JP2868494B2 - パルスヒート式接合装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被接合部に押圧し
たヒータにパルス電流を供給することにより被接合部を
局部的に加熱して接合するパルスヒート式接合装置と、
その制御方法とに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、厚膜プリント配線板、薄膜プ
リント配線板等のリード線を熱圧着したり、プリント配
線板へＩＣリード等をリフローソルダリングする際に用
いる接合装置として、パルスヒート方式のものが知られ
ている。

【０００３】この方式は、モリブデン（ＭＯ）等の高抵
抗材料で作られたヒータチップを被接合部に押圧し、こ
の状態でこのヒータチップにパルス状の大電流を流すこ
とによりジュール熱を発生させ、この熱で被接合部を局
部的に加熱し溶融させ、接合するものである。例えばリ
フローソルダリングの場合には一対の被接合部間に挟ん
だ半田を溶融させ、その後パルス電流を止め被接合部が
冷えて半田の凝固温度以下になるのを待ってからヒータ
チップを被接合部から離す。

【０００４】従ってこの方式の接合装置では、被接合部
に対してヒータチップを押圧または離隔させるための昇
降駆動手段を持ったヘッド部と、ヒータチップの加熱時
間に対応して変化するパルス電流を供給するパルスヒー
ト電源とを備える。この場合にパルスヒート電源は、ヒ
ータチップの温度すなわちヒータ温度をフィードバック
し、このヒータ温度が予め設定した時間・温度制御特性
（温度プロファイルという）となるようにヒータ電流を
制御する。

【０００５】すなわち温度プロファイルにより求めた目
標温度とフィードバックしたヒータ温度との差を小さく
するように、ヒータ電流（交流）を位相制御し、目標温
度の変化にヒータ温度を追従させるものである。ここに
ヒータ電流の供給開始に対してヒータ温度の上昇には時
間遅れが伴うから、加熱開始から所定時間内に半田溶融
温度より高いかこれより僅かに低い温度に到達すれば適
正であるとする。そしてその後この設定温度による加熱
を一定時間継続するものである。

【０００６】一方被接合部によっては、予備加熱を必要
とするものがある。例えば集積回路（ＩＣ）等のリード
を接合する際には、被接合部を２段階に加熱することが
行われている。すなわち第１段加熱で半田溶融温度より
も低い温度（第１設定温度）に加熱し、その後第２段目
の加熱で半田溶融温度よりも高温（第２設定温度）に短
時間（瞬間的）加熱を行うものである。このように２段
階に加熱することにより、通常の半田ゴテを用いた加熱
方式（常時加熱方式という）に比べてワーク（ＩＣ等）
に伝わる熱を少なくし、ワークを熱の悪影響から確実に
保護することができる。

【０００７】また従来のパルスヒート電源では、加熱温
度の時間変化を監視するために、ヒータ温度の時間変化
を図形表示するものもある。この場合温度センサから一
定の頻度で繰り返し求めたヒータ温度を縦軸に、時間変
化を横軸にとって図形表示することができる。この際ヒ
ータ温度の瞬時値を数字で読み取れるようにしたものも
ある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の加熱開始から一
定時間内のヒータ温度上昇を監視して、一定時間内にヒ
ータ温度が半田溶融温度より高い設定温度かこれより僅
かに低い温度以上になっていれば適切である、判定する
方式を前記した２段加熱方式に適用した場合には、加熱
開始からヒータ温度の上昇を確認するまでの時間（ライ
ズタイム）内に第１段加熱の時間が含まれているため、
この時間（ライズタイム）が長くなる。このため温度セ
ンサの剥がれや断線あるいは劣化などがあると、この時
間（ライズタイム）内にヒータ温度が急上昇して、ヒー
タチップが過熱されるおそれが大きくなる。

【０００９】なおヒータ温度をヒータチップに貼った熱
電対によって検出する場合には、熱電対の耐用期間の経
過に伴って温度検出が不正確になったり、熱電対がヒー
タチップから剥がれかけたり切れかけたりすることがあ
る。このような原因により、ヒータ温度が実際のヒータ
温度より低く検出される場合には、ヒータ電流が過大に
なって、ヒータが異常に高温になることがあり得る。こ
のようなヒータ温度の異常上昇があると、ワーク（ＩＣ
など）を熱により破壊したり、プリント基板を変形させ
たりする原因となるため極力防止しなければならない。

【００１０】従ってこの発明は、ヒータ温度の上昇中に
おける温度変化をきめ細かく監視して温度センサの異常
などによるヒータの過熱を確実に防止することができる
パルスヒート式接合装置の制御方法を提供することを第
１の目的とする。

【００１１】またヒータ電流はワークに適合した大きさ
に設定することが必要である。従来はオペレータの感に
よって設定していたため不正確であった。このためヒー
タ電流の設定が小さすぎるとヒータ温度の上昇速度が遅
くなって設定した温度プロファイルに従った加熱ができ
なくなる。反対にヒータ電流の設定が大きすぎるとヒー
タ温度の上昇が急速になり、ヒータ温度が一時的に設定
温度を大きく越えてしまい、いわゆるオーバーシュート
を発生する。

【００１２】従ってこの発明は、ヒータ電流を適切に設
定するのに適し、万一ヒータ温度のオーバーシュートが
発生したらそのことを確認して接合の良否を判定できる
ようにしたパルスヒート式接合装置の制御方法を提供す
ることを第２の目的とする。またこの発明はこれらの制
御方法の実施に直接使用するパルスヒート式接合装置を
提供することを第３の目的とする。

【００１３】一方従来装置ではヒータ温度の時間変化だ
けを図形表示していたため、設定した温度プロファイル
と実際のヒータ温度の変化とを対比して確認することが
できず、不便であった。

【００１４】この発明は設定した温度プロファイルと検
出したヒータ温度の時間変化とを重ねて表示することに
より、これらを対比して確認できるようにしたパルスヒ
ート式接合装置を提供することを第４の目的とする。

【００１５】

【発明の構成】本発明によれば第１の目的は、被接合部
をヒータで押圧して加熱すると共に、ヒータ温度をフィ
ードバックしてヒータ温度を予め設定した温度プロファ
イルに追従させることにより前記被接合部を接合するパ
ルスヒート式接合装置に用いる制御方法において、前記
接合部の接合温度よりも低い第１設定温度に加熱する第
１段加熱とこれより高温の第２設定温度に加熱する第２
段加熱との２段階に加熱する一方、第１段加熱および第
２段加熱のそれぞれの開始時点から予め設定した第１お
よび第２立上がり制限時間内にヒータ温度が前記温度プ
ロファイルより低い予め設定した下限プロファイルに到
達したことを条件として適正加熱と判定し、前記条件を
満たさない時にヒータ加熱を停止させることを特徴とす
るパルスヒート式接合装置の制御方法、により達成され
る。

【００１６】また第２の目的は、被接合部をヒータで押
圧し加熱すると共に、ヒータ温度をフィードバックして
ヒータ温度を予め設定した温度プロファイルに追従させ
ることにより被接合部を接合するパルスヒート式接合装
置に用いる制御方法において、前記被接合部の接合温度
よりも低い第１設定温度に加熱する第１段加熱とこれよ
り高温の第２設定温度に加熱する第２段加熱との２段階
に加熱する一方、第１段加熱および第２段加熱のそれぞ
れの開始時点から予め設定した第１および第２下限温度
不監視時間内にヒータ温度が前記温度プロファイルより
低い予め設定した下限プロファイルに到達しないことか
ら不適正加熱と判定してヒータ加熱を停止させると共
に、前記温度プロファイルより高い予め設定した上限プ
ロファイルに到達したことを条件としてエラー表示を行
うことを特徴とするパルスヒート式接合装置の制御方
法、により達成される。

【００１７】ここに下限プロファイルは温度プロファイ
ルから所定温度を減算することにより決定でき、上限プ
ロファイルは温度プロファイルに所定温度を加算するこ
とにより決定できる。例えば第１、第２設定温度をそれ
ぞれ１５０℃、３００℃とした場合に、所定温度を２０
℃として第１段および第２段加熱の下限温度をそれぞれ
１３０℃、２８０℃とし、また第１段および第２段加熱
の上限温度を１７０℃、３２０℃に設定することができ
る。

【００１８】第１段加熱および第２段加熱におけるそれ
ぞれの加熱時間は、ヒータ温度が下限プロファイルに到
達した時点から起算した時間として設定すれば、オペレ
ータの感覚に合致して好ましい。

【００１９】第３の目的は、被接合部をヒータで押圧し
て加熱すると共に、ヒータ温度をフィードバックしてヒ
ータ温度を予め設定した温度プロファイルに追従させる
ことにより前記被接合部を接合するパルスヒート式接合
装置において、前記ヒータ温度を検出するヒータ温度検
出手段と、前記被接合部の接合温度より低い第１設定温
度に加熱する第１段加熱とこれより高温の第２設定温度
に加熱する第２段加熱とを含む温度プロファイルを記憶
する第１のメモリ手段と、前記温度プロファイルより低
い下限プロファイルを設定する下限温度設定手段と、前
記温度プロファイルにおける第１段加熱および第２段加
熱のそれぞれの開始時点から起算する第１および第２立
上がり制限時間を記憶する第２のメモリ手段と、前記第
１段および第２段加熱のそれぞれの開始時点から前記第
１および第２立ち上がり制限時間内にヒータ温度がそれ
ぞれ前記下限プロファイルに到達したことを判定しこの
条件を満たさない時にヒータ加熱を停止させる第１判定
手段とを備えることを特徴とするパルスヒート式接合装
置、により達成される。

【００２０】同じ目的は、被接合部をヒータで押圧して
加熱すると共に、ヒータ温度をフィードバックしてヒー
タ温度を予め設定した温度プロファイルに追従させるこ
とにより前記被接合部を接合するパルスヒート式接合装
置において、前記ヒータ温度を検出するヒータ温度検出
手段と、前記被接合部の接合温度より低い第１設定温度
に加熱する第１段加熱とこれより高温の第２設定温度に
加熱する第２段加熱とを含む温度プロファイルを記憶す
る第１のメモリ手段と、前記温度プロファイルより低い
下限プロファイルを設定する下限温度設定手段と、前記
温度プロファイルにおける第１段加熱および第２段加熱
のそれぞれの開始時点から起算する第１および第２下限
温度不監視時間を記憶する第３のメモリ手段と、前記温
度プロファイルより高い上限プロファイルを設定する上
限温度設定手段と、前記第１段および第２段加熱のそれ
ぞれの開始時点から前記第１および第２下限温度不監視
時間内にヒータ温度がそれぞれ下限プロファイルに到達
したことを判定しこの条件を満たさない時にヒータ加熱
を停止させる第１判定手段と、ヒータ温度が前記上限プ
ロファイルに到達したことを判定してエラー表示を行う
第２判定手段と、を備えることを特徴とするパルスヒー
ト式接合装置、によっても達成される。

【００２１】これらの装置に使用するヒータ温度検出手
段は、ヒータに貼着した熱電対と、その出力電圧からヒ
ータ温度を求める補償手段とを備えたもので構成するこ
とができる。

【００２２】第４の目的は、温度プロファイルと、下限
プロファイルと、ヒータ温度とを重ねて図形表示する手
段を付加することにより達成できる。同じ目的は、さら
に第１・第２下限温度不監視時間と、上限プロファイル
とを追加して表示できる手段を付加することにより達成
できる。

【００２３】

【作用】第１段加熱と第２段加熱のそれぞれの立上り制
限時間内に、ヒータ温度がそれぞれ下限プロファイルに
到達したことを判定して、適正な温度上昇であることを
確認する。またこれらの立上り制限時間内にヒータ温度
が下限プロファイルに到達しなければ異常有りとしてヒ
ータの加熱を停止する。各立上り制限時間は十分に短い
時間となるから、各立上り制限時間内に万一温度センサ
に異常が発生してもヒータが過熱するのが防止され得
る。

【００２４】第１段および第２段加熱における、加熱開
始からそれぞれ予め設定した下限温度不監視時間の経過
後にヒータ温度が下限プロファイル以下であることを検
出した場合には、温度センサに異常が発生したか、ある
いはヒータ電流が過少であると考えられるので、ヒータ
加熱を停止する。オペレータは原因を調べ、温度センサ
系統に異常が無ければヒータ電流不足であると考えてそ
の電流を増大させる。

【００２５】反対にヒータ温度が上限プロファイルに到
達した場合には、ヒータ温度が一時的にオーバーシュー
トしたものと考えられる。この場合にはヒータ加熱を停
止することなく所定の温度プロファイルに従って最後ま
で処理を行う一方、エラー表示（プロファイルエラー表
示）を行ったり警告ブザーを鳴らして温度プロファイル
の許容範囲を外れたことを知らせる。オペレータはこの
表示や警告ブザーからヒータ電流が過大であると判定
し、ヒータ電流を減らして適正に設定する。またこのプ
ロファイルエラーの表示が出た時には、この時に接合処
理されたワークに熱的悪影響が生じているおそれがあ
る。従ってこの結果を記録として残すことにより、この
ワークを用いた製品にトラブルが発生した時には、この
ワークに対する接合処理過程のデータをトラブルの原因
を追及するための資料として用いることが可能になる。

【００２６】

【実施態様】

【装置の概要】図１は本発明の一実施態様である接合装
置の外観図、図２はそのパルスヒート電源を示すブロッ
ク図、図３はヒータ電流波形（ａ）とそのゼロクロス信
号（ｂ）とリセット信号Ｒ（ｃ）とを示す図である。図
４はヒータ電流検出回路を示す図、図５は表示装置の表
示例である。なおこの図５の表示は２段階の加熱でなく
従来の１段で加熱する場合の表示例を示す。図６は制御
回路の機能ブロック図である。

【００２７】図１において符号Ｈはヘッド部、Ｐはパル
スヒート電源を示す。ヘッド部Ｈは、基台１０と、この
基台１０の上方に対向配置された駆動部１２と、フット
ペダル１４とを持つ。基台１０にはプリント基板１６を
含むワークが保持され、駆動部１２にはこのプリント基
板１６の上方で昇降するヒータチップ１８が保持されて
いる。ヒートチップ１８はフットペダル１４をオペレー
タが踏むことにより下降し、プリント基板１６を所定の
圧力で押圧する。

【００２８】ヒータチップ１８はモリブデン（Ｍ_O）な
どで作られ、図２に示すように正面から見て略Ｕ字状に
成形されている。このヒータチップ１８には電源Ｐから
供給されるパルス状のヒータ電流Ｉにより加熱される。
ワークは、プリント基板１６の回路パターン２０と、こ
の回路パターン２０に予め半田めっきを施したり溶融半
田層に侵漬することにより供給された半田層２２と、こ
の半田層２２に重ねたＩＣなどのリード２４とで形成さ
れる。

【００２９】ヒータチップ１８は駆動部１２によってワ
ークに押圧され、ヒータ電流が供給されることにより発
熱する。このヒータ１８の発熱により、半田層２２が溶
融し、その後ヒータ電流を遮断して冷却し、半田を凝固
させてからヒータチップ１８を上昇させる。この間のヒ
ータ温度Ｔはヒータチップ１８に接着した熱電対２６に
より検出される。

【００３０】次にパルスヒート電源Ｐを図２〜５を用い
て説明する。図２において３０はトランス部、３２は制
御部である。トランス部３０は溶接トランス３４を備
え、この溶接トランス３４の一次巻線にはＳＣＲスタッ
ク３６で位相制御された２００Ｖ単相交流電圧が供給さ
れる。溶接トランス３４の二次巻線に誘起される低電圧
の交流が前記ヒータチップ１８に供給される。

【００３１】溶接トランス３４の一次側に供給される交
流電源の位相は、絶縁トランス３８で検出され、制御部
３２内の位相制御回路４０に入力される。この位相制御
回路４０は、この交流電源電圧がゼロになるゼロクロス
点を示す同期信号（ＳＹＮＣ）に同期しかつ後記するＣ
ＰＵ７０により設定された導通角θ（図３）となるゲー
ト信号ＧをＳＣＲドライブ回路４２に送出する。ゲート
信号ＧはこのＳＣＲドライブ回路４２で所定電圧レベル
のゲート駆動信号とされて、ＳＣＲスタック３６の各Ｓ
ＣＲを交互にオン・オフ制御する。

【００３２】溶接トランス３４の二次側電流すなわちヒ
ータ電流Ｉは、ホール素子などを用いた電流検出器４４
で検出され、増幅器（ＡＭＰ）４６で所定電圧レベルに
増幅され、その信号ｉは制御部３２内の積分器４８に入
力される。この積分器４８は図４に示すように、ＰＮＰ
トランジスタ５０のコレクタに接続された積分コンデン
サ５２と、この積分コンデンサ５２の電荷を放電させる
ためのスイッチング用トランジスタ５４とをもつ。前記
電流検出器４４の出力は増幅されて信号ｉとなってこの
ＰＮＰトランジスタ５０のベースに導かれコンデンサ５
２の充電電流を変化させる。

【００３３】スイッチング用トランジスタ５４は前記位
相制御回路４０で得たリセット信号Ｒ（図３）によりオ
ンとされ、この時コンデンサ５２の電荷をこのトランジ
スタ５４を通して放電させる。この結果コンデンサ５２
の充電端電圧は、図３に示したヒータ電流Ｉの半サイク
ルごとの積分値を示すことになる。この出力は切替えス
イッチ（マルチプレクサ）５６に導かれる。なおリセッ
ト信号Ｒは同期信号ＳＹＮＣに僅かな時間ｔ_Rだけ遅れ
て出力される信号であり、交流電源のゼロクロス時点に
僅かに遅れてコンデンサ５２をリセットさせる。

【００３４】前記熱電対２６の出力電圧は、補償手段で
ある増幅器５８で増幅され、切替スイッチ６０に導かれ
る。切替スイッチ６０は、前記積分器４８が出力するヒ
ータ電流Ｉを示す信号と、このヒータ温度Ｔを示す信号
とを時間をずらして選択し、Ａ／Ｄ変換器６２でデジタ
ル信号にしてＣＰＵ７０へ送る。ここに前記積分器４８
は交流電源の２倍の周波数でリセットされるので、切替
スイッチ６０はこのリセット信号Ｒと同じ周波数でコン
デンサ電圧をサンプリングする必要がある。例えば電源
周波数が５０Ｈ_Zの場合には切替スイッチ６０は１００
Ｈ_Zのサンプリング周波数で、換言すれば１０ｍｓｅｃ
ごとにヒータ電圧Ｉをサンプリングする。

【００３５】一方ヒータ温度Ｔを示す増幅器５８の出力
はこのような電源周波数の規制を受けないので、切替ス
イッチ６０は例えば０．５ｓｅｃ（５００ｍｓｅｃ，２
Ｈ_Z）ごとに選択すれば足りる。なおヒータチップ１８
の通電時間が十分に短い場合には、このヒータ温度Ｔの
サンプリング周期を短くし、例えば０．２ｓｅｃとし
て、後記する温度の図形表示を滑らかに見えるようにす
るのがよい。

【００３６】このようにして検出したヒータ温度Ｔとヒ
ータ電流Ｉの時間変化は、図１に示すパルスヒート電源
Ｐの表示装置６４に図形表示することができる。例えば
図５に示すように図形表示することができる。ここでは
ヒータ温度Ｔを単純に設定温度Ｔ_Oで一定となるように
制御する場合、すなわち１段加熱を行う場合を示してい
る。従ってヒータ電流Ｉは、通電開始直後の加熱中に大
きくなり、その後電流Ｉのオーバーシュートを防ぐため
にヒータ電流が急減し、所定温度Ｔ_Oに達した後はヒー
タ電流Ｉも一定となる。

【００３７】

【制御回路】次に図２、６を用いて制御回路を説明す
る。７０はＣＰＵ（マイクロコンピュータ）であり、前
記位相制御回路４０、Ａ／Ｄ変換器６２がバス７２を介
して接続されている。またこのバス７２には、Ｉ／Ｏイ
ンターフェース７４、７６を介してそれぞれ入力装置７
８と前記した表示装置６４とが接続されている。

【００３８】入力装置７８は、図１に示すパルスヒート
電源Ｐのケース前面に配設されたスイッチ群７８Ａから
数値や指示などを入力するものである。この実施態様で
はこの入力装置７８は上限温度設定手段および下限温度
設定手段として機能する。表示装置６４は前記したよう
にヒータ温度変化等を図形表示するものである。またこ
の表示装置６４には、ヒータ温度Ｔが上限温度を越えた
時にエラー表示を行ってもよい。このエラー表示は別に
設けたＬＥＤ（発光ダイオード）などを用いて表示した
り警告ブザーを鳴らすようにしてもよい。

【００３９】バス７２にはまた第１判定手段８０、第２
判定手段８２、第１メモリ手段８４、第２メモリ手段８
６、第３メモリ手段８８などが接続されている。第１判
定手段８０は、第１段および第２段の加熱時でヒータ温
度Ｔが設定した立上がり制限時間内に下限プロファイル
まで到達したか否かを判定し、到達しない時にヒータ加
熱を停止させる機能を持つ。またこの第１判定手段８０
は、立上がり制限時間に代えて所定の下限温度不監視時
間を用いることができる。第２判定手段８２はヒータ温
度が上限プロファイルに到達したか否かを判定し、到達
した時にはエラー表示させる機能を持つ。

【００４０】第１メモリ手段８４は温度プロファイルす
なわち目標とするヒータ温度の時間に対する制御パター
ンを記憶する。この温度プロファイルのパターンおよび
温度、時間は入力装置７８により変更可能である。第２
メモリ手段８６には第１および第２立上がり制限時間を
記憶する。第３メモリ手段には、第１・第２下限温度不
監視時間を記憶する。これら第１、第２、第３メモリ手
段８４、８６、８８は互いに独立した別々のメモリで構
成してもよいが、共通のメモリの領域を分けて使用して
もよい。また前記第１および第２判定手段８０、８２は
ＣＰＵ７０にその機能を持たせてもよい。

【００４１】

【動作の概要】次にこの装置の動作の概要を図７の動作
タイミング図を用いて説明する。まず図２に示すように
ヒータチップ１８の下にワークを置き、フートペダル１
４（図１）を踏み込む。すると図７に示すようにフット
スイッチ（ＳＷ）がオフからオンに変わり、この時点ａ
でヘッドＨを下降させる信号（ヘッドダウン信号）ＨＤ
がオンとなると共に、ヘッドＨを上降させる信号（ヘッ
ドアップ信号）ＨＵがオフになる。

【００４２】ヘッドダウン信号ＨＤのオンに基づいてヘ
ッドＨは下降を開始し、ヒータチップ１８がワークを加
圧する圧力が所定圧に達すると図示しないマイクロスイ
ッチなどがこれを検出する（時点ｂ）。図７中でアクチ
ュエート信号（ＡＣＴ信号）はこのマイクロスイッチな
どの出力を示し、ヒータチップ１８の加圧力が所定圧以
上の時にオンとなる。この時点ｂから一定時間、すなわ
ちスクイーズ時間（ＳＱ．ＴＩＭＥ）ｔ_sqだけ遅れてヒ
ータ加熱を開始する。このスクイーズ時間ｔ_sqは、ＡＣ
Ｔ信号を受けてからヒータ加熱を開始するまでの遅延時
間であり、ヒータチップ１８とワークとの接触を確実に
するために設けたものである。

【００４３】このスクイーズ時間ｔ_sqの経過時点ｃが加
熱開始時であり、電流が流れ始める。第１段加熱では小
さいヒータ電流を供給し、ヒータ温度Ｔを第１設定温度
Ｔ₁₀（例えば１５０℃）に所定時間保持する。その後さ
らにヒータ電流を増やして、第２設定温度Ｔ₂₀（例えば
３００℃）に所定時間保持する。この時の温度プロファ
イルＰ_Oは予め前記第１メモリ８４に記憶され、ＣＰＵ
７０は熱電対２６で検出したヒータ温度Ｔとこの温度プ
ロファイルＰ_Oとの差を最少にするヒータ電流の位相角
θを求める。位相制御回路４０はこの位相角θとなるよ
うにＳＣＲのゲートを制御する。

【００４４】第２段の加熱が終わりになるとヒータ電流
を切ってゼロとし、冷却信号ＣＬをオンとして冷却す
る。この冷却は冷却風を当てて強制的に行ってもよい
が、放置することにより自然に冷えるのを待ってもよ
い。ヒータ温度Ｔが下降して半田の凝固温度以下である
第１冷却温度Ｔ_slに達すると冷却信号ＣＬをオフとして
冷却を終了とし、この時点ｄに僅かに遅れてヘッドＨを
上昇させる。すなわちヘッドアップ信号ＨＵをオンと
し、ヘッドダウン信号ＨＤをオフとする。ヘッドＨが上
昇開始してワークに対する加圧力が所定圧以下になると
ＡＣＴ信号がオフとなり、次の接合処理を待つ。

【００４５】

【動作例１】次に加熱開始からヒータ温度の上昇を確認
する動作例を説明する。図８と図９はヒータ温度の変化
を示す図である。図８と図９では目標とする温度プロフ
ァイルが実線Ｐ_Oで示され、実際のヒータ温度Ｔが破線
で示されている。

【００４６】なお図８はヒータ温度が上昇する時間（ア
ップタイムｔ_up1，ｔ_up2）が温度プロファイルＰ_O中に
設定されている場合を、また図９は設定されていない場
合すなわちこのアップタイムｔ_upが０である場合を示
す。これらの温度プロファイルＰ_Oより一定温度（例え
ば２０°Ｃ）を減算した下限プロファイルＰ_Lが一点鎖
線で示されている。なおこの下限プロファイルＰ_Lのう
ち第１段加熱に対するものをＰ_L1、第２段加熱に対する
ものをＰ_L2とする。これらの下限プロファイルＰ_L1，Ｐ
_L2は前記入力装置７８で設定される。これらはこの実施
例のように温度プロファイルＰ_Oから一定温度減算する
ことにより設定してもよいが、任意のプロファイルに設
定してもよい。

【００４７】図８，９でｔ_L1は第１段加熱における立上
り制限時間、ｔ_L2は第２段加熱における立上り制限時間
を示す。これらの時間ｔ_L1，ｔ_L2も入力装置７８で設定
され、第２メモリ８６に記憶される。なお実際のヒータ
温度Ｔは加熱開始前に温度プロファイルＰ_Oよりも高く
なっている。これは温度プロファイルＰ_Oは加熱開始前
では０°Ｃとされるのに対し、実際のヒータ温度Ｔは外
気温または前回の接合処理の余熱により比較的高いため
である。

【００４８】今ヒータ温度Ｔが破線で示すように上昇し
た場合には、第１段加熱における第１立上り制限時間ｔ
_L1の時点でヒータ温度Ｔは下限プロファイルＰ_L1より高
温（図８，９のＡ点）となっている。従って適正に温度
上昇をしていると考えられる。同様に第２段加熱におけ
る第２立上り制限時間ｔ_L2の時点で、ヒータ温度Ｔは下
限プロファイルＰ_L2より高くなっている（図８，９のＢ
点）。このため第２段加熱においても適正な温度上昇を
している。これらの判定は第１判定手段８０で行う。

【００４９】図８で二点鎖線Ｔ_ERRは、ヒータ温度Ｔの
上昇速度が遅く異常有りと判定される場合のヒータ電流
である。すなわち第１立上り制限時間ｔ_L1の時点ではこ
の二点鎖線Ｔ_ERRは下限プロファイルＰ_L1よりも低い
（図８のＣ点）。同様に第２立上り制限時間ｔ_L2の時点
でも、下限プロファイルＰ_L2よりも低い（図８のＤ
点）。従ってこの場合は第１判定手段８０によりヒータ
温度Ｔの上昇速度が遅く異常有りと判定される。この異
常としては、熱電対の剥れ、劣化、切れなどが考えられ
る。

【００５０】図１０は図８の適正な温度上昇の場合のタ
イミング図、図１１は図９の不適切な温度上昇の場合の
タイミング図である。これらの図１０，１１を用いて全
体動作の流れを説明する。まず電源スイッチを投入して
ＰＯＷＥＲ ＯＮとする。各部の回線接続が適正で作動
準備が適正であれば準備完了を示すＲＥＡＤＹ信号がオ
ンとなる。この状態でフットペダル１４（図１）を踏ん
でアクチュエート信号（ＡＣＴ）がオンになると、ＲＥ
ＡＤＹ信号がオフになって次の新たな操作を禁止する一
方、スクイーズ時間ｔ_sqの計時を開始する。そしてこの
スクイーズ時間ｔ_sqの経過時にヒータ電流の供給を開始
する（ヒータオン）。以上の動作は図７で説明したこと
とほぼ同じである。

【００５１】ヒータ温度Ｔが図８に示すように適正に上
昇していれば、第１段加熱の立上り制限時間ｔ_L1の時点
でヒータ温度Ｔは下限プロファイルＰ_L1より高くなって
いるから、このことを示す信号（第１下限Ｐ_L1）が一定
時間オンとなる。同様に第２段加熱の立上り制限時間ｔ
_L2の時点でヒータ温度Ｔが下限プロファイルＰ_L2より高
くなっているから、このことを示す信号（第２下限
Ｐ_L2）が一定時間オンとなる。

【００５２】このように適正な加熱が行われているか否
かの判定は前記したように第１判定手段８０により行わ
れ、ＣＰＵ７０はこの時には温度プロファイルＰ_Oに追
従したヒータ温度Ｔの管理を行いつつ処理を続行する。
そして第２段加熱の加熱が完了すると、ヒータをオフと
し、またプロファイルが適正であったことを示す信号
（プロファイルＯＫ信号）がオンとなる。冷却の進行に
伴ってヒータ温度Ｔが下降し、ヒータ温度Ｔが半田凝固
温度より低い第１冷却温度になると、そのことを示す信
号（第１冷却温度信号）が一定時間（約５０ｍｓｅｃ）
オンとなる。

【００５３】一方ＣＰＵ７０では温度プロファイルＰ_O
の終了からホールドタイムｔ_HOの計時を開始し、前記第
１冷却温度信号がオンとなった後にこのホールドタイム
ｔ_HOが経過した時には適正な冷却が行われたものとし処
理終了を示すＥＮＤ信号を出力する。するとヘッドＨ
（図１）を上昇させ、ＲＥＡＤＹ信号をオンとして次の
処理を待つ。

【００５４】ヒータ温度Ｔの上昇に図８にＴ_ERRで示す
ような異常がある場合には、その異常を検出した時点、
例えば第１立上り制限時間ｔ_L1の経過時点でヒータ電流
を止め（ＨＥＡＴ ＯＦＦ）、プロファイル不良を示す
信号（プロファイルＮＧ信号）をオンとする。この時は
パルスヒート電源Ｐに設けた表示装置６４にその旨を表
示したり、ベット設けたＬＥＤなどの警告ランプを点灯
させる。

【００５５】

【動作例２】図１２，図１３は下限プロファイルＰ_L1，
Ｐ_L2の他の設定例を示す図である。なお図１２はアップ
タイムｔ_up1，ｔ_up2を設けた場合を、図１３はこれらを
設けない場合すなわちゼロとした場合を示す。

【００５６】前記図８，９に示した下限プロファイルＰ
_L1，Ｐ_L2では基本となる温度プロファイルＰ_Oから一定
値を減算して求めた。これに対し図１２，１３において
は温度プロファイルＰ_Oの一定な設定温度ｔ₁₀，ｔ₂₀か
ら一定数ａを減算した一定値ｔ₁₀-ａ，ｔ₂₀-ａを第１段
および第２段の加熱における下限プロファイルとした。
例えばｔ₁₀を１５０°Ｃ、ｔ₂₀を３００°Ｃ、ａを２０
°Ｃに設定すれば、これら下限プロファイルはそれぞれ
１３０°Ｃ、２８０°Ｃとなる。

【００５７】このように下限プロファイルＰ_L1，Ｐ_L2を
設定した時には、ヒータ温度Ｔが下限プロファイル温度
（ｔ₁₀-ａ），（ｔ₂₀-ａ）に一致した時点から加熱時間
ｔ_h1，ｔ_h2を定義するのが望ましい。その理由は次の通
りである。

【００５８】前記図８，９に示した場合には、ヒータ温
度Ｔの上昇中にはヒータ温度Ｔが変化し、その上昇速度
もワークによって変化する。従来はこの温度上昇中の時
間ｔ_L1、ｔ_L2も含めた時間ｔ₁，ｔ₂を第１段、第２段の
加熱時間として定義していた。すなわち第１段加熱の全
時間ｔ₁を第１段加熱時間とし、同様に第２段加熱の全
時間ｔ₂を第２段加熱時間と定義していた。しかし半田
の溶融に直接影響を及ぼすのは温度上昇後の一定温度で
の加熱時間である。このため従来の定義では温度上昇速
度の不揃いなどにより一定温度での加熱時間が変動する
問題があった。

【００５９】そこでこの図１２，１３に示す実施態様の
ように加熱時間ｔ_h1，ｔ_h2を定義することにより、一定
な設定温度ｔ₁₀，ｔ₂₀での加熱時間を均一化させること
が可能になる。この考え方は前記図８，９に示した実施
態様に適用することもできる。この場合には立上り制限
時間ｔ_L1、ｔ_L2の経過時点から一定温度による加熱時間
を設定すればよい。

【００６０】

【動作例３】図１４はさらに他の下限プロファイルと上
限プロファイルの例を示す図である。この実施態様では
下限プロファイルＰ_L1，Ｐ_L2に下限温度不監視時間
ｔ_n1、ｔ_n2を設けた。すなわちこの時間ｔ_n1、ｔ_n2内で
はヒータ温度Ｔが下限プロファイルＰ_L1，Ｐ_L2に到達し
たか否かを判別しないことにした。

【００６１】また上限プロファイルＰ_H1，Ｐ_H2を付加
し、ヒータ温度Ｔが温度上昇の最後で、設定温度を超え
て上昇するオーバーシュートを検出するようにした。す
なわちヒータ温度Ｔがいずれかの上限プロファイル
Ｐ_H1，Ｐ_H2に到達したからエラー表示を行うようにし
た。ここにエラー表示は表示装置６４に表示したり、図
示しないＬＥＤを点灯させたり警告ブザーを鳴らすこと
ができるが、この時ヒータ加熱は停止することなく温度
プロファイルＰ_Oに従って最後まで続けるのがよい。

【００６２】ヒータ温度Ｔのオーバーシュートにより、
ワークは一時的に過熱されることがあり、これが製品不
良の原因になることがあり得る。従ってこのエラー表示
が出た時には、その接合処理を行ったワークにそのこと
を後で確認できるように記録を残しておき、不良原因を
探求する際に利用できるようにするのがよい。

【００６３】またこの実施態様によればヒータ電流Ｉを
適切に設定するのに都合が良い。すなわちヒータ温度Ｔ
が下限温度不監視時間ｔ_n1、ｔ_n2の経過後に下限プロフ
ァイルＰ_L1，Ｐ_L2に到達する場合には、ヒータ電流不足
であると判断することができる。従ってパルスヒート電
源Ｐの溶接トランス３４の二次側タップの接続位置を変
更する出力レンジ切換つまみ（図示せず）を操作するこ
とにより、ヒータ電流Ｉを増やすことができる。反対に
ヒータ温度Ｔが上限プロファイルＰ_H1，Ｐ_H2に到達する
場合には、溶接トランス３４の二次側タップの接続位置
を変更してヒータ電流を減少させることができる。この
ようにしてヒータ電流Ｉを適正に設定することができ
る。

【００６４】ここに用いる下限プロファイルＰ_L1，Ｐ_L2
は前記図８，９で説明したように、基本となる温度プロ
ファイルＰ_Oから一定値を減算したものであってもよい
し、図１２，１３に示したように一定の設定温度Ｔ₁₀，
Ｔ₂₀から一定数ａ，ｂを減算した一定温度（Ｔ₁₀-
ａ），（Ｔ₂₀-ａ）であってもよい。また上限プロファ
イルＰ_H1，Ｐ_H2は温度プロファイルＰ_Oに一定数を加算
したもの、すなわち温度プロファイルＰ_Oを上方へ平行
移動した形状であってもよいが、図１４に示すように一
定の設定温度Ｔ₁₀，Ｔ₂₀に一定数ｄ，ｅを加算した一定
値（Ｔ₁₀+ｄ），（Ｔ₂₀+ｅ）であってもよい。これら下
限および上限プロファイルＰ_L1，Ｐ_L2，Ｐ_H1，Ｐ_H2は入
力装置７８により設定される。

【００６５】

【発明の効果】請求項１の発明は以上のように、接合部
を２段階に加熱する一方、各段の加熱開始から起算する
第１および第２立上り制限時間（ｔ_L1，ｔ_L2）内に、ヒ
ータ温度Ｔが下限プロファイル（Ｐ_L1，Ｐ_L2）に到達し
たことを条件として適正な加熱と判定し、この条件を満
たさない時には不適切な加熱としてヒータの加熱を停止
させるようにしたものであるから、ヒータ温度の上昇中
における温度変化をきめ細かく監視して、温度センサの
異常などによるヒータの過熱を確実に防止し、適切な接
合を行うことが可能になる。

【００６６】ここに下限プロファイルは基本となる温度
プロファイル（Ｐ_O）から所定温度を減算することによ
り決定することができる（請求項２）。第１段および第
２段加熱における下限プロファイル（Ｐ_L1，Ｐ_L2）は、
温度プロファイル（Ｐ_O）の第１段および第２段の加熱
時における一定の設定温度（Ｔ₁₀，Ｔ₂₀）から一定値を
減算した一定温度としてもよい。

【００６７】請求項３の発明は第１段および第２段の加
熱の開始時点から設定した第１および第２下限温度不監
視時間（ｔ_n1、ｔ_n2）内にヒータ温度が下限プロファイ
ルに到達しない時に不適正な加熱であるとしてヒータ加
熱を中断する一方、ヒータ温度が上限プロファイル（Ｐ
_H1，Ｐ_H2）に到達した場合にはエラー表示を行うように
したから、ヒータ電流を変更して適切な電流に設定する
のに都合がよい。またこのエラー表示が出た時には、こ
の結果を記録に残しておくことにより、このワークを用
いた製品のトラブル原因を追求する際の資料として利用
することが可能になる。

【００６８】この場合の下限プロファイル（Ｐ_L1，
Ｐ_L2）および上限プロファイル（Ｐ_H1，Ｐ_H2）は温度プ
ロファイル（Ｐ_O）から一定数を減算あるいは加算する
ことにより決めることができる（請求項４）。また第１
段および第２段の加熱における一定の設定温度（Ｔ₁₀，
Ｔ₂₀）に維持する加熱時間（ｔ_h1，ｔ_h2，図１３，１
４）は、ヒータ温度Ｔが下限プロファイルに到達した時
点から起算するのがよい（請求項５）。このようにすれ
ば、温度上昇速度の変動の影響を受けることなく一定の
設定温度（Ｔ₁₀，Ｔ₂₀）に維持する時間を正確に設定す
ることができる。

【００６９】請求項６の発明によれば、請求項１の方法
の実施に直接使用する接合装置が得られる。請求項７の
発明によれば、請求項３の方法の実施に直接使用する接
合装置が得られる。これらの装置に用いるヒータ温度検
出手段は、ヒータに貼着した熱電対と補償手段とで構成
することができる（請求項８）。

【００７０】また請求項６の装置において、温度プロフ
ァイル、下限プロファイルと共にヒータ温度の時間変化
を重ねて図形表示する図形表示手段を設ければ、現実の
ヒータ温度の変化を温度プロファイルや下限プロファイ
ルと対比して視認することができ、理解し易くなる（請
求項９）。同様に請求項７の装置においては、この図形
表示手段に温度プロファイルと第１・第２下限温度不監
視時間と下限プロファイルと上限プロファイルと共にヒ
ータ温度を図形表示できるようにすれば、請求項９と同
様の効果が得られる（請求項１０）。

【００７１】なお請求項７の装置においてエラー表示を
行う場合に、ヒータ加熱を停止せずに最後まで行うよう
にしてもよい。このようにすれば接合を途中で中断して
ワークを無駄にすることがなくなり、ワークを有効に利
用できる（請求項１１）。ワークの種類によっては、こ
のエラー表示が出る時にヒータ加熱を中断してヒータ電
流などの設定を変更した後最初から接合処理をやりなお
してもよいのは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様である接合装置の外観図

【図２】パルスヒート電源を示すブロック図

【図３】ヒータ電流波形などを示す工程図

【図４】ヒータ電流検出回路を示す工程図

【図５】表示装置の表示例を示す図

【図６】制御回路の機能ブロック図

【図７】動作の概要を示すタイミング図

【図８】下限プロファイルの設定例を示す図

【図９】下限プロファイルの設定例を示す図

【図１０】適正加熱時のタイミング図

【図１１】不適正加熱時のタイミング図

【図１２】下限プロファイルの他の設定例を示す図

【図１３】下限プロファイルの他の設定例を示す図

【図１４】下限プロファイルおよび上限プロファイルを
含む設定例を示す図

【符号の説明】

１８ ヒーターチップ ２６ 熱電対 ３０ トランス部 ３２ 制御部 ３４ 溶接トランス ４０ 位相制御回路 ４４ ヒータ電流検出器 ５８ ヒータ温度検出手段の補償手段としての増幅器 ６４ 図形表示手段およびエラー表示手段としての表示
装置 ７０ ＣＰＵ ７２ バス ７８ 入力装置（上限・下限温度設定手段） ８０ 第１判定手段 ８２ 第２判定手段 ８４ 第１メモリ手段 ８６ 第２メモリ手段 ８８ 第３メモリ手段 Ｐ_O 温度プロファイル Ｐ_L1，Ｐ_L2 下限プロファイル Ｐ_H1，Ｐ_H2 上限プロファイル Ｔ ヒータ温度 Ｔ₁₀，Ｔ₂₀ 設定温度 ｔ₁ 第１段加熱時間 ｔ₂ 第２段加熱時間 ｔ_L1，ｔ_L2 立上り制限時間 ｔ_n1，ｔ_n2 下限温度不監視時間 ｔ_up1，ｔ_up2 アップタイム ｔ_h1，ｔ_h2 一定加熱時間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０５Ｋ 3/32 Ｈ０５Ｋ 3/32 Ｂ (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H05K 3/34 507 B23K 3/04 H05K 3/32

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被接合部をヒータで押圧して加熱すると
   共に、ヒータ温度をフィードバックしてヒータ温度を予
   め設定した温度プロファイルに追従させることにより前
   記被接合部を接合するパルスヒート式接合装置に用いる
   制御方法において、 前記接合部の接合温度よりも低い第１設定温度に加熱す
   る第１段加熱とこれより高温の第２設定温度に加熱する
   第２段加熱との２段階に加熱する一方、第１段加熱およ
   び第２段加熱のそれぞれの開始時点から予め設定した第
   １および第２立上がり制限時間内にヒータ温度が前記温
   度プロファイルより低い予め設定した下限プロファイル
   に到達したことを条件として適正加熱と判定し、前記条
   件を満たさない時にヒータ加熱を停止させることを特徴
   とするパルスヒート式接合装置の制御方法。
2. 【請求項２】 前記下限プロファイルは、前記温度プロ
   ファイルから所定温度を減算して決定される請求項１の
   パルスヒート式接合装置の制御方法。
3. 【請求項３】 被接合部をヒータで押圧し加熱すると共
   に、ヒータ温度をフィードバックしてヒータ温度を予め
   設定した温度プロファイルに追従させることにより被接
   合部を接合するパルスヒート式接合装置に用いる制御方
   法において、 前記被接合部の接合温度よりも低い第１設定温度に加熱
   する第１段加熱とこれより高温の第２設定温度に加熱す
   る第２段加熱との２段階に加熱する一方、第１段加熱お
   よび第２段加熱のそれぞれの開始時点から予め設定した
   第１および第２下限温度不監視時間内にヒータ温度が前
   記温度プロファイルより低い予め設定した下限プロファ
   イルに到達しないことから不適正加熱と判定してヒータ
   加熱を停止させると共に、前記温度プロファイルより高
   い予め設定した上限プロファイルに到達したことを条件
   としてエラー表示を行うことを特徴とするパルスヒート
   式接合装置の制御方法。
4. 【請求項４】 前記下限プロファイルは前記温度プロフ
   ァイルから所定温度を減算することにより決定され、前
   記上限プロファイルは前記温度プロファイルに所定温度
   を加算することにより決定される請求項３のパルスヒー
   ト式接合装置の制御方法。
5. 【請求項５】 前記温度プロファイルに設定する第１段
   加熱および第２段加熱のそれぞれの加熱時間は、ヒータ
   温度が前記下限プロファイルに到達した時点から起算さ
   れる時間として設定される請求項１または４のパルスヒ
   ート式接合装置の制御方法。
6. 【請求項６】 被接合部をヒータで押圧して加熱すると
   共に、ヒータ温度をフィードバックしてヒータ温度を予
   め設定した温度プロファイルに追従させることにより前
   記被接合部を接合するパルスヒート式接合装置におい
   て、 前記ヒータ温度を検出するヒータ温度検出手段と、 前記被接合部の接合温度より低い第１設定温度に加熱す
   る第１段加熱とこれより高温の第２設定温度に加熱する
   第２段加熱とを含む温度プロファイルを記憶する第１の
   メモリ手段と、 前記温度プロファイルより低い下限プロファイルを設定
   する下限温度設定手段と、 前記温度プロファイルにおける第１段加熱および第２段
   加熱のそれぞれの開始時点から起算する第１および第２
   立上がり制限時間を記憶する第２のメモリ手段と、 前記第１段および第２段加熱のそれぞれの開始時点から
   前記第１および第２立ち上がり制限時間内にヒータ温度
   がそれぞれ前記下限プロファイルに到達したことを判定
   しこの条件を満たさない時にヒータ加熱を停止させる第
   １判定手段と、を備えることを特徴とするパルスヒート
   式接合装置。
7. 【請求項７】 被接合部をヒータで押圧して加熱すると
   共に、ヒータ温度をフィードバックしてヒータ温度を予
   め設定した温度プロファイルに追従させることにより前
   記被接合部を接合するパルスヒート式接合装置におい
   て、 前記ヒータ温度を検出するヒータ温度検出手段と、 前記被接合部の接合温度より低い第１設定温度に加熱す
   る第１段加熱とこれより高温の第２設定温度に加熱する
   第２段加熱とを含む温度プロファイルを記憶する第１の
   メモリ手段と、 前記温度プロファイルより低い下限プロファイルを設定
   する下限温度設定手段と、 前記温度プロファイルにおける第１段加熱および第２段
   加熱のそれぞれの開始時点から起算する第１および第２
   下限温度不監視時間を記憶する第３のメモリ手段と、 前記温度プロファイルより高い上限プロファイルを設定
   する上限温度設定手段と、 前記第１段および第２段加熱のそれぞれの開始時点から
   前記第１および第２下限温度不監視時間内にヒータ温度
   がそれぞれ下限プロファイルに到達したことを判定しこ
   の条件を満たさない時にヒータ加熱を停止させる第１判
   定手段と、ヒータ温度が前記上限プロファイルに到達し
   たことを判定してエラー表示を行う第２判定手段と、を
   備えることを特徴とするパルスヒート式接合装置。
8. 【請求項８】 請求項６または７の装置において、ヒー
   タ温度検出手段はヒータに貼着された熱電対と、この熱
   電対の出力電圧からヒータ温度を求める補償手段とを備
   えるパルスヒート式接合装置。
9. 【請求項９】 請求項６の装置において、さらに前記温
   度プロファイルと下限プロファイルと共にヒータ温度の
   時間に対する変化を図形表示する図形表示手段を備える
   パルスヒート式接合装置。
10. 【請求項１０】 請求項７の装置において、さらに前記
    温度プロファイルと、第１・第２下限温度不監視時間
    と、下限プロファイルと、上限プロファイルと共に、ヒ
    ータ温度の時間に対する変化を図形表示する図形表示手
    段を備えるパルスヒート式接合装置。
11. 【請求項１１】 請求項７の装置において、第２判定手
    段はヒータ温度が前記上限プロファイルに到達したこと
    を判定してヒータ加熱を停止することなくエラー表示を
    行うパルスヒート式接合装置。