JPH05208261A - 連続熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】装置本体(1) 内に予熱領域(32)、リフロー領域
(33)、冷却領域(34)が配され、予熱領域には予熱用面状
ヒータ（３Ａ）、（３Ｂ）、（３Ｃ）が設けられ、リフ
ロー領域に最も近い面状ヒータ（３Ｃ）に冷却プレート
(5) が併設され、リフロー領域にはリフロー用ヒータ(1
0)とヒータ(10)からの熱エネルギーを予熱領域、冷却領
域に対して遮蔽するヒータ収容チャンバ(7) 、熱遮蔽板
（８Ａ）、（８Ｂ）が設けられ、冷却領域には水冷ジャ
ケット(19)が設けられ、装置本体内で素子を取付けたプ
リント基板（Ｗ）を搬送するメッシュベルト(27)が設け
られ、連続半田リフロー装置が構成される。 【効果】冷却プレート(5) とチャンバ(7) 、熱遮蔽板
（８Ａ）、（８Ｂ）とによって予熱領域の加熱が防止さ
れると共に、リフロー温度の加熱時間が長過ぎぬように
なる。その結果、装置本体(1) を長くしかつ搬送速度を
速めなくとも設定通りの熱処理が遂行され、装置を小型
にでき、生産性も向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、連続熱処理装置に関
し、例えば、半田付けを連続的に行うのに好適な連続熱
処理装置に関する。

【０００２】

【従来技術】電子部品のプリント基板の配線方法とし
て、かつては、熔融半田の上に素子を配線セットしたプ
リント基板を接触させて半田付けする方法が採られてい
たが、それの後処理に多くの手間を要し、その反面トラ
ブルの多さから今では半田付けの方法も変わっている。

【０００３】今日、プリント基板への配線は、大量生産
の可能な連続熱処理炉による熱処理の方法が採られてい
る。即ち、プリント基板配線の素子接続部に予めペース
ト状の半田を付けておいて、ここに素子のリード線をセ
ット（配線に設けられた貫通孔に素子のリード線を挿通
する。）し、リード線の余分な部分を切断しておいて、
これを加熱して半田付けする方法が採用されるようにな
ってきている。

【０００４】上記のほか、基板配線に貫通孔を設けず、
リード線の無い素子（チップ部品）を配線パターンに位
置合わせして接着剤で仮止めしておいて、加熱によって
半田付けする方法もある。これらの加熱には、連続加熱
炉を用いて連続的に半田付けを行うのが、大量生産にあ
っては好適である。

【０００５】以上のような、配線の素子接続部に予め半
田を付けておいて、加熱によって半田を熔融し、半田付
けする方法は、半田リフロー方式と呼ばれている。

【０００６】図８はプリント基板６拡大部分平面図、図
９はプリント基板に素子を取付けてメッシュベルト上に
載置した状態での図８のIX−IX線拡大断面図である。

【０００７】プリント基板41は、例えばガラスエポキシ
樹脂板42に銅の配線43が所定パターンに被着してなって
いる。配線43の素子接続部には樹脂板42を含めて小径の
貫通孔44が穿設されかつ表面にペースト状の半田45が印
刷されている。素子46はそのリード線46ａが貫通孔44に
挿通されてプリント基板41に取付けられる。素子46を取
付けたプリント基板42（両者を符号Ｗで表す）は、スペ
ーサ47を介してメッシュベルト27上に載置され、連続加
熱炉に次々に送り込まれる。

【０００８】半田リフロー方式による場合は、半田の融
点以上の所定温度（融点180 ℃の低融点半田の場合は21
0 ℃）に15〜30秒という極めて短時間加熱する必要があ
る。この高温短時間の加熱は、半田付けが確実になされ
かつ素子に加熱によるダメージを与えぬようにするため
である。このような加熱をするため、上記半田付けの前
に、プリント基板や素子を半田の融点以下の温度に予熱
しておく。

【０００９】ところで、リフロー方式の連続半田付け装
置で上記の条件を満足するには、予熱領域及びリフロー
領域を充分に長くしかつプリント基板の搬送速度を速く
する必要がある。然し、このようにすると、装置が長く
なってその占有面積が増大し、搬送速度を高速にするこ
とによってこの半田付け工程の前後の工程との間で良好
にマッチングするようなタイミングをとることが困難に
なる。

【００１０】そのため、装置の装入側、排出側では、夫
々半田付け前のプリント基板、半田付けを終了したプリ
ント基板を大量にストックすることおよびそのための装
置が必要になる。このような事情で、前記の条件を満足
する小型の連続半田リフロー装置は未だ実現していない
のが現状である。

【００１１】図10は、従来から用いられているリフロー
方式の連続半田付け装置の一例を示す概略断面図であ
る。

【００１２】装置本体51の装入側、排出側には夫々窒素
ガスによるガスカーテン部71、75が設けられ、両ガスカ
ーテン部間に予熱領域72、リフロー領域73、冷却領域74
が配されている。予熱領域72、リフロー領域73及び冷却
領域74を通してマッフル２が貫通し、予熱領域72及びリ
フロー領域73ではマッフル２の周囲は断熱材17で覆わ
れ、最外周は鋼板製炉殻18で覆われている。なお、後述
の実施例の図１と共通する部分には同じ符号を付してあ
り、これらの一部については後に実施例の項において説
明する。

【００１３】予熱領域72及びリフロー領域73では、マッ
フル２の外側に幅約50mmの空間52を形成し、断熱材17の
空間52に臨む面にヒーター53Ａ、53Ｂ、53Ｃ（予熱領
域）及びヒーター60（リフロー領域）が配されている。
リフロー領域73の冷却領域74に隣接する位置には、装置
本体上部から配管66を通して窒素ガスをマッフル２内に
供給するようにしてある。供給された窒素ガスは、マッ
フル２内を通って入口側ガスカーテン部71の後端部から
配管21を経由して装置本体外に排出される。

【００１４】素子を配置したプリント基板（以下、単に
「基板」と呼ぶ。）Ｗは、メッシユベルトコンベヤ27上
に載置され、入口側ガスカーテン部71から装置本体内に
這入り、マッフル２内を経由して出口側ガスカーテン部
75から装置本体外へ排出される。基板Ｗは、予熱領域72
ではヒータ53Ａ、53Ｂ、53Ｃによって 140〜160 ℃に予
熱され、リフロー領域73では最高 230〜240 ℃に加熱さ
れて半田付けされるようになっている。

【００１５】このような構造では、リフロー領域73にお
けるヒータ60からの熱エネルギーの一部は、リフロー領
域に隣接する予熱領域72の部分と冷却領域74の同部分と
に供給される。この装置では予熱領域及びリフロー領域
を特に長くはしておらず、基板搬送速度を 100mm／分と
しているため、リフロー領域73に隣接する予熱領域72及
び冷却領域74の部分では、基板は不所望な過度の昇温を
することになると共に、半田融点 210℃以上に昇温して
いる時間が58〜70秒（図11参照）と長くなってしまう。

【００１６】図11は図10の装置本体内の温度分布を示す
グラフである。図中、曲線の実線は最高加熱温度を 230
℃とした場合を示し、破線部分は最高加熱温度を 240℃
とした場合を示している。

【００１７】予熱領域72では基板を 140〜160 ℃に予熱
し度いのであるが、図10のヒータ53Ｃを配した領域では
高温になり過ぎてしまう。ヒータ53Ｃを制御することに
よって予熱温度を実質的に一定にすることは不可能であ
る。即ち、ヒータ53Ｃに通電せずとも予熱領域の前記部
分での加熱を防止できない上に所望の予熱温度に達しな
い低温部分ができてしまう。

【００１８】

【発明の目的】本発明は、上記の事情に鑑みてなされた
ものであって、小型でかつ予熱と本来の熱処理とが夫々
に所望の温度でなされる連続熱処理装置を提供すること
を目的としている。

【００１９】

【発明の構成】本発明は、熱処理装置本体内に、被処理
物を本来の熱処理温度よりも低温に予熱する予熱領域、
前記被処理物を前記熱処理温度に加熱する高温加熱領域
及び前記被処理物を冷却する冷却領域がこの順に配さ
れ、前記予熱領域には予熱用の第一の加熱手段（例えば
後述のヒータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ）が設けられ、前記高温
加熱領域に最も近くに設置された前記第一の加熱手段
（例えば後述のヒータ３Ｃ）にこれを冷却するための第
一の冷却手段（例えば後述の冷却プレート５）が併設さ
れ；前記高温加熱領域には被処理物加熱用の第二の加熱
手段（例えば後述のヒータ10）とこの第二の加熱手段か
らの熱エネルギーを前記予熱領域及び前記冷却領域に対
して遮蔽する熱エネルギー遮蔽手段（例えば後述の凹部
９を形成する遮蔽板７Ａ、７Ｂ）とが設けられ；前記冷
却領域には前記被処理物を冷却する第二の冷却手段（例
えば後述の水冷ジャケット19）が設けられ、前記被処理
物を、前記各領域を前記の順に搬送する搬送手段（例え
ば後述のメッシュベルト27）を具備している連続熱処理
装置に係る。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００２１】図１はリフロー方式の連続半田付け装置の
概略断面図である。

【００２２】装置本体１の装入側、排出側には夫々ガス
カーテン部31、35が設けられ、両ガスカーテン部間に予
熱領域32、リフロー領域33、冷却領域34が配されてい
る。ガスカーテン部31、35は、夫々窒素ガス導入管24、
26から導入された窒素ガスをスクリーン23、25を経由し
て供給するようにし、両ガスカーテン部によって後述の
マッフル２と外気との間を遮断する。

【００２３】予熱領域32、リフロー領域33及び冷却領域
34を通してマッフル２が貫通し、マッフル２の外面に接
して予熱領域32では予熱用面状ヒータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ
が配されている。最終の予熱用ヒータ３Ｃにはその外側
に厚さ５mm程度の断熱性セラミックスファイバの層４を
介して冷却プレート５が配されている。リフロー領域33
にはチャンバ７が窪んで形成され、その側面に熱遮板８
Ａ、８Ｂが、底面には底板９が設けられ、これらに囲ま
れた領域にチャンバ７が形成される。チャンバ７にはリ
フロー用ヒータ10が配されている。

【００２４】面状ヒータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、図６に拡
大図示するように、発熱素子３ａが２枚のマイカ３ｂ、
３ｂに挟まれて圧着により一体になった構造になってい
る。発熱素子３ａは、鉄−クロム合金やニッケルめっき
を施した純鉄等の箔からなり、狭い間隙を隔てて蛇行す
る厚さ0.03mmの帯状を呈している。

【００２５】図５は蛇行する発熱素子３ａを示してお
り、この蛇行パターンは電解エッチング又はスクリーン
印刷によって形成される。各ヒータの表面には温度セン
サ（例えば測温抵抗体、熱電対の温接点又はサーミス
タ、（図示せず））が配されていて、ヒータ毎に温度を
検出して温度制御を行うようにしてある。

【００２６】予熱用ヒータとしては、上記構造の面状ヒ
ータのほか、他の適宜の構造のヒータが使用できる。例
えば、熱放射面に遠赤外線放射材がコーティングされた
２枚の金属板でシーズヒータ（極細タイプのマイクロヒ
ータ、シース径１mm程度）を挟んだ構造のものが好適で
ある。

【００２７】チャンバ７の上には、これを囲むようにし
て、窒素ガス導入管16に連通する窒素ガス導入箱15が配
され、これと熱遮蔽板８Ａ、８Ｂ及び底板９との間の空
間からマッフル２内へ窒素ガスが導入される。マッフル
２内に導入された窒素ガスは、排気管21を経由してベン
チュリー管22によって吸引され装置本体１外に排出され
る。導入された窒素ガスは、チャンバの側板８Ａ、８Ｂ
及び底板９を冷却しながら予熱され、予熱領域32での予
熱を助ける。

【００２８】予熱領域32、リフロー領域33では、マッフ
ル２、底板９及び窒素ガス導入箱15の周囲は断熱材17で
覆われ、最外周は鋼板製外殻18で覆われている。

【００２９】冷却領域34にはマッフル２の外周に水冷ジ
ャケット19が設けられ、出口側ガスカーテン部35の下部
の給水管20Ａから供給された水が水冷ジャケット19を通
り、冷却領域34上の排水管20Ｂから排出される。

【００３０】基板Ｗは、駆動プーリ28及び従動プーリ29
に掛けられて周回するメッシュベルト27上に載置され、
矢印のようにマッフル２内を通り、予熱、リフロー、冷
却の過程を経て半田付けが完了する。

【００３１】図２は図１のII−II線拡大断面図、図３は
図１の部分拡大図、図４は図２のIV−IV線拡大断面図で
ある。但し、これらの図では、メッシュベルト及び基板
は図示省略してある。

【００３２】リフロー用ヒータ10は、表面に遠赤外線放
射材14をコーティングしたステンレス鋼製の放射管13内
に絶縁層12を介して電熱線11が収容されてなっていて、
基板を効率的に加熱する。ヒータ10から放射される遠赤
外線は、チャンバ７の熱遮蔽板８Ａ、８Ｂによって予熱
領域32及び冷却領域34への放射が抑制される。これによ
って予熱領域32の前述した不所望な過度の昇温が抑制さ
れるのであるが、これだけではこの過度の昇温抑制の効
果が不充分である。

【００３３】そこで、予熱領域32内の最も近い予熱用ヒ
ータ３Ｃには、背面にセラミックスファイバの層４を介
して冷却プレート５を貼付け、ヒータ３Ｃを積極的に冷
却する。冷却プレート５には冷却水通路５ａが設けられ
ていて、給水管６Ａから導入された水がヒータ３Ｃを冷
却して図１の排水管６Ｂから排出される。この冷却と前
記の遠赤外線放射抑制と、図１の配管16から予熱領域32
の最下流部への窒素ガス導入による冷却とにより、ヒー
タ３Ｃは、基板を所望の予熱温度に加熱するよう制御可
能になる。

【００３４】図７は、図１〜図４の装置を使用し、メッ
シュベルト27による基板搬送速度を100mm／分とし、半
田の融点 210℃に対して最高加熱温度を 230〜240 ℃、
予熱温度を 140〜160 ℃とした場合の装置本体内の温度
分布を示すグラフである。

【００３５】予熱領域32では半田融点 210℃に達する箇
所は無く、その大部分で予熱温度は実質的に一定に保た
れている。また、リフロー領域33で半田融点以上に加熱
される時間は、20秒間という理想的な時間となってい
る。かくして、図８に示した素子46は、熱によるダメー
ジを受けることなくプリント基体41の配線43に確実に半
田付けされる。更に、図１の装置本体１内の全長は 800
mmで、この連続半田リフロー装置は至って小型である。

【００３６】以上、本発明の実施例を説明したが、本発
明の技術的思想に基いて前記の実施例に種々の変形を加
えることができる。例えば、予熱用、リフロー用のヒー
タは他の適宜の構造として良い。基板搬送も、メッシュ
ベルトによるほか、ローラチェーンやウォーキングビー
ム方式等の適宜の機構を採用して良い。また、本発明
は、連続半田リフローのほか、予熱と本来の熱処理とを
夫々に所定の温度で行う他の連続熱処理にも適用可能で
ある。

【００３７】

【発明の効果】本発明に基く連続熱処理装置は、予熱領
域、高温加熱領域及び冷却領域を具備し、予熱領域の予
熱用の第一の加熱手段のうちで高温加熱領域に最も近い
第一の加熱手段に冷却手段を併設すると共に、高温加熱
領域の高温加熱用の第二の加熱手段からの熱エネルギー
を予熱領域及び冷却領域に対して遮蔽する熱エネルギー
遮蔽手段を設けているので、次の効果が奏せられる。

【００３８】前記冷却手段と前記熱エネルギー遮蔽手段
との存在により、前記予熱領域は加熱が防止されて所望
の予熱温度に保持可能となる。また、前記高温加熱領域
における被処理物の加熱時間が長くなり過ぎることが防
止される。その結果、被処理物は設定された時間−温度
曲線に従う理想的な熱処理が施される。

【００３９】更に、上記の効果を奏せしめるために装置
本体を長くしかつ被処理物搬送速度を速める必要がな
く、装置を短くして小型にできると共に、装置前後に被
処理物を大量にストックする必要がなく、生産性が向上
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の連続半田リフロー装置の概略断面図で
ある。

【図２】図１のII−II線拡大断面図である。

【図３】図１の部分拡大図ある。

【図４】図２のIV−IV線拡大断面図である。

【図５】予熱領域の発熱素子の平面図である。

【図６】予熱領域の面状ヒータの拡大部分断面図であ
る。

【図７】図１の装置の装置本体内の温度分布を示すグラ
フである。

【図８】プリント基板の拡大部分平面図である。

【図９】素子を取付けたプリント基板の拡大部分断面図
（図８のIX−IX線拡大断面図）である。

【図10】従来の連続半田リフロー装置の概略断面図であ
る。

【図11】図10の装置の装置本体内の温度分布を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１ 装置本体 ２ マッフル ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ 予熱用ヒータ ３ａ 発熱素子 ３ｂ マイカ ４ 断熱性セラミックスファイバの層 ５ 冷却プレート ５ａ 冷却水通路 ７ リフロー用ヒータ収容チャンバ ８Ａ、８Ｂ 熱遮蔽板 10 リフロー用ヒータ 11 電熱線 12 絶縁管 13 放射管 14 遠赤外線放射材 19 水冷ジャケット 27 メッシュベルト 31、35 ガスカーテン部 32 予熱領域 33 リフロー領域 34 冷却領域 41 プリント基板 43 配線 45 半田 46 素子 46ａ 素子のリード Ｗ 素子を取付けたプリント基板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱処理装置本体内に、被処理物を本来
   の熱処理温度よりも低温に予熱する予熱領域、前記被処
   理物を前記熱処理温度に加熱する高温加熱領域及び前記
   被処理物を冷却する冷却領域がこの順に配され、 前記予熱領域には予熱用の第一の加熱手段が設けられ、
   前記高温加熱領域に最も近くに設置された前記第一の加
   熱手段にこれを冷却するための第一の冷却手段が併設さ
   れ；前記高温加熱領域には被処理物加熱用の第二の加熱
   手段とこの第二の加熱手段からの熱エネルギーを前記予
   熱領域及び前記冷却領域に対して遮蔽する熱エネルギー
   遮蔽手段とが設けられ；前記冷却領域には前記被処理物
   を冷却する第二の冷却手段が設けられ、 前記被処理物を、前記各領域を前記の順に搬送する搬送
   手段を具備している連続熱処理装置。