JP2006303318A - リフロー炉 - Google Patents

Abstract

【課題】 リフロー炉内の空気および触媒体を常に高温にして空気を触媒体に接触させ、触媒効率を大幅に向上させること。
【解決手段】 基板２２の搬送路３０と、搬送路３０を囲で配設されたフード４０と、フード４０内に配設されたヒータ５０と、送風ファン６０とを有し、フード４０内に設けられ、送風ファン６０からの熱風を、基板搬送方向と直交する方向の両側に向けて分配すると共に、両側部から搬送路方向に向けて、さらには搬送路３０と平行に、両側部から互いに対向する逆向き方向に案内した後、搬送路上の基板２２に向けて噴出する熱風分配路８０と、熱風分配路中のファン６０下流側にヒータ５０とヒータ５０直近に触媒体７０が設けられていて、搬送路３０と対向して設けられ、搬送路側の空気を送風ファン６０により吸引してヒータ５０に導くための吸引循環路９０とを具備するリフロー炉である。
【選択図】 図１

Description

本発明はリフロー炉に関し、より詳細には、リフロー時に生じるはんだのフラックスガスを効率的に分解することが可能なリフロー炉に関する。

基板上に熱風を吹き付け、はんだをリフローさせて電子部品を基板にはんだ付けする装置として、リフロー炉が広く用いられている。リフロー炉の一例として、例えば、特許文献１記載のものがある。特許文献１記載のリフロー炉は、基板に向けてヒータが設けられていて、ヒータの輻射熱によりリフローさせる熱を得ていた。このように、輻射熱をリフローのための熱源としているため、炉内空気に熱勾配が生じ、リフローにばらつきが生じてしまうことがあった。

また、はんだには、ぬれ性を向上させるためにフラックスが含まれていて、はんだを加熱することによりフラックスガスが生じる。フラックスガスは、リフロー炉内の低温度部分において冷却されると、液化してリフロー炉内や基板、電子部品に付着してしまう。基板や電子部品にフラックスが付着すると、外観および実動作に悪影響を及ぼす。このようなフラックスガスを分解するために、触媒が設けられているものの、ヒータと触媒が離れて配設されているため、触媒の活性をフルに発揮させることができなかった。

そこで、フラックスガスが基板や電子部品に付着することを防止するため、フラックスガスを分解処理する触媒体を配設したリフロー炉も提供されている。触媒体は、高温度においてフラックスガス分解能力が活性化するため、リフロー炉の加熱手段に可及的に接近させて配設されることが好ましい。
このように効率的にフラックスガスを分解処理することが可能な触媒体として、例えば、特許文献２に記載されているリフロー用加熱装置が提案されている。

特許文献２記載の発明は、リフロー炉内の雰囲気を加熱するリフロー用加熱装置であって、ヒータの周囲に通気性を有する触媒筒体が一体的に嵌着されたものである。
特開平１−３０５５９４号公報 特開平６−１２６４３９号公報

特許文献２記載の発明においては、ヒータと触媒が一体に形成されているので、触媒は常に高温となるため、効率的にフラックスガスを分解処理することができるため有用である。
しかしながら、特許文献２における図２からも明らかであるように、触媒体とフラックスガスのファーストコンタクトは、フラックスガスが加熱される前になされてしまう。このため、フラックスガスの分解能力を向上させるため、触媒体を大型にすると、触媒体の表面部分が十分に高温にならず、触媒体の上流側表面にフラックスガスが液化して皮膜を形成してしまうおそれがある。また、ファンの下流側に触媒があるため、ファンからの送風が妨げられてしまい、基板および電子部品に供給する熱風量が少なくなってしまうといった課題がある。

本発明は、フラックスガスを含むリフロー炉内の空気（雰囲気）を常に高温にした後に触媒体に接触させることにより、触媒体にフラックスガスによる皮膜の形成を大幅に抑制し、基板および電子部品に供給する熱風量の減少を抑えることが可能なリフロー炉の提供を目的としている。

本発明は、基板を水平方向に搬送する搬送路と、該搬送路を囲むようにして設けられたフードと、該フード内に配設されたヒータと、送風ファンとを具備し、電子部品が載置された基板を搬送し、熱風を噴きつけてはんだを溶融して電子部品を基板にはんだ付けするリフロー炉において、前記フード内に設けられ、前記送風ファンにより送られる熱風を、基板搬送方向と直交する方向の両側に向けて分配すると共に、該両側部から前記搬送路方向に向けて、さらには搬送路と平行に、両側部から互いに対向する逆向き方向に案内した後、前記搬送路上を搬送されてくる基板に向けて噴出する熱風分配路と、該熱風分配路中であって、前記ファンの下流側に設けられた前記ヒータと、前記熱風分配路中であって、前記ヒータに接近して、ヒータの下流側に配設され、リフロー中にガス化したはんだフラックスを分解する触媒体と、前記搬送路と対向して設けられ、搬送路側の空気を前記送風ファンにより吸引して前記ヒータに導くための吸引循環路と、を具備することを特徴とするリフロー炉である。

また、前記触媒体は、前記ヒータの下流側において、前記ヒータに接触して設けられていることを特徴とする。
これにより、さらに触媒体を活性化することができるので、フラックスガスの分解効率をさらに向上させることができる。

また、前記熱風分配路は、熱風を前記搬送路と平行に、両側部から互いに対向する逆向き方向に案内する通路を基板搬送方向に所要間隔をおいて複数有することを特徴とする。
これにより、フード内に熱風を均等に噴き付けることが可能になり、基板と電子部品とを確実にはんだ接続することが可能になる。

また、前記各通路には、熱風を基板に向けて噴出するための多数の噴出口が設けられていることを特徴とする。
これにより、フード内への熱風の供給量を均一にすることができるため、基板上に噴き付ける熱風に偏りを生じさせず、均等にはんだをリフローさせることができる。

また、前記吸引循環路は、前記複数の通路の間に、搬送路側の空気を吸引する吸引口を有することを特徴とする。
これにより、これにより、フード内に供給される熱風の体積と、フード内から吸引される空気の体積のバランスをとることができる。

本発明にかかるリフロー炉によれば、熱風分配路と吸引循環路の圧力差により熱風を供給する形態としているため、ファンの下流側に触媒を配設することができる。また、フード内の雰囲気は、ヒータにより高温に加熱された後に、同じヒータにより高温に加熱された触媒体に接触させることができるので、フード内の雰囲気に含まれるフラックスガスを常に効率的に分解処理することができる。
このように、フラックスガスが触媒体により確実に分解処理されているので、触媒体が目詰まりすることなく、基板および電子部品に吹きつける熱風量の減少が大幅に抑制され、確実なリフロー処理が可能になる。
また、フード内の雰囲気を加熱するヒータと、触媒体を加熱するヒータを共通にしているため、リフロー炉の製造コストおよびランニングコストを削減することができる。ヒータの輻射熱を用いていないため、炉内に温度勾配が生じるおそれはない。

以下、本実施の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は、本実施の形態におけるリフロー炉の概略構成を示す説明図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線における矢視図である。図３は、図１中のＢ−Ｂ線における断面図である。

本実施の形態におけるリフロー炉１０は、電子部品２０が載置された基板２２を水平方向に搬送する搬送路３０と、搬送路３０を囲むようにして設けられたフード４０により外壁面が構成されている。フード４０の内部には、送風ファン６０により送られる熱風を、基板搬送方向と直交する方向の両側に向けて分配すると共に、両側部から搬送路３０の方向に向けて下方側に案内し、さらには搬送路３０と平行に、リフロー炉１０の両側から中央部分に向かって互いに対向する逆向き方向に案内した後、搬送路３０の上に搬送されてくる基板２２に向けて噴出する熱風分配路８０と、熱風分配路８０の中であって、送風ファン６０の下流側に設けられたヒータ５０と、ヒータ５０の下流側に、ヒータ５０に接近して配設された触媒体７０と、搬送路３０と対向して設けられ、搬送路側の空気を送風ファン６０により吸引してヒータ５０に導くための吸引循環路９０と、を有している。触媒体７０は、リフロー中にガス化したはんだフラックスを分解するためのものである。

搬送路３０は、耐熱性部材により形成されたベルトコンベア等に例えられる無端の循環式搬送路が好適に用いられる。搬送路３０の基板搬送部は、フード４０内の下部を一端側から他端側に向けて通過するようになっている。図１においては、搬送路３０の基板搬送部の部分を図示しており、紙面と直交する方向に循環している。

フード４０は、リフロー炉１０の外壁材を兼ねていて、断熱材により構成されている。フード４０は、搬送路３０の進行方向に沿って、搬送路３０の周りを取り囲むようにして配設されている。フード４０には、搬送路３０が進入進出可能な進入出口（図示せず）が設けられている。進入出口の開口面積は、電子部品２０と基板２２が干渉しない程度の大きさに形成されているのはいうまでもない。

フード内空間４２には、フード内空間４２を搬送路側空間４２Ａと送風ファン側空間４２Ｂに二分する区分プレート４４が配設されている。区分プレート４４には、図３に示すように、一直線状に多数並んだ貫通穴からなる噴出口４６が搬送路３０の進行方向Ｘに所要間隔を置いて複数列設けられている。

噴出口４６による列の間部分には、搬送路側空間４２Ａとボックス９２内を連通する多数の吸引筒（吸引口）９４が設けられている（図２、図３）。炉内空間の空気を吸引するボックス９２は、吸引筒９４の上面に固定されている。吸引筒９４は、フード４０と区分プレート４４およびボックス９２の下面に囲まれた空間４９を、熱風噴出用の通路４５と、吸引循環路９０に区分している。通路４５および吸引循環路９０は、装置路３０と平行に、かつ搬送路３０の進行方向Ｘと直交する方向に伸び、該方向に所要間隔をおいて複数列形成されていることになる。そして、各通路４５の下面に噴出口４６が開口していることになる。後述するが、熱風は、各通路４５の両端側から対向して通路４５内に送りこまれ、通路４５内で混合されて噴出口４６から下方に向けて噴出される。

吸引循環路９０の一部を構成する吸引筒９４は、区分プレート４４に形成された貫通孔９５により搬送路側空間４２Ａと連通している。また、吸引筒９２の上部に、吸引筒９２と連通して固定されたボックス９２の上面中央には、円形の吸引孔９６が設けられている。また、この吸引孔９６を覆うようにして、送風ファン６０が設けられている。

この送風ファン６０はフード４０の内底面の中央部に設けられていて、モータＭによって回転される。送風ファン６０により、吸引筒９４、ボックス９２、吸引孔９６を通じて搬送路側空間４２Ａ内の空気が吸引されるようになっている。吸引筒９４、ボックス９２、吸引孔９６により前記吸引循環路９０を構成する。

また、上記ボックス９２の外壁面とフード４４の内壁面との間、前記通路４５および噴出口４６とによって熱風分配路８０を構成する。送風ファン６０によって吸引された空気はこの熱風分配路８０によって、搬送路３０方向と直交する方向の両側に向けて（図１の矢印方向）離反するように誘導され、さらに該両側部から搬送路３０方向に向けて下方に、さらには搬送路３０と平行に延びる通路４５内に、通路４５の両側から互いに接近するように逆方向に進入した後、噴出口４６から搬送路３０上を搬送されてくる基板２２に向けて噴出されるようになっているのである。

次に、送風ファン６０によって両側に送風される、該両側における熱風分配路８０内に、送風ファン６０に近接して、熱風分配路８０を横切るようにして、棒状のヒータ５０が配設されている。
また、このヒータ５０の下流側に、ヒータ５０に接近して、もしくはヒータ５０に接触して触媒体７０が配設されている。触媒体７０は、熱風が通過可能なようにネット状に形成された支持体に、ガス化したはんだフラックスを分解可能な触媒（例えば、白金・パラジウム・ニッケルクロムの発泡金属等の一般的な触媒でよい）が担持されて成る。この触媒体７０は、熱風がほぼ全量接触可能なように、熱風分配路８０の断面のほぼ全域にわたるように配設するのが好ましい。

上記では、リフロー炉１０の１基のみ示したが、実際には、基板搬送方向に複数基併設してリフロー炉１０に構成する。この場合、搬送路３０は共通に使用することはいうまでもない。また、フード４０も１つのフードを長手方向に複数に仕切って単位リフロー炉用のフードとして用いるとよい。
搬送路３０の構成は特に限定されるものではないが、鉛直面内で回転する無端状チエーン３０Ａを２基平行に設け、各チエーン片に内方に向けて突出する支持ピンＰを設け、この支持ピンＰ間に基板２２を橋渡し状に載置して搬送するようにすることができる。

また、リフロー炉１０を、図４に示すように、搬送炉３０を挟んで上下に一対ずつ設けるようにすることもできる。この場合、上下のリフロー炉１０は、同じ構造のものを上下反転させた状態で配置するようにするとよい。

上記のように構成されているから、基板２２を搬送路３０上に順次並べてリフロー炉１０内に順次搬入、搬送することによって、電子部品２０のはんだ付けを連続的に行うことができる。単位リフロー炉１０内においては、均一な温度条件を設定することができるが、それぞれ温度設定を変更させた単位リフロー炉１０を基板搬送方向に複数基併設することによって、搬送方向に適宜温度勾配をもたせることができる。これにより、きめ細かなリフロー条件（リフロー温度、および時間）を設定することが可能となる。

そして本実施の形態では、上記のように、熱風分配路８０が、熱風を、送風ファン５４により基板搬送方向と直交する方向の両側に向けて分配すると共に、通路４５内を両外側から内側に向けて集合させるように案内しているので、通路４５の内部で熱風が両側から混合されるようになり、等温度の熱風を基板に向けて均一に噴出することが可能となって、基板全体でリフロー条件を均一にでき、良好なはんだ付けを行うことが可能となる。これに比し、基板の中央側に熱風を供給するようにすると、基板の中央から外側へ向けての熱風の流れが生じ、混合が不十分となり、中央側で温度が高く、外側で温度が低くなる傾向が生じやすく、均一なはんだ付けが行えない不具合が生じる。

ガス化したはんだフラックスを含む搬送路内空間４２Ａ内の空気は、吸引筒９４、ボックス９２、吸引孔９６の吸引循環路９０を通じて送風ファン６０によって吸引され、ヒータ５０に吹き付けられる。そして、本実施の形態では、ヒータ５０の下流側に、ヒータ５０に接近、もしくは接触させて触媒体７０を配設したので、触媒を十分に活性化でき、ガス化したフラックス成分を良好に分解することができる。

本実施の形態におけるリフロー炉の概略構成を示す説明図である。 図１中のＡ−Ａ線における矢視図である。 図１中のＢ−Ｂ線における断面図である。 他の実施形態におけるリフロー炉の概略構成の一例を示す説明図である。

符号の説明

１０ リフロー炉
２０ 電子部品
２２ 基板
３０ 搬送路
４０ フード
４４ 区分プレート
４５ 通路
４６ 噴出口
５０ ヒータ
６０ 送風ファン
７０ 触媒体
８０ 熱風分配路
９０ 吸引循環路
９２ 吸引ボックス
９４ 吸引筒
９５ 貫通孔
９６ 吸引孔

Claims (5)

1. 基板を水平方向に搬送する搬送路と、該搬送路を囲むようにして設けられたフードと、該フード内に配設されたヒータと、送風ファンとを具備し、電子部品が載置された基板を搬送し、熱風を噴きつけてはんだを溶融して電子部品を基板にはんだ付けするリフロー炉において、
   前記フード内に設けられ、前記送風ファンにより送られる熱風を、基板搬送方向と直交する方向の両側に向けて分配すると共に、該両側部から前記搬送路方向に向けて、さらには搬送路と平行に、両側部から互いに対向する逆向き方向に案内した後、前記搬送路上を搬送されてくる基板に向けて噴出する熱風分配路と、
   該熱風分配路中であって、前記送風ファンの下流側に設けられた前記ヒータと、
   前記熱風分配路中であって、前記ヒータに接近して、ヒータの下流側に配設され、リフロー中にガス化したはんだフラックスを分解する触媒体と、
   前記搬送路と対向して設けられ、搬送路側の空気を前記送風ファンにより吸引して前記ヒータに導くための吸引循環路と、を具備することを特徴とするリフロー炉。
2. 前記触媒体は、前記ヒータの下流側において、前記ヒータに接触して設けられていることを特徴とする請求項１記載のリフロー炉。
3. 前記熱風分配路は、熱風を前記搬送路と平行に、両側部から互いに対向する逆向き方向に案内する通路を基板搬送方向に所要間隔をおいて複数有することを特徴とする請求項１または２記載のリフロー炉。
4. 前記各通路には、熱風を基板に向けて噴出するための多数の噴出口が設けられていることを特徴とする請求項３記載のリフロー炉。
5. 前記吸引循環路は、前記複数の通路の間に、搬送路側の空気を吸引する吸引口を有することを特徴とする請求項３または４記載のリフロー炉。

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