(57)【要約】【課題】窒素炉型リフロー炉への外気の侵入と、雰囲気ガスのリフロー炉からの流出を防止し、さらに回路基板へのフラックスの付着を防止する。【解決手段】リフロー炉の搬入口と加熱室の間に設けられた第１の緩衝エリア他において、搬送装置の下方から回路基板に炉内雰囲気ガスを吹きつけ、搬送装置上方で雰囲気ガスを吸引することにより、外気の浸入ならびに雰囲気ガスの流出を防ぐ。また、当該雰囲気ガス吸込口にフラックス滴下防止機構を設けることにより、回路基板へのフラックスの付着を防止する。【選択図】図２
2007012926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送装置により炉内を搬送される回路基板に加熱した雰囲気ガスを吹付けて加熱する複数の加熱室と、
前記加熱室に隣接し前記回路基板を冷却する冷却室と、
炉の搬入口と前記加熱室の間に設けられた第１緩衝エリアと、
当該第１緩衝エリアで前記搬送装置の下方から上方に向けて前記雰囲気ガスを吹付ける吹出装置と、
前記第１緩衝エリアで前記搬送装置の上方においてフラックス滴下防止機構を備えた前記雰囲気ガスを吸引する吸引装置と、
前記吸引された雰囲気ガスからフラックスを除去するフラックス回収ユニットと、からなることを特徴とするリフロー炉。
【請求項２】
搬送装置により炉内を搬送される回路基板に加熱した雰囲気ガスを吹付けて加熱する複数の加熱室と、
前記加熱室に隣接し前記回路基板を冷却する冷却室と、
前記冷却室と炉の搬出口との間に設けられた第２緩衝エリアと、
当該第２緩衝エリアで前記搬送装置の下方から上方に向けて前記雰囲気ガスを吹付ける吹出装置と、
前記第２緩衝エリアで前記搬送装置の上方においてフラックス滴下防止機構を備えた前記雰囲気ガスを吸引する吸引装置と、
前記吸引された雰囲気ガスからフラックスを除去するフラックス回収ユニットと、からなることを特徴とするリフロー炉。
【請求項３】
搬送装置により炉内を搬送される回路基板に加熱した雰囲気ガスを吹付けて加熱する複数の加熱室と、
前記加熱室に隣接し前記回路基板を冷却する冷却室と、
前記加熱室と前記冷却室との間に設けられた第３緩衝エリアと、
当該第３緩衝エリアで前記搬送装置の下方から上方に向けて前記雰囲気ガスを吹付ける吹出装置と、
前記第３緩衝エリアで前記搬送装置の上方においてフラックス滴下防止機構を備えた前記雰囲気ガスを吸引する吸引装置と、
前記吸引された雰囲気ガスからフラックスを除去するフラックス回収ユニットと、からなることを特徴とするリフロー炉。
【請求項４】
更に前記冷却室と炉の搬出口との間に設けられた第２緩衝エリアと、
当該第２緩衝エリアで前記搬送装置の下方から上方に向けて前記雰囲気ガスを吹付ける吹出装置と、
前記第２緩衝エリアで前記搬送装置の上方においてフラックス滴下防止機構を備えた前記雰囲気ガスを吸引する吸引装置と、
前記吸引された雰囲気ガスからフラックスを除去するフラックス回収ユニットと、からなることを特徴とする請求項１に記載のリフロー炉。
【請求項５】
更に前記加熱室と前記冷却室との間に設けられた第３緩衝エリアと、
当該第３緩衝エリアで前記搬送装置の下方から上方に向けて前記雰囲気ガスを吹付ける吹出装置と、
前記第３緩衝エリアで前記搬送装置の上方においてフラックス滴下防止機構を備えた前記雰囲気ガスを吸引する吸引装置と、
前記吸引された雰囲気ガスからフラックスを除去するフラックス回収ユニットと、からなることを特徴とする請求項１に記載するリフロー炉。
【請求項６】
更に前記加熱室と前記冷却室との間に設けられた第３緩衝エリアと、
当該第３緩衝エリアで前記搬送装置の下方から上方に向けて前記雰囲気ガスを吹付ける吹出装置と、
前記第３緩衝エリアで前記搬送装置の上方においてフラックス滴下防止機構を備えた前記雰囲気ガスを吸引する吸引装置と、
前記吸引された雰囲気ガスからフラックスを除去するフラックス回収ユニットと、からなることを特徴とする請求項４に記載するリフロー炉。
【請求項７】
前記フラックス滴下防止機構が傘形状の蓋部と、当該蓋部内壁下部に設けられた樋部と、から構成されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載のリフロー炉。
【請求項８】
前記フラックス滴下防止機構が傘形状の蓋部と、当該蓋部内壁下部に設けられた綿状フラックス吸着板と、から構成されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載のリフロー炉。
【請求項９】
前記フラックス滴下防止機構が、加熱ヒータと、当該加熱ヒータにより加熱されたメッシュ板と、から構成されることを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載のリフロー炉。
【請求項１０】
前記フラックス回収ユニットが、循環ファンと、外気ファンと、熱交換器と、液化フラックス回収タンクと、から構成されることを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載のリフロー炉。
【請求項１１】
前記炉の搬入口及び、あるいは前記炉の搬出口に更にラビリンスが設けられていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載のリフロー炉。
【請求項１２】
前記雰囲気ガスが窒素等の不活性ガスであって、前記リフロー炉内に当該雰囲気ガスが充填されることを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載のリフロー炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に窒素など不活性ガスの中で電子部品を搭載した回路基板を加熱して、半田付けを行うリフロー炉に関する。なお、窒素ガス他の不活性ガスを以下雰囲気ガスと呼ぶ。
【背景技術】
【０００２】
現在、種々の電子部品が回路基板の表面に搭載されて半田付けされたＳＭＤ（Surface Mounted Device）が電子機器に広く用いられている。このＳＭＤを製作する方法には、電子部品を回路基板に挿入後、裏面を半田槽により半田付けするフロー工程と、クリーム半田を印刷した基板に実装部品を装着し、リフロー炉と呼ばれる加熱装置により基板を加熱してクリーム半田を溶融させるリフロー工程がある。
【０００３】
クリーム半田とは、回路基板上に実装部品を装着する際に使用される材料であり、半田の粒子を溶剤とフラックスと呼ばれる触媒で練ってクリーム状にしたものをいう。クリーム半田に含まれるフラックスは、半田溶融時に気化して炉内に充満する。このフラックスが液化、固化して製品である回路基板に付着するのを防止する為にフラックス回収装置で雰囲気ガス中のフラックスを回収する。
【０００４】
リフロー炉とは、電子部品が搭載された回路基板をチェーンコンベアからなる搬送装置により炉内を搬送する間に、熱風を吹き付ける等により加熱して、半田を溶融させて回路基板と電子部品の半田付けを行う加熱炉である。
以下、回路基板の加熱装置をリフロー炉又は単に炉と呼ぶ。
【０００５】
リフロー炉には外気の侵入を許す大気炉と、半田のぬれ性（溶融の状態）を良くする為に炉内に窒素ガスを充填して外気の進入を防ぐ窒素炉型リフロー炉がある。本発明の対象はこの窒素炉型リフロー炉であり、特に炉の搬入口及び搬出口等における外気の浸入を防ぐ装置及び雰囲気ガス中のフラックスの回収装置に係わる。本発明の実施態様である窒素炉型リフロー炉における、関連する背景技術を以下説明する。
【０００６】
最初に、本願発明の対象となるリフロー炉の構造について特許文献１の特開２００１−３０８５１２号公報の図面（図９）を参照しながら説明する。このリフロー炉１０１には５つの加熱ゾーン１０２、１０３及び１つの冷却ゾーン１０４が設けられている。この加熱ゾーン、冷却ゾーンの数はリフロー炉の種類によってそれぞれ異なる。
炉内にはレール間幅が可変な図示しない搬送レールが設けられており、この搬送レール上を複数の回路基板が、順次炉の入口から炉の出口に向かって図９の矢印Ａで示す方向にチェーンコンベアによって炉内を搬送される。回路基板の大きさに応じて、可動レールの幅が調整される。
リフロー炉の入口と出口には、図９に模式的に示されているラビリンス１１０と呼ばれる空気流動防止装置が設けられている。ラビリンスはフィン状の複数の金属板等からなり、この金属板等の形状により空気の渦流を発生させて外気の侵入を防止している。
【０００７】
加熱ゾーンの内、最初の３ゾーンは予熱ゾーン１０２と呼ばれ、このゾーンでクリーム半田に含まれているフラックスを十分活性化させる。その後、半田を溶融させるピーク加熱ゾーン１０３で回路基板は所定の温度まで昇温される。半田が溶融されたあと回路基板は冷却ゾーン１０４で冷却され搬出される。
【０００８】
リフロー炉の入口と出口には、上述したようにラビリンスと呼ばれる空気流動防止装置が外気のリフロー炉内への侵入を防止している。しかし、搬送レール上を流れる回路基板が次々に炉入口から搬入されるために、外気の進入を完全に防ぐことは困難である。従って、一般に炉内の雰囲気ガスの圧力を外気圧より高くして、ラビリンス近傍でのガスの流れが炉内から炉外に向かうように設定されている。
【０００９】
一方、雰囲気ガスとして用いられる窒素ガスは製造コストの一部であり、製造コストを下げるためには、この窒素ガスの消費量の低減が求められる。また、各ゾーンでの雰囲気ガスの温度制御は、製品の品質を維持するために重要な要素となる。従って、各ゾーンでの温度制御の外乱となる外気の浸入、各ゾーン間の雰囲気ガスの移動を極力防ぐ必要がある。
【００１０】
このリフロー炉の加熱ゾーンでの回路基板の加熱方法を図１０により説明する。
図１０は図９のＹ―Ｙ線における断面図である。回路基板１０６は、搬送装置１０５上を紙面手前から紙面を貫く方向に搬送される。ファンモータ１０９で駆動される循環ファン１０８により、炉内雰囲気ガスが上方両側から吸引されて下方に吹き出される。この吸引の際、雰囲気ガスは電熱ヒータ１１５により加熱される。加熱された雰囲気ガスと赤外線パネルヒータ１２５により回路基板１０６が加熱される。
赤外線パネルヒータ１２５は、回路基板１０６の下方にも設けられており、回路基板下部も同時に加熱される。
回路基板を加熱した雰囲気ガスは電熱ヒータ１１５で加熱された後、循環ファン１０８により吸引されて再び下方に向かって吹き出される。図示しない封入口から新たな雰囲気ガスが供給され、炉内の雰囲気ガスの圧力が一定の値に保たれ、リフロー炉への外気の侵入を防いでいる。
【００１１】
近年、環境調和型製品開発の観点から鉛を含まない半田（以下、鉛フリー半田と呼ぶ）が主流となっている。鉛フリー半田は融点が２２０℃前後と高いため、回路基板を加熱する温度は２３０℃から２４０℃程度にする必要がある。
一方、電子部品の中には耐熱性の低いものがあり、２４０℃以上に加熱すると損傷を受けてその信頼性が失われる場合がある。従って、リフロー炉での回路基板を加熱する温度調整が、鉛フリー半田の採用によって更に厳しいものとなっている。
【００１２】
そこで近年、温度制御が難しい赤外線ヒータによる加熱方法を避け、回路基板の上下ともに所定の温度に加熱された熱風により回路基板を加熱する熱風方式が採用されることが多くなっている。一般に、回路基板面に熱風を吹き付けて回路基板を加熱する方式は衝突噴流式と呼ばれ、熱伝達率が高く加熱能力に優れているという特長がある。
【００１３】
このように炉内の精密な温度制御を要求される近年のリフロー炉においては、搬入口、搬出口からの外気の侵入は炉内温度の大きな外乱となるため、極力抑える必要がある。また各ゾーン内の雰囲気ガスのきめ細やかな温度制御が必要であり、ゾーン間の雰囲気ガスの移動も防止する必要がある。
【００１４】
回路基板の搬出入口での外気の侵入を防ぐ従来技術としては、以下の技術が知られている。
（１）炉搬出入口の開口部を、柔軟性のある素材で出来たカバーでふさぐ。
（２）可動式のシャッターを設けて、回路基板の通過時以外はふさいでおく。
（３）搬出入口にラビリンスを設ける。
（４）搬出入口近傍で雰囲気ガスを外に向かって吹付けるノズル装置を設ける。
（５）ラビリンスの位置を回路基板の種類に応じて上下させて隙間を減らす。
【００１５】
しかし、それぞれ以下の問題点がある。
（１）炉搬出入口の開口部を柔軟性のあるカバーでふさぐと、回路基板が通過する際にそのカバーが回路基板に接触するケースがある。炉内で発生したフラックスなどでカバーが汚れていると、その接触により回路基板も汚れることになる。
（２）可動式のシャッターは構造的に複雑となり、シャッターにフラックスが付着すると可動不具合を発生する。また、回路基板の出入りの頻度により遮蔽性能が変わり、炉内の温度や酸素濃度の安定が保てなくなる。
（３）ラビリンスは、上記（１）（２）の対策には有効であるが、単独で十分な性能を得ようとすると炉長が長くなる。
（４）搬出入口近傍で雰囲気ガスを外に向かって吹出す方法は、高価な雰囲気ガス（窒素ガスなど）が炉外に直接流出するため、製造コストのアップにつながる。
【００１６】
上記（５）のラビリンスの位置を回路基板の種類に応じて上下させる従来技術について、特許文献２（特開２００４−１８１４８３号公報）の図面（図１２）に基づいて説明する。
【００１７】
図１２は、特許文献２に係わるリフロー炉の外気侵入防止装置の構成図である。搬送装置１０５の上に載せられた回路基板１０６が炉内に搬入される。搬入口にはラビリンス１１０が設けられている。ラビリンスの右側に最初の加熱室（加熱ゾーン）が描かれている。
【００１８】
ガス供給用ノズル１１７から供給された雰囲気ガスが、循環ファン１０８により隔壁１１８に沿って下方向に吹き出され、回路基板を加熱する。回路基板を加熱した後の雰囲気ガスは、電熱ヒータ１１５により加熱され、循環ファン１０８により再び下方向に吹き出される。
【００１９】
この従来技術では、搬入口から浸入する外気を防ぐために傘歯車１２１を歯車駆動モータ１２０で回転させて、牡ネジ１２２の回転によりラビリンス１１０を上下させることにより搬送装置上の空間を調節しようとするものである。回路基板に搭載される電子部品の高さに応じて、ラビリンスの位置を調整して外気の浸入を防ぐという技術である。
【００２０】
しかし、本装置を用いても、回路基板と搬入口との間には隙間があり、雰囲気ガスの流出（損失）及び外気の浸入を防ぐことは出来なかった。しかも、設備が大掛かりとなる欠点があった。
【００２１】
リフロー炉において、外気の侵入を防ぐ装置を考える際に避けて通れないのがフラックスの回収である。回路基板にはクリーム半田が用いられるが、このクリーム半田は上述したように半田の粒子を溶剤とフラックスと呼ばれる触媒で練ってクリーム状にしたものである。
リフロー炉の加熱ゾーンで加熱された回路基板のクリーム半田は炉内で溶融して半田付けが行われる。この際、フラックスが気化し炉内に充満する。フラックス成分を含んだ高温の雰囲気ガスが外気と接触することによりその温度が低下すると、フラックスが液化、あるいは固化する。このようなフラックスが回路基板に付着すると回路基板の品質低下をもたらす。
【００２２】
フラックスの成分にもよるが、一般にフラックスは常温でペースト状をなしており、加熱していくと約７０℃で液化する。さらに加熱すると約１７０℃で気化が顕著となる。
一方、炉内で気化したフラックスは雰囲気ガスの温度低下により液化するが、その液化温度は、溶剤系とロジン系で異なる。
雰囲気ガスの温度が低下すると、まずロジン系は１８０℃から１５０℃で液化する。更に雰囲気ガスの温度が低下すると、ロジン系は１００℃で固化し始める。更に温度が低下すると、今度は溶剤系が約７０℃で液化する。
すなわち、ロジン系は約１７０℃、溶剤系は約７０℃を境に液化する。
【００２３】
リフロー炉の最初の予熱ゾーンでの雰囲気ガスの温度は１７０℃近辺に設定されることが多い。炉内の圧力が外気圧より高く設定されていることにより、予熱ゾーン内の雰囲気ガスが炉の搬入口に流出する。流出した雰囲気ガス中に含まれたフラックスの溶剤系成分、及びロジン系成分は外気と接触するなどして温度低下した結果液化し、これが搬入された回路基板に付着することとなる。従って、外気の浸入を防止する、あるいは雰囲気ガスの流失を防ぐときに、フラックスをいかに回収するかが大切な技術要素となる。
【００２４】
次に一般的なフラックスの回収装置について特許文献３（特開２００３−３２４２７２号公報）の図面（図１１）に基づいて説明する。
【００２５】
上述したとおり、回路基板上に実装部品を装着・保持する為にクリーム半田が使われている。クリーム半田に含まれるフラックスは、リフロー炉の加熱室で溶融されたあと気化して炉内に充満する。このフラックスが回路基板に付着するのを防ぐ為にリフロー炉にはフラックス回収装置が設けられている。
【００２６】
図１１は、リフロー炉１０１の加熱室の断面図である。回路基板１０６が搬送装置１０５により手前から紙面を貫く方向に移動する。ファンモータ１０９により駆動された循環ファン１０８により、矢印で示す炉内雰囲気ガスがメッシュ体１５１から下方向に吹き出され、回路基板１０６を加熱する。回路基板を加熱した雰囲気ガスは循環ファン１０８により吸い上げられ電熱ヒータ１１５で加熱されたあと再び両側から下方向に吹き出される。
【００２７】
一方、循環ファン１０８から吹き出された雰囲気ガスの一部は、図面右方に図示されているフラックス回収装置１５３に送られる。内部熱交換器１７５で冷却された雰囲気ガスは、さらに外気ファン１６９で冷却された外気熱交換器１６３に触れて、フラックスが液化する。
液化したフラックスは収容タンク１７３で回収される。フラックス成分が除去された雰囲気ガスは再び加熱室に戻り、電熱ヒータ１１５で加熱される。
【００２８】
本フラックス回収装置は一例であり、様々な構造のフラックス装置が使用されている。しかし、いずれもその基本原理は、冷却された熱交換器に雰囲気ガスを接触させてフラックスを液化、回収するという構成をとっている。
【００２９】
【特許文献１】特開２００１−３０８５１２号
【特許文献２】特開２００４−１８１４８３号
【特許文献３】特開２００３−３２４２７２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
上述したとおり近年環境調和性のある鉛フリー半田を回路基板に使用することが多くなっている。しかし、鉛フリー半田は融点が高いにもかかわらず、電子部品の耐熱温度が変わらないためにリフロー炉の加熱に厳しい温度コントロールが求められるようになった。
【００３１】
一方、半田付けの際の酸化による回路基板の劣化を防ぎ回路基板の高信頼性を確保するために、低酸素濃度での半田付け作業を要求するユーザが増えている。しかし炉の構造の制約上、炉の搬入口または搬出口からの外気の侵入を完全には防げない。従って、炉内の低酸素濃度を実現するためには多量の雰囲気ガス（窒素等）を絶えず炉内に吹き込むことが必要となるが、この雰囲気ガスの消費量は製造コストにおいて無視できなくなっている。よって近年のリフロー炉において、所定の半田溶融温度を低酸素状態で実現し、しかも窒素の消費量を減らすという技術的な課題があった。
【００３２】
さらに搬出入口や、炉内加熱ゾーンと冷却ゾーンの境部では、炉内雰囲気ガスの温度が急変するために、雰囲気ガス内に充満するフラックスが液化、固化し、これが回路基板に付着して回路基板の品質低下を招く。従って、外気の侵入防止、雰囲気ガスの炉内移動防止、雰囲気ガスの流出防止装置において、回路基板へのフラックスの付着を防止する必要があった。
【００３３】
そこで発明者等は様々な研究、実験を繰り返した結果、リフロー炉内からの雰囲気ガスの流出と外気の進入及びフラックスの除去を以下に述べる手段で抑止でき、炉内の酸素濃度を低く維持できる装置を発明するに至った。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
本発明に係るリフロー炉の第１の態様は、搬送装置により炉内を搬送される回路基板に加熱した雰囲気ガスを吹付けて加熱する複数の加熱室と、加熱室に隣接し回路基板を冷却する冷却室と、炉の搬入口と加熱室の間に設けられた第１緩衝エリアと、当該第１緩衝エリアで搬送装置の下方から上方に向けて雰囲気ガスを吹付ける吹出装置と、前記第１緩衝エリアで搬送装置の上方においてフラックス滴下防止機構を備えた雰囲気ガスを吸引する吸引装置と、吸引された雰囲気ガスからフラックスを除去するフラックス回収ユニットとからなることを特徴とするリフロー炉である。
【００３５】
本発明に係るリフロー炉の第２の態様は、搬送装置により炉内を搬送される回路基板に加熱した雰囲気ガスを吹付けて加熱する複数の加熱室と、加熱室に隣接し回路基板を冷却する冷却室と、冷却室と炉の搬出口との間に設けられた第２緩衝エリアと、当該第２緩衝エリアで搬送装置の下方から上方に向けて雰囲気ガスを吹付ける吹出装置と、前記第２緩衝エリアで搬送装置の上方においてフラックス滴下防止機構を備えた雰囲気ガスを吸引する吸引装置と、吸引された雰囲気ガスからフラックスを除去するフラックス回収ユニットとからなることを特徴とするリフロー炉である。
【００３６】
本発明に係るリフロー炉の第３の態様は、搬送装置により炉内を搬送される回路基板に加熱した雰囲気ガスを吹付けて加熱する複数の加熱室と、加熱室に隣接し回路基板を冷却する冷却室と、加熱室と冷却室との間に設けられた第３緩衝エリアと、当該第３緩衝エリアで搬送装置の下方から上方に向けて雰囲気ガスを吹付ける吹出装置と、前記第３緩衝エリアで搬送装置の上方においてフラックス滴下防止機構を備えた雰囲気ガスを吸引する吸引装置と、吸引された雰囲気ガスからフラックスを除去するフラックス回収ユニットとからなることを特徴とするリフロー炉である。
【００３７】
本発明に係るリフロー炉の第４の態様は、上記本発明の第１から第３の態様における吸引装置に設けられたフラックス滴下防止機構が、傘形状の蓋部と、蓋部内壁下部に設けられた樋部と、から構成されることを特徴とリフロー炉である。
【００３８】
本発明に係るリフロー炉の第５の態様は、上記本発明の第１から第３の態様における吸引装置に設けられたフラックス滴下防止機構が、傘形状の蓋部と、蓋部内壁下部に設けられた綿状フラックス吸着板と、から構成されることを特徴とするリフロー炉である。
【００３９】
本発明に係るリフロー炉の第６の態様は、上記本発明の第１から第３の態様における吸引装置に設けられたフラックス滴下防止機構が、加熱ヒータと、加熱ヒータにより加熱されたメッシュ板と、から構成されることを特徴とするリフロー炉である。
【００４０】
本発明に係るリフロー炉の第７の態様は、上記本発明の第１から第３の態様におけるフラックス回収ユニットが、循環ファンと、外気ファンと、熱交換器と、液化フラックス回収タンクと、から構成されることを特徴とするリフロー炉である。
【００４１】
本発明に係るリフロー炉の第８の態様は、リフロー炉の回路基板の搬入口及び、あるいは搬出口に更にラビリンスが設けられていることを特徴とするリフロー炉である。
【００４２】
本発明に係るリフロー炉の第９の態様は、雰囲気ガスが窒素等の不活性ガスであって、リフロー炉内に雰囲気ガスが充填されることを特徴とするリフロー炉である。
【発明の効果】
【００４３】
本発明により、搬入口、搬出口及び加熱ゾーンと冷却ゾーンの境部にそれぞれ設けられた緩衝エリアにおいて、搬送装置の下方より上方に向かって雰囲気ガスを吹き出し、搬送装置の上方で雰囲気ガスを吸引し、外気の浸入、雰囲気ガスのゾーン間移動及び雰囲気ガス流出の防止を図ることが出来る。
【００４４】
また、外気との接触などにより温度が低下した雰囲気ガスを、搬送装置の上部に設けられた吸引装置から吸い込み、別途設けられたフラックス回収ユニットに導き、熱交換器等により雰囲気ガスを冷却し、液化したフラックスを回収する。
【００４５】
本発明により、フラックスが回路基板に付着することを防止しながら、搬出入口からの外気の浸入を防ぎ、炉内雰囲気ガスの流出を防止し、リフロー炉内の酸素濃度上昇を防ぐことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る、窒素炉型リフロー炉１の全体構成を表す図である。図左側の搬入口から、搬送装置５に搭載された複数の図示しない回路基板が、図右側の搬出口に向かって矢印Ａの方向に搬送される。
炉の入側、出側には上述したラビリンス１０と呼ばれる空気流動防止装置が設けられ、炉の入側、出側からの外気の侵入を防止している。しかし、搬送ライン上を回路基板が次々に搬入されるために、完全に外気の進入を防止することはできないのは既に説明したとおりである。
【００４７】
図１に示すリフロー炉には、加熱ゾーン３と冷却ゾーン４が設けられている。加熱ゾーンは７つの加熱室からなり、冷却ゾーンは２つの冷却室から構成されている。この炉では加熱室のうち最初の４つが予熱ゾーン、次の３つがピーク加熱ゾーンとなっている。このピーク加熱ゾーンで回路基板のクリーム半田が溶融される。半田溶融後、回路基板は冷却ゾーンに搬送され、冷却された後、炉から搬出される。
リフロー炉の種類により、加熱ゾーン、冷却ゾーンの数は異なり、加熱ゾーン中の予熱ゾーン、ピーク加熱ゾーンの数もそれぞれ異なる。
【００４８】
各加熱室における、回路基板の加熱方法は図１０を用いて説明したとおりである。本発明に係わるリフロー炉には、図１０の上側に取り付けられた熱風吹付機構と同じ構造のものが下側にも取り付けられている。図１の各加熱室にその様子が模式的に示されている。
図１において、加熱室にはファンモータ９により駆動される循環ファン８が上側、下側ともに設けられており、冷却室では室内温度を下げるために、上側にのみ冷風吹付機構が設けられている。なお、冷却室にはフラックス回収装置５４が設けられ、雰囲気ガス中のフラックスを液化回収し、回路基板にフラックスが付着するのを防止している。
【００４９】
リフロー炉の搬入口及び搬出口は回路基板の出入りのための開口部が設けられており、この開口部から雰囲気ガスの流失、及び外気の浸入が発生する。流出する雰囲気ガスは１００℃以上の高温であるために、図１の搬入口の矢印ｍに示すように搬送装置５の上側を流れ出る。一方、炉内ガスに比べて低温の外気は、矢印ｎに示すように搬送装置５の下側を流れて炉内に進入する。
【００５０】
従って、外気の侵入を防ぐためには、搬送装置５下側の外気の流れを遮断し、炉内雰囲気ガスの流出を防ぐためには、搬送装置上側の雰囲気ガスの流れを遮断することが有効である。
【００５１】
本願発明は、上記の効果を得るための装置として考案された。すなわち、ラビリンス１０と最初の加熱室（以下予熱室と呼ぶ）の境に第1緩衝エリアを設け、搬送装置下側から上側に向けて、エアカーテンの働きをするように雰囲気ガスの流れを作る装置を考案した。外気は搬送装置の下側から吹き付けられる雰囲気ガスによって、炉内浸入が防止され、予熱室から流出した雰囲気ガスは緩衝エリアの上部に設けられた吸引装置から吸込まれて炉外への流出が防止される。
【００５２】
なお、上述したように炉内雰囲気ガスには、回路基板のクリーム半田が溶融した際に発生する気化したフラックスが含まれ、このフラックスは概ね、ロジン系で約１７０℃、溶剤系で約７０℃を境に液化する。緩衝エリアには回路基板とともに外気が浸入し予熱室に比べて低温である。従って、予熱室から流出した雰囲気ガスはその温度が低下し、フラックスの液化が始まる。緩衝エリア上部で雰囲気ガスを吸引するにあたってはフラックスの液化、滴下を防止する必要がある。
【００５３】
図１のＸ−Ｘ線の断面図を図２に示す。搬送装置５上を図示しない回路基板が紙面手前から紙面を貫く方向に搬送される。搬送装置５の下側から上向きの矢印に示すように雰囲気ガスが吹き付けられ、外気の浸入を防ぐ。搬送装置５の上にはメッシュ板５６及び加熱ヒータ５５が設けられた雰囲気ガス吸引装置が設けられている。
雰囲気ガス吸引装置及びフラックス滴下防止機構の拡大図を図３（ａ）に示す。搬送装置５の下方から上方に向けて矢印に示すように、雰囲気ガスが吹き出される。加熱ヒータ５５で加熱されたメッシュ板５６で雰囲気ガスは吸引され、縦方向のエアカーテンが構成される。吸引された雰囲気ガスは排気路７１により、フラックス回収ユニット５３（図１）に導かれる。
図３（ｂ）はこの吸引装置の側面図である。搬送装置５により矢印Ａの方向に回路基板は搬送される。図３（ｃ）は、この吸引装置の底面図である、加熱ヒータ５５で本メッシュ板５６が加熱され、雰囲気ガスがこのメッシュ板を通り抜けて排気路７１に導かれる。
【００５４】
図２の加熱ヒータ５５で加熱された雰囲気ガスは、排気路７１によりフラックス回収ユニットの熱交換器６３（図２）に導かれ、温度が下げられフラックスが液化され、図示しない液化フラックス収容タンクに収容される。
フラックス成分がこのフラックス回収ユニットにより除去された雰囲気ガスは、ファンモータ９により駆動された循環ファン８により排気管７１に送り出され、再び搬送装置５の下側から吹き出される。
【００５５】
以上、搬送装置５の下側から吹き付けられた雰囲気ガスにより外気の侵入を防ぐとともに、予熱室から流出した雰囲気ガスを緩衝エリア上部に設けられた吸引装置で上方に吸引することにより、雰囲気ガスの炉外への流出を防止する。また上記加熱ヒータ５５で雰囲気ガスを加熱することによりフラックスの液化及び回路基板への滴下を防止する。
【００５６】
（第２の実施の形態）
図４に本発明に係わる雰囲気ガス吸引装置及びフラックス滴下防止機構の第２の実施の形態を示す。図２におけるメッシュ板５６と加熱ヒータ５５からなる吸込装置の代わりに、図４（ａ）に示す構造からなる雰囲気ガス吸引装置及びフラックス滴下防止機構を設けている。
図４（ａ）は、第２の実施の形態に係わる雰囲気ガス吸引装置及びフラックス滴下防止機構の断面図である。搬送装置５上を図示しない回路基板が紙面手前から紙面を貫く方向に搬送される。搬送装置５の上には、傘形状の蓋部５７が設けられている。蓋部最上部には排気路７１が設けられている。蓋部５７には図示するような傾斜が設けられており、蓋部に当たった雰囲気ガスが冷却され液化したフラックスが、内壁に沿って矢印Ｂに示すように流れ下る構造となっている。
【００５７】
図４（ｂ）は本機構の側面図である。搬送装置上の図示しない回路基板は矢印Ａの方向に搬送される。搬送装置上に設けられている上記傘状蓋部の縁には樋５８が設けられている。液化して蓋部内壁を伝って流れてきた液化フラックスが回路基板上に滴下するのを防止するためである。図４（ｃ）は蓋部の底面図である。
【００５８】
（第３の実施の形態）
図５に本発明の第３の実施の形態を示す。図２におけるメッシュ板５６と加熱ヒータ５５からなる吸引装置の代わりに、図５（ａ）に示す構造からなる雰囲気ガス吸引装置及びフラックス滴下防止機構を設ける。
図５（ａ）は、第3の実施の形態に係わる雰囲気ガス吸引装置及びフラックス滴下防止機構の断面図である。搬送装置５上を図示しない回路基板が紙面手前から紙面を貫く方向に搬送される。搬送装置５の上には、傘形状の蓋部５７が設けられている。蓋部最上部には排気路７１が設けられている。蓋部５７には図示するような傾斜が設けられており、蓋部に当たった雰囲気ガスが冷却され液化したフラックスが、内壁に沿って矢印Ｂに示すように流れ下る構造となっていることは第２の実施形態と同様である。
【００５９】
蓋部５７の最下部には綿状フラックス吸着板５９が設けられている。図５（ｂ）は側面図である。フラックス吸込口の断面構造を示す。図５（ｃ）は、底面図である。排気路７１により雰囲気ガスが吸引される。綿状フラックス吸着板５９により液化フラックスの回路基板への滴下を防止している。
【００６０】
上述した第１から第３の実施形態は、それぞれ独立して設けることもできるが、第２あるいは第３実施形態に、第１実施形態を加味して実施することも可能である。すなわち傘状蓋部の最下面に図３のメッシュ板５６及び加熱ヒータ５５を合わせて設置することが可能である。第３の実施形態である綿状フラックス吸着板を第２の実施形態である樋５８内に設けることも可能である。
【００６１】
（第４の実施の形態）
図６に本発明の第４の実施の形態を示す。図６は冷却室と搬出口側ラビリンス１０の間に第２の緩衝エリアを設けて、フラックス回収ユニット５３他を設置する形態である。
【００６２】
冷却室と搬出口の間に第２の緩衝エリアを設けることにより、搬出口からの外気の侵入、搬出口からの雰囲気ガスの流出を防ぐことが出来る。
本実施形態でも、冷却室内の雰囲気ガスと外気との温度差から、上記形態と同様にフラックス液化・滴下防止が必要となり、上述した第１から第３の実施形態で述べたフラックスの液化及び滴下を防止する雰囲気ガス吸引装置及びフラックス滴下防止機構を設けることができる。
【００６３】
（第５の実施の形態）
図７に本発明の第５の実施の形態を示す。図７は加熱ゾーンと冷却ゾーンの間に第３の緩衝エリアを設けて、フラックス回収ユニット５３他を設置する形態である。炉の搬入出口だけでなく雰囲気ガスの温度が下がる加熱室と冷却室の間にも第４の実施形態と同様のゾーン間雰囲気ガス移動防止機構を設けた形態である。
【００６４】
加熱室と冷却室の間に第３の緩衝エリアを設けることにより、加熱、冷却ゾーン間の雰囲気ガスの移動を防ぐとともに、フラックスの効率的な除去を行うことが出来る。
本実施形態でも、上記形態と同様にフラックス液化・滴下防止が必要となり、上述した第１から第３の実施形態で述べたフラックスの液化及び滴下を防止する雰囲気ガス吸引装置及びフラックス滴下防止機構を設けることができる。
【００６５】
上記第１の実施形態、第４の実施形態、第５の実施形態は、それぞれ構造が独立したものであり、別個独立に実施することも、２つあるいは３つを組合わせて実施することも可能である。例えば、搬入口と予熱室の間と、冷却室と搬出口の間にそれぞれ第１緩衝エリア、第２緩衝エリアを設けることができる。
【００６６】
（実験結果）
発明者等は、実際に本発明によって外気の浸入を防ぎ、炉内酸素濃度を保持する効果を確認すべく実験を行った。
実験は図１に示すリフロー炉において、実際に複数の回路基板を搬入し、その際の炉内酸素濃度の変化を測定することにより実施した。
【００６７】
各予熱室の温度を１４０℃から１７５℃に順次設定した。ピーク加熱室の温度を１９５℃から２３８℃にそれぞれ設定した。搬入口のラビリンスと第１予熱室の間に第１緩衝エリアを設け、このエリアで搬送装置の下側から上部に向かって雰囲気ガスを吹き付けた。雰囲気ガス吹きつけのための循環ファンは強（４０Ｈｚ）、弱（２０Ｈｚ）２段階設けてそれぞれの効果を比較した。
【００６８】
図８に実験結果を示す。縦軸に加熱ゾーン内の酸素濃度（単位：ｐｐｍ）を示す。横軸は経過時間である。グラフの太線は１ゾーン、すなわち最初の予熱室内の酸素濃度を示す。細線は７ゾーン、すなわち最後の（冷却ゾーンの手前の）加熱室内の酸素濃度を示す。
時間軸ａ１は、最初の回路基板が搬入口から搬入された時刻を示す。ｂ１はこの回路基板が搬出口から搬出された時刻を示す。ｃ１は最後の回路基板が搬入された時刻、ｄ１はこの回路基板が搬出されたときの時刻を示す。
【００６９】
１枚目の回路基板が炉内に搬入された後（ａ１）、予熱室（１ゾーン）の酸素濃度は搬入口から浸入する外気によって上昇している。次々と複数の回路基板が炉内に搬入されたことにより、１ゾーン、及び７ゾーンの酸素濃度が上昇する。ｄ１で最後の回路基板が搬出されると以降ゾーン内の酸素濃度は低下する。
【００７０】
ａ１からｄ１まで複数の回路基板を加熱している間、本発明である第１緩衝エリアでの雰囲気ガスの吹き付けを実施した。その時の循環ファンの強度は弱（２０Ｈｚ）であった。図中「ガス吹出し有（弱）」と表示している。
次に、循環ファンの動作を停止した（図８のＸ１）。その後、ａ２からｄ２までの間、同じ枚数の回路基板を搬入、加熱した。図中に「ガス吹出し無」と表示しているのが循環ファン停止状態である。
再び循環ファンを動作させた（図８のＸ２）。循環ファンの強度を強（４０Ｈｚ）とした。ａ３からｄ３の間、同じ枚数の回路基板を搬入、加熱した。図中に「ガス吹出し有（強）」と表示しているのが循環ファンを「強」で動作した状態である。
【００７１】
図８において、「ガス吹出し有り」と「ガス吹出し無し」での１ゾーン及び７ゾーンでの酸素濃度の推移を見ると、７ゾーンではその差は顕著でないが、１ゾーン（最初の予熱室）での酸素濃度は大きく違っていることが判明した。すなわちガス吹き出しを行うことにより、１ゾーンでの酸素濃度は概ね２３０ｐｐｍ以下に押えられているのに対して、ガス吹き出し無しのときは、３８０ｐｐｍまで上昇している。また、循環ファンの強弱により１ゾーンの酸素濃度に違いがあることも分かった。
本実験結果より、本発明の雰囲気ガス吹付装置が炉内酸素濃度の低減に効果を発揮することを確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係るリフロー炉の全体図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態に係る第１緩衝エリアでのリフロー炉の断面図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態に係る雰囲気ガス吸込口の構造を表す図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施の形態に係る雰囲気ガス吸込口の構造を表す図である。
【図５】図５は、本発明の第３の実施の形態に係る雰囲気ガス吸込口の構造を表す図である。
【図６】図６は、本発明の第４の実施の形態に係るリフロー炉の全体図である。
【図７】図７は、本発明の第５の実施の形態に係るリフロー炉の全体図である。
【図８】図８は、本発明の効果を示す実験結果を表す図である。
【図９】図９は、従来技術によるリフロー炉の全体図である。
【図１０】図１０は、従来技術によるリフロー炉の断面図である。
【図１１】図１１は、従来技術に係るフラックス回収装置の構造を示す図である。
【図１２】図１２は、従来技術に係る外気浸入防止装置の構造を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１：リフロー炉
３：加熱ゾーン
４：冷却ゾーン
５：搬送装置
８：循環ファン
９：ファンモータ
１０：ラビリンス
５３：フラックス回収ユニット
５４：フラックス回収装置
５５：加熱ヒータ
５６：メッシュ板
５７：傘形状の蓋部
５８：フラックス流れ止め樋
５９：綿状フラックス吸着板
６３：熱交換器
６９：外気ファン
７１：排気路
１０１：リフロー炉
１０２：予熱ゾーン
１０３：ピーク加熱ゾーン
１０４：冷却ゾーン
１０５：搬送装置
１０６：回路基板
１０８：循環ファン
１０９：ファンモータ
１１０：ラビリンス
１１５：電熱ヒータ
１１７：ガス供給用ノズル
１１８：隔壁
１１９：ガスシール装置
１２０：歯車駆動モータ
１２１：傘歯車
１２２：牡ネジ
１２３：基台
１２４：ガイド穴
１２５：赤外線パネルヒータ
１２９：熱風循環器
１４５：仕切り板
１５１：メッシュ体
１５３：フラックス回収装置
１６３：外部熱交換器
１６９：外気ファン
１７１：排気路
１７３：液化フラックス収容タンク
１７５：内部熱交換器
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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