JP2006156487A - Equipment and method of reducing nitrogen gas consumption of reflow furnace - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主に窒素など不活性ガスの中で電子部品を搭載した回路基板を加熱して、半田付けを行うリフロー炉に関する。 The present invention relates to a reflow furnace for heating and soldering a circuit board on which electronic components are mounted in an inert gas such as nitrogen.
現在、種々の電子部品が回路基板の表面に搭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を製作する方法には、部品を基板に挿入後、裏面を半田槽により半田付けするフロー工程と、クリーム半田を印刷した基板に実装部品を装着し、リフロー炉と呼ばれる加熱装置により基板を加熱してクリーム半田を溶融させるリフロー工程がある。 Currently, an SMD (Surface Mounted Device) in which various electronic components are mounted on the surface of a circuit board and soldered is widely used in electronic devices. This SMD is manufactured by inserting a component into a substrate and then soldering the back surface with a solder bath, mounting the mounted component on a substrate printed with cream solder, and then mounting the substrate with a heating device called a reflow furnace. There is a reflow process in which the cream solder is melted by heating.
クリーム半田とは、回路基板上に実装部品を装着する際に保持する為の材料であり、半田の粒子を溶剤とフラックスと呼ばれる触媒で練ってクリーム状にした半田のことをいう。クリーム半田に含まれるフラックスは、半田溶融後炉内に充満し、これをフラックス回収装置で回収する。 Cream solder is a material for holding a mounting component on a circuit board and refers to solder in which solder particles are kneaded with a solvent and a catalyst called flux to form a cream. The flux contained in the cream solder is filled in the furnace after the solder is melted, and this is recovered by a flux recovery device.
またリフロー炉とは、電子部品が搭載された回路基板を、チェーンコンベアからなる搬送装置により搬送する間に、回路基板に熱風を吹き付け又は赤外線ヒータ等による加熱を行うことによって、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。
以下、半導体基板の加熱装置をリフロー炉又は単に炉と呼ぶ。
Also, the reflow furnace is a method in which the solder is melted by blowing hot air on the circuit board or heating it with an infrared heater or the like while the circuit board on which electronic components are mounted is transported by a transport device comprising a chain conveyor. This is a heating furnace for soldering circuit boards and electronic components.
Hereinafter, the semiconductor substrate heating apparatus is referred to as a reflow furnace or simply a furnace.
リフロー炉には外気の侵入を許す大気炉と、半田のぬれ性(溶融の状態)を良くする為に炉内に窒素ガスを充填して外気の進入を防ぐ窒素炉型リフロー炉がある。本発明の主な実施態様である窒素炉型リフロー炉を例に、背景技術を説明する。以下、外気又は窒素ガスのいずれも含む概念として雰囲気ガスと呼ぶ。 There are two types of reflow furnaces: an atmospheric furnace that allows intrusion of outside air, and a nitrogen furnace type reflow furnace that prevents the ingress of outside air by filling the furnace with nitrogen gas in order to improve the wettability (melting state) of the solder. The background art will be described by taking a nitrogen furnace type reflow furnace as a main embodiment of the present invention as an example. Hereinafter, the concept including atmospheric air or nitrogen gas is referred to as atmospheric gas.
従来技術のリフロー炉の構造について、特許文献1の特開2001−308512号公報の図面を参照しながら説明する。
図8に従来技術の窒素炉型リフロー炉の構造例を示す。このリフロー炉には複数のゾーンが設けられており、図左側の入口から5つが加熱ゾーン(すなわち予熱ゾーン117及びピーク加熱ゾーン123)、出口手前の1ゾーンが冷却ゾーン135となっている。この加熱ゾーン、冷却ゾーンの数はリフロー炉の種類によってそれぞれ異なる。
炉内にはレール間幅が可変な図示しない搬送レールが設けられており、この搬送レール上を複数の回路基板が、順次入口から出口に向かってチェーンコンベアによって炉内を搬送される。回路基板の大きさに応じて、可動レールが幅方向に移動し搬送レール間の幅が調整される。
リフロー炉の入口と出口には、図8に模式的に示されているラビリンスと呼ばれる空気流動防止装置が設けられている。ラビリンスはフィン状の複数の金属板からなり、この金属板の形状により空気の渦流を発生させて外気の侵入を防止している。
The structure of a conventional reflow furnace will be described with reference to the drawings of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-308512 of
FIG. 8 shows a structural example of a conventional nitrogen furnace type reflow furnace. The reflow furnace is provided with a plurality of zones. Five zones from the inlet on the left side of the figure are heating zones (that is, the
A transport rail (not shown) having a variable width between the rails is provided in the furnace, and a plurality of circuit boards are sequentially transported in the furnace by a chain conveyor from the entrance toward the exit. In accordance with the size of the circuit board, the movable rail moves in the width direction and the width between the transport rails is adjusted.
An air flow prevention device called a labyrinth schematically shown in FIG. 8 is provided at the inlet and the outlet of the reflow furnace. The labyrinth is composed of a plurality of fin-shaped metal plates, and the shape of the metal plates generates an air vortex to prevent intrusion of outside air.
加熱ゾーンの内、最初の3ゾーンは余熱ゾーン117と呼ばれ、このゾーンでクリーム半田に含まれているフラックスを十分活性化させる。
その後、半田を溶融させるピーク加熱ゾーン123(以下リフローゾーンと呼ぶ)で回路基板2は所定の温度まで昇温される。半田が溶融されたあと回路基板2は冷却ゾーン135で冷却される。
Among the heating zones, the first three zones are referred to as the
Thereafter, the
炉内温度は予熱ゾーン117からリフローゾーン123にかけて上昇し、リフローゾーンで回路基板2の半田の溶融が行われる。その後冷却ゾーン135で冷やされて出口から搬出される。
リフロー炉の入口と出口には、上述したようにラビリンスと呼ばれる空気流動防止装置が外気のリフロー炉内への侵入を防止している。しかし、搬送レール上を流れる回路基板が次々に入口から搬入されるために、外気の進入を完全に防ぐことは困難である。従って、一般に炉内の窒素ガスの圧力を外気圧より高くして、ラビリンス近傍でのガスの流れが炉内から炉外に向かうように設定されている。
The furnace temperature rises from the
At the inlet and outlet of the reflow furnace, as described above, an air flow prevention device called a labyrinth prevents outside air from entering the reflow furnace. However, since the circuit boards flowing on the transport rail are successively carried in from the entrance, it is difficult to completely prevent the outside air from entering. Therefore, generally, the pressure of nitrogen gas in the furnace is set higher than the external atmospheric pressure, and the gas flow in the vicinity of the labyrinth is set so as to go from the inside of the furnace to the outside of the furnace.
一方、雰囲気ガスとして用いられる窒素ガスは製造コストの一部であり、従って製造コストを下げるためには、この窒素ガスの消費量の低減が求められる。 On the other hand, the nitrogen gas used as the atmospheric gas is a part of the manufacturing cost. Therefore, in order to reduce the manufacturing cost, it is required to reduce the consumption amount of the nitrogen gas.
このリフロー炉の各ゾーンでの加熱方法を図9により説明する。
図9は図8のX―X線に沿った断面図である。回路基板102は、搬送レール103上を紙面に直角、手前方向に搬送される。
モータ109で駆動される循環ファン108により、炉内窒素ガスが上方から吸引されて下方に吹き出される。この吸引の際、窒素ガスはヒータ110により加熱される。加熱された窒素ガスと赤外線ヒータ125により回路基板102が加熱される。
赤外線ヒータ125は、回路基板102の下方にも設けられており、回路基板下部も同時に加熱される。
回路基板を加熱した窒素ガスはヒータ110で加熱された後、循環ファン108により吸引されて再び下方に向かって吹き出される。図示しない封入口から新たな窒素ガスが供給され、炉内の窒素ガスの圧力が一定の値に保たれ、リフロー炉への外気の侵入を防いでいる。
The heating method in each zone of the reflow furnace will be described with reference to FIG.
FIG. 9 is a sectional view taken along line XX in FIG. The
A
The
The nitrogen gas that has heated the circuit board is heated by the
近年、環境調和型製品開発の観点から鉛を含まない半田(以下、鉛フリー半田と呼ぶ)が主流となっている。従来多く使用されていた錫―鉛共晶半田の融点は183℃であるのに対し、鉛フリー半田は融点が220℃前後と高いため、回路基板を加熱する温度は230℃から240℃程度にする必要がある。 In recent years, solder containing no lead (hereinafter referred to as lead-free solder) has become mainstream from the viewpoint of environmentally conscious product development. The melting point of tin-lead eutectic solder, which has been widely used in the past, is 183 ° C, whereas lead-free solder has a high melting point of around 220 ° C, so the circuit board heating temperature is about 230 ° C to 240 ° C. There is a need to.
一方、電子部品の中には耐熱性の低いものがあり、240℃以上に加熱すると損傷を受けてその信頼性が失われる場合がある。
従来の錫―鉛半田では融点が183℃であり、回路基板の耐熱温度限界が240℃であって、その差が約50℃だったものが、鉛フリー半田では、融点が220℃と高くなったにもかかわらず、回路基板の耐熱温度限界は同じく240℃である。従って許容温度差は20℃以下となる。従って、リフロー炉での回路基板を加熱する温度調整が、鉛フリー半田の採用によって更に厳しいものとなっている。
On the other hand, some electronic components have low heat resistance, and when heated to 240 ° C. or higher, they may be damaged and lose their reliability.
Conventional tin-lead solder has a melting point of 183 ° C, and the circuit board has a heat-resistant temperature limit of 240 ° C, and the difference is about 50 ° C. Lead-free solder has a high melting point of 220 ° C. Nevertheless, the heat-resistant temperature limit of the circuit board is also 240 ° C. Therefore, the allowable temperature difference is 20 ° C. or less. Therefore, the temperature adjustment for heating the circuit board in the reflow furnace is more severe due to the use of lead-free solder.
そこで、回路基板の温度制御が難しい赤外線ヒータによる加熱方法を避け、回路基板の上下ともに所定の温度に加熱された熱風により回路基板を加熱する熱風方式が採用されることが多くなっている。一般に、回路基板面に熱風を吹き付けて回路基板を加熱する方式は、衝突噴流式と呼ばれ熱伝達率が高く、加熱能力に優れているという特長がある。
上述したとおり、近年環境調和性のある鉛フリー半田を回路基板に使用することが多くなっている。しかし、鉛フリー半田は融点が高いにもかかわらず、電子部品の耐熱温度が変わらないためにリフロー炉の加熱に厳しい温度コントロールが求められるようになった。その為、熱風と赤外線ヒータなどを併用して回路基板を加熱する従来型のリフロー炉から、もっぱら熱風により回路基板を加熱するタイプのリフロー炉が近年主流となってきている。 As described above, lead-free solder that is environmentally friendly in recent years is increasingly used for circuit boards. However, even though lead-free solder has a high melting point, the heat resistance temperature of electronic components does not change, so strict temperature control is required for reflow furnace heating. For this reason, in recent years, reflow furnaces that heat circuit boards exclusively with hot air have become mainstream from conventional reflow furnaces that heat circuit boards using a combination of hot air and an infrared heater.
一方、半田付けの際の酸化による回路基板の劣化を防ぎ回路基板の高信頼性を確保するために、低酸素濃度での半田付け作業を要求するユーザも増えている。上述したように炉の構造の制約上、炉の入口または出口からの外気の侵入を完全に防げない窒素型リフロー炉においては、炉内の低酸素濃度を実現するためには多量の窒素を絶えず炉内に吹き込むことが必要となるため、製造コストにおいて無視できなくなっている。従って窒素型リフロー炉では、所定の半田溶融温度を低酸素状態で実現し、しかも窒素の消費量を減らす必要があるという課題があった。 On the other hand, in order to prevent deterioration of the circuit board due to oxidation during soldering and to ensure high reliability of the circuit board, an increasing number of users require soldering work at a low oxygen concentration. As described above, in a nitrogen-type reflow furnace that cannot completely prevent outside air from entering or exiting the furnace due to restrictions on the structure of the furnace, a large amount of nitrogen is constantly added to achieve a low oxygen concentration in the furnace. Since it is necessary to blow into the furnace, the production cost cannot be ignored. Therefore, the nitrogen-type reflow furnace has a problem that it is necessary to realize a predetermined solder melting temperature in a low oxygen state and to reduce the consumption of nitrogen.
一般にリフロー炉では、回路基板の移動に伴って入口から出口方向への窒素ガスの流動が生じやすい。その他に回路基板の有無によっても窒素ガスの流れは変化する。この窒素ガスの流れの変動に伴って、炉内には予測不可能な窒素ガスの流動が発生する。この流動により炉入口又は出口から外気が進入して、炉内酸素濃度が上昇する。
これを防止する為には窒素ガスの流量を増やし、炉内ガス圧力を増やす方法がある。しかし、この方法は窒素ガスの消費量の増加につながることになる。
In general, in a reflow furnace, the flow of nitrogen gas from the inlet to the outlet tends to occur as the circuit board moves. In addition, the flow of nitrogen gas varies depending on the presence or absence of a circuit board. As the nitrogen gas flow fluctuates, an unpredictable flow of nitrogen gas occurs in the furnace. With this flow, outside air enters from the furnace inlet or outlet, and the oxygen concentration in the furnace rises.
In order to prevent this, there is a method of increasing the flow rate of nitrogen gas and increasing the gas pressure in the furnace. However, this method leads to an increase in consumption of nitrogen gas.
一方、炉内ガスの流動を打ち消すために炉入側又は出側から窒素ガスを吹き込む方法が考えられる。しかし、鉛フリー半田の採用に伴って、上述したとおり回路基板の上下方向から熱風を吹き付ける構造のリフロー炉が採用され、炉内には定常的に強力な上下方向の窒素ガスの流れが存在する。従って、炉入側又は出側からの窒素ガスの吹込みでは、炉内の窒素ガスの流動を抑えることが困難であった。各ゾーンの上下方向の強力な窒素ガスの流れが、いわゆるエアカーテンの働きをしているためと考えられる。
そこで発明者等は様々な実験、研究を繰り返し、リフロー炉内の窒素ガスの流動を以下に述べる手段で抑止できることを発見した。
On the other hand, in order to cancel out the flow of the gas in the furnace, a method of blowing nitrogen gas from the furnace entrance side or the exit side can be considered. However, with the adoption of lead-free solder, as described above, a reflow furnace having a structure in which hot air is blown from the vertical direction of the circuit board is adopted, and there is a steady and powerful flow of nitrogen gas in the vertical direction in the furnace. . Therefore, it is difficult to suppress the flow of nitrogen gas in the furnace by blowing nitrogen gas from the furnace entrance side or exit side. It is considered that the strong nitrogen gas flow in the vertical direction of each zone functions as a so-called air curtain.
Thus, the inventors have repeatedly conducted various experiments and researches and discovered that the flow of nitrogen gas in the reflow furnace can be suppressed by the means described below.
上記課題を解決するために、発明者等は鋭意研究、実験を重ねた。その結果、リフロー炉内の所定の場所に回路基板の搬送方向と同一又は反対方向に窒素ガスを吹き出す舵取り機構を設けることによって、炉内の窒素ガスの流動を抑え、炉内窒素ガスの静止化が図れ、その結果として所定の酸素濃度を保持するために必要な窒素量を大きく軽減できることを見出した。
また、本舵取り機構により炉内の窒素ガスの流動が抑えられるために、炉の入口/出口でエアカーテン状に上下方向に窒素ガスを吹き出して外気の進入を防止する方法等に比べて、炉内で発生したフラックスの拡散を防止することも可能となることも判明した。フラックスの拡散を防止することにより、炉内装置に付着したフラックスの除去作業が減り、リフロー炉の稼動コストを下げることができる。
In order to solve the above-mentioned problems, the inventors have conducted intensive research and experiments. As a result, by providing a steering mechanism that blows out nitrogen gas in the same or opposite direction to the circuit board transport direction at a predetermined location in the reflow furnace, the flow of nitrogen gas in the furnace is suppressed, and the nitrogen gas in the furnace is made stationary. As a result, the present inventors have found that the amount of nitrogen necessary to maintain a predetermined oxygen concentration can be greatly reduced.
In addition, since the flow of nitrogen gas in the furnace is suppressed by this steering mechanism, compared with the method that prevents the ingress of outside air by blowing out nitrogen gas in the vertical direction of the air curtain at the inlet / outlet of the furnace, etc. It has also been found that it is possible to prevent the diffusion of the flux generated inside. By preventing the diffusion of the flux, the operation of removing the flux adhering to the in-furnace device is reduced, and the operating cost of the reflow furnace can be reduced.
本発明に係るリフロー炉の第1の態様は、搬送装置によって搬送される回路基板を加熱するリフロー炉であって、雰囲気ガスを循環させる循環ファンと、当該雰囲気ガスを加熱するヒータと、当該ヒータによって加熱された前記雰囲気ガスを前記回路基板に吹き付ける吹付ノズルと、前記リフロー炉内の前記雰囲気ガスを吸引する吸込口と、前記回路基板の搬送方向と同一又は逆方向に前記雰囲気ガスを吹き出す舵取り機構を備えることを特徴とするリフロー炉窒素ガス消費量の低減化装置である。 A first aspect of a reflow furnace according to the present invention is a reflow furnace for heating a circuit board transported by a transport device, wherein a circulation fan that circulates atmospheric gas, a heater that heats the atmospheric gas, and the heater A spray nozzle that blows the atmosphere gas heated by the circuit board on the circuit board, a suction port that sucks the atmosphere gas in the reflow furnace, and a steering that blows out the atmosphere gas in the same direction as or in the opposite direction to the transport direction of the circuit board. A reflow furnace nitrogen gas consumption reduction device comprising a mechanism.
本発明に係るリフロー炉の第2の態様は、前記雰囲気ガスが窒素等の不活性ガスであり、前記リフロー炉内に充填されることを特徴とする第1の態様に記載のリフロー炉窒素ガス消費量の低減化装置である。 A second aspect of the reflow furnace according to the present invention is the reflow furnace nitrogen gas according to the first aspect, wherein the atmosphere gas is an inert gas such as nitrogen and is filled in the reflow furnace. This is a device for reducing consumption.
本発明に係るリフロー炉の第3の態様は、前記舵取り装置が前記リフロー炉内の前記予熱ゾーン、前記加熱ゾーン又は前記冷却ゾーン内の1又は複数箇所に、前記吹出ノズルが1又は複数個設けられていることを特徴とする第1又は第2の態様に記載のリフロー炉窒素ガス消費量の低減化装置である。 In a third aspect of the reflow furnace according to the present invention, the steering device is provided with one or a plurality of blowout nozzles at one or a plurality of locations in the preheating zone, the heating zone, or the cooling zone in the reflow furnace. It is the reflow furnace nitrogen gas consumption reduction apparatus as described in the 1st or 2nd aspect characterized by the above-mentioned.
本発明に係るリフロー炉の第4の態様は、前記リフロー炉入側又は出側から当該リフロー炉の中央部に向かって配設された1又は複数の配管に、前記吹出ノズルがそれぞれ1又は複数個付設されていることを特徴とする第1乃至第3のいずれか1つの態様に記載するリフロー炉窒素ガス消費量の低減化装置である。 In a fourth aspect of the reflow furnace according to the present invention, one or a plurality of the blowing nozzles are provided in one or a plurality of pipes arranged from the reflow furnace entry side or the exit side toward the center of the reflow furnace. A reflow furnace nitrogen gas consumption reduction device according to any one of the first to third aspects, wherein the apparatus is provided individually.
本発明に係るリフロー炉の第5の態様は、前記配管が前記リフロー炉の稼動搬送レール及び/又は固定搬送レールに沿って配設されていることを特徴とする第1乃至第4のいずれか1つの態様に記載するリフロー炉窒素ガス消費量の低減化装置である。 In a fifth aspect of the reflow furnace according to the present invention, any one of the first to fourth aspects is characterized in that the pipe is disposed along an operation conveyance rail and / or a fixed conveyance rail of the reflow furnace. It is a reflow furnace nitrogen gas consumption reduction device described in one embodiment.
本発明に係るリフロー炉の第6の態様は、前記吹出ノズルが、U字型形状であって前記配管が前記リフロー炉入側又は出側から前記リフロー炉中央部に向かう方向と逆方向に雰囲気ガスを吹き出す前記吹出ノズルであることを特徴とする第1乃至第5のいずれか1つの態様に記載するリフロー炉窒素ガス消費量の低減化装置である。 A sixth aspect of the reflow furnace according to the present invention is such that the blowout nozzle has a U-shape, and the pipe has an atmosphere in a direction opposite to a direction from the inlet side or outlet side toward the central part of the reflow furnace. The apparatus for reducing nitrogen gas consumption in a reflow furnace according to any one of the first to fifth aspects, which is the blowing nozzle for blowing gas.
本発明に係るリフロー炉の第7の態様は、前記リフロー炉に、更に当該リフロー炉内の温度測定器が1又は複数個設置され、当該測定器の測定温度変化により前記舵取り機構の前記雰囲気ガス吹出方向及び吹出量を制御する装置からなる、第1乃至第6のいずれか1つの態様に記載するリフロー炉窒素ガス消費量の低減化装置である。 In a seventh aspect of the reflow furnace according to the present invention, one or a plurality of temperature measuring devices in the reflow furnace are further installed in the reflow furnace, and the atmospheric gas of the steering mechanism is changed by a change in measured temperature of the measuring device. A reflow furnace nitrogen gas consumption reduction device according to any one of the first to sixth aspects, comprising a device for controlling a blowing direction and a blowing amount.
本発明に係るリフロー炉窒素ガス消費量の低減方法の第8の態様は、搬送装置によって搬送される回路基板を加熱するリフロー炉であって、雰囲気ガスを前記循環ファンにより循環させ、当該雰囲気ガスをヒータにより加熱し、当該ヒータによって加熱された前記雰囲気ガスを前記回路基板に噴出ノズルにより吹き付け、前記リフロー炉内の前記雰囲気ガスを吸込口から吸引し、前記回路基板の搬送方向と同一又は逆方向に、舵取り機構により前記雰囲気ガスの吹出方向、吹出量を変化させることにより、前記リフロー炉内の前記雰囲気ガスの流動を制御することを特徴とするリフロー炉窒素ガス消費量の低減方法である。 An eighth aspect of the method for reducing nitrogen gas consumption of the reflow furnace according to the present invention is a reflow furnace for heating a circuit board transported by a transport device, wherein the atmosphere gas is circulated by the circulation fan, and the atmosphere gas is circulated. The atmosphere gas heated by the heater is blown to the circuit board by a jet nozzle, and the atmosphere gas in the reflow furnace is sucked from the suction port, and is the same as or opposite to the transport direction of the circuit board. The flow rate of the atmosphere gas in the reflow furnace is controlled by changing the blowing direction and the blowing amount of the atmosphere gas by a steering mechanism in a direction. .
本発明に係るリフロー炉窒素ガス消費量の低減方法の第9の態様は、第8の態様に更に、前記リフロー炉内に1又は複数個設置された当該リフロー炉内の温度測定器からの温度変化を基に、前記雰囲気ガスの流動方向を検出し、これを打ち消す方向に前記舵取り機構の前記雰囲気ガス吹出方向及び吹出量を制御することにより、前記リフロー炉内の前記雰囲気ガスの流動を制御することを特徴とするリフロー炉窒素ガス消費量の低減方法である。 The ninth aspect of the method for reducing nitrogen gas consumption of a reflow furnace according to the present invention is the temperature from a temperature measuring device in the reflow furnace provided in the reflow furnace in addition to the eighth aspect. Based on the change, the flow direction of the atmospheric gas in the reflow furnace is controlled by detecting the flow direction of the atmospheric gas and controlling the blowing direction and the blowing amount of the steering mechanism in a direction to cancel the flow direction. This is a method for reducing nitrogen gas consumption of a reflow furnace.
本発明に係るリフロー炉窒素ガス消費量の低減方法の第10の態様は、前記舵取り機構が、前記リフロー炉内の予熱ゾーン、加熱ゾーン又は冷却ゾーン内の1又は複数箇所に、前記吹出ノズルが1又は複数個配設されていることを特徴とするリフロー炉窒素ガス消費量の低減方法である。 According to a tenth aspect of the method for reducing nitrogen gas consumption of the reflow furnace according to the present invention, the steering mechanism is configured such that the blowing nozzle is provided at one or a plurality of locations in a preheating zone, a heating zone, or a cooling zone in the reflow furnace. One or a plurality of the reflow furnaces are provided with a method for reducing nitrogen gas consumption.
本発明に係るリフロー炉窒素ガス消費量の低減方法の第11の態様は、前記吹出ノズルが、前記リフロー炉入側又は出側から当該リフロー炉の中央部に向かって配設された1又は複数の配管にそれぞれ1又は複数個付設されていることを特徴とするリフロー炉窒素ガス消費量の低減方法である。 In an eleventh aspect of the method for reducing nitrogen gas consumption of the reflow furnace according to the present invention, the blowout nozzle is disposed from the inlet side or outlet side of the reflow furnace toward the central portion of the reflow furnace. One or more pipes are attached to each of the pipes, and the method for reducing nitrogen gas consumption in the reflow furnace.
本発明に係るリフロー炉窒素ガス消費量の低減方法の第12の態様は、前記配管が、前記リフロー炉の稼動搬送レールおよび/又は固定搬送レールに沿って配管されていることを特徴とするリフロー炉窒素ガス消費量の低減方法である。 A twelfth aspect of the method for reducing nitrogen gas consumption of a reflow furnace according to the present invention is characterized in that the pipe is piped along an operation conveyance rail and / or a fixed conveyance rail of the reflow furnace. This is a method for reducing furnace nitrogen gas consumption.
本発明に係るリフロー炉窒素ガス消費量の低減方法の第13の態様は、前記吹出ノズルが、U字型形状であって前記配管が前記リフロー炉入側又は出側から前記リフロー炉中央部に向かう方向と逆方向に雰囲気ガスを吹き出すことを特徴とするリフロー炉窒素ガス消費量の低減方法である。 In a thirteenth aspect of the method for reducing nitrogen gas consumption of the reflow furnace according to the present invention, the blowout nozzle has a U-shape, and the pipe extends from the reflow furnace entry side or exit side to the reflow furnace center. A method of reducing nitrogen gas consumption in a reflow furnace, characterized in that atmospheric gas is blown out in a direction opposite to the direction of heading.
炉内の所定の場所に設けられた吹出ノズルから吹き出されるわずかな量の窒素ガスによって、炉内の窒素ガスの流動が制御される。その結果、所定の炉内酸素濃度を保持するために必要な窒素ガスの量を軽減することが可能となり、設備稼働のコストを低減できる。また必要な窒素ガス流量が低減されることにより関連する設備も小さくできる。
また本発明によりリフロー炉内の雰囲気ガスの流動を制御できるために、炉内のフラックスの拡散を防ぐことができる。これによりフラックスが炉内設備に広範に付着することを防止でき、フラックス除去のための設備稼働コストも合わせて低減できる。この効果は窒素型リフロー炉に限らず、大気の侵入を許す大気型リフロー炉でも同様に発揮できる。
The flow of nitrogen gas in the furnace is controlled by a small amount of nitrogen gas blown out from a blowing nozzle provided at a predetermined location in the furnace. As a result, it is possible to reduce the amount of nitrogen gas necessary to maintain a predetermined furnace oxygen concentration, thereby reducing the cost of equipment operation. In addition, the necessary equipment can be reduced by reducing the necessary nitrogen gas flow rate.
Moreover, since the flow of the atmospheric gas in the reflow furnace can be controlled by the present invention, the diffusion of the flux in the furnace can be prevented. Thereby, it is possible to prevent the flux from adhering extensively to the in-furnace facility, and it is possible to reduce the facility operating cost for removing the flux. This effect is not limited to the nitrogen-type reflow furnace, but can be similarly exerted in an atmospheric-type reflow furnace that allows entry of the atmosphere.
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る窒素型リフロー炉の全体構成を表す図である。図1左側に図示する炉の入側から、図示しない搬送ラインに搭載された複数の図示しない回路基板が図の右側の炉出側に向かって矢印Aの方向に搬送される。
入側、出側には上述したラビリンスと呼ばれる空気流動防止装置が設けられている。図1ではその構造が模式的に表されている。このラビリンスにより炉の入側、出側からの外気の侵入を防止している。しかし、搬送ライン上を回路基板が搬入されるために、完全に外気の進入を防止することはできないのは、上記背景技術の説明で説明したとおりである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a nitrogen-type reflow furnace according to the first embodiment of the present invention. From the entrance side of the furnace shown on the left side of FIG. 1, a plurality of circuit boards (not shown) mounted on a transfer line (not shown) are transported in the direction of arrow A toward the furnace exit side on the right side of the figure.
On the entry side and the exit side, the above-described air flow prevention device called a labyrinth is provided. FIG. 1 schematically shows the structure. This labyrinth prevents outside air from entering and exiting the furnace. However, as described above in the background art, it is impossible to completely prevent the outside air from entering because the circuit board is carried on the transfer line.
炉の入側から炉の中央部に向かって伸びているのは、本発明に係る舵取り機構の吹出ノズル用配管である。この配管に1あるいは複数の吹出ノズルが付設され、回路基板の搬送方向と同一あるいは逆方向に窒素ガスを吹き出し、炉内の窒素ガスの流動を制御する構造となっている。 Extending from the entrance side of the furnace toward the center of the furnace is the piping for the blowing nozzle of the steering mechanism according to the present invention. One or a plurality of blowing nozzles are attached to this pipe, and nitrogen gas is blown out in the same direction as or in the opposite direction to the circuit board transport direction to control the flow of nitrogen gas in the furnace.
第1の実施形態による窒素型リフロー炉では、炉の入側から計7ゾーンが加熱ゾーンとなっている。この加熱ゾーンは、最初の4ゾーンが予熱ゾーン、続く3ゾーンがリフローゾーン(ピーク加熱ゾーン)となっている。このリフローゾーンで回路基板のクリーム半田を溶融する。リフローゾーンの後に冷却ゾーンが2つ設けられており、半田溶融後に回路基板を冷却し、炉出側より搬出する。
リフロー炉により、加熱ゾーン、冷却ゾーンの数は異なり、加熱ゾーン中の予熱ゾーン、リフローゾーンの数もそれぞれ異なる。
In the nitrogen-type reflow furnace according to the first embodiment, a total of 7 zones are heating zones from the entrance side of the furnace. In this heating zone, the first 4 zones are preheating zones and the following 3 zones are reflow zones (peak heating zones). In this reflow zone, the circuit board cream solder is melted. Two cooling zones are provided after the reflow zone. After the solder is melted, the circuit board is cooled and carried out from the furnace exit side.
Depending on the reflow furnace, the number of heating zones and cooling zones is different, and the number of preheating zones and reflow zones in the heating zones is also different.
予熱ゾーンを移動中に回路基板は予熱され、上述したようにクリーム半田に含まれているフラックスが活性化される。十分予熱された回路基板はリフローゾーンに移動し、ここで半田溶融に必要な温度まで更に加熱される。
半田が溶融された回路基板は冷却ゾーンで冷却される。冷却された回路基板は炉の出側から搬出される。この出側にも入側と同様にラビリンスが設けられ、外気の侵入を防いでいる。
While moving in the preheating zone, the circuit board is preheated and the flux contained in the cream solder is activated as described above. The fully preheated circuit board moves to the reflow zone where it is further heated to the temperature required for solder melting.
The circuit board in which the solder is melted is cooled in the cooling zone. The cooled circuit board is carried out from the exit side of the furnace. A labyrinth is provided on the exit side in the same manner as the entry side to prevent intrusion of outside air.
次にリフロー炉の熱風加熱方式を図2を用いて説明する。
図2は、図1のB―B線に沿った断面図である。図中、1は炉の外郭構造(シェル)の断面を示す。シェルは図示しない断熱材で覆われている。外気と炉内窒素ガスとの熱交換を防ぐためである。
2は、回路基板である。搬送レール3aおよび3bにより、紙面と直角方向に手前に向かってチェーンコンベアによって移動する。
搬送レールは、固定搬送レール3aと可動搬送レール3bから構成されている。可動搬送レール3bは搬送する回路基板のサイズに従って、幅方向(図2の左右方向)に移動する構造となっている。
5はチャンバーである。回路基板2を加熱した後、循環ファン8によって吸収される窒素ガスと、ヒータ10で加熱された加熱用窒素ガスとを分離するために設けられた囲いである。
11は吹出パネルである。吹出パネルにはヒータ10により加熱された窒素ガスを吹き出す吹付ノズル6が多数設けられている。この吹付ノズル6から加熱された窒素ガスの噴流(E)が回路基板2に衝突することにより回路基板2が加熱される。上述したとおり、本衝突噴流式は熱伝達率が高く、加熱能力に優れているという利点を持つ。
12は、シール装置である。このシール装置12によってリフロー炉への外気の進入を防止している。
15は、本発明に係る吹出ノズルの配管である。本実施形態では上述したとおり炉の入口より炉の中央部に向かって配管され、所定のゾーンで先端に図示しない吹出ノズルが設けられている。
Next, the hot air heating method of the reflow furnace will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. In the figure,
2 is a circuit board. The conveyor rails 3a and 3b are moved by the chain conveyor toward the front in the direction perpendicular to the paper surface.
The conveyance rail includes a fixed
5 is a chamber. This is an enclosure provided to separate the nitrogen gas absorbed by the
15 is the piping of the blowing nozzle according to the present invention. In the present embodiment, as described above, piping is provided from the furnace inlet toward the center of the furnace, and a blowing nozzle (not shown) is provided at the tip of the predetermined zone.
次に、炉内の窒素ガスの動きについて同じく図2を用いて説明する。
モータ9で駆動される循環ファン8により、炉内窒素ガスが下部より吸引され、図中符号Dで示すように循環ファン8の両側から吹き出される。また図示しない窒素ガス封入口より新たな窒素ガスが吹き込まれる。この新たに吹き込まれた窒素ガスと、循環ファン8から吹き出された窒素ガスは電熱ヒータ10により加熱される。
所定の温度に昇温された窒素ガスの流れDは吹付ノズル6から回路基板2に向かって吹き付けられる。Eがこのときの窒素ガスの流れを示す。
上述した窒素ガス吹付装置と同じ構造の装置が、回路基板の下部側にも設けられている。
Next, the movement of nitrogen gas in the furnace will be described with reference to FIG.
The in-furnace nitrogen gas is sucked from the lower part by the
A flow D of nitrogen gas heated to a predetermined temperature is sprayed from the
A device having the same structure as the above-described nitrogen gas spraying device is also provided on the lower side of the circuit board.
回路基板を加熱した窒素ガスは吸引口7から吸引され、循環ファン8により再び循環ファン8の両側に吹き出され、ヒータ10で加熱される。吸引される前の、温度の低下した窒素ガスと循環器から吹き出された高温の窒素ガスはチャンバー5により隔離されている。
The nitrogen gas that has heated the circuit board is sucked from the
図3で、本発明に係る吹出ノズルの配管と吹出ノズルの設置例について説明する。
図中、左側が炉の入口、右側が炉の出口である。入口出口には上述したラビリンスが設けられている。3aおよび3bは図示しない回路基板を入口から出口に向かって搬送する搬送レールである。内3aは固定搬送レールである。
3bは可動搬送レールである。回路基板のサイズに応じて、可動搬送レール3bは図3の上下方向に移動することにより搬送レール間幅が調整される。
図3aは、炉の入口から炉の中央に向かって吹出ノズル用配管15が設置されている例を示す。この例では1本の配管は固定搬送レール3aに沿って配管され、もう1本の配管は可動搬送レール3bに沿って配管されている。すなわち可動搬送レール3bが移動するとこの搬送レール3bに沿って配管された配管も炉内幅方向に移動し、配管の先に付設された吹出ノズルから吹き出される窒素ガスの吹き出し位置も変化する。
With reference to FIG. 3, an example of installation of the nozzle and the nozzle of the blow nozzle according to the present invention will be described.
In the figure, the left side is the furnace inlet, and the right side is the furnace outlet. The labyrinth described above is provided at the entrance and exit.
3b is a movable conveyance rail. Depending on the size of the circuit board, the
FIG. 3a shows an example in which a
一般に、回路基板のサイズによって、また回路基板の有無によって炉内の窒素ガスの流れは変動する。吹付ノズルから吹き出される窒素ガスの流れは回路基板に当たって反射するからである。
回路基板はリフロー炉内の搬送レール上を移動する。回路基板の移動に伴って、リフロー炉内の各ゾーンでは回路基板が存在する場合と存在しない場合がある。
図2で説明したように吹付ノズル6から吹き出される窒素ガスの流れEは、回路基板2がある場合には回路基板で反射されたあと上部吸引口7から吸い込まれ、回路基板がない場合にはそのまま進み、反対側の下部吸引口7に吸い込まれる。このように回路基板2の位置によって炉内の窒素ガスの流れが変化することから、炉内の窒素ガスの流動を抑える吹出ノズルも、搬送レール間幅の違いによって、窒素ガスを吹き出す場所を変化させる必要がある。
In general, the flow of nitrogen gas in the furnace varies depending on the size of the circuit board and the presence or absence of the circuit board. This is because the flow of nitrogen gas blown from the spray nozzle hits the circuit board and is reflected.
The circuit board moves on a transport rail in the reflow furnace. As the circuit board moves, the circuit board may or may not exist in each zone in the reflow furnace.
As described with reference to FIG. 2, the flow E of nitrogen gas blown from the
また、既設のリフロー炉に本発明に係る対吹出ノズルを設ける場合には、固定、又は可動搬送レールに沿って配管する方法は新たな設備を設ける必要がなく、リフロー炉の改修が少なくて済むという利点がある。 In addition, in the case where an anti-blowing nozzle according to the present invention is provided in an existing reflow furnace, a method for piping along a fixed or movable conveyance rail does not require any new equipment, and refurbishment of the reflow furnace can be reduced. There is an advantage.
図3は、本発明に係る吹出ノズルの設置例を示す。
図3(a)は、リフロー炉の入口から炉の中央に向かって吹出ノズル用配管15が設置されている例を示している。同様の構成は、図3(b)に示すように炉の出口から中央に向かって配管することも可能である。
また、配管の先頭に取り付ける吹出ノズルをU字管状として、配管方向とは反対方向に窒素ガスを吹き出すようにすることも可能である。
FIG. 3 shows an installation example of the blowing nozzle according to the present invention.
FIG. 3A shows an example in which a blowing
Moreover, it is also possible to blow out nitrogen gas in the direction opposite to the piping direction by making the blowing nozzle attached to the head of the piping into a U-shaped tube.
通常、この吹出ノズルは予熱ゾーンと加熱ゾーンの境界付近に設けるのがもっとも効果的であるが、炉の構造によっては他の部分に設けることにより更に効果があがることもある。 Usually, it is most effective to provide this blow nozzle near the boundary between the preheating zone and the heating zone, but depending on the structure of the furnace, it may be more effective if it is provided in other parts.
図4に、本発明に係る吹出ノズルの様々な形態を示す。
図4(a)(b)は、配管と同一方向に窒素ガスを吹き出すための吹出ノズルである。炉内の窒素ガスの流動が炉の出側から入側に向かっているリフロー炉で、吹出ノズル用配管を炉の出口から炉の中央部に向かって設置するとき、又は流動が入側から出側に向かっているときに炉の入口から配管するときに有効である。
配管パイプのルートを炉の入口からとするか、出口からとするかは、配管パイプ内を窒素ガスが流れるとき、通過するゾーンによる予熱効果を得るためである。
図4(c)(d)に示すU字管状吹出ノズルは、配管方向と逆方向に窒素ガスを吹き出すときに有効である。炉の入口から炉の中央部に向かって配管15内を窒素ガスが流れ、予熱ゾーン、加熱ゾーンで配管内の窒素ガスが余熱され、リフローゾーンと冷却ゾーンの境で炉の入側に向かって、すなわち配管方向とは逆方向に窒素ガスを吹き出すときなどに適している。
FIG. 4 shows various forms of the blowout nozzle according to the present invention.
4A and 4B are blowout nozzles for blowing out nitrogen gas in the same direction as the piping. In a reflow furnace in which the flow of nitrogen gas in the furnace is directed from the exit side of the furnace to the entry side, when the blow nozzle piping is installed from the exit of the furnace toward the center of the furnace, or the flow is discharged from the entry side. It is effective when piping from the furnace inlet when facing the side.
Whether the route of the piping pipe is from the furnace inlet or the outlet is to obtain a preheating effect due to the passing zone when nitrogen gas flows in the piping pipe.
The U-shaped tubular blowing nozzle shown in FIGS. 4C and 4D is effective when blowing nitrogen gas in the direction opposite to the piping direction. Nitrogen gas flows in the
図5(a)(b)に示す吹出ノズルは、回路基板下方に向かって窒素ガスを吹き出す際に有効である。配管上の制約から、水平方向に窒素ガスを吹き出した場合に窒素ガスが回路基板に当って回路基板を冷却するおそれがあるとき、このタイプのノズルが適している。
図5(c)(d)(e)は、1つの配管に1つのノズルを設けるタイプである。回路基板のサイズに応じて炉内幅方向の窒素ガス吹出量を増減させ又は吹出方向を変更する場合に適している。
配管内に分岐弁を設けて、配管に付設された複数のノズル毎の窒素ガス吹出量、方向をそれぞれ変化させることも可能である。
The blowing nozzles shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b) are effective when blowing nitrogen gas toward the lower side of the circuit board. This type of nozzle is suitable when there is a possibility that the nitrogen gas may hit the circuit board and cool the circuit board when nitrogen gas is blown in the horizontal direction due to restrictions on piping.
5C, 5D, and 5E are types in which one nozzle is provided in one pipe. This is suitable for increasing or decreasing the nitrogen gas blowing amount in the furnace width direction or changing the blowing direction according to the size of the circuit board.
It is also possible to provide a branch valve in the pipe and change the nitrogen gas blowing amount and direction for each of a plurality of nozzles attached to the pipe.
図6(a)は、複数のゾーンで窒素ガスを吹き出すときに有効な配管である。例えば、余熱ゾーンと加熱ゾーンと冷却ゾーンそれぞれの境界部で窒素ガスを吹き出すときなどである。同じく配管内に分岐弁を設けて、配管に付設された複数のノズル毎の窒素ガス吹出量を変化させることも可能である。
以上の配管方法は、特に既設の炉に本発明を追加するときに有効な方法であるが、新設炉でも同じ配管構造にすることができる。
図6(b)は、新設リフロー炉で、あらかじめ複数ゾーン間に吹出ノズル装置を設ける場合の配管例である。
余熱ゾーン、リフローゾーン、冷却ゾーンの各境界に幅方向に3つのノズルをそれぞれ入側方向、出側方向に設けておき、炉内の窒素ガスの流動方向、回路基板のサイズに応じて、それぞれのノズルの吹出量を調節する。
以上説明した配管方法、ノズルの形状は例であり、炉の構造、回路基板のサイズ等により様々な吹出ノズルの適用が考えられる。
FIG. 6A shows piping that is effective when nitrogen gas is blown out in a plurality of zones. For example, when nitrogen gas is blown out at the boundary between the preheating zone, the heating zone, and the cooling zone. Similarly, it is also possible to provide a branch valve in the pipe and change the nitrogen gas blowing amount for each of a plurality of nozzles attached to the pipe.
The above piping method is particularly effective when the present invention is added to an existing furnace, but the same piping structure can be obtained even in a new furnace.
FIG. 6B is an example of piping in a case where a blowing nozzle device is previously provided between a plurality of zones in a newly installed reflow furnace.
Three nozzles are provided in the width direction at the boundary of the residual heat zone, reflow zone, and cooling zone, respectively in the inlet side direction and outlet side direction, depending on the flow direction of nitrogen gas in the furnace and the size of the circuit board, respectively. Adjust the nozzle blowout amount.
The piping method and nozzle shape described above are examples, and various blowout nozzles can be applied depending on the structure of the furnace, the size of the circuit board, and the like.
以上説明したとおり本発明は、主に回路基板の上部と下部をそれぞれ熱風の衝突噴流方式で加熱するリフロー炉において、特にその効果が発揮される。
従来技術として、リフロー炉の入口又は出口から窒素ガスを吹き込み、リフロー炉内の窒素ガスの流動を防止する様々な方法がある。しかし、上述したように各ゾーンで上下方向に強力な窒素ガスの流れが生じている近年主流のリフロー炉では、入口または出口から吹き込まれた窒素ガスは、各ゾーンにおいて上下方向の窒素ガスの流れがいわゆる複数のエアカーテンの役目を果たし、炉の中央部における窒素ガスの流動を制御することはできなかった。
As described above, the present invention is particularly effective in the reflow furnace that mainly heats the upper and lower portions of the circuit board by the hot air impingement jet method.
As conventional techniques, there are various methods for blowing nitrogen gas from the inlet or outlet of a reflow furnace to prevent the flow of nitrogen gas in the reflow furnace. However, as described above, in a recent mainstream reflow furnace where a strong nitrogen gas flow is generated in each zone in the vertical direction, the nitrogen gas blown from the inlet or the outlet flows in each zone in the vertical direction. However, it played the role of so-called multiple air curtains and could not control the flow of nitrogen gas in the center of the furnace.
炉の入口及び出口に炉内ガス流量の計測装置、例えばオリフィス管等を設けて、流動が発生した際には、その流動の方向を打ち消す方向に本発明に係る吹出ノズルにより雰囲気ガスを吹き出すことにより、炉内の流動を制御することができる。また、炉内の流動を制御することにより、フラックスが炉内装置に広範囲に付着することも防止できる。 By providing a furnace gas flow rate measuring device, such as an orifice tube, at the furnace inlet and outlet, when a flow occurs, the atmospheric gas is blown out by the blowing nozzle according to the present invention in a direction to cancel the flow direction. Thus, the flow in the furnace can be controlled. Further, by controlling the flow in the furnace, it is possible to prevent the flux from adhering to the in-furnace apparatus over a wide range.
回路基板の上部に熱風吹付ノズル、回路基板の下部には赤外線ヒータを設けた従来タイプのリフロー炉であっても、本発明に係る吹出ノズルにより炉内の流動を制御することができる。炉内で流動が生じる場所に直接窒素ガスを吹き出すことにより、炉の入口、出口で窒素ガスを吹き込む方法より、効率良く炉内の窒素ガスの流動を制御することができるからである。 Even in a conventional type reflow furnace in which a hot air blowing nozzle is provided above the circuit board and an infrared heater is provided below the circuit board, the flow in the furnace can be controlled by the blowing nozzle according to the present invention. This is because the flow of the nitrogen gas in the furnace can be controlled more efficiently than the method of blowing the nitrogen gas at the entrance and exit of the furnace by blowing the nitrogen gas directly to the place where the flow occurs in the furnace.
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施形態は、炉内複数箇所に温度測定装置(図2の符号16)、例えば熱電対を設置して各ゾーンでの炉内温度を測定する。この炉内温度変化に応じて吹出ノズルからの窒素ガスの吹出方向、吹出し量を制御するリフロー炉である。
(Second Embodiment)
In the second embodiment of the present invention, temperature measuring devices (
図7(a)は炉の入口から出口までの炉内温度分布を示す。縦軸は炉内温度、横軸は炉内ゾーンを示す。
図7に示すリフロー炉では、4つの予熱ゾーン、3つのリフローゾーンそして2つの冷却ゾーンがそれぞれ設けられている。
炉入口での外気温はTaである。4つの予熱ゾーンで順次炉内温度は上昇する。リフローゾーンで更に加熱され、回路基板の表面がクリーム半田の融点Tbを越えるまで昇温される。リフローゾーンで半田の溶融が行われた後、2つの冷却ゾーンで炉内温度は低下する。
FIG. 7A shows the furnace temperature distribution from the furnace inlet to the outlet. The vertical axis represents the furnace temperature, and the horizontal axis represents the furnace zone.
In the reflow furnace shown in FIG. 7, four preheating zones, three reflow zones, and two cooling zones are provided.
The outside air temperature at the furnace entrance is Ta. The furnace temperature rises sequentially in the four preheating zones. Further heating is performed in the reflow zone, and the temperature is increased until the surface of the circuit board exceeds the melting point Tb of the cream solder. After the solder is melted in the reflow zone, the furnace temperature decreases in the two cooling zones.
炉内で窒素ガスの流動が発生すると、それにつれて炉内の温度分布も変化する。図7(b)の点線は、炉の入口から出口に向かって窒素ガスの流動が発生しているときの炉内温度分布を示している。高温のリフローゾーンの窒素ガスがわずかに冷却ゾーンに向かって流動することにより、リフローゾーンの炉温が低下し、冷却ゾーンの炉温が上昇する。
逆に炉の出口から入口に向かって窒素ガスの流動が発生しているときは図7(c)の点線が示す温度分布となる。
As the flow of nitrogen gas occurs in the furnace, the temperature distribution in the furnace changes accordingly. The dotted line in FIG. 7B shows the furnace temperature distribution when nitrogen gas flows from the inlet to the outlet of the furnace. When the nitrogen gas in the high-temperature reflow zone slightly flows toward the cooling zone, the furnace temperature in the reflow zone decreases and the furnace temperature in the cooling zone increases.
Conversely, when a flow of nitrogen gas is generated from the furnace outlet to the inlet, the temperature distribution indicated by the dotted line in FIG.
この温度分布の変化に基づいて炉内の窒素ガスの流れを検出し、上述した本発明に係る吹出ノズルから窒素ガスの流動方向と逆方向に窒素ガスを吹き出すことにより、炉内の窒素ガスの流動を制御することができる。 The flow of the nitrogen gas in the furnace is detected based on the change in the temperature distribution, and the nitrogen gas is blown out from the blowing nozzle according to the present invention in the direction opposite to the flow direction of the nitrogen gas. Flow can be controlled.
炉内温度分布の変更に伴う窒素吹出量の具体的な制御方法は、例えば次の手順による。
1.定期的に炉内複数ゾーンでの炉内温度を測定する。炉内温度測定は例えば熱電対により測定する。各ゾーンに温度計を設置してもよいが、特に予熱ゾーンとリフローゾーンの境界、リフローゾーンと冷却ゾーンの境界での温度変化が大切である。
2.炉内温度が一定値以上に変化したとき、各炉内温度の変化から窒素ガスが炉の入側に向かって流動しているのか、又は出側に向かって流動しているのかを判断する。予熱ゾーンとリフローゾーンとの境界の温度が下がり、リフローゾーンと冷却ゾーンの境界での温度が上がっているときには、炉内に入側から出側に向かっての窒素ガスの流動が発生していることが検出できる。3つあるリフローゾーンの中でもそれぞれの温度変化をもとにゾーン間の窒素ガスの流動を検出できる。
3.吹出ノズルから、炉内窒素ガスの流動方向と反対方向に微量の窒素ガスを吹き出す。
4.以降、上記各位置での炉内温度変化から流動が止まったことが検出できれば、吹出ノズルからの窒素ガス吹き出しを停止する。更に細かく、吹出ノズルからの窒素流出量を制御する方法もある。
The specific control method of the nitrogen blowing amount accompanying the change in the furnace temperature distribution is, for example, according to the following procedure.
1. Periodically measure the furnace temperature in multiple zones in the furnace. For example, the temperature inside the furnace is measured by a thermocouple. A thermometer may be installed in each zone, but temperature changes at the boundary between the preheating zone and the reflow zone and at the boundary between the reflow zone and the cooling zone are particularly important.
2. When the furnace temperature changes to a certain value or more, it is determined whether the nitrogen gas is flowing toward the entrance side or the exit side from the change in each furnace temperature. When the temperature at the boundary between the preheating zone and the reflow zone decreases and the temperature at the boundary between the reflow zone and the cooling zone increases, the flow of nitrogen gas from the inlet side to the outlet side occurs in the furnace. Can be detected. Among the three reflow zones, the flow of nitrogen gas between the zones can be detected based on the respective temperature changes.
3. A small amount of nitrogen gas is blown out from the blowing nozzle in the direction opposite to the flow direction of the nitrogen gas in the furnace.
4). Thereafter, when it is detected from the temperature change in the furnace at each position that the flow has stopped, the blowing of nitrogen gas from the blowing nozzle is stopped. There is also a method of controlling the nitrogen outflow from the blowout nozzle more finely.
(実験結果)
発明者等が行った実験結果を図10に示す。図10は、実際に窒素型リフロー炉を用いて、本願発明に係る舵取り機構の効果を確認した結果である。
本実験に使用した窒素型リフロー炉は12の加熱ゾーン、2の冷却ゾーンを有する、回路基板の上部、下部共に熱風で加熱するタイプのリフロー炉である。
本実験において、炉の出側から炉の中央部に向かって配設した配管の先に炉の入口に向かって窒素ガスを吹き出す吹出ノズルを設けた。この配管は可動搬送レール(図3の符号3b)に沿った形で設置して、搬送レール間幅の変動に対応して窒素ガスを吹き出す位置が変わるようにしたものである。
回路基板のサイズにより、すなわち搬送レール間幅の変動によりどのように炉内酸素濃度が変化するか測定した。
窒素供給元圧0.5MPa、熱風周波数35Hzで窒素流出量を変化させながらその効果を炉内酸素濃度で観測した。その結果、図10に示す結果を得た。
(Experimental result)
The results of experiments conducted by the inventors are shown in FIG. FIG. 10 shows the result of confirming the effect of the steering mechanism according to the present invention using a nitrogen-type reflow furnace.
The nitrogen-type reflow furnace used in this experiment is a type of reflow furnace having 12 heating zones and 2 cooling zones in which the upper and lower portions of the circuit board are heated with hot air.
In this experiment, a blowing nozzle for blowing nitrogen gas toward the furnace inlet was provided at the tip of the pipe arranged from the furnace outlet side toward the furnace center. This pipe is installed along the movable conveyance rail (
It was measured how the oxygen concentration in the furnace changes depending on the size of the circuit board, that is, the fluctuation of the width between the conveyance rails.
While changing the nitrogen outflow with a nitrogen supply source pressure of 0.5 MPa and a hot air frequency of 35 Hz, the effect was observed in the furnace oxygen concentration. As a result, the result shown in FIG. 10 was obtained.
吹出ノズルを使用しない、すなわち吹出ノズルから窒素ガスを吹き出さない状態で、搬送レール幅を100mmから250mmまで変化させて、それぞれの炉内酸素濃度を測定した。この時のリフロー炉内窒素流出量は計200L/分であった。
結果は、いずれの搬送レール幅でも炉内酸素濃度は1000ppm以上であった。具体的な数値は省略している。ちなみに外気の酸素濃度は20万ppmである。
The oxygen concentration in each furnace was measured by changing the width of the conveying rail from 100 mm to 250 mm without using the blowing nozzle, that is, without blowing nitrogen gas from the blowing nozzle. At this time, the outflow amount of nitrogen in the reflow furnace was 200 L / min in total.
As a result, the oxygen concentration in the furnace was 1000 ppm or more regardless of the width of the transport rail. Specific numerical values are omitted. Incidentally, the oxygen concentration in the outside air is 200,000 ppm.
次に、炉内トータル窒素流量は200L/分のままで、本発明に係る吹出ノズルから炉内窒素ガスの流動方向と逆向きに20L/分の窒素を吹き出した。吹出ノズルは、第10ゾーンの入口側に設置した。すなわち半田溶融を行うリフローゾーンの手前(予熱ゾーン側)である。
この場合、各搬送レール幅での炉内酸素濃度は、搬送レール間幅100、150、250mmにおいて、それぞれ炉内酸素濃度の安定値は150、225、215ppmであった(図10参照)。多少のばらつきはあるものの、概ねその値は150ppmから225ppmであった。
炉内窒素流量が同じく200L/分であったときに比べて、吹出ノズルを使用したことにより、1000ppm以上であった炉内酸素濃度が200ppm前後まで下がったことを示している。窒素ガスが吹出ノズルから炉の入側方向に吹き出されたことにより、炉内を入側から出側に向かって流れていた窒素ガスの流動が抑制され、それに伴って炉入口からの外気侵入が防止できて、炉内の低い酸素濃度を実現できたことを示している。
Next, with the total nitrogen flow rate in the furnace kept at 200 L / min, 20 L / min of nitrogen was blown out from the blowing nozzle according to the present invention in the direction opposite to the flow direction of the nitrogen gas in the furnace. The blowing nozzle was installed on the inlet side of the tenth zone. That is, before the reflow zone where the solder is melted (on the preheating zone side).
In this case, the in-furnace oxygen concentration at each conveyance rail width was 150, 225, and 215 ppm, respectively, at conveyance rail widths of 100, 150, and 250 mm (see FIG. 10). Although there was some variation, the value was generally from 150 ppm to 225 ppm.
Compared to the case where the in-furnace nitrogen flow rate was also 200 L / min, the use of the blowout nozzle decreased the in-furnace oxygen concentration, which was 1000 ppm or more, to about 200 ppm. Nitrogen gas was blown out from the blow nozzle toward the entrance side of the furnace, so that the flow of nitrogen gas flowing from the entrance side to the exit side in the furnace was suppressed, and accordingly, intrusion of outside air from the furnace inlet was prevented. This indicates that the low oxygen concentration in the furnace could be realized.
更に、吹出ノズルを使用しないで上記と同程度の炉内酸素濃度を得るために、どれだけの炉内トータル窒素流量が必要であるか実験した。
すなわち、各ゾーンでの新たな窒素吹込量を増やし、リフロー炉内の窒素ガスの圧力を高めることにより外気の侵入を防ぎ、それにともなって炉内の酸素濃度が低下する。
実験の結果、トータル窒素流量を250L/分に増やしたときに、搬送レール間幅100、150、250mmにおいて、それぞれ炉内酸素濃度の安定値は127、214、215ppmであった。多少のばらつきはあるものの、概ねその値は150ppmから225ppmであり(図10参照)、上記とほぼ同等の炉内酸素濃度を得ることができた。
すなわち、本発明の吹出ノズルを使用することにより同等の炉内酸素濃度を得るための窒素流量を250L/分から200L/分に軽減できることが判明した。
Furthermore, in order to obtain the in-furnace oxygen concentration similar to the above without using the blowing nozzle, an experiment was conducted to determine how much the total nitrogen flow rate in the furnace is necessary.
That is, by increasing the amount of new nitrogen blown in each zone and increasing the pressure of nitrogen gas in the reflow furnace, intrusion of outside air is prevented, and the oxygen concentration in the furnace decreases accordingly.
As a result of the experiment, when the total nitrogen flow rate was increased to 250 L / min, the stable values of the in-furnace oxygen concentration were 127, 214, and 215 ppm in the widths of the conveyance rails of 100, 150, and 250 mm, respectively. Although there was some variation, the value was approximately from 150 ppm to 225 ppm (see FIG. 10), and an in-furnace oxygen concentration substantially equal to the above could be obtained.
That is, it was found that the nitrogen flow rate for obtaining an equivalent furnace oxygen concentration can be reduced from 250 L / min to 200 L / min by using the blowout nozzle of the present invention.
この実験結果より、炉内の窒素ガスの流動を打ち消す方向にわずかな量(本実験では20L/分)の窒素ガスを吹出ノズルから吹き出すだけで窒素ガスの流動を抑えることができ、その結果良好な炉内酸素濃度を実現できることが確認できた。 From this experimental result, it is possible to suppress the flow of nitrogen gas just by blowing a small amount of nitrogen gas (20 L / min in this experiment) from the blowing nozzle in the direction to cancel the flow of nitrogen gas in the furnace, and as a result, good It was confirmed that a high furnace oxygen concentration could be realized.
1:シェル(外郭構造)
2:回路基板
3:搬送装置
3a:固定搬送レール
3b:可動搬送レール
4:リフロー炉チャンバー
5:チャンバー
6:吹付ノズル
7:吸込口
8:循環ファン
9:ファンモータ
10:ヒータ
11:吹出パネル
12:シール装置
15:吹出ノズル
16:温度測定器
23:ピーク加熱ゾーン
25:赤外線ヒータ
29:熱風循環器
102:回路基板
103:搬送装置
109:ファンモータ
110:電熱ヒータ
117:予熱ゾーン
119:中間加熱ゾーン
123:ピーク加熱ゾーン
125:赤外線パネルヒータ
129:熱風循環器
135:冷却ゾーン
1: Shell (outer structure)
2: Circuit board 3:
5: Chamber 6: Blowing nozzle 7: Suction port 8: Circulating fan 9: Fan motor 10: Heater 11: Blowing panel 12: Sealing device 15: Blowing nozzle 16: Temperature measuring device 23: Peak heating zone 25: Infrared heater 29: Hot air circulator 102: circuit board 103: transfer device 109: fan motor 110: electric heater 117: preheating zone 119: intermediate heating zone 123: peak heating zone 125: infrared panel heater 129: hot air circulator 135: cooling zone
Claims (13)
雰囲気ガスを循環させる循環ファンと、
当該雰囲気ガスを加熱するヒータと、
当該ヒータによって加熱された前記雰囲気ガスを前記回路基板に吹き付ける吹付ノズルと、
前記リフロー炉内の前記雰囲気ガスを吸引する吸込口と、
前記回路基板の搬送方向と同一又は逆方向に、前記雰囲気ガスを吹き出す舵取り機構を、
備えることを特徴とするリフロー炉窒素ガス消費量の低減化装置。 A reflow furnace for heating a circuit board conveyed by a conveying device,
A circulation fan that circulates atmospheric gas,
A heater for heating the atmospheric gas;
A spray nozzle for spraying the atmosphere gas heated by the heater on the circuit board;
A suction port for sucking the atmospheric gas in the reflow furnace;
A steering mechanism that blows out the atmospheric gas in the same or opposite direction as the conveyance direction of the circuit board,
An apparatus for reducing nitrogen gas consumption in a reflow furnace.
雰囲気ガスを循環ファンにより循環させ、
当該雰囲気ガスをヒータにより加熱し、
当該ヒータによって加熱された前記雰囲気ガスを前記回路基板に吹付ノズルから吹き付け、
前記リフロー炉内の前記雰囲気ガスを吸込口から吸引し、
前記回路基板の搬送方向と同一又は逆方向に、舵取り機構により前記雰囲気ガスの吹出方向及び吹出量を変化させることにより前記リフロー炉内の前記雰囲気ガスの流動を制御することを特徴とするリフロー炉窒素ガス消費量の低減方法。 A reflow furnace for heating a circuit board conveyed by a conveying device,
Circulate the atmospheric gas with a circulation fan,
The atmospheric gas is heated by a heater,
Spraying the atmosphere gas heated by the heater from the spray nozzle to the circuit board,
The atmospheric gas in the reflow furnace is sucked from the suction port,
A reflow furnace for controlling the flow of the atmospheric gas in the reflow furnace by changing a blowing direction and a blowing amount of the atmospheric gas by a steering mechanism in the same direction as or in the opposite direction to the conveying direction of the circuit board. Nitrogen gas consumption reduction method.
前記リフロー炉内に1又は複数個配設された当該リフロー炉内の温度測定器からの前記リフロー炉内の温度変化を基に、前記雰囲気ガスの流動方向を検出し、これを打ち消す方向に前記舵取り機構の前記雰囲気ガス吹出方向及び吹出量を制御することにより、前記リフロー炉内の前記雰囲気ガスの流動を制御することを特徴とするリフロー炉窒素ガス消費量の低減方法。 The heating method according to claim 8, further comprising:
Based on a temperature change in the reflow furnace from a temperature measuring device in the reflow furnace disposed in the reflow furnace, the flow direction of the atmospheric gas is detected, and the direction in which the flow is cancelled is detected. A method for reducing nitrogen gas consumption in a reflow furnace, wherein the flow of the atmosphere gas in the reflow furnace is controlled by controlling the direction and amount of the atmosphere gas blown by a steering mechanism.
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