JPH08250852A - リフロー方法、リフロー炉およびリフロー炉用熱風式ヒーター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来のリフロー炉では、チェーンコンベアの
走行速度如何によらず、予備加熱時間と本加熱時間は相
対的に決まってしまうものであり、本加熱時間だけを調
整することができなかったが、本発明では予備加熱時間
に対して本加熱時間が適宜選択できるという自由度を有
したものである。 【構成】 本加熱ゾーンには、ノズル幅が可変な熱風吹
き出しヒーターが設置されており、ノズル幅を変えるこ
とにより本熱ゾーンの加熱域を調整する。即ち、本加熱
ゾーンでの加熱時間を短くする場合は、ノズル幅を狭く
し、逆に加熱時間を長くする場合はノズル幅を広くす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリント基板上に塗布
されたソルダーペーストを加熱溶融させることによりプ
リント基板と電子部品とのはんだ付けを行うリフロー方
法、リフロー炉およびそれに使用するに適した熱風式ヒ
ーターに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にプリント基板に塗布されたソルダ
ーペーストをリフロー炉で加熱溶融させてはんだ付けす
るには、先ずプリント基板を１００〜１５０℃位に立ち
上げ、それから１５０〜１６０℃の温度で一定時間均熱
するという予備加熱を行い、その後、プリント基板の温
度を２００〜２３０℃に上げてソルダーペーストを溶融
させる本加熱を行う。次いで溶融したはんだを固化させ
るために冷風を吹き付けて冷却を行い、はんだ付けが終
了する。

【０００３】リフロー炉のはんだ付けでプリント基板に
対して立ち上げと均熱の予備加熱を行うのは、ソルダー
ペーストが塗布されたプリント基板を急激にはんだの溶
融温度まで上げると、ソルダーペースト中に含まれてい
る溶剤が突沸してソルダーペーストをはんだ付け近辺に
飛散させ、不必要な箇所にはんだやフラックスを付着さ
せて不良の原因を作ってしまうからである。そこでリフ
ロー方法では予備加熱を行って溶剤を徐々に蒸発させる
ことにより溶剤の突沸を防いでいる。またリフロー炉の
はんだ付けで予備加熱を行うのは、プリント基板に搭載
された電子部品を急激に高温まで加熱すると熱ショック
で電子部品のモールド部分にヒビ割れが生じたり、電子
部品の機能が劣化したり、さらにはプリント基板が大き
く熱変形したりするのを防ぐためでもある。

【０００４】この予備加熱と本加熱では、プリント基板
に実装された電子部品、電子部品の実装状態、或いはプ
リント基板等の条件によって加熱温度や加熱時間を適宜
選択しないと信頼あるはんだ付けができなくなる。たと
えば長時間高温に曝されると熱損傷しやすい電子部品が
低密度で実装されているような場合は、予備加熱時間と
本加熱時間を短くして、電子部品に対する熱影響を少な
くする。また同じ熱損傷しやすい電子部品でも、他の電
子部品と高密度に実装されている場合は、予備加熱を少
し長めにして全体を均一加熱し、熱損傷しやすい電子部
品を保護するために本加熱時間を短くする。そして比較
的耐熱性のある電子部品が低密度に実装されている場合
は、予備加熱時間は短くてもよいが、本加熱時間を多少
長めにして、はんだ付け部を完全なはんだ付け温度にす
る。さらに耐熱性のある電子部品が高密度に実装されて
いるばいいは、予備加熱時間と本加熱時間を十分に長く
して、全体を十分に均一加熱するようにする。

【０００５】リフロー炉の加熱装置としては赤外線方式
と熱風方式とがあり、また加熱手段としては飽和温度加
熱と過剰温度加熱がある。

【０００６】飽和温度加熱とは、所定の温度、たとえば
熱風方式を用いたリフロー炉において、被加熱物である
電子部品やプリント基板の本加熱温度が２３０℃である
ならば、熱風の温度を２３０℃よりも少し高い温度（た
とえば３００℃）に設定しておき、この熱風を被加熱物
に当てて被加熱物が２３０℃になるようにする。この場
合、本加熱ゾーンを長くしたり、プリント基板の搬送速
度を遅くして熱風に曝される時間を長くすることによ
り、被加熱物を２３０℃に加熱するものである。

【０００７】過剰温度加熱とは、所定の温度、たとえば
熱風方式を用いたリフロー炉において、本加熱温度が２
３０℃であるならば、熱風の温度を３５０℃位の高温に
しておき、被加熱物が２３０℃となるまで加熱し、２３
０℃になったならば、それ以上加熱されないように本加
熱ゾーンから退出させるようにするものである。この過
剰温度加熱ではんだ付けする場合は、本加熱ゾーンを短
くしたり、搬送速度を早くする必要がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のリフ
ロー炉では本加熱ゾーンの加熱を飽和温度加熱で行う場
合、搬送速度を遅くするわけであるが、このとき当然、
予備加熱ゾーンも搬送速度が遅くなる。また本加熱ゾー
ンを過剰温度加熱で加熱するする場合は、搬送速度が早
くなるため、予備加熱ゾーンも搬送速度が早くなる。こ
のように従来のリフロー炉では、本加熱ゾーンと予備加
熱ゾーンの両加熱ゾーンを搬送装置が同一速度で走行す
るため、本加熱ゾーン、或いは予備加熱ゾーンの一方だ
けを被加熱物の加熱条件に合わせると、もう一方の加熱
ゾーンでは被加熱物の加熱条件に合わなくなるものであ
った。

【０００９】しかしながら、電子部品のはんだ付けで
は、前述のごとく、電子部品、電子部品の実装状態やプ
リント基板等の条件により、予備加熱時間或いは本加熱
時間をそれぞれ単独で長くしたり、短くしたりしたいも
のであるが、従来のリフロー炉ではそれができなかっ
た。

【００１０】そのため、リフロー炉の使用者側として
は、自分が一番多く使う被加熱物の条件に合ったリフロ
ー炉を購入し、ほとんど専用機として使用していたもの
である。しかしながら、近時の電子技術の発達から、熱
容量、熱伝導率、リード数等が異なる各種の電子部品や
厚さ、大きさの異なる各種のプリント基板が出現してき
ており、使用者側としても従来の専用機から各種の電子
部品とプリント基板の組合せたものが使用できる所謂
「汎用機」を望むようになってきた。

【００１１】本発明は、各種の電子部品やプリント基板
の如何なる組合せのものに対しても適応できるリフロー
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】本発明者らは、予備加熱
ゾーンの長さが決まっていても、本加熱ゾーンの長さを
適宜変えるとともに、搬送速度を調整し、また加熱も飽
和温度加熱や過剰温度加熱で行えば、各種の電子部品や
プリント基板のあらゆる組合せにも対応できることを見
いだし本発明を完成させた。

【００１３】本発明の第１発明は、搬送装置で走行して
いるプリント基板に熱風を吹き付けてプリント基板を加
熱するリフロー方法において、本加熱ゾーンでプリント
基板の進行方向横方に伸びたノズルの噴出口からプリン
ト基板に熱風を吹き付けるとともに、ノズルの噴出口の
幅を適宜変えることにより熱風の当たる時間を電子部品
やプリント基板の条件に適応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。

【００１４】本発明の第２発明は、搬送装置で走行して
いるプリント基板に熱風を吹き付けてプリント基板を加
熱するリフロー炉において、熱風式ヒーターが本加熱ゾ
ーンに設置されており、熱風式ヒーターのノズルが搬送
装置の近傍に設置されているとともに、該ノズルは噴出
口がプリント基板進行方向横方に伸びていて、しかもノ
ズルの噴出口の幅が可変となっていることを特徴とする
リフロー炉である。

【００１５】そして本発明の第３発明は、熱風の流通路
が往路と復路とで構成されており、流通路内に送風機と
電熱ヒーターが設置されているとともに、往路には往路
を横切ってプリント基板の搬送装置が通過しており、し
かも往路にはプリント基板進行方向横方に伸びた噴出口
を有するノズルが搬送装置の近傍に設置されていて、さ
らに該ノズルは噴出口の幅が可変となっていることを特
徴とするリフロー炉用熱風式ヒーターである。

【００１６】本発明のリフロー炉は、幅可変のノズルを
本加熱ゾーンに設置するものであるが、立ち上げゾーン
に設置してもよい。立ち上げゾーンに幅可変のノズルが
設置された熱風式ヒーターを設置すると、立ち上げ時間
を短くできるため、搬送速度を早めて生産性を向上させ
ることができる。

【００１７】また本発明のリフロー炉用熱風式ヒーター
には、ノズルの内側に整流板を設置しておくと、熱風の
乱れが少なくなり、熱効率を高めることができる。

【００１８】

【作用】熱風を吹き出すノズルの噴出口を幅可変にする
ことにより、本加熱ゾーンの長さを変えることができる
ものであり、被加熱物の条件に対応できるようになる。
つまり、予備加熱時間と本加熱時間を短くする場合に
は、搬送速度を早くするとともに、本加熱ゾーンに設置
した熱風式ヒーターのノズル幅を狭くし、ノズルから過
剰温度加熱の熱風を吹き出させる。また予備加熱時間を
長くし、本加熱時間を短くする場合には、搬送速度を遅
くするとともに、本加熱ゾーンに設置した熱風式ヒータ
ーのノズル幅を狭くし、ノズルから過剰温度加熱の熱風
を吹き出させる。さらにまた予備加熱時間を短くし、本
加熱時間を長くする場合には、本加熱ゾーンに設置した
熱風式ヒーターのノズル幅を広くし、ノズルから飽和温
度加熱の熱風を吹き出させる。そして予備加熱時間と本
加熱時間を長くする場合には、搬送速度を遅くするとと
もに、本加熱ゾーンに設置した熱風式ヒーターのノズル
幅を広くし、ノズルから飽和温度加熱の熱風を吹き出さ
せる。

【００１９】熱風式ヒーターの熱風通路を往路と復路に
分け、往路にプリント基板の搬送装置を設置し、往路の
プリント基板の搬送装置近傍に噴出口の幅可変なノズル
を設置してあるため、ノズル幅を可変することにより、
加熱域の調整、即ち加熱時間を長くしたり、短くしたり
することができる。

【００２０】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明を説明する。図
１は本発明リフロー炉の正面断面図、図２は図１のＸ−
Ｘ線断面図、図３は本発明のリフロー炉用熱風式ヒータ
ーの一部破断斜視図、図４は本発明のリフロー炉で得ら
れた各種の温度プロファイルである。

【００２１】先ず本発明のリフロー炉について説明す
る。リフロー炉１は内部がトンネル２となっており、ト
ンネル内では搬送装置３が矢印Ａ方向に走行している。
搬送装置３は一対のチェーンコンベアであり、一対のチ
ェーンコンベア間でプリント基板Ｐを保持しながら走行
させるものである。

【００２２】トンネル２は立ち上げ部Ｔ、均熱部Ｋ、本
加熱ゾーンＨ、冷却ゾーンＲとなっている。立ち上げ部
Ｔのトンネルの上下部には電熱ヒーター４を密に組み込
んだ遠赤外線ヒーター５、５が設置されている。また均
熱部Ｋは立ち上げ部よりも長い加熱域となっており、電
熱ヒーター４を粗に組み込んだ均熱ヒーター６と電熱ヒ
ーター４を密に組み込んだ兼用ヒーター７、７が設置さ
れている。均熱ヒーター６はトンネル２の上部だけに設
置し、兼用ヒーター７、７はトンネルの上下部に設置し
てある。この兼用ヒーターとは、本来均熱加熱に使用す
るものであるが、後述本加熱ゾーンでの熱量が足りず、
さらに熱量を増加させなければならない場合、本加熱ゾ
ーンの近傍にある兼用ヒーターの温度を上げて本加熱の
補助に使用できるようにしたものである。

【００２３】実施例に示すリフロー炉では、均熱部Ｋの
下部が単なる凹み８となっており、均熱ヒーターを設置
していないが、ここには必要に応じて均熱ヒーターを設
置できるようになっている。

【００２４】本発明のリフロー炉には本加熱ゾーンに熱
風式ヒーター９が設置されている。該熱風式ヒーター
は、搬送装置３の近傍にノズル１０を有しているもので
ある。ノズル１０の噴出口１１はプリント基板進行方向
横方に伸びており、しかも噴出口１１の幅が可変となっ
ている。

【００２５】冷却ゾーンＲには、搬送装置３の上方に冷
却ファン１２が設置されている。冷却ゾーンでは、本加
熱ゾーンで加熱されて溶融したはんだを冷却ファン１２
で冷却し、急速に固化させて信頼あるはんだ付け部を得
るようにする。

【００２６】ここで本発明の第３発明であるリフロー炉
用熱風式ヒーターについて説明する。熱風式ヒーター９
は往路１３と復路１４に分かれており、往路１３の下部
は送風機１５の吸引口１６に接続され、復路１４の下部
は送風機１５の排出口１７に接続されている。

【００２７】往路１３の途中には往路を横切って搬送装
置３を通過させる開口１８が穿設されており、搬送装置
３の直上にノズル１０が設置されている。

【００２８】ノズル１０は一対のノズル板１９、１９か
ら構成されており、図１に示すように矢印Ｂの如く回動
自在となっている。従って、両方のノズル板１９、１９
の下部を近づけるとノズル１０の噴出口１１は狭まり、
逆に両方のノズル板の下部を離すとノズルの噴出口１１
は広がる。つまり、本発明の熱風式ヒーターでは、ノズ
ルの噴出口を狭めると加熱域が短くなり、逆にノズル１
０の噴出口１１を広げると加熱域が長くなるようになっ
ている。

【００２９】ノズル板１９、１９には複数の整流板２０
…が設置されている。整流板２０はノズル板１９に平行
に取り付けられており、上にいくほど幅が狭くなってい
る。ノズルにおける整流板は、ノズルを通過する熱風の
方向性を正して熱風をプリント基板に効率よく当てるも
のである。

【００３０】ノズル１０の上部で往路１３と復路１４の
境界部には気体分散装置２１が設置されている。気体分
散装置とは、熱風が復路１４から往路１３に侵入する
際、往路全体に均一に分散させるためのものであり、実
施例ではパンチングボードを用いてある。また復路１４
内には多数の棒状ヒーター２２が設置されている。復路
１３を流通する気体は該棒状ヒーター間を通過するうち
に加熱されるようになっている。

【００３１】トンネル２の入り口上部、立ち上げヒータ
ー５と均熱ヒーター６間、均熱ヒーター６と兼用ヒータ
ー７間、および熱風ヒーター９と冷却ゾーン間には、ダ
クト２３がトンネル２まで通じており、該ダクトは送風
機２４でトンネル内の熱気をリフロー炉の外部に排気す
るようになっている。トンネル内の熱気をダクトでリフ
ロー炉の外部に排気することにより、トンネル内に熱気
の流動が起こり、被加熱物に対する熱効率を高めること
ができる。

【００３２】ここで本発明のリフロー炉を用いたリフロ
ー方法について説明する。

【００３３】プリント基板Ｐが搬送装置３で搬送され、
先ず立ち上げ部Ｔに入り、電熱ヒーターが密になった立
ち上げヒーター５で短時間のうちに所定の温度まで上昇
させられる。そして均熱部Ｋの均熱ヒーター６と兼用ヒ
ーター７で所定の温度を保った状態で一定時間均熱加熱
され、その後、本加熱ゾーンＨに入り、ここで熱風によ
り急激に加熱されてプリント基板上のソルダーペースト
が溶融される。このとき、熱風式ヒーター９は電子部品
やプリント基板の条件によってノズル１０の噴出口１１
を調整する。即ち、本加熱ゾーンでの加熱時間を短くす
る場合は、ノズルの噴出口を狭めて加熱域を短くする。
また本加熱ゾーンでの加熱時間を長くする場合は、ノズ
ルの開口部を広げて加熱域を長くする。

【００３４】次に熱影響の有無や熱容量の大小のある電
子部品とプリント基板の各種の組み合わせによるリフロ
ー方法について説明する。またこれらの温度プロファイ
ルを図４に示す。

【００３５】熱影響を受けやすい電子部品が低密度に
実装されたプリント基板のはんだ付け。（予備加熱時間
と本加熱時間が短い） ○搬送速度：１０００ｍｍ／分 ○立ち上げヒーターの設定温度：４３０℃ ○均熱ヒーターの設定温度：１９５℃ ○兼用ヒーターの設定温度：１９０℃ ○熱風式ヒーターの設定温度：３５０℃ ○ノズルの開口幅：６０ｍｍ

【００３６】熱影響を受けやすい電子部品が高密度に
実装されたプリント基板のはんだ付け。（予備加熱時間
が長く、本加熱時間が短い） ○搬送速度：７００ｍｍ／分 ○立ち上げヒーターの設定温度：３５０℃ ○均熱ヒーターの設定温度：１９０℃ ○兼用ヒーターの設定温度：１９０℃ ○熱風式ヒーターの設定温度：３５０℃ ○ノズルの開口幅：６０ｍｍ

【００３７】熱影響を受けにくい電子部品が低密度に
実装されたプリント基板のはんだ付け。（予備加熱時間
が短く、本加熱時間が長い） ○搬送速度：１０００ｍｍ／分 ○立ち上げヒーターの設定温度：４３０℃ ○均熱ヒーターの設定温度：１９５℃ ○兼用ヒーターの設定温度：１９０℃ ○熱風式ヒーターの設定温度：３００℃ ○ノズルの開口幅：３００ｍｍ

【００３８】熱影響を受けにくい電子部品が高密度に
実装されたプリント基板のはんだ付け。（予備加熱時間
が長く、本加熱時間も長い） ○搬送速度：７００ｍｍ／分 ○立ち上げヒーターの設定温度：３５０℃ ○均熱ヒーターの設定温度：１９５℃ ○兼用ヒーターの設定温度：１９０℃ ○熱風式ヒーターの設定温度：３００℃ ○ノズルの開口幅：３００ｍｍ

【００３９】上記各種の電子部品とプリント基板を組み
合わせたものについて本発明のリフロー方法及びリフロ
ー炉で行った結果、全ての電子部品やプリント基板に対
する熱影響は見られず、しかも未はんだのない良好なは
んだ付け部が得られた。

【００４０】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明のリフロー方
法及びリフロー炉によればはんだ付けを行う各種の電子
部品やプリント基板の対応した加熱条件を容易に作るこ
とができるため、電子部品やプリント基板に熱ショック
や機能劣化を起こさせることなく、しかも全体を均一加
熱して信頼あるはんだ付け部が得られるものである。ま
た本発明の熱風式ヒーターは熱風の吹き出し口を電子部
品やプリント基板の条件に合わせて可変することができ
ることから、他の加熱ゾーンに対して加熱時間を相対的
に調整できるという従来にない優れた特長を有するもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明リフロー炉の正面断面図

【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図

【図３】本発明のリフロー炉用熱風式ヒーターの一部破
断斜視図

【図４】本発明のリフロー炉で得られた各種の温度プロ
ファイル

【符号の説明】

１ リフロー炉 ２ トンネル ３ 搬送装置 ５ 立ち上げヒーター ６ 均熱ヒーター ９ 熱風式ヒーター １０ ノズル １１ 噴出口 １２ 冷却ファン １５ 送風機 Ｐ プリント基板 Ｔ 立ち上げ部 Ｋ 均熱部 Ｈ 本加熱ゾーン Ｒ 冷却ゾーン

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年５月７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００４】この予備加熱と本加熱では、プリント基板
に実装された電子部品、電子部品の実装状態、或いはプ
リント基板等の条件によって加熱温度や加熱時間を適宜
選択しないと信頼あるはんだ付けができなくなる。たと
えば長時間高温に曝されると熱損傷しやすい電子部品が
低密度で実装されているような場合は、予備加熱時間と
本加熱時間を短くして、電子部品に対する熱影響を少な
くする。また同じ熱損傷しやすい電子部品でも、他の電
子部品と高密度に実装されている場合は、予備加熱を少
し長めにして全体を均一加熱し、熱損傷しやすい電子部
品を保護するために本加熱時間を短くする。そして比較
的耐熱性のある電子部品が低密度に実装されている場合
は、予備加熱時間は短くてもよいが、本加熱時間を多少
長めにして、はんだ付け部を完全なはんだ付け温度にす
る。さらに耐熱性のある電子部品が高密度に実装されて
いる場合は、予備加熱時間と本加熱時間を十分に長くし
て、全体を十分に均一加熱するようにする。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のリフ
ロー炉では本加熱ゾーンの加熱を飽和温度加熱で行う場
合、搬送速度を遅くするわけであるが、このとき当然、
予備加熱ゾーンも搬送速度が遅くなる。また本加熱ゾー
ンを過剰温度加熱で加熱する場合は、搬送速度が早くな
るため、予備加熱ゾーンも搬送速度が早くなる。このよ
うに従来のリフロー炉では、本加熱ゾーンと予備加熱ゾ
ーンの両加熱ゾーンを搬送装置が同一速度で走行するた
め、本加熱ゾーン、或いは予備加熱ゾーンの一方だけを
被加熱物の加熱条件に合わせると、もう一方の加熱ゾー
ンでは被加熱物の加熱条件に合わなくなるものであっ
た。

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 搬送装置で走行しているプリント基板に
   熱風を吹き付けてプリント基板を加熱するリフロー方法
   において、本加熱ゾーンでプリント基板の進行方向横方
   に伸びたノズルの噴出口からプリント基板に熱風を吹き
   付けるとともに、ノズルの噴出口の幅を適宜変えること
   により熱風の当たる時間を電子部品やプリント基板の条
   件に適応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】 搬送装置で走行しているプリント基板に
   熱風を吹き付けてプリント基板を加熱するリフロー炉に
   おいて、熱風式ヒーターが本加熱ゾーンに設置されてお
   り、熱風式ヒーターのノズルが搬送装置の近傍に設置さ
   れているとともに、該ノズルは噴出口がプリント基板進
   行方向横方に伸びていて、しかもノズルの噴出口の幅が
   可変となっていることを特徴とするリフロー炉。
3. 【請求項３】 熱風の流通路が往路と復路とで構成され
   ており、流通路内に送風機と電熱ヒーターが設置されて
   いるとともに、往路には往路を横切ってプリント基板の
   搬送装置が通過しており、しかも往路にはプリント基板
   進行方向横方に伸びた噴出口を有するノズルが搬送装置
   の近傍に設置されていて、さらに該ノズルは噴出口の幅
   が可変となっていることを特徴とするリフロー炉用熱風
   式ヒーター。
4. 【請求項４】 前記ノズルには、内側に整流板が設置さ
   れていることを特徴とする請求項３記載のリフロー炉用
   熱風式ヒーター。
5. 【請求項５】 前記ノズルの上方には気体分散装置が設
   置されていることを特徴とする請求項３記載のリフロー
   炉用熱風式ヒーター。