JP5130643B2 - 加熱方法および加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、加熱炉内で被加熱物であるプリント基板等の基板を、その上にクリーム半田等で仮固定された電子部品等の部品を含めて、リフロー半田付けのために加熱する加熱方法に関するものである。本発明はまた、上記加熱炉を備え、該加熱炉内を温度制御することにより被加熱物を加熱する加熱装置に関するものである。

リフロー半田付けは、熱輻射、熱風加熱、蒸気加熱、伝熱加熱等の各種の加熱方式に従い、基板上に半田で仮固定された電子部品を加熱炉内で該クリーム半田を加熱溶融して接合固定する半田付けである。このリフロー半田付けの方式には、加熱炉内を、基板をベルトコンベアで順次に搬送させながら加熱するベルトコンベア式や、加熱炉内で複数のプリント基板を一度に加熱するバッチ式がある。

このリフロー半田付けを行う温度プロファイルにおいては、一般に、基板やこれに実装している部品を急激に加熱して熱損傷するおそれを回避するなどの理由により基板を半田の溶融点（一般的な鉛フリー半田の溶融点は２２０℃近辺）以下の温度範囲（１５０〜１８０℃）で予備加熱し、次いで、基板の温度を一定時間の間保持させるよう基板を均一に加熱し、最後に基板を半田が溶融する温度（２２０℃）以上でかつ基板の耐熱限界温度を超えない温度の範囲で本加熱するようになっている（特許文献１）。このような温度プロファイルでは、溶融点が低い錫鉛半田に代えて環境保護に好ましいが溶融点が高い鉛フリー半田が用いられてきていて、狭い温度範囲で基板の加熱制御を高精度に管理することが要求されるようになっている。

このような要求に対応するには、基板の材質、寸法、厚さ等に基づく熱容量等の相違、また、部品においても、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）や電解コンデンサ等、その部品の種類、材質、寸法等に基づく熱容量等の相違を考慮して、部品や基板個々では熱容量が種々に相違するとしても、全体としての熱容量が同等な基板を加熱する場合では、部品が熱損傷を受けずかつ一定のリフロー半田付けが可能となるように加熱条件を設定することは比較的に容易である。

しかしながら、種類が相違する基板それぞれを同一の加熱炉を共用して加熱する（混流生産する）場合、それら種類が異なり熱容量が相違する基板を上記加熱炉でリフロー半田付けを実施することには以下の課題がある。すなわち、加熱炉を熱容量が大きい基板に適合した加熱条件の下で運転して基板を加熱した場合、熱容量が小さい基板にとってはその加熱条件は設定温度が高すぎて異常加熱となり搭載部品が熱損傷等を受けてしまう一方で、熱容量が小さい基板に適合する加熱条件に設定して加熱した場合では、熱容量が大きい基板には加熱不十分となり部品を基板に確実にリフロー半田付けすることができなくなる。

したがって、熱容量が相違する複数の基板を加熱する場合、基板の熱容量に応じて加熱炉の設定温度を変更する必要があるが、この設定温度の変更には一般に１回当たり１０数分から３０分程度の時間を要し、混流生産上の生産効率が著しく低下してしまう。

そこで、従来では、かかる混流生産での課題を解決するべく、例えば熱容量が大きい基板ではベルトコンベア速度を下げ、熱容量が小さい基板ではベルトコンベア速度を上げたり、あるいは、熱容量が小さい基板については一定時間の加熱後は強制的に加熱炉外に搬出したりして加熱時間を熱容量に応じて強制的に変更したりしている。

しかしながら、上記ベルトコンベア速度の変更による対処では、熱容量が大きい基板に対しては加熱時間が長くなりすぎたりしてその基板に搭載している部品が熱損傷を受けたり、半田のフラックスの活性が失われて半田不良を引き起こしたり、また、生産タクトタイムが増大するなどして、全体の生産効率が大きく低下する。

一方、加熱炉外に搬出して加熱時間を強制的に変更する対処では、装置の構造や制御が複雑になるため、設備コストが上昇したり、メンテナンス性が悪化したりする。
特開２０００−１３３９２９号公報

したがって、本発明は、混流生産において被加熱物の熱容量が相違することに起因する上記課題を解決して、混流生産における生産効率の向上を図ったものである。

（１）本発明による加熱方法は、補助加熱不要の被加熱物と該補助加熱不要の被加熱物より熱容量が大きく補助加熱要の被加熱物とからなる熱容量が相違する複数の被加熱物をリフロー半田付けのために加熱する方法において、上記補助加熱要の被加熱物に対しては本加熱に先立ち該本加熱の温度よりも低い温度での補助加熱を行って初期温度を高める第１工程と、第１工程後に上記補助加熱要の被加熱物に対して上記高めた初期温度から本加熱を行う第２工程とを含み、上記第１工程において補助加熱を行うための熱源の出力を被加熱物の搬入と同期して一定時間でＸ％からＹ％に徐々に増大させ、かつ当該被加熱物の熱容量が大きいほどＸ％からＹ％への増大幅を大きくかつＹ％の値を大きくすることを特徴とするものである。

上記において、本加熱とは、被加熱物例えば基板をリフロー半田付けするために必要な温度における加熱のみに限定するものではない。すなわち、本発明での本加熱とは、基板を１５０〜１８０℃で予備加熱する予備加熱工程と、被加熱物を半田の融点近辺の温度である２１０〜２３０℃に加熱する狭義の本加熱工程とを含む概念である。

上記本加熱は、均一な温度雰囲気での加熱であることが好ましい。

上記補助加熱は本発明で定義する本加熱の温度よりも低い温度での加熱であり、本加熱に先立ち基板等の被加熱物を加熱して本加熱開始時の被加熱物の初期温度を高める加熱であり、本発明では、補助加熱の温度は、１５０℃未満、好ましくは１００℃前後、例えば７０〜１３０℃程度の温度である。初期温度とは被加熱物を加熱するときに該被加熱物の加熱当初の温度である。

上記補助加熱は、被加熱物を搬送しつつ行ってもよく、被加熱物を搬送停止させて行ってもよい。補助加熱と本加熱は別々の加熱炉で行ってもよいし、同一の加熱炉内で加熱ゾーンを分けて行ってもよい。補助加熱を行う加熱炉を本加熱を行う加熱炉外に着脱自在に配置した場合、補助加熱の加熱炉のメンテナンスに都合がよいし、既存の加熱炉設備に補助加熱の加熱炉を配置するだけで実施することができる。補助加熱は必要時にのみ行い、瞬時に立上げ、停止、その条件変更が可能であるから、電力消費の節減にも好ましい。補助加熱を行うための熱源の出力は一定にせず、被加熱物の搬入と同期して徐々に増大させることにより、加熱ゾーンが少ない小型の加熱装置でも補助加熱開始時の被加熱物の温度勾配を容易に抑制することができ、結果、被加熱物が部品搭載の基板である場合に、当該部品の信頼性を確保した加熱を容易に行うことができる。これは本来、補助加熱を必要としない熱容量が小さい基板等に対しても適用することができる。

なお、上記具体数値の温度の値や温度の範囲は、基板上に部品を接合する半田が既存種類の半田（錫鉛半田、鉛フリー半田等）を前提とするものであり、半田の種類によっては、それら温度の値や温度の範囲は、適宜に変更することができる。

本発明によれば、均一な温度雰囲気を持つ加熱炉内の加熱条件を熱容量が小さい被加熱物に合わせておいても熱容量が大きい被加熱物は予め補助加熱されて加熱温度が底上げされているのでその加熱炉では熱容量が大きい被加熱物も熱容量が小さい被加熱物もそれらに搭載した部品等が熱損傷を受けることなく上記本加熱の加熱条件で確実なリフロー半田付けを達成することができ、全体としての混流生産における生産効率を向上させることができるようになる。

（２）本発明による加熱方法は、熱容量が相違する複数の被加熱物をリフロー半田付けのために加熱する方法において、複数の被加熱物を、熱容量の相違に基づいて本加熱の温度よりも低い温度で補助加熱を行う第１グループと、補助加熱をしない第２グループとに分類する第１工程と、上記第１グループに属する被加熱物に対して補助加熱を行って初期温度を高めるとともに、この高めた初期温度から本加熱を行う第２工程と、上記第２グループに属する被加熱物に対して補助加熱を行わずに本加熱を行う第３工程と、を含み、上記第２工程において補助加熱を行うための熱源の出力を被加熱物の搬入と同期して一定時間でＸ％からＹ％に徐々に増大させ、かつ当該被加熱物の熱容量が大きいほどＸ％からＹ％への増大幅を大きくかつＹ％の値を大きくすることを特徴とするものである。

本発明によれば、熱容量が大きい被加熱物を第１グループに分類し熱容量が小さい被加熱物を第２グループに分類することにより、第１グループに属する熱容量が大きい被加熱物に補助加熱温度まで初期温度を高めておいてから本加熱するので、本加熱の時間を短縮しても熱容量が大きい被加熱物である部品搭載基板に対してリフロー半田付けすることができる。そして、熱容量が小さい被加熱物については熱容量が小さいので上記短時間の本加熱でも十分にリフロー半田付けすることができる。すなわち、熱容量が大きい被加熱物も小さい被加熱物も互いに共通して用いる均一な温度雰囲気の加熱炉で本加熱することができるようになり、混流生産が円滑に効率よく実施することができる結果、生産効率を向上させることができるようになる。

（３）本発明による加熱方法は、好ましくは上記第１グループに属する被加熱物をそれぞれの熱容量に応じて異なる加熱条件で補助加熱を行う複数のサブグループに分けて補助加熱を行う。これによれば、熱容量が大きい被加熱物でも熱容量に相違があるので、さらに高精度に補助加熱を実施して初期温度を適正に設定することができる。

また、上記本加熱を、温度設定を変更することがない、均一な温度雰囲気で行うことにしてもよい。

（４）本発明による加熱方法は、好ましくは上記補助加熱の熱源をハロゲンランプまたは熱風発生機とする。

（５）本発明による加熱方法は、好ましくは補助加熱の設定の変更を上記熱源の出力、被加熱物と熱源との距離、被加熱物に対する熱源の取り付け姿勢のうちのいずれか１つ以上の設定で行うことができる。

（７）本発明による加熱方法は、上記被加熱物が部品を搭載した基板であり、好ましくは上記熱容量を、上記部品の種類、材質、寸法、個数、ならびに基板の材質、寸法、厚さ、ベタ率、スリット開口率、あるいは部品や基板の温度上昇実測値のうち、少なくとも、いずれかにより求めることができる。

（８）また、本発明は、熱容量が相違する複数の被加熱物をリフロー半田付けのために加熱する加熱装置として捉えることもできる。

本発明に係る加熱装置は、複数の被加熱物それぞれに対して補助加熱するための補助加熱部と、上記複数の被加熱物を本加熱するための本加熱部と、上記両加熱部を制御する制御部と、を備え、上記制御部は、補助加熱部を駆動して熱容量が相違する複数の被加熱物それぞれに対して、本加熱の温度よりも低くかつ異なる温度で、しかも熱源の出力を被加熱物の搬入と同期して一定時間でＸ％からＹ％に徐々に増大させ、かつ当該被加熱物の熱容量が大きいほどＸ％からＹ％への増大幅を大きくかつＹ％の値を大きくさせることにより補助加熱を行って初期温度を高める制御と、本加熱部を駆動して上記各被加熱物をそれぞれの初期温度から本加熱する制御と、を実行する、ことを特徴とするものである。

なお、さらにコンベア等の搬送手段を設け、補助加熱部を被加熱物の搬送方向上流側に配置し、本加熱部を搬送方向下流側に配置し、補助加熱部に上記補助加熱の熱源を配置すると共に、この補助加熱部に搬送されてきた被加熱物を上記熱源の出力を徐々に増大して被加熱物の補助加熱の温度勾配を抑制させえるように構成してもよい。

（１０）本発明に係る加熱装置は、好ましくは本加熱部を構成する加熱炉に対して上記補助加熱部を構成する加熱炉を着脱自在に配置した、ことを特徴とする。

本発明によれば、混流生産において被加熱物の熱容量が相違することに起因した課題を簡単な構成で解消することができるため、生産効率が向上する。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る加熱方法を説明する。本実施の形態では本加熱部の被加熱物搬入口側に数秒ないし１０数秒程度で瞬時に立上げたり、その逆に完全に停止したりして加熱条件を適宜に変更することができる補助加熱部を配置し、熱容量の小さい被加熱物には補助加熱部で補助加熱せず本加熱部だけで本加熱を行い、熱容量が大きい被加熱物には補助加熱部で加熱して被加熱物全体の温度を高くして本加熱部で加熱する加熱方法である。

この加熱方法では、熱容量の相違を問わず被加熱物に対する本加熱部の加熱条件を変更する必要がなくなり、熱容量が大きい被加熱物に対してのみ補助加熱部で加熱してのち本加熱部で加熱すればよいので、熱容量差が大きい被加熱物同士の混流生産が可能となる。

以下、図１ないし図３を参照して本実施の形態の加熱方法の実施に用いる加熱装置の構成を説明する。図１は加熱装置の側面図、図２は図１のＡ−Ａ’線断面図、図３は補助加熱部の熱源の斜視図である。

これらの図を参照して、実施の形態の加熱装置１０は、加熱炉１２と、炉運転制御装置１４と、操作制御装置１６と、データベース部１８とを備える。

加熱炉１２は、その内部を大きく分けて、図中を左側から右側へ向けて順次に、補助加熱部１９と、本加熱部２１とを備え、ベルトコンベア２０により被加熱物である基板２２を補助加熱部１９と本加熱部２１それぞれの内部を同左側から右側へ向けて搬送することにより当該基板２２に対して所要の加熱を行うようになっている。

加熱炉１２は概略化した構成で示している。

ベルトコンベア２０は加熱炉１２内部を図中左から右向きに駆動される。

補助加熱部１９は、補助加熱ゾーンＺ０を内部に有する。

本加熱部２１は内部に複数、この例では４つの予備加熱ゾーンＺ１〜Ｚ４と、１つの本加熱ゾーンＺ５と、最後の冷却ゾーンＺ６とを備える。

なお、本発明においては、課題を解決するための手段の欄で説明したように、「本加熱」とは、基板を１５０〜１８０℃で予備加熱する予備加熱工程と、被加熱物を半田の融点近辺である２１０〜２３０℃に加熱する狭義の本加熱工程とを含む概念であるので、冷却ゾーンＺ６も説明の都合で含めて、Ｚ１〜Ｚ６を、以下、単に本加熱ゾーンＺ１〜Ｚ６と称する。

補助加熱ゾーンＺ０は基板２２の搬送方向上流側に配置し、また、本加熱ゾーンＺ１〜Ｚ６はその搬送方向下流側に配置している。

補助加熱ゾーンＺ０は、熱容量が大きい被加熱物に対して本加熱ゾーンＺ１〜Ｚ６での均一な温度雰囲気内での本加熱に先立ち、本加熱の温度よりも低い温度雰囲気で補助加熱を行って初期温度を高めておくためのゾーンである。

補助加熱ゾーンＺ０には、応答性が高い熱源として複数のハロゲンランプ２４が配置されている。応答性が高いとは、熱源の駆動電力の変化に対して当該熱源が所定の加熱温度に到達するまでの時間が短いことであり、好ましくは、数秒ないし１０数秒程度で所定の加熱温度に到達することである。これらのハロゲンランプは全て同時に使用できるが、被加熱物を搬送しつつ補助加熱を行う場合は被加熱物の進行に合わせて上流側のハロゲンランプから順次立上げと停止を行い、被加熱物を搬送停止させて補助加熱を行う場合は被加熱物の長さに応じた部分のみを使用することで、より消費電力を抑えることができる。

補助加熱ゾーンＺ０は、一時的に温度の不均一の拡大を許容するように加熱してもよいので、ハロゲンランプ２４をこの補助加熱ゾーンＺ０の熱源として使用することができる。なお、補助加熱ゾーンＺ０での加熱温度の不均一は、本加熱ゾーンＺ１〜Ｚ６で解消することができる。

ハロゲンランプ２４は、反射ミラー２６で下側を除きその周囲が覆われている。この反射ミラー２６はハロゲンランプ２４と一体になってミラー位置、角度等が任意に可変である。ハロゲンランプ２４を反射ミラー２６と共にその位置や角度θ等を少なくとも1方向、好ましくは直交三次元座標ｘｙｚ方向のうちｚ方向に可変とすることにより、基板２２に対する補助加熱温度を種々に設定することができる。この設定のための構造の詳細は略している。

ハロゲンランプ２４は特にその形状を限定しないが、好ましくは円筒形とし、さらに反射ミラー２６により、補助加熱温度の不均一(ばらつき)を抑制することができる。反射ミラー２６は基板２２上にハロゲンランプ２４の発光を面状に効率的に集光することができる。また、ハロゲンランプ２４自体も発光出力が可変でかつ点灯や消灯等も制御可能とされ、基板２２に対する補助加熱温度を徐々に増加するなど、ハロゲンランプ２４の出力、すなわち、補助加熱温度を種々に設定することができる。

補助加熱の温度設定やその変更は、熱源であるハロゲンランプ２４の出力、基板２２とハロゲンランプ２４との距離、基板２２に対するハロゲンランプ２４の取り付け姿勢(取り付け位置、取り付け角度等)のうちのいずれか１つ以上の設定で行うことができる。補助加熱温度は少なくとも、本加熱温度の最低値である１５０℃よりも低い温度であり、好ましくは７０ないし１３０℃程度であり、より好ましくは１００℃前後である。

本加熱ゾーンＺ１〜Ｚ６のうちゾーンＺ１〜Ｚ５は、上述したが、基板２２に対する急激な加熱による熱損傷などを防止するため基板２２を１５０ないし１８０℃程度の温度で予備加熱する予備加熱ゾーンや、ゾーンＺ５はこの予備加熱後に基板２２の温度を一定に保持する加熱を行う温度保持加熱ゾーンや、半田が溶融する温度である２２０℃以上に加熱してリフロー半田付けする溶融加熱ゾーンを備える。

なお、補助加熱温度や本加熱温度は特に上記に限定するものではない。これら本加熱ゾーンＺ１〜Ｚ６には赤外線ヒータや熱風ヒータ等の熱源２８や符号を付さないが送風機等が配置されている。図１の円部分を拡大して示すように、基板２２上には熱容量等が異なる複数の部品３０がクリーム半田３２上に搭載されている。

炉運転制御装置１４は上記したハロゲンランプ２４、赤外線ヒータや熱風ヒータ等の熱源２８の駆動制御、ベルトコンベア２０の速度等を監視し、加熱炉１２に設置した各種センサからのセンサ信号を受信するなどにより、炉運転を制御している。

操作制御装置１６は、パソコン（コンピュータ）により構成されている。パソコンは、ＣＰＵやメモリ等を内蔵すると共に表示装置（ディスプレイ）を備え、キーボードやマウス等のポインティングデバイスの操作を通じてデータベース部１８にアクセスし該データベース部１８から情報を読み込み、あるいは必要な情報を書き込み、さらには各種操作その他で必要な情報を表示装置に表示することが可能になっている。操作制御装置１６は、炉運転制御装置１４に対してその炉運転制御に必要なデータならびに炉運転の制御指令信号を出力するようになっている。

データベース部１８には、図４、図５に示すフローチャートの実行に必要とする部品情報、基板情報、加熱装置情報、さらには任意の加熱条件における部品や基板の温度測定データ等が蓄積されている。

部品情報とは、部品の形状、材質、寸法、搭載個数、部品種類、等である。

基板情報とは、各種基板毎に、基板の材質、寸法、厚さ、ベタ率、スリット開口率に加えて、基板形状、ランド形状、配線パターン形状、印刷形状、多層基板の場合の層数、基板上における部品の配置位置等である。なお、ベタ率とは基板面積のうち銅パターンが占める割合を指し、またスリット開口率とは基板外形サイズに対し、スリット開口が存在するため基板が存在しない部分の割合を指す。

加熱装置情報とは、熱源の種類、加熱ゾーンの数、加熱温度、加熱時間等である。

次に、操作制御装置１６の制御を説明する。操作制御装置１６には、キーボードやマウス等のユーザ操作、あるいはデータベース部１８から上記部品情報、基板情報、加熱装置情報、温度測定データ等を読み込むとともに、図４や図５に示すフローチャートを実行するためのソフトウエアプログラムがインストールされている。この情報には、混流生産に用いる基板（部品を含む基板）の熱容量情報も含む。熱容量の測定は公知の手法で実施することができる。熱容量は基板単独、部品単独、基板に部品を搭載した状態での全体の熱容量があり、また、基板に複数の部品を搭載した場合、個々の部品位置における熱容量がある。

図４に示すフローチャートに従い、基板２２に対する加熱方法を説明する。

まず、操作制御装置１６におけるキーボードやマウス等のユーザ操作により、ベルトコンベア２０上に載せて混流生産する複数の基板２２の情報、それら搭載する部品３０の情報、加熱装置１０の情報、温度測定データ等を入力、またはＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体から読み込む。操作制御装置１６は、その入力情報に従い、複数の基板２２（部品３０を含む）を、それぞれの熱容量の相違に基づいて本加熱温度よりも低い補助加熱温度で補助加熱を行う必要が無い補助加熱不要グループＡと、補助加熱を行う複数、実施の形態では説明の都合で２つの補助加熱グループＢ，Ｃとに分類する。

この分類の一例を説明する。基板を２００℃のオーブンで６０秒加熱した場合、基板上の代表位置での温度が１８０℃以上の基板をグループＡ、１６０以上、１８０℃未満の基板をグループＢ、１６０℃未満の基板をグループＣとすることができる。代表位置は任意でよいが、本発明の趣旨からは可能な限り温度上昇しにくい位置とすることが好ましい。また、グループＢ，Ｃに対する補助加熱の条件は、温度シミュレーションや代表位置の温度測定等で決定することができる。温度測定による場合は、代表位置の温度がグループＢ，Ｃ共にグループＡと同じ１８０℃以上となる条件とするとよい。

以上から、グループＡは熱容量が小さい基板グループであり、グループＢ，ＣはグループＡよりも熱容量が大きい基板グループである。また、グループＣはグループＢよりも熱容量が大きい。

この測定により得られた分類データはデータベース部１８に格納する。また、分類データが多数の場合は、マイクロコンピュータの演算により行わせることができるが、もちろん、ユーザ操作により、ユーザが熱容量を計算して入力してもよい。また、補助加熱グループＢ，Ｃにおいて、補助加熱グループＢではハロゲンランプ２４の駆動出力を例えば３０％とし、補助加熱グループＣではハロゲンランプ２４の駆動出力を例えば６０％とする。補助加熱グループＢに属する基板２２に対する補助加熱温度は低く、補助加熱グループＣに属する基板２２に対する補助加熱温度は高く設定される。このハロゲンランプ２４の駆動出力の上記数値は単なる一例にすぎず、補助加熱グループＢ，Ｃに属する基板２２の熱容量の大きさ、熱容量の差、等に基づいて適宜に設定することができる。

このようにして、基板２２を熱容量の相違に応じてグループ化し、補助加熱グループＢ，Ｃに属する基板２２に対する補助加熱を設定する。この設定は、データベース部１８に格納される。

操作制御装置１６は、以上の設定後、ステップＳＴ０で炉運転制御装置１４を制御して加熱制御を開始する。ステップＳＴ１でベルトコンベア２０上に搭載されて補助加熱ゾーンＺ０に搬入されてきた複数の基板２２が上記グループＡ，Ｂ，Ｃのいずれに属するかをデータベース部１８の格納データを参照して確認する。

操作制御装置１６は、ステップＳＴ２では確認したグループが補助加熱不要グループＡであるか、補助加熱グループＢ，Ｃであるかを判断する。補助加熱が必要なグループである場合、ステップＳＴ３で、ハロゲンランプ２４を駆動制御して補助加熱を行って初期温度を高める。

この場合、そのグループが補助加熱グループＢである場合は、ハロゲンランプ２４を３０％で駆動制御して補助加熱温度の温度勾配を制御し、そのグループが補助加熱グループＣである場合は、ハロゲンランプ２４を６０％で駆動制御して補助加熱温度の温度勾配を制御する。補助加熱グループＢの熱容量は、補助加熱グループＣの熱容量よりも小さいために、本加熱を行う初期温度をそれほど高くする必要がないからである。

また、ステップＳＴ２で確認したグループが補助加熱不要グループＡである場合と、ステップＳＴ３で補助加熱した補助加熱グループＢ，Ｃの場合、ステップＳＴ４で本加熱を行って、ステップＳＴ５で終了する。

以上の加熱方法では、本加熱ゾーンＺ１〜Ｚ６での基板２２の加熱条件を補助加熱不要グループＡの熱容量が小さい基板２２に合わせて設定しておいても、補助加熱グループＢ，Ｃの熱容量が大きい基板２２は初期温度が高められているので、本加熱ゾーンＺ１〜Ｚ６で本加熱するに際して本加熱条件を変更することなく本加熱を行うことができる。したがって、上記加熱方法では、熱容量の相違にかかわらず、基板２２上の部品３０等が熱損傷を受けることなく本加熱の加熱条件で確実に本加熱してリフロー半田付けを達成することができ、全体としての混流生産における生産効率を向上させることができるようになる。

図５に示すフローチャートに従い、基板２２に対する加熱方法を説明する。

まず、操作制御装置１６に対しては、図示略のキーボードやマウス等のユーザ操作により、ベルトコンベア２０上に載せて混流生産する複数の基板２２の情報、それら搭載する部品３０の情報、加熱装置１０の情報、温度測定データ等を入力、またはＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体から読み込む。操作制御装置１６は、その入力情報に従い、複数の基板２２（部品３０を含む）を、それぞれの熱容量の相違に基づいて補助加熱温度が異なる複数、この例では３つのグループＡ，Ｂ，Ｃに分類する。この分類はマイクロコンピュータにより行わせることができるが、もちろん、ユーザ操作により、ユーザが熱容量を計算して入力してもよい。また、グループＡではハロゲンランプ２４の駆動出力を一定時間例えば３０秒間で０％から５％に上昇させ、グループＢではハロゲンランプ２４の駆動出力を１０％から３０％に上昇させ、グループＣではハロゲンランプ２４の駆動出力を２０％から６０％に上昇させるよう制御する。このようにして、基板２２をグループ化し、補助加熱を設定する。この設定は、データベース部１８に格納される。

操作制御装置１６は、以上の設定後、ステップＳＴ６で炉運転制御装置１４を制御して加熱動作を開始すると、ステップＳＴ７でベルトコンベア２０上に搭載されて補助加熱ゾーンＺ０に搬入されてきた複数の基板２２に対してデータベース部１８からそれらのグループＡ，Ｂ，Ｃのいずれに属する基板２２であるかを確認する。次いで、ステップＳＴ８では確認したグループに応じてハロゲンランプ２４を駆動して補助加熱を実行して本加熱に先立ち基板２２の初期温度を高める。次いで、ステップＳＴ９で本加熱を行って、ステップＳＴ１０で終了する。

以上の加熱方法では、本加熱ゾーンＺ１〜Ｚ６での基板２２の加熱条件を熱容量が小さい基板２２に合わせて設定しておいても、それより熱容量が大きい基板２２は、それぞれの熱容量に応じて初期温度が高められているので、本加熱ゾーンＺ１〜Ｚ６では熱容量が相違する複数の基板２２に対して上記加熱条件を変更することなく本加熱を行うことができる。したがって、上記加熱方法では、熱容量の相違にかかわらず、基板２２上の部品３０等が熱損傷を受けることなく本加熱の加熱条件で確実に本加熱してリフロー半田付けを達成することができ、全体としての混流生産における生産効率を向上させることができるようになる。

図６、図７を参照して、従来による加熱方法と、実施の形態による加熱方法とを比較して説明する。特に図６、図７では熱容量が大きい基板２２に対するものであり、図６で示すように補助加熱無しで、本加熱した場合と、図７で示すように補助加熱して初期温度を高め、その高めた初期温度から基板２２を本加熱した場合と、を比較している。

図６において、横軸は時間（秒）、縦軸は温度（℃）である。従来の加熱方法を実施する加熱装置は、補助加熱ゾーンを備えていない。したがって、基板２２は、補助加熱されることなく、本加熱される。説明の都合で、図６では基板２２は本加熱ゾーンで直接、従来の加熱方法で本加熱される。チャネルＡないしＤは、ベルトコンベアで搬送され、次いで本加熱ゾーンに搬入され、該本加熱ゾーンで本加熱された基板２２上の各部品３０等での温度プロファイルである。チャネルＡは基板２２上のコイル端子における温度プロファイル、チャネルＢはアルミ電解コンデンサ端子における温度プロファイル、チャネルＣは他のアルミ電解コンデンサの端子における温度プロファイル、チャネルＤはチップ抵抗器における温度プロファイルである。時間０〜３０秒でベルトコンベア２０が作動する。時間３０〜６０秒でベルトコンベア２０上の基板２２が本加熱ゾーンの所定位置に搬入される。この搬入中に各チャネルＡないしＤでの各部品や部分が加熱されて温度上昇する。そして、基板２２が本加熱ゾーンの所定位置に到達すると、ベルトコンベアを停止して６０〜１２０秒の６０秒間均一加熱である本加熱が行われる。

図７において、横軸は時間（秒）、縦軸は温度（℃）である。実施の形態の加熱方法を実施する加熱装置は、補助加熱ゾーンと本加熱ゾーンとを備えている。したがって、基板２２は、補助加熱されてから本加熱される。チャネルＡないしＤは０〜３０秒はベルトコンベアで搬送され、次いで３０〜６０秒で補助加熱ゾーンで補助加熱され、６０〜９０秒で補助加熱ゾーンから搬出され本加熱ゾーンに搬入される。次いで９０〜１２０秒で本加熱される。図４と図５とのチャネルＡないしＤの各部品３０等の温度プロファイルを比較すると、本加熱ゾーンでの各チャネルＡないしＤ間の最大温度ばらつきΔＴは、従来も実施の形態も差異はないことが明らかである。

すなわち、図６で示す従来の補助加熱無しの加熱方法では、時間３０〜６０秒での加熱温度の上昇速度が大きく、チャネルＡでは本加熱するまでに３０℃から１３０℃で１００℃程度の急激な温度上昇があり、チャネルＤでは本加熱するまでに４０℃から１５５℃で１１５℃程度の急激な温度上昇がある。これに対して、図７で示す実施の形態の補助加熱有りの加熱方法では、時間３０〜６０秒の補助加熱ではチャネルＡでは３０℃から９０℃で６０℃の温度上昇であり、チャネルＤでは３０℃から１１０℃で８０℃の温度上昇であり、温度上昇値が低く済む。また、図６の従来の本加熱で６０秒保持後のΔＴは１１．２℃であり、図７の実施の形態の本加熱で６０秒保持後の最大温度ばらつきΔＴは１１．０℃であり、同じ加熱時間で到達温度とΔＴに差異は無く、温度勾配が抑制されている。

なお、上記実施の形態においては、図８で示すように、補助加熱ゾーンＺ０の熱源に、ハロゲンランプ２４に代えて熱風発生機２４を用いて、上記図４、図５のフローチャートと同様に基板２２を加熱することができる。熱風発生機２４の詳しい構成は周知であるのでその説明は略するが、整流板等で熱風を整流することが好ましい。

また、上記では補助加熱ゾーンＺ０は本加熱ゾーンＺ１〜Ｚ６と共に加熱炉１２内に組み込まれているが、図９で示すように本加熱部２１を加熱ゾーンＺ１〜Ｚ５および冷却ゾーンＺ６を構成する加熱炉１２のみとし補助加熱ゾーンＺ０についてはこの加熱炉１２に着脱自在な外付け構成としてもよい。

図１は本発明の実施の形態に係る加熱方法の実施に用いる加熱装置の構成を示す図である。 図２は図１のＡ−Ａ´線断面図である。 図３は図1の補助加熱部の熱源の斜視図である。 図４は加熱方法の説明に用いるフローチャートである。 図５は他の加熱方法の説明に用いるフローチャートである。 図６は従来の加熱方法による加熱温度と時間とを示す図である。 図７は本発明の加熱方法による加熱温度と時間とを示す図である。 図８は他の加熱装置の特に加熱炉の構成を示す図である。 図９はさらに他の加熱装置の特に加熱炉の構成を示す図である。

符号の説明

１０ 加熱装置
１２ 加熱炉
１４ 炉運転制御装置
１６ 操作制御装置
１８ データベース部
２０ ベルトコンベア
２２ 基板
２４ ハロゲンランプ（熱源）
２６ 反射ミラー
３０ 部品
３２ クリーム半田
Ｚ０ 補助加熱ゾーン
Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３ 本加熱ゾーン

Claims (8)

1. 補助加熱不要の被加熱物と該補助加熱不要の被加熱物より熱容量が大きく補助加熱要の被加熱物とからなる熱容量が相違する複数の被加熱物をリフロー半田付けのために加熱する方法において、
   上記補助加熱要の被加熱物に対しては本加熱に先立ち該本加熱の温度よりも低い温度での補助加熱を行って初期温度を高める第１工程と、
   第１工程後に上記補助加熱要の被加熱物に対して上記高めた初期温度から本加熱を行う第２工程と、
   を含み、
   上記第１工程において補助加熱を行うための熱源の出力を被加熱物の搬入と同期して一定時間でＸ％からＹ％に徐々に増大させ、かつ当該被加熱物の熱容量が大きいほどＸ％からＹ％への増大幅を大きくかつＹ％の値を大きくすることを特徴とする加熱方法。
2. 熱容量が相違する複数の被加熱物をリフロー半田付けのために加熱する方法において、
   複数の被加熱物を、熱容量の相違に基づいて本加熱の温度よりも低い温度で補助加熱を行う第１グループと、補助加熱をしない第２グループとに分類する第１工程と、
   上記第１グループに属する被加熱物に対して補助加熱を行って初期温度を高めるとともに、この高めた初期温度から本加熱を行う第２工程と、
   上記第２グループに属する被加熱物に対して補助加熱を行わずに本加熱を行う第３工程と、
   を含み、
   上記第２工程において補助加熱を行うための熱源の出力を被加熱物の搬入と同期して一定時間でＸ％からＹ％に徐々に増大させ、かつ当該被加熱物の熱容量が大きいほどＸ％からＹ％への増大幅を大きくかつＹ％の値を大きくすることを特徴とする加熱方法。
3. 上記補助加熱は、被加熱物をそれぞれの熱容量に応じて異なる加熱条件で行う、ことを特徴とする請求項１または２に記載の加熱方法。
4. 上記補助加熱の熱源がハロゲンランプまたは熱風発生機である、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の加熱方法。
5. 補助加熱の設定の変更を上記熱源の出力、被加熱物と熱源との距離、被加熱物に対する熱源の取り付け姿勢のうちのいずれか１つ以上の設定で行う、ことを特徴とする請求項４に記載の加熱方法。
6. 上記被加熱物は部品を搭載した基板であって、前記熱容量を、前記部品の種類、材質、寸法、個数、ならびに基板の材質、寸法、厚さ、ベタ率、スリット開口率、あるいは部品や基板の温度上昇実測値のうち、少なくとも、いずれかにより求める、ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の加熱方法。
7. 熱容量が相違する複数の被加熱物をリフロー半田付けのために加熱する加熱装置であって、
   複数の被加熱物それぞれに対して補助加熱するための補助加熱部と、
   上記複数の被加熱物を本加熱するための本加熱部と、
   上記両加熱部を制御する制御部と、
   を備え、
   上記制御部は、
   補助加熱部を駆動して熱容量が相違する複数の被加熱物それぞれに対して、本加熱の温度よりも低くかつ異なる温度で、しかも熱源の出力を被加熱物の搬入と同期して一定時間でＸ％からＹ％に徐々に増大させ、かつ当該被加熱物の熱容量が大きいほどＸ％からＹ％への増大幅を大きくかつＹ％の値を大きくさせることにより補助加熱を行って初期温度を高める制御と、
   本加熱部を駆動して上記各被加熱物をそれぞれの初期温度から本加熱する制御と、
   を実行する、ことを特徴とする加熱装置。
8. 本加熱部を構成する加熱炉に対して上記補助加熱部を構成する加熱炉を着脱自在に配置した、ことを特徴とする請求項７に記載の加熱装置。

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