(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右に間隔をおいて設けられかつ前後方向に伸び、炉内を非接触状に貫通する一対のビームが、相対的に前後方向および上下方向に移動することにより、基板を左右のビームに載せ代えつつ炉内において炉内面と非接触かつ無摺動で基板を搬送することを特徴とするはんだリフロー装置において、
それぞれのビームから左右方向内側にのびかつ前後方向に間隔をおいて設けられた複数の基板支持部材を備え、基板支持部材に基板が載置されるようになされていることを特徴とするはんだリフロー装置。
【請求項２】
それぞれのビームが前後方向に移動するようになされていることを特徴とする請求項１に記載のはんだリフロー装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばプリント基板に電子部品などをはんだ付けするためのはんだリフロー装置に関する。
【０００２】
なお、本明細書において前後左右は図３を基準とするものとし、図３の右を前、左を後、上を右、下を左というものとする。
【０００３】
【従来の技術】
従来のはんだリフロー装置として、外装パネル内に設けられた炉と、外装パネル内において左右に間隔をおいて設けられたチェーンコンベヤとを備え、その上側搬送経路部が炉を貫通したものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記はんだリフロー装置の場合、基板搬送時に、チェーンコンベヤのチェーンローラおよびチェーンプレートとチェーンレールとが接触して金属粉などが発生する。一方、今日、基板における回路の微細化が進み、将来的には、基板搬送時に発生した金属粉が、基板に電子部品をはんだ付けするさいに、基板に付着して回路の短絡や、はんだ不良を引き起こすことが予想される。このため、基板搬送時に金属粉の発生することのない、高いクリーン度を保ちうるリフロー装置が要求される。
【０００５】
本発明の目的は、上記課題を解決した、基板搬送時に金属粉などの発生することがなく、炉内の雰囲気をクリーンに保つことができ、クリーンルーム内においても用いることのできるはんだリフロー装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記課題を解決するために本発明のはんだリフロー装置は、左右に間隔をおいて設けられかつ前後方向に伸び、炉内を非接触状に貫通する一対のビームが、相対的に前後方向および上下方向に移動することにより、基板を左右のビームに載せ代えつつ炉内において炉内面と非接触無摺動で基板を搬送することを特徴とするものである。
【０００７】
このはんだリフロー装置においては、ビームが炉を非接触状に貫通し、無摺動で基板を搬送するので、炉内において金属粉などが発生することがなく、炉内の雰囲気をクリーンに保つことができる。
【０００８】
上記のリフロー装置において、それぞれのビームから左右方向内側にのびかつ前後方向に間隔をおいて設けられた複数の基板支持部材を備え、基板支持部材に基板が載置されるようになされていることがある。
【０００９】
このリフロー装置においては、長さが例えば、左のビームにおける隣り合う支持部材の間隔より長い基板であれば支持することができる。また、基板の幅が、支持部材の長さより長くても支持することができ、搬送できる基板の大きさの自由度が高くなる。
【００１０】
また、それぞれのビームが前後方向に移動するようするとよい。
【００１１】
このはんだリフロー装置においては各ビームの前後移動距離を小さくすることができ、はんだリフロー装置の前後長を小さくすることができる
上記リフロー装置において、前後両端が開口して一端が基板入口、他端が基板出口となされている筒状炉体と、炉内を加熱する加熱装置とを備え、筒状炉体が、複数の構成体を組み合わせて構成され、構成体が、炉体壁を構成する断熱部分と、少なくとも断熱部分の炉内側面を覆う耐熱カバー部分とを備え、加熱装置が、少なくとも一つの構成体の炉体壁を構成する断熱部分における炉内寄り部分に埋設された電熱ヒータを備え、基板を輻射加熱する炉を用いるとよい。
【００１２】
このリフロー装置における炉においては構成体を組み合わせることにより炉体を容易に構成することができるとともに断熱部分の炉内側面が耐熱カバー部により覆われているので、炉内の気密を保つことができかつ断熱部分などから発生する微細な粉体が炉内に入り込むことがなく、炉内の雰囲気をクリーンに保つことができる。
【００１３】
さらに、電熱ヒータが炉壁の一部を構成する断熱部分中に埋設されており、電熱ヒータが炉内に位置しないので加熱装置のリード線が炉体内面を貫通して炉内に取り付けられることがなく、炉体内面とリード線とのシール部分が生じることがない。
【００１４】
上記のリフロー装置における炉において、構成体の断熱部分が、複数の断熱材を炉体の長さ方向に並べることにより構成されていることがある。
【００１５】
この場合、断熱材を並べるだけで炉壁の一部を構成することができ、炉の構成が簡単になる。
【００１６】
上記のリフロー装置における炉において、少なくとも炉内面における電熱ヒータに対応する部分に黒体処理コーティングを施こすとよい。
【００１７】
そうすれば、炉体の内面に施された黒体処理コーティングにより基板に効率よく熱輻射され、すなわち炉体内面が良好な熱輻射面となるので、各部間における温度干渉が小さくなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図６を参照して本発明の１実施形態のはんだリフロー装置について説明する。
【００１９】
はんだリフロー装置は、図示は省略した、例えば、鉄板製の外装パネルと、パネル内に配された炉(2) と、外装パネル内に配されかつ炉(2) を非接触状に貫通した、いわゆるウォーキングビーム形基板搬送装置(1) とを備えている。なお、外装パネル等の構成は、通常はんだリフロー装置に用いられる公知のものと変わりなく詳細な説明は省略する。
【００２０】
基板搬送装置(1) は、前記外装パネル内に配された基台(6) 上に設けられているものであり、左右に間隔をおいて設けられて前後方向に伸びるとともに炉(2) を非接触状に貫通する左右一対のビーム(3A)(3B)と、それぞれのビーム(3A)(3B)から左右方向内側にのびかつ前後方向に等間隔をおいて設けられた複数の基板支持部材(4A)(4B)と、炉(2) の外側かつそれぞれのビーム(3A)(3B)の左右方向外側に設けられてビーム(3A)(3B)を前後方向および上下方向に移動させる左右一対の駆動装置（駆動手段）(5) と、ビーム(3A)(3B)の前部および後部において駆動装置(5) とビーム(3A)(3B)とを連結した伝動部材(7) とを備えている。
【００２１】
なお、ビーム(3A)(3B)は横断面中空方形状をなしているとともに、全長は、炉(2) の長さより長い。支持部材(4A)(4B)は左右に長くかつ断面方形状の棒状をなし、左右方向外側端部がビーム(3A)(3B)の上面に固定されている。また、例えば、左のビーム(3A)の隣り合う支持部材(4A)の間に右のビーム(3B)の支持部材(4B)が位置しうるように、支持部材(4A)(4B)の間隔が定められている。
【００２２】
伝動部材(7) は上垂直板状部と、これの下端部から左右方向外方に伸びた水平板状部と、これの先端から下方に伸びた下垂直板状部とを有し、上垂直板状部の上端がビーム(3A)(3B)の外側面に固定され、後に詳しく述べるように、下垂直板状部において駆動装置(5) と連結されている。
【００２３】
左右の駆動装置(5) は、左右の向きは異なるが同一の構成を有するものであり、以下左の駆動装置(5) について説明し、右の駆動装置(5) における左の駆動装置(5) と対応する部分には同一の符号を付して説明は省略する。
【００２４】
駆動装置(5) は、前側の駆動部(5a)と、駆動部(5a)に連結棒(8) を介して連結された後側の従動部(5b)とよりなる。駆動部(5a)は基台(6) 上に固定された左右の駆動装置(5) に共通な水平板状ベース(10)と水平板状ベース(10)における左右方向中央やや外側から上方に突出しかつ前後方向に平行な垂直板状支持部材(11)とを備えている。垂直板状支持部材(11)の左面前後端部に、案内部材(16)がそれぞれ上下に間隔をおいて２個ずつ固定されている。垂直板状支持部材(11)の左方には、前後方向に平行な垂直板状上下動部材(18)が配され、案内部材(16)は上下動部材(18)の右面の前後部に固定された上下に伸びるレール部材(17)を案内するようになっている。このようにして上下動部材(18)が、レール部材(17)と案内部材(16)とにより案内された状態で上下に摺動するようになっている。
【００２５】
上下動部材(18)の左方にクランク部材(25)が配されている。クランク部材(25)は、互いに９０度の角度をなしている短長２本のアーム部(25b)(25c)を備えている。さらに、上下動部材(18)の中央に形成された上下に長い長孔(18a) を貫通し、右端が垂直板状支持部材(11)に固定された左右方向に伸びている軸部材(24)の左端に、クランク部材(25)が回転支持されており、垂直板状支持部材(11)に対して回転するようになされている。
【００２６】
短アーム部(25b) および長アーム部(25c) の先端右面には水平軸回りに回転するローラ(31)が、それぞれ取り付けられている。短アーム部(25b) のローラ(31)は、上下動部材(18)の左面に上下に間隔をおいて固定された水平部材(26)間に転動自在に嵌め入れられている。一方、垂直板状支持部材(11)の左方かつ上下動部材(18)の下側に、前後方向に平行な垂直板状基部(27a) と、これの前端から左方に突出した垂直板状ブラケット(27b) とを有する前後動部材(27)が配されている。ブラケット(27b) にはナット(27c) が固定されている。そして、前後動部材(27)の基部(27a) に前後に間隔をおいて固定された垂直部材(23)間に、長アーム部(25c) の先端のローラ(31)が、転動自在に嵌め入れられている。
【００２７】
前後動部材(27)の板状基部(27a) の右面には前後に間隔をおいて２個の案内部材(28)が固定されている。案内部材(28)は垂直板状支持部材(11)の下端部に固定された前後方向に伸びるレール部材(29)により案内されるようになっている。このようにして前後動部材(27)が、レール部材(29)と案内部材(28)とにより案内された状態で前後に摺動するようになっている。
【００２８】
水平ベース(10)の左後部にはモータ軸が前後方向を向くように上下駆動モータ(12)が固定されている。そして、モータ(12)のモータ軸には前後方向に伸びるねじ軸(13)が連結されている。ねじ軸(13)は、ナット(27c) に複数のボールを介してねじ合わされており、その前端は水平ベース(10)の左前部に上方突出状に固定された板状突部(33)に回転支持されている。そして、モータ(12)によりねじ軸(13)が回転させられることによってナット(27c) が前後に移動し、その結果、前後動部材(27)を介して長アーム部(25c) が前後に揺動させられてクランク部材(25)が軸部材(24)を中心として回転する。クランク部材(25)が回転すると、短アーム部(25b) が上下に揺動し、水平部材(26)を介して上下動部材(18)が上下に移動させられる。
【００２９】
上下動部材(18)の左面上端部には前後方向に伸びるレール部材(14)が固定されている。レール部材(14)は、伝動部材(7) の下垂直板状部に固定された案内部材(30)により案内されるようになっている。このようにして伝動部材(7) が、レール部材(14)と案内部材(30)とにより案内された状態で前後に摺動するようになっている。
【００３０】
伝動部材(7) に左右方向に平行な垂直板状ブラケット(19)が下方突出状に固定されている。ブラケット(19)の下端部にはボールナット(19a) が固定されている。一方、上下動部材(18)の左側面の後上部にはモータ軸が前後方向を向くように前後駆動モータ(21)が固定されている。そして、モータ(21)のモータ軸には前後方向に伸びるねじ軸(22)が連結されている。ねじ軸(22)は、ナット(19a) に複数のボールを介してねじ合わされており、その前端は上下動部材(18)の前部に左方突出状に固定された板状突部(32)に回転支持されている。そして、モータ(21)によりねじ軸(22)が回転させられることによってナット(19a) が前後に移動する。この結果、伝動部材(7) がレール部材(14)に沿って前後に移動してビーム(3A)(3B)が前後に動くようになっている。また、先に述べたように上下動部材(18)が上下に動くと伝動部材(7) も一体に上下に動き、ビーム(3A)(3B)が上下に動くようになっている。
【００３１】
なお、従動部(5b)は、駆動部(5a)からモータ(21)(12)、ねじ軸(22)(13)を除いた構成をなしている。
【００３２】
次に、炉(2) について図５および図６を参照して説明する。炉(2) は、前後両端が開口して一端が基板入口、他端が基板出口となされている筒状炉体(9) と、炉体(9) 内すなわち炉(2) 内を加熱するための加熱装置とを備えている。筒状炉体(9) は、下方に開口した断面略凹形状上構成体(39)と、上方に開口した断面略凹形状下構成体(40)とにより構成されている。加熱装置は、前後に並べられて上構成体(39)の一部、すなわち炉体(9) の上壁の一部を構成する複数の厚板状上ヒータユニット(34)と、前後に並べられて下構成体(40)の一部、すなわち炉体(9) の下壁の一部を構成する複数の厚板状下ヒータユニット(35)とを備えている。
【００３３】
図５に示したように、上構成体(39)および下構成体(40)の左右側面には断面Ｌ字状部材(45)の垂直部分が、上構成体(39)においては水平部分が下に位置するように、下構成体(40)においては水平部分が上に位置するようにそれぞれ固定されている。そして、上下構成体(39)(40)の開口を他方の構成体(39)(40)が塞ぐようになされた状態において、上下の断面Ｌ字状部材(45)の水平部分が互いに着脱自在に固着され、上下構成体(39)(40)により囲まれた空間が基板(W) の加熱空間となされている。なお、上下Ｌ字状部材(45)の接触面はガスケットなどの適当なシール手段(50)によりシールされている。また、シール部分における上下構成体(39)(40)間の間隙は、ガスケットのつぶし代であり、図５においては、誇張して示されているが、実際の上下構成体(39)(40)間の間隙はわずかである。
【００３４】
上構成体(39)は、上述したように、前後方向に並べられた複数の厚板状上ユニット(34)を備えている。そして、上ユニット(34)の左右両端に、上構成体(39)の全長にわたって下方に向かって伸びる断面略円弧状断熱材(43)がそれぞれ固定されている。そして、前のユニット(34)の前端および後のユニット(34)の後端に、ユニット(34)と同断面形状をなす断熱材(42)が固定されている。このように、断熱材(43)(42)および上ユニット(34)により形成された凹形状体の外面全てが金属板（カバー）(41)により覆われ、上構成体(39)が形成されている。
【００３５】
下構成体(40)は、上述したように、前後方向に並べられた厚板状下ユニット(35)を備えている。そして、下ユニット(35)の左右両端に、縦長の方形状部とこれの下方の円弧状部とからなる断熱材(49)が下構成体(40)の全長にわたってそれぞれ上方突出状に固定され、前のユニット(35)の前端および後のユニット(35)の後端に、ユニット(35)と同断面形状をなす断熱材(44)が固定されている。このように、断熱材(49)(44)および下ユニット(35)により形成された断面凹形状体の外面全てが金属板（カバー）(53)により覆われ、下構成体(40)が形成されている。このように炉内面が金属板(41)(53)によりカバーされかつシール手段(50)により両構成体(10)(11)の接合部分が完全にシールされているので良好な雰囲気制御ができる。
【００３６】
次に、上下のユニット(34)(35)の詳細について説明する。なお、上下のユニット(34)(35)は上下の向きは異なるが同様の形状および構成を有するものであり、以下、図６に詳細が示された下のユニット(35)について説明し、上ユニット(34)における下ユニット(35)に相当する部材および部分については同一の符号を付し、説明は省略する。
【００３７】
下ユニット(35)は、例えばセラミック・ファイバを主成分とする直方体状断熱材(46)を備えている。そして断熱材(46)に波形の電熱ヒータ(47)が、断熱材(46)の上寄り部分、すなわち炉内寄り部分に埋設されている。そして、断熱材(46)の上面全てが絶縁体としてのマイカプレート(51)により覆われている。なお、このユニット(35)においては、電熱ヒータ(47)の全部が断熱材(46)に埋設されているが、電熱ヒータ(47)の一部が断熱材(46)から露呈するように断熱材(46)に電熱ヒータ(47)が埋設されていてもよい。すなわち、電熱ヒータ(47)が断熱材(46)と一体に設けられていればよく、ユニット(35)における電熱ヒータ(47)と断熱材(41)との構成は上記のものに限られない。例えば、特開平１０−１２３６１号公報に記載されているように断熱材の炉内側面に設けられた溝に、溝の幅より大きい振幅の波形に加工された電熱ヒータが設けられ、電熱ヒータの幅方向両側の彎曲部が溝の両側壁より断熱材内に入ることによって断熱材に一体的に支持されていてもよい。
【００３８】
そして、上構成体(39)の金属板(41)のマイカプレート(51)に接触している部分における下面に、下構成体(40)の金属板(53)のマイカプレート(51)に当接する部分における上面に、すなわち炉内面に、黒体処理コーティング(48)(52)がそれぞれ施されている。
【００３９】
なお、図示は省略したが各ユニット(34)(35)の電熱ヒータ(47)の接続端子は炉体(9) の外面を覆う金属板(41)(53)を貫通して炉体(9) 外部に突出しかつ適当な電源に接続されている。
【００４０】
上記のように構成されたはんだリフロー装置においてはビーム(3A)(3B)が図中細い矢印で示されたように動くことにより、基板(W) は、図中太い矢印で示されたように前方向へと搬送され、搬送中に基板(W) に電子部品などがはんだ付けされる。
【００４１】
例えば、左右のビーム(3A)(3B)の各支持部材(4A)(4B)は前後にずれた位置にある。（図３参照）この状態において、処理される基板(W) が、右のビーム(3B)の複数の支持部材(4B)にまたがって載せられる。また、左右のビーム(3A)(3B)は同量ずつ前後方向に移動する。
【００４２】
つぎに、右のビーム(3B)は所定のピッチだけ前進する。一方左のビーム(3A)は、右のビーム(3B)の移動量と等しい量だけ後進する。そして右のビーム(3B)が下降し、左のビーム(3A)が上昇することにより、基板(W) が、右のビーム(3B)から、左のビーム(3A)に載せ代えられる。
【００４３】
そして、今度は左のビーム(3A)が前進し、右のビーム(3B)が等しい量だけ後進する。つぎに、右のビーム(3B)が上昇し、左のビーム(3A)が下降することにより、基板(W) が、左のビーム(3A)から右のビーム(3B)に載せ代えられる。
【００４４】
上記の手順が順次繰り返されて搬送装置(1) 上に載置された基板(W) が前進しする。そして、電熱ヒータ(47)によりマイカプレート(51)および金属板(41)(53)を介して黒体処理コーティング(48)(52)が加熱され、黒体処理コーティング(48)(52)から発せられる赤外線により、炉体(9) 内の基板(W) が加熱される。処理が終了した基板(W) は、図示を省略した搬出装置により基板搬送装置(1) から取り出される。このように、基板(W) は、支持部材(4A)(4B)にのみ接触した状態で、搬送され、炉体(9) に、特に電熱ヒータ(22)に直接接触することがなく、急激に加熱されないので、基板(W) の温度上昇が連続的になる。
【００４５】
また、基板(W) の搬送時において左右のビーム(3A)(3B)および左右の支持部材(4A)(4B)同士が接触することがなく、粉塵などが生じない。さらに、上記搬送装置(1) においては、基板(W) の長さにより搬送ピッチを変化させることにより、基板(W) の長さに対する最適な搬送速度および最適な昇温カーブを得ることができる。
【００４６】
なお、前後および上下駆動モータ(12)(21)としてはサーボモータを用いるとよい。
【００４７】
上記実施形態の炉(2) においては、炉体(9) の上下壁が、ヒータユニット(34)(35)により形成されるので、ヒータユニット(34)(35)を並べるだけで炉壁の一部を構成することができ、構成が簡単になる。
【００４８】
また、炉体(9) の上下壁が断熱材により構成され、これを覆うカバーの伝熱断面積は例えばマッフルに比べて極めて小さいので、炉体(9) 内に余熱部および本加熱部を設けても、隣り合う部間における熱伝達が小さく、炉体(9) 内においてリフロー装置に用いられる炉特有の急峻な温度勾配を得ることができる。
【００４９】
この炉(2) においては炉体を上下に分割可能な構造としているので組立およびメンテナンスを容易に行うことができる。
【００５０】
なお、炉(2) の各部構成は適宜変更可能であり、例えば、炉体(9) 内面全てに黒体処理コーティングが施されていてもよい。また、上下いずれか一方にのみヒータユニットが設けられていることもある。さらに、少なくとも炉内面のみをカバーにより覆う必要がある。
【００５１】
上記実施形態の炉(2) においては、カバーとして金属板が用いられているが、例えば、耐熱ガラスをカバーとして用いてもよい。この場合は、カバーに黒体処理コーティングを施さなくとも良好な熱輻射特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態のはんだリフロー装置における基板搬送装置の前部の概略斜視図である。
【図２】同搬送装置の垂直断面図である。
【図３】同搬送装置の平面図である。
【図４】同搬送装置の側面図である。
【図５】同搬送装置における炉の横断面図である。
【図６】炉を構成するヒータユニットの概略斜視図である。
【符号の説明】
(1)             搬送装置
(2)             炉
(3A)(3B)        ビーム
(4A)(4B)        基板支持部材
(W)             基板
【図１】
0003855115.tif 000002
【図２】
0003855115.tif 000003
【図３】
0003855115.tif 000004
【図４】
0003855115.tif 000005
【図５】
0003855115.tif 000006
【図６】
0003855115.tif 000007