JPH0350790A - リフロー装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は電子機器等に用いられる回路基板を製造する工
程におけるリフローはんだ付けに使用するリフロー装置
に関するものである。

従来の技術 表面実装回路基板は通常次の工程で製造される。

１）基板へのはんだ材料（クリームはんだ）印刷、２）
部品のマウント、 ３）リフローはんだ付け。

この工程で使用される従来のリフローはんだ付は装置は
、第４図に示すようにトンネル状の炉体１と、加熱され
る回路基板２を搬送するコンベア３と、ヒータ４と、冷
却ファン５を有する。回路基板２はコンベア３上に載置
されＡからＡ′の方向に炉体１内を搬送される。搬送過
程で基板２はヒータ４からの輻射熱及びヒータ４で加熱
された炉体１内の空気の熱伝達により加熱され、回路基
板２の温度上昇に伴い基板に印刷されたクリームはんだ
は溶融したのち冷却ファンで室温に近い空気を当てられ
冷却され、はんだが固まり、はんだ付けが完了する。こ
の時の温度変化はおおよそ第５図に示す形となる。通常
基板の温度を単純に上昇させるのではなく、基板の温度
を一度Ｂ−Ｃ間のように保持し加熱を行う。このためリ
フロー装置は複数のヒータを持ち、加熱ゾーンを複数に
分けている。

はんだが溶融するためには第５図におけるピーク点りの
温度を２００℃前後の温度に加熱することが必要で、リ
フロー装置の加熱条件を適正にする方法として従来から
回路基板に熱電対等の温度センサを取り付は回路基板の
温度上昇を実測し、所望とする温度になるまで繰り返し
温度設定値を変更する方法が取られてきた。

発明が解決しようとする課題 しかしながら回路基板上には多種多様な部品が載置され
ているので、加熱条件を最適に設定するためには多数の
熱電対を回路基板上に取り付け、温度状態を測定するこ
とが必要とされていた。この作業は複雑でありかつ最適
な設定値を決定するには多くの時間と作業者の熟練を要
した。

また加熱ヒータが複数系統あるため、ヒータ設定値を変
更することによって、ヒータ設定値を変更したゾーンの
炉内空気温度はもとより、ヒータ設定値を変更したゾー
ンの周辺ゾーンの炉内空気温度も変化してしまうため、
全体の加熱状態が変化してしまうことがあった。

そこで本発明は、回路基板の温度を実測することなしに
加熱条件設定を決定することが可能なリフロー装置を提
供することを目的とする。

また本発明の第２の目的は各ゾーンのヒータ設定値変更
が周辺ゾーンに与える影響を考慮し、適正なヒータ設定
値を与えるリフロー装置を提供するものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するための本発明の第１の発明のリフロ
ー装置は、リフロー装置の加熱特性データと被加熱物の
被加熱特性データを入力として持ち、被加熱物の温度が
所望の温度になるヒータ設定値を自動的に算出する計算
機構と、前記計算機構の計算結果を目標入力としてヒー
タの制御を行うヒータ制御器を有するものである。

また本発明の第２の発明のリフロー装置は加熱機構の被
加熱物に対する加熱の影響を、リフロー装置の有する複
数のヒータの温度もしくはヒータの出力電力を独立変数
とする関数の形式で持つ加熱特性データを有し、被加熱
物の温度が所望の温度になるヒータ設定値を自動的に算
出する計算機構と、前記計算機構の計算結果を目標入力
としてヒータの制御を行うヒータ制御器を有するもので
ある。

作　　　用 本発明の第１の発明による作用は以下のようになる。

リフロー装置内における加熱は輻射と伝達によって行わ
れる。輻反射熱量は熱源であるヒータと回路基板・部品
の温度及び輻射率によって決定され、また伝達熱量は炉
内の空気と回路基板・部品の温度及び熱伝達係数で決定
される。この計算方式に基づいて加熱途中のある時点に
おける温度許容範囲を１時点以上について設定すると、
予め与えた第１の加熱条件における回路基板の温度計算
の結果から基板温度が前記温度許容範囲条件を満足して
いるか否かの判断を下すことが可能である。判断の結果
、前記回路基板に対する温度許容範囲条件を満足しない
場合リフロー装置のヒータ設定温度を変更、第２の設定
温度を決定し、回路基板第２の温度計算を行い前記許容
温度範囲条件に対する第２の評価を下すことが可能であ
る。このヒータ温度設定・評価の過程を繰り返し行うこ
とで、回路基板に対するヒータ設定条件を計算により自
動的に求めることが可能となる。この計算結果であるヒ
ータ設定値を目標値としてリフロー装置のヒータの制御
を行うことによって実際の温度測定を行わずに、また熟
練技能を持たないものにも適正な加熱を行うことが可能
となる。

次に第２の発明による作用について説明する。

各ゾーンの空気温度は当該ゾーンに取り付けられたヒー
タの温度と、その周辺ゾーンのヒータの温度によって決
定される。ヒータの設定温度は独立な変数と考えること
ができるので、空気温度はヒータ設定温度に従属な変数
であり、各ゾーンのヒータ設定値と各ゾーンの空気の温
度の関係を関数の形でデータとし、て持たせることがで
きる。加熱量は前述のようにヒータと回路基板・部品の
温度及び輻射率、炉内の空気と回路基板・部品の温度及
び熱伝達係数で決定されるので、各ヒータの設定値と炉
内空気温度の関係を関数の形で持つことによって、各ヒ
ータの設定値を変更した場合における炉内空気温度を正
確に把握することができるので、ヒータの設定値の自動
決定をより正確に行うことが可能となる。

なおヒータ設定温度の代わりにヒータの設定出力電力を
独立変数とみなすことも可能である。

実施例 以下本発明の一実施例について、図面を参照して説明す
る。尚、第４図で説明した構成要素と同一のものについ
ては同一参照番号を付して説明を省略する。

第１図は同実施例におけるリフロー装置の構成を示すブ
ロック図及び断面図である。同図において１１はリフロ
ー装置の加熱特性データ、１２は被加熱物の被加熱特性
データ、１３は計算機構、１４はヒータ制御器である。

また、１７は基板の許容温度範囲として与えられるデー
タである。

計算機構１３はリフロー装置の加熱特性データ１１と被
加熱物の被加熱特性データ１２がら温度計算を行い、許
容温度範囲データ１７を満足するヒータ設定条件を求め
る。求められたヒータ設定値は計算機構からヒータ制御
器１４へ送られ、ヒータ制御器はこのヒータ設定値を目
標値としてヒータの温度制御を行う。

第２図は同実施例における計算機構１３の計算の流れを
示す流れ図で、ステップ＃２１では計算のためのヒータ
の初期設定値を決定し、ステップ＃２２ではヒータの設
定値から炉内の空気温度を計算し、さらにステップ＃２
３では温度決定されたヒータ設定値から回路基板の温度
を計算する。

ステップ＃２４では与えられた許容温度範囲を満足する
か否かを判定し、判定の結果満足していれば計算を終了
し設定値はヒータ制御器へ送られる。許容温度範囲を満
足していなければステップ＃２５で設定値変更を行った
のちステップ＃２２の空気温度計算へ送られステップ＃
２３の回路基板温度計算、ステップ＃２４の判断と繰り
返し計算が行われる。

第１図に示す３つの独立なヒータ加熱ゾーンを持つリフ
ロー装置では、各ゾーンにおいて温度許容範囲を設定す
るのが適切で、この場合第３図の流れ図のように、ステ
ップ＃３１でヒータ初期設定を行った後、ステップ＃３
２では許容温度範囲を判定するゾーンを第１ゾーンと指
定し、ステップ＃３３で炉内の空気温度を決定する。ス
テップ＃３４で指定されたゾーンまでの温度計算を行っ
た後、ステップ＃３５で指定されたゾーンでの温度許容
範囲と基板温度との関係を判定し、判定の結果温度許容
範囲を満足していなければステップ＃３６でヒータの温
度設定値を変更し、再度ステップ＃３２で判定ゾーンを
１に設定し、ステップ＃３３の空気温度決定へ戻り、繰
り返し計算が行われる。ステップ＃３５で温度許容範囲
を満足していれば、ステップ＃３７で全ゾーンの評価を
満足したかどうかを判定し、全ゾーン評価が終了してい
れば計算を終了し、評価が終了していなければステップ
＃３８で評価ゾーンを次のゾーンに移し次のゾーンでの
回路基板温度計算を行う。

第２図におけるステップ＃２２及び第３図におけるステ
ップ＃３３の炉内空気温度決定では、各ヒータの設定値
と炉内の各ゾーンの空気温度の関係を代表点における複
数の線形関数の形式で持っており、次の（１）式で表さ
れるものである。

ｎＸ１　　　　　ｎｘｎ　　　　　ｎＸ１　　　　　　
　ｎＸ１（１ｉ　　　ｎ、１　　　ｊ　　　ｎ）　　　
　　　　　　　（１）（１）式においてＴａｉはｉゾー
ンにおける空気の温度、Ｔ、はｉゾーンにおけるヒータ
の設定温度、Ｔ５１はｉゾーンのヒータの基準となる温
度、Ｔ、３゜は基準となるヒータ温度をとったときのｉ
ゾーンの空気の温度、ｆｉＪはｊゾーンのヒータ温度が
基準温度から変動した時に、ｉゾーンの空気温度に与え
る影響係数である。ただしＴ１の設定が大きく変動する
場合にはｆＩＪ及びＴ　ａ　ｓ　ｉを複数組持つもので
ある。第１図に示す３つの加熱ゾーンを持つリフロー装
置においてはｉ、ｊともに１から３の値をとる。

発明の効果 以上のように本発明の第１の発明によれば、回路基板に
直接熱電対を取り付けることなしにヒータの温度設定を
自動的に行うことができると同時に、作業者の熟練も必
要としない。また同時に、回路基板の設計時点でリフロ
ー装置の設定条件が見いだせるので、新規に生産を開始
する場合、円滑な生産の開始を行うことが可能である。

また第２の発明によれば、複数のヒータの設定値を変更
した場合でも、炉内の温度が正確に把握することが可能
となり、第１の発明で計算されるヒータ設定値がより正
確に求められるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるリフロー装置の制御
ブロック図を合わせて示したリフロー装置の断面図、第
２図、第３図は同実施例における計算の流れ図、第４図
は従来のリフロー装置の断面図、第５図はリフローを行
う際の基板の温度変化を示すグラフである。 １・・・・・・炉体、２・・・・・・回路基板、３・・
・・・・搬送装置、４・・・・・・ヒータ、５・・・・
・・冷却ファン、１１・・・・・・リフロー装置の加熱
特性データ、１２・・・・・・被加熱物の被加熱特性デ
ータ、１３・・・・・・計算機構、１４・・・・・・ヒ
ータ制御器、１５・・・・・・許容温度範囲データ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子部品が装着された回路基板等の被加熱物を搬
   送する機構と、被加熱物を加熱する複数組の加熱機構を
   有するリフロー装置において、リフロー装置の加熱特性
   データと被加熱物の被加熱特性データを入力として持ち
   被加熱物の温度が所望の温度になるヒータ設定値を自動
   的に算出する計算機構と、前記計算機構の計算結果を目
   標入力としてヒータの制御を行うヒータ制御器を有する
   ことを特徴とするリフロー装置。
2. （２）電子部品が装着された回路基板等の被加熱物を搬
   送する機構と、被加熱物を加熱する複数組の加熱機構を
   リフロー装置において、前記加熱機構の被加熱物に対す
   る加熱の影響を、リフロー装置の有する複数のヒータの
   温度もしくはヒータの出力電力を独立変数とする関数の
   形式で持つ加熱特性データと、被加熱物の被加熱特性デ
   ータを入力として持ち被加熱物の温度が所望の温度にな
   るヒータ設定値を自動的に算出する計算機構と、前記計
   算機構の計算結果を目標入力としてヒータの制御を行う
   ヒータ制御器を有することを特徴とするリフロー装置。