JP2002252454A

JP2002252454A - リフロー装置及びリフロー方法

Info

Publication number: JP2002252454A
Application number: JP2001049316A
Authority: JP
Inventors: Masashi Isoda; 昌志磯田; Katsuhiko Mukai; 勝彦向井; Minoru Igarashi; 稔五十嵐; Takayuki Kobayashi; 孝之小林
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-02-23
Filing date: 2001-02-23
Publication date: 2002-09-06

Abstract

(57)【要約】【課題】基板の各所を最適な温度プロファイルを与え
ることができるコンベア型および静止型リフロー装置お
よびリフロー方法を提供する。【解決手段】電子部品が装着される基板を一括加熱は
んだ付けするコンベア型のリフロー装置において、基板
の通過を検知するセンサと、基板の検知信号と基板の搬
送速度から基板の特定位置を検出する手段と、基板の特
定位置の温度を補正する加熱又は冷却手段とを備えるリ
フロー装置とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高速に応答するこ
とができる熱風加熱装置、鉛直な方向にも加熱温度を制
御すること加熱ユニット及びこれらの熱風加熱装置等を
用いて加熱して、電子部品をプリント回路基板（以下、
「基板」と記す。）に搭載するために半田付けするリフ
ロー装置及びリフロー方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の高機能化、高速化に伴
い基板に、多数の電子部品が高密度化に搭載されてい
る。一般に、基板に電子部品を搭載するには、リフロー
装置による半田付けによって実装されている。このリフ
ロー装置では、基板に電子部品を搭載した後、所定の温
度に加熱した熱風又は輻射熱で、基板全体を加熱するこ
とで、半田を溶融させて実装していた。しかし、電子部
品には、熱に弱いもの、熱容量の低いものがあり、一括
に半田付けできないために、別途半田付けなければなら
ず生産性が低下するという不具合があった。また、局所
的に加熱しても加熱装置の応答性が低いために、リフロ
ー装置の搬送速度を低くしなければならず、生産性を高
くすることができないという不具合があった。

【０００３】とくに、一般的に用いられている加熱手段
は、ヒータを用いた輻射加熱とヒータによって加熱され
た熱風であるが、熱風の発生手段は、ヒータによって加
熱した雰囲気をファンによって送風する構成となってい
るが、温度を変更するにはヒータの温度を変更し、なお
かつ雰囲気温度の安定を待たなければならない。よっ
て、応答が著しく遅く、高速の制御には適さないという
問題がある。

【０００４】また、基板上には、熱容量の異なるさまざ
まな電子部品が搭載され、かつ、基板の搬送と鉛直な方
向にも個々に熱容量は異なっている。そのため、基板と
鉛直な方向にも加熱温度を異ならせることが望ましい。
しかし、現在のコンベア型リフロー装置の加熱構造は、
基板の搬送方向には分割された個別に制御可能な加熱装
置を配置しているが、基板の搬送方向と鉛直な方向に
は、１体型の加熱構造を用いており、加熱温度を異なら
せることができないという問題がある。

【０００５】また、電子部品の種類、大きさ、厚さもさ
まざまなものが増え続け、同一基板上の部品の熱容量差
は大きくなることは、リフロー装置における温度プロフ
ァイルの難しさを助長しており、また近年叫ばれている
環境問題から無鉛のはんだを使用するにあたっては、上
下限の範囲が狭まっており、さらに難しさを増してい
る。とくに、従来のコンベア型のリフロー装置は、搬送
方向に個別に目的を持った温度制御領域を設け、基板全
体に画一的な熱量を与える方法を取っているが、この方
法では、前述のような大きな熱容量の差がある部品に対
しては、その温度差を縮めるためには時間をかけて定常
に近づける必要があるが、時間をかけ過ぎることは総熱
量を大きくするということであり、熱に弱い電子部品の
機能を破壊することがあった。また、はんだ付けの還元
剤（フラックス等）の活性力を失わせることにもなり、
はんだ付け状態の悪化するという不具合があった。

【０００６】この問題を解決するために、特開平０９−
２１９５８２号公報では、２点の温度センサによって温
度差補正用の加熱装置が位置する時点の予測温度を計算
し、目標値との温度差から過不足分を補助的加熱および
冷却装置で補うという温度制御方法をとっている。ま
た、また、特開平１０−０５１１３３号公報では、任意
の個所に冷却のための冷風を与えることで、部品に対す
る過熱を防ぐリフロー方法をとっている。しかし、これ
らの方法では、温度センサが少なくとも２列は必要であ
りコスト的な問題が生じ、さらに、基板全体に画一的な
熱量を与える方法に補助的な手段で補正を行うに過ぎ
ず、部品個別に最適な温度プロファイルを与えることは
困難である。

【０００７】また、特許第２７８２７８９号公報のよう
に、格子状に固定された各ノズルの温度を制御すること
で、部品個別に最適な温度プロファイルを与える加熱方
法が提案されているが、プロセス全体にわたって温度を
監視する手段がなく、実際の温度との差をとって加熱手
段を制御することはできないため、実際の温度との誤差
が生じてしまうという問題がある。また、この方法で
は、基板は固定されており、コンベア方式のように生産
効率を上げることはできないという問題がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は上記
問題に鑑みてなされたものであり、一つには、基板搬送
中にも温度変更可能な高速な応答ができる熱風加熱装置
を提供することを目的とする。また、一つには、基板の
搬送方向と鉛直な方向にも、加熱温度を変化させること
ができる、加熱装置を提供することを目的とする。ま
た、一つには、温度センサ１列以下で温度差を補正する
ことが可能なリフロー装置を提供することを目的とす
る。さらに、一つには、基板の各所を最適な温度プロフ
ァイルを与えることができるコンベア型および静止型リ
フロー装置およびリフロー方法を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、高温の熱風と低温の熱
風を発生する装置と、各々の流量を調節する制御可能
な弁と、高温と低温の熱風を混合するチャンバと、
混合された熱風の温度を測定する熱風加熱装置とす
る。請求項２に記載の発明は、熱風加熱装置と輻射加
熱装置とを対にして備える加熱装置を搬送方向と鉛直な
方向に均等に複数配置する加熱ユニットとする。

【００１０】請求項３に記載の発明は、電子部品が装
着される基板を一括加熱はんだ付けするコンベア型のリ
フロー装置において、基板の通過を検知するセンサ
と、基板の検知信号と基板の搬送速度から基板の特定位
置を検出する手段と、基板の特定位置の温度を補正す
る加熱又は冷却手段とを備えるリフロー装置とす
る。請求項４に記載の発明は、基板の加熱温度を測定
するセンサーを備え、基板の予測された温度と目標温
度との差を補正する加熱又は冷却手段とを備える請求項
３に記載のリフロー装置とする。請求項５に記載の発明
は、基板の温度センサーを本加熱終了近傍又はプレヒ
ート昇温部終了近傍に配置する請求項４に記載のリフ
ロー装置とする。請求項６に記載の発明は、前記加熱
ユニットを、基板の予測された温度と目標温度との差を
補正する加熱又は冷却手段として、少なくとも１列備え
る請求項３から請求項５のいずれかに記載のリフロー
装置とする。請求項７に記載の発明は、前記加熱ユニ
ットを搬送方向に複数列配置し、各々の加熱ユニットの
直前に、これと平行に基板温度センサーを均等に複数配
置するリフロー装置とする。請求項８に記載の発明
は、電子部品が装着された基板を一括加熱はんだ付け
するコンベア型のリフロー方法において、加熱ユニッ
トを搬送方向に複数列配置し、各々の加熱ユニットの
直前に、これと平行に基板温度センサーを均等に複数配
置し、基板温度センサーによって検知する温度を、基
板の該当個所を目的温度にするように、加熱手段を制御
するリフロー方法とする。請求項９に記載の発明は、
電子部品が装着された基板を一括加熱はんだ付けする
静止型リフロー装置において、リフロー装置内に基板
温度センサーを配置し、前記加熱ユニットを均等に複
数列配置するリフロー装置とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施
形態である熱風加熱装置の構成を示す側断面概略図であ
る。適当な温度に加熱された熱風を導く導管と適当な温
度に保たれた冷風を導く導管を備え、各導管は混合チャ
ンバに繋がれている。それぞれの導管と混合チャンバの
結合部分には、弁が設けられ、弁の開度は制御可能にな
っている。混合チャンバの別端にはノズルが設けられ、
基板に向けて開放されている。ノズルの先端には混合熱
風の温度を測定する温度測定手段が配置されている。目
的の温度の熱風をつくるために、各弁を目的の温度に従
って開度を調節する。混合チャンバによって混合された
熱風はノズルを通って設備内にむけて放出されるが、こ
の時の熱風温度を測定することで目的温度との差異をフ
ィードバック制御する。以上のような方法で、ヒータの
温度制御を行うより早く熱風を目的の温度に達せられ
る。

【００１２】図２は、本発明の一実施形態である加熱ユ
ニットの構成を示す正面断面概略図である。個別制御可
能な熱風加熱装置のノズルの周囲に、個別制御可能な輻
射加熱装置を配置している。この熱風加熱装置は、上述
の熱風加熱装置により制御応答性に優れているものがよ
い。この熱風加熱装置と輻射加熱装置を搬送方向と鉛直
に、同一間隔で配置している。この構成によって、搬送
方向と鉛直な方向に対しても、異なる温度の加熱するこ
とが可能になる。

【００１３】図３は、本発明の一実施形態である基板通
過センサを入り口に設けたコンベア型リフロー装置の側
断面概略図である。基板通過センサはリフロー装置入り
口に配置されている。主加熱装置の他に、補助加熱装置
が複数列配置されている。まず、温度計測装置を基板の
特定部分に装着したプロファイル計測用の基板をリフロ
ー装置内に導入し、基板の温度プロファイルを計測す
る。この測定結果と目的温度に対しての差を元に、補助
加熱装置の温度設定を変更する。このことで、基板各部
の温度が均一な、温度設定を得ることができ、温度差の
生じないリフローはんだ付けが可能になる。

【００１４】図４は、本発明の一実施形態である基板通
過センサを本加熱終了時点近傍に設けたコンベア型リフ
ロー装置の側断面概略図である。基板温度センサは本加
熱終了時点近傍に配置される場合を示している。補助加
熱装置は、プレヒート昇温部以降に複数列配置されてい
る。まず、計測用の基板をリフロー装置内に搬入する。
基板温度センサは本加熱時のピーク付近の基板各部の温
度を計測する。この測定結果と目的温度に対しての差を
元に、本加熱前または本加熱時の補助加熱装置の温度設
定を変更する。このことで、基板の温度計測装置を装着
することなく、基板各部の温度が均一な、温度設定を得
ることができ、温度差の生じないリフローはんだ付けが
可能になる。

【００１５】図５は、本発明の一実施形態であるプレヒ
ート昇温部終了時点近傍に設けたコンベア型リフロー装
置の側断面概略図である。基板温度センサはプレヒート
昇温部終了時点近傍に配置される場合を示している。補
助加熱装置は、複数列配置されている。基板温度センサ
はプレヒート昇温終了時点での基板の各部の温度を計測
する。基板はリフロー装置内に入る直前は、室温近傍の
温度であると推定できるため、基板各部の室温からの温
度勾配を求めることができる。この温度勾配に基づき温
度上昇を予測し、各部の目的温度との差を計算し、補助
加熱装置に対し、基板各部の温度補正分の熱量を与える
ようにリアルタイムに制御する。このことで、リアルタ
イムに基板各部の温度差を補正することが可能になり、
温度差の生じないリフローはんだ付けが可能になる。

【００１６】図６は、本発明の一実施形態であるコンベ
ア型リフロー装置の構成を示す側断面概略図である。図
７は、本発明の一実施形態であるコンベア型リフロー装
置の構成を示す正面概略図である。搬送手段は、装置内
を貫通しており、ほぼ一定速度で基板を搬送する。加熱
手段は、基板幅方向にほぼ等間隔で配置され、また、搬
送方向に複数列配置されている。基板温度監視装置は、
加熱手段に対し搬送方向前側に配置されている。

【００１７】次に、温度制御方法について説明する。図
８は、本発明の一実施形態であるコンベア型リフロー装
置の温度プロファイルを示す図である。図８に示すよう
に、あらかじめ基板の該当個所の最適とする温度プロフ
ァイルを設定しておき、最長のプロファイルから設備内
に収まるコンベア速度を決定する。基板は搬送方向に従
い、装置内に導入される。基板の位置を監視するセンサ
によって基板の導入時刻を特定し、コンベア速度から装
置内の基板位置を予測することにより、基板温度監視装
置によって基板の該当個所の温度を測定する。制御手段
は、基板の該当個所の目的の温度プロファイルとの差を
用いて、１列目の加熱手段を制御していく。次に、基板
が２列目の基板温度監視装置に達すると、再度基板の該
当個所の温度を測定し、同様に制御手段は２列目の加熱
温度を制御する。これにより、各列の温度監視手段は基
板の進行速度と配置間隔に応じた基板温度のサンプリン
グを行うことになり、このサンプリング温度に応じて現
基板位置の加熱装置のフィードバック制御を行うことに
なる。したがって、基板の各所の温度プロファイルを最
適な温度に制御することが可能となる。

【００１８】図９は、本発明の一実施形態である静止型
リフロー装置の構成を示す斜視概略図である。加熱手段
は、基板幅方向、長さ方向にほぼ等間隔で配置されてい
る。基板温度センサは基板上面に対し平行に位置し、基
板上面を左右に往復運動する。温度制御方法について説
明する。図８のように、あらかじめ基板の該当個所の最
適とする温度プロファイルを設定しておき、基板温度セ
ンサによって基板の該当個所の温度を測定する。制御手
段は、基板の該当個所の目的の温度プロファイルとの差
を用いて、個々の輻射加熱装置および熱風加熱装置を制
御していく。これにより、センサの往復運動に応じた基
板温度のサンプリングを行うことになり、このサンプリ
ング温度に応じて加熱手段のフィードバック制御を行う
ことになる。したがって、基板の各所の温度プロファイ
ルを最適な温度に制御することが可能となる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
熱風加熱装置では、熱風と冷風を混合させることで、目
的の温度に速やかに達する熱風を発生させることがで
き、基板搬送中にも温度変更可能な高速な応答ができる
熱風加熱装置を提供することができる。請求項２に記載
の加熱ユニットでは、搬送方向と鉛直な方向に対して
も、異なる温度の加熱することが可能になり、基板上の
熱容量の異なるさまざまな電子部品に対しても、目的の
温度をすみやかに与えることができる。請求項３に記載
のリフロー装置では、基板の特定個所に、補助的な加熱
で、基板各部の温度が均一な、温度設定を得ることがで
き、目的温度との差の生じないリフローはんだ付けが可
能になる。請求項４に記載のリフロー装置では、搬送方
向に１列の温度センサを配置し、温度分布を測定するこ
とで、基板各部の目標温度との温度差を測定することが
でき、補助加熱装置を基板の特定の個所で適切な加熱を
するように設定することで、目的温度との差の生じない
リフローはんだ付けが可能になる。請求項５に記載のリ
フロー装置では、本加熱終了近辺の温度分布を測定する
ことで、基板各部の温度差を測定することができ、補助
加熱装置を基板の特定の個所で適切な加熱をするように
設定することで、請求項３と同様の効果を得られる。ま
た、プレヒート昇温部終了近辺の温度分布を測定するこ
とで、基板各部の温度上昇を予測することができ、補助
加熱装置を基板の特定の個所で適切な加熱をするように
設定することで、請求項３と同様の効果を得られる。請
求項６に記載のリフロー装置では、補助加熱装置を搬送
方向に鉛直に均等に複数配置することで、補助加熱装置
の移動等を行わずに汎用的に運用することが可能とな
り、請求項３と同様の効果を得られる。請求項７又は８
に記載のリフロー装置では、搬送方向に鉛直に複数配置
された加熱装置を複数列配置し、各々の加熱装置列の前
に基板温度センサを線状に均一に複数配置することで、
基板の各部の温度をリアルタイムに監視し、加熱装置を
個別に制御することで、基板の各所に最適な温度プロフ
ァイルを与えることができる。請求項９に記載のリフロ
ー装置では、加熱ユニットを均等に複数列配置し、各々
の輻射加熱装置と熱風加熱装置の温度を適宜調節するこ
とで、基板の各所に最適な温度プロファイルを与えるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である熱風加熱装置の構成
を示す側断面概略図である。

【図２】本発明の一実施形態である加熱ユニットの構成
を示す正面断面概略図である。

【図３】本発明の一実施形態である基板通過センサを入
り口に設けたコンベア型リフロー装置の側断面概略図で
ある。

【図４】本発明の一実施形態である基板通過センサを本
加熱終了時点近傍に設けたコンベア型リフロー装置の側
断面概略図である。

【図５】本発明の一実施形態であるプレヒート昇温部終
了時点近傍に設けたコンベア型リフロー装置の側断面概
略図である。

【図６】本発明の一実施形態であるコンベア型リフロー
装置の構成を示す側断面概略図である。

【図７】本発明の一実施形態であるコンベア型リフロー
装置の構成を示すための、図６中のＡ−Ａ‘線による正
面断面概略図である。

【図８】本発明の一実施形態であるコンベア型リフロー
装置の温度プロファイルを示す図である。

【図９】本発明の一実施形態である静止型リフロー装置
の構成を示す斜視概略図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２３Ｋ 1/008 Ｂ２３Ｋ 1/008 Ｃ 3/04 3/04 Ｘ 31/02 ３１０ 31/02 ３１０Ｆ // Ｂ２３Ｋ 101:42 101:42 (72)発明者小林孝之東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内Ｆターム(参考） 5E319 AA03 AC01 CC36 CC58 CD35 CD51 GG03 GG15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高温の熱風と低温の熱風を発生する装
置と、各々の流量を調節する制御可能な弁と、高温と低温の熱風を混合するチャンバと、混合された熱風の温度を測定することを特徴とする熱風
加熱装置。
【請求項２】熱風加熱装置と輻射加熱装置とを対にし
て備える加熱装置を搬送方向と鉛直な方向に均等に複数
配置することを特徴とする加熱ユニット。
【請求項３】電子部品が装着される基板を一括加熱は
んだ付けするコンベア型のリフロー装置において、基板の通過を検知するセンサと、基板の検知信号と基板の搬送速度から基板の特定位置を
検出する手段と、基板の特定位置の温度を補正する加熱又は冷却手段と
を備えることを特徴とするリフロー装置。
【請求項４】基板の加熱温度を測定するセンサーを備
え、基板の予測された温度と目標温度との差を補正する加熱
又は冷却手段とを備えることを特徴とする請求項３に記
載のリフロー装置。
【請求項５】基板の温度センサーを本加熱終了近傍又
はプレヒート昇温部終了近傍に配置することを特徴とす
る請求項４に記載のリフロー装置。
【請求項６】前記加熱ユニットを、基板の予測された
温度と目標温度との差を補正する加熱又は冷却手段とし
て、少なくとも１列備えることを特徴とする請求項３か
ら請求項５のいずれかに記載のリフロー装置。
【請求項７】前記加熱ユニットを搬送方向に複数列配
置し、各々の加熱ユニットの直前に、これと平行に基板温度セ
ンサーを均等に複数配置することを特徴とするリフロー
装置。
【請求項８】電子部品が装着された基板を一括加熱は
んだ付けするコンベア型のリフロー方法において、加熱ユニットを搬送方向に複数列配置し、各々の加熱ユニットの直前に、これと平行に基板温度セ
ンサーを均等に複数配置し、基板温度センサーによって検知する温度を、基板の該当
個所を目的温度にするように、加熱手段を制御すること
を特徴とするリフロー方法。
【請求項９】電子部品が装着された基板を一括加熱は
んだ付けする静止型リフロー装置において、リフロー装置内に基板温度センサーを配置し、前記加熱ユニットを均等に複数列配置することを特徴と
するリフロー装置。