(57)【要約】【課題】従来のフラックス・フューム除去装置が設置されたリフロー炉は、リフロー炉内のフラックス・フュームを完全に吸引することが困難であり、また浄化後の気体をリフロー炉内に環流させるときに、炉内の気体を乱すことにより外気を炉内に流入させて酸素濃度を安定にすることができなかった。【解決手段】本発明のリフロー炉は、搬送コンベアを走行させるレールに沿って、加熱ゾーン全域に吸引パイプを設置し、該吸引パイプの内側に吸引口を形成してある。また炉外で浄化した気体を出入口で流出させるようにしたため、出入口でエアーカーテンとなって、外気が侵入しなくなる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
リフロー炉内で発生したフラックス・フュームを不活性ガスとともにリフロー炉の外部にパイプで導出し、リフロー炉の外部に設置された除去装置でフラックス・フュームを除去してから不活性ガスを再度リフロー炉内に戻すリフロー炉において、フラックス・フュームの吸い込みパイプが搬送装置のレールに沿って少なくとも加熱ゾーン全域に設置されており、該吸い込みパイプには内側に複数の吸い込み口が形成されていて、しかも吸い込みパイプは導出パイプでリフロー炉の外部にあるフラックス・フューム除去装置の流入口に接続されており、またリフロー炉の出入口の上下部には吹き出しノズルが設置されているとともに、該吹き出しノズルは前述除去装置の流出口に接続されていることを特徴とするリフロー炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、プリント基板と表面実装部品をソルダペーストではんだ付けするリフロー炉に関する。
【背景技術】
【０００２】  リフロー炉でのはんだ付けに用いるソルダペーストは、粉末はんだとペースト状フラックスからなる粘調性のあるはんだ付け材料である。このソルダペーストを用いてプリント基板と表面実装部品（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｍｏｕｎｔｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＭＤ）のはんだ付けを行う場合、プリント基板のはんだ付け部と同一箇所に穴が穿設されたメタルマスクを、穴とはんだ付け部が一致するようにしてプリント基板の上に載置した後、メタルマスクの上にソルダペーストを置き、該ソルダペーストをスキージーで掻いて、ソルダペーストをメタルマスクの穴の中に充填する。そしてメタルマスクをプリント基板から上方に移動させると、ソルダペーストがプリント基板のはんだ付け部に印刷塗布される。その後、プリント基板の塗布部に所定のＳＭＤを搭載してから、該プリント基板をリフロー炉の搬送装置でリフロー炉内に搬送して、はんだ付けを行う。【０００３】  プリント基板のはんだ付けを行うリフロー炉は、入口から出口方向に向かって順次、予備加熱ゾーン、本加熱ゾーン、冷却ゾーンとなっており、これらのゾーンに沿って搬送装置が走行している。プリント基板は、搬送装置で搬送されながら、予備加熱ゾーン、本加熱ゾーン、冷却ゾーンを通過してはんだ付けがなされる。【０００４】  リフロー炉の予備加熱ゾーンは、プリント基板を１００〜１５０℃に加熱することによりソルダペースト中に含まれている溶剤を蒸発させるとともに、次工程の本加熱ゾーンでの高温加熱で溶剤が突沸するのを防いだり、プリント基板やＳＭＤを高温加熱でのヒートショックに対して緩和させたり、さらにはフラックスの活性作用を活発にさせて、はんだ付け部やＳＭＤの電極に付着していた酸化物や汚れを除去して清浄にしたりする。【０００５】  本加熱ゾーンは、温度がソルダペースト中の粉末はんだの溶融温度以上となっており、プリント基板に塗布されたソルダペーストの粉末はんだを溶融させて、プリント基板のはんだ付け部とＳＭＤの電極間にはんだを行きわたらせる。【０００６】  冷却ゾーンは、本加熱ゾーンで高温に加熱されたプリント基板に冷風を吹き付けて溶融したはんだを固化させて振動や衝撃ではんだ付け部が崩れないようにし、またプリント基板やＳＭＤを急速に冷やして残った熱からの影響をなくすようにする。【０００７】  ところでソルダペーストのフラックスには、活性剤が不可欠な成分である。活性剤は、はんだ付け時にプリント基板のはんだ付け部やＳＭＤの電極が高温加熱されて酸化されても、該酸化物を還元除去して清浄化する作用を有しており、活性剤の添加量が多いほど、はんだ付け性が良好となって不良が少なくなる。しかしながら活性剤の添加量が多いソルダペーストではんだ付けを行うと、はんだ付け後、はんだ付け部に付着したフラックス残渣が吸湿して電解質となり、はんだ付け部を腐食させたり絶縁抵抗を下げたりする。そのため信頼性が要求される通信機器やコンピューター等に使用するプリント基板は、ソルダペーストを用いてのはんだ付け後にフラックス残渣を洗浄除去することが行われていた。このフラックス残渣の洗浄にはトリクレンやフロン等の洗浄液が使われていたが、これらの洗浄液は地球を取り巻くオゾン層を破壊する原因と��ったり、地球温暖化の原因となったりすることから使用が規制されている。そのため現在では、はんだ付け後に洗浄の必要のないソルダペースト、即ち無洗浄ソルダペーストが使用されるようになってきた。この無洗浄ソルダペーストとは、活性剤の添加量が少なく、はんだ付け後のフラックス残渣も非常に少ないため洗浄しなくても腐食や絶縁抵抗の低下等という問題が発生しないものである。【０００８】  無洗浄ソルダペーストは、活性剤の添加量が少ないため、酸素の存在する大気リフロー炉ではんだ付けを行うと、加熱時に酸化したはんだ付け部の酸化物を完全に還元除去できず、はんだ付け不良を発生させるばかりでなく、酸化した粉末はんだを充分に還元させることができず微小はんだボールを発生させてしまう。しかしながら無洗浄ソルダペーストでも酸素の存在しない不活性雰囲気のリフロー炉ではんだ付けを行うと、加熱時にはんだ付け部が酸化されないため、はんだ付け不良や微小はんだボール発生のないはんだ付けが可能となる。従って最近、電子機器業界では不活性雰囲気リフロー炉を多く使用するようになってきた。【０００９】  不活性雰囲気リフロー炉は、炉内の酸素濃度をできるだけ低くした方がはんだ付け不良に対して有効である。そこで不活性雰囲気リフロー炉では、外部から空気が侵入しないように出入り口にラビリンスのような工夫を凝らしたり、炉内の熱風の乱を抑えて外部から空気が侵入しないようにしたりしている。【００１０】  一般に、不活性雰囲気リフロー炉は、外部に設置されたガスボンベや不活性ガス発生装置等から炉内に不活性ガスを流入させるが、常に新しい不活性ガスを流入させていたのでは不活性ガスの消費量が多くなってランニングコストが高くなる。そこで炉内の不活性ガスを浄化して再使用することがなされている。不活性ガスの浄化とは、はんだ付け時にソルダペーストから発生する溶剤の蒸気やフラックス・フュームを除去することである。【００１１】  つまりソルダペーストをリフロー炉で加熱すると、予備加熱ゾーンではソルダペースト中の溶剤が蒸発し、本加熱ゾーンではフラックスが高温加熱されるためフラックスが分解してフラックス・フュームとなる。このように蒸発した溶剤やフラックス・フューム（以下代表してフラックス・フュームという）がリフロー炉内の構成部分に付着すると、そこで結露し、さらにそれが固化する。そして長い間に固化したフラックス・フュームが堆積すると、それがはんだ付け時にプリント基板の上に落下して高価なプリント基板やＳＭＤを汚したり、搬送装置の円滑な走行を妨げたりする。そのため従来から、フラックス・フューム除去装置を設置したリフロー炉が多数提案されていた。（参照：特許文献１〜８）
【特許文献１】特開平１−３０５５９４号公報
【特許文献２】特開平４−１３４７４号公報
【特許文献３】特開平４−４６６６７号公報
【特許文献４】特開平４−２５１６６１号公報
【特許文献５】特開平５−５０２１８号公報
【特許文献６】特開平９−３０７２２４号公報
【特許文献７】特開平１０−３３５８０７号公報
【特許文献８】実開平５−９３０７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】  ところで従来のフラックス・フューム除去装置が設置されたリフロー炉では、フラックス・フュームを除去装置に送るときにフラックス・フュームの吸い込みが充分でなく、また除去装置で浄化された不活性ガスを炉内に環流するときに炉内に外気を侵入させてしまうことがあった。本発明は、炉内で発生したフラックス・フュームの吸い込みが効率よく行われるばかりでなく、除去装置で浄化後の不活性ガスを環流させるときに外気を炉内に侵入させることがない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】
【００１３】  本発明者は、煙を排出するときには、煙の発生源近くに吸い込み口を設けておけば効率よく煙を排出でき、また気体の流動を防ぐには出入り口にエアーカーテンを設置すればよいことに着目して本発明を完成させた。【００１４】本発明は、リフロー炉内で発生したフラックス・フュームを不活性ガスとともにリフロー炉の外部にパイプで導出し、リフロー炉の外部に設置された除去装置でフラックス・フュームを除去してから不活性ガスを再度リフロー炉内に戻すリフロー炉において、フラックス・フュームの吸い込みパイプが搬送装置のレールに沿って少なくとも加熱ゾーン全域に設置されており、該吸い込みパイプには内側に複数の吸い込み口が形成されていて、しかも吸い込みパイプは導出パイプでリフロー炉の外部にあるフラックス・フューム除去装置の流入口に接続されており、またリフロー炉の出入口の上下部には吹き出しノズルが設置されているとともに、該吹き出しノズルは前述除去装置の流出口に接続されていることを特徴とするリフロー炉である。
【発明の効果】
【００１５】  本発明のリフロー炉は、炉内で発生したフラックス・フュームを効率よく炉外へ導出して浄化することができるため、フラックス・フュームが炉壁や搬送装置に付着することがなく、フラックス・フュームの固着したものが落下するという問題が起こらない。また本発明のリフロー炉は、浄化した不活性ガスを出入り口で炉内に流入させるようにしたため、該不活性ガスが出入り口でエアーカーテンとなり、炉外からの空気の侵入を防止して炉内の酸素濃度の上昇を阻止する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】  プリント基板を炉内で加熱したときにプリント基板に塗布したソルダペーストからフラックス・フュームが発生するため、フラックス・フュームの吸い込み口は、なるべくプリント基板に近い方がよい。そこで本発明では、フラックス・フュームの吸い込み口を搬送装置の近傍、好適には搬送装置のレール上である。吸い込み口としては、長い角パイプの適宜箇所に開口が設けられており、該パイプをレール上に設置する。【００１７】  フラックス・フュームを吸い込む吸い込みパイプは、少なくとも加熱ゾーン全域、即ち予備加熱ゾーンと本加熱ゾーンまでは必要である。つまり予備加熱ゾーンではソルダペースト中の溶剤が蒸発し、本加熱ゾーンではフラックスが気化するため、これらの蒸気やフュームを集中して吸い込まなければならないからである。しかしながら吸い込みパイプを冷却ゾーンまで延長すると、さらに炉内のフラックス・フューム吸引に効果がある。なぜならば本加熱ゾーンで発生したフラックス・フュームが冷却ゾーンまで持ち越されることがあるため、このフラックス・フュームを吸い込めば、ほぼ完全に炉内のフラックス・フュームを吸い込むことができるよおうになる。
【実施例】
【００１８】  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は本発明のリフロー炉の正面断面図、図２は搬送装置の平面断面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図、図４は要部拡大斜視図である。【００１９】  リフロー炉１は、長手方向にトンネル２が形成されており、該トンネル内には入口３側から出口４側に向かって順次予備加熱ゾーン５、本加熱ゾーン６、冷却ゾーン７となっている。予備加熱ゾーン５と本加熱ゾーン６の上下部には熱風吹き出し型ヒーター８…が設置されており、冷却ゾーン５の上下部には冷却機９、９が設置されている。【００２０】  トンネル２内には入口３から出口４に向かって一対の搬送コンベア１０、１０が走行している。搬送コンベア１０は、レール１１の上を走行するようになっている。一対の搬送コンベア１０、１０には相対向する方向に多数のピン１２…が突設されており、該ピン上にプリント基板Ｐを載置してトンネル２内を走行するものである。【００２１】  熱風吹き出し型ヒーター８内には不活性ガス供給口１３が取り付けられており、該不活性ガス供給口は、リフロー炉外の図示しない不活性ガス供給源、例えば窒素ガスボンベや窒素ガスタンク等に接続されている。【００２２】  角状の吸い込みパイプ１４が搬送コンベアのレール１１に沿って取り付けられている。該吸い込みパイプには、内側、即ち搬送するプリント基板側に複数の吸引口１５…が形成されている。吸い込みパイプ１４の長さは、少なくとも実際にプリント基板を加熱する部分である予備加熱ゾーン５と本加熱ゾーン６までは必要であるが、さらに冷却ゾーン７まで延長してもよい。吸い込みパイプ１４の両端には、導出パイプ１６、１６が接続されており、該導出パイプはフラックス・フュームを除去する除去装置１７に接続されている。【００２３】  フラックス・フュームの除去装置１７とは、フィルター部１８と凝集部１９から構成されており、フィルター部１８と凝集部１９とは除去パイプ２０で接続されている。フィルター部１８とは内部にフィルターが置かれていて、吸引パイプ１４から吸引された大部分のフラックス・フュームをフィルターで吸着除去するものである。そして凝集部１９とは、ブロワーが設置され、内部に水冷フィンが置かれている。ブロワーが吸引パイプ１４、導出パイプ１６、フィルター部１８除去パイプ２０を通して気体を吸引し、フィルター部１８で吸着除去できなかったフラックス・フュームを水冷フィンに接触させることにより、ここで凝集付着させて回収するものである。【００２４】  凝集部１９の流出口には流出パイプ２１、２１が接続されており、該流出パイプはトンネルの出入口の上下部に設置された吹き出しノズル２２…に接続されている。【００２５】  ここで上記構造を有するリフロー炉での稼働状態について説明する。プリント基板Ｐを入口３から搬送コンベア１０に載置し、トンネル２内に搬入する。プリント基板Ｐは、予備加熱ゾーン５の熱風吹き出し型ヒーター８で加熱され、ここではソルダペースト中の溶剤を蒸発させるとともに、プリント基板や電子部品をヒートショックから守るための予備加熱がなされる。ここで蒸発した溶剤は、図２、３の矢印に示すように搬送コンベア１０の近傍で開口している吸引口１５��吸い込まれる。【００２６】  予備加熱ゾーン５で予備加熱されたプリント基板Ｐは、次に本加熱ゾーン６に搬送され、ここで高温に加熱されてソルダペースト中の粉末はんだが溶融し、はんだ付け部に濡れ広がる。このときソルダペースト中の松脂、活性剤、チキソ剤等がフラックス・フュームとなり、該フラックス・フュームも搬送コンベア１０の近傍で開口している吸引口１５に吸い込まれる。【００２７】  吸引口１５に吸い込まれた気化状態の溶剤やフラックス・フュームは、吸引パイプ１４から導出パイプ１６を通って除去装置のフィルター部１８に入る。フラックス・フュームは気体とはいえ、細かい粒子の集まりであるため、フィルター部に入ったフラックス・フュームは、フィルターに付着して、ほとんどが除去される。そして完全に粒子が除去できなかったフラックス・フュームは除去パイプ２０で凝集部１９に移され、ここで水冷フィンに接触して凝集して完全に除去される。フラックス・フュームが大量に付着したフィルターは、フィルター部から取り出して、廃棄や焼却処分をし、凝集部では水冷フィンに付着したフラックス・フュームは下部の容器に回収して産廃として処分する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】［図１］本発明のリフロー炉の正面断面図である。
［図２］搬送装置の平面断面図である。
［図３］図２のＡ−Ａ線断面図である。
［図４］要部拡大斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】  １  リフロー炉
２  トンネル
３  入口
４  出口
５  予備加熱ゾーン
６  本加熱ゾーン
７  冷却ゾーン
８  熱風吹き出し型ヒーター
９  冷却機
１０  搬送コンベア
１１  レール
１４  吸い込みパイプ
１５  吸い込み口
１７  除去装置
１８  フィルター部
１９  凝集部
【産業上の利用可能性】
【００３０】  本発明のリフロー炉は、不活性雰囲気リフロー炉に適しているが、不活性ガスを用いない大気リフロー炉にも利用できることはいうまでもない。大気リフロー炉でもフラックス・フュームが発生するが、炉内の熱風を外部の除去装置で浄化後、リフロー炉に環流することにより、暖まった空気を再利用できるため、省資源となる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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