JPH04165694A - リフロー炉のリフロー条件の設定方法 - Google Patents

リフロー炉のリフロー条件の設定方法

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JPH04165694A
JPH04165694A JP29249690A JP29249690A JPH04165694A JP H04165694 A JPH04165694 A JP H04165694A JP 29249690 A JP29249690 A JP 29249690A JP 29249690 A JP29249690 A JP 29249690A JP H04165694 A JPH04165694 A JP H04165694A
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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、リフロー炉のリフロー条件の設定方法に関す
る。
(従来の技術及び解決すべき課題) マイクロエレクトロニクスの進歩と共にその接合技術と
してのはんだ付技術が、微小で、しかも微細な部材に適
用されるようになり、いわゆるマイクロソルダリングが
非常に重要になってきている。最近では精密はんだ付や
微小部のはんだ付技術が急速に発展してきており、同時
に自動化と省力化のための高い生産能率が要求されるよ
うになってきている。このような状況から、近年新しい
はんだ付技術として、はんだ付箇所に予めはんだを供給
しておき、これを熱風、赤外線、レーザ等の熱源を用い
て溶かしてはんだ付するリフローはんだ付方法が採用さ
れてきている。
このリフローはんだ付方法は、電子機器の小型化に伴っ
て従来のリード線付き部品に代わってチップ部品が用い
られるようになったこと、更に実装密度を高めるために
表面実装法が導入されるようになったこと等から、微小
になったはんだ付箇所を、正確に、且つ能率的に接合す
る必要に迫られるようになったことから広く使用される
ようになってきている。
更に、リフローはんだ付方法は、(I)適正組成のはん
だを適量だけ必要箇所にのみ供給できる、(II)浸漬
はんだ付性では避けることが出来ない不純物による汚染
が無い、(TII)表面実装が可能となるためにスルー
ホールが不要となる、(IV)ソルダレジスト処理が不
要となる等の多くの特徴かある。
リフローはんだ付を行なうためのリフロー類は、基板に
実装された部品のリード部を所定の温度に加熱するため
の予熱ゾーン、当該予熱ゾーンにおいて加熱された部品
のり一ト部を均一に加熱する均熱ゾーン、当該均熱ゾー
ンで所定温度に均一に加熱されたリート部をはんだが溶
融する所定温度にまで急速に加熱して溶融接合するだめ
の本加熱ゾーン等の各ゾーン、及び部品が実装された基
板を載置して予熱ゾーン、均熱ゾーン及び本加熱ゾーン
を所定の搬送速度で順次通過させるコンベア等により構
成されている。
ところで、従来、新規基板に対するリフロー炉の各加熱
ゾーンのヒータ温度の設定は、はんだ角回路基板に熱電
対を付け、目標の温度履歴(プロフィイル)となるよう
に、作業者の経験や勘によりヒータ温度設定を何回か変
えてリフロー条件を出している。
しかしながら、上記従来のヒータ温度の設定方法では、
作業者の経験や勘によりリフロー条件を出しているため
に、リフロー条件の設定に非常に時間を要し、作業性か
極めて悪いという問題がある。いわんや、経験の浅い作
業者かリフロー条件を設定する場合にはなおさらである
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、作業者の経
験や勘等に頼ることなく、数回のコンベア速度の変更に
より新規基板に対するリフロー条件を設定することが可
能なリフロー類のリフロー条件の設定方法を提供するこ
とを目的とする。
(課題を解決するための手段) −F記目的を達成するために本発明によれば、リフロー
炉における新規基板のリフロー条件の設定に際し、リフ
ロー炉の第1回目のヒータ温度の設定を、予めデータを
取って求めた係数と、コンベア速度及び前記基板の熱容
量と伝熱面積との比及び前記基板の目的温度とにより表
されるヒータ温度の関数とを用いて行ない、その測定結
果を用いて第2回目のリフロー条件を設定し、第3回目
以後のリフロー条件の設定を、第1回目のコンベア速度
と基板及び実装部品のリードの最高温度のデータと、第
2回目のコンベア速度と基板及び実装部品のリードの最
高温度のデータから線形近似により求め、前記実装部品
のリードが目的の最高温度に達するように前記コンベア
速度を設定するようにしたものである。
(作用) リフロー炉の第1回目のヒータ温度の設定を、予めデー
タを取って求めた係数と、コンベア速度及び前記基板の
熱容量と伝熱面積との比及び前記基板の目的温度とによ
り表されるヒータ温度の関数とを用いて行なう。そして
、コンベア速度、基板及び実装部品のリードの最高温度
の第1回目の測定を行ない、その測定結果を用いて第2
回目のリフロー条件を設定する。第3回目以後のリフロ
ー条件の設定は、第1回目のコンベア速度と基板及び実
装部品のリードの最高温度のデータと、第2回目のコン
ベア速度と基板及びリードの最高温度のデータから線形
近似により求める。そして、前記実装部品のリードが目
的の最高温度に達するように前記コンベア速度を設定す
る。このリフロー炉のリフロー条件の設定は、最低3回
の操作で行なうことができる。
(実施例) 以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて詳述する1
、 第1図においてリフロー炉1は、予熱ゾーンI均熱ゾー
ン■、本加熱ゾーン■及び基板を搬送するためのベルト
コンベア2等により構成されており、予熱ゾーン■、均
熱ゾーン■及び本加熱ゾーン■は水平に一直線に並んで
配置され、ベルトコンベア2はこれらの各ゾーンI〜■
に沿って水平に配置されている。
リフロー炉1は、各ゾーン■〜■の加熱方式として、予
熱ゾーン■に赤外線方式(IR方式)、均熱ゾーンHに
熱風方式(対流方式)、本加熱ゾーン■に赤外線及び熱
風方式を採用している。
予熱ゾーン■は、所定の間隔で離隔対向する2台の面ヒ
ータ3.4により構成されている。均熱ゾーン■は、ベ
ルトコンベア2の搬送方向に沿って並んで配置された2
台のエアヒータ5.6及びダクト7.7により構成され
ている。本加熱ゾーン■は、所定の間隔で離隔対向する
2台の面ヒータ8.9とエアヒータ10とにより構成さ
れている。
エアヒータ10のダクト11の熱風吐出口1.1aは均
熱ゾーン■の搬入側に、吸込口11bは本加熱ゾーン■
の搬出側に夫々ベルトコンベア2に臨んで開口して配置
されており、当該ダクト11にはヒータコア12、ブロ
ア13が設けられている。
ベルトコンベア2は、搬送用モータ15により矢印Aで
示す方向に駆動され、載置された基板20を、予熱ゾー
ンI、均熱ゾーン■、本加熱ゾーン■の中を所定の搬送
速度(以下「コンベア速度」という)で搬送する。面ヒ
ータ3.4.8.9は、夫々温度制御装置(図示せず)
に接続されその温度を調節可能とされ、エアヒータ5.
6は、夫々図示しない熱風源に接続され、前記温度制御
装置によりその熱風温度を調節可能とされている。また
、エアヒータ10のヒータコア12も前記温度制御装置
に接続されている。このエアヒータ10の熱風の温度は
後述するように所定の温度に固定される。そして、この
エアヒータ10の熱風は本加熱ゾーン■を循環して均一
温度にする。
以下に、リフロー炉1のヒータ温度の設定方法について
説明する。
先ず、リフロー炉1の各加熱ゾーンI −IIIの加熱
について説明する。第2図に示すように予熱ゾーンI、
本加熱ゾーン■の各面ヒータ3.4.8.9の各温度を
夫々T h +、Th2、Th3、Th、、均熱ゾーン
■のエアヒータ5.6の各温度をTa1r+、Ta1r
2、本加熱ゾーン■のエアヒータ10の温度をTa1r
、とする。
エアヒータ10の温度Ta1r、は、最大温度付近の2
50°程度で使用し、Ta1r、、Ta1r2は、本加
熱直前の目標基板温度Tafと等しくする。尚、均熱ゾ
ーン■に熱風方式を採用したことにより、設定温度以上
に温度が上昇することがなく、均一に加熱することが可
能となるという利点がある。
従って、残りのヒータ温度の設定は、4台の面ヒータ3
.4.8.9の温度Thl、 Th2、Th、、Th、
となる。そして、面ヒータ3と4の温度Th。
とTh3、面ヒータ8と9の温度Th、とThnを等し
く設定する。
また、第3図に示すように、基板20、当該基板20に
実装した部品21.当該部品21のリード22の3点の
表面温度を熱電対23.24.25により測定する。
熱電対23は、周辺に部品等がないこと及び当該基板2
0における最大温度になると予想される点aの温度をT
aを測定する。熱電対24は、基板20上に実装された
部品の中で最大熱容量の部品21のり−ド22即ち、最
も温度が上昇しにくいリードの点すの温度Tbを測定す
る。熱電対25は、前記最大熱容量の部品21の点Cの
温度Tcを測定する。これらの温度の測定は、例えば、
温度記録装置(リフローチエッカ)26により測定記録
する。そして、後述するようにこれらの3点a −Cの
温度プロファイルを第4図に示すように測定する。
次に、第5図(A)乃至第5図(D)に示すフローチャ
ートを参照しつつヒータ温度の設定方法について説明す
る。
最初に、第4図に示す温度プロファイルのm点(本加熱
ゾーン■)及びf点(均熱ゾーン■)の各目標リード温
度Tbm(例えば、210°C) 、Tbf(例えば、
160°C)を入力(ステップ1)する。
その他コンベア速度C3(例えば、0.7 m/min
 )、基板20の単位伝熱面積当たりの熱容量C/Aを
入力する。基板20の熱容量Cは、当該基板20の比熱
Cと体積Vとの積(cxV)で表され、体積Vは、基板
20の伝熱面積Aと板厚tとの積(AXt)で表される
。従って、単位面積当たりの熱容量(以下単に「熱容量
」という)C/Aは、C/A =(cAt)/A−ct
となり、基板20の板厚tの関数として表される。比熱
Cは、単位重量の均一物質の温度を10C上げるのに必
要な熱量(kJ/kg℃)である。そこで、基板20の
熱容量C/Aは当該基板20例えば、ガラスエポキシ樹
脂の比熱e (−0,8kJ/kg’C)と、その板厚
t (例えば、1.6+n+n)との積(C/A−ct
= 0.8X1.’6 )として入ツノする。
尚、初期コンベア速度C3は、0.6〜1.0 m/m
inの範囲に設定する。
次に、基板20の予熱ゾーン11均熱ゾーン■及び本加
熱ゾーン■の各温度Tak、 Taf及びTamを推定
(ステップ2)する。基板20上の1つの基準となるの
は、最大熱容量部品21のり−ト22の温度である(こ
の温度は、はんだの融点+α0Cという最低温度かm点
で必要であり、基板20の酸化を防ぎ、他の部品温度を
上げ過ぎないという要望のために当該温度を低く抑える
必要がある)。
しかしながら、リード22の温度は基板温度よりもむし
ろ部品温度に依存し、部品の種類か多いことと、リード
部22は、はんだの融点以上で浮く可能性があり、デー
タベースを作る信頼性がないことから基板温度を基準に
とり、ヒータ温度設定を行なう必要がある。そこで、T
a、k、Taf、 Tamの各温度を、例えば、次のよ
うに設定する。Tak=Tbf+5°C= 1.60+
 5 = 165℃、Taf=Tbf+5℃−165℃
、T am= T bm+ 15℃−210+ 15=
 225℃。
次に、エアヒータ温度の設定を行なう(ステップ3)。
これは、本加熱ゾーン■の直前の基板温度と等しく設定
し、エアヒータ5の温度Ta1r、は、Tbfよりも所
定温度ΔT(5〜10°C)だけ高い温度に設定する。
例えば、Ta1r+=Tairz=Tbf+10℃−1
70℃とする。また、エアヒータ10の温度Ta1r3
は、Ta1rs= (はんだの融点+a)= 250℃
に固定する。
次いで、第1回目の面ヒータ温度Th、、T h 2、
T113、The(リフロー条件)の設定を行なう(ス
テップ5)。尚、Th、=Th2、Th、=Th、、C
/A−ctである。第4図のに点(予熱ゾーンエ)にお
ける基板20の目標基板温度Takは、コンベア速度C
5、基板20の熱容量C/A (=ct) 、面ヒータ
3の温度Th、の関数と考えられる。従って、温度Th
は、逆に前記各値C3,C/A 、 Ta、にの関数T
h+= f (C5,C/A 、 Tak )    
   =(1)と考えられる。そして、この関数は、例
えば、実験計画法の手法により相関係数を求めて定める
ことができるが、最も簡単な式としては、次式に示すよ
うなTh、に関する一次式で表される。
Th、−a、C3+a、C/A +asTak+a4=
12)また、m点における基板20の目標基板温度Ta
mは、コンベア速度C3、基板20の値C/A (=c
D、面ヒータ8の温度Th、の関数と考えられ、従って
、温度Th、は、前記各値C3,C/A 、 Taf、
 Tamの関数 Tha= f (C3XC/A 、 Taf、  Ta
m)    =−(3)と考えられる。尚、本加熱ゾー
ン■の面ヒータ8の温度Th3は、当該本加熱ゾーン■
の直前の均熱ゾーン■の温度Tafにも依存する。この
関数の最も簡単な式は、前記式(2)と同様にTh、に
関する一次式で表される。
Tbs””b+cs+b2c/A +b3Taf+b4
Tam+b6・・・(4) よって、係数a、−a4、h1〜b、が決定されれば、
1回目の予熱ゾーン■における面ヒータ3の温度Th、
、本加熱ゾーン■における面ヒータ8の温度Tt+sを
設定することができる。これらの係数a1〜a4、b1
〜bSは、予めデータを採って求める。
いま、係数a 、 〜a、を、a、〜1.26.8 、
a、=70.99、a、、〜2,028 、a、=13
4.27とし、C3=0.7 m/min 。
C/A =ct=1.28、Tak=165℃とすると
、面ヒータ3の温度Th、は、前記(2)式からTh、
=380℃となる。
同様に係数す、−b、を、bl=131.9 、bz−
77,5、b3=1.307 、ba 〜2.584 
、ba=201.3とし、C8−0,7m/min 、
 C/A =ct=1.28、T af = 165℃
、Tam−225°Cとすると、面ヒータ8の温度Th
3は、前記(4)式からT h3= 356℃となる。
前記温度制御装置は、予熱ゾーン■の面ヒータ3.4及
び本加熱ゾーン■の面ヒータ8.9の各温度を前記設定
温度T h +、Th、及びTha、Th4に設定して
昇温し、これらの温度に調整(ステップ6)する。そし
て、各予熱ゾーン■、均熱ゾーン■、本加熱ゾーン■に
おける基板20、リード22の第1回目(n=1)にお
ける各最高温度を温度記録装置(リフローチエッカ)2
6で測定(ステップ7)し、当該測定結果から各温度T
ak=155℃、T af = 160℃、Tam=2
20℃、T bm= 205℃を読み取る(ステップ8
)。
次に、ステップ9においてn=n+1として第2回目に
進め、コンベア速度C3を補正(ステップ10)する。
即ち、コンベア速度C3を補正して基板20の温度T 
am= 225℃と、測定した最高温度Tan−220
℃との温度差分だけ温度を上げる(Tam−220+(
225−220)=225℃)。
コンベア速度C3は、ヒータ8の温度Th、、基板20
の温度Tam、 Taf、熱容量C/Aの関数C3= 
f (Th、、Tam、 Taf、 C/A)    
 −(5)として表され、 C3=(1/bt)(Thz−b<Tam −baTa
f +b2C/A −bs)・・・(6) として表される。
この式(6)の係数b1〜b、に、前記値す、=131
.9、b、=77゜5、ba=1.307 、b<=2
.584 、ba=201.3を、Tam=225℃、
Tam=220℃及びC/A=0.7m/minを代入
して、コンベア速度C3=0.65 m/minを得る
前記温度制御装置は、予熱ゾーンIの面ヒータ3.4及
び本加熱ゾーン■の面ヒータ8.9の各温度を前記設定
温度Th、、Th、及びThs、Th、に調整(ステッ
プ11)する。そして、各予熱ゾーンI、均熱ゾーン■
、本加熱ゾーン■における基板20、リード22の第2
回目(n=2)における各温度を温度記録装置(リフロ
ーチエッカ)26で測定(ステップ12)シ、当該測定
結果から例えば、温度Tbm=213℃を読み取る(ス
テップ13)。
次に、ステップ14においてn=n+1=3として第3
回目に進め、1回目と2回目の測定結果から、線形近似
してリード22が目的の最高温度となるようにコンベア
速度C3を推定する(ステップ15)。
即ち、このステップ15において第6図に示す1回目(
n−2)と2回目(n−1)の測定結果から次式(7)
により表される線形近似を用いてコンベア速度C83を
推定する。
C3” = (C3”−1−C3”−”)/ (Tbm
″−’ −Tba+″−2)X (Tbm’ −Tbm
”−2)+C3”   −(7)ここに、値Tbm’は
目標温度を示す。また、各値の右肩の添え字は測定回数
を表す。
従って、3回目n=3は、 C5’ = (CS” −C3’)/ (Tbm” −
Tbm’)X (Tbm0−Tbm’)+C3’   
   =(8)そして、式(8)に、CS!=0.65
(m/m1n) 、C3’ =0.7 (m/m1n)
 、Tbm’ =213℃、Tbm’ =205°C及
びTbm’ =210℃の値を代入して、C3” =0
.67(m/m1n)を得る。
前記温度制御装置は、予熱ゾーン■の面ヒータ3.4及
び本加熱ゾーン■の面ヒータ8.9の温度Th、及びT
hsを調整しくステップ16)、温度記録装置(リフロ
ーチエッカ)26により3回目の測定を行ない(ステッ
プ17)、測定回数nを1だけ進める(ステップ18)
。この測定は、目標温度Tb+++=210℃に達した
時に終了する。そして、測定回数nがN回目を越えたか
否かを判別(ステラ19)し、その判別答が否定(NO
)の場合にはステップ12に戻り3回目と2回目の測定
結果から線形近似によりコンベア速度C3を設定する。
これにより更に精度が上がる。そして、所定回数Nだけ
繰り返しステップ19の答が肯定(YES)  となる
と当該温度設定が終了する。
このようにして線形近似を行ない、リード22が目的の
最高温度T bmQとなるようにコンベア速度C8を設
定する。これにより数回のコンベア速度の変更で目的の
最高温度に設定することができる。
また、ヒータ温度を変更しないために温度調整時間が不
要である。
(発明の効果) 以上説明したように本発明によれば、リフロー炉におけ
る新規基板のリフロー条件の設定に際し、リフロー炉の
第1回目のヒータ温度の設定を、予めデータを取って求
めた係数と、コンベア速度及び前記基板の熱容量と伝熱
面積との比及び前記基板の目的温度とにより表されるヒ
ータ温度の関数とを用いて行ない、その測定結果を用い
て第2回目のリフロー条件を設定し、第3回目以後のリ
フロー条件の設定を、第1回目のコンベア速度と基板及
び実装部品のリードの最高温度のデータと、第2回目の
コンベア速度と基板及び実装部品のリードの最高温度の
データから線形近似により求め、前記実装部品のリード
が目的の最高温度に達するように前記コンベア速度を設
定するようにすることにより、数回のコンベア速度の変
更で目的の最高温度に設定することができ、新規基板に
対するリフロー条件の設定が容易となり、経験の少ない
作業者でも容易にリフロー条件を設定することが可能と
なる。更にヒータ温度を変更しないために、温度調整時
間が不要であり、簡単に行なうことかでき、作業能率を
大幅に向上させることが可能となるという優れた効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るリフロー炉のリフロー条件の設定
方法を実施するためのリフロー炉の一実施例を示す構成
図、第2図は第1図のリフロー炉の各加熱ゾーンにおけ
る加熱温度を示す図、第3図は第1図のリフロー炉によ
りはんだ付する基板に部品を実装した状態における各部
の温度測定を示す図、第4図は第3図の実装基板の各部
における温度プロファイルを示す特性図、第5図(A、
)〜第5図(D)は本発明方法を実施するための手順を
示すフローチャート、第6図はコンベア速度を変えて実
装部品のリードを目的の最高温度にする場合のグラフで
ある。 1・・・リフロー炉、2・・・ベルトコンベア、3.4
8.9・・・面ヒータ、5.6.10・・・エアヒータ
、15・・・搬送用モータ、20・・・基板、21・・
・実装部品、22・・・リード、23〜25・・・熱電
対、26・・・温度記録装置(リフローチエッカ)。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. リフロー炉における新規基板のリフロー条件の設定に際
    し、リフロー炉の第1回目のヒータ温度の設定を、予め
    データを取って求めた係数と、コンベア速度及び前記基
    板の熱容量と伝熱面積との比及び前記基板の目的温度と
    により表されるヒータ温度の関数とを用いて行ない、そ
    の測定結果を用いて第2回目のリフロー条件を設定し、
    第3回目以後のリフロー条件の設定を、第1回目のコン
    ベア速度と基板及び実装部品のリードの最高温度のデー
    タと、第2回目のコンベア速度と基板及び実装部品のリ
    ードの最高温度のデータから線形近似により求め、前記
    実装部品のリードが目的の最高温度に達するように前記
    コンベア速度を設定することを特徴とするリフロー炉の
    リフロー条件の設定方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010058152A (ja) * 2008-09-05 2010-03-18 Omron Corp 加熱条件決定装置、加熱条件決定方法、温度プロファイル予測装置およびプログラム

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