JP3974245B2

JP3974245B2 - リフロー装置

Info

Publication number: JP3974245B2
Application number: JP00068598A
Authority: JP
Inventors: 文弘山下; 正一郎松久
Original assignee: Tamura Corp; Tamura FA System Corp
Current assignee: Tamura Corp; Tamura FA System Corp
Priority date: 1998-01-06
Filing date: 1998-01-06
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2018-01-06
Also published as: JPH11192545A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、はんだ付け用のリフロー装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５および図６に示されるように、従来のリフロー装置は、第１プリヒート炉11、第２プリヒート炉12、第３プリヒート炉13およびリフロー炉14の各々の炉体15内に、外部のモータ16により回転伝達機構17を介して駆動される送風機（シロッコファン）18と、この送風機18により生じた風を炉体15内で循環させる案内板19とが配置され、炉体15内の上部から下方へ向かう風路中に、触媒21、加熱ヒータ22、整流板23、防風板24およびサブヒータ25が順次配設され、サブヒータ25の下側にワーク搬送用のチェンコンベヤ26が配設されている。
【０００３】
送風機18、案内板19、加熱ヒータ22および整流板23は、送風機18および加熱ヒータ22にて生じた熱風により炉体15内のワーク（部品実装基板）Ｗを加熱する熱風加熱手段を形成している。触媒21は、ワークＷから発生したガスなどを浄化処理し、整流板23は、熱風の流速および方向性をワーク全面にわたって整える働きがある。
【０００４】
一方、防風板24およびサブヒータ25は、遠赤外線加熱手段を形成し、図６に示されるように下面を開口した複数の防風板24が通風間隙27を介して配列されており、第１プリヒート炉11およびリフロー炉14では、これらの防風板24の内部にサブヒータ25が配置され、防風板24によりサブヒータ25に熱風が当らないようにしながら、サブヒータ25の表面から放射された遠赤外線を防風板24の下面開口28を経てワークＷの上面に照射し加熱する。なお、第２プリヒート炉12および第３プリヒート炉13では、サブヒータ25を設ける必要がない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この従来の装置においては、熱風加熱と遠赤外線加熱とのバランスを保って、適切なワーク温度プロファイルを得ることが困難である。
【０００６】
すなわち、加熱ヒータ22による熱風加熱を強くすると、図７に示されるようにワークＷの温度上昇が階段形になりやすく、円滑なワーク温度プロファイル曲線が得られない。
【０００７】
一方、サブヒータ25による遠赤外線加熱を強くすると、連続してワークＷが搬送されたときに温度の振れが生じやすく、持続して同じワーク温度が得られにくい問題がある。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、熱風加熱と遠赤外線加熱とにより適切なワーク温度プロファイルを得ることが可能なリフロー装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された発明は、ワークの供給を受ける炉体と、炉体内のワークを熱風により加熱する熱風加熱手段と、平板状に形成されたヒータ本体の全面にわたり均一分布の複数の通風穴が穿設され通電発熱により放射された遠赤外線により炉体内のワークを加熱する面状ヒータとを備え、面状ヒータは、通電により発熱する発熱体と、発熱体と通風穴とを熱的に遮断する断熱材とを具備したリフロー装置である。
【００１０】
そして、遠赤外線を放射する面状ヒータの全面にわたって均一分布の通風穴を穿設し、その通風穴に熱風を通すことにより、熱風加熱を強くしても階段形のワーク温度上昇にならず、また遠赤外線加熱を強くしても、面状ヒータ自体の熱容量が大きくかつ均一であるから、ワーク温度の安定性が得られる。特に、発熱体と通風穴を透過する熱風との相互熱干渉を、断熱材により防止でき、遠赤外線による加熱と、熱風による加熱とを容易に調整できる。
【００１１】
請求項２に記載された発明は、請求項１記載のリフロー装置において、熱風加熱手段および面状ヒータが、ワークの上面および下面に対し配設されたものである。
【００１２】
そして、ワークの上面だけでなくワークの下面をも、熱風加熱手段および面状ヒータで加熱することにより、プリヒート加熱の初期などにおけるワーク温度の立上り制御を効果的に行える。
【００１３】
請求項３に記載された発明は、請求項２記載のリフロー装置において、ワークの下面に対する面状ヒータは、ワークが両面実装基板の場合はリフロー加熱時に通電を停止して、通風穴を経た風のみを両面実装基板の下面に供給するものである。
【００１４】
そして、ワークが両面実装基板の場合は、リフロー加熱時にワークの下面側と対向する面状ヒータに通電せず、この面状ヒータの通風穴を通過した風によりワークの下面側を冷却し、予めワークの下面側にはんだ付けされた部品をリフロー加熱しないようにする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１乃至図３に示された実施の一形態、図４に示された実施の他の形態を参照しながら説明する。なお、図５乃至図７に示された従来例と同様の部分には同一符号を付する。
【００１６】
図２に示されるように、ワーク搬送方向に、第１プリヒート炉11、第２プリヒート炉12、第３プリヒート炉13およびリフロー炉14が順次配置されている。
【００１７】
第１プリヒート炉11およびリフロー炉14では、これらの炉体15内に、図１に示されるように、外部のモータ16により回転伝達機構17を介して駆動される送風機（シロッコファン）18と、この送風機18により生じた風を炉体15内で循環させる上下の案内板19，20とが配置されている。
【００１８】
送風機18は、フレーム31上に立設された一対の取付板32を介し取付けられた左右両側の軸受33により、炉体15の下部に挿入された回転軸34が回転自在に支持され、この回転軸34の一端に対しプーリおよび無端ベルト、またはスプロケットおよび無端チェンで構成される回転伝達機構17が接続されている。
【００１９】
上側に位置する案内板19は、送風機18から上方へ吹出される風を炉体15の左右両側壁に沿って炉体上部の中央部へ案内するものであり、また下側に位置する案内板20は、送風機18から下方へ吹出される風を炉体下部の中央部へ案内するものである。
【００２０】
炉体15内の上部から下方へ向かう風路中には、触媒21、加熱ヒータ（シーズヒータ）22、整流板23および遠赤外線加熱用の面状ヒータ37が順次配設され、この面状ヒータ37の下側にワーク搬送用のチェンコンベヤ26が配設されている。加熱ヒータ22の上側および整流板23の下側には温度検出用の熱電対38がそれぞれ配設されている。
【００２１】
送風機18、ワーク上側の案内板19、加熱ヒータ22および整流板23は、送風機18および加熱ヒータ22にて生じた熱風により炉体15内のワーク（部品実装基板）Ｗを上側から加熱する上側の熱風加熱手段40a を形成している。
【００２２】
また、ワーク下側の案内板20の間には、遠赤外線加熱用の面状ヒータ39が設けられている。一方、送風機18および下側の案内板20は、上側の加熱ヒータ22にて温度制御された熱風を、炉体15内のワーク（部品実装基板）Ｗの下面に吹付けて加熱する下側の熱風加熱手段40b を形成している。なお、図２に示されるように、下側の面状ヒータ39は、第１プリヒート炉11およびリフロー炉14に設けられ、第２プリヒート炉12および第３プリヒート炉13には設けられていない。
【００２３】
図３に示されるように、遠赤外線加熱用の面状ヒータ37および面状ヒータ39は、平板状のヒータ本体41の内部にシーズヒータなどの通電により発熱する発熱体42が配設され、また、ヒータ本体41の全面にわたって、発熱体42のない位置に多数の通風穴43が均等分布で穿設されている。
【００２４】
ヒータ本体41は、発熱体42と接触して高温に加熱される鉄板などの発熱面板44と、発熱体42と接触しない押え板45とにより形成されている。発熱面板44のワーク側面は、遠赤外線を放射する発熱面44a となっている。
【００２５】
ヒータ本体41の内部、すなわち発熱面板44と押え板45との間には断熱材46が充填されている。この断熱材46は、発熱体42と押え板45との間にも介在されている。
【００２６】
ヒータ本体41には、円筒カラー状に成形された断熱材47が嵌着されており、この断熱材47の内部に前記通風穴43が形成され、この断熱材47により発熱体42と通風穴43とが熱的に遮断されている。
【００２７】
一方、第２プリヒート炉12および第３プリヒート炉13は、ワーク上面加熱用の熱風加熱手段40a および面状ヒータ37のみが設けられ、ワークＷより下側の炉内構造は、図５に示された従来のものと同様である。
【００２８】
次に、図１乃至図３に示された実施形態の作用を説明する。
【００２９】
第１プリヒート炉11およびリフロー炉14では、ワーク上下の熱風加熱手段40a ，40b より供給された熱風ａによる加熱と、ワーク上下の面状ヒータ37，39の発熱体42により加熱された発熱面板44の発熱面44a から放射された遠赤外線ｂによる加熱とを、ワーク（部品実装基板）Ｗに対して併用する。
【００３０】
第２プリヒート炉12および第３プリヒート炉13では、ワーク上面に対する熱風加熱手段40a より供給された熱風ａによる加熱と、ワーク上側の面状ヒータ37から放射された遠赤外線ｂによる加熱とを、ワーク（部品実装基板）Ｗに対して併用する。
【００３１】
第１プリヒート炉11およびリフロー炉14にて、ワーク上面に対する熱風加熱手段40a の加熱ヒータ22および面状ヒータ37と、ワーク下面に対する面状ヒータ39は、それぞれ独立して温度制御するが、ワーク下面に対する熱風加熱手段40b の温度は、ワーク上面に対する熱風加熱手段40a の加熱ヒータ22に依存する。
【００３２】
この下面側の熱風加熱手段40b による循環熱風は、面状ヒータ39の中心部の温度上昇を防ぐ働きがある。
【００３３】
この併用加熱の場合、通風穴43により熱風ａを透過させることにより、面状ヒータ37，39が熱風ａの障害物となることを防ぎ、熱風ａの円滑な流れを確保し、ワークＷを均一に加熱する。
【００３４】
さらに、発熱体42と通風穴43を透過する熱風ａとの相互熱干渉を、ヒータ本体41内の断熱材46および円筒状の断熱材47により防止する。
【００３５】
すなわち、発熱体42から生じた熱は、この発熱体42と接触する発熱面板44のみに伝わり、熱風ａが衝突する押え板45および熱風ａが透過する通風穴43内には伝わらないので、熱風ａの温度が発熱体42から生じた熱で上昇することを防止できるとともに、熱風ａにより発熱面板44の表面温度が降下することを防止できる。
【００３６】
また、ワークＷの種類に応じて、遠赤外線ｂによる加熱と、熱風ａによる加熱とを容易に調整できる。例えば、ワークとしてのプリント配線基板にソルダペーストを介して搭載された集積回路などの実装部品の材質または色による遠赤外線ｂの吸収率や、熱風ａを受ける形状などに応じて、遠赤外線加熱と熱風加熱とのバランスを容易に調整できる。
【００３７】
このように、遠赤外線ｂを発する面状ヒータ37，39の全面にわたって均一分布の通風穴43を穿設し、その通風穴43に熱風ａを通すことにより、熱風加熱を強くしても階段形のワーク温度上昇にならず、また遠赤外線加熱を強くしても、面状ヒータ37，39自体の熱容量が大きくかつ均一であるから、ワークＷが連続的に搬送される場合でも、ワーク温度の安定性が得られる。
【００３８】
さらに、第１プリヒート炉11にて、ワークＷの上面だけでなくワークＷの下面をも、熱風加熱手段40b および面状ヒータ39で加熱することにより、ワーク温度の立上り制御を効果的に行える。
【００３９】
一方、リフロー炉14では、下側の面状ヒータ39の通風穴43は、ワーク状態によっては単なる循環風の通路としても良い。例えば、ワークＷが両面実装基板の場合は、ワークＷの下面側と対向する面状ヒータ39の発熱体42への通電を停止して、面状ヒータ39の通風穴43を通過する循環風によりワークＷの下面側を冷却し、予めワークＷの下面側にはんだ付けされた実装部品をリフローしないようにすることにより、ワーク下面の実装部品のはんだ再溶融による脱落を防止する。
【００４０】
次に、図４は、本発明に係る実施の他の形態を示す。この実施形態は、リフロー炉14において、循環風によるワークＷの下面冷却を、より積極的に行うものであり、ワークＷを搬送するチェンコンベヤ26の上側および下側に、遠赤外線加熱用の面状ヒータ37，39と、熱風加熱用のモータ16、送風機（シロッコファン）18、案内板19，20および加熱ヒータ22とがそれぞれ設けられ、さらに、炉体15の下部に外気吹込ノズル51が設けられ、外気吹込ノズル51にダクト52を介して外気吹込用のブロワ53が設けられたものである。
【００４１】
そして、ワークＷが両面実装基板の場合は、リフロー炉14において、下側の加熱ヒータ22および面状ヒータ39への通電のみを停止して、ブロワ53より常温の空気または不活性ガス（窒素ガスなど）を外気として外気吹込ノズル51より炉体15の下部内に送り込み、下側の面状ヒータ39の通風穴43を通してワークＷの下面側を低温の循環風により冷却することにより、ワークＷの上面でリフロー加熱が行われている最中でも、予めワークＷの下面側にはんだ付けされた実装部品のはんだ再溶融を防止し、その再溶融による実装部品の脱落を防止する。
【００４２】
このとき、下側の面状ヒータ39は、その通風穴43により循環風を整流する働きがあり、外気吹込ノズル51から炉体内に吹込まれた外気により炉体内の循環風が乱されても、その循環風は、面状ヒータ39の通風穴43により整流されてワークの下面に吹付けられる。
【００４３】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、遠赤外線を放射する面状ヒータの全面にわたって均一分布の通風穴を穿設し、その通風穴に熱風加熱手段で生じた熱風を通すので、熱風加熱を強くするとその効果がワーク全面に均一に作用して、滑らかなワーク温度上昇プロファイルが得られ、また、遠赤外線加熱を強くしても、面状ヒータ自体の熱容量が大きくかつ均一であるから、連続的なワーク供給に対してもワーク温度の安定性を向上でき、熱風加熱および遠赤外線加熱を共に良好な状態で行うことができ、適切なワーク温度プロファイルを得ることができる。特に、発熱体と通風穴を透過する熱風との相互熱干渉を、断熱材により防止でき、遠赤外線による加熱と、熱風による加熱とを容易に調整できる。
【００４４】
請求項２記載の発明によれば、熱風加熱手段および面状ヒータが、ワークの上面および下面に対し配設されたから、ワークの上面だけでなくワークの下面をも、熱風加熱手段および面状ヒータで加熱することにより、例えばプリヒート加熱の初期におけるワークの立上り温度などを効果的に制御できる。
【００４５】
請求項３記載の発明によれば、ワークの下面に対する面状ヒータは、ワークが両面実装基板の場合はリフロー加熱時に通電を停止して、通風穴を経た風のみを両面実装基板の下面に供給するものであるから、両面実装基板の予め実装部品がはんだ付けされた下面側と対向する面状ヒータへの通電を停止して、この面状ヒータの通風穴で整流された比較的低温の風によりワークの下面側を冷却でき、予めワークの下面側にはんだ付けされた実装部品のリフロー加熱による脱落を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るリフロー装置の実施の一形態を示す横方向の断面図である。
【図２】同上リフロー装置の全体を示すワーク進行方向の断面図である。
【図３】同上リフロー装置の要部を示す拡大断面図である。
【図４】本発明に係るリフロー装置の実施の他の形態を示す横方向の断面図である。
【図５】従来のリフロー装置を示す横方向の断面図である。
【図６】従来のリフロー装置を示すワーク進行方向の断面図である。
【図７】従来のリフロー装置の要部を示す断面図およびワーク温度プロファイルを示す特性図である。
【符号の説明】
Ｗワーク
15 炉体
37，39 面状ヒータ
40a ，40b 熱風加熱手段
41 ヒータ本体
43 通風穴
46，47 断熱材

Claims

ワークの供給を受ける炉体と、
炉体内のワークを熱風により加熱する熱風加熱手段と、
平板状に形成されたヒータ本体の全面にわたり均一分布の複数の通風穴が穿設され通電発熱により放射された遠赤外線により炉体内のワークを加熱する面状ヒータとを備え、
面状ヒータは、
通電により発熱する発熱体と、
発熱体と通風穴とを熱的に遮断する断熱材と
を具備したことを特徴とするリフロー装置。
熱風加熱手段および面状ヒータは、ワークの上面および下面に対し配設されたことを特徴とする請求項１記載のリフロー装置。
ワークの下面に対する面状ヒータは、ワークが両面実装基板の場合はリフロー加熱時に通電を停止して、通風穴を経た風のみを両面実装基板の下面に供給することを特徴とする請求項２記載のリフロー装置。