(57)【要約】【課題】炉体内の雰囲気温度が設定値より高温側に移行した場合でも、速やかに炉内の雰囲気を冷却でき、炉体内雰囲気温度を安定して制御可能なリフロー装置を提供する。【解決手段】プリント配線基板３を雰囲気加熱する加熱室４を有する内部炉体１ａと、この内部炉体を包囲して同内部炉体との間に冷却空間２を形成する外部炉体１ｂとで炉体１を構成し、内部炉体１ａに、同内部炉体内雰囲気と冷却空間内雰囲気とで熱交換するヒートシンク１２を設け、炉内雰囲気温度が設定値に対して過熱の場合に、炉内雰囲気の余分な熱を外部に放出することで温度制御を行う。【選択図】　図１
2004096020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半田材料が塗布され、電子部品が実装されたプリント配線基板を炉体内へ搬入して加熱し、上記半田材料を溶融して上記電子部品を上記プリント配線基板に接合させるリフロー装置において、プリント配線基板を加熱する加熱室、この加熱室に循環気流を与える送風手段ならびに上記循環気流を加熱する加熱手段を備えた、密閉可能な内部炉体と、この内部炉体とで炉体を構成し、上記内部炉体を包囲して同内部炉体との間に冷却空間を形成し、この冷却空間の外気導入口と排気口を設けた外部炉体と、上記外部炉体の排気口に連通して同排気口から上記冷却空間の雰囲気を排気する排気手段とを有し、上記排気手段を作動させて冷却空間の高温雰囲気を排気すると共に、上記冷却空間に低温炉外雰囲気を導入することにより、上記内部炉体内の雰囲気温度を制御することを特徴とするリフロー装置。
【請求項２】
上記内部炉体には、上記冷却空間の雰囲気中に露出する伝熱突起を有し、上記外部炉体の外気導入口から流入する低温の外気に放熱し、かつ内部炉体内の雰囲気中に露出する伝熱突起を有し、同内部炉内の高温雰囲気から吸熱するヒートシンクを設けたことを特徴とする請求項１に記載のリフロー装置。
【請求項３】
上記ヒートシンクは、外部炉体の外気導入口に近接して配設したことを特徴とする請求項２に記載のリフロー装置。
【請求項４】
上記排気手段は、リフロー装置全体の排気手段と切替えできるよう構成したことを特徴とする請求項１に記載のリフロー装置。
【請求項５】
半田材料が塗布され、電子部品が実装されたプリント配線基板を炉体内へ搬入して加熱し、上記半田材料を溶融して上記電子部品を上記プリント配線基板に接合させるリフロー装置において、プリント配線基板を加熱する加熱室、この加熱室に循環気流を与える送風手段ならびに上記循環気流を加熱する加熱手段を備えた、密閉可能な内部炉体と、この内部炉体とで炉体を構成し、上記内部炉体を包囲して同内部炉体との間に冷却空間を形成し、この冷却空間の外気導入口と排気口を設けた外部炉体と、上記内部炉体内の雰囲気温度を検出して同雰囲気温度を設定値に合わせるように制御する温度制御手段と、上記外部炉体の排気口に連通して同排気口から上記冷却空間の雰囲気を排気する排気手段とを有し、上記温度制御手段は、排気手段を作動させて冷却空間の高温雰囲気を排気すると共に、上記冷却空間に低温炉外雰囲気を導入することにより、上記内部炉体内の雰囲気温度を制御することを特徴とするリフロー装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に実装された電子部品を半田付けするためのリフロー装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のリフロー半田付け装置の構成を図６を用いて説明する。すなわちリフロー半田付け装置は、炉内が複数の部屋に分割されており、各部屋ごとに熱風循環加熱を行うことが主流となっている。具体的には、炉内に配置される大型の円筒型多翼ファンもしくは軸流ファンからなるファン１００によって、炉体１０１内の加熱室１０２内の雰囲気が吸い込まれ、流路１０３を通ってヒータ等の加熱手段１０４により加熱され、加熱された雰囲気は、上記ファン１００を通過し、流路１０５を通ってノズル１０６より加熱室１０２内に配置されたプリント配線基板１０７に熱風が吹き付けられ、電子部品が実装され、半田材料が塗布された上記プリント配線基板１０７の半田付けが実行される。１０８はノズル１０６の熱風吹き出し口付近に配置した熱電対等からなる温度検出手段、１０９は検出した温度と設定温度との差を比較して、上記加熱手段１０４を温度制御する温度制御手段、１１０はファン１００を駆動するモータである。
【０００３】
このような構成において、炉体内の雰囲気を均等に加熱し、かつ均等な風速でプリント配線基板に熱風を吹き付けるためには、かなり流路を複雑にする必要があり、各加熱室が大きくなって、設備が大型になるのが一般的である。これは、一面では、炉体の熱容量が大きく、熱しにくく、冷めにくい点、プリント配線基板を連続で投入しても、炉内温度にほとんど影響せず、安定した雰囲気温度を得られる利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のリフロー装置においては、何らかの原因で炉内温度が設定値より高くなってしまった場合、ヒータがオフになり続けている状態でも、炉体自身の熱容量が大きいため、設定温度までの低下時間が大きくなってしまう。炉内温度が設定値より大きくなってしまう原因としては、隣接する炉体の温度が相対的に高温に設定されている場合に、高温雰囲気の巻き込みや、壁面から伝わる熱によって炉内温度が高温側に引っ張られ、結果としてヒータが常にオフの状態でも、設定値よりも高い温度で安定もしくは昇温し続けることになってしまう。また加熱対象であるプリント配線基板の仕様変更で、温度設定を低温側に設定し直す際にも、低温側に温度が安定するまで、上述の理由により非常に時間がかかってしまい、生産の稼動時間のロスに繋がる問題があった。
【０００５】
この問題を解消するために、炉体を開放するか、パイプなどにより強制的に炉内に炉外雰囲気、すなわち外気を導入する等して、炉内雰囲気温度を下げる方法もあるが、例えば窒素導入による低酸素濃度雰囲気でのリフローが必要な場合、酸素濃度を所定の濃度まで下げるためには相当量の窒素が必要になるが、炉体開放や炉外雰囲気の強制導入では酸素濃度が上がってしまい、これの調整、安定化に時間がかかる問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解消するものであり、リフロー半田付けを行うリフロー装置において、炉体内部の雰囲気温度が設定温度よりも高温側に移行した状態でも、速やかに炉内温度を安定に制御し、安定したリフロー半田付け品質を確保するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のリフロー装置は、半田材料が塗布され、電子部品が実装されたプリント配線基板を炉体内へ搬入して加熱し、上記半田材料を溶融して上記電子部品を上記プリント配線基板に接合させるリフロー装置において、プリント配線基板を加熱する加熱室、この加熱室に循環気流を与える送風手段ならびに上記循環気流を加熱する加熱手段を備えた、密閉可能な内部炉体と、この内部炉体とで炉体を構成し、上記内部炉体を包囲して同内部炉体との間に冷却空間を形成し、この冷却空間の外気導入口と排気口を設けた外部炉体と、上記外部炉体の排気口に連通して同排気口から上記冷却空間の雰囲気を排気する排気手段とを有し、上記排気手段を作動させて冷却空間の高温雰囲気を排気すると共に、上記冷却空間に低温炉外雰囲気を導入することにより、上記内部炉体内の雰囲気温度を制御することを特徴とする。
【０００８】
また本発明のリフロー装置は、上記内部炉体に、上記冷却空間の雰囲気中に露出する伝熱突起を有し、上記外部炉体の外気導入口から流入する低温の外気に放熱し、かつ内部炉体内の雰囲気中に露出する伝熱突起を有し、同内部炉内の高温雰囲気から吸熱するヒートシンクを設けたことを特徴とする。
【０００９】
さらにまた本発明のリフロー装置においては、上記ヒートシンクは、外部炉体の外気導入口に近接して配設したことを特徴とする。
【００１０】
さらに本発明における上記排気手段は、リフロー装置全体の排気手段と切替えできるよう構成したことを特徴とする。
【００１１】
また本発明のリフロー装置は、半田材料が塗布され、電子部品が実装されたプリント配線基板を炉体内へ搬入して加熱し、上記半田材料を溶融して上記電子部品を上記プリント配線基板に接合させるリフロー装置において、プリント配線基板を加熱する加熱室、この加熱室に循環気流を与える送風手段ならびに上記循環気流を加熱する加熱手段を備えた、密閉可能な内部炉体と、この内部炉体とで炉体を構成し、上記内部炉体を包囲して同内部炉体との間に冷却空間を形成し、この冷却空間の外気導入口と排気口を設けた外部炉体と、上記内部炉体内の雰囲気温度を検出して同雰囲気温度を設定値に合わせるように制御する温度制御手段と、上記外部炉体の排気口に連通して同排気口から上記冷却空間の雰囲気を排気する排気手段とを有し、上記温度制御手段は、排気手段を作動させて冷却空間の高温雰囲気を排気すると共に、上記冷却空間に低温炉外雰囲気を導入することにより、上記内部炉体内の雰囲気温度を制御することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態におけるリフロー装置について、図１〜図５を用いて説明する。図１において、炉体１は、密閉可能な内部炉体１ａと、この内部炉体１ａを包囲し、同内部炉体１ａとの間に冷却空間２を形成した外部炉体１ｂから構成されている。上記内部炉体１ａ内には、プリント配線基板３を定位置に保持して同プリント配線基板３を加熱雰囲気で加熱する加熱室４と、この加熱室４内の雰囲気を循環させる送風手段５と、この送風手段５の下手側に位置し、循環流を加熱するヒータ等の加熱手段６と、加熱された循環流を、電子部品が実装され、半田材料が塗布されたプリント配線基板３に吹き付けるノズル７が設けられている。そして上記加熱手段６は、プリント配線基板３に近接して配置された温度検出手段８ａとこの検出した雰囲気温度を設定温度に制御する温度制御手段８ｂとによりオンオフ制御される。１ｃは、加熱室４から送風手段５により内部炉体１ａ内に循環流を形成するための吸い込み開口である。
【００１３】
外部炉体１ｂには、この外部炉体１ｂと内部炉体１ａとの間の冷却空間２への外気導入口９と、上記冷却空間２内の雰囲気の排気口１０と、内部炉体１ａに設けた前記送風手段５を駆動するモータ１１が設けられている。そして上記外気導入口９に近接して位置し、内部炉体１ａの壁面にヒートシンク１２が取り付けられており、前記冷却空間２に露出して同冷却空間２内の雰囲気へ放熱する多数の伝熱突起１２ａと前記内部炉体１ａの内部空間内に露出して同空間の雰囲気から吸熱する多数の伝熱突起１２ｂを有している。また排気口１０は、ダクト１３に接続し、このダクト１３は、排気ブロア１４により冷却空間２内の雰囲気を排気する。この排気ブロア１４は、上記温度制御手段８ｂにより制御され、上記内部炉体１ａ内の雰囲気を冷却する必要のある時に作動する。１５は切替ダンパで、設備の通常の稼動中には、設備全体の排気のため、設備両端の入口、出口の排気ダクト１６ａ、１６ｂにつながるダクト１６と排気ブロア１４を使用するが、上記切替ダンパ１５を切替えて排気ブロア１４をダクト１３と連通すると、前記炉体１の冷却空間２の排気ならびに同冷却空間２への外気導入が可能となる。
【００１４】
なお上記切替ダンパは、炉内雰囲気の温度によって自動的に切替える構成とすることができる。また切替ダンパは設けず、設備全体の排気と炉内雰囲気の温度調節のための排気を独立して行うようにすることも可能である。
【００１５】
なお上記炉体１は、プリント配線基板３の上面を加熱する構成に限定して示しているが、図４に示すように、プリント配線基板３の下面を加熱する独立した炉体１が設けられるのが一般的である。
【００１６】
上記構成において、以下、リフロー装置の動作について説明する。送風手段５によりノズル７からプリント配線基板３に内部炉体１ａ内の加熱された気流を吹き付け、その加熱気流を吸い込み開口１ｃより送風手段５に戻す。これにより、内部炉体１ａの雰囲気は循環し、加熱手段６により炉内雰囲気が加熱され、所望の雰囲気温度まで昇温する。
【００１７】
通常の生産時は、この加熱手段６のオンオフによってのみ、炉内雰囲気の温度調節が行われるが、この方法では、前述のように炉内温度が設定値より高い温度で安定、または昇温し続ける場合がある。
【００１８】
例として、図２のグラフについて説明する。これは、本発明の一実施形態におけるリフロー装置において、冷却制御を行わず、加熱制御のみで行う場合の温度測定例である。
【００１９】
隣接する両側の炉体温度を２５０℃、温度測定対象の炉体の温度設定を２００℃にしている。温度測定結果を見ると、加熱手段６がオンで、時間Ｓ１で設定温度付近まで昇温後、温度制御手段８ｂにより加熱手段がオフとなり、一旦、設定温度に安定するが、時間の経過と共に、隣接炉体の温度影響を受け、さらに昇温し続けてしまう。この間、上記炉体の加熱手段６はオフのままである。つまり強制的に炉内雰囲気もしくは炉体壁面の冷却を行わなければ、設定温度が維持できない状態である。
【００２０】
つぎに前述の一実施形態（図１）において、冷却制御を行った場合の温度測定結果の例を図３に示す。炉体の設定温度は、図２の場合と同様、隣接する両側の炉体温度を２５０℃、温度測定対象の炉体の温度設定は、２００℃にしている。図３の時間Ｓ１までの昇温過程では、加熱手段６がオンのままで、上記冷却機能なしの場合（図２）と同様である。時間Ｓ１で設定温度付近に達した後、上記温度制御手段８ｂにより加熱手段６をオフにすると共に、ダクト１３、排気ブロア１４を作動させ、炉体内雰囲気を強制冷却する。すなわちダクト１３により内部炉体１ａと外部炉体１ｂの間の冷却空間２内の雰囲気を排気口１０から流出、排気させる（Ｂ）。この時、上記冷却空間２内の圧力が外気、すなわち炉外雰囲気Ａよりも低下し、同冷却空間２に炉外雰囲気Ａが外部炉体１ｂの外気導入口９から導入されることになる。この結果、低温の炉外雰囲気Ａにより、内部炉体１ａの壁面ならびにこの壁面を通して内部炉体１ａ内の雰囲気が冷却されると共に、この低温の炉外雰囲気Ａがヒートシンク１２の片面１２ａを通過する際、同ヒートシンク１２の熱を奪って、上記ヒートシンク１２自身の温度が低下する。一方では、炉外雰囲気Ａで冷却されたヒートシンク１２が前記した内部炉体１ａ内の熱風循環雰囲気から吸熱し、隣接する炉体からきた余分な熱を奪うことになる。この結果、炉体内雰囲気の温度は過熱することなく、図３に示す通り、設定温度を安定して維持することが可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、リフロー半田付けを行うリフロー装置において、熱的外乱に対して炉体内雰囲気の温度を安定的に制御することが可能になり、熱風温度のバラツキを最小限に抑制できる。これにより、電子部品実装基板の連続搬入時の温度プロファイル再現性が向上し、生産品質の向上を図ることができ、さらには、生産機種切替時の温度設定変更の際に、所要時間の短縮が図れるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるリフロー装置の概略説明図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるリフロー装置において、冷却機能を用いない場合の炉内温度のプロファイル測定結果を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態におけるリフロー装置において、冷却機能を用いた場合の炉内温度のプロファイル測定結果を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態におけるリフロー装置の冷却機能を示す説明図である。
【図５】本発明の一実施形態におけるリフロー装置全体の側面図である。
【図６】従来のリフロー装置の概略図である。
【符号の説明】
１　　炉体
１ａ　　内部炉体
１ｂ　　外部炉体
２　　冷却空間
３　　プリント配線基板
４　　加熱室
５　　送風手段
６　　加熱手段
８ａ　　温度検出手段
８ｂ　　温度制御手段
９　　外気導入口
１０　　排気口
１２　　ヒートシンク
１２ａ、１２ｂ　　伝熱突起
１３、１４　　排気手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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