JP3215188U

JP3215188U - 炉内フラックス処理機構装備リフロー炉

Info

Publication number: JP3215188U
Application number: JP2017003608U
Authority: JP
Inventors: 勝美釣賀; 大介釣賀
Original assignee: Ｔｒｇ株式会社
Priority date: 2017-07-19
Filing date: 2017-07-19
Publication date: 2018-03-08
Anticipated expiration: 2027-07-19

Abstract

【課題】フラックスの液状化を防ぎ、生産基板へのフラックスの滴下および付着を防止できるリフロー装置を提供する。【解決手段】異なる温度に調整された複数の加熱ゾーンＺ１〜Ｚ６とそれに続く冷却ゾーンＣ１〜Ｃ２とを直列させた炉を具備し、各加熱ゾーンを基板Ｐが通過することでハンダ付けされるように構成したリフロー装置１００において、加熱ゾーンにおいて熱風を噴出する多数の加熱用吹き出しが設けられた上下のパネル間に各パネルを加熱するヒータを介在させた。【選択図】図１

Description

本考案は、リフロー炉半田付け装置から排出される不純物を含んだ排出ガスを浄化する機能を有した半田付け装置に関するものである。

リフロー装置において避けて通れないのが、基板の加熱に用いられる内部ガス中に含まれるフラックスと称される不純物の回収である。リフローの場合、回路基板にはクリーム半田が用いられるが、このクリーム半田は、半田の粒子を溶剤とフラックスと呼ばれる触媒で練ってクリーム状にしたものであることから、半田付けに際して、炉内で溶融したクリーム半田からは、フラックスが気化して内部ガス内に混入する。そして、このようにしてガスに混入した気化フラックスが、加熱ゾーンにおいて加熱吹き出しノズルの表面温度が加熱風より温度が低くなりフラックスが液化して顕出し、生産基板に付着および滴下すると生産基板の品質低下および不良をもたらす。冷却部においては吹き出しノズル表面の温度が冷たいため多くのフラックスが液化して顕出し、回路基板に付着および滴下するため回路基板の品質低下をもたらす。ゆえにガス中のフラックスを除去することが必要となる。そこで従来は、特許文献１や特許文献２に示すように、内部ガスを吸引して冷却器や絞り、フィルターなどフラックス除去器を通過させ、ガス中に含まれるフラックスを除去した後、再度炉に戻すというフラックス除去機構を設けている。
特開２００７−６７０６１号公報特開２００３−３２４２７２号公報

従来のリフロー装置は、加熱ゾーンの加熱風吹き出しノズル表面温度が加熱風より低いため、フラックスが液状化し生産基板に滴下する、入口出口の排気装置及び冷却部は、前方の加熱ゾーン大きな温度差がある。多くのフラックスが流れ込み、基板冷風用ノズルにフラックスが液状化し生産基板に滴下する。そのため短い時間での清掃が必要になり生産の途中に中断することで生産効率が悪くなる。また従来のリフロー装置はガスを炉外に引き出し、フラックスを除き、再度炉内に戻す方法で行っている。この方法では空気の流れの経路の損失および清掃箇所が多くなり、運用効率が悪くなる。本考案は、かかる問題点を鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、フラックスに代表される不純物の炉内蓄積や基板付着を防止しまた長い時間清掃を必要としないリフロー装置を提供することにある。フラックス等の液化に冷やした水を使い多大な放熱が発生する。

加熱ゾーンにおいては、加熱風吹き出しノズル内にヒータを仕込んだパネルでノズル本体の温度を高くすることによりフラックスを気化させ、フラックスの液状化を防ぎ、生産基板にフラックスの滴下および付着を防止できる。

冷却ゾーンにおいては、温度が急冷するため多くのフラックスが液状化する。そのため形状の違った吹き出しノズルを重ね、初期に冷風吹き出しノズルでフラックスを液状化し、次の吹き出しノズルの形状で生産基板へのフラックス滴下防止しすることにより生産基板の不良を防止する。又このノズルに液状化したフラックスを貯め、清掃頻度を少なくし、生産効率を向上する。又加熱ゾーンと冷却ゾーンの間からの排気も生産基板通過場所を避け、生産基板へのフラックス滴下を防止している。入口出口排気部は、貯える構造を設置し、生産基板へのフラックスの滴下を防止している。

冷却ゾーンの内部に冷却水による空気冷却装置及びフィルターを設置している。動作は炉内の汚れた空気及び冷却後の空気を直接フィルターで浄化し、次に冷却器により液状化したフラックスを濾過して貯蔵する部分に蓄える。清掃され冷やされた空気で加熱部からでてくる生産基板を冷却する。ホース等で外部に汚れた空気を引きだし空気清浄することにより炉内酸素濃度の安定及び炉内圧力の安定、又ホースのつなぎからの漏れ等もなくして清掃および整備効率を向上させ機器動作経費の削減を行う。

一般的にはチラー装置及び大型の水冷装置を使い冷却部及びフラックス除去装置と循環させて高温の水を低温にする。そしてフラックス及び不純物を液化、固化させ分離し炉内の循環風をきれいにする。その場合多くの熱い廃熱が行われる。その廃熱をなくすため空冷式の水冷却装置で現場の空調温度を使い循環水を冷却する。

従来の加熱風吹き出しノズルは、炉内加熱風より温度が低く、フラックスがパネル表面に液状化状態に形成され生産基板上に滴下し、生産基板を不良とする。パネル表面温度を炉内加熱風にすることで、パネル表面でフラックスが液状化せず生産基板に滴下することはない。

温度の高い加熱ゾーンと温度の低い冷却ゾーン間に排気の部分を設けている。そのためこのゾーン間に液状フラックスが生じ、生産基板に滴下する。又生産基板の冷却パネル表面においても同じく液状フラックスが生じ、生産基板に滴下して不良を発生させる。問題のフラックスを含んだ空気の吸引を、生産基板上から横に移動してフラックス滴下の防止を行う。又ノズル内部にフラックスを滴下して液状フラックスを蓄え、冷気のみを噴出する構造にすることで生産基板にフラックスを滴下させない。又フラックスを蓄えることで清掃回数も大幅に削減できる。

従来のフラックス除去装置は炉体とは別に、設置による除去装置自身の発熱、ホース等で接続のための漏れが起こった。そのため炉内にフラックス除去装置を設置できる構造で行う。その場合、フラックス除去装置単体からの発熱は無く、ホース等の接続も無い。炉内空気及び炉内戻し空気の配管の漏れが無く、炉内圧力、炉内酸素濃度も一定になる、生産において不良がなくなる。又空気漏れが無いため使用電気量の削減及び使用窒素量の削減になる。

従来チラー装置は廃熱があるためリフロー炉内に設置は不可能である。又内部冷却装置があるため構造が複雑でメンテナンスも大変である。考案の水冷装置の場合発熱が少なくリフロー炉内に設置が出来る。又構造が複雑でないため水の管理中心のメンテナンスで運用できる。

本発明の一実施形態に係るリフロー装置の模式的全体構成図。加熱風吹き出しノズル構造従来加熱吹き出しノズル構造冷却ノズル構造入口、出口排気構造従来のフラックス除去構造炉内設置フラックス除去構造水冷装置構造

１００・・・リフロー装置
Ｚ１〜Ｚ６・・・加熱ゾーン
Ｃ１〜Ｃ２・・・冷却ゾーン
１・・・加熱風吹き出しノズル
Ｐ・・・生産基板
２・・・ヒータ
３・・・熱風
４・・・フラックス蒸発
５・・・フラックス滴下
６・・・吹き出し穴
７・・・循環用ファン
８・・・冷却用ノズル
９・・・フラックス貯蔵機能付冷却ノズル
８１・・・冷却用ノズル吹き出し穴
９１・・・フラックス貯蔵機能付冷却ノズル吹き出し穴
１０・・・吹き出し冷風
１０１・・・冷却、清掃済空気
１０２・・・汚れた空気
１０３・・・フラックスを含んだ空気
１０４・・・フラックスを除去した空気
１１・・・汚れた空気取り入れ口
１２・・・汚れた空気通路
１３・・・フラックス貯蔵ケース
１４・・・フラックス除去板
１５・・・フラックスガイド板
１６・・・フラックス除去・不純物除去回路
１７・・・加熱炉
１８・・・排出配管パイプ
１９・・・流入配管パイプ
２０・・・冷却器
２０１・・・現場の冷えた空気
２０２・・・冷却器通過後の空気
２１・・・ファン
２２・・・水槽
２３・・・水循環用ポンプ
２４・・・冷えた水溶液を冷却ゾーンへ
２５・・・冷却ゾーンから使用した水溶液

ノズル内にヒータを設置しフラックスの液化を防止することによりリフロー炉内で発生する不純物及び蒸発後の液化するフラックスを生産基板に滴下させない。冷却部はフラックスの液化が、発生するため、はじめのノズルでフラックスを液状化し、次にそのフラックスを貯える構造にして生産基板への滴下を防止する。又炉体外に設置しているフラックスおよび不純物除去設備を冷却ゾーン内に設置し、加熱ゾーンと冷却ゾーンの間の液状フラックス滴下を防止する。又接続からの漏れをなくし、炉内の酸素濃度の安定、窒素および電気量の削減となる。

以下に本考案の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係るリフロー装置の模式的全体構成を示す図面である。
この図１に示すように、本リフロー装置は、互いに異なる温度に調節可能な複数のゾーンを水平に直列させた炉を具備し、各ゾーンを基板が一定速度で通過することで半田付けされるように構成したものである。ちなみに、この図１では、６つのゾーンが記載されており、基板が搬入される側から見て、一段目〜４段目のゾーンが予備加熱領域、５、６段目のゾーンが半田溶融の行われる本加熱領域である。なお、冷却領域に相当するゾーンは、本加熱領域のさらに後段に設けてある。各ゾーンの設定温度の一例について言及しておくと、例えば、一段目・・・２００℃、２段目及び３段目・・・１５０℃、４段目・・・１９０℃、５段目及び６段目・・・２５０℃である。各ゾーンでフラックスが蒸発する。蒸発する温度より低い部分ではフラックスは液状化する。

図２は従来のリフロー炉の加熱構造示す図面である。加熱吹き出しノズルの手前に加熱用ヒータを設置し、加熱吹き出しノズルから熱風を吹き出し生産基板に熱を与える構造である。その場合加熱吹き出しノズル全体の温度は、加熱ヒータより低い温度になる。そのため蒸発したフラックスが液状化して吹き出し、ノズル表面に溜り生産基板に滴下する。

図３は今回考案するヒータ内蔵加熱風吹き出しノズルで、加熱風よりノズル表面温度を高くする。そのため蒸発したフラックスはノズル表面で液状化せず、生産基板に滴下することはない。ゾーンごとに設定温風に対して加熱温風より加熱風吹き出しノズルの温度が高くなるため加熱領域ではフラックス滴下は起こらない。

図４は冷却部に使用する冷却ノズル構造を示す図面である。
上部よりフラックスを含んだ冷風が冷却ノズルから下方へ噴出される。その時吹き出しノズル穴のまわりに液状フラックスが付着する。冷却ノズル下にフラックス貯蔵機能付冷却ノズルを設置する。ここでの条件は、冷却ノズル穴よりフラックス貯蔵冷却ノズルの穴を小さく、またノズル穴に図のような突起を設けて滴下したフラックスが垂れ落ちない構造にする。フラックスを生産基板に滴下せず、また貯蔵するため清掃回数が削減されることである。

図５は入口、出口の排気ダクトの構造図である。加熱炉からフラックスを含んだ熱風が温度の低い炉外に吹き出る。その吹き出る部分に排気ダクトを設けてフラックスを含む熱風をダクトより大気へ排出する。その時フラックスが液状化し生産基板に滴下する。ダクト内にフラックス除去板を設け、フラックス除去板でフラックスを液状化にする。液状化したフラックスを、フラックスガイド板でフラックス貯蔵ケースに導き生産基板にフラックスを滴下させない。フラックスはケースに貯蔵し清掃回数が削減される。

従来の不純物除去回路、フラックス除去装置は、図６に示すように、加熱炉と別な本体内に設置してその経路をパイプ配管等で接続して炉体本体と循環している。

図７に示すよう基板冷却時に発生する汚れた空気および前方より導入される加熱炉からの汚れた空気を空気取り入れ口から導入し、フィルターで不純物を除去し、なおかつ空気通路で冷却、不純物を除去、浄化された清掃空気として生産基板の冷却に使用する。またフィルターおよび空気通路でろ過したフラックスはフラックス貯蔵ケースに貯蔵される。このように不純物除去回路、フラックス除去装置を炉内内部に設置するため炉内酸素濃度および炉内圧力は安定し生産不良がなくなる。また窒素、電気量の経費削減になる。

図８は考案する水冷装置である。水槽内に冷却後のクーラント等の冷却水溶液をケース８０パーセント以上蓄える。その冷却水溶液をポンプによりリフロー炉内冷却ゾーンの温風の冷却及びフラックス、不純物の除去に使用する。使用後の冷却水溶液は、ファンの力により冷却器内で冷却され、又水槽に戻る。ただしファンの方向は温度管理された外気から冷却器そしてファン、排気となるこの過程が重要である。又クーラントの使用により冷却器及び配管、パイプの腐食が無く、メンテナンスの回数が少なくなる。

本考案は、異なる温度に調整された複数の加熱ゾーンとそれに続く冷却ゾーンとを直列させた炉を具備し、前記各加熱ゾーンを基板が通過することでハンダ付けされるように構成したリフロー装置において、前記加熱ゾーンにおいて熱風を噴出す多数の加熱用吹き出しが設けられた上下のパネル間に前記各パネルを加熱するヒータを介在させたことで課題を解決している。

本考案は、リフロー装置に設けられている冷却ゾーンにおいて、各冷却ゾーンの冷風を吹き付ける各ノズルが同芯状の上下ノズルで構成され、前記ノズルの下段ノズルの内径は上段のノズルの内径より小さく、かつ上段ノズルのノズル長よりも長いノズルを介在させたことで課題を解決している。

本考案は、リフロー装置に設けられている冷却ゾーン内に冷風を吸引し、液化したフラックスが除かれた冷風を吹き出す冷却装置が前記冷却ゾーン内に配置したことで課題を解決している。

本考案は、リフロー装置に設けられている冷却ゾーンの冷却装置には、外付けされた水冷装置の冷水を循環させる循環路が設けられることで課題を解決する。

Claims

リフロー炉内で発生するフラックスガスをヒータ内蔵加熱風吹き出しパネルを使い気化および焼却し、フラックスの液化を防止し、生産基板にフラックスを滴下させず又長い時間清掃を行わず、良品の基板を生産する構造を持ったリフロー炉
基板冷却において液化したフラックスを生産基板に滴下させず冷却ノズル内に貯蔵する入口出口排気内で貯蔵できる、フラックス対応機能を持ったリフロー炉。又清掃回数も大幅に削減できる。
フラックス除去装置を外部から装置内に設置することでホース及び接続部分からの炉内酸素濃度の不安定、装置内の温度上昇、配管トラブルを防止して生産の安定及び環境を改善する構造を持ったリフロー炉
冷風の作製なおかつフラックス、不純物を冷やして液化及び固化させ除去する工程においては、冷水を使用する。一般的にはチラー等の冷水精製機を使う。その場合多量の熱排気が発生する。放熱板を使い熱排気及びメンテナンスを削減する水冷方式。