(57)【要約】【課題】リフロー炉内で加熱するプリント配線板に付加される温度をより正確に解析することを課題とする。【解決手段】リフロー炉内で加熱されるプリント配線板に対応した形状を複数の板片で構成した測定治具をリフロー炉内で加熱し、各板片の温度履歴と板片近傍の炉内雰囲気の温度履歴とを測定し、板片近傍の炉内雰囲気の温度履歴と熱伝達係数の初期値とから板片の温度履歴を解析し、解析した板片の温度履歴と実測した板片の温度履歴とから、板片の熱伝達係数を求め、この求めた熱伝達係数を用いてプリント配線板の熱解析を行う。【選択図】　　　図９【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱炉の加熱条件を設定する工程と、
前記加熱炉内で加熱されるプリント配線板の形状に対応する板を前記加熱条件に設定された前記加熱炉で加熱する工程と、
前記板の所定の位置の温度の推移を示す温度履歴を測定する工程と、
前記板の所定の近傍位置の温度の推移を示す雰囲気温度履歴を測定する工程と、
前記板が前記加熱炉の雰囲気を介して受ける熱量の割合を規定する熱伝達係数の初期値を設定する工程と、
前記熱伝達係数の初期値と前記雰囲気温度履歴とに基づいて前記板の前記所定の位置の温度履歴を解析する工程と、
解析された前記板の前記所定の位置の温度履歴と測定された前記所定の位置の温度履歴との差から補正した熱伝達係数を求める工程とを含むことを特徴とするプリント配線板の熱解析方法。
【請求項２】
加熱炉内で加熱されるプリント配線板の形状に対応して複数片からなる板の各片の所定位置と前記各片の近傍の各々温度履歴を測定する工程と、
前記各片の近傍の温度履歴と前記各片が前記加熱炉の雰囲気を介して受ける熱量の割合を規定する熱伝達係数の初期値を前記各片に対応して設定する工程と、
前記各片に対応する熱伝達係数の初期値と前記各片に対応する前記雰囲気温度履歴とに基づいて前記各片の前記所定の位置の温度履歴を解析する工程と、
解析された前記各片の前記所定の位置の温度履歴と測定された前記各片の所定の位置の温度履歴との差から補正した熱伝達係数を求める工程とを含むことを特徴とするプリント配線板の熱解析方法。
【請求項３】
請求項２に記載の熱解析方法においてもとめられた前記熱伝達係数を用いて、前記プリント配線板が前記加熱炉内で加熱される際の熱解析を行うことを特徴とする加熱炉内のプリント配線板の熱解析方法。
【請求項４】
加熱炉内で加熱されるプリント配線板の形状に対応して複数片からなる板の各片の所定位置と前記各片の近傍の各々温度履歴が入力される温度測定部と、
前記各片の近傍の温度履歴と各片が前記加熱炉の雰囲気を介して受ける熱量の割合を規定する熱伝達係数の初期値を前記各片に対応して設定する入力部と、
前記各片に対応する熱伝達係数の初期値と前記各片に対応する前記雰囲気温度履歴とに基づいて前記各片の前記所定の位置の温度履歴を解析し、解析された前記各片の前記所定の位置の温度履歴と測定された前記各片の所定の位置の温度履歴との差が所定の範囲内になる様に前記初期値を補正し前記片の熱伝達係数を求める解析を行う解析部とを有したことを特徴する熱解析装置。
【請求項５】
請求項４に記載の熱解析装置においてもとめられた前記熱伝達係数を用いて、前記プリント配線板が前記加熱炉内で加熱される際の熱解析を行うことを特徴とする加熱炉内のプリント配線板の熱解析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱炉内の被加熱材の熱解析方法およびその熱解析方法を搭載した熱解析装置に関し、さらに詳しくは、リフロー炉内でプリント配線板とこれに搭載する各種部品とをはんだ付けで接合する際に加熱されるプリント配線板の被加熱状態を解析する方法とこの解析方法を搭載した装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リフローはんだ付けは、ＩＣなどの電子部品をプリント配線板に実装する際に、この実装基板に適合させた温度プロファイル（温度−時間曲線）を図１に示す様なリフロー炉の加熱条件として制御し、はんだペーストなどの接合部材を溶融して電子部品とプリント配線板とをはんだによって接合するものである。
【０００３】
図１はリフロー炉２０の構成を示す説明図であり、２２はトンネル状の炉体、１は加熱されるプリント配線板、２４はプリント配線板１を搬送するコンベアでありローラ２６−１、２６−２、２６−３、２６−４に回転支持されている。３０、３２、３４、３６はコンベア２４の上側に配置されたヒータ、３１、３３、３５、３７はコンベア２４の上側に配置された熱風を送風するブロア、４０、４２、４４、４６はコンベア２４の下側に配置されたヒータである。
【０００４】
リフローはんだ付けを行う際には、プリント配線板１をコンベア２４の上に置き、入口Ａから出口Ｂに向けて、矢印Ｄで示す方向に炉体１内を搬送する。この搬送過程で、プリント配線板１は、ヒータ３０、３２、３４、３６、ヒータ４０、４２、４４、４６からの輻射熱と、ブロア３１、３３、３５、３７から吹き出す熱風により加熱される。この加熱により、プリント配線板１の温度上昇に伴ってプリント配線板１の所定位置に配置されたはんだペーストが溶融し、炉外に搬送され室温にさらされることで冷却されてはんだが固まり、はんだ付けが完了する。
【０００５】
一例として示したこのリフロー炉２０では、リフロー炉内を加熱ゾーン１からゾーン４までの４つの加熱ゾーンに分け、ゾーン１で徐々にプリント配線板１に付加される温度を上昇させ、ゾーン２、３でプリント配線板１を均一な温度にし、ゾーン４でプリント配線板１と搭載する電子部品とを接合するはんだを溶融する様に各ゾーンに配置されているヒータやブロアの加熱温度などの条件が制御される。
【０００６】
このリフロー炉を使用してプリント配線板のはんだ付けを行うに際しては、電子部品の耐熱温度以下であって、はんだの溶融温度以上の所望の温度範囲内にプリント配線板が保持されるための条件などを求めるために、プリント配線板の熱解析が行われている。
【０００７】
この熱解析では、プリント配線板がリフロー炉内の雰囲気から受ける熱量である熱境界条件を計算してプリント配線板の解析モデルの各計算要素に熱伝達境界条件として定義している。このプリント配線板の解析モデルの各計算要素がリフロー炉内に雰囲気から受ける熱量は以下の式で表される。
Ｑ＝ｈ×Ａ×（Ｔａ−Ｔｐ）
Ｑはプリント配線板の解析モデルの各計算要素がリフロー炉内の雰囲気から受ける熱量。
【０００８】
ｈは熱伝達係数。
Ａは計算要素が雰囲気に接する面積。
【０００９】
Ｔａは雰囲気温度。
Ｔｐは計算要素の温度。
【００１０】
これらの内で未知数である熱伝達係数ｈと雰囲気温度Ｔａを知ることで、プリント配線板の解析モデルの各計算要素が受け取る熱量Ｑを求めることができるが、雰囲気温度Ｔａはリフロー炉の雰囲気温度を実測によって知ることができるものの、熱伝達係数ｈは、実測が不可能な値である。そこで、熱伝達係数ｈは、経験式や計算により算出する方法（Ｊ．Ｐ．ホールマン著：伝熱工学の２０６頁）や、リフロー炉内の雰囲気の熱流体解析を行い数値計算による方法により導き出す方法が考えられる。
【００１１】
しかしながら、熱伝達係数ｈは、プリント配線板の形状や大きさ、リフロー炉内の雰囲気の温度や流れの速さや向き、乱流、層流の違いにより、大きく変化するので、経験式や計算によって精度良くもとめることは困難であり、一様な流れの中の単純な形状の回りに熱伝達係数については、ある程度精度良く求めることが可能である。
【００１２】
現実のリフロー炉内の熱風の温度分布や流れは、複雑な流れであり、一様な流れと仮定できず、またプリント配線板も単純な形状に置き換えるのは難しいので、前記した経験式から熱伝達係数を正確にもとめることは困難である。また、リフロー炉内の雰囲気を熱流体解析して、熱伝達係数ｈを求める方法では、リフロー炉内の熱流体の流れが複雑であるために、計算規模が大きく、この計算に掛かる工数が膨大になり、また計算誤差も大きく成り易いという問題がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記したリフロー炉を使用したリフローはんだ付けに使用する“はんだ”には、これまでＳｎ−Ｐｂ（錫−鉛）共晶はんだが主に使用されていた。しかし、環境保護の点からＰｂを含まないいわゆる鉛フリーのはんだが使用されるようになって来ている。この鉛フリーのはんだとしては、Ｓｎ−Ａｇ系はんだ、Ｓｎ−Ｚｎ系はんだ、Ｓｎ−Ｂｉ系はんだ等があるが、Ｓｎ−Ａｇ系はんだが接合の信頼性の点から、広く採用されつつある。このＳｎ−Ａｇ系はんだの融点は２２０℃付近であり、従来のＳｎ−Ｐｂ共晶はんだの１８３℃の融点に較べ高く、電子部品の耐熱温度２３５〜２４０℃に近い。
【００１４】
このＳｎ−Ａｇ系はんだの様に電子部品の耐熱温度に近い融点の接合材を使用して、プリント配線板に電子部品を接合する場合には、はんだの融点と電子部品の耐熱温度との差が従来のＳｎ−Ｐｂ共晶はんだを使用する場合よりも狭くなる。したがって、電子部品の耐熱温度により近い融点を持つはんだ、たとえばＳｎ−Ａｇ系はんだを使用する場合には、確実にはんだを溶融し、かつ電子部品が熱による損傷を受けなくするために、プリント配線板に付加される温度をより正確に制御する必要がある。
【００１５】
そこで、本発明は、加熱炉内の被加熱体の温度をより正確に解析する熱解析方法とその解析方法を搭載した装置を提供することを課題とし、より詳細には、リフロー炉内のプリント配線板の温度をより正確に解析する熱解析方法とその解析方法を搭載した装置を提供することを課題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために、発明者らは加熱炉内での被加熱体に付加される温度を正確に解析し予測するためには、各種の熱源から被加熱体に加えられる熱の輻射境界条件や熱伝達境界条件を正確に解析し、解析された熱伝達係数を使用すれば、正確に加熱炉内での被加熱体の温度を予測することが可能であると着想を得、さらに、被加熱体での温度分布を正確に予測するためには、被加熱体の複数点でのこれら熱伝達係数を解析し、それらの係数を使用すれば被加熱体の温度分布が解析でき、正確に被加熱体での熱解析が可能になるとの着想を得た。
【００１７】
この様に、複数点での熱伝達係数を解析することによって、同一のプリント配線板上であっても、板の各部に当たる熱風の温度や風速が異なっていても、プリント配線板上の各点での熱伝達係数を求めることが可能になり、経験式や熱流解析などの従来の手法で求めた熱伝達係数を使用したプリント配線板の熱解析よりも正確に熱解析を行うことが可能になる。
【００１８】
具体的には、リフロー炉内のプリント配線板の熱解析を行う際に、解析対象であるプリント配線板の解析モデルを２つ以上の領域に分割し、それぞれの領域に異なる境界条件を与え、境界条件が少なくとも熱伝達境界条件を含み、この熱伝達境界条件に関して、プリント配線板と同じ大きさの平板を２つ以上の板片に分割し、分割した板片を並べた状態でリフロー炉内に搬送し、加熱し、分割した各板片の温度履歴と各板片近傍の雰囲気温度の履歴を取得し、取得した各履歴から各板片の熱伝達係数の履歴を算出し、算出したこれらの熱伝達係数の履歴をプリント配線板の熱解析において、各領域の熱伝達境界条件の計算に使用して、プリント配線板の熱解析を行うことを特徴とする。
【００１９】
この様にしてプリント配線板の熱解析を行うので、実際のリフロー炉内の熱伝達による加熱を実験により正確に把握することが出来、この方法によって求めた熱伝達係数などの数値を熱伝達境界条件として熱解析を行うプリント配線板の解析モデルに定義できるために精度良くリフロー炉内のプリント配線板の熱解析を行える。
【００２０】
さらに具体的には、
請求項１の発明においては、加熱炉の加熱条件を設定する工程と、前記加熱炉内で加熱されるプリント配線板の形状に対応する板を前記加熱条件に設定された前記加熱炉で加熱する工程と、前記板の所定の位置の温度の推移を示す温度履歴を測定する工程と、前記板の所定の近傍位置の温度の推移を示す雰囲気温度履歴を測定する工程と、前記板が前記加熱炉の雰囲気を介して受ける熱量の割合を規定する熱伝達係数の初期値を設定する工程と、前記熱伝達係数の初期値と前記雰囲気温度履歴とに基づいて前記板の前記所定の位置の温度履歴を解析する工程と、解析された前記板の前記所定の位置の温度履歴と測定された前記所定の位置の温度履歴との差から補正した熱伝達係数を求める工程とを含むことを特徴とするプリント配線板の熱解析方法を要旨とした。
【００２１】
請求項２の発明においては、加熱炉内で加熱されるプリント配線板の形状に対応して複数片からなる板の各片の所定位置と各片の近傍の各々温度履歴を測定する工程と、前記各片の近傍の温度履歴と前記各片が前記加熱炉の雰囲気を介して受ける熱量の割合を規定する熱伝達係数の初期値を前記各片に対応して設定する工程と、前記各片に対応する熱伝達係数の初期値と前記各片に対応する前記雰囲気温度履歴とに基づいて前記各片の前記所定の位置の温度履歴を解析する工程と、解析された前記各片の前記所定の位置の温度履歴と測定された前記各片の所定の位置の温度履歴との差から補正した熱伝達係数を求める工程とを含むことを特徴とするプリント配線板の熱解析方法を要旨とした。
【００２２】
なお、上記各片の所定の位置と近傍の温度履歴を測定することが好ましいが２片以上の各温度履歴を測定する様にしても良い。
【００２３】
また、請求項３の発明においては、請求項２に記載の熱解析方法においてもとめられた前記熱伝達係数を用いて、前記プリント配線板が前記加熱炉内で加熱される際の熱解析を行うことを特徴とする加熱炉内のプリント配線板の熱解析方法を要旨とした。
【００２４】
さらに、請求項４の発明においては、加熱炉内で加熱されるプリント配線板の形状に対応して複数片からなる板の各片の所定位置と各片の近傍の各々温度履歴が入力される温度測定部と、前記各片の近傍の温度履歴と各片が前記加熱炉の雰囲気を介して受ける熱量の割合を規定する熱伝達係数の初期値を前記各片に対応して設定する入力部と、前記各片に対応する熱伝達係数の初期値と前記各片に対応する前記雰囲気温度履歴とに基づいて前記各片の前記所定の位置の温度履歴を解析し、解析された前記各片の前記所定の位置の温度履歴と測定された前記各片の所定の位置の温度履歴との差が所定の範囲内になる様に前記初期値を補正し前記片の熱伝達係数を求める解析を行う解析部とを有したことを特徴する熱解析装置を要旨とした。
【００２５】
なお、上記各片の所定の位置と近傍の温度履歴を測定することが好ましいが２片以上の各温度履歴を測定する様にしても良い。
【００２６】
さらに、請求項５の発明においては、請求項４に記載の熱解析装置においてもとめられた前記熱伝達係数を用いて、前記プリント配線板が前記加熱炉内で加熱される際の熱解析を行うことを特徴とする加熱炉内のプリント配線板の熱解析装置を要旨とした。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の１実施例を図１〜図９を参照して説明する。
【００２８】
本実施例においては、既に説明した図１に示したリフロー炉２０を使用した。本リフロー炉２０のコンベア２４の搬送速さは、入り口Ａから出口Ｂまでの移動を約７分で行う様に設定してある。
【００２９】
図２は解析対象のプリント配線板の１例を示す図であり、プリント配線板の概略形状を示す図である。プリント配線板１の基板２上に例示的に電子部品などの部品４、６、８の３つの部品のみを図示した。この解析対象のプリント配線板１上の温度履歴測定点とその近傍の雰囲気温度の測定点として、本実施例では測定点Ｐ１、Ｐ２と各部品４、６、８に測定点Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５を設定した。この測定点は任意であって良いが、本実施例では、重要な電子部品や許容温度の低い電子部品などが配置される点を測定点とすることが好ましい。
【００３０】
本発明ではプリント配線板の熱伝達係数の分布を求めるのであるが、本実施例はプリント配線板を範囲Ａと範囲Ｂの２つの領域に分けて、それぞれの領域についてリフロー炉内での熱伝達係数の履歴を求め、各領域の熱伝達係数を求めた。本実施例では、プリント配線板を範囲Ａと範囲Ｂの二つに区画したが、さらに細かく区画しても良い。
【００３１】
本発明を適用したこの実施例では、（１）温度測定、（２）繰り返し解析による熱伝達係数の決定、（３）本解析の各工程からなる。
【００３２】
（１）温度測定
本実施例ではリフロー炉内における板片の温度履歴とリフロー炉内の雰囲気温度の履歴を測定するが、この測定には図３に測定治具の１例として示した測定治具５０を使用した。プリント配線板１の範囲Ａをモデル化した板片Ａ５２、範囲Ｂをモデル化した板片Ｂ５４は、各々範囲Ａ、範囲Ｂとほぼ同じ形状である。
【００３３】
板片Ａ５２、板片Ｂ５４は、出来るだけリフロー炉内の熱伝達による加熱の状態を測定するために、輻射による加熱の影響を排除するために表面は鏡面に仕上げて、赤外線吸収率を小さくし、材質は熱伝導率の高いステンレスにして各板片内での温度分布が均一にし易くし、各板片の平均的な温度を測定する様に工夫してある。
【００３４】
この板片Ａ５２と板片Ｂ５４とを支持枠５１を介して図示していない搬送器具に固定し、リフロー炉内を並べて搬送可能にしてある。この支持枠５１も輻射加熱を避けるために表面を鏡面仕上げにしたステンレス製のものである。
さらに、板片Ａ５２と板片Ｂ５４との間の熱伝導を極力小さくする目的のために、支持枠５１と板片Ａ５２、板片５４との間の支持は、小型の固定金具５６−１、５６−２、５６−３、５６−４を用いて接触面積をなるべく小さくした。
【００３５】
温度測定点は、図２に示した測定点Ｐ１〜Ｐ５に対応する点としても良いが、本温度測定では、板片Ａ５２およびＢ５４の各中央付近に熱電対を配置して測定し、それぞれの中央付近の温度を代表温度とした。熱伝達の計算に必要となるリフロー炉内の雰囲気温度は、本実施例では板片Ａ５２および板片Ｂ５４の中央付近で板片面から約２０ｍｍの離れた点に雰囲気温度測定用の各熱電対の測温部を露出させ配置した。
【００３６】
リフロー炉１の加熱条件を、図１のヒータ３０、４０は３００℃、ヒータ３２、３４、４２、４４は２００℃、ヒータ３６、４６は３５０℃、ブロアの温度はブロア３１は２００℃、ブロア３３、３５は１６０℃、ブロア３７は２５０℃に設定し、上記各熱電対を配置した測定治具５０をリフロー炉内を搬送し板片Ａ５２および板片Ｂ５４の温度履歴と各板片近傍の雰囲気温度の履歴を測定した。測定結果を図４と図５に示す。
【００３７】
図４は、板片Ａ５２および板片Ｂ５４の温度履歴を示す図でありゾーン１で徐々に板片の温度が上昇し、ゾーン２、３で略均一な温度に保持され、ゾーン４ではんだを溶融するための温度に上昇し、その後、室温に向かって冷却されていることが分かる。図中の実線が板片Ａ５２の温度履歴であり、点線が板片Ｂ５４の温度履歴を示す。
【００３８】
図５は板片Ａ５２、板片Ｂ５４のほぼ中央で板面から約２０ｍｍの位置に配置した熱電対によって測定されたリフロー炉内の雰囲気の温度履歴を示す図であり、実線が板片Ａ５２の周囲の雰囲気温度履歴を示し、点線が板片Ｂ５４の周囲の雰囲気温度履歴を示している。
【００３９】
（２）繰り返し解析による熱伝達係数の決定
つぎに、熱伝達係数を求めるために、リフロー炉内の板片Ａ５２および板片Ｂ５４の熱解析を行った。本実施例で使用した熱解析装置の概略構成の１例を図６に示す。この図６に示した熱解析装置２００は、本発明者らが先に出願した特開平１１−２０１６４７号公報で開示した装置に本発明の熱伝達係数解析機能を付加した装置である。
【００４０】
図６において、熱解析機能のプログラムはコンピュータ本体２１０内に格納されており、入力装置２２０、表示装置２４０で構成されている。
【００４１】
図７は、上記した熱解析装置の１使用例を示す図であり、板片Ａ５２、板片Ｂ５４の所定の位置（配線板の温度測定点Ｐ１〜Ｐｊ）からの温度情報の入力が可能であり、またリフロー炉１の各加熱源１〜Ｋを設定する信号を出力可能に構成されている。
【００４２】
熱解析装置２００は、入力装置２２０、表示装置２４０に加え、コンピュータ本体２１０内に各種の演算を行うＣＰＵ３０１と解析に必要なプログラムや各種のデータを記録保持したＲＯＭ３０６、演算結果などを一時記録保持するＲＡＭ３０８等から構成されている。
【００４３】
図８は、この熱解析装置２００の機能ブロックの１例を示す図である。
図に示すように、入力装置２２０、表示装置２４０、形状データ処理部４０４、リフロー条件設定処理部４０６、解析結果表示処理部４１０、物性値データ記憶部４０２、搭載部品形状データ記憶部４００、プリント配線板形状データ記憶部４２０、炉内輻射特性データ記憶部４３０、炉内熱伝達特性データ記憶部４４０、温度分布データ記憶部４５０、計算格子生成処理部４２２、輻射境界条件設定処理部４３２、熱伝達境界条件設定処理部４４２、計算格子データ記憶部４２４、および解析処理部４６０から構成されている。
【００４４】
解析処理部４６０は、熱伝達計算処理部４６２、輻射計算処理部４６４、および熱伝導計算処理部４６６から構成されている。
【００４５】
入力装置２２０は各種データの入力や各種処理コマンドの入力に用いる。表示装置２４０は各種データの入力状態の表示や各種処理状態の表示を行う。
【００４６】
形状データ処理部４０４は基板の形状や搭載部品の形状、基板上に搭載される部品の位置などを取り込み、内容の変更や、搭載部品形状データ記憶部４００やプリント配線板形状データ記憶部４２０に記憶された内容の更新を行う。
【００４７】
物性値データ記憶部４０２には搭載部品の比熱、密度、熱伝導率、赤外線吸収率などの物性が与えられている。
【００４８】
プリント配線板形状データ記憶部４２０に記憶されるプリント配線板形状データは、プリント配線板１の基板２の形状データと、搭載部品形状データ記憶部４００中に記憶されている部品の名前と、この部品が配置される３次元空間上の座標データから構成される。
【００４９】
プリント配線板形状データは、図示していないがプリント配線板作成用のプリント板設計ＣＡＤシステムから取り込む方法を利用しても良い。
【００５０】
プリント配線板形状データ記憶部４２０に記憶されたプリント配線板形状データは、計算格子生成処理部４２２に取り込まれる。計算格子生成処理部４２２では、プリント配線板形状データ中の部品の名前を参照して、搭載部品形状データ記憶部４００から搭載部品の形状を読み込み、プリント配線板形状データ中の部品が搭載される基板位置に搭載部品の形状を加える。
【００５１】
計算格子生成処理部４２２では、部品が搭載されたプリント配線板の形状に対して計算格子を作成し、その計算格子で分割された各計算要素毎に物性値を定義する。この計算格子の生成は、従来公知の方法で行う。
【００５２】
リフロー条件設定処理部４０６では、入力装置２２０から入力されるリフロー炉の内部構造や各ヒータの大きさ、配置、温度設定、各ブロアの吹き出し口の位置、ブロアの設定温度、コンベアベルトの搬送速度などを取り込み、表示装置２４０に表示させる。
【００５３】
またリフロー条件設定処理部４０６では、入力された情報を、ヒータの面積や温度、プリント配線板との位置関係などの輻射計算に必要な情報については炉内輻射特性データ記憶部４３０に記憶し、熱伝達係数や雰囲気温度など熱伝達計算に必要な情報については炉内熱伝達特性データ記憶部４４０に記憶したり、内容の更新を行ったりする。
【００５４】
炉内輻射特性データ記憶部４３０および炉内熱伝達特性データ記憶部４４０に記憶された輻射特性データと熱伝達特性データは、輻射境界条件設定処理部４３２、熱伝達境界条件設定処理部４４２にそれぞれ取り込まれ、計算格子データ記憶部４２４の計算格子の所定の境界面に輻射境界条件と熱伝達境界条件を設定する。
【００５５】
解析処理部４６０では、計算格子データ記憶部４２４に記憶された計算格子を読み込み、輻射境界条件設定処理部４３２から出力された輻射境界条件および熱伝達境界条件設定処理部４４２から出力された熱伝達境界条件に基づいて熱解析処理を行う。
【００５６】
この際、プリント配線板が炉内をコンベアベルトで搬送されることにより、輻射境界条件および熱伝達境界条件が時間の経過に伴って変化する場合、解析処理部４６０内の輻射計算処理部４６４と熱伝達計算処理部４６２によって経過時間ごとの輻射境界条件と熱伝達境界条件を再計算し、熱伝導計算処理部４６６は、輻射計算処理部４６４と熱伝達計算処理部４６２から出力される計算結果を呼び込み、リフロー炉内の各位置のプリント配線板の熱伝導解析を行う。解析終了後に解析結果を温度分布データ記憶部４５０に記憶する。
【００５７】
解析結果表示処理部４１０は、温度分布データ記憶部４５０からプリント配線板の温度分布データを呼び込み、グラフィック処理を行って表示装置２４０に表示する。
【００５８】
以上の特開平１１−２０１６４７号公報に開示した機能に加え、
温度履歴処理部４０８は、板片Ａ５２、板片Ｂ５４の所定位置に配置した熱電対からの温度を入力装置２２０または図示しないインターフェースを介して取得し、解析処理部４６０に入力する。この入力されたリフロー炉内の雰囲気温度の温度履歴は、上記炉内熱伝達特性データ記憶部４４０や熱伝達境界条件設定処理部４４２などを用いて算出される炉内雰囲気温度に相当するデータとして解析処理部４６０に入力され、熱伝達計算処理部４６２と輻射計算処理部４６４の解析結果とともに熱伝導計算処理部４６６で処理され温度分布データ記憶部４５０に出力されて解析結果表示処理部４１０を介して表示装置２４０に表示される。
【００５９】
上記した熱解析装置２００を使用して、測定治具の板片Ａ５２の熱伝達係数を見出すためのリフロー炉内の板片Ａ５２の熱解析を行った。
【００６０】
この熱解析装置２００へのデータ入力は、リフロー炉に関連するデータとしては図１に示すリフロー炉の形状やヒータ数、ヒータの放射率等を入力した。リフロー炉の加熱条件は、図１のヒータ３０、４０は３００℃、ヒータ３２、３４、４２、４４は２００℃、ヒータ３６、４６は３５０℃、ブロアの温度はブロア３１は、２００℃、ブロア３３、３５は１６０℃、ブロア３７は２５０℃であり、これらの値を入力した。
【００６１】
解析対象である板片Ａ５２、板片Ｂ５４の比熱、密度、熱伝導率、赤外線放射率の値も入力装置２２０から入力した。熱伝達の境界条件に関しては、板片Ａ５２の解析を行う際には、図５に実線で示した板片Ａ５２の雰囲気温度を入力し、板片Ｂ５４の解析を行う際には、図５に点線で示した板片Ｂ５４の雰囲気温度を入力した。熱伝達係数に関しては、未知数であるので、図４のゾーン１〜４のいずれについても２０Ｗ／ｍ２　Ｋとして入力した。
【００６２】
まず始めに、板片Ａ５２に関してリフロー炉内の熱解析を行った。解析は図４のゾーン１のみを最初に行った。ゾーン１の解析結果と実験結果を図９に示す。１回目の解析結果では、ゾーン１の終端付近で、解析結果が実験結果を１５℃程度下回った。そこで、１ゾーンの熱伝達係数を１０Ｗ／ｍ２　Ｋだけ補正し３０Ｗ／ｍ２　Ｋとして、２回目の解析を行った。この熱伝達係数を補正した２回目のゾーン１の終端付近での解析結果は１回目の解析結果から２０℃上昇し、実験結果との差は＋５℃との結果が得られた。
【００６３】
以上の結果から熱伝達係数の補正量Ｘを次の式によって求めた。
Ｘ＝１５℃×１０ｍ２　Ｋ／２０℃＝７．５Ｗ／ｍ２　Ｋ
この補正量Ｘ＝７．５Ｗ／ｍ２　Ｋを用いて、ゾーン１の熱伝達係数を２７．５Ｗ／ｍ２　Ｋとして、３回目の解析を行なった。結果は、図９に示す様にほぼ実験値と一致した結果が得られた。
【００６４】
つぎに、ゾーン２の解析も熱伝達係数の初期値を２０Ｗ／ｍ２　Ｋに設定してゾーン１の解析手順と同様に行った。結果は、熱伝達係数を２３Ｗ／ｍ２　Ｋとすることで、実験結果と解析結果が十分な精度で一致した。同様にゾーン３、４についても同様に解析し、ゾーン３での熱伝達係数は１８Ｗ／ｍ２　Ｋ、ゾーン４での熱伝達係数は３２Ｗ／ｍ２　Ｋの各熱伝達係数を得た。
【００６５】
さらに、板片Ｂ５４についても板片Ａ５２と同様の手順で各ゾーン毎の熱伝達係数を求めた。その結果はゾーン１〜４の各熱伝達係数について、２６、２１．５、１９．５、３０Ｗ／ｍ２　Ｋの値を得た。
【００６６】
（３）本解析
上記した手順で得た板片Ａ５２および板片Ｂ５４の各ゾーンでの熱伝達係数を、図２に示したプリント配線板のリフロー炉内に於ける熱解析を行う際に使用した。板片Ａ５２の解析から求めた熱伝達係数はプリント配線板の範囲Ａに定義し、板片Ｂ５４の解析から求めた熱伝達係数はプリント配線板の範囲Ｂに定義した。解析結果と実験結果を図１に示したＰ１〜Ｐ５の各点に付いて比較したところ、温度履歴の誤差はほぼ０となり、十分な精度で解析できた。
【００６７】
上記の記載に関連して以下の各付記を開示する。
（付記１）加熱炉の加熱条件を設定する工程と、前記加熱炉内で加熱されるプリント配線板の形状に対応する板を前記加熱条件に設定された前記加熱炉で加熱する工程と、前記板の所定の位置の温度の推移を示す温度履歴を測定する工程と、前記板の所定の近傍位置の温度の推移を示す雰囲気温度履歴を測定する工程と、前記板が前記加熱炉の雰囲気を介して受ける熱量の割合を規定する熱伝達係数の初期値を設定する工程と、前記熱伝達係数の初期値と前記雰囲気温度履歴とに基づいて前記板の前記所定の位置の温度履歴を解析する工程と、解析された前記測定治具の前記所定の位置の温度履歴と測定された前記所定の位置の温度履歴との差から補正した熱伝達係数を求める工程とを含むことを特徴とするプリント配線板の熱解析方法。
【００６８】
（付記２）加熱炉内で加熱されるプリント配線板の形状に対応して複数片からなる板の各片の所定位置と各片の近傍の各々温度履歴を測定する工程と、前記各片の近傍の温度履歴と前記各片が前記加熱炉の雰囲気を介して受ける熱量の割合を規定する熱伝達係数の初期値を前記各片に対応して設定する工程と、前記各片に対応する熱伝達係数の初期値と前記各片に対応する前記雰囲気温度履歴とに基づいて前記各片の前記所定の位置の温度履歴を解析する工程と、解析された前記各片の前記所定の位置の温度履歴と測定された前記各片の所定の位置の温度履歴との差から補正した熱伝達係数を求める工程とを含むことを特徴とするプリント配線板の熱解析方法。
【００６９】
（付記３）付記２に記載の熱解析方法においてもとめられた前記熱伝達係数を用いて、前記プリント配線板が前記加熱炉内で加熱される際の熱解析を行うことを特徴とする加熱炉内のプリント配線板の熱解析方法。
【００７０】
（付記４）付記２に記載の各片が鏡面仕上げの板面を有することを特徴とするプリント配線板の熱解析方法。
【００７１】
（付記５）加熱炉内で加熱されるプリント配線板の形状に対応して複数片からなる板の各片の所定位置と各片の近傍の各々温度履歴が入力される温度測定部と、前記各片の近傍の温度履歴と各片が前記加熱炉の雰囲気を介して受ける熱量の割合を規定する熱伝達係数の初期値を前記各片に対応して設定する入力部と、前記各片に対応する熱伝達係数の初期値と前記各片に対応する前記雰囲気温度履歴とに基づいて前記各片の前記所定の位置の温度履歴を解析し、解析された前記各片の前記所定の位置の温度履歴と測定された前記各片の所定の位置の温度履歴との差が所定の範囲内になる様に前記初期値を補正し前記各片の熱伝達係数を求める解析を行う解析部とを有したことを特徴する熱解析装置。
【００７２】
（付記６）付記４に記載の熱解析装置においてもとめられた前記熱伝達係数を用いて、前記プリント配線板が前記加熱炉内で加熱される際の熱解析を行うことを特徴とする加熱炉内のプリント配線板の熱解析装置。
【００７３】
（付記７）付記１、付記２、付記５に於ける加熱炉がリフロー炉であることを特徴とする熱解析方法または熱解析装置。
【００７４】
【発明の効果】以上で説明したように、本発明によれば、実際のリフロー炉内の熱伝達による加熱を実験により、正確に把握することができ、この実験によって得た熱伝達係数を熱伝達境界条件として熱解析を行うプリント配線板の解析モデルに適用することによって、リフロー炉内のプリント配線板の熱解析を高精度で行える効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】リフロー炉の概略断面を示す図。
【図２】解析対象のプリント配線板の１例を示す図。
【図３】測定治具の１例を示す図。
【図４】板片の温度履歴を示す図。
【図５】リフロー炉内の雰囲気の温度履歴を示す図。
【図６】熱解析装置の概略構成の１例を示す図。
【図７】熱解析装置の１使用例を示す図。
【図８】熱解析装置の機能ブロックの１例を示す図。
【図９】板片Ａのゾーン１に於ける温度履歴と解析例を示す図。
【符号の説明】
１　プリント配線板
２０　リフロー炉
３０、３２、３４、３６　ヒータ
３１、３３、３５、３７　ブロア
４０、４２、４４、４６　ヒータ
５０　測定治具
５２　板片Ａ
５４　板片Ｂ
２００　熱解析装置
４０８　温度履歴処理部
４６０　解析処理部
【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】
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【図８】
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【図９】
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