JP2005191177A - リフロー半田付け装置 - Google Patents

Abstract

【課題】イソプロピルアルコール等の不純ガスが酸素濃度計に供給されるのを防止したリフロー半田付け装置を提供する。
【解決手段】リフロー半田付け装置は、炉１内の雰囲気ガスの一部が炉外に設けられている酸素濃度計１０に供給されるように構成されている。炉１と酸素濃度計１０との間のガス通路に冷却装置１３を有している。冷却装置１３は、雰囲気ガス中に含まれているフラックスガス、特にイソプロピルアルコール等を冷却して液化するもので、例えば、冷凍機１２による冷却装置１３を使用する。また、前記ガスが冷凍機１２による冷却装置１３に入る前にラジエータ１１で空冷又は水冷されるように構成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、炉内雰囲気の酸素濃度を検出するための酸素濃度計を備えたリフロー半田付け装置に関する。

リフロー半田付け装置は、一般に、半田付け部の酸化を防止するために、炉内には窒素ガス等の不活性ガスが充満されている。電子部品を搭載した基板は、半田付け箇所にペースト状のクリーム半田が塗られており、炉内で高温の半田付け温度まで加熱されて、基板上のクリーム半田が溶融され、半田付けが行われる。

上記半田付け処理において、基板に塗布されたクリーム半田が加熱されると、クリーム半田に含まれているフラックス及びイソプロピルアルコール等がガスとなって蒸発し、窒素ガス等の雰囲気ガス中に混合される。

一方、半田付けの品質を一定に保持するために、炉内は所定の酸素濃度に保持するようにされており、炉内雰囲気の酸素濃度を検出するために酸素濃度計が設けられている（特許文献１参照）。
特開平３−１０１２９６号公報

一般に使用されている酸素濃度計には、ジルコニアと白金の電極が使用されている。白金の電極はイソプロピルアルコール等の不純ガスによって壊れてしまう性質を有している。したがって、酸素濃度計に供給される炉内の雰囲気ガスには、イソプロピルアルコール等の不純ガスが含まれていないことが望まれる。また、ジルコニアセンサは７００℃〜８００℃程度で加熱しているため、イソプロピルアルコール等の不純ガスが混入すると、燃焼し、酸素を消費するため、酸素濃度の指示は低い値になる。したがって、酸素濃度計に供給される炉内の雰囲気ガスには、イソプロピルアルコール等の不純ガスが含まれていないことが望まれる。

本発明が解決しようとする課題は、イソプロピルアルコール等の不純ガスが酸素濃度計に供給されるのを防止したリフロー半田付け装置を提供することである。

上記課題を解決するために本発明は次の解決手段を採る。すなわち、
本発明は、炉内の雰囲気ガスが酸素濃度計に供給されるように構成されているリフロー半田付け装置において、炉と酸素濃度計とを接続するガス通路に冷却装置が設けられていることを特徴とする。

前記冷却装置は、雰囲気ガス中に含まれているフラックスガス、特にイソプロピルアルコール等を冷却して液化するもので、例えば、冷凍機による冷却装置が使用される。

また、前記ガスが冷凍機による冷却装置に入る前に空冷又は水冷ラジエータで冷却されるように構成されることが望ましい。

本発明は以上の構成を有しているため、炉内の雰囲気ガスが酸素濃度計に入る前に冷却され、雰囲気ガス中に含まれているフラックスガス、特にイソプロピルアルコール等が液化除去される。その結果、酸素濃度計がイソプロピルアルコール等によって不具合を生じるのを防止することができる。

以下、本発明の好ましい一実施形態を図面を参照しながら説明する。

リフロー半田付け装置は、図１に示されているように、炉１内に、３個の予熱室２と、１個のリフロー室３と、１個の冷却室４とをコンベヤ５の搬送方向に沿って順に有している。各室２，３，４内には、半田の酸化を防止するために不活性ガス、本実施形態では窒素ガスが供給されており、電子部品を搭載したプリント基板６がコンベヤ５によって各室２，３，４内を順に搬送される。電子部品を搭載したプリント基板６は、半田付け箇所にペースト状のクリーム半田が塗られている。

７は送風機、７Ａは送風機７を駆動するモータ、８はヒータ、９は導風装置である。図５等に示されているように、ヒータ８によって加熱された炉１内の雰囲気ガスは、送風機７の回転軸方向に臨む吸入口７ａから送風機７内に吸入され、送風機７の半径方向に設けられている吐出口７ｂから導風装置９に吐出され、導風装置９に案内されてコンベヤ５上のプリント基板６に吹き付けられる。したがって、電子部品を搭載したプリント基板６はコンベヤ５で搬送されながら、予熱室２で所定の温度に予熱された後、リフロー室３でクリーム半田が溶融され、冷却室４で溶融半田が冷却固化されて、電子部品が基板上に半田付けされる。

上記リフロー半田付け装置は、炉１内雰囲気の酸素濃度を検出するための酸素濃度計１０（図２及び図７参照）を備えており、酸素濃度計１０が検出した酸素濃度に応じて、炉１内が所定の酸素濃度になるよう管理されている。

上記酸素濃度計１０は炉１外に設けられており、炉１内の雰囲気ガスの一部が酸素濃度計１０に供給されるように構成されている。本発明においては、図２に示されているように、酸素濃度計１０に供給される炉１内の雰囲気ガスは、酸素濃度計１０に入る前に、ラジエータ１１で空冷され、更に、冷凍機１２による冷却装置１３（３４は冷却槽）によって冷却されることにより、ガス中に含まれているフラックスガス、特にイソプロピルアルコール等が液化して除去されるように構成されている。

上記ラジエータ１１は、本実施形態においては、フラックス除去装置１４（図３及び図４参照）が備えるラジエータ１１を使用している。以下、これについて説明する。

リフロー半田付け装置は、図３及び図４に示されているように、炉１内の雰囲気ガス中に含まれているフラックスガスを除去するフラックス除去装置１４を炉１外に備えている。フラックス除去装置１４は、炉１内の雰囲気ガス中に含まれているフラックスガスをラジエータ１１（図６参照）で冷却して液化する。ラジエータ１１は、上下左右に複数本、互いに間隔をおいて水平に配置された冷却パイプ１５を有している。冷却パイプ１５には冷却フィン（図示せず）が固定されている。ラジエータ１１の前面側で、冷却パイプ１５の長手方向両端部側に外部空気の取入口１６がそれぞれ設けられており、これらの取入口１６に装着された送風機（図示せず）によって外部空気が取り入れられる。取入口１６から流入した外部空気は、冷却パイプ１５の長手方向両端部に設けられている流入ケース１７内に入り、流入ケース１７から各冷却パイプ１５内に流入する。冷却パイプ１５内を長手方向の中央部に向かって流れた外部空気は、冷却パイプ１５の長手方向中央部に設けられている流出ケース１８に入り、流出ケース１８を通って、ラジエータ１１の前面側に設けられ、上部に開口している排出口１９から排出されるように構成されている。ラジエータ１１は、上下が開放されており、後述するように、炉１内の雰囲気ガスがラジエータ１１を下方から上方に流れる間に、フラックスガスが冷却液化され、フラックスガスが除去される。

ラジエータ１１は、フラックス除去装置１４の本体ケース２０内に収納される。フラックス除去装置１４の本体ケース２０は、直方体形状の箱型ケースで、ラジエータ１１を出し入れする開口を前面に有し、この開口を通じてラジエータ１１は本体ケース２０に対して脱着自在とされ、ラジエータ１１が本体ケース２０に装着された状態でラジエータ１１は本体ケース２０に密閉されるようになっている。２１は、本体ケース２０内の後方部に設けられている仕切り壁である。この仕切り壁２１は、本体ケース２０の上面から下方に延び、本体ケース２０の下面よりも少し上方位置まで縦に延びている。ラジエータ１１が本体ケース２０内に収納されたとき、ラジエータ１１と本体ケース２０の下面との間には空間部２２が設けられるようにされており、炉１内の雰囲気ガスが仕切り壁２１の後方の空間部２３を下方に流れて、前記ラジエータ１１の下方の空間部２２に流入し、ラジエータ１１内を上方に流れて行くようにされている。

フラックス除去装置１４は、炉１内の雰囲気ガスの取込用ダクト２４及び出口用ダクト２５を備えており、これらのダクト２４，２５で炉１と接続されている。すなわち、取込用ダクト２４は、フラックス除去装置１４の本体ケース２０の後部壁から延びて、炉１の３番目の予熱室２の側壁に接続されており、３番目の予熱室２とフラックス除去装置１４の本体ケース２０内の後部空間部２３とが連通されている。出口用ダクト２５は、フラックス除去装置１４の本体ケース２０の測部壁から延び、炉１の１番目の予熱室２の側壁に接続されており、１番目の予熱室２とフラックス除去装置１４の本体ケース２０内の導風ダクト２６とが連通されている。２７はフラックス除去装置１４の本体ケース２０内の上部に設置されている送風機で、下面に吸込口を有しており、吸込口から吸入されたガスは、送風機ケース２７ａに接続されている導風ダクト２６を通じて出口用ダクト２５に流出する。

したがって、送風機２７がモータ２８によって回転されると、炉１の３番目の予熱室２内のフラックスガスを含んだ雰囲気ガスが、取込用ダクト２４を通じてフラックス除去装置１４の本体ケース２０内の後部空間部２３に取り込まれ、この空間部２３を下方に流れて、ラジエータ１１の下方の空間部２２に流入し、ラジエータ１１内を上方に流れて行く間に雰囲気ガス中のフラックスガスが冷却液化され、フラックスガスが除去された雰囲気ガスが送風機２７に吸入され、導風ダクト２６を通って出口用ダクト２５に流出し、出口用ダクト２５から炉１の１番目の予熱室２に流入される。

そして、本発明においては、炉１内から酸素濃度計１０に供給される雰囲気ガスが、フラックス除去装置１４のラジエータ１１を通って冷却されるように構成されている。以下、この機構を図３〜図６に基づいて説明する。

ラジエータ１１における複数本の冷却パイプ１５の中で、他の冷却パイプ１５よりも少し大きい径を有している冷却パイプ１５が存在している。この径の大きい冷却パイプ１５内と、この冷却パイプ１５の長手方向中央部に配置されている流出ケース１８内を、酸素濃度検出用の雰囲気ガスが通る冷却パイプ２９が貫通している。この冷却パイプ２９は、外部空気用冷却パイプ１５の長手方向両端部に設けられている流入ケース１７内を通り、本体ケース２０の後部壁を貫通して本体ケース２０後面から突出している。炉１内の雰囲気ガスは冷却パイプ２９内を通過する間に、この冷却パイプ２９と外側の外部空気用冷却パイプ１５との間の隙間を流れる外部空気によって冷却されるように構成されている。

冷却パイプ２９の一方の突出端は、ホース３０を介して、炉１の側壁部に設けられているガス取込管３１に接続している。ガス取込管３１は、炉１のリフロー室３の側壁部を貫通して、両端が炉１の内外に臨んでいる。リフロー室３内の導風装置９における送風機７の圧力の高い吐出口７ｂの近傍に、導風装置９に連通接続する導風ダクト３２が設けられている。この導風ダクト３２は、酸素濃度検出用の雰囲気ガスを酸素濃度計１０に供給するためのダクトで、導風ダクト３２内に上記ガス取込管３１の端部が臨んでいる。また、冷却パイプ２９のもう一方の突出端は、ホース３３を介して、冷凍機１２による冷却装置１３の冷却槽３４に装着された回収容器３５の取付口に接続されている。

次に、冷凍機１２による冷却装置１３について図２及び図７により説明する。冷凍機１２による冷却装置１３の冷却槽３４は、六面で囲まれた四角い箱型の槽で、対向する二面間に円筒体３６が貫通して固定されており、円筒体３６の両端は開口している。冷凍機１２の冷却部である冷媒管３７が冷却槽３４の壁部を貫通して冷却槽３４内に配置され、冷却槽３４内では、円筒体３６の外周を螺旋状に巻くようにして配置されている。冷却槽３４には油３８が充填されており、温度センサ３９が挿入されている。冷却槽３４内の油３８は、温度センサ３９の検出温度に基づいて制御手段４０により冷凍機１２がオン・オフ制御されることにより、所定の低温度、特に回収容器３５内を流れるガス中に含まれているイソプロピルアルコール等を効果的に冷却液化できる低温度に保持されるように構成されている。冷却槽３４の周壁部は断熱材を有して断熱壁とされており、また、冷却槽３４外の冷媒管３７も断熱材４１で被覆されている。

冷却槽３４の円筒体３６には円筒状の回収容器３５が挿入されている。回収容器３５は外周にシリコングリースが塗布されて円筒体３６と密着しており、円筒体３６との熱伝達を良好にしている。回収容器３５の一方の端部の取付口は前述の通り、ラジエータ１１側のホース３３が接続されており、もう一方の端部の取付口はホース４２等を介して酸素濃度計１０に連通接続されている。なお、通路の途中にはヤシガラ等の吸着体を適宜介在させるのが好ましい。

以下、上記リフロー半田付け装置の動作を説明する。

電子部品を搭載したプリント基板６は、コンベヤ５によって炉１内を搬送されながら、プリント基板６上のクリーム半田が、加熱された雰囲気ガスによって所定の高温度に予熱室２で予熱され、加熱された雰囲気ガスによってリフロー室３で加熱溶融され、冷却室４で溶融半田が冷却固化されて、電子部品が基板上に半田付けされる。

一方、プリント基板６に塗布されたクリーム半田が予熱室２とリフロー室３で加熱されると、クリーム半田に含まれているフラックス及びイソプロピルアルコール等がガスとなって蒸発し、雰囲気ガス中に混合される。

この雰囲気ガスが、リフロー室３で、送風機７によって導風装置９に吐出されると、その一部は、導風装置９と連通接続している導風ダクト３２に入り、ガス取込管３１、ホース３０を通って、フラックス除去装置１４におけるラジエータ１１に設けられた冷却パイプ２９に流入する。そして、上記ガスは、この冷却パイプ２９を通過する間に、冷却パイプ２９と外側の外部空気用冷却パイプ１５との間の隙間を流れる外部空気により冷却される。

ラジエータ１１で空冷されたガスは、その後、ホース３３を通って冷却槽３４に装着されている回収容器３５に入る。冷却槽３４は冷凍機１２によって低温度に保持されているので、回収容器３５内で、ガス中に含まれているイソプロピルアルコール等が効果的に冷却されて液化する。回収容器３５内でイソプロピルアルコール等を除去されたガスは、その後、酸素濃度計１０に流入し、酸素濃度計１０によって炉１内雰囲気の酸素濃度が検出される。そして、この酸素濃度計１０が検出した酸素濃度に応じて、炉１内が所定の酸素濃度になるよう管理される。なお、回収容器３５は、冷却槽３４に脱着できるので、適宜取り外して内部を清浄にする。

リフロー半田付け装置の炉を示す正面図である。 本発明の一実施形態の構成を示す説明図である。 リフロー半田付け装置の要部平断面図である。 フラックス除去装置部分を示す縦断面図である。 リフロー室の一部を示す縦断面図である。 ラジエータを示す平面図である。 冷凍機による冷却装置部分を示す縦断面図である。

符号の説明

１・・炉、２・・予熱室、３・・リフロー室、４・・冷却室、５・・コンベヤ、６・・プリント基板、７・・送風機、７Ａ・・モータ、７ａ・・吸入口、７ｂ・・吐出口、８・・ヒータ、９・・導風装置、１０・・酸素濃度計、１１・・ラジエータ、１２・・冷凍機、１３・・冷却装置、１４・・フラックス除去装置、１５・・冷却パイプ、１６・・取入口、１７・・流入ケース、１８・・流出ケース、１９・・排出口、２０・・本体ケース、２１・・仕切り壁、２２，２３・・空間部、２４・・取込用ダクト、２５・・出口用ダクト、２６・・導風ダクト、２７・・送風機、２７ａ・・送風機ケース、２８・・モータ、２９・・冷却パイプ、３０，３３，４２・・ホース、３１・・ガス取込管、３２・・導風ダクト、３４・・冷却槽、３５・・回収容器、３６・・円筒体、３７・・冷媒管、３８・・油、３９・・温度センサ、４０・・制御手段、４１・・断熱材。

Claims (3)

1. 炉内の雰囲気ガスが酸素濃度計に供給されるように構成されているリフロー半田付け装置において、炉と酸素濃度計とを接続するガス通路に冷却装置が設けられていることを特徴とするリフロー半田付け装置。
2. 前記冷却装置が冷凍機による冷却装置である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. 前記ガスが冷凍機による冷却装置に入る前に空冷又は水冷ラジエータで冷却されるように構成されていることを特徴とする請求項２記載のリフロー半田付け装置。

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