JPH10200254A - 熱風加熱装置および加熱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プリント基板の両面に温度差を付けられるよ
うにすると共に、その温度差を基板の種類に合わせて、
設定できる熱風加熱装置および加熱方法を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 プリント基板１を搬送する搬送経路２の
両側に熱風発生装置８ａ、９ａを設ける。熱風発生装置
８ａ、９ａで発生した熱風をプリント基板１に吹き付け
る。吹き付けた空気の一部をそれぞれのケーシング内で
循環させる。熱風発生装置８ａ、９ａの少なくとも一方
には、外気をケーシング内に取り込んでケーシング内の
循環空気流に混合する外気混合手段を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する利用分野】本発明は、耐熱温度の比較的
高い電子部品と耐熱温度の低いリード付き部品との混載
プリント基板のリフロー半田付けや、フロー半田付けに
際して接着剤硬化をするためなどに使用する熱風加熱装
置および加熱方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、面実装部品をプリント基板に
半田付けする方法として、リフロー法とフロー法が用い
られている。

【０００３】リフロー法は、プリント基板にソルダーペ
ーストを印刷等で塗布してその上に電子部品を装着し、
その状態のプリント基板を加熱することで、ソルダーペ
ーストを溶かし、半田付けするというものである。この
時の加熱装置がリフロー装置である。

【０００４】面実装部品のフロー法は、プリント基板に
接着剤を塗布してその上に電子部品を装着し、接着剤を
硬化させた後、プリント基板を反転し、噴流式半田槽に
プリント基板を浸けることで、半田付けをする方法であ
る。この場合、プリント基板にはリード付き部品も実装
してあることが多いので、接着剤硬化時の加熱には、リ
ード付き部品のある側の温度はできるだけ低くする必要
がある。そのため、前記プリント基板の熱風加熱装置に
は、プリント基板の接着剤塗布面の温度は接着剤の硬化
温度、例えば１４０℃以上の温度に加熱でき、プリント
基板のリード付き部品の実装面は、リード付き部品の耐
熱温度以下、例えば１００℃以下の温度にすることが要
求される。

【０００５】従って、リフロー加熱と、接着剤硬化加熱
とはそれぞれ違う設備を使用していたが、同じ設備でリ
フロー加熱と接着剤加熱が可能な装置の要求が出てお
り、その結果色々な加熱装置が開発された。

【０００６】その一例を図８に示す。プリント基板１は
搬送装置２によって、搬送経路を矢印Ａの方向へケーシ
ング３の内部を通過する。ケーシング３の内部では、矢
印ａに示すようにケーシング３の内部へ送り込まれた空
気が、噴き出しノズル４から矢印ｂのように噴き出さ
れ、その空気の一部は矢印ｃを経て排気口５から矢印ｄ
のように排気され、残りの空気はケーシング３の内部で
循環している。

【０００７】リフロー半田付け時には、パネルヒータ６
ａ，６ｂ，６ｃおよび７ａ，７ｂ，７ｃでケーシング３
の内部を赤外線で加熱し、噴き出しノズル４からの空気
で攪拌されてプリント基板１の均一加熱が実現されてい
る。

【０００８】また、フロー半田付けの接着剤硬化時には
パネルヒータ７ａ，７ｂ，７ｃと噴き出し噴き出しノズ
ル４からの空気流をＯＦＦ状態にし、排気口５から矢印
ｄのように排気しながら、パネルヒータ６ａ，６ｂ，６
ｃだけで加熱する。このようにして、ケーシング３内の
雰囲気温度をさげ、プリント基板１の下面温度を低く保
つ方法などが開発されてきた。

【０００９】しかし、最近になり、リフロー加熱時にお
いても、プリント基板の半田付け面と前記半田付け面と
は反対側の面とで、温度差を付ける要望が出てきた。そ
のため、プリント基板の両面で温度差を付ける方法とし
て、特開平３−８３９１号公報には、循環ブロワと冷風
ブロワを備え、流出口から出る風を選択的に吹き出せる
ようにした例が開示されている。

【００１０】また、特開平４−２７１１９２号公報等に
は、予備加熱室やリフロー室の上部側に、外気を下方に
吹き付けるようにした例が開示されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】プリント基板の半田付
け面と前記半田付け面とは反対側の面とで温度差を付け
るために、熱風加熱装置として赤外線加熱を採用する
と、プリント基板と電子部品の赤外線吸収率の差や、熱
容量の差により、同一基板内の温度差や、部品間の温度
差が大きくなるという問題があった。

【００１２】また、特開平３−８３９１号公報に開示さ
れているように、熱風加熱装置に循環ブロワと冷風ブロ
ワを備え、流出口から出る風を選択的に吹き出せるよう
にすると、循環ブロワに戻ってくる熱風は、プリヒート
ゾーンからとリフローゾーンからの熱風が混ざって戻る
ため、低温に設定したゾーンの熱風よりも高くなり、結
果的に、低く設定しているゾーンの温度が、設定温度よ
り上昇してしまい、実施不可能な加熱温度プロファイル
ができるという問題があった。

【００１３】さらに、特開平４−２７１１９２号公報に
開示されているように、各ゾーンの上部に外気導入送風
機を設けても、基板上面を下面より低くはできても、基
板上面を下面より高くできないし、設定温度も制限され
る。また、基板の下面側の半田を溶かすので、重い電子
部品の場合には落下するという問題がある。

【００１４】本発明は前記問題点を解決し、風量が多く
均一加熱に適している熱風循環熱風加熱装置において、
プリント基板の両面に温度差を付けられるようにすると
共に、その温度差を基板の種類に合せて、設定できる熱
風加熱装置および加熱方法を提供することを目的とす
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の熱風加熱装置は、プリント基板両面の各ケ
ーシングの少なくとも一方に外気混合手段を設けて、各
ケーシングに温度差をつけられるようにしたものであ
る。

【００１６】この本発明によると、異なった温度に設定
した熱風を各ケーシング内でそれぞれ循環させ、各ケー
シングの少なくとも一方に外気混合手段を設けて循環し
ている熱風と外気とを所定の割合で混合することで、一
旦熱風温度を下げ、その熱風を所定の温度に加熱するこ
とで、基板の両面で温度差を付けることが可能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】請求項１記載の熱風加熱装置は、
プリント基板を搬送する経路を中央にしてその両側に、
発生した熱風を前記プリント基板に吹き付けるとともに
吹き付けた空気の一部をそれぞれのケーシング内で循環
させる第１，第２の熱風発生装置を設け、第１，第２の
熱風発生装置の少なくとも一方には、外気をケーシング
内に取り込んでケーシング内の循環空気流に混合する外
気混合手段を設けたことを特徴とする。

【００１８】この構成によると、外気混合手段を設ける
ことで、外気とケーシング内を循環した熱風とが混合さ
れて温度が低下し、これをヒータ加熱で所定の温度に調
整した後、吹き出すことができる。従って、各ケーシン
グを循環する熱風が接触することがなく、温度が同一と
なることがないため、それぞれのケーシングで異なった
温度を保つことができる。

【００１９】請求項２記載の熱風加熱装置は、請求項１
において、外気混合手段を、熱風発生装置のケーシング
内で空気を循環させる送風機の近傍で一端が開口し他端
が前記ケーシングの外部で開口したダクトで構成したこ
とを特徴とする。

【００２０】この構成によると、前記ダクトの送風機の
吸入口近傍は、ケーシングの外部で開口した部分に比べ
て負圧になっているため、ほぼ室温程度の低い温度の空
気がケーシング内に吸い込まれ、ケーシング内の熱風と
共に送風機に吸い込まれる。従って、混ざりあった空気
は加熱ユニット内の設定温度以下になり、加熱用ヒータ
で温度コントロールができるようになる。

【００２１】請求項３記載の基板用熱風加熱装置は、請
求項１において、外気混合手段を、熱風発生装置のケー
シング内で空気を循環させる送風機の近傍で一端が開口
し他端が前記ケーシングの外部で開口したダクトと、前
記ダクトの通路に介装された流量調整手段とで構成した
ことを特徴とする。

【００２２】この構成によると、流量調整手段、具体的
にはダクトの外気導入用空気取入口に、流量調整用ダン
パーまたは補助送風機などを設けることにより、送風機
に吸入される外気の比率を容易に変えることでき、各ケ
ーシングで異なった温度を保つことができる。

【００２３】請求項４記載の加熱方法は、プリント基板
の半田付け面に熱風を吹き付けて加熱しリフロー半田付
けを実施するに際し、プリント基板の前記半田付け面に
向けて第１の熱風加熱装置によって熱風を吹き付けると
ともに、前記半田付け面とは反対側の面に向けて第２の
熱風加熱装置によって熱風を吹き付け、第１，第２の熱
風発生装置の少なくとも一方には、外気をケーシング内
に取り込んでケーシング内の循環空気流に混合して噴き
出し熱風温度を調整することを特徴とする。

【００２４】この方法によると、リード付き部品と面実
装用部品の混載基板でも品質の良いリフローや半田付け
や接着剤の硬化ができる。請求項５記載の加熱方法は、
熱硬化性接着剤でプリント基板の表面に電子部品を固定
するに際し、プリント基板の前記熱硬化性接着剤の塗布
面に第１の熱風発生装置によって熱風を吹き付けて熱硬
化性接着剤を硬化させるとともに、前記の塗布面とは反
対側の面に向けて第２の熱風発生装置によって空冷風を
吹き付ける加熱方法であって、前記第２の熱風発生装置
において、外気をケーシング内に取り込んでケーシング
内の循環空気に混合することにより、その熱風の噴き出
し温度を第１の熱風発生装置の熱風の噴き出し温度より
も低くすることを特徴とする。

【００２５】この構成によると、基板上面を基板下方よ
り高温に加熱することで、リード付き部品と面実装用部
品の混載基板をフロー半田付けする際の接着剤の硬化時
において、リード付き部品の温度上昇を抑えられる。

【００２６】以下、本発明の各実施の形態を図１〜図７
に基づいて説明する。 （実施の形態１） 図１〜図３は本発明の（実施の形態
１）を示す。

【００２７】本発明の熱風加熱装置は図１に示すよう
に、プリント基板１は搬送装置２によって上手側から下
手側へ矢印Ａの方向へ搬送される。この搬送装置２の搬
送経路を中央にしてその上下の両側には、熱風発生装置
としての加熱ユニット８ａ〜８ｃ，９ａ〜９ｃが配置さ
れ、さらにその下手側には、搬送装置２の搬送経路を中
央にしてその上下の両側に冷却ユニット１０，１１が配
置されており、それぞれの運転を制御することによっ
て、リフロー半田付けやフロー半田の場合の接着剤の硬
化のいずれでも行うことができる。

【００２８】上下の加熱ユニット８ａ〜８ｃ，９ａ〜９
ｃはいずれも構成が同じであるので、ここでは図２と図
３に基づいて加熱ユニット８ａの構成を例に挙げて説明
する。

【００２９】搬送装置２の搬送経路の上方位置に配置さ
れた加熱ユニット８ａのケーシング１２は、図２に示す
ように搬送装置２の搬送面１３に対向する部分に凹部１
４が形成された断面形状がコの字形で、下面が閉塞した
空気室１５ａ，１５ｂの上部の相互間が連通部１６で接
続されている。

【００３０】前記の凹部１４には、空気室１５ａ，１５
ｂの下部の間を連通するように複数の噴き出しノズル１
７が前記の搬送方向に沿って、図３に示すように所定間
隔で設けられている。

【００３１】この噴き出しノズル１７は、上記のように
空気室１５ａ，１５ｂの下部の間を連通するとともに、
搬送装置２の搬送面１３に対向する位置には、スリット
１８が形成されている。

【００３２】図３は熱風発生装置８ａと９ａを組み合わ
せた断面図であり、加熱ユニットの外気流入口側は加熱
ユニットの中央部を断面したものであり、反対側は手前
側加熱ヒータと外部カバーの中間で断面したものであ
る。

【００３３】ケーシング１２の凹部１４の天井部分の中
央には、図３の左断面に示すように円形の吸気口１９が
穿設されている。ケーシング１２の連通部１６には、タ
ーボファン２０の吸込口が吸気口１９から吸引するよう
に送風機２１が取り付けられている。

【００３４】ケーシング１２の連通部１６の内部には、
ターボファン２０を挟むように、空気室１５ａ，１５ｂ
と連通部１６との接続部に、ケーシング１２の長手方向
に沿ってヒータ２２ａ，２２ｂが配設されている。

【００３５】このようにケーシング１２を構成して送風
機２１を運転すると、ケーシング１２の吸気口１９の付
近が負圧になり、搬送装置２の搬送面１３の付近の空気
が、噴き出しノズル１７の間に形成される吸い込み部２
３を介して吸気口１９から連通部１６に吸い込まれる。

【００３６】連通部１６に吸い込まれた空気は、ターボ
ファン２０によって連通部１６の周囲に吐き出され、ヒ
ータ２２ａ，２２ｂで加熱されて空気室１５ａ，１５ｂ
の下部に送風され、噴き出しノズル１７のスリット１８
から搬送装置２の搬送面１３や、この部分を通過するプ
リント基板１に熱風２４が吹き付けられる。

【００３７】搬送装置２を間に挟んで加熱ユニット８ａ
の下側に配設された加熱ユニット９ａからも同様に熱風
２４が搬送装置２の搬送面１３や、この部分を通過する
プリント基板１に熱風２４が吹き付けられる。

【００３８】また、加熱ユニット８ａには、ケーシング
１２の内部を循環する熱風に外気を混合するためにダク
ト２５が設けられている。具体的には、ダクト２５の一
端はケーシング１２の凹部１４にあって先端は天井部分
の吸気口１９の近傍で開口している。ダクト２５の他端
は連通部１６を貫通して大気で開口している。

【００３９】このようにダクト２５を設けているため、
送風機２１を運転して吸気口１９の近傍が負圧になる
と、ダクト２５を介して外気を矢印２６で示すように吸
い込んで、循環する熱風に混合される。

【００４０】このようなダクト２５を設けていない場合
には、加熱ユニット８ａ，９ａのケーシング内の温度が
異なると、搬送装置２の近傍では、加熱ユニット８ａか
らの熱風と加熱ユニット９ａからの熱風が混ざりあい、
高い温度の熱風と低い温度の熱風の中間の温度になる。
この混ざりあった熱風が低い温度に設定している加熱ユ
ニットに吸い込まれると、ケーシング内の温度は設定温
度より高くなるため、ヒータでは温度コントロールでき
なくなり、時間経過と共に、低い温度に設定した方のケ
ーシング内の温度が上昇してしまう。

【００４１】この実施の形態のように外気混合手段であ
るダクト２５を設けることで、加熱ユニット８ａ，９ａ
のケーシング内の温度が異なる場合でも、設定温度が低
いほうのケーシング内の温度をヒータによって設定温度
にコントロールできる。

【００４２】さらに、噴き出しノズル１７とその間にあ
る吸い込み部２３の数を増やし、噴き出しノズル１７と
吸い込み部２３のピッチを短くすることで、熱風の水平
方向に流れる距離を短くでき、各加熱ユニットから噴き
出された熱風の混ざり合う比率を少なくできる。その結
果、ダクト２５からの外気の流入量が少なくても、一対
の加熱ユニット８ａ，９ａで温度差が付けられるように
なる。具体的には、噴き出しノズル１７のピッチを１５
０ｍｍ以下にすると効果が顕著であることが、実験的に
確かめられている。

【００４３】（実施の形態２）図４は（実施の形態２）
を示す。この（実施の形態２）は（実施の形態１）にお
ける加熱ユニット８ａ，９ａの各ダクト２５の外気流入
口２７に風量調整用のダンパー２８と軸流送風機タイプ
の補助送風機２９を設けたものである。

【００４４】これによると、ダンパー２８で風量を制限
したり、補助送風機２９で送風量を増やすことで、加熱
ユニット８ａ，９ａでの循環空気流の温度をより正確に
管理できる。

【００４５】特に、補助送風機２９を付けることによ
り、加熱ユニット８ａ，９ａのうちで低い温度に設定し
ている方の外気の送風量を増やすことができ、外気流入
口２７より吸い込まれた空気流は高い温度に設定してい
る方に流れ出て熱風温度を下げるため、ヒータの電気消
費量は増加するものの、一対の加熱ユニット８ａ，９ａ
間の温度差をより大きくできる作用を有する。

【００４６】なお、上記の（実施の形態１）では、ダク
ト２５を加熱ユニット８ａ，９ａの両方に設けている
が、どちらか一方の加熱ユニット設けるだけでも良い。
上記の（実施の形態２）では、ダンパー２８と補助送風
機２９の両方をダクト２５に設けて流量調整手段とした
が、ダンパー２８と補助送風機２９の一方だけをダクト
２５に設けて流量調整手段とすることもできる。さら
に、（実施の形態２）では加熱ユニット８ａ，９ａの両
方に流量調整手段を設けたが、加熱ユニット８ａ，９ａ
の一方の加熱ユニットに設けるだけでも効果を期待でき
る。

【００４７】次に、本発明の具体例を説明する。 （実施例１）図４の熱風加熱装置を用いて、熱硬化性接
着剤でプリント基板の表面に電子部品の固定を行った。

【００４８】プリント基板としては、図５に示すように
プリント着板１の片面に耐熱温度の比較的高いフラット
パッケージＩＣ３０ａ〜３０ｃを接着剤でプリント着板
１に仮接着し、他面に耐熱温度の低いリード付き部品で
ある電解コンデンサ３１を搭載したものを使用した。

【００４９】加熱ユニット８ａは、ダンパー２８ａを閉
じて熱風循環のみで加熱して熱硬化性接着剤を硬化さ
せ、熱風発生装置９ａは、補助送風機２９ｂを回し、ヒ
ータ電源をＯＦＦとして空冷風をプリント基板１に吹き
付けた。

【００５０】フラットパッケージＩＣ３０ａ〜３０ｃを
接着剤で仮接着した側のプリント基板１の表面温度と、
フラットパッケージＩＣの温度３３と、電解コンデンサ
の温度３４のそれぞれの温度プロファイルを図６に示
す。

【００５１】図６から分かるように、接着剤塗布面のプ
リント基板の表面温度３２は約１５０℃に、またフラッ
トパッケージＩＣの温度３３は約１３５℃と、接着剤塗
布面のプリント基板は接着剤の硬化温度である１４０℃
以上の温度に加熱できた。また、プリント基板の電解コ
ンデンサの温度３４は、電解コンデンサ３１の耐熱温度
より低い１００℃以下の温度にすることができた。

【００５２】（実施例２）プリント基板の片面に耐熱温
度の比較的高いチップ部品とフラットパッケージＩＣが
既にリフロー半田付けしてあり、プリント基板の他面に
耐熱温度の比較的低いコネクタがソルダーペーストの上
に装着してある基板を、（実施の形態１）の装置を使用
してリフロー半田付けをした。

【００５３】加熱ユニット８ａは外気導入をしながら２
０５℃の熱風で加熱し、加熱ユニット９ａは、外気導入
をせずに熱風循環のみで２３５℃の熱風で加熱した。図
７は、チップ部品とフラットパッケージＩＣを搭載した
基板表面温度３５と、コネクタをリフロー半田付けする
面のコネクタ温度３６の温度プロファイルを示す。

【００５４】この図７から分かるように、チップ部品と
フラットパッケージＩＣを搭載した基板表面温度３５は
２２０℃まで昇温しているが、コネクタ温度３６は１７
０℃に抑えることが可能となった。加熱ユニット８ａの
ケーシンング内の温度よりコネクタ温度３６が低いの
は、コネクタの熱容量が大きく、２０５℃近くになる前
に冷却が始まったためである。

【００５５】

【発明の効果】以上のように本発明の熱風加熱装置およ
び加熱方法によると、プリント基板を搬送する経路を中
央にしてその両側に、発生した熱風を前記プリント基板
に吹き付けるとともに吹き付けた空気の一部をそれぞれ
のケーシング内で循環させる第１，第２の熱風発生装置
を設け、第１，第２の熱風発生装置の少なくとも一方に
は、外気をケーシング内に取り込んでケーシング内の循
環空気流に混合する外気混合手段を設けることにより、
各ケーシング内の温度を異なったものにすることができ
る。

【００５６】また、熱風発生装置のケーシング内で空気
を循環させる送風機の近傍で一端が開口し他端が前記ケ
ーシングの外部で開口したダクトおよび、前記前記ダク
ドの通路に介装されたダンパーや補助送風機等の流量調
整手段を構成することで、各ケーシング内に取り込む空
気の流量を調節することができ、均一加熱特性も良好に
なり、ヒータの消費電力を少なくできるという有利効果
も得られる。

【００５７】このようにプリント基板の両面の各ケーシ
ング内に温度差をつけることで、同じ熱風加熱装置でリ
フロー加熱と接着剤加熱ができる。すなわち、プリント
基板の両面の温度を調節できるため、リード付き部品と
面実装用部品の混載基板であっても、品質の良いリフロ
ー半田付けや接着剤の硬化ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（実施の形態１）の熱風加熱装置の外観斜視図

【図２】（実施の形態１）の加熱ユニットの一部切り欠
き斜視図

【図３】（実施の形態１）の上下一対の加熱ユニットの
部分断面図

【図４】（実施の形態２）の上下一対の加熱ユニットの
部分断面図

【図５】（実施例１）で使用した基板の斜視図

【図６】（実施例１）の温度プロファイル説明図

【図７】（実施例２）の温度プロファイル説明図

【図８】従来のリフロー装置の断面図

【符号の説明】

１ プリント基板 ２ 搬送装置 ３ ケーシング ８ａ，９ａ 加熱ユニット〔熱風発生装置〕 １７ 噴き出しノズル ２１ 送風機 ２２ ヒータ ２３ 吸い込み部 ２８ ダンパー〔外気混合手段〕 ２９ 補助送風機

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プリント基板を搬送する経路を中央にし
   てその両側に、発生した熱風を前記プリント基板に吹き
   付けるとともに吹き付けた空気の一部をそれぞれのケー
   シング内で循環させる第１，第２の熱風発生装置を設
   け、第１，第２の熱風発生装置の少なくとも一方には、
   外気をケーシング内に取り込んでケーシング内の循環空
   気流に混合する外気混合手段を設けた熱風加熱装置。
2. 【請求項２】 外気混合手段を、熱風発生装置のケーシ
   ング内で空気を循環させる送風機の近傍で一端が開口し
   他端が前記ケーシングの外部で開口したダクトで構成し
   た請求項１記載の熱風加熱装置。
3. 【請求項３】 外気混合手段を、熱風発生装置のケーシ
   ング内で空気を循環させる送風機の近傍で一端が開口し
   他端が前記ケーシングの外部で開口したダクトと、前記
   ダクトの通路に介装された流量調整手段とで構成した請
   求項１記載の熱風加熱装置。
4. 【請求項４】 プリント基板の半田付け面に熱風を吹き
   付けて加熱しリフロー半田付けを実施するに際し、プリ
   ント基板の前記半田付け面に向けて第１の熱風加熱装置
   によって熱風を吹き付けるとともに、前記半田付け面と
   は反対側の面に向けて第２の熱風加熱装置によって熱風
   を吹き付け、第１，第２の熱風発生装置の少なくとも一
   方には、外気をケーシング内に取り込んでケーシング内
   の循環空気流に混合して噴き出し熱風温度を調整する加
   熱方法。
5. 【請求項５】 熱硬化性接着剤でプリント基板の表面に
   電子部品を固定するに際し、プリント基板の前記熱硬化
   性接着剤の塗布面に第１の熱風発生装置によって熱風を
   吹き付けて熱硬化性接着剤を硬化させるとともに、前記
   の塗布面とは反対側の面に向けて第２の熱風発生装置に
   よって空冷風を吹き付ける加熱方法であって、前記第２
   の熱風発生装置において、外気をケーシング内に取り込
   んでケーシング内の循環空気に混合することにより、そ
   の熱風の噴き出し温度を第１の熱風発生装置の熱風の噴
   き出し温度よりも低くする加熱方法。