JP2005515078A - フラックス回収方法およびシステム - Google Patents

Abstract

リフローはんだ付け炉の気体から気化したフラックスを濾過するためのフラックス管理システムおよび方法が提供される。フラックス管理システムは、気体が通過する、冷却媒体を有する冷却チャンバを含む。気化したフラックスは冷却チャンバの表面上に凝結して回収皿内へと滴り落ち、それにより、それが炉を通過する回路基板上に滴り落ちることが防止される。フラックス管理システムは、ソレノイドバルブを通して冷却チャンバに入るようにされた圧縮気体を含む自浄特徴をさらに含んでいてもよい。圧縮気体は次に、冷却チャンバの温度を上昇させるヒータを通って方向づけられてもよく、それによりフラックスの粘度が下がって、それは排出チューブ内を自由に流れるようになる。フラックスは次に、重力により、回収容器へ運ばれてもよい。

Description

発明の分野
この発明は一般に、リフローはんだ付け炉に向けられており、より特定的には、炉雰囲気からフラックスを除去するためのリフローはんだ付け炉フラックス回収システムおよび方法に向けられている。

発明の背景
リフローはんだ付け炉は、表面実装技術を採用しているプリント回路基板の生産に使用される。あるリフローはんだ付け炉が、米国特許第５，９９３，５００号「フラックス管理システム」（Flux Management System）に記載されており、ここに引用により援用される。通常、リフローはんだ付け炉内では、はんだ付けされるべき製品が加熱ゾーンを通過して冷却ゾーンへ通る。加熱ゾーンは、一般に予熱ゾーン、浸漬ゾーン、およびスパイクゾーンに細分される、多数の異なるゾーンに分けられている。予熱ゾーンおよび浸漬ゾーンで製品は加熱され、フラックスの揮発性成分がまわりの気体雰囲気に気化する。スパイクゾーンは、予熱ゾーンおよび浸漬ゾーンよりも高温であり、はんだはスパイクゾーンで溶融する。リフローはんだ炉は多くの加熱ゾーンを有していてもよく、これらの加熱ゾーンは、はんだ付けされるべき製品に依存して変更可能である。異なる製品は異なる熱プロファイルを必要とし、はんだ炉は、たとえば、１０の加熱ゾーンを有するマシンが、ある種の回路基板については、１つの予熱ゾーン、引き続いて７つの浸漬ゾーンおよび２つのスパイクゾーンを有し、異なる種類の基板については、３つの予熱ゾーン、６つの浸漬ゾーンおよび１つのスパイクゾーンを有するよう、順応性があるものでなければならない。冷却ゾーンが加熱ゾーンに続き、基板上のはんだを凝固させるために使用される。

生産中、フラックス、接着剤、結合剤、および他の成分が混合されたはんだ粒子を含むぺーストが、プリント回路基板の選択された区域に塗布される。塗布されたはんだぺーストに電子部品が押しつけられ、一方、ぺースト中の接着剤が部品をプリント回路基板に保持する。リフロー炉内のコンベアベルトは、プリント回路基板および部品を、炉内の高温領域を通して搬送し、そこでそれらは、ぺースト中のはんだ粒子を溶かすのに十分な温度まで加熱される。溶けたはんだは、部品およびプリント回路基板上の金属接点を濡らす。はんだぺースト中のフラックスは接点と反応して、酸化物を除去し、濡れを強化する。コンベアベルトは加熱されたプリント回路基板を炉の冷却領域へ動かし、そこで、溶けたはんだは凝固して、完成した電子回路を形成する。

接点とのフラックスの反応は蒸気を発生させる。さらに、炉内の熱は、はんだぺーストの未反応のフラックス、および接着剤、結合剤、ならびに他の成分を気化させる。これらの材料からの蒸気は炉内に蓄積し、数々の問題をもたらす。蒸気が冷却領域に移動すると、蒸気は回路基板上に凝結するおそれがあり、基板を汚染してその後の清掃ステップを必要にする。蒸気は炉内のより低温の表面上にも凝結し、気体オリフィスを詰まらせ、可動部品の動きを悪くし、火災の危険をもたらす。この凝結はまた、回路基板上に滴り落ちるかもしれず、基板を破壊し、またはその後の清掃ステップを必要にする。加えて、凝結した蒸気は、装置に損傷を与え、人に危険をもたらすおそれがある腐食性および毒性の化学物質を含むかもしれない。

リフロー動作によって発生する蒸気を総称してここに「フラックス蒸気」と呼ぶ。フラックス蒸気は、気化したフラックス、はんだぺーストの他の成分からの蒸気、フラックスが加熱された際に放出される反応生成物、および、プリント回路基板および電子部品から
放出される蒸気を含み得ることが理解される。

リフロー炉雰囲気からフラックス蒸気を含む気体を濾過するためのフラックス管理システムの使用は公知である。フラックスを管理するために使用される最も一般的な方法は、リフローはんだ付け炉からの気体を、炉の外部のラジエータタイプのコイル状のまたは曲がりくねった熱交換器を横断して送風することによって、フラックス蒸気を含む気体を凝結させることである。熱交換器内の流体は通常、室温の空気、冷水、または水道水である。この方法は、冷却流体を気体から分離されたままにする。清浄された気体は炉に戻される。

使用される別の方法は、熱交換器を通る気体の一部を再利用して気体を冷却することである。冷却された気体は次に、高温の気体に衝撃を与えるために使用され、フラックス蒸気が外部フィルタ内で凝結して閉じ込められるようにする。

別の方法は、一連の外部遠心送風機に気体を通過させることを伴う。気化したフラックスなどの気体粒子にかかる遠心力により、気体粒子は半径方向に外側へと強いられ、外壁と衝突すると凝結してこぼれ落ちるようになる。

最後に、別の方法は、油浴と濾過媒体の取り合わせとを有する外部容器に気体を通過させ、フラックス粒子を凝結させて回収し、濾過された気体を炉へ戻す。

これらの方法の各々は、ある問題を抱えている。フラックス気体は、一連の凝結温度、粘度、および結晶化または重合の度合いを有する多くの成分の混合物を含む場合があり、そのため、成分を効果的に凝固させることは困難であり得る。さらに、フラックス気体成分の混合物は、ある特定のアセンブリに対してどの種類のはんだぺーストが使用されるかに依存して異なり得る。

凝結したフラックス蒸気の性質を考慮すれば、熱交換器の清掃は困難である。凝結したフラックス蒸気は一般に水溶性ではなく、そのため、それらを除去するには溶剤が必要となる。多くの溶剤は毒性および／または可燃性であり、安全上の問題を作業者に提示する。さらに、溶剤廃棄物の処理は、特にその溶剤廃棄物がさまざまな未知の反応生成物および凝結したフラックス蒸気からの他の化学物質を含む場合、費用が高くつく。

したがって、フラックスをシステムから除去しつつ、フラックスがプリント製品上に滴り落ちることを防止する、または最小限に抑えるフラックス管理システムを提供することが望ましい。また、関連するリフロー炉のための保守用ダウンタイムが短い、または最小限に抑えられた状態で清掃可能なフラックス管理システムを提供することも望ましい。

発明の概要
この発明の一実施例では、気体の供給からある量の汚染物質を除去するための冷却チャンバを有するリフローはんだ炉が提供される。この実施例では、冷却チャンバは、気体の供給を受けるための取り入れ口と、冷却媒体を含み、気体と熱連通して気体を冷却する熱交換器と、熱交換器が気体を冷却する際に形成される汚染物質を回収するための回収皿と、回収皿に作動的に接続されて汚染物質を排出する排出管とを含む。

この発明の別の実施例では、リフロー炉用濾過装置が提供される。この装置は、ある量の気体を、その気体からある量のフラックスが凝結するように冷却する冷却チャンバと、処理気体から凝結した前記量のフラックスを回収するための回収皿と、フラックスと熱連
通し、冷却チャンバが清掃されるようにフラックスを加熱してその粘度を下げるヒータとを含む。

この発明のさらに別の実施例では、リフロー炉用濾過装置が提供され、それは、気体の供給からある量のフラックスと他の汚染物質とを除去するためのチャンバと、
リフロー炉から前記量のフラックスおよびまたは他の汚染物質を除去するための自浄手段とを含む。

この発明のさらに別の実施例では、気体の供給からある量のフラックスを除去するための方法が提供される。この方法は、気体の供給を冷却チャンバに通過させるステップを含み、気体からある量のフラックスが凝結され、前記方法はさらに、前記量の凝結されたフラックスを回収容器に回収するステップと、気体の加熱された供給を導入して、気体と相互に作用してその粘度を下げるステップとを含む。

この発明の実施例の一利点は、炉の動作を止める必要なく、リフロー炉から汚染物質を除去することができることを含んでおり、リフロー炉の効率および保守費用を高める。

この発明をより良く理解するために、ここに引用により援用される図面を参照する。

詳細な説明
例示のため、この発明をここで図１を参照して説明する。図中、リフローはんだ付け炉１０が示されており、それは、２つの予熱ゾーン１１と、引き続いて４つの浸漬ゾーン１２と、引き続いて２つのスパイクゾーン１３とを含む複数の加熱ゾーンを含んでいる。スパイクゾーンの後には２つの冷却ゾーン１４が続いている。第１の冷却ゾーン１４内に組込まれているのがフラックス回収システム１００である。

図２は、図１に示すフラックス回収システム１００の一実施例を示す。システム１００は、冷却チャンバ１０２と、送風機システム１０４と、ラジエータなどの熱交換器１０６と、ヒータアセンブリ１０８と、回収皿１１０と、排出チューブ１１２と、回収容器１１４とを含む。冷却チャンバ１０２は、入口１１６と１つ以上の出口１１８とを有する。送風機システム１０４は、モータ１２０と回転翼１２２とを含む。ヒータアセンブリ１０８は、入来気体ライン１２４と、ヒータ１２６と、１つ以上の排気口１２８、１２９とを含む。

図３は、図１の自浄式フラックス回収システム１００の接続をより詳細に示す。冷却チャンバ１０２は、その外部に接続された、ヒータアセンブリ１０８と送風機システム１０４用のハウジング１３０とを有し得る。冷却チャンバ１０２の下部リップ１３２は、冷却皿１３６のリップ１３４に接続される。冷却チャンバ１０２と冷却皿１３６との間には、熱交換器１０６、回収皿１１０、および冷却拡散器プレート１３８が配置される。排出チューブ１１２が回収皿１１０の孔１４０に接続され、冷却拡散器プレート１３８および冷却皿１３６双方のそれぞれの孔１４２および１４４を通って延びている。

排出チューブ１１２の下端は、回収容器１１４の蓋１４６に接続される。継手１５０およびシリコーンＯリング１５２が、排出チューブ１１２を蓋１４６に固定する。蓋１４６は、好ましくは、容器１１４の上部にねじ込まれる。容器１１４は、瓶、または他のフラックス保持装置であってもよく、使い捨て可能である。

図２および図３を参照すると、炉の冷却ゾーン１４のうちの１つからの、気化したフラックスを含む気体１１５が、入口１１６を通って入り、概して図２に示すような線１１７
に沿って動く。気体１１５は、はんだ表面上での酸化を低減させる、窒素などの不活性ガスであってもよい。モータ１２０および回転翼１２２は、線１１７に沿った気体流を動かす補助をする。気体１１５は、熱交換器１０６を通過するか、またはその近くを通る。熱交換器１０６の冷却媒体は、冷却チャンバ１０２内の表面上に気化したフラックスが凝結するように、気体１１５を冷却する。凝結したフラックス１１９は回収皿１１０内に滴り落ちる。回収皿１１０は、ある角度で傾斜させることが可能であるか、または傾斜した底１４９を有しており、凝結したフラックス１１９が回収皿の表面に沿ってより容易に流れるようになっている。凝結したフラックス１１９は排出チューブ１１２を下降して、回収容器１１４に滴り落ちる。

この発明の一実施例では、自浄式フラックス回収システムの冷却チャンバ１０２は、凝結したフラックスが回収皿１１０へ、および排出チューブ１１２を下降してより容易に流れるよう、フラックスの粘度を高める冷却チャンバ１０２内の気体１１５および凝結したフラックス１１９の温度を周期的に上昇させるヒータアセンブリ１０８と熱連通している。

図４は、ヒータアセンブリ１０８をより詳細に示す。ヒータアセンブリ１０８は、ソレノイドバルブ１７０と、圧力調整器１８０と、インラインヒータ１２６と、熱電対１９２と、排出口１２８および１２９とを含む。

ヒータアセンブリ１０８は、冷却チャンバ１０２に、加熱され圧縮された気体の供給を提供し、それは、冷却チャンバ１０２内の気体から回収された、除去されたフラックスおよび汚染物質を加熱するよう作用する。圧縮された気体１６０は、ソレノイドバルブ１７０を通ってヒータアセンブリ１０８に入る。好ましい実施例では、圧縮された気体１６０は窒素であるが、他の圧縮された気体が使用可能である。圧縮された気体１６０はソレノイドバルブ１７０を出て、圧力計１８２と圧力スイッチ１８４とを含む圧力調整器１８０を通過する。圧力調整器１８０を通過後、圧縮された気体１６０はインラインヒータ１２６によって加熱される。圧縮された気体の温度は、熱電対１９２を用いて制御される。加熱され圧縮された気体は、排出口１２８および１２９を通って冷却チャンバ１０２に入る。

加熱された圧縮気体１６０が冷却チャンバ１０２に入ると、それは凝結したフラックス１１９と相互に作用し、それによりその温度が上昇し、このためフラックスおよび他の汚染物質の粘度が下がって、それらが回収皿１１０に流れるようになる。回収皿１１０に回収されたフラックスは、重力により、排出チューブ１１２を通って回収容器１１４へ向けられる。

この発明の一実施例では、ヒータアセンブリ１０８および熱交換器１０６は、ヒータアセンブリの動作と熱交換器の動作とが互いに妨げ合わないよう、異なる時点で動作する。ヒータアセンブリ１０８および熱交換器１０６は、一度にこれらの装置の一方しか動作しないサイクルで動作するよう、手動で、または自動的に設定可能である。たとえば、熱交換器１０６は摂氏４０−５０度で８時間動作可能であり、次にヒータアセンブリが摂氏１５０〜２７５度でその８時間の終わりに２０分間動作可能となって、フラックスを容器１１０から除去する。この発明の別の実施例では、熱交換器１０６は摂氏２００度で８時間動作可能であり、ヒータアセンブリ１０８は摂氏２７５度で２０分間動作可能である。ヒータアセンブリ１０８の動作中、窒素は１５０−３００標準立方フィート／時（ＳＣＦＨ）でヒータアセンブリを通過可能である。

熱交換器１０６による冷却の量および／またはヒータアセンブリ１０８による加熱の量は、フラックス凝結および／または凝結したフラックスの粘度の最適なレベルを得るよう
、コンピュータソフトウェアプログラムによって制御可能である。一実施例では、ソフトウェアプログラムインターフェイススクリーンは、制御セクション、ステータスセクション、設定セクション、および清掃サイクル後のマシン状態セクションを有する。制御セクションは、フラックス回収システム１００を開始させるかまたは開始させるソフトウェアの手動オーバーライドを可能にする。ステータスセクションは、清掃サイクルのステータスを列挙する読出しを有する。設定セクションは、ユーザがヒータアセンブリの効果を最適化できるように、ヒータアセンブリ１０８の加熱サイクル用のパラメータのユーザ入力を可能にする。

ソフトウェアは、ソフトウェアの設定セクションでユーザが特定したコンベア作動時間入力に基づいて、ヒータアセンブリ１０８の加熱サイクルを自動的に開始できる。加熱サイクルを開始するには、熱交換器１０６を通って流れる水がまず止められ、送風機が切られ、圧縮された気体がインラインヒータに出される。ソフトウェアは、ヒータアセンブリ１０８が、ユーザが特定した開始時間でユーザが特定した期間作動するように制御する。ユーザが特定した期間が一旦経過すると、フラックス回収システム１００は、ソフトウェアの清掃サイクル後のマシン状態セクションでのユーザ選択に依存して、加熱サイクルが起動する前の動作の以前の状態に戻るか、または停止する。

この発明の実施例の利点は、炉を清掃のために停止して開けることなく炉内の汚染物質を除去することを可能にする自浄特徴を含んでおり、それは、保守用ダウンタイムの低減を提供し、使用コストを下げる。

この発明の少なくとも１つの例示的な実施例をここに説明してきたが、さまざまな変更、修正および改良が当業者の脳裏に容易に浮かぶであろう。そのような変更、修正および改良は、この発明の範囲および精神の範囲内にあると意図される。したがって、前述の説明は単なる例示であり、限定するよう意図されてはいない。この発明の限度は、特許請求の範囲およびその均等物においてのみ規定される。

フラックス回収システムを有するリフローはんだ付け炉を示す概略図である。 この発明に従った図１のフラックス回収システムの正面断面図である。 図２のフラックス回収システムの構成要素の正面投影分解図である。 図３に示すヒータアセンブリの構成要素の正面投影分解図である。

Claims (18)

1. 気体の供給からある量の汚染物質を除去するための冷却チャンバを有するリフローはんだ炉であって、
   プリント回路基板を加熱ゾーンに通して動かすコンベアを含み、加熱ゾーンは気体の供給内に前記量の汚染物質を生成し、前記リフローはんだ炉はさらに、
   冷却チャンバを含み、前記冷却チャンバは、
   気体の供給を受けるための取り入れ口と、
   冷却媒体を有し、取り入れ口と熱連通する熱交換器とを含み、熱交換器は気体を冷却し、前記冷却チャンバはさらに、
   熱交換器より下方に配置され、熱交換器が気体を冷却する際に形成される汚染物質を回収する回収皿と、
   回収皿に作動的に接続されて汚染物質を排出する排出チューブとを含む、リフローはんだ炉。
2. 汚染物質と熱連通し、汚染物質を加熱してその粘度を下げるヒータをさらに含む、請求項１のリフロー炉。
3. リフロー炉用濾過装置であって、
   ある量の気体を、その気体からある量のフラックスが凝結するように冷却する冷却チャンバと、
   処理気体から凝結した前記量のフラックスを回収する回収皿と、
   フラックスと熱連通し、フラックスを加熱してその粘度を下げるヒータとを含む、リフロー炉用濾過装置。
4. 回収皿に作動的に接続された排出チューブをさらに含む、請求項３に記載のリフロー炉用濾過装置。
5. 排出チューブに作動的に接続された回収容器をさらに含む、請求項４に記載のリフロー炉用濾過装置。
6. 冷却チャンバは、前記量の気体を冷却する熱交換器を含む、請求項３に記載のリフロー炉用濾過装置。
7. ソレノイドバルブをさらに含む、請求項６に記載のリフロー炉用濾過装置。
8. リフロー炉用濾過装置であって、
   炉から供給気体を受ける入力を有し、供給気体からある量のフラックスと他の汚染物質とを除去するためのチャンバと、
   チャンバからフラックスを除去するための自浄手段とを含む、リフロー炉用濾過装置。
9. 前記量のフラックスと他の汚染物質とを除去するための自浄手段は、回収皿を含む、請求項８に記載のリフロー炉。
10. フラックスと他の汚染物質とを除去するための自浄手段は、ヒータをさらに含む、請求項９に記載のリフロー炉。
11. フラックスを除去するための自浄手段は、回収皿に連結された使い捨て回収容器をさらに含む、請求項９に記載のリフロー炉。
12. 気体の供給からフラックスを除去するための方法であって、
    気体の供給を冷却チャンバに通過させるステップを含み、気体からある量のフラックスが凝結され、前記方法はさらに、
    前記量の凝結されたフラックスを回収容器に回収するステップと、
    気体の加熱された供給が、気体から凝結されたフラックスと相互に作用して、その粘度を下げるよう、気体の加熱された供給を導入するステップとを含む、方法。
13. 気体から凝結されたフラックスを回収皿に回収するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 気体から凝結されて回収皿に回収されたフラックスを、排出チューブを通して回収容器に通すステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
15. 気体の加熱された供給を導入する前に、冷却チャンバを通る処理ガスの供給を打切るステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
16. リフロー炉内で気体の供給から汚染物質を除去するための自浄式濾過装置であって、
    冷却チャンバを含み、前記冷却チャンバは、
    リフロー炉からの気体と熱連通し、気体を冷却して気体から汚染物質を凝結させる熱交換器と、
    熱交換器より下方に配置され、汚染物質を回収する回収皿と、
    回収皿に作動的に接続されて汚染物質を排出する排出チューブと、
    排出チューブに作動的に接続されて汚染物質を含む容器とを含み、前記装置はさらに、
    汚染物質と熱連通し、汚染物質を加熱してその粘度を下げるヒータを含む、自浄式濾過装置。
17. 汚染物質は凝結したフラックスを含む、請求項１６に記載の自浄式濾過装置。
18. 熱交換器はラジエータである、請求項１７に記載の自浄式濾過装置。

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