JP2928843B2 - 雰囲気炉及び雰囲気炉の雰囲気維持方法 - Google Patents

雰囲気炉及び雰囲気炉の雰囲気維持方法

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JP2928843B2 JP11448990A JP11448990A JP2928843B2 JP 2928843 B2 JP2928843 B2 JP 2928843B2 JP 11448990 A JP11448990 A JP 11448990A JP 11448990 A JP11448990 A JP 11448990A JP 2928843 B2 JP2928843 B2 JP 2928843B2
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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はクリーム半田を加熱溶融させて半田付けする
ためのリフロー炉等に適用される雰囲気炉及びその雰囲
気維持方法に関し、特に不活性ガス雰囲気に保持した雰
囲気炉及びその雰囲気維持方法に関するものである。
従来の技術 従来のリフロー炉は、トンネル状の炉体が用いられて
おり、炉体内をワークの通過開口を有する隔壁によって
複数のブロックに区画し、各ブロックに設けたヒータと
ファンにてブロック毎に温度制御を行い、ワークを炉体
内の各ブロックに順次移動させることによって所定の温
度プロファイルに基づいて加熱し、クリーム半田をリフ
ローさせるように構成されている。又、このリフローを
不活性雰囲気中で行うものにおいては、N2ガスを炉体内
に導入している。
ところがトンネル状の炉体を用いたものでは両端開口
から炉体内の熱が外部に洩れ出すために熱エネルギー効
率が悪くかつ温度を精度良く制御するのが困難であり、
また不活性ガス雰囲気を維持する場合にはN2ガスの消費
量が大きく、ランニングコストが高くなるという問題が
ある。そこで、本出願人は先に炉体の両端に、炉体内を
閉鎖した状態でワークの受け渡しを行う受渡し手段を設
けたリフロー炉等の雰囲気炉を特願平1−170146号で提
案している。
発明が解決しようとする課題 しかし、記のようにほぼ密閉したリフロー炉において
も完全密閉状態にはできないので、N2ガスを充満させて
一旦不活性雰囲気にした後もN2ガスを補充しないと不活
性雰囲気を維持することはできない。そのため、炉体内
にN2ガスを常に供給する必要があるが、補給量が少ない
と不活性雰囲気を維持できないために通常過剰に補給す
る必要があり、無駄なコストがかかるという問題があっ
た。
本発明は上記従来の問題点に鑑み、ほぼ密閉した炉体
を有する雰囲気炉において、必要最小限の不活性ガスを
供給するだけで不活性雰囲気を保持できるようにした雰
囲気炉を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段 本願の第1発明の雰囲気炉は、半田を溶融するために
加熱する加熱炉を含む、ほぼ密閉された炉体と、前記加
熱炉内の所定のガス濃度及び温度の雰囲気を維持するよ
うに前記加熱炉内の雰囲気を炉外に設けた加熱送風部を
経由して循環させる循環処理手段と、前記加熱炉内で発
生する揮発性不純物を冷却凝縮させ除去するために前記
循環処理系に設けた不純物除去手段と、前記加熱炉内の
ガス濃度検出手段とを備え、前記ガス濃度検出手段によ
り検出した揮発性不純物濃度が所定値以下の時は、前記
循環処理手段は前記加熱炉から排出されたガスを前記不
純物除去手段を通さずに前記加熱炉に還流させ、前記揮
発性不純物濃度が所定値を越えた時のみ、前記循環処理
手段は前記加熱炉から排出されたガスを前記不純物除去
手段を通して前記加熱炉に還流させるよう循環経路を切
り換えることを特徴とする。
本願の第2発明の雰囲気炉の雰囲気維持方法は、半田
を溶融するために加熱するほぼ密閉された加熱炉内の雰
囲気を循環させて所定のガス濃度及び温度の雰囲気を維
持するように加熱送風する循環処理系を用いた雰囲気炉
の雰囲気維持方法であって、前記加熱炉内の揮発性不純
物濃度を検出し前記揮発性不純物濃度が所定値以下の時
は、前記加熱炉から排出されたガスを加熱するのみで前
記加熱炉に還流させ、前記揮発性不純物濃度が所定値を
越えた時のみ、前記加熱炉から排出されたガス中の揮発
性不純物を冷却凝縮し除去した後加熱し前記加熱炉に還
流させるよう循環経路を切り換えることを特徴とする。
作用 本願の第1、第2発明によると、加熱炉内の揮発性不
純物の濃度を検出し、揮発性不純物の濃度が許容値を越
えると、加熱炉から排出されたガスを不純物除去手段を
通して加熱炉へ還流させるため、一度不純物除去手段に
より冷却した後再度加熱送風部を通り加熱することにな
るが、揮発性不純物の濃度が許容値以下である通常運転
時は、加熱炉から排出されたガスを不純物除去手段を通
さずに加熱送風手段を通すのみで加熱炉へ還流させるよ
う循環経路を切り換えることによって、通常時は使用熱
量を大幅に削減した状態で最適な加熱炉内の雰囲気を維
持することができる。
実 施 例 以下、本発明をリフロー炉に適用した一実施例を第1
図〜第3図に基づいて説明する。
リフロー炉1は、第1図に示すような全体構成であ
り、炉体2の内部にその両端間にわたってワークを搬送
する搬送手段3が配設されるとともに両端に炉内をほぼ
密閉した状態でワークを外部との間で受け渡しする受渡
し手段4a、4bが設けられている。受渡し手段4a、4bは、
本体5とその内部に縦軸心回りに回転可能に配置された
受渡し体6にて構成され、受渡し体6に一側にのみ開口
したワーク収納空間6aを形成して構成されている。ま
た、炉体2内は隔壁7a、7bにて3つの炉室8a、8b、8cに
区画され、それぞれにN2ガス供給手段9a、9b、9cと、O2
ガス濃度と不純成分濃度を検出するガス検出手段10a、1
0b、10cが設けられている。
中間の炉室8b内には、搬送手段3の上下に熱風を吹き
出す熱風吹出部11a、11bが設けられ、その両側に熱風循
環用の吸引部12a〜12dが設けられている。熱風吹出部11
a、11bにはヒータや遠赤外線ヒータ等の加熱手段と送風
手段を内蔵した加熱送風部13から送風通路14a、14bを通
して熱風が送出され、またワークを加熱した後の熱風
は、吸引部12a〜12dから吸引通路15a〜15d、クリーム半
田に含まれていたフラックスの揮発成分を除去する不純
成分除去手段16及び吸引通路17を介して加熱送風部13に
還流されている。吸引通路17の途中にはストップバルブ
18が介装され、かつこの吸引通路17のストップバルブ18
と加熱送風部13の間に、吸引通路15a〜15dから第2図
(a)、(b)に示すような三方切換弁19a〜19dを介し
て分岐されたバイパス通路20a〜20dが接続されている。
不純成分除去手段16は、第3図に示すように、外周面
に熱交換フィン22を多数突設された本体筒21内に、内部
にジグザグ通路を形成するように複数の冷却フィン24を
設けられると共に入口端にフィルタ25を装着された筒状
カートリッジ23を配置して構成されている。この筒状カ
ートリッジ23の外周面と本体筒21の内周面とは、筒状カ
ートリッジ23を交換できかつ伝熱面積を大きく取れるよ
うにねじ26を介して嵌合されている。又、本体筒21の出
口端には吸引通路17が一体的に接続され、本体筒21の入
口端は各吸引通路15a〜15dが接続された蓋体27がボルト
28にて着脱自在に接合されている。さらに、蓋体27には
N2ガス供給手段29が接続されている。また、図示は省略
しているが、本体筒21の外周の熱交換フィン22に冷却風
を送風する手段が設けられている。
以上の構成において、ワークに塗布されたクリーム半
田を不活性雰囲気中でリフローして半田付けする場合、
N2ガス供給手段9a、9b、9cから各炉室8a、8b、8c内にN2
ガスを導入することによって炉体2内をN2ガス雰囲気に
する。このN2ガス雰囲気は、ガス検出手段10a、10b、10
cにてO2ガス濃度を検出してO2ガス濃度が所定値以下と
なるまでN2ガスを供給することによって確保される。そ
の不活性雰囲気としては、例えばO2ガス濃度が10ppm以
下の状態になるようにする。
また、加熱送風部13から熱風吹出部11a、11bに熱風を
供給して中間の炉室8b内がクリーム半田のリフロー温度
以上の230℃の雰囲気温度になるようにする。その際、
吹き出した熱風を吸引通路15a〜15d、不純成分除去手段
16又はバイパス通路20a〜20d、及び吸引通路17を通って
加熱送風部13に還流して循環させていることにより、少
ない熱エネルギーで高い精度で設定温度に制御すること
ができる。なお、中間の炉室8bの両側の入口側及び出口
側の炉室8a、8cは8bと同様の加熱手段が設けられており
(第1図では省略)100〜150℃程度の雰囲気温度とな
る。
この状態で、入口側の受渡し手段4aにおける受渡し体
6のワーク収納空間6aを外部空間側に向けて内部にワー
クを挿入した後受渡し体6を回転駆動し、ワーク収納空
間6aを炉室8a側に向け、ワークを搬送手段3に受け渡
す。これによって、ワークは搬送手段3にて炉室8a内を
搬送され、この炉室8aを通過する間にワークは150℃の
雰囲気にて予備加熱される。次に、炉室8aで予備加熱さ
れたワークは隔壁7aの開口を通過して中間の炉室8b内に
入り、この中間の炉室8b内において230℃の雰囲気でワ
ークが加熱され、リフローが行われる。その後、ワーク
は隔壁7bの開口を通過して150℃程度の雰囲気温度とな
っている出口側の炉室8cを通る間に徐冷された後、受渡
し手段4aの場合と同様に受渡し手段4bにて炉室2内を外
部空間に対して閉じた状態で外部空間に取り出される。
一方、炉体2両端のワークを出し入れするための開口
が受渡し手段4a、4bにて閉じられ、外部に対してほぼ密
閉されているので、N2ガスが外部に洩れ出すことは殆ど
ないが、リフロー炉1の運転中に炉体2内に外気が侵入
してO2ガス濃度が徐々に上昇し、不活性雰囲気が失われ
て行くことは避けられない。そこで、炉体2内のO2ガス
濃度をガス検出手段10a〜10cで検出して10ppm以上のO2
ガス濃度を検出すると、N2ガス供給手段9a、9b、9cから
N2ガスを供給し、炉体2内のO2ガス濃度を低下させ、不
活性雰囲気を保持する。このようにして、所定の不活性
雰囲気を維持するのに必要なだけのN2ガスを導入するこ
とによってN2ガス消費量を最小必要限とすることができ
て、ランニングコストの低下を図ることができる。ま
た、補給するN2ガスを不純成分除去手段16の入口側に設
けたN2ガス供給手段29から供給して、加熱送風部13を通
過させて所定の雰囲気温度にした後炉体2内に導入する
ことによって、N2ガスの導入によって炉体2内の雰囲気
温度が大きく変化するのを防止できる。
又、上記リフローを連続して行うと、クリーム半田中
のフラックス成分が揮発して炉室8b内でフラックス煙が
発生し、これが吸引部12a〜12dから吸引されて熱風とと
もに循環することになるが、吸引通路15a〜15dと17の間
に不純成分除去手段16が設けられているので、ここで確
実に除去され、炉室8b内の揮発成分の濃度が高くなるこ
とはなく、従って揮発成分が基板等のワークに付着して
そのハロゲン化合物によって酸化膜からなる絶縁膜が破
壊されるような恐れはない。従って、リフロー後にワー
クを洗浄しなくても絶縁破壊を発生することなく、コス
ト上昇要因をもたらすことはない。
又、不純成分除去手段16を第3図に示すように構成す
ると、吸引した熱風が筒状カートリッジ23を通過する間
にフィルタ25にて粒状の不純成分30が除去され、揮発し
た不純成分31は冷却フィン24の表面に接触して冷却さ
れ、凝縮することによって除去される。例えば、クリー
ム半田のフラックスから揮発した不純成分31の場合に
は、冷却フィン24を100℃程度に冷却すればその表面に
凝縮し、十分に効果的に除去することができる。従っ
て、この構成によると簡単な構成で不純成分を効果的に
除去することができる。又、除去した不純成分30、31
は、蓋体27を外して筒状カートリッジ23を交換すること
によって外部に取り出すことができ、保守も容易であ
る。この筒状カートリッジ23の交換時に、三方向切換弁
19a〜19dを第2図(a)に示すようにバイパス通路20a
〜20d側に切換えるとともにストップバルブ18を閉じ、
熱風をバイパス通路20a〜20dを通して循環させることに
よってリフロー炉1を運転しながら交換することができ
る。
さらに、吸引した熱風を常に不純成分除去手段16に通
すと、この不純成分除去手段16において冷却フィン24で
熱風が冷却され、その後加熱送風部13で所定温度まで加
熱することになるためにそれだけ熱効率が悪くなる。一
方、リフローする際に揮発する不純成分は微量であり、
常に熱風を冷却凝縮させて除去しなくてもその濃度が高
くなるわくではない。そこで、本実施例ではガス検出手
段10a、10b、10cにて不純成分濃度を検出し、所定濃度
以下のときにはストップバルブ18を閉じるとともに三方
切換弁19a〜19dを第2図(a)に示す状態にし、熱風を
吸引通路15a〜15dからバイパス通路20a〜20dと吸引通路
17を通して加熱送風部13に還流させて熱効率良く循環加
熱し、検出した不純成分濃度が所定濃度を越えると、ス
トップバルブ18を開くとともに三方切換弁19a〜19dを第
2図(b)に示す状態に切換えて吸引した熱風を不純成
分除去手段16に通してその不純成分を除去するようにし
ている。
発明の効果 本発明によれば、ほぼ密閉された炉体を用いているの
でトンネル炉を用いる場合に比して不活性雰囲気を保持
するための不活性ガスの消費量を少なくできるとともに
確実に不活性雰囲気を保持でき、さらに炉体内の酸素ガ
ス濃度を検出し、酸素ガス濃度が許容値以上に高くなる
と不活性ガス導入手段から炉体内に不活性ガスを導入し
て不活性雰囲気を保持するので、不活性雰囲気を確実に
保持しながら不活性ガスの消費量を必要最小限にでき、
一層ランニングコストを低下することができるという効
果を発揮する。
又、加熱炉内の揮発性不純物の濃度を検出し、揮発性
不純物の濃度が許容値を越えると、加熱炉から排出され
たガスを不純物除去手段を通して加熱炉へ還流させるた
め、一度不純物除去手段により冷却した後再度加熱送風
部を通り加熱することになるが、揮発性不純物の濃度が
許容値以下である通常運転時は、加熱炉から排出された
ガスを不純物除去手段を通さずに加熱送風手段を通すの
みで加熱炉へ還流させるよう循環経路を切り換えること
によって、通常時は使用熱量を大幅に削減した状態で最
適な加熱炉内の雰囲気を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第3図は本発明の一実施例を示し、第1図は概
略構成を示す縦断正面図、第2図(a)、(b)は三方
向切換弁の切換状態を示す断面図、第3図は不純成分除
去手段の具体構成例を示す断面図である。 1……リフロー炉、2……炉体、9a、9b、9c、29……N2
ガス供給手段、10a、10b、10c……ガス検出手段、11a、
11b……熱風吹出部、12a、12b……吸引部、13……加熱
送風部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H05K 3/34 507 H05K 3/34 507J (72)発明者 牧野 豊 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−13474(JP,A) 特開 平3−35871(JP,A) 特開 昭62−101373(JP,A) 実開 昭54−139030(JP,U) 実開 昭54−27127(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 1/00 - 3/08 B23K 31/02 310 H05K 3/34 507 F27B 9/04 F27B 9/24

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半田を溶融するために加熱する加熱炉を含
    む、ほぼ密閉された炉体と、前記加熱炉内の所定のガス
    濃度及び温度の雰囲気を維持するように前記加熱炉内の
    雰囲気を炉外に設けた加熱送風部を経由して循環させる
    循環処理手段と、前記加熱炉内で発生する揮発性不純物
    を冷却凝縮させ除去するために前記循環処理系に設けた
    不純物除去手段と、前記加熱炉内のガス濃度検出手段と
    を備え、前記ガス濃度検出手段により検出した揮発性不
    純物濃度が所定値以下の時は、前記循環処理手段は前記
    加熱炉から排出されたガスを前記不純物除去手段を通さ
    ずに前記加熱炉に還流させ、前記揮発性不純物濃度が所
    定値を越えた時のみ、前記循環処理手段は前記加熱炉か
    ら排出されたガスを前記不純物除去手段を通して前記加
    熱炉に還流させるよう循環経路を切り換えることを特徴
    とする雰囲気炉。
  2. 【請求項2】加熱炉内への不活性ガス導入手段を備え、
    ガス濃度検出手段により検出した酸素ガス濃度が所定値
    以上の時に前記不活性ガス導入手段を動作させる特許請
    求の範囲第1項記載の雰囲気炉。
  3. 【請求項3】不活性ガス導入手段は、循環処理手段内に
    不活性ガスを導入可能に構成されている特許請求の範囲
    第2項記載の雰囲気炉。
  4. 【請求項4】半田を溶融するために加熱するほぼ密閉さ
    れた加熱炉内の雰囲気を循環させて所定のガス濃度及び
    温度の雰囲気を維持するように加熱送風する循環処理系
    を用いた雰囲気炉の雰囲気維持方法であって、前記加熱
    炉内の揮発性不純物濃度を検出し前記揮発性不純物濃度
    が所定値以下の時は、前記加熱炉から排出されたガスを
    加熱するのみで前記加熱炉に還流させ、前記揮発性不純
    物濃度が所定値を越えた時のみ、前記加熱炉から排出さ
    れたガス中の揮発性不純物を冷却凝縮し除去した後加熱
    し前記加熱炉に還流させるよう循環経路を切り換えるこ
    とを特徴とする雰囲気炉の雰囲気維持方法。
  5. 【請求項5】加熱炉内の酸素ガス濃度を検出し、前記酸
    素ガス濃度が所定値以下の時に前記加熱炉内に不活性ガ
    スを導入する特許請求の範囲第4項記載の雰囲気炉の雰
    囲気維持方法。
  6. 【請求項6】不活性ガスの導入は循環処理系内にて不活
    性ガスを導入し、不活性ガスも含めて循環させる特許請
    求の範囲第5項記載の雰囲気炉の雰囲気維持方法。
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