(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内の加熱された循環雰囲気により炉内に搬入されたワークを加熱するリフロー装置において、
炉内のワーク搬送経路に沿って配列され炉内循環雰囲気を加熱する複数の雰囲気加熱ヒータと、
前記ワーク搬送経路に沿って配列され前記雰囲気加熱ヒータにより加熱された高温雰囲気を絞ってワークに吹付ける複数の増速ノズル体と、
これらの複数の増速ノズル体内にあってワークに対し開口されるとともに循環雰囲気の影響を受けにくい位置に設けられた個別に稼働可能の複数の遠赤外線ヒータとを具備し、
これらの遠赤外線ヒータは、稼働される遠赤外線ヒータと、稼働停止される遠赤外線ヒータとの割合を調整することで、ワークの温度プロファイルを制御するものである
ことを特徴とするリフロー装置。
【請求項２】
炉内の加熱された循環雰囲気により炉内に搬入されたワークを加熱するリフロー装置において、
炉内のワーク搬送経路に沿って配列された複数の雰囲気加熱ヒータにより炉内循環雰囲気を加熱し、
これらの雰囲気加熱ヒータにより加熱された高温雰囲気を、前記ワーク搬送経路に沿って配列された複数の増速ノズル体により絞ってワークに吹付け、
同時に、前記複数の増速ノズル体内にあってワークに対し開口されるとともに循環雰囲気の影響を受けにくい位置に設けられた複数の遠赤外線ヒータを選択的に稼働して、ワーク搬入側にて稼働される遠赤外線ヒータと、ワーク搬出側にて稼働停止される遠赤外線ヒータとの割合を調整することで、ワークの温度プロファイルを制御する
ことを特徴とするリフロー装置の温度制御方法。
【請求項３】
ワークのリフローゾーンにおける昇温勾配を調整するとともに、遠赤外線ヒータの稼働割合を調整して、ワークの温度プロファイルを制御することを特徴とする請求項２に記載されたリフロー装置の温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、リフロー装置およびその温度制御方法に関するもので、特に、ワークの温度プロファイル制御に特徴を有するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４（Ａ）に示されるように、リフロー装置は、炉体１の内部にファン駆動モータ２により駆動される送風機（シロッコファン）３と送風案内板４とにより炉内雰囲気を循環させる循環経路を形成し、この循環経路の上流側から、炉内雰囲気を加熱して熱風とする雰囲気加熱ヒータ５と、この熱風を絞って風速を高める増速ノズル体６と、この増速ノズル体６からの熱風噴出部分を経てワークとしての部品実装基板Ｐを搬送するコンベヤ７とが配置されている。
【０００３】
前記雰囲気加熱ヒータ５および増速ノズル体６は、図４（Ｂ）に示されるようにヒータホルダ８により取付けられている。このヒータホルダ８は、上部に通風開口8aを設け、その下側に取付板部8bを設け、この取付板部8bの下側に増速ノズル体６を支持するための支持板部8cを一体形成してなる。
【０００４】
前記増速ノズル体６は、多数のノズル体形成部材6aを基板搬送方向にヒータ配列ピッチと等ピッチで配列することにより、各ノズル体形成部材6aの間に先細形の熱風噴出口6bを設けたものである。
【０００５】
そして、送風機３より発生した雰囲気流を雰囲気加熱ヒータ５で加熱して熱風とし、この熱風を増速ノズル体６で絞って高速で基板Ｐに吹付けることにより、基板Ｐを加熱し、この熱風加熱により基板Ｐ上のソルダペーストを溶融して、リフローはんだ付けを行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この種のリフロー装置では、基板Ｐの温度プロファイルを適切に制御することが良好なリフローはんだ付け結果を得るために必要であるが、前記雰囲気加熱ヒータ５および増速ノズル体６のみでは、満足な温度プロファイルを得られないことがある。
【０００７】
例えば、基板搭載部品の耐熱温度などによる制約によって、一定のリフロー温度範囲内で比較的長時間のリフロー加熱を必要とする場合に対応できない問題がある。
【０００８】
すなわち、雰囲気加熱ヒータ５での発熱量が多いときは、基板Ｐの昇温勾配も大きいので十分な加熱時間を確保できるが、基板搭載部品の昇温限界値を超えるおそれがある。一方、雰囲気加熱ヒータ５での発熱量が少ないときは、基板搭載部品の過剰な昇温を防止できるが、基板Ｐの昇温勾配が小さいため十分な加熱時間を確保できない。
【０００９】
さらに、多数配列された雰囲気加熱ヒータ５のうち一部のヒータでの発熱量を抑制したり稼働を停止させた場合は、炉内で循環している雰囲気が全体的に影響を受け、熱量不足のおそれが生ずる。
【００１０】
本発明は、このような点に鑑みなされたものであり、炉内におけるワークの温度プロファイルを容易に制御できるリフロー装置およびその温度制御方法を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された発明は、炉内の加熱された循環雰囲気により炉内に搬入されたワークを加熱するリフロー装置において、炉内のワーク搬送経路に沿って配列され炉内循環雰囲気を加熱する複数の雰囲気加熱ヒータと、前記ワーク搬送経路に沿って配列され前記雰囲気加熱ヒータにより加熱された高温雰囲気を絞ってワークに吹付ける複数の増速ノズル体と、これらの複数の増速ノズル体内にあってワークに対し開口されるとともに循環雰囲気の影響を受けにくい位置に設けられた個別に稼働可能の複数の遠赤外線ヒータとを具備し、これらの遠赤外線ヒータは、稼働される遠赤外線ヒータと、稼働停止される遠赤外線ヒータとの割合を調整することで、ワークの温度プロファイルを制御する構成のリフロー装置である。
【００１２】
請求項２に記載された発明は、炉内の加熱された循環雰囲気により炉内に搬入されたワークを加熱するリフロー装置において、炉内のワーク搬送経路に沿って配列された複数の雰囲気加熱ヒータにより炉内循環雰囲気を加熱し、これらの雰囲気加熱ヒータにより加熱された高温雰囲気を、前記ワーク搬送経路に沿って配列された複数の増速ノズル体により絞ってワークに吹付け、同時に、前記複数の増速ノズル体内にあってワークに対し開口されるとともに循環雰囲気の影響を受けにくい位置に設けられた複数の遠赤外線ヒータを選択的に稼働して、ワーク搬入側にて稼働される遠赤外線ヒータと、ワーク搬出側にて稼働停止される遠赤外線ヒータとの割合を調整することで、ワークの温度プロファイルを制御する構成のリフロー装置の温度制御方法である。
【００１３】
請求項３に記載された発明は、請求項２に記載されたリフロー装置の温度制御方法において、ワークのリフローゾーンにおける昇温勾配を調整するとともに、遠赤外線ヒータの稼働割合を調整して、ワークの温度プロファイルを制御する構成のリフロー装置の温度制御方法である。
【００１４】
【作用】
請求項１に記載された発明は、雰囲気加熱ヒータにより加熱された高温の炉内循環雰囲気を、増速ノズル体により絞って高速でワークに吹付けると同時に、遠赤外線ヒータを選択的に稼働して、ワークの温度プロファイルを制御する。特に、雰囲気加熱ヒータおよび遠赤外線ヒータの併用によりワーク温度が昇温限界値に到達したときは、その到達後のワークと対応する遠赤外線ヒータを稼働停止することにより、ワーク温度を適正なリフロー温度範囲内に保つようにする。
【００１５】
請求項２に記載された発明は、雰囲気加熱ヒータおよび増速ノズル体による熱風加熱を基礎にして、遠赤外線ヒータによる放射加熱を併用するゾーンと併用しないゾーンとを選択することにより、ワークの温度プロファイルを制御する。特に、ワーク搬入側での雰囲気加熱ヒータおよび遠赤外線ヒータの併用によりワーク温度が昇温限界値に到達したときは、その到達後のワーク搬出側に位置する遠赤外線ヒータを稼働停止することにより、ワーク温度を適正なリフロー温度範囲内に保つようにする。
【００１６】
請求項３に記載された発明は、リフローゾーンの前半では、雰囲気加熱ヒータおよび遠赤外線ヒータの発熱量を多く調整してワークの昇温勾配を大きく調整することにより、ワーク温度を早期のうちに昇温限界値に到達させ、また、リフローゾーンの後半では、稼働停止される遠赤外線ヒータの割合を多くして、ワーク温度を昇温限界値以下に抑えることにより、一定のリフロー温度範囲内で比較的長時間のリフロー加熱を行う。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明を図１乃至図３に示された実施例を参照して詳細に説明する。なお、この実施例ではワークを部品搭載基板または単に基板と言う。
【００１８】
図１および図２はリフロー装置11の全体構造を示し、図２に示されるように、炉体12の内部に、加熱された雰囲気の循環を案内する左右の案内板13が設けられ、この案内板13の上部に加熱ユニット14が配置されている。
【００１９】
この加熱ユニット14は、炉内の基板搬送経路に沿って配列され炉内循環雰囲気を加熱する多数の雰囲気加熱ヒータ21と、基板搬送経路に沿って配列され前記雰囲気加熱ヒータ21により加熱された高温雰囲気を絞って基板Ｐに吹付ける多数の増速ノズル体22と、この多数の増速ノズル体22内にあって基板Ｐに対し開口されるとともに循環雰囲気の影響を受けにくい位置に設けられた個別に稼働可能の遠赤外線ヒータ23とが、枠体24の一側部と他側部との間に取付けられている。
【００２０】
図１に示されるように、この加熱ユニット14のヒータ21，23は、シーズヒータなどを所定間隔毎に水平に配列する。増速ノズル体22は、尖端部22a の両側に斜面部22b と垂直面部22c が対称に形成され、隣接する増速ノズル体22どうしの斜面部22b 間に下方へ向かって漸次幅小となる増速用絞り25が形成され、隣接する増速ノズル体22どうしの垂直面部22c 間にストレート状のノズル開口26が形成され、整流機能を有している。さらに、増速ノズル体22内の下面に開口した中空部27に前記遠赤外線ヒータ23が設けられている。この中空部27が、前記循環雰囲気の影響を受けにくい位置に当たる。
【００２１】
前記基板搬送経路としては、加熱ユニット14の下側に基板搬送コンベヤ31が配置されている。このコンベヤ31は、炉体12の基板搬入用および搬出用の開口30を経て炉体12内を貫通する左右一対のコンベヤフレーム（図示せず）が平行に配置され、この左右のコンベヤフレームに沿って図２に示されるようにそれぞれ搬送チェン32が無端状に配設され、この左右の搬送チェン32に取付けられた搬送爪33の間に部品搭載基板Ｐを挟持して水平に搬送するものである。
【００２２】
図２に示されるように、前記炉体12内の下部には１本の回転軸34が回転自在に横設され、この１本の回転軸34を共通の回転軸とする左右一対の遠心送風機（シロッコファン）35が、左右の案内板13の下部に炉体中心を基準として左右対称にそれぞれ配置されている。前記回転軸34は、図示されないベルト伝動機構を介しモータにより駆動される。
【００２３】
次に、この図１および図２に示された実施例の作用を説明する。
【００２４】
図２に示されているように左右一対の熱風循環系にあって、炉体12内の下部に横設された回転軸34により回転する左右の遠心送風機35の周面から吐出された炉内雰囲気は、炉体12の左右炉内壁面と左右の案内板13との間に形成された通路36へ吹上げられ、炉体12内上部で合流して下降し、加熱ユニット14および搬送コンベヤ31にて搬送中の基板Ｐを経て、炉内中央部から左右の遠心送風機35に吸込まれることにより、炉体12内に左右対称の熱風対流が形成される。
【００２５】
前記加熱ユニット14では、炉内の基板搬送経路に沿って配列された多数の雰囲気加熱ヒータ21により炉内循環雰囲気を加熱し、この雰囲気加熱ヒータ21により加熱された高温の炉内循環雰囲気を、基板Ｐの直前位置に配列された多数の増速ノズル体22により絞って基板Ｐに吹付け、基本的な加熱を行う。
【００２６】
同時に、前記多数の増速ノズル体22内にあって基板Ｐに対し開口されるとともに循環雰囲気の影響を受けにくい位置に設けられた遠赤外線ヒータ23を選択的に稼働して、この遠赤外線ヒータ23による加熱ゾーンを調整することにより、基板Ｐの温度プロファイルを制御しながら、基板Ｐのソルダペーストを溶融し、リフローはんだ付けを行う。
【００２７】
このように、雰囲気加熱ヒータ21および増速ノズル体22による熱風加熱をベースにして、遠赤外線ヒータ23による放射加熱を併用するゾーンと、放射加熱を併用しないで熱風加熱のみがなされるゾーンとにより、基板Ｐの温度プロファイルを制御する。
【００２８】
例えば、リフローゾーン前半の基板搬入側では、雰囲気加熱ヒータ21および遠赤外線ヒータ23を併用するとともに、雰囲気加熱ヒータ21および遠赤外線ヒータ23の発熱量を多く調整して基板Ｐの昇温勾配（昇温速度とも言う）を大きく調整することにより、基板温度を早期のうちにリフロー温度範囲内に到達させ、さらに、基板温度が昇温限界値に到達した後は、その到達の速さに応じた割合で、リフローゾーン後半の基板搬出側に位置する遠赤外線ヒータ23の稼働を停止することにより、基板温度を適正なリフロー温度範囲内に保つようにする。
【００２９】
つまり、加熱急速を行った場合は、それに応じて稼働停止される遠赤外線ヒータ23の割合を多くして、基板温度を昇温限界値以下に抑えることにより、一定のリフロー温度範囲内で比較的長時間のリフロー加熱を行うようにする。
【００３０】
図３は、基板搬入側にて稼働される遠赤外線ヒータ23と、基板搬出側にて稼働停止される遠赤外線ヒータ23との割合を調整して、基板Ｐの温度を昇温限界値以下に制御することにより、基板Ｐの温度プロファイルを制御する例を示す。
【００３１】
すなわち、第１プリヒートゾーンと、第２プリヒートゾーンと、第１リフローゾーンと、第２リフローゾーンと、冷却ゾーンとからなる一連のリフロー装置において、図１に示されたリフロー炉を第２リフローゾーンに使用した場合、
(1)  雰囲気加熱ヒータ21および遠赤外線ヒータ23の発熱量（通電量）を弱く設定して、基板Ｐの昇温勾配を小さくするとともに、第２リフローゾーンの遠赤外線ヒータ23の全てをピーク温度２２０℃まで稼働した場合は、２００℃以上のリフロー時間が３０秒となる。ピーク温度２２０℃は、基板Ｐに搭載されたチップ部品などの耐熱温度上の安全を確保できる昇温限界値である。
【００３２】
(2)  雰囲気加熱ヒータ21および遠赤外線ヒータ23の発熱量（通電量）を中間に設定して、基板Ｐの昇温勾配を(1)の場合より大きくするとともに、第２リフローゾーンの遠赤外線ヒータ23-1，23-2，23-3，23-4，23-5，23-6を稼働し、ピーク温度２２０℃に達した後に位置する２５％の遠赤外線ヒータ23-7，23-8を稼働停止することにより、ワーク温度が２２０℃以上とならないように抑制する。この場合は、２００℃以上のリフロー時間が３５秒となる。
【００３３】
(3)  雰囲気加熱ヒータ21および遠赤外線ヒータ23の発熱量（通電量）を強く設定して、基板Ｐの昇温勾配を(2)の場合よりさらに大きくするとともに、第２リフローゾーンの遠赤外線ヒータ23-1，23-2，23-3，23-4を稼働し、ピーク温度２２０℃に達した後に位置する５０％の遠赤外線ヒータ23-5，23-6，23-7，23-8を稼働停止することにより、ワーク温度が２２０℃以上とならないように抑制する。この場合は、２００℃以上のリフロー時間が４０秒となる。
【００３４】
(4)  なお、雰囲気加熱ヒータ21および遠赤外線ヒータ23の発熱量（通電量）を例えば中間に設定して、第２リフローゾーンの全域で遠赤外線ヒータ23の全てを稼働した場合は、ピーク温度が基板搭載部品の耐熱温度２２０℃を超えて２３５℃まで達してしまうおそれがある。
【００３５】
このような遠赤外線ヒータ23の稼働と稼働停止の選択は、スイッチ切換により簡単に行えることから、ピーク温度２２０℃を一定にして、２００℃以上のリフロー時間を変化させることができる。
【００３６】
一方、遠赤外線ヒータ23の選択的稼働停止を行えない場合(4)は、２００℃以上のリフロー時間が例えば４０秒ほしいときには、ピーク温度も２３５℃まで達してしまい、部品の耐熱温度の問題などが生ずる。
【００３７】
最後に、上記の例では、切換スイッチを設けるのみで、１台のリフロー装置により３パターンの遠赤外線ヒータ23の選択的稼働を行うことができるので、装置ごとにヒーターゾーン長さを変えた各種リフロー装置を準備する必要もない。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１に記載された発明によれば、雰囲気加熱ヒータおよび増速ノズル体による熱風加熱により基本的な加熱を確保しながら、増速ノズル体内にあって循環雰囲気の影響を受けにくい位置に設けられた遠赤外線ヒータの稼働または停止により、ワークの温度プロファイルを容易に制御できる効果がある。特に、雰囲気加熱ヒータおよび遠赤外線ヒータの併用によりワーク温度が昇温限界値に到達したときは、その到達後のワークと対応する遠赤外線ヒータを稼働停止することにより、ワーク温度を適正なリフロー温度範囲内に保つことができる。
【００３９】
請求項２に記載された発明によれば、雰囲気加熱ヒータおよび増速ノズル体による熱風加熱をベースにして、遠赤外線ヒータによる放射加熱を併用するゾーンと併用しないゾーンとを任意に選択することにより、ワークの温度プロファイルを容易に制御できる効果がある。特に、ワーク搬入側でのワークの昇温速度に応じた割合で、ワーク搬出側での遠赤外線ヒータを稼働停止することにより、ワーク温度を適正なリフロー温度範囲内に保つことができる。
【００４０】
請求項３に記載された発明によれば、雰囲気加熱ヒータおよび遠赤外線ヒータの併用によりワークの昇温勾配を大きくして、ワーク温度を早期に昇温限界値に到達させ、この到達後のゾーンでは遠赤外線ヒータを稼働停止させて、ワーク温度を昇温限界値以下に抑えると、一定のリフロー温度範囲内で比較的長時間のリフロー加熱を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るリフロー装置の一実施例を示す断面図である。
【図２】図１におけるII−II線断面図である。
【図３】同上リフロー装置の温度制御例を示すグラフである。
【図４】（Ａ）は従来のリフロー装置を示す断面図、（Ｂ）はそのヒータの断面図である。
【符号の説明】
Ｐ    ワーク
11 リフロー装置
21    雰囲気加熱ヒータ
22    増速ノズル体
23    遠赤外線ヒータ
【図１】
0003566780.tif 000002
【図２】
0003566780.tif 000003
【図３】
0003566780.tif 000004
【図４】
0003566780.tif 000005