JP4818952B2 - 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、窒素ガス等を注入し低酸素濃度にしたリフロー炉の炉内ガスが出入口からリフロー炉外に流出するガス量のバランスをとることにより、リフロー炉内における炉内ガスの移動を防ぐことにより、リフロー炉への外気の流入をなくし、炉内ガスを低酸素濃度に維持す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、リフロー炉内に窒素ガス等を供給することにより、リフロー炉の炉内ガスを低酸素濃度にした状態で循環させるものである。特許文献１記載のリフロー炉においては、出入口部分から炉内ガスが外部に流出しないようにするため、エアブロー装置がリフロー炉（基板の搬送路）の入口側と出口側に配設されている。

特許文献１記載のリフロー炉は以上のようなエアブロー装置を有することにより、リフロー炉の入口側と出口側から炉内ガスがリフロー炉の外に流出することを防止することができるとされている。これにより、リフロー炉内に供給すべき窒素ガス量を削減しても炉内ガスを低酸素濃度に維持することができ、低コストでの利用が可能になるとされている。
特開２０００−１５４３２号公報

しかしながら、リフロー炉の内部空間には常に一定容量（毎分１５０〜３００Ｌ程度）の窒素ガスが供給されているので、リフロー炉内に供給された窒素ガスの一部がリフロー炉の出入口部分から流出してしまうことは完全に防ぐことはできないことが多い。炉内ガスの流出は、炉内ガス流出防止用に設けられたエアブロー装置によるシール部分のシール圧が低い方の出入口部分からとなる。

また、リフロー炉の入口側と出口側から流出する炉内ガス量のバランスが崩れると、炉内ガスは全体的に流出量の多い側の入口側または出口側に移動するので、反対側の出口側または入口側からはリフロー炉内に外気が流入しやすい状態になる。このように炉内ガスの流出及び炉内への外気の流入により、炉内ガスの酸素濃度が大幅に変動し、酸素濃度の許容値を超えてしまうおそれがあるという課題が見出された。

本発明は、低酸素濃度にした炉内ガスが循環するリフロー炉において、入口側及び出口側からの炉内ガス流出量のバランスをとることにより、リフロー炉内において炉内ガス全体としての移動を防止し、リフロー炉内に意図しない外気の流入を防止することにより、炉内ガスを低酸素濃度に維持可能なリフロー炉の提供を目的としている。

本発明は、搬送路に沿って加熱ゾーンが複数配設され、各加熱ゾーンに窒素ガスが注入されて低酸素濃度に維持された炉内ガスによる熱風が循環されて前記搬送路上を搬送される基板に電子部品をはんだ付けするリフロー炉において、前記搬送路の入口側と出口側のそれぞれにおいて前記搬送路を横切る方向に配設され、外気供給手段から供給される外部空気を炉外方に噴出するブロー管と、前記ブロー管から噴出された空気流に誘導されることにより前記搬送路の入口側と出口側から一部排出される前記炉内ガスの排出流量をそれぞれ計測する流量計と、前記流量計により計測された前記搬送路の入口側における前記炉内ガスの排出流量および前記搬送路の出口側における前記炉内ガスの排出流量とを比較すると共に、前記搬送路の入口側から排出される前記炉内ガスの排出流量と、前記搬送路の出口側から排出される前記炉内ガスの排出流量とがそれぞれ等しくなるように、前記ブロー管から噴出される空気の流量を制御する制御手段を有していることを特徴とするリフロー炉である。

また、前記ブロー管が、前記リフロー炉の入口側と出口側のラビリンス部に配設されていることを特徴とする。これにより、リフロー炉内への外気の流入を更に低減することができるため、より好適に炉内ガスの酸素濃度を所定の酸素濃度に維持することができる。

本発明にかかるリフロー炉によれば、リフロー炉内からリフロー炉の外方に流出する炉内ガスの流出量が入口側と出口側とでそれぞれ等しくすることができ、炉内ガス全体をリフロー炉内に停滞させておくことが可能である。すなわち、リフロー炉の入口側または出口側からリフロー炉内に外気が不意に流入することを防ぎ、炉内ガスの酸素濃度を所定の酸素濃度に維持することができる。
このように、炉内ガスを所定の酸素濃度に維持することができるため、高品質な実装基板を効率的に製造することができる。

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基板搬送方向に対して水平方向に直交する方向から臨んだ説明図である。図２は、本実施の形態におけるリフロー炉の概略構成を示す基板搬送方向を臨んだ説明図である。

本実施形態におけるリフロー炉１００は、図１に示すように、搬送路３０に沿って単位炉１０が複数配設され、単位炉１０毎に炉内ガスが循環されている。搬送路３０の上を搬送される基板２０に加熱した炉内ガスを噴きつけることにより基板２０に電子部品２２をはんだ付けするものである。リフロー炉１００の各単位炉１０内を循環する炉内ガスは低酸素濃度となるように、各単位炉１０には窒素ガスが注入されている。単位炉１０には、炉内ガスを加熱して基板に噴き付ける加熱炉１０ａと、炉内ガスを加熱せずに基板に噴き付ける冷却炉１０ｂとがある。本実施形態においては、加熱炉１０ａと冷却炉１０ｂは共に同じ構造の単位炉１０を用いている。冷却炉１０ｂにおいては、単位炉１０に配設されている加熱装置を作動させずに用いればよい。
１２は台座である。台座１２の内部空間には窒素ガスのタンク１３が収容されている。リフロー炉１００の入口側１４と出口側１６にはそれぞれ、リフロー炉１００内への外気の流入を防止するためのラビリンス１８が配設されている。

搬送路３０内には、耐熱性部材により形成されたメッシュコンベア等に例えられる無端の循環式の基板搬送装置３１が配設される。基板搬送装置３１は、リフロー炉１００の入口側１４から出口側１６に向けて（図１における矢印Ｘの方向）基板２２を搬送する。

各単位炉１０について説明する。図２に示すように、単位炉１０は搬送路３０の他に、炉内ガスを加熱し熱風を生成する熱風発生部６０と、熱風発生部６０により生成した熱風を炉内で循環させる熱風循環路８０を有している。搬送路３０と熱風発生部６０との間は仕切板５０により区画されている。

熱風発生部６０には炉内ガスを加熱するヒータ６２と加熱した炉内ガスによる熱風を熱風循環路８０に送り出す送風ファン６４を有している。送風ファン６４には供給パイプＰにより窒素ガスのタンク１３から供給された窒素ガスが常時供給されている。送風ファン６４の回転軸には回転軸方向に伸びるガス流通路（図示せず）が形成されていて、回転軸の先端部側に形成されたガス噴出部６５からリフロー炉１００の内部に窒素ガスが噴出される。このようにリフロー炉１００内の炉内ガスは極力空気がパージされた状態となる。
ヒータ６２と送風ファン６４は直方体状に形成されたヒータボックス６８に収容されている。

ヒータボックス６８は取付板６９により仕切板５０に取り付けられている。ヒータボックス６８の底面と取付板６９と仕切板５０により、搬送路３０の上方に搬送方向と直交する方向に伸びるトンネル部が形成される。
ヒータボックス６８の上面には開口部６８Ａが形成されていて、この開口部６８Ａに対向して送風ファン６４が配設されている。ヒータボックス６８の底面板には円形の貫通孔６８Ｂが複数形成されていて、吸引部（吸引管）５６を介して搬送路３０に連通している。貫通孔６８Ｂは、ヒータボックス６８の底面板に千鳥配列をなすように形成されている。

熱風発生部６０内には、図２に示すように、ヒータボックス６８とフード４０および仕切板５０により、熱風循環路８０が形成されている。熱風循環路８０は、送風ファン６４により送られる熱風を、基板搬送方向と直交する方向（図２中の矢印Ａ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（図２中の矢印Ｂ方向）に案内し、さらにはトンネル部によりリフロー炉１００の中央部分に向かって互いに対向する逆向き方向（図２中の矢印Ｃ方向）に案内した後、熱風噴出部５４から搬送路３０の上に搬送されてくる基板２２に向けて（図２中の矢印Ｄ方向）噴出することができるように形成されている。

搬送路３０と熱風循環路８０とは、仕切板５０に形成された熱風噴出部５４により連通している。また搬送路３０と熱風発生部６０（ヒータ６２）とは、仕切板５０の貫通孔５２とヒータボックス６８の底面板に形成された貫通孔６８Ｂとを渡すようにして両孔に両端が嵌着された吸引部（吸引管）５６により連通している。したがって、吸引管５６は上記トンネル部内を上下方向に通過する状態に伸びて、搬送路３０とヒータボックス６８とを連通している。仕切板５０に形成された貫通孔５２は、ヒータボックス６８に形成された貫通孔６８Ｂと同一配列の千鳥配列となるようにプレス加工等により形成されている。

図３は、本実施形態におけるリフロー炉の仕切板を搬送路側から臨む仕切板の底面図である。図４は、図３中のＸ部分の拡大図である。
貫通孔５２の形状は、図３，図４に示すように吸引部５６として用いられる管体からなる吸引管５６の一端が圧入される内孔５３と、内孔５３の周上にさらに半円状をなす外孔（熱風噴出部）５４とを有する形状に形成されている。内孔５３の内径寸法は、吸引管５６の外径寸法に等しく形成されている。

仕切板５０に形成された貫通孔５２の外孔５４は仕切板５０に吸引管５６を装着した後においても仕切板５０を板厚方向に貫通した状態を維持する。本実施形態においてはこの外孔５４が熱風噴出部５４となる。すなわち、各熱風噴出部５４は各吸引管５６と対をなして設けられ、吸引管５６の吸引部分を外側から囲むようにして、吸引管５６の外周面の一部に接した状態で複数箇所に配設された状態となる。
熱風噴出部５４から加熱された炉内ガスが搬送路３０内（図２中の矢印Ｄ方向）に噴出され、搬送路３０内の炉内ガスは吸引管５６により吸引されてヒータボックス６８（図２中の矢印Ｅ方向）に導入され、ヒータボックス６８を通過した炉内ガスは送風ファン６４に吸引される（図２中の矢印Ｆ方向）。このようにしてリフロー炉１００内を炉内ガスが循環する。

本実施の形態におけるエアブロー装置７０はリフロー炉１００（搬送路３０）の入口側１４と出口側１６のラビリンス１８内にそれぞれ配設されている。エアブロー装置７０はリフロー炉１００の外部から取り込んだ空気をリフロー炉１００の外部方向（入口側１４または出口側１６）に向けて噴き出すものである。図５は、本実施形態におけるエアブロー装置を示す説明図である。

エアブロー装置７０は、ラビリンス１８内において、基板２２の搬送方向を横切る状態に配設された管体の外表面に噴出孔７４が形成されたブロー管７２と、ブロー管７２にリフロー炉１００の外部空気を供給する外気供給手段７６とを有している。ブロー管７２の噴出孔７４は、ブロー管７２の管軸方向に所要間隔をあけて複数個配設されていて、該供給手段７６を介してブロー管７２に取り込まれた外気をリフロー炉１００の外部方向に噴出させる配置に形成されている。

エアブロー装置７０の空気流によりリフロー炉１００の炉内ガスの一部がリフロー炉１００（搬送路３０）の入口側１４と出口側１６にそれぞれ誘導され、炉内ガスの一部がリフロー炉１００の外部に排出される。エアブロー装置７０の出力は、入口側１４から排出される炉内ガス量と、出口側１６から排出される炉内ガス量とがそれぞれ等しくなるように、リフロー炉１００の製造工程時において調整されている。

本実施の形態におけるリフロー炉１００は、エアブロー装置７０により、空気をリフロー炉１００の外方に噴き出し、噴出した空気流に誘導させることにより炉内ガスの一部をリフロー炉１００の外部に排出する際に、エアブロー装置７０から噴き出す空気量を調節して、リフロー炉１００（搬送路３０）の入口側１４と出口側１６から排出される炉内ガス量のそれぞれが等しくなるように調節して基板２０に載置されたはんだをリフロー処理している。

このように本実施形態におけるリフロー炉１００は、リフロー炉１００から排出される炉内ガスの排出量がリフロー炉１００（搬送路３０）の入口側１４および出口側１６で等しくなるように調整されていると共に、リフロー炉１００の内部に窒素ガスが常時供給されていることから、炉内ガス全体はニュートラルな状態となる。すなわち、炉内ガスが入口側１４または出口側１６のいずれか一方側に向かって移動してしまうことがなく、リフロー炉１００の内部に不意に外気が流入することを好適に防止することができる。

また、リフロー炉１００には常に窒素ガスが供給されているので、リフロー炉１００の内部空間には十分な炉内ガスが循環することになる。加えて、リフロー炉１００の外部に排出された炉内ガスの一部は、純粋な窒素ガスにより置換されることになるため、炉内ガスの酸素濃度を低減させることにもなるため好都合である。

以上に、実施形態に基づいて本願発明に係るリフロー炉について説明してきたが、本発明にかかるリフロー炉及びリフロー方法は、以上に説明した実施形態のものに限定されるものではない。
例えば、本実施形態のリフロー炉１００におけるエアブロー装置７０は、リフロー炉１００（搬送路３０）の入口側１４と出口側１６におけるそれぞれのラビリンス１８に配設されているが、エアブロー装置７０は入口側１４と出口側１６の外側部分に配設する形態を採用することもできる。この構成によれば、エアブローによる炉内ガスの誘導力は若干劣るものの、エアブロー装置７０をシロッコファン等の簡易な構成にすることも可能である。

また、本実施形態においてはエアブロー管７２を上下に配設した形態について説明しているが、エアブロー管７２は上方側または下方側の一方側にのみ配設する形態を採用してもよい。この構成を採用した場合におけるエアブロー管７２から供給されるエア流量は、エアブロー管７２が上下に配設されている形態において供給されるエア流量と同量となるように流速が調整されているのはもちろんである。

また、本実施形態においてはリフロー炉１００の製造工程時にエアブロー装置７０の出力調整がなされているが、エアブロー装置７０の出力調整は他の方法によっても良い。例えば、リフロー炉１００（搬送路３０）の入口側１４および出口側１６のそれぞれに、入口側１４から排出される炉内ガスの流量と出口側１６から排出される炉内ガスの流量を計測する流量計を配設し、入口側１４および出口側１６の流量計が計測した炉内ガスの排出量に基づいてエアブロー装置７０の出力を制御する制御手段を配設する形態とすることもできる。

この形態を採用した場合におけるエアブロー装置の出力調整について説明する。
入口側１４および出口側１６の流量計が計測した炉内ガス量は、制御手段に接続された記憶手段に送信される。制御手段は記憶手段に送信された入口側１４と出口側１６から排出される炉内ガスの流量を読み取ると共に、それぞれの流量を比較する。制御手段は比較結果に基づいて、入口側１４から排出される炉内ガス量と出口側１６から排出される炉内ガス量とが等しくなるようにエアブロー装置７０の出力をリアルタイムに調整する。
この方法を採用すれば、リフロー炉１００の運転状況に応じて常に最適な状態でエアブロー装置７０の出力を得ることができるため好都合である。

また、エアブロー装置７０のブロー管７２に形成する噴出孔７４は、図６に示すような長孔形状に形成しても良い。噴出孔７４を長孔形状にすることで、エアブローの流量を多くすることができ、炉内ガスの誘引を円滑に行うことができるため好都合である。

本実施の形態におけるリフロー炉の概略構成を示す基板搬送方向に対して水平方向に直交する方向から臨んだ説明図である。 本実施の形態におけるリフロー炉の概略構成を示す基板搬送方向を臨んだ説明図である。 本実施形態におけるリフロー炉の仕切板を搬送路側から臨む仕切板の底面図である。 図３中のＸ部分の拡大図である。 本実施形態におけるエアブロー装置を示す説明図である。 エアブロー装置の他の実施形態の一例を示す説明図である。

符号の説明

１０ 単位炉
１０ａ 加熱炉
１０ｂ 冷却炉
１２ 台座
１４ 入口側
１６ 出口側
１８ ラビリンス
２０ 基板
２２ 電子部品
３０ 搬送路
３１ 基板搬送装置
４０ フード
５０ 仕切板
５２ 貫通孔
５４ 熱風噴出部（外孔）
５６ 吸引部（吸引管）
６０ 熱風発生部
６２ ヒータ
６４ 送風ファン
６５ ガス噴出部
６８ ヒータボックス
６９ 取付板
７０ エアブロー装置
７２ ブロー管
７４ 噴出孔
８０ 熱風循環路
１００ リフロー炉

Claims (2)

1. 搬送路に沿って加熱ゾーンが複数配設され、各加熱ゾーンに窒素ガスが注入されて低酸素濃度に維持された炉内ガスによる熱風が循環されて前記搬送路上を搬送される基板に電子部品をはんだ付けするリフロー炉において、
   前記搬送路の入口側と出口側のそれぞれにおいて前記搬送路を横切る方向に配設され、外気供給手段から供給される外部空気を炉外方に噴出するブロー管と、
   前記ブロー管から噴出された空気流に誘導されることにより前記搬送路の入口側と出口側から一部排出される前記炉内ガスの排出流量をそれぞれ計測する流量計と、
   前記流量計により計測された前記搬送路の入口側における前記炉内ガスの排出流量および前記搬送路の出口側における前記炉内ガスの排出流量とを比較すると共に、前記搬送路の入口側から排出される前記炉内ガスの排出流量と、前記搬送路の出口側から排出される前記炉内ガスの排出流量とがそれぞれ等しくなるように、前記ブロー管から噴出される空気の流量を制御する制御手段を有していることを特徴とするリフロー炉。
2. 前記ブロー管が、前記リフロー炉の入口側と出口側のラビリンス部に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。

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