JP3910249B2 - リフロー装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント基板上に施された半田ペーストを加熱により溶融させ、電子部品を回路パターンに半田付けするリフロー装置に関し、特に加熱により半田付け処理された後のプリント基板を冷却する冷却構造に特徴を有するリフロー装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プリント基板上に複数配置された電子部品を一括して回路パターンに半田付けする手段として、プリント基板に施された半田ペーストをリフロー装置により加熱溶融させるリフロー半田付けが多く採用される。図５は従来技術に係るリフロー装置の構成を示す正面図である。
【０００３】
図５において、リフロー装置３０は、複数の電子部品がそれぞれ所定位置に配置されたプリント基板３１を搬送する搬送部３２と、搬送されるプリント基板３１に施された半田ペーストを加熱溶融させる第１のヒータ３３、加熱された空気を攪拌、対流、循環させる送風ファン３４、プリント基板３１の下面を補助的に加熱する第２のヒータ３６を備えた加熱部３５と、風量調整されるファン３７により加熱処理後のプリント基板３１を冷却する冷却部３８とを備えて構成されている。
【０００４】
上記構成において、装置内の搬送部３２上に搬入されたプリント基板３１は、搬送部３２により装置内を搬送される間に加熱部３５によって加熱され、プリント基板３１上に施された半田ペーストが溶融することにより電子部品の回路パターンへの半田付けがなされ、冷却部３８で冷却されて装置外に搬出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術に係るリフロー装置においては、加熱処理後のプリント基板の冷却は、風量調整されるファンによる空冷によってなされるが、生産するプリント基板の種類に対応する制御や冷却部内の雰囲気温度の変動に対応する冷却制御がなされていなかった。即ち、プリント基板はサイズや部品の積載数等によってプリント基板全体の熱容量は異なり、また、生産条件に伴う搬送速度や搬送間隔等によっても冷却状態は異なり、更には加熱温度条件の差異や加熱部からの空気の流れ込み量などによって冷却部内の雰囲気温度は変動する。従来の冷却に必要な一定の風量で冷却しているだけでは、このように様々な状態変化に対応しきれず、プリント基板を所望の冷却速度で冷却できない問題点があった。不適切な冷却速度はプリント基板上の電子部品の熱損傷や半田付け不良の発生等が発生する原因となる。
【０００６】
また、加熱されることにより半田ペーストから気化した物質は、冷却部や比較的温度の低い部分で冷却され、液化あるいは凝固、結晶化することから、冷却部の壁面や搬送部、プリント基板に付着し、設備トラブルの発生やプリント基板の信頼性の低下等をまねく問題点もあった。
【０００７】
本発明は、従来のリフロー装置の問題点に鑑みて創案されたもので、プリント基板の冷却温度の調整を冷却条件に対応させて制御可能にすると共に、半田ペーストから気化した物質による弊害を抑制することができるリフロー装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、装置内に搬入されたプリント基板を加熱部に搬送して、プリント基板に施された半田ペーストを加熱溶融させることにより電子部品の回路パターンへの半田付けを行った後、プリント基板を冷却部に搬送して冷却するリフロー装置において、前記冷却部内に、プリント基板に向けて送風する送風ファンと、冷却部内の空気を強制冷却する冷却器と、プリント基板に送風される空気の温度を検出する温度検出器とを配設し、前記温度検出器による検出温度と設定温度との差異に基づいて、冷却部内の空気の温度を制御してプリント基板に対する冷却速度を制御するように構成されてなることを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、半田付けのため加熱部で加熱されたプリント基板を冷却するために、冷却部において冷却器により強制冷却された空気がプリント基板に送風される。この送風空気の温度は温度検出器により検出され、検出温度とプリント基板の種類や搬送速度等によって異なる冷却効果を考慮して予め設定された設定温度との差異に基づいて、送風ファンの送風量や冷却器の冷却量を制御してプリント基板に対する冷却温度が制御される。従って、プリント基板の種類や生産条件等に対応する冷却速度が得られると共に、加熱部からの高温空気の流入等による環境温度の変動にも対応した冷却制御ができる。
【００１２】
更に、冷却部内を循環する空気を冷却器を通過させる流路と冷却器外を通過させる流路とに切り換える案内板を設け、検出温度に基づいて流路を切り換え制御することを特徴として構成されるので、冷却温度の制御をより精密に実施することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の一実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１７】
本発明はリフロー装置における冷却部の構造に特徴を有するものであり、この冷却部の構造については以下に各実施形態として示すが、まず、この冷却部構造が適用されるリフロー装置の概略構成について、図４を参照して説明する。図４は、リフロー装置の正面図で、内部構成を示すため正面ケーシングを除去した状態で示している。
【００１８】
図４において、リフロー装置１は、装置内に搬入されたプリント基板１０を搬送する搬送部３と、搬送されるプリント基板１０に施された半田ペーストを加熱溶融させることにより電子部品を回路パターンに半田付けする加熱部４と、加熱により半田付けが終了したプリント基板１０を冷却する冷却部２とを具備して構成されている。
【００１９】
プリント基板１０は加熱部４において半田ペーストが溶融する温度にまで加熱されるので、加熱処理が終了したプリント基板１０は冷却部２において適切な冷却速度によって冷却することにより、電子部品の損傷や半田付け不良が発生しないリフロー処理を行うことができる。
【００２０】
上記構成になるリフロー装置１に配設される冷却部２の第 1 の参考例について以下に説明する。図１は本発明に関する第１の参考例に係る冷却部２ａの構成を示す断面構成図である。図１は冷却部２ａをプリント基板１０の搬送方向から見て、冷却部２ａのケーシングを断面状態にして内部構成を示している。後述する実施形態についても同様である。
【００２１】
図１において、冷却部２ａは、搬送部３によって搬送されてきたプリント基板１０が加熱部４から搬入され、冷却されて冷却部２ａ内から搬出される開口部（図示せず）を設けたケーシング１１により略閉鎖空間に形成され、送風ファン５により送風される空気がプリント基板１０を冷却し、冷却部２ａ内を循環するように構成されている。プリント基板１０を冷却する基本構成は、回転数制御により風量制御される送風ファン５と、送風された空気を冷却する冷却器６とによって構成されている。前記送風ファン５による送風は、冷却水（冷媒）が流される冷却管を送風ファン５の下方に複数列に配した冷却器６により冷却されてプリント基板１０に吹きつけられる。プリント基板１０に吹きつけられた空気は、プリント基板１０と熱交換して温度上昇するが、冷却部２ａ内を還流して再び前記冷却器６によって冷却される。
【００２２】
冷却部２ａ内には温度検出用の熱電対（温度検出器）７が配設されており、プリント基板１０に送風される空気の温度を検出する。この検出された温度に基づいて送風ファン５による送風量と、冷却器６への冷却水の流量が制御される。この温度調整は、リフロー装置１の運転条件、即ち、プリント基板１０の搬送速度や搬送タクト、加熱部４の温度や、プリント基板１０の種類、加熱部４から冷却部２ａに流入する空気量等の条件から予め設定されたプリント基板１０毎の運転条件が制御装置の記憶部に設定され、生産するプリント基板１０が設定されると、所定温度になるように自動制御される。
【００２３】
上記構成において、加熱部４から搬入されたプリント基板１０からは半田ペースト等から気化した気化物質の発散があり、また、加熱部４から流入する空気には同様の気化物質が含まれているが、この気化物質を含む空気は冷却器６で冷却されることにより、気化物質が液化して冷却器６から滴下する。この滴下する液体は、各冷却管の下部に配設された滴下液受け（回収手段）８により受け止められ、傾斜面を流れて滴下液容器（回収手段）９に集められる。従って、気化物質が温度低下したプリント基板１０や比較的温度の低い部分で液化あるいは凝固することが減少し、プリント基板１０の信頼性の低下や装置トラブルの発生を抑えることができる。また、気化物質を含む空気の装置外への流出も抑制することができる。
【００２４】
また、冷却部２ａ内の空気流通する部分は、その表面をフッ素樹脂により被覆されており、半田ペーストが気化した物質が冷却されることにより凝固または結晶化して付着した場合に剥離させやすく、付着物の除去が容易に実施できるように構成されている。この構成は、冷却部２ａ内だけでなく、加熱部４内にも施して付着物の除去を容易にして洗浄作業を容易に行えるようにすることができる。
【００２５】
次に、本発明の実施形態に係る冷却部２ｂの構成を図２を参照して説明する。尚、先の第１の参考例と共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００２６】
図２において、冷却部２ｂ内は、ケーシング１５によってプリント基板１０の搬入／搬出のための開口部（図示せず）を設けた略閉鎖空間に形成され、送風ファン５によって送風された空気が循環するように構成されている。冷却部２ｂによる冷却の基本構成は、回転数制御により風量制御される送風ファン５と、冷却部２ｂ内を循環して送風ファン５に戻る空気を冷却する冷却器１２と、空気流路を調節する案内板１４とによって構成されている。
【００２７】
前記送風ファン５の周囲は送風筒１６により囲まれ、その外周に空気流路を設けて還流筒１７が配設され、この還流筒１７の下部に案内板１４が配設されている。この案内板１４が図示実線位置にあるときは、前記送風筒１６と還流筒１７との間の空気流路は閉じられるので、送風ファン５から送風された空気はプリント基板１０を冷却して熱交換した後、冷却器１２で冷却されて送風ファン５に戻る経路をとる。一方、案内板１４が図示点線位置にあるときは、送風ファン５から送風された空気はプリント基板１０を冷却して熱交換した後、冷却器１２を通る流路が閉鎖されているので、前記送風筒１６と還流筒１７との間の流路を通って送風ファン５に戻る経路をとる。この案内板１４の位置は、熱電対７によって検出される冷却部２ｂ内の温度によって制御装置により制御される。
【００２８】
前記冷却器１２は空気流路に複数の冷却管１２ａを配して、冷却水の流量調節により冷却部内の空気の温度を制御することができる。従って、この冷却部２ｂの構成では、送風ファン５の回転数調整による風量制御、冷却器１２の流量制御、案内板１４による空気流路の切り換えにより温度調整することができる。
【００２９】
本構成においても、先の第１の参考例と同様に、冷却器１２の下方に滴下液容器１３が配設され、冷却器１２により液化された気化物質の回収がなされる。また、冷却部２ｂ内の壁面にはフッ素樹脂加工が施されて、気化物質の凝固等による付着物の除去を容易にしている。
【００３０】
次いで、第２の参考例に係る冷却部２ｃの構成を図３を参照して説明する。
【００３１】
尚、先の第１の参考例及び本発明の実施形態と共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００３２】
図３において、冷却部２ｃ内は、ケーシング２０によってプリント基板１０の搬入／搬出のための開口部（図示せず）を設けた略閉鎖空間に形成され、シロッコファン１８によって送風された空気が循環するように構成されている。冷却部２ｃによる冷却の基本構成は、回転数制御により風量制御されるシロッコファン１８と、このシロッコファン１８から送風される空気を冷却する冷却器１９と、冷却された空気をプリント基板１０に吹きつける整流板２１とによって構成されている。
【００３３】
同図に空気流路を矢印で示すように、シロッコファン１８によってプリント基板１０方向から吸引して温度上昇した空気は、シロッコファン１８から送出され、冷却器１９によって冷却された後、整流板２１を通してプリント基板１０に吹きつけられる。本冷却部２ｃの構成では、前記シロッコファン１８の回転数制御による風量調整及び冷却器１９の冷却水の流量調整によってプリント基板１０に対する冷却温度の調整を行うことができる。
【００３４】
上記構成において、循環する空気中に含まれる気化物質は、冷却器１９によって冷却されることにより液化して冷却器１９から滴下するので、冷却器１９の下部に配設した滴下液容器２２に受け止められる。この滴下液容器２２が配設された位置のケーシング２０には開閉可能なガラス窓２３が設けられており、外部から滴下液の量を点検し、排出のために滴下液容器２２を取り出すことができる。
【００３５】
以上説明した各冷却部２ａ、２ｂ、２ｃ内の空気流通する部分は、その表面をフッ素樹脂により被覆されており、半田ペーストなどから気化した物質が冷却されることにより凝固または結晶化して付着した場合の除去が容易に実施できるように構成されている。また、各冷却器６、１２、１９は、その着脱が容易にできるように取り付けられており、付着物が除去し難い場合には、取り外して洗浄することも、交換することもできる。
【００３６】
尚、以上説明した構成では、冷却器６、１２、１９の冷媒として水を使用するものとしているが、不活性ガスを冷媒として用いた冷却方式や、その他の熱交換方式を用いても同様の冷却効果を得ることができる。さらに、冷却部内の空気の温度検出手段として熱電対を使用するものとしているが、接触式または非接触式の温度計を配設し、プリント基板自体の温度を直接検出することによりプリント基板の冷却速度の制御が直接行なえるようになる。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、半田付けのため加熱部で加熱されたプリント基板を冷却するために、冷却部において冷却器により強制冷却された空気がプリント基板に送風される。この送風空気の温度は温度検出器により検出され、検出温度とプリント基板の種類や搬送速度等によって異なる冷却効果を考慮して予め設定された設定温度との差異に基づいて、送風ファンの送風量や冷却器の冷却量を制御して、冷却部内の空気の温度を制御することができ、プリント基板に対する冷却速度が制御される。従って、プリント基板の種類や生産条件等に対応する冷却速度が得られると共に、加熱部からの高温空気の流入等による温度上昇にも対応した冷却制御ができる。
【００３８】
上記構成は、プリント基板冷却の設定温度が、生産するプリント基板の種別や生産条件により異なる冷却効果に基づいて予め設定されることを特徴として構成できるので、プリント基板の種類や生産条件等に対応させた所望の冷却速度を得ることができる。
【００３９】
また、プリント基板に対する冷却制御は、冷却器による冷却量と送風ファンによる送風量とを調整することによってなされるように構成できるので、冷却能力の対応範囲が広く、生産条件や雰囲気温度の変動にも容易に対応させることができる。
【００４０】
更に、冷却部内を循環する空気を冷却器を通過させる流路と冷却器外を通過させる流路とに切り換える案内板を設け、検出温度に基づいて流路を切り換え制御することを特徴として構成されるので、冷却温度の制御をより精密に実施することができる。
【００４１】
更に、冷却器による冷却量の調整は、冷却器内に還流させる冷媒の流量調整によって行うように構成することができ、送風ファンによる風量調整だけでは対応しきれない冷却能力の調整や雰囲気温度の変動にも容易に対応させることができる。
【００４２】
更に、冷却部内の空気を循環させ、循環経路に冷却器を配設することにより、加熱部によって気化した物質を液化させると共に、回収手段を設けることにより液化した物質を回収することを特徴として構成することができ、加熱部から流入する気化物質を含む空気から気化物質を液化して回収するので、外部への気化物質の流出を抑制することができる。
【００４３】
更に、冷却部内の空気流路に面する壁面及び／または気化物質が存在する雰囲気に面する壁面に、気化物質の凝固物が剥離し易い樹脂皮膜を施したことを特徴として構成することができ、冷却による液化や凝固、結晶化して壁面に付着する凝固物は、壁面に剥離性の高い樹脂皮膜を施しておくことにより、その除去作業を容易に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に関するリフロー装置における冷却部の第１の参考例の構成を示す断面図である。
【図２】 本発明に係るリフロー装置における冷却部の本発明の実施形態の構成を示す断面図である。
【図３】 本発明に係るリフロー装置における冷却部の第２の参考例の構成を示す断面図である。
【図４】 本発明の実施形態に係るリフロー装置の構成を示す正面図である。
【図５】 従来技術に係るリフロー装置の構成を示す正面図である。

Claims (1)

1. 装置内に搬入されたプリント基板を加熱部に搬送して、プリント基板に施された半田ペーストを加熱溶融させることにより電子部品の回路パターンへの半田付けを行った後、プリント基板を冷却部に搬送して冷却するリフロー装置において、
   前記冷却部内に、プリント基板に向けて送風する送風ファンと、冷却部内の空気を強制冷却する冷却器と、プリント基板に送風される空気の温度を検出する温度検出器とを配設し、前記温度検出器による検出温度と予め設定された設定温度との差異に基づいて、冷却部内の空気の温度を制御してプリント基板に対する冷却速度を制御し、
   冷却部内を循環する空気を冷却器を通過させる流路と冷却器外を通過させる流路とに切り換える案内板を設け、検出温度に基づいて流路を切り換え制御するリフロー装置であって、
   前記送風ファンの周囲は送風筒により囲まれ、その外周に空気流路を設けて還流筒が配設され、この還流筒の下部に前記案内板が配設されると共に、前記還流筒の外周側に冷却器が配設され、前記案内板は作動する一方の位置では、前記送風筒と前記還流筒との間の空気流路を閉じて前記冷却器を通過させる流路を構成するか、前記送風筒と前記還流筒との間の空気流路を開いて前記冷却器を通過させない流路を構成するリフロー装置。

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