JP2007171107A

JP2007171107A - 炉内の温度測定方法

Info

Publication number: JP2007171107A
Application number: JP2005372309A
Authority: JP
Inventors: Takashi Fukuda; 孝福田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2007-07-05
Also published as: US20070144626A1; US7549794B2

Abstract

【課題】温度測定に要する作業工数を低減できると共に、回路基板及び電子部品の色や仕上げ状態が変化しても測定結果を有効に適用できる炉内の温度測定方法の提供を課題とする。
【解決手段】リフロー炉１１内に、回路基板と略同一形状及び寸法を有する第１及び第２の疑似回路基板１２，１３が挿入され、第１及び第２の疑似回路基板１２，１３の表裏面の温度、及びリフロー炉１１内における第１及び第２の疑似回路基板１２，１３の周囲の空気温度が測定される。第１の疑似回路基板１２は、所定の物性値が既知の金属板の全面に黒色が施され、第２の疑似回路基板１３は、所定の物性値が既知の金属板の全面に鏡面仕上げが施される。
【選択図】図１

Description

本発明は、温度管理が必要なリフロー炉などの温度測定に好適な炉内の温度測定方法に関する。

例えば、リフロー炉によってプリント配線板にはんだ付けされる電子部品は、高性能化及び高密度実装化が図られている。このため、電子部品の多様化（大型化、小型化など）が進み、リフロー炉内の温度管理の必要性がますます高まっている。また、リフロー炉内の温度解析に求められている温度の測定精度は向上している。

従来、リフロー炉内の温度を測定する場合は、図５に示すように、所定の物性値（比熱、密度、熱伝達率など）が既知のプリント配線板５１などをリフロー炉５２内に挿入し、このプリント配線板５１の所定の位置５２ａ，５２ｂにおける表面温度を測定していた。

更に、リフロー炉５２内にプリント配線板５１を挿入しない状態で、リフロー炉５２内の空気温度を測定していた。これらの温度測定には、例えば熱電対５３が使われる。なお、図５中の符号５４は搬送手段である。
特開２００４−２４５７３２号公報特開平１０−５１１２７号公報

しかしながら、従来の温度測定方法では、必要なデータを得るために、複数回の温度測定作業が必要となるので、作業工数が増大するという問題があった。

また、温度測定に使用するプリント配線板５１などは、実際のプリント配線板と略同様な色に着色されているので、これと異なる色や仕上げ状態のプリント配線板には、測定結果をそのまま適用できないという問題があった。

また、試験用のプリント配線板５１の表面温度と、リフロー５２内の空気温度とを別個に測定するため、実際のプリント配線板に電子部品が搭載された状態での温度を判断するのが困難になるという問題があった。

更に、プリント配線板５１の表面温度と、リフロー炉５２内の空気温度とを別々に測定するので、測定位置の位置ズレなどが発生し、測定結果の信頼性が低下するという問題があった。

このような問題は、リフロー炉に限らず、温度管理が必要な各種の炉に同様に発生する問題である。

本発明は、このような問題に鑑みなされたもので、温度測定に要する作業工数を低減できると共に、加熱対象物又は回路基板及び電子部品の色や仕上げ状態が変化しても測定結果を適用でき、更に、加熱対象物又は回路基板の表面温度と、その周囲の空気温度を同時に測定できる炉内の温度測定方法の提供を課題とする。

本発明は、前記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
（１）本発明は、
加熱対象物を加熱する炉内に、前記加熱対象物と略同一形状及び寸法を有する第１及び第２の疑似加熱対象物が挿入され、前記疑似加熱対象物の表面温度、及び前記炉内における前記疑似加熱対象物の周囲の空気温度が測定される炉内の温度測定方法であって、
前記第１の疑似加熱対象物は、所定の物性値が既知の金属の全面に黒色が施され、
前記第２の疑似加熱対象物は、前記所定の物性値が既知の金属の全面に鏡面仕上げが施され、
前記炉内の前記第１及び前記第２の疑似加熱対象物における所定の位置の表面温度、及び前記疑似加熱対象物の周囲における空気温度が測定されることを特徴とする。

本発明では、全面が黒色の第１疑似加熱対象物、及び全面が鏡面仕上げの第２の疑似加熱対象物における所定の位置の表面温度、及びその周囲の空気温度を同時に測定するので、温度測定作業の効率が向上する。

また、熱の吸収率が非常に高い黒色の第１の疑似加熱対象物と、熱の吸収率が非常に低い鏡面仕上げの第２の疑似加熱対象物とを用いて炉内の温度測定を行うので、各種の加熱対象物、及びこれに取り付けられる物体の表面の色や仕上げ状態が変わる場合であっても、温度測定結果を有効に利用できる。

（２）また、本発明は、
電子部品を回路基板にはんだ付けするリフロー炉内に、前記回路基板と略同一形状及び寸法を有する第１及び第２の疑似回路基板が挿入され、前記第１及び第２の疑似回路基板の表面温度、及び前記炉内における前記第１及び第２の疑似回路基板の周囲における空気温度が測定されるリフロー炉内の温度測定方法であって、
前記第１の疑似回路基板は、所定の物性値が既知の金属板の全面に黒色が施され、
前記第２の疑似回路基板は、前記所定の物性値が既知の金属板の全面に鏡面仕上げが施され、
前記リフロー炉内の前記第１及び前記第２の疑似回路基板が、前記リフロー炉内における前記回路基板の搬送速度と略同一の速度で搬送され、
前記リフロー炉内の前記第１及び前記第２の疑似回路基板における所定の位置の表面温度、及び前記第１及び第２の疑似回路基板の周囲における空気温度が測定されることを特徴とする。

本発明では、全面が黒色の第１疑似回路基板、及び全面が鏡面仕上げの第２の疑似回路基板の所定の位置の表面温度、及びその周囲の空気温度が同時に測定されるので、温度測定作業の効率が向上する。

また、第１の疑似回路基板と第２の疑似回路基板とを同時に温度測定することにより、２枚の疑似回路基板間で温度測定位置がずれるのを抑制できる。

また、熱の吸収率が非常に高い黒色の第１の疑似回路基板と、熱の吸収率が非常に低い鏡面仕上げの第２の疑似回路基板とを用いて炉内の温度測定を行うので、実際の回路基板やこれに搭載される電子部品の表面の色や仕上げ状態が異なる場合でも、温度測定結果を有効に利用できる。これは、実際の回路基板及び電子部品の色及び仕上げ状態は、黒色と鏡面仕上げの間にあるからである。

（３）前記第１及び第２の疑似回路基板の表面における所定の位置に温度測定手段が取り付けられ、前記所定の位置における上方及び下方に保持手段によって前記温度測定手段が保持されることが好ましい。

この場合は、第１及び第２の疑似回路基板における所定の位置、及びその上方及び下方の空気温度を正確に測定できる。

（４）前記所定の位置は、前記電子部品のうち耐熱温度が他の前記電子部品より低い前記電子部品が搭載される位置、又は前記リフロー炉による加熱温度が他より高くなる位置であることが好ましい。

以上説明したように、本発明によれば、温度管理が必要な炉又はリフロー炉内の温度測定に要する作業工数を低減できる。また、加熱対象物及びこの加熱対象物に取り付けられる物品、又は回路基板及びこの回路基板にはんだ付けされる電子部品の表面の色や仕上げ状態が変わった場合でも、温度測定結果を有効に適用できる。

また、第１及び第２の疑似加熱対象物間、又は第１及び第２の疑似回路基板間で温度測定位置がずれるのを抑制できるので、温度測定の信頼性が向上する。

図１は、本発明に係るリフロー炉内の温度測定方法を示す模式図である。このリフロー炉内の温度測定方法では、電子部品を回路基板（何れも図示せず）にはんだ付けするためのリフロー炉１１内に、実際の回路基板と略同一形状及び寸法を有する第１及び第２の疑似回路基板１２，１３が挿入される。

そして、これらの第１及び第２の疑似回路基板１２，１３の表裏面１２ａ，１２ｄ、１３ａ，１３ｄの温度、及びリフロー炉１１内の第１及び第２の疑似回路基板１２，１３の周囲における空気１７（図２参照）の温度（雰囲気温度）が測定される。

すなわち、このリフロー炉内の温度測定方法では、図２に示すように、比熱、密度、熱伝達係数など所定の物性値が既知の金属板１２ｂ（図２参照）の全面に、黒色塗装１２ｃが施された第１の疑似回路基板１２と、上記所定の物性値が既知の金属板１３ｂの表面に、鏡面仕上げ１３ｃが施された第２の疑似回路基板１３とが、連続してリフロー炉１１内に挿入される。

なお、表面が黒色の電子部品としてはＩＣなどを例示でき、表面が鏡面仕上げの電子部品としては、コンデンサなどを例示できる。殆どの回路基板及び電子部品の色又は仕上げ状態は、黒色と鏡面仕上げとの間にある。従って、黒色と鏡面仕上げの２種類で温度測定をすることにより、殆どの回路基板及び電子部品をカバーできる。

次に、リフロー炉１１内で、上記第１及び第２の疑似回路基板１２，１３が、実際の回路基板のリフロー炉１１内における搬送速度と略同一の速度で、同一方向Ｙに搬送される。なお、図２中の符号１８はベルトなどの搬送手段である。

次に、図１、図３及び図４に示すように、上記リフロー炉１１内で、上記第１及び第２の疑似回路基板１２，１３における所定の位置１５ａ〜１５ｎ、１６ａ〜１６ｎの表裏面１２ａ，１２ｄ、１３ａ，１３ｄの温度、及びその周囲の空気温度が測定される。温度測定手段としては、例えば熱電対２０などを例示できる。

上記所定の位置１５ａ〜１５ｎ、１６ａ〜１６ｎとしては、実際の回路基板に搭載される電子部品のうち、耐熱温度が他の電子部品より低い電子部品が搭載される位置、又は、他の部分より加熱温度が高くなる位置などを例示できる。

また、本実施形態では、上記第１及び第２の疑似回路基板１２，１３における所定の位置１５ａ〜１５ｎ，１６ａ〜１６の基板表裏面１２ａ，１２ｄ、１３ａ，１３ｄ、及びその上方及び下方に所定の距離ｈだけ離れた位置の空気１７の温度（雰囲気温度）が測定される。

本実施形態では、所定の距離ｈ＝１０ｍｍに設定される。これは、実際の回路基板に搭載される電子部品の高さが、殆ど１０ｍｍ以内に収まるからである。

所定の位置１５ａ〜１５ｎ、１６ａ〜１６ｎにおける上方及び下方の空気１７の温度を測定する熱電対２０は、針金など耐熱性及び強度の高い線状部材２１によって、第１及び第２の疑似回路基板１２，１３に保持されている。

次に、このリフロー炉内温度測定方法の作用を説明する。リフロー炉１１内特有の特性を詳細に得るためには、製造対象物である回路基板の表裏面の温度だけでなく、リフロー炉１１内の雰囲気温度、リフロー炉１１内の輻射熱の影響なども正確に入手する必要がある。

そこで、本発明では、第１及び第２の疑似回路基板１２，１３の材料１２ｂ，１２ｂとしてアルミニウム系材料、又はこれと同種の材料が使用される。そして、リフロー炉１１内の輻射の影響を計測するために、一方の第１の疑似回路基板１２の表面に黒色が施され、第２の疑似回路基板の表面に鏡面仕上げが施される。

これにより、輻射熱の影響を最も強く受ける黒色の第１の疑似回路基板１２の温度と、輻射熱の影響を最も受けにくい鏡面仕上げの第２の疑似回路基板１３の温度とを同時に測定できる。

これにより、一度の温度測定作業で、リフロー炉１１内の特有の特性を得るために必要な所定の位置の温度、及びその周囲の空気温度を測定できる。

ここでは、（１）第１の疑似回路基板１２（黒色）の表面１２ａの温度、（２）第１の疑似回路基板１２における表面１２ａの上方（垂直方向）の雰囲気温度、（３）第１の疑似回路基板１２における裏面１２ｄの温度、（４）第１の回路基板１２における裏面１２ｄの下方（垂直方向）の雰囲気温度、（５）第２の疑似回路基板１３（鏡面仕上げ）の表面１３ａの温度、（６）第２の疑似回路基板１３の表面１３ａにおける上方（垂直方向）の雰囲気温度、（７）第２の疑似回路基板１３における裏面１３ｄの温度、（８）第２の疑似回路基板１３における裏面１３ｄの下方（垂直方向）の雰囲気温度が、殆ど同時に測定される。

このように本発明のリフロー炉内の温度測定法法によれば、リフロー炉１１内における第１及び第２の疑似回路基板１２，１３の表面（上面）１２ａ，１３ａ、及び裏面（下面）１２ｄ，１３ｄの温度、及びその上方、下方の雰囲気温度を一度に計測できる。

従って、従来のように、測定用板の表面温度とその上方及び下方の雰囲気温度を別々に測定する場合に比べて、計測位置のバラツキを抑制できるので、温度測定精度が向上する。

また、本発明では、全面が黒色の第１疑似回路基板１２、及び全面が鏡面仕上げの第２の疑似回路基板１３の所定の位置の表裏面１２ａ，１２ｄ、１３ａ，１３ｄの温度、及びその周囲の空気温度を同時に測定するので、温度測定作業の効率が向上する。

また、第１の疑似回路基板１２と、第２の疑似回路基板１３とを同時に温度測定するので、２枚の第１及び第２の疑似回路基板１２，１３間で温度測定位置がずれるのを抑制できる。従って、温度測定結果の信頼性が向上する。

また、熱の吸収率が非常に高い黒色の第１の疑似回路基板１２と、熱の吸収率が非常に低い鏡面仕上げの第２の疑似回路基板１３とを用いて、リフロー炉１１内の温度測定を行うので、実際の回路基板及びこれに搭載される電子部品の表面の色や仕上げ状態が変わる場合でも、温度測定結果を有効に利用できる。

従来の方法でリフロー炉１１内の温度測定をした場合と、本発明の方法でリフロー炉１１内の温度測定をした場合とを比較すると、次のようになる。

従来の方法による温度測定の作業工数は、炉内時間１０分、測定準備時間５分、小計１５分、計測回数２回以上で合計３０分程度となった。また、従来の方法では、対象物温度、雰囲気温度を別々に測定した。更に、従来の方法では個別測定時の温度のバラツキが３℃程度、同一のプリント配線を使用して２回計測した場合の温度のバラツキは３℃以上であった。

本発明の方法による温度測定の作業工数は、炉内時間１０分、計測準備時間５分、小計１５分、計測回数１回で合計１５分程度となった。すなわち、本発明の方法では、従来の方法に比べて作業時間を１／２以下にすることができた。

また、本発明の方法では、２枚の第１及び第２の疑似回路基板１２，１３の表裏面１２ａ，１２ｄ、１３ａ，１３ｄの温度、雰囲気温度など計８種の温度を１度に計測できた。更に、本発明の方法では、測定温度について６℃以上の精度向上が見込めることが分かった。

なお、上記実施形態では、リフロー炉１１内の温度を測定する場合について説明したが、本発明はリフロー炉１１に限らず、温度管理が必要な各種の炉内の温度を測定する場合に適用できる。

この場合は、上記第１の疑似回路基板１２、及び上記第２の疑似回路基板１３に代えて、実際の加熱対象物と略同一形状及び寸法を有する第１及び第２の疑似加熱対象物を使用する。そして、第１の加熱対象物の全面に黒色を施し、第２の疑似加熱対象物の全面に鏡面仕上げを施せばよい。

本発明に係るリフロー炉内の温度測定方法を説明する模式図である。本発明に係る疑似回路基板を示す断面図である。本発明に係る疑似回路基板及び温度測定位置を示す断面図である。本発明に係る疑似回路基板の所定の位置及び温度測定手段を示す平面図である。従来例に係るリフロー炉内の温度測定方法を示す模式図である。

符号の説明

１１リフロー炉
１２第１の疑似回路基板
１２ａ第１の疑似回路基板の表面
１２ｂ金属板
１２ｃ黒色塗装
１２ｄ第１の疑似回路基板の裏面
１３第２の疑似回路基板
１３ｂ金属板
１３ｃ鏡面仕上げ
１３ｄ第２の疑似回路基板の裏面
１５ａ〜１５ｎ、１６ａ〜１６ｎ所定の位置
１７リフロー炉内の空気（雰囲気）
１８搬送手段
２０熱電対
２１線状部材（保持手段）
５１プリント配線板
５２リフロー炉
５２ａ，５２ｂ所定の位置
５３熱電対

Claims

加熱対象物を加熱する炉内に、前記加熱対象物と略同一形状及び寸法を有する第１及び第２の疑似加熱対象物が挿入され、前記疑似加熱対象物の表面温度、及び前記炉内における前記疑似加熱対象物の周囲の空気温度が測定される炉内の温度測定方法であって、
前記第１の疑似加熱対象物は、所定の物性値が既知の金属の全面に黒色が施され、
前記第２の疑似加熱対象物は、前記所定の物性値が既知の金属の全面に鏡面仕上げが施され、
前記炉内の前記第１及び前記第２の疑似加熱対象物における所定の位置の表面温度、及び前記疑似加熱対象物の周囲における空気温度が測定されることを特徴とする炉内の温度測定方法。
電子部品を回路基板にはんだ付けするリフロー炉内に、前記回路基板と略同一形状及び寸法を有する第１及び第２の疑似回路基板が挿入され、前記第１及び第２の疑似回路基板の表面温度、及び前記炉内における前記第１及び第２の疑似回路基板の周囲における空気温度が測定されるリフロー炉内の温度測定方法であって、
前記第１の疑似回路基板は、所定の物性値が既知の金属板の全面に黒色が施され、
前記第２の疑似回路基板は、前記所定の物性値が既知の金属板の全面に鏡面仕上げが施され、
前記リフロー炉内の前記第１及び前記第２の疑似回路基板が、前記リフロー炉内における前記回路基板の搬送速度と略同一の速度で搬送され、
前記リフロー炉内の前記第１及び前記第２の疑似回路基板における所定の位置の表面温度、及び前記第１及び第２の疑似回路基板の周囲における空気温度が測定されることを特徴とするリフロー炉内の温度測定方法。
前記第１及び第２の疑似回路基板の表面における所定の位置に温度測定手段が取り付けられ、前記所定の位置における上方及び下方に保持手段によって前記温度測定手段が保持されることを特徴とする請求項２に記載のリフロー炉内の温度測定方法。
前記所定の位置は、前記電子部品のうち耐熱温度が他の前記電子部品より低い前記電子部品が搭載される位置、又は前記リフロー炉による加熱温度が他より高くなる位置であることを特徴とする請求項２に記載のリフロー炉内の温度測定方法。