JP7053126B1 - 放射型温度計、半田付け装置、温度測定方法及び半田付け製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズの発生を抑えた放射型温度計、半田付け装置、温度測定方法及び半田付け製品の製造方法を提供すること。【解決手段】測定対象ＴＡからの放射エネルギーＲＥを検出する検出素子２と、測定対象ＴＡと検出素子２との間に配設され測定対象ＴＡからの放射エネルギーＲＥを集束させる集束レンズ３と、検出素子２と集束レンズ３との間に配設され、測定対象ＴＡからの放射エネルギーＲＥの経路に沿って第１の開口７Ａ、７Ｂが設けられた第１の絞り４Ａ、４Ｂと、集束レンズ３と測定対象ＴＡとの間に配設され、測定対象ＴＡからの放射エネルギーＲＥの経路に沿って第２の開口８が設けられた第２の絞り５と、検出素子２、集束レンズ３、第１の絞り４Ａ、４Ｂ及び第２の絞り５の少なくとも一部を内部に収容する鏡筒６と、を含む放射型温度計１を採用する。【選択図】図１

Description

本開示は放射型温度計、半田付け装置、温度測定方法及び半田付け製品の製造方法に関する。

測定対象からの放射エネルギーをフォトダイオード等の検出素子で検出することで、測定対象の温度を測定する放射型温度計が知られている。例えば特許文献１には、検出素子に加えて、電源から検出素子に電流を流したときの出力信号に基づいて温度を求め、検出素子の温度補償を行う演算手段を含む放射型温度計が記載されている。

特開平１１－２７１１４７号公報

上述のような放射型温度計においては、測定対象からのものとは異なる放射エネルギーが検出素子に入り込むとノイズの原因となる。

本開示は、ノイズの発生を抑えた放射型温度計、半田付け装置、温度測定方法及び半田付け製品の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本開示の第１の態様に係る放射型温度計は、測定対象からの放射エネルギーを検出する検出素子と、前記測定対象と前記検出素子との間に配設され、前記測定対象からの前記放射エネルギーを集束させる集束レンズと、前記検出素子と前記集束レンズとの間に配設され、前記測定対象からの前記放射エネルギーの経路に沿って第１の開口が設けられた第１の絞りと、前記集束レンズと前記測定対象との間に配設され、前記測定対象からの前記放射エネルギーの経路に沿って第２の開口が設けられた第２の絞りと、前記検出素子、前記集束レンズ、前記第１の絞り及び前記第２の絞りの少なくとも一部を内部に収容する鏡筒と、を含むものである。

このような放射型温度計においては、第１の絞りは主に鏡筒内に生じる放射エネルギーが検出素子に入射することを、第２の絞りは主に測定対象からの放射エネルギーとは異なる放射エネルギーが放射型温度計の外部から鏡筒内及び集束レンズ内に入射することをそれぞれ抑制できる。これにより、測定対象からの放射エネルギーとは異なる放射エネルギーが検出されることに起因するノイズを抑えた、高精度な検出が可能な放射型温度計を得ることができる。

本開示の第２の態様に係る放射型温度計は、上記本開示の第１の態様に係る放射型温度計において、前記第１の絞りは、前記検出素子と前記集束レンズとの間に所定間隔を空けて２つ以上配設される。

このような放射型温度計においては、第１の絞りとして２つ以上の絞りを採用することで、鏡筒内に侵入した外乱光が検出素子に入射することを効果的に抑制することができる。

本開示の第３の態様に係る放射型温度計は、上記本開示の第１又は２の態様に係る放射型温度計において、前記第２の絞りは、前記集束レンズと前記測定対象との間に所定間隔を空けて２つ以上配設される。

このような放射型温度計においては、第２の絞りとして２つ以上の絞りを採用することで、測定対象からの放射エネルギーとは異なる放射エネルギーが放射型温度計の外部から鏡筒内に入射することを効果的に抑制することができる。

本開示の第４の態様に係る放射型温度計は、上記本開示の第１乃至４のいずれかの態様に係る放射型温度計において、前記鏡筒の内面の、前記検出素子の感度波長域に対する放射率が、０．５～１．０の範囲内である。

このような放射型温度計においては、鏡筒内面の検出素子の感度波長域に対する放射率が０．５～１．０の範囲内であることにより、鏡筒内に入射した外乱光の当該内面における反射が抑制されることで、所望の測定対象からの放射エネルギー以外のエネルギーが検出素子に入射することを抑制するため、ノイズをさらに抑えた高精度な検出が可能な放射が温度計を得ることができる。

本開示の第５の態様に係る放射型温度計は、上記本開示の第４の態様に係る放射型温度計において、前記鏡筒の内面は前記検出素子の前記感度波長域に対する高放射率の表面処理が施されている。

このような放射型温度計においては、鏡筒内面に（例えば黒色めっき処理や黒色アルマイト処理といった）表面処理を行うことで、鏡筒自体の放射率等に関わらず、当該鏡筒内面の放射率を所望の値に調整することができる。

本開示の第６の態様に係る放射型温度計は、測定対象からの放射エネルギーを検出する検出素子と、前記測定対象と前記検出素子との間に配設され、前記測定対象からの前記放射エネルギーを集束させる集束レンズと、前記検出素子及び前記集束レンズの少なくとも一部を内部に収容し、且つその内面の前記検出素子の感度波長域に対する放射率が０．５～１．０の範囲内である鏡筒と、を含むものである。

このような放射型温度計においては、鏡筒内面の検出素子の感度波長域に対する放射率が０．５～１．０の範囲内であることにより、鏡筒内に入射した外乱光の当該内面における反射が抑制されることで、所望の測定対象からの放射エネルギー以外のエネルギーが検出素子に入射することを抑制できる。これにより、測定対象からの放射エネルギーとは異なる放射エネルギーが検出されることに起因するノイズを抑えた、高精度な検出が可能な放射が温度計を得ることができる。

本開示の第７の態様に係る半田付け装置は、チャンバと、前記チャンバの底面又は前記底面近傍に配設された熱源と、前記チャンバの天面の一部に設けられた透光性の窓と、前記チャンバ外に配設され、前記窓を介してワークの任意の位置の温度を測定する、第１乃至６の態様のいずれかに記載の放射型温度計と、を含み、前記チャンバの前記天面は前記検出素子の感度波長域に対する放射率が０．５～１．０の範囲内であるものである。

このような半田付け装置においては、チャンバの天面（天板）の検出素子の感度波長域に対する放射率が０．５～１．０の範囲内であることにより、熱源で生じる放射エネルギーがチャンバの天面で反射することを抑制でき、チャンバ内に外乱光が生じることを抑制することができる。これにより、放射型温度計に測定対象からのもの以外の放射エネルギーが入射しにくくなり、ノイズを抑えた高精度な検出が可能な半田付け装置を得ることができる。

本開示の第８の態様に係る半田付け装置は、上記本開示の第７の態様に係る半田付け装置において、前記チャンバ内の前記熱源の上部の前記ワークの周囲空間に配設された第１の遮光部材をさらに含む。

このような半田付け装置においては、熱源からの放射エネルギーのうち、ワークに照射されずにワークの周囲空間を介してチャンバの天面側に照射される放射エネルギーを、遮光部材によって遮光することができる。

本開示の第９の態様に係る半田付け装置は、上記本開示の第７又は８の態様に係る半田付け装置において、前記窓は石英ガラスを含み、前記検出素子はＩｎＧａＡｓフォトダイオードを含む。

このような半田付け装置においては、検出素子としてＩｎＧａＡｓフォトダイオードを採用したことで、石英ガラスを透過する波長（０．９～２．６μｍ）の放射エネルギーに基づいて測定対象の温度測定を行うことができる。また、ワークの酸化膜を除去するためにチャンバ内がギ酸雰囲気となっていたとしても、別途の調整を行うことなく測定対象の温度測定を行うことができる。

本開示の第１０の態様に係る半田付け装置は、上記本開示の第７乃至９のいずれかの態様に係る半田付け装置において、底面に開口を有する筐体と、前記開口の周囲に設けられた支持部材と、前記支持部材上に配設され、その上面側に前記ワークが配設される伝熱プレートと、前記底面と前記伝熱プレートとの隙間に沿って前記筐体内に配設された第２の遮光部材と、を備えるキャリアをさらに含むものである。

このような半田付け装置においては、ワークを搬送するためのキャリアに遮光部材が設けられているため、熱源からの放射エネルギーのうち、キャリアの隙間を介してチャンバの天面側に照射される放射エネルギーを、遮光部材によって遮光することができる。

本開示の第１１の態様に係る温度測定方法は、第１乃至６のいずれかの態様に記載の放射型温度計を用いて、所定の測定対象の温度を測定する工程を含むものである。

このような温度測定方法においては、測定対象からの放射エネルギーとは異なる放射エネルギーが検出されることに起因するノイズが抑制された放射型温度計を用いて測定対象の温度を測定することにより、測定対象の温度を精度よく測定することができる。

本開示の第１２の態様に係る半田付け製品の製造方法は、第７乃至１０のいずれかの態様に記載の半田付け装置の前記チャンバ内に前記ワークを配設する工程と、
前記半田付け装置を用いて前記ワークを半田付けする工程と、を含むものである。

このような半田付け製品の製造方法においては、測定対象の温度を高精度に測定しつつ半田付けを実行することができるようになり、主に半田付け工程における温度管理を確実に行うことができ、半田付け製品の製造歩留まりが向上する。

本開示の放射型温度計、半田付け装置、温度測定方法及び半田付け製品の製造方法によれば、測定対象からのものとは異なる放射エネルギーが検出素子に入り込むことを抑制でき、ノイズの発生を抑えることができるようになる。

本開示の第１の実施の形態に係る放射型温度計の一例を示す概略断面図である。 本開示の第２の実施の形態に係る放射型温度計の一例を示す概略断面図である。 本開示の第３の実施の形態に係る放射型温度計の一例を示す概略断面図である。 本開示の第１の実施の形態に係る半田付け装置の一例を示す概略説明図である。 図４のＡ－Ａ線矢視図である。 図４に示す半田付け装置を用いた半田付け製品の製造方法の一例を示すフローチャートである。 本開示の第２の実施の形態に係る半田付け装置の一例を示す概略説明図である。 本開示の第２の実施の形態に係る半田付け装置のキャリアを示す説明図である。

以下、図面を参照して本開示を実施するための各実施の形態について説明する。なお、以下では本開示の目的を達成するための説明に必要な範囲を模式的に示し、本開示の該当部分の説明に必要な範囲を主に説明することとし、説明を省略する箇所については公知技術によるものとする。

＜放射型温度計＞
図１は、本開示の第１の実施の形態に係る放射型温度計の一例を示す概略断面図である。本実施の形態に係る放射型温度計１は、任意の測定対象、例えば任意のワークＷ上に設定された特定の測定領域ＴＡから放射される放射エネルギーＲＥに基づいて、測定領域ＴＡの温度を測定するものである。したがって、本実施の形態の放射型温度計１は、通常、測定領域ＴＡに対して所定間隔を空けて対向するように配設される。そして、測定領域ＴＡの温度測定を実現するために、本実施の形態の放射型温度計１は、図１に示すように、少なくとも検出素子２と、集光レンズ３と、第１の絞り４Ａ、４Ｂと、第２の絞り５と、鏡筒６とを含んでいる。なお、集光レンズ３は集束レンズの一例である。

検出素子２は、測定領域ＴＡから放射される放射エネルギーＲＥ、詳しくは赤外線放射エネルギーを検出するものであってよい。この検出素子としては、半導体素子、詳しくはＳｉ（シリコン）、Ｇｅ（ゲルマニウム）あるいはＩｎＧａＡｓ（インジウム・ガリウム・ヒ素）素子等を用いたフォトダイオードを採用することができる。また、このフォトダイオードには、ＰＮ接合型のもの又はＰＩＮ構造のものを採用することができる。この検出素子２は、その受光面が鏡筒６内に位置し、その電極が鏡筒６外に延在し図示しない増幅器等が実装された制御基板に接続されるように、鏡筒６の一端面に取り付けられる。

集光レンズ３は、測定領域ＴＡからの放射エネルギー（具体的には赤外光）ＲＥを集束（集光）し、検出素子２の受光面に入射させるためのものであってよい。この集光レンズ３は、測定領域ＴＡと検出素子２との間に配設されるものであり、具体的には、鏡筒６内部であって検出素子２から所定距離だけ離れた位置に配設できる。

第１の絞り４Ａ、４Ｂは、集光レンズ３により集光された測定領域ＴＡからの放射エネルギーＲＥを通過させ、それ以外の放射エネルギーを遮るために設けられたものであってよい。この第１の絞り４Ａ、４Ｂは、その略中央部に測定領域ＴＡからの放射エネルギーＲＥを通過させるための開口７Ａ、７Ｂが設けられ、比較的高い放射率（具体的には、検出素子２の感度波長域に対する放射率が０．５～１．０の範囲内）を有する板状あるいは膜状の部材とすることができる。この第１の絞り４Ａ、４Ｂは、図１に示すように、例えば２つ設けることができ、鏡筒６内部の検出素子２と集光レンズ３との間に、所定間隔を空けて略平行に取り付けられるものとしてよい。ここで、２つの第１の絞り４Ａ、４Ｂにそれぞれ設けられる第１の開口７Ａ、７Ｂの大きさは、測定領域ＴＡからの放射エネルギーＲＥの通過する経路を考慮して、異なる大きさとすると好ましい。具体的には集光レンズ３に近い側に配設された第１の絞り４Ａの第１の開口７Ａの方が、検出素子２に近い側に配設された第１の絞り４Ｂの第１の開口７Ｂに比べて僅かに大きくすると好ましい。また、本実施の形態においては、第１の絞りを２つ配設した場合について例示したが、本開示はこれに限定されず、１つであっても３つ以上であってもよい。ただし、第１の絞りを複数採用した方が、集光レンズ３を通過した外乱光が検出素子２に入射することを効果的に抑制でき好ましい。

第２の絞り５は、測定領域ＴＡ以外の領域からの放射エネルギーが放射型温度計１に侵入することを防止するために設けられたものであってよい。この第２の絞り５は、その略中央部に測定領域ＴＡからの放射エネルギーＲＥを通過させるための開口８が設けられ、比較的高い放射率（具体的には、検出素子２の感度波長域に対する放射率が０．５～１．０の範囲内）を有する板状あるいは膜状の部材とすることができる。この第２の絞り５は、図１に示すように、鏡筒６の検出素子２が取り付けられていない側の端部を部分的に覆うように設けることができる。ここで、第２の絞り５に設けられる開口８の大きさは、測定領域ＴＡからの放射エネルギーＲＥの通過する経路を考慮した大きさとすると好ましい。また、本実施の形態においては第２の絞り５を１つ配設した場合について例示したが、本開示はこれに限定されず、例えば図１に示す第２の絞り５と集光レンズ３の間の領域に１つ以上の第２の絞りをさらに配設してもよい。このように、第２の絞りを複数設ければ、測定領域ＴＡ以外からの放射エネルギーが集光レンズ３に入射することを効果的に抑制できる。

鏡筒６は、一方の端部が閉塞された略円筒状の部材であって、この閉塞された側の端面の略中央部に検出素子２が取り付けられ、他方の端部は開放されているものとすることができる。この鏡筒６内には、一方の端部から順に、検出素子２、２つの第１の絞り４Ｂ、４Ａ、集光レンズ３及び第２の絞り５が所定間隔を空けて（少なくとも部分的に）収容されている。

上述の構成を備える本実施の形態に係る放射型温度計１においては、測定領域ＴＡ以外からの放射エネルギーは、鏡筒６内に配置された第１及び第２の絞り４Ａ、４Ｂ、５によって検出素子２の受光面方向への進行が遮られる。この構成により、検出素子２には実質的に測定領域ＴＡからの放射エネルギーＲＥのみが入射されるようになり、ノイズを含まない高精度な温度測定が可能な放射型温度計１を提供することができるようになる。

上述した通り、第１の実施の形態に係る放射型温度計１は、主に複数の絞りによってノイズの発生を抑制しているが、このような絞り構造以外の方法によっても、ノイズの発生を抑制することが可能である。そこで以下には、第１の実施の形態において説示した絞り構造を採用することに加えて、鏡筒に所定の処理を行うことでノイズの発生を更に抑制した放射型温度計１Ａについて、説明する。

図２は、本開示の第２の実施の形態に係る放射型温度計の一例を示す概略断面図である。第２の実施の形態に係る放射型温度計１Ａは、図２に示すように、鏡筒６Ａ以外は上述した第１の実施の形態に係る放射型温度計１と同様の構成を採用しているものである。そこで、以下には第１の実施の形態に係る放射型温度計１とは異なる構成部分を中心に説明を行い、当該放射型温度計１と同様の構成部分については同一の符号を付してその説明を省略するものとする。

鏡筒６Ａは、図２に示すように、一方の端部が閉塞された略円筒状の部材であって、この閉塞された側の端面の略中央部に検出素子２が取り付けられ、他方の端部は開放されているものとすることができる。そして、この鏡筒６Ａの内面９Ａには、その全面にわたり、検出素子２の感度波長域に対する高放射率の表面処理が施されている。ここで、検出素子２の感度波長域に対する高反射率の表面処理としては、黒アルマイト処理や無電解黒色メッキ処理を挙げることができるが、これに限定されない。例えば、鏡筒６Ａの内面９Ａに単に高放射率の黒色材料を塗布したものであってもよい。このような表面処理が施されることにより、鏡筒６Ａの内面９Ａは、高い放射率、具体的には検出素子２の感度波長域に対する放射率が、０．５～１．０の範囲内、より好ましくは０．７～１．０の範囲内に調整されている。

上述したように、鏡筒６Ａの内面９Ａの放射率を高くすると、鏡筒６Ａの内面９Ａに照射される放射エネルギーの反射を抑制することができる。したがって、本実施の形態に係る放射型温度計１Ａにおいては、例えば第２の絞り５の開口８から予期せず入射した測定領域ＴＡ以外の領域からの放射エネルギーが鏡筒６Ａの内面９Ａに反射して集光レンズ３に入射すること、及び、鏡筒６Ａ内で生じる外乱光が鏡筒６Ａの内面９Ａに反射して検出素子２の受光面に入射することを、いずれも抑制することができる。これにより、ノイズを含まない高精度な温度測定が可能な放射型温度計１Ａを提供することができるようになる。

図３は、本開示の第３の実施の形態に係る放射型温度計の一例を示す概略断面図である。第３の実施の形態に係る放射型温度計１Ｂの鏡筒６Ｂは、図３に示すように、上記第２の実施の形態に係る放射型温度計１Ａの鏡筒６Ａと同様に、その内面９Ｂの全面にわたり検出素子２の感度波長域に対する高放射率の表面処理が施されている。他方、この放射型温度計１Ｂは、第１及び第２の実施の形態に係る放射型温度計１、１Ａが有する絞りを有していない。本実施の形態に係る放射型温度計１Ｂのように、鏡筒６Ｂの内面９Ｂに高放射率の表面処理を行えば、測定領域ＴＡからの放射エネルギーＲＥは集光レンズ３を介して検出素子２の受光面に入射させることができ、且つ測定領域ＴＡ以外からの放射エネルギーは鏡筒６Ｂに照射された際に吸収されるため、検出素子２の受光面への入射が抑制できる。なお、本実施の形態に係る放射型温度計１Ｂにおいては、第２の実施の形態と同様に、前述した放射型温度計１、１Ａと同様の構成部分については同一の符号を付してその説明を省略している。

上述した第２及び第３の実施の形態においては、鏡筒６Ａ、６Ｂの内面９Ａ、９Ｂの放射率を０．５～１．０の範囲内とするための具体的な方法として、表面処理を行う場合を例示したが、本開示はこれに限定されない。例えば、鏡筒６Ａ、６Ｂの材料に高放射性材料、例えばグラファイトを含むカーボン系材料を含有させることにより、鏡筒６Ａ、６Ｂ自体の放射率を所望の値とするようにしてもよい。また、上述した表面処理は少なくとも鏡筒６Ａ、６Ｂの内面９Ａ、９Ｂに施されていれば足りる。したがって、例えば表面処理の作業効率の観点から、鏡筒６Ａ、６Ｂ全体に表面処理が施されたものであってもよいし、第２の実施の形態に係る放射型温度計１Ａにあっては、鏡筒６Ａの内面９Ａと共に第１及び第２の絞り４Ａ、４Ｂ、５に同様の表面処理を施してもよい。

上述した構成を備える放射型温度計１、１Ａ、１Ｂによれば、複数の絞り及び／又は鏡筒内の表面処理により、測定領域ＴＡからの放射エネルギーＲＥの経路とは異なる経路を経て鏡筒に侵入する、あるいは侵入した外乱光が、検出素子２の受光面に到達することを抑制できる。したがって、測定領域ＴＡ以外からの放射エネルギーの検出素子２の受光面への入射が抑えられるため、これに起因するノイズの発生を抑制でき、以て高精度な温度検出が可能な放射型温度計１、１Ａ、１Ｂを得ることができる。

上述した放射型温度計１、１Ａ、１Ｂを用いることにより、所定の測定対象の温度の測定方法を提供することができる。当該測定方法としては、放射型温度計１、１Ａ、１Ｂの鏡筒６、６Ａ、６Ｂの開口している側の端部が特定の測定対象に向くよう、測定対象に対向する位置に配置した後、検出素子２にて検出結果を取得して、測定対象の温度を測定すればよい。

＜半田付け装置＞
次に、本開示に含まれる、半田付け装置について説明する。図４は、本開示の第１の実施の形態に係る半田付け装置の一例を示す概略説明図である。また、図５は、図４のＡ－Ａ線矢視図である。第１の実施の形態に係る半田付け装置１０は、図４及び図５に示すように、バッチ処理タイプのリフロー炉として機能するものを採用することができる。この半田付け装置１０では、少なくとも、ワークＷとしての半導体基板上に半球状の半田バンプを形成するために予め配設された原料半田を溶融させる、あるいは、ワークＷとしての半導体基板上に、半田バンプを生成する、あるいはクリーム半田やプリフォーム半田を介して配設された電子部品を実装することが可能である。なお、本実施の形態においては、単一の装置内で一連のリフロー半田付けを行う半田付け装置１０を例示するものとする。また、ワークＷとしては、電子部品が実装される半導体基板を例示するものとする。

本実施の形態に係る半田付け装置１０は、図４に示すように、少なくとも、チャンバ１１と、チャンバ１１の天板（天面の一例）１２に設けられた透光性の窓１３と、熱源としての赤外線（ＩＲ）ランプ１４と、放射型温度計１とを含むものである。

チャンバ１１は、内部に半田付けを行うワークＷを収容可能な箱型の筐体で構成されており、その底面又は底面近傍には熱源としての赤外線ランプ１４が配設され、その上部にはワークＷの出し入れが可能なように開閉可能とされた天板１２が設けられているものとすることができる。このチャンバ１１には、リフロー半田付けを実行するために、その内部に、半田の表面に形成される酸化膜を除去するための還元ガスを供給する還元ガス供給部１７が設けられていてよい。還元ガスとしては水素ガスやカルボン酸（ギ酸）ガス等を用いることができるが、本実施の形態においてはギ酸ガスを採用したものを例示する。加えて、このチャンバ１１の適所には、図示しないチャンバ１１内のガスを排出するための排出路や、チャンバ１１内に不活性ガス等の他のガスを供給するためのガス供給路等が設けられていてよい。また、チャンバ１１内のガスを排出する排出路に真空ポンプを取り付け、この真空ポンプを動作させることにより、リフロー半田付けにおける所定のタイミングで、チャンバ１１内を真空状態とすることができる構造を採用すると、半田内のボイド（空隙）の抑制等の観点から好ましい。

チャンバ１１の天板１２は、その一辺がヒンジを介してチャンバ１１の上部に固定されており、その中央部分に透光性の窓１３が設けられた板状の部材で構成できる。天板１２を閉塞した際、チャンバ１１内が気密状態となるように、天板１２及び／又はチャンバ１１に天板１２を固定するためのロックや気密状態とするためのシールを設けると好ましい。ここで、この天板１２には、放射型温度計１の検出素子２の感度波長域に対する放射率が０．５～１．０の範囲内のものが採用されることは、特に留意すべき事項である。このように、天板１２が高い放射率を有することで、天板１２に照射された放射エネルギーの反射が抑えられ、チャンバ１１内に外乱光が発生することを抑制できる。上述した所望の放射率を得るために、この天板１２は、高放射率の材料、例えばカーボンプレートで形成するとよい。

窓１３は、天板１２の任意の位置、具体的にはチャンバ１１内のワークＷが配設される領域に対向する略中央位置に設けられたものであって、放射型温度計１が検出する放射エネルギーを透過する部材、例えば石英ガラスが嵌め込まれたものとすることができる。この窓１３の大きさや位置は適宜調整が可能なものであるが、本実施の形態においては、天板１２の中央部分に、ワークＷの大きさに合わせた大きさで形成されたものを例示している。また、窓に嵌め込まれる部材は石英ガラス以外でもよい。

赤外線ランプ１４は、ワークＷを加熱する熱源として機能するものであって、チャンバ１１内に配設されたワークＷを、その下面側から加熱するものである。本実施の形態における赤外線ランプ１４は、チャンバ１１の底面又は底面近傍の位置、詳しくは、チャンバ１１の底部から立設する複数本の支持ピン１５上に配設されたワークＷの底面に対して所定の間隔を空けて対向する位置に、所定の間隔を空けて複数本（図４及び図５においては５本）、互いに平行となるように配置される。ここで、チャンバ１１の底面近傍とは、チャンバ１１の高さ方向における中央部より底面に近い側の領域を指す。本実施の形態においては、熱源として複数本の赤外線ランプ１４を採用しているが、ワークＷを加熱可能なものであればこれに限定されず、例えばホットプレート等の熱源を用いることもできる。また、複数本の赤外線ランプ１４の隙間に、ワークＷに選択的に接触することで冷却するクシ歯状の冷却手段を設けてもよい。

ワークＷを支持する複数本（図４及び図５においては４本）の支持ピン１５は、チャンバ１１の底部から実質的に垂直に伸びる同一長さのピンで構成することができる。この支持ピン１５は、ワークＷを熱的に独立させるべく、熱伝導率の小さな材料、例えばセラミック材料で構成することができる。また、支持ピン１５の先端部は、ワークＷとの接触面積を小さくするべく、先細な形状となっていると好ましい。

本実施の形態に係る半田付け装置１０に用いられる放射型温度計１は、上述した第１の実施の形態に係る放射型温度計１を採用することができる。この放射型温度計１は、測定対象、例えばワークＷの任意の位置に、窓１３を介して対向するように、その鏡筒６の開口する端部を向けて配設される。また、本実施の形態に係る半田付け装置１０に採用される放射型温度計１は１つであっても複数であってもよく、また、例えば測定対象の位置に合わせて（例えば図４に点線で示す位置に向かって）移動可能に設けられていてもよい。なお、本実施の形態に係る半田付け装置１０においては、放射型温度計として上述した第１の実施の形態に係る放射型温度計１を採用しているが、他の放射型温度計、例えば第２又は第３の実施の形態に係る放射型温度計１Ａ、１Ｂを採用することもできる。

本実施の形態に係る半田付け装置１０に用いられる放射型温度計１にあっては、検出素子２として、ＩｎＧａＡｓフォトダイオードが用いられることは、特に留意すべき事項である。これは、本実施の形態に係る半田付け装置１０においては還元ガスとしてギ酸を用いること、及び窓に嵌め込まれる部材として石英ガラスが採用されていることに起因するものである。詳しくは、ギ酸は特定の波長域の放射エネルギーを吸収する性質を備えているため、ギ酸に吸収される波長の放射エネルギーに基づいて温度測定を行うと、実際の温度よりも低い検出結果となる。また、石英ガラスは０．９～２．６μｍの波長を透過するため、この範囲内の放射エネルギーに基づいて温度測定が可能な温度計とする必要がある。この点、ＩｎＧａＡｓフォトダイオードは受光波長域が０．５～２．６μｍ（ＰＩＮ型）であるため、ＩｎＧａＡｓフォトダイオードを検出素子２に用いれば、石英ガラスを透過する放射エネルギーに基づいて温度測定が可能であり、且つギ酸による放射エネルギーの吸収を考慮する必要も実質的になく、良好な温度測定を実現することができる。なお、本実施の形態に係る半田付け装置１０においては、検出素子２としてＩｎＧａＡｓフォトダイオードを採用した例を示したが、検出素子２は、チャンバ１１内で使用されるガスや窓１３に嵌め込まれる部材の材質等に合わせて変更することが可能である。

また、本実施の形態に係る半田付け装置１０においては、赤外線ランプ１４の配設位置よりも上部で且つ支持ピン１５上に支持されたワークＷよりも下部に、前記ワークＷの周囲を遮光する第１の遮光部材としての第１のインナーカバー１６を設けると好ましい。この第１のインナーカバー１６は、赤外線ランプ１４から照射される放射エネルギーとしての赤外光が、チャンバ１１内におけるワークＷの周囲領域（周囲空間）ＳＡを介してチャンバ１１の天板１２側へ照射されることを遮るための部材である。したがって、この第１のインナーカバー１６は、図５に示すように、ワークＷの周囲領域全てを塞ぐ額縁状の部材で構成されており、且つ内側の端部は支持ピン１５上のワークＷの外縁部に平面視で重なる（オーバーラップする）位置まで延在している。また、第１のインナーカバー１６の高さ位置は、第１のインナーカバー１６とワークＷとの隙間を通過する放射エネルギーをできるだけ少なくするべく、支持ピン１５上のワークＷの下面に近接する位置に設定されている。この第１のインナーカバー１６は高い放射率、例えばチャンバ１１の天板１２と同程度の放射率を有していることが好ましく、例えばカーボンプレートで形成することができる。第１のインナーカバー１６の具体的な形状や配置については、その機能を維持できる範囲内において、適宜調整することが可能である。

上述した構成を備える半田付け装置１０によれば、天板１２の検出素子２の感度波長域に対する放射率が高いため、天板１２に到達した赤外線ランプ１４からの放射エネルギー、あるいはワークＷ内の測定領域ＴＡ以外からの放射エネルギーが、天板１２に反射して外乱光となることが抑制されている。加えて、赤外線ランプ１４からワークＷの下面に照射される放射エネルギーが、ワークＷの周囲領域ＳＡを介して天板１２側に到達することが、第１のインナーカバー１６によって抑制されている。これらの構成により、測定領域ＴＡ以外からの放射エネルギーが外乱光として放射型温度計１に入射することを抑制することができる。他方、放射型温度計１は窓１３を介して測定領域ＴＡと対向するように位置決めされているから、測定領域ＴＡからの放射エネルギーＲＥは放射型温度計１に確実に入射するため、高精度な温度検出結果を得ることができ、当該温度検出結果に基づいてリフロー半田付けを実行することができるようになる。

図６は、図４に示す半田付け装置を用いた半田付け製品の製造方法の一例を示すフローチャートである。以下には、主に図６を用いて、上述した半田付け装置を用いた半田付け製品の製造方法の一例を説明する。

先ず、半田付け装置１０の天板１２を開放し、リフロー半田付けを行うワークＷを支持ピン１５上に配設（載置）する（ステップＳ１）。次いで、天板１２を閉塞してチャンバ１１内を気密状態とした後、赤外線ランプ１４を動作させてワークＷの加熱を開始する。この際、放射型温度計１による温度検出動作も開始され、放射型温度計１は継続的な温度検知を実行する。赤外線ランプ１４によりワークＷが加熱され、放射型温度計１が還元温度（例えば、１８０～２６０℃）に到達したことを検出する（ステップＳ２）と、還元ガス供給部１７を動作させてチャンバ１１内にギ酸ガスの供給を開始（ステップＳ３）し、半田バンプあるいはクリーム半田の表面に形成された酸化膜を還元除去する。次いで、放射型温度計１が半田溶融温度（例えば、２２０～３５０℃）に到達したことを検知すると（ステップＳ４）、所定の時間この温度状態を維持した後、チャンバ１１内に不活性ガス等を供給してワークＷの冷却を行う（ステップＳ５）。この冷却動作が完了すると、リフロー半田付けがなされたワークＷはチャンバ１１外に取り出され（ステップＳ６）、半田付け製品として出荷あるいは次の処理に移行等される。

上述した半田付け製品の製造方法によれば、上述した半田付け装置１０が用いられることにより、還元温度及び半田溶融温度を高精度に検出することができるから、ギ酸ガスの供給タイミングが所望のタイミングに対して前後にずれることに起因する酸化膜除去不良や、半田溶融不良等の発生を提言することができ、半田付け製品の製造歩留まりが向上する。

上記第１の実施の形態に係る半田付け装置１０においては、ワークＷを１つあるいは所定の数ずつ出し入れして処理を実行する、バッチ処理タイプのリフロー炉として機能する装置について説明を行ったが、本開示はこれに限定されない。以下には、第２の実施の形態に係る半田付け装置２０として、ライン上を搬送されるワークＷに対して複数の処理が連続的に実施される製造システムの一部として用いられ得る、インラインタイプのリフロー炉として機能するものについて、説明を行う。

図７は、本開示の第２の実施の形態に係る半田付け装置の一例を示す概略説明図である。本実施の形態に係る半田付け装置２０は、図７に示すように、チャンバ２１の構造と、ワークＷを搬送するためのキャリア２５を備えている点以外は、第１の実施の形態に係る半田付け装置１０と同様の構成を備えていてよい。そこで、以下には第１の実施の形態に係る半田付け装置１０とは異なる構成を中心に説明を行い、第１の実施の形態に係る半田付け装置１０と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略するものとする。

本実施の形態に係る半田付け装置２０は、異なる処理を実行するチャンバがライン上に複数個連結されて構成される製造システムの一部として用いることができるものである。したがって、本実施の形態に係る半田付け装置２０のチャンバ２１は、その側面にライン上を搬送されるワークＷを搬入するための入口側ゲート２３Ａと、リフロー半田付けを行った後のワークＷを次の処理を実行等するべくチャンバ２１外へ搬出する出口側ゲート２３Ｂとが設けられている。これら入口側及び出口側ゲート２３Ａ、２３Ｂは、それぞれ上下方向にスライドすることで開閉可能なものを採用できる。また、チャンバ２１の天板２２は開閉不能な状態で固定され、還元ガス供給部２４が接続されている。この天板２２は、第１の実施の形態に係る半田付け装置１０の天板１２と同様に、放射型温度計１の検出素子２の感度波長域に対する放射率が０．５～１．０の範囲内のものが採用される。

本実施の形態に係る半田付け装置２０のチャンバ２１には、第１の実施の形態に係る半田付け装置１０と同様に、赤外線ランプ１４と、支持ピン１５と、第１のインナーカバー１６とが配設されている。ただし、赤外線ランプ１４はワークＷを直接加熱するのではなく、後述するキャリア２５の加熱プレート２８（図８参照）を加熱する。また、支持ピン１５もワークＷをその内部に支持するキャリア２５を支持するものである。さらに第１のインナーカバー１６は、キャリア２５の周囲領域ＳＡに沿って形成され、当該キャリア２５の周囲領域ＳＡを介して天板２２側に照射される赤外線ランプ１４からの放射エネルギーを遮断している。

図８は、本開示の第２の実施の形態に係る半田付け装置のキャリアを示す説明図であって、図８（Ａ）は平面図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）のＢ－Ｂ線断面図、図８（Ｃ）は図８（Ｂ）のＣ部矢視図である。本実施の形態に係る半田付け装置２０においては、ワークＷをその形状等に関わらずライン上を円滑に搬送できるよう、ワークＷを支持するキャリア２５が用いられている。このキャリア２５は、図８（Ａ）乃至図８（Ｃ）に示すように、筐体２６と、支持部材の一例としての断熱ピン２７と、伝熱プレートの一例としての加熱プレート２８と、第２の遮光部材の一例としての第２のインナーカバー２９とを少なくとも含むものである。

筐体２６は、矩形状の底面２６１と、底面２６１の外縁部から立設する所定高さの側壁２６２とを含むことができる。また、底面２６１の中央部には開口の一例としての矩形状の底面開口２６３が設けられていてよい。そして、筐体２６の上部はワークＷの出し入れが可能なように開放された上部開口２６４となっている。なお、筐体２６の具体的な形状についてはこれに限定されず、特に、底面２６１及び底面開口２６３以外の構造については何ら限定されない。

断熱ピン２７は、底面２６１の四隅であって底面開口２６３に近接する周囲位置に配設され、加熱プレート２８を支持するピン状の部材とすることができる。この断熱ピン２７も支持ピン１５と同様に、支持対象物（加熱プレート２８）を熱的に独立するべく、熱伝導率の小さな材料、例えばセラミック材料で構成される。なお、本実施の形態においては、断熱ピン２７を底面２６１の四隅に１つずつ計４つ配置した場合を例示したが、その数や配置については、適宜変更することができる。

加熱プレート２８は、断熱ピン２７上に載置された熱伝導率の高い平板で構成することができる。この加熱プレート２８の上部には任意の形状のワークＷが載置され、このワークＷは、リフロー半田付けの際、赤外線ランプ１４によって加熱された加熱プレート２８の熱によって加熱される。加熱プレート２８は、熱伝導率が高く且つ放熱率も比較的高い材料、例えばグラファイトで形成すると好ましい。この加熱プレート２８が採用されていることにより、加熱対象としてのワークＷの形状はチャンバ２１内における支持構造（本実施の形態においては支持ピン１５）によって制約されなくなる。そのため、ワークＷは、チャンバ２１に搬入可能であって且つ加熱プレート２８上に載置可能な形状であれば、この半田付け装置２０を用いてリフロー半田付けを行うことができる。例えば、図７及び図８に示すように、比較的小さなワークＷのリフロー半田付けも可能である。

本実施の形態に係るキャリア２５では、上述の通り、加熱プレート２８は筐体２６の底面に立設した断熱ピン２７上に載置される構造を採用している。この場合、底面開口２６３を介して加熱プレート２８の下面に照射された赤外線ランプ１４からの放射エネルギーの一部が、底面２６１と加熱プレート２８との間の隙間Ｇ（図８（Ｃ）参照）を介してチャンバ２１の天板２２側に漏洩する恐れがある。そこで、本実施の形態に係るキャリア２５においては、この隙間Ｇからの漏れ光を遮光するために、第２のインナーカバー２９を採用している。この第２のインナーカバー２９は、図８（Ａ）乃至図８（Ｃ）に示すように、底面２６１に固定され、加熱プレート２８の外縁に沿って延びる環状の部材で構成されていてよい。この第２のインナーカバー２９は、第１のインナーカバー１６や天板２２と同様に、高い放射率、すなわち検出素子２の感度波長域に対する放射率が０．５～１．０の範囲内の放射率を有していることが好ましく、例えばカーボンプレートで形成することができる。

この第２のインナーカバー２９が設けられることにより、底面２６１と加熱プレート２８との間の隙間Ｇ部分も遮光される。これにより、キャリア２５を用いた半田付け装置２０であっても、赤外線ランプ１４からの放射エネルギーが天板２２側に照射されることを効果的に抑制することができるようになる。なお、図８に示す第２のインナーカバー２９は、加熱プレート２８の外側を囲むように配設したものを例示しているが、本開示の第２のインナーカバー２９はこのような構造に限定されない。例えば、第２のインナーカバー２９の少なくとも内側の一部分が加熱プレート２８の外縁部に平面視で重なる（オーバーラップする）位置まで延在していてもよい。また、図８に示す第２のインナーカバー２９の高さは、断熱ピン２７上に載置された加熱プレート２８の下面よりも高く設定されているが、当該加熱プレート２８の下面と同一あるいはわずかに低いものであってもよい。

以上説明した通り、上記第１及び第２の実施の形態に係る半田付け装置１０、２０によれば、チャンバ１１、２１の天板１２、２２側に設けられた放射型温度計１（１Ａ、１Ｂ）に、測定領域ＴＡからの放射エネルギー以外の放射エネルギーの入射が効果的に抑制される。したがって、放射型温度計１による温度測定の精度が向上し、半田付けプロセスを円滑に実行することができるようになる。

なお、上述した半田付け装置１０、２０においては、理解を容易にするために測定領域ＴＡをワークＷの一部とし、測定された温度をリフロー半田付けにおける制御に活用した例を説示したが、本開示はこれらに限定されない。例えば、測定領域ＴＡはワークＷ以外のもの、例えば加熱プレート２８や、ワークＷに取り付けられた任意の治具であってもよい。また、半田付け装置１０、２０のメンテナンス作業時における赤外線ランプ１４の出力調整に利用してもよい。本開示の放射型温度計、半田付け装置、温度測定方法及び半田付け製品の製造方法においては、温度検出の際のノイズが抑制されているため、測定対象の放射エネルギーが小さくても精度よく温度測定を行うことができる。

本開示は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。そして、それらはすべて、本開示の技術思想に含まれるものである。

１、１Ａ、１Ｂ 放射型温度計
２ 検出素子
３ 集光レンズ（集束レンズの一例）
４Ａ、４Ｂ 第１の絞り
５ 第２の絞り
６、６Ａ、６Ｂ 鏡筒
７Ａ、７Ｂ 第１の開口
８ 第２の開口
９Ａ、９Ｂ 内面
１０、２０ 半田付け装置
１１、２１ チャンバ
１２、２２ 天板（天面の一例）
１３ 窓
１４ 赤外線ランプ（熱源の一例）
１５ 支持ピン
１６ 第１のインナーカバー（第１の遮光部材の一例）
２５ キャリア
２６ 筐体
２６３ 底面開口（開口の一例）
２７ 断熱ピン（支持部材の一例）
２８ 加熱プレート（伝熱プレートの一例）
２９ 第２のインナーカバー（第２の遮光部材の一例）
ＲＥ 放射エネルギー
ＳＡ 周囲領域（周囲空間）
ＴＡ 測定領域（測定対象）
Ｗ ワーク

Claims (6)

1. チャンバと、
   前記チャンバの底面又は前記底面近傍に配設された熱源と、
   前記チャンバの天面の一部に設けられた透光性の窓と、
   前記チャンバ外に配設され、前記窓を介してワークの任意の位置の温度を測定する放射型温度計と、
   前記チャンバ内の前記熱源の上部の前記ワークと前記チャンバの側面との間の周囲空間を塞ぐように配設された第１の遮光部材と、を備える、
   半田付け装置。
2. 前記チャンバの前記天面は前記放射型温度計の検出素子の感度波長域に対する放射率が０．５～１．０の範囲内である、
   請求項１に記載の半田付け装置。
3. 前記窓は石英ガラスを含み、前記放射型温度計の検出素子はＩｎＧａＡｓフォトダイオードを含む、
   請求項１又は請求項２に記載の半田付け装置。
4. 底面に開口を有する筐体と、
   前記開口の周囲に設けられた支持部材と、
   前記支持部材上に配設され、その上面側に前記ワークが配設される伝熱プレートと、
   前記底面と前記伝熱プレートとの隙間に沿って前記筐体内に配設された第２の遮光部材と、を備えるキャリアをさらに備える、
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半田付け装置。
5. 前記放射型温度計は、
   測定対象からの放射エネルギーを検出する検出素子と、
   前記測定対象と前記検出素子との間に配設され、前記測定対象からの前記放射エネルギーを集束させる集束レンズと、
   前記検出素子と前記集束レンズとの間に配設され、前記測定対象からの前記放射エネルギーの経路に沿って第１の開口が設けられた第１の絞りと、
   前記集束レンズと前記測定対象との間に配設され、前記測定対象からの前記放射エネルギーの経路に沿って第２の開口が設けられた第２の絞りと、
   前記検出素子、前記集束レンズ、前記第１の絞り及び前記第２の絞りの少なくとも一部を内部に収容する鏡筒と、を備える、
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の半田付け装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の半田付け装置の前記チャンバ内に前記ワークを配設する工程と、
   前記半田付け装置を用いて前記ワークを半田付けする工程と、を備える、
   半田付け製品の製造方法。
   

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