JP4401537B2 - リフロー炉 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント基板や電子部品等のはんだ付けを行なうリフロー炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の小型化に伴って電子機器に使用される電子部品も小型で多機能化されてきている。多機能電子部品の代表とされるQFPやSOPのような電子部品は、電子部品本体の周囲から多数のリードを取り出し、該リードをプリント基板のランドとはんだ付けするようになっている。これらQFPやSOPは電子部品の周囲からリードを取り出すため、その設置数は限られており、機能的にも限度があった。
【０００３】
そこで近時では、さらに機能を向上させたBGAやCSP等の電子部品が使用されるようになってきた。BGAやCSP（以下、単にBGAという）は基板上の素子と基板裏面の外部電極とを細い線で接続するというワイヤーボンディングしたものである。この裏面の外部電極には、予めはんだバンプを形成しておき、プリント基板に実装するときに該はんだバンプとプリント基板のランドとをはんだ付けする。
【０００４】
BGAにはんだバンプを形成する場合、BGAの外部電極に粘着性のフラックスを塗布し、該塗布部に微小はんだボールを搭載してからリフロー炉で加熱して微小はんだボールを溶融することにより行なう。
そしてはんだバンプが形成されたBGAをプリント基板に実装する際は、プリント基板のランドにソルダペーストを塗布し、プリント基板のランドとBGAのはんだバンプを一致させて搭載してから、リフロー炉で加熱してはんだ付けする。
【０００５】
ところでプリント基板や電子部品等のはんだ付けに使用されるリフロー炉は、搬送装置で分類するとチェーン式リフロー炉とメッシュ式リフロー炉とに分けられる。
【０００６】
チェーン式リフロー炉とは、一対の無端のチェーンがリフロー炉内に設置されており、これらのチェーンは同一軸のスプロケットに係合されて同一速度で同一方向に走行するようになっている。チェーンには相対向する側、即ち内側に多数のピンが突設されており、プリント基板は該ピンの上に載置されて搬送されるものである。このチェーン式リフロー炉は、入口と出口にそれぞれ搬入コンベアと搬出コンベアを接続することによりリフロー炉と他の生産装置、例えば入口側の部品搭載装置、出口側の検査装置との受け渡しが自動的に行なえるというインライン化が可能となるものである。しかしながらチェーン式リフロー炉はBGAのはんだバンプ形成やフレキ基板のはんだ付けには適していない。なぜならばBGAをチェーンで搬送しようとすると、BGA基板が小さいためチェーンのピンに載置することが困難であるばかりでなく、小さなBGAを一列にして搬送することは搬送量が少ないため大量生産ができないからである。またチェーン式リフロー炉はピンで搬送するため、柔軟性のあるフレキ基板はピン上に載置して加熱されると、さらに柔らかくなってピン間で垂れ下がり、ついにはピンから落下してしまうものである。
【０００７】
メッシュ式リフロー炉とは、金属の線で編まれた無端の網がリフロー炉内を走行するようになっている。該メッシュ式リフロー炉は、網上にBGA基板を多数並べて搬送できるため大量生産が可能である。またこのメッシュ式リフロー炉はフレキ基板が加熱により如何に柔らかくなっても網から落下させることなく確実に搬送できるものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来のメッシュ式フロー炉は、網が反ったり振動が激しかったり、さらには粉塵が多く発生したりするという問題があった。メッシュ式リフロー炉で網に反りが起こると水平状態を失い、はんだ付け時、溶融したはんだが不必要な箇所に流動して、はんだ付け不良となってしまう。またメッシュ式リフロー炉で網が振動すると、被はんだ付け物同士がぶつかったり重なり合ったりして、やはり溶融はんだが不必要個所に付着してしまうようになる。さらにメッシュ式リフロー炉で粉塵が大量に発生すると、最近の電子部品のように回路が非常に微細となったものでは絶縁不良や短絡という機能劣化の原因となってしまう。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らが従来のメッシュ式リフロー炉における網の反りや振動、粉塵の大量発生等について鋭意研究を行なった結果、従来のメッシュ式リフロー炉は網の走行において網を直接引っ張る構造であるためであることが分かった。つまり従来のメッシュ式リフロー炉は、網がプーリーで局部的に係合されており、モーターにより回転させられるプーリーが網を引っ張るため、プーリーに係合された部分の網が引っ張られて緊張し、他の部分の網が弛緩して反ってしまうものである。また網が振動するのは、網に直接プーリーを係合するため、モーターから伝播された振動がプーリーから直接網に伝わって振動するからである。そして従来のメッシュ式リフロー炉で粉塵が大量に発生するのは、網がプーリーで引っ張られて緊張状態となっていることも原因となっている。つまり網が緊張状態になると、網を受ける網受けよりも浮いてしまったり、或いは逆に網受けに強く押し付けられたりする。網が網受けから浮いてしまうと振動がより激しくなり、網が網受けに強く押し付けられると網と網受けの摩擦が大きくなって網や網受けを磨耗させて粉塵を発生させるようになる。この粉塵が被はんだ付け部に付着して機能劣化を起こしてしまうのである。
【００１０】
本発明は上記従来のメッシュ式リフロー炉における欠点に鑑み発明したもので、網の反りや振動がないばかりでなく粉塵の発生も極めて少ないというメッシュ式リフロー炉を提供することにある。
【００１１】
本発明者らは、メッシュ式リフロー炉において網を走行させるのに網を直接引っ張らないようにすれば網が反ったり振動したり、網が網受けに強く押し付けられたりしなくなることに着目して本発明を完成させた。
【００１２】
本発明は、被はんだ付け物を搬送装置で搬送しながらはんだ付けを行なうリフロー炉において、搬送装置は、一定間隔に設置される係合片を有して、駆動装置により同一速度で同一方向に走行する一対のチェーンと、両側に金属線を屈曲成形した係合部を有して、係合部が係合片に遊嵌状態で係合して一対のチェーン間に架設される網と、一対のチェーンの走行方向に対して平行に設置され、かつ、網の下部に設置される網受けとを備えることを特徴とするリフロー炉である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のリフロー炉は、一対のチェーンが駆動装置により同一速度で同一方向に走行していて、該チェーン間に網が架設されている。つまり本発明のリフロー炉は、従来のメッシュ式リフロー炉のように網を直接引っ張って走行させるのではなく、駆動装置により走行するチェーンと一緒に走行するものである。従って、網にはほとんど走行するための力がかからないため、部分的に緊張することがなく、網が反ることはない。また網は両側の部分でチェーンの係合片に遊嵌状態、即ちチェーンの係合片よりも広い面積となった係合部が余裕のある状態で係合しているため、網受けに対しては網の重量しか荷重がかからず、網や網受けの摩擦は小さい。
【００１４】
網受けは、リフロー炉の加熱温度で容易に変形したり劣化したりしない材料であれば如何なる材料も採用可能である。本発明に使用する網受けとして好適な材料は、耐熱性のあるガラス（商品名：パイラックス）である。耐熱性のガラスは、金属製の網に対して潤滑性が良好であるため、網や網受けを磨耗させることがなく、粉塵が発生しない。
【００１５】
本発明のリフロー炉でチェーンに設置する係合片は、チェーンに遊嵌状態に係合できるものであれば如何なる形状・構造のものでも採用可能である。例えば網の係合部としては網の両側の部分を係合片が容易に係合できる形に成形したり、或いは網の両側にチェーンの係合片と係合できるリング等を取り付けたりしてもよい。またチェーンに取りつける係合片としては頂部にドライバー嵌合頭部を有する牡ネジが取り付けやすいばかりでなく、頭部によって網の抜けを防ぐことができるため好適である。
【００１６】
【実施例】
以下、図面に基づいて本発明のリフロー炉を説明する。図１は本発明リフロー炉の正面断面図、図２は本発明リフロー炉の搬送装置の平面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図、図４は網とチェーンの係合部の拡大図である。
【００１７】
リフロー炉１は、内部がトンネル２となっており、トンネル２の上下部には予備加熱ヒーター３、本加熱ヒーター４、冷却機５等が設置されている。予備加熱ヒータと本加熱ヒーターは、赤外線ヒーター、熱風ヒーター、或いは赤外線ヒーターと熱風ヒーターを併用したヒーター等である。冷却機は、冷却ファン、冷風吹き付け装置等である。リフロー炉１は、予備加熱ヒーター３が設置された部分が予備加熱ゾーン６、本加熱ヒーター４が設置された部分が本加熱ゾーン７、冷却機５が設置された部分が冷却ゾーン８となっている。
【００１８】
トンネル２内には一対の無端のチェーン９、９と無端の網１０から構成された搬送装置１１が設置されている。一対のチェーン９、９は図示しないモーターにより同一速度で同一方向(矢印Ｘ)に走行するようになっている。
【００１９】
網１０は、金属の線を編んだもので、両側が係合部１２となっている。実施例に示す係合部は、金属線を台形に屈曲成形したもので、搬送装置１１の走行方向(矢印Ｘ)に後述の係合片が引っかかるようになっている。
【００２０】
チェーン９は、図３に示すように走行レール１３に沿って走行するものである。該チェーンには適宜箇所にフランジ１４が取り付けられており、該フランジには係合片１５が突設されている。実施例に示す係合片は、牡ネジであり、ネジが螺設された部分(図３のネジ螺設部の断面）は前述網1０の台形の係合部１２よりも小さいが、牡ネジの頭部は網の係合部１２よりも大きくなっている。従って、牡ネジのネジ螺設部は網１０の係合部１２に対して遊嵌状態、即ち緩い状態で係合しているが、牡ネジの頭部は網の係合部１２から容易に抜けさせないようになっている。
【００２１】
網１０の下部には、複数箇所に網受け１６が設置されている。網１０の両側下部に設置された網受け６は走行レール１３に取り付けられたブラケット１７に設置され、網の中央にある網受けはフレーム１８に設置されている。網受け１６は、円柱状の耐熱性ガラス棒１９であり、該ガラス棒は離間して設置された保持体２０、２０間で保持されている。
【００２２】
次に上記構成からなる本発明のリフロー炉の稼動状態に付いて説明する。
【００２３】
搬送装置１１の一対のチェーン９、９を図示しないモーターで同一速度で同一方向（矢印Ｘ）に走行させる。するとチェーン９、９の係合片１５には網１０の係合部１２が遊嵌状態で係合されているため、チェーン９の走行に従って網１０も走行する。このとき網をプーリーで直接引っ張る構造でないため網には強い力がかからない。また網には緊張力がかからないため下方に弛むようになるが、網１０の下部に設置された網受け１６が弛みを受けて平らな状態を保持する。
【００２４】
ところで本発明のリフロー炉は、チェーンと網が遊嵌状態で係合されているため、モーターの振動がチェーンまで伝播されても、チェーンから網には振動がそれ以上伝わらないようになっている。
【００２５】
ここでリフロー炉でＢＧＡ基板にはんだバンプを形成するためのはんだ付けについて説明する。ＢＧＡ基板の外部電極には粘着性のフラックスが塗布され、該塗布部に微小はんだボール（６３Ｓｎ−Ｐｂ）が搭載されている。
【００２６】
リフロー炉１では、搬送装置１１を走行状態にするとともに予備加熱ゾーン６と本加熱ゾーン７のヒーター３、４に通電をして、各ゾーンを所定の温度まで昇温する。そして各ゾーンが所定の温度に達したならば、走行している搬送装置の網１０の上に前述ＢＧＡ基板Ｈを複数列に並べてトンネル内を走行させる。ＢＧＡ基板Ｈは、予備加熱ゾーン６で約１５０℃に予備加熱される。リフロー炉における予備加熱は、フラックス中の溶剤成分を揮発させて突沸を防ぐとともに、本加熱におけるＢＧＡ基板の熱ショックを緩和するためである。ＢＧＡ基板は予備加熱後、本加熱ゾーン７で約２３０度に加熱される。ここで微小はんだボールは溶融してＢＧＡ基板の外部電極にはんだ付けされる。ＢＧＡ基板は、本加熱後、冷却ゾーン８の冷却機５で冷やされて固化しはんだバンプが形成される。
【００２７】
【発明の効果】
本発明のリフロー炉は、搬送装置が一対のチェーンと網から構成されており、モーターで駆動するチェーンに網が遊嵌状態で係合しているため、網に引っ張りの力がかからず、網は全く緊張することがない。従って、網の反りによる溶融はんだの流動や不要箇所へのはんだの付着がなく、信頼あるはんだ付けが行なえる。またチェーンと網とは遊嵌状態で係合しているためモーターの振動が網に伝播せず、搬送中に被はんだ付け物同士がぶつかったり重なり合ったりしない。さらにはチェーンと網との遊嵌状態の係合は、網受けを強く押圧することがないため網や網受けを磨耗させて粉塵を発生することがない等、本発明のリフロー炉は、従来のリフロー炉にない優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明リフロー炉の正面断面図
【図２】本発明リフロー炉の搬送装置の平面図
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図
【図４】網とチェーンの係合部の拡大図
【符号の説明】
９ チェーン
１０ 網
１１ 搬送装置
１２ 係合部
１４ フランジ
１５ 係合片
１６ 網受け
１９ ガラス棒
２０ 保持体

Claims (3)

1. 被はんだ付け物を搬送装置で搬送しながらはんだ付けを行なうリフロー炉において、
   前記搬送装置は、
   一定間隔に設置される係合片を有して、駆動装置により同一速度で同一方向に走行する一対のチェーンと、
   両側に金属線を屈曲成形した係合部を有して、前記係合部が前記係合片に遊嵌状態で係合して前記一対のチェーン間に架設される網と、
   前記一対のチェーンの走行方向に対して平行に設置され、かつ、前記網の下部に設置される網受けとを備えることを特徴とするリフロー炉。
2. 前記網受けは、耐熱性のガラス棒であることを特徴とする請求項１記載のリフロー炉。
3. 前記係合片は、牡ネジであり、該牡ネジはチェーンに取り付けられたフランジに螺合されていることを特徴とする請求項１記載のリフロー炉。

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