(57)【要約】【課題】複数の基板搬送機構を有するリフロー装置において、省エネルギ化を大きく促進でき、しかも基板列毎に異なる温度プロファイルを設定することが可能なものを提供する。【解決手段】基板Ｐを通過させる内部空間が複数の加熱ゾーンＺに分けられた加熱炉１と、前記内部空間に配置されて基板Ｐを搬送する互いに平行な複数の基板搬送機構６と、前記各加熱ゾーンＺにそれぞれ設けられた加熱ガス供給機構２とを設け、前記加熱ガス供給機構２を、前記各基板搬送機構６による基板通過領域ＡＲにそれぞれ対応して設けられた加熱ガス吹出口２ａを具備したものにした。そして、各加熱ガス吹出口２ａから、基板通過領域ＡＲ毎に異なる温度の加熱ガスを吹き付け可能であるとともに、いずれかの基板通過領域ＡＲに選択的に加熱ガスを吹き付け可能に構成した。【選択図】図２
2010157633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を通過させる内部空間が複数の加熱ゾーンに分けられた加熱炉と、
前記内部空間に配置されて基板を搬送する互いに平行な複数の基板搬送機構と、
前記各加熱ゾーンにそれぞれ設けられた加熱ガス供給機構とを具備し、
前記加熱ガス供給機構が、前記各基板搬送機構による基板通過領域にそれぞれ対応して設けられた加熱ガス吹出口を具備し、各加熱ガス吹出口から、基板通過領域毎に異なる温度の加熱ガスを吹き付け可能であるとともに、いずれかの基板通過領域に選択的に加熱ガスを吹き付け可能に構成したものであることを特徴とするリフロー装置。
【請求項２】
前記加熱ガス供給機構が、
熱源及びブロアを直列配置してなる単一の加熱ユニットと、
前記加熱ユニットから分岐して複数のガス吹出口にそれぞれ接続される複数の吹出経路と、
前記各吹出経路上にそれぞれ設けられた温度調節機構と、
前記各吹出経路上にそれぞれ設けられた開閉弁又は流量調整弁とを具備したものである請求項１記載のリフロー装置。
【請求項３】
前記温度調節機構が、各吹出経路上にそれぞれ設けられたサブ熱源を具備したものである請求項２記載のリフロー装置。
【請求項４】
前記基板搬送機構が、基板の対向する辺部を載置して循環走行する平行な一対の搬送チェーンを具備したものであり、一の基板搬送機構における一方の搬送チェーンが、隣りの搬送機構の基板通過領域にまで移動するとともに、その場合に、前記隣りの基板搬送機構における各搬送チェーンが、移動してきた搬送チェーンに干渉しない非干渉位置に退避し得るように構成してある請求項１乃至３いずれか記載のリフロー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に電子部品をはんだ付けする際等に用いるリフロー装置に関し、特に複数列の基板搬送機構を有したリフロー装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のリフロー装置は、基本的には、加熱炉内に電子部品を搭載した基板をコンベヤ方式で次々搬送することにより、ハンダを溶融し電子部品を基板にハンダ付けするものである。加熱炉内は、大まかには、予備加熱ゾーン、本加熱ゾーン、冷却ゾーンの３つに分かれており、よりきめ細やかな温度プロファイルを実現するために、各ゾーンがさらに複数に分割されたものもある。各ゾーンにはガス吹出口が設けてあり、このガス吹出口から所定温度にコントロールされたガスが吹き出して基板にあたるように構成されている。
【０００３】
基板を搬送するための基板搬送機構は、例えば循環回転する一対の搬送チェーンからなるものである。基板は、その対向する辺が各搬送チェーンに載置され、加熱炉内を搬送される。
また、近時では、特許文献１、２に示すように、このような基板搬送機構を、２つ、平行に設け、加熱炉に基板を２列で同時に搬入でき、ハンダ付け処理数を増大させることが可能なものも開発されつつある。
【特許文献１】実用新案公報平３−４４３７５号公報
【特許文献２】特開平１０−１６３６２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した複数の基板搬送機構を有するものの場合、例えばハンダ付けすべき基板数量がそれほど多くないときなどには、１列の基板搬送機構のみで基板を搬送することとなる。
【０００５】
しかしながら、加熱ガスは、基板が搬送されてこない領域にも吹き付けられるため、多くのエネルギをロスする。
【０００６】
また、従来のリフロー装置では、全ての基板列の温度プロファイルは同じになり、各基板列毎に、異なる温度プロファイルに設定することはできない。
【０００７】
本発明は、かかる問題点を鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、複数の基板搬送機構を有するリフロー装置において、省エネルギ化を促進でき、しかも基板列毎に異なる温度プロファイルを設定することが可能な、従来にない極めて斬新で機能に富んだリフロー装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本発明に係るリフロー装置は、基板を通過させる内部空間が複数の加熱ゾーンに分けられた加熱炉と、前記内部空間に配置されて基板を搬送する互いに平行な複数の基板搬送機構と、前記各加熱ゾーンにそれぞれ設けられた加熱ガス供給機構とを具備したものである。そして、前記加熱ガス供給機構が、前記各基板搬送機構による基板通過領域にそれぞれ対応して設けられた加熱ガス吹出口を具備し、各加熱ガス吹出口から、基板通過領域毎に異なる温度の加熱ガスを吹き付け可能であるとともに、いずれかの基板通過領域に選択的に加熱ガスを吹き付け可能に構成したものであることを特徴とする。
【０００９】
このようなものであれば、基板列毎に、異なる温度の加熱ガスを吹き付けることができるので、それぞれで独立した温度プロファイルを設定することができるようになり、多種の基板を同時にリフローできるなど、その生産性にかかる効率を向上させることが可能になる。また、基板通過領域毎に加熱ガスを選択的に吹き付けることができるので、例えば使用しない基板搬送機構を停止させる場合には、その基板搬送領域には加熱ガスを吹き付けないようにして、省エネルギ化を大幅に向上させることも可能になる。
【００１０】
一のゾーンにおける各加熱ガス供給機構には、それぞれ別個に加熱ユニットを設けてもよいが、構成の簡略化と低コスト化を図るには、前記加熱ガス供給機構が、熱源及びブロアを直列配置してなる単一の加熱ユニットと、前記加熱ユニットから分岐して複数のガス吹出口にそれぞれ接続される複数の吹出経路と、前記各吹出経路上にそれぞれ設けられた温度調節機構と、前記各吹出経路上にそれぞれ設けられた開閉弁又は流量調整弁とを具備したものであることが好ましい。
【００１１】
各ゾーンにおける基板通過領域毎の温度を好適に調整するためには、前記温度調節機構が、各吹出経路上にそれぞれ設けられたサブ熱源を具備したものが望ましい。この場合、一のゾーンにおける複数の基板通過領域中、最も低い設定温度のものに合わせて前記加熱ユニットの温度を設定しておき、他の基板通過領域に対しては、対応する各サブ熱源の温度を付加することによって温度調整する。このことによって、例えば冷却ガスを混入させて温度調節する方式と比べ、効率よく、かつ精度のよい温度調整が可能になる。
【００１２】
複数の基板搬送機構が並列していることを利用して、大きな幅の基板にも対応できるようにするには、前記基板搬送機構が、基板の対向する辺部を載置して循環走行する平行な一対の搬送チェーンを具備し、一の基板搬送機構における一方の搬送チェーンが、隣りの搬送機構の基板通過領域にまで移動するとともに、その場合に、前記隣りの基板搬送機構における各搬送チェーンが、移動してきた搬送チェーンに干渉しない非干渉位置に退避し得るように構成したものであることが好ましい。このようなものであれば、各基板通過領域を超えた幅の基板にも対応してこれをリフローできる。
【発明の効果】
【００１３】
このように構成した本発明によれば、各基板列毎に異なる温度の加熱ガスを吹き付けることができるので、独立した温度プロファイルを設定することができ、多種の基板を同時にリフローできるなど、その生産性や使い勝手を向上させることができる。また、基板通過領域毎に加熱ガスを選択的に吹き付けることができるので、例えば使用しない基板搬送機構を停止させる場合には、その基板搬送領域には加熱ガスを吹き付けないようにすることができ、省エネルギ化を大幅に向上させることも可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
本実施形態に係るリフロー装置１００は、図１に全体構成の模式図を示すように、互いに異なる温度に調節可能な複数のゾーンＺ（以下、ゾーンを区別するときには、Ｚの後にかっこ書きで段数を付記する。）を水平に直列させた加熱炉１を具備したものであり、各ゾーンＺを基板Ｐが一定速度で通過することでハンダ付けされるように構成してある。
【００１６】
この図１において、各ゾーンＺの上下中間部分に連続的に形成された符号ＡＲで示される領域が、基板Ｐの通過領域である。
【００１７】
しかしてこの実施形態では、図２〜図４に示すように、１つの炉１について複数（ここでは２つ）の基板搬送機構６が水平に並ぶように設けてあり、これら基板搬送機構６によって基板Ｐを複数列（ここでは２列）縦隊で搬送できるようにしてある。
【００１８】
各基板搬送機構６は、プリント基板Ｐの左右辺部を載置して循環走行する平行な一対の搬送チェーン６１Ａ、６１Ｂを有したものである。
【００１９】
搬送チェーン６１Ａ、６１Ｂは、互いに回転自在に連結されて環状のチェーン本体を形成するチェーン要素６１１と、前記チェーン要素６１１から対向する搬送チェーン１に向かって延びるピン６１２とからなるもので、チェーン案内レール６２Ａ、６２Ｂによって、上側に水平軌道部分が形成される。この水平軌道部分において、基板Ｐはその対向する辺部分をピン６１２に支持され搬送される。
【００２０】
また、幅サイズの異なる基板Ｐにも対応できるように、搬送チェーン６間の離間距離は調整可能に構成してある。具体的に言えば、一方の搬送チェーン６１Ｂが、ねじ送り機構（図示しない）などによって、基板搬送方向と直交する水平方向（以下、幅方向とも言う）に移動可能に構成してあり、前記一方の搬送チェーン６１Ｂ（以下、移動搬送チェーン６１Ｂとも表記する）が、他方の搬送チェーン６１Ａ（以下、固定搬送チェーン６１Ａとも表記する）に対して接近及び離間できるようにしてある。
【００２１】
さらにこの実施形態では、複数（２つ）の基板通過領域ＡＲに跨るような幅の広い単一の基板を搬送できるように、一方の基板搬送機構６における移動搬送チェーン６１Ｂが他方の基板通過領域ＡＲにまで移動できるように設定してある（図４（ｃ）参照）。このとき、他方の基板搬送機構６の各搬送チェーン６１Ａ、６１Ｂは、一方の基板搬送機構６における前記移動搬送チェーン６１Ｂに干渉しないように、非干渉位置である端側に退避する。
【００２２】
次にゾーンＺについて説明する。図１では、６つのゾーンＺ（１）〜Ｚ（６）が記載されている。基板搬入口１ａから見て、１段目〜３段目のゾーンＺ（１）〜Ｚ（３）が予備加熱ゾーンである。また４、５段目のゾーンＺ（４）、Ｚ（５）が半田溶融の行われる本加熱ゾーンであり、６段目のゾーンＺ（６）が冷却ゾーンである。
【００２３】
各加熱ゾーンＺ（１）〜Ｚ（５）の上下には、図２に示すように、それぞれ加熱ガス供給機構２が対称に配備されている。
【００２４】
各加熱ガス供給機構２は、単一の加熱ユニット２１と、前記加熱ユニット２１から分岐して延びる２つの吹出経路２２と、これら吹出経路２２の先端にそれぞれ接続されて２列の基板通過領域ＡＲに向かって別個に加熱ガスを吹き付ける２つのガス吹出口２ａと、当該加熱ゾーンＺに開口するガス吸込口２ｂと、そのガス吸込口２ｂを前記加熱ユニット２１に接続する吸込経路２３とを具備したものであり、ゾーンＺ内での加熱ガスの循環が営まれるように構成してある。
【００２５】
各部を説明すると、加熱ユニット２１は、加熱室２１１とこの加熱室２１１内に配置した電気ヒータ（熱源）２１３及びブロア２１２とからなるものである。加熱室２１１のヒータ側の壁部にはガス導入口２１１ａが設けられおり、このガス導入口２１１ａに吸込経路２３を介して前記ガス吸込口２ｂが接続される。加熱室２１１のブロア側の壁部にはガス導出口２１１ｂが設けられており、このガス導出口２１１ｂに吹出経路２２を介して前記ガス吹出口２ａが接続される。また、ヒータ２１３とブロア２１２との間には仕切壁が設けられて、この仕切壁に連通孔２１１ｃが形成されており、加熱室２１１内において、ガスがヒータ２１３で十分温められてから、ブロア２１２で送出されるように構成してある。なお、ヒータ２１３に付帯させた符号２１４で示す部材は、ガス中に含まれる不純物を分解する触媒である。
【００２６】
ガス吹出口２ａは、２列の基板通過領域ＡＲにあわせて、幅方向に２つを並べ設けてある。ここでは、１つの加熱ゾーンＺに上下２つの加熱ガス供給機構２が配備されているから、１つの加熱ゾーンＺから視ると、その上面及び下面に２つずつ、計４つのガス吹出口２ａが開口させてあることとなる。各ガス吹出口２ａは、例えば多数の貫通孔２ａａからなるものである。これら貫通孔２ａａは、図４にも示すように、加熱ゾーンＺの上面又は下面に嵌め込んだ矩形状（ほぼ正方形状）をなす簿板材に貫通させたものである。また、上下の貫通孔２ａａは、それぞれが鉛直方向に正対するように設定してある。
【００２７】
前記吹出経路２２上には、温度調節機構７と電磁式開閉弁８とが設けられている。温度調節機構７は、吹出経路２２上に設けられたサブ熱源たるサブヒータ７１を具備したものであり、後述する図示しない制御部が、設定温度となるようにこのサブヒータ７１をＯＮ／ＯＦＦ制御することで、温度調整機能を営む。なお、サブヒータ７１の定格出力は、前記メインのヒータ２１３よりも小さい。
【００２８】
ガス吸込口２ｂは、図４に示すように、各ガス吹出口２ａにおける基板進行方向とは直交する方向に隣接する両側にそれぞれ形成された帯状をなすものであり、その長さはガス吹出口２ａの辺長さとほぼ同じである。なお、図４において、ガス吸込口２ｂを、ガス吹出口２ａの間に設けても構わない。なお、ガス吸込口２ｂ上において、ゾーンＺ間を仕切るように設けられた上下に延びる矩形板９は、ゾーンＺ間でのガス流通を抑制して温度制御を容易にするためのものである。
【００２９】
さらに、この実施形態では、前記構成に加えて不純物除去機構４を設けている。
この不純物除去機構４は、図１、図２、図５に示すように炉１の１又は複数箇所に設けたガス吸入口４ａからガスを吸い込むとともに、そのガスに含まれる不純物（特にフラックス）を冷却によって除去し、不純物除去後のガスを１又は複数箇所に設けたガス吐出口４ｂから炉１に戻すものである。
【００３０】
より具体的に説明すると、ガス吸入口４ａは、図５に示すように隣り合うゾーンＺの間に開口させてある。なお、ガス吸入口４ａ上において、ゾーンＺ間を仕切るように設けられた上下に延びる矩形板９は、ゾーンＺ間でのガス流通を抑制して温度制御を容易にするためのものである。これらガス吸入口４ａは、１本のガス流路４１に集約されて接続され、このガス流路４１上に、ガス中の不純物を液化して除去する冷却器４２と、ガスを圧送するブロア４３とが直列に設けてある。また、ブロア４３より下流において、前記ガス流路４１は複数に分岐し、各加熱ガス供給機構２の吸込経路２３上に開口させた前記ガス吐出口４ｂにそれぞれ流量調整バルブ４４を介して接続されるようにしてある。このようにガス吐出口４ｂを吸込経路２３上に開口させているのは、冷却器を４２を通過して冷えたガスが最初にヒータ２１を通るようにし、直接ゾーンＺに入らないようにするためである。なお、図２は模式図のため、ガス吸入口４ａが加熱ガス循環機構２に連通しているように記載されているが、実際には図５に示す位置に設定されている。
【００３１】
冷却器４２は、図６に示すように、迷路状に壁体を設け、所定の流路抵抗を有するものとした上で、該壁体を、例えば水などの液体で冷却するようにした水冷式のものである。この実施形態では、冷却器４２を、炉内空間よりも下方に設けることにより、液化して冷却器４２内に蓄積されている不純物が、停電などの不測の場合でも炉内空間に戻ることがないようにしている。
【００３２】
ところで、前記ガス吸入口４ａは、全てのゾーンＺ間に開口させてあるわけではなく、ゾーン間温度が所定以上異なる部位だけである。かかる箇所にガス吸入口４ａを開口させているのは、あるゾーンＺの設定温度がその前段ゾーンＺよりも高い場合には、フラックスがハンダから気化発生することから、この気化フラックスを効果的に除去するためであり、逆の場合は、ガス中に含まれる気体状のフラックスが境界で液化又は固化する恐れがあることから、この液化又は固化フラックス（主として樹脂成分）を効果的に除去するためである。全てのゾーンＺ間にガス吸入口４ａを開口させないのは、ガスの流れが乱れ、ゾーンＺ間のガス不干渉といった効果を得ることができなくなる恐れがあるからである。
【００３３】
また、この実施形態では、前記ヒータ２１３や電磁弁４４、基板搬送機構６等を制御する制御部（図示しない）を設けるとともに、この制御部に、オペレータが操作や設定をするための操作部、ディスプレイ等を接続している。
該制御部は、ＣＰＵやメモリ、ＩＯチャネル、Ａ／Ｄコンバータなどを有したいわゆるコンピュータであり、前記メモリに格納したプログラムにしたがって前記ＣＰＵやその周辺機器が動作することにより、このリフロー装置の各部を監視、制御する。
しかしてこの制御部による制御動作を、本リフロー装置１００の動作説明を兼ねて以下に説明する。
【００３４】
このリフロー装置１００では、各基板搬送機構６によって２列の基板Ｐを同時にリフローできるが、このとき、各列の基板Ｐのリフロー温度プロファイルを独立に設定することもできる。
【００３５】
まず、図４（ａ）に示すように、２列の基板を搬送しリフローする場合、オペレータはその旨を前記操作部を操作して入力するとともに、各ゾーンＺにおける各基板搬送領域ＡＲでのリフロー温度を設定する。
【００３６】
制御部は、このリフロー設定温度を受け付け、２つの基板搬送領域ＡＲにおける低い方の設定温度が維持されるように、図示しないセンサによる測定温度と設定温度との偏差に基づいて、ヒータ２１３を例えば点滅制御する。また、高い方の設定温度については、対応する一方のサブヒータ７１を点滅制御することによって、温度制御する。他方のサブヒータ７１は停止させておくか、若しくは低い方の設定温度を維持するように、前記ヒータ２１３を補助させる。２つの基板搬送領域ＡＲにおける設定温度が同じ場合は、ヒータ２１３のみで温度制御するが、それでも足りない場合は、必要に応じて各サブヒータ７１を点灯させて同様に制御する
【００３７】
なお、冷却ガスの混入流量を定める流量調整弁４４は、通常は、所定開度に設定されているが、ヒータ２１３やサブヒータ７１をフル駆動しても温度が上昇しない場合になって初めて、制御部が、流量調整弁４４を絞る向きに制御する。
【００３８】
ところで、このときのガスの流れに着目すると、各ガス吹出口２ａから上下に吹き出した加熱ガスは、基板Ｐが存在するときは該基板Ｐに当たり、基板Ｐが存在しないときは基板搬送領域ＡＲでぶつかり合って、水平に流れを変え、前記ガス吸込口２ｂから吸いこまれる。そして、加熱ユニット２１を通過し、再度暖められてガス吹出口２ａから吹き出す。これが加熱ガスの第１の循環経路である。この第１の循環経路では、加熱ガスはその循環回転軸が基板搬送方向と合致することとなり、各ゾーンＺでのガスの流れ方向に基板搬送方向成分がほとんど含まれなくなる。したがって、ゾーンＺ間でのガスのぶつかり合いとそれによる乱流の発生を可及的に防止でき、ゾーンＺ間でのガスの混合を抑制することができる。
【００３９】
一方、場合によっては、基板搬送機構６を１つしか用いない場合もある。その一例としては、図４（ｃ）に示すように、基板Ｐの幅方向長さが各基板搬送領域を超えて隣にまで跨る場合を挙げることができる。その場合は、その旨を示す操作を制御部が受け付けて、使用しない基板搬送機構６を停止する。そして、使用する基板搬送機構６における移動側搬送チェーン６１Ｂを他方の基板搬送領域ＡＲにまで移動させ、基板Ｐを載置できるようにする。また、各ガス吹出口２ａから等量で同じ温度の加熱ガスが吹き出すようにヒータ２１３やサブヒータ７１を制御する。
【００４０】
他の例としては、基板Ｐの幅方向長さが各基板搬送領域ＡＲ内で収まるが、基板Ｐの供給数量の関係等から１つの基板搬送機構Ｐのみで十分な場合である。この場合、使用しない基板搬送機構６を停止するとともに、その使用しない基板搬送機構６側の開閉弁８を閉じ、停止側のガス吹出口２ａからの加熱ガスの吹出を止める。また、風量や熱量等も略半分でよいことからヒータ２１３の出力乃至ブロア２１２の回転速度を低下させる。
【００４１】
しかして、このように構成した本実施形態によれば、基板列毎に、異なる温度の加熱ガスを吹き付けることができるので、それぞれで独立した温度プロファイルを設定することができるようになり、多種の基板Ｐを同時にリフローできるなど、その生産性にかかる効率を大幅に向上させることが可能になる。また、基板通過領域ＡＲ毎に加熱ガスを選択的に吹き付けることができるので、使用しない基板搬送機構６を停止させる場合には、その基板搬送領域ＡＲには加熱ガスを吹き付けないようにして、省エネルギ化を大幅に向上させることも可能になる。
【００４２】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。例えば、基板搬送機構は２つに限られず、３以上でも構わない。加熱ガス供給機構に共通のメイン熱源と、基板搬送機構の数に応じたサブ熱源とを設けていたが、メイン熱源を省略し、各個に独立した熱源やブロアを配備するようにしてもよい。
その他、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態に係るリフロー装置の模式的全体構成図。
【図２】同実施形態における加熱ガス供給機構を、基板通過方向から視たときの内部構造を示す模式的内部構造図。
【図３】同実施形態における基板搬送機構を示す部分斜視図。
【図４】同実施形態における基板搬送機構の動きを基板通過方向から視たときの模式的動作説明図。
【図５】同実施形態における加熱ガス供給機構を、基板通過方向と直交する水平方向から視たときの内部構造を示す模式的内部構造図。
【図６】同実施形態における冷却器の内部構造を示す模式的内部構造図。
【符号の説明】
【００４４】
１００・・・リフロー装置
Ｐ・・・基板
Ｚ（１）〜Ｚ（５）・・・加熱ゾーン
Ｚ（６）・・・冷却ゾーン
ＡＲ・・・基板通過領域
１・・・加熱炉（炉）
２・・・加熱ガス供給機構
２ａ・・・加熱ガス吹出口
６・・・基板搬送機構
【図１】
2010157633.tif 000003
【図２】
2010157633.tif 000004
【図３】
2010157633.tif 000005
【図４】
2010157633.tif 000006
【図５】
2010157633.tif 000007
【図６】
2010157633.tif 000008