JP2001308512A - リフロー炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】回路基板に実装される電気、電子部品として、
熱容量の異なる部品や長い時間の加熱に弱い部品が混在
する場合でも、これら部品に熱劣化、破損を起こすこと
なくはんだ付けをすることができるリフロー炉を提供す
る。 【解決手段】回路基板１１を加熱する加熱ゾーン１３
と、加熱ゾーン１３に回路基板１１を搬送する搬送路１
５とを備えたリフロー炉において、加熱ゾーン１３の後
段又は加熱ゾーン１３の一部に、回路基板１１を一定ピ
ーク温度に維持又は加熱維持するピーク加熱ゾーン３３
と、一定ピーク温度に到達した回路基板１１を冷却する
冷却ゾーン３５と、ピーク加熱ゾーン３３と冷却ゾーン
３５の長さの比率を変更するゾーン長比率変更手段３７
とを設けてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリント配線板
（ＰＷＢ）、回路基板等（以下回路基板と総称する）に
実装されるコイル、抵抗体、コンデンサ、半導体部品、
素子等の電気、電子部品にはんだ付けをするリフロー炉
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、回路基板に実装されるコイル、抵
抗体、半導体部品等の電気、電子部品にはんだ付けをす
るために、リフロー炉が広く用いられている。このリフ
ロー炉は、例えば、図８に示すように、はんだ付けを行
う回路基板１を加熱する加熱ゾーン２と、加熱ゾーン２
に回路基板１を搬送する搬送路３とを備えている。

【０００３】加熱ゾーン２は、更に予備加熱ゾーン４、
中間加熱ゾーン５、６及びリフローゾーン７で形成さ
れ、各々独立して温度制御される。予備加熱ゾーン４は
搬送路３の上下に配置され、回路基板１を輻射加熱する
輻射パネルヒータ８と、上部の輻射パネルヒータ８の外
側（上方）に配置され、ヒータ９で加熱された熱風を循
環させて、回路基板１を対流加熱する熱風循環器１０と
を有する。中間加熱ゾーン５、６はいずれも搬送路３の
上方に配置された熱風循環器１０を有する。更にリフロ
ーゾーン７は搬送路３の上下に配置された輻射パネルヒ
ータ８と、上部の輻射パネルヒータ８の外側（上方）に
配置された熱風循環器１０とを有している。

【０００４】このリフロー炉により、回路基板１に実装
される電気、電子部品にはんだ付けを行う場合には、先
ず、搬送路３により、はんだ付けを行う回路基板１を搬
送してリフロー炉の左側から加熱ゾーン２内に投入し、
該ゾーン内を矢印方向へ搬送させる。次に、加熱ゾーン
２における予備加熱ゾーン４で、回路基板１を図９に示
すように、常温Ｔａから温度Ｔｂまで予備加熱する。次
に、中間加熱ゾーン５、６で温度Ｔｂに保持した後、リ
フローゾーン７で、温度Ｔｂからはんだの溶融温度であ
る温度Ｔｃまで更に加熱し、前記部品にはんだ付けを行
う。

【０００５】なお、図９において、太線は回路基板に実
装された熱容量の小さい部品の接合部（はんだ付け部）
における温度プロファイルを示し、細線は熱容量の大き
い部品の接合部（はんだ付け部）における温度プロファ
イルを示し、全体的に熱容量の小さい部品の方が、熱容
量の大きい部品よりも接合部の温度が高くなる。そし
て、リフローゾーン７の出口付近で両部品の接合部の温
度がピークに達し、温度プロファイルピーク部でΔＴの
温度差を生じる。

【０００６】ところで、回路基板１に実装される電気、
電子部品には、熱容量の大きい部品と熱容量の小さい部
品とが混在している場合が多い。このため、各接合部間
に温度差が生じる。そこで、はんだ付け不良を防止する
ため、熱容量の大きい部品に合せて加熱ゾーン２におけ
るリフローゾーン７の温度を上昇させると、熱容量の小
さい部品が過熱して劣化するという問題がある。

【０００７】更に、最近では、地球環境保護対策とし
て、回路基板１のはんだ付けに多用されていた錫−鉛は
んだの使用を差し控える動きが加速している。これに代
わる材料としては、錫−銀はんだ、錫−亜鉛はんだの実
用化が検討されている。錫−亜鉛はんだは接合強度が弱
いため、すぐに実用化される可能性が小さく、現在有力
視されているのが錫−銀はんだの方である。

【０００８】ところが、このはんだは、融点が２１０〜
２２０℃程度と従来の錫−鉛共晶はんだの融点１８３℃
よりも３０℃程度高い。一方、回路基板上に前記部品の
はんだ付けを行う場合、リフロー炉のような連続炉を使
用することが多いので、基板上に熱容量の大きい部品と
小さな部品が混在していると、各接合部間に更に大きな
温度差を生じ易い。即ち、従来の錫−鉛はんだの場合、
熱容量の大きい部品の接合部の温度を２００℃程度とす
ると、熱容量の小さい部品の接合部の温度を２４０℃の
温度に抑えることができたのに対して、錫−銀はんだを
使用することにより、熱容量の大きい部品の接合部の温
度を２３０℃以上に上昇させる必要があるため、熱容量
の小さい部品の温度が２７０℃の高温度にまで上昇し、
もはや部品自身の耐熱温度を越して、該部品が劣化、破
損する恐れがある。

【０００９】このような問題を解決するために、リフロ
ーゾーン７の後段に、特に熱容量の小さい部品の温度プ
ロファイルピーク部の温度を下げて台形状に平坦にする
均熱ゾーンを設けることが提案されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このような均熱手段を
設けると、熱容量の小さい部品の温度プロファイル（太
線）と熱容量の大きい部品の温度プロファイル（細線）
の温度プロファイルピーク部における温度差が、均熱ゾ
ーンを備えないリフロー炉では、図１０（イ）に示すよ
うにΔＴ１と大きくなるのに対し、均熱ゾーンを備えた
リフロー炉では、図１０（ロ）に示すようにΔＴ２と小
さくなる。従って、熱容量の小さい部品が過熱するのを
抑えながら熱容量の大きい部品の温度をはんだの溶融温
度にまで上昇させてはんだ付けを行うことが期待でき
る。

【００１１】しかしながら、回路基板１に実装される部
品がアルミ電解コンデンサ等のような部品の場合、ある
温度以上、例えば、はんだの溶融温度又はこれに近い温
度に加熱される時間が長過ぎると、容量抜け等の重大な
欠陥が発生し、部品を劣化、破損させるという問題があ
る。このような問題を解決するために、搬送路３の搬送
速度を変更して、回路基板の加熱時間を調整する方法も
考えられるが、予熱条件まで変わってしまうので、加熱
条件の設定が面倒になり好ましくない。

【００１２】本発明は上記の問題を解決し、回路基板に
実装される電気、電子部品として、熱容量の異なる部品
や長い時間の加熱に弱い部品が混在する場合でも、これ
ら部品に熱劣化、破損を起こすことなくはんだ付けをす
ることができるリフロー炉を提供する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、本発明の請求項１に記載されたリフロー
炉は、回路基板を加熱する加熱ゾーンと、加熱ゾーンに
回路基板を搬送する搬送路とを備えたものにおいて、加
熱ゾーンの後段又は加熱ゾーンの一部に、回路基板を一
定ピーク温度に維持又は加熱維持するピーク加熱ゾーン
と、一定ピーク温度状態の回路基板を冷却する冷却ゾー
ンと、ピーク加熱ゾーンと冷却ゾーンの長さの比率を変
更するゾーン長比率変更手段とを設けてなるものであ
る。

【００１４】本発明の請求項２に記載されたリフロー炉
は、前記ゾーン長比率変更手段が、ピーク加熱ゾーンと
冷却ゾーンとの境界部分に、回路基板の搬送方向に沿っ
て前後に移動調節可能に配設される仕切り体と仕切り体
移動調節機構とを備えて構成されるものである。

【００１５】本発明の請求項１記載のリフロー炉による
と、回路基板に実装される電気、電子部品として、熱容
量の大きい部品と熱容量の小さい部品とが混在している
場合でも、特に熱容量の小さい部品の温度プロファイル
ピーク部の温度を下げて台形状に平坦にし、熱容量の小
さい部品と大きい部品の温度プロファイルピーク部にお
ける温度差を小さくして、加熱温度の均熱化を図ること
が可能となる。従って、熱容量の小さい部品が過熱する
のを抑えながら熱容量の大きい部品の温度をはんだの溶
融温度にまで上昇させることが可能で、これら部品に良
好なはんだ付けを行うことができる。

【００１６】また、ピーク加熱ゾーンと冷却ゾーンの長
さの比率を変更できるので、特に熱容量の小さい部品に
おける温度プロファイルピーク部（台形状の頭部平坦
部）の長さ、即ち、温度ピーク部分の加熱時間を任意に
調整することが可能となる。従って、アルミ電解コンデ
ンサ等のようなはんだの溶融温度に近い高温度に長く曝
されることにより熱劣化する恐れのある部品に対して
も、良好にはんだ付けを施すことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】（実施形態１）次に、本発明に係
るリフロー炉の第１実施形態について、図１〜６により
詳細に説明する。本実施形態のリフロー炉は、回路基板
１１に実装されるコイル、抵抗体、コンデンサ、半導体
部品、素子等の電気、電子部品にはんだ付けをするため
に、回路基板１１を加熱する加熱ゾーン１３と、加熱ゾ
ーン１３内へはんだ付けを行う回路基板１１を搬送する
コンベヤ及び搬送レール等からなる搬送路１５とを備え
ている（図１〜３参照）。

【００１８】加熱ゾーン１３は、予備加熱ゾーン１７、
中間加熱ゾーン１９、２１及びリフローゾーン２３から
なり、各々独立して温度制御される。予備加熱ゾーン１
７は搬送路１５の上下に配置され、回路基板１１を赤外
線加熱方式により輻射加熱する輻射加熱する輻射パネル
ヒータ２５と、上部の輻射パネルヒータ２５の外側（上
方）に配置され、ヒータ２７で加熱された熱風を循環さ
せて、回路基板１１を対流加熱する送風ファン、送風機
等からなる熱風循環器２９とを有する。中間加熱ゾーン
１９、２１はいずれも搬送路１５の上方に配置された熱
風循環器２９を有する。更にリフローゾーン２３は搬送
路１５の上下に配置された輻射パネルヒータ２５と、上
部の輻射パネルヒータ２５の外側（上方）に配置された
熱風循環器２９とを有している。

【００１９】熱風循環器２９はモータ、チェーン等の駆
動源３１からの動力を得て、熱風を加熱ゾーン１３の各
ゾーン内に循環するようになっており、熱風循環器２９
より吐出された熱風を輻射パネルヒータ２５に設けられ
た複数の通し穴（図示せず）を通して、搬送路１５に沿
って矢印方向に搬送される回路基板１１に供給し、回路
基板１１を前記輻射パネルヒータ２５により輻射加熱す
るほかに、対流加熱するようになっている。

【００２０】前記加熱ゾーン１３の後段、即ち、そのリ
フローゾーン２３の後段には、図１、３に示すように、
回路基板１１をはんだの溶融温度（一定ピーク温度）に
維持し、熱容量の小さな部品の過熱を抑えて、熱容量の
小さい部品と大きい部品との温度プロファイルピーク部
における温度差を小さくするピーク加熱ゾーン３３と、
一定ピーク温度に到達した回路基板１１を冷却する冷却
ゾーン３５と、ピーク加熱ゾーン３３と冷却ゾーン３５
の長さの比率を変更するゾーン長比率変更手段３７とが
設けられている。ピーク加熱ゾーン３３はリフローゾー
ン２３側に配設され、冷却ゾーン３５はピーク加熱ゾー
ン３３の後段に隣接させて配設される。また、ピーク加
熱ゾーン３３及び冷却ゾーン３５は断熱性を有する仕切
り壁３６に遮断され、各々独立して温度制御されるよう
になっている。

【００２１】ピーク加熱ゾーン３３は搬送路１５の下方
に配置され、回路基板１１を下側から輻射加熱する輻射
パネルヒータ２５と、搬送路１５の上方に、前記加熱ゾ
ーン１３の各ゾーンに配置された熱風循環器２９と同じ
高さ位置に配置された熱風循環器２９とを有している。
この熱風循環器２９も同様にヒータ２７で加熱された熱
風を循環させて、回路基板１１を対流加熱するようにな
っている。

【００２２】冷却ゾーン３５はピーク加熱ゾーン３３の
後段に配置される。この冷却ゾーン３５は、その搬送路
１５の上方にピーク加熱ゾーン３３の熱風循環器２９と
同じ高さ位置に配置された熱風循環器２９を有してい
る。このゾーン３５ではヒータ２７の温度をピーク加熱
ゾーン３３のヒータ２７の温度よりも下げて、ピーク加
熱ゾーン３３内を循環する熱風よりも低い温度の熱風を
循環させて、ピーク加熱ゾーン３３で一定ピーク温度に
到達した回路基板１１を冷却するようになっている。こ
の熱風循環器２９はピーク加熱ゾーン３３内に設けられ
た熱風循環器と同様に回路基板１１を対流加熱すること
も可能な構成を備えている。

【００２３】なお、ピーク加熱ゾーン３３では、該ゾー
ン３３内の回路基板１１を一定ピーク温度に維持するた
めに必要なければ、搬送路１５の下方に配置した輻射パ
ネルヒータ２５を撤去してもよいし、逆に、そこへ熱風
循環器２９を配置して、回路基板１１を上下方向から対
流加熱するようにしてもよい。更に、冷却ゾーン３５に
おいて、搬送路１５の下方にも熱風循環器２９を配置し
て回路基板１１を上下方向から冷却するようにしてもよ
い。

【００２４】ゾーン長比率変更手段３７は、ピーク加熱
ゾーン３３と冷却ゾーン３５との境界部分に、回路基板
１１の搬送方向に沿って前後に移動調節可能に配設され
る仕切り体３９と仕切り体移動調節機構４１とを備えて
いる。仕切り体３９は、例えば、仕切り板からなり、ピ
ーク加熱ゾーン及び冷却ゾーンに跨って前記仕切り壁３
６の下部に設けられたガイド枠４３に沿って前後に移動
可能に支持される。

【００２５】仕切り体移動調節機構４１は、例えば、図
４に記載されているように、仕切り体３９の長さ方向
（回路基板１１の搬送方向に垂直な方向）の両端に形成
され、ガイド枠４３の横長孔４３ａを通して引き出され
た支持軸３９ａに固定された1対のエンドレスチェーン
４５と、仕切り体３９が前後方向へ往復移動する両端位
置に設けられて、各エンドレスチェーン４５とかみ合う
１対のチェーンホイール４７と、仕切り体３９の長さ方
向の両端に設けられたチェーンホイール４７同士を連結
する駆動伝動軸４９及び伝動軸５１と、駆動伝動軸４９
の一端部に取り付けられて駆動伝動軸４９等を作動させ
ることにより、仕切り体３９を回路基板１１の搬送方向
に沿って前後に移動調節するパルス制御型の電動機５３
とより構成される。

【００２６】このリフロー炉を用いて回路基板１１に実
装される電気、電子部品にはんだ付けを行う場合には、
図１に示すように、搬送路１５により、はんだ付けを行
う回路基板１１を搬送して、リフロー炉の左側から加熱
ゾーン１３内に投入し、該ゾーン内を矢印方向へ搬送さ
せる。次に、加熱ゾーン１３における予備加熱ゾーン１
７で、回路基板１１を図９に示すように、常温Ｔａから
温度Ｔｂまで予備加熱する。次に、中間加熱ゾーン１
９、２１で温度Ｔｂに保持した後、リフローゾーン２３
で、温度Ｔｂからはんだの溶融温度である温度Ｔｃまで
更に加熱し、前記部品のはんだ付けを開始する。

【００２７】引き続いて、この回路基板１１を後段のピ
ーク加熱ゾーン３３及び冷却ゾーン３５内に順次通過さ
せる。そうすると、先ず、ピーク加熱ゾーン３３におい
て、回路基板１１に実装される電気、電子部品のうち、
特に熱容量の小さい部品の温度プロファイルが、図５
（ロ）、図６（ロ）に示すように、そのピーク部の温度
が下がって台形状に平坦となり、一定ピーク温度に維持
される。これにより、熱容量の小さい部品と大きい部品
の温度プロファイルピーク部における温度差が小さくな
り、両部品の加熱温度が均熱化される。このような状態
で部品のはんだ付けが行われ、一定ピーク温度状態に所
定時間維持された回路基板１１は、冷却ゾーン３５に入
って冷却され、はんだ付け作業を終了し、該部品が回路
基板１１へ実装される。

【００２８】特に、回路基板１１に実装される部品とし
て、熱容量の小さい部品が多く混在する場合とか、熱容
量のより小さい部品が混在する場合には、図５（イ）に
示すように、ピーク加熱ゾーン３３の長さを冷却ゾーン
３５の長さよりも長くして、その温度プロファイルを図
５（ロ）のように設定する。このようにして、温度プロ
ファイルピーク部（台形状の頭部平坦部）の長さを長く
して均熱時間を多くし、熱容量の大きい部品のはんだ付
けが終了するまで、これら熱容量の小さい部品が過熱さ
れないようにすることができる。

【００２９】一方、回路基板１１に実装される部品とし
ては、例えば、アルミ電解コンデンサのように、はんだ
の溶融温度又はこれに近い高温状態に長く置かれると、
容量抜け等の重大な欠陥を生じ易い部品も混在する。こ
のような場合には、図６（イ）に示すように、ピーク加
熱ゾーン３３の長さを冷却ゾーン３５の長さよりも短く
して、その温度プロファイルを図６（ロ）のように設定
する。このようにして、温度プロファイルピーク部（台
形状の頭部平坦部）の長さを短くして均熱時間を少なく
し、ピーク温度下での加熱時間が過大にならないように
することができる。

【００３０】なお、上記のようなピーク加熱ゾーン３３
と冷却ゾーン３５の長さの比率を変更することは、前記
ゾーン長比率変更手段３７において、前記仕切り体３９
を仕切り体移動調節機構４１の電動機５３を正逆転駆動
させて、仕切り体３９を図５、６で左右に移動調節する
ことにより行う。仕切り体３９の移動調節はリフロー炉
の運転開始前に行うことが理想であるが、必要に応じて
リフロー炉運転中に行ってもよい。電動機５３としてパ
ルス制御型のものを用いると、仕切り体３９を所定の位
置に迅速且つ正確に移動させることができる。

【００３１】（実施形態２）前記実施形態１のリフロー
炉では、加熱ゾーン１３の後段にピーク加熱ゾーン３３
と冷却ゾーン３５を設ける構成になっているが、加熱ゾ
ーンの一部に、ピーク加熱ゾーン３３と冷却ゾーン３５
を設けるようにしてもよい。実施形態２のリフロー炉
は、例えば、図７に示すように、実施形態１の加熱ゾー
ン１３におけるリフローゾーン２３に代わってピーク加
熱ゾーン３３と冷却ゾーン３５を設けるようにしたもの
である。従って、実施形態２の加熱ゾーン５５は予備加
熱ゾーン１７、中間加熱ゾーン１９、２１、ピーク加熱
ゾーン３３及び冷却ゾーン３５で構成される。この場
合、ピーク加熱ゾーン３３はリフローゾーンとしての機
能を兼ねるので、回路基板１１をはんだの溶融温度（一
定ピーク温度）に加熱維持する機能を有する。その他の
構成部品の構成及び機能は実施形態１に示すものと実質
的に同じなので、これらの詳細説明を省略する。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るリフ
ロー炉は、加熱ゾーンの後段又は加熱ゾーンの一部に、
回路基板を一定ピーク温度に維持又は加熱維持するピー
ク加熱ゾーンと、一定ピーク温度状態の回路基板を冷却
する冷却ゾーンと、ピーク加熱ゾーンと冷却ゾーンの長
さの比率を変更するゾーン長比率変更手段とを設けて構
成される。

【００３３】これにより、回路基板に実装される部品に
熱容量の大きい部品と熱容量の小さい部品が混在してい
ても、両部品の温度プロファイルピーク部における温度
差が小さくなり、加熱温度の均熱化を図ることが可能と
なる。従って、熱容量の小さい部品が過熱するのを抑え
ながら熱容量の大きい部品の温度をはんだの溶融温度に
まで上昇させることが可能となり、両部品に熱劣化を生
じさせずに、良好なはんだ付けを施すことができる。

【００３４】また、ピーク加熱ゾーンと冷却ゾーンの長
さの比率を変更できるようにしたので、特に熱容量の小
さい部品における温度プロファイルピーク部（台形状の
頭部平坦部）の長さ、即ち、温度ピーク部分の加熱時間
を長短任意に調整することが可能となる。このため、ア
ルミ電解コンデンサ等のようなはんだの溶融温度に近い
高温度に長く曝されることにより熱劣化する恐れのある
部品に対しても、良好にはんだ付けを施すことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るリフロー炉の実施形態１を示す全
体構成図である。

【図２】図１のＸ−Ｘ矢視断面図である。

【図３】図１のＹ−Ｙ矢視断面図である。

【図４】実施形態１のリフロー炉において、仕切り体移
動調節機構の概要を示すもので、（イ）は平面図、
（ロ）は側面図である。

【図５】実施形態１のリフロー炉において、ピーク加熱
ゾーンの長さを冷却ゾーンの長さよりも長くした場合を
示すもので、（イ）は概要図、（ロ）は熱容量の小さい
部品の温度プロファイル図である。

【図６】実施形態１のリフロー炉において、ピーク加熱
ゾーンの長さを冷却ゾーンの長さよりも短くした場合を
示すもので、（イ）は概要図、（ロ）は熱容量の小さい
部品の温度プロファイル図である。

【図７】本発明に係るリフロー炉の実施形態２を示す全
体構成図である。

【図８】従来のリフロー炉の全体構成図である。

【図９】従来のリフロー炉の加熱ゾーンにおける部品の
接合部の温度プロファイルを示す図である。

【図１０】従来のリフロー炉のリフローゾーン内におけ
る部品の各接合部の温度プロファイルを示すもので、
（イ）は均熱ゾーンを備えないリフロー炉の温度プロフ
ァイル図、（ロ）は均熱ゾーンを備えたリフロー炉の温
度プロファイル図である。

【符号の説明】

１１ 回路基板 １３ 加熱ゾーン １５ 搬送路 １７ 予備加熱ゾーン １９ 中間加熱ゾーン ２１ 中間加熱ゾーン ２３ リフローゾーン ２５ 輻射パネルヒータ ２７ ヒータ ２９ 熱風循環器 ３１ 駆動源 ３３ ピーク加熱ゾーン ３５ 冷却ゾーン ３６ 仕切り壁 ３７ ゾーン長比率変更手段 ３９ 仕切り体 ３９ａ 支持軸 ４１ 仕切り体移動調節機構 ４３ ガイド枠 ４３ａ 横長孔 ４５ エンドレスチェーン ４７ チェーンホイール ４９ 駆動伝動軸 ５１ 伝動軸 ５３ パルス制御型電動機 ５５ 加熱ゾーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｂ２３Ｋ 101:42 Ｂ２３Ｋ 101:42

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回路基板を加熱する加熱ゾーンと、加熱
   ゾーンに回路基板を搬送する搬送路とを備えたリフロー
   炉において、加熱ゾーンの後段又は加熱ゾーンの一部
   に、回路基板を一定ピーク温度に維持又は加熱維持する
   ピーク加熱ゾーンと、一定ピーク温度状態の回路基板を
   冷却する冷却ゾーンと、ピーク加熱ゾーンと冷却ゾーン
   の長さの比率を変更するゾーン長比率変更手段とを設け
   たことを特徴とするリフロー炉。
2. 【請求項２】 前記ゾーン長比率変更手段は、ピーク加
   熱ゾーンと冷却ゾーンとの境界部分に、回路基板の搬送
   方向に沿って前後に移動調節可能に配設される仕切り体
   と仕切り体移動調節機構とを備えたことを特徴とする請
   求項１記載のリフロー炉。