(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワーク搬送方向に延びるマッフルと、前記マッフルの外側周囲を囲むとともに、前記搬送方向に複数のゾーンを形成するように配置され、かつそのマッフル内のワークを加熱するヒータからなる複数の加熱手段と、複数の前記ゾーンにおいて前記マッフル内の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の検出温度に基づき加熱手段を制御する制御手段とを備えた連続熱処理炉において、
前記温度検出手段の感温部をマッフルの外側表面のうち前記ワークに最も近い外表面に接触させるとともに、その温度検出手段を、前記ワークに最も近い外表面において前記搬送方向に沿って延び、かつ前記加熱手段からの輻射熱の伝導を抑える遮熱部材により囲んだことを特徴とする連続熱処理炉。
【請求項２】
前記温度検出手段が、処理温度が異なる複数のゾーンにそれぞれ設けられており、前記各温度検出手段を当該温度検出手段毎に前記遮熱部材で囲んでいることを特徴とする請求項１記載の連続熱処理炉。
【請求項３】
前記マッフルと前記遮熱部材とを熱膨張率が同じ耐熱鋼板により構成したことを特徴とする請求項１記載の連続熱処理炉。
【請求項４】
ワーク搬送方向に延びるマッフルの外側周囲を囲むヒータからなる加熱手段と温度検出手段とによって構成される複数のゾーンに沿って、マッフル内でワークを搬送して通過させることによりワークの熱処理を行う連続熱処理炉におけるワーク熱処理温度の制御方法であって、前記温度検出手段は、その感温部がマッフルの外側表面のうち前記ワークに最も近い外表面に接触させられるとともに、前記ワークに最も近い外表面において前記搬送方向に沿って延びかつ前記加熱手段からの輻射熱の伝導を抑える遮熱部材により囲まれた状態で、複数の加熱ゾーンの温度を検出し、当該温度に基づいて加熱手段を制御することによってワークの熱処理温度を制御することを特徴とする連続熱処理炉におけるワーク熱処理温度制御方法。
【請求項５】
前記マッフルと前記遮熱部材とを熱膨張率が同じ耐熱鋼板により構成したことを特徴とする請求項４記載の連続熱処理炉におけるワーク熱処理温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンベア炉等の連続熱処理炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体ウェハやプリント回路基板等のワークに、はんだリフロー処理等を行う連続熱処理炉では、コンベア等の搬送部材によってマッフル内を搬送されるワークに対して、そのマッフルの外側に設けたヒータで加熱している。また、このような連続熱処理炉では、熱電対などによってマッフル内の温度を検出し、その検出温度に基づいたフィードバック制御を用いて上記ヒータを加熱制御することにより、ワークを所望の温度プロファイルで処理している。
【０００３】
従来の連続熱処理炉としては、例えば図２（ａ）または（ｂ）に示すものが知られている。図２（ａ）において、この従来の連続熱処理炉では、筒状のヒータ５０の内部にマッフル５１が配置されており、ワークＷは搬送部材５２により図の紙面と垂直な方向にマッフル５１の内部を搬送されている。また、ヒータ５０の断熱壁５０ａには、熱電対５３がヒータ５０とマッフル５１との間の空間に配置されるように、その熱電対５３を収納した石英保護管５７が貫通支持されている。制御部５４は、リード線５６を介して熱電対５３が検出した温度を入力するとともに、ワークＷが所望の処理温度で処理されるように、例えばＰＩＤ制御を用いて熱電対５３の検出温度からヒータ５０に供給する電力を決定し、その決定した電力をケーブル５５を介してヒータ５０に供給する。
また、図２（ｂ）に示す従来の連続熱処理炉は、同図（ａ）に示したものと異なり、支持部材５８によってマッフル５１の内部で熱電対５３を支持することにより、当該熱電対５３を上記マッフル５１の内部空間に配置したものであり、制御部５４は上記熱電対５３の検出温度に基づきヒータ５０の加熱制御を行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の連続熱処理炉では、制御部５４がマッフル５１内の温度変化に応じてヒータ５０の加熱制御を行うことができずに、ワークＷを所望の処理温度で処理できないことがあった。具体的には、例えば熱容量の大きいワークＷを連続的に高速処理する場合、その高速処理の最初のワークＷの吸熱によってマッフル５１内の温度は大きく低下するが、制御部５４はその温度低下に応じてヒータ５０を最適に加熱制御することができずに、最初のワークＷと後続のワークＷとでの処理温度が異なることがあった。このため、従来の連続熱処理炉では、ダミーワークを処理前に投入する等により、マッフル５１内の温度を所望の処理温度に安定させる必要があり、ワークＷの処理効率を向上するのが困難であるという問題があった。
【０００５】
詳細にいえば、図２（ａ）に示した従来の連続熱処理炉では、熱電対５３がヒータ５０とマッフル５１との間の空間に配置されていたので、熱電対５３の検出温度はヒータ５０からの輻射熱に大きく影響されて、制御部５４がマッフル５１内の温度変化を精度よく検知することは難しいものであった。このため、上記ワークＷを連続的に高速処理する場合などにおいて、制御部５４がマッフル５１内の温度変化に応じてヒータ５０を最適に加熱制御することができず、そのマッフル５１内を所望の処理温度に保てないことがあった。具体的には、１枚目のワークＷと２０枚目のワークＷとの処理温度差が約２０℃程度となることがあった。
【０００６】
また、図２（ｂ）に示した従来の連続熱処理炉では、マッフル５１の内部空間に熱電対５３を配置していたので、制御部５４がマッフル５１内の温度変化に応じてヒータ５０への電力を変更したとき、その変更によるマッフル５１内の温度変化を熱電対５３が検出するまでにタイムラグを生じた。このため、制御部５４がマッフル５１内の温度を所望の処理温度に安定させるまでに時間を要した。さらに、上記のようなタイムラグを考慮したＰＩＤ制御を行う必要があり、制御部５４での加熱制御を複雑なものとして、ワークＷの処理効率を向上するのが困難であった。
【０００７】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、マッフル内の温度変化を素早く、かつ精度よく検出することができ、よってワークの処理効率を容易に向上することができる連続熱処理炉及び連続熱処理炉におけるワーク熱処理温度制御方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ワーク搬送方向に延びるマッフルと、前記マッフルの外側周囲を囲むとともに、前記搬送方向に複数のゾーンを形成するように配置され、かつそのマッフル内のワークを加熱するヒータからなる複数の加熱手段と、複数の前記ゾーンにおいて前記マッフル内の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の検出温度に基づき加熱手段を制御する制御手段とを備えた連続熱処理炉において、前記温度検出手段の感温部をマッフルの外側表面のうち前記ワークに最も近い外表面に接触させるとともに、その温度検出手段を、前記ワークに最も近い外表面において前記搬送方向に沿って延び、かつ前記加熱手段からの輻射熱の伝導を抑える遮熱部材により囲んだことを特徴とするものである（請求項１）。
また、本発明は、ワーク搬送方向に延びるマッフルの外側周囲を囲むヒータからなる加熱手段と温度検出手段とによって構成される複数のゾーンに沿って、マッフル内でワークを搬送して通過させることによりワークの熱処理を行う連続熱処理炉におけるワーク熱処理温度の制御方法であって、前記温度検出手段は、その感温部がマッフルの外側表面のうち前記ワークに最も近い外表面に接触させられるとともに、前記ワークに最も近い外表面において前記搬送方向に沿って延びかつ前記加熱手段からの輻射熱の伝導を抑える遮熱部材により囲まれた状態で、複数の加熱ゾーンの温度を検出し、当該温度に基づいて加熱手段を制御することによってワークの熱処理温度を制御することを特徴とするものである（請求項４）。
【０００９】
上記のように構成された連続熱処理炉によれば、温度検出手段をマッフルの外側表面に接触させ、かつ上記遮熱部材で囲んだことにより、加熱手段からの輻射熱の影響を抑えて温度検出手段がマッフル内の温度変化を素早く、かつ精度よく検出することができる。
【００１０】
また、上記連続熱処理炉（請求項１，４）においては、前記マッフルの外側表面のうち前記ワークに最も近い外側表面に、前記温度検出手段の感温部を接触させているので、他の外側表面に接触させた場合に比べて、マッフル内でのワークの処理温度の検出精度を向上することができる。
また、上記連続熱処理炉（請求項１）において、前記温度検出手段が、処理温度が異なる複数のゾーンにそれぞれ設けられており、前記各温度検出手段を当該温度検出手段毎に前記遮熱部材で囲んでいることが好ましい（請求項２）。
【００１１】
また、上記連続熱処理炉（請求項１または４）において、前記マッフルと前記遮熱部材とを熱膨張率が同じ耐熱鋼板により構成することが好ましい（請求項３，５）。この場合、マッフルと遮熱部材とが上記加熱手段からの輻射熱によって熱膨張を生じたときでも、それらのマッフルと遮熱部材との間に隙間が生じるのを防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の連続熱処理炉の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）は本発明の一実施形態による連続熱処理炉の要部構成を示す概略横断面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線における縦断面図である。図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態の連続熱処理炉では、例えば４つの筒状のヒータ１がマッフル２内に収納されたコンベア等の搬送手段３の搬送方向（図１（ａ）に“Ｘ”にて図示）に沿って配置されており、処理温度が異なる４つのゾーンＡ、Ｂ、Ｃ、及びＤが形成されている。上記ヒータ１は断熱壁１ａで覆われたものであり、上記搬送手段３によって搬送される、半導体ウェハやプリント回路基板等のワークＷを加熱する加熱手段を構成している。上記マッフル２は、例えば断面形状が矩形の枠体状に形成されたものであり、ＳＵＳ−３１０Ｓ等の耐熱鋼板により構成されている。
【００１３】
上記マッフル２の床面２ａの外側表面には、上記の各ゾーンＡ〜Ｄ毎に、温度検出手段としての熱電対５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの感温部５ａ１、５ｂ１、５ｃ１、５ｄ１が接触状態で取付けられている。これらの熱電対５ａ〜５ｄは、それぞれ炉外まで導かれたのち、図示しない補償導線を介して制御部４に接続されたものであり、ヒータ１からの輻射熱の伝導を抑える遮熱部材８により囲まれて上記外側表面との間の空間に閉塞されている。このように、マッフル２の外側表面のうち、ワークＷに最も近い床面２ａの外側表面に熱電対５ａ〜５ｄの感温部５ａ１〜５ｄ１を接触させることにより、他の外側表面に接触させた場合に比べてマッフル２内でのワークＷの処理温度の検出精度を向上することができる。上記遮熱部材８は、例えばマッフル２と同じ熱膨張率の耐熱鋼板により構成されている。このように、遮熱部材８及びマッフル２を同じ熱膨張率の耐熱鋼板で構成しているので、これらの遮熱部材８及びマッフル２に、上記ヒータ１からの輻射熱に起因する熱応力によって変形や割れ等が生じるのを抑えることができるとともに、上記輻射熱によって熱膨張を生じたときでも、マッフル２と遮熱部材８との間に隙間が生じるのを防止することができる。
制御部４は、ＣＰＵ等を含んだものであり、各ゾーンＡ〜Ｄ毎に、例えばＰＩＤ制御を用いて熱電対５ａ〜５ｄの各検出温度から対応するヒータ１に供給する電力を決定し、その決定した電力をケーブル７を介して各ヒータ１に供給する。これにより、ワークＷは、各ゾーンＡ〜Ｄを通過する間に所望の温度プロファイルで処理される。
【００１４】
上記のように構成された本実施形態の連続熱処理炉では、熱電対５ａ〜５ｄの感温部５ａ１〜５ｄ１を上記床面２ａの外側表面に接触させ、かつ熱電対５ａ〜５ｄを上記遮熱部材８により囲んでいるので、ヒータ１からの輻射熱の影響を抑えて熱電対５ａ〜５ｄがマッフル２内の温度変化を素早く、かつ精度よく検出することができる。それゆえ、たとえ熱容量の大きいワークＷを連続的に高速処理する場合でも、制御部４が熱電対５ａ〜５ｄの検出温度からマッフル２内の正確な温度変化を直ちに検知することができ、その温度変化に応じてヒータ１を最適に加熱制御することができる。その結果、上述の従来例のものと異なり、ダミーワークの投入や制御部４での加熱制御を複雑なものとすることなく、マッフル２内の温度を所望の処理温度に素早く安定させてワークＷの処理効率を容易に向上することができる。
【００１５】
また、本実施形態では、マッフル２の外側表面のうちワークＷに最も近い外側表面に上記感温部５ａ１〜５ｄ１を接触させているので、他の外側表面に接触させた場合に比べて、マッフル２内でのワークＷの処理温度の検出精度を向上することができる。
また、本実施形態では、マッフル２と遮熱部材８とを熱膨張率が同じ耐熱鋼板により構成しているので、これらのマッフル２と遮熱部材８とが上記ヒータ１からの輻射熱によって熱膨張を生じたときでも、マッフル２と遮熱部材８との間に隙間が生じるのを防止することができる。その結果、ヒータ１からの輻射熱が上記隙間を経て熱電対５ａ〜５ｄに伝わるのを防ぐことができ、熱電対５ａ〜５ｄの検出精度の低下を防止することができる。
【００１６】
尚、本発明の発明者等の試験結果によれば、熱容量の大きいプリント回路基板（ワークＷ）にはんだリフロー処理を実施した場合、そのワークＷの１枚目と６０枚目との処理温度差は約２℃であった。このように、本実施形態の連続熱処理炉では、所定枚数からなるロット単位のワークＷを連続的に処理する場合でも、制御部４が熱電対５ａ〜５ｄの検出温度からマッフル２内の正確な温度変化を直ちに検知して、その温度変化に応じてヒータ１の加熱制御を最適に行えることが確認された。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。
請求項１の連続熱処理炉によれば、温度検出手段がマッフル内の温度変化を素早く、かつ精度よく検出することができるので、たとえ熱容量の大きいワークを連続的に高速処理する場合でも、制御手段は上記温度変化に対応して加熱手段を最適に加熱制御し、マッフル内の温度を直ちに所望の処理温度に安定させることができる。したがって、上記ダミーワークの投入や制御手段での加熱制御を複雑なものとすることなく、ワークの処理効率を容易に向上することができる。
【００１８】
請求項２の連続熱処理炉によれば、温度検出手段の感温部をワークに最も近いマッフルの外側表面に接触させているので、他の外側表面に接触させた場合に比べて、マッフル内でのワークの処理温度の検出精度を向上することができる。
請求項３の連続熱処理炉によれば、マッフルと遮熱部材とが上記加熱手段からの輻射熱によって熱膨張を生じたときでも、マッフルと遮熱部材との間に隙間が生じるのを防止することができ、よってその隙間を経て上記加熱手段からの輻射熱が温度検出手段に伝わるのを防ぐことができ、その検出精度の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態による連続熱処理炉の要部構成を示す概略横断面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線における縦断面図である。
【図２】（ａ）は従来の連続熱処理炉の要部構成を示す概略縦断面図であり、（ｂ）は別の従来の連続熱処理炉の要部構成を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
１  ヒータ（加熱手段）
２  マッフル
４  制御部（制御手段）
５ａ〜５ｄ  熱電対（温度検出手段）
５ａ１〜５ｄ１  感温部
８  遮熱部材
【図１】
0004397546.tif 000002
【図２】
0004397546.tif 000003