JP2723402B2 - ベーパーリフローはんだ付け装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ベーパーリフローはん
だ付け装置に係り、特に、プリント配線板上に４方向に
平面的に電極端子を取り出した、いわゆるフラットパッ
クＩＣや、抵抗，コンデンサ等の面付けチップ部品をは
んだ付けする高密度実装に適したベーパーリフローはん
だ付け装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、プリント配線板への電子部品の高
密度実装がますます進んでいるが、プリント配線板へ半
導体，チップ部品など電子部品を接着するはんだ付け作
業はラインの最終工程に当るため、はんだ付け技術はラ
インの中で最も重要技術と見られるに至った。最近で
は、はんだ付け作業を行う炉内の温度分布の均一性を高
め、かつ、電子部品に対する有害な過熱を避ける必要性
から、対空気比重の大きい蒸気を熱媒体として用い、そ
の凝縮潜熱を利用して被処理物を加熱するベーパーリフ
ローはんだ付け装置がある。この装置は、例えば、特開
昭６３−９０３６１号公報に記載されているように、プ
リント配線板を前述のように対空気比重の大きい熱媒体
の飽和蒸気中を通すことによってはんだ付けする蒸気発
生槽を備えたはんだ付け装置である。

【０００３】従来の代表的な、コンベアを用いたベーパ
ーリフローはんだ付け装置について図３および図４を参
照して説明する。図３は、従来のベーパーリフローはん
だ付け装置の縦断面図、図４は、図３のＡ−Ａ矢視断面
図である。図３に示す装置は、蒸気発生槽４，搬入側搬
送路５，搬出側搬送路６，加熱ヒータ７，搬入側冷却器
８，搬出側冷却器９，搬入側排気口１０，搬出側排気口
１１からなるリフロー室１と、予熱ヒータ１４を備えた
予熱室２と、冷却フアン１８を備えた冷却室３と、コン
ベア１５，駆動スプロケット１９，搬入側スプロケット
２０，搬出側スプロケット２１などを含む駆動系と、回
収装置２３，水酸除去器２６，ポンプ２７を含む熱媒体
回収系とから構成されている。

【０００４】このように構成された従来のベーパーリフ
ローはんだ付け装置の作用を説明する。蒸気発生槽４の
底部に溜っている熱媒体１２に浸った加熱ヒータ７によ
り沸騰蒸発した熱媒体の飽和蒸気１３は上部に上昇し、
側壁通路３１に通じた側方蒸気吐出口３２および下部蒸
気吐出口３３から吐出されて被処理物１６を加熱し、一
部は凝縮液化して落下し、蒸気発生槽４の底部に溜る。
搬入側搬送路５および搬出側搬送路６に流入した飽和蒸
気１３は搬入側冷却器８および搬出側冷却器９により冷
却されて液化し、戻り配管１７を通って蒸気発生槽４の
底部に戻る。わずかに残った蒸気は、搬入側排気口１０
および搬出側排気口１１から配管２２を通って回収装置
２３に流入し、冷却コイル２４，デミスター２５により
回収される。回収された熱媒体は、水酸除去器２６で水
酸除去され、ポンプ２７により蒸気発生槽４に戻され
る。

【０００５】一方、予熱ヒータ１４により加熱されて予
熱室２からコンベア１５でリフロー室１に搬入された被
処理物１６は飽和蒸気１３に触れて加熱され、蒸気発生
槽４内では飽和蒸気１３の凝縮潜熱によりはんだが加熱
溶融され、はんだ付けされる。被処理物１６は搬出側搬
送路６に入り次第に冷却され、冷却室３に入って冷却フ
ァン１８によりさらに冷却されて装置から搬出される。
蒸気発生槽４内の飽和蒸気１３の高さは、蒸気発生槽４
内に設けた温度センサ２８と温度調節器２９により、電
力調節器３０を介して加熱ヒータ７への電力を制御し蒸
気温度を所定の運度となるようにして制御している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなベーパー
リフローはんだ付け装置においては、次のような問題点
が生じる。すなわち、蒸気発生槽の蒸気面は、常に被処
理物がリフローされる際に一時的に高さが低下せず、被
処理物が蒸気面の外に出ないような十分の高さに保たれ
ている。蒸気の搬入，搬出側搬送路への漏洩量は蒸気面
高さの平方根に比例するので、常に蒸気面を高く保って
いると、熱媒体の消耗量が増大するとともに、蒸気面を
保つに必要な加熱ヒータへの電力量も増大して、被処理
物の製作原価は高くなり、経済性が低下するという問題
があった。

【０００７】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためになされたもので、熱媒体の消耗量と加熱ヒータ
への電力量とを低減して被処理物の製作原価を下げ、経
済性向上を図りうるベーパーリフローはんだ付け装置を
提供することを、その目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のベーパーリフローはんだ付け装置に係る第
一の発明の構成は、熱媒体の飽和蒸気を発生させる蒸気
発生槽にコンベアで被処理物を搬送して、被処理物に飽
和蒸気を接触させ被処理物のはんだを加熱溶融させては
んだ付けを行うベーパーリフローはんだ付け装置におい
て、被処理物が装置内を搬送されることを感知する感知
センサと、該感知センサの出力に応じて、被処理物がコ
ンベア上にない場合には蒸気発生槽での蒸気面の高さを
低くし、被処理物がコンベア上にある場合には、蒸気発
生槽での蒸気面を被処理物上のはんだを溶融するに足り
る高さとする蒸気発生高さ制御手段とを備えたものであ
る。

【０００９】また、上記目的を達成するために、本発明
のベーパーリフローはんだ付け装置に係る第二の発明の
構成は、熱媒体の飽和蒸気を発生させる蒸気発生槽にコ
ンベアで被処理物を搬送して、被処理物に飽和蒸気を接
触させ被処理物のはんだを加熱溶融させてはんだ付けを
行うベーパーリフローはんだ付け装置において、被処理
物が装置内を搬送されることを感知する感知センサと、
前記蒸気発生槽内に具備され、前記感知センサの出力に
応じて検出位置が上下する温度センサと、該温度センサ
の出力に応じて、被処理物がコンベア上にない場合には
蒸気発生槽での蒸気面の高さを低くし、被処理物がコン
ベア上にある場合には、蒸気発生槽での蒸気面を被処理
物上のはんだを溶融するに足りる高さとする蒸気発生高
さ制御手段とを備えたものである。

【００１０】なお、詳しくは次のとおりである。本発明
に係るベーパーリフローはんだ付け装置の特徴とすると
ころは、被処理物が装置内にないときは、蒸気面をリフ
ローに必要な高さより低くしておき、被処理物が装置内
にある場合は、リフローが完了するまでの間、蒸気面を
リフローに必要な高さに保つ手段を設けたことにある。
被処理物が搬送される場合は、例えば搬送用コンベアの
近傍に感知センサを設けて、コンベア上での被処理物の
有無を決定できる。蒸気面の上下は、一例として、感知
センサの出力に基づいて、熱媒体の加熱電力を制御する
ことによって実現できる。さらに、蒸気発生槽内に検出
位置の上下移動が可能な温度センサを設けて、蒸気面の
上下位置を正確に把握できるようにした。

【００１１】

【作用】上記技術的手段による働きは次のとおりであ
る。第一の発明では、蒸気発生槽内の加熱ヒータの電力
供給系を分割しておき、被処理物が装置内にないとき
は、一方の加熱ヒータへの電力供給を停止すると、蒸気
発生量が低減して蒸気面は低くなるので、搬入，搬出側
搬送路に漏洩する蒸気量が低減し、熱媒体の消耗量も低
減する。被処理物が装置内に入ったことを感知したと
き、リフローを完了するまでの間、全加熱ヒータに電力
を供給して、蒸気面をリフローに必要な高さに保つ。こ
れにより、はんだ付けの信頼性は確保でき、熱媒体の消
耗量と電力とが低減できて、被処理物製作時における経
済性の向上を図ることができる。

【００１２】また、第二の発明では、蒸気発生槽内上部
にある温度センサの検出位置を上下に移動可能にして、
被処理物が装置内にないときは、温度センサの検出位置
をリフロー時の高さより低くすると、蒸気発生量が低減
し蒸気面が低くなるので、搬入，搬出側搬送路に漏洩す
る蒸気量が低減し、熱媒体の消耗量も低減する。被処理
物が装置内に入ったことを感知したとき、リフローを完
了するまでの間、温度センサの検出位置を被処理物をリ
フローするに必要な高さにして、蒸気面をリフローに必
要な高さに保つように加熱ヒータへの電力供給を制御す
るので、はんだ付けの信頼性が確保でき、熱媒体の消耗
量と電力とが低減できて、被処理物製作時における経済
性の向上を図ることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の各実施例を図１および図２を
参照して説明する。 〔実施例 １〕図１は、本発明の一実施例に係るベーパ
ーリフローはんだ付け装置の縦断面図である。図中、図
３と同一符号のものは従来技術と同等部分であるから、
一般的な作用説明を省略する。図１に示す実施例が従来
技術と相違するところは、蒸気発生槽内の加熱ヒータを
２分割したことと、予熱室前に被処理物感知センサを設
けたことである。

【００１４】図１に示すベーパーリフローはんだ付け装
置は、蒸気発生槽４，搬入側搬送路５，搬出側搬送路
６，加熱ヒータ７（７ａ，７ｂ），搬入側冷却器８，搬
出側冷却器９，搬入側排気口１０，搬出側排気口１１か
らなるリフロー室１と、予熱ヒータ１４を備えた予熱室
２と、冷却フアン１８を備えた冷却室３と、コンベア１
５，駆動スプロケット１９，搬入側スプロケット２０，
搬出側スプロケット２１などを含む駆動系と、回収装置
２３，水酸除去器２６，ポンプ２７を含む熱媒体回収系
と、温度センサ２８，温度調節器２９，電力調節器３
０，電磁開閉器３４，被処理物感知センサ（以下感知セ
ンサという）３５などの制御系とから構成されている。

【００１５】感知センサ３５は、透過式あるいは反射式
の光センサを利用する。透過式の場合、発光素子からの
光を被処理物が遮り、受光素子が光を検知できなくなっ
たことで被処理物の存在を感知する。また、反射式の場
合、発光素子の光が被処理物で反射され、受光素子が受
光したことで被処理物の存在を感知するものである。な
お、上記コンベア１５は、金属製で、比熱が大きい場合
には常時回動させて予熱しておき、被処理物が搬送され
てきたときに、直ちにリフロー動作に入ることができる
ようにしておくことが望ましい。

【００１６】このように構成された本実施例のベーパー
リフローはんだ付け装置の動作を説明する。装置の起動
により、予熱ヒータ１４，加熱ヒータ７ａ，７ｂに電力
が供給される。蒸気発生槽４の下部に溜っている熱媒体
１２は、蒸発潜熱が水の１／２０程度であるために加熱
ヒータ７ａ，７ｂにより加熱されて直ちに蒸発し、飽和
蒸気１３が発生する。飽和蒸気１３は蒸気発生槽４を上
昇し、一部は下部蒸気吐出口３３から、残りは上部蒸気
吐出口３２から流出して、被処理物１６をリフローする
に必要な蒸気面を確保する。

【００１７】予熱室２の前方に設置された感知センサ３
５は、被処理物１６が装置を通過するに要する時間（＝
装置の長さ／コンベアの速度）以上被処理物１６を感知
しない場合には、被処理物１６が装置内すなわちコンベ
ア上にないと判断して、電磁開閉器３４を開いて加熱ヒ
ータ７ａへの電力供給を停止し、加熱ヒータ７ｂのみで
熱媒体１２を加熱する。そこで、蒸気面は低下する。こ
の場合、蒸気面がコンベア１５を充分加熱できる高さで
あれば、次に被処理物が搬送されてきても、コンベア１
５の温度は低下していないので、直ちに被処理物１６を
載せて搬送を行なっても、温度差による悪影響を被処理
物１６に与えることはない。

【００１８】感知センサ３５が被処理物１６を感知する
と、電磁開閉器３４が閉じて加熱ヒータ７ａに電力を供
給して、加熱ヒータ７ａ，７ｂにより熱媒体１２を加熱
して蒸気面をリフローに必要な高さに保つ。次いで、被
処理物１６が装置を通過するに必要な時間を過ぎても感
知センサ３５が被処理物１６を感知しなければ、再び電
磁開閉器３４が開いて加熱ヒータ７ｂのみで熱媒体１２
を加熱し、蒸気面は低下する。なお、本実施例では、加
熱ヒータへの電力供給系を２分割にしたが、被処理物１
６の寸法に応じて、さらに多段に切り替えられるように
なっていても良い。

【００１９】上記実施例では、搬入口側に感知センサ３
５が設けられているが、搬出口側にも設けて、被処理物
が搬出されたことをもって電磁開閉器３４を開いても良
い。この場合、前出の被処理物が装置を通過する時間内
に搬入側の感知センサが被処理物を感知したなら、たと
え、搬出側の感知センサが搬出を感知したとしても後続
の被処理物の存在に基づいて電磁開閉器３４を閉じたま
まとすると良い。これらの処理は、マイクロプロセッサ
を導入することにより容易に実現できる。また、このマ
イクロプロセッサに、前記の電力供給系の多段切替の制
御処理機能を負荷しても良い。

【００２０】〔実施例 ２〕図２は、本発明の他の実施
例に係るベーパーリフローはんだ付け装置の縦断面図で
ある。図中、図１と同一符号のものは先の実施例と同等
部分であるから、その説明を省略する。図２に示す実施
例が、図１の実施例と相違するところは、図１の実施例
の蒸気発生槽内の加熱ヒータへの電力供給系の代りに、
蒸気発生槽４内の温度センサ２８Ａにパルスモータとギ
ヤとからなる上下駆動機構に係る温度センサ駆動機構３
６を加えたものである。電力調節器３０は、温度センサ
２８Ａの出力が温度調節器２９で設定した温度になるよ
うに加熱ヒータ７への電力供給を制御するようになって
いる。

【００２１】まず、被処理物１６をリフローするに必要
な蒸気面を確保したのち、予熱室２の前方に設置された
感知センサ３５は、被処理物１６が装置を通過するに要
する時間以上に被処理物１６を感知しない場合には、温
度センサ駆動機構３６が作動して、温度センサ２８Ａの
検知位置を所定の下方に降ろすと同時に、加熱ヒータ７
への電力の供給を一時的に停止して、蒸気面を一旦温度
センサ２８Ａの検知位置より下方にする。これにより、
蒸気面は温度センサ２８Ａの検知位置先端部付近に低下
する。

【００２２】感知センサ３５が被処理物１６を感知する
と、温度センサ駆動機構３６が温度センサ２８Ａの検知
位置を所定の上方に上昇させる。これにより、温度セン
サ２８Ａの出力は低下するので、加熱ヒータ７へ電力を
供給し、蒸気を発生させて蒸気面を必要な高さに保つ。
被処理物１６が装置を通過するに必要な時間を過ぎて
も、感知センサ３５が被処理物１６を感知しなければ、
上記のように、温度センサ駆動機構３６が作動して、温
度センサ２８Ａの検知位置を所定の下方に降ろすと同時
に、加熱ヒータ７への電力の供給を一時的に停止して、
蒸気面を一旦温度センサ２８Ａの検知位置より下方に
し、蒸気面を温度センサ２８Ａの検知位置先端部付近に
低下させる。

【００２３】なお、被処理物が装置を通過するに要する
時間を算出する際に、装置の長さを規定する範囲をどこ
にするかは設計上の問題であるので、任意に設定して差
し支えない。一例として、出入り口間，入口と搬出側搬
送路出口，入口と冷却室出口などが考えられる。また、
はんだ付け装置としてのコンベア１５上に前後段の機器
と被処理物１６とが受け渡しされることをもって、コン
ベア上での被処理物の有無を決めても差し支えない。

【００２４】〔実施例 ３〕なお、図示しないが、さら
に他の実施例について付記する。熱媒体の消耗量低減と
蒸気発生に必要な電力量の低減は、被処理物の存否に対
応して発生蒸気の存在域を調整することにかかってい
る。してみると、蒸気発生量を調整することに代えて、
蒸気発生量は同じであったとしても、蒸気発生槽の底を
上昇させれば、被処理物が蒸気で覆われて充分なリフロ
ーが行なわれるようになる。そこで、搬送路５，６に対
して蒸気発生槽４を蛇腹手段で結合するとか、蒸気発生
槽４内に気密に摺動できる内底板を設け、加熱ヒータ
７，熱媒体１２をこの上に設置し、被処理物の感知に応
じて、蒸気発生槽４自体、あるいは内底板を上下させれ
ば、熱媒体の消耗量低減と蒸気発生に必要な電力消費の
低減が達成できる。

【００２５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、熱媒体の消耗量と加熱ヒータへの電力量とを低減
して被処理物の製作原価を下げ、経済性向上を図りうる
ベーパーリフローはんだ付け装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るベーパーリフローはん
だ付け装置の縦断面図である。

【図２】本発明の他の実施例に係るベーパーリフローは
んだ付け装置の縦断面図である。

【図３】従来のベーパーリフローはんだ付け装置の縦断
面図である。

【図４】図３のＡ−Ａ矢視断面図である。

【符号の説明】

１ リフロー室 ４ 蒸気発生槽 ５ 搬入側搬送路 ６ 搬出側搬送路 ７，７ａ，７ｂ 加熱ヒータ １２ 熱媒体 １３ 飽和蒸気 １５ コンベア １６ 被処理物 ２８，２８Ａ 温度センサ ２９ 温度調節器 ３０ 電力調節器 ３４ 電磁開閉器 ３５ 感知センサ ３６ 温度センサ駆動機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−27867（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−75465（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−254382（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−192468（ＪＰ，Ａ)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱媒体の飽和蒸気を発生させる蒸気発生
   槽にコンベアで被処理物を搬送して、被処理物に飽和蒸
   気を接触させ被処理物のはんだを加熱溶融させてはんだ
   付けを行うベーパーリフローはんだ付け装置において、 被処理物が装置内を搬送されることを感知する感知セン
   サと、 該感知センサの出力に応じて、被処理物がコンベア上に
   ない場合には蒸気発生槽での蒸気面の高さを低くし、被
   処理物がコンベア上にある場合には、蒸気発生槽での蒸
   気面を被処理物上のはんだを溶融するに足りる高さとす
   る蒸気発生高さ制御手段とを備えたことを特徴とするベ
   ーパーリフローはんだ付け装置。
2. 【請求項２】 熱媒体の飽和蒸気を発生させる蒸気発生
   槽にコンベアで被処理物を搬送して、被処理物に飽和蒸
   気を接触させ被処理物のはんだを加熱溶融させてはんだ
   付けを行うベーパーリフローはんだ付け装置において、 被処理物が装置内を搬送されることを感知する感知セン
   サと、 前記蒸気発生槽内に具備され、前記感知センサの出力に
   応じて検出位置が上下する温度センサと、 該温度センサの出力に応じて、被処理物がコンベア上に
   ない場合には蒸気発生槽での蒸気面の高さを低くし、被
   処理物がコンベア上にある場合には、蒸気発生槽での蒸
   気面を被処理物上のはんだを溶融するに足りる高さとす
   る蒸気発生高さ制御手段とを備えたことを特徴とするベ
   ーパーリフローはんだ付け装置。
3. 【請求項３】 感知センサは、蒸気発生槽の少なくとも
   前段に設けられたものであることを特徴とする請求項１
   または２記載のいずれかのベーパーリフローはんだ付け
   装置。
4. 【請求項４】 蒸気発生高さ制御手段は、被処理物がコ
   ンベア上にない場合には、蒸気発生槽における蒸気面
   を、コンベアを加熱するに足りる高さにまで低くするも
   のであることを特徴とする請求項１または２記載のいず
   れかのベーパーリフローはんだ付け装置。
5. 【請求項５】 蒸気発生槽は加熱ヒータを備え、蒸気発
   生高さ制御手段は、感知センサの出力に応じて前記加熱
   ヒータへ電力供給を制御するものであることを特徴とす
   る請求項１または２記載のいずれかのベーパーリフロー
   はんだ付け装置。
6. 【請求項６】 蒸気発生高さ制御手段は、被処理物を搬
   送するコンベアに対して蒸気発生槽の熱媒体貯溜位置を
   上下させる可動手段であることを特徴とする請求項１ま
   たは２記載のいずれかのベーパーリフローはんだ付け装
   置。