JPH0237264B2

JPH0237264B2 - Funikiro

Info

Publication number: JPH0237264B2
Application number: JP9482982A
Authority: JP
Inventors: Osamu Harada; Shinichi Wai; Masakatsu Ishida
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-06-04
Filing date: 1982-06-04
Publication date: 1990-08-23
Anticipated expiration: 2002-06-04
Also published as: JPS58212861A

Description

【発明の詳細な説明】発明の対象本発明は、電気部品の印刷回路基板への接合、
および印刷回路基板上の回路の接合等に用いる雰
囲気炉に係り、特に安定した接合条件の保持と保
守性に好適な雰囲気炉に関する。

従来技術電子計算機、通信機器等に用いられる印刷回路
基板は通常、絶縁体の基板面上に銅箔等で構成さ
れた回路網が設けられ、基板にうがつた電気部品
の端子挿入孔より部品を挿入し、該部品の反対側
の面より半田ゴテ又はウエーブ式の溶融半田を供
給する事により半田付がなされていた。ところ
が、印刷回路基板上の回路網の高密度化や電気部
品の端子数の増加に伴い、近年印刷回路基板にペ
ースト状の半田を供給したり、リング状の半田お
よびフラツクスを部品端子に供給した後、該部品
端子を印刷回路基板の回路網に接触させ、しかる
後に印刷回路基板を半田溶融温度まで加熱する事
により半田を再溶融し、半田付接続をする方法が
提案されている。

この場合、半田の溶融を行なう加熱炉は、トン
ネル状の長い炉芯管と、その中に被加熱物を搬送
するベルト状のコンベアを有する連続雰囲気型の
電気炉（以下雰囲気炉と呼ぶ）が、作業性が良い
事から使われる事が多い。

第１図に従来提案されている雰囲気炉を示す。
図中、１は半田付けされる印刷回路基板および電
子部品、半田より成る被加熱物、２は雰囲気炉の
炉芯管、３は前記炉芯管を加熱するヒーター、４
は前記被加熱物１を一定速度で搬送するベルト式
のコンベア（通常ステンレス製のメツシユにより
構成される）、５は窒素ガス又は水素ガスを吹き
出すノズル、６は前記ガスの排気口である。

第１図に示す雰囲気炉は、ノズル５より吹きき
出された窒素ガス又は水素ガスが、炉芯管２中を
排気口６に向つて流れ、その間に炉芯管２の管壁
を通し、ヒーター３により250℃〜300℃にまで加
熱される。前記被加熱物１は、コンベア４により
一定速度で炉芯管５内を搬送され、前記窒素ガス
又は水素ガスからの伝導熱と、前記炉芯管からの
輻射熱により加熱され、半田付される。

本雰囲気炉によつて加熱される被加熱物１は、
その詳細を第３図に示す如く、ガラスエポキシを
基材とした印刷回路基板１１と、この基板１１に
搭載されたヒートシンクを有する熱容量が比較的
大きい電子部品１２と、コンデンサ等の熱容量が
比較的小さい電子部品１３と、中空の集積回路で
ある電子部品１４とから構成されている。

この被加熱物１を第１図に示す雰囲気炉中に搬
送した場合、印刷回路基板１１の各半田接続部の
温度は第４図に示す如き変化を行なう。即ち、熱
容量の大きい電気部品１２は第４図の曲線１７に
示す如く加熱に時間がかかり、熱容量の少ない電
子部品１３は曲線１５に示す如く比較的早く高温
に達し、部品１４は曲線１６に示す如く前記部品
１２及び１３との中間の温度特性となる。そして
各部品１２乃至１４は、ゾーンＢにおいてほぼ半
田付に良好な温度範囲（T₁とT₂との間）に保た
れることにより、半田付が成される。

尚、前記半田付に良好な温度付範囲は、印刷回
路基板の耐熱性と半田付性の双方を考慮した210
℃から200℃の間の温度が適当である。

さて、前記被加熱物１の加熱は、第１図に示す
炉芯管２の周囲に配置されたヒータ３による熱
が、炉芯管２の上下壁から輻射され内部のガスを
介して行なわれるが、この上下方向からの加熱は
均等に行なわれる必要がある。

しかしながら、この時被加熱物１に含まれ、電
子部品の端子および印刷回路基板上の回路網を覆
う酸化物を還元するためのフラツクスが蒸発し、
炉芯管２内にフラツクス汚れ７として付着する。
このフラツクス汚れ７は、炉芯管２の温度が300
℃〜400℃と高温に熱せられているため、しだい
に炭化して前記炉芯管２内に固着する。同時にタ
ール状となりコンベア４および被加熱物１の上に
垂れ下り、被加熱物を汚染する。又、これらの汚
れ７は、前記窒素ガス又は水素ガスの流れを不均
一にすると共に炉芯管２の壁からの輻射熱に不均
一性をもたらす結果となる。

即ち、フラツクス汚れ７が付着する事により炉
芯管２の上部からの輻射熱およびガスの温度上昇
が妨げられ、その結果電気部品１２の放熱フイン
の温度が低下し、印刷回路板１１の低面を通し炉
芯管下部から半田接合部に与えられた熱を上部に
放散する結果となる。中型の電子部品１４および
小型電気部品１３においては熱容量が小さい事か
ら半田接合部の温度を低下させる事は無い。その
結果被加熱物１を炉芯管２内を通過させた時の各
電子部品半田接合部の温度変化は、第５図の様に
なる。即ち、小型電気部品１３および中型電気部
品１４の半田接続部の温度はそれぞれ曲線１５′
及び１６′の如く半田付に良好な温度付範囲に達
するが、大型電気部品１２の温度は曲線１７′に
示す如くゾーンＢにおいても半田付に良好な温度
範囲に達することができない。

従つて、従来の雰囲気炉は前述の汚れ７により
印刷回路基板の半田付性を良好に保つことが因難
であると言う問題点を有する。

尚、従来この様な雰囲気炉によつて半田接合す
るのは、印刷回路基板としてセラミツク等高耐熱
性の基板であり、電子部品としては、集積回路の
チツプ等高耐熱性であると共に部品のサイズが小
さく、かつ大きさの均一のものが主なものであつ
た。この場合は被加熱物が小さいため、炉芯管２
は幅150mm高さ50mm長さ２ｍ程度で十分であり炉
芯管内の温度分布は比較的容易に一様にする事が
可能であつた。この場合は耐熱性の良い被加熱物
であるため必ずしも微妙な温度コントロールは必
要とせず、被加熱物全体を半田溶融温度よりもか
なり高めに加熱する事により良好な半田接合が得
られ、炉芯管内を流れるガスの不均一性は、さほ
ど問題とはならなかつた。

ところが、前述した通り印刷回路基板にガラス
エポキシ等の樹脂基板を使用した回路網の場合に
おいても実装密度の向上に伴い前記雰囲気炉を用
いる必要が生じてきた。この場合は、まず基板の
サイズが前述のセラミツク基板と異なり、例えば
500mm×300mmと大きいため、前記炉芯管２は幅
350mm、高さ150mm、長さ５ｍに達するものが必要
となる。さらに被加熱物１（基板）は一辺の長さ
が40mmと大きく、通常放熱用のアルミ製のフイン
を有する高密度集積回路をはじめ、種々の熱容量
を持つた電子部品が搭載される。この場合印刷回
路基板上の温度分布を均一にし、良好な半田付接
続を実現するためには、炉芯管２内を流れるガス
の温度分布および流量を均一化する事が不可欠で
ある。さらに使用する印刷回路基板１の基材がエ
ポキシ樹脂等の場合、基材温度が230℃に達する
と、基板内部にエポキシの分解ガスを発生した
り、基板内の基材と銅箔との間で剥離を生ずる等
の問題が発生する。そのため、印刷回路板１上の
温度を200℃〜210℃の範囲で２分間程度保持する
ことが必要である。この様な微妙な温度コントロ
ールを行なうためには、ガスの温度分布と流れを
均一にする事と炉芯管２からの輻射熱の均一化が
より一層要求される。そのためには、炉芯管２内
のフラツクス汚れ７を除去する事はより一層重要
である。

従来の雰囲気炉においては、炉芯管が一体構造
となつており、フラツクス汚れ７の除去は、炉芯
管２の両端から清掃具を挿入して行なう必要があ
つた。この作業では、特に本発明で述べる長さ５
ｍ余の大型炉芯管について十分は清掃効果を期待
できるものではなかつた。

他方、印刷回路基板に搭載される電気部品は、
前述の様なさまざまな熱容量を持つている。最も
熱容量の大きな高密度集積回路部品とその他の小
型電子部品との熱容量比率は、50：１にも達す
る。そのため半田溶融温度を印刷回路基板上で均
一ならしめるには、部品による温度分布を均一に
する必要がある。これは特に被加熱物を半田付温
度に高める段階で重要である。ところが、従来の
炉芯管の一体構造では印刷回路基板の実装が異な
り基板上の熱容量分布が変わる毎に炉芯管全体の
取り換えが必要であり、印刷回路板の実装変化に
対応した良好な半田付を保障できるものではなか
つた。

発明の目的本発明の目的は、かかる問題を解決し、印刷回
路基板上の電子部品の熱容量に対応した均一な温
度分布を得ると共に、炉芯管内部の清掃を容易に
かつ良好に行ない炉芯管内部の温度分布を均一に
することができる雰囲気炉を提供する事である。

発明の総括的説明本発明は、炉芯管を有する連続雰囲気式の電気
炉において、炉芯管の上側約半周面を囲う第１の
炉体と、該第１の炉体に囲われていない炉芯管の
下側約半周面を囲う第２の炉体とを備え、第１の
炉体がその一端を軸にして開閉自在とし、炉芯管
が上方向へ搬送されるべく構成した雰囲気炉を特
徴とする。

ここで炉芯管は、複数個に分割されており、そ
の各々は内部に流通させるガスのリークを防止す
るために互いにパツキングを介して連結されてい
る。この炉芯管は１つずつ分離されて炉外に搬送
された後、清掃される。

発明の実施例以下本発明の一実施例による雰囲気炉を図面を
用いて詳細に説明する。

第２図は本実施例による雰囲気炉の断面を示す
図である。

本雰囲気炉は、電子部品を搭載した印刷回路基
板を含む被加熱物１を搬送するベルト状のコンベ
ア４と、該コンベア４に搭載された状態で内部を
通過される被加熱物１をヒータ３により加熱する
複数の炉芯管２と、該各炉芯管２はゾーンＡ乃至
Ｃを構成しており各炉芯管２はフランジ９及びシ
ールパツキング８により接続されている。前記ゾ
ーンＣの炉芯管２内に窒素ガス又は、水素ガスを
吹き込む取入口５と、該取入口５から流入された
ガスを炉芯管２内に平均的にシヤワー状に吹き出
すガイド部１０と、ゾーンＣ乃至Ａを通過した前
記ガスを排気する排気口６と、炉芯管２内に付着
するフラツクス汚れ７の下部溜り分を取り出し可
能な抜取り部１００と、前記炉芯管２取り出し可
能なように開閉できる上部及び下部炉体２０及び
３０とから構成されている。

前記各ゾーンを構成する炉芯管２は、第６図に
その外観を示す如く、概略円筒形状の本体部６１
と該本体部６１の上方部に複数設けられた金具１
８と、本体部６１の両端部においてパツキング８
を介して他のゾーンと結合するためのフランジ部
９とを備える。前記金具１８は、後述する釣り上
げ機構によつてゾーンを釣り上げ可能な強度を備
え、また前記シールパツキング８は高温に耐え、
かつ密着性の良いニツケルあるいはセラミツクか
ら構成されている。そして特にゾーンＢにおける
炉芯管２は、ガスの流れ方向を任意に変えること
ができるガイド１９を複数有している。このガイ
ド１９は、その詳細を第６図Ｅ−Ｅ断面を示す第
７図の如く、炉芯管２の横方向に複数並設され、
ガスを任意の横方向に集中的に吹き付ける様に構
成されている。第７図においてガイド１９は、ガ
スを比較的熱量の大きい大型電子部品１２に集中
的に吹き付け、大型電子部品１２を他の電子部品
１３及び１４に比べ集中的に加熱する様に配置さ
れている。尚、このガイド１９は任意に向きを変
えることが出来、被加熱物１の部品の配置に応じ
て向きを変えることにより多品種の実装状態に応
じて最適な半田付条件を設定することができる。

また、炉芯管２内を流通させるガスは本実施例
の場合常温のガスを使用しているが、予じめ加熱
されたガスを炉芯管２内に流入することにより加
熱効率を上げることもできる。この場合、可燃性
ガスを使いその排ガスの燃焼ガスにより流入ガス
を加熱すれば、より一層効率の良い加熱を行なう
ことが可能である。更に被加熱物１を搬送するコ
ンベア４は、メツシユ状に形成され任意の部分で
接断接合が容易に構成されている。

上記のように構成された雰囲気炉は、以下の動
作により被加熱物上の半田付けを行なう。

まず、第２図に示す雰囲気炉は、上部炉体２０
及び下部炉体３０が閉められた状態でヒータ３に
より炉芯管２の予備加熱が行なわれ、炉芯管２が
所定温度に達すると取入口５からガスが流入され
る。次いで、コンベア４が図面左方から右方へ移
送されることにより、コンベア４上の被加熱物１
がガスの流れ方向に逆つて炉芯管２内のゾーンＡ
乃至ゾーンＣを搬送される。このゾーンＡ内を被
加熱物１が通過することにより被加熱物１上の各
電子部品は、その温度特性を第８図に示す如く、
ゾーンＡの炉芯管内においては熱容量の比較的少
ない小型電子部品１３（図中その温度特性を曲線
１５″で示す）、中型電子部品１４（曲線１６″で
示す）、大型電子部品（曲線１７″）の順に温度が
上昇する。次いで被加熱物１がコンベア４により
ゾーンＢ内に搬送された場合、第７図で示したガ
イド１９により加熱されたガスが比較的熱容量の
大きい大型電子部品１２に集中的に吹き付けられ
るため、曲線１７″で示す大型電子部品１２もゾ
ーンＢの後半において半田付に良好な温度範囲
（温度T₁乃至T₂）に加熱され、各電子部品１２乃
至１４は良好な半田付温度に達し、基板上の半田
が溶解する。更にゾーンＣ内に搬送されると被加
熱物１は、徐々に冷却され半田が固化することに
より半田付けが完了する。

尚、本実施例においては前記半田付後、被加熱
物の強制冷却は行なわないが、この後に水冷ある
いは空冷による冷却を行なつても良い。

この様に本実施例による雰囲気炉は、主な加熱
を行なうゾーンＢの炉芯管の内部壁面上部に加熱
ガスを導くガイドを設け、この加熱ガスを比較的
大容量の電子部品に集中的に吹き付けるため、各
部品の温度を最適な温度範囲に設定することがで
きる。

しかし前記雰囲気炉で長時間行なつた場合、炉
芯管２内部にはフラツクス汚れ７が発生する。本
実施例における雰囲気炉は、上部炉体２０を開け
て内部の炉芯管２を取り出して清浄が行なえる様
に構成されている。この炉芯管の取り出しを以下
第９図を用いて説明する。

第９図ａ乃至ｃは、雰囲気炉から炉芯管を取り
出す工程を説明するための図であり、第２図雰囲
気炉の図面右方向側面を示すものである。

図中、９１は上部及び下部炉体２０及び３０を
含む雰囲気炉を搭載する台、９７は上部炉体２０
の一端と台９１下端との間にジヨイント９３及び
９５を介して設けられたエアシリンダ、９２は上
部及び下部炉体２０及び３０の他端を回転可能に
結合するジヨイント、９７は炉芯管２を釣り上げ
て外部へ移送する釣り上げ機構である。

さて、通常の場合本雰囲気炉は、第９図ａに示
す如くエアシリンダ９４が収縮してジヨイント９
３を介して係合されている上部炉体２０を下方へ
引き寄せているため、上部炉体２０が下部炉体３
０と密着し内部に炉芯管２を収納している。炉芯
管２を雰囲気炉から取り出す場合まず、第９図ｂ
に示す如くエアシリンダ９４を駆動してそのシヤ
フト９６が延び、シヤフト９６の先端にジヨイン
ト９３を介して係合された上部炉体２０がジヨイ
ント９２を回転中心として持ち上げ炉芯管２を露
出させる。次いで取り出しの際は、第９図ｃに示
す如く外部より釣り上げ機構９７の金具９５と炉
芯管２の金具１８とを結合した後、前記釣り上げ
機構９７が炉芯管２を上方へ釣り上げ後図面右方
へ移動させる。この様に本実施例における雰囲気
炉は、構造を上部炉体２０と下部炉体３０と炉芯
管２とに分割可能な構成したことにより、炉芯管
２を容易に取り出して清浄することが可能であ
る。

尚、前記実施例においては炉体を上下に開閉自
在な例を示したが、炉体を左右に開閉自在に構成
することによつても本発明を実施することができ
る。

発明の効果以上述べた如く本発明によれば、雰囲気炉を上
部及び下部炉体と炉芯管とに分割可能に構成した
ため、炉芯管を容易に取り出して炉芯管を清浄す
ることができる。この清浄により被加熱物の均一
な加熱を行なうことができる。更に、本発明によ
れば、炉芯管内部にガスの流れ方向を制御するガ
イドを設けたことにより、異なる熱容量を持つた
電子部品を均一に加熱して均一な半田付けを行な
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術による雰囲気炉を示す図であ
り、第２図は本発明による雰囲気炉の一実施例を
示す図である。第３図は被加熱物である基板及び
電子部品を示す図であり、第４図は被加熱物の理
想的な加熱温度特性を示す図であり、第５図は雰
囲気炉内が汚れた場合の被加熱物の加熱温度特性
を示す図である。第６図は本発明による雰囲気炉
の炉芯管の一実施例を示す図、第７図は第６図の
Ｅ−Ｅ断面を示す図、第８図は本発明による雰囲
気炉で加熱した被加熱部品の温度特性図、第９図
ａ乃至ｃは本発明による雰囲気炉の炉芯管を取り
出す工程を説明するための図である。１……被加熱物、２……炉芯管、３……ヒー
タ、４……コンベア、７……フラツクス汚れ、１
２乃至１４……電子部品、１８……炉芯室釣り金
具、１９……ガス流制御ガイド、２０……上部炉
体、９１……台、３０……下部炉体、９２及び９
３……ジヨイント、９４……エアシリンダ、９６
……シヤフト、９７……釣上げ機構。

Claims

【特許請求の範囲】

１電子部品を搭載した基板を内部のガス雰囲気
中で加熱することにより、前記電子部品と基板と
の半田付けを行う雰囲気炉であつて、前記基板が
内部を移送され互いにパツキングを介して連結さ
れた複数個の炉芯管と、該炉芯管の上側約半周面
を囲う第１の炉体と、該第１の炉体に囲われてい
ない炉芯管の下側約半周面を囲う第２の炉体とを
備え、前記第１の炉体がその一端を軸にして開閉
自在とし、前記炉芯管が１つずつ分離されて上方
向へ搬送されるべく構成したことを特徴とする雰
囲気炉。