JP2013251332A - リフロー半田付け装置の外部冷却室およびリフロー半田付け設備 - Google Patents
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Abstract
【課題】リフロー半田付けが終了したワークを、加熱炉雰囲気の低酸素濃度を安定に維持して冷却できる外部冷却室およびリフロー半田付け設備を提供する。
【解決手段】本発明の外部冷却室は、リフロー半田付け装置の加熱炉の出口側に配置され、ワーク搬送手段、ワークを冷却するファンおよび吸引エアカーテンノズルを備えている。吸引エアカーテンノズルは、ワーク入口側で大気(空気)をエアカーテン状に吸引することにより、外部冷却室の大気が上流方向に流出することを防止して、加熱炉の雰囲気に影響しないようにし、加熱炉雰囲気の低酸素濃度を安定して維持できるようにしている。
【選択図】図1
【解決手段】本発明の外部冷却室は、リフロー半田付け装置の加熱炉の出口側に配置され、ワーク搬送手段、ワークを冷却するファンおよび吸引エアカーテンノズルを備えている。吸引エアカーテンノズルは、ワーク入口側で大気(空気)をエアカーテン状に吸引することにより、外部冷却室の大気が上流方向に流出することを防止して、加熱炉の雰囲気に影響しないようにし、加熱炉雰囲気の低酸素濃度を安定して維持できるようにしている。
【選択図】図1
Description
本発明は、プリント基板等の基板に電子部品等の部品を半田付けするリフロー半田付け装置に併設される外部冷却室と該冷却室を備えるリフロー半田付け設備に関するものである。
電子機器の各種回路が構成されている基板、例えばプリント基板に対して、各種回路を構成するための電子機器の実装を行う技術がある。実装されたチップ部品等の電子部品は、プリント基板の配線部に対して半田付けにより電気的に接続を行うが、このような半田付けの技術として、リフロー半田付けが通常行われている。リフロー半田付けは、プリント基板の所定の部位に対してクリーム半田等を塗布した後に、これらのプリント基板、電子部品等からなる半田付け対象物のワークを加熱炉(リフロー炉)内に搬送し、プリント基板の半田付け部を加熱して、プリント基板と電子部品を半田付けする技術である。
このようなリフロー半田付けを実施するリフロー半田付け装置は、プリント基板を搬送するコンベアが取付けられたリフロー半田付け装置本体の加熱炉内に、コンベアの搬送方向に並べられた予熱ゾーン、中間加熱ゾーン、リフロー加熱ゾーンおよび冷却ゾーンを有し、これら予熱、中間加熱、リフロー加熱の各ゾーンに設けられた加熱手段でプリント基板及びその上に搭載された電子部品全体(ワーク)を加熱するものである(特許文献1)。
なお、中間加熱ゾーンや冷却ゾーンは特に設けないこともある。
なお、中間加熱ゾーンや冷却ゾーンは特に設けないこともある。
予熱ゾーンはワークを急速に加熱する昇温ゾーン、中間加熱ゾーンは、ワークの各部の温度を均一にして、所定の予熱温度にまで加熱するゾーン、リフロー加熱ゾーンは、半田溶融温度を超える温度までワークを加熱してワークの基板と電子部品等を半田付けする加熱ゾーン、冷却ゾーンは半田付け後のワークを冷却するゾーンである。
ワークを加熱する手段としては、熱風による対流加熱するものと、パネルヒータ等の赤外線による輻射加熱するもの、さらにはそれらの加熱を併用するものとが知られている。
また、冷却ゾーンでは、リフロー加熱ゾーンから搬送されるワークをプロペラファンなどの送風機により送風して冷却している(特許文献1参照)。また、これに、クーラーなどの冷房機器を冷却ゾーンに設けて冷却能力を高めることもある。
また、冷却ゾーンでは、リフロー加熱ゾーンから搬送されるワークをプロペラファンなどの送風機により送風して冷却している(特許文献1参照)。また、これに、クーラーなどの冷房機器を冷却ゾーンに設けて冷却能力を高めることもある。
リフロー半田付けは大気雰囲気下、もしくは低酸素濃度の雰囲気下で行われるが、特に、低酸素濃度の雰囲気下においては、この雰囲気を維持するために不活性ガス、一般には窒素ガスが炉内に供給されている。
低酸素濃度の雰囲気下で半田付けを行う場合、炉内の酸素濃度は、クリーム半田に含まれるフラックスの種類や量によっても異なるが、1000ppm以下程度の範囲にすることが求められていた。そして最近では100ppm以下の低酸素濃度の雰囲気下で半田付けすることが求められることもある。
低酸素濃度の雰囲気下で半田付けを行う場合、炉内の酸素濃度は、クリーム半田に含まれるフラックスの種類や量によっても異なるが、1000ppm以下程度の範囲にすることが求められていた。そして最近では100ppm以下の低酸素濃度の雰囲気下で半田付けすることが求められることもある。
近年、環境問題がクローズアップされ、半田付けに使用されるクリーム半田の半田として、従来のSn−Pbから錫・銀・銅系半田などの鉛を含有しない半田が使用されるようになってきた。しかし、これらの鉛フリーの半田の多くは、従来の鉛入り半田に比べて融点が高い。
そして、更に近年、より高い融点の錫・金半田などが出てきた事に伴い、リフロー温度も従来よりも高く設定される半田付けが行われるようになってきた。
そして、更に近年、より高い融点の錫・金半田などが出てきた事に伴い、リフロー温度も従来よりも高く設定される半田付けが行われるようになってきた。
このように、半田の融解温度が高温化してきたことにともない、リフロー半田付け装置の加熱炉の冷却ゾーンから排出される半田付け終了後のワーク(基板、電子部品等)温度も高温化している。特に冷却ゾーンを広くとることができない小型のリフロー半田付け装置では、十分な冷却をすることができないため、ワークの高温化が顕著に現れる。
ワークが高温の状態で長時間さらされると、接合部の半田が酸化して劣化し、外観が悪くなるばかりでなく、場合によっては亀裂が入り、半田接合に不具合が生じることになる。
また、加熱炉から搬出されたワークが高温の状態であり続けると、収納などの作業ができず、収納までの待機スペースも必要となり、生産現場では大きな支障を来していた。
ワークが高温の状態で長時間さらされると、接合部の半田が酸化して劣化し、外観が悪くなるばかりでなく、場合によっては亀裂が入り、半田接合に不具合が生じることになる。
また、加熱炉から搬出されたワークが高温の状態であり続けると、収納などの作業ができず、収納までの待機スペースも必要となり、生産現場では大きな支障を来していた。
このため、加熱炉内の冷却ゾーンを長大化して、冷却能力を高めることが考えられるが、加熱炉の大型化を招き、それにともなって加熱炉の改造コストがかさむことにもなる。また、加熱炉にはJEDEC等の規格があり、加熱炉の大型化はできるだけ避けなければならない。
そこで、従来ではリフロー半田付け装置の加熱炉の下流(ワーク出口側)に、別途、冷却手段を備える冷却ゾーンを設けて、リフロー半田付け装置の加熱炉から搬出されたワークを冷却することが行われている。
そこで、従来ではリフロー半田付け装置の加熱炉の下流(ワーク出口側)に、別途、冷却手段を備える冷却ゾーンを設けて、リフロー半田付け装置の加熱炉から搬出されたワークを冷却することが行われている。
この別途設けた冷却ゾーンの冷却手段として、雰囲気の温度を下げるラジエーターなどの手段を使用できるが、コストがかかるうえメンテナンスが容易でないでない。
このようなことから、エア(空気)を送風してワークを冷却することが低コストで行えるため、別途設けた冷却ゾーンに冷却手段としてファンを取り付けて、ファンの送風によりワークを冷却することがしばしば行われている。
このようなことから、エア(空気)を送風してワークを冷却することが低コストで行えるため、別途設けた冷却ゾーンに冷却手段としてファンを取り付けて、ファンの送風によりワークを冷却することがしばしば行われている。
しかし、この場合でも、別途設けた冷却ゾーン内のファンの送風により乱流が発生し、この乱流がリフロー加熱装置における加熱炉のワーク出口側から加熱炉内に回り込み、加熱炉の冷却ゾーンやリフロー加熱ゾーンの雰囲気を乱して、酸素濃度が上昇することが避けられなかった。
このように、加熱炉から搬出されたワークをファン等の送風で冷却を強化すると、加熱炉内の酸素濃度が変動して、電子部品などの半田付けに好適な低酸素濃度の雰囲気を安定して維持することができなかった。
そこで、加熱炉内への窒素ガスの供給量を増やし、加熱炉内の酸素濃度を低く保ち安定させることが考えられるが、増大した窒素ガスがリフロー加熱ゾーンの熱を冷却ゾーンにまで運んでしまうために、加熱炉から搬出されるワークの温度は逆に上昇する結果を招いていた。また、窒素ガスをより多く消費するためランニングコストの観点からも好ましくない。
そこで、加熱炉内への窒素ガスの供給量を増やし、加熱炉内の酸素濃度を低く保ち安定させることが考えられるが、増大した窒素ガスがリフロー加熱ゾーンの熱を冷却ゾーンにまで運んでしまうために、加熱炉から搬出されるワークの温度は逆に上昇する結果を招いていた。また、窒素ガスをより多く消費するためランニングコストの観点からも好ましくない。
以上述べたとおり、従来のリフロー半田付け設備では、リフロー半田付け装置の加熱炉の雰囲気を安定して低酸素濃度に維持することと、加熱炉から搬出されるワークを短時間で十分に冷却することとが両立できなかった。
本発明の目的は、リフロー半田付け装置の加熱炉の雰囲気を低酸素濃度に安定して維持しつつ、加熱炉から搬出されるワークを短時間で十分に冷却することを可能にする外部冷却室とこの冷却室を備えるリフロー半田付け設備を提供することにある。
本発明の目的は、リフロー半田付け装置の加熱炉の雰囲気を低酸素濃度に安定して維持しつつ、加熱炉から搬出されるワークを短時間で十分に冷却することを可能にする外部冷却室とこの冷却室を備えるリフロー半田付け設備を提供することにある。
上記の課題を解決するために、リフロー半田付け装置の加熱炉のワーク出口側に、吸引エアカーテンノズルを備える外部冷却室を配置した。
本発明の要旨は以下の通りである。
[1]リフロー半田付け装置の加熱炉のワーク出口側に配置される外部冷却室であって
、ワークを搬送する手段とワークを冷却するファンとワーク入口側に設けられた
吸引エアカーテンノズルとを備えたことを特徴とする外部冷却室。
[2]前記吸引エアカーテンノズルが昇降可能に設けられたことを特徴とする[1]に
記載された外部冷却室。
[3]前記吸引エアカーテンノズルの吸引口がスリット状であることを特徴とする[1
]または[2]に記載された外部冷却室。
[4]前記吸引エアカーテンノズルの吸引口が複数個の吸入口が並列したものからなる
ことを特徴とする[1]または[2]に記載された外部冷却室。
[5]リフロー半田付け装置と該リフロー半田付け装置の加熱炉の出口側に配置され
た[1]〜[4]のいずれかに記載された前記外部冷却室とからなることを特徴
とするリフロー半田付け設備。
本発明の要旨は以下の通りである。
[1]リフロー半田付け装置の加熱炉のワーク出口側に配置される外部冷却室であって
、ワークを搬送する手段とワークを冷却するファンとワーク入口側に設けられた
吸引エアカーテンノズルとを備えたことを特徴とする外部冷却室。
[2]前記吸引エアカーテンノズルが昇降可能に設けられたことを特徴とする[1]に
記載された外部冷却室。
[3]前記吸引エアカーテンノズルの吸引口がスリット状であることを特徴とする[1
]または[2]に記載された外部冷却室。
[4]前記吸引エアカーテンノズルの吸引口が複数個の吸入口が並列したものからなる
ことを特徴とする[1]または[2]に記載された外部冷却室。
[5]リフロー半田付け装置と該リフロー半田付け装置の加熱炉の出口側に配置され
た[1]〜[4]のいずれかに記載された前記外部冷却室とからなることを特徴
とするリフロー半田付け設備。
リフロー半田付け装置の加熱炉から搬出されたワークを、吸引エアカーテンノズルを設けた外部冷却室で冷却することにより、ワークを短時間で十分に冷却することができるとともに、リフロー半田付け装置の加熱炉内に該炉外から大気が回り込むことを防いで、リフロー半田付け装置の加熱炉内の酸素濃度を安定して低く保つことができる。このことにより、リフロー半田付け製品の品質を維持しつつ、生産性を上げることが可能となる。
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、リフロー半田付け装置と本発明の外部冷却室とを備えるリフロー半田付け設備の縦断面図を示す。
図1において、1は半田付け対象のワーク(プリント基板、電子部品等)、2はワークを搬送する搬送コンベア、3はリフロー半田付け装置の加熱炉であり、予熱ゾーン31、中間加熱ゾーン32、リフロー加熱ゾーン33および冷却ゾーン34からなる。ゾーン31〜33には、ワークを上下から加熱する上部および下部のヒーター4及びファン5が設けられている。冷却ゾーン34には、ワークに送風する上下のファン5が設けられている。
図1の加熱炉では、4ゾーンから構成されるものが示されているが、これに限らず、中間加熱ゾーンを備えないものや、単一ゾーンからなる加熱炉でもよい。
また、上記の4ゾーン31〜33のいずれかが複数のゾーンからなるようにすることもできる(特許文献1)。
図1は、リフロー半田付け装置と本発明の外部冷却室とを備えるリフロー半田付け設備の縦断面図を示す。
図1において、1は半田付け対象のワーク(プリント基板、電子部品等)、2はワークを搬送する搬送コンベア、3はリフロー半田付け装置の加熱炉であり、予熱ゾーン31、中間加熱ゾーン32、リフロー加熱ゾーン33および冷却ゾーン34からなる。ゾーン31〜33には、ワークを上下から加熱する上部および下部のヒーター4及びファン5が設けられている。冷却ゾーン34には、ワークに送風する上下のファン5が設けられている。
図1の加熱炉では、4ゾーンから構成されるものが示されているが、これに限らず、中間加熱ゾーンを備えないものや、単一ゾーンからなる加熱炉でもよい。
また、上記の4ゾーン31〜33のいずれかが複数のゾーンからなるようにすることもできる(特許文献1)。
6は窒素ガス供給源である。
窒素ガス供給源6からは、低酸素雰囲気でリフロー半田付けを行うために、加熱炉に窒素ガスを供給している。窒素以外の他の不活性なガスを供給してもよい。
図1では、窒素ガスは、リフロー加熱ゾーン33および冷却ゾーン34の上部と下部とから供給しているが、リフロー加熱ゾーンからのみ供給することや該ゾーンの上部あるいは下部からのみ供給することもできる。また、窒素ガスの供給は、リフロー加熱ゾーンや冷却ゾーン以外のゾーンからも行うことができる。
窒素ガス供給源6からは、低酸素雰囲気でリフロー半田付けを行うために、加熱炉に窒素ガスを供給している。窒素以外の他の不活性なガスを供給してもよい。
図1では、窒素ガスは、リフロー加熱ゾーン33および冷却ゾーン34の上部と下部とから供給しているが、リフロー加熱ゾーンからのみ供給することや該ゾーンの上部あるいは下部からのみ供給することもできる。また、窒素ガスの供給は、リフロー加熱ゾーンや冷却ゾーン以外のゾーンからも行うことができる。
7は、リフロー半田付け装置の加熱炉のワーク出口側に近接配置される外部冷却室であり、ワークを搬送する搬送コンベア8、ワークの搬送部上面にファン(送風機)9および吸引エアカーテンノズル10が備えられている。
外部冷却室7は、前面壁、後面壁およびその両者間を繋ぐ側壁(天井面および底面を含む)からなり、搬送コンベア8の搬送路を包囲し、ワークが通過できる開口部の入口と出口がそれぞれ前面壁、後面壁に設けけられている。したがって、この入口と出口の幅は搬送されるワークの幅よりも大きい寸法を有している。
外部冷却室の前面壁、後面壁および側壁は鋼板製であるが、これに限るものではない。
ワークを搬送する搬送コンベア8は、リフロー半田付け装置の搬送コンベア2と同期制御をすることができ、リフロー半田付け装置の加熱炉内と外部冷却室内とを同じ速度でワークが搬送できるようになっている。
外部冷却室の前面壁、後面壁および側壁は鋼板製であるが、これに限るものではない。
ワークを搬送する搬送コンベア8は、リフロー半田付け装置の搬送コンベア2と同期制御をすることができ、リフロー半田付け装置の加熱炉内と外部冷却室内とを同じ速度でワークが搬送できるようになっている。
ファン9は、送風してワークを冷却する。図1では、搬送コンベア8の上方に1台設けているが、その下方にも設けて下面からもワークを冷却するようにしてもよい。また、それぞれに複数台のファンを設けてもよい。
吸引エアカーテンノズル10は、外部冷却室内のワーク入口付近に吸引口を下向きにして搬送コンベア8の上部に設けられ、該入口近傍において、吸引される気体の流れがカーテン状になるようにして吸引するものである。吸引は、ブロア101により吸引エアカーテンノズル10に接続された配管102を介して行う。
吸引エアカーテンノズル10は、外部冷却室7に固定して設けてもよいが、昇降可能に設けて、吸引口の高さ位置を調整できるようにすることもできる。昇降可能にする手段としては、スライド式などの周知の手段を外部冷却室に適宜組み込んで実施することができる。
吸引エアカーテンノズル10は、例えばステンレス鋼材で製造することができ、耐熱性のある材料で製造することが好ましい。
吸引エアカーテンノズル10は、例えばステンレス鋼材で製造することができ、耐熱性のある材料で製造することが好ましい。
外部冷却室内のワーク入口近傍において、吸引される気体の流れがカーテン状になるように吸引するためには、吸引エアカーテンノズル10の吸引口を、例えば、図3(a)に示すように、ワークの搬送方向に対して垂直かつ水平方向に伸びるスリット状の開口部にするか、図3(b)に示すように、小孔の吸引口を有するノズルを複数個並べて形成してもよいが、これらの形態に限るものではない。
また、外部冷却室のワーク入口から大気(空気)の流出を十分に抑えるためには、カーテン状の流れは、その幅が外部冷却室のワーク入口の幅以上であることが効果的である。したがって、吸引エアカーテンノズルの吸引口の幅は、外部冷却室のワーク入口の幅以上の寸法を有していることが望ましい。
ファン9の回転量や吸引エアカーテンノズル10の吸引量はそれぞれ調整可能になっている。
ファン9の回転量や吸引エアカーテンノズル10の吸引量はそれぞれ調整可能になっている。
本発明の外部冷却室の吸引エアカーテンノズルの吸引作用は以下のとおりである。
外部冷却室7内では、ファン8の送風によりワーク1を冷却している。このとき、ファンの送風により乱流が発生するが、吸引エアカーテンノズル10が外部冷却室のワーク入口に近接して設けられているため、吸引エアカーテンノズルの吸引により吸引される気体の流れがカーテン状になり、該入口から外部冷却室内の気体(空気)の乱流が流出することを防止することができる。
このときの吸引エアカーテンノズル10の吸引量は、予め実験等により容易に求めることができる。
外部冷却室7内では、ファン8の送風によりワーク1を冷却している。このとき、ファンの送風により乱流が発生するが、吸引エアカーテンノズル10が外部冷却室のワーク入口に近接して設けられているため、吸引エアカーテンノズルの吸引により吸引される気体の流れがカーテン状になり、該入口から外部冷却室内の気体(空気)の乱流が流出することを防止することができる。
このときの吸引エアカーテンノズル10の吸引量は、予め実験等により容易に求めることができる。
このように、外部冷却室内のワーク入口側に吸引エアカーテンノズルを設けることにより、外部冷却室のワーク入口側から上流方向に、気体(空気)の乱流が流出することが防止される。そして、このことにより、大気が加熱炉内に侵入して加熱炉内の雰囲気を乱すことが抑制され、加熱炉雰囲気の酸素濃度が変動して上昇することを防止することができ、酸素濃度を所定の低い状態に安定して維持することができるとともに、加熱炉から搬出されたワークを短時間で十分に冷却することができる。
上記の実施形態では、低酸素濃度の雰囲気でのリフロー半田付けが行われているが、本発明の外部冷却室は、ワークの冷却を行うことができるから、低酸素雰囲気でない雰囲気でリフロー半田付けを行う場合でも、リフロー半田付け装置の加熱炉の下流に配置してもよいことはいうまでもない。
また、上記の実施形態では、リフロー半田付け装置の加熱炉3は冷却ゾーン34を備えているが、冷却ゾーンのない加熱炉でリフロー半田付けを行い、ワークの冷却を外部冷却室7でのみで行うようにすることもできる。
また、上記の実施形態では、リフロー半田付け装置の加熱炉3は冷却ゾーン34を備えているが、冷却ゾーンのない加熱炉でリフロー半田付けを行い、ワークの冷却を外部冷却室7でのみで行うようにすることもできる。
以下に記載するリフロー半田付け設備を使用して、以下の実施例を行い、本発明の効果を確認した。
〔設備1〕
リフロー半田付け装置の加熱炉出口側にワークの搬送装置が併設されているリフロー半田付け設備。
設備1では、加熱炉から搬出されたワークは大気中で自然冷却(放冷)されることになる。
〔設備2〕
リフロー半田付け装置の加熱炉出口側に、ワークを搬送する搬送コンベアとワークを冷却するファンとを備え、吸引エアカーテンノズルを備えない外部冷却室を配置したリフロー半田付け設備。
〔設備3〕
リフロー半田付け装置の加熱炉出口側に、ワークを搬送する搬送コンベアとワークを冷却するファンと吸引エアカーテンノズルとを備えた外部冷却室を併設したリフロー半田付け設備。
設備3において、吸引エアカーテンノズルは、外部冷却室内においてワーク入口に近接して配置される。
〔設備1〕
リフロー半田付け装置の加熱炉出口側にワークの搬送装置が併設されているリフロー半田付け設備。
設備1では、加熱炉から搬出されたワークは大気中で自然冷却(放冷)されることになる。
〔設備2〕
リフロー半田付け装置の加熱炉出口側に、ワークを搬送する搬送コンベアとワークを冷却するファンとを備え、吸引エアカーテンノズルを備えない外部冷却室を配置したリフロー半田付け設備。
〔設備3〕
リフロー半田付け装置の加熱炉出口側に、ワークを搬送する搬送コンベアとワークを冷却するファンと吸引エアカーテンノズルとを備えた外部冷却室を併設したリフロー半田付け設備。
設備3において、吸引エアカーテンノズルは、外部冷却室内においてワーク入口に近接して配置される。
設備1、2が従来例、比較例に相当するものであり、設備3が本発明例の関わるものである。
設備1〜3に使用したリフロー半田付け装置の加熱炉は、7ゾーンからなり全長が1590mm、高さ1330mm、奥行き965mm(L1590×H1330×W965)である。
ここで、第1ゾーンは予熱ゾーンに、第2〜4ゾーンは中間加熱ゾーンに、第5、6ゾーンはリフロー加熱ゾーンに、そして第7ゾーンは冷却ゾーンに、それぞれ対応している。
加熱炉内への窒素ガスの供給は、第5ゾーン下部、第6ゾーンの上部および下部、第7ゾーンの上部および下部より行った。
設備1〜3に使用したリフロー半田付け装置の加熱炉は、7ゾーンからなり全長が1590mm、高さ1330mm、奥行き965mm(L1590×H1330×W965)である。
ここで、第1ゾーンは予熱ゾーンに、第2〜4ゾーンは中間加熱ゾーンに、第5、6ゾーンはリフロー加熱ゾーンに、そして第7ゾーンは冷却ゾーンに、それぞれ対応している。
加熱炉内への窒素ガスの供給は、第5ゾーン下部、第6ゾーンの上部および下部、第7ゾーンの上部および下部より行った。
設備2、3で加熱炉のワーク出口側に配置される外部冷却室の寸法は、L400×H1330×W965である。
また、設備2ではワークを搬送する搬送装置および1台のファンを備えている。
これに対し、設備3では、ワークを搬送する搬送装置、1台のファンおよび吸引エアカーテンノズルを備えている。そして、吸引エアノズルの吸引口はスリット型で、吸引口の幅寸法は250(mm)である。
設備2、3における外部冷却装置は、本実施例では、加熱炉との間隔が10mm程度の間隔をおいて加熱炉の下流(出口側)に近接配置されている。
外部冷却室が備える搬送コンベア8は、加熱炉3の搬送コンベア2と同期制御をしてワークを搬送する。
ワークとして、160×160×t1.0のステンレス基板(図2参照)を使用した。
また、設備2ではワークを搬送する搬送装置および1台のファンを備えている。
これに対し、設備3では、ワークを搬送する搬送装置、1台のファンおよび吸引エアカーテンノズルを備えている。そして、吸引エアノズルの吸引口はスリット型で、吸引口の幅寸法は250(mm)である。
設備2、3における外部冷却装置は、本実施例では、加熱炉との間隔が10mm程度の間隔をおいて加熱炉の下流(出口側)に近接配置されている。
外部冷却室が備える搬送コンベア8は、加熱炉3の搬送コンベア2と同期制御をしてワークを搬送する。
ワークとして、160×160×t1.0のステンレス基板(図2参照)を使用した。
加熱炉の各ゾーンの加熱温度は、設定Aと設定Bの2つの場合について設定した。
設定Aは、一般的な鉛フリー半田を使用した場合を想定した温度設定であり、各ゾーンの設定温度を表1に示した。リフロー加熱ゾーンに相当する第5、6ゾーンは260℃に設定されている。
設定Bは、各ゾーンの設定温度が設定Aよりも高い温度に設定した場合であり、各ゾーンの設定温度を表2に示した。第1〜6ゾーンはいずれも350℃に設定されている。
設定Aは、一般的な鉛フリー半田を使用した場合を想定した温度設定であり、各ゾーンの設定温度を表1に示した。リフロー加熱ゾーンに相当する第5、6ゾーンは260℃に設定されている。
設定Bは、各ゾーンの設定温度が設定Aよりも高い温度に設定した場合であり、各ゾーンの設定温度を表2に示した。第1〜6ゾーンはいずれも350℃に設定されている。
ワークの搬送速度を0.3m/min(5mm/sec)として、設備1〜3のそれぞれにワークを搬送して、ワークの温度推移と加熱炉の第6ゾーン(リフロー加熱ゾーン)での酸素濃度の推移を測定した。
加熱炉への窒素ガス流量は、設備1〜3で同量とし、設定Aでは250L/min、設定Bでは170L/minである。
外部冷却室のファンの出力は設備2、3で同じである。
加熱炉への窒素ガス流量は、設備1〜3で同量とし、設定Aでは250L/min、設定Bでは170L/minである。
外部冷却室のファンの出力は設備2、3で同じである。
設備1では、加熱炉のゾーン1の入口に搬入されたときから経過した時間(t)を計測して、tが320秒の時点で加熱炉(第7ゾーン)から搬出され、tが400秒の時点でワークは加熱炉の入口を起点にして下流に2000mmの距離を移動する。
設備2、3でもワークは設備1と同様に移動するが、tが320秒の時点で加熱炉(ゾーン7)から搬出され、ほぼ同時に外部冷却室に搬入される。そしてtが400秒の時点で外部冷却室から搬出される。
設備2、3でもワークは設備1と同様に移動するが、tが320秒の時点で加熱炉(ゾーン7)から搬出され、ほぼ同時に外部冷却室に搬入される。そしてtが400秒の時点で外部冷却室から搬出される。
そこで、設定A、Bについて、加熱炉から搬出されたワークの温度を測定して、以下に定義される温度勾配TSを求めた。
温度勾配TS=(TI−TO)/80
TI:経過した時間tが320秒である時点でのワーク温度
TO:経過した時間tが400秒である時点のワーク温度
ワークの温度は、ワークに埋め込んだ熱電対により測定し、図2に示すようにワークの中心を測定ポイントとした。
温度勾配TS=(TI−TO)/80
TI:経過した時間tが320秒である時点でのワーク温度
TO:経過した時間tが400秒である時点のワーク温度
ワークの温度は、ワークに埋め込んだ熱電対により測定し、図2に示すようにワークの中心を測定ポイントとした。
また、上記のワークの温度を測定している時間(320〜400秒)において、第6ゾーンの雰囲気における酸素濃度を測定した。
設定Aでのワークの温度推移および第6ゾーンでの酸素濃度推移を、設備1〜3について図4〜図6にそれぞれ示した。
同様に、設定Bでのワークの温度推移および第6ゾーンでの酸素濃度の推移を設備1〜3について図7〜図9にそれぞれ示した。
なお、図4〜9において、時間tが250秒前後の数10秒間において、酸素濃度が変動して10ppm程度低下しているが、これは酸素濃度測定域の第6ゾーンにワークが搬入されたことにより、供給されている窒素ガスの流れがワークに遮られることによるものである。
設定Aでのワークの温度推移および第6ゾーンでの酸素濃度推移を、設備1〜3について図4〜図6にそれぞれ示した。
同様に、設定Bでのワークの温度推移および第6ゾーンでの酸素濃度の推移を設備1〜3について図7〜図9にそれぞれ示した。
なお、図4〜9において、時間tが250秒前後の数10秒間において、酸素濃度が変動して10ppm程度低下しているが、これは酸素濃度測定域の第6ゾーンにワークが搬入されたことにより、供給されている窒素ガスの流れがワークに遮られることによるものである。
図4〜図6から以下のことがいえる。
・設定Aの場合
設備1では、図4から分かるように、加熱炉の酸素濃度は65ppm程度で安定しているものの、温度勾配TSはおよそ−0.525℃/秒であり、冷却速度は設備2、3よりも低い。
設備2では、図5から分かるように、加熱炉の酸素濃度は温度勾配TSがおよそ−1.2℃/秒であり、設備1に比べ冷却速度が2倍以上であるものの、酸素濃度が後半の時間帯で大きく上昇して変動し、200ppmを超える時間帯が存在する。
設備3では、図6から分かるように、温度勾配TSはおよそ−1.18℃/秒となり、冷却速度は設備1に比べ2倍以上であり、設備2の場合と同程度である。しかも酸素濃度も65ppm程度で安定しており、設備1と同程度である。
・設定Aの場合
設備1では、図4から分かるように、加熱炉の酸素濃度は65ppm程度で安定しているものの、温度勾配TSはおよそ−0.525℃/秒であり、冷却速度は設備2、3よりも低い。
設備2では、図5から分かるように、加熱炉の酸素濃度は温度勾配TSがおよそ−1.2℃/秒であり、設備1に比べ冷却速度が2倍以上であるものの、酸素濃度が後半の時間帯で大きく上昇して変動し、200ppmを超える時間帯が存在する。
設備3では、図6から分かるように、温度勾配TSはおよそ−1.18℃/秒となり、冷却速度は設備1に比べ2倍以上であり、設備2の場合と同程度である。しかも酸素濃度も65ppm程度で安定しており、設備1と同程度である。
図7〜図9から以下のことがいえる。
・設定Bの場合
設備1では、図7から分かるように、酸素濃度が70ppm程度で非常に安定しているものの、温度勾配TSは−0.73℃/秒であり、冷却速度は設備2、3よりも低い。
設備2では、図8から分かるように、TSが−1.5℃/秒であり、冷却速度は、設備1と比べて、2倍以上であるものの、酸素濃度が後半の時間帯で大きく上昇して変動し、180ppmを超える時間帯が存在する。
設備3では、図9から分かるように、温度勾配TSは−1.62℃/秒となり、冷却速度は設備1〜3の中でもっとも高く、しかも酸素濃度も60〜70ppm程度でおおむね安定しており、設備1と同程度である。
・設定Bの場合
設備1では、図7から分かるように、酸素濃度が70ppm程度で非常に安定しているものの、温度勾配TSは−0.73℃/秒であり、冷却速度は設備2、3よりも低い。
設備2では、図8から分かるように、TSが−1.5℃/秒であり、冷却速度は、設備1と比べて、2倍以上であるものの、酸素濃度が後半の時間帯で大きく上昇して変動し、180ppmを超える時間帯が存在する。
設備3では、図9から分かるように、温度勾配TSは−1.62℃/秒となり、冷却速度は設備1〜3の中でもっとも高く、しかも酸素濃度も60〜70ppm程度でおおむね安定しており、設備1と同程度である。
以上のことから、加熱炉の出側に外部冷却室を併設すると、加熱炉から搬出されたワークを、設備1による放冷よりも倍近くの冷却速度で冷却することができるが、設備2に使用される外部冷却室では、吸引エアカーテンノズルを備えていないために、加熱炉本体の雰囲気の酸素濃度が変動して大きく上昇することが分かる。
このように、設備1では、短時間に十分な冷却が行うことができず、また設備2では、冷却速度は設備1よりも大きいが、第6ゾーンの酸素濃度が上昇しているため、ワークの半田付け部の半田が酸化して劣化し外観が悪くなるなどの、半田付け製品の品質低下が懸念される。
このように、設備1では、短時間に十分な冷却が行うことができず、また設備2では、冷却速度は設備1よりも大きいが、第6ゾーンの酸素濃度が上昇しているため、ワークの半田付け部の半田が酸化して劣化し外観が悪くなるなどの、半田付け製品の品質低下が懸念される。
これに対して、設備3に使用される外部冷却室では、吸引エアカーテンノズルを備えることにより、大気中での放冷よりも倍近くの冷却速度で冷却することができ、かつ酸素濃度を予め設定した所定の低酸素濃度に安定して維持することができる。このため、半田付け製品の品質低下を発生させることなく、短時間に十分な冷却が行うことができる。
本発明によれば、リフロー半田付け装置の加熱炉出口側に、吸引エアカーテンノズルをワーク入口側に設けた外部冷却室を設けることで、半田付け製品のワークを短時間で十分に冷却することができ、しかも加熱炉本体の雰囲気の酸素濃度を低濃度に安定して維持することができる。
このため、加熱炉を長大化する改造を行う必要がなく、ワークの品質を低下させることなく、ワークを十分に冷却することができ、低コストで生産性を上げることができる。また、酸素濃度を所定以下に維持するためにN2ガスなどの不活性ガスを従来よりも多く消費することなく、半田付け製品の品質を良好なものに維持することができる。
このように、本発明は産業上の利用可能性を有するものである。
このため、加熱炉を長大化する改造を行う必要がなく、ワークの品質を低下させることなく、ワークを十分に冷却することができ、低コストで生産性を上げることができる。また、酸素濃度を所定以下に維持するためにN2ガスなどの不活性ガスを従来よりも多く消費することなく、半田付け製品の品質を良好なものに維持することができる。
このように、本発明は産業上の利用可能性を有するものである。
1 ワーク(半田付け対象物)
2 搬送コンベア
3 加熱炉
31 予熱ゾーン
32 中間加熱ゾーン
33 リフロー加熱ゾーン
34 冷却ゾーン
4 (上部、下部)ヒーター
5 (上部、下部)ファン
6 窒素ガス供給源
7 外部冷却室
8 搬送コンベア
9 ファン
10 吸引エアカーテンノズル
101 ブロア
102 配管
2 搬送コンベア
3 加熱炉
31 予熱ゾーン
32 中間加熱ゾーン
33 リフロー加熱ゾーン
34 冷却ゾーン
4 (上部、下部)ヒーター
5 (上部、下部)ファン
6 窒素ガス供給源
7 外部冷却室
8 搬送コンベア
9 ファン
10 吸引エアカーテンノズル
101 ブロア
102 配管
Claims (5)
- リフロー半田付け装置の加熱炉のワーク出口側に配置される外部冷却室であって、ワークを搬送する手段とワークを冷却するファンとワーク入口側に設けられた吸引エアカーテンノズルとを備えたことを特徴とする外部冷却室。
- 前記吸引エアカーテンノズルが昇降可能に設けられたことを特徴とする請求項1に記載された外部冷却室。
- 前記吸引エアカーテンノズルの吸引口がスリット状であることを特徴とする請求項1または2に記載された外部冷却室。
- 前記吸引エアカーテンノズルの吸引口が複数個の吸入口が並列したものからなることを特徴とする請求項1または2に記載された外部冷却室。
- リフロー半田付け装置と該リフロー半田付け装置の加熱炉の出口側に配置された請求項1〜4のいずれかの請求項に記載された前記外部冷却室とからなることを特徴とするリフロー半田付け設備。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012123391A JP2013251332A (ja) | 2012-05-30 | 2012-05-30 | リフロー半田付け装置の外部冷却室およびリフロー半田付け設備 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012123391A JP2013251332A (ja) | 2012-05-30 | 2012-05-30 | リフロー半田付け装置の外部冷却室およびリフロー半田付け設備 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013251332A true JP2013251332A (ja) | 2013-12-12 |
Family
ID=49849752
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012123391A Pending JP2013251332A (ja) | 2012-05-30 | 2012-05-30 | リフロー半田付け装置の外部冷却室およびリフロー半田付け設備 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2013251332A (ja) |
-
2012
- 2012-05-30 JP JP2012123391A patent/JP2013251332A/ja active Pending
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