JP4756923B2 - 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、リフロー炉の雰囲気を確実に所定の温度に維持すると共に、フラックスガスの分解を確実に行う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一例として、例えば、特許文献１記載のものがある。特許文献１記載のリフロー炉は、基板に向けてメインヒータが設けられていて、メインヒータの輻射熱によりリフローさせる熱を得ていた。このように、輻射熱をリフローのための熱源としているため、リフロー炉内の雰囲気を所定の温度に維持することが難しく、想定していた品質を満足できない製品が製造されてしまうことがあった。

また、はんだには、ぬれ性を向上させるためにフラックスが含まれていて、はんだを加熱することによりフラックスガスが生じる。フラックスガスは、リフロー炉内の低温度部分において冷却されると、液化してリフロー炉内や基板、電子部品に付着してしまう。基板や電子部品にフラックスが付着すると、外観および実動作に悪影響を及ぼす。このようなフラックスガスを分解するために、触媒体が設けられているものの、メインヒータと触媒体が離れて配設されているため、触媒体の活性をフルに発揮させることができなかった。

そこで、フラックスガスが基板や電子部品に付着することを防止するため、フラックスガスを分解処理する触媒体を配設したリフロー炉も提供されている。触媒体は、高温度においてフラックスガス分解能力が活性化するため、リフロー炉の加熱手段に可及的に接近させて配設されることが好ましい。
このように効率的にフラックスガスを分解処理することが可能な触媒体として、例えば、特許文献２に記載されているリフロー用加熱装置が提案されている。

特許文献２記載の発明は、リフロー炉内の雰囲気を加熱するリフロー用加熱装置であって、メインヒータの周囲に通気性を有する触媒筒体が一体的に嵌着されたものである。
特開平１−３０５５９４号公報 特開平６−１２６４３９号公報

特許文献２記載の発明においては、メインヒータと触媒が一体に形成されているので、触媒は常に高温となるため、効率的にフラックスガスを分解処理することができるため有用である。
しかしながら、特許文献２における図２からも明らかであるように、触媒体とフラックスガスのファーストコンタクトは、フラックスガスが加熱される前になされてしまう。このため、フラックスガスの分解能力を向上させるため、触媒体を大型にすると、触媒体の表面部分が十分に高温にならず、触媒体の上流側表面にフラックスガスが液化して皮膜を形成してしまうおそれがある。また、リフロー炉内の雰囲気を所定の温度に維持することが事実上困難になるといった課題がある。さらには、リフロー全体の雰囲気を温度調整しようとした場合には、メインヒータが過加熱してしまい、触媒体が損傷してしまったり、火災の危険が生じるといった課題も見出された。

本発明は、フラックスガスを含むリフロー炉内の空気（以下、熱風または雰囲気ということがある）を常に高温にして触媒体に接触させることにより、触媒体にフラックスガスによる皮膜の形成を大幅に抑制し、触媒体に与える負荷を抑えることが可能であると共に、リフロー炉全体の雰囲気を確実に所定の温度条件に制御する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、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リフロー炉において、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、一直線状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循環路と、前記熱風循環路の前記送風ファンの下流側に設けられたメインヒータと、前記メインヒータの下流側に形成され、前記熱風循環路中から分岐した後に再び前記熱風循環路に戻る分岐部と、を具備し、当該分岐部は、前記送風ファンにより送り出された前記熱風循環路を通過する熱風の一部を前記分岐部に誘導するための誘導板と、該誘導板により誘導された熱風に含まれるフラックスを分解するための触媒体と、該触媒体を加熱する触媒体用ヒータと、を有するフラックス分解部に形成されていることを特徴とするリフロー炉である。

また、前記分岐部は、前記熱風循環路において、基板搬送方向と直交する方向の両側にそれぞれ配設されていることを特徴とする。
これにより、リフロー炉内の熱風を２分割してフラックスガスの分解処理を行うため、触媒体への負担を軽減することができると共に、確実な分解処理が可能になる。

また、前記誘導板は、少なくとも熱風取り込み側の端部が前記熱風循環路にせり出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、熱風循環路から確実に熱風の取り込みをすることができるため、分岐部に熱風を取り込むためのファンを配設する必要がなく、単純な構造で安価かつ、メンテナンスが容易なリフロー炉とすることができる。

また、前記触媒体は、前記触媒体用ヒータを囲むようにして配設されていることを特徴とする。
これにより、触媒体の温度を高めやすくすることができるので、触媒体の活性を短時間で向上させることができると共に、触媒体に接触する直前に雰囲気を加熱させることになるため、さらに効率的にフラックスガスの分解処理が可能になる。

本発明にかかるリフロー炉によれば、リフロー炉内に複数のヒータが用途別に配設されているので、リフロー炉内の雰囲気を所定の温度に維持すると共に、触媒体を高活性状態に維持することが容易になる。
このように、リフロー炉内の雰囲気の温度コントロールが容易であると共に、フラックスが十分に加熱された触媒体により確実に分解処理されるので、製品の品質を向上させると共に、触媒のメンテナンスを容易にすることができる。

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リフロー炉１０は、電子部品２０が載置された基板２２を水平方向に搬送する搬送路３０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、リフロー炉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循環路８０と、熱風循環路８０の中であって、送風ファン６０の下流側に設けられたメインヒータ５０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により吸引してメインヒータ５０に導くための吸引通路９０と、メインヒータ５０の下流側に配設され、熱風循環路８０を流通する熱風の一部を分岐部１００に取り込むと共に、フラックスガスの分解を終えた後に再び熱風循環路８０に誘導する誘導板１１０と、を有している。

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、リフロー炉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、吸引通路９０に区分している。通路４５および吸引通路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。

吸引通路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により前記吸引通路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とによって熱風循環路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循環路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。

熱風循環路８０内の送風ファン６０の下流側近傍には、熱風循環路８０を横切るようにして、棒状のメインヒータ５０が配設されている。メインヒータ５０は、熱風循環路８０を通過する熱風（雰囲気）をリフローに適した温度（約２３５℃）に加熱するためのものである。また、このメインヒータ５０の下流側近傍には、熱風循環路８０に流通する熱風の一部を分岐部１００に取り込んだ後、再度熱風循環路８０に合流させる誘導板１１０が配設されている。分岐部１００は、熱風循環路８０の外側にはみ出すようにして設けられている。
誘導板１１０は断熱材により形成されていて、少なくとも熱風を取り込む側の端部は、熱風循環路８０にせり出した状態に配設されている。このように形成された誘導板１１０が送風ファン６０の下流側近傍に設けられているので、分岐部１００に熱風循環路８０を流通する熱風の一部を取り込むための動力は不要である。

分岐部１００には、触媒体７０および触媒体７０を加熱する触媒体用ヒータ７５が配設されている。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。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。

触媒体７０は、分岐部１００の内部空間を横切るようにして配設されている。触媒体用ヒータ７５は複数の触媒体７０により外周部が囲まれている。触媒体用ヒータ７５は、触媒体７０の活性を高めるためのものであり、触媒体７０の温度が約３００℃になるように加熱している。触媒体用ヒータ７５は、図示しない制御手段により出力が制御されている。

誘導板１１０により分岐部１００に誘導された熱風は、メインヒータ５０により一旦加熱された後に、触媒体用ヒータ７５により十分に活性化された触媒体７０に接触してフラックスガスが分解処理されることになる。また、フラックスガスが分解処理された熱風は、誘導板１１０により、再び熱風循環路８０に誘導され、誘導板１１０により分岐部１００に取り込まれなかった他の熱風と合流した後に、噴出口４６に供給されることになる。リフロー炉内の熱風は熱風循環路８０を循環しているので、熱風の一部を抽出してフラックスガスを分解する形態であっても、最終的には、リフロー炉の内部空間における熱風のすべてについてフラックスガスの分解処理がなされることになる。

本実施の形態におけるリフロー炉１０は、以上に説明したようにしてリフロー炉内の熱風の一部を順次取り込んでフラックスガスの分解処理を行っている。また、触媒体７０は触媒体用ヒータ７５により適温に維持されており、触媒体７０には十分に加熱された雰囲気量が少量ずつ供給されているので、分岐部１００に取り込まれた熱風に含まれているフラックスガスは確実に分解処理される。しかも、触媒体７０に供給される熱風は、リフロー炉１０の熱風を半分に分配した後のさらにその一部であるため、触媒体７０への負担が大幅に軽減される。

さらには、本実施の形態におけるリフロー炉１０には、メインヒータ５０と、触媒体用ヒータ７５がそれぞれの目的を異にして配設されている。これにより、リフローに必要な温度と触媒体７０を活性化させるために必要な温度に数十℃単位の温度差がある場合であっても、それぞれの目的に適した温度状態を提供することができる。

なお、高温に加熱された熱風が分岐部１００を通過した後、再び熱風循環路８０に合流するものの、分岐部１００に取り込まれる熱風量は、熱風循環路８０に流通する熱風の全体量に比べ大幅に少ない。したがって、合流後の熱風循環路８０に流通する熱風の温度上昇はごくわずかである。
また、熱風循環路８０を流通する熱風のうち、分岐部１００に取り込まれる熱風量の割合が多くなった場合には、合流後の熱風の温度がリフローに適した温度となるようにメインヒータ５０の出力を適宜調整すればよい。この場合、熱風循環路８０の合流部分以降に温度センサ（図示せず）を配設し、温度センサにより計測された温度に基づいて、図示しない制御手段によりメインヒータ５０の出力をフィードバック調整すればよい。

上記では、リフロー炉１０を１基のみ示したが、実際には、基板搬送方向に複数基を連結して連続式リフロー炉に構成する。この場合、搬送路３０は共通に使用することはいうまでもない。また、フード４０も１つのフードを長手方向に複数に仕切ってそれぞれのリフロー炉１０のフードとして用いるとよい。
搬送路３０の構成は特に限定されるものではないが、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ようにすることができる。

また、リフロー炉１０を、図４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することもできる。この場合、上下のリフロー炉１０は、同じ構造のものを上下反転させた状態で配置するようにするとよい。
上記のように構成されているから、基板２２を搬送路３０上に順次並べてリフロー炉１０内に順次搬入、搬送することによって、電子部品２０のはんだ付けを連続的に行うことができる。各リフロー炉１０内の雰囲気は、均一な温度条件を設定することができるが、それぞれ温度設定を変更させたリフロー炉１０を基板搬送方向に複数基連結することによって、搬送方向に適宜温度勾配をもたせることもできる。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。

本実施の形態におけるリフロー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。 リフロー炉を搬送路の上下に対向させて配設した状態を示す説明図である。

符号の説明

１０ リフロー炉
２０ 電子部品
２２ 基板
３０ 搬送路
４０ フード
４４ 区分プレート
４５ 通路
４６ 噴出口
５０ メインヒータ
６０ 送風ファン
７０ 触媒体
７５ 触媒体用ヒータ
８０ 熱風循環路
９０ 吸引通路
９２ 吸引ボックス
９４ 吸引筒
９５ 貫通孔
９６ 吸引孔
１００ 分岐部
１１０ 誘導板

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、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リフロー炉において、
   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、一直線状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循環路と、
   前記熱風循環路の前記送風ファンの下流側に設けられたメインヒータと、
   前記メインヒータの下流側に形成され、前記熱風循環路中から分岐した後に再び前記熱風循環路に戻る分岐部と、を具備し、
   当該分岐部は、
   前記送風ファンにより送り出された前記熱風循環路を通過する熱風の一部を前記分岐部に誘導するための誘導板と、該誘導板により誘導された熱風に含まれるフラックスを分解するための触媒体と、該触媒体を加熱する触媒体用ヒータと、を有するフラックス分解部に形成されていることを特徴とするリフロー炉。
2. 前記分岐部は、前記熱風循環路において、基板搬送方向と直交する方向の両側にそれぞれ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. 前記誘導板は、少なくとも熱風取り込み側の端部が前記熱風循環路にせり出した状態で配設されていることを特徴とする請求項１または２記載のリフロー炉。
4. 前記触媒体は、前記触媒体用ヒータを囲むようにして配設されていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項記載のリフロー炉。

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