JP4149768B2 - リフロー装置、リフロー方法及びリフロー炉 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に実装された電子部品を半田付けするためのリフロー装置、リフロー方法及びリフロー炉に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のリフロー半田付け装置の構成を図6を用いて説明する。すなわちリフロー半田付け装置は、炉内が複数の部屋に分割されており、各部屋ごとに熱風循環加熱を行うことが主流となっている。具体的には、炉内に配置される大型の円筒型多翼ファンもしくは軸流ファンからなるファン100によって、炉体101内の加熱室102内の雰囲気が吸い込まれ、流路103を通ってヒータ等の加熱手段104により加熱され、加熱された雰囲気は、上記ファン100を通過し、流路105を通ってノズル106より加熱室102内に配置されたプリント配線基板107に熱風が吹き付けられ、電子部品が実装され、半田材料が塗布された上記プリント配線基板107の半田付けが実行される。108はノズル106の熱風吹き出し口付近に配置した熱電対等からなる温度検出手段、109は検出した温度と設定温度との差を比較して、上記加熱手段104を温度制御する温度制御手段、110はファン100を駆動するモータである。
【0003】
このような構成において、炉体内の雰囲気を均等に加熱し、かつ均等な風速でプリント配線基板に熱風を吹き付けるためには、かなり流路を複雑にする必要があり、各加熱室が大きくなって、設備が大型になるのが一般的である。これは、一面では、炉体の熱容量が大きく、熱しにくく、冷めにくい点、プリント配線基板を連続で投入しても、炉内温度にほとんど影響せず、安定した雰囲気温度を得られる利点がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のリフロー装置においては、何らかの原因で炉内温度が設定値より高くなってしまった場合、ヒータがオフになり続けている状態でも、炉体自身の熱容量が大きいため、設定温度までの低下時間が大きくなってしまう。炉内温度が設定値より大きくなってしまう原因としては、隣接する炉体の温度が相対的に高温に設定されている場合に、高温雰囲気の巻き込みや、壁面から伝わる熱によって炉内温度が高温側に引っ張られ、結果としてヒータが常にオフの状態でも、設定値よりも高い温度で安定もしくは昇温し続けることになってしまう。また加熱対象であるプリント配線基板の仕様変更で、温度設定を低温側に設定し直す際にも、低温側に温度が安定するまで、上述の理由により非常に時間がかかってしまい、生産の稼動時間のロスに繋がる問題があった。
【0005】
この問題を解消するために、炉体を開放するか、パイプなどにより強制的に炉内に炉外雰囲気、すなわち外気を導入する等して、炉内雰囲気温度を下げる方法もあるが、例えば窒素導入による低酸素濃度雰囲気でのリフローが必要な場合、酸素濃度を所定の濃度まで下げるためには相当量の窒素が必要になるが、炉体開放や炉外雰囲気の強制導入では酸素濃度が上がってしまい、これの調整、安定化に時間がかかる問題があった。
【0006】
本発明は、上記問題点を解消するものであり、リフロー半田付けを行うリフロー装置において、炉体内部の雰囲気温度が設定温度よりも高温側に移行した状態でも、速やかに炉内温度を安定に制御し、安定したリフロー半田付け品質を確保するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半田材料が塗布され、電子部品が実装されたプリント配線基板を炉体内へ搬入して加熱し、上記半田材料を溶融して上記電子部品を上記プリント配線基板に接合させるリフロー装置において、プリント配線基板を加熱する加熱室、この加熱室に循環気流を与える送風手段ならびに上記循環気流を加熱する加熱手段を備えた、密閉可能な内部炉体と、上記内部炉体を包囲して同内部炉体との間に冷却空間を形成し、この冷却空間の外気導入口と排気口を設けた外部炉体と、上記外部炉体の排気口に連通して同排気口から上記冷却空間の雰囲気を排気する排気手段とを有し、上記排気手段を作動させて冷却空間の高温雰囲気を排気すると共に、上記冷却空間に低温炉外雰囲気を導入することにより、上記内部炉体内の雰囲気温度を制御するリフロー装置であって、上記冷却空間に露出して同冷却空間内の雰囲気へ放熱する第 1 の伝熱突起と、上記内部炉体の内部空間に露出して同空間の雰囲気から吸熱する第2の伝熱突起とを有するヒートシンクを、第 1 の伝熱突起が外部炉体の外気導入口に近接して位置し、第2の伝熱突起が基板に吹き付けられた加熱空気を吸い込んで送風手段へ戻す開口部に位置するようにして、配設したことを特徴とする。
【0008】
【0009】
【0010】
【0011】
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態におけるリフロー装置について、図1〜図5を用いて説明する。図1において、炉体1は、密閉可能な内部炉体1aと、この内部炉体1aを包囲し、同内部炉体1aとの間に冷却空間2を形成した外部炉体1bから構成されている。上記内部炉体1a内には、プリント配線基板3を定位置に保持して同プリント配線基板3を加熱雰囲気で加熱する加熱室4と、この加熱室4内の雰囲気を循環させる送風手段5と、この送風手段5の下手側に位置し、循環流を加熱するヒータ等の加熱手段6と、加熱された循環流を、電子部品が実装され、半田材料が塗布されたプリント配線基板3に吹き付けるノズル7が設けられている。そして上記加熱手段6は、プリント配線基板3に近接して配置された温度検出手段8aとこの検出した雰囲気温度を設定温度に制御する温度制御手段8bとによりオンオフ制御される。1cは、加熱室4から送風手段5により内部炉体1a内に循環流を形成するための吸い込み開口である。
【0013】
外部炉体1bには、この外部炉体1bと内部炉体1aとの間の冷却空間2への外気導入口9と、上記冷却空間2内の雰囲気の排気口10と、内部炉体1aに設けた前記送風手段5を駆動するモータ11が設けられている。そして上記外気導入口9に近接して位置し、内部炉体1aの壁面にヒートシンク12が取り付けられており、前記冷却空間2に露出して同冷却空間2内の雰囲気へ放熱する多数の伝熱突起12aと前記内部炉体1aの内部空間内に露出して同空間の雰囲気から吸熱する多数の伝熱突起12bを有している。また排気口10は、ダクト13に接続し、このダクト13は、排気ブロア14により冷却空間2内の雰囲気を排気する。この排気ブロア14は、上記温度制御手段8bにより制御され、上記内部炉体1a内の雰囲気を冷却する必要のある時に作動する。15は切替ダンパで、設備の通常の稼動中には、設備全体の排気のため、設備両端の入口、出口の排気ダクト16a、16bにつながるダクト16と排気ブロア14を使用するが、上記切替ダンパ15を切替えて排気ブロア14をダクト13と連通すると、前記炉体1の冷却空間2の排気ならびに同冷却空間2への外気導入が可能となる。
【0014】
なお上記切替ダンパは、炉内雰囲気の温度によって自動的に切替える構成とすることができる。また切替ダンパは設けず、設備全体の排気と炉内雰囲気の温度調節のための排気を独立して行うようにすることも可能である。
【0015】
なお上記炉体1は、プリント配線基板3の上面を加熱する構成に限定して示しているが、図4に示すように、プリント配線基板3の下面を加熱する独立した炉体1が設けられるのが一般的である。
【0016】
上記構成において、以下、リフロー装置の動作について説明する。送風手段5によりノズル7からプリント配線基板3に内部炉体1a内の加熱された気流を吹き付け、その加熱気流を吸い込み開口1cより送風手段5に戻す。これにより、内部炉体1aの雰囲気は循環し、加熱手段6により炉内雰囲気が加熱され、所望の雰囲気温度まで昇温する。
【0017】
通常の生産時は、この加熱手段6のオンオフによってのみ、炉内雰囲気の温度調節が行われるが、この方法では、前述のように炉内温度が設定値より高い温度で安定、または昇温し続ける場合がある。
【0018】
例として、図2のグラフについて説明する。これは、本発明の一実施形態におけるリフロー装置において、冷却制御を行わず、加熱制御のみで行う場合の温度測定例である。
【0019】
隣接する両側の炉体温度を250℃、温度測定対象の炉体の温度設定を200℃にしている。温度測定結果を見ると、加熱手段6がオンで、時間S1で設定温度付近まで昇温後、温度制御手段8bにより加熱手段がオフとなり、一旦、設定温度に安定するが、時間の経過と共に、隣接炉体の温度影響を受け、さらに昇温し続けてしまう。この間、上記炉体の加熱手段6はオフのままである。つまり強制的に炉内雰囲気もしくは炉体壁面の冷却を行わなければ、設定温度が維持できない状態である。
【0020】
つぎに前述の一実施形態(図1)において、冷却制御を行った場合の温度測定結果の例を図3に示す。炉体の設定温度は、図2の場合と同様、隣接する両側の炉体温度を250℃、温度測定対象の炉体の温度設定は、200℃にしている。図3の時間S1までの昇温過程では、加熱手段6がオンのままで、上記冷却機能なしの場合(図2)と同様である。時間S1で設定温度付近に達した後、上記温度制御手段8bにより加熱手段6をオフにすると共に、ダクト13、排気ブロア14を作動させ、炉体内雰囲気を強制冷却する。すなわちダクト13により内部炉体1aと外部炉体1bの間の冷却空間2内の雰囲気を排気口10から流出、排気させる(B)。この時、上記冷却空間2内の圧力が外気、すなわち炉外雰囲気Aよりも低下し、同冷却空間2に炉外雰囲気Aが外部炉体1bの外気導入口9から導入されることになる。この結果、低温の炉外雰囲気Aにより、内部炉体1aの壁面ならびにこの壁面を通して内部炉体1a内の雰囲気が冷却されると共に、この低温の炉外雰囲気Aがヒートシンク12の片面12aを通過する際、同ヒートシンク12の熱を奪って、上記ヒートシンク12自身の温度が低下する。一方では、炉外雰囲気Aで冷却されたヒートシンク12が前記した内部炉体1a内の熱風循環雰囲気から吸熱し、隣接する炉体からきた余分な熱を奪うことになる。この結果、炉体内雰囲気の温度は過熱することなく、図3に示す通り、設定温度を安定して維持することが可能である。
【0021】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、リフロー半田付けを行うリフロー装置において、熱的外乱に対して炉体内雰囲気の温度を安定的に制御することが可能になり、熱風温度のバラツキを最小限に抑制できる。これにより、電子部品実装基板の連続搬入時の温度プロファイル再現性が向上し、生産品質の向上を図ることができ、さらには、生産機種切替時の温度設定変更の際に、所要時間の短縮が図れるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態におけるリフロー装置の概略説明図である。
【図2】 本発明の一実施形態におけるリフロー装置において、冷却機能を用いない場合の炉内温度のプロファイル測定結果を示す図である。
【図3】 本発明の一実施形態におけるリフロー装置において、冷却機能を用いた場合の炉内温度のプロファイル測定結果を示す図である。
【図4】 本発明の一実施形態におけるリフロー装置の冷却機能を示す説明図である。
【図5】 本発明の一実施形態におけるリフロー装置全体の側面図である。
【図6】 従来のリフロー装置の概略図である。
【符号の説明】
1 炉体
1a 内部炉体
1b 外部炉体
2 冷却空間
3 プリント配線基板
4 加熱室
5 送風手段
6 加熱手段
8a 温度検出手段
8b 温度制御手段
9 外気導入口
10 排気口
12 ヒートシンク
12a、12b 伝熱突起
13、14 排気手段
Claims (4)
- 半田材料が塗布され、電子部品が実装されたプリント配線基板を炉体内へ搬入して加熱し、上記半田材料を溶融して上記電子部品を上記プリント配線基板に接合させるリフロー装置において、プリント配線基板を加熱する加熱室、この加熱室に循環気流を与える送風手段ならびに上記循環気流を加熱する加熱手段を備えた、密閉可能な内部炉体と、上記内部炉体を包囲して同内部炉体との間に冷却空間を形成し、この冷却空間の外気導入口と排気口を設けた外部炉体と、上記外部炉体の排気口に連通して同排気口から上記冷却空間の雰囲気を排気する排気手段とを有し、上記排気手段を作動させて冷却空間の高温雰囲気を排気すると共に、上記冷却空間に低温炉外雰囲気を導入することにより、上記内部炉体内の雰囲気温度を制御するリフロー装置であって、上記冷却空間に露出して同冷却空間内の雰囲気へ放熱する第 1 の伝熱突起と、上記内部炉体の内部空間に露出して同空間の雰囲気から吸熱する第2の伝熱突起とを有するヒートシンクを、第 1 の伝熱突起が外部炉体の外気導入口に近接して位置し、第2の伝熱突起が基板に吹き付けられた加熱空気を吸い込んで送風手段へ戻す開口部に位置するようにして、配設したことを特徴とするリフロー装置。
- 請求項1記載のリフロー装置を用いて、昇温中は加熱し、設定温度後は加熱を中止し、かつ冷却することで、炉内温度を設定温度まで上昇後、一定の温度を維持するようにしたことを特徴とするリフロー方法。
- 半田材料が塗布され、電子部品が実装されたプリント配線基板を炉体内へ搬入して加熱し、上記半田材料を溶融して上記電子部品を上記プリント配線基板に接合させるリフロー炉において、
プリント配線基板の上面を加熱する加熱室、この加熱室に循環気流を与える送風手段ならびに上記循環気流を加熱する加熱手段を備えた、密閉可能な内部炉体と、上記内部炉体を包囲して同内部炉体との間に冷却空間を形成し、この冷却空間の外気導入口と排気口を設けた外部炉体と、上記外部炉体の排気口に連通して同排気口から上記冷却空間の雰囲気を排気する排気手段とを有し、上記排気手段を作動させて冷却空間の高温雰囲気を排気すると共に、上記冷却空間に低温炉外雰囲気を導入することにより、上記内部炉体内の雰囲気温度を制御するリフロー装置であって、上記冷却空間に露出して同冷却空間内の雰囲気へ放熱する第 1 の伝熱突起と、上記内部炉体の内部空間に露出して同空間の雰囲気から吸熱する第2の伝熱突起とを有するヒートシンクを、第 1 の伝熱突起が外部炉体の外気導入口に近接して位置し、第2の伝熱突起が基板に吹き付けられた加熱空気を吸い込んで送風手段へ戻す開口部に位置するようにして、配設した上側リフロー装置と、
プリント配線基板の下面を加熱する加熱室、この加熱室に循環気流を与える送風手段ならびに上記循環気流を加熱する加熱手段を備えた、密閉可能な内部炉体と、上記内部炉体を包囲して同内部炉体との間に冷却空間を形成し、この冷却空間の外気導入口と排気口を設けた外部炉体と、上記外部炉体の排気口に連通して同排気口から上記冷却空間の雰囲気を排気する排気手段とを有し、上記排気手段を作動させて冷却空間の高温雰囲気を排気すると共に、上記冷却空間に低温炉外雰囲気を導入することにより、上記内部炉体内の雰囲気温度を制御するリフロー装置であって、上記冷却空間に露出して同冷却空間内の雰囲気へ放熱する第 1 の伝熱突起と、上記内部炉体の内部空間に露出して同空間の雰囲気から吸熱する第2の伝熱突起とを有するヒートシンクを、第 1 の伝熱突起が外部炉体の外気導入口に近接して位置し、第2の伝熱突起が基板に吹き付けられた加熱空気を吸い込んで送風手段へ戻す開口部に位置するようにして、配設した下側リフロー装置とを
備えたことを特徴とするリフロー炉。 - 請求項1記載のリフロー装置を備えたリフロー炉であって、送風手段にノズルが設けられ、このノズルにより、プリント配線基板へ加熱空気を吹き付けるように構成したことを特徴とするリフロー炉。
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| JP2002258336A JP4149768B2 (ja) | 2002-09-04 | 2002-09-04 | リフロー装置、リフロー方法及びリフロー炉 |
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- 2002-09-04 JP JP2002258336A patent/JP4149768B2/ja not_active Expired - Fee Related
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