(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント基板を搬送する経路を中央にしてその両側に、発生した熱風を前記プリント基板に吹き付けるとともに吹き付けた空気の一部をそれぞれのケーシング内で循環させる第１，第２の熱風発生装置を設け、第１，第２の熱風発生装置の少なくとも一方には、外気をケーシング内に取り込んでケーシング内の循環空気流に混合する外気混合手段を設け、且つ取り込んだ外気が送風機とヒータ近傍を通過した後で前記プリント基板に吹き付けるように構成するとともに、前記熱風発生装置のケーシングは、搬送方向に沿って両サイドに設けた空気室と、該空気室の上部を接続した連通部と、該空気室の下部間を連通する所定間隔で設けた複数の噴出しノズルと、前記連通部の中央部に設け且つ前記送風機に連なり吸引する吸気口と、前記連通部内に設けられたヒータとを備えた熱風加熱装置。
【請求項２】
外気混合手段を、熱風発生装置のケーシング内で空気を循環させる送風機の近傍で一端が開口し他端が前記ケーシングの外部で開口したダクトで構成した
請求項１記載の熱風加熱装置。
【請求項３】
外気混合手段を、熱風発生装置のケーシング内で空気を循環させる送風機の近傍で一端が開口し他端が前記ケーシングの外部で開口したダクトと、前記ダクトの通路に介装された流量調整手段とで構成した
請求項１記載の熱風加熱装置。
【請求項４】
前記所定間隔は１５０ｍｍ以下である請求項１記載の熱風加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する利用分野】
本発明は、耐熱温度の比較的高い電子部品と耐熱温度の低いリード付き部品との混載プリント基板のリフロー半田付けや、フロー半田付けに際して接着剤硬化をするためなどに使用する熱風加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、面実装部品をプリント基板に半田付けする方法として、リフロー法とフロー法が用いられている。
【０００３】
リフロー法は、プリント基板にソルダーペーストを印刷等で塗布してその上に電子部品を装着し、その状態のプリント基板を加熱することで、ソルダーペーストを溶かし、半田付けするというものである。この時の加熱装置がリフロー装置である。
【０００４】
面実装部品のフロー法は、プリント基板に接着剤を塗布してその上に電子部品を装着し、接着剤を硬化させた後、プリント基板を反転し、噴流式半田槽にプリント基板を浸けることで、半田付けをする方法である。この場合、プリント基板にはリード付き部品も実装してあることが多いので、接着剤硬化時の加熱には、リード付き部品のある側の温度はできるだけ低くする必要がある。そのため、前記プリント基板の熱風加熱装置には、プリント基板の接着剤塗布面の温度は接着剤の硬化温度、例えば１４０℃以上の温度に加熱でき、プリント基板のリード付き部品の実装面は、リード付き部品の耐熱温度以下、例えば１００℃以下の温度にすることが要求される。
【０００５】
従って、リフロー加熱と、接着剤硬化加熱とはそれぞれ違う設備を使用していたが、同じ設備でリフロー加熱と接着剤加熱が可能な装置の要求が出ており、その結果色々な加熱装置が開発された。
【０００６】
その一例を図８に示す。プリント基板１は搬送装置２によって、搬送経路を矢印Ａの方向へケーシング３の内部を通過する。ケーシング３の内部では、矢印ａに示すようにケーシング３の内部へ送り込まれた空気が、噴き出しノズル４から矢印ｂのように噴き出され、その空気の一部は矢印ｃを経て排気口５から矢印ｄのように排気され、残りの空気はケーシング３の内部で循環している。
【０００７】
リフロー半田付け時には、パネルヒータ６ａ，６ｂ，６ｃおよび７ａ，７ｂ，７ｃでケーシング３の内部を赤外線で加熱し、噴き出しノズル４からの空気で攪拌されてプリント基板１の均一加熱が実現されている。
【０００８】
また、フロー半田付けの接着剤硬化時にはパネルヒータ７ａ，７ｂ，７ｃと噴き出し噴き出しノズル４からの空気流をＯＦＦ状態にし、排気口５から矢印ｄのように排気しながら、パネルヒータ６ａ，６ｂ，６ｃだけで加熱する。このようにして、ケーシング３内の雰囲気温度をさげ、プリント基板１の下面温度を低く保つ方法などが開発されてきた。
【０００９】
しかし、最近になり、リフロー加熱時においても、プリント基板の半田付け面と前記半田付け面とは反対側の面とで、温度差を付ける要望が出てきた。そのため、プリント基板の両面で温度差を付ける方法として、特開平３−８３９１号公報には、循環ブロワと冷風ブロワを備え、流出口から出る風を選択的に吹き出せるようにした例が開示されている。
【００１０】
また、特開平４−２７１１９２号公報等には、予備加熱室やリフロー室の上部側に、外気を下方に吹き付けるようにした例が開示されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
プリント基板の半田付け面と前記半田付け面とは反対側の面とで温度差を付けるために、熱風加熱装置として赤外線加熱を採用すると、プリント基板と電子部品の赤外線吸収率の差や、熱容量の差により、同一基板内の温度差や、部品間の温度差が大きくなるという問題があった。
【００１２】
また、特開平３−８３９１号公報に開示されているように、熱風加熱装置に循環ブロワと冷風ブロワを備え、流出口から出る風を選択的に吹き出せるようにすると、循環ブロワに戻ってくる熱風は、プリヒートゾーンからとリフローゾーンからの熱風が混ざって戻るため、低温に設定したゾーンの熱風よりも高くなり、結果的に、低く設定しているゾーンの温度が、設定温度より上昇してしまい、実施不可能な加熱温度プロファイルができるという問題があった。
【００１３】
さらに、特開平４−２７１１９２号公報に開示されているように、各ゾーンの上部に外気導入送風機を設けても、基板上面を下面より低くはできても、基板上面を下面より高くできないし、設定温度も制限される。また、基板の下面側の半田を溶かすので、重い電子部品の場合には落下するという問題がある。
【００１４】
本発明は前記問題点を解決し、風量が多く均一加熱に適している熱風循環熱風加熱装置において、プリント基板の両面に温度差を付けられるようにすると共に、その温度差を基板の種類に合せて、設定できる熱風加熱装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の熱風加熱装置は、プリント基板両面の各ケーシングの少なくとも一方に外気混合手段を設けて、各ケーシングに温度差をつけられるようにしたものである。
【００１６】
この本発明によると、異なった温度に設定した熱風を各ケーシング内でそれぞれ循環させ、各ケーシングの少なくとも一方に外気混合手段を設けて循環している熱風と外気とを所定の割合で混合することで、一旦熱風温度を下げ、その熱風を所定の温度に加熱することで、基板の両面で温度差を付けることが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の熱風加熱装置は、プリント基板を搬送する経路を中央にしてその両側に、発生した熱風を前記プリント基板に吹き付けるとともに吹き付けた空気の一部をそれぞれのケーシング内で循環させる第１，第２の熱風発生装置を設け、第１，第２の熱風発生装置の少なくとも一方には、外気をケーシング内に取り込んでケーシング内の循環空気流に混合する外気混合手段を設け、且つ取り込んだ外気が送風機とヒータ近傍を通過した後で前記プリント基板に吹き付けるように構成するとともに、前記熱風発生装置のケーシングは、搬送方向に沿って両サイドに設けた空気室と、該空気室の上部を接続した連通部と、該空気室の下部間を連通する所定間隔で設けた複数の噴出しノズルと、前記連通部の中央部に設け且つ前記送風機に連なり吸引する吸気口と、前記連通部内に設けられたヒータとを備えたことを特徴とする。
【００１８】
この構成によると、外気混合手段を設けることで、外気とケーシング内を循環した熱風とが混合されて温度が低下し、これをヒータ加熱で所定の温度に調整した後、吹き出すことができる。従って、各ケーシングを循環する熱風が接触することがなく、温度が同一となることがないため、それぞれのケーシングで異なった温度を保つことができる。
【００１９】
請求項２記載の熱風加熱装置は、請求項１において、外気混合手段を、熱風発生装置のケーシング内で空気を循環させる送風機の近傍で一端が開口し他端が前記ケーシングの外部で開口したダクトで構成したことを特徴とする。
【００２０】
この構成によると、前記ダクトの送風機の吸入口近傍は、ケーシングの外部で開口した部分に比べて負圧になっているため、ほぼ室温程度の低い温度の空気がケーシング内に吸い込まれ、ケーシング内の熱風と共に送風機に吸い込まれる。従って、混ざりあった空気は加熱ユニット内の設定温度以下になり、加熱用ヒータで温度コントロールができるようになる。
【００２１】
請求項３記載の基板用熱風加熱装置は、請求項１において、外気混合手段を、熱風発生装置のケーシング内で空気を循環させる送風機の近傍で一端が開口し他端が前記ケーシングの外部で開口したダクトと、前記ダクトの通路に介装された流量調整手段とで構成したことを特徴とする。
【００２２】
この構成によると、流量調整手段、具体的にはダクトの外気導入用空気取入口に、流量調整用ダンパーまたは補助送風機などを設けることにより、送風機に吸入される外気の比率を容易に変えることでき、各ケーシングで異なった温度を保つことができる。
【００２５】
この構成によると、基板上面を基板下方より高温に加熱することで、リード付き部品と面実装用部品の混載基板をフロー半田付けする際の接着剤の硬化時において、リード付き部品の温度上昇を抑えられる。
【００２６】
以下、本発明の各実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１〜図３は本発明の（実施の形態１）を示す。
【００２７】
本発明の熱風加熱装置は図１に示すように、プリント基板１は搬送装置２によって上手側から下手側へ矢印Ａの方向へ搬送される。この搬送装置２の搬送経路を中央にしてその上下の両側には、熱風発生装置としての加熱ユニット８ａ〜８ｃ，９ａ〜９ｃが配置され、さらにその下手側には、搬送装置２の搬送経路を中央にしてその上下の両側に冷却ユニット１０，１１が配置されており、それぞれの運転を制御することによって、リフロー半田付けやフロー半田の場合の接着剤の硬化のいずれでも行うことができる。
【００２８】
上下の加熱ユニット８ａ〜８ｃ，９ａ〜９ｃはいずれも構成が同じであるので、ここでは図２と図３に基づいて加熱ユニット８ａの構成を例に挙げて説明する。
【００２９】
搬送装置２の搬送経路の上方位置に配置された加熱ユニット８ａのケーシング１２は、図２に示すように搬送装置２の搬送面１３に対向する部分に凹部１４が形成された断面形状がコの字形で、下面が閉塞した空気室１５ａ，１５ｂの上部の相互間が連通部１６で接続されている。
【００３０】
前記の凹部１４には、空気室１５ａ，１５ｂの下部の間を連通するように複数の噴き出しノズル１７が前記の搬送方向に沿って、図３に示すように所定間隔で設けられている。
【００３１】
この噴き出しノズル１７は、上記のように空気室１５ａ，１５ｂの下部の間を連通するとともに、搬送装置２の搬送面１３に対向する位置には、スリット１８が形成されている。
【００３２】
図３は熱風発生装置８ａと９ａを組み合わせた断面図であり、加熱ユニットの外気流入口側は加熱ユニットの中央部を断面したものであり、反対側は手前側加熱ヒータと外部カバーの中間で断面したものである。
【００３３】
ケーシング１２の凹部１４の天井部分の中央には、図３の左断面に示すように円形の吸気口１９が穿設されている。ケーシング１２の連通部１６には、ターボファン２０の吸込口が吸気口１９から吸引するように送風機２１が取り付けられている。
【００３４】
ケーシング１２の連通部１６の内部には、ターボファン２０を挟むように、空気室１５ａ，１５ｂと連通部１６との接続部に、ケーシング１２の長手方向に沿ってヒータ２２ａ，２２ｂが配設されている。
【００３５】
このようにケーシング１２を構成して送風機２１を運転すると、ケーシング１２の吸気口１９の付近が負圧になり、搬送装置２の搬送面１３の付近の空気が、噴き出しノズル１７の間に形成される吸い込み部２３を介して吸気口１９から連通部１６に吸い込まれる。
【００３６】
連通部１６に吸い込まれた空気は、ターボファン２０によって連通部１６の周囲に吐き出され、ヒータ２２ａ，２２ｂで加熱されて空気室１５ａ，１５ｂの下部に送風され、噴き出しノズル１７のスリット１８から搬送装置２の搬送面１３や、この部分を通過するプリント基板１に熱風２４が吹き付けられる。
【００３７】
搬送装置２を間に挟んで加熱ユニット８ａの下側に配設された加熱ユニット９ａからも同様に熱風２４が搬送装置２の搬送面１３や、この部分を通過するプリント基板１に熱風２４が吹き付けられる。
【００３８】
また、加熱ユニット８ａには、ケーシング１２の内部を循環する熱風に外気を混合するためにダクト２５が設けられている。具体的には、ダクト２５の一端はケーシング１２の凹部１４にあって先端は天井部分の吸気口１９の近傍で開口している。ダクト２５の他端は連通部１６を貫通して大気で開口している。
【００３９】
このようにダクト２５を設けているため、送風機２１を運転して吸気口１９の近傍が負圧になると、ダクト２５を介して外気を矢印２６で示すように吸い込んで、循環する熱風に混合される。
【００４０】
このようなダクト２５を設けていない場合には、加熱ユニット８ａ，９ａのケーシング内の温度が異なると、搬送装置２の近傍では、加熱ユニット８ａからの熱風と加熱ユニット９ａからの熱風が混ざりあい、高い温度の熱風と低い温度の熱風の中間の温度になる。この混ざりあった熱風が低い温度に設定している加熱ユニットに吸い込まれると、ケーシング内の温度は設定温度より高くなるため、ヒータでは温度コントロールできなくなり、時間経過と共に、低い温度に設定した方のケーシング内の温度が上昇してしまう。
【００４１】
この実施の形態のように外気混合手段であるダクト２５を設けることで、加熱ユニット８ａ，９ａのケーシング内の温度が異なる場合でも、設定温度が低いほうのケーシング内の温度をヒータによって設定温度にコントロールできる。
【００４２】
さらに、噴き出しノズル１７とその間にある吸い込み部２３の数を増やし、噴き出しノズル１７と吸い込み部２３のピッチを短くすることで、熱風の水平方向に流れる距離を短くでき、各加熱ユニットから噴き出された熱風の混ざり合う比率を少なくできる。その結果、ダクト２５からの外気の流入量が少なくても、一対の加熱ユニット８ａ，９ａで温度差が付けられるようになる。具体的には、噴き出しノズル１７のピッチを１５０ｍｍ以下にすると効果が顕著であることが、実験的に確かめられている。
【００４３】
（実施の形態２）
図４は（実施の形態２）を示す。
この（実施の形態２）は（実施の形態１）における加熱ユニット８ａ，９ａの各ダクト２５の外気流入口２７に風量調整用のダンパー２８と軸流送風機タイプの補助送風機２９を設けたものである。
【００４４】
これによると、ダンパー２８で風量を制限したり、補助送風機２９で送風量を増やすことで、加熱ユニット８ａ，９ａでの循環空気流の温度をより正確に管理できる。
【００４５】
特に、補助送風機２９を付けることにより、加熱ユニット８ａ，９ａのうちで低い温度に設定している方の外気の送風量を増やすことができ、外気流入口２７より吸い込まれた空気流は高い温度に設定している方に流れ出て熱風温度を下げるため、ヒータの電気消費量は増加するものの、一対の加熱ユニット８ａ，９ａ間の温度差をより大きくできる作用を有する。
【００４６】
なお、上記の（実施の形態１）では、ダクト２５を加熱ユニット８ａ，９ａの両方に設けているが、どちらか一方の加熱ユニット設けるだけでも良い。
上記の（実施の形態２）では、ダンパー２８と補助送風機２９の両方をダクト２５に設けて流量調整手段としたが、ダンパー２８と補助送風機２９の一方だけをダクト２５に設けて流量調整手段とすることもできる。さらに、（実施の形態２）では加熱ユニット８ａ，９ａの両方に流量調整手段を設けたが、加熱ユニット８ａ，９ａの一方の加熱ユニットに設けるだけでも効果を期待できる。
【００４７】
次に、本発明の具体例を説明する。
（実施例１）
図４の熱風加熱装置を用いて、熱硬化性接着剤でプリント基板の表面に電子部品の固定を行った。
【００４８】
プリント基板としては、図５に示すようにプリント基板１の片面に耐熱温度の比較的高いフラットパッケージＩＣ３０ａ〜３０ｃを接着剤でプリント基板１に仮接着し、他面に耐熱温度の低いリード付き部品である電解コンデンサ３１を搭載したものを使用した。
【００４９】
加熱ユニット８ａは、ダンパー２８ａを閉じて熱風循環のみで加熱して熱硬化性接着剤を硬化させ、熱風発生装置９ａは、補助送風機２９ｂを回し、ヒータ電源をＯＦＦとして空冷風をプリント基板１に吹き付けた。
【００５０】
フラットパッケージＩＣ３０ａ〜３０ｃを接着剤で仮接着した側のプリント基板１の表面温度と、フラットパッケージＩＣの温度３３と、電解コンデンサの温度３４のそれぞれの温度プロファイルを図６に示す。
【００５１】
図６から分かるように、接着剤塗布面のプリント基板の表面温度３２は約１５０℃に、またフラットパッケージＩＣの温度３３は約１３５℃と、接着剤塗布面のプリント基板は接着剤の硬化温度である１４０℃以上の温度に加熱できた。また、プリント基板の電解コンデンサの温度３４は、電解コンデンサ３１の耐熱温度より低い１００℃以下の温度にすることができた。
【００５２】
（実施例２）
プリント基板の片面に耐熱温度の比較的高いチップ部品とフラットパッケージＩＣが既にリフロー半田付けしてあり、プリント基板の他面に耐熱温度の比較的低いコネクタがソルダーペーストの上に装着してある基板を、（実施の形態１）の装置を使用してリフロー半田付けをした。
【００５３】
加熱ユニット８ａは外気導入をしながら２０５℃の熱風で加熱し、加熱ユニット９ａは、外気導入をせずに熱風循環のみで２３５℃の熱風で加熱した。図７は、チップ部品とフラットパッケージＩＣを搭載した基板表面温度３５と、コネクタをリフロー半田付けする面のコネクタ温度３６の温度プロファイルを示す。
【００５４】
この図７から分かるように、チップ部品とフラットパッケージＩＣを搭載した基板表面温度３５は２２０℃まで昇温しているが、コネクタ温度３６は１７０℃に抑えることが可能となった。加熱ユニット８ａのケーシンング内の温度よりコネクタ温度３６が低いのは、コネクタの熱容量が大きく、２０５℃近くになる前に冷却が始まったためである。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように本発明の熱風加熱装置によると、プリント基板を搬送する経路を中央にしてその両側に、発生した熱風を前記プリント基板に吹き付けるとともに吹き付けた空気の一部をそれぞれのケーシング内で循環させる第１，第２の熱風発生装置を設け、第１，第２の熱風発生装置の少なくとも一方には、外気をケーシング内に取り込んでケーシング内の循環空気流に混合する外気混合手段を設け、且つ取り込んだ外気が送風機とヒータ近傍を通過した後で前記プリント基板に吹き付けるように構成するとともに、前記熱風発生装置のケーシングは、搬送方向に沿って両サイドに設けた空気室と、該空気室の上部を接続した連通部と、該空気室の下部間を連通する所定間隔で設けた複数の噴出しノズルと、前記連通部の中央部に設け且つ前記送風機に連なり吸引する吸気口と、前記連通部内に設けられたヒータとを備えたことにより、各ケーシング内の温度を異なったものにすることができる。
【００５６】
また、熱風発生装置のケーシング内で空気を循環させる送風機の近傍で一端が開口し他端が前記ケーシングの外部で開口したダクトおよび、前記前記ダクドの通路に介装されたダンパーや補助送風機等の流量調整手段を構成することで、各ケーシング内に取り込む空気の流量を調節することができ、均一加熱特性も良好になり、ヒータの消費電力を少なくできるという有利効果も得られる。
【００５７】
このようにプリント基板の両面の各ケーシング内に温度差をつけることで、同じ熱風加熱装置でリフロー加熱と接着剤加熱ができる。
すなわち、プリント基板の両面の温度を調節できるため、リード付き部品と面実装用部品の混載基板であっても、品質の良いリフロー半田付けや接着剤の硬化ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（実施の形態１）の熱風加熱装置の外観斜視図
【図２】（実施の形態１）の加熱ユニットの一部切り欠き斜視図
【図３】（実施の形態１）の上下一対の加熱ユニットの部分断面図
【図４】（実施の形態２）の上下一対の加熱ユニットの部分断面図
【図５】（実施例１）で使用した基板の斜視図
【図６】（実施例１）の温度プロファイル説明図
【図７】（実施例２）の温度プロファイル説明図
【図８】従来のリフロー装置の断面図
【符号の説明】
１    プリント基板
２    搬送装置
３    ケーシング
８ａ，９ａ      加熱ユニット〔熱風発生装置〕
１７    噴き出しノズル
２１    送風機
２２    ヒータ
２３    吸い込み部
２８    ダンパー〔外気混合手段〕
２９    補助送風機
【図１】
0003818713.tif 000002
【図２】
0003818713.tif 000003
【図３】
0003818713.tif 000004
【図４】
0003818713.tif 000005
【図５】
0003818713.tif 000006
【図６】
0003818713.tif 000007
【図７】
0003818713.tif 000008
【図８】
0003818713.tif 000009