JP2712296B2 - 加熱炉の温度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、リフロー炉や硬化炉のような回路基板の加
熱を行なう加熱炉に係り、とくに回路基板の種類に応じ
て所定の加熱温度を得るためにヒータ温度等の回路基板
の加熱温度にかかわる装置側の各種設定部の設定値の調
整に関するものである。

〔発明の概要〕

リフロー炉や硬化炉のような回路基板の加熱を行なう
加熱炉において、温度設定用のテストボードを投入す
る。そしてこのテストボードの加熱温度データを炉の制
御側にフィードバックし、制御側の判断によって自動的
にヒータ側の温度設定を変更するようにする。この操作
を所定の加熱条件が達成するまで繰返すようにする。こ
れによって従来は作業者が行なっていたヒータの温度設
定の自動化を図るようにしたものである。

〔従来の技術〕

回路基板の加熱を行なうために従来より第７図に示す
リフロー炉や第９図に示す熱硬化炉が用いられている。
リフロー炉は回路基板１をベルトコンベア２で搬送しな
がらヒータ３によって加熱を行なうようにしたものであ
って、各ユニットにはそれぞれ温度センサ４が設けられ
るとともに、炉の出口側には冷却ファン５が設けられて
おり、このファン５からの冷却風を風向板６によって制
御しながら回路基板１の冷却を行なうようにしている。
また第９図に示す熱硬化炉の場合には、第１のユニット
がUV照射ゾーンから構成されており、その内部にはUVラ
ンプ７が設けられている。そしてつぎの２つのユニット
が加熱ゾーンを構成しており、ヒータ３と温度センサ４
とがそれぞれ設けられている。

これらの炉の中を通過する回路基板１の温度プロフィ
ールはそれぞれ第８図および第10図に示すようになって
いる。一般にリフロー温度や熱硬化温度はある固定され
た値で運転されるようになっている。しかしリフローさ
れる回路基板や熱硬化される回路基板は、その種類によ
って熱容量が様々であるために、加熱炉の温度設定が一
律の場合には、全ての回路基板について同一の加熱温度
を得ることができなくなる。

第７図に示すリフロー炉や第９図に示す熱硬化炉の内
部の温度を制御する場合には、炉内の温度検出のために
温度センサ４を設けるとともに、第12図に示すように炉
内温度の設定を行なう温度設定用ボリューム15をヒータ
コントロールユニット14に設けるようにしている。そし
てこのボリューム15によって炉内の温度が設定された値
になるようにヒータ３に流れる電流をヒータコントロー
ルユニット14によって制御するようにしている。これに
よって炉内の温度は一定になるが、回路基板１が上記加
熱ゾーンを通過する時間は回路基板１が炉内温度に達す
る時間よりも短い。このために回路基板１の熱容量の違
いによって、この加熱ゾーンにおいて達する基板の加熱
温度は異なることになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

加熱炉において、第８図に示すような回路基板１の加
熱温度プロフィールが得られるようにするために、回路
基板１に合わせて主に加熱炉のヒータ温度およびベルト
スピードをそれぞれ調整するようにしている。そしてこ
のような設定のために第11図に示すようなシステムを用
いる。すなわち対象となる回路基板１と同じ熱容量を有
するテストボード10に熱電対から成る温度センサ11を取
付け、このテストボードを加熱炉に投入し、実際のテス
トボード10の加熱温度を温度計12によって測定する。そ
して作業者が測定結果を確認して、上記ファクタを調整
する。この基板温度測定と加熱炉の設定値の変更を繰返
し、所定加熱条件が満足した時点で、商品となる回路基
板１が加熱炉に投入されることになる。

しかしこのような加熱炉の各部の設定値の設定作業は
高い熟練と技術レベルとを必要とする。すなわち一般の
ユーザにとってはこのような作業が大きな負担になって
おり、つぎのような不具合を生じている。まず各部分の
設定値の追込み不十分によって回路基板の加熱温度条件
が不揃いになり、回路基板の品質にばらつきが発生する
ことになる。また設定時間が増大することによって、生
産性が低下している。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであ
って、加熱炉の各部の温度設定のための作業者の負担を
軽減し、回路基板の製造時における品質の向上を図ると
ともに、その生産性を高めるようにした加熱炉の温度制
御装置を提供することを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、加熱手段と搬送手段とを有し、回路基板を
前記搬送手段によって搬送しながら前記加熱手段によっ
て加熱を行なうようにした加熱炉において、 温度センサを有するテストボードと、前記加熱手段を
制御する制御手段と、前記制御手段の設定値を変更する
手段と、前記搬送手段の搬送速度を調整する手段とをそ
れぞれ具備し、 前記テストボードを前記搬送手段によって搬送しなが
ら前記温度センサの出力を前記制御手段に供給し、前記
加熱手段による加熱条件を満足するまで前記制御手段の
設定値を変更しながら温度測定の動作を繰返して実行す
るとともに、加熱条件を満足するように前記搬送手段の
搬送速度を調整するようにしたものである。

〔作用〕

従って本発明によれば、これまで作業者が行なってい
た作業であって、各種の回路基板に対応した加熱炉の各
種設定値の導出作業や搬送手段の搬送速度の設定作業
を、装置側で自動的に行なうことが可能になる。すなわ
ち装置側に対して学習機能をもたせ、装置側で自動的に
上記の設定値を導出することが可能になる。

〔実施例〕

第２図は本発明の一実施例に係るリフロー炉の構造を
示すものであって、このリフロー炉は第１プリヒートユ
ニット21、第２プリヒートユニット22、第３プリヒート
ユニット23およびリフローユニット24を備えている。こ
れらのヒートユニット21〜23およびリフローユニット24
はそれぞれヒータ25と温度センサ26とを備えている。ま
た各ヒートユニット21〜24内を通過するようにベルトコ
ンベア27が設けられている。さらに入口部分には回路基
板通過検出センサ28が設けられている。

つぎに上記ヒータ25の制御を行なうことにより、通過
する回路基板の温度プロフィールが所定の特性になるよ
うにするための制御装置の構成を第１図によって説明す
ると、この装置はヒータコントロールユニット31を備え
ており、このヒータコントロールユニット31に上記各ユ
ニットのヒータ25と温度センサ26とが接続されている。
そしてコントロールユニット31はCPU32に接続されると
ともに、CPU32はメモリ33とデータ入力装置34に接続さ
れている。さらにCPU32はモータドライブユニット35を
介してベルト駆動モータ36に接続されるようになってい
る。またCPU32は温度計12に接続されるようになってい
る。この温度計12は第11図に示す従来の温度測定装置と
同様のものであって、テストボード10に設けられている
熱電対から成る温度センサ11の温度を測定するものであ
る。

以上のような構成において、第３図および第４図に示
すように、データ入力装置34によって希望するリフロー
温度、プリヒート温度、またリフローを行なう回路基板
の熱容量に関する情報、すなわち板厚や材質に関する情
報を入力する。そして第11図に示す温度測定装置を用い
てテストボード10の温度を測定し、この情報をリフロー
炉の制御側に入力する。制御側は上記データを基に、所
定の変換プログラムに従って装置の各種の設定値を変更
する。

そして第４図に示すように、この後にテストボード10
を用いて熱電対11によって温度測定を行ない、希望する
加熱条件になっているかどうかを確認する。条件が満足
されていなければ、上述の変換プログラムに従って設定
値を変更し、再度テストボード10の温度測定を行なう。
このような動作を加熱条件が満足されるまで繰返して実
行することにより、各種の設定値の導出を行なうように
する。

リフロー炉の場合には、一般に回路基板の温度プロフ
ィールは、第８図に示す従来のリフロー炉のそれと同様
に、ある一定温度を一定持続させてプリヒートを行なっ
た後に、所定のピーク温度までもっていく。すなわち第
１プリヒートユニット21および第２プリヒートユニット
22によって回路基板を加熱し、第３プリヒートユニット
23でこの温度を維持する。そしてリフローユニット24に
よって回路基板の温度をピーク値までもっていく。この
ことから回路基板の温度プロフィールは、第８図におけ
るＡ、Ｂ、Ｃの３つのポイントの回路基板の温度を測定
すれば類推できることが分る。ここでＡは第２プリヒー
トユニット22と第３プリヒートユニット23の間の温度で
あり、Ｂは第３プリヒートユニット23とリフローユニッ
ト24の間の温度である。またＣはリフローユニット24の
出口部分の温度である。

このようなチェックポイントの検出は、第２図に示す
ようにプリヒートゾーンの入口側に設けられた基板通過
検出センサ28によって回路基板を検出する。ここでベル
トコンベア27のスピードは一定でしかも既知であるか
ら、センサ28が回路基板を検出してからそれぞれ所定の
時間を経過した後に回路基板の温度検出を行なえば、第
８図に示すＡ、Ｂ、およびＣの各ポイントでの温度測定
が行なわれることになる。

つぎにリフロー炉の各種の設定値を自動的に導出する
ためのデータ処理に用いられるプログラムについて第３
図および第４図によって説明する。まず初期設定のプロ
グラムは、第３図に示すように、つぎのようなデータの
入力によって、所定の加熱温度に近似できるようなリフ
ロー炉の各種の設定値を導出する。ここで加熱条件とし
ては、プリヒート温度およびリフロー温度を設定する。
また基板の熱容量に関しては、その材質、板厚、および
寸法に関する情報を入力する。また必要に応じてベルト
コンベア27のスピードをも入力する。

つぎに回路基板の温度のチェックポイントの検出は、
ベルトコンベア27のスピードから、回路基板が基板通過
検出センサを通過してから、各チェックポイントＡ、
Ｂ、Ｃに至るまでの時間を算出する。そして実際に回路
基板がセンサ部28を通過すると、対応する所定の時間経
過後に各ポイントでの回路基板の温度データの取込みを
指示するようにする。

つぎにプリヒートユニット21、22の温度設定のプログ
ラムは、つぎのようにして行なわれる。リフロー炉が初
期設定され、炉内温度が設定値に達した後に行なわれる
回路基板の温度測定において、チェックポイントＡの温
度が第５図に示すように指定されたプリヒート温度に達
していない場合には、つぎのようにしてヒータの温度の
再設定を行なう。

変更前のヒータ25の設定値をメモリ33内に格納する。
ヒータ25の設定値変更後に基板温度を測定し、これが希
望する温度に達していないときはこのときのヒータ25の
設定値および基板の温度をメモリ内に格納する。メモリ
内に格納されたデータ、すなわちヒータ25の設定値およ
び基板の温度から、ヒータ25の設定値変更により回路基
板の温度の変化率を求める。上記の変化率をベースにし
てつぎのヒータの設定値を求め、再度基板温度測定を行
なう。なお初期設定により加熱条件が満足されない場合
の、つぎのヒータ設定値の導出は予めメモリ内に基板の
熱容量に対応したヒータ温度に対する基板温度の変化率
をデータとして登録しておき、このデータに従って行な
うようにする。

つぎに第３プリヒートユニット23の温度設定のプログ
ラムについて説明する。チェックポイントＢが指定され
たプリヒート温度になるようにユニット23のヒータ温度
を設定する。なおこの温度はチェックポイントＡの温度
と同じである。そしてヒータ温度の設定方法は基本的に
は上記のプリヒートユニット21、22の温度設定プログラ
ムと同じである。しかしチェックポイントＢの温度はチ
ェックポイントＡの温度変化の影響を受ける。このため
にプリヒートユニット21、22のヒータの設定温度を変更
するときには、その補正データをプリヒートユニット23
にフィードバックさせる必要がある。

つぎにリフロー温度の設定プログラムを第６図によっ
て説明する。チェックポイントＣが指定されたリフロー
温度になるようにリフロー炉のヒータ温度を設定するも
のである。ヒータ温度の設定の考え方は、第３プリヒー
トユニット23の温度設定プログラムと同じである。また
チェックポイントＣの温度は、３つのプリヒートユニッ
ト21、22、23における基板の加熱温度の影響を受ける。
このためにプリヒートユニット21、22、23のヒータ25の
温度設定を変更した場合にはその補正が必要になる。

つぎにベルトコンベア27のスピード調整のプログラム
について説明すると、加熱される回路基板の熱容量が大
きい場合には、ヒータ25の温度を上げてもその加熱ゾー
ンにおける基板通過時間が短いために、基板温度がある
温度以上に上がり難くなることがある。このような場合
には第６図に示すように、ベルトコンベア27のスピード
を遅くし、この加熱ゾーンにおける基板通過時間の延長
を図り、所定の基板温度が得られるようにする。

なお上記の説明は、ヒータ25によって回路基板を直接
加熱するリフロー炉についての説明であるが、リフロー
炉には熱風によって基板の加熱を行なうものであり、こ
のような熱風加熱方式の場合の設定部のパラメータとし
ては風量が追加されることになる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、温度センサを有するテストボ
ードと、加熱手段を制御する制御手段と、制御手段の設
定値を変更する手段と、搬送手段の搬送速度を調整する
手段とをそれぞれ具備し、テストボードを搬送手段によ
って搬送しながら温度センサの出力を制御手段に供給
し、加熱手段による加熱条件を満足するまで制御手段の
設定値を変更しながら温度測定の動作を繰返して実行す
るとともに、加熱条件を満足するように搬送手段の搬送
速度を調整するようにしたものである。

従って従来作業者が行なっていた作業であって、回路
基板の種類に合わせた加熱炉の各種の設定作業の自動化
が図られることになる。これによって加熱条件の設定の
作業の省力化が図られることになり、ヒータ設定値の作
業者間のばらつきがなくなることにより、回路基板の製
造の品質が向上する。またヒータの設定作業が簡単に行
なわれることになり、機種切化え時の設定作業時間の短
縮による装置の生産性の向上を図ることが可能になる。
また搬送手段の搬送速度を調整するようにしているため
に、とくに熱容量の大きな回路基板を加熱する場合に
は、搬送速度を下げることにより、目標とする温度に加
熱することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るリフロー炉の制御装置
のシステム構成を示すブロック図、第２図はリフロー炉
の構造を示す断面図、第３図は制御装置による初期設定
の動作を示すブロック図、第４図は基本動作のフローチ
ャート、第５図はプリヒート温度設定のフローチャー
ト、第６図はリフロー温度設定のフローチャート、第７
図は従来のリフロー炉の縦断面図、第８図は同温度変化
を示すグラフ、第９図は従来の熱硬化炉の構造を示す縦
断面図、第10図は同温度変化を示すグラフ、第11図は回
路基板の温度測定の装置の斜視図、第12図は炉内の温度
制御システムのブロック図である。 また図面中の主要な部分の名称はつぎの通りである。 10……テストボード 11……熱電対（温度センサ） 12……温度計（ペンレコーダ） 25……ヒータ 27……ベルトコンベア 31……ヒータコントロールユニット 32……CPU 34……データ入力装置

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加熱手段と搬送手段とを有し、回路基板を
   前記搬送手段によって搬送しながら前記加熱手段によっ
   て加熱を行なうようにした加熱炉において、 温度センサを有するテストボードと、前記加熱手段を制
   御する制御手段と、前記制御手段の設定値を変更する手
   段と、前記搬送手段の搬送速度を調整する手段とをそれ
   ぞれ具備し、 前記テストボードを前記搬送手段によって搬送しながら
   前記温度センサの出力を前記制御手段に供給し、前記加
   熱手段による加熱条件を満足するまで前記制御手段の設
   定値を変更しながら温度測定の動作を繰返して実行する
   とともに、加熱条件を満足するように前記搬送手段の搬
   送速度を調整するようにしたことを特徴とする加熱炉の
   温度制御装置。