(57)【要約】【課題】リフロー炉の冷却時間を短縮し、鉛フリーはんだを用いた電子部品の処理においても、効率的な処理を行うことを課題とする。【解決手段】被はんだ付けワーク３を導入する加熱部１９と、該加熱部１９を被装する断熱部１７と、ヒータ１２およびファン１３により熱風を発生する加熱装置とを有し、被はんだ付けワーク３に熱風を吹きつけて加熱するリフロー炉１の温度制御方法において、加熱部１９と断熱部１７との間に加熱部１９と隔離されたエアー層１８に、冷却用空気を供給するとともに、加熱部１９に冷却用ガスを供給して、リフロー炉の温度制御を行う。【選択図】        図２
2004358542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被はんだ付けワークを導入する加熱部と、該加熱部を被装する断熱部とを有し、被はんだ付けワークに熱風を吹きつけて加熱するリフロー炉において、
加熱部と断熱部との間に加熱部と隔離されたエアー層を設け、
該エアー層に接続する冷却用空気導入部を設けるとともに、
加熱部に接続する冷却用ガス導入部を設けたことを特徴とするリフロー炉。
【請求項２】
被はんだ付けワークを導入する加熱部と、該加熱部を被装する断熱部と、ヒータおよびファンにより熱風を発生する加熱装置とを有し、被はんだ付けワークに熱風を吹きつけて加熱するリフロー炉において、
加熱部と断熱部との間に加熱部と隔離されたエアー層を設け、
該エアー層に接続する冷却用空気導入部を設けるとともに、
加熱部に接続する冷却用ガス導入部を設け、
加熱装置のヒータ近傍に、該冷却用ガス導入部より冷却用ガスを噴射可能に構成したことを特徴とするリフロー炉。
【請求項３】
被はんだ付けワークを導入する加熱部と、該加熱部を被装する断熱部と、ヒータおよびファンにより熱風を発生する加熱装置とを有し、被はんだ付けワークに熱風を吹きつけて加熱するリフロー炉の温度制御方法において、
加熱部と断熱部との間に加熱部と隔離されたエアー層に、冷却用空気を供給するとともに、
加熱部に冷却用ガスを供給して、
リフロー炉の温度制御を行うことを特徴とするリフロー炉の温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント配線基板等の電子部品のはんだ付け処理を行うリフロー炉の技術に関する。より詳しくは、鉛フリーはんだに対応可能な温度制御機構を有するリフロー炉の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年，酸性雨発生の拡大に伴い、電子部品に含まれる鉛成分の環境への影響が問題視されつつある。埋め立て処分された廃棄物に酸性雨が接して、廃棄された電子部品等より、鉛成分が溶け出して地下水などに流入する可能性が知られるようになった。そして、電子機器用のはんだについて鉛が入っていない（フリー）はんだが開発された。
鉛フリーのはんだは、従来のはんだと同様の方法により処理されるものであり、はんだ付けの処理方法として、リフロー炉において加熱して行うものが知られている。
リフロー炉において、電子部品の種類や大きさなどにより、電子部品の受ける熱量を調節する必要がある。従来のリフロー炉において、処理する電子部品の種類が変わった場合、規定の温度範囲に収めるために、電子部品の搬送速度を変更する方法が取られている。また、供給する風量を変更したり、炉内の設定温度を変更したりする方法が取られている。
この他に、リフロー炉の炉壁外面の少なくとも上部側面と上面とに対して通風通路を設けた、リフロー炉を用いてリフロー炉の放熱と断熱とを切り替えて、冷却に要する時間を短縮する構成も知られている（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−７５０５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、鉛フリーのはんだは、従来の鉛入りのはんだに比べて、設定温度範囲が狭くなっている。このため、電子部品の搬送速度を変更する方法においては、温度プロファイルの幅が狭い場合に、対応が困難となる。そして、風量を変更する方法では炉内を低酸素濃度としている場合には、風の流れが変わり酸素濃度の条件範囲から外れてしまう恐れがある。
そして、設定温度を変更する方法では、設定温度にあわせるのに時間がかかってしまい、生産性が低くなるとともに、製造コストが増大する。
特許文献１に示される技術においても、冷却に時間がかかるとともに、冷却効率が低くなってしまう。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決すべく、本発明は次のような手段を用いる。
請求項１に記載のごとく、被はんだ付けワークを導入する加熱部と、該加熱部を被装する断熱部とを有し、被はんだ付けワークに熱風を吹きつけて加熱するリフロー炉において、加熱部と断熱部との間に加熱部と隔離されたエアー層を設け、該エアー層に接続する冷却用空気導入部を設けるとともに、加熱部に接続する冷却用ガス導入部を設ける。
【０００６】
請求項２に記載のごとく、被はんだ付けワークを導入する加熱部と、該加熱部を被装する断熱部と、ヒータおよびファンにより熱風を発生する加熱装置とを有し、被はんだ付けワークに熱風を吹きつけて加熱するリフロー炉において、加熱部と断熱部との間に加熱部と隔離されたエアー層を設け、該エアー層に接続する冷却用空気導入部を設けるとともに、加熱部に接続する冷却用ガス導入部を設け、加熱装置のヒータ近傍に、該冷却用ガス導入部より冷却用ガスを噴射可能に構成した。
【０００７】
請求項３に記載のごとく、被はんだ付けワークを導入する加熱部と、該加熱部を被装する断熱部と、ヒータおよびファンにより熱風を発生する加熱装置とを有し、被はんだ付けワークに熱風を吹きつけて加熱するリフロー炉の温度制御方法において、加熱部と断熱部との間に加熱部と隔離されたエアー層に、冷却用空気を供給するとともに、加熱部に冷却用ガスを供給して、リフロー炉の温度制御を行う。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
図１はリフロー炉の全体構成を示す図である。
リフロー炉１の構成を図１に示す例を用いて説明する。
リフロー炉はクリームはんだ等を高温で融かして基板にはんだ付けを行う装置である。図１においては、被はんだ付けワークの一例として配線基板を用いて説明する。リフロー炉１内に配線基板３を導入して、加熱により配線基板３のはんだ付けを行うものである。
図１に示す構成において、リフロー炉１は６つの加熱室１１により構成されており、直線状に配設された加熱室に沿って、リフロー炉１内には搬送コンベア２が配設されている。搬送コンベア２上には配線基板３が載置され、この搬送コンベア２により配線基板３がリフロー炉１内に導入され、リフロー炉内を搬送され、リフロー炉１より排出される。
配線基板３はリフロー炉１の搬入口より炉内に導入され、加熱室１１内において加熱される。リフロー炉１内に導入された配線基板３は、搬送コンベア２により、リフロー炉１内の昇温部、均温部、リフロー部を通り、はんだ付けされる。
【０００９】
なお、加熱室１１内に低酸素濃度の不活性ガス雰囲気を形成する場合には、加熱室１１内に窒素ガス等の不活性ガスを供給する。加熱室１１内に窒素ガス雰囲気、すなわち低酸素濃度の不活性ガス雰囲気を構成し、加熱装置により不活性ガス雰囲気の温度調節を行うものである。
不活性ガス雰囲気においてはんだ付けを行うことにより、被はんだ付け部やはんだの酸化防止が可能となり、優れた濡れ性のはんだ付け作業を行うことが可能となる。
【００１０】
次に、リフロー炉１を構成する加熱室１１の構成について説明する。
図２は加熱室の構成を示す横断面図である。
加熱室１１は、図２に示すごとく、上下対称に加熱装置を設けるとともに、断熱構造をとるものである。
この加熱装置はヒータ１２、ファン１３、ファンシュラウド１４、吹出しノズル１５、モータ１６により構成されている。加熱装置はヒータ１２により加熱した気体をファン１３の駆動により、ファンシュラウド１４内に導入して、吹出しノズル１５より熱風を排出するものである。モータ１６は加熱室１１の外側に露出しており、駆動軸が加熱部１９内のファン１３に接続されている。
図２において、加熱室１１には２つの加熱装置があり、加熱室１１の上部および下部に配設されている。上部に配設された加熱装置は吹出しノズル１５を下方に向けており、下部に配設された加熱装置は吹出しノズル１５を上方に向けて配設されている。そして、上下に対向して配置した加熱装置の間に、配線基板３が搬送される構成となっている。上下の加熱装置により、導入された配線基板３が均一かつ迅速に加熱される。
【００１１】
加熱室１１は断熱部、空気層（エアー層）、加熱部を有するものである。
加熱室１１は外側を断熱層１７により構成しており、内側にエアー層１８を介して加熱部１９が構成されている。加熱部１９とエアー層１８との間には隔壁２０が配設されており、加熱部１９は隔壁２０によりエアー層１８内の空気と隔離される。
加熱部１９の外側にエアー層１８を構成することにより、加熱室１１の保温性を向上できるものであり、加熱室１１における必要熱量を減少できる。高温に達する部位を減少させることにより、昇温および冷却にかかる時間を短縮できるものである。
そして、加熱室１１には、上下対称にエアーノズル２１・２１、窒素ガスノズル２２・２２、排出パイプ２３・２３が配設されている。エアーノズル２１はエアー層１８にエアーを供給可能に構成しており、窒素ガスノズル２２は加熱部１９に窒素ガスを供給可能としている。そして、加熱室１１内を不活性ガス雰囲気とする場合の不活性ガス導入部として用いることも可能である。
加熱室の温度調節は、後述のようにヒータ１２への供給電力の制御によって行うとともに、加熱室１１に２系統の気体供給経路を接続し、加熱室１１に気体の供給を行うことによっても、加熱室の温度調節を行うものである。
【００１２】
加熱室１１内はヒータ１２により昇温もしくは恒温に維持されるものであり、加熱室１１内の空気はファン１３により還流されて加熱部１９の温度が均一に保たれる構成となっている。
図３は加熱装置の構成を示す模式図である。図３において矢印は加熱室における気体の流れを示すものである。加熱装置において、発熱体であるヒータ１２はファン１３の上流側に配設されており、ファンシュラウド１４の吸入口近傍外側に配設されるものである。ファンシュラウド１４の吸入口近傍内側にはファン１３が配設されており、ファン１３によりヒータ１２で加熱された気体をファンシュラウド１４内に導入して吹出しノズル１５より排出する。ファンシュラウド１４内において、導入された気体温度が均一にされ、吹出しノズル１５より排出される。
吹出しノズル１５より加熱部１９に排出された気体は、加熱部１９内を流れて再びヒータ１２を介してファンシュラウド１４内に導入される。このように、加熱部１９は加熱装置により温度制御されるものである。
これにより、加熱部１９の一部が急激に加熱されることがなく、はんだ付けの品質を向上できるとともに、リフロー炉の一部に極端な熱応力が発生することがなく、リフロー炉の耐久性を維持できる。
【００１３】
次に、加熱室１１の冷却構成について説明する。
図４は加熱室の冷却構成を示す模式図である。図４において黒塗りの矢印はエアー層における空気の流れを、白抜きの矢印は加熱部における気体の流れをそれぞれ示すものである。
加熱室１１を冷却する場合には、エアーノズル２１によりエアー層１８に冷却用の空気を供給するとともに、窒素ガスノズル２２により加熱部１９内に冷却用の不活性ガスである窒素ガスを供給するものである。
【００１４】
エアーノズル２１は加熱室１１の上下中央部に配設されており、エアー層１８の中央部に冷却用空気を供給可能に構成している。エアーノズル２１は、配線基板３の通過経路近傍となる隔壁２０をエアーノズル２１から供給される冷却用空気により優先的に冷却可能であり、配線基板の通過経路近傍の隔壁２０を確実に冷却可能である。
エアー層１８は、加熱室１１の中央部に設けられた仕切りにより分割されており、エアー層１８の上半分に供給された冷却用空気は、加熱室１１の上部に配設された排出パイプ２３を介して、下半分に供給された冷却用空気は冷却室１１の下部に配設された排出パイプ２３を介して、それぞれ加熱室１１外に排出される。
これにより、空気をエアー層１８内へ円滑に供給でき、効率的に隔壁２０を冷却することができる。
【００１５】
窒素ガスノズル２２は、ヒータ１２の近傍に配設されている。窒素ガスノズル２２はヒータ１２に冷却用窒素ガスを供給可能としており、窒素ガスノズル２２より冷却用不活性ガスである窒素ガスを噴射してヒータ１２を冷却可能としている。
ファン１３を駆動している状態においては、窒素ガスノズル２２より供給された冷却用窒素ガスは、ヒータ１２を介してファンシュラウド１４内に導入される。ファンシュラウド１４内に導入された冷却用窒素ガスは、ファン１３、ファンシュラウド１４および吹出しノズル１５を冷却しながらファンシュラウド１４の外に排出される。そして、排出された冷却用窒素ガスは、隔壁２０の内側面を冷却する。これにより、加熱部１９の一部が急激に冷却されることがなく、リフロー炉の一部に極端な熱応力が発生することもない。
また、窒素ガスノズル２２より供給された冷却用ガスは、リフロー炉１の配線基板導入部や排出部より排出されるものであり、特別な排出装置を必要としない。
冷却用のガスをヒータ１２の上流側において供給することにより、加熱装置が発生させる気流を利用して、温度の高いヒータ１２、ファン１３と順じ冷却することができ、冷却効率がよく、冷却にかかる時間を短くできる。
【００１６】
加熱室１１の冷却用ガスの供給をエアーノズル２１と窒素ガスノズル２２の２系統により行うことで、加熱室内を不活性ガスにより低酸素濃度としている場合などに、加熱室１１内の温度降下後に遅延なく配線基板を導入して処理を行うことが可能となる。
また、配線基板が導入される加熱部１９と隔離されたエアー層１８を空気により冷却するので冷却に係るコストを低減でき、加熱装置のファン１３を利用して加熱室の冷却を行うことができるので冷却装置にかかるコストを低減できる。
さらに、加熱装置において高温部であるヒータ１２を優先的に冷却し、隔壁において吹出しノズル１５よりの風が当たりやすい隔壁中央部を優先的に冷却できるので、冷却効率を向上して冷却にかかる時間を短くすることがきる。
【００１７】
リフロー炉１により、被はんだ付けワークをリフロー処理する場合には、リフロー炉１の各加熱室１１・１１・・を設定温度まで昇温する。そして、配線基板などの被はんだ付けワークを、搬送コンベア２上に載置してリフロー炉１内に導入する。この後に、他の配線基板をリフロー処理する場合であって、設定温度を低くする場合には、リフロー炉内の配線基板がすべて炉外に搬出された後に、エアーノズル２１よりエアー層１８に冷却用空気を供給するとともに、窒素ガスノズル２２より冷却用窒素ガスを加熱部１９内に供給する。この際にファン１３は駆動されており、冷却用窒素ガスを加熱部１９内で循環させる。これにより、加熱部１９が内外より効率的に冷却される。
リフロー炉１において、加熱部１９の温度を検出可能としており、検出された加熱部１９の温度が設定温度となると、冷却用空気と冷却用窒素ガスの供給が停止するものである。これにより、リフロー炉１内の温度調整を効率的な冷却手法により、すばやく行うことができるものである。
【００１８】
リフロー炉において、高温となる部位を減少させ、必要熱量を低減するとともに、高温部を直接冷却するので、冷却効率を向上させることができ、冷却にかかる時間を短縮できるものである。また、加熱に用いる送風機構を冷却用に流用することにより、製造コストを低減できるものである。
この他、リフロー炉内の温度を上昇させる場合に、エアーノズルおよび窒素ガスノズルより、高温のガスを供給して加熱部の温度上昇を急速に行うことも可能である。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１に記載のごとく、被はんだ付けワークを導入する加熱部と、該加熱部を被装する断熱部とを有し、被はんだ付けワークに熱風を吹きつけて加熱するリフロー炉において、加熱部と断熱部との間に加熱部と隔離されたエアー層を設け、該エアー層に接続する冷却用空気導入部を設けるとともに、加熱部に接続する冷却用ガス導入部を設けるので、
細かい温度調節が必要な鉛フリーはんだのリフロー処理に十分対応可能となるとともに、加熱部の内部と外部を直接冷却可能となり、リフロー炉の冷却効率を向上し、短時間に温度の設定変更を行うことができる。
【００２０】
請求項２に記載のごとく、被はんだ付けワークを導入する加熱部と、該加熱部を被装する断熱部と、ヒータおよびファンにより熱風を発生する加熱装置とを有し、被はんだ付けワークに熱風を吹きつけて加熱するリフロー炉において、加熱部と断熱部との間に加熱部と隔離されたエアー層を設け、該エアー層に接続する冷却用空気導入部を設けるとともに、加熱部に接続する冷却用ガス導入部を設け、加熱装置のヒータ近傍に、該冷却用ガス導入部より冷却用ガスを噴射可能に構成したので、
加熱部の内部において、高温部を優先的に冷却でき冷却効率を向上し、冷却時間を短縮できる。また、加熱部の内部と外部の冷却系統を分離するので、冷却にかかるコストを低減できるとともに、低酸素状態の維持を必要とする処理においても有効に利用することができる。
【００２１】
請求項３に記載のごとく、被はんだ付けワークを導入する加熱部と、該加熱部を被装する断熱部と、ヒータおよびファンにより熱風を発生する加熱装置とを有し、被はんだ付けワークに熱風を吹きつけて加熱するリフロー炉の温度制御方法において、加熱部と断熱部との間に加熱部と隔離されたエアー層に、冷却用空気を供給するとともに、加熱部に冷却用ガスを供給して、リフロー炉の温度制御を行うので、
温度設定範囲が狭く、また配線基板や電子部品の種類ごとに加熱温度プロファイルの細かい調節が必要な鉛フリーはんだによるリフローはんだ付けにおいても、調節性に優れかつ滑らかで均一な加熱温度プロファイルを得ることが可能であり、加熱部の内部と外部を直接冷却して、リフロー炉の冷却効率を向上し、短時間に温度の設定変更を行い、生産性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】リフロー炉の全体構成を示す図。
【図２】加熱室の構成を示す横断面図。
【図３】加熱装置の構成を示す模式図。
【図４】加熱室の冷却構成を示す模式図。
【符号の説明】
１２  ヒータ
１３  ファン
１４  ファンシュラウド
１５  吹出しノズル
１７  断熱層
１８  エアー層
１９  加熱部
２０  隔壁
２１  エアーノズル
２２  窒素ガスノズル
【図１】
2004358542.tif 000003
【図２】
2004358542.tif 000004
【図３】
2004358542.tif 000005
【図４】
2004358542.tif 000006