JP2004306140A - ソルダ・リフローオーブン - Google Patents

Abstract

【課題】ワークが、オーブンの上流側および下流側に干渉することなくソルダ・リフロー温度に加熱される距離を増大できるソルダ・リフローオーブンを提供する。
【解決手段】ワーク３２を、加熱空気を用いてソルダのリフローに有効な温度に加熱するリフローゾーンを有している。リフローゾーンは拡散ベーン８４を備えたノズル８０を有し、該ノズルは、剪断層９０を隣接ゾーンに向けることにより、ワークをソルダ・リフロー温度に加熱する距離を増大させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、加熱空気を使用して、ワークを、ソルダ（はんだ又はろう）のリフローに有効な温度に加熱するのに使用するソルダ・リフローオーブンに関し、より詳しくは、加熱空気を拡散ノズルに通して、ワークをソルダ・リフロー温度に加熱する距離または時間を延長させる構成のソルダ・リフローオーブンに関する。

一般的なマイクロエレクトロニックアセンブリでは、電子部品が、ソルダボンドによりプリント回路板に取付けられている。ソルダボンドは、一般に、気化可能なビヒクル内に分散されたソルダ粒子を含むソルダペーストを用いて形成されている。まず、ソルダペーストを、プリント回路板上のボンドパッド、およびソルダペーストと接触するように配置された電子部品に付着させる。次に、このワークを加熱し、ビヒクルを気化しかつリフローと呼ばれるソルダ粒子を溶融および合体させる。冷却時に、ソルダが凝固して、電子部品をプリント回路板に接合する。

ソルダ・リフローは、ソルダペーストをつけられた電子部品およびプリント回路板を含むワークを、オーブンを通して搬送することにより行なわれる。本発明の所有者に譲渡された２００１年１２月３日付で出願された特許文献（特許文献１）には、オーブンの一例が開示されている。ワークは、まず、オーブン内で、ソルダの融点より少し低い温度まで予熱される。次に、ワークは、加熱空気を用いて、ソルダのリフローに有効な温度に加熱される。再加熱空気は、この空気をワークに導く細長ノズルを備えた空気分配システムによりリフローゾーンを通して分配される。上記特許文献によれば、ノズルは、加熱空気をワークの移動方向に対して横方向に向けて、より均一な加熱を行なうベーンを有している。

従来のノズルでは、空気出口は、ワークに対して垂直な板により形成される。図１には、電子部品１２およびプリント回路板１４を備えたワーク１０に加熱空気を向ける従来のノズル２０の一例が示されている。ワーク１０は、コンベア１６上に載せられてリフローゾーンの中を搬送される。ノズルからの開口は、矢印１８の方向に垂直なベーン２１により形成される。ベーン２１に隣接するノズルから出る空気は、加熱空気と周囲の比較的低温の空気とを混合させる乱流の特徴を有する剪断層２２を形成する。この混合により、剪断層２２の温度は有効リフロー温度より低い温度に下げられる。この結果、ワークは、剪断層間の比較的短い区間でしか、ソルダ・リフロー温度より高温に加熱されない。所望のリフローを達成するのに充分な期間、ワーク１０を加熱するためには、コンベアの速度を低下させる必要がある。剪断ゾーンの温度を上昇させるために加熱空気の温度を上昇させることができるが、このようにすると、剪断層間の領域内のワークが過熱されてしまい、好ましくない。また、空気供給システムはオーブン内の空間制限器により閉じ込められているため、リフローゾーンを延長すべく開口幅を増大させることは容易でない。

米国特許出願第１０／００７，４８５号明細書

従って、ワークをソルダのリフローに有効な温度に加熱するのに加熱空気を使用する、リフローゾーンを備えたソルダ・リフローオーブンであって、ワークが、オーブンの上流側および下流側に干渉することなくソルダ・リフロー温度に加熱される距離を長くできるソルダ・リフローオーブンが要望されている。

本発明によれば、ソルダを備えたワークをソルダのリフローに有効な温度に加熱する加熱ゾーンを有している。オーブンは、ワークを、プレ・リフローゾーン、加熱ゾーンおよびポスト・リフローゾーンを通して連続的に一方向に搬送するコンベアを有している。プレナムは、加熱空気を加熱ゾーンに供給しかつ移動方向第一寸法をもつプレナム開口を形成する側壁を有している。プレナム開口とコンベアとの間にノズルが介在されており、該ノズルはプレナムから加熱空気を受入れて該加熱空気をコンベアに向ける。ノズルは拡散関係をなしている前壁および後壁を備え、両壁は、コンベアに隣接しかつ前記プレナム開口の寸法に等しいかこれより小さい寸法をもつノズル開口を形成している。この態様で、ノズルは、加熱ゾーン内に閉込められかつノズル開口を出る加熱空気に関連する剪断層を、それぞれプレ・リフローゾーンおよびポスト・リフローゾーンに向け、これによりワークをソルダ・リフロー温度に加熱する距離が増大される。これは、加熱空気の温度を高める必要なくかつプレナムおよびノズルをリフローゾーンに閉込めて隣接ゾーンの機器または作動に干渉しないようにして行なわれる。

以下、添付図面を参照して本発明を更に説明する。
本発明の好ましい実施形態によれば、図２〜図４に示すように、ワーク３２を加熱してマイクロ電子アセンブリを形成するソルダ・リフローオーブン３０が提供される。ワーク３２は、プリント回路板３４および１つ以上の電子部品３８を有している。プリント回路板３４は複数のボンドパッド３６を有し、このボンドパッド３６にはソルダペースト４０が付着されている。ソルダペースト４０は、気化可能なビヒクル内に分散されたソルダアロイの粒子を有している。液体ソルダによるボンドパッドおよび部品の濡れ性を高めるため、ペーストに適当なフラックスを含めてもよい。アセンブリの準備に際し、ペースト４０がボンドパッドに付着され、かつソルダペーストに接触するようにして電子部品３８がプリント回路板上に配置される。次に、ワーク３２が、オーブンを通るワークの取扱いおよび搬送を容易にするパレット４２上に装填される。

オーブン３０は、ワーク３２を、オーブンを通して矢印４６の方向に搬送するためのコンベア４４を有している。オーブン３０はリフローゾーン５０を有し、該リフローゾーン５０は、ワーク３２をソルダのリフローに有効な温度に加熱するための加熱空気供給システム５２を有している。オーブン３０はまた、プレ・リフローゾーン５４を有し、該プレ・リフローゾーンは、ワーク３２を、ソルダ・リフロー温度より低い温度に予熱するためのヒータ５５を有している。ゾーン５４には、所望の時間および温度養生（time and temperature regimen）に従ってワークを加熱するための隔壁およびファンが設けられた多数の加熱領域を設けてもよい。オーブン３０はまたポスト・リフローゾーン５６を有し、該ポスト・リフローゾーンには、ワークがリフローゾーン５０に続いて搬送される。領域５６において、ワーク３２を所定条件で冷却し、ソルダを凝固させて所望のボンドを形成する。

特に図３を参照すると、ここには、空気供給システム５２の断面図が示されている。システム５２は、ブラケット６２によりプレナム６２内に支持された空気分配パイプ６０を有している。プレナム６４は、前後の側壁６３を有している。パイプ６０は、ヒータ（図示せず）から空気を受入れる入口６６と、コンベア４４から遠い方向を向くように配向された出口６１とを有している。加熱された空気は、出口６１から、矢印６５で示すようにパイプ６０の回りでプレナム６２を通り、更にワーク３２およびコンベア４４に隣接する開口を通って出る。両側壁６３の間で開口に設けられた孔穿き板７６は、プレナムからの空気を拡散する。

本発明によれば、プレナム６２からの加熱空気を、最適なフローパターンでワーク３２に向けるノズル８０が設けられている。図３に示すように、ノズル８０は、空気流を、図３に矢印７４で示すように、ワーク３２の移動方向である方向４６を横切る方向に向ける複数のベーン７２を有している。流れは、ノズル８０の両端部に配置された１対のデフレクタ７７により補助される。ワーク３２を横切る横方向の空気流が、リフローゾーン内のワークのより均一な加熱を行なうことが判明している。またノズル８０は、矢印４６の方向にくびれたくびれ部分８２と、ワークに近接した出口開口８６を形成する拡散ベーン８４とを有している。補助ベーン８４は、所望の拡散空気流を発生させる補助をしかつベーン７２と十字パターンで交差している。図４において、寸法ｄ₁は、ワークの移動方向４６に平行な、両側壁６３間のプレナム６２の開口の寸法を表す。くびれ部分８２は、開口の寸法ｄ₁より小さい、矢印４６方向の幅ｄ₂を有している。拡散板８４の開口８６は、くびれ部分８２の幅ｄ₂より大きい、矢印４６方向の寸法ｄ₃を有している。また、好ましい実施形態では、開口８６の寸法ｄ₃はプレナム６２の寸法ｄ₁より大きくないので、ノズルはリフローゾーン５０内に収容され、隣接ゾーン５４、５６に達することはない。

作動中、ワーク３２はコンベア４４上に置かれて、プレ・リフローゾーン５４、リフローゾーン５０およびポスト・リフローゾーン５６を通って連続的に搬送される。一例として、ワーク３２は、融点が約１８３℃（±１０℃）の錫−鉛アロイを含むソルダペースト４０をつけられる。プレ・リフローゾーン５４内では、ワーク３２は、ペースト中のビヒクルを気化させかつフラックスを活性化させるのに有効な温度に加熱される。次に、ワーク３２は、リフローゾーン５０を通り、ここで、加熱空気供給システム５２により供給される空気により加熱される。空気は外部加熱装置（図示せず）により加熱され、かつ入口６６を通ってパイプ６０内に導かれ、その後開口６１を通ってプレナム６２内に流入する。過熱空気は、プレナム６２から孔穿き板７６を通ってノズル８０内に流入する。次に、加熱空気は、くびれ部分８２および拡散ベーン８４を通って流れ、かつ開口８６を通ってワーク３２の方向に放出される。拡散ベーン８４を通る空気流は剪断ゾーン９０を生成し、ここで、乱流により、加熱空気が、これを包囲する隣接ゾーン５４、５６内の比較的低温の空気と混合される。この結果、剪断層９０内の温度は、有効ソルダ・リフロー温度より低い温度に低下される。しかしながら、拡散ベーン８４は、剪断ゾーン９０を上流側領域５４および下流側領域５６に向け、これにより、ソルダのリフローに有効な温度を有するこれらの領域間の距離ｄ₄が延長される。コンベア４４での有効ソルダ・リフロー距離ｄ₄は、プレナムの幅ｄ₁またはノズル開口ｄ₃よりも大きいことが好ましい。

従って、本発明は、延長された距離を有するリフローゾーンを有し、このゾーンでワークがソルダ・リフロー温度に加熱されるソルダ・リフローオーブンを提供する。これは、拡散ベーンを備えたノズルを使用したことによる。拡散ベーンは、剪断層を、リフローオーブンの隣接ゾーン内に導き、これにより、ワークが有効リフロー温度にあるリフローゾーン内の距離を最大化する。これは、ノズルまたは拡散ベーンを隣接ゾーン内に延長させることなく行い、これにより、隣接ゾーン内に支持された機器または加工に干渉しないようにするのが好ましい。
以上、本発明をその或る実施形態に関連して説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載によってのみ制限されるものである。

従来技術によるソルダ・リフローオーブンのソルダ・リフローゾーンを示す概略図である。 本発明によるソルダ・リフローオーブンを示す概略図である。 図２のオーブンを矢印の方向の３−３線に沿う方向から見た断面図である。 図３のソルダ・リフローオーブン内の加熱ゾーンの細部を示す概略図である。

符号の説明

３０ ソルダ・リフローオーブン
３２ ワーク
５０ 空気分配パイプ
６２ プレナム
８０ ノズル
８２ くびれ部分
８４ 拡散ベーン
８５ 補助ベーン
９０ 剪断ゾーン（剪断層）

Claims (1)

1. ソルダを備えたワークをソルダのリフローに有効な温度に加熱するリフローゾーンと、該リフローゾーンの回りのプレ・リフローゾーンおよびポスト・リフローゾーンとを有するソルダ・リフローオーブンであって、
   ワークを、プレ・リフローゾーン、リフローゾーンおよびポスト・リフローゾーンを通して連続的に移動方向に搬送するコンベアと、
   加熱空気をリフローゾーンに供給するプレナムとを有し、
   該プレナムは、移動方向を横切る方向に互いに間隔を隔てた関係に配置された前側壁および後側壁を備えかつこれらの両側壁間にプレナム開口を形成しており、該プレナム開口は前記移動方向の第１の寸法を有し、
   プレナムから加熱空気を受入れかつ該加熱空気をコンベアに向けるノズルを更に有し、
   該ノズルは、拡散関係をなしている前方ベーンおよび後方ベーンを備え、両ベーンは、コンベアに隣接しかつ前記第１の寸法以下の移動方向の第２の寸法をもつノズル開口を備えている、
   ことを特徴とするソルダ・リフローオーブン。

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