JPS63242469A - 基板加熱装置 - 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】 Ａ産業上の利用分野 本発明は基板加熱装置に関し、例えば、電子部品を実装
した配線基板を半田付けするりフロー半田付は装置等に
適用し得るものである。

Ｂ発明の概要 本発明は基板加熱装置において、熱媒体液体の飽和蒸気
を介して基板を加熱するための熱量を熱媒体気体に与え
るようにしたことにより、基板をほぼ一定温度で加熱す
ることができる。

Ｃ従来の技術 例えば配線基板について、クリーム半田を予め絶縁板上
に印刷しておき、絶縁板上にマウントした電子部品をリ
フロー半田付けする場合には、従来、第７図に示すよう
に、加熱空気を利用する加熱装置ｆｆが用いられている
。この場合、圧縮空気２はガス流量調節器３によつ°ζ
流量調節されて加熱部４内に導入され、電熱式ヒータ５
によって加熱されてから加熱空気６としてノズル７から
コンベア８によって１枚づつ加熱位置に運ばれて来る配
線基板９に間欠的に吹きつけられる。加熱部４から送出
される加熱空気６の温度は温度センサ１０によって検出
され、その検出出力Ｓ、に基づいて、例えばマイクロコ
ンピュータ構成の中央処理ユニツ）　（ＣＰＵ）を含ん
でなる制御装置１１がヒータ制御部１２及びガス２ｉ！
２Ｍ、調節器３を制御することにより、配線基板９の熱
容量に最適な流量及び熱量をもった加熱空気６を送出し
得るようになされている。

Ｄ発明が解決しようとする問題点 ところが第７図の従来の構成によると、配線基板９が１
枚づつ加熱位置に供給されてヒータ５がオン制御された
際に、加熱空気６が所定温度にまで立ち上がる応答性が
かなり低く、実際上、第８図に示すように、ヒータ５が
オン制御された時点ｔｏｎから加熱空気６が所定の半田
付は温度に立ち上がるまでに不必要に時間がかかる問題
がある。

この問題を解決するため、加熱空気６を送出開始する前
に予めヒータ５を予備加熱しておく方法が考えられるが
、この予備加熱の間は流れていない空気１３をヒータ５
が加熱する結果になることにより空気１３が過熱され、
これにより空気１３が流れ始めた時、当該過熱された空
気１３が最初に送出されるため第９図に示すように加熱
空気６の温度が不必要に高くなって実装部品を劣化させ
るおそれがある。

また制御装置１１が配線基板９の熱容量の変化に応じて
適応制御をしようとしても、加熱時のヒータ５の応答性
に余裕がないため、例えばガス流量調節器３′を流れる
空気流が大幅に変化した場合には、最適な適応制御がで
きなくなるため加熱空気６の温度が大幅に変動し、その
結果、配線基板９を加熱し過ぎたり、加熱不足状態にな
ったりするおそれがある。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、熱媒体気
体の送出開始時に、直ちに所定温度の熱媒体気体を供給
し得ると共に、熱媒体気体の送出量に変動があっても、
常に定常温度の熱媒体気体を供給し得るようにした基板
加熱装置を提供しようとするものである。

Ｅ問題点を解決するための手段 かかる問題点を解決するため本発明においては、熱媒体
液体１４を入れた液槽１５と、熱媒体液体１４を加熱沸
騰させて飽和蒸気１６を発生させる発熱手段５と、熱媒
体液体１４の飽和蒸気１６を満たす蒸気槽１７と、飽和
蒸気１６が凝縮時に放出する気化潜熱を熱媒体気体１３
に伝え、かつ、飽和蒸気１６と熱媒体気体１３とを隔離
する隔壁１８と、熱媒体気体１３を導入することにより
基板９を加熱する加熱室１９とを有するようにする。

Ｆ作用 隔壁１８を介して熱媒体液体１４の飽和蒸気１６が凝縮
する際に放出する気化潜熱が熱媒体気体１３に伝えられ
、熱媒体気体１３は加熱気体６として加熱室１９に送出
され、基板９を加熱する。

このようにして、１枚づつ供給される基板９に対して加
熱温度が安定な加熱処理をし得る基板加熱装置を実現し
得る。

Ｇ実施例 以下図面について、配線基板に対してリフロー半田付け
をする加熱装置に本発明を適用した一実施例を詳述する
。

（Ｇ１）第１実施例 第７図との対応部分に同一符号を付して示す第１図にお
いて、液槽１５には配線基板９の定常加熱温度とほぼ等
しい温度に沸点をもつ熱媒体液体１４が入れられている
。かかる熱媒体液体１４としては例えばフッ素系不活性
有機溶剤（３Ｍ社製）を適用し得る。熱媒体液体１４は
液中に設置されたヒータ５により常時沸騰する状態に加
熱され、蒸気槽１７内をその熱媒体液体１４の飽和蒸気
１６で飽和される。蒸気槽１７には圧縮空気２でなる熱
媒体気体１３を通す蛇行型パイプ２０が配設され、バイ
ブ２０の隔壁１８を通じて熱媒体液体１４及び飽和蒸気
１６から与えられる熱をパイプ２０内を流れる圧縮空気
２に効率良く伝導させることにより、加熱するようにな
されている。

蒸気槽１７の天板１７Ａに近い位置には通気管２１が設
けられ、その遊端部が凝縮コイル２２を通って大気に開
放され、かくして蒸気槽１７の内部において飽和蒸気１
６が凝縮する際の圧力が大気圧に維持されることにより
、当該凝縮温度がほぼ一定値になると共に、飽和蒸気１
６が凝縮コイル２２において冷却されることにより液化
して通気管２１の内壁を伝わって液槽１５の熱媒体液体
１４に戻るようになされている。

以上の構成において、パイプ２０内の熱媒体気体１３が
飽和蒸気１６の温度より低ければ、これに応じてパイプ
２０の隔壁１８の温度が低（なるので、飽和蒸気１６は
パイプ２０の隔壁１８に凝縮し、その気化潜熱をパイプ
２０に放出する。放出された気化潜熱はパイプ２０の隔
壁１８を通してパイプ２０内の熱媒体気体１３に伝導さ
れる。

この状態において、パイプ２０を流れる熱媒体気体１３
がほぼ沸点の温度に達した状態になると、飽和蒸気１６
がパイプ２０の隔壁１８に凝縮する現象は生じなくなり
、ヒータ５から供線される熱量に応じて熱媒体液体１４
から生ずる飽和蒸気１６はその全部が凝縮コイル２２に
よって液化される。かくして熱媒体液体１４から飽和蒸
気１６への渾発量及び飽和蒸気１６から熱媒体液体１４
への凝縮量が等しくなって相平衡となることにより、パ
イプ２０内の熱媒体気体１３の温度は一定値に維持され
る。

この定温低圧状態において、パイプ２０の一部又は全部
の隔壁１８の温度が飽和蒸気１６の温度より低くなれば
、その部分においてしかも温度差に応じた量だけ飽和蒸
気１６の凝縮が生じ、その気化潜熱によってパイプ２０
内の熱媒体気体１３を加熱する。

その結果、コンベア８によって配線基板９が所定の加熱
位置に運ばれている間はガス流ｉｔ調節器３が圧縮空気
２を止めていることにより、パイプ２０内の圧縮空気２
でなる熱媒体気体１３は停止しているのでパイプ２０を
介して周囲の飽和蒸気１６から与えられる気化潜熱によ
って飽和蒸気１６とほぼ等しい温度にまで加熱される。

この状態においてやがて、配線基板９が所定の加熱位置
に位置決めされると、ガス流量調節器３が飽和蒸気１６
の温度より低い温度の圧縮空気２を流す。このときパイ
プ２０に流れ込んだ空気１３は熱媒体液体１４の部分を
通っている間この熱媒体液体１４によって加熱された後
、飽和蒸気１６の部分に入ってこの飽和蒸気１６によっ
て加熱される。

ところで、熱媒体気体としての空気１３が加熱気体６と
してノズル７から送出されるまでの間に熱媒体気体１３
は飽和蒸気１６の温度とほぼ等しい温度にまで加熱され
るが、飽和蒸気１６の温度以上には加熱されないため、
結局定常温度に維持される。

第１図の構成によれば、熱媒体気体１３が流れている状
態及び流れていない状態のいずれの場合にも、熱媒体気
体１３の温度を一定値に維持し得、かくして各配線基板
９に対して安定な温度の加熱気体６を吹きつけることが
できることにより、最適条件でリフロー半田付けをし得
る。

（Ｇ２）第２実施例 第１図との対応部分に同一符号を付して示す第２図は他
の実施例で通気管２１　（第１図）を省略した密閉構造
の蒸気槽１７を有し、自体に凝縮コイル２２を設けるこ
とにより、飽和蒸気１６を一定圧力（例えば大気圧）に
維持し得るようになされている。

以上の構成において、熱媒体液体１４はヒータ５により
加熱され、沸騰する。

しかし、飽和蒸気１６の密度（分子量）は空気等の気体
の密度よりもはるかに重いので、飽和蒸気１６の上層へ
の拡散は遅く、蒸気槽１７上部に凝縮コイル２２を設け
、上昇してきた飽和蒸気１６を凝縮１４させることによ
り、圧力の上昇を防ぐことができ、かくして熱媒体液体
１４の沸点の上昇を抑えることができ、従って第２図の
構成によれば、第１図について上述したと同様の効果を
得ることができると共に、蒸気槽１７を密閉、構造とし
たので有害かつ高価な飽和蒸気１６の漏れを防止できる
。

（Ｇ３）第３実施例 第３図はさらに他の実施例を示し、第１図との対応部分
に同一符号を付して示すように通気管２１（第１図）に
代えて、圧力弁２３、凝縮槽２４を設け、凝縮槽２４に
凝縮コイル２２が設けられている。

以上の構成において、蒸気槽１７内の圧力が一定値を越
えると、圧力弁２３が開放され、余分の飽和蒸気１６が
凝縮槽２４に排出され、そこで凝縮され、これにより、
蒸気槽１７の圧力は一定に保たれ、その結果、熱媒体液
体１４の沸点は一定に保たれる。

かくして第３図の構成によれば、第２図について上述し
たと同様の効果を得ることができる。

（Ｇ４）第４実施例 第４図はさらに他の実施例を示し、第１図との対応部分
に同一符号を付して示すように、第１図の通気管２１及
び凝縮コイル２２に代え、温度センサ２５　ａ、　２５
　ｂ、　２５　ｃ、センサ槽２６及びヒータ制御回路２
７を有する。

以上の構成において、ヒータ制御回路２７は温度センサ
２５ａ及び２５ｂが同じ温度になるまでヒータ５を加熱
動作させる。やがて同し温度になれば、蒸気槽１７内に
沸点の温度を有する蒸気１６で飽和されたことになる。

さらに、ヒータ５により熱媒体液体１４を加熱すると飽
和蒸気１６がセンサ槽２６内に入り、センサ槽２６内の
温度センサ２５ｃの検出温度が上昇する。

そこで、ヒータ制御回路２７に温度上昇検出信号が送出
され、これに基づきヒータ制御回路２７がヒータ５の電
源をオフ制御する。そこで温度センサ２５ｃの温度が降
下すると温度下降検出信号がヒータ制御回路２７に送出
され、これに基づきヒータ制御回路２７がヒータ５の電
源をオン制御する。かくして蒸気槽１７内の蒸気圧は一
定に維持され、これにより熱媒体液体１４の沸点も一定
に保たれる。

従って、第４図の構成によれば、第２図について上述し
たと同様の効果を得ることができる。

（Ｇ５）第５実施例 第５図はさらに他の実施例を示し、第１図との対応部分
に同一符号を付して示すように、通気管２１及び凝縮コ
イル２２に代え、圧力センサ２８により蒸気槽１７の蒸
気圧を検出し、圧力センサ２８の検出出力ＳＰに基づい
てヒータ制御回路２７によってヒータ５を制御して飽和
蒸気１６の発生量を制御することにより、蒸気槽１７の
蒸気圧を一定値に維持する。

従って第５図の構成にすれば、第２図について上述した
と同様の効果を得ることができる。

（Ｇ６）第６実施例 第６図はさらに他の実施例を示し、第１図との対応部分
に同一符号を付して示すように、飽和蒸気が凝縮時に放
出する気化潜熱を熱媒体気体に伝えるパイプ２０の隔壁
に加えて加熱室１９を形成し、かつ加熱室１９の気体を
加熱する隔壁板２９を有する。またこの場合パイプ２０
は螺旋型（コイル型）パイプでなる。さらに加熱室１９
には加熱気体６として熱媒体気体１３を送出するノズル
７ａ〜７ｈが複数個設けられている。

第６図の構成によれば、飽和蒸気１６の気化潜熱を熱媒
体気体１３に伝える隔壁の面積を増大できるので、飽和
蒸気１６の気化潜熱をさらに有効に活用できる。

また、ノズルを複数個にすることにより、加熱室１９内
の温度分布をより均一にすることができる。

（Ｇ７）他の実施例 ＋１）　　上述の実施例においては、隔壁として管状の
もの（第１図〜第６図）、平板状のもの（第６図）を用
いた場合について述べたが、これに限定せず、どんな形
状の隔壁により構成するようにしても第１図又は第２図
について上述したと同様の効果を得ることがきでる。

（２）上述の実施例においては、熱媒体気体として空気
を使用した場合について述べたが、これに限らず、窒素
等の不活性ガス、又はそれらと空気との混合ガスを用い
るようにしても第１図又は第２図に上述したと同様の効
果を得ることができるゆ（３）上述の実施例においては
、本発明による加熱装置をリフロー半田付は装置に適用
した場合について述べたが、これに限らず、基板に塗布
されたフォトレジストの熱硬化処理又は熱硬化性樹脂に
より基板接着した場合の熱硬化処理等にも広く適用し得
る。

Ｈ発明の効果 上述のように本発明によれば、熱媒体液体の飽和蒸気−
の気化潜熱を用いるようにしたことにより、１枚づつ供
給される基板に対して加熱温度が安定な加熱処理をし得
る基板加熱装置を実現し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本発明による基板加熱装置の一実施例
を示す路線的構成図、第７図ｔよ従来の基板加熱装置を
示す路線的構成図、第８図及び第９図は加熱温度の時間
的変動を表す曲線図である。 ■・・・・・・加熱装置、２・・・・・・圧縮空気、３
・・・・・・ガス流量調節器、５・・・・・・ヒータ、
６・・・・・・加熱気体、７・・・・・・ノズル、８・
・・・・・コンベア、９・・・・・・配線基板、１３・
・・・・・熱媒体気体、１４・・・・・・熱媒体液体、
１５・・・・・・液槽、１６・・・・・・飽和蒸気、１
７・・・・・・蒸気槽、１８・・・・・・隔壁、１９・
・・・・’ｊＪＯ熱室、２０・・・・・・パイプ、２１
・・・・・・通気管、２２・・・・・・凝縮コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 熱媒体液体を入れた液槽と、上記熱媒体液体を加熱沸騰
   させて飽和蒸気を発生させる発熱手段と、上記熱媒体液
   体の飽和蒸気を満たす蒸気槽と、上記飽和蒸気が凝縮時
   に放出する気化潜熱を熱媒体気体に伝え、かつ、上記飽
   和蒸気と上記熱媒体気体とを隔離する隔壁と、 上記熱媒体気体を導入することにより基板を加熱する加
   熱室と を具えることを特徴とする基板加熱装置。