(57)【要約】【課題】リフロー対象物における温度上昇が遅い部位と温度上昇が早い部位の双方を、条件出し作業をすることなく、自動的に目標温度に加熱すること。【解決手段】リフロー装置１は、回路基板３１を通過させるリフロー炉２と、回路基板３１を搬送するコンベア３と、回路基板３１に熱風を吹き付けるヒータ５及びファン６と、リフロー炉２の入口２ａ及び内部にて回路基板３１の温度を測定する入口温度センサ２１と炉内温度センサ２２と、コントローラ２６とを備える。コントローラ２６は、測定温度に基づき、回路基板３１上の温度上昇が早い部位の温度上昇と温度上昇が遅い部位の温度上昇との差を演算し、演算された温度上昇の差に基づき、温度上昇が早い部位の最高温度と温度上昇が遅い部位の最高温度との差を補正するようにコンベア３及びヒータ５及びファン６を制御する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リフロー対象物を通過させるリフロー炉と、
前記リフロー炉の中にて前記リフロー対象物を搬送するための搬送手段と、
前記リフロー炉の中にて前記リフロー対象物に熱風を吹き付けるための熱風供給手段と、
前記リフロー炉の入口及び内部にて前記リフロー対象物の温度を測定するための温度測定手段と、
前記測定された温度に基づき、前記リフロー対象物における温度上昇が早い部位の温度上昇と前記リフロー対象物における温度上昇が遅い部位の温度上昇との差を演算するための温度上昇差演算手段と、
前記演算された温度上昇の差に基づき、前記温度上昇が早い部位の最高温度と前記温度上昇が遅い部位の最高温度との差を補正するように前記搬送手段及び前記熱風供給手段を制御するための制御手段と
を備えたことを特徴とするリフロー装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記温度上昇が早い部位の最高温度と前記温度上昇が遅い部位の最高温度との差を補正するために、前記温度上昇が早い部位及び前記温度上昇が遅い部位の最高温度が所定の目標温度範囲に入るように前記搬送手段及び前記熱風供給手段を制御することを特徴とする請求項１に記載のリフロー装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記搬送手段による搬送速度、前記熱風供給手段による熱風の量及び温度を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のリフロー装置。
【請求項４】
リフロー炉に投入されたリフロー対象物を搬送すると共に、前記リフロー対象物に熱風を吹き付けて加熱するリフロー方法であって、
前記リフロー炉の入口及び内部にて前記リフロー対象物の温度を測定し、
前記測定された温度に基づき、前記リフロー対象物における温度上昇が早い部位の温度上昇と温度上昇が遅い部位の温度上昇との差を演算し、
前記演算された温度上昇の差に基づき、前記温度上昇が早い部位の最高温度と前記温度上昇が遅い部位の最高温度との差を補正するように前記リフロー対象物の搬送速度と前記熱風の量及び温度を制御する
ことを特徴とするリフロー方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プリント基板上に半田ペーストを印刷し、その上に電子部品を載せてから熱を加えて半田を溶かすリフロー方式に使用されるリフロー装置及びリフロー方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種のリフロー装置を使用して電子部品を基板上に半田付け（実装）する際、リフロー炉内の温度を測定して、設備設定条件をフィードバックするか、リフロー対象物（回路基板等）の温度を測定して、設備設定条件をフィードバックすることが行われていた。下記の特許文献１〜３には、リフロー装置に係る関連技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１８３５１１号公報
【特許文献２】特開平９−２１９５８２号公報
【特許文献３】特開平６−２２４５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記リフロー装置では、リフロー対象物上で温度のばらつきがあり、温度上昇が遅い部位と、温度上昇が早い部位とがある。これは、主として、電子部品の熱容量、電子部品の配置又は形状の差に起因するものである。このため、温度上昇が遅い部位と、温度上昇が早い部位の双方を同時にリフロー炉の中で目標温度に加熱することは困難であった。そこで、リフロー対象物に熱電対を貼り、何度も条件出しすることで、リフロー炉の中の温度を設定する必要があった。このため、条件出し作業に時間と手間がかかるという問題があった。
【０００５】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、リフロー対象物における温度上昇が遅い部位と温度上昇が早い部位の双方を、条件出し作業をすることなく、自動的に目標温度に加熱することを可能としたリフロー装置及びリフロー方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、リフロー対象物を通過させるリフロー炉と、リフロー炉の中にてリフロー対象物を搬送するための搬送手段と、リフロー炉の中にてリフロー対象物に熱風を吹き付けるための熱風供給手段と、リフロー炉の入口及び内部にてリフロー対象物の温度を測定するための温度測定手段と、測定された温度に基づき、リフロー対象物における温度上昇が早い部位の温度上昇とリフロー対象物における温度上昇が遅い部位の温度上昇との差を演算するための温度上昇差演算手段と、演算された温度上昇の差に基づき、温度上昇が早い部位の最高温度と温度上昇が遅い部位の最高温度との差を補正するように搬送手段及び熱風供給手段を制御するための制御手段とを備えたことを趣旨とする。
【０００７】
上記発明の構成によれば、リフロー炉に投入されるリフロー対象物は、搬送手段により搬送されると共に、熱風供給手段により熱風が吹き付けられて加熱される。ここで、リフロー炉に投入されるリフロー対象物につき、その温度上昇が早い部位の温度上昇と温度上昇が遅い部位の温度上昇との差が、温度測定手段により測定された温度に基づいて演算される。そして、その演算された温度上昇の差に基づき、温度上昇が早い部位の最高温度と温度上昇が遅い部位の最高温度との差を補正するように、制御手段により搬送手段及び熱風供給手段が制御される。従って、各部位で熱容量差が異なるリフロー対象物であっても、温度上昇が早い部位の温度上昇と温度上昇が遅い部位の温度上昇との差、すなわち熱容量の差に基づき、温度上昇が早い部位の最高温度と温度上昇が遅い部位の最高温度が自動的に補正される。
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、制御手段は、温度上昇が早い部位の最高温度と温度上昇が遅い部位の最高温度との差を補正するために、温度上昇が早い部位及び温度上昇が遅い部位の最高温度が所定の目標温度範囲に入るように搬送手段及び熱風供給手段を制御することを趣旨とする。
【０００９】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、温度上昇が早い部位、温度上昇が遅い部位にかかわらず、最高温度が所定の目標温度範囲内に適合する。
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、制御手段は、搬送手段による搬送速度、熱風供給手段による熱風の量及び温度を制御することを趣旨とすることが好ましい。
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明のリフロー方法は、リフロー炉に投入されたリフロー対象物を搬送すると共に、リフロー対象物に熱風を吹き付けて加熱するリフロー方法であって、リフロー炉の入口及び内部にてリフロー対象物の温度を測定し、測定された温度に基づき、リフロー対象物における温度上昇が早い部位の温度上昇と温度上昇が遅い部位の温度上昇との差を演算し、演算された温度上昇の差に基づき、温度上昇が早い部位の最高温度と温度上昇が遅い部位の最高温度との差を補正するようにリフロー対象物の搬送速度と熱風の量及び温度を制御することを趣旨とする。
【００１２】
上記発明の構成によれば、リフロー炉に投入されるリフロー対象物は、搬送されると共に、熱風が吹き付けられて加熱される。ここで、リフロー炉に投入されるリフロー対象物につき、その温度上昇が早い部位の温度上昇と温度上昇が遅い部位の温度上昇との差が、測定された温度に基づいて演算される。そして、その演算された温度上昇の差に基づき、温度上昇が早い部位の最高温度と温度上昇が遅い部位の最高温度との差を補正するように、リフロー対象物の搬送速度と熱風の量及び温度が制御される。従って、各部位で熱容量差が異なり、それらが不明なリフロー対象物であっても、温度上昇が早い部位の温度上昇と温度上昇が遅い部位の温度上昇との差、すなわち熱容量の差に基づき、温度上昇が早い部位の最高温度と温度上昇が遅い部位の最高温度が自動的に補正される。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、リフロー対象物における温度上昇が遅い部位と温度上昇が早い部位の双方につき、特に条件出し作業をすることなく、自動的に目標温度に加熱することができ、最適なリフロー半田付けを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態に係り、リフロー装置の概略構成を示す正面図。
【図２】同実施形態に係り、リフロー装置の概略構成を示す平面図。
【図３】同実施形態に係り、リフロー対象物である回路基板の概略を示す平面図。
【図４】同実施形態に係り、制御プログラムの内容を示すフローチャート。
【図５】同実施形態に係り、回路基板上の各部位Ａ，Ｂにおける温度変化を示すグラフ。
【図６】別の実施形態に係り、リフロー装置の概略構成を示す正面図。
【図７】別の実施形態に係り、リフロー装置の概略構成を示す正面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明におけるリフロー装置及びリフロー方法を具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１に、リフロー装置１の概略構成を正面図により示す。図２に、同じくリフロー装置１の概略構成を平面図により示す。このリフロー装置１は、入口２ａと出口２ｂを有し、全体がダクト形状をなしたリフロー炉２と、リフロー炉２の長手方向に沿って伸びるコンベア３とを備える。コンベア３は、チェーンより構成され、リフロー対象物である回路基板３１を、リフロー炉２の入口２ａから出口２ｂへ搬送するように構成される。コンベア３は、モータ４により駆動されるようになっている。
【００１７】
この実施形態で、リフロー炉２は、３つのゾーンに分かれている。すなわち、リフロー炉２は、入口２ａに近い予備加熱ゾーン１１と、出口２ｂに近い本加熱ゾーン１３と、予備加熱ゾーン１１と本加熱ゾーン１３の中間に位置する均熱ゾーン１２とに分かれる。また、この実施形態では、予備加熱ゾーン１１と均熱ゾーン１２との間には、中間ゾーン１４が設けられる。予備加熱ゾーン１１、均熱ゾーン１２及び本加熱ゾーン１３にて、コンベア３の上方及び下方には、加熱用のヒータ５と、送風用のファン６とがそれぞれ設けられる。各ファン６は、ヒータ５が稼働中に動作することで、ヒータ５の発熱を回路基板３１へ向けて送り、供給するようになっている。予備加熱ゾーン１１は、リフロー炉２に投入された回路基板３１を、予備的に加熱するところであり、例えば、ゾーン内温度が「２００℃」程度になるように制御される。均熱ゾーン１２は、回路基板３１の温度を、予備加熱ゾーン１１を抜けたときの温度に近い温度に調整するところであり、例えば、ゾーン内温度が「１８０℃」程度になるように制御される。本加熱ゾーン１３は、均加熱ゾーン１２を抜けた回路基板３１の最高温度を目標温度の範囲内に調整するところであり、例えば、ゾーン内温度が「２５０℃」程度になるように制御される。
【００１８】
この実施形態で、予備加熱ゾーン１１にて、コンベア３の上方であって入口２ａの近傍には、入口温度センサ２１が設けられる。また、予備加熱ゾーン１１を抜けた直後の中間ゾーン１４には、炉内温度センサ２２が設けられる。各温度センサ２１，２２は、それぞれ１軸ロボット２３，２４に設けられる。図２に示すように、各１軸ロボット２３，２４は、それぞれリフロー炉２の幅方向において各温度センサ２１，２２を移動させるように構成される。各温度センサ２１，２２は、非接触で回路基板３１上の各部位の温度を検出するように構成される。すなわち、各温度センサ２１，２２は、１軸ロボット２３，２４による幅方向への動きと、回路基板３１がコンベア３により搬送される長手方向への動きとの組み合わせにより、回路基板３１上の各部位を特定し、その部位の温度を非接触で検出するように構成される。
【００１９】
このリフロー装置１は、更にコントローラ２６を備える。コントローラ２６は、駆動制御部２７と演算部２８とを含む。モータ４、各ヒータ５、各ファン６及び各１軸ロボット２３，２４は、それぞれ駆動制御部２７により制御されるように構成される。各温度センサ２１，２２の検出値は、演算部２８へ出力されるようになっている。演算部２８では、各温度センサ２１，２２からの検出値に基づき所定の演算を実行するようになっている。駆動制御部２７は、演算部２８による演算結果に基づき、モータ４、各ヒータ５及びファン６を駆動制御するように構成される。
【００２０】
図３に、リフロー対象物である回路基板３１の概略を平面図により示す。この回路基板３１は、基板３２上に大小複数の電子部品３３〜３６が配置される。これら電子部品３３〜３６は、基板３２上に半田ペーストを印刷し、その上に各電子部品３３〜３６を載せた状態でリフロー炉２の中へ入口２ａから投入される。この回路基板３１上には、電子部品３３〜３６の少ない部位（温度上昇が早い部位）Ａと、電子部品３３〜３６の密集する部位（温度上昇が遅い部位）Ｂとを備える。各温度センサ２１，２２は、各１軸ロボット２３，２４の動きとコンベア３の動きとの協働により、それぞれ温度上昇が早い部位Ａ及び温度上昇が遅い部位Ｂの温度をそれぞれ検出できるようになっている。入口温度センサ２１は、回路基板３１が、リフロー炉２の入口２ａに投入された直後の各部位Ａ，Ｂの温度を検出するようになっている。炉内温度センサ２２は、予備加熱ゾーン１１を出た直後の回路基板３１につき、各部位Ａ，Ｂの温度を検出するようになっている。
【００２１】
次に、駆動制御部２７及び演算部２８が実行する制御プログラムにつき図４のフローチャートを参照して説明する。図５に、回路基板３１上の温度上昇が早い部位Ａ、温度上昇が遅い部位Ｂにおける温度変化をグラフにより示す。
【００２２】
リフロー装置１が始動すると、駆動制御部２７は、ステップ１００で、コンベア３、ヒータ５及びファン６を起動させる。
【００２３】
そして、リフロー炉２の入口２ａに回路基板３１が投入されると、ステップ１１０で、駆動制御部２７は、入口温度センサ２１により、回路基板３１の各部位Ａ，Ｂの温度を測定する。すなわち、駆動制御部２７は、一方の１軸ロボット２３を制御して、入口温度センサ２１により、図５に示すように、温度上昇の早い部位Ａの温度Ｔａ１と、温度上昇の遅い部位Ｂの温度Ｔｂ１をそれぞれ測定させる。
【００２４】
次に、コンベア３により運ばれる回路基板３１が、予備加熱ゾーン１１を出ると、ステップ１２０で、駆動制御部２７は、炉内温度センサ２２により、回路基板３１の各部位Ａ，Ｂの温度を測定する。すなわち、駆動制御部２７は、他方の１軸ロボット２４を制御して、炉内温度センサ２２により、図５に示すように、温度上昇の早い部位Ａの温度Ｔａ２と、温度上昇の遅い部位Ｂの温度Ｔａ２をそれぞれ測定させる。
【００２５】
その後、ステップ１３０で、演算部２８では、部位Ａの温度上昇と部位Ｂの温度上昇との差を演算する。すなわち、演算部２８は、部位Ａにつき「Ｔａ２−Ｔａ１」を演算する。また、演算部２８は、部位Ｂにつき「Ｔｂ２−Ｔｂ１」を演算する。
【００２６】
そして、ステップ１４０で、駆動制御部２７は、上記した温度上昇の差の演算結果に基づき、本加熱ゾーン１３における、部位Ａの最高温度と部位Ｂの最高温度との差を補正するように、コンベア３、ヒータ５及びファン６を制御する。すなわち、回路基板３１の部位Ａの最高温度と部位Ｂの最高温度が、図５に示す本加熱ゾーンにおいて、目標温度（例えば「２１９〜２４０℃」）の範囲に入るように、駆動制御部２７が、コンベア３のスピード、ヒータ５の発熱温度、ファン６の送風量をそれぞれ制御するのである。
【００２７】
すなわち、この実施形態では、リフロー炉２に投入された回路基板３１を搬送すると共に、回路基板３１に熱風を吹き付けて加熱するリフロー方法であって、リフロー炉２の入口２ａ及び内部にて回路基板３１の温度を測定し、測定された温度に基づき、回路基板３１における温度上昇が早い部位Ａの温度上昇と温度上昇が遅い部位Ｂの温度上昇との差を演算し、その演算された温度上昇の差に基づき、温度上昇が早い部位Ａの最高温度と温度上昇が遅い部位Ｂの最高温度との差を補正するように回路基板３１の搬送速度と熱風の量及び温度を制御する、リフロー方法を採用している。
【００２８】
以上説明したように、この実施形態のリフロー装置１及びリフロー方法によれば、リフロー炉２に投入される回路基板３１は、コンベア３により搬送されると共に、ヒータ５及びファン６により熱風が吹き付けられて加熱される。ここで、リフロー炉２に投入される回路基板３１につき、その温度上昇が早い部位Ａの温度上昇と温度上昇が遅い部位Ｂの温度上昇との差が、各温度センサ２１，２２により測定された温度に基づいて演算される。そして、その演算された温度上昇の差に基づき、温度上昇が早い部位Ａの最高温度と温度上昇が遅い部位Ｂの最高温度との差を補正するように、駆動制御部２７によりコンベア３、ヒータ５及びファン６が制御される。
【００２９】
従って、この実施形態では、各部位Ａ，Ｂで熱容量差が異なり、それらの値が不明な回路基板３１であっても、温度上昇が早い部位Ａの温度上昇と温度上昇が遅い部位Ｂの温度上昇との差、すなわち熱容量の差に基づき、温度上昇が早い部位Ａの最高温度と温度上昇が遅い部位Ｂの最高温度が自動的に補正される。また、この実施形態では、回路基板３１における温度上昇が早い部位Ａ、温度上昇が遅い部位Ｂにかかわらず、最高温度が所定の目標温度範囲内に適合する。このため、回路基板３１における温度上昇が早い部位Ａと温度上昇が早い部位Ｂの双方につき、特に条件出し作業をすることなく、自動的に目標温度に加熱することができ、最適なリフロー半田付けを行うことができる。
【００３０】
なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更することにより以下のように実施することもできる。
【００３１】
（１）前記実施形態では、図１に示すように、コンベア３の上方であって入口２ａの近傍に、入口温度センサ２１を設け、同じくコンベア２の上方であって中間ゾーン１４に、炉内温度センサ２２を設けた。これに対し、図６に示すように、入口２ａの近傍であってコンベア３の上方及び下方の両方に入口温度センサ２１をそれぞれ設け、中間ゾーン１４であってコンベア２の上方及び下方の両方に炉内温度センサ２２をそれぞれ設けてもよい。ここで、図６は、別の実施形態に係り、リフロー装置１の概略構成を正面図により示す。
【００３２】
（２）前記実施形態では、図１に示すように、リフロー炉２を、入口２ａに近い予備加熱ゾーン１１と、出口２ｂに近い本加熱ゾーン１３と、予備加熱ゾーン１１と本加熱ゾーン１３の中間に位置する均熱ゾーン１２とに分け、予備加熱ゾーン１１と均熱ゾーン１２との間に中間ゾーン１４を設けた。これに対し、図７に示すように、リフロー炉２を、均加熱ゾーンを省略して、入口２ａに近い予備加熱ゾーン１１と、出口２ｂに近い本加熱ゾーン１３とに分け、予備加熱ゾーン１１と本加熱ゾーン１３との間に中間ゾーン１４を設けてもよい。ここで、図７は、別の実施形態に係り、リフロー装置１の概略構成を正面図により示す。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
この発明は、電子部品のリフロー半田付けに利用することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１  リフロー装置
２  リフロー炉
３  コンベア（搬送手段）
５  ヒータ（熱風供給手段）
６  ファン（熱風供給手段）
２１  入口温度センサ（温度測定手段）
２２  炉内温度センサ（温度測定手段）
２６  コントローラ（制御手段）
２７  駆動制御部
２８  演算部
３１  回路基板（リフロー対象物）
Ａ  温度上昇の早い部位
Ｂ  温度上昇の遅い部位
【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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