JP7241286B2 - リフロー炉およびはんだ付け処理方法 - Google Patents

Description

本開示は、はんだ付け処理を実施するリフロー炉およびはんだ付け処理方法に関する。

電子部品を回路基板に実装する工程は、回路基板の予め定められた箇所にソルダペーストを塗布して、その上に電子部品を載置する工程と、その電子部品が載置された回路基板のソルダペーストを溶融、固化させることで電気的に接続する工程からなる。

後者の工程は、はんだ付け処理工程であり、一般に、リフロー炉を用いて行われる。リフロー炉は、回路基板をコンベアで搬送し、予め定められた温度プロファイルに従って、プリヒートゾーン、加熱ゾーン、冷却ゾーンの順に通過させることで、はんだ付け処理が行われる。

リフロー炉を用いたはんだ付け処理をする際に、問題となっている不良の一つに、フラックス付着不良が挙げられる。

加熱ゾーンにおいて、回路基板に塗布されたソルダペーストのフラックス成分が、高温に曝されて揮発し、フラックス粒子となってリフロー炉内に蒸散する。このとき、フラックス粒子を含む雰囲気ガスが加熱ゾーンから冷却ゾーンに移動することで、フラックス粒子が冷却され、冷却ゾーンのいたるところでフラックス粒子が結露する。特に、冷却ゾーンの炉内壁面や天面プレート表面に大量に付着すると、堆積したフラックスが搬送中の回路基板上に落下して回路基板を汚し、フラックス付着不良となる。

そこで、これらフラックス成分に由来する固形物や粘着物の付着による問題を解決するためのリフロー炉が提案されている。例えば、特許文献１のリフロー炉では、加熱ゾーンと冷却ゾーンの間に、回路基板に冷却用気体を吹き付ける吹き出し部を設置している。吹き出し部から吹き出される冷却用気体によってフラックス粒子が加熱ゾーンから冷却ゾーンに移動することを阻止している。これにより、冷却ゾーンの炉内壁面や天面プレート表面に付着するフラックス量が低減でき、フラックス付着不良が低減できる。

特開２０１８－６９２９０

しかしながら、近年、回路基板に実装する電子部品の中に、イメージセンサ、表示デバイス、発光デバイスなどの弱耐熱部品が増えてきている。このような弱耐熱部品を回路基板に実装する場合、これまでの温度プロファイルに基づいて冷却ゾーンで回路基板を急冷してしまうと、電子部品が熱的変化に弱いので電子部品自体が熱変形で割れが発生する。このような熱割れ不良が増加してきている。

特許文献１のように、加熱ゾーンと冷却ゾーンとの間に吹き出し部を設け、冷却用気体を回路基板に吹き付ける構造にした場合には、回路基板を加熱ゾーンと冷却ゾーンとの間で急冷してしまうことになり、フラックス付着不良が低減できたとしても、熱割れ不良は、逆に増加させてしまう。

このように、前記従来の構成では、フラックス付着不良は低減できるが、熱割れ不良は低減できず、冷却用気体の流量が多すぎたり、もしくは温度が低すぎたりすると、むしろ熱割れ不良が増えるという課題を有する。

従って、本開示は、前記従来の課題を解決するもので、回路基板のフラックス付着不良の低減と、電子部品の熱割れ不良の低減の両方を実現するリフロー炉およびはんだ付け処理方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本開示の態様にかかるリフロー炉は、
電子部品を載置した回路基板を加熱する加熱ゾーンと、加熱された前記回路基板を冷却する冷却ゾーンとを備える、リフロー炉であって、加熱ゾーンと冷却ゾーンとの間に配置され、かつ、前記回路基板が通過する開口部を有する遮蔽板と、前記開口部に接続され、前記回路基板の搬送方向に延びるトンネル状カバーと、を備える。

また、前記目的を達成するために、本開示の態様にかかるはんだ付け処理方法は、
電子部品を載置した回路基板を加熱ゾーンにおいて加熱する加熱工程と、加熱された回路基板を冷却ゾーンにおいて冷却する冷却工程と、を備え、前記加熱ゾーンと前記冷却ゾーンとは、開口部を有する遮蔽板により空間的に仕切られ、加熱された前記回路基板を、前記開口部に物理的に接続されるトンネル状カバー内を通して、前記加熱ゾーンから前記冷却ゾーンへ搬送する、はんだ付け処理方法である。

このように、本開示の構成によれば、回路基板のフラックス付着不良の低減と、電子部品の熱割れ不良の低減の両方を実現するリフロー炉およびはんだ付け処理方法を提供することが可能となる。

実施の形態１におけるリフロー炉の長手方向縦断面図 図１のＡ－Ａ線におけるリフロー炉の幅方向縦断面図 図１のトンネル状カバー周辺の部分拡大縦断面図 実施の形態１の構成を用いない場合のリフロー炉の部分拡大縦断面図 実施の形態１におけるリフロー炉の温度プロファイルを示すグラフ図 実施の形態１におけるはんだ付け処理の流れを示すフローチャート 実施の形態２におけるリフロー炉の長手方向縦断面図 図７のトンネル状カバー周辺の部分拡大縦断面図 実施の形態２におけるリフロー炉の温度プロファイルを示すグラフ図 フラックスを回収する流れを示すフローチャート 実施の形態３におけるリフロー炉の長手方向縦断面図 従来技術のリフロー炉の長手方向縦断面図 従来技術のリフロー炉の温度プロファイルを説明するグラフ図

まず、従来のリフロー炉およびはんだ付け処理方法の問題点について、図１２、図１３を参照して、より詳細に説明する。図１２は、特許文献１に記載のリフロー炉Ｒｆ１１であり、回路基板の搬送方向と平行する面で切断した断面図である。リフロー炉Ｒｆ１１は回路基板搬入口から、コンベア５１によって、電子部品５２が載置された回路基板５３が搬送され、回路基板５３は、プリヒートゾーン５４、加熱ゾーン５５、冷却ゾーン５６を通過する過程で、はんだ付け処理がなされる。

図１３は、一般的な回路基板の温度プロファイルＰｆ３を示すグラフである。プリヒートゾーン５４の搬送区間Ｚ１では、回路基板５３の温度がＴ１～Ｔ２の範囲で通過時間が（ｔ２－ｔ１）であり、加熱ゾーン５５の搬送区間Ｚ２では、回路基板５３の温度がＴ３以上になる通過時間が（ｔ６－ｔ３）、かつ、Ｔ４以上になる通過時間が（ｔ５－ｔ４）と設定している。冷却ゾーン５６の搬送区間Ｚ３では、冷却速度が単位時間あたりΔＴというように、温度プロファイルＰｆ３は、ソルダペーストの種類や電子基板の種類などで、定められており、これらの条件が揃えば、はんだ付け処理が高品質で成される。

熱割れ不良に対応するためには、冷却ゾーン５６の冷却速度を小さく、つまり緩やかに徐冷しなければならない。しかし、冷却ゾーン５６の冷却速度を小さくしてしまうと、加熱ゾーン５５から冷却ゾーン５６に、フラックス粒子を含む雰囲気ガスの移動量が増加する。そして、冷却ゾーン５６の炉内壁面や天面プレート表面に付着するフラックス量が増加し、フラックス付着不良が増加してしまうというトレードオフが発生する。

特許文献１の発明においては、加熱ゾーン５５、冷却ゾーン５６の間に、吹き出し部５９が設けられ、冷却用気体を回路基板５３に吹き付けている。吹き出し部５９は、パイプの側面に複数の小孔を設けて構成されている。このような構造によって、加熱ゾーン５５で発生したフラックス粒子が加熱ゾーン５５から冷却ゾーン５６へ移動することを、冷却用気体が阻止する効果が得られる。その効果により、冷却ゾーン５６の炉内壁面や天面プレート５７の表面に付着するフラックス量を低減することができ、フラックス付着不良が低減できる。

また、吹き出し部５９から冷却用気体ではなく、高温の気体を回路基板５３に吹き付ける場合もある。この場合においても、回路基板５３が高温の気体が吹き付けられるコンベア５１の領域を通過した後は、冷却ゾーン５６で急冷されてしまうことに変わりはないので、熱割れ不良に対しては、特許文献１の発明により解決することができない。

（実施の形態１）
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本開示は、以下の実施の形態に限定されるものではない。また、本開示の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。更に、他の実施の形態との組合せも可能である。なお、各図において、Ｘ軸方向はリフロー炉Ｒｆ１の長手方向を示し、Ｙ軸方向はリフロー炉Ｒｆ１の幅方向を示し、Ｚ軸方向はリフロー炉Ｒｆ１の高さ方向を示す。

図１は、本開示の実施の形態１におけるリフロー炉Ｒｆ１を示し、回路基板３の搬送方向に平行な断面でリフロー炉を切った断面図である。図２は、図１に図示したＡ－Ａの箇所を矢印の方向から見た、断面図である。

リフロー炉Ｒｆ１は、コンベア１によって、電子部品２が載置された回路基板３を搬入口３１から長手方向（Ｘ方向）に搬送する。電子部品２と回路基板３とは、リフロー炉Ｒｆ１にそれぞれ設けられたプリヒートゾーン４、加熱ゾーン５、冷却ゾーン６を通過する過程で、はんだ付け処理がなされる。

プリヒートゾーン４は、主にソルダペースト内の成分中の溶剤を揮発させる工程で、炉内の雰囲気ガスの温度は概ね１５０℃～２００℃である。加熱ゾーン５は、主にソルダペースト内の成分中のフラックス成分を揮発させると共に、はんだ粉末を溶融させる工程で、炉内の雰囲気ガスの温度は概ね２００℃～２５０℃である。冷却ゾーン６は、はんだを固化および回路基板３自体を冷却させる工程で、概ね６℃／ｓの割合で回路基板３は冷却される。

このように、リフロー炉Ｒｆ１を用いて回路基板３のはんだ付け処理をするための、加熱時間、最高温度維持時間、冷却速度などを綿密に定めたものを、回路基板３の温度プロファイルと呼ぶ。使用するソルダペーストの種類、実装する電子部品２、回路基板３の面積等によって、温度プロファイルを個別に定める。リフロー炉Ｒｆ１は、温度プロファイルに基づいてはんだ付け処理を行う。

そして、この温度プロファイルが達成されるように、プリヒートゾーン４および加熱ゾーン５では、複数のヒータ３３がリフロー炉Ｒｆ１の上部および下部に設置され、温度コントロールが成された熱風が、天面プレート７、下面プレート８から、噴出する構造になっている。また、冷却ゾーン６では、冷却器３５またはファンが設置され、冷風または常温風が天面プレート７、下面プレート８から、噴出する構造になっている。コンベア１は、網状に構成され、炉内の雰囲気ガスがコンベア１を上下方向に通ることが可能に構成されている。

本開示の実施の形態１におけるリフロー炉Ｒｆ１は、加熱ゾーン５と冷却ゾーン６が、空間的に仕切られ、かつ、回路基板３が通過する開口部１１を有する遮蔽板１０が設置されている。この遮蔽板１０は、加熱ゾーン５と冷却ゾーン６との間に配置されている。遮蔽板１０は、上下方向において、回路基板３が通過する搬送路の上部の天面プレート７及び、下部の下面プレート８まで延び、左右方向において、リフロー炉Ｒｆ１の側面部まで延びて、空間的に加熱ゾーン５と冷却ゾーン６を区切っている。この場合、加熱ゾーン５から冷却ゾーン６へは、開口部１１だけが移動可能な経路である。

また、金属製の遮蔽板１０には、中央部に開口部１１が設けてある。コンベア１は開口部１１内を通っているので、電子部品２が載置された回路基板３は遮蔽板１０内を通過可能である。さらに、開口部１１には搬送方向（Ｘ方向）順方向及び逆方向に延びたトンネル状カバー１２が接続されている。図示されているトンネル状カバー１２は、内部が空洞の四角柱状の形状を有している。この形状以外にも、トンネル状カバー１２は、例えば、回路基板３の搬送方向に垂直な断面において、少なくとも二つの側面と、一つの天面で構成されている矩形状のカバーか、円状や円弧状のカバーでもよい。したがって、トンネル状カバー１２は、下方が開放されている形状でもよい。

このような実施の形態１の構成によれば、遮蔽板１０により、開口部１１以外の部分では、加熱ゾーン５から冷却ゾーン６へのフラックス粒子を含む雰囲気ガスの移動を、遮断する効果が得られる。さらに、開口部１１において回路基板３が通過する面積が小さくなることに加え、トンネル状カバー１２により、気流が通過する際のコンダクタンスが小さくなる。これにより、加熱ゾーン５から冷却ゾーン６への、フラックス粒子を含む炉内の雰囲気ガスの侵入を阻止する効果が得られる。このとき、開口部１１とトンネル状カバー１２の、開口寸法は、小さければ小さいほど、雰囲気ガスを流れにくくする効果が高いが、電子部品２が載置された回路基板３が通過できる開口寸法は少なくとも必要である。

なお、雰囲気ガス中のフラックス粒子の濃度が比較的少なく、遮蔽板１０はコンベア１と炉内底面の下面プレート８との距離が短く電子部品２が載置された回路基板３の高さ等の制約で、炉底面の下面プレート８とトンネル状カバー１２の間に、遮蔽板１０が設置できない場合は、炉内底面の下面プレート８とトンネル状カバー１２の間の遮蔽板１０の部分を省略しても良い。

図３は、本開示に実施の形態１における図１の加熱ゾーン５と冷却ゾーン６の拡大図である。図３における、ＴＡ１、ＴＡ２、ＴＡ３、ＴＡ４は、図示した箇所における炉内の雰囲気温度の測定位置を示している。測定位置ＴＡ１、ＴＡ４はそれぞれ、回路基板３の搬送方向に平行な方向において、トンネル状カバー１２の加熱ゾーン５側の端部、トンネル状カバー１２の冷却ゾーン６側の端部で、回路基板３の搬送方向に垂直な方向において、同じ位置に設定している。測定位置ＴＡ１、ＴＡ４において、加熱ゾーン５、冷却ゾーン６それぞれのゾーンにおける代表的な温度を測定できるようにしている。また、測定位置ＴＡ２、ＴＡ３は、それぞれ、トンネル状カバー１２内部の空間であって、回路基板３の搬送方向に平行な方向において、遮蔽板１０に対して対称な等距離で、回路基板３の搬送方向に垂直な方向においては、同じ位置に設定している。測定位置ＴＡ２、ＴＡ３において、加熱ゾーン５側のトンネル状カバー１２内部、冷却ゾーン６側のトンネル状カバー１２内部、それぞれの空間における代表的な温度を測定できるようにしている。

測定位置ＴＡ１、ＴＡ２、ＴＡ３、ＴＡ４のそれぞれで検出される炉内の雰囲気温度を、それぞれ、ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ３、ＴＰ４とする。

トンネル状カバー１２の内部では、リフロー炉Ｒｆ１内の雰囲気ガスが、ほぼその場に滞留している状態である。このとき、遮蔽板１０に対して加熱ゾーン５側のトンネル状カバー１２の上面、下面、側面は、加熱ゾーン５の雰囲気から、対流や輻射により加熱される。これにより、トンネル状カバー１２の内部は、トンネル状カバー１２の上面、下面、側面の壁から、Ｑ１の熱が伝わる。一方、遮蔽板１０に対して冷却ゾーン６側のトンネル状カバー１２の内部においては、上面、下面、側面の壁から、逆に冷却ゾーン６の雰囲気へＱ２の放熱が行われる。このような、熱の授受が行われるため、加熱ゾーン５の雰囲気温度ＴＰ１と、遮蔽板１０に対して加熱ゾーン５側のトンネル状カバー１２内の雰囲気温度ＴＰ２と、遮蔽板１０に対して冷却ゾーン６側のトンネル状カバー１２内の雰囲気温度ＴＰ３と、冷却ゾーン６の雰囲気温度ＴＰ４を比較すると、（式１）のような温度関係となる。

ＴＰ１＞ＴＰ２＞ＴＰ３＞ＴＰ４・・・（式１）

図４は、加熱ゾーン５と冷却ゾーン６との間に、本開示の遮蔽板１０とトンネル状カバー１２との構成を持たないリフロー炉における、加熱ゾーン５と冷却ゾーン６の拡大図である。図５は、本開示の実施の形態１におけるリフロー炉Ｒｆ１の温度プロファイルＰｆ１と、加熱ゾーン５と冷却ゾーン６との間に、本開示の遮蔽板１０とトンネル状カバー１２との構成を持たないリフロー炉における温度プロファイルＰｆ３を示す。特に冷却ゾーン６における冷却速度を示すグラフの部分において、本開示の実施の形態１による温度プロファイルＰｆ１を実線で示し、本開示の構造を用いない場合の冷却速度を示す温度プロファイルＰｆ３を点線で示している。図５において、図１３と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図４において、加熱ゾーン５の雰囲気温度ＴＰ１と冷却ゾーン６の雰囲気温度ＴＰ４とが直接空間的に隣接しているため、搬送される回路基板３は、加熱ゾーン５の雰囲気温度ＴＰ１の雰囲気に暴露された後すぐに、冷却ゾーン６の雰囲気温度ＴＰ４の雰囲気に暴露されるため、冷却速度を示す温度プロファイルが、図５で示すような点線の傾きとなり、回路基板３は急冷されてしまう。

しかしながら、加熱ゾーン５と冷却ゾーン６との間に、本開示の遮蔽板１０とトンネル状カバー１２との構成を持つリフロー炉Ｒｆ１を用いた場合は、回路基板３は、（式１）に示す温度関係のような、徐々に雰囲気温度が下がる雰囲気に、暴露される。これにより、回路基板３の温度変化が少なくて済み、冷却速度を示す温度プロファイルＰｆ１が、図４で示す実線のような緩やかな傾きとなり、回路基板３を急冷することを防止することが可能となる。このようにして、冷却ゾーン６の冷却速度を小さくし、電子部品２の熱割れ不良を低減することができる。

図６は、実施の形態１におけるはんだ付け処理方法の流れを示すフローチャートである。まず、回路基板３は、コンベア１によりリフロー炉Ｒｆ１内に搬送される。工程Ｓ１１において、プリヒートゾーン４において、電子部品２を載置した回路基板３を予備加熱する。工程Ｓ１２において、加熱ゾーン５において電子部品２を載置した回路基板３を本加熱する。工程Ｓ１３において、加熱ゾーン５と冷却ゾーン６とは、開口部１１を有する遮蔽板１０により空間的に仕切られ、加熱された回路基板３を、開口部１１に物理的に接続されるトンネル状カバー１２内を通して、加熱ゾーン５から冷却ゾーン６へコンベア１により搬送する。工程Ｓ１４において、冷却ゾーン６において加熱された回路基板３を冷却する。

以上述べたように、実施の形態１にかかるリフロー炉Ｒｆ１によれば、電子部品２を載置した回路基板３を加熱する加熱ゾーン５と、加熱された回路基板３を冷却する冷却ゾーン６とを備える、リフロー炉Ｒｆ１であって、加熱ゾーン５と冷却ゾーン６との間に配置され、かつ、回路基板３が通過する開口部１１を有する遮蔽板１０と、開口部１１に物理的に接続され、回路基板３の搬送方向に延びるトンネル状カバー１２と、を備える。

また、実施の形態１にかかるはんだ付け処理方法によれば、加熱ゾーン５において電子部品２を載置した回路基板３を加熱する加熱工程Ｓ１２と、冷却ゾーン６において加熱された回路基板３を冷却する冷却工程Ｓ１４と、を備え、加熱ゾーン５と冷却ゾーン６とは、開口部１１を有する遮蔽板１０により空間的に仕切られ、加熱された回路基板３を、開口部１１に物理的に接続されるトンネル状カバー１２内を通して、加熱ゾーン５から冷却ゾーン６へ搬送する。

このように、本開示の実施の形態１によれば、遮蔽板１０により、加熱ゾーン５から冷却ゾーン６へフラックス粒子を含む炉内の雰囲気ガスの移動を阻止できる。特に、回路基板３が通過する開口部１１は、開口部１１にトンネル状カバー１２が物理的に接続されており開口部１１の面積が小さくなることに加え、トンネル状カバー１２で、気流が通過する際のコンダクタンスが小さくなるので、開口部１１を介してフラックス粒子を含む炉内の雰囲気ガスの移動が、抑制される。

本開示のように、加熱ゾーン５と冷却ゾーン６との間に遮蔽板１０とトンネル状カバー１２との構成を持たないリフロー炉の場合、その温度分布は、回路基板３が加熱ゾーン５と冷却ゾーン６を通過する際に、（式２）のような雰囲気温度の空間を通過するため、温度変化が大きい空間を通過することになり、熱割れ不良の原因となってしまう。

（加熱ゾーンの雰囲気温度）＞（冷却ゾーンの雰囲気温度）・・・（式２）

しかし、実施の形態１の構成を有する場合には、加熱ゾーン５の雰囲気温度と、遮蔽板１０に対して加熱ゾーン５側のトンネル状カバー１２内の雰囲気温度と、遮蔽板１０に対して冷却ゾーン６側のトンネル状カバー１２内の雰囲気温度と、冷却ゾーン６の雰囲気温度を比較すると、（式３）という温度関係となる。

（加熱ゾーンの雰囲気温度）
＞（遮蔽板に対して加熱ゾーン側のトンネル状カバー内の雰囲気温度）
＞（遮蔽板に対して冷却ゾーン側のトンネル状カバー内の雰囲気温度）
＞（冷却ゾーンの雰囲気温度）・・・（式３）

したがって、加熱ゾーン５から冷却ゾーン６に通過する際に、徐々に雰囲気温度が下がる構成となるので、回路基板３の温度変化が少なくて済み、電子部品２の熱割れ不良を抑制することが可能になる。

このように、本開示の実施の形態１によれば、加熱ゾーン５から冷却ゾーン６へフラックス粒子を含む炉内の雰囲気ガスの移動が阻止されることで、冷却ゾーン６の炉内壁面や天面プレート表面に付着するフラックス量を抑制することが可能となる。これと同時に、回路基板３が加熱ゾーン５から冷却ゾーン６に通過する際に、徐々に雰囲気温度が下がる構成となるため、回路基板３の温度変化が少なくて済むようになる。これにより、回路基板３のフラックス付着不良の低減と、電子部品２の熱割れ不良の低減の二つの目的を共に実現することが可能となる。

（実施の形態２）
図７は、本開示の実施の形態２におけるリフロー炉Ｒｆ２を示す図であり、回路基板３の搬送方向に平行な断面でリフロー炉Ｒｆ２を切った断面図である。図８は、図７のトンネル状カバー周辺の部分拡大図である。図７、図８において、図１～図３と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図７に示す、本開示の実施の形態２におけるリフロー炉Ｒｆ２は、実施の形態１で述べた構成に加え、電気集塵方式のフラックス回収装置１３を備える。リフロー炉Ｒｆ２の加熱ゾーン５に吸気口１４を設け、冷却ゾーン６に排出口１５を設ける。フラックス回収装置１３の吸気側と吸気口１４とを吸引ダクト１６で接続し、フラックス回収装置１３の排出側と排出口１５を排出ダクト１７で接続する。加熱ゾーン５で発生したフラックス粒子を含む雰囲気ガス中のフラックス粒子を、フラックス回収装置１３で回収し、冷却ゾーン６に戻している。なお吸気口１４は図７、図８においては、加熱ゾーン５の最後部に設置されているが、これは一例を示したものである。したがって、吸気口１４の設置位置は、加熱ゾーン５の、前部、中央部、後部ならびに、上面、下面、側面のどの位置でも良いが、雰囲気ガス中のフラックス粒子の濃度が最も高い位置が推奨される。また、排出口１５も図７、図８においては、冷却ゾーン６の中央部に設置されているが、これは一例を示したものである。したがって、排出口１５の設置位置は冷却ゾーン６の、前部、中央部、後部ならびに、上面、下面、側面のどの位置でも良く、実現したい温度プロファイルの冷却速度に合わせ、適宜、位置調整して良い。

フラックス回収装置１３は、集塵ボックス１８とファン１９で構成されている。集塵ボックス１８は、針電極２０とアース側電極２１とを有する。針電極２０とアース側電極２１は、平行平板状に配置されている。針電極２０とアース側電極２１に高電圧をかけると、コロナ放電と高電位差が発生する。このとき、針電極２０とアース側電極２１の間を、ファン１９で吸引したリフロー炉Ｒｆ２内のフラックス粒子を含む雰囲気ガスが通過すると、フラックス粒子に静電気が帯電する。帯電したフラックス粒子は、高電位差による電界でアース側電極２１に引き寄せられて、アース側電極２１に付着し、回収される。

実施の形態１において、開口部１１とトンネル状カバー１２のそれぞれの開口寸法は、小さければ小さいほど、加熱ゾーン５から冷却ゾーン６への雰囲気ガスの侵入を阻止する効果が高くなる。しかしながら、電子部品２が載置された回路基板３が通過できる開口寸法は少なくとも必要である。また、電子部品２の回路基板３からの高さが高く、コンダクタンスを小さくするのに充分に小さい開口部１１を設けることが困難な場合もある。このような場合、本開示の実施の形態２の構成によれば、加熱ゾーン５で発生したフラックス粒子を含む雰囲気ガスは、遮蔽板１０によって冷却ゾーン６への移動を遮断すると共に、吸気口１４からフラックス回収装置１３に吸引され、フラックス粒子を含む雰囲気ガス中のフラックス粒子を、フラックス回収装置１３で回収し、排出口１５から冷却ゾーン６へ戻している。

これにより、コンダクタンスを小さくするのに充分に小さい開口部１１設けることが困難な場合で、加熱ゾーン５から冷却ゾーン６へ、開口部１１とトンネル状カバー１２を通って、雰囲気ガスが冷却ゾーン６に侵入したとしても、加熱ゾーン５における雰囲気ガスに含まれるフラックス粒子の量を極小化することで、冷却ゾーン６の炉内壁面や天面プレート表面にフラックスが付着することを抑制できる。

さらに、フラックス回収装置１３に吸引したリフロー炉Ｒｆ２の雰囲気ガスは、冷却ゾーン６に戻しているため、図８に示すように、加熱ゾーン５内の圧力ＰＡ１と冷却ゾーン６内の圧力ＰＡ２を比較した場合、（式４）のように、冷却ゾーン６内の圧力ＰＡ２が高くなる。

ＰＡ１＜ＰＡ２ ・・・（式４）

このことにより、開口部１１とトンネル状カバー１２内に圧力差ができ、加熱ゾーン５から冷却ゾーン６へフラックス粒子を含む雰囲気ガスの移動を阻止することができる。

一方で、例えば、フラックス回収装置１３に一般的な冷却方式のフラックス回収装置を用いた場合、フラックス粒子を含む雰囲気ガスを、フラックス回収装置内のラジエーターなどで冷却する。これにより、フラックス粒子をフラックス回収装置内で結露させ、回収する仕組みになっている。このため、冷却ゾーン６に、排出ダクト１７から排出口１５を通じて戻ってくる雰囲気ガスは、非常に冷却された雰囲気ガスである。

しかしながら、本開示の実施の形態２の構成によれば、電気集塵方式のフラックス回収装置１３を用いている。電気集塵方式のフラックス回収装置１３は、前述のように集塵ボックス１８内でコロナ放電と高電位差でフラックス粒子を回収する構造になっている。したがって、自然放熱で雰囲気ガスが自然に冷却される以外、積極的に冷却構造を持たないので、加熱ゾーン５から吸引した雰囲気ガスを、その温度を自然放熱以外の要因で下げることなく、冷却ゾーン６に戻すことが可能である。

図９は、本開示の実施の形態２を用いた場合の温度プロファイルＰｆ２と、本開示の実施の形態１を用いた場合の温度プロファイルＰｆ１と、加熱ゾーン５と冷却ゾーン６との間に、本開示の遮蔽板１０とトンネル状カバー１２との構成を持たないリフロー炉を用いた場合の温度プロファイルＰｆ３を示す。特に、冷却ゾーン６における冷却速度を示すグラフの部分において、本開示の実施の形態２を用いた場合の温度プロファイルＰｆ２を実線で示し、本開示の実施の形態１を用いた場合の温度プロファイルＰｆ１を一点鎖線で示し、加熱ゾーン５と冷却ゾーン６との間に、本開示の遮蔽板１０とトンネル状カバー１２との構成を持たないリフロー炉を用いた場合の冷却速度を示す温度プロファイルＰｆ３を点線で示している。図９において、図５、図１３と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

本開示の実施の形態２によれば、前述の（式１）における温度関係を維持しつつ、冷却ゾーン６の雰囲気温度ＴＰ４を、実施の形態１における冷却ゾーン６の雰囲気温度ＴＰ４より高い温度の状態を実現できる。したがって、遮蔽板１０に対して冷却ゾーン６側のトンネル状カバー１２内の雰囲気温度ＴＰ３も、実施の形態１における遮蔽板１０に対して冷却ゾーン６側のトンネル状カバー１２内の雰囲気温度ＴＰ３より高い温度を実現できる。

これにより、実施の形態１における構成よりも、さらに回路基板３の温度変化が少なくて済む。冷却速度を示す温度プロファイルＰｆ２は、図９で示す実線のような、本開示の実施の形態１の構成の場合よりも、さらに緩やかな傾きとなり、回路基板３を急冷することを防止することが可能となる。さらに、回路基板３の搬送方向に平行な方向において、吸気口１４の設置位置を、トンネル状カバー１２にかかるように設置すれば、仮に吸気口１４に付着したフラックス粒子の塊が落下しても、トンネル状カバー１２で受けることができる。これにより、回路基板３にフラックスが付着することを防止することが可能になる。

図１０は、実施の形態２におけるフラックスを回収する流れを示すフローチャートである。工程Ｓ２１において、ファン１９により加熱ゾーン５の雰囲気ガスを吸引する。加熱ゾーン５内の雰囲気ガスは、吸気口１４から吸引ダクト１６を通ってフラックス回収装置１３の集塵ボックス１８内に吸引される。工程Ｓ２２において、吸引された雰囲気ガスに含まれるフラックスを電気集塵式の集塵ボックス１８を用いて回収する。工程Ｓ２３において、フラックスを回収した雰囲気ガスを冷却ゾーン６へ戻す。フラックスを回収した雰囲気ガスは、ファン１９により、集塵ボックス１８から排出ダクト１７を通って冷却ゾーン６に排気される。

このように、本開示の実施の形態２によれば、電子部品２の回路基板３からの高さが高く、コンダクタンスを小さくするのに充分に小さい開口部１１を設けることが困難な場合においても、リフロー炉Ｒｆ２内の雰囲気ガスを、吸気口１４から吸引し、排出口１５から排出することでトンネル状カバー１２に圧力差を生じさせることができる。これにより、加熱ゾーン５から冷却ゾーン６へフラックス粒子を含むリフロー炉Ｒｆ２内の雰囲気ガスの移動を大幅に阻止することが可能になる。この結果、冷却ゾーン６の炉内壁面や天面プレート表面に付着するフラックス量を、大幅に抑制することが可能となる。また、これと同時に、回路基板３が加熱ゾーン５から冷却ゾーン６に通過する際に、徐々に雰囲気温度が下がる構成となるので、回路基板３の温度変化が少なくて済むようになる。このことから、回路基板３のフラックス付着不良の低減と、電子部品２の熱割れ不良の低減の二つの目的を同時に実現することが可能となる。

（実施の形態３）
図１１は、本開示の実施の形態３におけるリフロー炉Ｒｆ３を示す図であり、回路基板３の搬送方向に平行な断面でリフロー炉を切った断面図である。図１１において、図１、図２、図７、図８と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図１１に示す、本開示の実施の形態３におけるリフロー炉は、実施の形態２で述べた構成に加え、吸気口１４の位置に第二の遮蔽板２２を設置している。この第二の遮蔽板２２は、回路基板３が通過する搬送路の上部の天面カバーまで延び、左右は炉内側面まで延び、吸気口１４の位置で遮蔽板１０と組み合わせ、炉内の回路基板３の搬送方向に対して垂直な幅方向にわたり、スリット状の吸い込みノズルの機能を果たしている。

本来、吸気口１４を加熱ゾーン５に設置した場合、加熱ゾーン５において炉内の回路基板３の搬送方向に対して垂直な幅方向にわたり均一に吸気することが望ましい。なぜなら、加熱ゾーン５においては、フラックス粒子を含む雰囲気ガスが、炉内一様に充満しているためである。しかし、吸気口１４はφ５０ｍｍからφ１００ｍｍ程度の丸穴口が通常で、炉の上面、もしくは下面、もしくは側面に設置されている。

このような場合、加熱ゾーン５から吸気するフラックス粒子を含む雰囲気ガスは、加熱ゾーン５の一部、吸気口１４の周辺の雰囲気ガスしか吸引することができない。このため、リフロー炉内のフラックス粒子を含む雰囲気ガスの濃度が、極めて高い場合には、加熱ゾーン５において、炉内の回路基板３の搬送方向に対して垂直な幅方向の一部のエリアからしかフラックス粒子を回収できず、残りのエリアに存在するフラックス粒子を含む雰囲気ガスが、開口部１１とトンネル状カバー１２に侵入する場合がある。さらに、吸気口１４の周辺の雰囲気ガスしか吸引することができないため、加熱ゾーン５において、炉内の回路基板３の搬送方向に対して垂直な幅方向の吸気口１４周辺の一部のエリアの圧力のみが降下することで、一部のエリアで、（式４）の圧力関係が損なわれる。これにより、フラックス粒子を含む雰囲気ガスが、開口部１１とトンネル状カバー１２に侵入する場合がある。

しかしながら、本開示の実施の形態３の構成によれば、遮蔽板１０と第二の遮蔽板２２で構成された、炉内の回路基板３の搬送方向に対して垂直な幅方向にわたるスリット状の吸い込みノズルにより、炉内の回路基板３の搬送方向に対して垂直な幅方向全体から、一様に、加熱ゾーン５内のフラックス粒子を含む雰囲気ガスを吸引することが可能になる。したがって、吸引工程Ｓ２１においても、回路基板３の搬送方向に対して垂直な幅方向にわたって雰囲気ガスを吸引する。

これにより、炉内の回路基板３の搬送方向に対して垂直な幅方向全体の圧力を一様に、降下させることが可能になる。この効果により、リフロー炉Ｒｆ３内のフラックス粒子を含む雰囲気ガスの濃度が、極めて高い場合には、炉内の回路基板３の搬送方向（Ｘ方向）に対して垂直な幅方向にわたり、フラックス粒子を回収することが可能になる。また、炉内の回路基板３の搬送方向に対して垂直な幅方向（Ｙ方向）にわたり、（式４）の圧力関係を実現することが可能になるので、吸気口１４の位置や穴径などに左右されることなく、フラックス付着の低減効果を発揮することができる。

なお、本開示の実施の形態３において、遮蔽板１０を利用して、炉内の回路基板３の搬送方向に対して垂直な幅方向にわたるスリット状ノズルを構成したが、あくまで一例であり、少なくとも、遮蔽板１０の設置位置よりも加熱ゾーン５内で搬送口側に位置していれば、遮蔽板１０を利用せず吸気口１４にスリット状ノズルを構成しても構わない。この場合、加熱ゾーン５内で、雰囲気ガス中のフラックス粒子の濃度が最も高い位置が、設置位置として推奨される。

本開示は、上記実施の形態のものに限らず、次のように変形実施することができる。

上記各実施の形態において、トンネル状カバー１２は、開口部１１から加熱ゾーン５及び冷却ゾーン６の両方に対して回路基板３の搬送方向の順方向及び逆方向に延びていたがこれに限られない。トンネル状カバー１２は、開口部１１から加熱ゾーン５に対して回路基板３の搬送方向の逆方向にのみ延びてもよいし、開口部１１から冷却ゾーン６に対して回路基板３の搬送方向にのみ延びてもよい。

本開示のリフロー炉は、加熱ゾーンから冷却ゾーンへフラックス粒子を含む炉内の雰囲気ガスの移動が抑制されることで、冷却ゾーンの炉内壁面や天面プレート表面に付着するフラックス量を抑制すると同時に、回路基板が、加熱ゾーンから冷却ゾーンに通過する際に、徐々に雰囲気温度が下がる構成となる。これにより、回路基板の温度変化が少なくて済み、回路基板のフラックス付着不良の低減と、電子部品の熱割れ不良の低減の二つの目的を同時に実現することが可能となる。これにより、弱耐熱部品をリフロー炉で回路基板に実装する工程において、不良の少ない製品を生産することが可能となる。

１ コンベア
２ 電子部品
３ 回路基板
４ プリヒートゾーン
５ 加熱ゾーン
６ 冷却ゾーン
７ 天面プレート
８ 下面プレート
１０ 遮蔽板
１１ 開口部
１２ トンネル状カバー
１３ フラックス回収装置
１４ 吸気口
１５ 排出口
１６ 吸引ダクト
１７ 排出ダクト
１８ 集塵ボックス
１９ ファン
２０ 針電極
２１ アース側電極
２２ 第２の遮蔽板
３１ 搬入口
３３ ヒータ
３５ 冷却器
５１ コンベア
５２ 電子部品
５３ 回路基板
５４ プリヒートゾーン
５５ 加熱ゾーン
５６ 冷却ゾーン
５７ 天面プレート
５８ 下面プレート
５９ 吹き出し部
６１ ヒータ
６３ 冷却器
Ｒｆ１、Ｒｆ２、Ｒｆ３、Ｒｆ１１ リフロー炉
Ｐｆ１、Ｐｆ２、Ｐｆ３ 温度プロファイル

Claims (8)

1. 電子部品を載置した回路基板を加熱する加熱ゾーンと、加熱された前記回路基板を冷却する冷却ゾーンとを備える、リフロー炉であって、
   加熱ゾーンと冷却ゾーンとの間に配置され、かつ、前記回路基板が通過する開口部を有する遮蔽板と、
   前記開口部に接続され、前記回路基板の搬送方向に延びるトンネル状カバーと、
   前記加熱ゾーンから前記リフロー炉内の雰囲気ガスを吸引する吸引部と、前記雰囲気ガスに含まれるフラックスを回収するフラックス回収部と、を有し自然放熱以外の冷却構造を有しない電気集塵方式のフラックス回収装置と、
   を備え、
   前記フラックスが回収されたガスを前記冷却ゾーンへ戻し、
   前記吸引部は、前記リフロー炉内の前記回路基板の搬送方向に対して垂直な幅方向にわたり設置されたスリット状の吸い込みノズルを有する、
   リフロー炉。
2. 前記加熱ゾーンの雰囲気温度ＴＰ１と、
   前記遮蔽板に対して加熱ゾーン側の前記トンネル状カバー内の温度ＴＰ２と、
   前記遮蔽板に対して冷却ゾーン側の前記トンネル状カバー内の温度ＴＰ３と、
   前記冷却ゾーンの雰囲気温度ＴＰ４が、
   ＴＰ１＞ＴＰ２＞ＴＰ３＞ＴＰ４
   である、請求項１に記載のリフロー炉。
3. 前記加熱ゾーンの圧力ＰＡ１と前記冷却ゾーンの圧力ＰＡ２が、
   ＰＡ１＜ＰＡ２、
   である、請求項１または２に記載のリフロー炉。
4. 前記加熱ゾーンの圧力ＰＡ１と冷却ゾーンの圧力ＰＡ２が、
   リフロー炉内の前記回路基板の搬送方向に対して垂直な幅方向にわたり、
   ＰＡ１＜ＰＡ２、
   である、請求項１または２に記載のリフロー炉。
5. 電子部品を載置した回路基板を加熱ゾーンにおいて加熱する加熱工程と、
   加熱された回路基板を冷却ゾーンにおいて冷却する冷却工程と、
   前記加熱ゾーンの雰囲気ガスを吸引する吸引工程と、
   前記雰囲気ガスに含まれるフラックスを自然冷却以外の冷却を行わない電気集塵を用いて回収するフラックス回収工程と、
   フラックスを回収した前記雰囲気ガスを前記冷却ゾーンへ戻す排気工程と、を備え、
   前記加熱ゾーンと前記冷却ゾーンとは、開口部を有する遮蔽板により空間的に仕切られ、
   加熱された前記回路基板を、前記開口部に物理的に接続されるトンネル状カバー内を通して、前記加熱ゾーンから前記冷却ゾーンへ搬送し、
   前記吸引工程は、前記回路基板の搬送方向に対して垂直な幅方向にわたって雰囲気ガスを吸引する、
   はんだ付け処理方法。
6. 前記加熱ゾーンの雰囲気温度ＴＰ１と、
   前記遮蔽板に対して加熱ゾーン側のトンネル状カバー内の温度ＴＰ２と、
   遮蔽板に対して冷却ゾーン側のトンネル状カバー内の温度ＴＰ３と、
   冷却ゾーンの雰囲気温度ＴＰ４が、
   ＴＰ１＞ＴＰ２＞ＴＰ３＞ＴＰ４、
   である、請求項５に記載のはんだ付け処理方法。
7. 前記加熱ゾーンの圧力ＰＡ１と前記冷却ゾーンの圧力ＰＡ２が、
   ＰＡ１＜ＰＡ２、
   である、請求項５または６に記載のはんだ付け処理方法。
8. 加熱ゾーンの圧力ＰＡ１と冷却ゾーンの圧力ＰＡ２が、
   炉内の回路基板の搬送方向に対して垂直な幅方向にわたり、
   ＰＡ１＜ＰＡ２、
   である、請求項５または６に記載のはんだ付け処理方法。

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