JP2923725B2 - リフロー炉およびそれに使用する熱風吹出型ヒータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ソルダーペーストを塗
布したプリント基板のはんだ付けを行うリフロー炉、お
よびそれに使用する熱風吹出型ヒータに関する。

【０００２】

【従来の技術】はんだ付け性が良好なソルダーペースト
ではんだ付けを行うと、プリント基板にフラックス残渣
が多量に付着してしまい、このフラックス残渣が吸湿し
てランド間の絶縁抵抗を下げたり、ランド上に腐食生成
物を発生させて電子機器の機能を劣化させたりすること
がある。これは、はんだ付け性の良好なソルダーペース
トには松脂、活性剤、チキソ剤等の固形成分が多量に含
有されており、はんだ付け後にこれらの固形成分がプリ
ント基板上に残って前述のような問題を起こすからであ
る。

【０００３】そのため、はんだ付け性の良好なソルダー
ペーストではんだ付けしたプリント基板をコンピュータ
ーや通信機器のように高信頼性が要求される電子機器に
使用する場合は、はんだ付け後にフラックス残渣を洗浄
除去しなければならなかった。

【０００４】フラックス残渣の洗浄には、フロンやトリ
クレンのような溶剤が非常に効果があるが、これらの溶
剤は地球を取り巻くオゾン層を破壊して、有害な紫外線
を多量に地球上に到達させ、人類に皮膚癌を発生させる
原因となることから、その使用が規制されるようになっ
てきている。

【０００５】このような問題から、近時では、固形成分
を少なくして、はんだ付け後にフラックス残渣を洗浄し
なくても済むという所謂「無洗浄用ソルダーペースト」
というものが開発され、実用化されている。

【０００６】無洗浄用ソルダーペーストは、はんだ付け
性に効果のある固形成分が極めて少ないため、酸素が多
量に含まれている空気中で使用すると、はんだが付着し
ない未はんだや微小なはんだボールが多量に発生すると
いうはんだ付け不良を起こしてしまう。

【０００７】つまり、リフロー炉では、予備加熱ゾー
ン、本加熱ゾーンがあり、予備加熱ゾーンでソルダーペ
ーストが塗布されたプリント基板全体を加熱してはんだ
付け温度に近付ける予備加熱を行った後、本加熱ゾーン
でソルダーペースト中の粉末はんだを溶融させる本加熱
を行うが、酸素が多量に存在するリフロー炉では、予備
加熱時にランドの銅箔や粉末はんだの表面が酸化してし
まう。この時、固形成分の多いソルダーペーストでは、
松脂や活性剤が酸化した銅箔や粉末はんだの酸化膜を除
去して良好なはんだ付けを行わしめ、また溶融はんだの
表面張力を下げてランドの外で溶融したはんだをランド
まで引き込むため微小はんだボールは発生しなくなる。

【０００８】しかるに、固形成分が少ない無洗浄用ソル
ダーペーストでは、予備加熱で酸化したランドや粉末は
んだの酸化膜を除去できないため、粉末はんだが溶融し
てもランドに付着しなかったり、溶融はんだの表面張力
を充分に下げることができず、ランドの外で溶融したは
んだをランドに引き込めないため微小はんだボールとな
って残ってしまうものである。

【０００９】しかしながら、無洗浄用ソルダーペースト
も酸素のない雰囲気中で使用すると上記のようなはんだ
付け不良を起こさなくなる。それは、酸素がないと、プ
リント基板の予備加熱時に、ランドや粉末はんだが酸化
されないからである。従って、今日では、無洗浄用ソル
ダーペーストは、内部を窒素ガスで充満させたリフロー
炉（以下、単にリフロー炉という）で使用されている。

【００１０】リフロー炉は、酸素濃度が低ければ低いほ
ど、はんだ付け不良の発生が少なくなる。一般には、こ
の酸素濃度は１，０００ｐｐｍ以下、好ましくは３００
ｐｐｍ以下である。

【００１１】リフロー炉では、炉内を単に窒素ガスで充
満させておくだけでは、プリント基板の均一加熱がしに
くいため、炉内にファンや送風機等を設置し、窒素ガス
を熱風にしてプリント基板に当てることによりプリント
基板の均一加熱を行っている。

【００１２】本発明出願人が特願平２−１９４３８５号
として提案したリフロー炉は、炉内に送風機を設置した
リフロー炉において、加熱効率をさらに良好にしたもの
である。この発明のリフロー炉は、コンベアを介してト
ンネルの上下部に熱風吹出型ヒータを設置したもので、
上部の熱風吹出型ヒータの吹出口から吹出された熱風が
下部の熱風吹出型ヒータの吸入口から進入し、また下部
の熱風吹出型ヒータの吹出口から吹出された熱風が上部
の熱風吹出型ヒータの吸入口から進入するという上下間
で循環が行われ、また両吹出口が重なるところでは熱風
が衝突している。つまり、このリフロー炉は、熱風の一
部が上下の熱風吹出型ヒータ間で循環するとともに、他
の熱風が部分的に衝突するようになっている。熱風をこ
のような流動状態にすると、熱風がプリント基板に均等
に当たり、プリント基板を均一加熱することができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、熱風吹出型
ヒータを上下部に設置したリフロー炉では、プリント基
板をリフロー炉内に走行させていない無負荷の状態で
は、窒素ガスを毎分１５０リットル供給した場合、炉内
の酸素濃度を３００ｐｐｍ以下の安定した状態にするこ
とができるが、プリント基板をリフロー炉内に連続して
走行させた負荷状態にすると、炉内の酸素濃度が３００
ｐｐｍ以上で激しく変動するという不安定な状態になっ
てしまうものであった。本発明は、熱風吹出型ヒータを
設置したリフロー炉の特長を生かしたまま、プリント基
板を連続走行させても、安定した低酸素濃度を保つこと
ができるリフロー炉およびそれに用いる熱風吹出型ヒー
タを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らが、上下部に
熱風吹出型ヒータを設置したリフロー炉がプリント基板
を走行させたときに酸素濃度が不安定になる原因につい
て鋭意研究を重ねた結果、上下の熱風吹出型ヒータ間で
熱風が循環しているところにプリント基板が進入してく
ると、この循環が阻止されて熱風がプリント基板に沿っ
て出入口方向に勢いよく流れる。このように炉内で熱風
が勢いよく流れると炉内に負圧の部分ができ、外部より
低圧となる。すると、この負圧よりも圧力の高い外部の
空気が炉内に進入してきて、酸素濃度を高くしてしまう
ものであることが判明した。

【００１５】そこで本発明者らは、プリント基板が進入
してきても、熱風吹出型ヒータから吹出す熱風がプリン
ト基板に沿って流動しないようにすれば、炉内の熱風の
圧力が部分的に負圧にならず、外部からは空気が進入し
なくなることに着目して本発明を完成させた。

【００１６】本発明は、同一構造体に吹出口と吸入口が
形成されていて、吹出口から吹出された熱風が同一構造
体の吸入口に流入する熱風吹出型ヒータをトンネルの上
下部に設置するとともに、トンネルの上部に設置した熱
風吹出型ヒータのトンネル内における熱風の流動方向
と、トンネルの下部に設置した熱風吹出型ヒータのトン
ネル内における熱風の流動方向をそれぞれ逆方向にして
あり、しかもトンネルの上部に設置した熱風吹出型ヒー
タから吹出された熱風とトンネルの下部に設置した熱風
吹出型ヒータから吹出された熱風が上下間で循環や衝突
することなくそれぞれの熱風吹出型ヒータ内で循環する
ことを特徴とするリフロー炉である。

【００１７】また本発明は、同一構造体に吹出口と吸入
口が隣接して形成されており、吹出口と吸入口とは流通
路で連通されていて、しかも該流通路内には送風機が設
置されており、流通路或は吹出口には電熱ヒータが設置
されているとともに、吹出口にはプリント基板の走行方
向に対して直角方向に複数の孔、或はスリットが穿設さ
れていて、該孔或はスリットの上部には吹出口から吹出
される熱風を吸入口方向に変流させる変流板が吸入口方
向に向かって上方に傾斜して設置されていることを特徴
とする熱風吹出型ヒータでもある。

【００１８】本発明の熱風吹出型ヒータは、吹出口にプ
リント基板の走行方向に対して直角方向となるように複
数の孔、或はスリットを穿設しておき、該孔或はスリッ
トの近傍に変流板を傾斜して設置してあるため、孔或は
スリットから上方に吹き出た熱風が変流板に当たって吸
入口方向に流動を変え、吸入口から吸入されるようにな
る。

【００１９】また、本発明の熱風吹出型ヒータは、吹出
口全面を金属の多孔質板（商品名：セラメット）にし
て、これに複数の孔、或はスリットを穿設してもよい
し、または吹出口全面を金属板にして、これに複数の
孔、或はスリットを穿設してもよいし、さらには吸入口
に近い方となる略半分を金属の多孔質板にし、残りの略
半分を金属板にしてもよい。これらの金属の多孔質金属
板や金属板にセラミックを被覆しておくと、多孔質板や
金属板が加熱されたときにセラミックからはプリント基
板の均一加熱に適した遠赤外線が放射されるようにな
る。

【００２０】

【作用】本発明のリフロー炉は、熱風吹出型ヒータを上
下部に設置してあるため、プリント基板を均一加熱する
ことができる。また一つの熱風吹出型ヒータがそれ自体
で熱風を循環させ、対向して設置された熱風吹出型ヒー
タから吹出された熱風と衝突しないため、熱風がプリン
ト基板に沿って広範囲に流動しなくなる。

【００２１】

【実施例】リフロー炉１は、内部にトンネル２が形成さ
れており、トンネル２の略中央には長手方向にプリント
基板３を搬送するコンベア４が矢印Ａ方向に走行してい
る。トンネル２は入口方向から予備加熱ゾーンＰ、本加
熱ゾーンＲ、冷却ゾーンＣとなっており、予備加熱ゾー
ンＰと本加熱ゾーンＲには、上下部に熱風吹出型ヒータ
５ａ…、５ｂ…が設置されている。

【００２２】本発明に使用する熱風吹出型ヒータとは、
同一構造体に吹出口と吸入口が形成されており、熱風吹
出型ヒータの吹出口から吹出された熱風が同じ熱風吹出
型ヒータの吸入口に流入するようになっているものであ
る。

【００２３】トンネルの上部に設置した熱風吹出型ヒー
タ５ａのトンネル内における熱風の流動方向は図１、２
に示すように図中左方向であり、トンネルの下部に設置
した熱風吹出型ヒータ５ｂのトンネル内における熱風の
流動方向は図中右方向である。つまり、本発明のリフロ
ー炉は、上下部の熱風吹出型ヒータのトンネル内におけ
る熱風の流動方向がそれぞれ逆方向となっている。

【００２４】本加熱ゾーンＲに設置した熱風吹出型ヒー
タ５ａ、５ｂ内には窒素ガス供給ノズル６、６が挿入さ
れている。窒素ガス供給ノズルは、図示しない窒素ガス
供給源、たとえば窒素ボンベや窒素ガス発生装置（ＰＳ
Ａ）等に接続されている。

【００２５】ここで熱風吹出型ヒータについて、図３で
さらに詳細に説明する。熱風吹出型ヒータ５は、同一構
造体に吹出口７と吸入口８が形成されている。吹出口７
は箱体９となっており、箱体下部には略中央が細長い流
入口１０があって、該流入口と吸入口８とは流通路１１
で連通している。

【００２６】そして流入口１０の近傍の流通路１１には
送風機１２が設置されている。ここに設置する送風機と
しては、長い流入口に流体を均一に流入させるクロスフ
ローファンが適している。クロスフローファンは熱風吹
出型ヒータ５の外部に設置されたモータ１３で回転する
ようになっている。

【００２７】また、吸入口８の近傍の流通路１１には電
熱ヒータ１４が設置されている。電熱ヒータの設置箇所
は、流通路に限らず熱風吹出型ヒータの内部で熱風が通
過するところであれば如何なる所、たとえば吹出口の下
部でも設置可能である。

【００２８】実施例に示す熱風吹出型ヒータは、出口７
の吸入口８に近い部分が金属の多孔質板１５であり、吸
入口８から遠い部分が金属板１６となっている。そして
金属の多孔質板１５には、プリント基板の走行方向に対
して直角方向に並んだ複数の孔１７…が二列穿設されて
いる。孔の穿設状態は、第一列は両端が大きな孔で中程
が小さな孔となっており、第二列は両端が大きな孔で中
程には孔があいていない。このような状態に孔を穿設す
ると、搬送用の爪の部分に多量の熱風が当てられるた
め、爪で冷やされるプリント基板両端の温度を上昇さ
せ、プリント基板全体が均一温度となる。

【００２９】この列状に並んだ複数の孔１７…の上部に
は変流板１８が傾斜して設置されている。該変流板は、
吹出口７から吹出た熱風を吸入口８方向に流動させるよ
うに吸入口方向に向かって上方に傾斜している。

【００３０】吸入口に近い吹出口を金属の多孔質板にし
て、ここに複数の孔やスリットを穿設したのは、金属の
多孔質板全体から弱く吹出す熱風と孔やスリットから勢
いよく吹出す熱風がプリント基板を均一加熱するととも
に、吸入口に流入しやすくするためである。しかしなが
ら、吹出口は全面を金属の多孔質板にしたり、或は金属
板にして吸入口に近い部分に複数の孔やスリットを穿設
したりしてもよい。

【００３１】冷却ゾーンＣには、上下部に冷却機１９
ａ、１９ｂが設置されている。ここに設置する冷却機は
本発明の熱風吹出型ヒータと同一構造をしているが、内
部に電熱ヒータが設置されていない。この冷却機もそれ
自体で窒素ガスを循環させるようになっているため、窒
素ガスを広範囲に流動させることがなく、従って外部の
空気を炉内に巻き込むようなことがない。

【００３２】次に本発明のリフロー炉におけるプリント
基板の加熱状態について説明する。先ず、熱風吹出型ヒ
ータの電熱ヒータと送風機に通電し、予備加熱ゾーンと
本加熱ゾーンの加熱を行うとともに、窒素ガス供給ノズ
ルから窒素ガスを炉内に供給する。炉内温度、炉内酸素
濃度が所定の数値になったならば、プリント基板をコン
ベア４で矢印Ａ方向にトンネル内に走行させる。

【００３３】上部の熱風吹出型ヒータ５ａの吹出口７ａ
から斜め下方に吹出された熱風はプリント基板の上面に
当たってプリント基板の上面を加熱し、プリント基板に
沿って流動して同じ熱風吹出型ヒータの吸入口８ａから
吸い込まれていく。また下部の熱風吹出型ヒータ５ｂの
吹出口７ｂから斜め下方に吹出された熱風はプリント基
板の下面に当たってプリント基板の下面を加熱し、プリ
ント基板に沿って流動して同じ熱風吹出型ヒータの吸入
口８ｂから吸い込まれていく。

【００３４】熱風吹出型ヒータは、吹出口が熱風や電熱
ヒータで加熱されているため、表面からは遠赤外線が放
射されており、熱風と遠赤外線の相乗作用でプリント基
板を均一加熱するものである。

【００３５】本発明のリフロー炉は、上下部に設置した
熱風吹出型ヒータのトンネル内における流動方向がそれ
ぞれ逆方向となっているため、トンネルの出入口では一
方向の流動とならないばかりか、負圧の部分もできなく
なる。従って、外部からの空気の巻き込みがなくなり、
安定した低酸素濃度となるものである。また本発明のリ
フロー炉は、図１、２に示すように上下部に設置した熱
風吹出型ヒータから吹出す熱風が上下間で衝突しないた
め、さらに安定した低酸素濃度となる。

【００３６】本発明のリフロー炉において、窒素ガス供
給ノズルから毎分１５０リットルの窒素を炉内に供給
し、３００ｍｍ×２５０ｍｍのプリント基板を１枚間隔
で連続走行させて、炉内の酸素濃度を測定したところ、
炉内全域に渡って酸素濃度は１００ｐｐｍ以下という極
めて低酸素濃度であった。一方、吹出口から吹出された
熱風が同じ熱風吹出型ヒータの吸入口に吸い込まれない
従来の熱風吹出型ヒータを設置した従来のリフロー炉で
前記と同様にプリント基板を走行させて炉内の酸素濃度
を測定したところ、３００ｐｐｍから１，０００ｐｐｍ
の間で大きく変動していた。

【００３７】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明のリフロー炉
は、トンネルの上下部に設置したそれぞれの熱風吹出型
ヒータ内で熱風が循環しており、トンネルの上下部に設
置した熱風吹出型ヒータの吹き出し口から吹き出された
熱風が互いに衝突しないことからプリント基板の走行に
影響されることなく安定した低酸素濃度が得られる。ま
た本発明のリフロー炉は、トンネル内に負圧となる箇所
が存在せず、しかも上下の熱風吹出型ヒータの吹出口か
ら吹出る熱風がプリント基板に当たるところで逆方向に
流動していて、トンネル内では一方向だけの流動となら
ないため、外部からは空気が侵入しないという酸素濃度
低下に優れたものである。また本発明の熱風吹出型ヒー
タは、吹出口に変流板を設置してあるため、同じ熱風吹
出型ヒータの吸入口に戻るようになっており、その結果
熱風が広範囲に流動せず、空気の巻き込みが少なくなる
ばかりでなく、一度温まった熱風を再度循環させるため
温度が下がりにくくなり、電気の消費量も少ないという
信頼性、経済性に富むものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のリフロー炉の正面断面図。

【図２】図１の部分拡大図。

【図３】本発明の熱風吹出型ヒータの斜視断面図。

【符号の説明】

１ リフロー炉 ２ トンネル ３ プリント基板 ４ コンベア ５ａ、５ｂ 熱風吹出型ヒータ ６ 窒素ガス供給ノズル ７ａ、７ｂ 吹出口 ８ａ、８ｂ 吸入口 Ｐ 予備加熱ゾーン Ｒ 本加熱ゾーン Ｃ 冷却ゾーン

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H05K 3/34 H05K 3/32 H05K 1/16 H05K 1/18 F27B 9/10 F27D 7/04

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同一構造体に吹出口と吸入口が形成され
   ていて、吹出口から吹出された熱風が同一構造体の吸入
   口に流入する熱風吹出型ヒータをトンネルの上下部に設
   置するとともに、トンネルの上部に設置した熱風吹出型
   ヒータのトンネル内における熱風の流動方向と、トンネ
   ルの下部に設置した熱風吹出型ヒータのトンネル内にお
   ける熱風の流動方向をそれぞれ逆方向にしてあり、しか
   もトンネルの上部に設置した熱風吹出型ヒータから吹出
   された熱風とトンネルの下部に設置した熱風吹出型ヒー
   タから吹出された熱風が上下間で循環や衝突することな
   くそれぞれの熱風吹出型ヒータ内で循環することを特徴
   とするリフロー炉。
2. 【請求項２】 同一構造体に吹出口と吸入口が隣接して
   形成されており、吹出口と吸入口とは流通路で連通され
   ていて、しかも該流通路内には送風機が設置されてお
   り、流通路或は吹出口には電熱ヒータが設置されている
   とともに、吹出口にはプリント基板の走行方向に対して
   直角方向に複数の孔、或はスリットが穿設されていて、
   該孔或はスリットの上部には吹出口から吹出される熱風
   を吸入口方向に変流させる変流板が吸入口方向に向かっ
   て上方に傾斜して設置されていることを特徴とする熱風
   吹出型ヒータ。