(57)【要約】【課題】  正確な温度フィードバック制御が可能なインバータ制御方式パルスヒート電源を提供する。【解決手段】  本発明になるインバータ制御方式パルスヒート電源は、インバータ制御方式を用いて、ヒータチップに電流を流すことにより、半田付けを行うパルスヒート電源において、前記ヒータチップへの給電は通電／休止を所定の時間間隔で繰り返し、この休止時間内、特に休止時間の最後尾にこのヒータチップの温度を測定すること、を特徴とするものである。【選択図】        図２
2006035257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ制御方式を用いて、ヒータチップに電流を流すことにより、半田付
けを行うパルスヒート電源において、
前記ヒータチップへの給電は通電／休止を所定の時間間隔で繰り返し、この休
止時間内にこのヒータチップの温度を測定すること、
を特徴とするインバータ制御方式パルスヒート電源。
【請求項２】
インバータ制御方式を用いて、ヒータチップに電流を流すことにより、半田付
けを行うパルスヒート電源において、
前記ヒータチップへの通電／休止時間間隔、このヒータチップの温度をサンプ
リングするタイミング、およびこのヒータチップを半田付け対象物に応じた温度
の設定を受けて、設定された時間間隔で通電／休止信号、温度サンプリング信号
、および温度に対応した基準電圧を生成するパラメータ設定部と、
前記ヒータチップの温度を電圧で検出する温度検出部と、
この温度検出部で検出された電圧を所定の増幅を行う電圧増幅部と、
別途設けた操作スイッチからの半田付け開始信号を受けたとき、前記温度サン
プリング信号により、前記電圧増幅部からの電圧をサンプリングし、前記基準電
圧と比較して、前記通電／休止信号で指定された時間間隔で、これらの２つの電
圧が一致するようにパルス幅が変更される前記インバータ制御方式のインバータ
部のゲート信号を生成するＰＷＭ制御部と、
を有することを特徴とするインバータ制御方式パルスヒート電源。
【請求項３】
前記温度測定は前記休止時間の最後尾で行うことを特徴とする請求項１記載の
インバータ制御方式パルスヒート電源。
【請求項４】
前記温度サンプリング信号は前記通電／休止信号の休止信号の最後尾で出力さ
れること特徴とする請求項２記載のインバータ制御方式パルスヒート電源。
【請求項５】
前記通電／休止の時間間隔は前記整流部から前記ヒータチップまでの給電ケー
ブル長に応じて決定されることを特徴とする請求項１または２記載のインバータ
制御方式パルスヒート電源。
【請求項６】
前記通電／休止の時間間隔はそれぞれ１ｍｓであることを特徴とする請求項１
または２記載のインバータ制御方式パルスヒート電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルスヒート式のリフロソルダリング装置のヒータチップに電流を
供給するパルスヒート電源に係り、特にヒータチップの温度測定時に温度検出素
子である熱電対起電力に重畳するインバータのスイッチングノイズの影響を回避
することを可能とするパルスヒート電源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、被接合部を局部的に加熱することによって薄膜基板等へのリード線の熱
圧着や、プリント基板へのＩＣリードのリフロソルダリングなどを行うリフロソ
ルダリング装置があり、このリフロソルダリング装置で用いられる局部加熱法の
１方式としてパルスヒート法がある。
パルスヒート法は、ヒータチップと呼ばれる接合ヘッドによって被接合部を加
圧しながら、このヒータチップに大電流を流して、そこで発生するジュール熱に
より被接合部（リフロソルダリングの場合には半田）を溶融させて接合を得るも
のである。
【０００３】
このようなパルスヒート法はヒータチップの温度を測定して、所定の設定温度
になるように制御しており、この温度計測素子として熱電対を用いている。（例
えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図３はこのようなリフロソルダリング装置のヒータチップに電流を供給する従
来のパルスヒート電源のブロック図、図４はこのパルスヒート電源の動作を説明
するためのタイミングチャート図である。
図３において、１は入力交流電圧を整流する整流回路、２はコンデンサ、３ａ
〜３ｄは整流回路１及びコンデンサ２によって得られた直流電圧をスイッチング
するスイッチング素子となるトランジスタ、４はトランス、５はヒータチップ、
６は熱電対、７は熱電対６の出力電圧を増幅して熱電対フィードバック電圧Ｖｆ
を出力する増幅器、８はヒータチップ５の設定温度に応じた電圧Ｖｓを出力する
温度設定スイッチである。
【０００５】
また、９はＰＷＭ制御回路であり、熱電対フィードバック電圧Ｖｆ及び温度設
定スイッチ８からの電圧Ｖｓに基づき、トランジスタ３ａ〜３ｄのオン／オフす
る時間をヒータチップ５の温度が設定温度になるように制御する。１１はフィー
ドバック電圧Ｖｆと温度設定スイッチ８からの電圧Ｖｓの差を電圧Ｖ１として出
力する誤差増幅器、１２は三角波電圧Ｖ２を発生する発振器、１３は電圧Ｖ１と
三角波電圧Ｖ２を比較する比較器、１４は否定回路、１５はＴ形フリップフロッ
プ、１６、１７はＮＯＲ回路である。そして、整流回路１、コンデンサ２が整流
平滑回路を構成している。
【０００６】
次に、このようなパルスヒート電源の動作を説明する。
図示しない商用交流電源からの交流電圧（ＡＣ２００Ｖ）は、３相全波整流回
路１によって整流され、コンデンサ２によって平滑化される。このような整流平
滑回路によって生成された直流電圧は、後述するトランジスタ３ａ〜３ｄのオン
／オフによって例えば１ｋＨｚの交流電圧に変換され、この交流を低電圧、大電
流に変換するトランス４を介してヒータチップ５に印加される。こうして、ヒー
タチップ５に電流が流れ始める。
【０００７】
このヒータチップ５の温度は熱電対６によって電圧に変換される。そして、熱
電対６の出力電圧は差動増幅器７によって増幅され、熱電対フィードバック電圧
ＶｆとしてＰＷＭ制御回路９に入力される。
また、ヒータチップ５の温度を設定するための温度設定スイッチ８を操作する
ことにより、設定温度に応じた電圧Ｖｓがスイッチ８から回路９に入力される。
【０００８】
次いで、ＰＷＭ制御回路９内の誤差増幅器１１は、熱電対フィードバック電圧
Ｖｆと温度設定スイッチ８からの電圧Ｖｓの差を電圧Ｖ１として出力する。
発振器１２は図４（ａ）のような２ｋＨｚの三角波電圧Ｖ２を発生しており、
比較器１３はこの三角波電圧Ｖ２と誤差増幅器１１の出力電圧Ｖ１を比較する。
この結果、比較器１３の出力電圧Ｖ３は、電圧Ｖ１（図４（ａ）ではＶ１ａ又
はＶ１ｂ）が三角波電圧Ｖ２以上の期間で図４（ｂ）のように「Ｈ」レベルとな
り、Ｖ２以下の期間で「Ｌ」レベルとなる。
【０００９】
続いて、Ｔ形フリップフロップ１５は、否定回路１４の出力電圧Ｖ４（図４（
ｃ））が「Ｌ」から「Ｈ」に立ち上がる度に、出力端子Ｑ、バーＱの値を反転さ
せる。これにより、フリップフロップ１５の出力電圧Ｖ５ａ、Ｖ５ｂは図４（ｄ
）、（ｅ）に示すように交互に「Ｈ」レベルとなり、ＮＯＲ回路１６、１７の出
力電圧Ｖ６、Ｖ７も図４（ｆ）、（ｇ）のように交互に「Ｈ」レベルとなる。
【００１０】
したがって、電圧Ｖ７をベース入力電圧とするトランジスタ３ａ、３ｂの組と
、電圧Ｖ６をベース入力電圧とするトランジスタ３ｃ、３ｄの組も、交互にオン
することになり、この結果トランス４の１次側に流れる電流Ｉは図４（ｈ）に示
すように１ｋＨｚの交流となる。なお、図４（ｈ）において、Ｔは制御周期であ
り、交流周波数をｆ（三角波電圧Ｖ２の周波数の１／２）とすると、Ｔ＝１／２
ｆである。
【００１１】
このようなパルスヒート電源において、最初の立ち上がり時は、温度設定スイ
ッチ８で設定された温度よりもヒータチップ５の温度が低く、電圧Ｖｓよりもフ
ィードバック電圧Ｖｆの方がかなり小さいため、誤差増幅器１１の出力電圧Ｖ１
が低い値となる（図４（ａ）のＶ１ａ）。
これにより、周期Ｔにおいてトランジスタ３ａ〜３ｄがオンする期間Ｔｏｎが
長くなって、オフする期間Ｔｏｆｆが短くなり、大きな電流がヒータチップ５に
流れる。
【００１２】
次に、このような電流の供給によりヒータチップ５の温度が上昇すると、熱電
対フィードバック電圧Ｖｆが上昇して電圧Ｖｓに近づくので、誤差増幅器１１の
出力電圧Ｖ１は図４（ａ）のＶ１ｂのように上昇する。
よって、比較器１３の出力電圧Ｖ３は、立ち上がり時に比べると「Ｌ」レベル
の期間が短くなって「Ｈ」レベルの期間が長くなり、トランジスタ３ａ〜３ｄと
しては、図４（ｈ）に示すようにオンする期間Ｔｏｎが短くなってオフする期間
Ｔｏｆｆが長くなる。
【００１３】
こうして、ヒータチップ５の温度上昇に伴いチップ５に供給する電流を減らす
ことにより、温度設定スイッチ８で設定された温度を保つように動作する。
以上のようなトランジスタ３ａ〜３ｄのオン／オフ制御によってパルスヒート
電源を実現することができる。
【００１４】
【特許文献１】特開平８−３３００５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
以上のように従来のパルスヒート電源は、ヒータチップの温度を温度検出素子
として熱電対を使用して検出して、その検出結果をフィードバック制御を行うこ
とにより、温度制御を実現している。そして上述したように、ヒータチップの温
度は、熱電対で温度に応じて生成される起電力の電圧として検出されている。
従来の技術では、特に言及していないが、実際にはこの熱電対の起電力にはヒ
ータチップに流れるヒータ電流による熱電対線２本間のギャップ電圧が熱電対起
電力に重畳され、この起電力が温度フィードバック値に影響し、温度制御の精度
に悪影響を与えるという問題点があった。加えて、インバータ制御方式を採用す
るパルスヒート電源においては、インバータ部を駆動するゲート信号によるスイ
ッチングに起因するスイッチングノイズの発生が激しく、このスイッチングノイ
ズが熱電対起電力に重畳され、温度制御の精度に大きな悪影響を与えるという問
題点があった。
【００１６】
これらのノイズの影響を低減するためには、周知の技術であるフィルタを通し
てスイッチングノイズを低減させ、更に複数回サンプリングして平均値をとる等
して、フィードバック電圧の精度を高める等の工夫は考えられるが完全なもので
はないという問題点もあった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、定期的に通電、休止時
間を設け、この休止時間にはインバータ部をスイッチングするゲート信号を発生
させないこととして、上述の問題点をなくすことで精度の高い温度制御を可能と
するインバータ制御方式パルスヒート電源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】
【００１７】
本発明になるインバータ制御方式パルスヒート電源は、インバータ制御方式を
用いて、ヒータチップに電流を流すことにより、半田付けを行うパルスヒート電
源において、前記ヒータチップへの給電は通電／休止を所定の時間間隔で繰り返
し、この休止時間内にこのヒータチップの温度を測定すること、を特徴とするも
のである。
【００１８】
また、本発明になるインバータ制御方式パルスヒート電源は、インバータ制御
方式を用いて、ヒータチップに電流を流すことにより、半田付けを行うパルスヒ
ート電源において、前記ヒータチップへの通電／休止時間間隔、このヒータチッ
プの温度をサンプリングするタイミング、およびこのヒータチップを半田付け対
象物に応じた温度の設定を受けて、設定された時間間隔で通電／休止信号、温度
サンプリング信号、および温度に対応した基準電圧を生成するパラメータ設定部
と、前記ヒータチップの温度を電圧で検出する温度検出部と、この温度検出部で
検出された電圧を所定の増幅を行う電圧増幅部と、別途設けた操作スイッチから
の半田付け開始信号を受けたとき、前記温度サンプリング信号により、前記電圧
増幅部からの電圧をサンプリングし、前記基準電圧と比較して、前記通電／休止
信号で指定された時間間隔で、これらの２つの電圧が一致するようにパルス幅が
変更される前記インバータ制御方式のインバータ部のゲート信号を生成するＰＷ
Ｍ制御部と、を有することを特徴とするものである。
【００１９】
本発明になるインバータ制御方式パルスヒート電源における温度測定は、前記
休止時間の最後尾で行うことを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明になるインバータ制御方式パルスヒート電源においては、前記通
電／休止の時間間隔は前記整流部から前記ヒータチップまでの給電ケーブル長に
応じて決定されることを特徴とするものである。
また、特にこの通電／休止の時間間隔はそれぞれ１ｍｓであることを特徴とす
るものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、課題を解決するための手段に述べたような構成を採用するこ
ととしたので、温度測定時にインバータ部のスイッチング動作が停止する。した
がって、スイッチングノイズの発生はなくなる。加えて、溶接トランスには電力
の供給がなくなるのでヒータチップに電流が流れることはないから、ヒータチッ
プに取り付けた熱電対２本線間のギャップ電圧が発生することはないのでヒータ
チップの温度測定の精度を向上させることができる。
【００２２】
従って、正確な温度フィードバック制御が可能となるので信頼性の高いインバ
ータ制御方式パルスヒート電源を提供することが可能となる。また、同じ理由に
よって温度制御精度を必要とする弱耐熱性の電子部品の安定した半田付けに適し
たインバータ制御方式パルスヒート電源を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明になるインバータ制御方式パルスヒート電源の全体構成を示す
概略ブロック図である。また、図２は、本発明になるインバータ制御方式パルス
ヒート電源の動作状態を時系列で示す図である。
【００２４】
図１において、２１は入力される商用３相の交流電圧を整流し、平滑化する整
流平滑部、２２は整流平滑部２１で得られた直流電圧を商用電力の周波数より充
分に高い周波数でスイッチングし、交流の電流を得るインバータ部、２３はイン
バータ部２２で得られた交流の電圧を所定の大電流で低電圧の電圧に降圧する溶
接トランス、２４は溶接トランス２３で得られた所定の交流電圧を整流する整流
部、２５は対象物を半田付けするための加熱部となるヒータチップである。
【００２５】
また、２６はヒータチップ２５の適宜な部位に溶接等で取り付けられ、ヒータ
チップ２５の温度を電圧として検出する温度検出部である熱電対、２７は熱電対
２６で検出された電圧を所定の増幅度で増幅する電圧増幅部、２８はヒータチッ
プ２５への通電／休止時間間隔、ヒータチップ２５の温度をサンプリングするタ
イミング、およびヒータチップ２５を半田付け対象物に応じた温度の設定を受け
て、設定された時間間隔で通電／休止信号、温度サンプリング信号、および温度
に対応した基準電圧を生成するパラメータ設定部である。
【００２６】
そして、２９は別途設けた操作スイッチからの半田付け開始信号１０２を受け
たとき、前記温度サンプリング信号により、電圧増幅部２６からの電圧をサンプ
リングし、前記基準電圧と比較して、前記通電／休止信号で指定された時間間隔
で、これらの２つの電圧が一致するようにパルス幅が変更される前記インバータ
制御方式のインバータ部のゲート信号１０１を生成するＰＷＭ制御部である。
前記通電／休止時間間隔の設定は、整流部２４からヒータチップ２５までのケ
ーブル長に応じて決定する。例えば、インバータ周波数が２ｋＨｚの場合、１ｍ
ｓ／１ｍｓが設定される。
【００２７】
このゲート信号１０１のパルス幅であるゲート開度幅は、前述のように周知の
ＰＷＭ制御と同様であり、設定された基準電圧と電圧増幅部２７からの増幅され
た電圧を比較し、一致するようにそのゲート開度幅が決定される。また、ゲート
信号１０１は、前記通電／休止信号に応じた一定時間間隔で出力が休止される。
このように一定時間間隔でゲート信号１０１を休止させるのは、熱電対２６で電
圧として温度を検出するときに、計測の精度を低下させるインバータ部２２のス
イッチングを停止させスイッチングノイズの発生を抑えるとともにヒータチップ
２５に流れるヒータ電流をなくし、ヒータ電流による熱電対線２本間のギャップ
電圧の発生もなくすことにより、温度計測の精度を向上させるためである。
【００２８】
次に、このようなインバータ制御方式パルスヒート電源の動作を説明する。
最初に前述したヒータチップ２５への通電／休止時間間隔とヒータチップ２５
の温度をサンプリングするタイミングおよびヒータチップ２５を半田付け対象物
に応じた温度をパラメータ設定部２８に設定する。
図２に、この設定された状態および動作状態を示す。
図２において、（Ａ）はＰＷＭ制御により変動するゲート開度幅、（Ｂ）は通
電／休止信号（（ｂ）はその内の休止部分）、（Ｃ）は温度サンプリング信号、
（Ｄ）はヒータチップ２５の電圧、（Ｅ）はヒータチップ２５に流れる電流であ
る。
ここで、電流が電圧と比較して鈍っており、遅れているのは給電ケーブルのイ
ンダクタンス等の影響を受けているためである。
【００２９】
この状態で図示しない３相２００Ｖの商用交流電源を通電する。そうするとこ
の３相２００Ｖの交流電圧が、整流平滑部２１に印加され、ここで整流、平滑化
される。このようにして整流平滑部２１で生成された直流電圧は、インバータ部
２２に供給される。この状態ではインバータ部２２のスイッチング信号となる前
述のゲート信号１０１は生成されているが、半田付け開始信号１０２がＰＷＭ制
御部２９に入力されていないのでインバータ部２２に出力されることはない。
【００３０】
このような状態で、別途設けた操作スイッチで半田付け開始が指示されると半
田付け開始信号１０２が生成され、この半田付け開始信号１０２がＰＷＭ制御部
２９に入力されると前述のゲート信号１０１がインバータ部２２に出力される。
このゲート信号１０１は通常商用電源周波数より充分高い周波数である、例え
ば２ｋＨｚの周波数の信号である。そして、前述したようにこのゲート信号１０
１のゲート開度幅はヒータチップ２５の温度を設定された温度に保持するように
拡大したり、縮小したりする。
【００３１】
このゲート信号１０１により、インバータ部２２に入力された整流平滑部２１
からの直流電圧はゲート信号１０１に応じた高周波の交流電圧に変換され、この
交流電圧は溶接トランス２３で所定の低電圧、大電流の交流電圧に変換され、そ
の後整流部２４で整流され、低電圧、大電流の直流電圧となりヒータチップ２５
に印加される。なお、このゲート信号１０１は前述したように定められた間隔で
通電／休止の通電サイクルで出力される。
【００３２】
こうすることにより、通電時間にのみヒータチップ２５に電流が流れ、ヒータ
チップ２５の温度が上昇していく。このヒータチップ２５の温度は常時熱電対２
６で電圧として検出される。そして、電圧増幅部２７で所定の増幅度で増幅され
、ＰＷＭ制御部２９に入力される。一方、ＰＷＭ制御部２９にはパラメータ設定
部２８で設定された基準電圧も入力されている。そして、前述したようにヒータ
チップ２５の温度が設定された温度になるように、設定された温度に対応する基
準電圧の方がヒータチップ２５の温度に対応する電圧より低い場合はゲート信号
１０１のゲート開度幅を拡大させ、反対に設定された温度に対応する基準電圧の
方がヒータチップ２５の温度に対応する電圧より高い場合はゲート開度幅を縮小
させる。
このようにして、ヒータチップ２５の温度を検出し、温度のフィードバック制
御によりヒータ電流を制御することで、ヒータチップ２５の温度を設定された温
度に保持する。
【００３３】
この熱電対２６で検出され、電圧増幅部２７で増幅されてＰＷＭ制御部２９に
入力されるヒータチップ２５の電圧は温度サンプリング信号（図２（Ｃ）参照）
により、通電休止部分の最後尾でサンプリングされる。
この通電休止部分ではゲート信号１０１は出力されていないので、インバータ
部２２ではスイッチング動作は行われておらず、そうすると溶接トランス２３に
も入力電力がないのでヒータチップ２５には電流は流れることはない。
【００３４】
したがって、温度をサンプリングしようとするタイミングではスイッチングノ
イズの発生もなく、ヒータ電流による熱電対線２本間のギャップ電圧が熱電対起
電力に重畳されることがないので、正確な温度フィードバック制御が可能になる
。
なお、この動作は、所定の半田付け時間が終了するまで実行される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明になるインバータ制御方式パルスヒート電源の全体構成を示す概略ブロック図である。
【図２】本発明になるインバータ制御方式パルスヒート電源の動作状態を時系列で示す図である。
【図３】従来のパルスヒート電源のブロック図である。
【図４】図３の従来のパルスヒート電源の動作を説明するためのタイミングチャート図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  整流回路
２  コンデンサ
３ａ〜３ｄ  トランジスタ
４  トランス
５  ヒータチップ
６  熱電対
７  増幅器
８  温度設定スイッチ
９  ＰＷＭ制御回路
１１  誤差増幅器
１２  発振器
１３  比較器
１４  否定回路
１５  Ｔ形フリップフロップ
１６、１７  ＮＯＲ回路
２１  整流平滑部
２２  インバータ部
２３  溶接トランス
２４  整流部
２５  ヒータチップ
２６  熱電対
２７  電圧増幅部
２８  パラメータ設定部
２９  ＰＷＭ制御部
【図１】
2006035257.tif 000003
【図２】
2006035257.tif 000004
【図３】
2006035257.tif 000005
【図４】
2006035257.tif 000006