JP4319646B2 - リフロー炉 - Google Patents
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Description
以下、回路基板の加熱装置をリフロー炉又は単に炉と呼ぶ。
炉内にはレール間幅が可変な図示しない搬送レールが設けられており、この搬送レール上を複数の回路基板が、順次炉の入口から炉の出口に向かって図9の矢印Aで示す方向にチェーンコンベアによって炉内を搬送される。回路基板の大きさに応じて、可動レールの幅が調整される。
リフロー炉の入口と出口には、図9に模式的に示されているラビリンス110と呼ばれる空気流動防止装置が設けられている。ラビリンスはフィン状の複数の金属板等からなり、この金属板等の形状により空気の渦流を発生させて外気の侵入を防止している。
図10は図9のY―Y線における断面図である。回路基板106は、搬送装置105上を紙面手前から紙面を貫く方向に搬送される。ファンモータ109で駆動される循環ファン108により、炉内雰囲気ガスが上方両側から吸引されて下方に吹き出される。この吸引の際、雰囲気ガスは電熱ヒータ115により加熱される。加熱された雰囲気ガスと赤外線パネルヒータ125により回路基板106が加熱される。
赤外線パネルヒータ125は、回路基板106の下方にも設けられており、回路基板下部も同時に加熱される。
回路基板を加熱した雰囲気ガスは電熱ヒータ115で加熱された後、循環ファン108により吸引されて再び下方に向かって吹き出される。図示しない封入口から新たな雰囲気ガスが供給され、炉内の雰囲気ガスの圧力が一定の値に保たれ、リフロー炉への外気の侵入を防いでいる。
一方、電子部品の中には耐熱性の低いものがあり、240℃以上に加熱すると損傷を受けてその信頼性が失われる場合がある。従って、リフロー炉での回路基板を加熱する温度調整が、鉛フリー半田の採用によって更に厳しいものとなっている。
(1)炉搬出入口の開口部を、柔軟性のある素材で出来たカバーでふさぐ。
(2)可動式のシャッターを設けて、回路基板の通過時以外はふさいでおく。
(3)搬出入口にラビリンスを設ける。
(4)搬出入口近傍で雰囲気ガスを外に向かって吹付けるノズル装置を設ける。
(5)ラビリンスの位置を回路基板の種類に応じて上下させて隙間を減らす。
(1)炉搬出入口の開口部を柔軟性のあるカバーでふさぐと、回路基板が通過する際にそのカバーが回路基板に接触するケースがある。炉内で発生したフラックスなどでカバーが汚れていると、その接触により回路基板も汚れることになる。
(2)可動式のシャッターは構造的に複雑となり、シャッターにフラックスが付着すると可動不具合を発生する。また、回路基板の出入りの頻度により遮蔽性能が変わり、炉内の温度や酸素濃度の安定が保てなくなる。
(3)ラビリンスは、上記(1)(2)の対策には有効であるが、単独で十分な性能を得ようとすると炉長が長くなる。
(4)搬出入口近傍で雰囲気ガスを外に向かって吹出す方法は、高価な雰囲気ガス(窒素ガスなど)が炉外に直接流出するため、製造コストのアップにつながる。
リフロー炉の加熱ゾーンで加熱された回路基板のクリーム半田は炉内で溶融して半田付けが行われる。この際、フラックスが気化し炉内に充満する。フラックス成分を含んだ高温の雰囲気ガスが外気と接触することによりその温度が低下すると、フラックスが液化、あるいは固化する。このようなフラックスが回路基板に付着すると回路基板の品質低下をもたらす。
一方、炉内で気化したフラックスは雰囲気ガスの温度低下により液化するが、その液化温度は、溶剤系とロジン系で異なる。
雰囲気ガスの温度が低下すると、まずロジン系は180℃から150℃で液化する。更に雰囲気ガスの温度が低下すると、ロジン系は100℃で固化し始める。更に温度が低下すると、今度は溶剤系が約70℃で液化する。
すなわち、ロジン系は約170℃、溶剤系は約70℃を境に液化する。
液化したフラックスは収容タンク173で回収される。フラックス成分が除去された雰囲気ガスは再び加熱室に戻り、電熱ヒータ115で加熱される。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る、窒素炉型リフロー炉1の全体構成を表す図である。図左側の搬入口から、搬送装置5に搭載された複数の図示しない回路基板が、図右側の搬出口に向かって矢印Aの方向に搬送される。
炉の入側、出側には上述したラビリンス10と呼ばれる空気流動防止装置が設けられ、炉の入側、出側からの外気の侵入を防止している。しかし、搬送ライン上を回路基板が次々に搬入されるために、完全に外気の進入を防止することはできないのは既に説明したとおりである。
リフロー炉の種類により、加熱ゾーン、冷却ゾーンの数は異なり、加熱ゾーン中の予熱ゾーン、ピーク加熱ゾーンの数もそれぞれ異なる。
図1において、加熱室にはファンモータ9により駆動される循環ファン8が上側、下側ともに設けられており、冷却室では室内温度を下げるために、上側にのみ冷風吹付機構が設けられている。なお、冷却室にはフラックス回収装置54が設けられ、雰囲気ガス中のフラックスを液化回収し、回路基板にフラックスが付着するのを防止している。
雰囲気ガス吸引装置及びフラックス滴下防止機構の拡大図を図3(a)に示す。搬送装置5の下方から上方に向けて矢印に示すように、雰囲気ガスが吹き出される。加熱ヒータ55で加熱されたメッシュ板56で雰囲気ガスは吸引され、縦方向のエアカーテンが構成される。吸引された雰囲気ガスは排気路71により、フラックス回収ユニット53(図1)に導かれる。
図3(b)はこの吸引装置の側面図である。搬送装置5により矢印Aの方向に回路基板は搬送される。図3(c)は、この吸引装置の底面図である、加熱ヒータ55で本メッシュ板56が加熱され、雰囲気ガスがこのメッシュ板を通り抜けて排気路71に導かれる。
フラックス成分がこのフラックス回収ユニットにより除去された雰囲気ガスは、ファンモータ9により駆動された循環ファン8により排気管71に送り出され、再び搬送装置5の下側から吹き出される。
図4に本発明に係わる雰囲気ガス吸引装置及びフラックス滴下防止機構の第2の実施の形態を示す。図2におけるメッシュ板56と加熱ヒータ55からなる吸込装置の代わりに、図4(a)に示す構造からなる雰囲気ガス吸引装置及びフラックス滴下防止機構を設けている。
図4(a)は、第2の実施の形態に係わる雰囲気ガス吸引装置及びフラックス滴下防止機構の断面図である。搬送装置5上を図示しない回路基板が紙面手前から紙面を貫く方向に搬送される。搬送装置5の上には、傘形状の蓋部57が設けられている。蓋部最上部には排気路71が設けられている。蓋部57には図示するような傾斜が設けられており、蓋部に当たった雰囲気ガスが冷却され液化したフラックスが、内壁に沿って矢印Bに示すように流れ下る構造となっている。
図5に本発明の第3の実施の形態を示す。図2におけるメッシュ板56と加熱ヒータ55からなる吸引装置の代わりに、図5(a)に示す構造からなる雰囲気ガス吸引装置及びフラックス滴下防止機構を設ける。
図5(a)は、第3の実施の形態に係わる雰囲気ガス吸引装置及びフラックス滴下防止機構の断面図である。搬送装置5上を図示しない回路基板が紙面手前から紙面を貫く方向に搬送される。搬送装置5の上には、傘形状の蓋部57が設けられている。蓋部最上部には排気路71が設けられている。蓋部57には図示するような傾斜が設けられており、蓋部に当たった雰囲気ガスが冷却され液化したフラックスが、内壁に沿って矢印Bに示すように流れ下る構造となっていることは第2の実施形態と同様である。
図6に本発明の第4の実施の形態を示す。図6は冷却室と搬出口側ラビリンス10の間に第2の緩衝エリアを設けて、フラックス回収ユニット53他を設置する形態である。
本実施形態でも、冷却室内の雰囲気ガスと外気との温度差から、上記形態と同様にフラックス液化・滴下防止が必要となり、上述した第1から第3の実施形態で述べたフラックスの液化及び滴下を防止する雰囲気ガス吸引装置及びフラックス滴下防止機構を設けることができる。
図7に本発明の第5の実施の形態を示す。図7は加熱ゾーンと冷却ゾーンの間に第3の緩衝エリアを設けて、フラックス回収ユニット53他を設置する形態である。炉の搬入出口だけでなく雰囲気ガスの温度が下がる加熱室と冷却室の間にも第4の実施形態と同様のゾーン間雰囲気ガス移動防止機構を設けた形態である。
本実施形態でも、上記形態と同様にフラックス液化・滴下防止が必要となり、上述した第1から第3の実施形態で述べたフラックスの液化及び滴下を防止する雰囲気ガス吸引装置及びフラックス滴下防止機構を設けることができる。
発明者等は、実際に本発明によって外気の浸入を防ぎ、炉内酸素濃度を保持する効果を確認すべく実験を行った。
実験は図1に示すリフロー炉において、実際に複数の回路基板を搬入し、その際の炉内酸素濃度の変化を測定することにより実施した。
時間軸a1は、最初の回路基板が搬入口から搬入された時刻を示す。b1はこの回路基板が搬出口から搬出された時刻を示す。c1は最後の回路基板が搬入された時刻、d1はこの回路基板が搬出されたときの時刻を示す。
次に、循環ファンの動作を停止した(図8のX1)。その後、a2からd2までの間、同じ枚数の回路基板を搬入、加熱した。図中に「ガス吹出し無」と表示しているのが循環ファン停止状態である。
再び循環ファンを動作させた(図8のX2)。循環ファンの強度を強(40Hz)とした。a3からd3の間、同じ枚数の回路基板を搬入、加熱した。図中に「ガス吹出し有(強)」と表示しているのが循環ファンを「強」で動作した状態である。
本実験結果より、本発明の雰囲気ガス吹付装置が炉内酸素濃度の低減に効果を発揮することを確認できた。
3:加熱ゾーン
4:冷却ゾーン
5:搬送装置
8:循環ファン
9:ファンモータ
10:ラビリンス
53:フラックス回収ユニット
54:フラックス回収装置
55:加熱ヒータ
56:メッシュ板
57:傘形状の蓋部
58:フラックス流れ止め樋
59:綿状フラックス吸着板
63:熱交換器
69:外気ファン
71:排気路
101:リフロー炉
102:予熱ゾーン
103:ピーク加熱ゾーン
104:冷却ゾーン
105:搬送装置
106:回路基板
108:循環ファン
109:ファンモータ
110:ラビリンス
115:電熱ヒータ
117:ガス供給用ノズル
118:隔壁
119:ガスシール装置
120:歯車駆動モータ
121:傘歯車
122:牡ネジ
123:基台
124:ガイド穴
125:赤外線パネルヒータ
129:熱風循環器
145:仕切り板
151:メッシュ体
153:フラックス回収装置
163:外部熱交換器
169:外気ファン
171:排気路
173:液化フラックス収容タンク
175:内部熱交換器
Claims (12)
- 搬送装置により炉内を搬送される回路基板に加熱した雰囲気ガスを吹付けて加熱する複数の加熱室と、
前記加熱室に隣接し前記回路基板を冷却する冷却室と、
炉の搬入口と前記加熱室の間に設けられた第1緩衝エリアと、
当該第1緩衝エリアで前記搬送装置の下方から上方に向けて前記雰囲気ガスを吹付ける吹出装置と、
前記第1緩衝エリアで前記搬送装置の上方においてフラックス滴下防止機構を備えた前記雰囲気ガスを吸引する吸引装置と、
前記吸引された雰囲気ガスからフラックスを除去するフラックス回収ユニットと、からなるリフロー炉であって、
前記フラックス滴下防止機構は、前記吸引装置で吸引された雰囲気ガスを加熱する構成となっていることを特徴とするリフロー炉。 - 搬送装置により炉内を搬送される回路基板に加熱した雰囲気ガスを吹付けて加熱する複数の加熱室と、
前記加熱室に隣接し前記回路基板を冷却する冷却室と、
前記冷却室と炉の搬出口との間に設けられた第2緩衝エリアと、
当該第2緩衝エリアで前記搬送装置の下方から上方に向けて前記雰囲気ガスを吹付ける吹出装置と、
前記第2緩衝エリアで前記搬送装置の上方においてフラックス滴下防止機構を備えた前記雰囲気ガスを吸引する吸引装置と、
前記吸引された雰囲気ガスからフラックスを除去するフラックス回収ユニットと、からなるリフロー炉であって、
前記フラックス滴下防止機構は、前記吸引装置で吸引された雰囲気ガスを加熱する構成となっていることを特徴とするリフロー炉。 - 搬送装置により炉内を搬送される回路基板に加熱した雰囲気ガスを吹付けて加熱する複数の加熱室と、
前記加熱室に隣接し前記回路基板を冷却する冷却室と、
前記加熱室と前記冷却室との間に設けられた第3緩衝エリアと、
当該第3緩衝エリアで前記搬送装置の下方から上方に向けて前記雰囲気ガスを吹付ける吹出装置と、
前記第3緩衝エリアで前記搬送装置の上方においてフラックス滴下防止機構を備えた前記雰囲気ガスを吸引する吸引装置と、
前記吸引された雰囲気ガスからフラックスを除去するフラックス回収ユニットと、からなるリフロー炉であって、
前記フラックス滴下防止機構は、前記吸引装置で吸引された雰囲気ガスを加熱する構成となっていることを特徴とするリフロー炉。 - 更に前記冷却室と炉の搬出口との間に設けられた第2緩衝エリアと、
当該第2緩衝エリアで前記搬送装置の下方から上方に向けて前記雰囲気ガスを吹付ける吹出装置と、
前記第2緩衝エリアで前記搬送装置の上方においてフラックス滴下防止機構を備えた前記雰囲気ガスを吸引する吸引装置と、
前記吸引された雰囲気ガスからフラックスを除去するフラックス回収ユニットと、からなることを特徴とする請求項1に記載のリフロー炉。 - 更に前記加熱室と前記冷却室との間に設けられた第3緩衝エリアと、
当該第3緩衝エリアで前記搬送装置の下方から上方に向けて前記雰囲気ガスを吹付ける吹出装置と、
前記第3緩衝エリアで前記搬送装置の上方においてフラックス滴下防止機構を備えた前記雰囲気ガスを吸引する吸引装置と、
前記吸引された雰囲気ガスからフラックスを除去するフラックス回収ユニットと、からなることを特徴とする請求項1に記載するリフロー炉。 - 更に前記加熱室と前記冷却室との間に設けられた第3緩衝エリアと、
当該第3緩衝エリアで前記搬送装置の下方から上方に向けて前記雰囲気ガスを吹付ける吹出装置と、
前記第3緩衝エリアで前記搬送装置の上方においてフラックス滴下防止機構を備えた前記雰囲気ガスを吸引する吸引装置と、
前記吸引された雰囲気ガスからフラックスを除去するフラックス回収ユニットと、からなることを特徴とする請求項4に記載するリフロー炉。 - 前記フラックス滴下防止機構が、(C)前記吸引装置で吸引された雰囲気ガスを排気する排気路の入り口部分に設けられていることを特徴とする請求項1から6のいずれか1つに記載のリフロー炉。
- 前記フラックス滴下防止機構が、(D)前記搬送装置の上に設けられ最上部が排気路となっている傘状蓋部の最下面に設置されていることを特徴とする請求項1から6のいずれか1つに記載のリフロー炉。
- 前記フラックス滴下防止機構が、加熱ヒータと、当該加熱ヒータにより加熱されたメッシュ板と、から構成されることを特徴とする請求項1から8のいずれか1つに記載のリフロー炉。
- 前記フラックス回収ユニットが、循環ファンと、外気ファンと、熱交換器と、液化フラックス回収タンクと、から構成されることを特徴とする請求項1から9のいずれか1つに記載のリフロー炉。
- 前記炉の搬入口及び、あるいは前記炉の搬出口に更にラビリンスが設けられていることを特徴とする請求項1から9のいずれか1つに記載のリフロー炉。
- 前記雰囲気ガスが窒素等の不活性ガスであって、前記リフロー炉内に当該雰囲気ガスが充填されることを特徴とする請求項1から9のいずれか1つに記載のリフロー炉。
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