JP2008177447A

JP2008177447A - Reflow furnace

Info

Publication number: JP2008177447A
Application number: JP2007011017A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Takahashi; 正明高橋
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-01-22
Filing date: 2007-01-22
Publication date: 2008-07-31

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reflow furnace which can be adapted to lead-free reflow and can cool a printed circuit board promptly after reflow. <P>SOLUTION: A preliminary heating zone P and a main heating zone R for heating and subjecting a printed-circuit board 3 to reflow, a cooling zone C for cooling the printed-circuit board 3 after reflow, and a carrier device 4 for conveying the printed-circuit board 3 to each zone are provided. In the cooling zone C, each cooling system 6 is provided with the carrier device 4 between, and an air flow channel is subjected to heat insulation, so that the printed-circuit board 3 after the reflow can be cooled promptly. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、プリント基板に電子部品をはんだ付けする際に用いるリフロー炉に関するものである。 The present invention relates to a reflow furnace used when soldering an electronic component to a printed board.

グローバルに環境問題がクローズアップされ電機業界でも鉛フリー化が推進されて行く中で、リフロー工法で電子部品とプリント基板を接合する為に使用するクリームはんだも従来のＳｎ―Ｐｂから鉛フリーはんだとしてＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕの錫・銀系または、Ｓｎ−３．５Ａｇ−８Ｉｎ−０．５Ｂｉのインジウム系に変更されて来た。しかしながら前記鉛フリーはんだは従来の鉛入りはんだに比べ総じて融点が高く、リフロー温度も高くせざるを得なかった。 As environmental issues have become more global and lead-free is being promoted in the electrical industry, the cream solder used to join electronic components and printed circuit boards using the reflow method has been changed from conventional Sn-Pb to lead-free solder. It has been changed to Sn-3.0Ag-0.5Cu tin-silver system or Sn-3.5Ag-8In-0.5Bi indium system. However, the lead-free solder generally has a higher melting point and higher reflow temperature than conventional lead-containing solder.

・従来の鉛入りはんだ・・・（融点：１８３℃／リフロー温度：２２０℃〜２２５℃）
・前記錫・銀系・・・・・・（融点：２２０℃／リフロー温度：約２４０℃）
・前記インジウム系・・・・（融点：２０６℃／リフロー温度：約２３０℃）
リフロー温度を高くすると、ＬＳＩやＩＣなどの半導体の中には耐熱温度２２５℃〜２３０℃の低耐熱のものが多種あるため、その耐熱温度を超えるとパッケージ亀裂により部品が破壊されることもある。 -Conventional lead-containing solder (melting point: 183 ° C / reflow temperature: 220 ° C to 225 ° C)
・ Tin / Silver system (Melting point: 220 ° C./Reflow temperature: about 240 ° C.)
・ Indium-based (Melting point: 206 ° C./reflow temperature: about 230 ° C.)
When the reflow temperature is increased, there are various types of semiconductors such as LSIs and ICs that have a low heat resistance of 225 ° C. to 230 ° C. If the heat resistance temperature is exceeded, parts may be broken due to package cracks. .

また、ビスマスやインジウムのような低融点金属が凝固時に接合界面に偏り、不均一な層を形成することがあり（以下「偏析」という）、接合部に亀裂が入るなどの不具合が発生することもある。 In addition, low melting point metals such as bismuth and indium may be biased at the bonding interface during solidification to form a non-uniform layer (hereinafter referred to as “segregation”), resulting in problems such as cracks in the joint. There is also.

以上「電子部品の耐熱性の問題」「偏析の問題」の対策としては、如何にしてリフロー済みプリント基板を急冷するかであり、両問題を解決する為にははんだ接合部の温度を各はんだの融点から２０秒以内に１５０℃まで急冷する必要がある。
そこで、従来のリフロー炉においては、リフロー済みプリント基板を冷却する手段として空冷手段、水冷手段等が講じられ、また提案されている。（例えば、特許文献１参照）
図３は、従来のリフロー炉の断面図を示し、左側から平面実装されたプリント基板３が供給され、予備加熱ゾーンＰで予備加熱され、本加熱ゾーンＲでクリームはんだを溶融させ、冷却ゾーンＣで未凝固はんだを冷却し凝固させ右側からプリント基板３が出てくる。
図３において、Ｐが予備加熱ゾーン、Ｒが本加熱ゾーン、Ｃが冷却ゾーン、３がプリント基板、４が搬送装置、６が冷却装置である。
特開２００３−３４０５６９号公報特開平６−２３２５４６号公報特開平７−２４９８５９号公報 As described above, the countermeasure against “the problem of heat resistance of electronic parts” and “the problem of segregation” is how to rapidly cool the reflowed printed circuit board. It is necessary to rapidly cool to 150 ° C. within 20 seconds from the melting point.
Therefore, in the conventional reflow furnace, an air cooling means, a water cooling means, etc. are taken and proposed as means for cooling the reflowed printed circuit board. (For example, see Patent Document 1)
FIG. 3 shows a cross-sectional view of a conventional reflow furnace, in which a printed circuit board 3 mounted in a plane is supplied from the left side, preheated in a preheating zone P, cream solder is melted in the main heating zone R, and a cooling zone C Then, the unsolidified solder is cooled and solidified, and the printed circuit board 3 comes out from the right side.
In FIG. 3, P is a preheating zone, R is a main heating zone, C is a cooling zone, 3 is a printed circuit board, 4 is a transport device, and 6 is a cooling device.
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-340568 Japanese Patent Laid-Open No. 6-232546 JP-A-7-249859

従来のリフロー炉においては、様々な冷却方法を取り入れ対応しているが、前記従来の構成では、リフロー炉１内の本加熱ゾーンＲの２４０℃近い噴射温風に影響され、リフロー炉１内全体が昇温する。リフロー炉１外から室温の空気やスポットクーラーの冷気を取り入れても、冷水を循環させてもリフロー済みプリント基板を冷却するポイントに到達するまでにリフロー炉内の本加熱ゾーンの熱の影響を受け、冷気または冷水が昇温し急冷効果が失われるという問題を有していた。 In the conventional reflow furnace, various cooling methods are adopted and supported. However, in the conventional structure, the entire reflow furnace 1 is affected by the hot air near 240 ° C. in the main heating zone R in the reflow furnace 1. Rises in temperature. Even if air from room temperature or spot cooler is taken in from outside the reflow furnace 1 or if cold water is circulated, it will be affected by the heat of the main heating zone in the reflow furnace before reaching the point to cool the reflowed printed circuit board. However, there was a problem that the cooling effect was lost due to the temperature rise of cold air or cold water.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、リフロー済みプリント基板を急冷し、はんだ付け品質を著しく向上させる事ができるリフロー炉を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and to provide a reflow furnace capable of rapidly cooling a reflowed printed circuit board and remarkably improving soldering quality.

前記従来の課題を解決するために、本発明のリフロー炉は、予備加熱ゾーン、本加熱ゾーン、冷却ゾーンから構成され、各ゾーンに被加熱物を搬送する搬送装置を有し、前記冷却ゾーンの上下部には搬送装置を挟んで冷却装置が設置されており、該冷却装置近傍の空気流路が断熱材により断熱されていることを特徴としたものである。 In order to solve the above-described conventional problems, the reflow furnace of the present invention includes a preheating zone, a main heating zone, and a cooling zone, and includes a transport device that transports an object to be heated to each zone. A cooling device is installed in the upper and lower portions with a conveying device interposed therebetween, and an air flow path in the vicinity of the cooling device is insulated by a heat insulating material.

さらに本発明のリフロー炉は、予備加熱ゾーン、本加熱ゾーン、冷却ゾーンから構成され、各ゾーンに被加熱物を搬送する搬送装置を有し、前記冷却ゾーンの上下部には搬送装置を挟んで冷却装置が設置されており、予備加熱ゾーンと本加熱ゾーンを有する筐体と冷却ゾーンを有する筐体が独立しており、夫々の筺体が断熱材を挟んで連結されていることを特徴としたものである。 Furthermore, the reflow furnace of the present invention is composed of a preheating zone, a main heating zone, and a cooling zone, and has a transport device for transporting an object to be heated to each zone, with a transport device sandwiched between the upper and lower portions of the cooling zone. A cooling device is installed, and a casing having a preheating zone and a main heating zone and a casing having a cooling zone are independent, and each casing is connected with a heat insulating material interposed therebetween. Is.

さらに本発明のリフロー炉は、前記冷却装置が、プロペラファン或いはシロッコファンのような送風機、チラーのような冷却器、スポットクーラーのような冷房機器またはそれらの組み合わせであることを特徴としたものである。 Furthermore, the reflow furnace of the present invention is characterized in that the cooling device is a blower such as a propeller fan or a sirocco fan, a cooler such as a chiller, a cooling device such as a spot cooler, or a combination thereof. is there.

さらに本発明のリフロー炉は、前記断熱材がグラスウールもしくはロックウールであることを特徴としたものである。 Furthermore, the reflow furnace of the present invention is characterized in that the heat insulating material is glass wool or rock wool.

本発明のリフロー炉によれば、鉛フリーリフロー工法の条件の一つである、はんだ接合部の温度を各はんだの融点から２０秒以内に１５０℃まで急冷することができ、はんだ付け品質を著しく向上させる事ができる。 According to the reflow furnace of the present invention, the temperature of the solder joint, which is one of the conditions of the lead-free reflow method, can be rapidly cooled to 150 ° C. within 20 seconds from the melting point of each solder, and the soldering quality is remarkably improved. Can be improved.

以下に、本発明のリフロー炉の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。 Embodiments of the reflow furnace of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

図１は本発明の実施例１におけるリフロー炉の断面図を示す。 FIG. 1 shows a cross-sectional view of a reflow furnace in Example 1 of the present invention.

図１においてＰが予備加熱ゾーン、Ｒが本加熱ゾーン、Ｃが冷却ゾーン、３がプリント基板、４が搬送装置、５が熱風吹出し型ヒーター、６が冷却装置、７が断熱材である。
図１の左側から平面実装されたプリント基板３が供給され、熱風吹出し型ヒーター５を備えた予備加熱ゾーンＰで予備加熱され、同じく熱風吹出し型ヒーター５を備えた本加熱ゾーンＲでクリームはんだを溶融させ、冷却ゾーンＣで未凝固はんだを冷却し凝固させ右側から出てくる。
冷却ゾーンＣにおいて、搬送装置４を挟んで上下に冷却装置６としてプロペラファンと空気流路を有し、前記プロペラファンによってリフロー炉外から前記空気流路を通り室温の空気を導入し、リフロー済みプリント基板に向かって上下から送風し冷却する。この時、空気流路の内壁に着設されたグラスウールから成る断熱材７により本加熱ゾーンＲと断熱され、リフロー炉外から導入された室温の空気が著しく昇温することなくリフロー済みのプリント基板に吹き付けられるので急冷が可能となる。 In FIG. 1, P is a preheating zone, R is a main heating zone, C is a cooling zone, 3 is a printed circuit board, 4 is a conveying device, 5 is a hot air blowing heater, 6 is a cooling device, and 7 is a heat insulating material.
A printed circuit board 3 mounted on a plane is supplied from the left side of FIG. 1, preheated in a preheating zone P provided with a hot air blowing heater 5, and cream solder is applied in a main heating zone R provided with the hot air blowing heater 5 as well. It melts and cools and solidifies the unsolidified solder in the cooling zone C and comes out from the right side.
In the cooling zone C, a propeller fan and an air flow path are provided as cooling devices 6 above and below the conveying device 4, and room temperature air is introduced from the outside of the reflow furnace through the air flow channel by the propeller fan and reflowed. Air is blown from above and below toward the printed circuit board to cool it. At this time, the heat-insulating material 7 made of glass wool attached to the inner wall of the air flow path is insulated from the main heating zone R, and the room temperature air introduced from the outside of the reflow furnace is reflowed without significantly increasing the temperature. Because it is sprayed on, rapid cooling is possible.

表１に断熱材の厚みとその冷却効果の関係を示す。
結果より断熱材としてグラスウールを使用した場合、その厚みは３０ｍｍ以上であることが望ましい。 Table 1 shows the relationship between the thickness of the heat insulating material and its cooling effect.
From the results, when glass wool is used as the heat insulating material, the thickness is desirably 30 mm or more.

※冷却時間とは、はんだ接合部を１５０℃まで冷却するのに要した時間

* Cooling time is the time required to cool the solder joint to 150 ° C.

図２は本発明の実施例２におけるリフロー炉の断面図を示す。 FIG. 2 shows a cross-sectional view of a reflow furnace in Example 2 of the present invention.

図２においてＰが予備加熱ゾーン、Ｒが本加熱ゾーン、Ｃが冷却ゾーン、３がプリント基板、４が搬送装置、５が熱風吹出し型ヒーター、６が冷却装置、７が断熱材である。
リフロー工程は実施例１と同様であるので説明は省略する。
本実施例２のリフロー炉は、第１の筐体に予備加熱ゾーンＰと本加熱ゾーンＲが設けられ、第２の筐体に冷却ゾーンＣが設けられている。さらには第１の筐体と第２の筐体、夫々の筺体が断熱材を挟んで連結されている。
冷却ゾーンＣにおいて、搬送装置４を挟んで上下に冷却装置６としてプロペラファンと空気流路を有し、前記プロペラファンによってリフロー炉外から前記空気流路を通り室温の空気を導入し、リフロー済みプリント基板に向かって上下から送風し冷却する。この時、予備加熱ゾーンＰと本加熱ゾーンＲが設けられた第１の筐体と冷却ゾーンＣが設けられた第２の筐体が分離されているため、筐体間における直接的な熱伝導が無く、さらには夫々の筐体がグラスウールから成る断熱材７を挟んで連結されているので筐体間の輻射熱も遮断することができる。これらによってリフロー炉外から導入された室温の空気が著しく昇温することなくリフロー済みのプリント基板に吹き付けられるので急冷が可能となる。 In FIG. 2, P is a preheating zone, R is a main heating zone, C is a cooling zone, 3 is a printed circuit board, 4 is a conveying device, 5 is a hot air blowing heater, 6 is a cooling device, and 7 is a heat insulating material.
Since the reflow process is the same as that of Example 1, description is abbreviate | omitted.
In the reflow furnace of the second embodiment, the preheating zone P and the main heating zone R are provided in the first casing, and the cooling zone C is provided in the second casing. Furthermore, the first housing, the second housing, and the respective housings are connected with a heat insulating material interposed therebetween.
In the cooling zone C, a propeller fan and an air flow path are provided as cooling devices 6 above and below the conveying device 4, and room temperature air is introduced from the outside of the reflow furnace through the air flow channel by the propeller fan and reflowed. Air is blown from above and below toward the printed circuit board to cool it. At this time, since the first casing provided with the preheating zone P and the main heating zone R and the second casing provided with the cooling zone C are separated, direct heat conduction between the casings. Furthermore, since each housing | casing is connected on both sides of the heat insulating material 7 which consists of glass wool, the radiant heat between housing | casing can also be interrupted | blocked. As a result, room-temperature air introduced from outside the reflow furnace is sprayed onto the reflowed printed circuit board without significantly increasing the temperature, and thus rapid cooling is possible.

本発明にかかるリフロー炉は、リフロー済みプリント基板を急冷し、はんだ付け品質を著しく向上させる事ができ、プリント基板に電子部品をはんだ付けする際に用いるリフロー炉、特に鉛フリーリフロー炉として有用である。 The reflow furnace according to the present invention can rapidly cool the reflowed printed circuit board and can remarkably improve the soldering quality, and is useful as a reflow furnace used when soldering electronic components to the printed circuit board, particularly as a lead-free reflow furnace. is there.

また、本発明にかかる冷却ゾーンの構造は、同じく急冷を要求されるフロー工法におけるディップ後の冷却用途にも応用ができる。 The structure of the cooling zone according to the present invention can also be applied to a cooling application after dipping in a flow method that also requires rapid cooling.

本発明の実施例１におけるリフロー炉の断面図Sectional drawing of the reflow furnace in Example 1 of this invention 本発明の実施例２におけるリフロー炉の断面図Sectional drawing of the reflow furnace in Example 2 of this invention 従来のリフロー炉の断面図Cross section of a conventional reflow furnace

符号の説明Explanation of symbols

１リフロー炉
２トンネル
３プリント基板
４搬送装置
５熱風吹出し型ヒーター
６冷却装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reflow furnace 2 Tunnel 3 Printed circuit board 4 Conveyance apparatus 5 Hot air blowing type heater 6 Cooling device

Claims

予備加熱ゾーン、本加熱ゾーン、冷却ゾーンから構成され、各ゾーンに被加熱物を搬送する搬送装置を有するリフロー炉において、
前記冷却ゾーンの上下部には搬送装置を挟んで冷却装置が設置されており、
該冷却装置近傍の空気流路が断熱材により断熱されていることを特徴とするリフロー炉。 In a reflow furnace comprising a preheating zone, a main heating zone, and a cooling zone, and having a transfer device for transferring an object to be heated to each zone,
Cooling devices are installed above and below the cooling zone with a transport device in between,
A reflow furnace characterized in that an air flow path in the vicinity of the cooling device is insulated by a heat insulating material.

予備加熱ゾーン、本加熱ゾーン、冷却ゾーンから構成され、各ゾーンに被加熱物を搬送する搬送装置を有するリフロー炉において、
前記冷却ゾーンの上下部には搬送装置を挟んで冷却装置が設置されており、
予備加熱ゾーンと本加熱ゾーンを有する筐体と冷却ゾーンを有する筐体が独立しており、夫々の筺体が断熱材を挟んで連結されていることを特徴とするリフロー炉。 In a reflow furnace comprising a preheating zone, a main heating zone, and a cooling zone, and having a transfer device for transferring an object to be heated to each zone,
Cooling devices are installed above and below the cooling zone with a transport device in between,
A reflow furnace characterized in that a casing having a preheating zone and a main heating zone and a casing having a cooling zone are independent, and each casing is connected with a heat insulating material interposed therebetween.

前記冷却装置は、プロペラファン或いはシロッコファンのような送風機、チラーのような冷却器、スポットクーラーのような冷房機器またはそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のリフロー炉。 3. The cooling device according to claim 1, wherein the cooling device is a blower such as a propeller fan or a sirocco fan, a cooler such as a chiller, a cooling device such as a spot cooler, or a combination thereof. Reflow furnace.

前記断熱材は、グラスウールもしくはロックウールであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のリフロー炉。 The reflow furnace according to claim 1, wherein the heat insulating material is glass wool or rock wool.