JP2000277906A - リフロー炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 全ての投入電子回路基板の所定の箇所の温度
が的確に測定でき、正しい温度プロファイル下で半田付
けすることができるリフロー炉を得ること。 【解決手段】 本発明のリフロー炉１Ａは、プリヒート
ゾーンＨｐ、リフローゾーンＨｒのいずれかの、或いは
双方の炉壁７の上方に、炉内を搬送されてくる投入電子
回路基板Ｂｔの位置を検出できる電子回路基板検出器１
３と、投入電子回路基板Ｂｔの所定の位置の加熱温度を
非接触で測定できる非接触型温度計１４とが配設されて
いる。非接触型温度計１４は電子回路基板検出器１３に
対して搬送方向にスライドできる機構で、その電子回路
基板検出器１３と所定の間隔を開けて搬送方向の上流側
に配設されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子回路基板に印
刷されたソルダーペーストをリフローさせてチップ部品
のような電子部品と電子回路基板に形成されている電子
回路のランド部とを半田付けにより接続するリフロー炉
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的なリフロー炉は、電子回路基板に
チップ部品のような電子部品を半田付けするためにソル
ダーペーストを電子回路基板の必要箇所に予め塗布し、
そのソルダーペーストの上に電子部品を搭載したものを
加熱し、前記ソルダーペーストを溶融させ、その後、溶
融した半田を冷却して、電子部品を電子回路基板の所定
の位置に半田付けするためのものである。

【０００３】図４に、前記のようなリフロー炉に投入す
る前の電子回路基板Ｂを示した。この電子回路基板Ｂ上
には電子回路パターンＢｐが形成されており、その表面
にソルダーペーストＳが印刷などで塗布されている。そ
してそのソルダーペーストＳの上に電子部品Ｐが搭載さ
れている。なお、このように電子回路基板Ｂ上にソルダ
ーペーストＳを介して電子部品Ｐが搭載された状態のも
のを、以下、「投入電子回路基板Ｂｔ」と記す。このよ
うな電子回路基板Ｂを前記のようにしてリフロー炉内に
投入し、所定の温度プロファイルの下に温度管理されて
ソルダーペーストＳが溶融され、そして冷却されて、そ
のリフロー炉から搬出された電子回路基板Ｂは、図５に
示したように、電子回路パターンＢｐ上に電子部品Ｐが
好ましい形状の半田フィレットＳｆを形成して半田付け
された状態の電子回路基板が得られる。電子部品Ｐが半
田付けされた電子回路基板を「完成電子回路基板Ｂｃ」
と記す。

【０００４】図６に前記のようなリフロー炉の一例を挙
げた。このリフロー炉１は、所定の長さで形成された基
台部２と、この上部に設けられた前記所定の長さで形成
された炉本体３とから構成されている。そして前記基台
部２内には制御装置、その他の付属装置（以下、単に
「制御装置」と略記する）４が取り付けられている。ま
た、前記炉本体３は電子回路基板Ｂを搬入するための入
口５と、搬出するための出口６とが設けられており、そ
の入口５部分と出口６部分とを除き炉壁７に囲われてい
る。そして炉本体３の内部下方には、投入電子回路基板
Ｂｔを搬送するためのコンベア８が炉壁７の入口５側か
ら出口６側にわたって配設されている。

【０００５】炉本体３の内部空間は、コンベア８の移動
方向に沿ってプリヒートゾーンＨｐとリフローゾーンＨ
ｒとに大別されており、そしてリフローゾーンＨｒに続
いて冷却ゾーンＨｃが設けられている。前記プリヒート
ゾーンＨｐは常温で炉本体３へ搬入された投入電子回路
基板Ｂｔと、その電子回路上に塗布されたソルダーペー
ストを介して搭載された電子部品Ｐとを、前記ソルダー
ペースト中のフラックスの活性化温度付近まで加熱する
ためのゾーンである。コンベア８の上方に複数のヒータ
９を配設して雰囲気の気体を加熱するとともに、その上
方には下向きに気流を撹拌するためのファン（不図示）
が配設されている。前記複数のヒータ９は温度を可変で
きるように構成されていて、投入電子回路基板Ｂｔの種
類に応じて一定の温度を維持する。

【０００６】また、前記リフローゾーンＨｒはプリヒー
トゾーンＨｐの下流に配設されており、電子回路基板Ｂ
を更に加熱し、半田を溶融させるためのゾーンで、コン
ベア８の上方に、必要に応じて下方にも複数のヒータ１
０が配設されている。このヒータ１０の上方にも下向き
に気流を循環させるためのファン（不図示）が配設され
ている。そして冷却ゾーンＨｃは前記リフローゾーンＨ
ｒで加熱された投入電子回路基板Ｂｔを冷却するゾーン
である。このための冷却ファン１１が炉壁７の出口６側
側壁に設けられている。

【０００７】以上のような構成のリフロー炉１で投入電
子回路基板Ｂｔに搭載した電子部品Ｐを半田付けするた
めには、炉内の温度管理が十分に行われていなければな
らない。その温度管理は、半田付けしようとする投入電
子回路基板Ｂｔをリフロー炉１に投入する前に、温度プ
ロファイル測定用電子回路基板Ｂｐを用いて行われてい
る。即ち、図６に示したように、温度プロファイル測定
用電子回路基板Ｂｐに熱電対Ｔを取り付け、その温度プ
ロファイル測定用電子回路基板Ｂｐをコンベア８に載置
してリフロー炉１内を移動させ、ヒータ９、１０で加熱
し、冷却ファン１１で冷却して、図７に示したような所
定の温度プロファイルになるようにコンベア８のスピー
ド、ヒータ９、１０の温度、冷却を調整する。

【０００８】しかし、実際にリフロー炉１に投入する全
ての投入電子回路基板Ｂｔに熱電対Ｔを取り付けること
が困難なために、リフロー炉１の各種設定条件出しの時
のみ温度プロファイル測定用電子回路基板Ｂｐに熱電対
Ｔを取り付けて測定を代表させる方法を採っている。従
って、実際にリフロー炉１に投入する投入電子回路基板
Ｂｔが正しい温度プロファイル下で半田付けされている
かどうかは判らないという問題が生じている。なお、符
号１２はレコーダであって、熱電対Ｔで測定した温度プ
ロファイルを記録するものである。

【０００９】リフロー炉１に投入される全ての投入電子
回路基板Ｂｔの加熱された温度を測定して炉内の温度を
制御する方法は、特開平６−２１６４３「リフロー炉」
の公開特許公報に公開されている。このリフロー炉は、
コンベアにより搬送された個々の電子回路基板に対応し
て赤外線温度計のような放射温度計（非接触型温度計）
でコンベアの速度に応じて所定の時間間隔で投入電子回
路基板上の複数箇所の温度を測定し、それらの測定温度
の平均で炉内のヒータを制御し、炉内の温度を適正化す
る方法を採っている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】電子部品Ｐを良好な状
態で半田付けするためには、投入電子回路基板Ｂｔ及び
その上に搭載されている電子部品Ｐの要部が的確に加熱
されていることが必要である。そのためには、図８に示
したように、投入電子回路基板Ｂｔ及び電子部品Ｐのど
のポイントを測定するかで、設定する炉内の温度及びそ
の温度を測定した後の処理が異なるため、温度の測定ポ
イントを正確に設定する必要がある。即ち、符号Ｌは電
子部品Ｐａの部品表面部分、符号Ｍは電子部品Ｐの電極
部分、そして符号Ｎは投入電子回路基板Ｂｔ上のランド
部分を指す。リフロー炉内では、これらの部分の適正温
度はそれぞれ異なるものである。例えば、部品表面部分
Ｌや投入電子回路基板Ｂｔそのものの加熱温度が、通
常、２４５°Ｃ以下であることが必要であり、この温度
より高い温度で加熱されると、その電子部品Ｐａや投入
電子回路基板Ｂｔが劣化してしまう。適正温度は電子部
品Ｐや投入電子回路基板Ｂｔの前記各部分の材質、熱容
量、厚さ、搬送速度などによって異なるものである。ま
た、他の異なる電子部品Ｐｂにおいても、それぞれ同様
のことが言える。なお、矢印Ｘは投入電子回路基板Ｂｔ
の搬送方向を指す。

【００１１】従って、前記特許公開公報特開平６−２１
６４３「リフロー炉」に開示されている従来技術では、
全ての投入電子回路基板Ｂｔのそれぞれについて複数箇
所の表面温度を測定することができるが、個々の投入電
子回路基板Ｂｔが測定される前記複数箇所は一定しない
し、また、測定箇所を特定できない。従って、投入電子
回路基板Ｂｔごとに、図８に示したような、例えば、電
子部品Ｐａの電極部分Ｍを必ず測定できるとは限らな
い。このため適正な温度で半田付けすることができない
という問題点がある。

【００１２】本発明は、これらのような課題を解決しよ
うとするものであって、投入する全ての投入電子回路基
板の所定の箇所の温度が的確に測定でき、正しい温度プ
ロファイル下で半田付けすることができるリフロー炉を
得ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】従って、前記請求項１に
記載の本発明のリフロー炉では、ソルダーペーストを介
して電子部品が装着されている電子回路基板がプリヒー
トゾーン、リフローゾーンからなる炉内を順次搬送され
て加熱され、前記ソルダーペーストが溶融して前記電子
部品が前記電子回路基板に半田付けされるリフロー炉に
おいて、前記プリヒートゾーン及びまたは前記リフロー
ゾーンに臨んで配設され、前記炉内を搬送されてきた前
記電子回路基板の位置を検出する電子回路基板検出器
と、その電子回路基板検出器で検出、生成された制御信
号により作動し、前記電子回路基板の搬送方向の上流側
に前記電子回路基板検出器と所定の間隔を開けて配設さ
れ、搬送されてくる前記電子回路基板の特定箇所の加熱
温度を非接触で測定する非接触型温度計とから構成し
て、前記課題を解決している。また、前記請求項２に記
載の本発明のリフロー炉では、請求項１に記載のリフロ
ー炉における前記非接触型温度計の位置が可変できる可
動装置により支持するように構成して、前記課題を解決
している。更にまた、前記電子回路基板検出器と前記非
接触型温度計との対が前記電子回路基板の搬送方向を横
断する方向に複数対配設して構成し、前記課題を解決し
ている。

【００１４】従って、請求項１に記載の本発明のリフロ
ー炉によれば、炉内に投入された全ての投入電子回路基
板の所定の箇所の加熱温度を非接触で、しかも的確に、
そして常時測定することができる。また、請求項２に記
載の本発明のリフロー炉によれば、非接触型温度計の位
置を微細に可変できることから投入電子回路基板の大
小、その投入電子回路基板に搭載されている電子部品の
大小及び形状にも対応して、その所定の位置の加熱温度
を的確に測定することができる。更にまた、請求項３に
記載の本発明のリフロー炉によれば、投入電子回路基板
の全面に形成されている電子回路パターン及びまたは前
記電子部品の所定部分の加熱温度を的確に測定すること
ができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態のリフロ
ー炉の構成を図１乃至図３を用いて説明する。図１は本
発明の一実施形態のリフロー炉の構成を示す略線的な断
面側面図、図２は図１の矢印Ａで示した部分の非接触型
温度計と電子回路基板検出器との取付け構造を示す一部
拡大断面図、そして図３は表面温度の測定箇所を示した
電子部品と電子回路基板との斜視図である。なお、本発
明の一実施形態のリフロー炉において、従来技術のリフ
ロー炉１の構成部分と同一の構成部分には同一の符号を
付し、それらの説明を省略する。

【００１６】図１において、符号１Ａは本発明のリフロ
ー炉を指す。このリフロー炉１Ａには、リフローゾーン
Ｈｒの上方の炉壁７に電子回路基板検出器１３とこれと
対になる非接触型温度計１４とが隣接するヒータ１０間
の間に所定の間隔を開けて取り付けられている。電子回
路基板検出器１３はリフローゾーンＨｒの出口６側に、
非接触型温度計１４はこの電子回路基板検出器１３より
上流側に配設されている。そしてリフロー炉１Ａには、
これら一対の電子回路基板検出器１３と非接触型温度計
１４とが、リフローゾーンＨｒのコンベア８の移動方向
に対して横断する方向に必要な対の数だけ配設されてい
る。なお、前記非接触型温度計１４の一例として赤外線
温度計を挙げることができる。図２に示したように、炉
壁７の上方には細孔１３１と長孔１４１とが開けられて
いる。細孔１３１の直径は１〜２ｍｍ程度の孔であり、
長孔１４１の長さは投入する投入電子回路基板Ｂｔ及び
それに搭載されている電子部品Ｐの種類や大きさなどで
決められる。

【００１７】前記電子回路基板検出器１３は細孔１３１
に臨むように、その細孔１３１の近傍にＬ字型取付けブ
ラケット１３２を用いて炉壁７に取り付けられている。
一方の非接触型温度計１４は、炉壁７に開けた長孔１４
１を炉壁７の外方から覆い、その外表面をスライドで
き、そしてその一部に細孔１４４が開けられた外装カバ
ー１４２に、前記非接触型温度計１４が前記細孔１４４
に臨むよう、その細孔１４４の近傍にＬ字型取付けブラ
ケット１４３を用いて取り付けられている。前記細孔１
４４の直径は１〜２ｍｍ程度のものである。また、前記
細孔１３１、長孔１４１、細孔１４４は貫通孔のままで
あってもよいが、赤外線透過ガラスで覆ってもよい。

【００１８】次に、前記の構成のリフロー炉１Ａの動作
を図３乃至図５及び図７をも参照しながら説明する。先
ず、リフロー炉１Ａに投入される種類の投入電子回路基
板Ｂｔを図４に示したような状態のもので、その投入電
子回路基板Ｂｔの温度プロファイルは図７に示したよう
な特性のものとする。そして、この投入電子回路基板Ｂ
ｔの加熱温度を監視する測定ポイントは、例えば、電極
部分Ｍとする。投入電子回路基板Ｂｔの端縁からのこの
電極部分ＭまでのＸＹ座標は決まっているので、Ｙ軸方
向の一組の電子回路基板検出器１３と非接触型温度計１
４とを選び、そして投入電子回路基板Ｂｔの端縁からの
この電極部分Ｍまでの距離Ｄに合致するように、前記外
装カバー１４２をＸ軸方向にスライドさせて微調整し、
電子回路基板検出器１３と非接触型温度計１４との間隔
を距離Ｄに合致させておく。一方、前記投入電子回路基
板Ｂｔの電極部分Ｍの加熱温度は予め判明しているの
で、リフロー炉１ＡのリフローゾーンＨｒの加熱温度を
電極部分Ｍが図７に示した温度Ｆになるように設定して
おく。

【００１９】次に、前記のように非接触型温度計１４が
予め設定され、そしてリフローゾーンＨｒの加熱温度を
電極部分Ｍが温度Ｆになるように予め設定されているリ
フロー炉１Ａに、その入口５から前記投入電子回路基板
Ｂｔをコンベア８に載置する。その投入電子回路基板Ｂ
ｔは予め設定されている速度でリフロー炉１Ａの出口６
へ向かって（矢印Ｘの方向に）搬送される。投入電子回
路基板Ｂｔは炉内を搬送されて行く間に、プリヒートゾ
ーンＨｐで複数のヒータ９により加熱され、ソルダーペ
ーストＳ中の溶剤を蒸発させたり、電子部品Ｐに対する
熱衝撃を和らげるプリヒートが行われる。

【００２０】そして続くリフローゾーンＨｒに搬送され
てくると、電子回路基板検出器１３が投入電子回路基板
ＢｔのＸ軸方向の端縁を検出し、その検出された情報は
制御装置４に供給され、その情報に基づく制御信号が生
成され、その制御信号により非接触型温度計１４が作動
し、リフローゾーンＨｒの複数のヒータ１０により加熱
された投入電子回路基板Ｂｔの電極部分Ｍの温度Ｆを測
定する。測定温度が温度Ｆ及びその許容値内にあれば、
ソルダーペーストＳが溶融し、電子回路基板Ｂの電子回
路パターンＢｐのランド部Ｎに半田付けされる。

【００２１】前記測定ポイントの加熱温度が適正であれ
ば、投入電子回路基板Ｂｔは次の冷却ゾーンＨｃで冷却
ファン１１により溶融した半田は冷却され、凝固され
る。このようにしてリフロー炉１Ａの出口６から搬出さ
れた完成電子回路基板Ｂｃは、図５に示したように、ソ
ルダーペーストＳが半田フィレットＳｆとなって電子部
品Ｐの電極部分Ｍがランド部分Ｎに半田付けされた状態
になる。

【００２２】もし、加熱温度が温度Ｆの許容範囲から外
れていると、その検出情報が制御装置４に供給され、そ
れに基づいて生成した制御信号により視覚警報及び又は
聴覚警報が発せられ、作業者に異常を表示し、リフロー
炉１Ａの異常を知らせるとともに、その時に測定した投
入電子回路基板Ｂｔが良品に半田付けされていないこと
も伝達される。

【００２３】図示の例では、一対の電子回路基板検出器
１３と非接触型温度計１４とをリフローゾーンＨｒの隣
接するヒータ１０間に配設したが、投入電子回路基板Ｂ
ｔの種類やリフロー炉１Ａの構造によっては、一方の、
例えば、非接触型温度計１４を隣接するヒータ１０間か
ら外し、１個のヒータ１０を挟む位置に配設するように
構成してもよく、また、リフローゾーンＨｒにだけ配設
するのではなく、プリヒートゾーンＨｐに配設して、そ
のプリヒートゾーンＨｐの測定ポイントＧの温度Ｇや測
定ポイントＨの温度Ｈ（図７）を測定できるように構成
してもよい。このように構成すると、より精度の高い測
定ができるようになる。

【００２４】本発明のリフロー炉１Ａでは、投入電子回
路基板Ｂｔの種類に応じて、その温度測定ポイントを任
意に選定でき、リフロー炉１Ａが作動中でも、その温度
測定ポイントの加熱温度を非接触で測定することができ
る。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の実施形態のリフロー炉によれば、炉内に投入された全
ての投入電子回路基板の所定の箇所の表面温度を非接触
で直接、しかも正確に、そして常時測定することができ
る。また、非接触型温度計の位置を微細に可変できるこ
とから投入電子回路基板の大小、その投入電子回路基板
に搭載されている電子部品の大小及び形状にも対応し
て、その所定の位置の表面温度を的確に測定することが
できる。このため半田付けの品質を安定化でき、そして
リフロー温度の管理が容易に行うことができるなど、数
々の優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態のリフロー炉の構成を示
す略線的な断面図である。

【図２】 図１の矢印Ａで示した部分の非接触型温度計
と電子回路基板検出器との取付け構造を示す一部拡大断
面図である。

【図３】 表面温度の測定箇所と非接触型温度計及び電
子回路基板検出器との位置関係を示した電子部品と電子
回路基板との斜視図である。

【図４】 半田付けしようとする電子部品とそれが搭載
された電子回路基板の断面側面図である。

【図５】 半田付けされた状態の図４に示した電子部品
と電子回路基板との断面側面図である。

【図６】 従来技術のリフロー炉の構成を示す略線的な
断面側面図である。

【図７】 半田付けしようとする電子部品が搭載された
電子回路基板の一例の温度プロファイルである。

【図８】 表面温度の測定箇所を示した電子部品と電子
回路基板との斜視図である。

【符号の説明】

１Ａ…本発明の一実施形態のリフロー炉、２…基台部、
３…炉本体、４…制御装置、５…リフロー炉１Ａの入
口、６…リフロー炉１Ａの出口、７…炉壁、８…コンベ
ア、９，１０…ヒータ、１１…冷却ファン、１３…電子
回路基板検出器、１３１，１４４…細孔、１３２…取付
けブラケット、１４…非接触型温度計、１４１…長孔、
１４３…取付けブラケット、Ｂ…電子回路基板、Ｂｔ…
投入電子回路基板、Ｂｃ…完成電子回路基板、Ｐ，Ｐ
ａ，Ｐｂ…電子部品、Ｌ…電子部品の表面部分、Ｍ…電
子部品Ｐの電極部分、Ｌ…電子回路基板のランド部分

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ソルダーペーストを介して電子部品が装
   着されている電子回路基板がプリヒートゾーン、リフロ
   ーゾーンからなる炉内を順次搬送されて加熱され、前記
   ソルダーペーストが溶融して前記電子部品が前記電子回
   路基板に半田付けされるリフロー炉において、 前記プリヒートゾーン及びまたは前記リフローゾーンに
   臨んで配設され、前記炉内を搬送されてきた前記電子回
   路基板の位置を検出する電子回路基板検出器と、 該電子回路基板検出器で検出、生成された制御信号によ
   り作動し、前記電子回路基板の搬送方向の上流側に前記
   電子回路基板検出器と所定の間隔を開けて配設され、搬
   送されてくる前記電子回路基板の特定箇所の加熱温度を
   非接触で測定する非接触型温度計とから構成されている
   ことを特徴とするリフロー炉。
2. 【請求項２】 前記非接触型温度計の位置が可変できる
   可動装置により支持されていることを特徴とする請求項
   １に記載のリフロー炉。
3. 【請求項３】 前記電子回路基板検出器と前記非接触型
   温度計との対が前記電子回路基板の搬送方向を横断する
   方向に複数対配設されていることを特徴とする請求項１
   及び請求項２に記載のリフロー炉。