JP2003069212A - リフロー半田付け装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子部品を装着した基板を均一に加熱して電
子部品の温度分布を均一にすることができるリフロー半
田付け装置を提供する。 【解決手段】 気体を加熱する加熱手段３３と、加熱気
体を中央部で吸い込んで外周に吹き出すファン２９と、
ファン２９から送風された熱風を基板１に向かうように
方向変換させるとともに流速分布の均一化を図って流出
させるファンケース２８と、ファンケース２８から流出
した熱風が流入しかつ基板１に対向する面に熱風を均一
に吹き出す複数のノズル穴１０が形成された吹き出しプ
レート２５が配設された均圧室２６とを備え、ファン２
９とファンケース２８と均圧室２６を略同一軸芯状に配
設し、垂直圧縮吹き出し方式で基板１を均一に加熱でき
るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品を装着し
た基板を熱風で加熱して半田を溶融することで電子部品
を半田付けするリフロー半田付け装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】プリント配線基板（以下、単に基板と記
す）に電子部品を表面実装する際には、電極接合部にク
リーム半田を塗布した基板に、必要に応じて接着材を介
して電子部品を装着して固定し、この電子部品を装着さ
れた基板をリフロー半田付け装置に供給し、基板を加熱
してクリーム半田中の半田を溶融し、電子部品を基板に
接合固定している。

【０００３】従来のリフロー半田付け装置の構成例につ
いて、図９〜図１２を参照して説明する。図９、図１０
において、１は基板、２は基板１上にクリーム半田を介
して搭載された電子部品、３は基板１を移動経路に沿っ
て搬送する搬送手段である。搬送手段３は、基板１を支
持する支持ピン４が対向側面に突設された左右一対のチ
ェーン５と、これらチェーン５を移動自在に支持してそ
の移動経路を構成するガイドレール６と、チェーン５の
駆動手段（図示せず）を備えている。

【０００４】７は上記搬送手段３が上下方向中間部を貫
通するように配置された外殻体であり、外殻体７内の搬
送手段３の上下に熱風加熱手段８、９が配設されてい
る。これら熱風加熱手段８、９は、この従来例では上下
対称形で実質的に同一構成であるため、以下、上部の熱
風加熱手段８についてのみ説明する。

【０００５】熱風加熱手段８は、搬送手段３にて搬送さ
れる基板１に向けて熱風を均一に吹き付けるための複数
のノズル穴１０を有する吹き出しヘッダ部１１と、吹き
出しヘッダ部１１の上部に配設された熱風供給部１２に
て構成されている。熱風供給部１２は、図９〜図１１に
示すように、外殻体７上に配設されたモータ１３にて回
転駆動されるファン１４と、下面中央に吸込口１５ａが
開口されたファンケース１５と、ファン１４による送風
をガイドする送風ダクト１６と、送風ダクト１６内に配
設された加熱手段１７と、送風ダクト１６の先端部と吹
き出しヘッダ部１１の一端部を接続する接続ダクト１８
にて構成されている。吹き出しヘッダ部１１内には、図
９と図１２に示すように、接続ダクト１８から流入した
熱風を全体に均一に分散させるため、接続ダクト１８側
から順次高さが高くなる複数の整流板１９が適当間おき
に配設されている。

【０００６】以上の構成において、モータ１３にてファ
ン１４を回転駆動すると、外殻体７内の空気又はＮ₂ ガ
スなどの不活性ガスはファンケース１５の下面中央の吸
込口１５ａから吸い込まれて、送風ダクト１６に向けて
送風され、送風ダクト１６を通過する間に加熱手段１７
にて加熱されて熱風となり、接続ダクト１８を介して吹
き出しヘッダ部１１の一端部に流入し、その流れが整流
板１９にて図１２に矢印で示すように整流され、ノズル
穴１０から搬送手段３に搬送されている基板１に向けて
均一に吹き付けられる。こうして、熱風が均一に吹き付
けられることで基板１が均一加熱され、基板１とその上
に装着された電子部品２との間の半田が再溶融し、基板
１に電子部品２が半田付け固定される。

【０００７】基板１を加熱した熱風は、図９に矢印２０
で示すように、吹き出しヘッダ部１１の外部を通ってフ
ァンケース１５の吸込口１５ａに吸い込まれて循環さ
れ、高い熱効率が確保されるとともに熱風が不活性ガス
からなる場合にはそのガス消費量が節約される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
リフロー半田付け装置では、吹き出しヘッダ部１１の上
部に熱風供給部１２が配設されており、この熱風供給部
１２においてファン１４から送風ダクト１６に向けて水
平方向に送風され、送風ダクト１６を通過する間に加熱
手段１７にて加熱されて熱風が形成され、接続ダクト１
８でＬ型に屈曲して下方に向き、さらに吹き出しヘッダ
部１１の一端に流入して再びＬ型に屈曲し、吹き出しヘ
ッダ部１１内を整流板１９にて整流されつつ水平方向に
流れた後、ノズル穴１０から下方に向けて均一に吹き出
すように構成されているため、熱風の通過経路が長くか
つ屈曲しているので圧力損失が大きく、ファン１４の消
費エネルギーが大きくなり、また狭い送風ダクト１６及
び接続ダクト１８から広い吹き出しヘッダ部１１に流入
するので、吹き出しヘッダ部１１内に整流板１９を配設
しても複数のノズル穴１０の全体から均一に熱風を吹き
出すようにするのが困難であり、さらに吹き出しヘッダ
部１１内の通過経路が長いために熱風温度の低下が避け
られず、温度分布にばらつきが生じるのを避けるのも困
難であり、電子部品２の温度が不均一になる恐れがある
という問題がある。

【０００９】しかるに、近年、鉛を含まない鉛フリーの
半田を用いることが増えてきているが、鉛フリー半田は
溶融温度が２２０℃程度と高く、その一方で電子部品２
を高温に長時間さらすと破損する恐れがあるため、リフ
ロー半田付け時の基板１上の各電子部品２のトップ温度
の差を１０℃以下に抑えることが重要である。

【００１０】本発明は、上記従来の問題に鑑み、電子部
品を装着した基板を均一に加熱して電子部品の温度分布
を均一にすることができ、また熱風を送るファンの消費
エネルギーを低減できるリフロー半田付け装置を提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のリフロー半田付
け装置は、電子部品を装着した基板に熱風を供給して加
熱し、電子部品を半田付けするリフロー半田付け装置で
あって、気体を加熱する加熱手段と、加熱気体を中央部
で吸い込んで外周に吹き出すファンと、ファンから送風
された熱風を基板に向かうように方向変換させるととも
に流速分布の均一化を図って流出させるファンケース
と、ファンケースから流出した熱風が流入しかつ基板に
対向する面に熱風を均一に吹き出す複数のノズル穴が形
成された吹き出しプレートが配設された均圧室とを備
え、ファンとファンケースと均圧室を略同一軸芯状に配
設したものである。

【００１２】このような構成によれば、ファンにてその
外周に吹き出された熱風はファンケースにて基板に向け
て方向変換されかつ流速分布の均一化が図られて均圧室
に流入し、均圧室で圧力が確実に均一化され、その均一
な圧力にて均圧室の基板に対向する面に形成された各ノ
ズル穴から基板に向けて熱風が吹き出すので、均圧室内
での熱風の温度ばらつきは殆ど発生せず、かつ各ノズル
穴から基板に向けて均一に熱風を吹き出すことができ、
このような垂直圧縮吹き出し方式によって電子部品を装
着した基板を均一に加熱して電子部品の温度分布を均一
にすることができ、またファンケースと均圧室を略同一
軸芯状に配設しているので、送風経路の長さが短くほぼ
ストレートで、しかも通路断面積が大きいため、圧力損
失が小さく、熱風を送るファンの消費エネルギーを低減
できる。

【００１３】また、ファンケースの外周壁のファン外周
に対向する部分に、断面形状が円弧状の方向変換部を形
成すると、ファンの外周に吹き出された熱風を、簡単な
構成で圧力損失なく円滑に基板に向けて方向転換させる
ことができる。

【００１４】また、ファンケースと均圧室の間の隔壁に
熱風の流出開口を形成するとともに、その流出開口は中
央部に比して外周部の流出抵抗を大きくすると、隔壁に
形成した流出開口から均圧室に熱風が流出する際に、熱
風はファンの外周から放射方向に送出され基板側に向け
て方向変換されるために、外周部の流速が大きくなり勝
ちであるが、その外周部の流出抵抗が大きいために熱風
が中央部にも均一に供給され、それによって均圧室に流
出する流速分布を全体に均一にすることができる。な
お、このような流出抵抗の設定には、流出開口の開口率
を外周部より中央部を大きくしたり、隔壁の中央部に切
欠開口を、外周部に熱風の流出開口を分散形成すればよ
い。

【００１５】また、ファンケースと均圧室の間の隔壁
を、中央側が均圧室側に突出するように傾斜させると、
ファンの外周から放射方向に送出され基板側に向けて方
向変換されて外周部に集中した熱風の一部が傾斜した隔
壁に沿って中央部に流れ易くなるので、均圧室に流入す
る熱風の流量分布をより一層均一にでき、均圧室の熱風
の圧力分布を均一にできて各ノズル穴から基板に向けて
吹き付けられる熱風の流速を均一にでき、基板及び電子
部品を均一加熱できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明のリフロー半田付け
装置の一実施形態について、図１〜図６を参照して説明
する。

【００１７】なお、全体構成は、図９、図１０を参照し
て説明した従来例のリフロー半田付け装置と同一であ
り、同一の構成要素については、同一参照符号を付して
説明を省略し、主として相違点について説明する。ま
た、従来例と同様に上部と下部の熱風加熱手段８、９は
上下対称に配設されているだけで、同一構成であるた
め、上部の熱風加熱手段８についてのみ説明する。

【００１８】本実施形態の熱風加熱手段８においては、
外殻体７の上部に、その左右両側壁との間に間隔をあけ
て、上端部に熱風還流開口２１ａを形成した仕切板２１
が配設されて、仕切板２１と外殻体７の左右両側壁との
間に還流通路２２が形成され、かつ外殻体７の左右両側
壁と仕切板２１で囲まれた空間にて熱風形成吹き出し空
間２３が形成されている。熱風形成吹き出し空間２３の
下部には、上面が隔壁２４にて区画され、下面は複数の
ノズル穴１０を分散形成した吹き出しプレート２５にて
区画された均圧室２６が形成されている。

【００１９】吹き出しプレート２５のノズル穴１０は、
図６に示すように、左右方向に沿って列状にかつ列間で
各ノズル穴１０が千鳥状になるように配設され、また吹
き出しプレート２５上には適当間隔おきに左右方向に延
びる複数の整流板２７がノズル穴１０の列間に位置させ
て配設されている。

【００２０】均圧室２６の上部には、同一軸芯状に平面
視円形のファンケース２８が配設されている。ファンケ
ース２８内にファン２９が配設されている。ファン２９
は、外殻体７の上壁上に配設されたモータ３０にて回転
駆動可能に構成され、図４に示すように、矢印方向に回
転駆動されることにより、中央上部から熱風を吸い込ん
で外周に向けて吹き出すように構成されている。ファン
ケース２８の周壁のファン２９外周に対向する部分は、
その断面形状が円弧状の方向変換部３１とされ、ファン
２９から送出された熱風を下向きに円滑に方向変換させ
るように構成されている。

【００２１】隔壁２４のファンケース２８で囲まれた領
域には、図５に示すように、熱風の流出開口３２が分散
形成されるとともに、その流出開口３２は中央部の開口
率が高く、外周部の開口率が低くなるように分散配置さ
れ、中央部に比して外周部の流出抵抗が大きくなるよう
に構成されている。また、この領域の隔壁２４は、図
１、図２に示すように、中央部が均圧室２６側に突出す
るように円錐状に傾斜させて形成されている。

【００２２】ファンケース２８の上部には、図１、図３
に示すように、熱風還流開口２１ａから熱風形成吹き出
し空間２３内に流入した熱風を加熱してファン２９の吸
込部に供給する加熱手段３３が配設されている。

【００２３】以上の構成において、モータ３０にてファ
ン２９を駆動すると、外殻体７内の空気又はＮ₂ ガスな
どの不活性ガスが還流通路２２から仕切板２１の上端の
熱風還流開口２１ａを通って熱風形成吹き出し空間２３
内の上端部に吸い込まれ、加熱手段３３にて加熱された
後、ファン２９にてファンケース２８の外周に向けて吹
き出される。ファン２９にてその外周に吹き出された熱
風はファンケース２８内で基板１に向けて方向変換され
る。その際、ファンケース２８の外周壁のファン２９の
外周に対向する部分に断面形状が円弧状の方向変換部３
１を形成しているので、ファン２９の外周に吹き出され
た熱風を、簡単な構成で圧力損失なく円滑に基板１に向
けて方向転換させることができる。

【００２４】ファンケース２８から基板１に向けて吹き
出された熱風は、均圧室２６との間の隔壁２４に形成さ
れた流出開口３２にて流速分布の均一化が図られて均圧
室２６に流入する。即ち、ファンケース２８と均圧室２
６の間の隔壁２４に熱風の流出開口３２を形成するとと
もに、流出開口３２の開口率を外周部より中央部を大き
くし、隔壁２４の外周部の流出抵抗を中央部に比して大
きくしている。熱風はファン２９の外周から放射方向に
送出され基板１側に向けて方向変換されるために、外周
部の流速が大きくなり勝ちであるが、その外周部の流出
抵抗が大きいために熱風が中央部にも均一に供給され、
それによって均圧室２６に流出する流速分布を全体に均
一にすることができる。

【００２５】さらに、ファンケース２８と均圧室２６の
間の隔壁２４を、中央側が均圧室２６側に突出するよう
に傾斜させているので、ファン２９の外周から放射方向
に送出され基板１側に向けて方向変換されて外周部に集
中した熱風の一部が傾斜した隔壁２４に沿って中央部に
流れ易くなるので、均圧室２６に流入する熱風の流量分
布をより一層均一にすることができる。

【００２６】均圧室２６に流入した熱風は圧力が確実に
均一化され、均圧室２６の下面の吹き出しプレート２５
に形成された各ノズル穴１０から均一な圧力にて基板１
に向けて熱風が吹き出される。かくして、均圧室２６内
での熱風の温度ばらつきは殆ど発生せず、かつ各ノズル
穴１０から基板１に向けて均一に熱風を吹き出すことが
でき、このような垂直圧縮吹き出し方式によって電子部
品２を装着した基板１を均一に加熱して電子部品２の温
度分布を均一にすることができる。

【００２７】また、ファンケース２８と均圧室２６を同
一軸芯状に配設しているので、送風経路の長さが短くほ
ぼストレートで、しかも断面積が大きいため、圧力損失
が小さく、熱風を送るファン２９の消費エネルギーを低
減できる。

【００２８】動作時の具体数値例を示すと、ファン２９
による発生風量は２ｍ³ ／ｍｉｎで、均圧室２６内の圧
力１５ｍｍＡｑ、各ノズル穴１０からの熱風の流出速度
は３．８ｍ／ｓｅｃである。

【００２９】なお、リフロー半田付け装置の全体構成
は、上記図１に示したように外殻体７にてユニット化さ
れている複数の加熱ユニット２０を、図２、図３に示す
ように、基板１の移動方向に並列して配設し、これら各
加熱ユニット２０を貫通させて搬送手段３を配設して構
成されており、各加熱ユニット２０が予備加熱室や本加
熱室とされ、基板１が搬送手段３にてこれらの加熱ユニ
ット２０を通過することによって所定の温度プロファイ
ルで基板１が加熱され、リフロー半田付けされるように
構成されている。

【００３０】上記実施形態では、ファンケース２８が円
形で、かつファンケース２８から均圧室２６へ流入する
熱風の流速分布の均一化を図るようにファンケース２８
から均圧室２６への流出抵抗を設定する手段として、フ
ァンケース２８と均圧室２６との間の隔壁２４に流出開
口３２を形成するとともに、その開口率を外周部より中
央部を大きくした例を示したが、図７、図８に示すよう
に、ファンケース２８を方形に形成しても良く、またフ
ァンケース２８と均圧室２６との間の隔壁２４の中央部
に大きく開口した切欠開口３４を形成し、外周部に熱風
の流出開口３２を分散形成した構成としても、ファンケ
ース２８から均圧室２６へ流入する熱風の流速分布の均
一化を図ることができる。この場合動作時の具体数値例
を示すと、ファン２９による発生風量は２ｍ³ ／ｍｉｎ
で、均圧室２６内の圧力１５ｍｍＡｑ、各ノズル穴１０
からの熱風の流出速度は３．８ｍ／ｓｅｃである。

【００３１】また、上記実施形態では、基板１の搬送手
段３の上部と下部に熱風加熱手段８、９を配設した例を
示したが、場合によっては上部の熱風加熱手段８だけを
配設した構成としてもよい。

【００３２】

【発明の効果】本発明のリフロー半田付け装置によれ
ば、以上のようにファンにてその外周に吹き出された熱
風はファンケースにて基板に向けて方向変換されかつ流
速分布の均一化が図られて均圧室に流入し、均圧室で圧
力が確実に均一化され、その均一な圧力にて均圧室の基
板に対向する面に形成された各ノズル穴から基板に向け
て熱風が吹き出すので、均圧室内での熱風の温度ばらつ
きは殆ど発生せず、かつ各ノズル穴から基板に向けて均
一に熱風を吹き出すことができ、電子部品を装着した基
板を均一に加熱して電子部品の温度分布を均一にするこ
とができ、またファンケースと均圧室を略同一軸芯状に
配設しているので、送風経路の長さが短くほぼストレー
トで、しかも断面積が大きいため、圧力損失が小さく、
熱風を送るファンの消費エネルギーを低減できる。

【００３３】また、ファンケースの外周壁のファン外周
に対向する部分に、断面形状が円弧状の方向変換部を形
成すると、ファンの外周に吹き出された熱風を、簡単な
構成で圧力損失なく円滑に基板に向けて方向転換させる
ことができる。

【００３４】また、ファンケースと均圧室の間の隔壁に
熱風の流出開口を形成するとともに、その流出開口は中
央部に比して外周部の流出抵抗を大きくすると、隔壁に
形成した流出開口から均圧室に熱風が流出する際に、流
速が大きくなり勝ちな外周部の流出抵抗が大きいために
熱風が中央部にも均一に供給され、それによって均圧室
に流出する流速分布を全体に均一にすることができる。

【００３５】また、ファンケースと均圧室の間の隔壁
を、中央側が均圧室側に突出するように傾斜させると、
外周部に集中した熱風の一部が傾斜した隔壁に沿って中
央部に流れ易くなるので、均圧室に流入する熱風の流量
分布をより一層均一にでき、均圧室の熱風の圧力分布を
均一にできて各ノズル穴から基板に向けて吹き付けられ
る熱風の流速を均一にでき、基板及び電子部品を均一加
熱できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態におけるリフロー半田付け
装置を、基板移動方向に対して垂直に断面した縦断面図
である。

【図２】同実施形態のリフロー半田付け装置を、基板移
動方向に断面した縦断面図である。

【図３】図１のＡ−Ａ矢視平面図である。

【図４】同実施形態における単体の熱風加熱手段を、図
１のＢ−Ｂ線で横断した平面図である。

【図５】同実施形態における単体の熱風加熱手段を、図
１のＣ−Ｃ線で横断するとともにファンの配置位置を重
ねて示した平面図である。

【図６】同実施形態における単体の熱風加熱手段を、図
１のＤ−Ｄ線で横断した平面図である。

【図７】本発明の他の実施形態における図３と同様の平
面図である。

【図８】同実施形態における図５と同様の平面図であ
る。

【図９】従来例のリフロー半田付け装置を、基板移動方
向に対して垂直に断面した縦断面図である。

【図１０】図９のＥ−Ｅ矢視縦断面図である。

【図１１】図９のＦ−Ｆ矢視横断面図である。

【図１２】図９のＧ−Ｇ矢視横断面図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 電子部品 １０ ノズル穴 ２４ 隔壁 ２５ 吹き出しプレート ２６ 均圧室 ２８ ファンケース ２９ ファン ３１ 方向変換部 ３２ 流出開口 ３３ 加熱手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子部品を装着した基板に熱風を供給し
   て加熱し、電子部品を半田付けするリフロー半田付け装
   置であって、気体を加熱する加熱手段と、加熱気体を中
   央部で吸い込んで外周に吹き出すファンと、ファンから
   送風された熱風を基板に向かうように方向変換させると
   ともに流速分布の均一化を図って流出させるファンケー
   スと、ファンケースから流出した熱風が流入しかつ基板
   に対向する面に熱風を均一に吹き出す複数のノズル穴が
   形成された吹き出しプレートが配設された均圧室とを備
   え、ファンとファンケースと均圧室を略同一軸芯状に配
   設したことを特徴とするリフロー半田付け装置。
2. 【請求項２】 ファンケースの外周壁のファン外周に対
   向する部分に、断面形状が円弧状の方向変換部を形成し
   たことを特徴とする請求項１記載のリフロー半田付け装
   置。
3. 【請求項３】 ファンケースと均圧室の間の隔壁に熱風
   の流出開口を形成するとともに、その流出開口は中央部
   に比して外周部の流出抵抗を大きくしたことを特徴とす
   る請求項１又は２記載のリフロー半田付け装置。
4. 【請求項４】 ファンケースと均圧室の間の隔壁を、中
   央部が均圧室側に突出するように傾斜させたことを特徴
   とする請求項１〜３の何れかに記載のリフロー半田付け
   装置。