JP7128431B1 - はんだ付け装置 - Google Patents

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Abstract

はんだ付け装置は、冷却ゾーンと、上方および下方通気口と、外部通路と、送風ユニットと、熱交換器と、一対のバイパス通路と、通気板と、を備える。上方および下方通気口は、冷却ゾーンにおいて基板を搬送する一対のレールの上方および下方にそれぞれ設けられる。外部通路は、上方および下方通気口を、冷却ゾーンの外部において接続する。送風ユニットは、外部通路内のガスを上方通気口、冷却ゾーンおよび下方通気口の順に流して外部通路に戻す。熱交換器は、冷却ゾーンにおいて下方通気口に繋がる下方開口部に設けられ、下方開口部を通過するガスを冷却する。一対のバイパス通路は、一対のレールの上方のガスを、一対のレールの位置を迂回しながら下方開口部までそれぞれ送る。通気板は、一対のバイパス通路の間に形成される空間に設けられる。通気板は、一対のレールの下方のガスを下方開口部に送るスリットを有する。

Description

この発明は、はんだ付け処理を行うための装置に関する。
現在、回路基板に各種の電子製品(例えば、ICチップ)を搭載する手法としてはんだ付け処理が広く知られている。典型的なはんだ付け処理では、まず、回路基板上の所定の位置に、はんだペーストが印刷される。続いて、この回路基板に電子製品が実装される。続いて、リフロー炉と呼ばれるはんだ付け装置内で、回路基板の加熱および冷却がこの順に行われる。
回路基板を冷却する従来技術として、特許文献1に開示された冷却装置が挙げられる。この従来の冷却装置は、上方および下方から冷却ガスを供給する方式を採用している。この従来の冷却装置は、回路基板を搬送する左右のレールと、これらのレールと組み合わされる左右の吸込通路と、を備えている。これらの吸込通路は、左右のレールの側方において冷却装置の上下方向に延びている。
左吸込通路は、上方及び下方の回収通路に繋がっている。上方の回収通路は、回路基板の上方から吹き付けられた後に当該回路基板の左方に移動する冷却ガスを、左レールの上方において回収する。下方の回収通路は、回路基板の下方から吹き付けられた後に当該回路基板の左方に移動する冷却ガスを、左レールの下方において回収する。上方の回収通路と下方の回収通路は、それらの下流側で合流して一本の通路となる。右吸込通路は、左吸込通路と同様の構成を有している。
特許文献2は、特許文献1と同一のガス供給方式を採用した冷却装置を開示する。特許文献3は、上方からガスを供給する方式(ダウンブロー方式)の冷却装置を開示する。特許文献3の冷却装置は、撹拌ファンとレールの間に設けられた冷却フィンを有しており、上方から供給されたガスがここで冷却されて、回路基板に吹き付けられる。特許文献4は、上方から供給されたガスをヒータで温めて回路基板に吹き付ける装置を開示する。
日本特開2004-195476号公報 日本特開2003-181682号公報 実用新案登録第2559743号公報 特開平10-200253号公報
特許文献1の冷却装置において、2枚以上の回路基板を連続的に搬送しながら冷却する場合を考える。この場合、冷却装置の上方から供給された冷却ガスの一部は、隣り合う2枚の回路基板の隙間から当該冷却装置の下方に向かうと予想される。反対に、冷却装置の下方から供給された冷却ガスの一部は、当該冷却装置の上方に向かうと予想される。
そうすると、冷却ガス同士が衝突する箇所において冷却ガスの流れが乱れ、これにより、リフロー炉の外部から酸素ガスが流入する可能性がある。この問題は、特許文献2の冷却装置においても起こり得る。また、特許文献3の冷却装置では、回路基板が存在する場合には冷却ガスが冷却ゾーンの上方に移動し、そうでない場合には冷却ゾーンの下方に移動する。そのため、冷却ゾーン内における冷却ガスの循環の状態が回路基板の有無に依存して大きく変わり、上述した炉外酸素ガスの流入が起こる可能性がある。炉外酸素ガスは、はんだ付け部位の酸化を引き起こす懸念がある。従って、冷却装置内のガスの流れに乱れが発生するのを抑えながら、はんだ付け部位を冷却するための改良が望まれる。
また、特許文献1の冷却装置では、上方および下方の回収通路が合流した通路は、冷却ゾーンの外部に形成されている。そのため、この合流通路を流れる冷却ガスは、合流通路の内壁面によって冷やされる可能性がある。内壁面によって冷却ガスが冷やされると、これに含まれるフラックスが凝縮してここに付着するという不具合が起こる可能性がある。よって、冷却ゾーン内でのフラックスの液化を抑えて、冷却ゾーン外でのフラックスの回収の効率を向上させる観点からも改良が望まれる。
本発明の1つの目的は、2枚以上の回路基板を連続的に搬送しながら冷却する場合において、冷却装置内のガスの流れに乱れが発生するのを抑えることが可能なはんだ付け装置を提供することにある。本発明の別の目的は、冷却ガスに含まれるフラックスの冷却ゾーン外での回収の効率を向上させることが可能なはんだ付け装置を提供することにある。
第1の発明は、はんだ付け装置であり、次の特徴を有する。
前記はんだ付け装置は、冷却ゾーンと、上方通気口と、下方通気口と、外部通路と、送風ユニットと、熱交換器と、一対のバイパス通路と、通気板と、を備える。
前記冷却ゾーンは、はんだ付け処理された基板を冷却する。
前記上方通気口は、前記冷却ゾーンにおいて基板を搬送する一対のレールの上方に設けられる。
前記下方通気口は、前記冷却ゾーンにおいて前記一対のレールの下方に設けられる。
前記外部通路は、前記上方および下方通気口を、前記冷却ゾーンの外部において接続する。
前記送風ユニットは、前記上方通気口と連通している。前記送風ユニットは、前記外部通路内のガスを、前記上方通気口、前記冷却ゾーンおよび前記下方通気口の順に流して前記外部通路に戻す。
前記熱交換器は、前記一対のレールの下方において前記下方通気口に繋がる下方開口部に設けられる。前記熱交換器は、前記下方開口部を通過するガスを冷却する。
前記一対のバイパス通路は、前記一対のレールの側方において前記一対のレールと平行に設けられる。前記バイパス通路は、前記一対のレールの上方のガスを、前記一対のレールの位置を迂回しながら前記下方開口部までそれぞれ送る。
前記通気板は、前記一対のレールの下方において前記一対のバイパス通路の間に形成される空間に設けられる。前記通気板は、前記一対のレールの下方のガスを前記下方開口部に送るスリットを有する。
第2の発明は、第1の発明において更に次の特徴を有する。
前記一対のバイパス通路のそれぞれが、前記一対のレールの上方に位置する吸入口と、前記通気板の下方に位置する吐出口と、前記一対のレールの位置において前記一対のレールの内側から外側に屈曲する屈曲部と、を有する。
前記吐出口が、前記通気板の下方、かつ、前記下方開口部の上方に位置する。
第3の発明は、第1または2の発明において更に次の特徴を有する。
前記一対のバイパス通路のそれぞれが、前記一対のレールの上方に位置する吸入口と、前記通気板の下方に位置する吐出口と、前記一対のレールの位置において前記一対のレールの内側から外側に屈曲する屈曲部と、を有する。
前記吸入口の一方は、前記吸入口の他方と対向する。
前記吐出口の一方は、前記吐出口の他方と対向する。
第4の発明は、第1~第3の発明の何れか1つにおいて更に次の特徴を有する。
前記一対のバイパス通路の前記基板の搬送方向における幅は、前記通気板の前記搬送方向における幅と略等しい。
前記スリットは、前記基板の搬送方向に対して直交する方向に形成されている。
第5の発明は、第1~第4の発明の何れか1つにおいて更に次の特徴を有する。
前記上方通気口は、前記冷却ゾーンの側壁面としての炉体側壁面に設けられる。
前記送風ユニットは、送風ファンと、ファン入口ゾーンと、ファン出口ゾーンと、を備える。前記送風ファンは、前記冷却ゾーンの天井壁面としての炉体天井壁面に設けられる。前記ファン入口ゾーンは、前記上方通気口から前記炉体側壁面に対向する壁面に向かって延び、前記上方通気口から前記送風ファンに向けてガスを流す。前記ファン出口ゾーンは、前記ファン入口ゾーンを囲むように設けられ、前記送風ファンから前記冷却ゾーンに向けてガスを流す。
第6の発明は、第5の発明において更に次の特徴を有する。
前記ファン出口ゾーンの底壁面としての出口ゾーン底壁面は、前記一対のレールの間に形成される基板搬送面と対向する。前記出口ゾーン底壁面には、多数の通気口が等間隔で形成されている。
第7の発明は、第1~第6の発明の何れか1つにおいて更に次の特徴を有する。
前記はんだ付け装置は、更に、分岐通路と、回収器と、を備える。
前記分岐通路は、前記外部通路の途中において前記外部通路から分岐する。
前記回収器は、前記分岐通路に接続される。前記回収器は、液体状態のフラックスを回収する。
第8の発明は、第7の発明において更に次の特徴を有する。
前記回収器は、貯留部と、前記貯留部を前記分岐通路に接続する接続部と、を備える。
前記外部通路における前記分岐通路の分岐点は、前記下方通気口の直下に位置する。
前記貯留部は、前記分岐点よりも下方に設けられる。
前記分岐点と前記貯留部とを接続する通路は、前記分岐点から前記貯留部に向かって下方傾斜する。
第1の発明によれば、熱交換器の上方に基板が存在するときには一対のバイパス通路によって、一対のレールの上方のガスの多くを熱交換器まで送ることができる。一方、熱交換器の上方に基板が存在しないときにはスリットによって、一対のレールの上方のガスの多くを熱交換器まで送ることができる。従って、2枚以上の基板を連続的に搬送する場合において、一対のレールの間に存在するガスの流れが乱れるのを抑えながら、これらの基板を冷却することが可能となる。
第2の発明によれば、吐出口の位置が通気板の下方、かつ、下方開口部の上部に位置するので、バイパス通路の長さを短くすることが可能となる。バイパス通路の長さを短くすることで、バイパス通路を流れるガスがこの内壁面によって冷やされるのを抑えながら、熱交換器にこのガスを供給することが可能となる。従って、バイパス通路を経由するガスを熱交換器において確実に冷却して、このガスに含まれるフラックスを当該熱交換器の下流において効率的に回収することが可能となる。
第3の発明によれば、熱交換器の上方に基板が存在するときに当該基板の側方に流れるガスの多くを吸入口から吸い込んで、屈曲部および吐出口を介して通気板の下方に吐き出すことが可能となる。通気板の下方に吐き出されたガスは、スリットを通過したガスと合流する。そのため、通気板の下方ではガスの乱れが生じ得る。ただし、この乱れは通気板により遮断されるので、一対のレールの間に存在するガスの流れが乱れることは殆どない。故に、一対のレールの間に存在するガスの流れが乱れるのを抑えながら、これらの基板を冷却することが可能となる。
一対のレールの間隔は、基板のサイズに応じて調整される。即ち、搬送方向に対して直交する方向の幅が広い基板を冷却するときにはこの間隔が拡大し、幅の狭い基板を冷却するときにはこの間隔が縮小する。そのため、スリットが搬送方向と平行に形成されていると、一対のレールの間隔によってはスリットの周辺においてガスの流れの乱れが大きくなる可能性がある。この点、第4の発明によれば、搬送方向に対して直交する方向にスリットが形成されているので、スリットが搬送方向に平行に形成されている場合に比べて、一対のレールの間隔の調整に伴う不具合の発生を抑えることが可能となる。
第5の発明によれば、上方通気口を介して外部通路から送風ユニットに流入したガスを、ファン入口ゾーン、送風ファンおよびファン出口ゾーンの順に流して冷却ゾーンに送り出すことが可能となる。ここで、上方通気口は、炉体側壁面に設けられている。また、送風ファンは、炉体天井壁面に設けられている。また、ファン出口ゾーンは、ファン入口ゾーンを囲むように設けられている。そのため、このような配置関係によれば、炉体側壁面から送風ユニットに流入したガスの向きを送風ユニット内で変えて、送風ユニットから送り出されるガスの向きを、冷却ゾーンの上方から下方に向かう単一の方向にすることが可能となる。したがって、一対のレールの間に存在するガスの流れを安定させることが可能となる。
第6の発明によれば、基板搬送面と対向する出口ゾーン底壁面に、多数の通気口が等間隔で形成される。そのため、送風ユニットの稼働中に送風ユニットに流入したガスを、これらの通気口から均等に吹き出して基板搬送面に向かわせることが可能となる。よって、一対のレールの間に存在するガスの流れを一層安定させることが可能となる。
第7の発明によれば、熱交換器での凝縮により生じた液体状態のフラックスを、外部通路および分岐通路を介して冷却ゾーン外の回収器にて回収することが可能となる。
第8の発明によれば、分岐点と貯留部とを接続する通路が、分岐点から貯留部に向かって下方傾斜する。したがって、回収器による液体状態のフラックスの冷却ゾーン外での回収の効率を高めることが可能となる。
本発明の実施の形態に係るはんだ付け装置の全体構成例を示す図である。 図1に示した冷却ゾーンの主要な構成の一例を示す図である。 図2の3-3線に沿って冷却ゾーンを切断したときの当該冷却ゾーンの上方を、コンベヤ側から見た図である。 図2の4-4線に沿って冷却ゾーンを切断したときの当該冷却ゾーンを、加熱ゾーン側から見た図である。 図2の5-5線に沿って冷却ゾーンを切断したときの当該冷却ゾーンの上方を、コンベヤ側から見た図である。 図2の6-6線に沿って冷却ゾーンを切断したときの当該冷却ゾーンの下方を、コンベヤ側から見た図である。 図3に示した冷却ゾーンの上方の構成の別の例を示す図である。 図2に示した熱交換器の周囲の構成例を示す図である。 図2に示した冷却ゾーンにおけるガスの流れを説明する図である。 図2に示した冷却ゾーンにおけるガスの流れを説明する図である。 本発明の参考例に係るはんだ付け装置の冷却ゾーンの主要な構成の一例を示す図である。 図11の12-12線に沿って冷却ゾーンを切断したときの当該冷却ゾーンの上方を、加熱ゾーン側から見た図である。 図11の13-13線に沿って冷却ゾーンを切断したときの当該冷却ゾーンの上方を、コンベヤ側から見た図である。 図11の14-14線に沿って冷却ゾーンを切断したときの当該冷却ゾーンの下方を、コンベヤ側から見た図である。 図11に示した熱交換器の周囲の構成例を示す図である。 図11に示した冷却ゾーンにおけるガスの流れを説明する図である。
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態に係るはんだ付け装置(以下、「リフロー炉」とも称す。)について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
1.リフロー炉の全体構成例
図1は、本発明の実施の形態に係るリフロー炉の全体構成例を示す図である。図1に示されるリフロー炉1は、コンベヤ10を備えている。コンベヤ10は、リフロー炉1の長手方向に沿って配置される一対のレール11Lおよび11Rを有しており、この間に設置された回路基板CB(図4参照)を搬送方向BDDに搬送する。レール11Lと11Rの間隔は、回路基板CBのサイズに応じて調整される。回路基板CB上の所定の位置には、はんだペーストが印刷されている。また、回路基板CB上には、電子製品が実装されている。はんだペーストの印刷処理と、電子製品の実装処理とは、リフロー炉1において行われるはんだ付け処理よりも前に行われる。
リフロー炉1は、また、ラビリンス20および50を備えている。ラビリンス20は、リフロー炉1の入口に設けられる。ラビリンス20は、フィン状の複数の金属板などから構成される内部構造を有している。この内部構造は、リフロー炉1の入口から外気が侵入するのを防いでいる。ラビリンス50は、リフロー炉1の出口に設けられる。ラビリンス50は、リフロー炉1の出口から外気が侵入するのを防ぐ目的で設けられる。
リフロー炉1は、更に、加熱ゾーン30を備えている。加熱ゾーン30は、例えば、予熱ゾーンと、ピーク加熱ゾーンと、を含んでいる。図1に示される例では、入口側(すなわち、ラビリンス20側)の5つのゾーンが前者に該当し、出口側(すなわち、ラビリンス50側)の残りの3つのゾーンが後者に該当する。ただし、予熱およびピーク加熱ゾーンの数は、リフロー炉1の種類によって異なる。
予熱ゾーンでは、回路基板CBが比較的低い温度範囲で加熱される。予熱ゾーンでの加熱により、はんだペーストに含まれるフラックスの気化が始まる。ピーク加熱ゾーンでは、はんだペーストに含まれるはんだ成分が溶融する温度範囲で回路基板CBが加熱される。予熱温度の範囲およびピーク加熱温度の範囲は、はんだ成分の構成により適宜設定される。フラックスの気化は予熱ゾーン内だけでなくピーク加熱ゾーン内でも起こる。ピーク加熱ゾーンでの回路基板CBの加熱により、フラックス中の揮発成分が気化する。
リフロー炉1は、また更に、冷却ゾーン40を備えている。図1に示される例では、冷却ゾーン40が第1および第2ゾーンに分かれている。ただし、冷却ゾーン40の総数はリフロー炉1の種類によって異なる。そのため、冷却ゾーン40の総数は1つでもよい。冷却ゾーン40では、回路基板CBの冷却が行われる。冷却ゾーンでの回路基板CBの冷却により、はんだ成分が凝固する。
冷却ゾーン40は加熱ゾーン30と繋がっている。そのため、加熱ゾーン30で気化したフラックス揮発成分の一部は冷却ゾーン40に流入する。以下、冷却ゾーン40の構成例と、冷却ゾーン40での回路基板CBの冷却動作について説明する。
2.冷却ゾーン
2-1.構成例
図2は、図1に示した冷却ゾーン40の主要な構成の一例を示す図である。図2に示されるように、冷却ゾーン40は、冷却ゾーン40Aおよび40Bを含む。冷却ゾーン40Aの構成と、冷却ゾーン40Bのそれとは基本的に同じである。そのため、以下においてはこれらの代表として冷却ゾーン40Aについて説明し、冷却ゾーン40Bについての説明を省略する。
以下の説明では、図3~6が図2の説明の補足として参照される。図3は、図2に示す3-3線に沿って冷却ゾーン40を切断したときの当該冷却ゾーン40の上方を、コンベヤ10側から見た図に相当する。図4は、図2に示す4-4線に沿って冷却ゾーン40Aを切断したときの当該冷却ゾーン40Aを、冷却ゾーン40B(加熱ゾーン30)側から見た図に相当する。図5は、図2に示す5-5線に沿って冷却ゾーン40を切断したときの当該冷却ゾーン40の上方を、コンベヤ10側から見た図に相当する。図6は、6-6線に沿って冷却ゾーン40を切断したときの当該冷却ゾーン40の下方を、コンベヤ10側から見た図に相当する。なお、「冷却ゾーン40の上方」および「冷却ゾーン40の下方」は、コンベヤ10の位置を基準として示される。
図2に示される例では、冷却ゾーン40Aの上方に送風ユニット90が設けられている。送風ユニット90は、冷却ゾーン40Aの天井壁面(以下、「炉体天井壁面」と称す。)41に取り付けられている。送風ユニット90は、その側方から冷却用のガス(例えば窒素ガス)を吸い込む。送風ユニット90は、吸い込んだガスをその下方に送り出す。送風ユニット90は、送風ファン91と、ファン入口ゾーン92と、ファン出口ゾーン93と、を備えている。
送風ファン91は、炉体天井壁面41の下方に位置している。送風ファン91は、ファン入口ゾーン92内のガスを吸い込んで、ファン出口ゾーン93に送り出す。図3に示される例では、送風ファン91は、導風板91aおよび91bを備えている。これらの導風板は、送風ファン91から送り出されたガスを、ファン出口ゾーン93内で水平方向に旋回させるために設けられる。導風板91aおよび91bは断面円弧状であり、これらのサイズは略等しい。導風板91aは、破線で示される送風ファン91の外縁部から、冷却ゾーン40Aの左側壁面(以下、「炉体左側壁面」と称す。)42Lに向かって延びている。一方、導風板91bは、この外縁部から冷却ゾーン40Aの右側壁面(以下、「炉体右側壁面」と称す。)42Rに向かって延びている。なお、「右側」および「左側」は、搬送方向BDDを基準として示される。
ここで、図7を参照して送風ファンの別の構成例を説明する。この別の例では、送風ファン91に小型導風板が追加される。図7に示されるように、送風ファン91は小型導風板91cおよび91dを備えている。これらの小型導風板の設置目的は、導風板91aまたは91bのそれと同じである。小型導風板91cおよび91bのサイズは略等しい。ただし、これらの小型導風板は、導風板91aおよび91bに比べて断面Rおよび鉛直方向のサイズが小さい。そのため、図7に示される例では、送風ファン91から送り出されたガスが、導風板91a(または導風板91b)の表面に沿って流れ、または、小型導風板91c(または導風板91b)の表面に沿って流れる。後者の流れによれば、ファン出口ゾーン93の中央部を旋回するガスの流れが生じる。前者の流れによれば、この中央部の外側を旋回するガスの流れが生じる。
図2に戻り、冷却ゾーン40の説明を続ける。ファン入口ゾーン92は、側壁面(以下、「入口ゾーン側壁面」と称す。)92aおよび92bと、底壁面(以下、「入口ゾーン底壁面」と称す。)92dと、天井壁面(以下、「入口ゾーン天井壁面」と称す。)92eと、により区画される(特に、図3および4参照)。図4に示される例では、ファン入口ゾーン92に仕切り板92cが設けられている。仕切り板92cは、炉体右側壁面42Rと対向する。仕切り板92cの設置位置は、炉体右側壁面42Rから最も離れた送風ファン91の側面に近い箇所である。仕切り板92cをこのような位置に設けることで、上方通気口44からファン入口ゾーン92に流入したガスが、送風ファン91の底面に対して満遍なく供給される。入口ゾーン底壁面92dは、仕切り板92cから炉体右側壁面42Rに向かって下方傾斜する。なお、入口ゾーン底壁面92dはこのような傾斜を有していなくてもよく、入口ゾーン底壁面92dの全域が水平方向に延びていてもよい。
仕切り板92cを設ける理由は、上方通気口44から流入したガスがファン入口ゾーン92において接触する壁面の面積を減らして当該壁面の清掃等のメンテナンスに要する時間を短縮することにある。そのため、仕切り板92cは、メンテナンスの効率とは異なる観点から設けられなくてもよい。この場合、入口ゾーン底壁面92dは、炉体左側壁面42Lに接続され、ここから炉体右側壁面42Rに向かって下方傾斜する。入口ゾーン底壁面92dは、炉体右側壁面42Rに近い箇所で水平となり、炉体右側壁面42Rに接続される。
ファン出口ゾーン93は、ファン入口ゾーン92を囲むように設けられている。図3および4に示されるように、ファン出口ゾーン93は、側壁面(以下、「出口ゾーン側壁面」と称す。)93aおよび93bと、底壁面(以下、「出口ゾーン底壁面」と称す。)93cと、炉体天井壁面41と、炉体右側壁面42Rと、により区画される。上述した基板通過ゾーン40aは、出口ゾーン底壁面93cの下方に形成される空間である。
図3に示される吹き出し口94は、この切断面におけるファン出口ゾーン93に相当する。吹き出し口94は、送風ファン91から送り出されて導風板91aまたは91bの表面に沿って水平方向に旋回するガスを下方に向かわせるための構成である。吹き出し口94の下方には出口ゾーン底壁面93cが位置している。図5に示されるように、出口ゾーン底壁面93cには、多数の通気口95が等間隔で形成されている。ファン出口ゾーン93内のガスは、通気口95のそれぞれから吹き出される。
図4に示されるように、出口ゾーン底壁面93cは、中央部から炉体右側壁面42Rおよび炉体左側壁面42Lに向かってそれぞれ緩やかに下方傾斜するペントルーフ形状を有している。この理由は、出口ゾーン底壁面93cで仮に液体状態のフラックスが生じたとしても、炉体右側壁面42Rまたは炉体左側壁面42Lに近い位置に当該フラックスが移動することが期待されるためである。フラックスのこのような移動が起こると、回路基板CBの真上に位置する中央部からのフラックスの垂れ落ちが抑えられる。なお、出口ゾーン底壁面93cの形状はこれに限定されず、他の形状が適用されてもよい。
図3および4に示されるように、炉体右側壁面42Rには、上方通気口44が設けられている。冷却ゾーン40Aの底壁面(以下、「炉体底壁面」と称す。)43には、下方通気口45が設けられている。下方通気口45には、外部通路46の一端が接続されている。外部通路46の他端には、上方通気口44が接続されている。つまり、上方通気口44と下方通気口45は、外部通路46を介して接続されている。
基板通過ゾーン40aにおいて、コンベヤ10と下方通気口45の間には、下方開口部47が設けられている。下方開口部47は、基板通過ゾーン40aと下方通気口45を接続する空間である。下方開口部47には、熱交換器60が設けられている。熱交換器60は、ここを通過するガスとの熱交換を行い、当該ガスを冷却する。熱交換器60の周囲の構成例の詳細については、項目“2-2”にて説明される。
図4に示されるように、コンベヤ10の下方、かつ、熱交換器60の上方には、通気板70が設けられている。通気板70は金属の平板から構成されている。図6に示されるように、通気板70には、3本のスリット71が等間隔で形成されている。これらのスリット71の長手方向は、搬送方向BDDに対して直交している。つまり、スリット71は、搬送方向BDDに対して直交する方向(以下、「横方向TRD」とも称す。)に形成されている。なお、スリット71の総数は図6の例に限定されない。すなわち、スリット71の総数は2本以下でもよいし、4本以上でもよい。また、スリット71の形成方向は、搬送方向BDDと平行な方向でもよい。
図4に示されるように、レール11Lの側方には、レール11Lの位置を迂回するバイパス通路72が設けられている。バイパス通路72は、レール11Lの上方に位置する吸入口72aと、通気板70の下方に位置する吐出口72bと、屈曲部72cと、を有している。吸入口72aにはレール11Lの上方のガスが流入し、このガスは吐出口72bから排出される。屈曲部72cは、レール11Lの位置においてレール11Lの内側から外側(炉体左側壁面42L側)に向かって屈曲している。
レール11Rの側方には、バイパス通路72と同じ構成を有するバイパス通路73が設けられている。バイパス通路73の吸入口73aは、吸入口72aと対向している。バイパス通路73の吐出口73bは、吐出口72bと対向している。バイパス通路73の屈曲部73cは、レール11Rの位置においてレール11Rの外側(炉体右側壁面42R側)に屈曲している。
バイパス通路72および73は、搬送方向BDDに一定の幅を有している。図6に示されるように、搬送方向BDDにおけるこれらのバイパス通路の幅は、搬送方向BDDにおける通気板70の幅と概ね等しい。また、この図6から分かるように、横方向TRDにおける通気板70の幅は、バイパス通路72と73の間の距離と概ね等しい。実際には、バイパス通路72又は73と通気板70の間には隙間が存在しており、この隙間は通気板70の下方に設けられた支持板により塞がれている。このような配置により、通気板70は、バイパス通路72と73の間に形成される空間に設けられる。通気板70がこの位置に設けられることで、通気板70の上下方向におけるガスの移動が、スリット71を経由した移動に制約されている。
図4に示されるように、外部通路46は途中で分岐している。具体的に、下方通気口45の直下において外部通路46は分岐する。分岐点48からは、分岐通路49が延びている。分岐通路49の終端は、回収器80の接続部81に接続されている。回収器80の貯留部82には、液体状態のフラックスFXが貯留される。貯留部82の全体は、分岐点48よりも下方に位置している。分岐点48と貯留部82とを接続する通路(すなわち、分岐通路49および接続部81)は、分岐点48から貯留部82に向かって下方傾斜する。
2-2.熱交換器周囲の構成例
図8は、図2に示した熱交換器60の周囲の構成例を示す図である。図8に示される例では、熱交換器60が、本体部61と、冷媒通路62とを備えている。本体部61は、内部空間を有しており、この内部空間に冷媒通路62が配置されている。冷媒通路62は、本体部61の向かい合う側面の間を折り返すように設けられる。冷媒通路62の総数は、1本でもよいし、2本以上でもよい。
冷媒通路62には、熱交換器60の外部から供給された冷媒(例えば、冷却水)が流通する。冷媒通路62の供給口62aを熱交換器60の下方に設け、冷媒通路62の排出口62bを熱交換器60の上方に設ける。そうすると、本体部61の向かい合う側面の間を折り返しながら、本体部61の下方から上方から向かう冷媒の流れが形成される。
また、図8に示される例では、下方開口部47が、本体部61を収容する小開口部47aと、小開口部47aよりも広い断面積を有する大開口部47bと、から構成される。大開口部47bの幅は、屈曲部72cと73cの間の距離と概ね等しい。屈曲部72cまたは73c内のガスが吐出口72bまたは73bから排出されると、この排出ガスは、大開口部47bの位置において横方向TRDに流れる。
熱交換器60は下方開口部47に着脱可能に設けられている。熱交換器60は、炉体右側壁面42Rに接続ユニット(不図示)を介して接続されている。そのため、この接続ユニットごと熱交換器60を取り外すと、熱交換器60が冷却ゾーン40から分離される。
2-3.冷却ゾーンでの冷却動作
図9および10は、冷却ゾーン40におけるガスの流れを説明する図である。なお、図9および10は、図4と同じ位置で冷却ゾーン40Aを切断したときの当該冷却ゾーン40Aを冷却ゾーン40B側から見た図に相当する。図9と10の違いは、回路基板CBの有無にある。すなわち、図9には回路基板CBが描かれており、図10には回路基板CBが描かれていない。図10に示す状況は、典型的には、2枚以上の回路基板を連続的に搬送しながら冷却する場合に観察される。
図9および10の矢印“GFD”は、送風ユニット90の稼働により冷却ゾーン40に生じるガスの流れの方向を表している。この流れを具体的に説明すると次のとおりである。すなわち、送風ユニット90が稼働されると、外部通路46内のガスが上方通気口44を介してファン入口ゾーン92に流入する。ファン入口ゾーン92に流入したガスは、送風ファン91により吸い上げられてファン出口ゾーン93に送り出される。ファン出口ゾーン93に送り出されたガスは、ファン入口ゾーン92の外側を流れる形でファン出口ゾーン93を流れ、出口ゾーン底壁面93cに向かう。送風ユニット90の一連の送風動作により、炉体右側壁面42Rから送風ユニット90に流入したガスの向きが送風ユニット90内で変わり、送風ユニット90から送り出されるときには冷却ゾーン40Aの上方から下方に向かう方向に変わる。
出口ゾーン底壁面93cに到達したガスは、通気口95(図5参照)を介して基板通過ゾーン40aに流入する。ここで、既に説明したように、通気口95は出口ゾーン底壁面93cに等間隔で形成されている。そのため、通気口95から基板通過ゾーン40aに流入するガスの流量は、出口ゾーン底壁面93cの面方向において概ね等しくなる。
図9に示される例では、通気口95から基板通過ゾーン40aに流入したガスが、回路基板CBに吹き付けられてこれを冷やす。回路基板CBに吹き付けられたガスは、回路基板CBにおいて向きを変え回路基板CBの周囲に流れる。回路基板CBの周囲に流れるガスは、搬送方向BDDに流れるガスと、横方向TRDに流れるガスとに大別される。
搬送方向BDDに流れるガスは、回路基板CBの横をすり抜けて通気板70に向かう。通気板70に到達したガスは、スリット71を経由して下方開口部47に向かう。スリット71を通過する前のガスの流れは、スリット71を通過する間に整えられる。そのため、スリット71の下方においてはガスの流れの方向(すなわち、上方から下方に向かう方向)が一定となる。スリット71を通過したガスは大開口部47bに到達する。
横方向TRDに流れるガスは、吸入口72a(または吸入口73a)から屈曲部72c(または屈曲部73c)に流入し、吐出口72b(または73b)から排出される。屈曲部72c(または屈曲部73c)内ではガスの流れが整えられる。そうすると、吐出口72b(または73b)から排出されるガスは、横方向TRDに広がりながら大開口部47bに到達する。
大開口部47bに到達したガスは、熱交換器60(本体部61の内部空間)を通過するときに冷媒通路62の表面に接触することで冷やされる。冷却されたガスは、送風ユニット90の吸い込み動作により外部通路46を流れ、上方通気口44を介して送風ユニット90(ファン入口ゾーン92)に流入する。よって、送風ユニット90の送り出し動作により出口ゾーン底壁面93c(通気口95)から吹き出されるガスの温度は低く、これにより回路基板CBが冷却される。
図10に示される例では、通気口95から基板通過ゾーン40aに流入したガスの大部分が、そのまま通気板70に向かう。通気板70に到達したガスの流れについては図9で説明したとおりである。また、通気口95から基板通過ゾーン40aに流入したガスの一部は、バイパス通路72または73を経由して大開口部47bに到達する。図9と10を比較すると分かるように、通気口95から基板通過ゾーン40aに流入したガスの流れの方向は、熱交換器60の上方の回路基板CBの有無に関係なく一定の方向となる。
3.効果
冷却ゾーン40の外部から基板通過ゾーン40aに酸素ガスが流入することがある。この酸素ガスは、回路基板CBのはんだ付け部位などの酸化を引き起こす懸念がある。また、レール11Lと11Rの間に存在するガスの流れが乱れると、回路基板CBの冷却中、ここに混入した酸素ガスによってはんだ付け部位などの酸化が起こり易い。
この点、実施の形態に係るリフロー炉の構成によれば、熱交換器60の上方に回路基板CBが存在するときにはバイパス通路72および73によって、コンベヤ10の上方のガスの多くを大開口部47bまで送ることができる。また、熱交換器60の上方に回路基板CBが存在しないときにはスリット71によって、コンベヤ10の上方のガスの多くを大開口部47bまで送ることができる。従って、レール11Lと11Rの間に存在するガスの流れが乱れるのを常に抑えることが可能となる。
特に、実施の形態に係るリフロー炉の構成によれば、吐出口72bおよび73bの位置が通気板70の下方、かつ、下方開口部47の上部に位置するので、バイパス通路72および73の長さを短くすることが可能となる。バイパス通路72および73の長さを短くすることで、バイパス通路72および73を流れるガスがこれらの内壁面によって冷やされるのを抑えながら、熱交換器60にこのガスを供給することが可能となる。従って、バイパス通路72および73を経由するガスを熱交換器60において確実に冷却して、このガスに含まれるフラックスを熱交換器60の下流において効率的に回収することが可能となる。
通気板70の下方に吐き出されたガスは、スリット71を通過したガスと合流する。そのため、通気板70の下方ではガスの乱れが生じ得る。ただし、この乱れは通気板70により遮断されるので、レール11Lと11Rの間に存在するガスの流れが乱れることは殆どない。故に、実施の形態に係るリフロー炉の構成によれば、レール11Lと11Rの間に存在するガスの流れが乱れるのを抑えながら、回路基板CBを冷却することが可能となる。
既述したように、レール11Lと11Rの間隔は、回路基板CBのサイズに応じて調整される。即ち、横方向TRDの幅が広い回路基板CBを冷却するときにはレール11Lと11Rの間隔が拡大し、幅の狭い回路基板CBを冷却するときにはこの間隔が縮小する。そのため、スリット71が搬送方向BDDと平行に形成されていると、レール11Lと11Rの間隔によってはスリット71の周辺においてガスの流れの乱れが大きくなる可能性がある。この点、実施の形態に係るリフロー炉の構成によれば、スリット71が横方向TRDに形成されているので、スリット71が搬送方向BDDと平行に形成されている場合に比べて、レール11Lと11Rの間隔の調整に伴う不具合の発生を抑えることが可能となる。
また、実施の形態に係るリフロー炉によれば、炉体右側壁面42Rから送風ユニット90に流入したガスの向きを送風ユニット90内で変えて、送風ユニット90から送り出されるガスの向きを、冷却ゾーン40の上方から下方に向かう方向にすることが可能となる。したがって、レール11Lと11Rの間に存在するガスの流れを安定させることが可能となる。
また、実施の形態に係るリフロー炉によれば、出口ゾーン底壁面93cに通気口95が等間隔で形成されるため、送風ユニット90に流入したガスを、これらの通気口95から均等に吹き出して冷却ゾーン40に送り出すことが可能となる。よって、レール11Lと11Rの間に存在するガスの流れを一層安定させることが可能となる。
また、実施の形態に係るリフロー炉によれば、下方通気口45の下方において分岐点48、分岐通路49および接続部81の順に液体状態のフラックスを流すことが可能となる。したがって、冷却ゾーン40の外部(すなわち、回収器80)において、これを効率よく回収することが可能となる。
また、実施の形態に係るリフロー炉によれば、分岐点48と貯留部82とを接続する通路が分岐点48から貯留部82に向かって下方傾斜しているので、回収器80によるフラックスの回収効率を高めることが可能となる。
4.参考例
以下、本発明の検討の過程において本発明者らが考案した別の発明を参考例として開示する。なお、既述の実施の形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
4-1.冷却ゾーンの構成例
図11は、参考例に係るはんだ付け装置の冷却ゾーンの主要な構成の一例を示す図である。図11に示されるように、冷却ゾーン40は、冷却ゾーン40Cおよび40Dを含む。冷却ゾーン40Cの構成と、冷却ゾーン40Dのそれとは基本的に同じである。そのため、以下においてはこれらの代表として冷却ゾーン40Cについて説明し、冷却ゾーン40Dについての説明を省略する。
以下の説明では、図12~15が図11の説明の補足として参照される。図12は、図11に示す12-12線に沿って冷却ゾーン40Cを切断したときの当該冷却ゾーン40Cを、冷却ゾーン40D(加熱ゾーン30)側から見た図に相当する。図13は、図11に示す13-13線に沿って冷却ゾーン40を切断したときの当該冷却ゾーン40の上方を、コンベヤ10側から見た図に相当する。図14は、図11に示す14-14線に沿って冷却ゾーン40を切断したときの当該冷却ゾーン40の下方を、コンベヤ10側から見た図に相当する。
参考例では、冷却ゾーン40Cの上方に送風ユニット90が設けられている。送風ユニット90および周辺の構成については実施の形態の構成と同じである。
図12に示されるように、参考例では、入口ゾーン底壁面92dは、炉体右側壁面42Rに近い箇所で水平となり、炉体右側壁面42Rに接続されている。ここまでは実施の形態の構成と同じである。参考例では、この水平領域に、ドレンパイプ83の一端が接続されている。ドレンパイプ83は、ファン入口ゾーン92において生じた液体状態のフラックスを、ファン入口ゾーン92の外部に排出する。ドレンパイプ83の中心軸は、鉛直方向に延びている。ドレンパイプ83の他端は、基板通過ゾーン40aに達している。
基板通過ゾーン40aにおけるドレンパイプ83の下方には、ドレンスライダ84が基板通過ゾーン40aを構成する壁面に対して着脱可能に設けられている。ドレンスライダ84は、ドレンパイプ83から垂れ落ちたフラックスを、下方開口部47までガイドする機能を有する。
図12に示されるように、下方開口部47には、熱交換器60が設けられている。ここまでは実施の形態の構成と同じである。参考例では、熱交換器60の上方に、フィルタ74が設けられている。フィルタ74は、三次元網目構造を有する金属多孔体から構成されている。フィルタ74は、下方開口部47に嵌め込み可能な断面形状(図14に示す例では四角形)を有している。熱交換器60の周囲の構成例の詳細については、項目“4-2”にて説明される。
4-2.熱交換器周囲の構成例
図15は、図11に示した熱交換器60の周囲の構成例を示す図である。図15に示される例では、熱交換器60が、本体部61と、冷媒通路62とを備えている。図15に示される例では、また、下方開口部47が、小開口部47aと、大開口部47bとから構成される。ここまでは実施の形態の構成と同じである。参考例では、大開口部47bにフィルタ74が設けられている。大開口部47bにフィルタ74を設けると、本体部61の上面がフィルタ74により覆われる。本体部61の上面がフィルタ74により覆われることで、冷却ゾーン40Aの内部のガスは必ずフィルタ74を経由して本体部61の内部空間に流入することになる。フィルタ74は、下方開口部47に着脱可能に設けられている。
4-3.冷却ゾーンでの冷却動作
図16は、図11に示した冷却ゾーン40におけるガスの流れを説明する図である。なお、図16は、図12と同じ位置で冷却ゾーン40Cを切断したときの当該冷却ゾーン40Cを冷却ゾーン40D側から見た図に相当する。
送風ユニット90が稼働されると、外部通路46内のガスが通気口95(図5参照)を介して基板通過ゾーン40aに流入する。通気口95から基板通過ゾーン40aに流入したガスは、回路基板CBを冷やしつつ、コンベヤ10の上方から下方に向かって流れてフィルタ74の上面に到達する。
フィルタ74の上面に到達したガスは、フィルタ74に流入する。フィルタ74に流入する前のガスの乱れは、フィルタ74の内部を流れる間に整えられる(フィルタ74による整流作用)。そのため、フィルタ74の下面よりも下方においてはガスの流れの方向が一定(すなわち、上方から下方に向かう方向)となる。また、この整流作用によれば、フィルタ740の下面よりも下方における水平方向のガスの流量が均等になる。
フィルタ74の下面から流出したガスは、熱交換器60(本体部61の内部空間)を通過するときに冷媒通路62の表面に接触することで冷やされる。冷却されたガスは、送風ユニット90の吸い込み動作により外部通路46を流れ、上方通気口44を介して送風ユニット90(ファン入口ゾーン92)に流入する。よって、送風ユニット90の送り出し動作により出口ゾーン底壁面93c(通気口95)から吹き出されるガスの温度は低く、これにより回路基板CBが冷却される。
1 リフロー炉(はんだ付け装置)
10 コンベヤ
11L,11R レール
40,40A,40B 冷却ゾーン
40a 基板通過ゾーン
41 炉体天井壁面
42L 炉体左側壁面
42R 炉体右側壁面
43 炉体底壁面
44 上方通気口
45 下方通気口
46 外部通路
47 下方開口部
47a 小開口部
47b 大開口部
48 分岐点
49 分岐通路
60 熱交換器
61 本体部
62 冷媒通路
62a 供給口
62b 排出口
70 通気板
71 スリット
72,73 バイパス通路
72a,73a 吸入口
72b,73b 吐出口
74 フィルタ
80 回収器
81 接続部
82 貯留部
83 ドレンパイプ
84 ドレンスライダ
90 送風ユニット
91 送風ファン
92 ファン入口ゾーン
92a,92b 入口ゾーン側壁面
92c 仕切り板
92d 入口ゾーン底壁面
92e 入口ゾーン天井壁面
93 ファン出口ゾーン
93a,93b 出口ゾーン側壁面
93c 出口ゾーン底壁面
95 通気口
CB 回路基板
FX フラックス
BDD 搬送方向
GFD ガス流れ方向

Claims (8)

  1. はんだ付け処理された基板を冷却する冷却ゾーンと、
    前記冷却ゾーンにおいて基板を搬送する一対のレールの上方に設けられた上方通気口と、
    前記冷却ゾーンにおいて前記一対のレールの下方に設けられた下方通気口と、
    前記上方および下方通気口を、前記冷却ゾーンの外部において接続する外部通路と、
    前記上方通気口と連通し、前記外部通路内のガスを、前記上方通気口、前記冷却ゾーンおよび前記下方通気口の順に流して前記外部通路に戻す送風ユニットと、
    前記一対のレールの下方において前記下方通気口に繋がる下方開口部に設けられ、当該下方開口部を通過するガスを冷却する熱交換器と、
    前記一対のレールの側方において前記一対のレールと平行に設けられ、前記一対のレールの上方のガスを吸入口から吸い込んで、前記一対のレールの位置を迂回しながら吐出口から吐き出すことによって前記下方開口部までそれぞれ送る一対のバイパス通路と、
    前記一対のレールの下方において前記一対のバイパス通路の間に形成される空間に設けられ、前記一対のレールの下方のガスを前記下方開口部に送るスリットを有する通気板と、
    を備えることを特徴とするはんだ付け装置。
  2. 請求項1に記載のはんだ付け装置であって、
    前記吸入口は前記一対のレールの上方に位置し、
    前記吐出口は前記一対のレールの下方に位置し、
    前記一対のバイパス通路のそれぞれが、前記吸入口と、前記吐出口と、前記一対のレールの位置において前記一対のレールの内側から外側に屈曲する屈曲部と、を有し、
    前記吐出口が、前記通気板の下方、かつ、前記下方開口部の上方に位置する
    ことを特徴とするはんだ付け装置。
  3. 請求項1または2に記載のはんだ付け装置であって、
    前記吸入口は前記一対のレールの上方に位置し、
    前記吐出口は前記一対のレールの下方に位置し、
    前記一対のバイパス通路のそれぞれが、前記吸入口と、前記吐出口と、前記一対のレールの位置において前記一対のレールの内側から外側に屈曲する屈曲部と、を有し、
    前記吸入口の一方が前記吸入口の他方と対向し、
    前記吐出口の一方が前記吐出口の他方と対向する
    ことを特徴とするはんだ付け装置。
  4. 請求項1~3の何れか1項に記載のはんだ付け装置であって、
    前記一対のバイパス通路の前記基板の搬送方向における幅は、前記通気板の前記搬送方向における幅と略等しく、
    前記スリットが、前記搬送方向に対して直交する方向に形成されている
    ことを特徴とするはんだ付け装置。
  5. 請求項1~4の何れか1項に記載のはんだ付け装置であって、
    前記上方通気口は、前記冷却ゾーンの側壁面としての炉体側壁面に設けられ、
    前記送風ユニットは、
    前記冷却ゾーンの天井壁面としての炉体天井壁面に設けられた送風ファンと、
    前記上方通気口から前記炉体側壁面に対向する壁面に向かって延び、前記上方通気口から前記送風ファンに向けてガスを流すファン入口ゾーンと、
    前記ファン入口ゾーンを囲むように設けられ、前記送風ファンから前記冷却ゾーンに向けてガスを流すファン出口ゾーンと、
    を備えることを特徴とするはんだ付け装置。
  6. 請求項5に記載のはんだ付け装置であって、
    前記ファン出口ゾーンの底壁面としての出口ゾーン底壁面が、前記一対のレールの間に形成される基板搬送面と対向し、
    前記出口ゾーン底壁面に、多数の通気口が等間隔で形成されている
    ことを特徴とするはんだ付け装置。
  7. 請求項1~6の何れか1項に記載のはんだ付け装置であって、
    前記外部通路の途中において前記外部通路から分岐する分岐通路と、
    前記分岐通路に接続され、液体状態のフラックスを回収する回収器と、
    を更に備えることを特徴とするはんだ付け装置。
  8. 請求項7に記載のはんだ付け装置であって、
    前記回収器が、貯留部と、前記貯留部を前記分岐通路に接続する接続部と、を備え、
    前記外部通路における前記分岐通路の分岐点が、前記下方通気口の直下に位置し、
    前記貯留部が、前記分岐点よりも下方に設けられ、
    前記分岐点と前記貯留部とを接続する通路が、前記分岐点から前記貯留部に向かって下方傾斜する
    ことを特徴とするはんだ付け装置。
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