JP2005079466A - 冷却機構を備えたリフロー装置及び該リフロー装置を用いたリフロー炉 - Google Patents
冷却機構を備えたリフロー装置及び該リフロー装置を用いたリフロー炉 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005079466A JP2005079466A JP2003310435A JP2003310435A JP2005079466A JP 2005079466 A JP2005079466 A JP 2005079466A JP 2003310435 A JP2003310435 A JP 2003310435A JP 2003310435 A JP2003310435 A JP 2003310435A JP 2005079466 A JP2005079466 A JP 2005079466A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit board
- temperature
- reflow
- shell
- cooling mechanism
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Abstract
【課題】外気を流入させずに雰囲気ガスを冷却して、回路基板上の電子部品の温度を耐熱温度より低い温度に抑えつつ、回路基板上の半田の温度を溶融温度より高い温度に加熱して、半田付けを可能にするリフロー装置と、これを用いたリフロー炉を提供する。
【解決手段】 雰囲気ガスが充填されたシール構造のシェル4内で、上面に電子部品が登載された回路基板2を加熱するリフロー装置1であって、シェル4内の回路基板2より下側に設置された遠赤外線ヒータ21と、シェル4内の回路基板2より上側に設置され、雰囲気ガスをシェル4内で循環させる循環ファン11と、循環する雰囲気ガスを回路基板2の上面に吹き付けるための吹出ノズル7を備えた吹出パネル9とを備えた熱風吹付機構5と、シェル4内に外気を流入させることなく循環する雰囲気ガスを冷却する冷却機構とを備える。
【選択図】図2
【解決手段】 雰囲気ガスが充填されたシール構造のシェル4内で、上面に電子部品が登載された回路基板2を加熱するリフロー装置1であって、シェル4内の回路基板2より下側に設置された遠赤外線ヒータ21と、シェル4内の回路基板2より上側に設置され、雰囲気ガスをシェル4内で循環させる循環ファン11と、循環する雰囲気ガスを回路基板2の上面に吹き付けるための吹出ノズル7を備えた吹出パネル9とを備えた熱風吹付機構5と、シェル4内に外気を流入させることなく循環する雰囲気ガスを冷却する冷却機構とを備える。
【選択図】図2
Description
本発明は、雰囲気ガスの中で、電子部品を登載した回路基板を加熱して半田付けを行うリフロー装置、及び、このリフロー装置を備えたリフロー炉に関する。
現在、種々の電子部品が回路基板の表面に登載されて半田付けされたSMD(Surface Mounted Device)が、電子機器に広く用いられている。このSMDを製作するには、多くの場合、クリーム半田が印刷された回路基板に電子部品が登載され、リフロー炉によって加熱されて半田付けが行われている。このリフロー炉は、炉内を、電子部品が搭載された回路基板を搬送装置で搬送する間に、回路基板に熱風を吹き付けて行なう加熱や、遠赤外線ヒータによる加熱を行なうことによって、半田を溶融させて、回路基板と電子部品の半田付けを行う加熱炉である。また、半田付け時の酸化を防ぐために、窒素等の雰囲気ガスの中で加熱が行われる場合が多い。
例えば、熱風を用いて加熱する場合においては、回路基板の上面と下面に、半田の溶融温度を超えた温度の熱風を吹き付けて加熱する必要がある。その場合、回路基板に登載された電子部品も同じ温度で加熱されることになる。近年主流となっている鉛フリー半田では、従来の半田よりも溶融温度が高く220℃前後あるため、加熱に用いる熱風の温度は、230℃から240℃程度にする必要がある。一方、電子部品の中には耐熱性の低いものがあり、230℃以上の熱風で加熱するとダメージを受けて、その信頼性が失われる場合がある。
従って、回路基板の上面に登載された電子部品は極力加熱せずに、電子部品の下側と回路基板の間にある半田を溶融する必要がある。つまり、電子部品の載せられた回路基板の上面側の加熱を弱くして、下面側の加熱を強くする必要がある。この場合、半田は上側からだけでなく、回路基板の下面側からの熱伝導によって加熱される。実際に、回路基板の上面側と下面側の加熱に差をつけるためには、上面側は回路基板に熱風を吹き付けて加熱を行い、下面側は、遠赤外線ヒータで加熱を行う方法が広く用いられている。
図7に、熱風の吹き付けと、遠赤外線ヒータの加熱を行う従来のリフロー装置の一例を示す。回路基板102は、上面にクリーム半田が印刷されており、その上に電子部品が登載され、搬送装置103によってリフロー炉内を水平方向に搬送される。そして、回路基板102は、搬送されながら加熱帯のリフロー装置で加熱されて半田付けが行われる。
図7は、リフロー炉の加熱帯を構成する複数のリフロー装置のうち、半田を溶融するリフロー装置101を、回路基板102の搬送方向に対して直角に切った断面図である。従って、回路基板102は、搬送装置103によってリフロー炉の中を、図の紙面と直角方向へ搬送される。
リフロー装置101は、図7に示されるように、シール構造のシェル104で覆われ、窒素等の雰囲気ガスが充填されている。ほぼシェル104の中央を搬送される回路基板102の上面側に、この上面に熱風を吹き付けて加熱する熱風吹付機構105が備えられ、回路基板102の下面側に、遠赤外線ヒータ106が備えられている。この遠赤外線ヒータ106は、回路基板102の下面を遠赤外線で加熱するだけでなく、シェル104内の雰囲気ガスも加熱している。
まず、熱風吹付機構105の構成機器を説明する。回路基板102の上側一面に、熱風の吹出口107と吸込口108を有する吹出パネル109が備えられ、この吹出パネル109によって、シェル104が上下に仕切られている。吹出パネル109の上部には、吸込口108を介して吹出パネル109と接続された吸込チャンバ110と、更にその上に、ファンモータ112によって駆動されて、シェル104内の雰囲気ガスを循環させる循環ファン111と、循環される雰囲気ガスを加熱する電熱ヒータ113が設置されている。
また、シェル104の外周部は断熱材114で覆われており、外気で冷やされて雰囲気ガスの温度が低下しないようになっている。
また、シェル104の外周部は断熱材114で覆われており、外気で冷やされて雰囲気ガスの温度が低下しないようになっている。
次に熱風吹付機構105による加熱方法を説明する。シェル104内の吹出パネル109の下側にある雰囲気ガスが、熱風ファン111の吸引力で、矢印Jに示すように、吸込口108から吸込チャンバ110へ吸い込まれる。そして、吸い込まれた雰囲気ガスは、熱風ファン111によって、矢印Kに示すように、吸込チャンバ110の両脇に吹き出される。このとき、電熱ヒータ113によって加熱される。そして、加熱された雰囲気ガスは、矢印Lに示すように、吹出口105から回路基板102の上面へ吹き付けられる。その後、雰囲気ガスは、再び吸込口108から吸い込まれ、同じサイクルを繰り返す。
この吹出口105を有する吹出パネル109の下面は、より効率よく輻射熱を吸収して温度を上げるために、通常は、表面が黒色に塗装されている。
一方、回路基板102の下面側は、回路基板102の下側に設置された遠赤外線ヒータ106によって加熱される。
特願平2−34273号
一方、回路基板102の下面側は、回路基板102の下側に設置された遠赤外線ヒータ106によって加熱される。
回路基板102上の電子部品の温度をその耐熱温度以下として、半田の温度をその溶融温度以上にするためには、経験的に、下側の遠赤外線ヒータ106の温度を400℃前後にして、上側の吹出パネル109の吹出口105からの吹き出す雰囲気ガスの温度を210℃前後にすればよいことがわかっている。しかし、図6に示される従来型のリフロー装置101において、温度設定を400℃と210℃にしても、下側の遠赤外線ヒータ106の温度が400℃という高温なので、上側の電熱ヒータ113の電源をオフにしても、吹出口105から吹き出す雰囲気ガスの温度は、設定の210℃よりも高い240℃前後になる。
雰囲気ガスの冷却手段がなく、吹出パネル109の表面が黒色に塗装されているため輻射熱を吸収し易くなっているので、これ以上雰囲気ガスの温度を下げることは困難である。従って、この雰囲気ガスの吹き出し温度では、電子部品の耐熱温度を越えておりダメージを与えると考えられる。
逆に、熱風吹出温度が210℃より上に上がらないようにするために、下面の遠赤外線ヒータ106の温度を下げていくと、今度は、回路基板102上の半田の温度が溶融温度の220℃以上に上がらないため、半田を溶融することができない。
冷却に関しては、特許文献1に、回路基板の下面側に冷却風を流して、温度上昇を抑える加熱炉が示されている。しかし、この加熱炉では、炉外から外気を流入させて冷却しており、雰囲気ガスが充填されたシール構造のリフロー装置では適用できない。
また、この加熱炉では、回路基板の下面に対して、平行に冷却風を流しているので冷却効率が低く、実際には、回路基板の上面と下面との温度差は大きく付けることはできない。更に、冷却風の温度制御がなされていないので、温度のバラつきが大きく、近年主流となっている鉛フリー半田には対応できない。
また、この加熱炉では、回路基板の下面に対して、平行に冷却風を流しているので冷却効率が低く、実際には、回路基板の上面と下面との温度差は大きく付けることはできない。更に、冷却風の温度制御がなされていないので、温度のバラつきが大きく、近年主流となっている鉛フリー半田には対応できない。
従って、本発明の目的は、シェル内に外気を流入させることなく雰囲気ガスを冷却して、回路基板上の電子部品の温度をその耐熱温度より低い温度に抑えつつ、回路基板上の半田の温度をその溶融温度より高い温度にまで加熱して、半田付けを可能にするリフロー装置及びそのリフロー装置を用いたリフロー炉を提供することにある。
本発明者は、上述した従来の問題を解決すべく、鋭意研究を重ねた。その結果、以下に示すように、従来技術では解決が不可能であった問題を解決して、回路基板に登載された電子部品にダメージを与えないで、回路基板と電子部品の半田付けが行える冷却機構を備えたリフロー装置及びそのリフロー装置を用いたリフロー炉を知見した。
本発明の冷却機構を備えたリフロー装置の第1の態様は、雰囲気ガスが充填されたシール構造のシェル内で、上面に電子部品が登載された回路基板を加熱するリフロー装置であって、
前記シェル内の前記回路基板より下側に設置された遠赤外線ヒータと、
前記シェル内の前記回路基板より上側に設置され、前記雰囲気ガスを前記シェル内で循環させる循環ファンと、循環する前記雰囲気ガスを前記回路基板の上面に吹き付けるための吹出ノズルを備えた吹出パネルと、を備えた熱風吹付機構と、
前記シェル内に外気を流入させることなく循環する前記雰囲気ガスを冷却する冷却機構と、
を備えた冷却機構を備えたリフロー装置である。
前記シェル内の前記回路基板より下側に設置された遠赤外線ヒータと、
前記シェル内の前記回路基板より上側に設置され、前記雰囲気ガスを前記シェル内で循環させる循環ファンと、循環する前記雰囲気ガスを前記回路基板の上面に吹き付けるための吹出ノズルを備えた吹出パネルと、を備えた熱風吹付機構と、
前記シェル内に外気を流入させることなく循環する前記雰囲気ガスを冷却する冷却機構と、
を備えた冷却機構を備えたリフロー装置である。
本発明の冷却機構を備えたリフロー装置の他の態様は、前記冷却機構が、前記シェルの外面に外気を吹き付けて、循環する前記雰囲気ガスを冷却する冷却機構を備えたリフロー装置である。
本発明の冷却機構を備えたリフロー装置の他の態様は、前記吹出パネルの前記回路基板の上面と対向する面が、遠赤外線に対して高い反射率を有している冷却機構を備えたリフロー装置である。
本発明の冷却機構を備えたリフロー装置の他の態様は、 前記熱風吹付機構が、更に、循環する前記雰囲気ガスを加熱するヒータを備えた冷却機構を備えたリフロー装置である。
本発明の冷却機構を備えたリフロー装置の他の態様は、前記吹出ノズルから吹き出される前記雰囲気ガスのガス温度を計測するガス温度センサと、
前記遠赤外線ヒータのヒータ温度を計測するヒータ温度センサと、
前記ガス温度センサと前記ヒータ温度センサの計測データに基づいて、前記ガス温度と前記ヒータ温度が所定値となるように制御する制御装置と、
を備えた冷却機構を備えたリフロー装置である。
前記遠赤外線ヒータのヒータ温度を計測するヒータ温度センサと、
前記ガス温度センサと前記ヒータ温度センサの計測データに基づいて、前記ガス温度と前記ヒータ温度が所定値となるように制御する制御装置と、
を備えた冷却機構を備えたリフロー装置である。
本発明の冷却機構を備えたリフロー装置の他の態様は、前記電子部品の温度が前記電子部品の耐熱温度を下回り、且つ、前記電子部品と前記回路基板の間に設置された半田の温度が前記半田の溶融温度を上回るように、前記所定値を定める冷却機構を備えたリフロー装置である。
本発明のリフロー装置を用いたリフロー炉の第1の態様は、少なくとも1基の上記の冷却機構を備えたリフロー装置と、少なくとも1基の冷却機構を備えていない他のリフロー装置が連結され、雰囲気ガスが充填されたシール構造の炉体と、
前記炉体の中を、電子部品が搭載された回路基板を搬送する搬送装置と、
を備え、
雰囲気ガスの中で、前記回路基板を搬送しながら、加熱して半田付けを行うリフロー炉である。
前記炉体の中を、電子部品が搭載された回路基板を搬送する搬送装置と、
を備え、
雰囲気ガスの中で、前記回路基板を搬送しながら、加熱して半田付けを行うリフロー炉である。
本発明の冷却機構を備えたリフロー装置、及び、このリフロー炉を用いたリフロー炉によれば、回路基板上に搭載した電子部品の温度をその耐熱温度を下回る温度に保ったまま、回路基板と電子機器の間の半田の温度をその溶融温度より高い温度に加熱して半田付けを行うことができる。従って、電子部品の信頼性を損なうことなく、回路基板の半田付けを行うことができる。
本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
(リフロー炉)
図1に、本発明の冷却機構を備えたリフロー装置を用いたリフロー炉の1つの実施形態を示す。電子部品を登載した回路基板は、搬送装置によって、リフロー炉の内部を矢印Aの方向へ水平に搬送される。リフロー炉は、9基のリフロー装置からなる9ゾーンの加熱帯と、2基のリフロー装置からなる2ゾーンの冷却帯から構成される。各リフロー装置は一体となって1つのリフロー炉の炉体を構成している。この炉体はシール構造になっており、内部に窒素等の雰囲気ガスが充填されている。
(リフロー炉)
図1に、本発明の冷却機構を備えたリフロー装置を用いたリフロー炉の1つの実施形態を示す。電子部品を登載した回路基板は、搬送装置によって、リフロー炉の内部を矢印Aの方向へ水平に搬送される。リフロー炉は、9基のリフロー装置からなる9ゾーンの加熱帯と、2基のリフロー装置からなる2ゾーンの冷却帯から構成される。各リフロー装置は一体となって1つのリフロー炉の炉体を構成している。この炉体はシール構造になっており、内部に窒素等の雰囲気ガスが充填されている。
回路基板は、上面に鉛フリー半田が印刷されており、その上に電子部品が登載され、本実施形態では、チェーンコンベア方式の搬送装置3よって搬送される。電子部品を載せた回路基板は、加熱帯の1〜6ゾーン中を搬送される間に予熱され、加熱帯の7〜9ゾーン中を搬送される間に、半田が溶融されて半田付けが行われ、冷却帯の1〜2ゾーン中を搬送される間に冷却されて、その後リフロー炉から搬出される。
リフロー炉の入側(図面の左側)の1〜6ゾーンのリフロー装置は、回路基板の上面側と下面側に、熱風を吹き付けて加熱する熱風吹付機構5が備えられている。これらのリフロー装置では、1〜6ゾーンにかけて、徐々に吹き付ける雰囲気ガスの温度が高くなるように、温度制御がなされている。
この1〜6ゾーンのリフロー装置のシェルは、外気によって熱風の温度が下がらないように、外面を断熱材で覆われている。また、これらのリフロー装置では、より多くの輻射熱を吸収するため、熱風吹付機構5の一部である熱風の吹出口を有する吹出パネル(矢印Cで示す部分)の表面を黒色に塗装している。これら1〜6ゾーンの熱風の温度は半田の溶融温度よりも低く、リフロー装置の基本的な構造は、従来のリフロー装置と同様である。
この1〜6ゾーンのリフロー装置のシェルは、外気によって熱風の温度が下がらないように、外面を断熱材で覆われている。また、これらのリフロー装置では、より多くの輻射熱を吸収するため、熱風吹付機構5の一部である熱風の吹出口を有する吹出パネル(矢印Cで示す部分)の表面を黒色に塗装している。これら1〜6ゾーンの熱風の温度は半田の溶融温度よりも低く、リフロー装置の基本的な構造は、従来のリフロー装置と同様である。
入側の1〜6ゾーンで搬送されながら徐々に加熱された回路基板は、7〜9ゾーンで、半田が溶融されて半田付けが行われる。この7〜9ゾーンに、本発明の冷却機構を備えたリフロー装置が用いられる。
加熱帯の7〜9ゾーンで半田付けが行われた後、回路基板は冷却帯の1〜2ゾーンで徐々に温度が下げられ、リフロー炉の出側(図の右側)から搬出される。冷却帯の1ゾーンのリフロー装置の構造は、ほぼ加熱帯の1〜6ゾーンのリフロー装置と同様である。また冷却帯2ゾーンのリフロー装置には、上側にだけ熱風吹付機構5が設置されている。冷却帯のリフロー装置の基本的な構造は、従来のリフロー装置と同様である。
(冷却機構を備えたリフロー装置)
次に、図2を用いて、本発明の冷却機構を備えたリフロー装置の実施形態の説明を行う。図2は、図1の矢印Bで示す加熱帯7ゾーンのリフロー装置の断面を示した図であるが、8ゾーンと9ゾーンのリフロー装置の構造も全く同様である。
次に、図2を用いて、本発明の冷却機構を備えたリフロー装置の実施形態の説明を行う。図2は、図1の矢印Bで示す加熱帯7ゾーンのリフロー装置の断面を示した図であるが、8ゾーンと9ゾーンのリフロー装置の構造も全く同様である。
リフロー装置1は、シール構造のシェル4を備え、内部には雰囲気ガスが充填されている。このシェル4のほぼ中央を、回路基板2が搬送装置3によって、紙面と垂直に搬送される。回路基板2の上側には、熱風を回路基板2の上面に吹き付けて加熱する熱風吹付機構5が備えられ、下側には、遠赤外線ヒータ6が備えられている。この遠赤外線ヒータ6は、回路基板6の下面を加熱するだけでなく、シェル4内の雰囲気ガスも加熱する。
初めに、回路基板2より上側の構造を説明する。
まず、熱風吹付機構5の構成機器を説明する。回路基板2の上側一面に、雰囲気ガス(熱風)の吹出口7と吸込口8を有する吹出パネル9が備えられ、この吹出パネル9によって、シェル4が上下に仕切られている。吹出パネル9の上部には、筒状の吸込口8を介して吹出パネル9と接続された吸込チャンバ10と、更にその上に、ファンモータ12で駆動されてシェル4内の雰囲気ガスを循環させる循環ファン11と、必要に応じて循環される雰囲気ガスを加熱する電熱ヒータ14が設置されている。ファンモータ12は、シェル4の外側(上側)に設置されており、外気が流入しないように、シール装置13を介して、循環ファン11に連結されている。
まず、熱風吹付機構5の構成機器を説明する。回路基板2の上側一面に、雰囲気ガス(熱風)の吹出口7と吸込口8を有する吹出パネル9が備えられ、この吹出パネル9によって、シェル4が上下に仕切られている。吹出パネル9の上部には、筒状の吸込口8を介して吹出パネル9と接続された吸込チャンバ10と、更にその上に、ファンモータ12で駆動されてシェル4内の雰囲気ガスを循環させる循環ファン11と、必要に応じて循環される雰囲気ガスを加熱する電熱ヒータ14が設置されている。ファンモータ12は、シェル4の外側(上側)に設置されており、外気が流入しないように、シール装置13を介して、循環ファン11に連結されている。
本実施形態では、従来のリフロー装置と異なり、シェル4の下面と側面は断熱材22で覆われているが、上面は断熱材に覆われておらず冷却面15となっている。この冷却面15の上方はフード16で覆われ、フード16には、モータ17aで駆動される空冷ファン17と、排気口18が備えられている。
冷却面15、フード16、空冷ファン17、排気口18によって、冷却機構を構成し、空冷ファン17で、冷却面15の外面に外気を吹き付けて、シェル4内を循環する雰囲気ガスを冷却できる。
冷却面15、フード16、空冷ファン17、排気口18によって、冷却機構を構成し、空冷ファン17で、冷却面15の外面に外気を吹き付けて、シェル4内を循環する雰囲気ガスを冷却できる。
次に、シェル4の内の回路基板2から下側を説明すると、遠赤外線ヒータ6が設置されている。遠赤外線ヒータ6は、図3に示すように、アルミニウムでできた箱型のケース6aに、棒状の電熱ヒータ6bが、ケース6aの全面に渡って配置されており、取付部材6cによって、ケース6aに取り付けられている。従って、回路基板2の下面を均一に加熱することができる。また、加熱効果を高めるために、ケース6aの回路基板2の下面と対向する面は黒色に着色されている。
続いて、本実施態様のリフロー装置による回路基板2の加熱の方法を説明する。
シェル4内の吹出パネル9の下側にある雰囲気ガスが、循環ファン11の吸引力で、矢印Dに示すように、吸込口8から吸込チャンバ10へ吸い込まれる。そして、吸い込まれた雰囲気ガスは、熱風ファン11によって、矢印Eに示すように、冷却面15の内面に沿って左右へ流れ、吸込チャンバ10の両脇に吹き出される。このとき、必要に応じて、電熱ヒータ14によって加熱することができる。
シェル4内の吹出パネル9の下側にある雰囲気ガスが、循環ファン11の吸引力で、矢印Dに示すように、吸込口8から吸込チャンバ10へ吸い込まれる。そして、吸い込まれた雰囲気ガスは、熱風ファン11によって、矢印Eに示すように、冷却面15の内面に沿って左右へ流れ、吸込チャンバ10の両脇に吹き出される。このとき、必要に応じて、電熱ヒータ14によって加熱することができる。
次に、雰囲気ガスは、矢印Fに示すように、吹出口5から回路基板2の上面へ吹き付けられて回路基板2を加熱する。吹出パネル9によってシェル4は、完全に仕切られているので、循環ファン11で吹き出された雰囲気ガスは、吹出口7以外に流路はなく、吹出口7から回路基板2の上面へ強く吹き付けることができる。その後、雰囲気ガスは、再び吸込口8から吸い込まれ、同じサイクルを繰り返す。
循環する雰囲気ガスは、遠赤外線ヒータ6の発熱によっても加熱されるので、電熱ヒータ14がオフの状態でも温度が上がりすぎる場合がある。このときには、冷却機構を用いて雰囲気ガスを冷却することができる。
冷却機構では、循環ファン11から吹き出された雰囲気ガスが、冷却面15の内面に沿って流れるときに、冷却ファン17を用いて、冷却面15の外面に外気を吹き付けることによって冷却する。つまり、冷却面15を介して、外気と雰囲気ガスの間で熱交換が行われて、雰囲気ガスが冷却される。
外気を冷却面15に吹き付けることによって、外気を冷却面15に平行に流す場合よりも、大きな抜熱量を得ることができる。吹き付けられた外気は、その後、排気口18からフード16の外へ排気される。
冷却機構では、循環ファン11から吹き出された雰囲気ガスが、冷却面15の内面に沿って流れるときに、冷却ファン17を用いて、冷却面15の外面に外気を吹き付けることによって冷却する。つまり、冷却面15を介して、外気と雰囲気ガスの間で熱交換が行われて、雰囲気ガスが冷却される。
外気を冷却面15に吹き付けることによって、外気を冷却面15に平行に流す場合よりも、大きな抜熱量を得ることができる。吹き付けられた外気は、その後、排気口18からフード16の外へ排気される。
雰囲気ガスの冷却が必要ない場合には、冷却ファン17を止める。また、循環する雰囲気ガスを更に加熱する必要がある場合には、電熱ヒータ14によって過熱することも可能であり、回路基板2に吹き付ける熱風の温度を、幅広く制御することができる。
回路基板2の下面は、下側に設置された遠赤外線ヒータ6によって過熱されるが、吹出口7を有する吹出パネル9も、遠赤外線ヒータ6から輻射熱を受けることになるので、吹出口7から吹き出す雰囲気ガスの温度も上昇することになる。従って、この輻射熱による影響を抑えるために、本実施形態では、吹出パネル9の下面は着色せずに、材料であるアルミニウムの原色のままになっている。これによって、この下面は、遠赤外線に対して高い反射率を有する。
次に、本実施形態の温度制御について説明する。
回路基板2を加熱する雰囲気ガス(熱風)と遠赤外線ヒータ6の温度の制御は、温度センサと制御装置によって行われる。図2において、吹出パネル9の吹出口7の近傍にガス温度センサ20(熱伝対)が取り付けられており、吹出パネル9から吹き出される雰囲気ガスのガス温度を測定して、測定データを制御装置へ送る。また、遠赤外線ヒータ6には、ヒータ温度センサ21(熱伝対)が取り付けられており、このヒータ温度を測定して、測定データを制御装置へ送る。
回路基板2を加熱する雰囲気ガス(熱風)と遠赤外線ヒータ6の温度の制御は、温度センサと制御装置によって行われる。図2において、吹出パネル9の吹出口7の近傍にガス温度センサ20(熱伝対)が取り付けられており、吹出パネル9から吹き出される雰囲気ガスのガス温度を測定して、測定データを制御装置へ送る。また、遠赤外線ヒータ6には、ヒータ温度センサ21(熱伝対)が取り付けられており、このヒータ温度を測定して、測定データを制御装置へ送る。
図2に示すリフロー装置では、溶融温度の高い鉛フリー半田を溶融する必要があり、且つ、電子機器の表面温度が、耐熱温度を超えることがないように温度制御を行う必要がある。
理論解析や実測データの結果から、回路基板2上の半田の温度が、その溶融温度を超えた230℃以上となり、且つ、回路基板上に登載された電子機器の温度が、その耐熱温度を下回る230℃以下となるようにするためには、遠赤外線ヒータ6の温度を400℃前後にして、吹き付ける雰囲気ガス温度を210℃前後にすればよいことが判明している。
理論解析や実測データの結果から、回路基板2上の半田の温度が、その溶融温度を超えた230℃以上となり、且つ、回路基板上に登載された電子機器の温度が、その耐熱温度を下回る230℃以下となるようにするためには、遠赤外線ヒータ6の温度を400℃前後にして、吹き付ける雰囲気ガス温度を210℃前後にすればよいことが判明している。
従来のリフロー炉で、遠赤外線ヒータの温度を400℃に設定して、吹き付ける雰囲気ガス温度を210℃に設定しても、循環する雰囲気ガスを冷却する機構を有さないので、下側の遠赤外線ヒータの影響により、熱風の吹出温度は、240℃を下回らない。また、熱風の温度を210℃に下げるために、遠赤外線ヒータの温度を下げると、今度は回路基板の半田の温度が溶融温度に達しなくなる。
しかし、図2に示す実施形態では、遠赤外線ヒータ6の温度を400℃に設定して、吹出口7からの雰囲気ガスの温度を210℃に設定すると、上述のように、循環する雰囲気ガスを冷却することができて、吹出パネル9の遠赤外線に対する反射率も高いので、遠赤外線ヒータの設定温度を400℃にしたまま、吹出口7からの雰囲気ガスの温度を実際に210℃まで下げることができる。
従って、溶融温度の高い鉛フリー半田を用いても、電子機器の温度をその耐熱温度より低い温度に保ったまま、容易に半田付けを行うことができる。
従って、溶融温度の高い鉛フリー半田を用いても、電子機器の温度をその耐熱温度より低い温度に保ったまま、容易に半田付けを行うことができる。
(試験1)
本発明の冷却機構を備えたリフロー装置の性能を検証するため、本発明の冷却機構を備えたリフロー装置を用いたリフロー炉と、従来型のリフロー炉を用いて温度測定を行い、比較試験を行った。試験では、本発明に係るリフロー装置とリフロー炉として、図1に示すリフロー炉と図2に示すリフロー装置を用いた。
本発明の冷却機構を備えたリフロー装置の性能を検証するため、本発明の冷却機構を備えたリフロー装置を用いたリフロー炉と、従来型のリフロー炉を用いて温度測定を行い、比較試験を行った。試験では、本発明に係るリフロー装置とリフロー炉として、図1に示すリフロー炉と図2に示すリフロー装置を用いた。
また、従来型のリフロー炉としては、加熱帯の7〜9ゾーンを除いて、図1に示すリフロー炉と同一のリフロー炉を用いた。7〜9ゾーンについては、図2に示す本発明に係るリフロー装置の代わりに、図7に示す従来型のリフロー装置を用いて試験を行った。つまり、両リフロー炉は、半田を溶融する7〜9ゾーンのリフロー装置のみ異なるリフロー炉である。7〜9ゾーンのリフロー装置は、共に回路基板の上側に熱風吹付機構を備え、下側に遠赤外線ヒータを備える。しかし、本発明のリフロー装置が有している雰囲気ガスの冷却機構は、従来型には備えられていない。
図4に、比較試験の結果を示す。図4(a)が各ゾーンの温度制御の設定温度を示し、図4(b)が、従来型のリフロー炉の実測温度を示す。また、図4(c)が、本発明のリフロー装置を用いたリフロー炉の実測温度を示す。
各表の上の欄(回路基板の上側)の数値は、すべてのゾーンで吹出口からの雰囲気ガスのガス温度を示し、下の欄(回路基板の下側)の数値は、加熱帯の7〜9ゾーンを除き、吹出口からの雰囲気ガスのガス温度を示す。下の欄の7〜9ゾーンの数値は、遠赤外線ヒータのヒータ温度を示す。
温度測定は、吹出口からの雰囲気ガスの温度については、吹出パネルの吹出ノズルの近傍に取り付けた温度センサ(熱伝対)によって行い、遠赤外線ヒータの温度に関しては、遠赤外線ヒータに取り付けた温度センサ(熱伝対)によって行った。
設定温度は、加熱帯の1〜6ゾーンでは、上欄、下欄共に、ガス温度を120℃から185℃まで徐々に上げていき、7〜9ゾーンでは上欄を210℃(ガス温度)、下欄を400℃(ヒータ温度)に設定している。冷却帯1ゾーンでは、上側、下側共に150℃に設定し、2ゾーンでは制御を行っていない。
試験の結果は、加熱帯の1〜6ゾーンと冷却帯については、従来型も本発明に係るリフロー炉も同様に、設定温度どおりに温度制御がなされた。
しかし、実際に半田付けが行われる加熱帯の7〜9ゾーンについては、従来型のリフロー装置では、吹出ノズルから吹き出される雰囲気ガスの温度を、設定の210℃まで下げることができず、240℃から243℃となった。この場合、回路基板に登載された電子機器の耐熱温度を超えるので、ダメージを与えると考えられる。
しかし、実際に半田付けが行われる加熱帯の7〜9ゾーンについては、従来型のリフロー装置では、吹出ノズルから吹き出される雰囲気ガスの温度を、設定の210℃まで下げることができず、240℃から243℃となった。この場合、回路基板に登載された電子機器の耐熱温度を超えるので、ダメージを与えると考えられる。
一方、本発明のリフロー装置を用いたリフロー炉では、下側の遠赤外線ヒータの温度が400℃を保ったまま、吹出ノズルから吹き出される雰囲気ガスの温度を、210℃の設定温度に対して、設定温度どおりの210℃になった。
従って、本発明の冷却機構を備えたリフロー装置では、従来型では不可能な、遠赤外線ヒータの温度を400℃にして、吹出ノズルからの雰囲気ガスの温度を210℃に制御することが可能であることが実証された。
従って、本発明の冷却機構を備えたリフロー装置では、従来型では不可能な、遠赤外線ヒータの温度を400℃にして、吹出ノズルからの雰囲気ガスの温度を210℃に制御することが可能であることが実証された。
(試験2)
次に、試験1で実証された制御温度において、実際に、回路基板に搭載された電子部品と半田の温度が、所定の温度領域に入っているか否かを検証する試験を行った。電子部品を登載した回路基板を、試験1で用いた従来型と本発明のリフロー装置で加熱して、実際に温度測定を行った。
次に、試験1で実証された制御温度において、実際に、回路基板に搭載された電子部品と半田の温度が、所定の温度領域に入っているか否かを検証する試験を行った。電子部品を登載した回路基板を、試験1で用いた従来型と本発明のリフロー装置で加熱して、実際に温度測定を行った。
図5に示すように、測定に使用した回路基板2は、1.6mmの厚さのガラスエポキシ両面基板であり、その上面に代表的な電子部品であるTQFP25(Thin Quad Flat Package)とBGA26(Ball Grid Alley)を登載した。この場合、上方から高温の雰囲気ガスが吹きつけられて加熱される影響と、下側の回路基板からの熱伝導で加熱される影響を考慮すると、矢印Mで示すTQFP25の表面温度が最も上がりやすく、矢印Nで示すBGA26下のボール半田27の温度が最も上がりにくいと考えられる。従って、このTQFPの表面部分(矢印Mの部分)とBGA下のボール半田部分(矢印Nの部分)に熱伝対を取り付けて温度測定を行った。
測定の結果は、従来型のリフロー装置では、TQFP25の表面温度が250℃に達し、BGA26下のボール半田27の温度は235℃となった。ボール半田27の温度はその溶融温度230℃を上回っており溶融されるが、TQFP25の温度が250℃に達して、その耐熱温度230℃をはるかに越えており、部品の信頼性が損なわれると考えられる。
一方、本発明のリフロー装置においては、TQFP25の表面温度が225℃であり、BGA26下のボール半田27の温度は235℃であった。
ボール半田27の温度はその溶融温度230℃を上回り、TQFP25の温度はその耐熱温度230℃を下回っており、当初の温度目標を達成していることが判明した。従って、本発明の冷却機構を供えたリフロー装置を用いれば、電子部品の信頼性を損なう恐れなく、鉛フリー半田の半田付けを行うことができることが実証された。
ボール半田27の温度はその溶融温度230℃を上回り、TQFP25の温度はその耐熱温度230℃を下回っており、当初の温度目標を達成していることが判明した。従って、本発明の冷却機構を供えたリフロー装置を用いれば、電子部品の信頼性を損なう恐れなく、鉛フリー半田の半田付けを行うことができることが実証された。
(その他の実施形態)
図6に、本発明の冷却機構を備えたリフロー装置の、その他の実施形態を示す。この実施形態では、循環する雰囲気ガスを、空冷ではなく水冷によって冷却している。図6は、図1の矢印Bで示す断面図である。
冷却面15の上部に冷却水の流れる水冷ジャケット30が備えられている。水冷ジャケット30には、入側ポート31と出側ポート32が備えられており、各々のポートには冷却水配管が接続されている。ポンプ等で送られた冷却水が、入側ポート31から水冷ジャケット30に入り、矢印Hに示すように、冷却面15の外面に沿って流れ、出側ポート32から配管へ流れ出す。冷却水が冷却面15の外面に沿って流れる間に、冷却壁15の内面に沿って流れる雰囲気ガスと熱交換を行って冷却を行う。本実施形態では、水冷ジャケット30は高さを低くできるので、コンパクトなリフロー炉が期待できる。
図6に、本発明の冷却機構を備えたリフロー装置の、その他の実施形態を示す。この実施形態では、循環する雰囲気ガスを、空冷ではなく水冷によって冷却している。図6は、図1の矢印Bで示す断面図である。
冷却面15の上部に冷却水の流れる水冷ジャケット30が備えられている。水冷ジャケット30には、入側ポート31と出側ポート32が備えられており、各々のポートには冷却水配管が接続されている。ポンプ等で送られた冷却水が、入側ポート31から水冷ジャケット30に入り、矢印Hに示すように、冷却面15の外面に沿って流れ、出側ポート32から配管へ流れ出す。冷却水が冷却面15の外面に沿って流れる間に、冷却壁15の内面に沿って流れる雰囲気ガスと熱交換を行って冷却を行う。本実施形態では、水冷ジャケット30は高さを低くできるので、コンパクトなリフロー炉が期待できる。
上述の実施形態では、本発明の冷却機構を備えたリフロー装置を、回路基板を搬送させながら半田付けを行うリフロー炉に適用しているが、このリフロー装置を単体で用いて、バッチ式の加熱装置として用いることも可能であるし、又、他の装置と組み合わせることも可能である。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、更に様々な実施形態が考えられる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、更に様々な実施形態が考えられる。
1 リフロー装置
2 回路基板
3 搬送装置
4 シェル
5 熱風吹付機構
6 遠赤外線ヒータ
6a ケース
6b 電熱ヒータ
6c 取付部材
7 吹出口
8 吸込口
9 吹出パネル
10 吸込チャンバ
11 循環ファン
12 ファンモータ
13 シール装置
14 電熱ヒータ
15 冷却面
16 フード
17 空冷ファン
18 排気口
20 ガス温度センサ
21 ヒータ温度センサ
22 断熱材
25 TQFP
26 BGA
27 ボール半田
30 水冷ジャケット
31 入側ポート
32 出側ポート
101 リフロー装置
102 回路基板
103 搬送装置
104 シェル
105 熱風吹付機構
106 遠赤外線ヒータ
107 吹出口
108 吸込口
109 吹出パネル
110 吸込チャンバ
111 循環ファン
112 ファンモータ
113 電熱ヒータ
114 断熱材
2 回路基板
3 搬送装置
4 シェル
5 熱風吹付機構
6 遠赤外線ヒータ
6a ケース
6b 電熱ヒータ
6c 取付部材
7 吹出口
8 吸込口
9 吹出パネル
10 吸込チャンバ
11 循環ファン
12 ファンモータ
13 シール装置
14 電熱ヒータ
15 冷却面
16 フード
17 空冷ファン
18 排気口
20 ガス温度センサ
21 ヒータ温度センサ
22 断熱材
25 TQFP
26 BGA
27 ボール半田
30 水冷ジャケット
31 入側ポート
32 出側ポート
101 リフロー装置
102 回路基板
103 搬送装置
104 シェル
105 熱風吹付機構
106 遠赤外線ヒータ
107 吹出口
108 吸込口
109 吹出パネル
110 吸込チャンバ
111 循環ファン
112 ファンモータ
113 電熱ヒータ
114 断熱材
Claims (7)
- 雰囲気ガスが充填されたシール構造のシェル内で、上面に電子部品が登載された回路基板を加熱するリフロー装置であって、
前記シェル内の前記回路基板より下側に設置された遠赤外線ヒータと、
前記シェル内の前記回路基板より上側に設置され、前記雰囲気ガスを前記シェル内で循環させる循環ファンと、循環する前記雰囲気ガスを前記回路基板の上面に吹き付けるための吹出ノズルを備えた吹出パネルと、を備えた熱風吹付機構と、
前記シェル内に外気を流入させることなく循環する前記雰囲気ガスを冷却する冷却機構と、
を備えた冷却機構を備えたリフロー装置。 - 前記冷却機構が、前記シェルの外面に外気を吹き付けて、循環する前記雰囲気ガスを冷却する請求項1に記載の冷却機構を備えたリフロー装置。
- 前記吹出パネルの前記回路基板の上面と対向する面が、遠赤外線に対して高い反射率を有している請求項1又は2に記載の冷却機構を備えたリフロー装置。
- 前記熱風吹付機構が、更に、循環する前記雰囲気ガスを加熱するヒータを備えた請求項1から3の何れか1項に記載の冷却機構を備えたリフロー装置。
- 前記吹出ノズルから吹き出される前記雰囲気ガスのガス温度を計測するガス温度センサと、
前記遠赤外線ヒータのヒータ温度を計測するヒータ温度センサと、
前記ガス温度センサと前記ヒータ温度センサの計測データに基づいて、前記ガス温度と前記ヒータ温度が所定値となるように制御する制御装置と、
を備えた請求項1から4の何れか1項に記載の冷却機構を備えたリフロー装置。 - 前記電子部品の温度が前記電子部品の耐熱温度を下回り、且つ、前記電子部品と前記回路基板の間に設置された半田の温度が前記半田の溶融温度を上回るように、前記所定値を定める請求項5に記載の冷却機構を備えたリフロー装置。
- 少なくとも1基の請求項1から6の何れか1項に記載の冷却機構を備えたリフロー装置と、少なくとも1基の冷却機構を備えていない他のリフロー装置が連結され、雰囲気ガスが充填されたシール構造の炉体と、
前記炉体の中を、電子部品が搭載された回路基板を搬送する搬送装置と、
を備え、
雰囲気ガスの中で、前記回路基板を搬送しながら、加熱して半田付けを行うリフロー炉。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003310435A JP2005079466A (ja) | 2003-09-02 | 2003-09-02 | 冷却機構を備えたリフロー装置及び該リフロー装置を用いたリフロー炉 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003310435A JP2005079466A (ja) | 2003-09-02 | 2003-09-02 | 冷却機構を備えたリフロー装置及び該リフロー装置を用いたリフロー炉 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005079466A true JP2005079466A (ja) | 2005-03-24 |
Family
ID=34412311
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003310435A Pending JP2005079466A (ja) | 2003-09-02 | 2003-09-02 | 冷却機構を備えたリフロー装置及び該リフロー装置を用いたリフロー炉 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005079466A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009013031A (ja) * | 2007-07-06 | 2009-01-22 | Espec Corp | 板状体冷却装置、熱処理システム |
US20110315746A1 (en) * | 2010-06-28 | 2011-12-29 | Illinois Tool Works Inc. | Compression box for reflow oven heating and related method |
US8940099B2 (en) | 2012-04-02 | 2015-01-27 | Illinois Tool Works Inc. | Reflow oven and methods of treating surfaces of the reflow oven |
US9161459B2 (en) | 2014-02-25 | 2015-10-13 | Illinois Tool Works Inc. | Pre-heater latch and seal mechanism for wave solder machine and related method |
US9170051B2 (en) | 2012-04-02 | 2015-10-27 | Illinois Tool Works Inc. | Reflow oven and methods of treating surfaces of the reflow oven |
US9198300B2 (en) | 2014-01-23 | 2015-11-24 | Illinois Tool Works Inc. | Flux management system and method for a wave solder machine |
CN113878190A (zh) * | 2021-11-22 | 2022-01-04 | 襄阳宏天翼机电有限公司 | 一种线路板焊接用可编程台式回流焊机 |
-
2003
- 2003-09-02 JP JP2003310435A patent/JP2005079466A/ja active Pending
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009013031A (ja) * | 2007-07-06 | 2009-01-22 | Espec Corp | 板状体冷却装置、熱処理システム |
JP4559454B2 (ja) * | 2007-07-06 | 2010-10-06 | エスペック株式会社 | 板状体冷却装置、熱処理システム |
US20110315746A1 (en) * | 2010-06-28 | 2011-12-29 | Illinois Tool Works Inc. | Compression box for reflow oven heating and related method |
US8196799B2 (en) * | 2010-06-28 | 2012-06-12 | Illinois Tool Works Inc. | Compression box for reflow oven heating with a pressurizing plate |
US8348138B2 (en) * | 2010-06-28 | 2013-01-08 | Illinois Tool Works Inc. | Method of reflowing using a compression box with a pressurizing plate |
CN103079739A (zh) * | 2010-06-28 | 2013-05-01 | 伊利诺斯工具制品有限公司 | 用于回流炉加热的压缩室和相关方法 |
US8940099B2 (en) | 2012-04-02 | 2015-01-27 | Illinois Tool Works Inc. | Reflow oven and methods of treating surfaces of the reflow oven |
US9170051B2 (en) | 2012-04-02 | 2015-10-27 | Illinois Tool Works Inc. | Reflow oven and methods of treating surfaces of the reflow oven |
US9662731B2 (en) | 2012-04-02 | 2017-05-30 | Illinois Tool Works Inc. | Reflow oven and methods of treating surfaces of the reflow oven |
US9198300B2 (en) | 2014-01-23 | 2015-11-24 | Illinois Tool Works Inc. | Flux management system and method for a wave solder machine |
US9161459B2 (en) | 2014-02-25 | 2015-10-13 | Illinois Tool Works Inc. | Pre-heater latch and seal mechanism for wave solder machine and related method |
US9427819B2 (en) | 2014-02-25 | 2016-08-30 | Illinois Tool Works Inc. | Pre-heater latch and seal mechanism for wave solder machine and related method |
CN113878190A (zh) * | 2021-11-22 | 2022-01-04 | 襄阳宏天翼机电有限公司 | 一种线路板焊接用可编程台式回流焊机 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4319647B2 (ja) | リフロー炉 | |
KR100524841B1 (ko) | 리플로우방법 및 리플로우장치 | |
KR19990014260A (ko) | 리플로납땜방법 및 리플로노 | |
KR20090005488A (ko) | 리플로우 장치 및 방법 | |
JP4602536B2 (ja) | リフローはんだ付け装置 | |
WO2005065876A1 (ja) | リフロー炉および熱風吹き出し型ヒーター | |
JP2005079466A (ja) | 冷却機構を備えたリフロー装置及び該リフロー装置を用いたリフロー炉 | |
JP5264079B2 (ja) | 加熱装置 | |
JP2009277786A (ja) | リフローはんだ付け装置 | |
JPH1093232A (ja) | リフローはんだ付け装置 | |
JP2006156487A (ja) | リフロー炉窒素ガス消費量の低減化装置とその方法 | |
JP2001326455A (ja) | リフロー方法及びリフロー装置 | |
JP6502909B2 (ja) | リフロー装置 | |
JP3153883B2 (ja) | リフロー炉および熱風吹き出しヒーター | |
JP4957797B2 (ja) | 加熱炉 | |
JP2004358542A (ja) | リフロー炉およびリフロー炉の温度制御方法 | |
JP2001320163A (ja) | リフロー装置およびその基板加熱方法 | |
JP2005175286A (ja) | 回路基板の加熱装置、加熱方法及び該加熱装置を備えたリフロー炉 | |
JP3495207B2 (ja) | リフローはんだ付け装置 | |
JP4368672B2 (ja) | 回路基板の加熱装置と加熱方法及び該加熱装置を備えたリフロー炉 | |
JPH11298135A (ja) | はんだ付け用加熱炉 | |
JP2001308511A (ja) | リフローはんだ付け方法およびその装置 | |
JPH10200253A (ja) | リフロー炉 | |
JP7502358B2 (ja) | 搬送加熱装置 | |
JP2008249246A (ja) | 熱風循環・近赤外線加熱併用式連続炉 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060724 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20081022 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090602 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20091013 |