JPH079556U - 温風式リフローはんだ付け装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製品の品質向上と装置の小型化を図り得る温
風式リフローはんだ付け装置を提供する。 【構成】 リフロー炉の内部に温風を吹き込んではんだ
付けを行う温風式リフローはんだ付け装置において、温
風を上下方向に流通させるリフロー炉２３と、電熱器２
４を内蔵した蓄熱装置２６と、前記リフロー炉２３と蓄
熱装置２６を無端に接続する循環風路２７と、前記循環
風路２７を通して温風を循環させる通風機２８，２９
と、循環する温風の流量を調節すると共に循環風路２７
の内外部を連通させる制御弁３０，３１と、所定の温度
プロファイルを実行するように前記制御弁３０，３１の
開度を制御する制御装置３３とを備えたことを特徴とす
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、はんだ付作業の品質を向上し得る小型の温風式リフローはんだ付け 装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

高密度の表面実装を可能にするため、プリント配線基板等の表面に温風を吹き 付け、基板表面に塗布したクリームはんだを溶融させて半導体チップ等の実装部 品を配線パターンにはんだ付けする温風式リフローはんだ付け装置が広く使用さ れている。

【０００３】 図７は静止式又はバッチ式と呼ばれるもので、この装置は実装部品を仮付けし た基板、すなわちワーク１の搬入及び搬出操作を司る操作台２と、この操作台２ から搬入されたワーク１にはんだ付けを行うリフロー炉３と、このリフロー炉３ の内部に温風４を吹き込む温風発生機５等によって構成されており、この温風発 生機５の内部に配置した電熱器６の発生熱量を増大させると、温風の温度が上昇 し、ワーク表面のはんだを溶融させてはんだ付けを行うようにしている。

【０００４】 しかし、この装置によると、温風の温度を迅速に変化させることができないた め、リフローはんだ付け作業の工作基準である温度プロファイル（後述する）を 忠実に実行することが困難であり、品質上に不安が残るという問題点があった。

【０００５】 ここで、温度プロファイルの意義について説明すると、この温度プロファイル は図６に仮想線で示すように、基板上に分布する各種サイズの実装部品を均一 に加熱するため、基板の温度をクリームはんだの溶融点（１８３度ｃ）より若干 低い温度（１４０〜１６０度ｃ）で約６０秒間予熱するプロセス７と、実装部 品の急激な温度上昇を抑制して熱障害を防止すると共に、緩慢な温度上昇による クリームはんだの乾燥・変質を防止するため、基板を毎秒２〜３度ｃの温度勾配 で昇温するプロセス８と、細部の溶着を完全に行うためワーク１を高温度（約 ２４５度ｃ）で約１０秒間保持するプロセス９等を含んでおり、この温度プロフ ァイルに従って基板の温度を上昇させると品質の良いはんだ付け作業を行うこと ができる。

【０００６】 また別の装置として図８に示すコンベア式と呼ばれるものがある。この装置は 多数のワーク１，１，１…を連続的に搬送するコンベア１０と、このコンベア１ ０上を移動するワーク１を異なる温度の雰囲気に曝して加熱する４基の加熱炉１ ２，１３，１４，１５等によって構成されており、各加熱炉１２，１３，１４， １５内の雰囲気温度とコンベア１０の搬送速度を適正に選定すると、所定の温度 プロファイルをほぼ忠実に実行することが可能になり、品質の良いはんだ付け作 業を行うことができる。

【０００７】 しかし、コンベア式の装置には次に述べるような問題点があった。 （１） この装置は連続生産を行うので、大量生産には有利であるが、多種少 量生産には不利である。 すなわち装置の外形寸法が大きいため（装置の全長は４〜５メートルである） 、冷態起動する際の準備時間が長く（３０〜５０分を必要とする）、また製造費 も高価になるためである。

【０００８】 （２） ワーク１が加熱炉１２，１３，１４，１５内を移動するので、ワーク １の温度を直接検出するのが困難であり、その代わりに温風の温度を検出するの で、温度プロファイルを実行する際の温度の把握が不正確である。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

本考案は前記の問題点に鑑み、所定の温度プロファイルを忠実に実行すること によって製品の品質を向上させると共に、装置を小型に構成することによって製 造費を大幅に低減できる温風式リフローはんだ付け装置を提供することを課題と する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

前記の課題を解決するため、本考案では次の手段を構成した。 （請求項１） リフロー炉の内部に温風を吹き込んではんだ付けを行う温風式 リフローはんだ付け装置において、温風を上下方向に流通させるリフロー炉と、 電熱器を内蔵した蓄熱装置と、前記リフロー炉と蓄熱装置を無端に接続する循環 風路と、前記循環風路を通して温風を循環させる通風機と、循環する温風の流量 を調節すると共に循環風路の内外部を連通させる制御弁と、所定の温度プロファ イルを実行するように前記制御弁の開度を制御する制御装置とを備えたことを特 徴とする温風式リフローはんだ付け装置。 （請求項２） リフロー炉と蓄熱装置と循環風路を含む循環系統を半密閉構造 のケーシングの内部に配置し、前記ケーシング内の雰囲気温度を調節する温度調 節装置を設けている請求項１に記載の温風式リフローはんだ付け装置。

【００１１】

【作用】

（１） 温風が蓄熱装置と循環風路の内部に充満しているので、ワークを加熱 する熱源の蓄熱量が大きく、また制御弁が温風の流量を制御すると共に、循環風 路の内外部を連通して循環風路内の温風を外部に排出したり、あるいは冷たい外 気を循環風路内に取り込むので、ワークに対する供給熱量を大幅に且つ迅速に変 化させることができる。

【００１２】 （２） 前記（１）項の結果、所定の温度プロファイルに従ってはんだ付け作 業を行うことが可能になり、製品の品質を向上させることができる。

【００１３】 （３） 基板の加熱・冷却は単一のリフロー炉で行われるので、装置の外形寸 法を小型に構成することが可能になり、製造費を大幅に低減することができる。

【００１４】 （４） 請求項２によると、リフロー炉及び蓄熱装置等はその周辺が窒素等の 不活性ガス又は空気のバリヤーで包囲されるので、放熱ロスを最小限に抑制する ことが可能になり、熱エネルギーを節約することができる。

【００１５】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。図１ないし図６は本考案の 一実施例を示すもので、この実施例の主要部は、上部と下部に温風の供給口２１ 及び排出口２２を設けた中空構造のリフロー炉２３と、大型の容器６０の内部に 電熱器２４及び押込み通風機２５を配置した蓄熱装置２６と、リフロー炉２３及 び蓄熱装置２６を無端に接続する循環風路２７と、この循環風路２７を通して温 風を循環させる通風機２８，２９と、循環風路２７を循環する温風の流量及び温 度を変化させる制御弁３０，３１と、所定の温度プロファイルを実行するように 前記制御弁３０，３１の開度を制御する制御装置３３と、この制御装置３３を除 く循環系統、すなわちリフロー炉２３、蓄熱装置２６、循環風路２７等からなる 循環系統を収容する半密閉構造のケーシング３４等によって構成されており、前 記制御弁３０，３１は循環風路のリフロー炉入口側及び出口側の部分に配置され ている。

【００１６】 尚、ケーシング３４の上部には、図２に示すようにケーシング３４内の温度を 常温（約３０度ｃ）に保持する温度調節装置３５が、またケーシング３４の側部 には蓋４１を有する密閉構造の準備室３７が配置されており、この準備室３７の 内部にパレット３６が収容されている。 パレット３６はワーク３２を炉内に搬入及び搬出するためのもので、公知の搬 送機構（図示せず）の上部に移動可能に配置されている。

【００１７】 リフロー炉２３は水平方向の断面積が中央部で最も大きく、また上下方向に先 細りするように長方体の上下に截頭四角錐を重ねた形状をしており、上半部の正 面側にはビューポート３８が設けられている。尚、ケーシング３４の正面側にも ビューポート３９が設けられており、この２つのビューポート３８，３９を透し て作業者がはんだ付け作業の進行状況を観察できるようになっている。

【００１８】 またリフロー炉２３の準備室側のほぼ中央部には、図２に示すようにヒンジ４ ０を介して矢印ｇ方向に開閉する電動機駆動の扉４２が設けられている。この扉 ４２はワーク３２の搬入及び搬出時のみ解放し、それ以外は閉鎖するようになっ ており、はんだ付け作業中、温風が炉外に洩出するのを防止している。

【００１９】 蓄熱装置２６を構成する大型の容器６０の内容積はリフロー炉２３のそれの５ 〜６倍に設定されており、運転中、電熱器２４がつくり出した高温度（約６００ 度ｃ）の不活性ガス（窒素ガス）又は空気が蓄熱装置２６の内部に充満している 。

【００２０】 制御弁３０，３１は図４に示すように、３個のポート４３，４４，４５を有す る本体５１と、３個の開口４６，４７，４８を有し且つ軸４９の周りに回動する 弁体５０とを組み合わせたロータリー式のバルブであり、図示の位置から弁体５ ０が矢印ａ方向に回動すると循環風路２７内の流量が図５に矢印ｅで示すように 減少し、弁体５０が４５度回動すると流量がゼロになる。

【００２１】 そして、更に弁体５０が回動すると、本体５１のポート４３，４５が連通して 図４に矢印ｃで示すように循環風路２７内の温風が外部に放出される。この放出 量は弁体５０の回動角度の増大に伴って図５の矢印ｆに示すように増大し、弁体 が９０度回動すると最大値に達する。

【００２２】 また、弁体５０が図４の位置から矢印ｂ方向に回動すると、循環風路２７を流 れる温風の流量が図５に矢印ｅで示すように減少し、弁体が４５度回動すると流 量がゼロになる。 そして、更に弁体５０が回動すると本体５１のポート４４，４５が連通して図 ４に矢印ｄで示すように外気が循環風路２７の内部に吸入される。この吸入量は 弁体５０の回動角度の増大に伴って図５の矢印ｆで示すように増大し、弁体５０ が９０度回動すると最大値に達する。

【００２３】 尚、この実施例における制御弁３０は、流量を絞ると弁体５０が矢印ａ方向に 回動するものを使用し、制御弁３１には矢印ｂ方向に回動するものを使用する。

【００２４】 制御装置３３は所定の温度プロファイルに従って時々刻々変化する温度及びそ の時点における温度勾配を設定値として出力する設定部５２（図１参照）と、基 板表面の温度を検出する温度センサー５３と、この温度センサー５３が検出した 温度信号を設定部５２から入力した温度信号と比較すると共に、同じく設定部５ ２から入力した温度勾配の設定信号をその時点における基板の温度勾配の実績値 と比較し、その差がゼロになるように制御弁３０，３１に対して制御信号ｈ，ｉ を発生する制御部５４と、操作盤５５等によって構成されている。

【００２５】 尚、設定部５２と制御部５４は図２に示すように、準備室３７の下方に配置さ れており、また操作盤５５は図３に示すようにケーシング３４の正面側に且つビ ューポート３９の下方に位置するように配置されている。 尚、図中の５６は通風機２８，２９を駆動する電動機、５７は扉４２を開閉駆 動する電動機である。

【００２６】 次に、このはんだ付け装置の取扱要領及び作動について説明する。先ず、真空 ポンプ（図示せず）を用いて蓄熱装置２６、循環風路２７の内部及びケーシング ３４の内部の空気を吸引し、その代わりに窒素ガスを封入する。

【００２７】 次に、蓄熱装置内の電熱器２４及び通風機２８，２９，２５を起動して温風を 循環させ、約１０分間、煖機運転を行うと共に蓄熱装置２６の内部に約６００度 ｃの窒素ガスを充満させる。また、温度調節装置３５を起動してケーシング３４ の内部の窒素ガスの温度を約３０度ｃに整定させる。

【００２８】 以上ではんだ付け作業の準備が完了するので、準備室３７のパレット３６上に ワーク３２を載せ、ワーク３２をパレット３６と共に炉内に搬入し、操作盤５５ 上のスタートボタン（図示せず）を押す。

【００２９】 この操作によって制御装置３３が作動する。すなわち設定部５２は時々刻々変 化する温度及び温度勾配の設定値を制御部５４に出力する。一方、この設定値を 受け取った制御部５４は、その設定値とその時点における基板の温度及び温度勾 配の実績値を比較してその差がゼロになるように制御弁３０，３１の開度を制御 する。

【００３０】 この開度の変化によって制御弁３０，３１は図５に示すように流量が変化する 。すなわち弁開度がプラス側に増大すると流量が増大する。この際、高温の窒素 ガスが蓄熱容器２６及び循環風路２７等の内部に充満しており、熱源の蓄熱量が 大きいので、ワークに対する供給熱量を迅速に増大させることができる。

【００３１】 また弁開度がマイナス側に増大すると、一方の制御弁３０はポート４３と４５ が連通して高温の窒素ガスをケーシング３４の内部に排出し、排出された窒素ガ スは温度調節装置３５によってほぼ常温（約３０度ｃ）に近い値に冷却される。 この際、他方の制御弁３１はポート４４と４５が連通してケーシング３４内の 冷却した窒素ガスを循環風路２７の内部に取り込む。従って、取り込んだ低温の 窒素ガスが循環風路内の高温の窒素ガスと混合して窒素ガスの温度を急速に低下 させる。

【００３２】 尚、この操作をはんだ付け終了後、ワークを冷却する際に適用すると、冷却速 度を最適に設定することが可能になり、１バッチのサイクルタイムを最小限に短 縮することができる。

【００３３】 基板の昇温経過曲線５８を図６に実線で示す。 この曲線５８は所定の温度プロファイル（仮想線参照）に接近しているので、 品質の良いはんだ付け作業を行うことができる。

【００３４】 尚、本考案は前述の実施例にのみ限定されるものではなく、例えば、窒素ガス の代わりに空気を使用してもよく、この場合は半密閉構造のケーシング及び温度 調節装置を省略しても差し支えない等、その他本考案の要旨を逸脱しない範囲内 で種々の変更を加え得ることは勿論である。

【００３５】

【考案の効果】

以上に述べたように本考案は次の優れた効果を発揮する。 （１） 温風が蓄熱装置と循環風路の内部に充満しているので、ワークを加熱 する熱源の蓄熱量が大きく、また制御弁が温風の流量を制御すると共に、循環風 路の内外部を連通して循環風路内の温風を外部に排出したり、あるいは、冷たい 外気を循環風路内に取り込むので、ワークに対する供給熱量を大幅に且つ迅速に 変化させることができる。

【００３６】 （２） 前記（１）項の結果、所定の温度プロファイルに従ってはんだ付け作 業を行うことが可能になり、製品の品質を向上させることができる。 （３） 基板の加熱・冷却は単一のリフロー炉で行われるので、装置の外形寸 法を小型に構成することが可能になり、製造費を大幅に低減することができる。

【００３７】 （４） 請求項２によると、リフロー炉及び蓄熱装置等はその周辺が窒素等の 不活性ガス又は空気のバリヤーで包囲されるので、放熱ロスを最小限に抑制する ことが可能になり、熱エネルギーを節約することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例を示すブロック図である。

【図２】図１に示す実施例の切断正面図である。

【図３】図２における III−III 方向からの矢視図であ
る。

【図４】制御弁の構造原理を示す切断平面図である。

【図５】図４に示す制御弁の作用を説明する図である。

【図６】標準の温度プロファイルと実施例の装置の作動
を説明する図である。

【図７】従来の温風式リフローはんだ付け装置の概要を
示す切断側面図である。

【図８】従来の別の温風式リフローはんだ付け装置の概
要を示す切断側面図である。

【符号の説明】

２３ リフロー炉 ２６ 蓄熱装置 ２７ 循環風路 ２８，２９ 通風機 ３０，３１ 制御弁 ３２ ワーク ３３ 制御装置 ３４ ケーシング ３５ 温度調節装置

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 リフロー炉の内部に温風を吹き込んでは
   んだ付けを行う温風式リフローはんだ付け装置におい
   て、温風を上下方向に流通させるリフロー炉と、電熱器
   を内蔵した蓄熱装置と、前記リフロー炉と蓄熱装置を無
   端に接続する循環風路と、前記循環風路を通して温風を
   循環させる通風機と、循環する温風の流量を調節すると
   共に循環風路の内外部を連通させる制御弁と、所定の温
   度プロファイルを実行するように前記制御弁の開度を制
   御する制御装置とを備えたことを特徴とする温風式リフ
   ローはんだ付け装置。
2. 【請求項２】 リフロー炉と蓄熱装置と循環風路を含む
   循環系統を半密閉構造のケーシングの内部に配置し、前
   記ケーシング内の雰囲気温度を調節する温度調節装置を
   設けている請求項１に記載の温風式リフローはんだ付け
   装置。