(57)【要約】【課題】フラックスの炉内蓄積や基板付着を防止すると同時に、各加熱ゾーンの温度独立性をも向上させることができるダクトレスタイプのリフロー装置を提供する。【解決手段】各加熱ゾーンＺの実測温度を、各加熱ゾーンＺに対してそれぞれ設定された設定温度範囲に近づけるべく、各加熱器２１の出力をそれぞれ制御するとともに、前記実測温度が設定温度範囲より高い加熱ゾーンについて、その加熱ゾーンＺでの実測温度が時間とともに上昇している場合は、当該加熱ゾーンＺでの調節バルブ４４を開方向に駆動する一方、前記実測温度が時間とともに下降している場合は当該加熱ゾーンＺでの調節バルブ４４を閉方向に駆動するように構成した。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる温度に調節可能な複数の加熱ゾーンを直列させた炉を具備し、前記各加熱ゾーンを基板が通過することでハンダ付けされるように構成したリフロー装置において、
前記各加熱ゾーンにそれぞれ付帯させたガス循環室と、冷却回路と、制御部とを具備し、
前記ガス循環室が、内部に加熱器及びガス循環用の第１のブロアを有し、各加熱ゾーンに開口させたガス吹出口からガスを吹き出すとともに、各加熱ゾーンに開口させたガス吸込口からガスを吸い込むものであり、
前記冷却回路が、ガス吸入端を所定のガス循環室又は加熱ゾーンに開口させるとともにガス吐出端を各ガス循環室又は加熱ゾーンに開口させた冷却用ガス流路と、前記冷却用ガス流路上に設けられた冷却器と、前記冷却器よりも下流における冷却用ガス流路上に設けられてガスを圧送する第２のブロアと、前記各ガス吐出端から吐出されるガス流量をそれぞれ調節するための調節バルブとを具備したものであり、
前記制御部が、各加熱ゾーンの実測温度を、各加熱ゾーンに対してそれぞれ設定された設定温度範囲に近づけるべく、各加熱器の出力をそれぞれ制御するとともに、前記実測温度が設定温度範囲より高い加熱ゾーンについて、その加熱ゾーンでの実測温度が時間とともに上昇している場合は、当該加熱ゾーンでの調節バルブを開方向に駆動する一方、前記実測温度が時間とともに下降している場合は当該加熱ゾーンでの調節バルブを閉方向に駆動するものであることを特徴とするリフロー装置。
【請求項２】
前記加熱ゾーンの後段に配置した冷却ゾーン及びこの冷却ゾーンに付帯させたガス循環室をさらに具備したリフロー装置において、前記冷却用ガス流路のガス吐出端及びガス吸入端を前記冷却ゾーン又はそのガス循環室に開口させるとともに、前記ガス吐出端から吐出されるガス流量を調節するための調節バルブを設けておき、
前記制御部が、少なくとも前記加熱ゾーンでの調節バルブが全て閉じている場合には、冷却ゾーンでの調節バルブを開くようにしている請求項１記載のリフロー装置。
【請求項３】
前記制御部が、実測温度が設定温度範囲より所定温度以上高い加熱ゾーンについて、その加熱ゾーンでの実測温度が時間とともに上昇しており、なおかつ当該加熱ゾーンでの調節バルブの開度が最大の場合には、前記第２のブロアの出力を増大方向に制御するようにしている請求項１又は２いずれか記載のリフロー装置。
【請求項４】
前記制御部が、ハンダ付け動作中に、実測温度が設定温度範囲よりも所定温度高い温度である限界温度を超えた場合は、少なくとも基板の搬入を禁止する旨を報知するものである請求項１乃至３いずれか記載のリフロー装置。
【請求項５】
前記冷却回路が、ガスに含まれる不純物を液化除去する不純物除去機能を有したものである請求項１乃至４いずれか記載のリフロー装置。
【請求項６】
前段の加熱ゾーンに比べて設定温度が異なる加熱ゾーンに、前記冷却回路のガス吸入端を開口させている請求項１乃至５いずれか記載のリフロー装置。
【請求項７】
前記冷却器が、下側ガス循環室と略同じ高さか、それよりも下方に設けてある請求項1乃至６いずれか記載のリフロー装置。
【請求項８】
ガス循環室の内部に区画壁を設けて、加熱器を収容する加熱器収容室と、ブロアを収容するブロア収容室とを形成するとともに、前記加熱器収容室に設けたガス吸入口とは加熱器を隔てて略反対側に位置する区画壁の一部に所定の大きさの連通孔を設け、ガスが加熱器収容室、連通孔、ブロア収容室を順に通ってガス吹出口から吹き出すように構成してある請求項１乃至７いずれか記載のリフロー装置。
【請求項９】
前記炉が、１又は複数の加熱ゾーンを形成する炉ユニットを複数接続して形成したものであり、各炉ユニットを接離可能に構成している請求項１乃至８いずれか記載のリフロー装置。
【請求項１０】
前記炉ユニットとして、２つの加熱ゾーンを形成する第１炉ユニットと、３つの加熱ゾーンを形成する第２炉ユニットとの２種類が用意されている請求項９記載のリフロー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は、プリント基板等に部品をはんだ付けする際に用いるリフロー装置に関し、特に外部に内部ガスをほとんど排出しないダクトレスリフロー装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ダクトレスリフロー装置とは、外部への排気管を特に有さず、内部の加熱用ガスを外部にほとんど漏らさない構造のリフロー装置のことであり、工場内に設置してそのまま使用することができる。ただし、外部にガスを漏らさないとは言っても、実際には基板の搬出入口が開口しており、ここから加熱用ガスが外部に少しずつ流出している。
【０００３】
そして、この加熱用ガスには、回路基板をハンダ付けした際に気化したフラックスと称される不純物が混入していることから、排気管を有さないダクトレスリフロー装置においては、通常のリフロー装置とは異なり、外部に流出する加熱用ガスに不純物が混入しないようにすることが、作業環境の点から特に重要となる。
【０００４】
そこで、従来は、特許文献１や特許文献２に示すように、内部の加熱用ガスを吸引して冷却器や絞り、フィルタなどフラックス除去器を通過させ、ガス中に含まれるフラックスを除去した後、再度、炉に戻すという循環式のフラックス除去機構を設けたものが考えられている。このような構成によれば、不純物の炉内蓄積や基板付着を防止することも可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−６７０６１号公報
【特許文献２】特開２００３−３２４２７２号公報
【特許文献３】特開１９９２−９４８６７号公報
【特許文献４】特開２００６−１９６８５８号公報
【特許文献５】特開２００７−６７０６１号公報
【特許文献６】特開２００７−１７８０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、内部の加熱用ガスを冷却して再度戻すということは、当然のことながら、炉内温度を保つためにヒータの出力を冷却した分だけ余分に上げなければならず、エネルギーロスが生じてしまう。特に過剰な冷却と過大な加熱が釣り合って温度が制御されている状態では、無用なエネルギーロスが増大する。リフロー装置が、基板製作工程に係る種々の機器の中でも際だってエネルギー消費量が多いことを鑑みれば、このエネルギーロスは、製作コストにも大きな影響を与えるし、ＣＯ２消費といった地球環境問題の点からも好ましいものではない。
【０００７】
そこで、冷却機能を最小限にする、つまり不純物除去するために冷却するガスの量を最小限に留めることが重要となる。とは言え、冷却するガスを単純に最小限にすると、加熱ゾーンでの温度が、隣接するゾーン温度や炉外壁の蓄熱等による影響を受けて上昇しすぎたとき、温度を速やかに下げることが難しくなり、各加熱ゾーンの温度制御性が悪くなるという不具合が生じ得る。たとえば、加熱ゾーンを細分化して、めりはりのある温度制御を行おうとしても、正確なプロファイルを作成できず、ΔＴなどの一定以上の向上を図ることが難しくなる。
【０００８】
一方、このような問題、つまり、消費エネルギーと温度制御との観点から、どのように冷却ガスの流量とヒータの出力とをバランスさせるかについて、前述した特許文献１、２には、なんら記載がないし、その他、リフロー装置の温度制御に関する特許文献（例えば特許文献３〜６）等を見渡しても、言及されたものは特に見あたらない。課題すら認識されていないのが実情であろう。
【０００９】
そこで本発明は、この問題点を鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、消費エネルギーの可及的低減と、各加熱ゾーンの温度制御性の向上という相反する課題を一挙に解決することができるダクトレスタイプのリフロー装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、本請求項１の発明に係るリフロー装置は、互いに異なる温度に調節可能な複数の加熱ゾーンを水平に直列させた炉を具備し、各加熱ゾーンを基板が通過することでハンダ付けされるように構成したものであって、
前記各加熱ゾーンにそれぞれ付帯させたガス循環室と、各加熱ゾーンに共通する１つの冷却回路と、制御部とを具備し、
前記ガス循環室が、内部に加熱器及びガス循環用の第１のブロアを有し、各加熱ゾーンに開口させたガス吹出口からガスを吹き出すとともに、各加熱ゾーンに開口させたガス吸込口からガスを吸い込むものであり、
前記冷却回路が、ガス吸入端を所定のガス循環室又は加熱ゾーンに開口させるとともにガス吐出端を各ガス循環室又は加熱ゾーンに開口させた冷却用ガス流路と、前記冷却用ガス流路上に設けられた冷却器と、前記冷却器よりも下流における冷却用ガス流路上に設けられてガスを圧送する第２のブロアと、前記各ガス吐出端から吐出されるガス流量をそれぞれ調節するための調節バルブとを具備したものであり、
前記制御部が、各加熱ゾーンの実測温度を、各加熱ゾーンに対してそれぞれ設定された設定温度範囲に近づけるべく、各加熱器の出力をそれぞれ制御する加熱器制御手段と、前記実測温度が設定温度範囲より高い加熱ゾーンについて、その加熱ゾーンでの実測温度が時間とともに上昇している場合は、当該加熱ゾーンでの調節バルブを開方向に駆動する一方、前記実測温度が時間とともに下降している場合は当該加熱ゾーンでの調節バルブを閉方向に駆動する調節バルブ制御手段とを具備したものであることを特徴とする。
【００１１】
かかる構成の本発明によれば、単に設定温度と実測温度との偏差から冷却用の調節バルブの開度を定めるのではなく、実測温度の時間変化を監視して早めに調節バルブを駆動していくため、各加熱ゾーンの速やかで安定な温度制御が可能となる。そして、速やかで安定に温度を制御できるが故に、温度を下げすぎることがなくなり、ヒータの無用な出力増大を回避することができる。つまり、消費エネルギーの可及的低減と、各加熱ゾーンの温度制御性向上とを同時に実現することが可能になる。
【００１２】
ところで、各調節バルブが全て閉じられると、冷却回路の出口が塞がれて内圧が高まる。そしてこの状態から調節バルブを開けると、わずかな開度にも拘わらず、大きな流量が流れ込み、加熱ゾーンの温度が急激に下がりすぎる場合があり得る。これを回避するには、前記加熱ゾーンの後段に配置した冷却ゾーン及びこの冷却ゾーンに付帯させたガス循環室を設け、前記冷却用ガス流路のガス吐出端及びガス吸入端を前記冷却ゾーン又はそのガス循環室に開口させるとともに、前記ガス吐出端から吐出されるガス流量を調節するための調節バルブを設けておき、前記制御部によって、少なくとも前記加熱ゾーンでの調節バルブが全て閉じている場合には、冷却ゾーンでの調節バルブが開くように制御させればよい。
【００１３】
逆に、加熱ゾーンの調節バルブが開いている状態で、冷却ゾーンの調節バルブが開いていると、加熱ゾーンに対する冷却機能が低下するので、実測温度を下げるべく加熱ゾーンの調節バルブを開いている状態では、冷却ゾーンの調節バルブの開度を所定以下又は閉止しておくことが望ましい。
【００１４】
温度制御性をより向上させるには、前記制御部が、実測温度が設定温度範囲より所定温度以上高い加熱ゾーンについて、その加熱ゾーンでの実測温度が時間とともに上昇しており、なおかつ当該加熱ゾーンでの調節バルブの開度が最大の場合には、前記第２のブロアの出力を増大方向に制御するブロア制御手段をさらに具備したものであることが好ましい。
【００１５】
不測の事態における基板へのダメージを最小限に抑えるには、前記制御部が、ハンダ付け動作中に、実測温度が設定温度範囲よりも所定温度高い温度である限界温度を超えた場合は、少なくとも基板の搬入を禁止する旨を報知する報知部をさらに具備したものであることが望ましい。
【００１６】
加熱ゾーン間でのガス流通を可及的に抑制して、各加熱ゾーンでの独立した温度制御をより容易化するには、前記ガス循環室を、各加熱ゾーンにおける基板通過領域の上下にそれぞれ設けて、上下のガス循環室におけるガス吹出口が互いに対向するように配置するとともに、ガス吹出口の両隣にガス吸込口を形成する一方、基板通過方向に隣接するガス循環室の間に、上下に所定距離延出するガス分離板を設けておき、一の加熱ゾーンにおける対向するガス吹出口からそれぞれ吹き出したガスが、基板がある場合には基板に当たり、基板が無い場合には互いにぶつかって水平方向に流れを変え、当該加熱ゾーンのガス吸込口から吸い込まれ、ガス循環室内に配置された加熱器及びブロアを経て、再度、ガス吹出口から吹き出すように構成してあるものが好適である。
【００１７】
このような構成であれば、各加熱ゾーンが物理的には連通して基板の通過を阻害しないにも拘わらず、加熱ゾーン間でのガス流通は防止されるため、ガス内に含まれる気体状不純物が、異なる温度の加熱ゾーンに流入して液化又は固化し、炉内に蓄積することを極めて効果的に防止できる。また、このように加熱ゾーン間でのガス流通を抑制できることから、隣接する加熱ゾーンの温度影響が可及的に小さくなり、各加熱ゾーンの温度を独立して安定かつ迅速に制御することができるようになる。そしてこのことにより、加熱ゾーン間での温度差をつけるプロファイルを正確に作成でき、ΔＴの低減等を効果的に図ることができる。
【００１８】
前記冷却回路が、ガスに含まれる不純物を液化除去する不純物除去機能を有しているものであれば、不純物の炉内蓄積防止だけでなく、不純物の除去をも行うことができる。
【００１９】
不純物が多く発生している加熱ゾーンに冷却回路を接続して、効率的に不純物を除去するには、前段の加熱ゾーンに比べて設定温度が異なる加熱ゾーン又は一段目の加熱ゾーンに、前記冷却回路のガス吸入端を開口させているものが好ましい。
【００２０】
前記冷却器が、下側ガス循環室と略同じ高さか、それよりも下方に設けてあれば、液化して冷却器内に蓄積されている不純物が、停電などの不測の場合にガス循環室や基板通過領域に戻ることを簡単な構成で防止できる。
【００２１】
ガス循環室の内部に区画壁を設けて、加熱器を収容する加熱器収容室とブロアを収容するブロア収容室とを形成するとともに、前記加熱器収容室に設けたガス吸入口とは加熱器を隔てて略反対側に位置する区画壁の一部に所定の大きさの連通孔を設け、ガスが加熱器収容室、連通孔、ブロア収容室を順に通ってガス吹出口から吹き出すように構成しておけば、ヒータで十分に暖められたガスを、ブロアによってガス吹出口から吹き出すことができ、ガスを効率よく加熱できる。
【００２２】
前記炉が、１又は複数の加熱ゾーンを形成する炉ユニットを複数接続して形成したものであり、各炉ユニットを接離可能に構成しているものであれば、ユニット化による部品の標準化が可能であり、種々の加熱ゾーン数の炉を容易に制作できる。また、炉ユニットを分離することにより部分的なメンテナンスが容易にできる。
【００２３】
前記炉ユニットとして、２つの加熱ゾーンを形成する第１炉ユニットと、３つの加熱ゾーンを形成する第２炉ユニットとの２種類が用意されていれば、２つの標準品だけで、あらゆる長さのリフロー装置に対応できる。また、単独の加熱ゾーンの炉ユニットとするよりも製造が容易になる。
【００２４】
なお、測定すべきゾーンの温度としては、基板に吹き付けられるガスの温度が実質的なリフロー温度を示していることから最も好ましい。それに準じ、かつ測定が容易で温度制御に好適な部位としては、ガス吹き出し口近傍の温度が望ましい。その他の、ゾーン内の任意の場所の温度でも構わない。
【発明の効果】
【００２５】
このように構成した本発明によれば、単に設定温度と実測温度との偏差から冷却用の調節バルブの開度を定めるのではなく、実測温度の時間変化を監視して早めに調節バルブを駆動していくため、各加熱ゾーンの速やかで安定な温度制御が可能となる。そして、速やかで安定に温度を制御できるが故に、温度を下げすぎることがなくなり、ヒータの無用な出力増大を回避することができる。つまり、消費エネルギーの可及的低減と、各加熱ゾーンの温度制御性向上とを同時に実現することが可能になる。また、ガスは炉内を循環するだけなので、いわゆるダクトレス化が可能であり、外部への不純物排出を可及的に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係るリフロー装置の模式的全体構成図。
【図２】同実施形態におけるガス循環室を、基板通過方向から視たときの内部構造を示す模式的内部構造図。
【図３】同実施形態におけるガス循環室を、基板通過方向と直交する水平方向から視たときの内部構造を示す模式的内部構造図。
【図４】同実施形態におけるガス吹き出し口を示す模式的平面図。
【図５】同実施形態における不純物除去回路を示す模式的構造図。
【図６】同実施形態において、始動から生産に至る間での調節バルブ及び冷却ガス循環ブロアに対する制御手順を示すフローチャート。
【図７】同実施形態におけるヒータに対する制御手順を示すフローチャート。
【図８】同実施形態における生産開始処理ルーチンを示すフローチャート。
【図９】同実施形態において設定温度を変更した場合の調節バルブ及び冷却ガス循環ブロアに対する制御手順を示すフローチャート。
【図１０】本発明の他の実施形態における炉ユニットを示す模式図。
【図１１】同実施形態における炉ユニットを接続して炉を形成した一例を示す模式図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２８】
図１は、本実施形態に係るリフロー装置１００の模式的全体構成を示す図面である。
この図１に示すように、本リフロー装置１００は、互いに異なる温度に調節可能な複数の加熱ゾーンＺ（以下、加熱ゾーンを区別するときには、Ｚの後にかっこ書きで段数を付記する。）を水平に直列させた炉１を具備しており、各加熱ゾーンＺを基板Ｐが一定速度で通過することでハンダ付けされるように構成したものである。ちなみに、この図１では、６つの加熱ゾーンＺ（１）〜Ｚ（６）が記載されており、基板Ｐが搬入される側から見て、１段目〜４段目の加熱ゾーンＺ（１）〜Ｚ（４）が予備加熱ゾーン、５、６段目の加熱ゾーンＺ（５）、Ｚ（６）がハンダ溶融の行われる本加熱ゾーンである。また、図１において加熱ゾーンＺの上下中央に記載した符号ＡＲは、基板が通過する軌跡である基板通過領域を示しており、本加熱ゾーンＺ（６）のさらに後段に設けてあるゾーンＺＺは、冷却ゾーンである。各加熱ゾーンＺ（１）〜Ｚ（６）の設定温度の一例について言及しておくと、例えば、一段目の加熱ゾーンＺ（１）は２００℃、２段目及び３段目の加熱ゾーンＺ（２）、Ｚ（３）はそれぞれ１５０℃、４段目の加熱ゾーンＺ（４）は１９０℃、５段目及び６段目の加熱ゾーンＺ（５）、（６）はそれぞれ２５０℃である。
【００２９】
各加熱ゾーンＺの上下には、それぞれガス循環室２が設けてある。このガス循環室２には、図２、図３、図４に示すように、加熱ゾーンＺの上面及び下面に開口して基板の上下にガスを吹き付けるガス吹出口２ａと、このガス吹出口２ａの基板通過方向に沿った両隣に形成したガス吸込口２ｂとが形成してある。ガス吹出口２ａは、矩形状（ほぼ正方形状）をなし、そこには、例えば多数の貫通孔が空いた簿板材が嵌め込まれている。上下のガス吹出口２ａは互いに対向する、より具体的には貫通孔同士が上下に鉛直に対向している。ガス吸込口２ｂは、ガス吹出口２ａに隣接して形成された帯状をなすものであり、幅方向（図１で言う紙面と垂直な方向）の長さはガス吹出口２ａとほぼ同じである。
【００３０】
また、基板通過方向に隣接するガス循環室２の間には、ガス分離板３が設けてある。このガス分離板３は、一の加熱ゾーンＺにおけるガス吸込口２ｂと、隣接する加熱ゾーンＺにおけるガス吹出口２ａとの間に前記幅方向に亘って設けられ、かつ基板通過領域ＡＲに向かって基板Ｐの通過を阻害しない程度に所定距離延出する薄板状のものである。
【００３１】
この構成により、ある加熱ゾーンＺにおける対向するガス吹出口２ａからそれぞれ吹き出したガスは、基板通過領域ＡＲに基板Ｐがある場合には基板Ｐに当たり、基板Ｐが無い場合には互いにぶつかって水平方向に流れを変え、そのほぼ全てが、当該加熱ゾーンＺのガス吸込口２ｂから吸い込まれることとなる。
【００３２】
さらに、このガス循環室２には、内部に区画壁２３を設けて、加熱器である電気ヒータ２１を収容する加熱器収容室２４と、第１のブロア２２（以下、加熱ガス循環ブロア２２とも言う）を収容するブロア収容室２５とを形成している。
【００３３】
この区画壁２３には、前記加熱器収容室２４に設けたガス吸込口２ｂとは加熱器２１を隔てて略反対側に位置する領域に、所定の大きさの連通孔２ｃが設けてあり、ガス吸込口２ｂからガス循環室２に吸い込まれたガスが、ガス吸込口２ｂ、加熱器収容室２４、連通孔２ｃ、ブロア収容室２５を順に通ってガス吹出口２ａから吹き出すように構成してある。前述した部位に連通孔２ｃを設けているのは、ガス循環室２に吸い込まれたガスがヒータで十分に暖められた後、加熱ガス循環ブロア２２に吸入されるようにして、ガスを効率よく加熱するためである。なお、符号２６は、不純物（フラックス）のうち、ＶＯＣと称される揮発性有機化合物を主として除去する触媒フィルタである。
【００３４】
冷却ゾーンＺＺに付帯するガス循環室２’は、ヒータに代えて冷却器があること点で、加熱ゾーンＺのガス循環室２と異なるが、他の構成はほぼ同一であるので、その詳細な説明や内部構造の図示は省略する。
【００３５】
加えて、この実施形態では、図１、図２、図５に示すように所定の加熱ゾーンＺからガスを吸い込むとともに、その内部のガスに含まれる不純物を除去し、不純物除去後のガスを同一又は他の加熱ゾーンＺに戻す冷却回路４を設けている。
【００３６】
この冷却回路４は、ガス吸入端４ａを前記所定の加熱ゾーンＺに開口させるとともにガス吐出端４ｂを各ガス循環室２に開口させた冷却用ガス流路４１と、前記冷却用ガス流路４１上に設けられて流通するガスを冷却するとともにガス中の不純物を液化して除去する冷却器４２と、前記冷却器４２よりも下流における冷却用ガス流路４１上に設けられてガスを圧送する第２のブロア４３（以下、冷却ガス循環ブロア４３とも言う）と、冷却用ガス流路４１の各ガス吐出端４ｂ近傍にそれぞれ設けられて、ガス吐出端４ｂから吐出するガス流量を調節する調節バルブ４４と、を具備したものである。また、前記冷却用ガス流路４１は、そのガス吐出端４ｂを各冷却ゾーンＺＺのガス循環室２’にも開口させ、同様に調節バルブ４４’を設けている。
【００３７】
冷却用ガス流路４１のガス吸入端４ａが開口させてある加熱ゾーンＺは、前段の加熱ゾーンＺに比べて設定温度が所定以上高い又は所定以上低い加熱ゾーンＺである。ここでは、図１に示すように、加熱ゾーンＺ（１）、Ｚ（４）、Ｚ（６）にそれぞれガス吸入端４ａを開口させている。かかる箇所にガス吸入端４ａを開口させているのは、加熱ゾーンＺの設定温度がその前段の加熱ゾーンＺよりも高い場合には、フラックスがハンダから気化発生することから、この気化フラックスを効果的に除去するためであり、逆の場合は、ガス中に含まれる気体状のフラックスが境界で液化又は固化する恐れがあることから、この液化又は固化フラックス（主として樹脂成分）を効果的に除去するためである。全ての加熱ゾーンＺに冷却用ガス流路４１のガス吸入端４ａを開口させないのは、ガスの流れが乱れ、加熱ゾーンＺ間のガス不干渉といった効果を得ることができなくなる恐れがあるからである。
【００３８】
なお、各ガス循環室２には冷却用ガス流路４１のガス吸入端４ａを接続するためのポートが設けられているので、温度設定に応じて冷却用ガス流路４１のガス吸入端４ａを他のガス循環室２に付け替えたり、増設、削除したりすることもできる。
冷却用ガス流路４１のガス吐出端４ｂにそれぞれ設けられた流量調節バルブ４４は、例えば電磁弁であり、後述する制御部９によって自動制御される。
【００３９】
冷却器４２は、図５に示すように、迷路状に壁体を設け、所定の流路抵抗を有するものとした上で、該壁体を、例えば水などの液体で冷却するようにした水冷式のものである。この実施形態では、冷却器４２のガス導入口４２ａ及びガス導出口４２ｂを、下側ガス循環室２におけるガス吐出端４ｂの開口よりも下方に設けて、液化して冷却器４２内に蓄積されている不純物が、停電などの不測の場合にガス循環室２や基板通過領域ＡＲに戻ることを防止している。
【００４０】
しかして、前記制御部９（図１に示す）は、ＣＰＵやメモリ、ＡＤコンバータ、Ｉ／Ｏチャネル、ディスプレイ、キーボード等からなるいわゆるコンピュータであり、各加熱ゾーンＺにそれぞれ設けた温度センサ（図示しない）からの出力信号を受信し、その出力信号が示す実測温度が各加熱ゾーンＺで予め定められた設定温度に近づくように、前記各調節バルブ４４及び加熱器２１にそれぞれ制御信号を出力してこれらを制御するものである。なお前記温度センサは、ここでは、ガス吹き出し口２ａに設けられている。
【００４１】
ところで、このように２つの制御手段（加熱器２１及び調節バルブ４４）で制御すると、各加熱ゾーンＺの温度を、それらが連通しているにも拘わらず、それぞれ独立に精度よく極めて安定に保つことができる一方、２つの制御手段が競合してロスが生じる場合がある。例えば、調節バルブ４４が大きく開いて冷却機能が作用しながら、加熱器２１の出力が高い状態で制御されている状態である。この状態では、温度は維持されているもののエネルギーロスが著しい。
【００４２】
そこで、この実施形態では上述した不具合を解消するために、前記制御部９が各加熱ゾーンＺの温度を以下のように制御している。なお、この制御はメモリに記載されたプログラムにしたがってＣＰＵやその周辺機器が協働することによって営まれる。
＜始動−生産時＞
まず、このリフロー装置を始動させ、生産（基板のリフロー）するまでの温度制御に関する動作を、図６を参照して、以下に説明する。
最初に制御部９は、各加熱ゾーンＺの設定温度をはじめとする生産条件（リフロー条件）の入力をオペレータから受け付ける（ステップＳ１）。
【００４３】
次に、初期状態、すなわち、各加熱ゾーンＺの調節バルブ４４を全部閉止、最終段の冷却ゾーンＺＺの調節バルブ４４’を閉止、冷却ゾーンＺＺでのガス循環を停止等させた状態で、各加熱ゾーンＺの加熱ガス循環ブロア２２を予め定めた一定回転で駆動する（ステップＳ２）。
【００４４】
そして、各加熱ゾーンＺのヒータ２１による温度フィードバック制御を開始する（ステップＳ３）。この制御は、詳細には図７に示すように、設定温度と実測温度の偏差に応じて、ヒータ２１のＯＮ／ＯＦＦ比を変えるものである。設定温度が高ければ、その分だけＯＮ状態の比率が増大し、設定温度が低ければ、ヒータはＯＦＦ状態となる（ステップＳＡ１〜ＳＡ４）。
【００４５】
始動時は、炉内温度が低い状態からスタートするので、前述したヒータ２１の動作によって温度が上昇するのを、予め定めた一定時間待つ（ステップＳ４）。なお、この後、ヒータ２１は、特にエラーがない限り、図７に示した温度フィードバック制御によって駆動され続ける。
【００４６】
次に制御部９は、実測温度が設定温度範囲に達しない加熱ゾーンＺがあるか否かを判別する（ステップＳ５）。設定温度範囲とは、入力された設定温度を含む一定温度範囲のことであり、ここでは、設定温度を下限としてそれより所定温度（例えば２℃）高い温度を上限とする範囲のことである。
設定温度範囲に達しない加熱ゾーンＺがある場合は、エラー表示やヒータ停止、搬送機構の停止などのエラー処理をして炉を停止させる（ステップＳ６）。
【００４７】
そうでない場合、制御部９は、全ての加熱ゾーンＺでの実測温度が設定温度範囲内にあるかどうかを判別する（ステップＳ７）。そして、設定温度範囲内にある場合、生産開始処理（ステップＳ８）に移行する。この生産開始処理については後に詳述する。
【００４８】
一方、設定温度範囲外の場合、つまり実測温度が設定温度範囲よりも高い加熱ゾーンがある場合は、第２のブロア（冷却ガス循環ブロア）４３を最低速で駆動するとともに、当該加熱ゾーンにおける調節バルブ４４の開度を１段階大きくする（ステップＳ９、Ｓ１０）。この実施形態では、冷却用ガス循環ブロア４３の速度を、無段階ではなく、複数段階（例えば４段階）に変えるようにしている。前記最低速とは、停止の次の第１段階の回転速度のことである。また、調節バルブ４４もその開度を複数段階（例えば４段階）に変えるようにしている。なお、冷却用ガス循環ブロア２２の速度や調節バルブ４４の開度を無段階に制御するようにしてもかまわない。
【００４９】
そして、一定時間待った後（ステップＳ１１）、制御部９は、実測温度が下降しない加熱ゾーン、すなわち実測温度の時間変化が正又は０の加熱ゾーンＺがあるか否かを判断する（ステップＳ１２）。
【００５０】
実測温度が下降しない加熱ゾーンＺがある場合には、その加熱ゾーンＺにおける調節バルブ４４の開度を、全開でない限り、１段階大きくし（ステップＳ１３、Ｓ１４）、一定時間待った後に（ステップＳ１１）、再度各加熱ゾーンＺの実測温度の時間変化を判断する（ステップＳ１２）。調節バルブ４４の開度が全開の場合は、冷却ガス循環ブロア４３の速度を１段階上げ（ステップＳ１３、Ｓ１５、Ｓ１６）、やはり、一定時間待った後に（ステップＳ１１）、再度各加熱ゾーンＺの実測温度の時間変化を判断する（ステップＳ１２）。調節バルブ４４が全開で冷却ガス循環ブロア４３が最大速度の場合は、温度を下げられないと判断して、前述したエラー処理を行う（ステップＳ６）。
【００５１】
各加熱ゾーンＺでの実測温度が全て下降している場合、制御部９は冷却ガス循環ブロア４３の出力が適切であるか否か、すなわち最低速であるか否かを判断する（ステップＳ１７）。
【００５２】
出力が最低速でない場合は、冷却ガス循環ブロア４３の出力を１段階低下させ、再度ステップＳ１１に戻る。出力が最低速の場合は、加熱ゾーンＺにおける全ての調節バルブ４４の開度が適切であるか、すなわち最低段階又は全閉であるか否かを判断する（ステップＳ１９）。
【００５３】
そして、全ての調節バルブ４４の開度が最低段階又は全閉で無い場合、すなわち、開度が最低段階より上の調節バルブ４４が存在する場合は、その調節バルブ４４の開度を１段階小さくし（ステップＳ２０）、再度ステップＳ１１に戻る。
【００５４】
全ての調節バルブ４４の開度が最低段階又は全閉の場合、制御部９は、全ての加熱ゾーンＺでの実測温度が設定温度範囲内にあるかどうかを判別する（ステップＳ２１）。そして、設定温度範囲内にある場合、生産開始処理（ステップＳ８）に移行し、そうでない場合は、実測温度が設定温度範囲より高いゾーンがあるかどうかを判断する（ステップＳ２２）。
【００５５】
そして、実測温度が設定温度範囲より高い加熱ゾーンＺがある場合は、ステップＳ９に戻る。一方、実測温度が設定温度範囲より高い加熱ゾーンＺがない場合は、ステップＳ４に戻る。
【００５６】
生産開始処理では、図８に示すように、まず、ヒータ２１の出力、冷却ガス循環ブロア４３の出力、及び調節バルブ４４の開度が適切かどうか、具体的には、それぞれが一定以下かどうかを制御部が判断する（ステップＳ８１）。例えば、ヒータ２１の出力が一定以上、つまりＯＮ時間がＯＦＦ時間に比べて長く、長期間ヒータ２１が点灯しており、なおかつ冷却ガス循環ブロア４３が２段階以上の出力である場合は、温度制御はされているものの、冷却回路４との競合状態にあって、無用に電力を消費している状態と考えられる。そこでその場合は、エラー処理を行う（ステップＳ６）。なお、この生産開始処理ルーチンＳ８に至る過程で、適切な制御がなされるため、本来は、ヒータ出力等が大きくなりすぎる事態は考えられないのであるが、例えば基板の搬送状況による温度変動などを原因とする不測の事態に対処するため、このステップＳ８１は、フェールセーフ的に挿入してある。
【００５７】
適切な場合は、冷却ガス循環ブロア４３を最低速で駆動し、冷却ゾーンＺＺでのガス循環を開始する（ステップＳ８２、Ｓ８３）。ここに至るまで冷却ゾーンＺＺでのガス循環を行わなかったのは、始動当初から冷却ゾーンＺＺでのガス循環を開始すると、温度が安定して生産開始するまでに時間がかかる上に、その分無駄に電力を消費するからである。
【００５８】
そして、一定時間待ち（ステップＳ８４）、全ての加熱ゾーンＺでの実測温度が設定温度範囲内にあるかどうかを判別する（ステップＳ８５）。設定温度範囲内にあれば、生産、すなわち基板を搬入してリフローを行う（ステップＳ８６）。そしてステップＳ８４に戻る。つまり基板生産中は、一定時間毎に全ての加熱ゾーンＺでの実測温度が設定温度範囲内にあるかどうかを監視する。
【００５９】
一方、いずれかの加熱ゾーンＺでの実測温度が設定温度範囲を超えた場合は、全ての加熱ゾーンＺでの実測温度が限界温度以下であるかどうかを判別する（ステップＳ８７）。限界温度とは、設定温度範囲の上限よりも所定温度高い温度である。例えば、炉外壁が長時間の運転で蓄熱したときなどにこの現象が生じ得る。
【００６０】
そして、限界温度を超えた加熱ゾーンＺがある場合は、少なくとも基板の搬入を禁止し、生産中断の旨をディスプレイに表示するとともに（ステップＳ８８）、冷却ゾーンＺＺのガス循環を停止し（ステップＳ８９）、ステップＳ９に戻る。一方、限界温度を超えた加熱ゾーンＺがない場合は、そのままステップＳ９に戻る。そして上述した調節バルブ４４等による温度下降制御を行う。
なお、上記動作中に、全ての調節バルブ４４が全閉となった場合は、制御部９は冷却ゾーンＺＺの調節バルブ４４’を開放する。
＜設定温度変更時＞
次に、設定温度を変えた場合の制御部９の動作について、図９を参照して簡単に説明する。
【００６１】
制御部９は、設定温度の変更を受け付けると（ステップＳＢ１）、冷却ゾーンＺＺのガス循環を停止する（ステップＳＢ２）。そして、ステップＳ９に移行し、前述と同様に動作する。
【００６２】
また、この実施形態では、１つの加熱ゾーンＺを形成する炉ユニット１１を設けておき、この炉ユニット１１を複数接続して炉１を形成している。各炉ユニット１１は、概略直方体形状をなす板金製のものであり、隣接する炉ユニット１１と、図１〜図４には図示していないが、ボルトナットなどの接続具Ｂで分離可能に接続してある。そして、炉ユニット１１間の気密性を確保するために、接続面にはシリコーンなどのシール部材を介在させている。
【００６３】
しかして、このように構成した本実施形態に係るリフロー装置１００によれば、単に設定温度と実測温度との偏差から冷却用の調節バルブ４４の開度を定めるのではなく、実測温度の時間変化を監視して早めに調節バルブ４４を駆動していくため、各加熱ゾーンＺの速やかで安定な温度制御が可能となる。そして、速やかで安定に温度を制御できるが故に、温度を下げすぎることがなくなり、ヒータ２１の無用な出力増大を回避することができる。つまり、消費エネルギーの可及的低減と、各加熱ゾーンＺの温度制御性向上とを同時に実現することが可能になる。
【００６４】
また、冷却ゾーンＺＺにも調節バルブ４４’を設けて、冷却回路４内のガスを、不要の場合は前記冷却ゾーン４４’を通じて循環させているので、冷却回路４の内圧がある程度安定に保たれ、加熱ゾーンＺの調節バルブ４４の開度に応じた安定した流量のガスを流し込むことが出来、温度制御を好適に行える。
【００６５】
さらに、各加熱ゾーンＺが空間的には連通して基板Ｐの通過を阻害しないにも拘わらず、加熱ゾーンＺ間でのガス流通は防止されるため、ガス内に含まれる気体状不純物が、異なる温度の加熱ゾーンＺに流入して液化又は固化し、炉１内に蓄積することを極めて効果的に防止できる。また、このように加熱ゾーンＺ間でのガス流通を抑制できることから、隣接する加熱ゾーンＺの温度影響が可及的に小さくなり、加熱ゾーン間温度干渉を可及的に低減して、各加熱ゾーンＺの温度を、独立して安定にかつ迅速に制御することができるようになる。そしてこのことにより、加熱ゾーンＺ間での温度差をつけるプロファイルを正確に作成でき、ΔＴの低減（従来比で１／２〜１／３）等を効果的に図ることができる。また、加熱ゾーン数を増加して隣接する加熱ゾーンの温度差を小さくするといった、精緻なプロファイルも作成できる。さらに、ガスは炉１内を循環するだけなので、いわゆるダクトレス化が可能であり、外部への不純物排出を可及的に低減できる。
【００６６】
また、フラックスが発生している加熱ゾーンにのみ不純物除去回路４が接続されているので、効率的な不純物除去を行うことができ、また、その不純物除去回路４は、閉じた回路であり、ダクトレス構造を維持できる。
【００６７】
加えて、炉１が同一形状をなす炉ユニット１１から形成されているので、ユニット化による部品の標準化が可能となり、種々の加熱ゾーン段数を有したリフロー装置１００を容易に制作できる。また、加熱ゾーン数を増加しても、前述したように各加熱ゾーンＺでの温度制御を確実に行うことができるので、従来なしえなかったなだらかなカーブのプロファイルも作成できるようになる。
【００６８】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。例えば、図１０、図１１に示すように、炉ユニット１１として、２つの加熱ゾーンを形成する第１炉ユニット１１（ａ）と、３つの加熱ゾーンを形成する第２炉ユニット１１（ｂ）との２種類を用意しておけば、２つの標準品で、あらゆる長さのリフロー装置に対応でき、かつ、単独の加熱ゾーンを有する炉ユニットとするよりも製造が容易になる。この図６中、符号Ｂは、隣接する炉ユニット１１と接続するためのボルトナットなどの接続具であり、符号Ｓは、隣接する炉ユニット１１との気密性を確保するためのシリコーンなどのシール部材である。
その他、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６９】
１００・・・リフロー装置
Ｚ・・・加熱ゾーン
ＺＺ・・・冷却ゾーン
１・・・炉
１１・・・炉ユニット
２・・・ガス循環室
２１・・・加熱器
２２・・・ブロア
２３・・・区画壁
２４・・・加熱器収容室
２５・・・ブロア収容室
２ａ・・・ガス吹出口
２ｂ・・・ガス吸込口
２ｃ・・・連通孔
３・・・ガス分離板
４・・・不純物除去回路
４１・・・冷却用ガス流路
４２・・・冷却器
４３・・・ブロア
４４・・・調節バルブ
４ａ・・・ガス吸入端
４ｂ・・・ガス吐出端
９・・・制御部
Ｐ・・・基板
ＡＲ・・・基板通過領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010004013.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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