JPH038565A - リフロー装置 - 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 本発明は、プリント回路基板（以後基板と略す）等を加
熱するにあたり、特に基板上の温度分布のばらつきを少
なくして、電子部品をプリント基板へはんだ付けする為
のリフロー装置に関するものである。

従来の技術 近年、回路基板用加熱装置において、電子部品の小形化
、多品１化、高密度実装化に伴う、これら部品のはんだ
付過程での部品性能保持あるかははんだけ不良率低減の
為のはんだ封部の温度管理と、また、様４な材質・形状
の回路基板の出現に伴う、はんだ付過程での基板搬送方
法が大きな課題となっている。

従来リフロー族ｄとしては、加熱源に遠赤外、腺もしく
は、近赤外戚を用いる方式がとられているが、このよう
な方法による／Ｊｌ熱では、部品実装形態の高密度化と
、実装される部品の、道頑の多様化によって、基板内の
１褪分布に大きな温度差を生じてしまい、その結果、温
、屍があがりやすい部分は部品の、耐熱温度を超過する
直にまで昇温するが、温褪がめがりにく９部分は、はん
だの溶融温度に達しないということが生じてきた。また
、厚みの薄い基板に高密度に部品全実装する為、とう載
ｉ量が増し、更に基板を加熱する為の軟化によって。

滅送途上基板が滅送部よシ脱落するという間頂点が生じ
てきた。

以下、図面を参照しながら、従来のリフロー装置の一例
につ＾て説明する。第５図は従来のリフロー装置を示す
ものである。第５図ておいて。

６＆は予熱部第１ゾーンパネルヒータ、６ｂは予熱部用
２ゾーンパネルヒータ、６Ｃは！７７０−７７０一部パ
ネルヒータ６ｄは冷却ファン、ａＳは基板鐵送部、６ｆ
は落下基板搬出コンベアである。

６ｇは電子部品を実装した基板であり、６ｈは炉内４囲
気排気フアンである。第７図はリフロー装置を用いての
基板リフロー温度プロフテイｌしを示す。第８図は従来
の搬送方法を示すものである。

第８凶において、８ａはチェイン、８ｂは基板を保持す
るピン、８Ｇは基板である。

以上のように構成されたリフロー装置について以下その
動作について説明する。

まず、電子部品を実装された基Ｗｅｇは、第１図中入口
側より基板搬送部６ｅによって、リフロー装置内を搬送
される。予熱部第１ゾーンにおいて、パネルヒータ６ａ
−により、上下から加熱された基板は第７図に示すよう
に、１６０′Ｃ〜１５０″Ｃ近くまで昇温する。次に予
熱部用２ゾーンにおいては、パネルヒータ６ｂの安定加
熱により第７図に示すように、１６０〜１ｓｏ”ｃ一定
に保つことで、基板内温度分布の均−化及びはんだクリ
ームの乾燥、活性化を程する。このゾーンを過ぎ、す７
０−ゾーンにはいると、再び基板はパネルヒータ６Ｃに
より上下から加熱される。第７図に示すように、基板温
度は共晶はんだの融点１８３℃以上のしかも部品の耐熱
温度以下の温度的２３０　”Ｃ前後まで昇温する。そし
て十分クリームはんだが溶解した後、冷却ゾーンにおい
て、冷却ファン６ｄが基板を冷却し、はんだを凝固させ
、継手部を形成する。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記のような構成では、加熱源として遠赤
外線を、走用している為、基板内で部品が・高密度に実
装される部分と、疎に実装される部分が分かれるとこの
大きな熱容量の差が、そのまま基板内の温度差となり、
クリームはんだが溶解するに至らなくなる。また、部品
形状の多様化により、例えば、Ｊリードを有するプラス
チックパッケージ部品では、Ｊリード部分が遠赤外、腺
の隠になってしまい加熱されず、クリームはんだが溶解
しない場合も生じてきた。更に機構部品の出現により今
まで以上に基板内温度分布の均一化が必要とされてきた
。

また、炉内雰囲気中には、クリームはんだに含まれる有
機溶剤やフラックスの蒸発分が含まれる為、排気ファン
、排気途上管内等、冷却部にこれらフラックスが結晶に
なって蓄積するという問題が、弓こっている。

史に、搬送部では、ピン上に基板両端を乗せているだけ
である為、基板のたわみ等により搬送途上で装置内へ搬
送部より脱落してしまうという間ｄも起ζっでいる。

本発明は上記問題点に鑑み、高密度実装化や、部品形態
の多様比する部分実装基及においても、リフローはんだ
付可能な装置を提供するものである。

課項を解決するための手段 上記問題点を解決する為に１本発明のリフロー装置は、
加、熱源として、ノズルより吹き出す加熱した空気（以
下熱風とＡう）による熱伝達を利用し熱伝達後の空気を
排出する構成としたものである。

また、最適な構成として排気空気中の有機物を燃焼浄化
する触媒と、浄化した排気空気を再び加熱源としてノズ
ル吹き出し口へ送風するファンとこれら熱風の循環送風
圧力を検出するシステムと搬送時の基板が装置内で脱落
しないよう保持する挾持体をもった搬送部とを備えたも
のである。

作用 この技術的手段による作用は、次のようになる。

即ち、基板内で部品が高密度に実装される部分と疎に実
装される部分とで熱容量の差が犬きぐ生じてしまう場合
や、Ｊリード等遠赤外線がまわり込めない局部について
も、第１にノズルより吹き出す熱風から基板への熱伝達
を利用することにより、基板温度が熱風の温度以下の場
合には、基板に対して加熱作用、熱風の一度以上の場合
には基板に対して冷却作用として働く。第２に上からの
熱風吹き付けにより熱風の速度成分のうち基板面に垂直
なものが多くこれにより最も効率良い熱伝達が得られる
。第３に熱伝達後の冷やされた熱風は、基板をはねかえ
った後、即座に排気孔より排出される為、基板の加熱に
は常に一定温度の熱風による熱供給が保証される。これ
により第４に吹きつける熱風の風速を管理することで最
高の熱伝達率を保った状態で最適な加熱時間を調整する
ことができる。さらに第５番目には、ノズル吹き出しの
ピッチを細かくすることで、基板内の温度ばらつきを減
少させることができる。第５番目には熱風を用いる為、
遠赤外線のまわり込めなかった部品密集部分やＪ　リー
ド部分へも熱を供給加熱することが可能となる。

次に、リフロー工程で蒸発した有機成分やフラックス等
を含む排気空気は、触媒により２００’Ｃ前後で燃焼浄
化させる。この浄化した空気を再び設定温度に調節後、
加熱源の熱風として送り出す循環方式会とることで、第
１にフラックス等の詰まり、たい遺が無くなる。第２に
熱の効率が良くなる。

また、搬送部については、装置の入口、出口付近の温度
で挾持を開放、装置内温度で挾持が基板端を挾み込む形
状記憶合金よりなる挟持体をチェイン部に取り付けるこ
とで第１に搬送途上での基板の脱落が無い、第２に基板
のリフロー工程におけるそりが少なくなると旨う作用が
ある。

実施例 以下、本発明の一実施例のリフロー装置にっ＾て図面を
参照しながら説明する。

第１図は本発明の第１の実施列におけるリフロー装置の
構造を示すものである。第２図はす７　Ｏ−装置を構成
する加熱ゾーンの一部分を取り出したもので、熱風の吹
き出しと、排気を示すものである。第３図はノズルから
の熱風の吹き出しと、孔への、、ｌｌｉ気の様子を示し
たものである。第１図において、１ａは熱風送風南、１
ｂは熱風吹き出しノズ／Ｌ’、１０は表面にセラミック
コーティングした鋼板、１ｄはセラミックコーティング
したｍ＆に設けた排気孔、１θは排気空気回収箱、１ｆ
は断熱材、１ｇは電子部品実装基板、１ｈが基板搬送部
である。

第２図にお＾て、２ａはシロッコファン、２ｂはヒータ
、２ｃはハニカム溝造セラミック触媒担持体、２ｄは送
風圧力により膨張・収縮する弾性体カバー、２ｏは熱風
吹き出しノズル、２ｆは排気空気吸入孔、２ｇはモータ
、２ｈはベルト、２１は断熱材である。

第３図において、３＆は熱風吹き出しノズル、３ｂは排
気空気吸入孔である◎ 以上のように構成されたリフロー装置について以下第１
図、第２図及び第３図を用いてその動作を説明する。電
子部品を実装された基板１ｇは入口側より基板搬送部１
ｈによってす７０−装置内を搬送される。まず予熱部第
１ゾーンにおいて室温状態にあった基板が、熱風送風市
１＆からノズ／Ｌ／１ｂを通って吹き出す１ｅｏ’ｃの
熱風によって加熱される。上下面に同様の加熱機を設け
であるので、基板は丘下両面より熱風加熱される。プリ
ント基板内には熱容量の様々な部品が実装されているの
でプリント基板内の各部分で昇温スピードは異なってく
る。したがって、予熱部第２ゾーンにては予熱部第１ゾ
ーンと同様１６０℃の熱風を吹き付けることにより、第
１に基板内の温度分布を均一な１ｅｏ’ｃＫする。１６
０℃の熱風は、この温度以下の物体については加熱作用
として、この温度以上の物体については冷却作用として
働く。

第２にクリームはんだの十分な乾燥と活性化を引き起こ
させる。

そして、す７０−ゾーンにおいて再び２２０’Ｃの熱風
により基板を加熱し、基板温度を共晶クリームはんだ融
点１８３’Ｃ以上かつ部品附熱温度約２６０″Ｃ以下の
温度、つまり熱風温度２２０　”Ｃを上限として昇温さ
せる。クリームはんだを十分溶解させた後、最後に冷却
ゾーンにおいて、室温空気の吹きつけによりはんだを凝
固させ、はんだ継手を形成する。

ここで、予熱部・リフロ一部における熱風の吹きつけは
、披加熱物に対して垂直方向をとるので最も高＾熱伝達
率を得ることができる。また冷却部における室温空気の
吹き付けも同様に被冷却物に対して垂直方向にとるので
、また最も高い熱伝達率をもって冷却することができる
。各ゾーンでの熱伝達率を更に高くする為、吹きつけ後
、はねかえってきた熱風又は冷却空気は、即座に排気孔
より排出される。したがって、ノズルより吹キ出す一定
温度空気が、熱伝達後の＠変が下がった空気をまき込む
ことによって温度低下を引き起こすことがない。これに
より基板が連続して搬送されてきても、断続的に搬送さ
れてきても、その加熱状態は一定のもとでリフローする
ことができる。

更に谷ゾーンの上下面（Ｃは、セラミックコーティング
された鋼板１Ｃを設置しであるので、各ゾーンでの熱風
＠変に対応した遠赤外１線の輻射によっても基板を加熱
する加熱源として利用することができる。

ここまでは、各ゾーンにおいて、上下面より同じ温度の
熱風を吹きつけたが、たとえば次のようなｍ度設定もｏ
Ｊ能である。予熱部第１ゾーン上面は１ｅｏ’Ｃの熱風
、下面は室温の空気を吹きつける。予熱部第２ゾーンも
同１！２Ｋ　ｔ、、リフローゾーン上面は２２０℃の熱
風、下面は室温の空気を吹きつける。冷却ゾーンでは上
下面とも室温の空気を吹きつける。こうすれば基板の上
面は、クリームはんだを溶融し、継手部を形成する通常
のリフローが、下面は謝熱温度の低い例えば電解コンテ
ンサ、ダイオード等のリード付部品が実装されているプ
リント回路基板の作成が可能となる。

第２図は熱風の吹き出しと排気及びこれらの循環システ
ムを示す。シロッコファン２ａより送られる空気はヒー
タ２ｂにより設定＠変にまで加熱される。この加熱され
た空気は、テーバ状に先細りした箱内へ送り込まれる。

先に行くほど狭ばまっているのは穴より吹き出す空気の
圧力を入口と奥とで一定にする為の考慮である。更にこ
の空気吹き出し量を一定にする為、送風圧力に応じて犀
性木カバー２４が膨張・収縮する。第３図に示す如くノ
ズルを通って熱風が１欠き出される。炉内で基板又は逆
面のノズルより吹き出した熱風と衝突した後はねかえっ
てきた熱風はノズル周辺に設けた排気孔より排気する。

排気箱内へ収納した排気空気は、基板やクリームはんだ
に含まれる有機物等の蒸発物を含んでいる為、第２図２
０に示すハニカム構造の触媒を担体でこの有機物を燃焼
することで排気空気を浄化する。

なお、触媒としては白金パラジウムを用いる。この浄化
した空気を再び７０ツコフテンにて循環し。

ヒータにて設定温度へ加熱すれば、熱効率の向上につな
がる。ここでは、触媒担体にて浄化した排気空気をその
まま再び循環し加熱送風したが、熱交換器を用いて、浄
化後の排気空気は装置外へ排出するが、その途中、熱交
換器にて室温空気を加熱し、この加熱した空気をヒータ
にて設定温度まで再加熱し熱風として吹きつける構造を
とれば、排気空気の浄化と熱効率の向上という二つの作
用が得られる。

以上のように本実施列によれば、一定温度の熱風による
加熱・冷却作用により、基板内温度ばらつきを小さく抑
えることができる。更に基板内で電子部品が高密度に実
装される部分と、疎に実装される部分とで熱容量の差が
大きくなる場合や。

Ｊ　ＩＪ−ド部等の遠赤外線がまわりこめな込局所につ
いても同様の作用と熱風のまわりこみによる熱の供給に
よって温度ばらつきを小さく抑えることができる。熱風
の吹き付けは垂直方向であり、また熱伝達後の空気は即
座に排出される為、高い熱伝達率を得ることができるの
と、また排気空気は触媒にて浄化している為、環境への
悪影４が無い。

更に排気熱を再利用するということで装置全体の熱効率
は従来に比べ格段に向上する。

次に本発明の第２の実施列につ＾て説明する。

第４因は本発明の第２の実施列【おける基板搬送方法を
示すものである。第４図において、４＆はチェイン、４
ｂ″はチェイン４＆より突出したピン、４Ｃは形状記憶
合金よりなるブラケット、４ｄは搬送時の基板を示す。

以下、その動作を説明する。

電子部品を実装された基板４ｄは、装置入口側よりチェ
イン４＆のピン４ｂ上に両瑞部をのせた形で搬送される
。基板４ｄが室厘温度状態の時は。

プラタン）４０は図中２点破線の形状をとるが、装置内
へ搬入されるに従って加熱されると、例えば１００”Ｃ
を超えるとプラタン）４０の形状が変形し、ピン４ｂと
プラタン）４０との間に基板４ｄをはさみ込む形をとる
。基板４ｄはリフロー部にて最も高い温度まで加熱され
る。このとき、例えばガラスエボキン樹脂基板であれば
、ガラスエポキシ圏指のガラス転位温度を超えている為
軟化し、搬送部より脱落する可能性がちる。この脱落を
防ぐ為にプラタン）４０はピン４ｄとの間に基板４ｄを
保持する作用を呈する。リフローゾーンを過ぎ冷却ゾー
ンにて基板＠度が低くなれば。

例えば１００℃以下になれば再びプラタン）４０がはさ
み込みを開放し、基板４ｄは装置外へと搬出される。

以上のように、本実Ｍ列によれば、加熱途上における基
板の搬送部からの脱落を完全に防ぐことができ、生産性
の向上と装置の安全性を保証するものとなる。

史に本発明の第３の実施列について説明する。

第５図は本発明の第３の実施例における落下検出を示す
ものである。第５図において、６ａはリフロー装置炉体
部、６ｂは基板、５Ｃは熱風吹き出しノズル、６ｄは排
気孔、５ｅは送風ファン。

６ｆは圧力計である。

基板搬送部より基板又は部品が落下することによりノズ
ル又は排気孔の穴をふさぐ。これにより送風時の圧力が
変化する。したがって圧力計６ｒの変動により、装置内
での落下を検出するものである。これてより、すみやか
に搬送部よシの基板又は部品の落下を検出することがで
きる。

発明の効果 以上のように本発明は、ノズ〃より吹き出す熱風の熱伝
達による加熱と、吹き出した加熱空気を排出機構にて排
出することにより、高密度実装化や、部品形態の多曙ヒ
する実装基板においてもリフローはんだ付が可能となっ
た。熱風の吹き付けは被加熱物に対して垂直な方向をと
ること、また。

熱云達後の熱風は熱風吹き出し部の周辺よりすみやかに
排出されるので、高い熱伝達率を得られる。

また有機溶剤等を含む排気空気は触媒【より燃焼浄化す
ると共に、これによって生じる熱を再び利用、再循環す
ることで、装置全体の熱効率は格段に向上する。消費電
力もいったん装置の加熱が十分なされれば加熱に対して
はほとんど必要なくなる。こうして基板が逐次連続して
装置内へ搬入されてきても、基板のはんだ付においては
常に同一の温度プロファイルが安定して得られることに
なる。作業環境も清浄なものに保つ。

また搬送部においては、形状記憶合金よりなるプラケッ
トによって基板をはさみ込み保持するので、搬送部の振
動、基板のたわみによる脱落はない。万一、基板の割れ
による脱落、又は実装部品の脱落が生じても装置内の空
気遁環圧力を常時検出してｈるので、これら脱落物のノ
ズル吹き出し口又は排気口をふさいだことによる圧力上
昇を検出することができる。これによりすみやかに基板
不良又は脱落を知ることができる。レーザー等のしり光
による落下検出はレーザー光を槓切るという範囲が決め
られるが、このように圧力を検出する方法では基板搬送
面全面にわたる検出が可能となる。

以上の機能をもつ装置により、高品質なリフローはんだ
付と高い生産性の躍保を実現することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例におけるリフロー装置の
構造図、第２図はリフロー装置を構成する加熱ゾーンの
一部分を取り出した切欠斜視図、第３図・はノズルから
の熱風の吹き出しと孔への排気の様子を示した図、第４
図は本発明の第２の実施例における基板搬送方法を示す
図、第５図は本発明の第３の実施列における落下検出方
法を示す図、第５図は従来のリフロー装置の構造図、第
７図は共晶はんだクリームを用いたときのリフロー温度
プロファイル図、第８図は従来のリフロー装置の基板搬
送方法を示した図である。 １λ・・・・・・熱風送風哨、１ｂ・・・・・・熱風吹
き出しノズル、１Ｃ・・・・・・セラミックコーティン
グ鋼板、１ｄ・・・・・・排気孔、１ｇ・・・・・・電
子部品実装基板、１ｈ・・・・・・基板搬送部。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子部品が装着されたプリント回路基板等の被加
   熱物を搬送する搬送部と、被加熱物を加熱する加熱部と
   を具備したリフロー装置において、加熱部として空気を
   加熱するヒーター機構と、加熱した空気を吹き出すノズ
   ルと、ノズルより吹き出した加熱空気を排出する機構と
   を具備したことを特徴とするリフロー装置。
2. （２）熱風を吹き出すノズルのまわりに吹き出した後の
   熱風を排出する孔が設けられていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のリフロー装置。
3. （３）熱風を排出する孔を設けた面に遠赤外線を輻射す
   るセラミック材又はセラミックコーティングした鋼板を
   用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のリ
   フロー装置。
4. （４）被加熱物を搬送する搬送面をはさんで上下に熱風
   を吹き出すノズルを、略同一鉛直軸内に設けたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のリフロー装置。
5. （５）箱状をした空気経路と、空気経路に平行な平面に
   設けたノズルへの空気流出孔と、この流出孔を設けた面
   と空気経路としての空間をつくり出す対面が、空気流入
   口から経路を進むに従って流出孔を設けた面との距離が
   狭くなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   リフロー装置。
6. （６）流出孔を設けた面と空気経路としての空間をつく
   り出す対面が、弾性体でつくられており、流入空気の圧
   力に応じてこの弾性体が膨張・収縮することで流出孔よ
   り出る空気の圧力が、孔の位置にかかわらず一定になる
   構成としたことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載
   のリフロー装置。
7. （７）排気エアー中に含まれる有機物を触媒を介して酸
   化し浄化する機構を有することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載のリフロー装置。
8. （８）触媒を介して酸化し浄化した排気エアーと、この
   排気エアーの温度を調節するヒーターと、温度調節され
   た排気エアーを再び加熱手段としてノズルから吹き付け
   る送風機とを具備したことを特徴とする特許請求の範囲
   第７項記載のリフロー装置。
9. （９）触媒として白金パラジウムを用いることを特徴と
   する特許請求の範囲第７項記載のリフロー装置。
10. （１０）浄化した後の排気エアーに装置外室温空気を混
    合する機構と、この混合後のエアーを温度調節するヒー
    ターと、温度調節されたエアーを再び被加熱物を加熱す
    る加熱手段としてノズルから吹き付ける送風機とを具備
    したことを特徴とする特許請求の範囲第７項記載のリフ
    ロー装置。
11. （１１）電子部品が装着されたプリント回路基板等の被
    加熱物を搬送する搬送部と、被加熱物を加熱する加熱部
    とを具備したリフロー装置において前記加熱部を熱風吹
    き出し口から吹き出す空気の熱伝達によって加熱する構
    成とし、送風機と空気の吹き出口との間の流路途上に少
    なくとも一つ以上の送風圧力を計測する計測器と、この
    計測値を管理するシステムとを具備したことを特徴とす
    るリフロー装置。
12. （１２）被加熱物の搬送部からの落下による熱風吹き出
    し部圧力または流量の変化を検出するシステムと、その
    変化の度合いにより被加熱物の落下を知らせるシステム
    とを具備した特許請求の範囲第１１項記載のリフロー装
    置。
13. （１３）電子部品が装着されたプリント回路基板等の被
    加熱物を搬送する搬送部と、被加熱物を加熱する加熱部
    とを具備したリフロー装置において、加熱部として空気
    を加熱するヒーター機構と、加熱した空気を吹き出すノ
    ズルと、ノズルより吹き出した加熱空気を排出する機構
    とを具備し、搬送部としてチェインベルトと、チェイン
    より突出したピンと、搬送時にプリント回路基板をこの
    ピンとはさみ込むように形状を記憶させたブラケットと
    を有することを特徴とするリフロー装置。
14. （１４）ブラケットとして加熱することにより基板をは
    さみ込む形状と、冷却することにより基板のはさみ込み
    を解放する形状とに変位する形状記憶合金にて構成した
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１３項記載のリフロ
    ー装置。