JP2022065287A - 搬送加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ゾーン間のバッファ部における温度低下を防止する。【解決手段】複数の加熱炉が配列され、加熱炉によって被加熱物に対して熱風を吹きつけるように構成された加熱装置と、加熱炉間に存在するバッファ部と、被加熱物を搬送する搬送コンベアと、搬送方向の前方側の加熱炉に設けられ、後方側のバッファ部に対して熱風を導入する開口とを備えた搬送加熱装置である。【選択図】図３

Description

本発明は、例えばプリント基板のリフローを行うリフロー装置に対して適用できる搬送加熱装置に関する。

電子部品またはプリント基板に対して、予めはんだ組成物を供給しておき、リフロー炉の中に基板を搬送コンベアで搬送するリフロー装置が使用されている。リフロー装置は、基板を搬送する搬送コンベアと、この搬送コンベアによって被加熱物例えばプリント基板が供給されるリフロー炉本体とを備えている。リフロー炉は、例えば、搬入口から搬出口に至る搬送経路に沿って、複数のゾーンに対応する複数の加熱炉（加熱炉）が順に配置された構成とされている。複数のゾーンは、その機能によって、加熱ゾーン、冷却ゾーンなどの役割を有する。

加熱ゾーンでは、基板に対して熱風が吹きつけられることによって、はんだ組成物内のはんだを溶融させてプリント基板の電極と電子部品とがはんだ付けされる。リフロー装置では、加熱時の温度を所望の温度プロファイルにしたがって制御することによって、所望のはんだ付けがなされる。

このようなリフロー装置において、ゾーン間（加熱炉間）では、熱風が供給されないために、温度が低下し、温度プロファイル上で温度ドロップが生じる問題があった。かかる問題に対処するために、特許文献１に記載のリフロー装置では、リフローゾーンの間のバッファ部に対して、輻射パネルを通過する熱風の一部を熱風案内羽根によって導くようにしている。

特開２００６－０００９０５号公報

特許文献１の構成では、輻射パネルの吹き出し孔に対して熱風案内羽根を設けるために、自身のゾーンに対して供給されるべき熱風の一部を使用するため、特に車載基板等大型部品が混載されたワークの各部品に対し、より充分な加熱を与えるために、更なる改良が求められていた。

したがって、本発明の目的は、加熱能力を維持しつつ、ゾーン間における温度低下を防止できる搬送加熱装置を提供することにある。

本発明は、複数の加熱炉が配列され、加熱炉によって被加熱物に対して熱風を吹きつけるように構成された加熱装置と、
加熱炉間に存在するバッファ部と、
被加熱物を搬送する搬送コンベアと、
搬送方向の前方側の加熱炉に設けられ、後方側のバッファ部に対して熱風を導入する開口と
からなる搬送加熱装置である。

少なくとも一つの実施形態によれば、搬送方向の前方側の加熱炉内の熱風の一部をバッファ部に導入することによって、バッファ部における温度低下を抑えることができるため、はんだ付け品質を更に向上することができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本発明中に記載されたいずれの効果であってもよい。また、以下の説明における例示された効果により本発明の内容が限定して解釈されるものではない。

図１は、本発明を適用できる従来のリフロー装置の概略を示す略線図である。 図２は、リフロー時の温度プロファイルの例を示すグラフである。 図３は、本発明の説明に使用する略線図である。 図４は、本発明の一実施の形態の説明に用いるリフロー装置の断面を示す断面図である。 図５Ａ及び図５Ｂは、リフロー装置の一例及び他の例の説明に使用する略線図である。 図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の一実施の形態の説明に用いる一部断面図である。 図７は、本発明の一実施形態の説明に使用する斜視図である。 図８は、本発明の一実施形態の一部の構成の説明に使用する平面図である。

以下、本発明を実施の形態について説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。
＜１．リフロー装置の一例＞
＜２．一実施の形態＞
＜３．変形例＞
なお、以下に説明する一実施の形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において、特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。

＜１．リフロー装置の一例＞
図１は、本発明を適用できる従来のリフロー装置の概略的構成を示す。プリント配線板の両面に表面実装用電子部品が搭載された被加熱物が搬送コンベヤの上に置かれ、搬入口１１からリフロー装置の加熱装置内に搬入される。搬送コンベヤが所定速度で矢印方向（図１に向かって左から右方向）へ被加熱物を搬送し、被加熱物が搬出口１２から取り出される。搬送コンベアの搬送方向が水平方向とされている。

加熱装置は、搬入口１１から搬出口１２に至る搬送経路に沿って、複数の加熱炉が配列され、加熱炉によって被加熱物に対して熱風（熱せられた雰囲気ガス）を吹きつけるように構成されている。各加熱炉がゾーンと称され、複数のゾーンがインライン状に配列されている。入口側から７個のゾーンＺ１～Ｚ７が加熱ゾーンであり、出口側の２個のゾーンＺ８及びＺ９が冷却ゾーンである。冷却ゾーンＺ８及びＺ９に関連して強制冷却ユニット１４が設けられている。加熱ゾーンＺ１～Ｚ７のそれぞれは、それぞれ送風機、ヒータ、吹き出しパネルなどを含む上部加熱炉及び下部加熱炉を有する。なお、このゾーン数は、一例であり、異なる数のゾーンを有する構成としてもよい。

上述した複数のゾーンＺ１～Ｚ９がリフロー時の温度プロファイルにしたがって被加熱物の温度を制御する。図２に温度プロファイルの一例の概略を示す。横軸が時間であり、縦軸が被加熱物例えば電子部品が実装されたプリント配線板の表面温度である。最初の区間が加熱によって温度が上昇する昇温部Ｒ１であり、次の区間がほぼ一定温度のプリヒート（予熱）部Ｒ２であり、次の区間がリフロー（本加熱）部Ｒ３であり、最後の区間が冷却部Ｒ４である。

昇温部Ｒ１は、常温からプリヒート部Ｒ２（例えば１５０℃～１７０℃）まで基板を加熱する期間である。プリヒート部Ｒ２は、例えば等温加熱を行い、フラックスを活性化し、電極、はんだ粉の表面の酸化膜を除去し、また、プリント配線板の加熱ムラをなくすための期間である。リフロー部Ｒ３（例えばピーク温度で２２０℃～２４０℃）は、はんだが溶融し、接合が完成する期間である。リフロー部Ｒ３では、はんだの溶融温度を超える温度まで昇温が必要とされる。リフロー部Ｒ３は、プリヒート部Ｒ２を経過していても、温度上昇のムラが存在するので、はんだの溶融温度を超える温度までの加熱が必要とされる。最後の冷却部Ｒ４は、急速にプリント配線板を冷却し、はんだ組成を形成する期間である。なお、無鉛ハンダの場合では、リフロー部における温度は、より高温（例えば２４０℃～２６０℃）となる。

図２において、曲線１は、鉛フリーはんだの温度プロファイルの一例を示す。Ｓｎ－Ｐｂ共晶はんだの場合の温度プロファイルの一例は、曲線２で示すものとなる。鉛フリーはんだの融点は、共晶はんだの融点より高いので、プリヒート部Ｒ２及びリフロー部Ｒ３における設定温度が共晶はんだに比して高いものとされている。

図１に示すリフロー装置では、図２における昇温部Ｒ１の温度制御を、主としてゾーンＺ１及びＺ２が受け持つ。プリヒート部Ｒ２の温度制御は、主としてゾーンＺ３、Ｚ４及びＺ５が受け持つ。リフロー部Ｒ３の温度制御は、ゾーンＺ６及びＺ７が受け持つ。冷却部Ｒ４の温度制御は、ゾーンＺ８及びゾーンＺ９が受け持つ。

上述した複数の加熱炉間（ゾーン間）には、熱風が供給されない隙間（バッファ部と適宜称する）が存在する。ゾーンＺ１からゾーンＺ７までの間に存在するバッファ部では、熱風が供給されないために、温度低下が生じる。本発明は、かかる温度低下を抑えるものである。

＜２．一実施の形態＞
図３は、複数のゾーンからなる加熱装置の一部を概略的に示す。すなわち、被加熱物Ｗの搬送方向に沿ってゾーンＺ（ｎ－１）、ゾーンＺｎ、ゾーンＺ（ｎ＋１）が設けられており、ゾーンＺ（ｎ－１）の搬送方向の前側にバッファ部Ｂ（ｎ－１）が存在し、ゾーンＺ（ｎ－１）及びＺｎの間にバッファ部Ｂｎが存在し、ゾーンＺｎ及びＺ（ｎ＋１）の間にバッファ部Ｂ（ｎ＋１）が存在している。各ゾーンの設定温度は、Ｔ（ｎ－１）＜Ｔｎ＜Ｔ（ｎ＋１）の関係とされている。

本発明では、搬送方向に対して前方のゾーンの熱風の一部を開口を通じてバッファ部に対して供給する。すなわち、図３において矢印で示すように、バッファ部Ｂ（ｎ－１）に対して前方のゾーンＺ（ｎ－１）で生成される熱風の一部をゾーンＺ（ｎ－１）の後側の壁に形成された開口を通じて導入し、バッファ部Ｂｎに対して前方のゾーンＺｎで生成される熱風の一部をゾーンＺｎの後側の壁に形成された開口を通じて導入し、バッファ部Ｂ（ｎ＋１）に対して前方のゾーンＺ（ｎ＋１）で生成される熱風の一部をゾーンＺ（ｎ＋１）の後側の壁に形成された開口を通じて導入する。前方のゾーンからバッファ部に対して熱風を導入することによって、温度プロファイル上で温度変化の逆方向の変化を生じない利点がある。本発明の構成によって、各バッファ部における温度低下を抑制することができる。なお、全てのバッファ部に対して熱風を導入する必要はなく、例えば設定温度が高いプリヒート部及びリフロー部のゾーンのバッファ部の一部に熱風を導入する構成を設けてもよい。さらに、上下に加熱炉を設ける構成においては、上部加熱炉の間に存在するバッファ部に対してのみ熱風を導入する構成を設けてもよい。

図４を参照して本発明の一実施形態について説明する。図４は、リフロー部に含まれる二つのゾーンＺ６及びＺ７の構成の概略を示す。各ゾーンには、上部加熱炉及び下部加熱炉が対向して設けられ、上部加熱炉と下部加熱炉との対向間隙内で、プリント回路基板の片面又は両面に表面実装用電子部品が搭載された被加熱物が搬送コンベア２１上に置かれて搬送される。上部加熱炉内及び下部加熱炉内は、雰囲気ガスである例えば窒素（Ｎ２）ガスが充満している。上部加熱炉及び下部加熱炉は、被加熱物に対して熱風（熱せられた雰囲気ガス）を噴出して被加熱物を加熱する。なお、熱風と共に赤外線を照射しても良い。

各加熱炉の上側および下側に取付けられたモータ２２により回転されるファン２３が上下に配置され、これらのファン２３から送風された雰囲気を加熱して熱風を発生させるヒータ２４が配置されている。熱風は、パネル２５に形成されている孔を通じて被加熱物に対して吹きつけられる。モータ２２及びファン２３は、例えばターボファンの構成とされる。さらに、図示しないが、各加熱炉には、ファン２３からの風を分散させて加熱炉内の温度分布の均一化を図るために整流機構が設けられている。

ゾーンＺ６の上部加熱炉及びゾーンＺ７の上部加熱炉間にバッファ部Ｂ７が存在する。図４において、矢印で示すように、このバッファ部Ｂ７に対してゾーンＺ７の上部加熱炉の内部で生成された熱風の一部を導入する。この結果、バッファ部Ｂ７における温度低下を防止することができる。

さらに本発明の一実施形態について説明する。加熱炉の構成の一例として、図５Ａに示すように、加熱パネル２６の小孔を通じて熱風を被加熱物Ｗに吹きつける構成が知られている。加熱炉内のガスの流れを矢印で示す。この構成の場合、被加熱物Ｗに吹き付けられることにより冷却されたガスが被加熱物Ｗに沿って流れ、加熱パネル２６の周辺から上部のファンに向かって戻るために、被加熱物Ｗに対し効率よく熱供給が行われない場合もある。

一方、図５Ｂに示す構成は、加熱パネル２７と、所定の間隙を介して加熱パネル２７と平行に設けられている回収板２８を有する。加熱パネル２７の支持板から回収板２８を貫通する多数の噴射ノズルが突出され、噴射ノズルの先端の開口から熱風が被加熱物Ｗに対して吹きつけられる。加熱パネル２７は、アルミニウム、亜鉛またはマグネシウムなどを材料とするダイカスト法を含む鋳造法、または絞り加工法により成形されている。

回収板２８は、加熱パネル２７が被加熱物Ｗに吹き付けた熱風の戻りガスを回収するために、噴射ノズルの近傍に形成された孔又はスリットを有する。加熱パネル２７の噴射ノズルから噴出された熱風は、被加熱物Ｗを加熱後に回収板２８の孔又はスリットを通じて、加熱パネル２７及び回収板２８の対向間隙を通り、さらに回収通路を通って送風機２３の中心部の吸い込み口から吸い込まれ、下方に吹き出される。吹き出されたガスがヒータ２４により加熱される。

図５Ｂに示す構成は、加熱後のガスが被加熱物Ｗに沿って流れず、回収板２８の孔又はスリットを通じて加熱パネル２７及び回収板２８の対向間隙に取り込まれ、さらに、加熱パネル２７の周辺から上部に戻るので、冷熱が被加熱物Ｗ上に滞留する時間を短縮することができ、図５Ａに示す構成と比較して被加熱物Ｗに対し、より効率よく熱供給が可能となる。

本発明は、バッファ部における温度低下を抑えるもので、被加熱物Ｗに対し、効率よく熱供給が可能となる図５Ｂに示す構成に対して適用することがより効果的である。すなわち、図５Ｂに示すような加熱能力の高い構成において、バッファ部における被加熱物Ｗの温度低下を抑制することで、更なる被加熱物Ｗの品質向上が見込まれる。

図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の一実施形態の一部の構成を拡大して示し、図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ一部断面図である。ゾーンＺ６及びＺ７がそれぞれ図５Ｂに示す構成とされている。すなわち、加熱パネル２７と回収板２８が所定の間隙でもって対向配置され、加熱パネル２７の噴射ノズルが回収板２８の孔又はスリットを通じて被加熱物Ｗ側に突出している。噴射ノズルの先端のノズル開口２９の近傍に、スリット３０が形成されている。スリット３０は、孔であってもよい。ノズル開口２９から被加熱物に対して熱風が吹きつけられ、被加熱物を加熱後のガスが回収板２８のスリット３０を介して加熱パネル２７と回収板２８の間隙に戻る。

バッファ部Ｂ７に対して搬送方向で前側のゾーンＺ７の後ろ側の壁３１に開口３２が形成され、この開口３２を通じて矢印で示すように、バッファ部Ｂ７に対して熱風が導入される。図７は、バッファ部Ｂ７を搬送方向と直交する上下方向に切断した断面図である。図６Ａ、図６Ｂ及び図７に示すように、開口３２は、加熱パネル２７の上面の位置よりヒータ側の位置に例えば２箇所に形成される。

さらに、バッファ部Ｂ７の下部には、回収板２８とほぼ同じ高さの位置にバッファ部パネル３３が設けられている。このバッファ部パネル３３に複数の孔３４が形成され、孔３４を通じてバッファ部Ｂ７に導入された熱風が搬送コンベア２１の被加熱物に向けて下方に吹き出される。孔３４に限らずスリットを形成してもよい。吹き出された熱風の戻り経路を形成するために、回収板２８のバッファ部Ｂ７の壁３１に近接する位置にスリット３０が形成されている。この壁３１に近接して形成されたスリット３０によって、ゾーンＺ６及びＺ７おいてバッファ部Ｂ７からの熱風が被加熱物表面に滞留することを抑制できる。

図８は、図５Ｂに示す構成の加熱炉における回収板２８の一例の一部を示す。図８の水平方向が被加熱物搬送方向であり、垂直方向が加熱炉の幅方向を示す。図８は、加熱炉の後側に位置する回収板２８のエッジから加熱炉の中央位置（１点鎖線で示す）までの一部を示している。また、図８において、千鳥状に配置された回収板２８を貫通する噴射ノズルの先端のノズル開口２９を斜線で示している。但し、参照符号２９は一部のノズル開口のみに対して付加されている。

噴射ノズルは、回収板２８より突起状に突設されたものであり、突起状の噴射ノズルにより加熱用の熱風に方向性を与えることで、この加熱用の熱風と、回収板２８の回収口部としてのスリット３０ａ～３０ｅによって強制回収される温度低下した熱風とを明確に区別して、互いの干渉を効果的に防止できる。

上部の噴射ノズルのノズル開口２９から噴出した熱風が被加熱物Ｗに衝突した後、熱交換を終えて冷えた熱風は、回収板２８に配設されたスリット３０ａ～３０ｅによって強制的に吸引され、被加熱物Ｗの表面から速やかに排除される。噴射ノズルのノズル開口２９の形状は、円形、長円形、長方形型スリット形状など特に形状は問わない。熱交換を終えて冷えた熱風は、ファンの吸い込み側に連結された回収通路に吸い込まれる。

また、図８に示されるように、複数のスリット３０ａ～３０ｅは、回収通路の出口（冷えた熱風の吸い込まれる側）から遠い場所（すなわち、回収板２８の中央部）に配置されたもの（スリット３０ｅ）より回収通路出口側に配置されたもの（スリット３０ａ）ほど小さな開口面積を有するようにされている。このように、回収通路の出口側ほどスリット３０の開口面積を絞ることにより、熱風吸引力が作用しやすい出口側から回収される熱風流量と、そうでない場所から回収される熱風流量とを等しくすることができ、場所による熱風回収流量のばらつきを防止できる。図８に示されるスリット開口面積差を設ける技術を図５Ｂに示す構造に採用すればより加熱能力を向上した状態で、バッファ部における温度低下を抑制できるため、より被加熱物Ｗの品質向上が見込まれる。

なお、図５Ｂ及び図８は、上部に加熱炉が配されている場合を示すが、下部に加熱炉が配されている場合も同様に本発明を適用できる。下部の加熱炉の構成は、上部の加熱炉と同様であるため、その説明を省略する。

＜３．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について具体的に説明したが、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば上側加熱炉と下側加熱炉の一方のみを有する構成としてもよい。また、この発明は、プリント基板に限らず、フレキシブル基板、リジッド基板とフレキシブル基板とを貼り合わせた基板、これらを組み合わせたリジッドフレキ基板のリフローに対しても適用できる。さらに、リフロー装置に限らず、樹脂の硬化のための加熱装置等に対しても適用できる。また、上述の実施の形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。また、上述の実施の形態の構成、方法、工程、形状、材料および数値などは、本発明の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。

Ｂ（ｎ－１），Ｂｎ，Ｂ（ｎ＋１）、Ｂ７・・・バッファ部、
１１・・・搬入口、１２・・・搬出口、１４・・・強制冷却ユニット、
１５・・・上部加熱炉、２３・・・ファン、２４・・・ヒータ、２５・・・パネル、
２７・・・加熱パネル、２８・・・回収板、２９・・・ノズル開口、
３０・・・回収板に形成されたスリット、３２・・・開口、３５・・・下部加熱炉

Claims (5)

1. 複数の加熱炉が配列され、前記加熱炉によって被加熱物に対して熱風を吹きつけるように構成された加熱装置と、
   前記加熱炉間に存在するバッファ部と、
   前記被加熱物を搬送する搬送コンベアと、
   搬送方向の前方側の加熱炉に設けられ、後方側の前記バッファ部に対して熱風を導入する開口と
   からなる搬送加熱装置。
2. 前記バッファ部に導入された熱風を前記搬送コンベア側に吹き出す孔又はスリットを有する請求項１に記載の搬送加熱装置。
3. 前記加熱炉は、被加熱物に対して突出する複数の噴射ノズルを有する加熱パネルと、前記加熱パネルとほぼ平行に配され、前記噴射ノズルが被加熱物に吹き付けた熱風の戻りガスを通過させる孔又はスリットを有する回収板とを備える請求項１又は２に記載の搬送加熱装置。
4. 前記回収板の前記バッファ部に近接する位置に孔又はスリットが形成された請求項３に記載の搬送加熱装置。
5. 前記開口が前記加熱パネルの位置よりヒータ側に形成される請求項１乃至４のいずれかに記載の搬送加熱装置。

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