JPH08125327A - リフロー方法、リフロー炉および熱風吹き出しヒーター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 無洗浄用ソルダーペーストが印刷塗布された
プリント基板をリフローはんだ付けする際に、不活性ガ
スの供給量を少なくしても不活性雰囲気の酸素濃度を低
くでき、しかもΔｔを小さくすることによりプリント基
板の均一加熱が行える。 【構成】 二箇所の熱風吹き出し口４、４からそれらの
中央に向かって斜めに吹き出す熱風でプリント基板を加
熱する。二箇所の吹き出し口４、４から吹き出された熱
風は、中央の吸い込み口３から吸い込まれ、それが再度
吹き出し口から吹き出すという自己循環を行うため、隣
接したヒーターに影響を与えず、低い酸素濃度を保つこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリント基板に塗布し
たソルダーペーストを加熱溶融してプリント基板と電子
部品とをはんだ付けするリフロー方法、それに使用する
リフロー炉、およびリフロー炉に設置する熱風吹き出し
ヒーターに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にソルダーペーストではんだ付けし
たプリント基板は、フラックス残渣が多量に付着してい
ると、長期間経過するうちに、それが吸湿してプリント
基板の絶縁抵抗を下げたり、腐食生成物を発生させてプ
リント基板の銅箔や電子部品のリードを断線させてたり
してしまう。

【０００３】そのため従来は、はんだ付け後にフロンや
トリクレン等、松脂をよく溶解する溶剤でフラックス残
渣の洗浄を行っていたが、これらの溶剤は地球を取り巻
くオゾン層を破壊し、太陽からの紫外線を多量に地球に
到達させて人類に皮膚癌を発生させる原因となるため、
その使用が規制されている。

【０００４】そこで近時は、コンピューターや通信機器
のように信頼性が要求される電子機器では、プリント基
板のはんだ付けに、はんだ付け後、洗浄を行わなくても
絶縁抵抗の低下や腐食生成物の発生の少ない無洗浄用ソ
ルダーペーストが用いられるようになってきた。この無
洗浄用ソルダーペーストとは、フラックス中に吸湿原因
となるはハロゲン化物が添加されていないか、或いは添
加されていても極微量であり、また吸湿原因となるゴミ
やホコリを付着させやすい粘着性のある松脂の添加量も
少ないものである。

【０００５】無洗浄用ソルダーペーストは、酸化物の還
元に多大な効果のあるハロゲン化物や松脂の添加が少な
いため、大気中、即ち酸素の多い雰囲気中で使用する
と、酸化したはんだ付け部や酸化した粉末はんだを充分
に還元することができず、はんだの付かない未はんだや
粉末はんだが完全に溶け広がらなくなってできるはんだ
ボール等の不良を発生させてしまう。

【０００６】ところが無洗浄用ソルダーペーストも窒素
ガスを充満させた不活性雰囲のような酸素のない状態で
使用すると不良を発生させないことが分かっており、従
来より無洗浄用ソルダーペーストは不活性雰囲気のリフ
ロー炉で使用されてきた。

【０００７】不活性雰囲気リフロー炉における酸素濃度
はできるだけ低い方が不良の発生数が少ないものであ
る。不活性雰囲気リフロー炉で酸素濃度を低くするに
は、不活性ガスを多量に供給すれば或る程度酸素濃度は
下がるが、それでは高価な不活性ガスの消費量が多くな
ってコストアップとなってしまう。そこで電子業界から
は少ない不活性ガス供給量で酸素濃度を下げることので
きる不活性雰囲気リフロー炉が望まれていた。

【０００８】またリフロー炉では、プリント基板全体を
均一に加熱できるような特性も要求されている。なぜな
らば、プリント基板に対して加熱が均一に行われない
と、或る部分では温度が充分に上がらずソルダーペース
トを溶融させることができなくて未はんだとなり、また
或る部分では温度が高過ぎて搭載されていた電子部品を
熱損傷させてしまうからである。

【０００９】リフロー炉では、プリント基板の一番温度
の高い部分と、一番温度の低い部分の温度差をΔｔ（デ
ルター・ティ）といい、このΔｔの小さいことが均一加
熱ができる良好なリフロー炉といえる。

【００１０】一般に、プリント基板の加熱は輻射熱だけ
の加熱よりも熱風で行う方がΔｔを小さくすることがで
きるため、従来より熱風式の不活性雰囲気リフロー炉が
多数提案されていた。従来の熱風式の不活性雰囲気リフ
ロー炉（以下、単にリフロー炉という）は、コンベアの
上方にファンと電熱線を設置して熱風を単に炉内で攪拌
させるものであったり（特公昭６１−３８９８５号）、
コンベアの上下部に上下間で熱風を衝突させることなく
循環させたり（特開昭６４−８３３９５号）、或いは本
発明出願人が提案したようにコンベアの上下間で吸入口
と排出口をずらして設置し、加熱ガス上向き通路領域と
加熱ガス衝突領域と加熱ガス下向き通路領域を有するよ
うにしたり（特開平４−８１２６９号）するもの等であ
った。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
リフロー炉は少量の不活性ガスでは充分酸素濃度を下げ
ることができず、またΔｔもあまり小さくできなかった
ものである。本発明は、少量の不活性ガスでも酸素濃度
を下げることができ、しかもΔｔを極めて小さくできる
リフロー方法、リフロー炉およびそれに使用する熱風吹
き出しヒーターを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、従来のリフ
ロー炉では酸素濃度を低くできなかったという原因につ
いて鋭意検討を重ねた結果、従来のリフロー炉は単に熱
風を攪拌するだけであったり、複数のヒーターが上下間
で熱風を循環させたり、部分的に衝突させたりする構造
であったりするものであるため、熱風吹き出し部分にプ
リント基板が進入してくると、熱風がプリント基板で熱
風の流動方向が変えられて隣接したヒーターに流動して
しまい、それがさらに炉の出入口まで影響して炉の出入
口から外部の空気が侵入し、酸素濃度を上げてしまうこ
とが分かった。

【００１３】また従来のリフロー炉で均一加熱が充分に
行われなかったのは非加熱物に対して安定した熱風吹き
付けができなかったからである。つまり従来のリフロー
炉では、上下に設置した熱風吹き出しヒーターからの熱
風がそれぞれ相互にバランスしあうことにより均一加熱
を行っていたが、上下の熱風吹き出しヒーター間にプリ
ント基板が進入すると、上下間での相互のバランスが崩
れて不均一加熱となってしまうものであった。

【００１４】そこで本発明者は、複数の熱風吹き出しヒ
ーター間で相互のバランスがとれなくとも、単独で安定
した熱風の吹き出しができればプリント基板を均一に加
熱できるばかりでなく、外気の侵入も防ぐことができる
ことに着目して本発明を完成させた。

【００１５】本発明は、熱風がプリント基板の進行方向
に対して直角方向に開口した二箇所の吹き出し口から該
二箇所の吹き出し口の中央に向かって斜め方向に吹き出
され、しかも吹き出された後の熱風が二箇所の吹き出し
口の中央に開口している吸い込み口から吸い込まれる自
己循環式の熱風吹き出しヒーターが複数設置されたリフ
ロー炉にプリント基板を走行させ、熱風吹き出しヒータ
ーの吹き出し口から斜め方向に吹き出す熱風でプリント
基板を加熱することにより、プリント基板に塗布された
ソルダーペーストを溶融させてはんだ付けすることを特
徴とするリフロー方法である。

【００１６】また本発明は、離間した二箇所の吹き出し
口がプリント基板の進行方向に対して直角方向に開口し
ており、しかも二箇所の吹き出し口から吹き出された熱
風が二箇所の吹き出し口の中央に向かって斜め方向に吹
き出されるとともに、二箇所の吹き出し口の中央の吸い
込み口から吸い込まれる自己循環式の熱風吹き出しヒー
ターを加熱ゾーンに設置してあることを特徴とするリフ
ロー炉である。

【００１７】さらに本発明は、上部が開口した箱状の本
体内には電熱線が設置されているとともに、本体は二枚
の隔壁で下部が連通した状態に三分割されており、中央
の吸い込み口には外部の気体を吸引することのできる送
風機が設置されていて、しかも両側の吹き出し口上部に
は気体を斜め中央方向に変流させるルーバーが設置され
ていること特徴とする熱風吹き出しヒーターでもある。

【００１８】本発明のリフロー炉では、熱風吹き出しヒ
ーターを予備加熱ゾーンと本加熱ゾーンの上下部、また
は上部だけに設置してもよいし、或いは熱風吹き出しヒ
ーターを予備加熱ゾーンまたは本加熱ゾーンのどちらか
一方だけに設置することもできる。

【００１９】また本発明の熱風吹き出しヒーターに設置
する送風機は、クロスファン、シロッコファン、プロペ
ラファン等、気体を吸引して送風することのできるもの
であれば如何なる送風機でも使用できる。

【００２０】

【作用】一つの熱風吹き出しヒーターに二つの吹き出し
口を設け、それぞれ吹き出す熱風を二つの吹き出し口の
間にある吸い込み口から吸い込むようにしたため、一つ
の熱風吹き出しヒーター内で熱風の循環が行われ、上下
に熱風吹き出しヒーターを設置した場合、その間にプリ
ント基板が進入してきても上下間で熱風が乱れることが
なく、また隣接した熱風吹き出しヒーターの熱風とは干
渉しない。

【００２１】

【実施例】以下図面に基づいて本発明を説明する。図１
は本発明のリフロー炉の正面断面図、図２は本発明の熱
風吹き出しヒーターの斜視断面図である。

【００２２】先ず本発明の熱風吹き出しヒーターについ
て説明する。熱風吹き出しヒーターは、上部に設置する
ものも下部に設置するものも同一構造であるが、図２に
示すように下部に設置するもの、即ち熱風を上方に吹き
出すもので説明する。

【００２３】熱風吹き出しヒーター１は、上部が開口し
た箱形で二枚の隔壁２、２が設置されており、該隔壁に
より下部が連通した状態で三分割されている。三分割さ
れた中央が吸い込み口３、その両側が吹き出し口４、４
となっている。本発明の熱風吹き出しヒーターは、横長
に開口した吹き出し口がプリント基板進行方向に対して
直角となるようにリフロー炉に設置するものである。

【００２４】吸い込み口３には本体の外部に取り付けら
れたモーター５で回動する送風機６が設置されている。
実施例に示す送風機は多数の長いフィンが円筒状に設置
されたクロスファンである。該送風機は吸い込み口３の
上方から気体を内部に吸い込むものである。

【００２５】吸い込み口３の両側にある吹き出し口４、
４には、内部に電熱線７が架設されており、吹き出し口
の上部には多数のルーバー８…が設置されている。ルー
バー８は熱風が中央、即ち吸い込み口３の上方に吹き出
すような傾斜が付されている。

【００２６】また吸い込み口４、４の底面隅部には円筒
を１／４円弧にした風向ガイド９が設置され、また吸い
込み口の底面中央には該ガイド二本が背中合わせに設置
されている。

【００２７】本発明の熱風吹き出しヒーターでは、送風
機６が回動すると、中央の吸い込み口３から外部の気体
を吸い込み、それを下面中央の風向ガイド９、９で両側
の吹き出し口４、４に振り分ける。吹き出し口４に流入
した気体は、吹き出し口に架設された電熱線７で加熱さ
れ、熱風となって吹き出し口上部から吹き出されるが、
吹き出し口上部には中央方向に傾斜した多数のルーバー
８…が設置されているため、熱風は該ルーバーによって
吸い込み口３の上方に吹き出される。

【００２８】吸い込み口３の上方では吸い込み口３の中
に設置された送風機６が気体を内部に引き込むように回
転しているため、吹き出し口４、４から吹き出された熱
風は吸い込み口３に吸い込まれる。つまり本発明の熱風
吹き出しヒーターは、単体で自ら吹き出した熱風を自ら
吸い込むという自己循環を行っている。

【００２９】次に本発明のリフロー炉について説明す
る。

【００３０】リフロー炉１０は、炉内が予備加熱ゾーン
Ｐ、本加熱ゾーンＲ、冷却ゾーンＣとなっており、炉内
には一対のチェーンコンベア１１が予備加熱ゾーンＰか
ら冷却ゾーンＣ方向に向かって（矢印Ａ）走行してい
る。また予備加熱ゾーンの入口と冷却ゾーンの出口には
空気侵入防止ゾーン１２、１２が形成されている。

【００３１】チェーンコンベアの上下部には予備加熱ゾ
ーンＰと本加熱ゾーンＲのところに熱風吹き出しヒータ
ー１…が設置されている。

【００３２】熱風吹き出しヒーター１は、プリント基板
進行方向Ａに対して直角方向に開口した二箇所の吹き出
し口から熱風を吹き出すようになっている。この熱風吹
き出しヒーターは、離間した二つの吹き出し口４、４を
有し、熱風が二箇所の吹き出し口からそれらの中央に向
かって斜めに熱風が吹き出されるとともに、該熱風が中
央の吸い込み口３から吸い込まれる自己循環式である。
図１に示す実施例ではこの熱風吹き出しヒーター１が炉
内の予備加熱ゾーンＰと本加熱ゾーンＲの上下部に設置
されている。

【００３３】熱風吹き出しヒーター１と隣接した熱風吹
き出しヒーター１間には、断面Ｔ字形のコンベア受け１
３、１３がプリント基板進行方向に対して横方に二本ず
つ取り付けられており、また出入口の空気侵入防止ゾー
ン１２、１２には断面Ｌ字形のコンベア受け１４…が取
り付けられている。これらのコンベア受けは、チェーン
コンベア１１の下部を受けてチェーンコンベアを走行さ
せるものであるが、断面Ｔ字形のコンベア受け１３は、
隣接した熱風吹き出しヒーター間での熱風の移動を防止
することができ、また空気侵入防止ゾーンの断面Ｌ字形
のコンベア受け１４は出入口からの外気の侵入を防止す
ることができるようになっている。

【００３４】冷却ゾーンＣの下部には、前述熱風吹き出
しヒーター１と同一構造であるが、電熱線が取り付けら
れていない冷風吹き出し冷却機１５が設置されている。
該冷風吹き出し冷却機も熱風吹き出しヒーター同様両側
の吹き出し口から中央に向かって吹き出された気体が中
央の吸い込み口に吸い込まれ、それが隔壁の下方を通っ
て吹き出し口に流入し、再度吹き出すという自己循環を
行っている。従って、冷風吹き出し冷却機も隣接した本
加熱ゾーンＲの熱風吹き出しヒーター１の自己循環を妨
げることがなく、また出口からの外気の侵入も防ぐこと
ができるものである。

【００３５】冷却ゾーンＣの上部には、断面山形となっ
た乱流防止装置１６が設置されている。これはプリント
基板が進行して冷風吹き出し冷却機の一方の吹き出し口
と吸い込み口上にかかった場合、上部に冷風吹き出し冷
却機がないと、もう一方の吹き出し口から吹き出た冷風
が上方に流動してしまう。この上方に流動した冷風を山
形の部分で変流させて、他に流出させないようにしたも
のである。

【００３６】続いて上記熱風吹き出しヒーターが設置さ
れたリフロー炉におけるリフロー方法について説明す
る。

【００３７】プリント基板Ｗが入口から入ってコンベア
１１で矢印Ａ方向に搬送される。プリント基板Ｗが予備
加熱ゾーンＰに到来すると、コンベアを挟んで上下部に
設置された熱風吹き出しヒーター１、１から吹き出され
た熱風で加熱される。このとき、プリント基板の進行方
向に対して直角方向に開口した二つの吹き出し口４、４
からは中央に向かって斜めに熱風が吹き出してくる。プ
リント基板はこの斜めに吹き出してくる熱風で表裏両面
が加熱される。そしてプリント基板を加熱した後の熱風
は中央の吸い込み口３から吸い込まれる。

【００３８】このように熱風吹き出しヒーターから吹き
出された熱風は同じ熱風吹き出しヒーターに戻るため、
他の熱風吹き出しヒーターに干渉されることなく、自己
循環する。従って、常に安定した熱風の吹き付けが行わ
れ、プリント基板は均一加熱される。

【００３９】予備加熱ゾーンＰで予備加熱されたプリン
ト基板は本加熱ゾーンＲに侵入し、予備加熱同様に上下
の熱風吹き出しヒーター１、１でソルダーペーストの溶
融温度以上に加熱されて、はんだ付けが行われる。この
ときも隣接した熱風吹き出しヒーターや冷風吹き出し冷
却機に干渉されることなく安定した加熱が行われる。

【００４０】本加熱ゾーンでのはんだ付けが終了したプ
リント基板は冷却ゾーンＣに送られ、ここで冷風吹き出
し冷却機ではんだの溶融温度以下に冷却される。ここで
も冷風吹き出し冷却機が周囲に影響するようなことがな
く安定した雰囲気が保たれる。

【００４１】図１に示すように、リフロー炉の予備加熱
ゾーンと本加熱ゾーンに本発明の熱風吹き出しヒーター
を上下部にそれぞれ二対と一対設置した。該リフロー炉
内に毎分１００リットルの窒素ガスを供給し、予備加熱
ゾーンでは基板面温度が１５０℃に、そして本加熱ゾー
ンでは基板面温度が２３０℃になるようにした。このよ
うな条件にしたリフロー炉に各種の電子部品が実装され
たプリント基板（１５０ｍｍ×１５０ｍｍ）を走行さ
せ、各部分の温度を測定した。その結果、一番熱容量の
大きなＱＦＰの温度と一番熱容量の小さなプリント基板
自体の温度差、即ちΔｔは５℃という低い値であった。

【００４２】またプリント基板に無洗浄用ソルダーペー
ストを印刷塗布し、その上に各種の電子部品を搭載す
る。該プリント基板を本発明のリフロー炉内に連続走行
させたところ、炉内の酸素濃度は１００ｐｐｍと低く、
しかも変動が少なかった。またリフロー炉から出たプリ
ント基板を観察したところ、はんだ付け不良が全くな
く、電子品への熱損傷も皆無であった。

【００４３】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明によれば、炉
内に供給する不活性ガスの量が少なくても、無洗浄用ソ
ルダーペーストを用いたはんだ付けで不良を発生させな
いくらいに酸素濃度を下げることができるという経済性
に優れているばかりでなく、Δｔの値も極めて小さくす
ることができるため、プリント基板の均一加熱が行えて
未はんだや電子部品への熱損傷を与えないという信頼性
のあるはんだ付けも行えるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のリフロー炉の正面断面図

【図２】本発明の熱風吹き出しヒーターの斜視断面図

【符号の説明】

１ 熱風吹き出しヒーター ２ 隔壁 ３ 吸い込み口 ４ 吹き出し口 ６ 送風機 ７ 電熱線 ８ ルーバー ９ 風向ガイド １０ リフロー炉 １１ チェーンコンベア １２ 空気侵入防止ゾーン Ｐ 予備加熱ゾーン Ｒ 本加熱ゾーン Ｗ プリント基板

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱風がプリント基板の進行方向に対して
   直角方向に開口した二箇所の吹き出し口から該二箇所の
   吹き出し口の中央に向かって斜め方向に吹き出され、し
   かも吹き出された後の熱風が二箇所の吹き出し口の中央
   に開口している吸い込み口から吸い込まれる自己循環式
   の熱風吹き出しヒーターが複数設置されたリフロー炉に
   プリント基板を走行させ、熱風吹き出しヒーターの吹き
   出し口から斜め方向に吹き出す熱風でプリント基板を加
   熱することにより、プリント基板に塗布されたソルダー
   ペーストを溶融させてはんだ付けすることを特徴とする
   リフロー方法。
2. 【請求項２】 離間した二箇所の吹き出し口がプリント
   基板の進行方向に対して直角方向に開口しており、しか
   も二箇所の吹き出し口から吹き出された熱風が二箇所の
   吹き出し口の中央に向かって斜め方向に吹き出されると
   ともに、二箇所の吹き出し口の中央の吸い込み口から吸
   い込まれる自己循環式の熱風吹き出しヒーターを加熱ゾ
   ーンに設置してあることを特徴とするリフロー炉。
3. 【請求項３】 前記熱風吹き出しヒーターは、コンベア
   を挟んで加熱ゾーンの上下部に設置してあることを特徴
   とする請求項２記載のリフロー炉。
4. 【請求項４】 前記熱風吹き出しヒーターは、加熱ゾー
   ンの上部に設置してあること特徴とする請求項２記載の
   リフロー炉。
5. 【請求項５】 上部が開口した箱状の本体内には電熱線
   が設置されているとともに、本体は二枚の隔壁で下部が
   連通した状態に三分割されており、中央の吸い込み口に
   は外部の気体を吸引することのできる送風機が設置され
   ていて、しかも両側の吹き出し口上部には気体を斜め中
   央方向に変流させるルーバーが設置されていること特徴
   とする熱風吹き出しヒーター。
6. 【請求項６】 前記送風機は、クロスファンであること
   を特徴とする請求項５記載の熱風吹き出しヒーター。
7. 【請求項７】 前記送風機は、シロッコファンであるこ
   とを特徴とする請求項５記載の熱風吹き出しヒーター。
8. 【請求項８】 前記送風機は、プロペラファンあること
   を特徴とする請求項５記載の熱風吹き出しヒーター。