JP2010067881A - リフロー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リフロー装置の全長を短縮しつつ、冷却部における基板の冷却効率を向上させる。
【解決手段】本発明は、電子部品が配置された基板（１１）を搬送する搬送手段（１２）と、基板（１１）を加熱してリフローはんだ付けを行う加熱部（３０）と、リフローはんだ付けを行った後の基板（１１）を冷却する冷却部（４０）とを備えるリフロー装置（１０）において、加熱部（３０）及び冷却部（４０）はそれぞれの上部が横方向に接続されるように隣接して配置され、搬送手段（１２）は加熱部（３０）において基板（１１）を上方へ搬送し、冷却部（４０）において基板（１１）を下方へ搬送する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板に電子部品をリフローはんだ付けするリフロー装置に関する。

クリームはんだをプリント基板に印刷し、電子部品を所定の位置に仮置きした状態で、基板をリフロー炉に搬入することで、クリームはんだを溶融させて電子部品を基板にはんだ付けするリフロー装置が知られており、特許文献１には、基板を下から上に垂直方向に搬送しながら加熱から冷却までを行う縦型のリフロー装置が記載されている。
特開平７−１４２８５５号公報

しかし上記従来の技術では、基板を加熱する加熱部から基板を冷却する冷却部までが垂直方向に一直線に配置されるので装置の全長が大きくなり、また冷却部が加熱部の上方に配置されるので加熱部の熱気が冷却部に流れて基板の冷却効率が悪化するという問題がある。

本発明は、リフロー装置の全長を短縮しつつ、冷却部における基板の冷却効率を向上させることを目的とする。

本発明は、電子部品が配置された基板を搬送する搬送手段と、基板を加熱してリフローはんだ付けを行う加熱部と、リフローはんだ付けを行った後の基板を冷却する冷却部とを備えるリフロー装置において、加熱部及び冷却部はそれぞれの上部が横方向に接続されるように隣接して配置され、搬送手段は加熱部において基板を上方へ搬送し、冷却部において基板を下方へ搬送する。

本発明によれば、基板が加熱部において上方へ搬送され、冷却部において下方へ搬送されるように構成されるので、加熱から冷却までを一方向に搬送しながら行うものと比べてリフロー装置の全長を短縮することができる。また、加熱部及び冷却部はそれぞれの上部が横方向に接続されるように隣接して配置されるので、加熱部の熱気が冷却部に流れることを防止して基板の冷却部における冷却効率を向上させることができる。

以下では図面を参照して本発明の実施の形態について詳しく説明する。図１は本実施形態におけるリフロー装置の構成を示す構成図である。リフロー装置１０の炉体１３は、電子部品がクリームはんだを介して載置されたプリント基板１１（以下「基板」という）を加熱する加熱ゾーン３０（加熱部）と、基板１１を冷却する冷却ゾーン４０（冷却部）とから構成される。さらに、加熱ゾーン３０は基板１１を予備加熱するプリヒートゾーン３１と、基板１１を本加熱する本ヒートゾーン３２とから構成される。

各ゾーンは基板１１が載置された搬送トレイ１２の搬送経路に沿って、搬入側から搬出側へ向けてプリヒートゾーン３１、本ヒートゾーン３２及び冷却ゾーン４０の順に配置される。プリヒートゾーン３１及び本ヒートゾーン３２は搬送トレイ１２の搬送経路が下方から上方へと同一直線上に整列するように配置され、冷却ゾーン４０は搬送経路がプリヒートゾーン３１及び本ヒートゾーン３２の搬送経路と平行であって搬送トレイ１２が上方から下方へと搬送されるように配置される。

本ヒートゾーン３２と冷却ゾーン４０とは炉体１３の上部において水平方向に接続されており、本ヒートゾーン３２と冷却ゾーン４０との間には両者の間を気密に保持する開閉可能な仕切り板１４が設けられる。また、本ヒートゾーン３２の側面であって冷却ゾーン４０と反対側には押し出し部１５が設けられる。押し出し部１５は本加熱が終了した後、搬送トレイ１２を水平方向へ押し出すことで搬送トレイ１２を本ヒートゾーン３２から冷却ゾーン４０へと移動させる。

これにより、搬送トレイ１２は炉体１３の下端部左側より搬入され、プリヒートゾーン３１を垂直上方へと移動して炉体１３の上端部において本ヒートゾーン３２へ到達する。その後、押し出し部１５によって右側へ水平方向に移動して冷却ゾーン４０を垂直下方へと移動し、炉体１３の下端部右側へと搬出される。

搬送トレイ１２は例えば図２に示すようなコンベア２１〜２３によって搬送される。図２は本実施形態におけるリフロー装置のコンベアの構成を示す構成図である。なお、実際には図２に示すコンベア２１〜２３は図１におけるリフロー装置１０に装着されているが、ここでは他の構成を明瞭にするために図２に別記している。

図２に示すようにコンベア２１、２２は加熱ゾーン３０及び冷却ゾーン４０においてそれぞれ１対ずつ設けられ、搬送トレイ１２とコンベア２１、２２とを係止するフック２４がコンベア２１、２２に等間隔に複数設けられる。コンベア２１は加熱ゾーン３０において搬送トレイ１２を垂直上方へと移動させるように回転し、コンベア２２は冷却ゾーン４０において搬送トレイ１２を垂直下方へと移動させるように回転する。また加熱ゾーン３０のコンベア２１の回転速度と冷却ゾーン４０のコンベア２２の回転速度とを独立して変えることで、基板１１の加熱時間及び冷却時間を調整することができる。

さらに、コンベア２３は炉体１３の下方において搬送トレイ１２を水平方向に移動させるように設けられる。炉体１３において基板１１の加熱及び冷却に供された後の搬送トレイ１２はコンベア２３によって冷却ゾーン４０側から加熱ゾーン３０側へと移動され、新たに基板１１が載置されて再度炉体１３へと搬入される。

本実施形態ではコンベア２１、２２と搬送トレイ１２とを係止するフック２４をコンベア２１、２２側に装着しているが、図３に示すようにフック２４を搬送トレイ１２側に装着してもよい。

図１に戻って、各搬送トレイ１２の下面には搬送トレイ１２と一体的にヒータ１６が設けられ、プリヒートゾーン３１において隣接する下方の搬送トレイ１２上の基板１１を加熱するとともに、当該ヒータ１６が設けられる搬送トレイ１２上の基板１１を加熱する。また、本ヒートゾーン３２の上端部にはヒータ１７が設けられ、本ヒートゾーン３２にある基板１１を上方から加熱する。

さらに、本ヒートゾーン３２及びプリヒートゾーン３１の側部には複数の加熱ファン１８が設けられ、搬送トレイ１２上の基板１１に対して熱風を送風して基板１１を加熱する。さらに冷却ゾーン４０の側部には複数の送風ファン１９が設けられ、外気を送風することで基板１１を冷却する。

ここで、搬送トレイ１２の下面に設けられるヒータ１６への通電について図４及び図５を参照しながら説明する。図４は搬送トレイの下面のヒータを作動させる方法について示す概略図であり、（ａ）は搬送トレイと両側に設けられる電源レールとを示す拡大図、（ｂ）は図４のＡ方向から見た接点部の拡大図である。

搬送トレイ１２の両端部には図４（ｂ）に示すように接点部５３が設けられる。また搬送トレイ１２の両側には接点部５３が挟むようにして摺接する一対の電源レール５１が設けられる。搬送トレイ１２の下面のヒータ１６は、接点部５３が電源レール５１と摺接することで電力の供給を受けて発熱する。図４（ａ）に示すように電源レール５１は搬送トレイ１２の移動方向に沿って３層に分割されており、各層の電源レール５１に供給される電流は、上方の層ほどヒータ１６の温度が高くなるように設定される。

また、図５に示すように、電源レール５１及び接点部５３を中央に絶縁部材５２を挟んだ構造とすることで、電源レール５１及び接点部５３を搬送トレイ１２の両側ではなく片側だけに配置することが可能である。

さらに電源レール５１を用いることなく、図６に示すように、搬送トレイ１２にソケット５４を装着して電力を供給してもよい。この場合、搬送トレイ１２の搬送位置に応じて供給電流を変化させることでヒータ１６の温度を所望の温度に設定することができる。

なお、各ヒータ１６、１７の温度、加熱ファン１８の送風温度及びコンベア２１、２２の動作速度は例えば図７に示すような所定の温度プロファイルに基づいて設定される。すなわち、プリヒートゾーン３１では基板１１の温度が所定温度Ｔ１で所定時間ｔ１だけ保持され、本ヒートゾーン３２では基板１１の温度が所定温度Ｔ２で所定時間ｔ２だけ保持されるように、各ヒータ１６、１７の温度、加熱ファン１８の送風温度及びコンベア２１、２２の動作速度が設定される。なお、温度プロファイルははんだ付けする部品、基板１１の材質及び外部環境などによって異なるものであり、図７はその一例を示している。

次に本実施形態におけるリフロー装置１０の作用について説明する。搬送トレイ１２に載置された基板１１は炉体１３の内部のプリヒートゾーン３１へと搬入され、搬送経路に従って垂直上方へと移動しながら加熱される。このとき、基板１１は搬送トレイ１２の側部に位置する加熱ファン１８から送風される熱風によって加熱されるとともに、上側に隣接する他の搬送トレイ１２の下面のヒータ１６によって上側から加熱される。さらに、基板１１が載置される搬送トレイ１２の下面のヒータ１６によっても下側から加熱される。これにより、基板１１の温度は搬送トレイ１２が上部へ移動するのに応じて温度プロファイルに従って変化する。

搬送トレイ１２がプリヒートゾーン３１を通過して炉体１３の上部の本ヒートゾーン３２に搬送されると、基板１１は搬送トレイ１２の下面に設けられるヒータ１６、本ヒートゾーン３２の上部に設けられるヒータ１７及び搬送トレイ１２の側部に位置する加熱ファン１８によって加熱される。本ヒートゾーン３２において所定の時間が経過すると、仕切り板１４が開放され、搬送トレイ１２は押し出し部１５によって横方向へ押し出されて冷却ゾーン４０へと移動する。冷却ゾーン４０において搬送トレイ１２は垂直下方へと移動しながら側方の送風ファン１９から送風される外気によって冷却される。

以上のように本実施形態では、加熱ゾーン３０では基板１１が上方へと搬送され冷却ゾーン４０では下方へと搬送されるように加熱ゾーン３０と冷却ゾーン４０とが隣接して配置されるので、リフロー装置１０の全長を短縮することができる（請求項１に対応）。

また、高温雰囲気は上昇し低温雰囲気は下降するという雰囲気の流れに沿って加熱ゾーン３０及び冷却ゾーン４０が配置されるので、加熱ゾーン３０においては基板１１が移動する方向に熱気が上昇して基板１１の加熱効率を向上させることができ、冷却ゾーン４０においては加熱ゾーン３０の熱気の流入を防止して基板１１の冷却効率を向上させることができる（請求項１に対応）。

さらに、はんだの酸化膜除去活性化のために炉体１３の内部の窒素濃度を高くしている場合には、空気より軽い窒素が本ヒートゾーン３２の配置される炉体１３の上部に集まるため、その分必要な窒素の量を削減することができる（請求項１に対応）。

さらに、基板１１を加熱ゾーン３０と冷却ゾーン４０とで逆方向に移動させることで、基板１１の炉体１３への搬入側と搬出側との高さを等しくすることができるので、リフロー装置１０の周辺設備を簡素化することできる（請求項１に対応）。

さらに、搬送トレイ１２の下面にヒータ１６が設けられるので、ヒータ１６の下方に位置する基板１１を加熱すると同時に当該ヒータ１６が設けられる搬送トレイ１２に載置されている基板１１も加熱することができ、加熱の効率を上げることができる。さらに、ヒータ１６を設けたことにより加熱ファン１８の送風量を抑制することができるので、基板１１に仮置きされた電子部品の位置ズレやチップ立ちなどの発生を防止することができる（請求項２に対応）。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能である。

本実施形態におけるリフロー装置の構成を示す構成図である。 本実施形態におけるリフロー装置のコンベアの構成を示す構成図である。 本実施形態におけるリフロー装置のコンベアの構成を示す構成図である。 搬送トレイ下面のヒータへ通電する方法について示す概略図である。 搬送トレイ下面のヒータへ通電する方法について示す概略図である。 搬送トレイ下面のヒータへ通電する方法について示す概略図である。 温度プロファイルの一例を示す図である。

符号の説明

１０ リフロー装置
１１ 基板
１２ 搬送トレイ
１６ ヒータ
２１ コンベア
２２ コンベア
２３ コンベア
３０ 加熱ゾーン
４０ 冷却ゾーン

Claims (2)

1. 電子部品が配置された基板を搬送する搬送手段と、前記基板を加熱してリフローはんだ付けを行う加熱部と、前記リフローはんだ付けを行った後の基板を冷却する冷却部とを備えるリフロー装置において、
   前記加熱部及び前記冷却部はそれぞれの上部が横方向に接続されるように隣接して配置され、
   前記搬送手段は前記加熱部において前記基板を上方へ搬送し、前記冷却部において前記基板を下方へ搬送することを特徴とするリフロー装置。
2. 前記搬送手段は前記基板を載置して搬送する搬送トレイと、前記搬送トレイを前記加熱部及び前記冷却部において搬送するコンベアとから構成され、
   前記搬送トレイの下面には前記加熱部において作動して前記基板を加熱するヒータが設けられることを特徴とする請求項１に記載のリフロー装置。