JP2715267B2 - 熱風吹き出しヒーター - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリント基板のはんだ
付けを行うリフロー炉用の熱風吹き出しヒーターに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般にプリント基板のはんだ付けに用い
るリフロー炉は、赤外線方式と熱風方式がある。

【０００３】赤外線方式はトンネルの上下部に赤外線ヒ
ーターが取り付けられており、赤外線ヒーターから放射
される赤外線によりプリント基板を加熱するものであ
る。赤外線は直進するため、ディスクリート部品のよう
に細いリード線がプリント基板の裏面に出ただけのもの
に対しては、何ら問題なくリード周辺の加熱を行って、
不良のないはんだ付けができる。

【０００４】ところで近時の電子部品は、本体の側面や
裏面に短いリードが突出していたり、リードが全くな
く、本体の端部や裏面に電極が形成されたりする面実装
部品が多く使われるようになってきた。

【０００５】面実装部品のはんだ付けは、先ずプリント
基板のランドにソルダーペーストを塗布しておき、その
上に面実装部品のリードや電極を載置して、ソルダーペ
ーストの粘着力で面実装部品を保持してからリフロー炉
で加熱してはんだ付けを行うものである。

【０００６】赤外線方式のリフロー炉で面実装部品が多
数搭載された高密度実装基板を加熱すると、赤外線は直
進するため、高さの高い面実装部品で影となったところ
や狭い隙間には侵入しにくい。そのため、赤外線方式の
リフロー炉では高密度実装基板に対しては全体を均一
に、しかも十分加熱することができず、ソルダーペース
トが完全に溶融しなくて、はんだ付け不良を発生させる
ことがあった。

【０００７】また赤外線方式のリフロー炉では、高さの
高い電子部品の頂部が赤外線ヒーターに近づくため、こ
の頂部が低い位置にあるプリント基板よりも強い赤外線
を受けて必要以上に加熱され、電子部品に機能劣化を起
こさせたり、電子部品のモールド樹脂をヒビ割れさせた
りすることがあった。

【０００８】一方、熱風式リフロー炉は高密度実装され
た面実装部品間でも熱風が容易に侵入することができ、
また熱風はプリント基板全域に行き渡るため、局部的に
加熱不足が起きたり、逆に局部的に異常高温となったり
するようなことがない。従って、熱風式は高密度実装さ
れたプリント基板のはんだ付けには最適なものといえ
る。

【０００９】近時のプリント基板のはんだ付けでは、炉
内を窒素ガスで充満させた不活性雰囲気で行うことが多
くなってきている。これは、はんだ付け後のプリント基
板を公害問題のあるフロンやトリクレン等の溶剤で洗浄
できなくなってきたため、はんだ付け後に洗浄を行わな
くても済む低残渣のソルダーペーストや弱活性のソルダ
ーペーストを使用するようになってきたからである。こ
れらのソルダーペーストは、酸素の存在するリフロー炉
ではんだ付けすると、はんだの付着しない未はんだや微
小はんだボールを多量に発生させてしまうため、不活性
雰囲気のリフロー炉で使用しなければならない。

【００１０】従来より、熱風式リフロー炉でも、炉内を
不活性雰囲気にしてはんだ付けするものがあった。従来
の熱風式のリフロー炉は、トンネルの上部にプロペラフ
ァンを設したもの（特公昭６１−３８９８５号、特開昭
６３−２９６２９５号）、トンネルの上下部にクロスフ
ァンを設置したもの（特開昭６３−１８０３６８号、同
６３−２７８６６８号）、或いはトンネルの下部にシロ
ッコファンを設置したもの（特開平１−２１５４６２
号、同６−１７７５３２号）等であった。

【００１１】とこで従来の熱風式リフロー炉で炉内を不
活性雰囲気にした場合、プリント基板を炉内に走行させ
ていないときには、或る程度酸素濃度を下げることがで
きるが、炉内の酸素濃度を下げてからプリント基板を走
行させると、酸素濃度が上昇してしまうことがあった。
この原因は、従来のリフロー炉ではプリント基板が炉内
を走行していないときは、送風機によって吹き出された
熱風が上方から下方まで乱れのない循環を行うが、プリ
ント基板が炉内を走行すると熱風がプリント基板に当た
って流れを横方に変え、隣接したゾーンに影響を与え
る。このようにして熱風が横方に流れると、それが出入
口における気体の流動を乱して外気を炉内に侵入させて
しまうものである。

【００１２】そこで本発明者は、熱風をプリント基板の
走行位置を通過しないように吹き出させ、該熱風でプリ
ント基板を加熱後、同一の熱風ヒーターに戻るような自
己潤滑を行わせて、熱風の乱れをなくすようにしたリフ
ロー炉用の熱風吹き出しヒーターを特願平７−２８６１
７１号で提案した。この熱風吹き出しヒーターは箱体の
中央に吸入口と、その前後に吹き出し口があり、吸入口
にはクロスファンやシロッコファン等の送風機を設置し
たものである。ここでは吸入口から吸入した熱風を下部
で前後の吹き出し口に分けて吹き出し口から中央に向け
て吹き出させる。そして中央に向けて吹き出された熱風
は、プリント基板の有る無しにかかわらず同一の熱風吹
き出しヒーターの吸入口から吸入されるという自己循環
を行うようになっている。

【００１３】この自己循環を行う熱風吹き出しヒーター
はプリント基板を加熱するときに、熱風が横方に流れて
いかないため、出入口からの外気の侵入がなく、安定し
た低酸素濃度を保つという優れた特長を有している。

【００１４】しかしながら、この熱風吹き出しヒーター
は、吸入口から吸入した熱風を吸入口の下部で前後の吹
き出し口に分ける構造であったため、熱風が前後二箇所
の吹き出し口に均等に分けられないことがあった。二箇
所の吹き出し口から熱風を吹き出す熱風吹き出しヒータ
ーにおいて、熱風が均一に吹き出されないと、プリント
基板への熱風の当たりが不均一となり、プリント基板の
温度分布が一定しないという問題を起こすことがあっ
た。

【００１５】そこで本発明者は、二箇所の吹き出し口を
有する熱風吹き出しヒーターの改良を行い、ここに二箇
所の吹き出し口から熱風を均等に吹き出させる熱風吹き
出しヒーターを提供する。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、箱体の同一面
には中央に吸入口と、該吸入口を挟んで二つの吹き出し
口がプリント基板進行方向に対しその前後に形成されて
おり、箱体の吸入口の両側壁面には孔が穿設されてい
て、箱体の両外側にスクロールが設置されており、それ
ぞれのスクロール内には壁面の孔と略同心円状態でシロ
ッコファンが回転自在に設置されているとともに、離間
した二つのシロッコファンは一本の軸で連結されてお
り、またスクロールは流出口が前後の二方向に伸びてい
て、それらの流出口が前後の吹き出し口に連通し、しか
も箱体の内部には電熱ヒーターが設置されていて、さら
に吹き出し口の上部にはここから吹き出す熱風を中央上
部に流動させる変流板が設置されていることを特徴とす
る熱風吹き出しヒーターである。

【００１７】

【作用】吸入口の両側にシロッコファンを設置し、該シ
ロッコファンを前後方向に流出口のあるスクロールで熱
風を吹き出し口に流動させ、両側の流出口から流出して
きた熱風を吹き出し口の中で合流させるようにしたた
め、それぞれの吹き出し口からは均等な量の熱風が吹き
出されるようになる。

【００１８】熱風吹き出しヒーターで炉体内の下部に一
対のシロッコファンを設置したものが特開平６−１７７
５３２号に記載されている。ここに記載された熱風吹き
出しヒーターは、中央から吸引した熱風を炉壁に沿って
上昇させ、炉の上部から下降させる。熱風は下降途中に
設置された電熱ヒーターで再加熱される。そして該電熱
ヒーターの下を通過するプリント基板の上面に熱風を当
ててプリント基板を加熱するとともに、電熱ヒーターで
もプリント基板を加熱するようになっている。

【００１９】この熱風吹き出しヒーターは、熱風の吹き
出し口がプリント基板進行方向に平行で炉壁に沿って上
昇、即ちプリント基板の両側を通って上昇し、それがプ
リント基板の上部で合流して降下するものである。この
熱風吹き出しヒーターでは、吹き出し口から吹き出た熱
風が直接プリント基板に当たるのではなく、上部で合流
後パンチング板を通ってからプリント基板の上面に当た
る。従って、この熱風吹き出しヒーターは、それぞれの
吹き出し口から吹き出す熱風は均等な量でなくてもかま
わないものであり、一対のシロッコファンからの熱風の
吹き出しが多少不均等でもほとんど問題がない。

【００２０】ところで本発明の熱風吹き出しヒーター
は、熱風がプリント基板進行方向に対して直角方向に吹
き出て、直接プリント基板の表面、或いは裏面を加熱す
るものであるため、二箇所の吹き出し口から吹き出す熱
風が均等でないと前述の如くプリント基板を均一に加熱
できなくなってしまう。そのため、本発明の熱風吹き出
しヒーターでは、二箇所の吹き出し口から吹きでる熱風
の量を均等にすべく改良を行ったものである。

【００２１】

【実施例】以下図面に基づいて本発明を説明する。図１
は本発明熱風吹き出しヒーターの斜視図、図２は図１の
Ｘ−Ｘ線断面図、図３は図１のＹ−Ｙ線断面図、図４は
本発明の熱風吹き出しヒーターを設置したリフロー炉の
正面断面図である。

【００２２】本発明の熱風吹き出しヒーター１は、箱体
２の中央に吸引口３が形成されており、その前後方向、
即ち図示しないプリント基板の進行方向（矢印Ａ）に対
して前後方向二箇所に吹き出し口４、４が形成されてい
る。

【００２３】箱体２の両側壁面には孔５、５（一方は図
示せず）が穿設されており、また箱体２の両外側にはス
クロール６、６が設置されている。スクロール６、６内
には壁面の孔５、５と略同心円でシロッコファン７、７
が設置されている。一対のシロッコファン７、７は一本
の軸８で連結されており、同一方向（矢印Ｂ）で同一回
転をするようになっている。軸８は一方のスクロール６
を貫通して外部に突出しており、外部で図示しないモー
ターの軸と接続されている。

【００２４】スクロール６は、図２に示すように、前後
二方向に伸びており、その流出口９、９が、それぞれ前
後の吹き出し口４、４と連通している。

【００２５】箱体２内には電熱ヒーター１０が設置され
ている。該電熱ヒーターは熱風との接触面積を大きくし
て熱効率を良好にするため、箱体内部で蛇行している。

【００２６】吹き出し口４の上部には多数の変流板１１
…が設置されている。変流板１１は傾斜したルーバーで
あり、吹き出し口４から吹き出された熱風を中央の吸引
口３方向へ変流させるものである。

【００２７】次に本発明の熱風吹き出しヒーターの熱風
吹き出し状態について説明する。

【００２８】電熱ヒーター１０、１０に通電し、図示し
ないモーターでシロッコファン７、７を矢印Ｂ方向に回
転させると、先ず気体はシロッコファンによって吸引口
３から吸引される。そしてシロッコファン７、７で吸引
された気体はスクロール６、６内で図２の矢印の如く両
方に均等に流動していく。スクロール６、６の流出口９
…は、吹き出し口４、４の方に開口しているため、気体
は両方のスクロール６、６の流出口９…から吹き出し口
４内に流入する。このとき、シロッコファン７、７は同
一形状で同一回転をしているため、全ての流出口９…か
らは同一量で同一速度の気体が吹き出し口４、４内に流
入するようになる。

【００２９】吹き出し口４、４内には電熱ヒーター１
０、１０が設置されており、吹き出し口４、４内は高温
となっているため、ここに流入した気体は加熱されて熱
風となり、上方に吹き出される。また吹き出し口４、４
の上部には多数の変流板１１…が設置されているため、
熱風は該変流板により図２、３に示すように中央の吸引
口３方向に吹き出されるようになる。吸引口３の上方に
吹き出された熱風は、吸引口３の上部がシロッコファン
で負圧になっているため、吸引口３の中に吸引される。
つまり本発明の熱風吹き出しヒーターは、吹き出し口か
ら吹き出された熱風が同じ熱風吹き出しヒーターの吸引
口に吸引され、それがスクロールで二方向に分けられて
二つの吹き出し口に流動され、再度吹き出し口から吹き
出された熱風が吸引口に吸引されるという自己循環を行
うようになっている。

【００３０】従って、本発明の熱風吹き出しヒーター
は、隣接した他のヒーターや冷却装置方向へは熱風を流
動させないため、それぞれの加熱ゾーンや冷却ゾーンに
対して乱流を起こさせることがなく安定した不活性雰囲
気を保つことができる。

【００３１】次に本発明の熱風吹き出しヒーターを設置
したリフロー炉におけるプリント基板の加熱状態につい
て説明する。

【００３２】リフロー炉１２は炉内がトンネル状となっ
ている。炉内は予備加熱ゾーンＰ、本加熱ゾーンＲ、冷
却ゾーンＣとなっており、炉内には一対のチェーンコン
ベア１３が予備加熱ゾーンＰから本加熱ゾーンＲ方向に
向かって（図４矢印Ａ）走行している。また予備加熱ゾ
ーンＰの入口と冷却ゾーンＣの出口は空気侵入防止ゾー
ンＫ、Ｋとなっている。

【００３３】予備加熱ゾーンＰと本加熱ゾーンＲの上下
部には本発明の熱風吹き出しヒーター１…が設置されて
いる。また冷却ゾーンＣの下部には本発明の熱風吹き出
しヒーターと同一構造であるが、電熱ヒーターが取り付
けられていない冷風吹き出し型冷却機１４が設置されて
いる。該冷却機も熱風吹き出しヒーター同様、両側の吹
き出し口から中央に向かって吹き出された気体が中央の
吸い込み口に吸い込まれ、それが吹き出し口から再度吹
き出すという自己循環を行うものである。従って、冷却
機も隣接した熱風吹き出しヒーターの自己循環を妨げる
ことなく、また出口から外気の侵入も防ぐことができる
ものである。

【００３４】冷却ゾーンＣの上部には、断面山形となっ
た乱流防止装置１５が設置されている。これはプリント
基板が進行して冷却機の一方の吹き出し口と吸い込み口
上にかかった場合、上部に乱流防止装置がないと、もう
一方の吹き出し口から吹き出た冷風が上方に流動してし
まう。この上方に流動した冷風を山形の部分で変流させ
て、他に流出させないようにしたものである。

【００３５】プリント基板Ｗが入口から入ってチェーン
コンベア１３で矢印Ａ方向（図４）に搬送される。プリ
ント基板Ｗが予備加熱ゾーンＰに到来すると、チェーン
コンベア１３を挟んでトンネルの上下部に設置された熱
風吹き出しヒーター１、１から吹き出る熱風で加熱され
る。このとき、プリント基板進行方向に対して直角方向
に開口した二つの吹き出し口４、４からは中央の吸引口
３に向かって斜め上方に熱風が吹き出てくる。プリント
基板はこの斜めに吹き出てくる熱風で表裏が加熱され
る。プリント基板を加熱した後の熱風は同じ熱風吹き出
しヒーター１の中央の吸い込み口３から吸い込まれる。

【００３６】このように熱風吹き出しヒーターから吹き
出された熱風は同じ熱風吹き出しヒーターに戻るため、
他の熱風吹き出しヒーターに干渉されることなく、自己
循環して、常に安定した熱風の吹き付けができる。しか
も本発明の熱風吹き出しヒーターは、二つの吹き出し口
から同一量で同一速度の熱風が吹き出るため、プリント
基板を均一加熱するものである。

【００３７】予備加熱ゾーンＰで予備加熱されたプリン
ト基板は本加熱ゾーンＲに進入し、予備加熱同様に上下
の熱風吹き出しヒーター１、１でソルダーペーストの溶
融温度以上に加熱されて、はんだ付けが行われる。この
ときも隣接した熱風吹き出しヒーターや冷却機に干渉さ
れることなく安定した加熱を行う。

【００３８】本加熱ゾーンでのはんだ付けが終了したプ
リント基板は冷却ゾーンＣに送られ、ここで冷却機では
んだの溶融温度以下に冷却される。ここでも冷却機が自
己循環をするため、安定した雰囲気が保たれる。

【００３９】本発明の熱風吹き出しヒーターを設置した
リフロー炉で高密度に面実装部品を搭載したプリント基
板（厚さ１．２ｍｍ、大きさ２００ｍｍ×２００ｍｍ）
の温度分布を測定してみたところ、面実装部品やプリン
ト基板の最高温度と最低温度の差（Δｔ）は３℃という
極めて小さな値であった。ちなみに、従来のリフロー炉
でのΔｔは５〜６℃である。

【００４０】

【発明の効果】以上、説明した如く、本発明の熱風吹き
出しヒーターは、二つの吹き出し口から吹き出た熱風が
それらの中央の吸入口から吸引される自己循環方式であ
るため、自己循環する熱風が他のゾーンに影響を及ぼし
て外気を流入させることがないばかりか、吸入口の両側
にはシロッコファンが設置され、該シロッコファンで吸
引した熱風は前後方向に流出口を有するスクロールで二
つの吹き出し口に流出させることができる構造であり、
二つの吹き出し口からは常に同一量で同一速度の熱風を
吹き出させることができるため、プリント基板を均一加
熱するという従来にない優れた効果を奏するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明熱風吹き出しヒーターの斜視図

【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図

【図３】図１のＹ−Ｙ線断面図

【図４】本発明の熱風吹き出しヒーターを設置したリフ
ロー炉の正面断面図

【符号の説明】

１ 熱風吹き出しヒーター ２ 箱体 ３ 吸引口 ４ 吹き出し口 ５ 孔 ６ スクロール ７ シロッコファン ８ 軸 ９ 流出口 １０ 電熱ヒーター １１ 変流板

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 箱体の同一面には中央に吸入口と、該吸
   入口を挟んで二つの吹き出し口がプリント基板進行方向
   に対しその前後に形成されており、箱体の吸入口の両側
   壁面には孔が穿設されていて、箱体の両外側にスクロー
   ルが設置されており、それぞれのスクロール内には壁面
   の孔と略同心円状態でシロッコファンが回転自在に設置
   されているとともに、離間した二つのシロッコファンは
   一本の軸で連結されており、またスクロールは流出口が
   前後の二方向に伸びていて、それらの流出口が前後の吹
   き出し口に連通し、しかも箱体の内部には電熱ヒーター
   が設置されていて、さらに吹き出し口の上部にはここか
   ら吹き出す熱風を中央上部に流動させる変流板が設置さ
   れていることを特徴とする熱風吹き出しヒーター。