JP4756922B2 - リフロー炉 - Google Patents

Description

本発明はリフロー炉に関し、より詳細には、いわゆる窒素リフロー炉等に代表される低酸素雰囲気のリフロー炉内における雰囲気中の酸素濃度を低レベルに抑えることが可能なリフロー炉に関する。

基板上に熱風を吹き付け、はんだをリフローさせて電子部品を基板にはんだ付けする装置として、リフロー炉が広く用いられている。このようなリフロー炉のうち、リフロー炉内の雰囲気が低酸素濃度に維持されている低酸素雰囲気リフロー炉がある。このような低酸素雰囲気リフロー炉において、リフロー炉内雰囲気の酸素濃度を低レベルに維持するための制御方法として、例えば、特許文献１記載の酸素濃度自動制御方法が提案されている。

特許文献１記載の低酸素雰囲気リフロー炉における酸素濃度自動制御方法は、大容量の窒素ガスをリフロー炉内に供給すると共に、リフロー炉内の雰囲気を抽出して酸素濃度自動制御装置により酸素濃度の測定をして、リフロー炉内に取り込む空気の流量を調節することにより、リフロー炉内の雰囲気における酸素濃度を常に一定レベルに維持することができるものである。
特開平８−２０６８２２号公報

ところが、特許文献１記載の酸素濃度自動制御方法においては、制御方法が複雑であるため、制御装置が高価になってしまい、ひいては、リフロー炉の提供コストが高騰してしまうといった課題がある。
また、近年においては、図８に示すように単位リフロー炉１０を基板搬送方向に仕切り板１１０を介して複数連続させ、各単位リフロー炉１０を複数の温度帯に分割したリフロー炉１００が用いられている。このようなリフロー炉１００において、仕切り板１１０に直近の熱風の噴出口４６から基板平面に対して直交方向に吹き出す熱風は、仕切り板１１０側に熱風の供給がないため、図９に示すようなカルマン渦が生じる。出願人による実験結果からこのカルマン渦は、仕切り板１１０を越えて隣接する単位リフロー炉１０に侵入し、各単位リフロー炉１０の雰囲気が混合されてしまうことが明らかになった。また、カルマン渦がリフロー炉１００の雰囲気を外部に排出させようとする作用が生じることも明らかになった。なお、図９は図８内におけるＢ部分の拡大図である。このような作用が生じてしまうと、特許文献１記載の制御方法をもってしても単位リフロー炉１０およびリフロー炉１００の雰囲気を所定の酸素濃度に維持することが非常に困難になってしまう。

本発明は、リフロー炉において、簡易な構造でありながらも、リフロー炉内雰囲気の酸素濃度を低レベルに抑えると共に、熱風の温度管理を精密に行うことが可能なリフロー炉の提供を目的としている。

本発明は、電子部品とはんだが載置された基板を搬送手段で搬送しながら、酸化防止雰囲気中で熱風を噴きつけ、前記はんだを溶融して前記電子部品を前記基板にはんだ付けする単位炉を複数個連結させてなるリフロー炉において、前記単位炉は、前記搬送手段を囲むようにして設けられた断熱材からなるフードと、該フードの内底面の中央部に設けられた送風ファンと、前記フードの内部空間に配設され、前記フードの内部空間を搬送手段側空間と送風ファン側空間とに二分すると共に、一直線上に複数並べられた貫通孔からなる噴出口が複数列形成された区分プレートと、該区分プレートと前記送風ファンとの間に配設された吸引ボックスと、前記区分プレートに形成された複数の貫通孔位置であって、前記吸引ボックスと前記区分プレートとの間に複数本配設され、前記吸引ボックス内と前記区分プレート下方の前記搬送手段側空間を連通する吸引筒と、前記フードの前記送風ファン側空間に設けられ、前記送風ファンにより送られる熱風を前記搬送手段の搬送方向と直交する水平方向の両側に向けて分配すると共に、両側部から前記区分プレートの方向に向けて下方側に案内し、さらには前記区分プレートと平行に炉の両側から中央部分に向かって互いに対向する方向に案内して混合した後、前記区分プレートの噴出口から前記搬送手段上の前記基板に向けて噴出する熱風分配路と、前記熱風分配路の前記送風ファンの下流側位置に設けられたヒータと、前記搬送手段による搬送の障害とならない位置に配設され、前記単位炉を仕切る仕切板と、を有することを特徴とするリフロー炉である。

また、前記仕切り板の、前記搬送手段側となる先端部には、前記搬送手段の進行方向の前後方向に突出し、前記仕切り板との間で、噴き付けられる熱風を抱き込む空間を形成する突出板が配設されていることを特徴とする。

また、前記突出板は、前記仕切り板との取り付け部分から両先端部側に進むにつれ、前記搬送手段から徐々に離反するよう傾斜した状態で配設されていることを特徴とする。
これにより、さらに噴出口から供給される熱風によるカルマン渦が隣接する単位リフロー炉への侵入を抑制することができる。また、仕切り板と突出板により形成されたポケット状部分（抱き込み部分）に、はんだ溶融時に発生したフラックスが補足されやすくなり、基板上にフラックスが付着しにくい状態とすることができる。

また、前記突出板は、前記仕切り板のうち前記搬送手段の進行方向における最前端と最後端の仕切り板にのみ配設されていることを特徴とする。
これにより、さらに安価に高性能な低酸素雰囲気リフロー炉を提供することが可能になる。

本発明にかかるリフロー炉によれば、自動酸素濃度制御装置を用いていないため、安価であると共に、メンテナンスもきわめて容易に行うことができる。
また、非常に簡単な構造により単位リフロー炉およびリフロー炉全体の雰囲気を所定の条件に維持することができるので、長期にわたって高性能を維持するリフロー炉を安価に提供することが可能になる。

以下、本実施の形態におけるリフロー炉について、図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本実施の形態における単位リフロー炉の概略構成を示す説明図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線における矢視図である。図３は、図１中のＢ−Ｂ線における断面図である。

本実施の形態における単位リフロー炉（単位炉）１０は、電子部品２０が載置された基板２２を水平方向（単位リフロー炉１０の連結方向）に搬送する搬送手段３０（以下、搬送路３０という）と、搬送路３０を囲むようにして設けられたフード４０により外壁面が構成されている。フード４０の内部には、送風ファン６０により送られる熱風を、基板搬送方向と直交する方向の両側に向けて分配すると共に、両側部から搬送路３０の方向に向けて下方側に案内し、さらには搬送路３０と平行に、単位炉１０の両側から中央部分に向かって互いに対向する逆向き方向に案内した後、搬送路３０の上に搬送されてくる基板２２に向けて噴出する熱風分配路８０と、熱風分配路８０の中であって、送風ファン６０の下流側に設けられたヒータ５０と、ヒータ５０の下流側に、ヒータ５０に接近して配設された触媒体７０と、搬送路３０と対向して設けられ、搬送路側の空気を送風ファン６０により吸引してヒータ５０に導くための吸引循環路９０と、を有している。触媒体７０は、リフロー中にガス化したはんだフラックスを分解するためのものである。

搬送路３０は、耐熱性部材により形成されたベルトコンベア等に例えられる無端の循環式搬送路が好適に用いられる。搬送路３０の基板搬送部は、フード４０内の下部を一端側から他端側に向けて通過するようになっている。図１においては、搬送路３０の基板搬送部の部分を図示しており、紙面と直交する方向に循環している。

フード４０は、単位炉１０の外壁材を兼ねていて、断熱材により構成されている。フード４０は、搬送路３０の進行方向に沿って、搬送路３０の周りを取り囲むようにして配設されている。フード４０には、搬送路３０が進入進出可能な進入出口（図示せず）が設けられている。進入出口の開口面積は、電子部品２０と基板２２が干渉しない程度の大きさに形成されているのはいうまでもない。

フード内空間４２には、フード内空間４２を搬送路側空間４２Ａと送風ファン側空間４２Ｂに二分する区分プレート４４が配設されている。区分プレート４４には、図３に示すように、一直線状に多数並んだ貫通穴からなる噴出口４６が搬送路３０の進行方向Ｘに所要間隔を置いて複数列設けられている。

噴出口４６による列の間部分には、搬送路側空間４２Ａとボックス９２内を連通する多数の吸引筒（吸引口）９４が設けられている（図２、図３）。炉内空間の空気を吸引するボックス９２は、吸引筒９４の上面に固定されている。吸引筒９４は、フード４０と区分プレート４４およびボックス９２の下面に囲まれた空間４９を、熱風噴出用の通路４５と、吸引循環路９０に区分している。通路４５および吸引循環路９０は、搬送路３０と平行に、かつ搬送路３０の進行方向Ｘと直交する方向に伸び、該方向に所要間隔をおいて複数列形成されていることになる。そして、各通路４５の下面に噴出口４６が開口していることになる。後述するが、熱風は、各通路４５の両端側から対向して通路４５内に送りこまれ、通路４５内で混合されて噴出口４６から下方に向けて噴出される。

吸引循環路９０の一部を構成する吸引筒９４は、区分プレート４４に形成された貫通孔９５により搬送路側空間４２Ａと連通している。また、吸引筒９４の上部に、吸引筒９４と連通して固定されたボックス９２の上面中央には、円形の吸引孔９６が設けられている。また、この吸引孔９６を覆うようにして、送風ファン６０が設けられている。

この送風ファン６０はフード４０の内底面の中央部に設けられていて、モータＭによって回転される。送風ファン６０により、吸引筒９４、ボックス９２、吸引孔９６を通じて搬送路側空間４２Ａ内の空気が吸引されるようになっている。吸引筒９４、ボックス９２、吸引孔９６により前記吸引循環路９０を構成する。

また、上記ボックス９２の外壁面とフード４４の内壁面との間、前記通路４５および噴出口４６とによって熱風分配路８０を構成する。送風ファン６０によって吸引された空気はこの熱風分配路８０によって、搬送路３０方向と直交する方向の両側に向けて（図１の矢印方向）離反するように誘導され、さらに該両側部から搬送路３０方向に向けて下方に、さらには搬送路３０と平行に延びる通路４５内に、通路４５の両側から互いに接近するように逆方向に進入した後、噴出口４６から搬送路３０上を搬送されてくる基板２２に向けて噴出されるようになっているのである。

送風ファン６０によって両側に送風される熱風分配路８０内には、送風ファン６０に近接して、熱風分配路８０を横切るようにして、棒状のヒータ５０がそれぞれ配設されている。
また、このヒータ５０の下流側に、ヒータ５０に接近して、もしくはヒータ５０に接触して触媒体７０が配設されている。触媒体７０は、熱風が通過可能なようにネット状に形成された支持体に、ガス化したはんだフラックスを分解可能な触媒（例えば、白金・パラジウム・ニッケルクロムの発泡金属等の一般的な触媒でよい）が担持されて成る。この触媒体７０は、熱風がほぼ全量接触可能なように、熱風分配路８０の断面のほぼ全域にわたるように配設するのが好ましい。

搬送路３０の構成は特に限定されるものではないが、本実施の形態においては、鉛直面内で回転する無端状チエーン３０Ａを２基平行に設け、各チエーン片に内方に向けて突出する支持ピンＰを設け、この支持ピンＰ間に基板２２を橋渡し状に載置して搬送する形態のものを採用している。

本実施の形態におけるリフロー炉１００は、上記に説明した構造を有する単位リフロー炉１０を複数個連結することにより構成されている。具体的には、図４および図５に示すように、搬送路３０を挟んで上下に一対ずつ設けるようにし、基板搬送方向に単位リフロー炉１０どうしが仕切り板１１０を介して複数個連結された状態で構成されている。なお、図４は、単位炉を上下に対向させて配設した状態を示す説明図である。また、図５は、リフロー炉の全体構成を示す側面図である。
また、リフロー炉１００の内部空間には図示しない不活性ガス供給路から窒素ガス等の不活性ガスが大量に供給されている。本実施の形態においては、リフロー炉１００全体で１５０Ｌ／分の高純度窒素ガスが供給されている。

上記のように構成されているから、搬送路３０上に基板２２を並べ、リフロー炉１００内に順次搬入、搬送することによって、低酸素濃度雰囲気において電子部品２０のはんだ付けを連続的に行うことができる。しかも単位リフロー炉１０どうしが仕切り板１１０により区切られているため、単位リフロー炉１０内の雰囲気は、均一な温度条件に設定することができる。また、隣接する単位リフロー炉１０における雰囲気の温度条件等を明確に区分することもできる。このように、それぞれ明確に異なる条件に設定された雰囲気を有する単位リフロー炉１０が連結されたことによって、搬送方向に適宜温度勾配等をもたせることができる。これにより、きめ細かなリフロー条件（リフロー温度、および時間）を設定することが可能となる。

次にリフロー炉１００内における仕切り板１１０まわりの形態について説明する。図６は、図５中におけるＡ部分の拡大図である。図７は、仕切り板の先端部における拡大図である。図５に示すように単位リフロー炉１０は仕切り板１１０を介して基板の搬送方向に沿って連結されている。仕切り板１１０の先端部分には、基板２２が搬送される方向に沿って突出板１１２が配設されている。本実施の形態においては、突出板１１２はすべての仕切り板１１０の前後部分に同様にして配設されている。図７に示すように、突出板１１２は突出板１１２の先端部側が仕切り板１１０との取り付け部分よりも搬送路３０から徐々に離反するようにして配設されている。搬送路３０の進行方向に対する突出板１１２の傾斜角度αは適宜の範囲で設定することができる。

突出板１１２の突出量は、仕切り板１１０の前後面から仕切り板１１０の直近の噴出口４６の位置までの範囲であればよい。より好ましくは、仕切り板１１０の前後表面と仕切り板１１０の直近の噴出口４６の中間位置よりも仕切り板１１０の直近の噴出口４６側であることが好ましい。

仕切り板１１０の先端部分に設けられた突出板１１２により、噴出口４６から吹き出される熱風が仕切り板１１０方向と突出板１１２とにより形成されたポケット状部分（抱き込み空間）に抱き込まれやすくなる。すなわち、噴出口４６から噴き出された熱風は早期の段階でポケット状部分にカルマン渦を発生することになる。これにより、カルマン渦は隣接する単位リフロー炉１０に侵入することなく、ポケット状部分で対流することになるので、各々の単位リフロー炉１０の雰囲気が安定した状態になる。このように、単位リフロー炉１０の雰囲気をそれぞれ個別に明確に区分することができるため、リフロー炉１００全体の雰囲気も安定することになる。すなわち、リフロー炉１００全体において当初に設定した雰囲気の条件が維持されやすい状態になるのである。

また、図７に示すように、単位リフロー炉１０の搬送路側空間４２Ａには、突出板１１２と仕切り板１１０によりレの字状部分が形成されている。このレの字状部分は、単位リフロー炉１０の奥行き方向（搬送路３０の進行方向と水平面内で直交する方向）に延びている。噴出口４６から鉛直方向に噴き出された熱風は、レの字状部分と区分プレート４４により形成された空間に抱き込まれて対流するため、フラックスガスが液化し、フラックスＦを捕集することもできる。これにより基板２２に搭載された電子部品２９へのフラックスの付着を防止することもできる。なお、レの字状部分に溜まったフラックスは、リフロー炉１００のメンテナンス時に取り除くことができる。

仕切り板１１０への突出板１１２の配設は、本実施の形態のようにすべての仕切り板１１０に配設しなくてもよい。例えば、リフロー炉１００の両端部分における仕切り版１１０のみに突出板１１２を配設する形態や、所要間隔をあけた仕切り板１１０に突出部１１２を配設する形態としても良い。この形態は、仕切り板１１０の突出高さを大きくとることができる場合や、リフロー炉１００の全体雰囲気のみを安定させる目的において特に好適である。
また、本実施の形態においては、低酸素雰囲気を構成するために不活性ガスとして高純度窒素ガスを用いているが、不活性ガスであれば、窒素ガスに限定されるものではないのは言うまでもない。また、必要に応じて、搬送路３０の出入り口には不活性ガス等によるエアカーテンを配設することもできる。

また、突出板１１２は、必ずしも図７に示すように、突出板１１２と仕切り板１１０がレの字状をなさなくてもよい。例えば、突出板１１２が仕切り板１１０に直角に取り付けられ、仕切り板１１０と突出板１１２とがＬ字状をなす形態や、仕切り板１１０と突出板１１２により形成される角度が鈍角をなす形態であっても良い。
さらには、突出板１１２は仕切り板１１０の先端部のみではなく、仕切り板１１０の突出高さ方向に所要間隔をあけて複数個所に配設することもできる。この場合、突出板１１２の突出量はすべて同じ突出量にした形態の他、仕切り板１１０の先端部側に進むにつれて徐々に突出板１１２の突出量を増加または減少するように配設した形態とすることも可能である。

本実施の形態における単位炉の概略構成を示す説明図である。 図１中のＡ−Ａ線における矢視図である。 図１中のＢ−Ｂ線における断面図である。 単位炉を上下に対向させて配設した状態を示す説明図である。 リフロー炉の全体構成を示す側面図である。 図５中のＡ部分における拡大図である。 仕切り板の先端部分における拡大図である。 従来のリフロー炉の全体構成を示す側面図である。 図８中のＢ部分における拡大図である。

符号の説明

１０ 単位リフロー炉
２０ 電子部品
２２ 基板
３０ 搬送手段（搬送路）
４０ フード
４４ 区分プレート
４５ 通路
４６ 噴出口
５０ ヒータ
６０ 送風ファン
７０ 触媒体
８０ 熱風分配路
９０ 吸引循環路
９２ 吸引ボックス
９４ 吸引筒
９５ 貫通孔
９６ 吸引孔
１００ リフロー炉
１１０ 仕切り板
１１２ 突出板

Claims (4)

1. 電子部品とはんだが載置された基板を搬送手段で搬送しながら、酸化防止雰囲気中で熱風を噴きつけ、前記はんだを溶融して前記電子部品を前記基板にはんだ付けする単位炉を複数個連結させてなるリフロー炉において、
   前記単位炉は、
   前記搬送手段を囲むようにして設けられた断熱材からなるフードと、
   該フードの内底面の中央部に設けられた送風ファンと、
   前記フードの内部空間に配設され、前記フードの内部空間を搬送手段側空間と送風ファン側空間とに二分すると共に、一直線上に複数並べられた貫通孔からなる噴出口が複数列形成された区分プレートと、
   該区分プレートと前記送風ファンとの間に配設された吸引ボックスと、
   前記区分プレートに形成された複数の貫通孔位置であって、前記吸引ボックスと前記区分プレートとの間に複数本配設され、前記吸引ボックス内と前記区分プレート下方の前記搬送手段側空間を連通する吸引筒と、
   前記フードの前記送風ファン側空間に設けられ、前記送風ファンにより送られる熱風を前記搬送手段の搬送方向と直交する水平方向の両側に向けて分配すると共に、両側部から前記区分プレートの方向に向けて下方側に案内し、さらには前記区分プレートと平行に炉の両側から中央部分に向かって互いに対向する方向に案内して混合した後、前記区分プレートの噴出口から前記搬送手段上の前記基板に向けて噴出する熱風分配路と、
   前記熱風分配路の前記送風ファンの下流側位置に設けられたヒータと、
   前記搬送手段による搬送の障害とならない位置に配設され、前記単位炉を仕切る仕切板と、を有することを特徴とするリフロー炉。
2. 前記仕切り板の、前記搬送手段側となる先端部には、前記搬送手段の進行方向の前後方向に突出し、前記仕切り板との間で、噴き付けられる熱風を抱き込む空間を形成する突出板が配設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。
3. 前記突出板は、前記仕切り板との取り付け部分から両先端部側に進むにつれ、前記搬送手段から徐々に離反するよう傾斜した状態で配設されていることを特徴とする請求項２記載のリフロー炉。
4. 前記突出板は、前記仕切り板のうち前記搬送手段の進行方向における最前端と最後端の仕切り板にのみ配設されていることを特徴とする請求項２または３記載のリフロー炉。

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