JP2676927B2 - リフロー装置 - Google Patents

リフロー装置

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JP2676927B2
JP2676927B2 JP18555489A JP18555489A JP2676927B2 JP 2676927 B2 JP2676927 B2 JP 2676927B2 JP 18555489 A JP18555489 A JP 18555489A JP 18555489 A JP18555489 A JP 18555489A JP 2676927 B2 JP2676927 B2 JP 2676927B2
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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は電子機器等に用いられる回路基板を製造する
工程におけるリフローはんだ付けに使用するリフロー装
置に関するものである。
従来の技術 表面実装回路基板は通常次の工程で製造される。
1)基板へのはんだ材料(クリームはんだ)印刷、 2)部分のマウント、 3)リフローはんだ付け。
この工程で使用される従来のリフローはんだ付け装置
は、第4図に示すようにトンネル状の炉体1と、加熱さ
れる回路基板2を搬送するコンベア3と、ヒータ4と、
冷却ファン5を有する。回路基板2はコンベア3上に載
置されAからA′の方向に炉体1内を搬送される。搬送
過程で基板2はヒータ4からの輻射熱及びヒータ4で加
熱された炉体1内の空気の熱伝達により加熱され、回路
基板2の温度上昇に伴い基板に印刷されたクリームはん
だに溶融したのち冷却ファンで室温に近い空気を当てら
れ冷却され、はんだが固まり、はんだ付けが完了する。
この時の温度変化はおおよそ第5図に示す形となる。通
常基板の温度を単純に上昇させるのではなく、基板の温
度を一度B−C間のように保持し加熱を行う。このため
リフロー装置は複数のヒータを持ち、加熱ゾーンを複数
に分けている。
はんだが溶融するためには第5図におけるピーク点D
の温度を200℃前後の温度に加熱することが必要で、リ
フロー装置の加熱条件を適正にする方法として従来から
回路基板に熱伝対等の温度センサを取り付け回路基板の
温度上昇を実測し、所望とする温度になるまで繰り返し
温度設定値を変更する方法が取られてきた。
発明が解決しようとする課題 しかしながら回路基板上には多種多様な部品が載置さ
れているので、加熱条件を最適に設定するためには多数
の熱電対を回路基板上に取り付け、温度状態を測定する
ことが必要とされていた。この作業は複雑でありかつ最
適な設定値を決定するには多くの時間と作業者の熟練を
要した。
また加熱ヒータが複数系統あるため、ヒータ設定値を
変更することによって、ヒータ設定値を変更したゾーン
の炉内空気温度はもとより、ヒータ設定値を変更したゾ
ーンの周辺ゾーンの炉内空気温度も変化してしまうた
め、全体の加熱状態が変化してしまうことがあった。
そこで本発明は、回路基板の温度を実測することなし
に加熱条件設定を決定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。
また本発明の第2の目的は各ゾーンのヒータ設定値変
更が周辺ゾーンに与える影響を考慮し、適正なヒータ設
定値を与えるリフロー装置を提供するものである。
課題を解決するための手段 上記課題を解決するための本発明の第1の発明のリフ
ロー装置は、リフロー装置の加熱特性データと被加熱物
の被加熱特性データを入力として持ち、被加熱物の温度
が所望の温度になるヒータ設定値を自動的に算出する計
算機構と、前記計算機構の計算結果を目標入力としてヒ
ータの制御を行うヒータ制御器を有するものである。
また本発明の第2の発明のリフロー装置は加熱機能の
被加熱物に対する加熱の影響を、リフロー装置の有する
複数のヒータの温度もしくはヒータの出力電力を独立変
数とする関数の形式で持つ加熱特性データを有し、被加
熱物の温度が所望の温度になるヒータ設定値を自動的に
算出する計算機構と、前記計算機構の計算結果を目標入
力としてヒータの制御を行うヒータ制御器を有するもの
である。
作用 本発明の第1の発明による作用は以下のようになる。
リフロー装置内における加熱は輻射と伝達によって行
われる。輻反射熱量は熱源であるヒータと回路基板・部
品の温度及び輻射率によって決定され、また伝達熱量は
炉内の空気と回路基板・部品の温度及び熱伝導係数で決
定される。この計算方式に基づいて加熱途中のある時点
における温度許容範囲を1時点以上について設定する
と、予め与えた第1の加熱条件における回路基板の温度
計算の結果から基板温度が前記温度許容範囲条件を満足
しているか否かの判断を下すことが可能である。判断の
結果、前記回路基板に対する温度許容範囲条件を満足し
ない場合リフロー装置のヒータ設定温度を変更、第2の
設定温度を決定し、回路基板第2の温度計算を行い前記
許容温度範囲条件に対する第2の評価を下すことが可能
である。このヒータ温度設定・評価の過程を繰り返し行
うことで、回路基板に対するヒータ設定条件を計算によ
り自動的に求めることが可能となる。この計算結果であ
るヒータ設定値を目標値としてリフロー装置のヒータの
制御を行うことによって実際の温度測定を行わずに、ま
た熟練技能を持たないものにも適正な加熱を行うことが
可能となる。
次に第2の発明による作用について説明する。
各ゾーンの空気温度は当該ゾーンに取り付けられたヒ
ータの温度と、その周辺ゾーンのヒータの温度によって
決定される。ヒータの設定温度は独立な変数と考えるこ
とができるので、空気温度はヒータ設定温度に従属な変
数であり、各ゾーンのヒータ設定値と各ゾーンの空気の
温度の関係を関数の形でデータとして持たせることがで
きる。加熱量は前述のようにヒータと回路基板・部品の
温度及び輻射率、炉内の空気と回路基板・部品の温度及
び熱伝達係数で決定されるので、各ヒータの設定値と炉
内空気温度の関係を関数の形で持つことによって、各ヒ
ータの設定値を変更した場合における炉内空気温度を正
確に把握することができるので、ヒータの設定値の自動
決定をより正確に行うことが可能となる。
なおヒータ設定温度の代わりにヒータの設定出力電力
を独立変数とみなすことも可能である。
実 施 例 以下本発明の一実施例について、図面を参照して説明
する。尚、第4図で説明した構成要素と同一のものにつ
いては同一参照番号を付して説明を省略する。
第1図は同実施例におけるリフロー装置の構成を示す
ブロック図及び断面図である。同図において11はリフロ
ー装置の加熱特性データ、12は被加熱物の被各熱特性デ
ータ、13は計算機構、14はヒータ制御器である。また、
17は基板の許容温度範囲として与えられるデータであ
る。
計算機構13はリフロー装置の加熱特性データ11と被加
熱物の被加熱特性データ12から温度計算を行い、許容温
度範囲データ17を満足するヒータ設定条件を求める。求
められたヒータ設定値は計算機構からヒータ制御器14へ
送られ、ヒータ制御器はこのヒータ設定値を目標として
ヒータを温度制御を行う。
第2図は同実施例における計算機構13の計算の流れを
示す流れ図で、ステップ#21では計算のためのヒータの
初期設定値を決定し、ステップ#22ではヒータの設定値
から炉内の空気温度を計算し、さらにステップ#23では
温度決定されたヒーT設定値から回路基板の温度を計算
する。ステップ#24では与えられた許容温度範囲を満足
するか否かを判定し、判定の結果満足していれば計算を
終了し設定値はヒータ制御器へ送られる。許容温度範囲
を満足していなければステップ#25で設定値変更を行っ
たのちステップ#22の空気温度計算へ送られステップ#
23の回路基板温度計算、ステップ#24の判断と繰り返し
計算が行われる。
第1図に示す3つの独立なヒータ加熱ゾーンを持つリ
フロー装置では、各ゾーンにおいて温度許容範囲を設定
するのが適切で、この場合第3図の流れ図のように、ス
テップ#31でヒータ初期設定を行った後、ステップ#32
では許容温度範囲を判定するゾーンを第1ゾーンと指定
し、ステップ#33で炉内の空気温度を決定する。ステッ
プ#34で指定されたゾーンまでの温度計算を行った後、
ステップ#35で指定されたゾーンでの温度許容範囲と基
板温度との関係を判定し、判定の結果温度許容範囲を満
足していなければステップ#36でヒータの温度設定値を
変更し、再度ステップ#32で判定ゾーンを1に設定し、
ステップ#33の空気温度決定へ戻り、繰り返し計算が行
われる。ステップ#35で温度許容範囲を満足していれ
ば、ステップ#37で全ゾーンの評価を満足したかどうか
を判定し、全ゾーン評価が終了していれば計算を終了
し、評価が終了していなければステップ#38で評価ゾー
ンを次のゾーンに移し次のゾーンでの回路基板温度計算
を行う。
第2図におけるステップ#22及び第3図におけるステ
ップ#33の炉内空気温度決定では、各ヒータの設定値と
炉内の各ゾーンの空気温度の関係を代表点における複数
の線形関数の形式で持っており、次の(1)式で表され
るものである。
(1)式においてTaiはiゾーンにおける空気の温
度、Tiはiゾーンにおけるヒータの設定温度、Tsiはi
ゾーンのヒータの基準となる温度、Tasiは基準となるヒ
ータ温度をとったときのiゾーンの空気の温度、fij
jゾーンのヒータ温度が基準温度から変動した時に、i
ゾーンの空気温度に与える影響係数である。ただしTi
設定が大きく変動する場合にはfij及びTasiを複数組持
つものである。第1図に示す3つの加熱ゾーンを持つリ
フロー装置においてはi,jともに1から3の値をとる。
発明の効果 以上のように本発明の第1の発明によれば、回路基板
に直接熱電対を取り付けることなしにヒータの温度設定
を自動的に行うことができると同時に、作業者の熟練も
必要としない。また同時に、回路基板の設計時点でリフ
ロー装置の設定条件が見いだせるので、新規に生産を開
始する場合、円滑な生産の開始を行うことが可能であ
る。
また第2の発明によれば、複数のヒータの設定値を変
更した場合でも、炉内の温度が正確に把握することが可
能となり、第1の発明で計算されるヒータ設定値がより
正確に求められるようになる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例におけるリフロー装置の制御
ブロック図を合わせて示したリフロー装置の断面図、第
2図,第3図は同実施例における計算の流れ図、第4図
は従来のリフロー装置の断面図、第5図はリフローを行
う際の基板の温度変化を示すグラフである。 1……炉体、2……回路基板、3……搬送装置、4……
ヒータ、5……冷却ファン、11……リフロー装置の加熱
特性データ、12……被加熱物の被加熱特性データ、13…
…計算機構、14……ヒータ制御器、15……許容温度範囲
データ。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−144876(JP,A) 特開 平3−6890(JP,A) 特開 平2−1199(JP,A) 実開 昭63−29666(JP,U)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電子部品が装着された回路基板等の被加熱
    物を搬送する機構と、被加熱物を加熱する複数組の加熱
    機構を有するリフロー装置において、リフロー装置の加
    熱特性データと被加熱物の被加熱特性データを入力とし
    て持ち被加熱物の温度が所望の温度になるヒータ設定値
    を自動的に算出する計算機構と、前記計算機構の計算結
    果を目標入力としてヒータの制御を行うヒータ制御器を
    有することを特徴とするリフロー装置。
  2. 【請求項2】電子部品が装着された回路基板等の被加熱
    物を搬送する機構と、被加熱物を加熱する複数組の加熱
    機構をリフロー装置において、前記加熱機構の被加熱物
    に対する加熱の影響を、リフロー装置の有する複数のヒ
    ータの温度もしくはヒータの出力電力を独立変数とする
    関数の形式で持つ加熱特性データと、被加熱物の被加熱
    特性データを入力として持ち被加熱物の温度が所望の温
    度になるヒータ設定値を自動的に算出する計算機構と、
    前記計算機構の計算結果を目標入力としてヒータの制御
    を行うヒータ制御器を有することを特徴とするリフロー
    装置。
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