JP2021536560A

JP2021536560A - リフロー炉の冷却システム

Info

Publication number: JP2021536560A
Application number: JP2021510913A
Authority: JP
Inventors: イェンションフー; シューポン; チャントン
Original assignee: イリノイトゥールワークスインコーポレイティド
Priority date: 2018-08-29
Filing date: 2019-08-27
Publication date: 2021-12-27
Anticipated expiration: 2039-08-27
Also published as: EP3844448A1; CN110871299A; JP7402224B2; EP3844448B1; US20210346969A1; WO2020046959A1; US11679444B2; TW202012084A

Abstract

本出願において、リフロー炉の冷却システムが開示される。このリフロー炉は加熱ゾーンを備え、冷却システムは、加熱ゾーンの温度を調節するために使用され、冷却システムは、加熱ゾーンに配置されている少なくとも１つのガス入口及び少なくとも１つのガス排出口と、吹出装置と、少なくとも１つのガス吸入配管であって、この少なくとも１つのガス吸入配管の入口は吹出装置に接続され、この少なくとも１つのガス吸入配管の出口は少なくとも１つのガス入口に接続されており、少なくとも１つのガス吸入配管は、吹出装置と少なくとも１つのガス入口との流体連通を制御可能に確立することができる、少なくとも１つのガス吸入配管と、少なくとも１つのガス排出配管であって、この少なくとも１つのガス排出配管の入口は少なくとも１つのガス排出口に接続され、この少なくとも１つのガス排出配管の出口は外部に接続されており、この少なくとも１つのガス排出配管は、少なくとも１つのガス排出口と外部との流体連通を制御可能に確立することができる、少なくとも１つのガス排出配管とを備える。本出願の冷却システムは、リフロー炉が相対的に高い加熱温度から相対的に低い加熱温度に切り換わるためにかかる時間を短縮することができる。【選択図】図１Ａ

Description

本出願は、リフロー炉の分野に関し、特に、リフロー炉の冷却システムに関する。

リフロー炉では、回路基板が異なると、回路基板における選択された領域にはんだペースト（例えば、錫ペースト）を堆積させるために必要な加熱温度が異なる。したがって、リフロー炉は、異なる回路基板には異なる加熱温度を提供しなければならない。

本出願は、リフロー炉が相対的に高い加熱温度から相対的に低い加熱温度に切り換わるためにかかる時間を短縮する、リフロー炉冷却システムを提供する。

本出願の例証となる実施の形態は、上述した問題のうちの少なくともいくつかを解決することができる。例えば、本出願は、リフロー炉の冷却システムであって、該リフロー炉は加熱ゾーンを備え、該冷却システムは、該加熱ゾーンの温度を調節するために使用され、該冷却システムは、前記加熱ゾーンに配置されている少なくとも１つのガス入口及び少なくとも１つのガス排出口と、吹出装置と、少なくとも１つのガス吸入配管であって、該少なくとも１つのガス吸入配管の入口は前記吹出装置に接続され、該少なくとも１つのガス吸入配管の出口は前記少なくとも１つのガス入口に接続されており、前記少なくとも１つのガス吸入配管は、前記吹出装置と前記少なくとも１つのガス入口との流体連通を制御可能に確立することができる、少なくとも１つのガス吸入配管と、少なくとも１つのガス排出配管であって、該少なくとも１つのガス排出配管の入口は前記少なくとも１つのガス排出口に接続され、該少なくとも１つのガス排出配管の出口は外部に接続されており、該少なくとも１つのガス排出配管は、前記少なくとも１つのガス排出口と前記外部との流体連通を制御可能に確立することができる、少なくとも１つのガス排出配管とを備えることを特徴とする、冷却システムを提供する。

上述した冷却システムによれば、前記少なくとも１つのガス吸入配管は複数のガス吸入配管であり、前記少なくとも１つのガス入口は複数のガス入口であり、前記複数のガス吸入配管のそれぞれの前記入口は、前記吹出装置に接続され、該複数のガス吸入配管のそれぞれの前記出口は、前記複数のガス入口のうちの対応する１つに接続され、前記複数のガス吸入配管のそれぞれは、前記吹出装置と前記複数のガス入口のうちの対応する１つとの流体連通を制御可能に確立することができる。

上述した冷却システムによれば、前記加熱ゾーンは低温側ゾーン及び高温側ゾーンを含み、前記少なくとも１つのガス入口は前記高温側ゾーンに配置され、前記少なくとも１つのガス排出口は前記低温側ゾーンに配置されている。

上述した冷却システムによれば、前記少なくとも１つのガス排出配管の前記出口は、排気装置に接続するために使用することができ、前記少なくとも１つのガス排出配管は、前記少なくとも１つのガス排出口を前記排気装置に制御可能に接続することができ、前記排気装置は、前記リフロー炉内のガスを前記外部に排出するために使用することができる。

上述した冷却システムによれば、前記吹出装置はファンを含む。

上述した冷却システムによれば、前記吹出装置は複数のファンを含み、前記複数のガス入口のそれぞれは、前記複数のファンのうちの対応する１つに制御可能に接続されている。

上述した冷却システムによれば、該冷却システムは、前記少なくとも１つのガス入口と前記吹出装置との間に配置された少なくとも１つのガス吸入弁装置を更に備える。

上述した冷却システムによれば、前記少なくとも１つのガス吸入弁装置は、少なくとも１つのガス吸入配管に配置されている。

上述した冷却システムによれば、前記少なくとも１つのガス吸入弁装置は、前記少なくとも１つのガス入口と前記少なくとも１つのガス吸入配管の前記出口との間に配置されている。

上述した冷却システムによれば、前記少なくとも１つのガス吸入弁装置は、前記吹出装置と前記少なくとも１つのガス吸入配管の前記入口との間に配置されている。

上述した冷却システムによれば、該冷却システムは、前記少なくとも１つのガス排出配管の前記入口と前記少なくとも１つのガス排出口との間に配置された少なくとも１つのガス排出弁装置を更に備える。

上述した冷却システムによれば、該冷却システムは、前記吹出装置と少なくとも１つのガス吸入弁装置とを制御するために用いられる制御装置を更に備える。

上述した冷却システムによれば、該冷却システムは、前記加熱ゾーンの前記温度を検出するために用いられる温度検出装置を更に備え、前記制御システムは、前記温度検出装置によって検出される前記温度に従って、前記吹出装置と少なくとも１つのガス吸入弁装置とを制御することができる。

本出願の冷却システムは、リフロー炉が相対的に高い加熱温度から相対的に低い加熱温度に切り換わるためにかかる時間を短縮するために、リフロー炉内の加熱ゾーンの冷却を加速させることができる。

本出願のこれらの特徴及び利点並びに他の特徴及び利点は、添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むことによってより良く理解することができる。図面全体を通して、同一の図面符号は同一の構成要素を示す。

本出願の一実施形態における冷却システムの簡易システム図である。本出願の２つの他の実施形態のうちの一方における冷却システムの簡易システム図である。本出願の２つの他の実施形態のうちの他方における冷却システムの簡易システム図である。本出願の別の実施形態における冷却システムの簡易システム図である。図１Ａに示す冷却システムの制御コンポーネント及び制御接続の概略図である。図３における制御装置の１つの実施形態の簡易概略図である。制御装置が図１Ａに示すリフロー炉に温度制御を施す手順の概略図である。

以下、本出願の様々な特定の実施形態について、本明細書の一部を形成する添付図面を参照して説明する。以下の図面において、同一の構成要素に対して同一の図面番号を用いており、同様の構成要素に対して同様の図面番号を用いている。

図１Ａは、本出願の一実施形態における冷却システム２の簡易システム図である。図１Ａに示すように、冷却システム２は、リフロー炉１を備える。リフロー炉１は、加熱ゾーン１０、分離ガス排出ゾーン１６及び冷却ゾーン１８を備える。分離ガス排出ゾーン１６は、加熱ゾーン１０と冷却ゾーン１８との間に配置され、リフロー炉１が稼働しているとき、加熱ゾーン１０の熱が冷却ゾーン１８に伝達されるのを防止するために、加熱ゾーン１０と冷却ゾーン１８とを分離するために用いられる。炉床（図示せず）が、加熱ゾーン１０、分離ガス排出ゾーン１６及び冷却ゾーン１８を通って延び、加熱ゾーン１０、分離ガス排出ゾーン１６及び冷却ゾーン１８は、全て、炉床と流体連通している。加熱ゾーン１０及び冷却ゾーン１８は、それぞれ、複数の部分領域を含むことができ、部分領域のそれぞれは互いに流体連通している。図１Ａに示す実施形態では、加熱ゾーン１０は１０個の部分領域を含む。１０個の部分領域は、低温側ゾーン１２及び高温側ゾーン１４を含む。高温側ゾーン１４の温度は、低温側ゾーン１２の温度よりも高い。低温側ゾーン１２は、２つの予熱ゾーン１７を含む。高温側ゾーン１４は、４つの均一温度ゾーン１３と４つのピーク値ゾーン１５とを含む。予熱ゾーン１７、均一温度ゾーン１３及びピーク値ゾーン１５は、隣接して配置されている。予熱ゾーン１７及び均一温度ゾーン１３において、回路基板を徐々に加熱することができ、回路基板上のはんだペーストにおけるフラックスの一部が気化する。ピーク値ゾーン１５において、回路基板は加熱され続け、はんだペーストは溶融する。次いで、回路基板は、分離ガス排出ゾーン１６を通過し、その後、冷却ゾーン１８内に搬送される。冷却ゾーン１８は、４つの部分領域を含む。冷却ゾーン１８において、はんだペーストは、回路基板のはんだ付け領域で冷却されて硬化し、それにより、電子素子を回路基板に接続する。加熱ゾーン１０における各部分領域には連通口が設けられている。具体的には、低温側ゾーン１２の各部分領域には、低温側ゾーン１２に収容されているガスをリフロー炉１から排出するガス排出口８が設けられている。高温側ゾーン１４における各部分領域には、ガスをリフロー炉１に入れるガス入口６が設けられている。

冷却システム２は、２つのガス吸入配管２２と２つの吹出装置６４とを更に備える。２つのガス吸入配管２２のそれぞれは、１つの分岐ガス吸入入口管８４と４つの分岐ガス吸入出口管８２とを備える。１つの分岐ガス吸入入口管８４の一端が、４つの分岐ガス吸入出口管８２のそれぞれの一端に接続されている。分岐ガス吸入入口管８４の別の端部は、吹出装置６４のうちの対応する１つに接続する入口２８である。４つの分岐ガス吸入出口管８２のそれぞれの別の端部は、４つのガス入口６のうちの対応する１つに接続する出口２４である。具体的には、一方のガス吸入配管２２における４つの出口２４のそれぞれが、４つの均一温度ゾーン１３における対応するガス入口６に接続されている。他方のガス吸入配管２２における４つの出口２４のそれぞれが、４つのピーク値ゾーン１５における対応するガス入口６に接続されている。冷却システム２は、８つのガス吸入弁装置４２を更に備える。８つのガス吸入弁装置４２のそれぞれが、８つの分岐ガス吸入出口管８２のうちの対応する１つに配置されている。

冷却システム２は、ガス排出配管３２及び排気装置６６を更に備える。ガス排出配管３２は、２つの分岐ガス排出入口管７２と１つの分岐ガス排出出口管７４とを含み、２つの分岐ガス排出入口管７２のそれぞれの一端は、分岐ガス排出出口管７４の一端に接続されている。２つの分岐ガス排出入口管７２のそれぞれの別の端部は、２つの低温側ゾーン１２の２つのガス排出口８のうちの対応する１つに接続する入口３６である。分岐ガス排出出口管７４の別の端部は、排気装置６６に接続する出口３８である。冷却システム２は、２つのガス排出弁装置４４を更に備える。２つのガス排出弁装置４４のそれぞれは、２つの分岐ガス排出入口管７２のうちの対応する１つに配置されている。

図１Ａにおける矢印は、吹出装置６４、排気装置６６、ガス吸入弁装置４２及びガス排出弁装置４４の全てが開放しているときの配管内の空気の流れ方向を示す。

図１Ｂ及び図１Ｃは、本出願の２つの他の実施形態における冷却システム２の簡易システム図であり、ガス吸入弁装置４２及びガス排出弁装置（複数の場合もある）４４の配置の異なる位置を示すように意図されている。ガス吸入弁装置４２及びガス排出弁装置（複数の場合もある）４４の配置の位置が異なることを除き、各場合において、他の構成要素の配置は図１Ａと同じであるため、ここでは不必要に再度説明しない。図１Ｂに示すように、１つの実施形態では、ガス吸入弁装置４２は、ガス吸入配管２２の出口２４とガス入口６との間に配置されており、ガス排出弁装置４４は、ガス排出配管３２の入口３６とガス排出口８との間に配置されている。図１Ｃに示すように、別の実施形態では、ガス吸入弁装置４２は、ガス吸入配管２２の入口２８と吹出装置６４との間に配置されており、ガス排出弁装置４４は、ガス排出配管３２の出口３８と排気装置６６との間に配置されている。

図２は、本出願の別の実施形態における冷却システム２の簡易システム図であり、冷却システム２においてガス吸入配管２２、吹出装置６４、ガス排出配管３２及び排気装置６６を配置する、異なる方法を示すように意図されている。図２に示すように、冷却システム２は、８つのガス吸入配管２２と、８つの吹出装置６４と、８つのガス吸入弁装置４２とを備える。８つの吹出装置６４のそれぞれは、８つのガス吸入配管２２のうちの対応する１つを介して８つのガス入口６のうちの対応する１つに接続されている。８つのガス吸入弁装置４２のそれぞれは、８つのガス吸入配管２２のうちの対応する１つに配置されている。冷却システム２は、２つのガス排出配管３２と、２つの排気装置６６と、２つのガス排出弁装置４４とを更に備える。２つの排気装置６６のそれぞれは、２つのガス排出配管３２のうちの対応する１つを介して２つのガス排出口８のうちの対応する１つに接続されている。２つのガス排出弁装置４４のそれぞれは、２つのガス排出配管３２のうちの対応する１つに配置されている。

当業者であれば、リフロー炉１の加熱ゾーン１０及び冷却ゾーン１８の部分領域の数、低温側ゾーン１２及び高温側ゾーン１４における部分領域の数等は、はんだ付けすべき製品に従って変更することができ、図１Ａ〜図２に示す実施形態に限定されないことを理解するであろう。ガス吸入配管２２、吹出装置６４、ガス排出配管３２及び排気装置６６は、リフロー炉１の設定に従って変更することができ、接続の量又は方法に関して制限されず、空気を炉床内に及び炉床から出るように誘導するとともに炉床内の空気の流れを加速させることのみが必要である、ということも説明しなければならない。

図３は、図１Ａに示す冷却システム２の制御コンポーネント（制御装置４を含む）と制御接続との概略図である。図３に示すように、冷却システム２は、制御装置４と温度検出装置とを更に備える。温度検出装置は、加熱ゾーン１０における各部分領域において温度を検出するために使用されるように構成されている。一例として、温度検出装置は、１０個の温度センサー７４を備える。制御装置４は、温度センサー７４によって検出される温度に従って、吹出装置６４、排気装置６６、ガス排出弁装置４４及びガス吸入弁装置４２を制御することができるように構成されている。制御装置４は、吹出装置６４、排気装置６６、ガス排出弁装置４４及びガス吸入弁装置４２と通信接続されている。

図４は、図３における制御装置４の１つの実施形態の簡易概略図である。図４に示すように、制御装置４は、バス４０２と、プロセッサ４０４と、入力インターフェース４０６と、出力インターフェース４０８と、制御プログラム４１６を有するメモリ４１４とを備える。プロセッサ４０４、入力インターフェース４０６、出力インターフェース４０８及びメモリ４１４を含む制御装置４のコンポーネントの全てが、プロセッサ４０４が入力インターフェース４０６、出力インターフェース４０８及びメモリ４１４の動作を制御することができるように、バス４０２と通信接続されている。具体的には、メモリ４１４は、プログラム、命令及びデータを記憶するために使用され、プロセッサ４０４は、メモリ４１４からプログラム、命令及びデータを読み出すとともに、メモリ４１４にデータを書き込むことができる。

入力インターフェース４０６は、温度センサー７４から送信される信号及びデータを含む信号及びデータを、接続ライン４１８を介して外部から受信する。出力インターフェース４０８は、吹出装置６４、排気装置６６、ガス排出弁装置４４及びガス吸入弁装置４２に対する開閉制御信号の送信を含む、接続ライン４２２を介した外部への制御信号の送信を行う。制御プログラムと、事前設定された温度目標設定値等のデータは、制御装置４のメモリ４１４に記憶される。様々なパラメーターは、生産製造計画において事前設定するか、又は、使用中に手動入力若しくはデータインポートにより設定することができる。

図５は、制御装置４が図１Ａに示すリフロー炉１に温度制御を施す手順の概略図である。図５に示すフローチャートのプログラムは、制御装置４のメモリ４１４に記憶され、温度制御手順は、加熱ゾーン１０における各部分領域の温度を調節するように意図されている。例えば、相対的に高い温度まで加熱する必要がある第１のタイプの回路基板のはんだ付けが終了すると、それより低い温度まで加熱する必要がある第２のタイプの回路基板がはんだ付けされる。この時点で、リフロー炉１を冷却しなければならず、冷却システム２のアクティベーションにより、リフロー炉１の冷却を加速させることができる。冷却中、リフロー炉１は動作可能ではない。種々のはんだ付けプロセス要件に従って、各部分領域の設定温度が事前設定され、メモリ４１４に記憶される。加熱ゾーン１０の部分領域のうちの少なくとも１つの温度がこの部分領域の設定温度よりも高い場合、この部分領域に対応するガス吸入配管２２に接続された吹出装置６４と、この部分領域に対応するガス吸入配管２２のガス吸入弁装置４２と、排気装置６６と、ガス排出弁装置４４とをアクティベートすることにより、環境におけるより低い温度の空気が炉床内に迅速に搬送され、それにより、この部分領域の温度を迅速に低下させ、リフロー炉１が冷めるのを待つために必要な時間を短縮する。

図５に示すように、ステップ５０２において、温度センサー７４は、加熱ゾーン１０における全ての部分領域の温度を検出する。次いで、プロセッサ４０４は、ステップ５０３に動作を移行する。

ステップ５０３において、プロセッサ４０４は、ガス吸入弁装置４２、吹出装置６４、ガス排出弁装置４４及び排気装置６６を閉鎖する。次いで、プロセッサ４０４はステップ５０４に動作を移行する。

ステップ５０４において、各部分領域の温度が設定温度以下である場合、制御手順は終了し、少なくとも１つの部分領域の温度が設定温度よりも高い場合、プロセッサ４０４はステップ５０６に動作を移行する。

ステップ５０６において、プロセッサ４０４は、設定温度よりも高い部分領域に対応するガス吸入弁装置４２と、吹出装置６４と、ガス排出弁装置４４と、吹出装置６６とを開放する。次いで、プロセッサ４０４は、ステップ５０８に動作をシフトする。

ステップ５０８において、温度センサー７４は、加熱ゾーン１０における部分領域の全ての温度を検出する。次いで、プロセッサ４０４はステップ５１０に動作を移行する。

ステップ５１０において、少なくとも１つの部分領域の温度が設定温度よりも高い場合、プロセッサ４０４はステップ５０８に動作を移行し、各部分領域の温度が設定温度以下である場合、プロセッサ４０４はステップ５１２に動作を移行する。

ステップ５１２において、プロセッサ４０４は、ガス吸入弁装置４２、吹出装置６４、ガス排出弁装置４４及び排気装置６６を閉鎖する。次いで、プロセッサ４０４は制御手順を終了する。

本出願における冷却システムの配置に様々な変更を行うことができることを説明しなければならない。当業者であれば、吹出装置６４又は排気装置６６はファンであり得るが、別の原動力源とすることもできることが理解されよう。当業者であれば、冷却システムにいかなる排気装置６６も配置しないことも可能であり、代わりに排気は環境（外部）に直接排出される、ということも理解されよう。

本明細書は、単に本出願のいくつかの特徴を例示及び説明したが、当業者であれば、様々な改善及び変更が可能である。したがって、添付の特許請求の範囲は、本出願の本質的な趣旨の範囲内にある上述した改善及び変更の全てを包含するように意図されていることが理解されるべきである。

Claims

リフロー炉の冷却システムであって、該リフロー炉は加熱ゾーンを備え、該冷却システムは、該加熱ゾーンの温度を調節するために使用され、該冷却システムは、
吹出装置と、
前記加熱ゾーンに配置されている少なくとも１つのガス入口及び少なくとも１つのガス排出口と、
少なくとも１つのガス吸入配管であって、該少なくとも１つのガス吸入配管の入口は前記吹出装置に接続され、該少なくとも１つのガス吸入配管の出口は前記少なくとも１つのガス入口に接続されており、前記少なくとも１つのガス吸入配管は、前記吹出装置と前記少なくとも１つのガス入口との流体連通を制御可能に確立することができる、少なくとも１つのガス吸入配管と、
少なくとも１つのガス排出配管であって、該少なくとも１つのガス排出配管の入口は前記少なくとも１つのガス排出口に接続され、該少なくとも１つのガス排出配管の出口は外部に接続されており、該少なくとも１つのガス排出配管は、前記少なくとも１つのガス排出口と前記外部との流体連通を制御可能に確立することができる、少なくとも１つのガス排出配管と、
を備えることを特徴とする、冷却システム。
前記少なくとも１つのガス吸入配管は複数のガス吸入配管であり、前記少なくとも１つのガス入口は複数のガス入口であり、
前記複数のガス吸入配管のそれぞれの前記入口は、前記吹出装置に接続され、該複数のガス吸入配管のそれぞれの前記出口は、前記複数のガス入口のうちの対応する１つに接続され、前記複数のガス吸入配管のそれぞれは、前記吹出装置と前記複数のガス入口のうちの対応する１つとの流体連通を制御可能に確立することができることを特徴とする、請求項１に記載の冷却システム。
前記加熱ゾーンは低温側ゾーン及び高温側ゾーンを含み、前記少なくとも１つのガス入口は前記高温側ゾーンに配置され、前記少なくとも１つのガス排出口は前記低温側ゾーンに配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の冷却システム。
前記吹出装置はファンを含むことを特徴とする、請求項１に記載の冷却システム。
前記吹出装置は複数のファンを含み、前記複数のガス入口のそれぞれは、前記複数のファンのうちの対応する１つに制御可能に接続されていることを特徴とする、請求項２に記載の冷却システム。
前記少なくとも１つのガス入口と前記吹出装置との間に配置された少なくとも１つのガス吸入弁装置を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載の冷却システム。
前記少なくとも１つのガス吸入弁装置は、少なくとも１つのガス吸入配管に配置されていることを特徴とする、請求項６に記載の冷却システム。
前記少なくとも１つのガス吸入弁装置は、前記少なくとも１つのガス入口と前記少なくとも１つのガス吸入配管の前記出口との間に配置されていることを特徴とする、請求項６に記載の冷却システム。
前記少なくとも１つのガス吸入弁装置は、前記吹出装置と前記少なくとも１つのガス吸入配管の前記入口との間に配置されていることを特徴とする、請求項６に記載の冷却システム。
前記少なくとも１つのガス排出配管の前記出口は、排気装置に接続するために使用することができ、前記少なくとも１つのガス排出配管は、前記少なくとも１つのガス排出口を前記排気装置に制御可能に接続することができ、前記排気装置は、前記リフロー炉内のガスを前記外部に排出するために使用することができることを特徴とする、請求項１に記載の冷却システム。
前記少なくとも１つのガス排出配管の前記入口と前記少なくとも１つのガス排出口との間に配置された少なくとも１つのガス排出弁装置を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載の冷却システム。
前記吹出装置と少なくとも１つのガス吸入弁装置とを制御するために用いられる制御装置を更に備えることを特徴とする、請求項７〜１１のいずれか一項に記載の冷却システム。
前記加熱ゾーンの前記温度を検出するために用いられる温度検出装置を更に備え、
前記制御システムは、前記温度検出装置によって検出される前記温度に従って、前記吹出装置と少なくとも１つのガス吸入弁装置とを制御することができることを特徴とする、請求項１２に記載の冷却システム。