(57)【要約】【課題】  熱容量が異なる電子部品が搭載された基板であっても電子部品を適切に基板にはんだ付けすることができるリフロー炉を提供すること。【解決手段】  熱風発生部２０と搬送部３０と、熱風発生部２０と搬送部３０との間を仕切る仕切板４０と、仕切板４０に複数形成された熱風噴出部４２と、熱風噴出部４２に設けられた追加ヒータ４４と、基板６０の通過を検出する基板通過検出部３４と、搬送手段３２の搬送速度と、高温加熱対象電子部品６２Ａの基板６０への搭載位置とが記憶されている記憶部８０と、基板通過検出部３４による基板６０の通過タイミングと搬送速度と高温加熱対象電子部品６２Ａの基板６０の搭載位置とに基づき、所定タイミングで追加ヒータ４４を加熱して高温加熱対象電子部品６２Ａを追加加熱熱風で加熱する動作制御部７０と、を具備することを特徴とするリフロー炉１００である。【選択図】  図２
2017011082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メインヒータとファンとが配設された熱風発生部と、
電子部品が搭載された基板が搬送手段により搬送される搬送部と、
前記熱風発生部と前記搬送部との間を仕切る仕切板と、
前記仕切板に複数形成された熱風噴出部と、
前記熱風噴出部のうちの少なくとも一箇所に設けられた追加ヒータと、
前記搬送部に配設され、前記搬送手段により搬送されている前記基板の通過を検出する基板通過検出部と、
前記搬送手段の搬送速度と、前記電子部品のうち他の前記電子部品より高温で加熱すべき高温加熱対象電子部品の前記基板への搭載位置と、が予め記憶されている記憶部と、
前記基板通過検出部によって検出された前記基板の通過タイミングと、前記記憶部に記憶されている前記搬送速度と、前記高温加熱対象電子部品の前記基板への搭載位置と、に基づいて、所定のタイミングで前記追加ヒータを加熱して前記高温加熱対象電子部品を前記熱風発生部により生成された熱風よりも高温の追加加熱熱風で加熱するように動作制御する動作制御部と、を具備することを特徴とするリフロー炉。
【請求項２】
前記追加ヒータは、前記熱風噴出部の熱風発生部側開口部に立設された筒体と、当該筒体に収容されている熱源と、を有してい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】
前記筒体は断熱材料により形成されていることを特徴とする請求項２記載のリフロー炉。
【請求項４】
前記熱源は、螺旋形状をなす電熱線により形成されていることを特徴とする請求項２または３記載のリフロー炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はリフロー炉に関し、より詳細には、熱容量が異なる複数の電子部品が搭載された基板であっても電子それぞれの電子部品を適切に基板にはんだ付けすることが可能なリフロー炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
はんだと電子部品とが搭載された基板に熱風を吹き付け、はんだをリフローさせた後に冷却することで電子部品を基板にはんだ付けするためのリフロー炉が、電子部品搭載基板等の製造現場において広く用いられている。
このようなリフロー炉においては、特許文献１に記載されているように、熱容量が異なる複数の電子部品が搭載された基板であっても、それぞれの電子部品を基板に適切にはんだ付けすることが可能なリフロー炉の構成も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１８１４２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されているリフロー炉の構成は、基板上において熱容量の大きい電子部品が実装されている部分に対して集中的に熱エネルギを付与することにより、基板と電子部品とのはんだ付けを確実なものにしているが、この際、基板の搬送をその都度ストップさせる構成が採用されている。このように基板の搬送をストップさせるリフロー炉においては、基板への電子部品のはんだ付け作業を効率化することについては、おのずと限界がある。また、特許文献１に開示されているような構成においては、熱容量の大きい電子部品に対しては十分な加熱ができるが、熱容量の小さい電子部品に対しては、積極的な加熱はなされてはいないものの、電子部品が必要以上に加熱されてしまうおそれがあり、リフロー後における電子部品の信頼性が劣ってしまうといった課題もある。
【０００５】
そこで本発明は、熱容量の大きい電子部品と熱容量の小さい電子部品とが混合された状態で搭載された基板に対して、熱容量が小さい電子部品に対する加熱を最小限に抑えると共に、熱容量の大きい電子部品に対しては、はんだをリフローさせるための必要にして十分な加熱を行うことができる構成を採用した。これにより、熱容量が異なるそれぞれの電子部品において、基板とのはんだ付けを電子部品の熱容量に関わらず確実に行うことが可能なリフロー炉の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決すべく本願発明者が鋭意研究を行った結果、以下の構成に想到した。
すなわち本発明は、メインヒータとファンとが配設された熱風発生部と、電子部品が搭載された基板が搬送手段により搬送される搬送部と、前記熱風発生部と前記搬送部との間を仕切る仕切板と、前記仕切板に複数形成された熱風噴出部と、前記熱風噴出部のうちの少なくとも一箇所に設けられた追加ヒータと、前記搬送部に配設され、前記搬送手段により搬送されている前記基板の通過を検出する基板通過検出部と、前記搬送手段の搬送速度と、前記電子部品のうち他の前記電子部品より高温で加熱すべき高温加熱対象電子部品の前記基板への搭載位置と、が予め記憶されている記憶部と、前記基板通過検出部によって検出された前記基板の通過タイミングと、前記記憶部に記憶されている前記搬送速度と、前記高温加熱対象電子部品の前記基板への搭載位置と、に基づいて、所定のタイミングで前記追加ヒータを加熱して前記高温加熱対象電子部品を前記熱風発生部により生成された熱風よりも高温の追加加熱熱風で加熱するように動作制御する動作制御部と、を具備することを特徴とするリフロー炉である。
【０００７】
これにより、熱容量が異なる複数の電子部品が混合された状態で基板に搭載されている場合であっても、搬送手段を停止させることなく、熱容量の大きい電子部品である高温加熱対象電子部品に追加加熱熱風を集中的に噴き付けることができるから、熱容量の小さい電子部品である高温加熱対象外電子部品に余分な加熱が行われることなく、熱容量が異なるそれぞれの電子部品と基板とを確実にはんだ付けすることができる。
【０００８】
また、前記追加ヒータは、前記熱風噴出部の熱風発生部側の開口部に立設された筒体と、当該筒体に収容されている熱源と、を有していることが好ましい。
【０００９】
これにより、追加ヒータは筒体の内部空間にある加熱熱風のみを追加加熱するだけでよいため、短時間で確実に追加加熱熱風を生成するリフロー炉とすることができる。
【００１０】
また、前記筒体は断熱材料により形成されていることが好ましい。
【００１１】
これによれば、追加ヒータが配設されていない熱風噴出部から搬送部の内部空間に噴き出される加熱熱風を追加ヒータにより追加加熱してしまうことがなく、高温加熱対象外電子部品に追加加熱熱風を噴き付けてしまうおそれがなく、高温加熱対象電子部品の信頼性を向上させることができる。
【００１２】
また、前記熱源は、螺旋形状をなす電熱線により形成されていることが好ましい。
【００１３】
これにより、追加ヒータから供給される追加加熱熱風を螺旋流にした状態で搬送部内に供給することができるため高温加熱対象電子部品を効率的に加熱することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明にかかるリフロー炉によれば、熱容量の大きい高温加熱対象電子部品と熱容量が小さい高温加熱対象外電子部品とが混合した状態で搭載されている基板に対して、搬送部に配設された基板通過検出部による基板の通過タイミングと、予め記憶部に記憶させた搬送速度とに基づいて複数の追加ヒータを選択的に作動させることにより、高温加熱対象電子部品に対しては追加ヒータにより必要にして十分な加熱を行うと共に、高温加熱対象外電子部品に対する加熱を最小限に抑えることにより、高温加熱対象外電子部品の信頼性を維持した状態で高温加熱対象電子部品と基板とのはんだ付けを確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態におけるリフロー炉の概略構造を示す正面図である。
【図２】図１に示すリフロー炉のうちリフロー部における単位炉の概略構造を示す説明図である。
【図３】図２内の追加ヒータの概略構造を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本実施形態におけるリフロー炉について図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態におけるリフロー炉１００は、複数の単位炉１０を直列に並べて構成されている。リフロー炉１００は、リフロー炉１００に搬入された電子部品６２とはんだ（図示せず）が搭載された基板６０を所定温度まで加熱するプレヒート部ＰＨと、プレヒート部ＰＨにおいて所定温度まで加熱された電子部品６２とはんだが搭載された基板６０をはんだ溶融温度までさらに加熱するリフロー部ＲＦと、リフロー部ＲＦで電子部品６２がはんだ付けされた基板６０を徐々に冷却する冷却部ＣＬとを有している。このような加熱処理は、記憶部８０に予め記憶されている温度プロファイルに基づいて動作制御部７０が動作制御を行っている。
【００１７】
これらのプレヒート部ＰＨとリフロー部ＲＦとは、いずれも図２に示すような単位炉１０により構成されている。また、本実施形態における冷却部ＣＬは、図２に示す単位炉１０の構成からメインヒータ２２と追加ヒータ４４を除いたものが用いられるが、図２に示す単位炉１０のメインヒータ２２と追加ヒータ４４とを作動させないようにして用いることもできる。
【００１８】
単位炉１０について詳細に説明する。単位炉１０は、図２に示すように、メインヒータ２２およびファン２４が配設され熱風を発生させる熱風発生部２０と、搬送手段３２および基板通過検出部３４とが配設された搬送部３０とが、熱風噴出部４２および追加ヒータ４４がそれぞれ複数箇所に配設された仕切板４０により上下に仕切られていると共に、熱風発生部２０と搬送部３０の外表面がフード５０により覆われることによって形成されている。
【００１９】
熱風発生部２０におけるメインヒータ２２は公知の構成を採用することができる。また、本実施形態におけるファン２４には図示しない窒素ガスタンクからの窒素ガスが常時供給されている。ファン２４の駆動源であるモータＭの回転軸には回転軸方向に伸びるガス流通路（図示せず）が形成されていて、ファン２４の回転軸の先端部側に形成されたガス噴出部からリフロー炉１００（単位炉１０）の内部に窒素ガスが供給される。このように本実施形態におけるリフロー炉１００は、炉内ガスは、極力空気がパージされた状態となっているが、窒素ガスに代表される不活性ガスを炉内に注入しない構成を採用することもできる。
【００２０】
搬送部３０内には、耐熱性部材により形成されたメッシュコンベア等に代表される無端循環式の搬送手段３２が配設されている。搬送手段３２は、リフロー炉１００の入口側１０２から出口側１０４に向けて（図１における矢印Ｘの方向）基板６０を予め設定された速度で搬送する。また、搬送部３０には搬送手段３２により搬送された基板６０の通過タイミングを検出するための基板通過検出部３４が配設されている。基板通過検出部３４が搬送部３０の所定位置において基板６０の通過を検出すると、基板通過検出部３４は検出信号（基板の通過タイミング）を後述する動作制御部７０に送信する。
【００２１】
熱風発生部２０と搬送部３０とは仕切板４０により上下に仕切られている。仕切板４０には、熱風発生部２０により生成された熱風を搬送部３０に噴出させるための貫通孔が熱風噴出部４２としてマトリクス状に配設されている。このように仕切板４０に複数形成された熱風噴出部４２のうち少なくとも一箇所には追加ヒータ４４が取り付けられている。本実施形態においては、図２に示すように、追加ヒータ４４を熱風噴出部４２に対して選択的に取り付けした形態について説明しているが、すべての熱風噴出部４２に対して追加ヒータ４４を取り付けしてもよい。
【００２２】
本実施形態における追加ヒータ４４は、図３に示すように、熱風噴出部４２の熱風発生部側開口部に立設させた筒状体４４Ａと、筒状体４４Ａの内部空間に収容された熱源としての電熱線４４Ｂと、を有している。ここでは、円筒型の筒状体４４Ａと螺旋形状に形成された電熱線４４Ｂとを用いている。このような追加ヒータ４４の構成を採用することにより、熱風発生部２０内の熱風の一部を追加加熱すると共に、熱風噴出部４２から搬送部３０に噴き出される追加加熱熱風を螺旋流にすることができる。
【００２３】
また、電熱線４４Ｂの下側端部の平面位置を熱風噴出部４２の平面位置に位置合わせしておけば、追加加熱熱風をよりスムーズな螺旋流で搬送部３０に噴き出しすることができる点において好都合である。このような追加加熱熱風を螺旋流により搬送部３０に噴き出しすることで、搬送部３０内を搬送される基板６０に搭載されている電子部品６２とはんだを短時間で所定温度に加熱することが可能になる。また、筒状体４４Ａを断熱材料により形成すれば、追加ヒータ４４が配設されていない熱風噴出部４２から搬送部３０に噴き出しする熱風が追加ヒータ４４により追加加熱されてしまうことを防ぐことができる。
【００２４】
動作制御部７０は、リフロー炉１００を構成する各要素の動作命令が予め規定されている動作制御プログラム７２と動作制御プログラム７２に基づいて各動作命令を実行するＣＰＵ７４とにより構成されている。動作制御プログラム７２は記録媒体やリフロー炉１００の不揮発型記憶手段等に代表される記憶部８０にＣＰＵ７４により読み取り可能な状態で予め記憶させておくことができる。このような動作制御プログラム７２は公知のリフロー炉における動作制御プログラムと同様のものを用いることができるが、本実施形態においては、搬送手段３２の搬送速度および追加ヒータ４４と基板通過検出部３４による基板６０の通過タイミングとが関連付けされている部分についての動作命令の内容に特徴を有している。
【００２５】
具体的には、メインヒータ２２の出力および追加ヒータ４４の出力がそれぞれ記録された熱出力データと、搬送手段３２の搬送速度が記録された搬送速度データと、基板６０に搭載されている電子部品６２のそれぞれにおける熱容量と基板６０への配設位置が記録された基板上熱容量分布データとに基づいて、電子部品６２とはんだが搭載された基板６０に対するリフロー部ＲＦにおける加熱処理の動作命令が特定されているのである。
【００２６】
まずＣＰＵ７４は、基板通過検出部３４からの基板通過検出信号（搬送部３０の所定位置における基板６０の通過タイミング）を受信すると、搬送速度データと基板上熱容量分布データとに基づいて、電子部品６２とはんだが搭載された基板６０における熱容量が大きい電子部品である高温加熱対象電子部品６２Ａの搭載位置（以下、高温加熱対象位置という）が所定の追加ヒータ４４の直下位置に到達するまでの時間を算出する。
【００２７】
次にＣＰＵ７４は、高温加熱対象位置が追加ヒータ４４の直下位置に到達するタイミングに合わせて、追加ヒータ４４を起動して、熱風発生部２０で生成された熱風を追加加熱する。追加ヒータ４４は基板６０の搬送方向に沿って複数箇所に配設されているので、ある特定箇所における追加ヒータ４４のみを用いた追加加熱処理となることがないため、搬送手段３２の搬送速度を変更する必要がない。これにより、リフロー炉１００における基板６０と電子部品とのリフロー処理能力の低下がない点で、好都合である。
【００２８】
また、本実施形態における追加ヒータ４４は複数の熱風噴出部４２に対して配設されているので、ＣＰＵ７４は、図２内の太線矢印で示すように高温加熱対象位置に対応する位置に配設された追加ヒータ４４のみを起動させるようにすることができる。これにより熱容量の小さい電子部品である高温加熱対象外電子部品６２Ｂが搭載されている部分（高温加熱対象外位置）には加熱熱風による追加加熱による影響をほとんど与えることがないため、過剰加熱による高温加熱対象外電子部品６２Ｂの信頼性を失うことなく適切なリフロー処理を行うことができるのである。
【００２９】
同じリフロー炉１００を用いて電子部品６２が搭載されている平面位置が異なる基板６０に対するリフロー処理を行う場合には、リフロー処理を行う基板６０に対応する他の基板上熱容量分布データを記憶部に追加記憶させ、ＣＰＵ７４に他の基板上熱容量分布データを読み込ませれば、リフロー処理を行う基板６０に対する電子部品６２の搭載状態に対応した追加ヒータ４４を適宜稼働させることができ、汎用性の高いリフロー炉１００とすることが可能である。
記憶部に予め複数種類の基板上熱容量分布データを記憶させておけば、動作制御部７０は、リフロー炉１００に配設されている表示装置９０に、オペレータに使用可能な基板上熱容量分布データの一覧を表示させ、リフロー処理を行う基板６０に応じた基板上熱容量分布データを適宜選択させ、オペレータにより選択された基板上熱容量分布データに基づいて電子部品６２と基板６０のリフロー処理を実行することもできる。
【００３０】
また、他の実施形態としては、搬送部３０に追加ヒータ４４の配設位置に合わせて基板通過検出部３４を配設し、追加ヒータ４４と基板通過検出部３４とを互いに紐付けすることもできる。このような構成を採用することにより、ＣＰＵ７４は、ある基板通過検出部３４からの基板通過検出信号（搬送部３０の所定位置における基板６０の通過タイミング）を受信したときに、基板通過検出信号を受信した基板通過検出部３４に紐付けされている追加ヒータ４４を図２内の太線矢印で示すように順次作動させればよいため、ＣＰＵ７４による情報処理量を低減させることができ、動作制御部７０を簡素化させることができる。
【００３１】
また、追加ヒータ４４と基板通過検出部３４とを１対１で紐付けするだけでなく、１つの基板通過検出部３４に対して複数の追加ヒータ４４を紐付けした形態を採用することもできる。この場合、搬送手段３２の搬送速度と、基板通過検出部３４と追加ヒータ４４との平面離間距離と、に基づいてそれぞれの追加ヒータ４４の稼働タイミングを決定すればよい。
【００３２】
以上に、本発明にかかるリフロー炉１００の構成について実施形態と変形例とを用いて詳細に説明をしたが、本発明は以上の実施形態および変形例に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲であれば、適宜改変を施すこともできる。例えば、本実施形態においては、リフロー炉１００の入口側１０２から出口側１０４までの間を循環する無端循環式の搬送手段３２を用いた形態例について説明しているが、搬送手段３２は単位炉１０内で無端循環させる形式のものであってもよい。
【００３３】
この構成によれば、単位炉１０に応じて基板６０の搬送速度を変更させることができるため、追加ヒータ４４による熱風の追加加熱を行う際には基板６０の搬送速度を低下させ、冷却部ＣＬにおける搬送速度を増加させることで、リフロー炉１００トータルとしての搬送速度を低下させることなく、追加ヒータ４４による熱風の追加加熱処理に十分な時間をかけることができる。換言すると、追加ヒータ４４の加熱能力を低下させることができ、リフロー炉１００としての消費電力の低減が可能になる。
【００３４】
また、以上の実施形態においては、追加ヒータ４４の構成は、円筒型の筒状体４４Ａに螺旋形状の電熱線４４Ｂを収容した形態について説明しているが、この形態に限定されるものではない。円筒型の筒状体４４Ａと、円筒型の筒状体４４Ａの平面中央位置に配設した軸線とこの軸線周りに形成された螺旋板とを有するスクリューを配設し、軸線または螺旋板に電熱線を埋設して形成した追加ヒータ４４とすることもできる。
【００３５】
この構成によれば、追加ヒータ４４から搬送部３０に噴き出される追加加熱熱風の螺旋流をさらに確実なものにすることができる点において好都合である。これとは反対に、円筒体を含む筒状体４４Ａに直線状の電熱線４４Ｂを収容した追加ヒータ４４の構成を採用すれば、追加ヒータ４４から搬送部３０に噴き出される追加加熱熱風を直線的にすることもできる。
【００３６】
また、本実施形態内における記載内容を適宜組み合わせた構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００３７】
１０  単位炉，
２０  熱風発生部，２２  メインヒータ，２４  ファン，
３０  搬送部，３２  搬送手段，３４  基板通過検出部，
４０  仕切板，４２  熱風噴出部，
４４  追加ヒータ，４４Ａ  筒状体，４４Ｂ  電熱線，
５０  フード，６０  基板，
６２  電子部品，６２Ａ  高温加熱対象電子部品，６２Ｂ  高温加熱対象外電子部品，
７０  動作制御部，７２  動作制御プログラム，７４  ＣＰＵ，
８０  記憶部，９０  表示装置，
１００  リフロー炉，１０２  入口側，１０４  出口側，
ＣＬ  冷却部，ＰＨ  プレヒート部，ＲＦ  リフロー部，
Ｍ  モータ
【図１】
2017011082.tif 000003
【図２】
2017011082.tif 000004
【図３】
2017011082.tif 000005