JPH09219582A - リフロー装置およびその温度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プリント基板を一様に加熱するのではなく、
その上の特定の場所々々に応じて選択的に加熱温度を調
整することのできるリフロー装置およびその温度制御方
法を提供することにある。 【解決手段】 プリント基板３は搬送コンベア２によ
り、リフロー装置１の中をプリヒート領域１ａからリフ
ロー領域１ｂに搬送されてくる。リフロー領域１ｂに
は、搬送方向に温度センサ８と９が配列されており、制
御装置１１は該温度センサ８、９の検知温度により、プ
リント基板の加熱温度を予測する。そして、該予測加熱
温度と設定温度に差がある場合には、この差を補正すべ
く、制御装置１１は補助加熱ノズルユニット１０の流量
調整バルブを制御する。この結果、プリント基板の加熱
温度はほぼ設定温度になり、信頼性の高い半田付けを行
えるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はリフロー装置およ
びその温度制御方法に関し、特に、基板上に実装された
電子回路部品を、該基板上に半田接合するためのリフロ
ー装置およびその温度制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリント基板に電子部品を半田付けする
方法として、一般的に、リフロー装置による半田付けが
行われている。図１０は、該リフロー装置の一般的な構
造を示す図である。リフロー装置２０は、図示されてい
るように、プリヒート領域とリフロー領域とに分かれて
いる。プリヒート領域には、主ヒータ２３ａ〜２３ｄ
と、ファン２４ａ〜２４ｄが設置されており、またリフ
ロー領域には、主ヒータ２５ａ、２５ｂと、ファン２６
ａと２６ｂが設置されている。該リフロー装置２０中央
には、前記プリヒート領域からリフロー領域に向かっ
て、プリント基板２２を搬送するプリント基板搬送コン
ベア２１が備えられている。該リフロー装置の温度制御
は、従来、各主ヒータの温度をモニタするセンサと、設
定した温度に主ヒータを制御するコントローラとにより
行われている。

【０００３】このような構成のリフロー装置により半田
付けをする場合には、半田付けされるプリント基板は、
リフロー装置に入る前工程でペースト状の半田を転写さ
れ、この上に電子部品が実装される。次いで、プリント
基板搬送コンベア２１によってリフロー装置２０のプリ
ヒート領域に入れられ、予備加熱をされる。次いで、リ
フロー領域に運ばれ、半田付けが完成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記の説明から明らか
なように、プリント基板搬送コンベア２１で運ばれたプ
リント基板２２はプリヒート領域およびリフロー領域で
一様に加熱されて半田付けをされる。しかしながら、プ
リント基板の両端は、前記搬送コンベア２１に接触して
いるため、ヒータによって加熱された該プリント基板の
熱は該搬送コンベア２１に奪われてしまい、プリント基
板内の温度にばらつきが生じてしまう。しかしながら、
従来の一様加熱の方式では、この温度ばらつきに対処で
きないという問題があった。

【０００５】また、近年、電子部品の高密度化、高速化
等により、ヒートシンクを備えた部品がプリント基板に
実装されることがある。これらの部品は、熱容量が大き
いため、リフロー炉内で温度が上がりにくい傾向にあ
り、該部品を実装したプリント基板を一様加熱により半
田付けをすると、半田付けが不十分な部品が発生する虞
れが生ずる。

【０００６】また、表面実装部品を両面に実装されるプ
リント基板が存在するが、このプリント基板の半田付け
は、２回のリフローを行うことによって行われる。１回
目のリフローは通常通りに行われるが、２回目のリフロ
ーでは、最初に部品が実装された面は、このリフロー装
置内では下側面となる。しかしながら、該下側面の温度
が高くなり過ぎると、該プリント基板の下側面に実装さ
れている部品が落下してしまうという不具合が生ずる。
さらに、部品によっては、特定の温度以上に加熱される
と部品の信頼性が損なわれることになり、半田付け後の
プリント基板の信頼性が低下するという問題があった。

【０００７】この発明の目的は、前記した従来技術の問
題点を除去し、プリント基板を一様に加熱するのではな
く、その上の特定の位置に応じて選択的に加熱温度を調
整することのできるリフロー装置およびその温度制御方
法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、電子部品を実装された基板を加
熱し半田付けを行うリフロー装置において、該基板を搬
送する搬送コンベア手段と、該搬送コンベア手段の搬送
方向に配置され、該基板の加熱温度を予測するのに使用
される少なくとも２つの温度センサと、該基板の加熱予
測温度と設定温度の差を補正する加熱または冷却補助手
段とを具備した点に特徴がある。また、請求項３の発明
は、電子部品を実装された基板を加熱し半田付けを行う
リフロー装置の温度制御方法において、該リフロー装置
内に配置された温度センサを用いて、装置内に設けられ
たヒータでは制御しきれない基板の端部または高熱容量
部品の加熱温度を予測し、該加熱温度に過不足がある場
合には、加熱補助装置によって部分的な加熱または冷却
を行い、適正な加熱温度に制御するようにした点に特徴
がある。

【０００９】この発明によれば、基板を従来方式のよう
に一様に加熱するのではなく、部分的に加熱温度の制御
をすることができるようになる。このため、プリント基
板の熱が搬送コンベアに奪われて、基板内の温度にばら
つきが生じたり、熱容量の異なる部品が基板上に搭載さ
れて基板上の要求加熱温度にばらつきが生じたりして
も、これに適正に対処することができるようになる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
を詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態の説明図
である。リフロー装置１は、図示されているように、プ
リヒート領域１ａとリフロー領域１ｂとに分かれてい
る。プリヒート領域１ａとリフロー領域１ｂとには、そ
れぞれ主ヒータ４ａ〜４ｄ、６ａ、６ｂが配置され、こ
れらの主ヒータの近傍には、該主ヒータから放出された
熱を拡散するファン５ａ〜５ｄ、７ａ、７ｄが配置され
ている。また、リフロー領域１ｂには、温度センサ８、
９がプリント基板３を搬送する搬送コンベア２の搬送方
向（矢視ａ方向）に設置されている。１０は補助加熱ノ
ズルユニットである。また、１１は前記温度センサ８、
９からの温度信号に基づいて、補助加熱ノズルユニット
１０の動作制御信号を生成する制御装置である。前記温
度センサ８、９、補助加熱ノズル１０等は、図２に示さ
れているように、リフロー装置１の奥行き方向、すなわ
ち搬送コンベア２の幅方向に複数個配列されている。な
お、温度検知の分解能は、該搬送コンベア２の幅方向に
並んでいる温度センサのピッチと、該温度センサの測定
時間のインターバルにより決まる。該測定時間のインタ
ーバルは、制御装置１１のプログラムにより調整するこ
とができる。

【００１１】図３は前記補助加熱ノズルユニット１０の
一具体例を示す図である。補助加熱ノズルユニット１０
は高温の空気を運ぶ第１のパイプ１２と低温の空気を運
ぶ第２のパイプ１３と、それぞれの空気の流量を調整す
る流量調整バルブ１２ａ、１２ｂ、…、および１３ａ、
１３ｂ、…から構成されている。流量調整バルブ１２
ａ、１２ｂ、…が開かれると、高温の空気がノズル１０
ａ、１０ｂ、…に導かれ、該ノズルの下を通るプリント
基板の部位が加熱される。逆に、流量調整バルブ１３
ａ、１３ｂ、…が開かれると、低温の空気がノズル１０
ａ、１０ｂ、…に導かれ、該ノズルの下を通るプリント
基板の部位が冷却される。

【００１２】次に、前記制御装置１１の動作の一例を、
図４のフローチャートを参照して説明する。ステップＳ
１にてプリント基板３がリフロー装置１のリフロー領域
１ｂに搬入されると、ステップＳ２に進んで、制御装置
１１は温度センサ８ａ、８ｂ、…のそれぞれの温度Ｔ1
a、Ｔ1b、…を測定する。次いで、温度センサ９ａ、９
ｂ、…の温度Ｔ2a、Ｔ2b、…を測定し、ステップＳ４で
プリント基板３の個々の部位が加熱される予想温度Ｔ4
a、Ｔ4b、…を求める。ステップＳ５では、該予想温度
とプリント基板３の各部位の設定温度とを比較する。予
想温度Ｔ4a、Ｔ4b、…が該設定温度よりも低い時には、
ステップＳ６に進んで、制御装置１１は高温空気バルブ
１２ａ、１２ｂ、…を計算された時間および流量分だけ
開ける。一方、ステップＳ５の比較の結果、予想温度Ｔ
4a、Ｔ4b、…が設定温度よりも高い時には、ステップＳ
７に進んで、制御装置１１は低温空気バルブ１３ａ、１
３ｂ、…を計算された時間および流量分だけ開ける。さ
らに、予想温度Ｔ4a、Ｔ4b、…が設定温度の許容範囲内
にあれば、高温および低温の空気バルブに変化を与える
ことなくステップＳ８に進む。ステップＳ８では、プリ
ント基板はリフロー装置を通過し終わったか否かの判断
がなされ、この判断が否定の時にはステップＳ２に戻っ
て、再度前記の処理が繰り返される。ステップＳ８の判
断が工程になると、一連の処理は終了する。

【００１３】図５の温度変化図は前記の処理を表したも
のであり、制御装置はリフロー領域において、温度セン
サ８ａ、９ａの検出温度Ｔ1aとＴ2aとから、加熱温度Ｔ
4aを予想する。この予想温度Ｔ4aが設定温度Ｔ3aより低
い場合には、例えば時間ｔ0において高温空気バルブ１
２ａを計算された時間および流量分だけ開度し、プリン
ト基板３の前記温度センサ８ａ、９ａに対向する部位が
設定温度まで加熱されるように補正する。

【００１４】以上のように、本実施形態によれば、プリ
ント基板上の複数箇所の温度変化を２次元のポイントで
検知することができる。このため、プリント基板に対す
る温度制御を２次元のポイントで制御することができ
る。この実施形態を用いると、リフロー装置内に設けら
れた従来のヒータでは制御しきれないプリント基板の端
部の温度の乱れに起因するプリント基板内の温度のばら
つきに対して、効果的に対処することができる。

【００１５】次に、本発明の第２の実施形態を図６によ
り説明する。この実施形態が図１のそれと異なる点は、
搬送コンベアの裏側にも温度センサ８´、９´を設け、
プリント基板３の裏側の加熱温度も、表側の加熱温度と
同様に制御することができるようにしたものである。な
お、図６中の図１と同じ符号は、図１と同一または同等
物を示している。

【００１６】この実施形態によれば、表面実装部品が両
面に実装されるプリント基板の半田付けに有効である。
すなわち、２回目のリフローでは、最初に部品が実装さ
れた面は、このリフロー装置内では下側面となるが、本
実施形態の装置によれば、該下側面の温度を補助加熱ノ
ズルユニット１０´によって低くすることができるの
で、該プリント基板の下側面に実装されている部品が温
度上昇により落下するという不具合を防止することがで
きる。

【００１７】次に、本発明の第３の実施形態を、図７に
示す。この実施形態は、リフロー領域１ｂの所定位置に
基板通過センサ１５を設け、該センサ１５による基板通
過検知信号と搬送コンベア速度とから、プリント基板３
の特定位置が温度センサ８（８ａ、８ｂ、…）および９
（９ａ、９ｂ、…）の下を通過する時間を検出し、その
時の検出温度から該特定位置の加熱温度を計算で予測
し、該特定位置の予測温度が設定温度になっていない時
には、補助加熱ノズルユニット１０を作動させて、該特
定位置が予定の設定温度になるように制御するものであ
る。

【００１８】本実施形態の動作を、図７および図８のフ
ローチャートを参照して説明する。ステップＳ１１で
は、プリント基板３の先端が基板通過センサ１５を通過
したか否かが判断される。この判断が肯定になると、ス
テップＳ１２に進んで、制御装置１１は搬送コンベア速
度から特定位置、例えば図９の電子部品３ａの位置が温
度センサ８の下に来たか否かを判断する。この判断が肯
定になると、ステップＳ１３に進んで、温度センサ８の
温度Ｔ1 が測定される。次に、ステップＳ１４に進み、
制御装置１１は搬送コンベア速度から前記特定位置が温
度センサ９の下に来たか否かを判断する。この判断が肯
定になると、ステップＳ１５に進んで、温度センサ９の
温度Ｔ2 が測定される。次いで、ステップＳ１６にて、
前記特定温度の加熱予想温度Ｔ4 が計算で求められる。
ステップＳ１７では、前記加熱予想温度Ｔ4 と前記指定
位置の設定温度とが比較され、加熱予想温度Ｔ4 が前記
指定位置の設定温度より低い時にはステップＳ１８に進
み、高い時にはステップＳ１９に進む。ステップＳ１８
では、高温空気バルブ１２ａ、１２ｂ等が計算された時
間の間、流量分だけ開かれる。また、ステップＳ１９で
は、低温空気バルブ１３ａ、１３ｂ等が計算された時間
の間、流量分だけ開かれる。

【００１９】ステップＳ１７にて前記加熱予想温度Ｔ4
が前記指定位置の設定温度の許容範囲内にあると判断さ
れた時、あるいはステップＳ１８、Ｓ１９の処理が終わ
ると、ステップＳ２０に進んで、プリント基板はリフロ
ー装置を通過したか否かが判断される。この判断が否定
の時には、ステップＳ１２に進んで、他の指定位置、例
えば図９の電子部品３ｂの半田付けに対する加熱処理が
行われる。

【００２０】以上の処理を続行すると、例えば電子部品
３ａが温度が上がり易い部品であり、電子部品３ｃがヒ
ートシンク等がされた温度の上がり難い部品であったよ
うな場合には、電子部品３ａに対しては補助加熱ノズル
ユニット１０から低温空気が供給されたり、逆に電子部
品３ｃに対しては補助加熱ノズルユニット１０から高温
空気が供給される等して、これらの部品の半田付け温度
を電子部品毎に制御することができるようになる。この
結果、プリント基板全体の半田付けを電子部品毎に設定
された温度で行うことができるようになり、信頼性の高
い半田付けを行うことができるようになる。

【００２１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１、３〜５の発明によれば、リフロー装置内を通過する
プリント基板の加熱温度が均一になるように、きめ細か
い制御ができるという効果がある。また、基板の種類に
よって異なる加熱条件の設定作業を簡素化できると共
に、理想的なリフロー条件をプリント基板上の全てのポ
イントで可能にすることができるという効果もある。

【００２２】また、請求項２、６の発明によれば、プリ
ント基板上の特定の位置の加熱温度を任意に制御できる
ので、プリント基板上に半田付けされる部品の熱容量等
に応じた加熱温度で半田付けをすることができる。この
ため、半田付けの信頼性を大きく向上することができ
る。また、高温に弱い電子部品の半田付けは比較的低い
温度で行うことができ、該電子部品の熱による破損を防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態のリフロー装置の説
明図である。

【図２】 温度センサおよび補助加熱・冷却ノズルの配
列状態を説明する図である。

【図３】 補助加熱ノズルユニットの一具体例の構成を
示す図である。

【図４】 第１の実施形態の動作を説明するフローチャ
ートである。

【図５】 該第１の実施形態の温度特性を示す図であ
る。

【図６】 本発明の第２の実施形態のリフロー装置の説
明図である。

【図７】 本発明の第３の実施形態のリフロー装置の説
明図である。

【図８】 第３の実施形態の動作を説明するフローチャ
ートである。

【図９】 第３の実施形態によってプリント基板に電子
部品が半田付けされる様子を説明する図である。

【図１０】 従来のリフロー装置の説明図である。

【符号の説明】 １…リフロー装置、２…搬送コンベア、３…プリント基
板、４ａ〜４ｄ、６ａ、６ｂ…主ヒータ、５ａ〜５ｄ、
７ａ，７ｄ…ファン、８、９…温度センサ、１０…補助
加熱ノズルユニット、１１…制御装置、１５…基板通過
センサ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子部品を実装された基板を加熱し半田
   付けを行うリフロー装置において、 該基板を搬送する搬送コンベア手段と、 該搬送コンベア手段の搬送方向に配置され、該基板の加
   熱温度を予測するのに使用される少なくとも２つの温度
   センサと、 該基板の加熱予測温度と設定温度の差を補正する加熱ま
   たは冷却補助手段とを具備したことを特徴とするリフロ
   ー装置。
2. 【請求項２】 請求項１のリフロー装置において、 前記基板の通過を検知するセンサと、 該センサの検知信号と前記基板の搬送速度から基板の特
   定位置を検出する手段とをさらに具備し、 該特定位置の加熱温度を制御するようにしたことを特徴
   とするリフロー装置。
3. 【請求項３】 電子部品を実装された基板を加熱し半田
   付けを行うリフロー装置の温度制御方法において、 該リフロー装置内に配置された温度センサを用いて、装
   置内に設けられた主ヒータでは制御しきれない基板の端
   部または高熱容量部品の加熱温度を予測し、該加熱温度
   に過不足がある場合には、加熱補助装置によって部分的
   な加熱または冷却を行い、適正な加熱温度に制御するこ
   とを特徴とするリフロー装置の温度制御方法。
4. 【請求項４】 請求項３のリフロー装置の温度制御方法
   において、 前記基板上の複数箇所の温度を検知し、該基板の変化を
   ２次元的に検知するようにしたことを特徴とするリフロ
   ー装置の温度制御方法。
5. 【請求項５】 請求項３のリフロー装置の温度制御方法
   において、 前記基板上の複数箇所の温度を検知し、該基板に対する
   温度制御を２次元的に行うようにしたことを特徴とする
   リフロー装置の温度制御方法。
6. 【請求項６】 請求項３のリフロー装置の温度制御方法
   において、 前記基板上の複数箇所の温度を検知し、該基板に対する
   温度制御を部分的に行うようにしたことを特徴とするリ
   フロー装置の温度制御方法。