JP4444472B2 - リフローはんだ付け方法とその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント基板等の被加熱物に電子部品をはんだ付けするためのリフローはんだ付け方法とその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のリフローはんだ付け装置の代表的な例について、図７を参照して説明する。図７はこのリフローはんだ付け装置を概略して示し、（ａ）は基板搬送方向の縦断面図、（ｂ）は基板搬送方向の横断面図である。このリフローはんだ付け装置は図７（ａ）に示すように、加熱室がある炉体１内が複数の部屋に分割されている。分割された各部屋ごとで駆動モータ１９により回転する円筒型多翼ファン１５により熱風を循環させるの熱風循環加熱方式が主流となっている。この方式の場合、炉体１内に配置される前記円筒型多翼ファン１５あるいは軸流ファンによって、炉体１内の加熱室の気体２を一括して吸い込み、円筒型多翼ファン１５の場合は回転軸に対して垂直方向に、軸流ファンの場合は回転軸方向に、気体２をそれぞれ吹き出す。吹き出した気体２は図７（ｂ）に示すように、加熱室とつながる流路を通過し、電子部品の実装されたプリント基板（被加熱物）１１に、ノズル１６等を介して熱風として吹き付けられる。
【０００３】
このとき、プリント基板１１の加熱が、プリント基板１１上で均一に行われるように、加熱平面での風速の均一化を図る必要がある。このため、熱風の流れ方向を制御する整流板１７やノズル１６等により、この熱風を均等に分割して吹き付けるようにする。吹き付けられた熱風は再び前記ファン１５によって吸い込まれる。この繰り返しにより、炉体１内の気体２は循環され、循環経路に配置される電気ヒータもしくは赤外線加熱ヒータ等の加熱ヒータ２４によって、所望の温度に上昇するように制御される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のリフローはんだ付け方法では、大型の円筒型多翼ファン１５もしくは軸流ファンの配置が必要となる上、これらを駆動する駆動モータ１９が大きな容積を占めることとなり、装置の小型化が困難になる。さらには、前述した気体２の循環経路についても、流路の断面積が小さい場合は熱風の圧力損失が大きくなるために、安全率を見て大きめの断面積を選択せざるを得ないが、炉体１全体の限られた容積の中では、流路の断面積を際限なく大きくすることも不可能である。
【０００５】
また循環経路には、炉体１内の気体２の吸い込み位置と吹き出し位置とが必然的に隣接するために、熱風の循環経路に配管の屈折部が必ず存在し、ここで圧力損失が発生する。このため、円筒型多翼ファン１５もしくは軸流ファンの発生静圧に対して、ノズル１６からの熱風の吹き出し風速を見ると、風速発生効率が低くなっている。
【０００６】
また、被加熱物であるプリント基板１１に対する熱風の吹き付け速度および吹き付け角度を均一にするために、流路内に設けられる整流板１７の形状と配置位置の決定が非常に困難になるという問題がある。
【０００７】
そこで本発明は上記問題点に鑑み、炉体の小型化を図り、均一な風速の熱風を安定して供給することができるリフローはんだ付け方法とその装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本願の第１発明のリフローはんだ付け方法は、被加熱物に対して熱風を吹き付けてはんだ付けを行うリフローはんだ付け方法において、炉体内に配置された送風手段によって被加熱物の近傍の気体を取り入れ、加熱手段により加熱しながら被加熱物の近傍で循環させることによって、前記気体に所定の風速を与えて前記熱風にすることを前提とする。
【０００９】
上記発明の前提によれば、循環させた熱風を被加熱物に吹き付けることを、従来のように炉体内全体の気体を循環させることなく、被加熱物の近傍の気体がその場所で、炉体内に配置された送風手段によって行わせることができる。送風手段より吹き出された熱風は、均一な風速で効率良く被加熱物に熱伝達されリフローはんだ付けすることができるので、装置の小型化を図ることができると共に、熱風風速のバラツキも最小限に抑制することができる。また熱風の循環経路が短縮されることにより、熱風の圧力損失と熱の外部への損失を抑制することもできる。
【００１０】
上記発明は、また、電磁誘導により発熱する発熱体で送風手段を構成し、この送風手段により、被加熱物の近傍の気体の循環と加熱とを行うので、特別な加熱手段が不要となり部品点数を減らし、その設置スペースが不要となり構造を簡単化でき、好適である。
【００１３】
上記目的を達成するために本願の第２発明のリフローはんだ付け装置は、被加熱物に対して熱風を吹き付けてはんだ付けを行うリフローはんだ付け装置において、炉体内に配置され、被加熱物の近傍の気体を加熱する加熱手段としての電磁誘導により発熱する発熱体で構成され、被加熱物近傍で気体を加熱しながら循環させて所定の風速を与えて前記熱風にする送風手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
上記発明によれば、本願の第１発明の方法を具体的に実施することができ、同様の作用を奏することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における実施形態のリフローはんだ付け方法とその装置について具体的に説明する。尚、図７に示した従来例と同じ構成部分については同符号を付している。
【００１８】
図１〜図３は第１実施形態を示し、図１はリフローはんだ付け装置の基板搬送方向の断面図、図２はクロスフローファンの形状と動作及び風の流れを説明するための拡大図、図３は炉体内部の詳細図である。第１実施形態では、炉体１内の気体２の加熱方法として、クロスフローファン（送風手段）４を構成する羽根車３を電磁誘導加熱によって加熱しながら、羽根車３を通過する気体２を循環する方法を採っている。
【００１９】
図１において、第１実施形態のリフローはんだ付け装置は、搬入されるプリント基板（被加熱物）１１を搬送手段１２によって搬送しながら、炉体１内の予備加熱室において予備加熱した後、リフロー加熱室でリフロー加熱してはんだ付けされたプリント基板１１を、冷却手段１８により冷却する構造となっている。
【００２０】
図２において、クロスフローファン４は、回転軸７に取付けられた羽根車３、外周側ガイド部６ａと内周側ガイド部６ｂとからなるケーシング６から構成され、回転軸７方向と直交する方向に風速を発生させる送風手段である。外周側ガイド部６ａは羽根車３の周りに気体２の吸い込み口８と吹き出し口９、そしてそれらの間の風路１６を形成し、内周側ガイド部６ｂは吹き出し口９で羽根車３に随伴している風の流れを掻き取っている。この構成によって、プリント基板１１の近傍の気体２は、吸い込み口８より羽根車３に吸い込まれ、回転軸７の直交方向に風速を発生させ、羽根車３の中を通過して吹き出し口９から所定の風速を得て熱風２ａとして吹き出される。クロスフローファン４は、炉体１内の加熱室で気体２の吸い込み口８から吹き出し口９への風の流れがほぼ９０°屈曲するようにケーシング６の形状が定められているので、プリント基板１１に対し直下（回転軸７の垂直方向）に熱風２ａが吹き出されることになる。
【００２１】
図３において、炉体１内にはクロスフローファン４が複数個、回転軸７を炉体１の幅方向に向け且つプリント基板１１の表面に平行になるように並列に配置されている。炉体１の壁面には断熱材５が挟み込まれ、外気への熱の逃げを防ぎ、炉内温度を保っている。また、炉体１の基板搬送方向と平行な壁面を挟んだ羽根車３との対称位置には、各羽根車３に対応し、これらに誘導加熱を発生させる小片のブロック状のコイル（電磁誘導機構）１０が複数個配置されている。この羽根車３はステンレス材等の誘導加熱を効率良く発生させる材質から形成されることにより、羽根車３を電磁誘導によって発熱する発熱体として構成される。またコイル１０とそれによって発熱される羽根車３とが加熱手段として機能する。ケーシング６および炉体１の壁面材質は、コイル１０から発生する電磁場を羽根車３まで妨げることなく伝えて炉内気体２を加熱できる構造および材質を採用する。
【００２２】
この構成によって、羽根車３はコイル１０による電磁誘導加熱によって加熱され、プリント基板１１の近傍の気体２がクロスフローファン４内で羽根車３の中を通過する際に気体２を加熱し、吹き出し口９から吹き出される。気体２は、この繰り返しによる強制循環によって加熱され、所望の温度に達した時点で、搬送手段１２上を搬送するプリント基板１１に熱風２ａを吹き付けることができる。
【００２３】
図４は第２実施形態の炉体１内部を示す。第２実施形態では、クロスフローファン４の羽根車３自身に電熱線を内蔵することにより、羽根車３を自ら発熱する機構を有する発熱体として構成してプリント基板１１の近傍の気体２を加熱する加熱手段をも兼ねているので、従来例のような加熱ヒータ２４を不要とすることができる。回転動作を行う羽根車３自身が発熱体となっていることで、羽根車３の羽根部分を通過する気体２を、熱伝導によって加熱することが可能である。
【００２４】
図５は第３実施形態の炉体１内部を示す。第３実施形態では、クロスフローファン４に吸い込まれるまたは吐き出される気体２の通過する流路の途中に電熱線等の加熱ヒータ（加熱手段）１４を配置することによって、ここを通過する気体２に熱伝達を行い、気体２が強制的に循環される過程において昇温し、熱風２ａを所望の温度にすることができる。尚、加熱ヒータ１４の配置は図５（ａ）（ｂ）に示すように、吸い込み口８付近でも吐き出し口９付近のいずれでも良い。
【００２５】
尚、送風手段としてクロスフローファン４の代わりに、それと同様に回転軸７方向と直交する方向に風速を発生させる回転軸７方向に長い遠心型羽根車を採用しても良い。この場合においても加熱手段の機構や熱風吹き付け作用はクロスフローファン４と同様である。
【００２６】
図６は第４実施形態を示す。第４実施形態では上記第１〜第３実施形態における送風手段の代わりに攪拌手段を採用してプリント基板１１の近傍の気体２を加熱しながら循環させるものである。つまり、この攪拌手段として回転軸７方向と平行する羽根部分を有し気体２の攪拌が可能な羽根車１３を採用している。この羽根車１３を、回転軸７を炉体１の幅方向に向け且つプリント基板１１の平面に平行になるように複数個配置し、これを所定の回転数で回転することでプリント基板１１の近傍の気体２を攪拌する。これにより、プリント基板１１に対して気体２が所定の風速を持つことによって、熱風２ａからプリント基板１１への熱伝達が可能となる。
【００２７】
気体２の加熱方法としては、図３で示した上記第１実施形態におけるコイル１０による誘導加熱による羽根車１３自身（電磁誘導によって発熱する発熱体）の加熱による方法と同様の方法を図６に示している。しかしそれに限定されずその他、第２実施形態における羽根車１３に電熱線等を内蔵して羽根車３自身を発熱体として加熱する方法、第３実施形態における循環気体２の流路途中に電熱線等の加熱ヒータ１４を配置して加熱する方法のいずれを用いても可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明のリフローはんだ付け方法とその装置によれば、リフローはんだ付けを行う炉体の小型化が可能となり、熱風風速のバラツキを最小限に抑制して被加熱物に対して均一な風速の熱風を安定して供給することができる。また、熱風の循環経路が短縮されることにより、熱風の圧力損失と熱の外部への損失が抑制されることにより、消費電力の抑制と生産品質の向上を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のリフローはんだ付け装置の基板搬送方向の縦断面図。
【図２】同実施形態における送風手段であるクロスフローファンの動作説明図。
【図３】同実施形態における炉体詳細図。
【図４】本発明の第２実施形態の炉体詳細図。
【図５】本発明の第３実施形態の炉体詳細図。
【図６】本発明の第４実施形態の炉体詳細図。
【図７】従来例のリフローはんだ付け装置を示す概略図であり、（ａ）は基板搬送方向の縦断面図、（ｂ）は基板搬送方向の横断面図。
【符号の説明】
１ 炉体
２ 気体
２ａ 熱風
４ クロスフローファン（送風手段）
７ 回転軸
１０ コイル（電磁誘導機構）
１１ プリント基板（被加熱物）
１３ 羽根車（攪拌手段）
１４ 加熱ヒータ（加熱手段）

Claims (7)

1. 被加熱物に対して熱風を吹き付けてはんだ付けを行うリフローはんだ付け方法において、炉体内に配置され電磁誘導により発熱する加熱手段としての発熱体で構成した送風手段によって被加熱物の近傍の気体を取り入れ、前記発熱体により加熱しながら被加熱物の近傍で循環させることによって、前記気体に所定の風速を与えて前記熱風にし、前記送風手段により、被加熱物の近傍の気体の循環と加熱とを行うことを特徴とするリフローはんだ付け方法。
2. 小片のブロック状のコイルを、発熱体に隣接して複数個配置することによって、電磁誘導を発生させている請求項１記載のリフローはんだ付け方法。
3. 送風手段の近傍に加熱手段を配置することによって、被加熱物の近傍の気体を熱風にしている請求項１記載のリフローはんだ付け方法。
4. 送風手段としてクロスフローファンを用い、その回転軸を炉体の幅方向に向け且つ被加熱物表面に平行になるように配置した請求項１〜３のいずれかに記載のリフローはんだ付け方法。
5. 送風手段として遠心型羽根車を用い、その回転軸を炉体の幅方向に向け且つ被加熱物表面に平行になるように配置した請求項１〜３のいずれかに記載のリフローはんだ付け方法。
6. 被加熱物に対して熱風を吹き付けてはんだ付けを行うリフローはんだ付け装置において、炉体内に配置され、被加熱物の近傍の気体を加熱する加熱手段としての電磁誘導により発熱する発熱体で構成され、被加熱物近傍で気体を加熱しながら循環させて所定の風速を与えて前記熱風にする送風手段を備えたことを特徴とするリフローはんだ付け装置。
7. 電磁誘導機構は、複数個配置された小片のブロック状のコイルである請求項６記載のリフローはんだ付け装置。

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