JPH02238289A - 雰囲気炉の酸素濃度低減化方法及び酸素濃度極低化雰囲気炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は，炉内雰囲気の管理が行なわれる雰囲気炉に
おける酸素濃度の低減化方法及びその方法の実施Ｋ最適
な装備を有する炉Ｋ関する。

〔従来の技術〕

リフロー炉、焼成炉、接着剤の乾燥炉等では，炉内処理
中に酸化の影響を受けないようにするため、炉内への大
気侵入遮断及び十分な炉内雰囲気の管理が行なわれるタ
イプのものが開発されている。

こわらの炉構成の概略をリフロー炉を例に挙げて説明す
る。上記リフロー炉は実装部品（主にＬＳＩ）をプリン
ト配線基板上に表面実装するためにこハらのハンダ付け
を一括的に行なう炉であり、第５図のように、炉殼体を
予備加熱、本加熱、冷却を行なう複数のゾーン（ｔｉ１
）乃至（１０４）に区分けし、この中をベルトコンベア
（１００）によってワークＸが移動し，各種の熱処理が
施さわるような構成となっている。更に、熱処理中の酸
化を防ぐタイプのものは、各ゾーン（１０】）乃至（１
０４）にＮ１ガス等の非酸化性雰囲気ガスを供給する他
、炉出入口Ｋエアーカーテン状に遮断ガスを流し、炉内
雰囲気の管理を図るものがある。

〔発明が解決しようとする問題点”〕

一方，高温を発する部品や接合強度を必要とする部品等
では、ハンダ付けする場合に高温ハンダ（略３５０℃近
くまで達する）を必要とする。しかし，リフロー炉で上
記のような炉内雰囲気の管理を行なった程度では，高温
ハンダを実施した場合、ハンダペースト中のフラツクス
の活性力低下が原因となってこれらの部品や基板上の配
線パターン等の導電部分表面が酸化さｔ１％電導率の低
下を来たしたり，その後更に低温ハンダによってチップ
部品等をその上に接合するのに接合不良を起こすという
問題が発生していた。又、ハングペースト中のフラッグ
スは，その周りに低量の酸素が存在するだけでも高温ハ
ンダを行なっている間に焼き付いてしまうため、洗浄し
ても固形分が残渣となってし゜まう。

更Ｋ１プリント配線基板上に表面実装されるＬ８Ｉ等の
フラットパッケージは、その端子数の増加に伴なって端
子間ピンチも小さ《なる傾向にあり．このような部品を
リフロー炉でハンダ付けした場合、隣接端子関Ｋショー
トが発生するといった問題が数多《見られた。その原因
の一つに，以前から問題視されていたハンダボールの飛
散による端子間の短絡現象が挙げられている。

このハンダボール飛散の原因につき，本発明者等の見解
を示せば、次のようになる。即ち、ハンダペース中のフ
ラツクスが高温Ｋさらされることでその活性力が低下し
、それＫよりハンダ粒子の表面に形成されている酸化皮
膜の膜厚が炉中の酸素との接触で厚くなり、他のハンダ
粒子との融着を阻害するため、ハンダ粒子は小さなボー
ル状のままその成長が止まることになる。その上、基板
も高温Ｋさらされてその接着面の酸化も著しくなるため
、ハンダ粒子は所定の接着部分に溶着できずＫ基板表面
に一様に広がり，その後の冷却でそこＫ固着して，これ
がハンダボールの飛散という現象になるというものであ
る。

以上挙げた問題に対する有効な対応策としては，リフロ
ー炉中の酸素濃度をこれまで以上に低《抑えることであ
る。しかし、上記したりフロー炉に採用されている従来
の炉内雰囲気管理方法では、炉内全体に３００〜５００
ＮＬ／ｍｉ　ｎの流量でＮ，ガスの供給を行なったとし
ても、炉中の酸素濃度は５　０　０　ｐｐｍにも下げる
ことができず、多量のガス供給Ｋよるランニングコスト
の高騰にもかかわらず、上記の問題の解決には到ってい
ない。これらの問題の解決のためには、本加熱の行なわ
れるゾーンで少な《とも５　０　ｐｐｍ以下に酸素濃度
を抑えなければならないというのが本発明者等の見解で
ある。

これまでリフロー炉κおげろ問題Ｋついて述べてきたが
、焼成炉や乾燥炉等の他の炉についても炉内処理中の酸
化による影響が多数報告されており，炉中の酸素！Ｉ度
を極力低減させたいということＫついては、リフロー炉
の場合と変わりがない。

本発明は以上の様な問題に鑑み創案されたもので、少な
いガス使用量で炉内雰囲気中の酸素濃度をｓ　ｏ　ｐｐ
ｍ以下Ｋ抑えることができる方法及びその方法の実施に
適した装備を有する炉を提供せんとするものである。

〔問題を解決するための手段〕

かり、その要旨は、複数ゾーンから成る雰囲気炉を非酸
化性又は還元性雰囲気ガスで満たして内圧を高めると共
に．各ゾーン間及び炉内外を雰囲気的Ｋ遮断し．被処理
体の各ゾーンへの搬出入を間欠送りで行なって、この搬
出入の際にのみ該被処理体が移動するゾーン間又は被処
理体の搬入若しくは搬出がなされる炉出入口における雰
囲気的遮断を解放することｋある。

即ち，炉内雰囲気の管理を行なうと共に，炉内圧の高め
誘導によって大気が侵入できないようにするのであるが
，これだけでは不完全なので、各ゾーン間及び炉内外で
雰囲気的に流通できないようにこわらの間を完全に遮断
し、被処理体の移動時にのみ一時的にこの遮断を解くよ
うにして大気の侵入なＯ近くに抑えようというものであ
る。但し、被処理体の移動についても、間欠送りとする
ことによって雰囲気的な遮断に影響を及ぼさないように
している。

又第２発明は，上記発明方法の実施に適した装備を有す
る炉の構成を提供するものであり、その要旨は、複数の
ゾーンに区分けされた炉殼体と、各ゾーンに非酸化性又
は還元性雰囲気ガスを供給してこわらのゾーンの内圧を
高める雰囲気ガス供給装置と，各ゾーンの出入口に設け
らわ各ゾーン間及び炉内外を雰囲気的に遮断するシャッ
タ装置と、被処理体を各ゾーンへ又は炉外部へ間欠送り
する間欠送り装置と、該間欠送り装置による彼処理体の
移動に伴なって該被処理体が移動するゾーン間又は被処
理体の搬入若しくは搬出がなされる炉出入口Ｋ位置する
シャッタ装置を開放せしめる制御装置とを有することを
基本的な特徴としている。

即ち，この雰囲気炉は、炉殼体の各ゾーン内Ｋ雰囲気ガ
スを供給し且つそれらの内圧を高めることができる雰囲
気ガス供給装置Ｋよって炉内雰囲気管理及び炉内圧の高
め誘導Ｋよる大気侵入遮断を行なう。こわだけでは当然
不完全なので各ゾーンの出入口ｋシャッタ装置を設けて
炉内外及び各ゾーン間の雰囲気の流通を完全に遮断し、
ただ被処理体の移動時のみ，制御装置によって該移動が
ある箇所のシャッタ装置だけを一時的に解放せしめるよ
うにしている。又該被処理体の移動もシャツ，タ装置が
閉じている間の雰囲気遮断に影響を与えないようにする
ため、間欠送り装置ｋよるととくした。そのような間欠
送り装置としてはウオーキングビーム等が適している。

〔実施例〕

以下本発明の具体的実施例につき説明する．第１図は第
２発明の構成を有するリフロー炉の概略図である。

本炉は予備加熱ゾーン（ｌａ）（ｔｂ）．本加熱ゾーン
｛２）及び冷却ゾーン（３）で炉殼体が構成されており
、そのうち加熱ゾーン（ｔａＸｔｂ）　（２１は、多数
の電熱ヒータの上に孔開きアルミ板を重ねて出来たホッ
トプレート（ＩＩ（１１１１２１）で炉床を構成し、又
冷却ゾーン（３）は内部Ｋ冷却水を循環させた箱体の上
に同じく孔開きアルミ板を重ねて作られた冷却箱（７）
で炉床を構成している。

予備加熱ゾーン（１ａ）には上下に２箇所、予備加熱ゾ
ーン（１ｂ）には下に１箇所、本加熱ゾーン（２》には
同じく上下に２箇所、そして冷却ゾーン（３）には上に
２箇所夫々ガスＩ’ｊｔｌｆｊ孔（４）が設けられ、こ
れらはＮ２ガスボンベ（図示ナシ）に接続されていて、
各ゾーン内にＮ２ガスを供給する（そのガス供給量を所
定量以上にすわば後述するシャッタ装置の構成と相俟っ
て容易ｋ内圧な正圧に保持できる）。

又各ゾーンの出入口には大々シャッタ装置（５ａ）乃至
（５ｅ）が設けられている。これらのシヤツタ装置（５
ａ）乃至（５ｅ）は扉体（５０）がシリンダ（図示なし
）により昇降せしめられ、ゾーン出入口開口部を気密に
閉塞したり、開放したりできる構成となっている。

更ｋこれらのゾーンを貫通するようｋ間欠送り装置（６
ａ）乃至（６ｅ）が連続的に設置されており、ワーク（
図示なし）を各ゾーン又は炉外部へ順次間欠送りする。

即ち、本実施例ではウオーキングビーム式のものが用い
られ、第２図に示すようにビーム（６０）をスクエア状
に往復昇降させ、その動きを間欠的に（所定のサイクル
タイムで）繰り返すことにより該ワークを間欠送りする
。

モして炉殼体の外部に前記シャッタ装置（５ａ）乃至（
５ｅ）の開閉を制御する制御装置（７）が設けられてい
る。この制御装置（７）は、前記ワークが次の移動先の
ゾーン（１ａＸｔｂ）（２１若しくは（３）又は炉外へ
送られる時に通る出入口のシャッタ装置のみを開《よう
に制御を行なうもので、例えば、炉入口直前にあるワー
クＸが予備加熱炉（ｌａ）へ送られる時は、第３図ｒａ
ｌに示すように、シャッタ装置（５ａ）のみを開け、３
秒後に閉じる（他のシャッタ装置は閉塞したままにされ
る）。又所定のサイクルタイムが経過し予備加熱炉（１
ａ）での予備加熱を受けたワークＸは、次の予備加熱炉
（１ｂ）に間欠送り装置（６ｂ）で送られるが，この時
も制御装置（力は同図（ｔ）ｌに示すように、シャッタ
装置（５ｂ）のみを開け、３秒後に閉じる。以上のよう
な間欠送り装置（６ａ）乃至（６ｅ）のワークＸの送り
と制御装置（７）のシャッタ装置（５ａ）乃至（５ｅ）
の開閉操作が繰り返えされ、ワークＸは所定の熱処理を
終了して炉外へ搬出される。

尚図中（８）は遠赤外線ヒータ、（９）は近赤外線ヒー
タを示しており、天々のゾーン（】ｂ）　（２１におい
てリフローハンダＫ適する予備加熱温度及び本加熱温度
ｋ調温することができる。

本発明者等は以上のような構成からなるリフロー炉を使
用して一括ハンダ付けによるＬＳＩ等の表面実装を実施
した。この際全ゾーン（１ａ）（　１ｂ）　（２）　（
３１　Ｋ流したＮ鵞ガス（Ｎ鵞純度９９．９９９％）の
ガス流量と、本加熱ゾーン（２）Ｋおける測定酸素濃度
の関係を求め、第４図のグラフ図を得た。尚、この測定
の際の炉条件は次の通りである。

ゾーン（ｌａ）（ｌｂ）（２×３１の容量合計　　２５
．６ｍ’各ゾーン出入口開口部寸法　幅８ｏ■×高さ３
０■各シャッタ装置の開口時間　３秒 間欠送り装置のサイクルタイム　　３０秒４０秒 同図によれば、Ｎ，ガス流量を８　０　Ｎｔ／ｍ　ｉ　
Ｈにした時は，本加熱ゾーン（２）中の酸素濃度はわず
か１　５　ｐｐｍとなり、従来のりフロー炉がＮ！ガス
を３００〜５　０　０　ＮＬ　／　ｍｌ　ｎと多量に流
した時に高々５００ｐｐｍ程度だったのに比べ、酸素濃
度及び供給ガス量の低減化等の面で顕著な効果を上げて
いる。もちろん酸素濃ｇ　５　０　ｐｐｍ程度を目標と
するというのであれば、それに合わせてＮ，ガス流量も
減らすことができる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明によれば、少ないガス使用
量で炉中の酸素濃度を極めて低減化せしめることができ
，そのため炉内処理中の酸化Ｋよる影響を防止すること
ができるという優れた効果を有している。

もちろん本発明をリフロー炉に適用した場合は、材料の
酸化、半田ボールの飛散、フラッグスの焼付けを防ぎ，
それＫ伴なって洗浄工程も大幅Ｋ削減できる等の効果を
上げることができるが，それだけに限定されず、焼成炉
や乾燥炉等で酸化により生じていた各穫問題の解決に役
立つことは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願第２発明の構成を有するリフロー炉の実施
例概略図、第２図は本実施例ｋおける間欠送り装置の作
動状態を示す説明図、第３図（ａ）　（ｂ）は本実施例
ＫおけるワークＸの間欠送り状態とそれに伴なって制御
回路Ｋ制御されるシャッタ装置の開閉状態を示す説明図
，第４図は本リフロー炉の本加熱ゾーンＫおけるＮ１ガ
ス流量と酸素濃度の関係を示すグラフ図、第５図は従来
のりフロー炉構造を示す概略図である。 図中（１ａ）（１ｂ）（ｘｏｔ）（】ｏ２）は予備加熱
ゾーン，（２》（１０３）は本加熱ゾーン、（３Ｘ１０
４）は冷却ゾーン、（４）はガス噴出孔、（５ａＸ５ｂ
Ｘ５ｃＸ５ｄＸ５ｅ）はシャッタ装置、（６ａ）（６ｂ
Ｘ６ｃ）（６ｄ）（６ｅ）は間欠送り装置、（７）は制
御装置を各示す。 特許出願人　　有限会社アール・アイ電子工業同　　　
　　　　株式会社　大和製作所発　　明　　者　　　古
　　　谷　　　俊　　　男同 浜 野 正 好

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数ゾーンから成る雰囲気炉を非酸化 性又は還元性雰囲気ガスで満たして内圧 を高めると共に、各ゾーン間及び炉内外 を雰囲気的に遮断し、被処理体の各ゾー ンへの搬出入を間欠送りで行なつて、こ の搬出入の際にのみ該被処理体が移動す るゾーン間又は被処理体の搬入若しくは 搬出がなされる炉出入口における雰囲気 的遮断を解放することを特徴とする雰囲 気炉の酸素濃度低減化方法。 ２、複数のゾーンに区分けされた炉殼体と、各ゾーンに
   非酸化性又は還元性雰囲気ガ スを供給してこれらのゾーンの内圧を高 める雰囲気ガス供給装置と、各ゾーンの 出入口に設けられ各ゾーン間及び炉内外 を雰囲気的に遮断するシャッタ装置と、 被処理体を各ゾーンへ又は炉外部へ間欠 送りする間欠送り装置と、該間欠送り装 置による被処理体の移動に伴なつて該被 処理体が移動するゾーン間又は被処理体 の搬入若しくは搬出がなされる炉出入口 に位置するシャッタ装置を開放せしめる 制御装置とを有することを特徴とする酸 素濃度極低化雰囲気炉。 ３、前項記載の酸素濃度極低化雰囲気炉に おいて、間欠送り装置にウオーキングビ ームを用いることを特徴とする特許請求 の範囲第２項記載の酸素濃度極低化雰囲 気炉。