(57)【要約】【課題】多数の吹き出し口と、該吹き出し口の近傍に吸い込み口が形成された従来のリフロー炉は、高さの高い部品が熱損傷したりプリント基板が不均一加熱になったりする問題があった。【解決手段】本発明のリフロー炉は、上部に多数の噴出孔が穿設されたジグザグ状の板状ノズルがヒーター面から突出しており、しかも板状ノズルを形成する複数のブロックが上下動可能となっている。【選択図】図４【特許請求の範囲】
【請求項１】
予備加熱ゾーン、本加熱ゾーンおよび冷却ゾーンからなるリフロー炉において、予備加熱ゾーンと本加熱ゾーンの上部または上下部には、ヒーター面から突出したジグザグ状の板状ノズルがプリント基板の進行方向に対して横切る方向に複数条配置されており、各条の板状ノズルは複数のブロックから構成されているとともに、各ブロックは上下方向に移動可能となっていて、しかも板状ノズルの近傍には吸い込み口が形成されていることを特徴とするリフロー炉。
【請求項２】
前記ブロックは、ジグザグ状を形成する複数辺からなることを特徴とする請求項１記載のリフロー炉。
【請求項３】
前記ブロック間には、ブロックを適宜位置で止める係止板が立設されていることを特徴とする請求項1記載のリフロー炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント基板に塗布したソルダペーストを溶融させてはんだ付けを行うリフロー炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
ソルダペーストを用いて、プリント基板と電子部品をはんだ付けする場合、一般にはリフロー炉で行う。リフロー炉とは、トンネル状のマッフル内が予備加熱ゾーン、本加熱ゾーン、冷却ゾーンとなっており、予備加熱ゾーンと本加熱ゾーンにはヒーターが設置され、冷却ゾーンには冷却機が設置されている。【０００３】
リフロー炉に用いるヒーターとしては、赤外線ヒーターと熱風吹き出しヒーターがある。赤外線ヒーターは、赤外線がプリント基板や電子機器の内部まで浸透して、はんだ付け部に塗布されたソルダペーストを溶融させるものであるが、赤外線は直進するため、電子部品の影となるはんだ付け部や隙間となるはんだ付け部を充分に加熱できないという問題があった。【０００４】
一方、熱風吹き出しヒーターは、マッフル内で熱風が対流するため、熱風が電子部品の影となるところや狭い隙間にも侵入することから、赤外線ヒーターに比べてプリント基板全体を均一に加熱することができるという特長を有しており、今日ではリフロー炉に多く使用されているものである。【０００５】
従来のリフロー炉に設置された熱風吹き出しヒーターは、大きな面積の熱風吹き出し口と該熱風吹き出し口に隣接して小面積の熱風吸い込み口が形成されたものであり、大面積の熱風吹き出し口から熱風を大量に吹き出させてプリント基板に当て、一度にプリント基板の広い面積を加熱するようになっていた。この大面積の吹き出し口から熱風を吹き出させることがプリント基板を均一加熱できるものであると考えられていたが、最近の実験結果からは、大面積から熱風を吹き付けても均一加熱できないことが判明した。即ち、大面積の熱風吹き出し口から熱風を吹き付けてプリント基板を加熱後、加熱されたプリント基板が進行して吸い込み口に到来すると、ここでは熱風が当たらないばかりでなく、熱風を吸い込むことから却ってプリント基板が冷やされることになる。従って、このように大面積の熱風吹き出し口と小面積の熱風吸い込み口が隣接して設置されたリフロー炉で温度プロファイルを描いてみると、熱風吹き出し口では温度は上昇しているが、吸い込み口では温度が下がることがあった。このように予備加熱ゾーンや本加熱ゾーンにおいて温度の上下動があると、プリント基板は均一加熱されず、部分的にオーバーヒートや加熱不足になって、電子部品を熱損傷させたりソルダペーストが未溶融となったりすることがある。【０００６】
これら大面積の吹き出し口から熱風を吹き出すリフロー炉の問題に鑑み、多数の小面積の熱風吹き出し口や連続した熱風吹き出し口を設けるとともに、これらの熱風吹き出し口の近傍に、やはり多数の熱風吸い込み口や連続した熱風吸い込み口を設けたリフロー炉が提案されている（特許文献１〜７）。
【特許文献１】特開平２−３０３６７４号公報
【特許文献２】特開２００１−１４４４２６号公報
【特許文献３】特開２００１−１４４４２７号公報
【特許文献４】特開２００１−３２６４５５号公報
【特許文献５】特開２００２−１９８６４２号公報
【特許文献６】特開２００２−３３１３５７号公報
【特許文献７】特開２００３−３３２７２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところでプリント基板には、高さの高い電子部品（以下、縦高部品という）が搭載されることがある。このように縦高部品が搭載されたプリント基板を従来の熱風吹き出し口近傍に吸い込み口を設けたリフロー炉ではんだ付けを行うと、熱風吹き出し口に近い縦高部品は昇温が早くなるが、熱風吹き出し口から離れた他の電子部品は昇温が遅くなる。その結果、プリント基板全体は均一加熱されなくなるという問題があった。さらに昇温の遅い部分を所定のはんだ付け温度まで昇温させようとすると、今度は縦高部品のように昇温の早い部分は温度が上がりすぎて、電子部品を熱損傷させてしまうことになる。また従来の熱風吹き出し口近傍に吸い込み口を設けたリフロー炉では、マッフル内で乱流が起きて不活性ガスを使用した場合に外気が侵入して酸素濃度を上げるという問題もあった。本発明は、縦高部品が搭載されたプリント基板を均一加熱ができるばかりでなく、不活性雰囲気にしても酸素濃度が安定するというリフロー炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、熱風吹き出しヒーターを設置したリフロー炉において、熱風吹き出しヒーターの熱風を吹き出す板状ノズルと熱風を吸込む吸い込み口をそれぞれジグザグ状にして多数設置すると、プリント基板全体をムラなく加熱することができ、しかも乱流も起こさなず、さらに熱風の吹き出し口を縦高部品に対応する距離にすると不均一加熱を起こさないことを見い出し本発明を完成させた。【０００９】
本発明は、予備加熱ゾーン、本加熱ゾーンおよび冷却ゾーンからなるリフロー炉において、予備加熱ゾーンと本加熱ゾーンの上部または上下部には、ヒーター面から突出したジグザグ状の板状ノズルがプリント基板の進行方向に対して横切る方向に複数条配置されており、各条の板状ノズルは複数のブロックから構成されているとともに、各ブロックは上下方向に移動可能となっていて、しかも板状ノズルの近傍には吸い込み口が形成されていることを特徴とするリフロー炉である。【００１０】
本発明では、板状ノズルを予備加熱ゾーンと本加熱ゾーンの上部または上下部に配置するが、該配置は上部だけでもよい。つまり一般にプリント基板は上部にソルダペーストを塗布し、該塗布部に電子部品を搭載することが多いため、プリント基板の上部だけを熱風で加熱すれば、ソルダペーストを溶融させることができる。しかしながら、プリント基板全体を均一加熱するためには、プリント基板の下部も加熱することが必要であり、この場合は本発明に使用するようなジグザグ状の板状ノズルから吹き出す熱風でなく、従来のリフロー炉に使用されていたノズルから吹き出す熱風でもよく、或いは遠赤外線であってもよい。本発明に使用する熱風吹き出しヒーターは、板状ノズルを形成するブロックを電子部品等の高さに応じて上下動させるため、基本的にはリフロー炉の上部に設置するものである。【００１１】
本発明に使用する熱風吹き出しヒーターのノズル板はジグザグ状となっている。このジグザグ状のノズル板がプリント基板を均一加熱する作用を有している。つまり複数条のノズル板が配置されたリフロー炉において、ノズル板が直線状で平行に配置されていると、ノズル板と該ノズル板に隣接したノズル板間は熱風の吹き出ないデッドゾーンとなり、プリント基板がこのデッドゾーンを通過するときにはプリント基板は直線状に加熱されない部分ができる。従って、直線状のノズル板が配置されたリフロー炉では、プリント基板が進行方向横方に縞模様に加熱・非加熱となり、プリント基板全体は均一加熱されにくい。ところが複数条のノズル板がジグザグ状であると、ノズル板と該ノズル板に隣接して配置されたノズル板間にデッドゾーンができたとしても、横方には必ず加熱部分が存在する。従って、このリフロー炉では、横方に加熱部と非加熱部が存在しても、非加熱部の両側は加熱部となっていることから、加熱部の熱が非加熱部を加熱してプリント基板全体を均一加熱するようになる。【００１２】
また本発明では、熱風吹き出しヒーターの板状ノズルがヒーター面から突出しているため、隣り合った一対の板状ノズル間とヒーター面とプリント基板とで囲われた部分が一定温度となった加熱領域となる。つまり加熱領域では、突出した板状ノズルの噴出孔から吹き出された熱風がプリント基板に当たってヒーター面に形成された吸い込み口に戻るときに、加熱領域内で熱がこもって一定温度となるわけである。この加熱領域はプリント基板の進行方向横方に長く形成されており、該加熱領域がプリント基板の進行とともに順次存在するようになる。従って、搬送装置で搬送されるプリント基板は、ジグザグ状のノズル板と相まってさらに均一加熱されるようになる。【００１３】
本発明のリフロー炉は、ジグザグ状の板状ノズルが複数個のブロックを組み合わせて形成されており、しかも各ブロックは上下動可能となっている。つまりブロックを上下動させることによりブロックの噴出孔からプリント基板の縦高部品までの距離が調整できる。従って、縦高部品が通過する部分のブロックを奥方に押し込んでブロックの噴出孔から縦高部品までを離すことにより、縦高部品がオーバーヒートされなくなり、縦高部品とその他の部品との加熱状態が均一となる。【００１４】
本発明のリフロー炉では、上下動させたブロックは適宜箇所で止めなければならないため、ブロック間に係止板を立設させておく。そしてブロックまたは係止板に係止装置を設置する。係止装置としては、ブロックを所定の箇所で確実に止めることができるものであれば如何なる構造のものでもよいが、構造が簡単で係止が確実に行えるバネ付勢のボールや円錐が適している。バネ付勢したボールや円錐の係止装置をブロックに設置した場合、係止板にはボールや円錐が容易に嵌合できる窪みを複数個刻設しておく。このようにバネ付勢ボールや円錐の係止装置は、ブロックを上下方向に移動させて適当な窪みにボールや円錐を係止させるだけでブロックが確実に所定の位置に留まるようになる。【００１５】
本発明のリフロー炉に使用する熱風吹き出しヒーターでは、吸い込み口を板状ノズル間のヒーター面に形成したり、該吸い込み口を板状ノズルに沿ってジグザグ状に形成したり、或いは隣接した板状ノズル間の略中央にジグザグ状に形成したりしてもよい。ヒーター面に形成する吸い込み口は板状ノズルと同一ピッチのジグザグ状が好ましいが、その他の形状、例えばヒーター面に多数の穴が形成されたパンチングプレートや多数のスリットが形成されたスノコ等でもよい。パンチングプレートやスノコは、市販のものを利用できるため、熱風吹き出しヒーターの製造時に吸い込み口形成の手間が省ける。【００１６】
本発明のリフロー炉に使用する熱風吹き出しヒーターの板状ノズルには、吹き出し口が形成されており、該吹き出し口から熱風を噴出させて、プリント基板に当てることによりプリント基板を加熱するものである。吹き出し口としては、孔やスリット等であるが、スリットよりも孔の方が好ましい。なぜならばスリットよりも孔の方が熱風の風速を早くすることができるため、急速加熱が可能となり、生産性を高めることができるからである。【００１７】
吹き出し口としての孔は、開口面積が小さいため、熱風の吹き出し速度はスリットに比べて非常に早く、それだけ急速加熱が可能であり、生産性に優れている。ところが孔は、孔の真下に対しては充分に加熱することができるが、孔の真下から外れたところは孔の真下よりも温度が低いという不均一加熱になってしまう。従って、孔を使用した熱風吹き出しヒーターは、均一加熱が難しいとされていた。そこで板状ノズルには多数の噴出孔を穿設しておき、該噴出孔は隣接した板状ノズルの噴出孔とはプリント基板の進行方向に対して同一位置ではなく、少なくとも板状ノズルが一枚以上隔てた板状ノズルの噴出孔と同一位置に穿設しておく。このように噴出孔を隣接した板状ノズルとずらして穿設しておくと、一枚目の板状ノズルで噴出孔の真下からずれた温度の低い部分ができても、次の板状ノズルの噴出孔が温度の低い部分に熱風を当てて昇温させるようになる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ジグザグ状の板状ノズルがプリント基板の進行方向に対して横切る方向に複数条形成されているため、リフロー炉内を走行するプリント基板に対して如何なる部分にも必ず熱風が当たっており、プリント基板は均一に加熱される。また本発明のリフロー炉は、ジグザグ状の板状ノズルが複数のブロックで形成されており、しかも該ブロックが上下動可能となっているため、縦高部品が通過する部分のブロックの位置を調整することにより、噴出口から縦高部品までの距離が調整でき、縦高部品をオーバーヒートすることがない。さらにまた本発明のリフロー炉は、板状ノズルがヒーター面から突出しているため、隣り合った板状ノズル間で温度が一定となった横長の加熱領域を形成し、進行してくるプリント基板に対して該加熱領域が均一加熱を行うようになる。そしてまた本発明のリフロー炉では、加熱領域が自己対流を行うため外気が侵入せず、低い酸素濃度を安定した状態で保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面に基づいて本発明のリフロー炉を説明する。図１は本発明リフロー炉の正面断面図、図２は本発明リフロー炉に設置する熱風吹き出しヒーターの正面断面図（ただし、ノズル板だけはジグザグの中央に沿った断面である）、図３は同側面断面図、図４は本発明リフロー炉に設置する熱風吹き出しヒーターの部分斜視図（ただし理解しやすいように上向きである）、図５は図４の平面図、図６は図２の部分拡大図である。【００２０】
図１に示すように本発明のリフロー炉１は、長手方向にトンネル状のマッフル２が形成されており、該マッフルが予備加熱ゾーン３、本加熱ゾーン４、冷却ゾーン５となっている。予備加熱ゾーン３の上下部には複数（三対）の熱風吹き出しヒーター６・・・が設置されており、本加熱ゾーン４の上下部には複数（二対）の熱風吹き出しヒーター７・・・が設置されている。予備加熱ゾーン３に設置する熱風吹き出しヒーター６と本加熱ゾーン４に設置する熱風吹き出しヒーター７は構造がほとんど同一であるが、本加熱ゾーンに設置する熱風吹き出しヒーター７は予備加熱ゾーンに設置する熱風吹き出しヒーター６よりも搬送方向の巾が短くなっている。そして冷却ゾーン５には、はんだ付け後のプリント基板を冷却する構造を明示しない一対の冷却機８、８が設置されている。マッフル２内には予備加熱ゾーン３から冷却ゾーン５方向（矢印Ｘ）にプリント基板Pを搬送するコンベア９が走行している。【００２１】
ここで本発明のリフロー炉に設置する熱風吹き出しヒーターについて説明する。予備加熱ゾーンに設置する熱風吹き出しヒーターと本加熱ゾーンに設置する熱風吹き出しヒーターは、同一構造であるため、ここでは予備加熱ゾーンに設置する熱風吹き出しヒーターで説明する。【００２２】
熱風吹き出しヒーター６は箱状であり、上下方向に四室に分かれている。この四室は、図２、３で示すように上から送風室１０、加熱室１１、熱風室１２、吸い込み室１３となっている。【００２３】
送風室１０の中央には送風機１４が置かれている。この送風機はシロッコファンであり、外部に置かれたモーター１５と連動している。送風室１０の両側には隔壁１６（一方は図示せず）があり、該隔壁の一端は開口１７となっている。それぞれの隔壁の開口は、相対向する位置ではなく離れた端部である。【００２４】
加熱室１１には、両側に流路１８、１８が形成されており、また加熱室の内部には複数の電熱ヒーター１９・・・が配置されている。加熱室１１と送風室１０を隔てている仕切板２０には吸い込み穴２１が穿設されている。該吸い込み穴は、送風機１４の真上となるところであり、その直径は送風機であるシロッコファンの直径よりも少し小径である。【００２５】
熱風室１２は前述送風室１０の開口１７と連通しており、送風室１０から熱風が送り込まれるようになっている。熱風室１２と吸い込み室１３間には仕切板２２が張設されており、吸い込み室１３は流路１８で加熱室１１と連通している。また吸い込み室１３の上はヒーター面２３となっている。。【００２６】
仕切板２２には複数条のジグザグ状の板状ノズル２４・・・がヒーター面２３より突出して立設されている。この立設の状態は、後述板状ノズルを形成するブロックが上下動可能に嵌合されているもので、ブロックと仕切り板間は密封状態となっている。複数のジグザグ状の板状ノズル２４は、図４、５に示すようにプリント基板の進行方向（矢印X)に対して横切る方向に配置されている。板状ノズル２４には、多数の噴出孔２５・・・が貫通して穿設されている。また板状ノズル２４の両側には、該板状ノズルに沿って吸い込み口２６が形成されている。【００２７】
ジグザグ状の板状ノズル２４は複数のブロック２７・・・から構成されている。ブロックはジグザグ状を構成する辺のどの部分でもよい。ブロック形状として、たとえばジグザグ状のうちのV字状部分、W字状部分、或いはさらにV字状部分を複数組み合わせてブロックの長さを長くしたものでもよい。本発明の実施例では、ブロックをV字状部分とした。ブロック２７は、仕切り板２２に上下動可能に嵌合されている。【００２８】
ブロック２７の両側には、係止板２８が立設されており、該係止板は仕切り板２２に固定されている。従って、ブロック２７は、両側の係止板２８、２８に沿って図６の矢印Yのように上下方向に移動できるようになっている。またブロック２７の両側には、図６に示すように係止装置２９が埋め込まれている。係止装置２９は、ボール３０が圧縮バネ３１で外方に押圧されていて、ボール３０の一部が係止装置２９から突出するようになっている。また係止板２８の両側には係止装置２９のボール３０の一部と略同一形状の窪み３２が縦方に複数個刻設されている。【００２９】
次に上記構造を有するリフロー炉でのプリント基板のはんだ付けについて説明する。先ず、縦高部品Hが搭載されたプリント基板をはんだ付けする前に、リフロー炉１のマッフル２の上部に設置された予備加熱用の熱風吹き出しヒーター６と本加熱用の熱風吹き出しヒーター７の調整を行う。この調整とは、プリント基板Pの縦高部品Hが通過する上方にある板状ノズル２４のブロック２７を図２、６に示すように上方に移動させる。この移動は、縦高部品Hの上部とブロック２７の噴出孔２５の距離がプリント基板Pの他の電子部品Dの距離が略同一となるようにブロック２７を移動するものである。【００３０】
その後、加熱室１１内に配設された電熱ヒーター１９に通電するとともにモーター１５を駆動させて送風機１４であるシロッコファンを回転させる。すると加熱室１１内にある気体が電熱ヒーター１９で加熱されて高温の熱風となり、送風機１４で送風機の吸い込み側から送風室１０内に引き込まれる。送風室１０内に引き込まれた熱風は、送風機１４で送風機の吹き出し側から開口１７を通って熱風室１２に送られ、さらに複数条の板状ノズル２４の噴出孔２５・・・から吹き出される。マッフル２内ではコンベア９によりプリント基板Pが走行させられており、走行しているプリント基板Pに板状ノズル２４の噴出孔２５・・・から吹き出た熱風が当たって、ここでプリント基板を加熱する。熱風で加熱されたプリント基板は、はんだ付け部に塗布されたソルダペーストが溶融し、プリント基板と電子部品がはんだ付けされる。このときヒーター面２３からはジグザグ状の板状ノズル２４・・・が突出しているため、プリント基板に対して熱風の当たらない部分は全く存在せず、全ての部分が熱風で均一加熱される。従って、部分的にオーバーヒートしたりソルダペーストの未溶融が発生したりすることがない。【００３１】
板状ノズルから吹き出た熱風は熱をプリント基板に奪われるため、温度が下がる。このように温度が下がった熱風は、図３に示すように板状ノズル２４を立設した近傍の吸い込み口２６に吸い込まれ、流路１８を通って加熱室１１に入る。加熱室１１に入った熱風は、電熱ヒーター１９で所定の温度まで加熱され、送風機１４で送風室１０に吸い込まれる。そして熱風は、開口１７から熱風室１２に送られ、再度板状ノズル２４の噴出孔２５・・・から吹き出されてプリント基板を加熱する。つまり本発明のリフロー炉は、板状ノズルから吹き出された熱風がプリント基板を加熱した後に、直ぐ近くの吸い込み口から吸い込まれるため、他の板状ノズルから吹き出した熱風と干渉することがない。従って、本発明のリフロー炉では、マッフル内での乱流がなく、酸素濃度が安定するわけである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明リフロー炉の正面断面図
【図２】本発明リフロー炉に設置する熱風吹き出しヒーターの正面断面図
【図３】本発明リフロー炉に設置する熱風吹き出しヒーターの側面断面図
【図４】本発明リフロー炉に設置する熱風吹き出しヒーターの部分斜視図
【図５】図４の平面図
【図６】図２の部分拡大図
【符号の説明】
【００３３】
１  リフロー炉
３  予備加熱ゾーン
４  本加熱ゾーン
５  冷却ゾーン
６  熱風吹き出しヒーター
２３  ヒーター面
２４  板状ノズル
２５  噴出孔
２６  吸い込み口
２７  ブロック
２９  係止装置
３０  ボール
３１  圧縮バネ
３２  窪み
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明のリフロー炉は、熱風の乱流がないことからマッフル内を不活性ガスで充満させた不活性雰囲気リフロー炉において、優れた効果を奏するものであるが、プリント基板全体を均一加熱できるため、大気リフロー炉にも採用できることはいうまでもない。
【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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【国際調査報告】
2007023604.tif 000008
2007023604.tif 000009