JPH08293666A - リフロー装置およびその温度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 炉内における基板の温度プロファイルを容易
に制御できるリフロー装置を提供する。 【構成】 炉内の加熱された循環雰囲気により炉内に搬
入された基板Ｐを加熱するリフロー装置において、炉内
の基板搬送コンベヤ31に沿って炉内循環雰囲気を加熱す
る多数の雰囲気加熱ヒータ21を配列する。前記雰囲気加
熱ヒータ21により加熱された高温雰囲気を絞って基板Ｐ
に吹付ける多数の増速ノズル体22を基板搬送コンベヤ31
に沿って配列する。この多数の増速ノズル体22内にあっ
て基板Ｐに対し開口されるとともに循環雰囲気の影響を
受けにくい位置に、個別に稼働可能の遠赤外線ヒータ23
を設ける。そして、遠赤外線ヒータ23の稼働と稼働停止
とを、スイッチ切換により簡単に選択し、基板のピーク
温度２２０℃を一定にして、２００℃以上のリフロー時
間を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リフロー装置およびそ
の温度制御方法に関するもので、特に、ワークの温度プ
ロファイル制御に特徴を有するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４（Ａ）に示されるように、リフロー
装置は、炉体１の内部にファン駆動モータ２により駆動
される送風機（シロッコファン）３と送風案内板４とに
より炉内雰囲気を循環させる循環経路を形成し、この循
環経路の上流側から、炉内雰囲気を加熱して熱風とする
雰囲気加熱ヒータ５と、この熱風を絞って風速を高める
増速ノズル体６と、この増速ノズル体６からの熱風噴出
部分を経てワークとしての部品実装基板Ｐを搬送するコ
ンベヤ７とが配置されている。

【０００３】前記雰囲気加熱ヒータ５および増速ノズル
体６は、図４（Ｂ）に示されるようにヒータホルダ８に
より取付けられている。このヒータホルダ８は、上部に
通風開口8aを設け、その下側に取付板部8bを設け、この
取付板部8bの下側に増速ノズル体６を支持するための支
持板部8cを一体形成してなる。

【０００４】前記増速ノズル体６は、多数のノズル体形
成部材6aを基板搬送方向にヒータ配列ピッチと等ピッチ
で配列することにより、各ノズル体形成部材6aの間に先
細形の熱風噴出口6bを設けたものである。

【０００５】そして、送風機３より発生した雰囲気流を
雰囲気加熱ヒータ５で加熱して熱風とし、この熱風を増
速ノズル体６で絞って高速で基板Ｐに吹付けることによ
り、基板Ｐを加熱し、この熱風加熱により基板上のソル
ダペーストを溶融して、リフローはんだ付けを行う。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この種のリフロー装置
では、基板の温度プロファイルを適切に制御することが
良好なリフローはんだ付け結果を得るために必要である
が、前記雰囲気加熱ヒータ５および増速ノズル体６のみ
では、満足な温度プロファイルを得られないことがあ
る。

【０００７】例えば、基板搭載部品の耐熱温度などによ
る制約によって、一定のリフロー温度範囲内で比較的長
時間のリフロー加熱を必要とする場合に対応できない問
題がある。

【０００８】すなわち、雰囲気加熱ヒータ５での発熱量
が多いときは、基板の昇温勾配も大きいので十分な加熱
時間を確保できるが、基板搭載部品の昇温限界値を超え
るおそれがある。一方、雰囲気加熱ヒータ５での発熱量
が少ないときは、基板搭載部品の過剰な昇温を防止でき
るが、基板の昇温勾配が小さいため十分な加熱時間を確
保できない。

【０００９】さらに、多数配列された雰囲気加熱ヒータ
５のうち一部のヒータでの発熱量を抑制したり稼働を停
止させた場合は、炉内で循環している雰囲気が全体的に
影響を受け、熱量不足のおそれが生ずる。

【００１０】本発明は、このような点に鑑みなされたも
のであり、炉内におけるワークの温度プロファイルを容
易に制御できるリフロー装置を提供することを目的とす
るものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載された発
明は、炉内の加熱された循環雰囲気により炉内に搬入さ
れたワークを加熱するリフロー装置において、炉内のワ
ーク搬送経路に沿って配列され炉内循環雰囲気を加熱す
る複数の雰囲気加熱ヒータと、ワーク搬送経路に沿って
配列され前記雰囲気加熱ヒータにより加熱された高温雰
囲気を絞ってワークに吹付ける複数の増速ノズル体と、
この複数の増速ノズル体内にあってワークに対し開口さ
れるとともに循環雰囲気の影響を受けにくい位置に設け
られた個別に稼働可能の遠赤外線ヒータとを具備した構
成のリフロー装置である。

【００１２】請求項２に記載された発明は、炉内の加熱
された循環雰囲気により炉内に搬入されたワークを加熱
するリフロー装置において、炉内のワーク搬送経路に沿
って配列された複数の雰囲気加熱ヒータにより炉内循環
雰囲気を加熱し、この雰囲気加熱ヒータにより加熱され
た高温雰囲気を、ワーク搬送経路に沿って配列された複
数の増速ノズル体により絞ってワークに吹付け、同時
に、前記複数の増速ノズル体内にあってワークに対し開
口されるとともに循環雰囲気の影響を受けにくい位置に
設けられた遠赤外線ヒータを選択的に稼働して、遠赤外
線ヒータによる加熱ゾーンを調整する構成のリフロー装
置の温度制御方法である。

【００１３】請求項３に記載された発明は、請求項２に
記載されたリフロー装置の温度制御方法において、ワー
ク搬入側にて稼働される遠赤外線ヒータと、ワーク搬出
側にて稼働停止される遠赤外線ヒータとの割合を調整し
て、ワークの温度プロファイルを制御する構成のリフロ
ー装置の温度制御方法である。

【００１４】請求項４に記載された発明は、請求項２ま
たは３に記載されたリフロー装置の温度制御方法におい
て、ワークのリフローゾーンにおける昇温勾配を調整す
るとともに、遠赤外線ヒータの稼働割合を調整して、ワ
ークの温度プロファイルを制御する構成のリフロー装置
の温度制御方法である。

【００１５】

【作用】請求項１に記載された発明は、雰囲気加熱ヒー
タにより加熱された高温の炉内循環雰囲気を、増速ノズ
ル体により絞って高速でワークに吹付けると同時に、遠
赤外線ヒータを選択的に稼働して、ワークの温度プロフ
ァイルを制御する。

【００１６】請求項２に記載された発明は、雰囲気加熱
ヒータおよび増速ノズル体による熱風加熱を基礎にし
て、遠赤外線ヒータによる放射加熱を併用するゾーンと
併用しないゾーンとを選択することにより、ワークの温
度プロファイルを制御する。

【００１７】請求項３に記載された発明は、ワーク搬入
側での雰囲気加熱ヒータおよび遠赤外線ヒータの併用に
よりワーク温度が昇温限界値に到達したときは、その到
達後のワーク搬出側に位置する遠赤外線ヒータを稼働停
止することにより、ワーク温度を適正なリフロー温度範
囲内に保つようにする。

【００１８】請求項４に記載された発明は、リフローゾ
ーンの前半では、雰囲気加熱ヒータおよび遠赤外線ヒー
タの発熱量を多く調整してワークの昇温勾配を大きく調
整することにより、ワーク温度を早期のうちに昇温限界
値に到達させ、また、リフローゾーンの後半では、稼働
停止される遠赤外線ヒータの割合を多くして、ワーク温
度を昇温限界値以下に抑えることにより、一定のリフロ
ー温度範囲内で比較的長時間のリフロー加熱を行う。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を図１乃至図３に示された実施
例を参照して詳細に説明する。なお、この実施例ではワ
ークを部品搭載基板または単に基板と言う。

【００２０】図１および図２はリフロー装置11の全体構
造を示し、図２に示されるように、炉体12の内部に、加
熱された雰囲気の循環を案内する左右の案内板13が設け
られ、この案内板13の上部に加熱ユニット14が配置され
ている。

【００２１】この加熱ユニット14は、炉内の基板搬送経
路に沿って配列され炉内循環雰囲気を加熱する多数の雰
囲気加熱ヒータ21と、基板搬送経路に沿って配列され前
記雰囲気加熱ヒータ21により加熱された高温雰囲気を絞
って基板Ｐに吹付ける多数の増速ノズル体22と、この多
数の増速ノズル体22内にあって基板Ｐに対し開口される
とともに循環雰囲気の影響を受けにくい位置に設けられ
た個別に稼働可能の遠赤外線ヒータ23とが、枠体24の一
側部と他側部との間に取付けられている。

【００２２】図１に示されるように、この加熱ユニット
14のヒータ21，23は、シーズヒータなどを所定間隔毎に
水平に配列する。増速ノズル体22は、尖端部22a の両側
に斜面部22b と垂直面部22c が対称に形成され、隣接す
る増速ノズル体22どうしの斜面部22b 間に下方へ向かっ
て漸次幅小となる増速用絞り25が形成され、隣接する増
速ノズル体22どうしの垂直面部22c 間にストレート状の
ノズル開口26が形成され、整流機能を有している。さら
に、増速ノズル体22内の下面に開口した中空部27に前記
遠赤外線ヒータ23が設けられている。この中空部27が、
前記循環雰囲気の影響を受けにくい位置に当たる。

【００２３】前記基板搬送経路としては、加熱ユニット
14の下側に基板搬送コンベヤ31が配置されている。この
コンベヤ31は、炉体12の基板搬入用および搬出用の開口
30を経て炉体12内を貫通する左右一対のコンベヤフレー
ム（図示せず）が平行に配置され、この左右のコンベヤ
フレームに沿って図２に示されるようにそれぞれ搬送チ
ェン32が無端状に配設され、この左右の搬送チェン32に
取付けられた搬送爪33の間に部品搭載基板Ｐを挟持して
水平に搬送するものである。

【００２４】図２に示されるように、前記炉体12内の下
部には１本の回転軸34が回転自在に横設され、この１本
の回転軸34を共通の回転軸とする左右一対の遠心送風機
（シロッコファン）35が、左右の案内板13の下部に炉体
中心を基準として左右対称にそれぞれ配置されている。
前記回転軸34は、図示されないベルト伝動機構を介しモ
ータにより駆動される。

【００２５】次に、この図１および図２に示された実施
例の作用を説明する。

【００２６】図２に示されているように左右一対の熱風
循環系にあって、炉体12内の下部に横設された回転軸34
により回転する左右の遠心送風機35の周面から吐出され
た炉内雰囲気は、炉体12の左右炉内壁面と左右の案内板
13との間に形成された通路36へ吹上げられ、炉体内上部
で合流して下降し、加熱ユニット14および搬送コンベヤ
31にて搬送中の基板Ｐを経て、炉内中央部から左右の遠
心送風機35に吸込まれることにより、炉体内に左右対称
の熱風対流が形成される。

【００２７】前記加熱ユニット14では、炉内の基板搬送
経路に沿って配列された多数の雰囲気加熱ヒータ21によ
り炉内循環雰囲気を加熱し、この雰囲気加熱ヒータ21に
より加熱された高温の炉内循環雰囲気を、基板Ｐの直前
位置に配列された多数の増速ノズル体22により絞って基
板Ｐに吹付け、基本的な加熱を行う。

【００２８】同時に、前記多数の増速ノズル体22内にあ
って基板Ｐに対し開口されるとともに循環雰囲気の影響
を受けにくい位置に設けられた遠赤外線ヒータ23を選択
的に稼働して、この遠赤外線ヒータ23による加熱ゾーン
を調整することにより、基板Ｐの温度プロファイルを制
御しながら、基板Ｐのソルダペーストを溶融し、リフロ
ーはんだ付けを行う。

【００２９】このように、雰囲気加熱ヒータ21および増
速ノズル体22による熱風加熱をベースにして、遠赤外線
ヒータ23による放射加熱を併用するゾーンと、放射加熱
を併用しないで熱風加熱のみがなされるゾーンとによ
り、基板Ｐの温度プロファイルを制御する。

【００３０】例えば、リフローゾーン前半の基板搬入側
では、雰囲気加熱ヒータ21および遠赤外線ヒータ23を併
用するとともに、雰囲気加熱ヒータ21および遠赤外線ヒ
ータ23の発熱量を多く調整して基板Ｐの昇温勾配（昇温
速度とも言う）を大きく調整することにより、基板温度
を早期のうちにリフロー温度範囲内に到達させ、さら
に、基板温度が昇温限界値に到達した後は、その到達の
速さに応じた割合で、リフローゾーン後半の基板搬出側
に位置する遠赤外線ヒータ23の稼働を停止することによ
り、基板温度を適正なリフロー温度範囲内に保つように
する。

【００３１】つまり、加熱急速を行った場合は、それに
応じて稼働停止される遠赤外線ヒータ23の割合を多くし
て、基板温度を昇温限界値以下に抑えることにより、一
定のリフロー温度範囲内で比較的長時間のリフロー加熱
を行うようにする。

【００３２】図３は、基板搬入側にて稼働される遠赤外
線ヒータ23と、基板搬出側にて稼働停止される遠赤外線
ヒータ23との割合を調整して、基板Ｐの温度を昇温限界
値以下に制御することにより、基板Ｐの温度プロファイ
ルを制御する例を示す。

【００３３】すなわち、第１プリヒートゾーンと、第２
プリヒートゾーンと、第１リフローゾーンと、第２リフ
ローゾーンと、冷却ゾーンとからなる一連のリフロー装
置において、図１に示されたリフロー炉を第２リフロー
ゾーンに使用した場合、 雰囲気加熱ヒータ21および遠赤外線ヒータ23の発熱
量（通電量）を弱く設定して、基板の昇温勾配を小さく
するとともに、第２リフローゾーンの遠赤外線ヒータ23
の全てをピーク温度２２０℃まで稼働した場合は、２０
０℃以上のリフロー時間が３０秒となる。ピーク温度２
２０℃は、基板に搭載されたチップ部品などの耐熱温度
上の安全を確保できる昇温限界値である。

【００３４】 雰囲気加熱ヒータ21および遠赤外線ヒ
ータ23の発熱量（通電量）を中間に設定して、基板の昇
温勾配をの場合より大きくするとともに、第２リフロ
ーゾーンの遠赤外線ヒータ23-1，23-2，23-3，23-4，23
-5，23-6を稼働し、ピーク温度２２０℃に達した後に位
置する２５％の遠赤外線ヒータ23-7，23-8を稼働停止す
ることにより、ワーク温度が２２０℃以上とならないよ
うに抑制する。この場合は、２００℃以上のリフロー時
間が３５秒となる。

【００３５】 雰囲気加熱ヒータ21および遠赤外線ヒ
ータ23の発熱量（通電量）を強く設定して、基板の昇温
勾配をの場合よりさらに大きくするとともに、第２リ
フローゾーンの遠赤外線ヒータ23-1，23-2，23-3，23-4
を稼働し、ピーク温度２２０℃に達した後に位置する５
０％の遠赤外線ヒータ23-5，23-6，23-7，23-8を稼働停
止することにより、ワーク温度が２２０℃以上とならな
いように抑制する。この場合は、２００℃以上のリフロ
ー時間が４０秒となる。

【００３６】 なお、雰囲気加熱ヒータ21および遠赤
外線ヒータ23の発熱量（通電量）を例えば中間に設定し
て、第２リフローゾーンの全域で遠赤外線ヒータ23の全
てを稼働した場合は、ピーク温度が基板搭載部品の耐熱
温度２２０℃を超えて２３５℃まで達してしまうおそれ
がある。

【００３７】このような遠赤外線ヒータ23の稼働と稼働
停止の選択は、スイッチ切換により簡単に行えることか
ら、ピーク温度２２０℃を一定にして、２００℃以上の
リフロー時間を変化させることができる。

【００３８】一方、遠赤外線ヒータ23の選択的稼働停止
を行えない場合は、２００℃以上のリフロー時間が例
えば４０秒ほしいときには、ピーク温度も２３５℃まで
達してしまい、部品の耐熱温度の問題などが生ずる。

【００３９】最後に、上記の例では、切換スイッチを設
けるのみで、１台のリフロー装置により３パターンの遠
赤外線ヒータ23の選択的稼働を行うことができるので、
装置ごとにヒーターゾーン長さを変えた各種リフロー装
置を準備する必要もない。

【００４０】

【発明の効果】請求項１に記載された発明によれば、雰
囲気加熱ヒータおよび増速ノズル体による熱風加熱によ
り基本的な加熱を確保しながら、増速ノズル体内にあっ
て循環雰囲気の影響を受けにくい位置に設けられた遠赤
外線ヒータの稼働または停止により、ワークの温度プロ
ファイルを容易に制御できる効果がある。

【００４１】請求項２に記載された発明によれば、雰囲
気加熱ヒータおよび増速ノズル体による熱風加熱をベー
スにして、遠赤外線ヒータによる放射加熱を併用するゾ
ーンと併用しないゾーンとを任意に選択することによ
り、ワークの温度プロファイルを容易に制御できる効果
がある。

【００４２】請求項３に記載された発明によれば、ワー
ク搬入側でのワークの昇温速度に応じた割合で、ワーク
搬出側での遠赤外線ヒータを稼働停止することにより、
ワーク温度を適正なリフロー温度範囲内に保つことがで
きる。

【００４３】請求項４に記載された発明によれば、雰囲
気加熱ヒータおよび遠赤外線ヒータの併用によりワーク
の昇温勾配を大きくして、ワーク温度を早期に昇温限界
値に到達させ、この到達後のゾーンでは遠赤外線ヒータ
を稼働停止させて、ワーク温度を昇温限界値以下に抑え
ると、一定のリフロー温度範囲内で比較的長時間のリフ
ロー加熱を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るリフロー装置の一実施例を示す断
面図である。

【図２】図１におけるII−II線断面図である。

【図３】同上リフロー装置の温度制御例を示すグラフで
ある。

【図４】（Ａ）は従来のリフロー装置を示す断面図、
（Ｂ）はそのヒータの断面図である。

【符号の説明】

Ｐ ワーク 21 雰囲気加熱ヒータ 22 増速ノズル体 23 遠赤外線ヒータ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉内の加熱された循環雰囲気により炉内
   に搬入されたワークを加熱するリフロー装置において、 炉内のワーク搬送経路に沿って配列され炉内循環雰囲気
   を加熱する複数の雰囲気加熱ヒータと、 ワーク搬送経路に沿って配列され前記雰囲気加熱ヒータ
   により加熱された高温雰囲気を絞ってワークに吹付ける
   複数の増速ノズル体と、 この複数の増速ノズル体内にあってワークに対し開口さ
   れるとともに循環雰囲気の影響を受けにくい位置に設け
   られた個別に稼働可能の遠赤外線ヒータとを具備したこ
   とを特徴とするリフロー装置。
2. 【請求項２】 炉内の加熱された循環雰囲気により炉内
   に搬入されたワークを加熱するリフロー装置において、 炉内のワーク搬送経路に沿って配列された複数の雰囲気
   加熱ヒータにより炉内循環雰囲気を加熱し、 この雰囲気加熱ヒータにより加熱された高温雰囲気を、
   ワーク搬送経路に沿って配列された複数の増速ノズル体
   により絞ってワークに吹付け、 同時に、前記複数の増速ノズル体内にあってワークに対
   し開口されるとともに循環雰囲気の影響を受けにくい位
   置に設けられた遠赤外線ヒータを選択的に稼働して、遠
   赤外線ヒータによる加熱ゾーンを調整することを特徴と
   するリフロー装置の温度制御方法。
3. 【請求項３】 ワーク搬入側にて稼働される遠赤外線ヒ
   ータと、ワーク搬出側にて稼働停止される遠赤外線ヒー
   タとの割合を調整して、ワークの温度プロファイルを制
   御することを特徴とする請求項２に記載されたリフロー
   装置の温度制御方法。
4. 【請求項４】 ワークのリフローゾーンにおける昇温勾
   配を調整するとともに、遠赤外線ヒータの稼働割合を調
   整して、ワークの温度プロファイルを制御することを特
   徴とする請求項２または３に記載されたリフロー装置の
   温度制御方法。