JPH0744824U - 酸素濃度極低下雰囲気炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 少ないガス使用量で炉内雰囲気中の酸素濃度
を50ppm以下に抑えることができる炉を提供せんとする
ものである。 【構成】 複数のゾーンに区分けされた炉殻体１乃至３
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５と、ワークＸを各
ゾーンへ又は炉外部へ間欠送りする間欠送り装置６と、
該間欠送り装置６によるワークＸの移動に伴なって該ワ
ークＸが移動するゾーン間又はワークＸ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５を開
放せしめる制御装置７とを有している。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、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 化に最適な装備を有する炉に関する。

【０００２】

【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。

【０００３】 これ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れらのハ ンダ付けを一括的に行なう炉であり、図５のように、炉殻体を予備加熱、本加熱 、冷却を行なう複数のゾーン101乃至104に区分けし、この中をベルトコンベア10
0によってワークＸが移動し、各種の熱処理が施され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101乃至104にＮ₂ガス 等の非酸化性雰囲気ガスを供給する他、炉出入口に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。

【０００４】

【考案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ッ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れ、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、ハンダペースト中のフラックスは、 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。

【０００５】 更に、プリント配線基板上に表面実装されるＬＳＩ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ッチも小さくなる傾向にあり、このよう な部品をリフロー炉でハンダ付けした場合、隣接端子間にショートが発生すると いった問題が数多く見られた。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。

【０００６】 このハンダボール飛散の原因につき、本考案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ックスが高温にさらされることでその活性力 が低下し、それに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、基板も高温に 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 溶着できずに基板表面に一様に広がり、その後の冷却でそこに固着して、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。

【０００７】 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 れまで以上に低く抑えることである。しかし、上記したリ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300〜500Ｎl／minの流量でＮ₂ ガスの供給を行なったとしても、炉中の酸素濃度は500ppmにも下げることができ ず、多量のガス供給に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 ゾーンで少なくとも50ppm以下に酸素濃度を抑えなければならないというのが本 考案者等の見解である。

【０００８】 これまでリフロー炉における問題に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 素濃度を極力低減させたいということについては、リフロー炉の場合と変わりが ない。

【０００９】 本考案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50ppm以下に抑えることができる炉を提供せんとするもので ある。

【００１０】

【問題を解決するための手段】

そのため本考案は、複数のゾーンに区分けされた炉殻体と、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基本的な特徴としている。

【００１１】 即ち、この雰囲気炉は、炉殻体の各ゾーン内に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によって炉内雰囲気管理及び炉 内圧の高め誘導による大気侵入遮断を行う。これだけでは当然不完全なので各ゾ ーンの出入口にに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 動もシャッ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 、間欠送り装置によることにした。そのような間欠送り装置としてはウォーキン グビーム等が適している。

【００１２】

【作用】

上記考案の構成によれば、複数ゾーンからなる雰囲気を雰囲気ガス供給装置に よって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 間及び炉内外をシャッタ装置によって雰囲気的に遮断し、被処理体の各ゾーンへ の搬出入を間欠送り装置によって行なって、この搬出入の際にのみ制御装置によ り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 出入口におけるシャッタ装置を解放する。

【００１３】 即ち、本考案の構成では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れらの間を完全に遮 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を ０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。

【００１４】

【実施例】

以下本考案の具体的実施例につき説明する。

【００１５】 図１は本考案の構成を有するリフロー炉の概略図である。

【００１６】 本炉は予備加熱ゾーン1a、1b、本加熱ゾーン２及び冷却ゾーン３で炉殻体が構 成されており、そのうち加熱ゾーン1a、1b、２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10、11、20で炉床を構成し、又冷却ゾ ーン３は内部に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30で炉床を構成している。

【００１７】 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 ス噴出孔４が設けられ、これらはＮ₂ガスボンベ（図示なし）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れば後述 するシャッタ装置の構成と相俟って容易に内圧を正圧に保持できる）。

【００１８】 又各ゾーンの出入口には夫々シャッタ装置5a乃至5eが設けられている。これら のシャッタ装置5a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寒したり、開放したりできる構成となっている 。

【００１９】 更にこれらのゾーンを貫通するように間欠送り装置6a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 、本実施例ではウォーキングビーム式のものが用いられ、図２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。

【００２０】 そして炉殻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1a、1b 、２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くよ うに制御を行うもので、例えば、炉入口直前にあるワークＸが予備加熱炉1aへ送 られる時は、図３(a)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寒したままにされる）。又所定のサイクルタイムが経 過し予備加熱炉1a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７は同図(b)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。

【００２１】 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、夫々のゾーン 1b、２においてリフローハンダに適する予備加熱温度及び本加熱温度に調温する ことができる。

【００２２】 本考案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、３に流した Ｎ₂ガス（Ｎ₂純度99.999％）のガス流量と、本加熱ゾーン２における測定酸素濃 度の関係を求め、図４のグラフを得た。尚、この測定の際の炉条件は次の通りで ある。

【００２３】 ゾーン1a、1b、２、３の容量合計 25.6m³ 各ゾーン出入口開口部寸法 幅８０mm×高さ３０mm 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

【００２４】 同図によれば、Ｎ₂ガス流量を８０Ｎl／minにした時は、本加熱ゾーン２中の 酸素濃度はわずか１５ppmとなり、従来のリフロー炉がＮ₂ガスを300〜500Ｎl／m in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。。もちろん酸素濃度50ppm程度を目 標とするというのであれば、それに合わせてＮ₂ガス流量も減らすことができる 。

【００２５】

【考案の効果】

以上詳述したように、本考案によれば、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による影響を防止 することができるという優れた効果を有している。もちろん本考案をリフロー炉 に適用した場合は、材料の酸化、半田ボールの飛散、フラックスの焼き付けを防 ぎ、それに伴なって洗浄工程も大幅に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種問題 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】

【図１】本考案の構成を有するリフロー炉の実施例概略
図である。

【図２】本実施例における間欠送り装置の作動状態を示
す説明図である。

【図３】本実施例におけるワークＸの間欠送り状態とそ
れに伴なって制御回路に制御されるシャッタ装置の開閉
状態を示す説明図である。

【図４】本リフロー炉の本加熱ゾーンにおけるＮ₂ガス
流量と酸素濃度の関係を示すグラフ図である。

【図５】従来のリフロー炉構造を示す概略図である。

【符号の説明】

1a、1b、101、102 予備加熱ゾーン ２、103 本加熱ゾーン ３、104 冷却ゾーン ４ ガス噴出孔 5a、5b、5c、5d、5e シャッタ装置 6a、6b、6c、6d、6e 間欠送り装置 ７ 制御装置

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のゾーンに区分けされた炉殻体と、
   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下雰囲気
   炉。
2. 【請求項２】 前項記載の酸素濃度極低化雰囲気炉にお
   いて、間欠送り装置にウォーキングビームを用いること
   を特徴とする請求項１記載の酸素濃度極低下雰囲気炉。