JPS63278669A - 基板加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、熱容量が部分的に異なる基板上の温度分布を
制御する基板加熱装置に関するものである。

従来の技術 家電製品に代表される様に、プリント基板（以下「Ｐ板
」と略記する。）上への電子部品の高密度実装の技術動
向において、リフロー炉を用いた素子の半田付工法が採
用されつつある。ここでは、このリフロー炉による半田
付工法を例に、本加熱方法について説明する。

リフロー工法は、これまでの溶融ハンダ槽に、素子の載
ったＰ板をディップするフロー工法と異なり、半田の微
細粒子とペーストから成るクリーム状半田をＰ板の所定
位置に塗布した後に素子を置き、赤外線により加熱溶融
させて、半田付けするというものである。

一般的なりフロー炉を第２図に示す。一定速度マで動く
コンベア１上で、素子を載せたＰ板２は、一定の熱量を
発生し続ける熱源３により加熱される。炉の前半部Ａは
予熱部で、通常１６０°Ｃ前後にＰ板２を暖める。次い
で後半部Ｂの加熱部で約２６０°Ｃの温度を発生させ半
田付けを行い、その後ファン送風等で冷却してをり出さ
れる。

Ｐ板２を加熱する際Ｐ板２上への輻射伝熱を制御する目
的で、Ｐ板２と熱源３との間に、マスク４が設置される
場合がある。マスク４の構成は、数ミリ程度の金属板の
適当な部分に空孔が設けられており、この部分から輻射
熱が下のＰ板２へ伝わる一方、空孔の無い部分では、炉
雰囲気からの熱伝達のみによりＰ板２が加熱を受ける様
考慮されている。

発明が解決しようとする問題点 しかるに、実際問題として、Ｐ板上の素子自身の熱容量
の差や、その配置の偏りによる不均一性の影響から、「
単に輻射熱調整用のマスクを用いるだけでは」温度の幅
広い制御ができず、２００−２６０°Ｃの炉温度に対し
高々３０〜４０”Ｃの範囲の調整域を確保するにとどま
っている。

素子の中には、大型のコンデンサの様に局所的に大きな
加熱を必要とするものや、逆に、樹脂モールドされたジ
ャック端子部品や一部のＬＥＤ素子等極めて熱破壊や溶
融を起こし易い部品も多く現実問題では、「上記のマス
クによる」温度制御が十分に行えないために、別途手作
業によるハンダ後付けを余儀なくされている。

本発明は、上記問題点に鑑み、熱源によるＰ板上の温度
制御性を大幅に向上させるとともに、局部的に効率的加
熱を図ることで、半田付不良の改善と素子品質の安定を
保証し、しかも高精度・高速に全素子のハンダ付を実現
する基板加熱装置を提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の基板加熱装置は、
温度調整が可能な熱源と、この熱源に流体的に導通する
送風手段と、この送風手段に流体的に導通する中空のダ
クトと、このダクトの先端に設けられたノズルとを備え
たことを特徴としている。

作　　　用 本発明は上記した構成において、Ｐ板上の素子に局部的
にノズルを向け、素子の熱容量の大小に応じて、熱源に
よる流体の温度調整や、送風手段などによる流体の熱伝
達率を調整することで、結果的にＰ板上の任意の領域に
おける加熱・冷却を高効率・高精度・高速に実現させる
ものである。

実施例 以下本発明の一実施例について１図面を参照しながら説
明する。第１図は、本発明の実施例における基板加熱装
置を示すものであり、１１は熱源、１２は熱源１１と導
通した送風手段、１３は１１で発生した熱風を配風する
ダクト、１４はダクト１３の先端に設けられたノズルで
ある。

以上の様に構成された基板加熱装置について。

以下にその動作を説明する。第１図に示す通り、ガス燃
焼又は電気的手法等で、流体を調整可能に加熱する熱源
１１から発生した高温ガスは、送風手段１２によって、
ガスの吐出口であるノズル１４にダクト１３を通って送
られる。ノズル１４内の空気圧は送風手段１２の送風能
力に応じて、大気圧より高く設定された状態となる。こ
こで絞り機構を有するノズル１４を介して、上記の熱風
が噴出し、その下流側に置かれたＰ板２ｂ上に一定の加
熱を行う。

伝熱工学資料（日本機械学会編）によると、空気流れに
代表される流体からの伝熱に関しては。

式（１）に示す熱的関係式が成立する。

ｑ＝αＳ　（Ｔｗ　−Ｔｐ　）　　　　　・・・・・・
・・・・・・・・・（１）ここでｑは単位時間に、表面
積Ｓを通じて、雰囲気代表温度Ｔｗから、加熱される前
の基板温度Ｔｐへ流入する熱量を表す。αは熱伝達率で
ある。

結果的にｑ＝ｏならば熱は伝わらず、ｑが大きくなる程
、基板温度は上昇する。

Ｔｗ、Ｔｐ、Ｓ　が一定のとき、αを調整することで、
Ｐ板２ｂへ与えられる熱量ｑを制御し、結果的に基板２
ｂの温度分布を希望の値に設定できる。

ここでαの調整について更に詳細に説明する。

ノズル１４の内径をＲ５高さをＺ、流体（ガス）の粘度
をηとして、ハーゲンボアズイユ流れを仮定すると、ノ
ズル１４から吐出される流体の吐出速度ｖ０は、 ｖ０＝Ｐ・Ｒ′／８ηＺ　　　　・・・・・・・・・・
・・・・・（２）で与えられる。ここでＰは、ノズル１
４内に生じた流体圧である。従って、ノズル１４の内径
Ｒが小さい程、その２乗に反比例して流体抵抗が高くな
り、結果的に吐出速度ｖ０は低くなる。

一方、吐出速度ｖ０　　と熱伝達率αとは、第３図に示
す通り、ｖｏ　が増加する程、αが増す正の相関を有し
ている。結局、ノズル１４の内径Ｒを変化させることに
より、αを変化せしめ、Ｐ板２ｂ上への加熱温度を種々
に調整できるわけである。

内径Ｒを零とした時、その領域での吐出速度ｖ０は、当
然零となり、熱の伝達は行われない。従って内径Ｈの変
化により、温度変化分として０°Ｃから熱源の温度近傍
（〜２５０″Ｃ）まで極めて幅広い温度制御が、短時間
でできるわけである。上記のノズル１４は％Ｐ板２ｂ上
を時間的に連続又は間欠的に移動しても良い。

なお、これまでの例では、加熱作用に主眼を置いて説明
したが、流体を適当に選ぶことで、局所冷却の作用を持
たせることができる。また、従来の炉の中に、本構成を
組み込むことで、更に幅広く、高精度、かつ高速・効率
的７Ｑ板温度制御が可能となる。また、ダクト１３及び
ノズル１４のセットは、必要に応じて複数であっても良
く、ノズル１４とＰ板２ｂとは、一定時間、互いの相対
速度を略零とすることで局所加熱又は局所冷却の効果は
助成される。更に局所加熱・局所冷却をより高精度にす
るためには、接触又は非接触形の温度測定を行い、得ら
れた情報を熱源の効率制御へフィードバックさせる方式
も可能であることは言うまでもない。

発明の効果 以上の様に、本発明は、熱容量の不均一分布を有する基
板を、短時間φ高精度にコントロールして加熱すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における基板加熱装置の原理
図、第２図は従来例における基板加熱装置の断面図、第
３図は熱伝達率αの吐出速度ｖ０依存性を表す特性図で
ある。 ２ｂ・・・・・・基板、１１・・・・・・熱源、１２・
・・・・・送風手段、１３・・・・・・ダクト、１４・
・・・・・ノズル。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名２ｂ
・−基促 第２図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）温度調整が可能な熱源と、この熱源に流体的に導
   通する中空のダクトと、このダクトの先端に設けられた
   ノズルと、前記熱源の流体を前記ノズルから吐出させる
   吐出速度調整可能な送風手段とを備えたことを特徴とす
   る基板加熱装置。
2. （２）ノズルは、内径又は吐出径路長が可変である特許
   請求の範囲第１項記載の基板加熱装置。