JP2010135839A - はんだ付け装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鉛フリーはんだを用いるはんだ付け装置において、プリント基板およびその搭載電子部品を均一に加熱でき、電子部品に温度的なダメージを与えることなく、はんだ付けの可能なはんだ付け装置を提供する。
【解決手段】ブロアファン１２２とヒーター１４０との間に、流体の圧力を均一にするとともに、複数の孔を有する多孔質体１３０を配置する。また、ヒーター１４０と被加熱物１０の間に、ヒーター１４０によって加熱された流体を乱流として被加熱物１０に吹き付ける輻射板１５０とを配置する。そして、加熱流体を被加熱物に吹き付けて被加熱物を加熱して、はんだを溶融する。
【選択図】図３

Description

本発明は、はんだ付け装置に係り、特に、鉛フリーはんだを用いるに好適なはんだ付け装置に関する。

従来のはんだ付け装置においては、はんだを融点以上まで加熱するための熱源として、例えば、特開平６−２５３４６５号公報や特開平１０−３３５０４７号公報に記載されているように、赤外線ヒーターを用いて直接被加熱物を加熱するものや、特開平１１−５４９０３号公報や特開平９−１８６４４８号公報に記載されているように、赤外線ヒーターによって加熱された流体を被加熱物に吹きつけるものが知られている。

特開平６−２５３４６５号公報 特開平１０−３３５０４７号公報 特開平１１−５４９０３号公報 特開平９−１８６４４８号公報

最近、はんだ付け装置に用いるはんだとして、低公害化の観点から、従来の鉛含有はんだに代えて、鉛を含有しない鉛フリーはんだを用いることが試みられている。鉛フリーはんだとしては、錫銀系はんだ（ＳｎＡｇ）や、錫銅系はんだ（ＳｎＣｕ）や、錫銀系はんだ（ＳｎＡｇ）にビスマス（Ｂｉ）を添加したものなどが知られている。これらの鉛フリーはんだは、従来の鉛はんだの融点よりも高く、例えば、ＳｎＡｇ系はんだの融点は２２１℃であり、ＳｎＣｕ系はんだの融点は２２７℃であり、Ｂｉ含有ＳｎＡｇ系はんだの融点は２０５℃である。即ち、鉛フリーはんだの融点は、２００〜２３０℃と、鉛はんだに比べて高融点である。

一方、プリント基板上にはんだ付けされる電子部品としては、ＳＯＰタイプのＩＣや、ＱＦＰタイプのＩＣや、抵抗，コンデンサ等のチップ部品や、電解コンデンサ等がある。これらのはんだ付け部品の耐熱温度は、鉛フリーはんだの融点に近いものもある。例えば、アルミ電解コンデンサの耐熱温度は、２５０℃である。従って、融点が２２７℃のはんだを用いてはんだ付けする場合には、はんだを融点以上の、例えば，２３０℃に加熱する必要があり、プリント基板に搭載する電子部品の耐熱温度を考慮すると、例えば、２４０℃以下に制御する必要がある。即ち、加熱温度は、２３０〜２４０℃の範囲となるように制御する必要がある。

しかしながら、特開平６−２５３４６５号公報や特開平１０−３３５０４７号公報に記載されているように、赤外線ヒーターを用いて直接被加熱物を加熱するものでは、ヒーターの形状の影響によって、被加熱物の温度差が生じるため、はんだの融点以上に加熱した場合、部分的にプリント基板に搭載される電子部品の耐熱温度以上加熱される場合あり、このような場合、電子部品に温度的なダメージを与えることになる。また、特開平１１−５４９０３号公報や特開平９−１８６４４８号公報に記載されているように、赤外線ヒーターによって加熱された流体を被加熱物に吹きつけるものにおいては、赤外線ヒーターを用いて直接被加熱物を加熱するものに比べて、温度分布のバラツキは少ないものの、加熱温度を２３０〜２４０℃の範囲となるように被加熱部材であるプリント基板およびその搭載電子部品の全てについて均一に加熱するのが困難であり、電子部品に温度的なダメージを与えるという問題があった。

本発明の目的は、鉛フリーはんだを用いるはんだ付け装置において、プリント基板およびその搭載電子部品を均一に加熱でき、電子部品に温度的なダメージを与えることなく、はんだ付けの可能なはんだ付け装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、送風機から送られる流体をヒーターで加熱し、当該加熱流体を吹き付けることで被加熱物を加熱する加熱炉ユニットを備えるはんだ付け装置において、前記送風機と前記ヒーターとの間に配置され、前記送風機から送られる流体の圧力を均一にするとともに、前記ヒーターに対して通風可能な複数の孔を有する多孔質体と、前記ヒーターと前記被加熱物の間に配置され、前記ヒーターによって加熱された流体を乱流として前記被加熱物に吹き付ける輻射板と、前記輻射板の前記被加熱物の側に設けられ、９±１μｍの範囲の波長の赤外線を前記被加熱物に照射するセラミック溶射膜からなる表面処理部とを備え、前記送風機が流体を吸引して加圧することにより、ケーシングと前記多孔質体により仕切られた第１の空間内部の流体圧を上昇させ、前記第１の空間内部において流体圧が上昇した流体を、前記多孔質体に設けられた前記複数の孔から前記輻射板の方向に噴出させるようにしたものである。
かかる構成により、鉛フリーはんだを用いるはんだ付け装置において、プリント基板およびその搭載電子部品を均一に加熱でき、電子部品に温度的なダメージを与えることなく、はんだ付けを行い得るものとなる。

本発明によれば、鉛フリーはんだを用いるはんだ付け装置において、プリント基板およびその搭載電子部品を均一に加熱でき、電子部品に温度的なダメージを与えることなく、はんだ付けを行うことができる。

本発明の一実施形態によるはんだ付け装置の全体構成を示す正面図である。 本発明の一実施形態によるはんだ付け装置によってはんだ付けされる被加熱物の一例の構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態によるはんだ付け装置に用いる加熱炉ユニットの構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態によるはんだ付け装置に用いる加熱炉ユニットに用いる輻射板の構成を示す平面図である。 本発明の一実施形態によるはんだ付け装置に用いる冷却ユニットの構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態によるはんだ付け装置に用いる他の加熱炉ユニットの構成を示す断面図である。

以下、図１〜図６を用いて、本発明の一実施形態によるはんだ付け装置の構成について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態によるはんだ付け装置の全体構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態によるはんだ付け装置の全体構成を示す正面図である。

はんだ付け装置は、連続加熱炉部１００と、冷却部２００と、不活性ガスチャンバ３１０，３２０と、搬送コンベア５０とから構成されており、リフロー炉を構成している。連続加熱炉部１００は、プリヒート部１００Ａと、はんだ付け部１００Ｂとから構成されている。プリヒート部１００Ａ及びはんだ付け部１００Ｂは、それぞれ、加熱炉ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ，１１０Ｄ，１１０Ｅと、加熱炉ユニット１１０Ｇ，１１０Ｈとから構成されており、これらの加熱炉ユニット１１０Ａ，…，１１０Ｈの構成は基本的に同じものである。加熱炉ユニット１１０Ａ，…，１１０Ｈの詳細な構成については、図３及び図４用いて後述する。プリヒート部１００Ａは、被加熱物１０を、例えば、１６０〜２００℃まで加熱して、被加熱物１０であるプリント基板や、このプリント基板の上に搭載されている電子部品の温度を上昇させる。はんだ付け部１００Ｂは、被加熱物１０を融点以上の，例えば、２４０℃まで加熱して半田を溶融し、プリント基板と電子部品をはんだ付けする。

冷却部２００は、冷却ユニット２１０Ａ，２１０Ｂから構成されており、これらの冷却ユニット２１０Ａ，２１０Ｂの構成は基本的に同じものである。加熱炉ユニット１１０Ａ，…，１１０Ｈの詳細な構成については、図５を用いて後述する。冷却部２００は、例えば、２４０℃まで加熱されている被加熱物１０を常温まで急速冷却して、はんだを固着させ、はんだ付けを完了する。

不活性ガスチャンバ３１０は、入口側に開閉部３１２を備えている。不活性ガスチャンバ３２０は、出口側に開閉部３２２を備えている。開閉部３１２，３２２は、開閉可能なカーテンやドアであり、搬送コンベア５０によって搬送される被加熱物１０を、不活性ガスチャンバ３１０内部に搬入する場合や、不活性ガスチャンバ３２０から搬出する場合に開いて、被加熱物１０の搬入・搬出を可能にするとともに、それ以外のときは閉じていて、連続加熱炉部１００や、冷却部２００や、不活性ガスチャンバ３１０，３２０内の窒素ガスのような不活性ガスが外部に流出するのを低減するようにしている。連続加熱炉部１００や、冷却部２００や、不活性ガスチャンバ３１０，３２０内は、不活性ガスが導入されており、はんだが溶融した際の表面酸化を低減するようにしている。

次に、本実施形態によるはんだ付け装置の動作について説明する。被加熱物１０は、搬送コンベア５０によって、不活性ガスチャンバ３１０内に搬入される。被加熱物１０の搬入時に、開閉部３１２が開き、被加熱物１０の搬入後開閉部３１２が閉じる。被加熱物１０は、搬送コンベア５０によって、連続加熱炉部１００のプリヒート部１００Ａに搬送される。プリヒート部１００Ａの加熱炉ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ，１１０Ｄ，１１０Ｅの内部雰囲気は、それぞれ、例えば、１８０℃に保たれている。搬送コンベア５０によって搬送される被加熱物１０は、加熱炉ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ，１１０Ｄ，１１０Ｅによって徐々に加熱され、加熱炉ユニット１１０Ｅでは、最終的に内部の雰囲気温度（例えば、１８０℃）まで被加熱物１０であるプリント基板及びその上に搭載された電子部品が加熱される。

次に、被加熱物１０は、搬送コンベア５０によって、連続加熱炉部１００のはんだ付け部１００Ｂに搬送される。はんだ付け部１００Ｂの加熱炉ユニット１１０Ｇ，１１０Ｈの内部雰囲気は、それぞれ、例えば、２４０℃に保たれている。搬送コンベア５０によって搬送される被加熱物１０は、加熱炉ユニット１１０Ｇ，１１０Ｈによってそれぞれ加熱され、加熱炉ユニット１１０Ｈでは、最終的に内部の雰囲気温度（例えば、２４０℃）まで被加熱物１０であるプリント基板及びその上に搭載された電子部品が加熱され、はんだが溶融する。

次に、被加熱物１０は、搬送コンベア５０によって、冷却部２００に搬送される。冷却部２００の冷却ユニット２１０Ａ，２１０Ｂの内部には、例えば、３０℃まで冷却した空気及び不活性ガスによって、低温状態に保たれている。搬送コンベア５０によって搬送される被加熱物１０は、冷却ユニット２１０Ａによって例えば、６０〜８０℃まで冷却され、さらに、冷却ユニット２１０Ｂによって例えば３０℃まで冷却される。

常温まで冷却された被加熱物１０は、搬送コンベア５０によって、不活性ガスチャンバ３２０から搬出される。被加熱物１０の搬出時に、開閉部３２２が開き、被加熱物１０の搬出後開閉部３２２が閉じる。

次に、図２を用いて、本実施形態によるはんだ付け装置によってはんだ付けされる被加熱物の一例について説明する。
図２は、本発明の一実施形態によるはんだ付け装置によってはんだ付けされる被加熱物の一例の構成を示す斜視図である。

被加熱物１０は、プリント基板１２と、その上に搭載され、はんだ付けされる電子部品１４とから構成されている。プリント基板１２には、予め配線が形成されると共に、電子部品１４の搭載位置には、はんだペーストが印刷されている。電子部品１４としては、例えば、ＳＯＰタイプのＩＣ１４Ａや、ＱＦＰタイプのＩＣ１４Ｂや、抵抗，コンデンサ等のチップ部品１４Ｃや、電解コンデンサ１４Ｄ等がある。ここで、アルミ電解コンデンサの耐熱温度は、例えば、２５０℃である。また、本発明者らの研究によると、黒色モールドのＳＯＰタイプのＩＣ１４Ａでは、照射する赤外線の波長によって、温度制御の容易性が異なることが判明した。例えば、１μｍ以下の波長の赤外線は、黒色モールドに吸収され易すいため、温度が上昇しやすく、所定温度になるようにする温度制御が困難である。また、２０μｍ以上の波長の赤外線は、黒色モールドに吸収され難いため、温度が上昇し難く、所定温度になるようにする温度制御が困難である。

次に、図３及び図４を用いて、本実施形態によるはんだ付け装置に用いる加熱炉ユニット１１０の構成について説明する。
図３は、本発明の一実施形態によるはんだ付け装置に用いる加熱炉ユニットの構成を示す断面図である。図３に示したＸ，Ｙ，Ｚ軸は、図１のＸ，Ｙ，Ｚ軸に等しいものであり、図３の加熱炉ユニット１１０は、図１の加熱炉ユニット１１０Ａ，…，１１０ＨのＸ−Ｚ面の断面図である。図４は、本発明の一実施形態によるはんだ付け装置に用いる加熱炉ユニットに用いる輻射板の構成を示す平面図である。

本実施形態による加熱炉ユニット１１０は、流体を送風する機構として、モータ１２０とブロアファン１２２とを備えている。ブロアファン１２２は、シャフト１２４によってモータ１２０の回転軸に連結されている。シャフト１２４は、図示しない軸受によって支承されている。また、本実施形態による加熱炉ユニット１１０は、多孔質板１３０と、鋳込みヒータ１４０と、輻射板１５０とを備えている。鋳込みヒータ１４０と輻射板１５０の被加熱物１０に面する側には、表面処理部１４２，１５２が形成されている。鋳込みヒータ１４０は、その内部に棒ヒータ１４４が鋳込まれて形成されている。また、鋳込みヒータ１４０は、複数のスリット１４６が形成されている。さらに、搬送コンベア５０による被加熱物１０の搬送方向（Ｘ方向）の前後には、それぞれ、ケーシング１６０Ａ，１６０Ｂが設けられており、その内部には、流体通路１６２Ａ，１６２Ｂが形成されている。

なお、図３に示す状態は、搬送コンベア５０の上半分の加熱炉ユニットの構成にについて示しており、搬送コンベア５０の下側にも、モータ１２０と、ブロアファン１２２と、多孔質板１３０と、鋳込みヒータ１４０と、輻射板１５０とからなる加熱炉ユニットが備えられており、搬送コンベア５０上の被加熱物１０を上下方向から加熱する構成となっている。

モータ１２０によって回転するブロアファン１２２は、背面側の流体（例えば、空気や不活性ガス）を吸引して加圧して、矢印Ｂ１方向に空間Ｃに送風する。空間Ｃは、ケーシングと多孔質板１３０によって仕切られた空間である。但し、多孔質板１３０には、多数の孔が形成されているため、鋳込みヒータ１４０や輻射板１５０の方に連通している。空間Ｃは、以上のように、多孔質板１３０を介してのみ他の空間と連通しているため、内部の流体圧が上昇する。内部圧の上昇した流体は、多孔質板１３０の多数の孔から輻射板１５０の方向に噴出する。多孔質板１３０から噴出した流体は、鋳込みヒータ１４０によって加熱され、スリット１４６から輻射板１５０の方向（矢印Ｂ２方向）に噴出する。

このようにして、ブロアファン１２２によって加圧された流体は、空間Ｃにおいて所定圧まで加圧された後、多孔質板１３０から噴出するようにしているため、例えば、ブロアファン１２２から噴き出す流体の速度分布があっても、空間Ｃの内部圧が一定圧まで上昇するため、多孔質板１３０から噴出する流体の速度のばらつきを低減して、ほぼ一定速度の流体とすることができる。鋳込みヒータ１４０のスリット１４６から噴出する流体の速度は、例えば、２０ｍ／ｓと高速でかつ一定である。本実施形態では、高速で加熱された流体を、被加熱物１０に吹きつけることにより、熱交換効率を向上して、被加熱物１０の温度を速やかに上昇させるようにしている。

また、多孔質板１３０の材料として、プラチナ（Ｐｔ）・銅（Ｃｕ）・マンガン（Ｍｎ）の合金を用いることにより、多孔質板１３０に、フラックスを分解する触媒作用を持たせることができる。後述するように、被加熱物１０に吹きつけられた加熱流体は、流体通路１６２を介して、ブロアファン１２２より空間Ｃに環流される。被加熱物１０のはんだが溶融するとフラックスが発生するが、このフラックスが空間Ｃに環流される。ここで、多孔質板１３０の表面に付着したフラックスは、ラチナ（Ｐｔ）・銅（Ｃｕ）・マンガン（Ｍｎ）の触媒作用を有する合金によって分解され、多孔質の目詰まりを防止することができる。多孔質板１３０は、加熱炉ユニット１１０から取り外すことが可能であり、取り外してフラックスを除去することも可能である。

ここで、図４を用いて、輻射板１５０の構成について説明する。輻射板１５０には、複数の小孔１５４が形成されている。複数の小孔１５４は、互いに正三角形の頂点の位置に形成されており、燐列する小孔間の距離Ａ１，Ａ２，Ａ３は、等しくなっている。小孔１５４の直径は、φ２〜φ５（ｍｍ）としており、例えば、φ３．５（ｍｍ）としている。このとき、燐列する小孔間の距離Ａ１，Ａ２，Ａ３は、２０（ｍｍ）としている。このような小孔１５４の寸法，配置とすることにより、輻射板１５０から矢印Ｂ３方向に噴出する流体をカルマン渦を有する乱流とすることができる。鋳込みヒーター１４０のスリット１４６から噴出する流体は、ほぼ層流であり、その速度は、前述したように、例えば、２０ｍ／ｓと高速流体である。この高速流体を層流状態のまま、被加熱物１０に吹きつけると、その流速により、被加熱物１０上の電子部品が飛ばされたり、位置ズレが発生する。プリント基板のはんだペーストの上に載置された電子部品は、単にはんだペースト上に載せられているだけであり、特に固定されていないため、高速流体によって容易に位置ズレが発生する。このような位置ズレを防止するため、小孔１５４の形成された輻射板１５０を用いることにより、被加熱物１０に吹きつけられる高速流体を乱流として、電子部品の位置ズレ等を防止するようにしている。なお、小孔１５４の配置は、正三角形の頂点に配置する場合に限らず、２等辺三角形の頂点に配置することも可能である。即ち、小孔１５４間の距離Ａ１＝Ａ２とし、Ａ１＞Ａ３とすることもできる。

輻射板１５０から吹き出す加熱流体の温度は、温度センサによって検出され、ヒーター１４０に対する通電量を制御することにより、加熱流体の温度を所定温度（例えば、プリヒータ部１００Ａでは１８０℃、はんだ付け部１００Ｂでは２４０℃）に制御することができる。

被加熱物１０に吹きつけられた加熱流体は、ケーシング１６０Ａ，１６０Ｂの中の流体通路１６２Ａ，１６２Ｂからブロアファン１２２によって吸引され、環流される。ここで、流体通路１６２Ａの幅Ｗ１は、流体通路１６２Ｂの幅Ｗ２よりも広くしている。即ち、搬送コンベア５０による被加熱物１０の搬送方向に形成された流体通路１６２Ａの幅Ｗ１は、逆搬送方向に形成された流体通路１６２Ｂの幅Ｗ２よりも広くしている。幅Ｗ１は、例えば、１０ｃｍであり、幅Ｗ２は、例えば、２０ｃｍである。図１に示したように、加熱炉ユニット１１０Ａ，…，１１０Ｈは、搬送方向に縦列に接続されている。従って、図３に示すように、加熱炉ユニット１１０の逆搬送方向には、縦列接続された他の加熱炉ユニット１１０’の流体通路１６２Ａ’が並列に設けられている。流体通路１６２Ａ’の幅Ｗ１は、流体通路１６２Ｂの幅Ｗ２よりも広いため、被加熱物１０に吹きつけられた加熱流体は、矢印Ｂ４の流れとして、隣接する加熱炉ユニット１１０’側に吸引される量が、矢印Ｂ５の流れとして、自らの加熱炉ユニット１１０に吸引される量よりも多くすることができる。その結果、図１に示した加熱炉ユニット１１０Ａ，…，１１０Ｈの内部には、加熱炉ユニット１１０Ｈから加熱炉ユニット１１０Ａの方向に向かう流体の流れを形成することができる。加熱炉ユニット１１０Ａ，…，１１０Ｅの内部温度は、加熱炉ユニット１１０Ｇ，１１０Ｈの内部温度よりも低いため、加熱炉ユニット１１０Ｅから加熱炉ユニット１１０Ｇの方向に向かう流体の流れが形成されると、加熱炉ユニット１１０Ｇの内部温度が低下することになるが、加熱炉ユニット１１０Ｇから加熱炉ユニット１１０Ｈ方向への加熱流体の流れを形成することにより、加熱炉ユニット１１０Ｇ，１１０Ｈの内部温度の低下を防止することができる。

次に、表面処理部１４２，１５２の機能について説明する。表面処理部１４２は、鋳込みヒーター１４０の表面に形成されたセラミック溶射膜である。また、表面処理部１５２も、同様に、輻射板１５０の面に形成されたセラミック溶射膜である。前述したように、特に、黒色モールドのＳＯＰタイプのＩＣ１４Ａでは、照射する赤外線の波長によって、温度制御の容易性が異なるため、１μｍ以上で、２０μｍ以下の波長の赤外線を、被加熱物１０に照射するようにした方がより正確な温度制御が可能であることが判明している。表面処理部１４２，１５２は、１〜２０μｍ以外の波長の赤外線を吸収して、１〜２０μｍの範囲の波長の赤外線を被加熱物１０に照射するために用いられている。また、鋳込みヒーター１４０の棒ヒーターの外周材及び輻射板１５０の材料として、アルミニュウムを用いることにより、１μｍ以下の波長の赤外線の放射を抑制するようにしている。

表面処理部１４２，１５２として、例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）・チタニア（ＴｉＯ2）を主成分とするセラミック溶射膜としたとき、この表面処理部１４２，１５２から放射される赤外線の放射波長を、９±１（μｍ）とすることができる。この放射波長の放射率は、０．９８である。また、表面処理部１４２，１５２の耐用温度は、５４０℃であり、十分使用に耐えうるものである。このように、放射される赤外線の放射波長が、９±１（μｍ）であり、放射率が、０．９８が赤外線を被加熱物に放射するようにしたところ、被加熱物の加熱温度ばらつき（ΔＴ）を、５℃とすることができ、２３０〜２４０℃の範囲に制御することが可能であった。

なお、他のセラミック溶射膜としては、例えば、クロミア（Ｃｒ2Ｏ3）を主成分とするセラミック溶射膜（赤外線の放射波長：１２±１（μｍ），放射率：０．９７）を用いることもできる。さらには、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を主成分とするセラミック溶射膜（赤外線の放射波長：９±１（μｍ），放射率：０．９３）や、チタニア（ＴｉＯ2）を主成分とするセラミック溶射膜（赤外線の放射波長：７±５（μｍ），放射率：０．８５）や、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）・ジルコニア（ＺｒＯ2）を主成分とするセラミック溶射膜（赤外線の放射波長：９±１（μｍ），放射率：０．９８）や、ジルコニア（ＺｒＯ2）・イットリア（Ｙ2Ｏ3）を主成分とするセラミック溶射膜（赤外線の放射波長：１１±２（μｍ），放射率：０．９５）を用いることもできる。

なお、上述した例では、２つの表面処理部１４２，１５２を用いるものとしたが、一方のみを用いるようにしてもよいものである。例えば、表面処理部１５２は、薄板状の輻射板１５０の表面に溶射により形成されるため、鋳込みヒーター１４０の表面に形成される表面処理部１４２に比べて溶射が容易であり、安価に製造することができる。

次に、図５を用いて、本実施形態によるはんだ付け装置に用いる冷却ユニット２１０の構成について説明する。
図５は、本発明の一実施形態によるはんだ付け装置に用いる冷却ユニットの構成を示す断面図である。図５に示したＸ，Ｙ，Ｚ軸は、図１のＸ，Ｙ，Ｚ軸に等しいものであり、図５の冷却ユニット２１０は、図１R>１の冷却ユニット２１０Ａ，２１０ＢのＹ−Ｚ面の断面図である。

本実施形態による冷却ユニット２１０は、流体を送風する機構として、モータ２２０とブロアファン２２２とを備えている。ブロアファン２２２は、シャフト２２４によってモータ２２０の回転軸に連結されている。シャフト２２４は、図示しない軸受によって支承されている。また、本実施形態による冷却ユニット２１０は、多孔質板２３０と、水冷式熱交換器２４０と、ヒートシンク２５０と、不活性ガスパイプ２６０とを備えている。さらに、搬送コンベア５０による被加熱物１０の搬送方向に直交する方向（Ｙ方向）の左右には、それぞれ、ケーシング２７０Ｃ，２７０Ｄが設けられており、その内部には、流体通路２７２Ｃ，２７２Ｄが形成されている。

モータ２２０によって回転するブロアファン２２２は、背面側の流体（例えば、空気や不活性ガス）を吸引して加圧して、矢印Ｂ１１方向に空間Ｄに送風する。空間Ｄは、ケーシング２７０と多孔質板２３０によって仕切られた空間である。但し、多孔質板２３０には、多数の孔が形成されているため、搬送コンベア５０の方に連通している。空間Ｄは、以上のように、多孔質板２３０を介してのみ他の空間と連通しているため、内部の流体圧が上昇する。内部圧の上昇した流体は、多孔質板２３０の多数の孔から搬送コンベア５０の方向に噴出する。

このようにして、ブロアファン２２２によって加圧された流体は、空間Ｄにおいて所定圧まで加圧された後、多孔質板２３０から噴出するようにしているため、例えば、ブロアファン２２２から噴き出す流体の速度分布があっても、空間Ｄの内部圧が一定圧まで上昇するため、多孔質板２３０から噴出する流体の速度のばらつきを低減して、ほぼ一定速度の流体とすることができる。本実施形態では、高速で冷却された流体を、被加熱物１０に吹きつけることにより、熱交換効率を向上して、被加熱物１０の温度を速やかに下降させるように，即ち、急速冷却している。また、不活性ガスパイプ２６０からは、窒素ガスのような不活性ガスが噴出して、被加熱物１０に吹き付けられ、被加熱物１０を冷却する。不活性ガスの温度は、例えば、２０℃である。

また、多孔質板２４０の材料として、プラチナ（Ｐｔ）・銅（Ｃｕ）・マンガン（Ｍｎ）の合金を用いることにより、多孔質板２４０に、フラックスを分解する触媒作用を持たせることができる。ここで、多孔質板２４０の表面に付着したフラックスは、プラチナ（Ｐｔ）・銅（Ｃｕ）・マンガン（Ｍｎ）の触媒作用を有する合金によって分解され、多孔質の目詰まりを防止することができる。多孔質板２４０は、冷却ユニット２１０から取り外すことが可能であり、取り外してフラックスを除去することも可能である。

被加熱物１０に吹きつけられた冷却用流体は、ケーシング２７０Ｃ，２７０Ｄの中の流体通路２７２Ｃ，２７２Ｄからブロアファン２２２によって吸引され、環流される。被加熱物１０からブロアファン２２２に至る環流流路には、水冷式熱交換器２４０及びヒートシンク２５０が配置されており、被加熱物１０の冷却によって昇温した冷却用流体を再冷却する。

ここで、図１に示したように、冷却部２００は、搬送コンベア５０による搬送方向に縦列接続された２個の冷却ユニット２１０Ａ，２１０Ｂから構成されている。図５に実線で示した冷却ユニット２１０を、図１R>１の冷却ユニット２１０Ｂ（搬送方向に接続されたもの）とし、流体通路２７２Ｃ，２７２Ｄの幅をＷ３とする。一方、図５に波線で示すように、冷却ユニット２１０Ｂの搬送方向とは逆方向に接続される冷却ユニット２１０Ａの流体通路２７２Ｃ’，２７２Ｄ’の幅をＷ４としており、幅Ｗ４は、幅Ｗ３よりも広くしている。幅Ｗ４は、例えば、２０ｃｍであり、幅Ｗ３は、例えば、１０ｃｍである。従って、流体通路２７２Ｃ’，２７２Ｄ’の幅Ｗ４は、流体通路２７２Ｃ，２７２Ｄの幅Ｗ３よりも広いため、冷却ユニット２１０Ｂにおいて被加熱物１０に吹きつけられた冷却用流体は、隣接する冷却ユニット２１０Ａ側に吸引される量が、自らの冷却ユニット２１０Ｂに吸引される量よりも多くすることができる。その結果、図１に示した冷却ユニット２１０Ａ，２１０Ｂの内部には、冷却ユニット２１０Ｂから冷却ユニット２１０Ａの方向に向かう冷却用流体の流れを形成することができる。

冷却ユニット２１０Ｂの搬送方向側には、出口側に開閉部３２２を備えている不活性ガスチャンバ３２０が配置されており、被加熱物１０を搬出する際に、不活性ガスチャンバ３２０の開閉部３２２からの不活性ガスの流出が避けられないものである。しかしながら、本実施形態においては、冷却ユニット２１０Ｂから冷却ユニット２１０Ａの方向に向かう冷却用流体の流れを形成することができることから、不活性ガスの流出量を低減することができる。従って、高価な不活性ガスの消費量を低減することができる。

また、本実施形態では、高速の均一な流れ（流速）を冷却用流体を被加熱物に吹き付けることによって、冷却の熱交換効率を高くして、被加熱物を急速に冷却するようにしている。従って、はんだ内部組織を微細化することができる。また、はんだ中のＡｇ3Ｓｎ針状結晶を抑制することができる。さらに、被加熱物の導体と電子部品のはんだ付け部から剥離するはんだ付け不良を抑制することもできる。

次に、図６を用いて、本実施形態によるはんだ付け装置に用いる他の加熱炉ユニット１１０’の構成について説明する。
図６は、本発明の一実施形態によるはんだ付け装置に用いる他の加熱炉ユニットの構成を示す断面図である。図６に示したＸ，Ｙ，Ｚ軸は、図１のＸ，Ｙ，Ｚ軸に等しいものであり、図６の加熱炉ユニット１１０’は、図１の加熱炉ユニット１１０Ａ，…，１１０ＨのＸ−Ｚ面の断面図である。なお、図３と同一符号は同一部分を示している。

本実施形態による加熱炉ユニット１１０’は、図３に示した加熱炉ユニット１１０と同様に、モータ１２０と、ブロアファン１２２、多孔質板１３０と、輻射板１５０とを備えている。本実施形態においては、ヒーター１４０Ａの構成が異なっている。

ヒーター１４０Ａは、棒ヒーター１４４と、この棒ヒーター１４４に取り付けられた放熱フィン１４８とから構成されている。放熱フィン１４８は、図中のＹ方向に整列した複数枚フィンから構成され、棒ヒーター１４４からの赤外線放射を広く均一に行うようにしている。なお、放熱フィンとしては、棒ヒーター１４４の外周に、螺旋状に巻き付けるようにしたものを用いることもできる。

以上説明したように、本実施形態によれば、多孔質板を用いて圧力を高め、多孔から均一な流速の高速加熱用流体をヒーターによって加熱して、高速な加熱用流体とするとともに、輻射板を用いて、カルマン渦の乱流を形成した後、被加熱物体に吹き付けることにより、被加熱物を高速で均一に加熱することができる。従って、被加熱物の温度差を低減することができる。特に、鉛フリーはんだにおいては、はんだの融点と電子部品の耐熱温度の差が少ないため、均一加熱を行えることにより、電子部品に温度的なダメージを与えることなく、鉛フリーはんだを溶融して、はんだ付けを行うことができる。また、表面処理部を備えることにより、遠赤外線波長１μmから２０μmの波長を被加熱物に照射して、黒色モールドのＩＣ等の温度も耐熱温度以下となるように、容易に制御することが可能となる。さらに、加熱部では、加熱流体を被加熱物の搬送方向とは逆方向に流すことにより、はんだ付け部の温度が低下することを防止できる。また、冷却部では、冷却用流体を被加熱物の搬送方向とは逆方向に流すことにより、不活性ガスの消費量を低減することができる。また、さらに、被加熱物を急冷化することによって、はんだ内部組織の微細化、はんだ中のＡｇ3Ｓｎ針状結晶の抑制及び被加熱物の導体と電子部品のはんだ付け部から剥離するはんだ付け不良を抑制することができる。

１０…被加熱物
５０…搬送コンベア
１００…連続加熱炉部
１００Ａ…プリヒート部
１００Ｂ…はんだ付け部
１１０…加熱炉ユニット
１２０，２２０…モータ
１２２，２２２…ブロアファン
１３０，２３０…多孔質板
１４０…鋳込みヒータ
１４２，１５２…表面処理部
１５０…輻射板
１６０，２７０…ケーシング
２００…冷却部
２１０…冷却ユニット
２４０…水冷式熱交換器
２５０…ヒートシンク
２６０…不活性ガスパイプ
３１０，３２０…不活性ガスチャンバ
３１２，３２２…開閉部

Claims (5)

1. 送風機から送られる流体をヒーターで加熱し、当該加熱流体を吹き付けることで被加熱物を加熱する加熱炉ユニットを備えるはんだ付け装置において、
   前記送風機と前記ヒーターとの間に配置され、前記送風機から送られる流体の圧力を均一にするとともに、前記ヒーターに対して通風可能な複数の孔を有する多孔質体と、
   前記ヒーターと前記被加熱物の間に配置され、前記ヒーターによって加熱された流体を乱流として前記被加熱物に吹き付ける輻射板と、
   前記輻射板の前記被加熱物の側に設けられ、９±１μｍの範囲の波長の赤外線を前記被加熱物に照射するセラミック溶射膜からなる表面処理部とを備え、
   前記送風機が流体を吸引して加圧することにより、ケーシングと前記多孔質体により仕切られた第１の空間内部の流体圧を上昇させ、
   前記第１の空間内部において流体圧が上昇した流体を、前記多孔質体に設けられた前記複数の孔から前記輻射板の方向に噴出させることを特徴とするはんだ付け装置。
2. 請求項１記載のはんだ付け装置において、
   前記加熱炉ユニットを前記被加熱物の搬送方向に複数個接続するとともに、前記被加熱物の搬送方向と逆方向に流体の流れを形成することを特徴とするはんだ付け装置。
3. 請求項１記載のはんだ付け装置において、
   前記加熱炉ユニットによって加熱された被加熱物を冷却する冷却ユニットを更に備え、
   前記冷却ユニットは、冷却用流体を前記被加熱物に吹き付ける送風機と、被加熱物によって昇温した流体を冷却する冷却器と、前記送風機と前記被加熱物との間に配置され、前記送風機から送られる流体の圧力を均一にするとともに、前記被加熱物に対して通風可能な複数の孔を有する多孔質体とを備えることを特徴とするはんだ付け装置。
4. 請求項３記載のはんだ付け装置において、
   前記冷却ユニットを前記被加熱物の搬送方向に複数個接続するとともに、前記被加熱物の搬送方向と逆方向に流体の流れを形成することを特徴とするはんだ付け装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のはんだ付け装置において、
   前記輻射板はアルミニウムからなり、
   前記セラミック溶射膜はアルミナを主成分とすることを特徴とするはんだ付け装置。

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