として
いる。上記構成によれば、上方からの熱風は、加熱用ヒ
ータ内を自由に貫通できるので、ワークに当たる熱風と
加熱用ヒータからの輻射熱が均一化され、ワークに偏っ
た熱ストレスを与えない。また、前記加熱用ヒータは、
複数の単体ヒータに分割され、前記単体ヒータはそれぞ
れ独立して制御可能であることを特徴とするものであ
る。上記構成によれば、ワークに合わせて、単体ヒータ
をそれぞれ個別に制御できるので、温度ムラを無くすこ
とが可能となる。

【０００７】また、前記加熱用ヒータは、複数の単体ヒ
ータを積層してあることを特徴とするものである。上記
構成によれば、加熱用ヒータに畜熱効果を持たせると共
に面状ヒータの機能があり、安定した温度でワークを加
熱することが可能となる。また、前記加熱用ヒータとワ
ークの間に出し入れおよび開閉自在なシャッタが配設さ
れていることを特徴とする。上記構成によれば、ワーク
の非投入時は熱を遮断できるので、余分な熱を使用する
ことなく、熱効率の優れたリフロー半田付装置とするこ
とができる。さらに、前記装置本体は、畜熱型熱発生器
が取り付けられていることをことを特徴とする。上記構
成によれば、加熱用ヒータの輻射熱に加えて畜熱型熱発
生器の熱風をワークの加熱に利用できるので、一層レス
ポンスの優れたものにすることができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るリフロー半田
付装置の実施の形態を図に基づいて詳細に説明する。図
１は、本発明に係るリフロー半田付装置の構成を示す模
式図、図２は、図１のリフロー半田付装置に使用する加
熱用ヒータを示す斜視図、図３は、図１のリフロー半田
付装置に使用する加熱用ヒータの実施例を示す斜視図、
図４は、図１のリフロー半田付装置に使用する加熱用ヒ
ータの実施例を示す斜視図、図５は、図１のリフロー半
田付装置におけるプロファイルのグラフである。

【０００９】本発明に係るリフロー半田付装置Ａは、図
１に示すように、装置本体１内の上方に上下動可能に加
熱用ヒータ２が配設され、ワイヤ３を介して駆動モータ
で４に接続されており、ワークＷに近接可能となって
る。また、装置本体１内の下部には水平動可能なキャリ
ア装置５が配設され、このキャリア装置５によりワーク
Ｗが搬送されるように構成されている。

【００１０】また、前記装置本体１の上部には、吸入ダ
クト６が取り付けられており、循環ファン７により蓄熱
型熱発生器８で発生させた熱風を装置本体１内に送り込
むようになっている。そして、前記装置本体１の下部に
は、排気ダクト９が取り付けられており、熱風が循環で
きるように蓄熱型熱発生器８に接続されている。この吸
入ダクト６や排気ダクト９は対流による熱の損失を最小
限に抑えるように断熱材で覆われている。

【００１１】さらに、このリフロー半田付装置Ａは、加
熱用ヒータ２とワークＷとの間を遮断するようにシャッ
タ１０が配設されており、シリンダ１１により、水平動
作および開閉動作が可能となっており、前進して加熱用
ヒータ２とワークＷとの間を遮断する位置となり、後退
して加熱用ヒータ２とワークＷとの間を空ける位置とな
るように構成されている。

【００１２】このリフロー半田付装置Ａに用いられてい
る加熱用ヒータ２は、図２に示すように、発熱体である
単体のパイプヒータ２ａがセラミックやステンレスから
形成されたパネル２ｂの上面に取り付けられており、下
面には図示しない遠赤外線塗料が塗布されている。パイ
プヒータ２ａがパネル２ｂの上面に取り付けてあるの
は、パイプヒータ２ａの輻射熱がパネル２ｂを通すこと
により、熱ムラを無くしてワークＷを加熱するためであ
る。従って、パイプヒータ２ａが間接的にワークＷを加
熱するので、加熱が不足する場合にはパネル２ｂの下面
に補助用のパイプヒータ２ａを設けてもよい。

【００１３】また、このパネル２ｂには、熱風が加熱用
ヒータ２を通り抜けできるように上下方向に通気孔２ｃ
が形成されている。この通気孔２ｃは、パネル２ｂにほ
ぼ均一に形成され、熱風が通気孔２ｃを通り抜けること
により、ワークＷに熱風が均等に当たるようになってい
る。この加熱用ヒータ２は、常に一定の温度（約８００
°ｃ）に保持されており、ワークＷに対する温度制御は
加熱用ヒータ２を上下動させてワークＷとの距離を調整
することにより行われる。そのためパネル２ｂワイヤ３
が接続されており、このワイヤ３は図１のプーリ３ａ，
３ｂを経由して駆動モータ４のプーリ４ａに巻回され、
駆動モータ４により加熱用ヒータ２を上下動できるよう
になっている。

【００１４】また、加熱用ヒータ２は、通気孔２ｃが設
けられて熱風が通るので、この熱風により、パイプヒー
タ２ａ自身は若干温度が低下するので、熱容量の大きな
ヒータを使用する。そして加熱用ヒータ２の温度低下を
防止するために、図３に示すように、パイプヒータ２ａ
を上下方向に積層し、パイプヒータ２ａに蓄熱効果を持
たせ、しかもパイプヒータ２ａで面状を形成して輻射効
果を併せ持つような加熱用ヒータ２とすることも可能で
ある。

【００１５】さらに、加熱用ヒータ２は、図４に示すよ
うに、パイプヒータは複数の単体ヒータ２ａ１，２ａ
２，２ａ３，・・・２ａｎに分割することも可能であ
る。この複数に分割された単体ヒータ２ａ１，２ａ２，
２ａ３，・・・２ａｎは、それぞれ独立して制御が可能
なため、ワークＷの電子部品の配置に合わせて、きめ細
かな温度制御ができ、リフロー半田付けにおいて理想的
なプロファイを実現できるものである。

【００１６】この加熱用ヒータ２を上下動させる駆動モ
ータ４は、ステッピングモータやサーボモータ等の制御
可能なモータを使用している。この駆動モータ４を制御
するコントローラ１２は、図４に示すプロファイルに温
度勾配がなるように、加熱用ヒータ２とワークＷとの距
離を制御するものである。そのため、コントローラ１２
の内部には図示しないコンピュータを備えており、装置
本体１内の各温度センサから得られた温度データに基づ
いて制御を行うようになっている。

【００１７】また、ワークＷを装置本体１内に熱風を送
り込む蓄熱型熱発生器８は、装置本体１から循環ファン
７により循環した熱風を再加熱するもので、蓄熱式のヒ
ータ８ａが備えられており、熱風を所望な温度まで上げ
るようになっている。本発明のリフロー半田付装置Ａ
は、従来のリフロー半田付装置と異なり、蓄熱機能を有
する熱発生器と面熱発生器を併用する蓄熱型熱発生器８
のみでワークＷを加熱するものではなく、加熱用ヒータ
２を併用しているので、蓄熱機能を有する蓄熱型熱発生
器８は大型のものを使用する必要がない。

【００１８】また、ワークＷを装置本体１内に搬入出す
るキャリア装置５は、モータやシリンダ等を使用した水
平動作機構５ａによりワークＷを保持するワークホルダ
５ｂを水平方向に往復動作させるものである。そして、
装置本体１の出入り口にはシャッタ１ａが取り付けられ
ており、キャリア装置５の往復動作に連動して、図示し
ない動作機構により開閉し、装置本体１内の熱が外部に
逃げないようにしている。

【００１９】一方、前記加熱用ヒータ２とワークＷとの
間に設けられているシャッタ１０は、加熱用ヒータ２と
ワークＷとの間を遮断するもので、ワークＷに余分な熱
をかけたくない場合等に使用する。例えば、ワークＷを
搬入出する場合等は、あまりキャリア装置５の往復動の
速度を速くすることができないので、、ワークＷの先端
部と後端部では、加熱用ヒータ２にさらされる時間に若
干異なってくる。そのためワークＷの先端部と後端部で
は温度差が生じるためプロファイと若干の違いが発生す
る。この温度差の不都合を無くすためにワークＷを搬入
出する場合はシャッタ１０を閉じて、加熱温度の均一化
を図るものである。さらには、ＩＣ等の半導体は比較的
熱に弱いので、ワークＷの半導体部分だけを覆うように
し、できるだけ熱ストレスの影響を少なくすることも可
能である。

【００２０】次に、このように構成されたリフロー半田
付装置Ａの動作を図１、図５に基づいて説明する。先
ず、図１において、ワークＷの搬入前は、シャッタ１ａ
が閉じられて装置本体１から熱が外部に逃げないように
なっており、シャッタ１０が加熱用ヒータ２の下面に位
置して熱を遮断している。次いで、ワークＷがキャリア
装置５のワークホルダ５ｂにセットされると、シャッタ
１ａが空けられ、ワークＷは装置本体１に搬入される。
そして、シャッタ１０が後退して加熱用ヒータ２による
加熱が開始される。

【００２１】先ず、コントローラ１２の制御指令により
駆動モータ４のプーリ４ａが回転してワイヤ３が延ばさ
れ、加熱用ヒータ２が下降して、図１に示す装置本体１
のの位置で止まり、ワークＷが加熱される。加熱用ヒ
ータ２がの位置での加熱状態は、図５に示すプロファ
イル上のの状態で示すように温度の上昇状態となり、
の１５０°Ｃ付近になると微細に制御される。

【００２２】次いで、ワークＷの温度が１５０°Ｃに達
すると、コントローラ１２の制御指令により駆動モータ
４のプーリ４ａが回転してワイヤ３が巻き上げられ、加
熱用ヒータ２は装置本体１のの位置で止まる。加熱用
ヒータ２がの位置での加熱状態は、プロファイル上の
で示すプリヒートの状態であり、ワークＷの温度はほ
ぼ１５０°Ｃに保たれる。

【００２３】次いで、プリヒート状態がほぼ６０秒間保
たれると、コントローラ１２から制御指令が出され駆動
モータ４のプーリ４ａが回転してワイヤ３が延ばされ、
加熱用ヒータ２が下降して、装置本体１の下端側のの
位置（ワークＷとの間は約１５０ｍｍ）まで下げられ、
ワークＷが加熱の本加熱が行われる。加熱用ヒータ２が
の位置での加熱状態は、プロファイル上ので示す温
度勾配の状態であり、ワークＷの温度は２５０°Ｃまで
加熱される。この加熱状態は、加熱用ヒータ２とワーク
Ｗとの間が約１５０ｍｍあるので、装置本体１に設けら
れたのぞき窓から目視で確認できるようになっている。

【００２４】次いで、ワークＷの温度が２５０°Ｃに達
すると、コントローラ１２の制御指令により駆動モータ
４のプーリ４ａが回転してワイヤ３が巻き上げられ、加
熱用ヒータ２は装置本体１のの位置で止まる。加熱用
ヒータ２がの位置での加熱状態は、本加熱の状態であ
り、ワークＷの温度はほぼ２５０°Ｃに保たれる。

【００２５】さらに、ワークＷの温度が２５０°Ｃが所
定時間保持された後は、コントローラ１２の制御指令に
より駆動モータ４のプーリ４ａが回転してワイヤ３が巻
き上げられ、加熱用ヒータ２は装置本体１の上端側の
の位置まで引き上げられる。る。加熱用ヒータ２がの
位置での加熱状態は、プロファイル上ので示す温度下
降状態にあり、ワークＷの温度が下がる。

【００２６】最後に、シャッタ１０が前進して加熱用ヒ
ータ２とワークＷの間を遮断すると共に装置本体１のシ
ャッタ１ａが開き、ワークＷが装置本体１の外へ搬出さ
れリフロー半田付けが終了する。以下上記作業の繰り返
しが行われる。

【００２７】このように構成されたリフロー半田付装置
Ａは、ワークＷを加熱する場合の温度制御が加熱用ヒー
タ２を高温の一定温度にして、ワークＷの間の調整でお
こなうので、温度制御のレスポンスが早く行うことがで
き、しかもシャッタ１０によりきめ細かく行うことが可
能となる。そのため、従来では小型の卓上サイズのリフ
ロー半田付装置で困難とされていた、コンベアベルトを
使用した大型のリフロー半田付装置と同様なプロファイ
ルを実現することが可能となる。

【００２８】次に、図６に示すリフロー半田付装置Ｂ
は、上述したリフロー半田付装置Ａの加熱用ヒータ２を
加熱用ヒータ２０に変更したものである。この加熱用ヒ
ータ２０はパネル２０ａを、２枚または４枚にして寄せ
棟のように傾けて取り付けたものである。そのため加熱
用ヒータ２０からの輻射熱は斜め方向に放射されるの
で、ワークＷに対しても所定の角度で当たるものであ
る。その結果、例えば、電子部品の形状によっては真上
からの輻射熱では、電子部品の蔭になって当たらず加熱
不足になっていたワーク面にも良く輻射熱が当たり、加
熱不足による半田付け不良等の問題を解消できるもので
ある。

【００２９】なお、本発明は上述した実施の形態に限定
されるものではなく、特許請求の範囲内において様々な
態様が可能であるこは勿論である。例えば、加熱用ヒー
タ２を上下動する代わりに、ワークＷを上下動可能に構
成しても同様の効果が得られることは勿論である。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、搬送用
キャリアで装置本体内に搬送されるワークと前記ワーク
を加熱する加熱用ヒータを有し、前記ワークを加熱用ヒ
ータで加熱することにより部品の半田付けを行うリフロ
ー半田付装置において、前記加熱用ヒータと前記ワーク
が近接可能に設置され、前記加熱用ヒータで予備加熱と
本加熱を行うことにより、１個の加熱用ヒータで前記ワ
ークへの加熱温度はワークとの距離で制御するため、予
備加熱用ヒータを使用しなくとも温度のレスポンスを素
早く、しかもきめ細かく行うことができるので、大型の
リフロー半田付装置と同等なプロファイルを実現できる
という優れた効果を奏する。

【００３１】また、温度の制御は加熱用ヒータを高温に
保持した状態で行い、単体ヒータの温度の上下を行う必
要がないので、単体ヒータの温度のレスポンスに左右さ
れず、素早い温度制御ができる。また、輻射熱と熱風を
併用してワークを加熱するので、ワークのサイズによる
温度ムラが発生しない。さらに、加熱用ヒータとワーク
の間の最小距離は１５０ｍｍ以上確保できるので、ワー
クの加熱状態が目視で確認することができ、優れたリフ
ロー半田付けができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るリフロー半田付装置の第１の実施
の形態を示す断面の模式図である。

【図２】図１のリフロー半田付装置に使用する加熱用ヒ
ータを示す斜視図である。

【図３】図１のリフロー半田付装置の加熱用ヒータの実
施例を示す斜視である。

【図４】図１のリフロー半田付装置の加熱用ヒータの実
施例を示す斜視である。

【図５】図１のリフロー半田付装置におけるプロファイ
ルのグラフである。

【図６】本発明に係るリフロー半田付装置の第２の実施
の形態を示す断面の模式図である。

【符号の説明】

Ａ リフロー半田付装置 Ｂ リフロー半田付装置 Ｗ ワーク １ 装置本体 ２ 加熱用ヒータ ３ ワイヤ ４ 駆動モータ ５ キャリア装置 ６ 吸入ダクト ７ 排気ダクト ８ 蓄熱型熱発生器 ９ 排気ダクト １０ シャッタ １１ シリンダ １２ コントローラ ２０ 加熱用ヒータ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 キャリア装置で装置本体内に搬送される
   ワークと前記ワークを加熱する加熱用ヒータを有し、前
   記ワークを加熱用ヒータで加熱することにより電子部品
   の半田付けを行うリフロー半田付装置において、 前記加熱用ヒータと前記ワークが近接可能に設置され、
   前記加熱用ヒータで予備加熱と本加熱を行うことを特徴
   とするリフロー半田付装置。
2. 【請求項２】 前記加熱用ヒータは、上下方向に熱風が
   通り抜ける通気孔が設けられていることを特徴とする請
   求項１に記載のリフロー半田付装置。
3. 【請求項３】 前記加熱用ヒータは、複数の単体ヒータ
   に分割され、前記単体ヒータはそれぞれ独立して制御可
   能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記
   載のリフロー半田付装置。
4. 【請求項４】 前記加熱用ヒータは、複数の単体ヒータ
   を積層してあることを特徴とする請求項１または請求項
   ２に記載のリフロー半田付装置。
5. 【請求項５】 前記加熱用ヒータとワークの間に出し入
   れおよび開閉自在なシャッタが配設されていることを特
   徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の
   リフロー半田付装置。
6. 【請求項６】 前記装置本体は、蓄熱型熱発生器が取り
   付けられていることをことを特徴とする請求項１乃至請
   求項５のいずれか１項に記載のリフロー半田付装置。