JPH0332464A - リフロー炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電子回路基板や電子回路部品の半田付は作業
などに使用するためのリフロー炉に関する。

（従来技術） 回路基板に各種の半導体素子部品を、半田付けにより面
実装する方法として、リフロー炉を使用した方法（リフ
ローソルダリング）が知られている。この半田付は方法
は、複数の輻射加熱域を直列に配置して成るリフロー炉
内を、例えばベルトコンベアにより、その接合部に予め
半田をコーティングした電子部品を回路基板の所定位置
に載置した状態で通過せしめて、この炉内を通過する際
に前記加熱域からの輻射熱で接合部の半田を再溶融させ
て基板の所定位置で電子部品の半田付けを行う方法であ
る。

第３図は従来のリフロー炉の構成の一例を示し、リフロ
ー炉ｌ内には、例えば赤外線ヒータまたは遠赤外線ヒー
タのような面ヒータからなる輻射加熱域２〜５が炉長方
向に４対配置され、これら上下の加熱域２〜５の間をベ
ルトコンベア６の上に所定間隔で載置された被加熱物、
すなわち、種々の電子部品（図示せず）を搭載した基板
７が前記リフロー炉内の入口１ａから出口１ｂにかけて
搬送される。電子部品と基板７との接合部には半田がコ
ーティングされている。ベルトコンベア６は、モータ８
に接続された駆動用ローラ９および３個の送り用ローラ
１０に巻回されたベルト１１から構成されている。

この構造のリフロー炉１においては、上記した各加熱域
２〜５の面ヒータからの輻射加熱と炉内雰囲気の自然対
流による加熱とが複合した状態で基板７上の電子部品の
半田付けが行なわれる。

ここで、各加熱域２〜５において、加熱域２は、入口１
ａから炉内に搬入された基板７の温度を急速に上昇せし
めるために配置される温度立ち上げ部として機能する。

しかし、例えば基板やそこに搭載される電子部品の間で
は熱容量に差があり、それらの間に温度差が生ずるので
、全体を均熱するために、加熱域２の後段に加熱域３，
４を配置した均熱部が形成されている。そして更に、こ
れら加熱域３，４の後段には、本加熱部としての本加熱
用加熱域５が配置され、ここで基板７およびそれに搭載
されている電子部品は所定温度、すなわち半田付は温度
に加熱されて半田付けが行なわれる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、前記したように、リフロー炉１内を搬送され
る基板７の各部における熱容量は必ずしも均一ではなく
、更に、基板７と該基板７の上に搭載れる電子部品との
間にも熱容量の差が存在する。従って、これらの熱容量
の差に起因して、−般に、炉内の各位置において、基板
や搭載部品の温度プロファイルが異なってくる。

第４図にその温度プロファイルの１例を示す。

図において、実線は基板、点線は搭載部品、−点鎖線は
搭載部品のパッケージ表面におけるそれぞれの温度プロ
ファイルを示す。

一般に、半田付けに用いるクリーム半田中のフラックス
の働きを有効に発揮せしめるためには、図のように、均
熱部における基板の温度を所定屋度でフラットに管理す
ることが好ましい。

しかし、第３図に示したような従来構造のリフロー炉に
おいては、均熱部における基板温度を第４図のように管
理すると、均熱部の終端付近では基板と搭載部品との間
で温度差△Ｔ１を生じ、また、本加熱部においても温度
差△Ｔ２が生ずる。

この傾向は、熱容量の大きい部品を搭載したときに顕著
に現われ、基板は所定温度Ｔ１になっていても搭載部品
の温度Ｔ！は著しく低くなり（△Ｔ。

が人となり）、結局、半田付は不良や半田付は不能とい
う不都合を招く。

本加熱部における基板温度Ｔ、を高めるような温度管理
を行ない、搭載部品の温度Ｔ、を高めれば、半田付は不
能というような事態を回避することはできるが、しかし
、あまりに高温にすることは、基板や搭載部品の熱損傷
を招いて、その機能喪失をもたらすので不都合である。

また、本加熱部における温度差△Ｔ！を小さくし、半田
付は不良を防止するためには、均熱部における温度差△
Ｔ１をできるだけ小さくすることが必要である。しかし
ながら、従来構造のリフロー炉ｌの場合、△Ｔ、を小さ
くするためには、ライン速度を極めて遅くするか、また
は炉長を長くして加熱域の数を増大するかのいずれかの
対策を採らざるを得す、そのため、製造効率の低下や炉
の大型化を招くという問題を避は得ない。

本発明は、このような問題を解消し、炉の大型化を企る
ことなく、均熱部における部品と搭載部品との間の温度
差△Ｔ１を小、また本加熱部における温度差△Ｔ！も小
とすることができる構造のリフロー炉の提供を目的とす
る。

（課題を解決するための手段） 上記した目的を達成するために、本発明においては、被
加熱物の温度立ち上げ用加熱域および均熱用加熱域から
成る予熱域ならびに本加熱用加熱域がこの順序で配置さ
れている炉内を前記被加熱物が搬送されるリフロー炉に
おいて、前記予熱域および前記本加熱用加熱域のそれぞ
れに独立して強制対流式加熱手段が設けられ、前記被加
熱物の搬送方向と同方向に循環する熱風の対流が前記予
熱域および前記本加熱用加熱域に形成されることを特徴
とするリフロー炉が提供される。

（作用） 均熱部を含む予熱域には、面ヒータからの輻射熱以外に
熱風が強制的に対流せしめられるので、従来の自然対流
の場合に比べて、被加熱物への熱の伝達速度が速くなり
、その結果、短時間で均熱部における前記△Ｔ１を小さ
くすることができる。

また、本加熱部にも熱風の強制対流が形成されるので、
そこにおける前記△Ｔ、も小さくなる。

その結果、均熱部においては基板温度を所定温度にフラ
ットに管理した状態であっても、半田付けが進行する本
加熱部における基板と搭載部品との温度差を小さくする
ことができ、クリーム半田のフラックスの有効性を損う
ことなく、確実な半田付けを行なうことができるように
なる。

（実施例） 以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
。

第１図は本発明の第１の実施例を示し、リフロー炉２１
内には、赤外線ヒータまたは遠赤外線ヒータのような上
下一対の面ヒータ２２から成る温度立ち上げ用加熱域、
同じく上下一対の面ヒータ２３から成る第１の均熱用加
熱域、上下一対の面ヒータ２４から成る第２の均熱用加
熱域、および上下一対の面ヒータ２５から成る本加熱用
加熱域２５がこの順序で直列に配置されている。ここで
、温度立ち上げ用加熱域、第１の均熱用加熱域および第
２の均熱用加熱域は、被加熱物を本加熱用加熱域におい
て適正な半田付は条件を実現するための予熱域を構成す
る。

各加熱域における一対の面ヒータの間には、モータ２８
に接続された駆動用ロータ２９および送すローラ３０に
巻回されたベルトコンベア２６が走行し、その上に所定
間隔で被加熱物２７が載置されることにより、これら被
加熱物２７はリフロー炉２１の入口２１ａから出口２１
ｂに向かって搬送される。

面ヒータ２２のリフロー炉入口２１ａ側と面ヒータ２３
および面ヒータ２４の境界には、それぞれ、炉内にパイ
プ３１ａ、３１ｂが被加熱物２７の上方から挿入され、
パイプ３１ａはエアヒータ３２を介してブロア３３に接
続され、またパイプ３１ｂはブロア３３に接続され、全
体として、予熱域における強制対流加熱手段が構成され
る。

同様に、本加熱用加熱域の面ヒータ２５の前後にも、パ
イプ３４　ａ、　　３４　ｂがそれぞれ被加熱物２７の
上方から挿入され、パイプ３４ａはエアヒータ３５を介
してブロア３６に、またパイプ３４ｂはブロア３６に接
続され、全体として、本加熱用加熱域における強制対流
加熱手段が構成される。

これらのそれぞれ独立した強制対流加熱手段のいずれに
おいても、プロ７３３．３６を運転すると、エアヒータ
３２．３５で加熱された熱風が、パイプ３１ａ、３４ａ
から炉内に吹き込まれ、被加熱物２７の搬送方向に流れ
、パイプ３１ｂ、　３４ｂからブロア３３，３６に吸引
されるようになっている。すなわち、熱風は、予熱域、
本加熱用加熱域においてそれぞれ矢印Ｐ＋、Ｐｔで示し
たように独立して循環するようになっている。

つぎに作用を説明する。

リフロー炉２１に搬入された被加熱物７は面ヒータ２２
の間を通過する過程で温度立ち上げがなされ、第１の均
熱用加熱域の面ヒータの間に移送される。ここで、面ヒ
ータ２３の輻射熱によって加熱されると同時に、その上
面は対流する熱風で加熱される。そのため、被加熱物の
熱容量の小さい部分は輻射加熱による過度の温度上昇が
抑制され、一方、熱容量の大きい部分は輻射加熱と対流
加熱の相乗作用によって温度上昇が促進されることにな
り、被加熱物全体としての部分的な温度差は小さくなる
。

そして、第２の均熱用加熱域の面ヒータ２４の間を通過
する過程で、被加熱物の全体的な温度差は一層小さくな
って均熱化が進む。

均熱化した被加熱物２７はつづいて本加熱用加熱域の面
ヒータ２５の間に移送され、予熱域の場合よりも高温に
加熱されるが、このときも熱風の対流の作用により、被
加熱物の部分的な温度差は小さくなる。このように、熱
風の対流による強制加熱を加味することにより、均熱部
における温度差△Ｔ１１本加熱用加熱部における温度差
△Ｔ２はいずれも小さくなり、半田付は不良は起らなく
なる。

第２図は本発明の他の実施例を示し、このリフロー炉の
場合は、第１図の実施例炉において、第２の均熱用加熱
域の面ヒータのうち上方の面ヒータを取除き、エアヒー
タ３７と接続する熱風吹付は部３８を取付け、ここで、
外気をエアヒータ３７で加熱した熱風を搬送される被加
熱物２７の上面に強制的に吹きつける構造にしたもので
ある。

このような構造にすると、均熱効果が一層促進されて有
効である。

（発明の効果） 以上の説明で明らかなように、本発明のリフロー炉は、
その構成を、被加熱物の温度立ち上げ用加熱域および均
熱用加熱域から成る予熱域ならびに本加熱用加熱域がこ
の順序で配置されている炉内を前記被加熱物が搬送され
るリフロー炉において、前記予熱域および前記本加熱用
加熱域のそれぞれに独立して強制対流式加熱手段が設け
られ、前記被加熱物の搬送方向と同方向に循環する熱風
の対流が前記予熱域および前記本加熱用加熱域に形成さ
れるようにしたので、例えば基板表面に実装される電子
部品の種類により当該基板表面に熱４゜ 容量の差が生じた場合でも、均熱部におけるこの基板表
面の温度差を極めて小さく抑えることが可能となり、そ
の結果、本加熱用加熱部において、部品の損傷や半田付
は不良等の欠陥が発生することを防止することができる
。また、基板表面における半田付は接合部は、どの個所
でも、急速に均熱温度にまで立ち上がり、その温度の保
持時間も長くなるので、クリーム半田中に含まれている
フラックスが安定することになり、その結果、半田ボー
ル発生のような現象が抑制されて均一な半田付けが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明のリフロー炉の実施例を示
す構成図、第３図は従来のリフロー炉の構成図、第４図
はリフロー炉内における基板と搭載部品の温度プロファ
イルを示すグラフである。 ２１・・・リフロー炉、２１ａ・・・入口、２１ｂ・・
・出口、２２，２３，２４．２５・・・面ヒータ、２６
・・・ベルトコンベア、２７・・・基板（被加熱物）、
２８・・・モータ、２９・・・駆動用ローラ、３０・・
・送り用ローフ、 ３２゜ ロア、 ３１ａ、３１ｂ、３４ａ、３４ｂ−・・パイプ、３５．
３７・・・エアヒータ、３３．３６・・・部３８・・・
熱風吹き付は部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　被加熱物の温度立ち上げ用加熱域および均熱用加熱域
   から成る予熱域ならびに本加熱用加熱域がこの順序で配
   置されている炉内を前記被加熱物が搬送されるリフロー
   炉において、前記予熱域および前記本加熱用加熱域のそ
   れぞれに独立して強制対流式加熱手段が設けられ、前記
   被加熱物の搬送方向と同方向に循環する熱風の対流が前
   記予熱域および前記本加熱用加熱域に形成されることを
   特徴とするリフロー炉。