JP6891420B2 - リフロー炉監視装置およびリフロー炉監視方法およびリフローシステム - Google Patents

Description

本発明は、リフロー炉監視装置およびリフロー炉監視方法およびリフローシステムに関する。

電子部品実装におけるリフロー工程では、ハンダペーストが塗布されたプリント配線板などのワークをリフロー炉内で加熱してはんだ付けを行う。ハンダペーストが加熱されると、ペースト中に含まれるフラックス成分が気化する。そして、フラックスを含むガスが冷却されるとフラックス成分が凝縮し、リフロー炉の内壁等に付着する。これが蓄積するとプリント配線板上にフラックスが滴下してプリント配線板を汚染するといった問題がある。

この問題を回避するため、近年のリフロー炉では、気化したフラックスをフラックス回収部に吸い込み、冷却されたラジエター部に結露付着させて、フラックスを回収するといった機能を有している。

例えば、例えば特許文献１には、リフローに用いた不活性ガスをラジエター部で冷却し、ガスに含まれるフラックスを液化して回収する技術が開示されている。

特開平５−５０２１８号公報

特許文献１のリフロー炉で、繰り返しリフローを行っていくと、ラジエター部に付着したフラックスが蓄積し、フラックスの回収効率が低下する。この回収率は清掃によって回復することができるが、清掃には多大な工数が掛り、また清掃中はリフロー炉を停止する必要がある。このため、清掃頻度は可能な限り低い方が望ましい。ところが、特許文献１の技術では、リフロー炉の稼働中は、ラジエター部にどの程度フラックスが付着しているか定量的に把握できない。このため、効率の良い清掃時期の設定が困難であるといった課題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、リフロー炉を稼働させた状態で蓄積フラックス量を把握できるリフロー炉監視装置を提供することを目的としている。

上記の課題を解決するため、本発明のリフロー炉監視装置は、フラックス含有率記憶部と、印刷ハンダペースト量取得部と、印刷フラックス量算出部と、蓄積フラックス量算出部とを有する。フラックス含有率記憶部は、リフロー炉によるリフローが予定されたハンダのフラックス含有率を記憶する。印刷ハンダペースト量取得部は、リフロー前のワークに印刷された印刷ハンダペースト量を取得する。印刷フラックス量算出部は、フラックス含有率と印刷ハンダペースト量とに基づいてワークに印刷された印刷フラックス量を算出する。蓄積フラックス量算出部は、印刷フラックス量と、リフロー実施履歴とに基づいて、所定の初期状態からリフロー炉に蓄積した蓄積フラックス量を算出する。

本発明の効果は、リフロー炉を稼働させた状態で蓄積フラックス量を把握できるリフロー炉監視装置を提供できることである。

第１の実施形態を示すブロック図である。 第２の実施形態を示すブロック図である。 第２の実施形態の動作を示すフローチャートである。 第３の実施形態を示す模式図である。 第３の実施形態の詳細を示すブロック図である。 第３の実施形態の動作を示すシーケンス図である。 第４の実施形態の具体例を示すブロック図である。 第４の実施形態の別の具体例を示すブロック図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。なお各図面の同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する場合がある。

（第１の実施形態）
図１は本実施形態のリフロー炉監視装置を示すブロック図である。リフロー炉監視装置は、フラックス含有率記憶部１と、印刷ハンダペースト量取得部２と、印刷フラックス量算出部３と、蓄積フラックス量算出部４とを有する。

フラックス含有率記憶部１は、リフロー炉によるリフローが予定されたハンダのフラックス含有率を記憶する。使用するハンダが複数ある場合には、ハンダの種類ごとにそれぞれのフラックス含有率を記憶する。

印刷ハンダペースト量取得部２は、リフロー前のワークに印刷された印刷ハンダペースト量を取得する。

印刷フラックス量算出部３は、フラックス含有率と印刷ハンダペースト量とに基づいてワークに印刷された印刷フラックス量を算出する。

蓄積フラックス量算出部４は、印刷フラックス量と、リフロー実施履歴とに基づいて、所定の初期状態からリフロー炉に蓄積した蓄積フラックス量を算出する。

以上の構成とすることにより、リフロー炉を稼働させた状態で、リフロー炉に蓄積したフラックス量を算出することができる。また、この蓄積フラックス量を用いて、適切な清掃タイミングを設定することができる。

（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態のリフロー炉監視装置を示すブロック図である。リフロー炉監視装置は、第１の実施形態の構成に加えて、蓄積フラックス量閾値記憶部５と、不具合回避制御部６とを有している。

蓄積フラックス量閾値記憶部５は、蓄積フラックス量について清掃の目安となる蓄積フラックス量閾値を記憶する。蓄積フラックス量閾値は、リフロー炉の性能に基づいて設定する。例えば、フラックス回収性能が所定レベルを維持できる蓄積フラックス量とすることができる。これは言い換えると、清掃を行わずに稼働を継続できる上限値であるとも言える。

不具合回避制御部６は、蓄積フラックス量と蓄積フラックス量閾値とを比較し、両者が所定の関係となった場合に、リフロー炉の不具合を回避するための不具合回避制御を行う。不具合回避制御は任意であるが、例えば、蓄積フラックス量が蓄積フラックス量閾値を超えた場合に、清掃の必要性を報知する清掃アラームを発生する、リフロー炉を制御して新たなリフローをできないようにする、などとすることができる。
また例えば、蓄積フラックス量が上限値の所定割合になった場合に、清掃時期が近いことを報知するアラームを発生するようにすることも可能である。

次に、リフロー炉監視装置の動作について説明する。図３は動作を示すフローチャートである。最初にハンダの種類ごとにフラックス含有率を記憶する（Ｓ１）。次に蓄積フラックス量閾値を記憶する（Ｓ２）。使用するハンダが複数ある場合には、ハンダの種類ごとにそれぞれのフラックス含有率を記憶する。次に印刷ハンダペースト量を取得する（Ｓ３）。図示はしていないが、この時、リフロー炉監視装置３００は、リフロー対象のワークが使用しているハンダの種類情報を外部から受信しているものとする。印刷フラックス量の計算に用いるハンダのデータは、このハンダの種類情報に応じて選択する。また、印刷ハンダペースト量の取得方法の詳細については、後述する。次に印刷フラックス量を算出する（Ｓ４）。次に、それまでの蓄積フラックス量にＳ４で算出したフラックス量を加算して、新たな蓄積フラックス量を算出する（Ｓ５）。次に算出した蓄積フラック量を蓄積フラックス量閾値と比較し、蓄積フラックス量が閾値未満であれば（Ｓ６＿Ｎｏ）、Ｓ３に戻り、次のリフロー処理の監視を行う。一方、蓄積フラックス量が蓄積フラックス量閾値以上であったら（Ｓ６＿Ｙｅｓ）、不具合回避制御を実行する（Ｓ７）。

以上説明したように、本実施形態によれば、フラックスの蓄積による不具合を回避するとともに、性能が許容する限界までフラックスの蓄積を行うことができる。その結果、リフロー炉の清掃回数を最小化することができる。

（第３の実施形態）
図４は、リフロー炉監視装置を備えたリフローシステムの構成例を示す模式図である。リフローシステムは、リフロー炉１００と、ハンダ印刷検査装置２００と、リフロー炉監視装置３００とを有している。リフロー炉監視装置３００は、ネットワークケーブル４００で リフロー炉１００および、ハンダ印刷検査装置２００にそれぞれ接続されている。なおネットワークの接続はネットワークケーブル４００を用いない無線方式で行っても良い。

図５は、上記のリフローシステムの詳細を示すブロック図である。

リフロー炉１００は、リフロー処理部１１０とフラックス回収部１２０とを有している。リフロー処理部１１０は、ワークに印刷されたハンダのリフロー処理を行う。リフローの方式、条件は任意であるが、リフロー処理の際にフラックスが気化するものとする。フラックス回収部１２０は、リフロー処理部１１０の排気からフラックスを回収する。フラックスの回収方法は任意であるが、例えば、リフロー処理部１１０の排気を吸入して冷却し、フラックス成分を液化することで実行することができる。

ハンダ印刷検査装置２００は、リフローを行う前のハンダペーストが印刷された基板を検査する。そのために、検査プログラム選択部２１０と、検査部２２０と、計測部２３０とを有している。検査プログラム選択部２１０は、リフローを行うワーク（プリント配線板など）の種類ごとに定めた検査プログラムを選択する。検査部２２０は、選択した検査プログラムに従って印刷パターンの検査を行う。計測部２３０は、印刷パターン各部の寸法等のパラメータを計測する。計測部２３０は、具体的には、例えば３次元計測機や、撮像装置＋画像処理装置との組み合わせなどを用いることができる。そして、検査部２２０は、例えば、プリント配線板の種類ごとに定めたプログラムによって動作し、計測部２３０で得られたパラメータが、所定の規格に適合しているか否かを検査する。

リフロー炉監視装置３００は、フラックス含有率記憶部３１０と、印刷ハンダペースト量取得部３２０と、印刷フラックス量算出部３３０と、蓄積フラックス量算出部３４０とを有している。また、蓄積フラックス量閾値記憶部３５０と、不具合回避制御部３６０とを有している。

フラックス含有率記憶部３１０は、リフローを行うハンダのフラックス含有率を記憶する。

印刷ハンダペースト量取得部３２０は、リフロー前のワークに印刷された印刷ハンダペースト量を取得する。

印刷フラックス量算出部３３０は、フラックス含有率と印刷ハンダペースト量とに基づいてワークに印刷された印刷フラックス量を算出する。

蓄積フラックス量算出部３４０は、印刷フラックス量と、リフロー実施履歴とに基づいて、所定の初期状態からリフロー炉に蓄積した蓄積フラックス量を算出する。

蓄積フラックス量閾値記憶部３５０は、蓄積フラックス量について清掃の目安となる蓄積フラックス量閾値を記憶する。蓄積フラックス量閾値は、リフロー炉の仕様に基づいて設定し、例えば、清掃を行わずに稼働を継続できる上限値として設定することができる。

不具合回避制御部３６０は、蓄積フラックス量と蓄積フラックス量閾値とを比較し、両者が所定の関係となった場合に、不具合回避制御を行うようにリフロー炉監視装置を制御する。不具合回避制御の方法は任意であるが、例えば、清掃を促すアラームの報知や、リフロー炉の動作の制限などとすることができる。

次に、リフローシステムの動作について説明する。図６は、リフローシステムの動作を示すシーケンス図である。全体の動作は、ハンダペーストを印刷された基板が、ハンダ印刷検査装置に投入され、検査後リフロー炉に送られてリフロー処理を行うものである。

まず、まずハンダ印刷検査装置が基板を受け入れる（Ｓ１０１）。この時、ハンダ印刷検査装置は基板の品種を取得し、品番をリフロー炉監視装置に送信する（Ｓ１０２）。リフロー炉監視装置はこの品番をリフロー炉にも送信する（Ｓ１０３）。なおリフロー炉への品番送信はハンダ印刷検査装置が行っても良い。品番を受信したリフロー炉監視装置は、品番からハンダの種類を特定し、計算に用いるハンダ組成のパラメータを設定する（Ｓ１０４）。またリフロー炉は、品番に基づいてリフロー条件を設定する（Ｓ１０５）。

次に、ハンダ印刷検査装置は印刷ハンダの寸法計測（Ｓ１０６）を含む検査を行う。そして検査に合格すれば（Ｓ１０７＿Ｙｅｓ）、寸法データをリフロー炉監視装置に寸法データを送信する（Ｓ１０８）。一方、基板が検査に合格しなかったら（Ｓ１０７＿Ｎｏ）、基板をリフロー炉に投入せずに終了する。

リフロー炉監視装置は寸法データを受信すると、まず、リフロー炉にリフロー開始命令を送信する（Ｓ１０９）。次に、寸法データから印刷ハンダの体積を計算する（Ｓ１１０）。そして、計算した印刷ハンダの体積と先に設定したハンダ組成のパラメータを用いて印刷フラックス量を算出する（Ｓ１１１）。

リフロー炉はリフロー処理を行い（Ｓ１１２）、完了すると、リフロー完了通知をリフロー炉監視装置に送信する（Ｓ１１３）。

リフロー炉監視装置は、先に計算した今回リフロー処理を行ったフラックス量を加算し（Ｓ１１４）、蓄積フラックス量を更新する。そして更新された蓄積フラックス量を予め既に設定していた閾値と比較する（Ｓ１１５）。蓄積フラックス量が閾値未満であったら（Ｓ１１５＿Ｎｏ）、リフロー炉に処理が継続できることを示す処理継続可能通知を送信する（Ｓ１１６）。一方、蓄積フラックス量が閾値以上であったら（Ｓ１１５＿Ｙｅｓ）、所定の不具合回避制御を行う（Ｓ１１７）。不具合回避制御は任意に定めることができるが、例えば、作業者に清掃を指示する清掃指示の表示する（Ｓ１１８）、リフロー炉に以降の処理を停止させる運転停止命令を送信する（Ｓ１１９）、などとすることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、リフロー炉を稼働させた状態でリフロー炉に蓄積したフラックス量を把握し、清掃回数を最小化できるリフローシステムを構成することができる。

（第４の実施形態）
本実施形態では、印刷フラックス量を算出するためのリフロー炉監視装置の構成と動作の具体例について説明する。まず印刷ハンダペースト量から印刷フラックス量を算出する方法について説明する。

ハンダ印刷検査装置の出力データに基づいて、まず、ハンダペーストの合計体積を取得する。この合計体積と、ハンダの比重と、フラックスの比重と、ハンダのフラックス含有率とから、フラックスの重量を計算することができる。

いま、ハンダペースト合計体積をＶｐ（ｍｍ^３）、ハンダ比重をＳｇｍ（ｇ／ｍｍ^３）、フラックス比重をＳｇｆ（ｇ／ｍｍ^３）、フラックス含有率をＣｒｆ（Ｗｔ％）とすると、フラックス重量Ｗｆ（ｇ）は、次式で算出できる。
Ｗｆ＝（Ｖｐ×Ｓｇｆ×Ｓｇｍ×Ｃｒｆ）
／（（１−Ｃｒｆ）×Ｓｇｆ＋Ｃｒｆ×Ｓｇｍ） （式１）
なお、使用するハンダが複数ある場合には、使用しているハンダの種類に応じて、計算に用いるパラメータを選択するものとする。なおフラックス含有率が体積含有率で定義されている場合には、ハンダペースト合計体積にフラックス含有率を乗じることによって計算することが可能である。

次に、ハンダペーストの合計体積を取得する方法の具体例について説明する。１つの方法は、印刷ハンダペースト各部の面積および厚さを計測して計算を行う方法である。これが実行できるのは、例えば、ハンダ印刷検査装置が、３次元測定機を有する場合である。図７は、ハンダ印刷検査装置２００の計測部２３０が３次元測定機２３１を有し、そのデータをリフロー炉監視装置３００に出力する構成とした例を示すブロック図である。リフロー炉監視装置３００は、印刷ハンダペースト量取得部３２０と印刷フラックス量算出部３３０とを有し、印刷ハンダペースト量取得部３２０は、印刷ハンダ体積計算部３２１を有している、
３次元測定機２３１は、印刷されたハンダペーストの平面寸法に加えて、厚さも計測することができる。このため、印刷ハンダ体積計算部３２１は、計測された平面寸法と厚さとを用いて、ハンダペーストの合計体積を計算することができる。そして、印刷フラックス量算出部３３０は、式１を用いて印刷パターンに含まれるフラックス重量を算出する。

次にハンダ印刷検査装置２００の計測手段が２次元測定機である場合の具体例について説明する。２次元測定機は撮像装置と画像処理プログラムを用いて比較的簡単に構成でき、３次元測定機よりも安価である。また高さ測定を行わないため、測定を高速に実行できる。しかしながら、厚さを測定することはできない。そこで、計算に用いる印刷ハンダの厚さとして固定値を用いる。ここでは、ハンダの厚さがリフローを行うワークの品種ごとに決まっているものとする。

図８は、上述の２次元測定を利用するリフローシステムの一部を示すブロック図である。リフロー炉監視装置３００は、印刷ハンダペースト量取得部３２０と印刷フラックス量算出部３３０とを有している。そして、印刷ハンダペースト量取得部３２０は、印刷ハンダ塗布厚選択部３２２と、印刷ハンダ面積計算部３２３と、印刷ハンダ体積計算部３２４とを有している。印刷ハンダ塗布厚選択部３２２は、品種に対応した複数の塗布厚を固定値として保持しており、ハンダ印刷検査装置２００から受け取る品種情報に応じて、計算に用いる塗布厚を選択する。

ハンダ印刷検査装置２００の計測部２３０は２次元測定機２３２を有している。２次元測定機２３２は、印刷ハンダ各部の平面寸法を計測する。

次に印刷フラックス量の計算方法について説明する。まず、印刷ハンダ塗布厚選択部３２２が、ハンダ印刷検査装置２００から受信した品種情報に基づいて塗布厚を選択する。次に、印刷ハンダ面積計算部３２３が、計測部２３０が計測した印刷ハンダペースト各部の平面寸法を用いて、印刷ハンダペーストの合計面積を計算する。そして、印刷ハンダ体積計算部３２４は、算出した合計面積に、選択した塗布厚を乗じて、ハンダペーストの合計体積を計算する。この合計体積を、式１に代入して印刷パターンに含まれるフラックス重量を算出する。

以上説明したように、本実施形態によれば、印刷ハンダパターンの実測値から印刷フラックス量を取得し、リフロー炉を稼働させた状態で、蓄積フラックス量を把握することができる。

上述した第１乃至第４の実施形態の処理をコンピュータに実行させるプログラムおよび該プログラムを格納した記録媒体も本発明の範囲に含む。記録媒体としては、例えば、磁気ディスク、磁気テープ、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ、などを用いることができる。

以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上記実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。

１、３１０ フラックス含有率記憶部
２、３２０ 印刷ハンダペースト量取得部
３、３３０ 印刷フラックス量算出部
４、３４０ 蓄積フラックス量算出部
５、３５０ 蓄積フラックス量閾値記憶部
６、３６０ 不具合回避制御部
１００ リフロー炉
１１０ リフロー処理部
１２０ フラックス回収部
２００ ハンダ印刷検査装置
２１０ 検査プログラム選択部
２２０ 検査部
２３０ 計測部
３００ リフロー炉監視装置
４００ ネットワークケーブル

Claims (10)

1. リフロー炉によるリフローが予定されたフラックスを含むハンダのフラックス含有率を記憶するフラックス含有率記憶部と、
   前記リフロー前のワークに印刷された印刷ハンダペーストの量を取得する印刷ハンダペースト量取得部と、
   前記フラックス含有率と前記印刷ハンダペーストの量とに基づいて前記ワークに印刷された印刷フラックスの量を算出する印刷フラックス量算出部と、
   所定の初期状態から前記リフロー炉に蓄積した蓄積フラックス量に前記印刷フラックスの量を加算することにより、前記蓄積フラックス量を更新する蓄積フラックス量算出部と
   を有することを特徴とするリフロー炉監視装置。
2. 前記印刷ハンダペースト量取得部が、前記印刷ハンダペーストの量を前記印刷ハンダペーストの体積として取得し、
   前記印刷フラックス量算出部が、前記印刷フラックスの量を、前記印刷ハンダペーストの体積と、前記ハンダの比重と、前記フラックスの比重と、前記フラックス含有率とに基づいて重量として算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載のリフロー炉監視装置。
3. 前記蓄積フラックス量に関する所定の閾値を記憶する蓄積フラックス量閾値記憶部と、
   前記蓄積フラックス量が前記閾値以上となった場合に、前記リフロー炉が不具合を起こすことを回避するための不具合回避制御を行う不具合回避制御部と
   を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリフロー炉監視装置。
4. 前記不具合回避制御が前記リフロー炉の清掃を指示する清掃指示の報知であることを特徴とする請求項３に記載のリフロー炉監視装置。
5. リフロー炉によるリフローが予定されたフラックスを含むハンダのフラックス含有率を記憶し、
   前記リフロー前のワークに印刷された印刷ハンダペーストの量を取得し、
   前記フラックス含有率と前記印刷ハンダペーストの量とに基づいて前記ワークに印刷された印刷フラックスの量を算出し、
   所定の初期状態から前記リフロー炉に蓄積した蓄積フラックス量に前記印刷フラックスの量を加算することにより、前記蓄積フラックス量を更新する
   ことを特徴とするリフロー炉監視方法。
6. 前記印刷ハンダペーストの量を前記印刷ハンダペーストの体積として取得し、
   前記印刷フラックスの量を、前記印刷ハンダペーストの体積と、前記ハンダの比重と、前記フラックスの比重と、前記フラックス含有率とに基づいて重量として算出する
   ことを特徴とする請求項５に記載のリフロー炉監視方法。
7. 前記蓄積フラックス量に関する所定の閾値を記憶し、
   前記蓄積フラックス量が前記閾値以上となった場合に、前記リフロー炉が不具合を起こすことを回避する不具合回避制御を行う
   ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載のリフロー炉監視方法。
8. 前記不具合回避制御が前記リフロー炉の清掃を指示する清掃指示の報知であることを特徴とする請求項７に記載のリフロー炉監視方法。
9. リフロー炉によるリフローが予定されたフラックスを含むハンダのフラックス含有率を記憶するステップと、
   前記リフロー前のワークに印刷された印刷ハンダペーストの量を取得するステップと、
   前記フラックス含有率と前記印刷ハンダペーストの量とに基づいて前記ワークに印刷された印刷フラックスの量を算出するステップと、
   所定の初期状態から前記リフロー炉に蓄積した蓄積フラックス量に前記印刷フラックスの量を加算することにより、前記蓄積フラックス量を更新するステップと
   をリフロー炉監視装置に実行させることを特徴とするリフロー炉監視プログラム。
10. 請求項１乃至請求項４いずれか一項に記載のリフロー炉監視装置と、
    前記ワークの前記リフローを行う前記リフロー炉と、
    前記リフローを行う前に前記印刷ハンダペーストの検査を行うハンダ印刷検査装置と
    を有することを特徴とするリフローシステム。

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