(57)【要約】  ワークをリフロー加熱する際の加熱温度および加熱時間を詳細に調整することが可能なリフロー装置を提供する。炉体11内にワークＷを搬送するワーク搬送コンベヤ12を配設し、このワーク搬送コンベヤ12に沿って、炉体11内に、ワークＷを予加熱する複数のプリヒートゾーン13a〜13eと、ワークＷをリフロー加熱する複数のリフローゾーン14a，14b，14cと、ワークＷを冷却する複数の冷却ゾーン15a，15bとを順次配列する。個々のリフローゾーン14a，14b，14cは、個々のプリヒートゾーン13a〜13eより、ワーク搬送方向の長さを短く形成する。個々のリフローゾーン14a，14b，14cの搬送方向の大きさは、個々のプリヒートゾーン13a〜13eあるいは従来の個々のリフローゾーンに比べほぼ６５％〜８５％に短縮することが望ましい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉体と、
炉体内でワークを搬送するワーク搬送コンベヤと、
ワーク搬送コンベヤに沿って炉体内に設けられワークを予加熱する複数のプリヒートゾーンを有するプリヒートエリアと、
ワーク搬送コンベヤに沿って炉体内に設けられワークをリフロー加熱する複数のリフローゾーンを有するリフローエリアとを具備し、
リフローエリアの個々のリフローゾーンは、プリヒートエリアの個々のプリヒートゾーンより、ワーク搬送方向の長さを短く形成された
ことを特徴とするリフロー装置。
【請求項２】
リフローエリアのリフローゾーンは、
３個設けられ、
それぞれの設定温度に基づいてリフローエリアの温度プロファイルを設定可能とした
ことを特徴とする請求項１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、リフロー加熱に用いられるリフロー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５に示されるように、リフロー装置は、炉体１内でワークＷを搬送するワーク搬送コンベヤ２に沿って、炉体１内に、ワークＷを予加熱する複数のプリヒートゾーン3a，3b，3c，3d，3eを有するプリヒートエリア３と、ワークＷをリフロー加熱する複数のリフローゾーン4a，4bを有するリフローエリア４と、ワークＷを冷却する冷却ゾーン５とが順次配列されている。【０００３】
プリヒートエリア３の個々のプリヒートゾーン3a，3b，3c，3d，3eと、リフローエリア４の個々のリフローゾーン4a，4bは、ワーク搬送方向の長さが全て等しくなるように形成されている（例えば、特許文献１、２、３参照）。
【特許文献１】特開２００１−１９８６７１号公報（第３−４頁、図２）
【特許文献２】特開２００３−１３３７１８号公報（第２−３頁、図１）
【特許文献３】特開２００５−１７５２８８号公報（第６−７頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、地球環境の観点から鉛を使わない鉛フリーはんだが用いられるようになってきたが、鉛フリーはんだは、鉛を含むはんだより融点が高く、より高温で加熱する必要がある。一方、リフロー加熱される基板実装部品の耐熱性を確保するために、加熱温度および加熱時間を、より精密に制御する必要があるが、従来のリフロー装置では、この制御が困難であり、特にリフローピーク時間を詳細に調整することが容易でない問題がある。【０００５】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、ワークをリフロー加熱する際のリフローピーク時間などの温度プロファイルを詳細に調整することが可能なリフロー装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明は、炉体と、炉体内でワークを搬送するワーク搬送コンベヤと、ワーク搬送コンベヤに沿って炉体内に設けられワークを予加熱する複数のプリヒートゾーンを有するプリヒートエリアと、ワーク搬送コンベヤに沿って炉体内に設けられワークをリフロー加熱する複数のリフローゾーンを有するリフローエリアとを具備し、リフローエリアの個々のリフローゾーンは、プリヒートエリアの個々のプリヒートゾーンより、ワーク搬送方向の長さを短く形成されたリフロー装置である。【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のリフロー装置におけるリフローエリアのリフローゾーンが、３個設けられ、それぞれの設定温度に基づいてリフローエリアの温度プロファイルを設定可能としたものである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、リフローエリアには、プリヒートエリアの個々のプリヒートゾーンよりワーク搬送方向の長さを短く形成されたリフローゾーンが複数設けられたので、これらのリフローゾーンでリフロー加熱されるワークのリフローピーク時間などの温度プロファイルを、従来より詳細に調整することが可能となり、コンパクトな温度プロファイルによりリフローピーク時間を短縮して弱耐熱部品に対応でき、また一方で十分なはんだ接合を得るために必要な十分なリフローピーク時間を確保することもでき、多様な温度プロファイル設定が可能となる。さらに、従来装置を長大化させることなく多様な温度プロファイル設定ができ、広範囲なワークの性質に対応可能となる。【０００９】
請求項２記載の発明によれば、３個のリフローゾーンを個々に温度制御することで、リフローエリアの温度プロファイルを、より詳細に調整することが可能となり、温度調整パターンのバリエーションも拡大できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るリフロー装置の一実施の形態を示す概略図である。
【図２】同上リフロー装置により加熱されたワークの温度プロファイルを示す特性図である。
【図３】同上リフロー装置のリフローエリアで加熱されたワークの温度プロファイルを示す特性図であり、（ａ）〜（ｇ）は、本発明に係るリフローエリアにより種々のリフロー加熱パターンで加熱されたワークの温度プロファイルを示し、（ｈ）は、従来のリフローエリアにより加熱されたワークの温度プロファイルを示す。
【図４】部品立ち現象の発生メカニズムを説明するためのワーク断面図である。
【図５】従来のリフロー装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００１１】
Ｗ    ワーク
11    炉体
12    ワーク搬送コンベヤ
13    プリヒートエリア
13a，13b，13c，13d，13e（13a〜13e）    プリヒートゾーン
14    リフローエリア
14a，14b，14c    リフローゾーン
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を図１乃至図３に示された一実施の形態を参照しながら詳細に説明する。【００１３】
図１は、リフロー装置を示し、炉体11内にワークＷを搬送するワーク搬送コンベヤ12が配設され、このワーク搬送コンベヤ12に沿って、炉体11内に、ワークＷを予加熱する複数のプリヒートゾーン13a，13b，13c，13d，13e（以下、これらの符号を13a〜13eとする）を有するプリヒートエリア13と、ワークＷをリフロー加熱する複数のリフローゾーン14a，14b，14cを有するリフローエリア14と、ワークＷを冷却する複数の冷却ゾーン15a，15bを有する冷却エリア15とが順次配列されている。【００１４】
プリヒートエリア13の各プリヒートゾーン13a〜13eおよびリフローエリア14の各リフローゾーン14a，14b，14cには、雰囲気循環用の送風機および構造体、雰囲気加熱用のヒータ、熱風噴射用のノズルおよび熱風温度検出用の温度センサからなる加熱ユニットが、ワーク搬送コンベヤ12を挟んで上側および下側にそれぞれ配置され、プロセスコントローラにより温度制御される。【００１５】
ここで、ゾーンとは、上記加熱ユニットのようにワークＷの加熱温度を個別に温度制御できる領域を意味し、プリヒートエリア13では５つのプリヒートゾーン13a〜13e、リフローエリア14では３つのリフローゾーン14a，14b，14c、冷却エリア15では２つの冷却ゾーン15a，15bが設置され、各ゾーンのそれぞれの設定温度に基づいて各エリア13，14，15の各温度プロファイルを設定することが可能である。【００１６】
リフローエリア14の個々のリフローゾーン14a，14b，14cは、プリヒートエリア13の個々のプリヒートゾーン13a〜13eより、ワーク搬送方向の長さを短く形成されている。【００１７】
その場合、個々のリフローゾーン14a，14b，14cの搬送方向の大きさは、個々のプリヒートゾーン13a〜13eあるいは図５に示された従来の個々のリフローゾーン4a，4bに比べほぼ６５％〜８５％に短縮することが望ましい。【００１８】
例えば、３個のリフローゾーン14a，14b，14cの全長を、プリヒートゾーン13a〜13eの２個分の長さ、または図５に示された従来の２個のリフローゾーン4a，4bの全長と等しく設定すれば、リフローエリア14の長大化を防止できる。【００１９】
次に、この実施の形態の作用効果を説明する。【００２０】
一定の速度で駆動されるワーク搬送コンベヤ12によりワークＷを炉体11内に搬入し、プリヒートエリア13の複数のプリヒートゾーン13a〜13eで、ワーク温度をプリヒート温度まで上昇させて維持し、次にリフローエリア14の複数のリフローゾーン14a，14b，14cで、ワークＷをソルダペースト溶融温度以上に加熱し、ワークＷのソルダペーストを溶融してリフローはんだ付けをし、最後に冷却エリア15の複数の冷却ゾーン15a，15bで、ワーク温度を降下させて、はんだ継手部の強度を確保し、ワーク搬送コンベヤ12によりワークＷを炉体11内から搬出する。【００２１】
図２に実線で示されるように、プロセスコントローラによって、プリヒートゾーン13a〜13eでは、ワーク温度を一定のプリヒート温度Тpまで上昇させるとともに、そのプリヒート温度Тpを保つように制御し、リフローゾーン14a，14b，14cでは、例えば最初のリフローゾーン14aではプリヒート温度Тpを維持するように制御し、中間のリフローゾーン14bではプリヒート温度Тpからリフロー温度Тrまで上昇させ、最後のリフローゾーン14cではリフロー温度Тrを保つように制御し、冷却ゾーン15a，15bでは、ワーク温度を強制的に下げる。【００２２】
一方、図５に示された従来のリフロー装置では、図２に点線で示されるように、前半のリフローゾーン4aでワーク温度をプリヒート温度Тpからリフロー温度Тrまで上昇させ、後半のリフローゾーン4bではリフロー温度Тrを保つように制御するので、弱耐熱部品を搭載した基板などのワークＷにとって、リフロー温度Тrまたはその近傍温度に曝される時間が長すぎる。【００２３】
プロセスコントローラは、各プリヒートゾーン13a〜13e、各リフローゾーン14a，14b，14cおよび各冷却ゾーン15a，15bの各温度制御対象ブロックを理想的にモデリングし、温調プロセス制御を行なうことで、連続ワーク投入時の温度安定性などを向上させる。【００２４】
図３（ａ）〜（ｇ）は、本発明に係るリフローゾーン14a，14b，14cにより加熱されたワークＷの温度プロファイルを示し、図３（ｈ）は、従来のリフローゾーン4a，4bにより加熱されたワークＷの温度プロファイルを示す。ソルダペーストは、鉛フリーはんだで主流のＳn-Ａg-Ｃu系はんだを用いる。そのソルダペースト溶融温度は、約220℃である。【００２５】
図３（ａ）は、図２に示された温度プロファイルと同様のものであり、最初のリフローゾーン14aではプリヒート温度180℃を維持するように制御し、中間のリフローゾーン14bではプリヒート温度180℃からリフロー温度240℃まで上昇させ、最後のリフローゾーン14cではリフロー温度240℃を保つように制御することで、従来（ｈ）よりもリフロー加熱時間を容易に短縮できる。【００２６】
図３（ｂ）は、最初のリフローゾーン14aおよび中間のリフローゾーン14bでは、プリヒート温度180℃からリフロー温度240℃まで一定の勾配でワーク温度を上昇させ、最後のリフローゾーン14cではリフロー温度240℃を保つように制御することで、（ａ）よりもソルダペースト溶融時の温度上昇勾配を緩やかにするとともに、ソルダペースト溶融状態でのリフロー加熱時間をやや長く設定することができる。【００２７】
図３（ｃ）は、最初のリフローゾーン14aではプリヒート温度180℃からソルダペースト溶融状態までの温度上昇勾配を大きく設定し、中間のリフローゾーン14bではリフロー温度240℃まで緩やかに上昇させ、最後のリフローゾーン14cではリフロー温度240℃を保つように制御することで、（ｂ）よりもさらにソルダペースト溶融状態でのリフロー加熱時間を長く設定できる。【００２８】
図３（ｄ）は、最初のリフローゾーン14aではプリヒート温度180℃からの温度上昇勾配を小さく設定し、中間のリフローゾーン14bではリフロー温度240℃まで温度上昇勾配を大きく設定し、最後のリフローゾーン14cではリフロー温度240℃を保つように制御することで、（ｂ）よりもソルダペースト溶融状態でのリフロー加熱時間を短く設定したものである。（ａ）と（ｂ）の中間の温度上昇特性を有するものである。【００２９】
図３（ｅ）は、最初のリフローゾーン14a、中間のリフローゾーン14bおよび最後のリフローゾーン14cの全体にわたって、プリヒート温度180℃からリフロー温度240℃まで一定の勾配でワーク温度を上昇させ、ソルダペースト溶融時の温度上昇勾配を最も緩やかに設定できるとともに、熱容量の小さな弱耐熱部品ワークに適合するようにリフローピーク時間を短縮できるものであり、このようにリフロー加熱することで、図４に示されるような小型部品のアンバランスなリフローを防止できる。【００３０】
すなわち、図４に示されるようにワークＷは、基板21のランド部22，23にソルダペースト24，25を介してチップ部品26の電極部27，28が搭載されているが、このチップ部品26が急激にリフロー加熱された場合は、左右の電極部27，28間に温度差が生じ、一方の電極部27と接触するソルダペースト24が未リフロー状態であるのに、他方の電極部28と接触するソルダペースト25がリフロー状態となり、このリフロー状態のソルダペースト25に矢印方向の表面張力が作用し、チップ部品26がソルダペースト24から離脱して立上がる部品立ち現象いわゆるマンハッタン現象が発生するが、（ｅ）のようにソルダペースト溶融時の温度上昇勾配を緩やかにすることで、左右の電極部27，28を等しく温度上昇させ、これらと接触する両方のソルダペースト24，25を同時にリフローさせ、小型部品に発生しやすい部品立ち現象のようなはんだ付け不良を防止できる。【００３１】
図３（ｆ）は、最初のリフローゾーン14aおよび中間のリフローゾーン14bではプリヒート温度180℃に制御するとともに、最後のリフローゾーン14cのみで、プリヒート温度180℃からリフロー温度240℃までワーク温度を上昇させ、その後、直ちに冷却するようにしたもので、ソルダペースト溶融状態でのリフローピーク時間が最も短く、このため、最も耐熱性に欠けるワークＷをリフロー加熱するのに適している。【００３２】
図３（ｇ）は、最初のリフローゾーン14aではプリヒート温度180℃からリフロー温度240℃までワーク温度を上昇させ、中間のリフローゾーン14bおよび最後のリフローゾーン14cではリフロー温度240℃を保つように制御するものであり、熱容量の大きなワークＷにおいて、十分なはんだ接合を得るために必要な十分なリフロー加熱時間を確保する場合に適しており、従来（ｈ）のリフローピーク時間よりも長いリフローピーク時間を確保できる。【００３３】
このように、リフローエリア14には、プリヒートエリア13の個々のプリヒートゾーン13a〜13eよりワーク搬送方向の長さを短く形成された複数のリフローゾーン14a，14b，14cが設けられたので、これらのリフローゾーン14a，14b，14cでリフロー加熱されるワークＷのリフローピーク時間などの温度プロファイルを、従来より詳細に調整することが可能となり、例えばコンパクトな台形または３角形の温度プロファイルによりリフローピーク時間を短縮して弱耐熱部品にも対応でき、また一方で十分なはんだ接合を得るために必要な十分なリフローピーク時間を確保することもでき、多様な温度プロファイル設定が可能となる。【００３４】
特に、３個のリフローゾーン14a，14b，14cを個々に温度制御することで、リフローエリア14の温度プロファイルを、従来の２個のリフローゾーン4a，4bを有するリフローエリア４より詳細に調整することが可能となり、温度調整パターンのバリエーションも拡大できる。【００３５】
さらに、従来装置を長大化させることなく多様な温度プロファイル設定ができ、広範囲なワークの性質に対応可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、鉛フリーはんだを用いたリフローはんだ付けに適するリフロー装置に適用できるが、その他の用途にも利用可能である。
【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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【国際調査報告】
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