(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を搬送する搬送部と被加熱物を加熱するための加熱部とを備えたリフロー炉において、前記被加熱物が搬送される経路近傍を前記搬送部により搬送可能な所定の複数の部材を有し、さらに前記複数の部材のそれぞれの温度プロファイルを検出する温度センサが前記複数の部材のそれぞれに配置され、
前記複数の部材は、
プレート状をなし、該プレート状の主表面のうち一方の面のみがリフロー炉内雰囲気に晒されるように配置された第１部材と、
プレート状をなし、該プレート状の主表面のうち一方の面のみがリフロー炉内雰囲気に晒されるように配置され、前記一方の面が前記第１部材の一方の主表面よりも熱放射率が小さな第２部材と、
プレート状をなし、該プレート状の主表面の双方がリフロー炉内雰囲気に晒されるように配置された第３部材と、
プレート状をなし、該プレート状の主表面の双方がリフロー炉内雰囲気に晒されるように配置され、前記第３部材よりも前記主表面の双方の熱放射率が小さな第４部材と、
を備えた、リフロー炉内温度プロファイル測定用装置。
【請求項２】
前記複数の部材には、銀、銅およびアルミニウムからなる群より選ばれた１の物質または２以上の物質の組合せにより構成された部材が含まれている、請求項１に記載のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置。
【請求項３】
前記複数の部材には、熱放射率が０．１以下の部材と熱放射率が０．９以上の部材とが含まれている、請求項１に記載のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置。
【請求項４】
前記複数の部材には、アルミニウム蒸着、金蒸着、ニッケルメッキおよび表面研磨のうち少なくともいずれかが施されている部材が含まれている、請求項１に記載のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置。
【請求項５】
前記複数の部材には、セラミック溶射、塗料、黒色メッキおよび酸化処理のうち少なくともいずれかが施されている部材が含まれている、請求項１に記載のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置。
【請求項６】
前記複数の部材それぞれのリフロー炉内雰囲気に晒される面以外の面は断熱材で囲まれている、請求項１に記載のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置。
【請求項７】
前記複数の部材を搭載し、前記搬送部と接触して前記複数の部材を搬送するための搬送台を備え、前記搬送台の表面には、アルミニウム蒸着、金蒸着および金属研磨のうち少なくともいずれかが施されている、請求項１〜請求項６のいずれかに記載のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置。
【請求項８】
前記複数の部材と前記断熱材との間の接触は、点接触または線接触となっている部分がある、請求項６に記載のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置。
【請求項９】
前記複数の部材を搭載し、前記搬送部と接触して前記複数の部材を搬送するための搬送台を備え、前記搬送台の表面には、アルミニウム蒸着、金蒸着および金属研磨のうち少なくともいずれかが施されており、
前記搬送台と前記断熱材との間の接触は、点接触または線接触となっている部分がある、請求項６に記載のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置。
【請求項１０】
前記複数の部材と前記断熱材との間は、空気層となっている請求項６に記載のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置。
【請求項１１】
前記複数の部材を搭載し、前記搬送部と接触して前記複数の部材を搬送するための搬送台を備え、前記搬送台の表面には、アルミニウム蒸着、金蒸着および金属研磨のうち少なくともいずれかが施されており、
前記搬送台と前記断熱材との間は、空気層となっている請求項６に記載のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置。
【請求項１２】
前記複数の部材の外表面の近傍に第２の温度センサの温感部がさらに設けられた、請求項１〜請求項１１のいずれかに記載のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置。
【請求項１３】
前記温度センサの温感部が前記複数の部材それぞれに設けられた穴に挿入され、
該穴の内周面と前記温度センサとの間にはＲＴＶゴムおよびグリスのうち少なくともいずれか一方が充填されている、請求項１〜請求項１２のいずれかに記載のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置。
【請求項１４】
前記温度センサの温感部が前記複数の部材それぞれに対し接触した状態を維持することが可能に構成されている、請求項１〜請求項１３のいずれかに記載のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置。
【請求項１５】
前記温度プロファイルの検出値を外部のコンピュータへ出力することが可能に構成された、請求項１〜請求項１４のいずれかに記載のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置。
【請求項１６】
被加熱物を搬送する搬送部と被加熱物を加熱するための加熱部とを備えたリフロー炉の前記搬送部に、請求項１〜請求項１５のいずれかに記載のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置を載置して搬送させて、前記リフロー炉内の前記加熱部の加熱による前記被加熱物が搬送される経路近傍の温度プロファイルを測定し、その測定結果に基づいて、リフロー炉の加熱能力を診断する、リフロー炉加熱能力診断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を実装したプリント基板等の被加熱物の半田をリフロー加熱するリフロー炉の加熱能力を診断するためのリフロー炉内温度プロファイル測定用装置およびそれを用いたリフロー炉加熱能力診断方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５を用いて、従来のリフロー装置を説明する。従来のリフロー装置は、図５に示すように、駆動部１０７が、コンベアからなる搬送装置１０９と共通の駆動源（図示略）を有している。そして、駆動源からの駆動力を熱電対コネクタからなる入力端子１０８ａの移動に変換している。また、駆動部１０７が搬送装置１０９によるプリント基板１０６の搬送速度と熱電対コネクタからなる入力端子１０８ａの移動速度とが同じになるように構成されている。
【０００３】
なお、図５において、装置本体１０１に固定された演算装置であるターミナル１１０は、装置本体１０１の余熱部およびリフロー部等の加熱部の熱影響のない場所に配置されている。そして、ターミナル１１０は螺旋巻きで延長可能としたコード１１０ａを介して、熱電対コネクタからなる入力端子１０８ａからの入力を受信可能となっている。
【０００４】
また、図５に示すように、プリント基板１０６には、弱耐熱部品であり、その温度プロファイルが管理の対象となるアルミ電解コンデンサ１１１と、熱容量が大きく温度が上がりにくい大型ＱＦＰ１１２等とが装着されており、通常、これらのポイントが温度測定場所として選ばれるため、これらに熱電対を取付けている。また、最も温度の上がりやすいポイントのプリント基板１０６の表面には熱電対１１３を取付けている。
【０００５】
また、これらの熱電対は熱電対コネクタからなる温度センサーの出力端子１０８ｂに接続されており、この出力端子１０８ｂは入力端子１０８ａに接続できるようになっていて、熱電対１１３を取り付けた箇所の起電力を出力するようになっている。
【０００６】
図５に示すように、装置本体１０１の排出部にはテーパ板からなる分離手段１１４が配置されていて、接続されている入力端子１０８ａと出力端子１０８ｂとがこの分離手段１１４により出力端子１０８ｂに取付けられたピン１１５で、排出部を通過するときに完全に分離されるように構成されている。
【０００７】
また、従来のリフロー装置には、搬送装置１０９と駆動部１０７との同期移動のスタートを指示する制御手段であるコントローラ１１８が設けられている。このコントローラ１１８にはデータ処理マイコン１１９が接続されている。そして、このデータ処理マイコン１１９により装置本体１０１内におけるプリント基板１０６の位置と温度との関係を温度プロファイル１２０として得ることが可能になっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のリフロー炉内の温度測定においては、温度測定部の追走機構をリフロー炉内に設置する必要があるため、リフロー炉内の構造が複雑になるのみならず、追走機構が温風や赤外線ヒータによる加熱を阻害するため加熱効率が低下するとともに、製造コストも高くなっている。
【０００９】
この発明は上述の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、温度測定部の追走機構をリフロー炉内に設置しなくてもよい構造とすることが可能なリフロー炉内温度プロファイル測定用装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置は、被加熱物を搬送する搬送部と被加熱物を加熱するための加熱部とを備えたリフロー炉において、搬送部により搬送可能であって、加熱部の加熱による被加熱物が搬送される経路近傍の温度プロファイルを測定するために用いられる温度センサが搭載されている。
【００１１】
上記の構成によれば、リフロー炉内温度プロファイル測定用装置はリフロー炉の搬送部を用いて搬送可能であるため、リフロー炉内に温度プロファイルを測定するための温度測定部の追走機構を別途設けることなく、リフロー炉内の温度プロファイルを測定することができる。
【００１２】
本発明のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置は、被加熱物が搬送される経路近傍を所定の部材が搬送され、かつ、所定の部材の温度プロファイルが検出されるように温度センサが配置されている。
【００１３】
上記のような構成によれば、所定の部材の温度プロファイルを測定することができるため、所定の部材を被加熱物と類似する部材にすれば、リフロー炉内を搬送される被加熱物の温度プロファイルを推定することが可能となる。
【００１４】
また、本発明のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置は、所定の部材が熱放射率の異なる表面を有する複数の部材からなり、かつ、複数の部材それぞれの温度プロファイルが検出されるように温度センサが配置されている。
【００１５】
上記の構成によれば、熱放射率の大きな部材を用いて熱放射および熱対流による加熱量の変化を測定することができるとともに、熱放射率の小さな部材を用いて熱対流による加熱量の変化を測定することができる。
【００１６】
また、本発明のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置の複数の部材には、プレート状をなし、該プレート状の主表面の一方のみがリフロー炉内雰囲気に晒されるように配置された部材が含まれている。
【００１７】
上記の構成によれば、主表面の一方のみの熱放射、または、熱放射および熱対流による加熱量の変化を測定することができる。
【００１８】
また、本発明のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置の複数の部材には、プレート状をなし、該プレート状の主表面の双方がリフロー炉内雰囲気に晒されるように配置された部材が含まれている。
【００１９】
上記の構成によれば、主表面の双方の熱放射、または、熱放射および熱対流による加熱量の変化を測定することができる。
【００２０】
また、本発明のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置は、複数の部材が、プレート状をなし、該プレート状の主表面のうち一方の面のみがリフロー炉内雰囲気に晒されるように配置された第１部材と、プレート状をなし、該プレート状の主表面のうち一方の面のみがリフロー炉内雰囲気に晒されるように配置され、一方の面が第１部材の一方の主表面よりも熱放射率が小さな第２部材と、プレート状をなし、該プレート状の主表面の双方がリフロー炉内雰囲気に晒されるように配置された第３部材と、プレート状をなし、該プレート状の主表面の双方がリフロー炉内雰囲気に晒されるように配置され、第３部材よりも主表面の双方の熱放射率が小さな第４部材とを備えている。
【００２１】
上記の構成によれば、４種類の部材により、主表面の一方の熱放射、または、熱放射および熱対流による加熱量の変化、あるいは、主表面の双方の熱放射または熱放射および熱対流による加熱量の変化を測定することができるので、様々な条件での温度プロファイルを得ることができる。
【００２２】
また、本発明のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置は、複数の部材が、銀、銅およびアルミニウムからなる群より選ばれた１の物質または２以上の物質の組合せにより構成されている。
【００２３】
上記の構成によれば、複数の部材に他の物質に比較して熱伝導率の大きな物質を用いているため、部材内部に温度格差が生じることが抑制され、部材全体で平均化された条件で温度プロファイルを測定することができる。
【００２４】
また、本発明のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置の複数の部材には、熱放射率が０．１以下の部材と熱放射率が０．９以上の部材とが含まれている。
【００２５】
上記の構成によれば、複数の部材の中に熱放射率が極端に異なる部材を用いることにより熱放射の影響を受け易い部材と熱放射の影響を受け難い部材とでどのように温度プロファイルが異なるかを把握することができる。
【００２６】
また、本発明のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置の複数の部材には、アルミニウム蒸着、金蒸着、ニッケルメッキおよび表面研磨のうち少なくともいずれかが施されている部材が含まれている。
【００２７】
上記の構成によれば、熱放射率の小さな部材を温度プロファイルの測定に用いることができる。
【００２８】
また、本発明のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置の複数の部材には、セラミック溶射、塗料、黒色メッキおよび酸化処理のうち少なくともいずれかが施されている部材が含まれている。
【００２９】
上記の構成によれば、熱放射率の大きな部材を温度プロファイルの測定に用いることができる。
【００３０】
また、本発明のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置は、複数の部材それぞれのリフロー炉内雰囲気に晒される面以外の面が断熱材で囲まれている。
【００３１】
上記の構成によれば、複数の部材はリフロー炉内雰囲気に晒される面以外の面から熱が伝達され難くなるため、ほぼリフロー炉内雰囲気に晒される面からのみの加熱による温度プロファイルを測定することができる。
【００３２】
また、本発明のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置は、複数の部材を搭載し、搬送部と接触して複数の部材を搬送するための搬送台の表面に、アルミニウム蒸着、金蒸着および金属研磨のうち少なくともいずれかが施されている。
【００３３】
上記の構成によれば、熱放射率が比較的小さな物質を搬送台に用いることにより、搬送台の表面からの熱が、測定結果として得られる温度プロファイルに与える影響を極力小さくすることができる。
【００３４】
また、本発明のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置は、複数の部材と断熱材との間および搬送台と断熱材との間の少なくともいずれか一方の間の接触は、点接触または線接触となっている部分がある。
【００３５】
上記の構成によれば、接触していない空間部分に熱伝導率の小さな物質を挿入することで、リフロー炉内雰囲気に晒される面以外の面からの受熱をさらに小さくすることが可能となる。
【００３６】
また、本発明のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置は、複数の部材と断熱材との間および搬送台と断熱材との間の少なくともいずれか一方の間は空気層となっている。
【００３７】
上記の構成によれば、熱伝導率が小さな空気層が介在することで、リフロー炉内雰囲気に晒される面以外の面からの受熱をさらに小さくすることが可能となっている。
【００３８】
また、本発明のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置は、複数の部材の外表面の近傍に第２の温度センサの温感部がさらに設けられている。
【００３９】
上記の構成によれば、第２の温度センサによりリフロー炉内雰囲気の温度プロファイルを測定することも可能になるため、リフロー炉内の雰囲気の温度プロファイルに対応した複数の部材の温度プロファイルを得ることができる。
【００４０】
また、本発明のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置は、温度センサの温感部が複数の部材それぞれに設けられた穴に挿入され、該穴の内周面と温度センサとの間にはＲＴＶゴムおよびグリスのうち少なくともいずれか一方が充填されている。
【００４１】
上記の構成によれば、ＲＴＶおよびグリスは比較的熱伝導率が大きいため、複数の部材の温度変化が温度センサに伝達される速度が比較的大きくなるので、複数の部材の温度プロファイルの測定の時間的なずれを極力小さくすることができる。
【００４２】
また、本発明のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置は、温度センサの温感部が複数の部材それぞれに対し接触した状態を維持することが可能に構成されている。
【００４３】
上記の構成によれば、複数の部材の温度プロファイルを測定するための温度センサの温感部は複数の部材から直に熱伝達を受けるため、複数の部材の温度プロファイルの測定の時間的なずれを極力小さくすることができる。
【００４４】
また、本発明のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置は、温度プロファイルの検出値を外部のコンピュータへ出力可能に構成されている。
【００４５】
上記の構成によれば、温度プロファイルをリフロー炉内温度プロファイル測定用装置の外部のコンピュータに転送して、コンピュータで処理することができる。
【００４６】
本発明のリフロー炉加熱能力診断方法は、被加熱物を搬送する搬送部と被加熱物を加熱するための加熱部とを備えたリフロー炉の搬送部に、上記のいずれかのリフロー炉内温度プロファイル測定用装置を載置して搬送させて、リフロー炉内の加熱部の加熱による被加熱物が搬送される経路近傍の温度プロファイルを測定し、その測定結果に基づいて、リフロー炉の加熱能力を診断する。
【００４７】
上記の方法によれば、リフロー炉内に温度プロファイルを測定するための温度測定部の追走機構を設けなくとも、リフロー炉内の加熱能力を診断することができる。
【００４８】
本発明の加熱力診断方法により診断されるリフロー炉は、上記リフロー炉内温度プロファイル測定用装置を搬送可能である。
【００４９】
このような構成にすることにより、リフロー炉内に温度プロファイルを測定するための温度測定部の追走機構を設ける必要がなくなるため、リフロー炉の構造を簡単にすることができる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００５１】
まず、図１〜図３を用いて、本実施の形態のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置を説明する。本実施の形態のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置１３は、従来技術において示したような被加熱物を搬送する搬送部と被加熱物を加熱するための加熱部とを備えたリフロー炉において、搬送部により搬送可能な構造となっている。また、リフロー炉内温度プロファイル測定用装置１３は、被加熱物が搬送される経路近傍において加熱部の加熱により生じ得る温度プロファイルを検出し、検出された温度プロファイルを外部のコンピュータに出力することが可能なように、センサ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆとコンピュータとが電気的に接続されている。そして、センサから出力された温度プロファイルの検出値が、電気信号としてコンピュータ等に入力されて、コンピュータの記憶手段により記憶されるとともに、画像表示またはプリンタなどにより出力可能となっている。これにより、この温度プロファイルを検討することにより、リフロー炉の加熱能力を診断することができるのである。本実施の形態のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置１３は、リフロー炉の加熱能力診断する目的で使用されるものであるが、以下のような構成となっている。
【００５２】
本実施の形態のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置１３は、図１に示すように、熱電対からなる温度測定センサー１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆを内装した４枚の銅製円盤状のプレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが、テフロンからなる断熱材３ａ，３ｂで部分的に覆われて搬送台４上に搭載されている。具体的に言うと、プレート２ａとプレート２ｂとは、図２に示す断熱材３ａで上面を除く周囲が覆われており、プレート２ｃとプレート２ｄとは、図２に示す断熱材３ｂで上下面を除く周囲が覆われている。
【００５３】
なお、プレート２ａの上面は黒色セラミック溶射コーティング処理が施されて、表面の熱放射率が１．０に近い状態になっているとともに、他の面はアルミ蒸着処理が施されて、表面の熱放射率が０．０に近い状態になっている。また、プレート２ｂには全面にアルミ蒸着処理が施されて、表面の熱放射率が０．０に近い状態になっている。また、プレート２ｃには上下面に黒色セラミック溶射コーティング処理が施されて、表面の熱放射率が１．０に近い状態になっており、かつ、他の面にアルミ蒸着処理が施されて、表面の熱放射率が０．０に近い状態になっている。また、プレート２ｄには全面にアルミ蒸着処理が施されて、表面の熱放射率が０．０に近い状態になっている。
【００５４】
また、図２に示すように、プレート２ａ，２ｂと断熱材３ａとの間では、プレート２ａ，２ｂの側面および底面が断熱材３ａと対向することになるが、断熱材３ａとプレート２ａ，２ｂとの間での熱の受け渡しを起こりにくくするために、基本的には、断熱材３ａとプレート２ａ，２ｂとの間を点接触、または、線接触させて、断熱材３ａとプレート２ａ，２ｂとの間に熱伝導率の小さな空気層を介在させる構造としている。プレート２ｃ，２ｄと断熱材３ｂとは、プレート２ｃ，２ｄの側面が断熱材３ｂと対向することになるが、同様の理由で、断熱材３ｂとプレート２ｃ，２ｄとの間を点接触、または、線接触させて、断熱材３ｂとプレート２ｃ，２ｄとの間に熱伝導率の小さな空気層を介在させる構造としている。また、断熱材３ａ，３ｂと搬送台４との接触においても、接触面積を極力小さくするように点接触または線接触となる構造とし、断熱材３ａ，３ｂと搬送台４との間に熱伝導率の小さな空気の層が中間に介在するようにしている。なお、プレート２ｃ，２ｄの下面に当たる搬送台４の部分はプレート２ｃ，２ｄの下面が直接リフロー炉内雰囲気（空気）に直接触れるようにプレート２ｃ，２ｄの面積より若干大きめの穴が開いている。
【００５５】
また、図３に示すように、搬送台４は、全周縁有り帽子を逆さにしたような断面形状をしており、縁５の部分がチェーン等から構成された搬送部６に乗ってリフロー炉内を移動するように構成されている。
【００５６】
また、プレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ上を覆うカバー７は、図１〜図３に示すように、プレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの上面がリフロー炉内空気に直接触れるようにプレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの面積より若干大きめの穴が開いている。また、搬送台４上に設けられているカバー支持台８は、カバー７がプレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの上面側において僅かな空間を介して位置するためものであり、位置決めピン９により位置決めされている。また、搬送台４の底面高さ位置、縁５の高さ位置、位置決めピン９の上端の高さ位置は、これらがリフロー炉内を搬送する場合に、リフロー炉内の構造に引っかかることのないような位置としている。また、搬送台４およびカバー７は、リフロー炉内で熱を吸収して炉内温度が低下することを極力抑制する目的および強度的に適切な構造とする目的から、ステンレスの薄肉材が用いられているが、それにより、搬送台４およびカバー７の熱容量を小さくすることが可能となっている。また、搬送台４およびカバー７は、放射熱を吸収しにくくするために、表面にアルミ蒸着が施されている。
【００５７】
また、図１および図２に示すように、温度測定センサー１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆは、４つ有るプレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄそれぞれの各中心近傍の上空温度を測定し、温度測定センサー１ｂは、カバー７上でプレート２ａとプレート２ｂとの間の上空近傍の空気温度を測定し、温度測定センサー１ａは、カバー７上でプレート２ｃとプレート２ｄとの間の上空近傍の空気温度を測定するため、本実施の形態のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置は計６点の温度が測定可能である。
【００５８】
また、プレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄそれぞれに内装される温度測定センサー１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆがプレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄそれぞれの温度を正確に測定できるように小ネジ１０で温度測定センサー１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆの温感部１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆをプレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄそれぞれに押しつけて密着させている。また、温度測定センサー１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆを挿入するための挿入穴１２内に、熱伝導率の大きなサーマルグリスやサーマルラバーを充填してプレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄそれぞれと温度測定センサー１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆの温感部１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆとの間において、温度差が発生し難い構造としている。また、カバー７上に設置される空気温度測定用の温度測定センサー１ａ，１ｂの温感部１１ａ，１１ｂはそれぞれカバー７の温度影響を受けにくくするためにカバー７上に所定距離（５ｍｍ）以上浮かして設置されている。
【００５９】
これらの構造からなるリフロー炉内温度プロファイル測定用装置１３をリフロー炉に投入搬送するとともに合計６本の温度測定センサー１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆにより測定された温度プロファイルのデータを、コンピュータに出力して記録するとともにディスプレイ表示することにより、リフロー炉内の各部位における加熱能力分布を把握することができる。そして、この温度プロファイルのデータを基にリフロー炉の設定温度を変化させた場合の加熱能力分布予測をして、基板上のパーツの温度プロファイルを推測することができる。逆に言うと、理想的な基板上パーツの温度プロファイルを得るための必要なリフロー炉温度設定条件を得ることができるとともに、リフロー炉の改造効果を把握することもできる。
【００６０】
上記の構造からなるリフロー炉内温度プロファイル測定用装置１３をリフロー炉内で実際に搬送して温度プロファイルを測定した場合の結果を、図４を用いて説明する。
【００６１】
図４において、曲線１４は、温度測定センサー１ａにより測定された温度変化を示すもの、すなわちリフロー炉内のプレート２ｃ，２ｄの搬送経路近傍の上空における空気温度変化を示す温度プロファイルである。また、図４において、曲線１５は、プレート２ｃ自体の温度変化を示すものであり、プレート２ｃの上下面は熱放射率が１．０に近い状態であるため、リフロー炉内において上下面で熱対流および熱放射による加熱を受ける場合の温度プロファイルである。また、図４において、曲線１６は、プレート２ｄ自体の温度変化であり、プレート２ｄの上下面は熱放射率が０．０に近いため、リフロー炉内において上下面で熱対流のみによる加熱を受けた場合の温度プロファイルである。また、図４において、曲線１７は、温度測定センサー１ｂの温度変化、すなわちプレート２ａ，２ｂの搬送経路近傍の上空におけるリフー炉内の空気の温度プロファイルである。
【００６２】
また、図４において、曲線１８は、プレート２ａの温度変化を示すものであり、プレート２ａの上面は熱放射率が１．０に近いため、リフロー炉内において上面で熱対流および熱放射による加熱を受ける場合の温度プロファイルである。プレート２ａの下面は断熱構造になっているため外部からの熱影響を受け難くなっている。また、図４において、曲線１９は、プレート２ｂの温度変化を示すものであり、プレート２ｂの上面は熱放射率が０．０に近いため、リフロー炉内において上面でおおよそ熱対流のみによる加熱を受ける場合の温度プロファイルである。プレート２ｂの下面は断熱構造になっているため外部からの熱影響を受け難くなっている。
【００６３】
またさらに、図１から分かるように、温度測定センサー１ａ（曲線１４）の温感部１１ａ、プレート２ｃの温度測定センサー１ｃ（曲線１５）の温感部１１ｃ、プレート２ｄの温度測定センサー１ｄ（曲線１６）の温感部１１ｄにより測定される３つ温度プロファイルと、温度測定センサー１ｂ（曲線１７）の温感部１１ｂ、プレート２ａの温度測定センサー１ｅ（曲線１８）の温感部１１ｅ、プレート２ｂの温度測定センサー１ｆ（曲線１９）の温感部１１ｆの３温度プロファイルとは搬送方向に対して位置がズレているため実際には次の式から求められる時間だけグラフがズレることになるが、図４のグラフはズレた時間を調整して表現している。すなわち図４では、あたかも全て温度測定センサー１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆの温感部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆが、同一時間条件、すなわち搬送方向に同一の位置で熱影響を受けたかのような表現となっている。
【００６４】
図４のグラフを作成するにあたっての温度測定の時間的なズレを補正するための条件式は、次のようなものである。
【００６５】
ＶＥ：搬送速度  ｍ／ｓｅｃ
ｄｓ：ズレ時間  ｓｅｃ
ｄｌ：温度測定センサーのズレ距離  ｍ
ｄｓ＝ｄｌ／ＶＥ  （ｓｅｃ）
次に、図４に示す温度プロファイルの測定結果を示す曲線から得られる加熱能力の算出方法に関して説明する。
【００６６】
プレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが微少時間に温度変化する場合の伝熱量は次式から求めることができる。
【００６７】
Ｑ：伝熱量  Ｗ／Ｋ
ｄｔ：温度差  Ｋ
熱対流の伝熱量を求める場合
｛（プレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの近傍の空気温度）−（プレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの温度）｝
熱放射の伝熱量を求める場合
｛（パネルヒーター設定温度）−（プレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの温度）｝
なお、パネルヒータの無いリフロー炉については対流による伝熱量の場合と同様に、以下の式で算出される。
【００６８】
ｄｔ：プレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの温度変化量  Ｋ／ｓｅｃ
Ｖ  ：プレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの体積  ｍ3
ρ  ：プレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの密度  Ｋｇ／ｍ3
ＣＰ：プレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの比熱  Ｊ／ｋｇ・Ｋ
Ａ  ：プレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの表面積  ｍ2
Ｑ＝ｄｔ×ρ×ＣＰ×Ｖ／ｄｔ  （Ｗ／Ｋ）
プレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが４種類であるため、上式から得られる伝熱量も４種類得られる。
【００６９】
Ｑ１：プレート２ｃの温度変化から求められる伝熱量
上下面からの熱対流および熱放射の伝熱量
Ｑ２：プレート２ｄの温度変化から求められる伝熱量
上下面からの熱対流の伝熱量
Ｑ３：プレート２ａの温度変化から求められる伝熱量
上面からの熱対流および熱放射の伝熱量
Ｑ４：プレート２ｂの温度変化から求められる伝熱量
上面からの熱対流の伝熱量
上記、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４の値を基に上下各面における熱対流および熱放射の伝熱量を次のように分けて考えることができる。
【００７０】
ＱＵＣ：上面からの熱対流の伝熱量  Ｗ／Ｋ
ＱＵＣ＝Ｑ４
ＱＵＲ：上面からの熱放射の伝熱量  Ｗ／Ｋ
ＱＵＲ＝Ｑ３−Ｑ４
ＱＢＣ：下面からの熱対流の伝熱量  Ｗ／Ｋ
ＱＢＣ＝Ｑ２−Ｑ４
ＱＢＲ：下面からの熱放射の伝熱量  Ｗ／Ｋ
ＱＢＲ＝Ｑ１−Ｑ２−Ｑ３＋Ｑ４
上記の各伝熱量とプレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄとリフロー炉内空気との温度差、および、プレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄとリフロー炉パネルヒータの設定温度とから各熱伝達率を求めることができる。
【００７１】
αＵＣ：上面からの対流熱の伝達率  Ｗ／ｍ2・Ｋ
ＡＵ  ：プレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ上面の伝熱面積  ｍ2
αＵＣ＝ＱＵＣ／ＡＵ
αＵＲ：上面からの放射熱伝達率  Ｗ／ｍ2・Ｋ
αＵＲ＝ＱＵＲ／ＡＵ
αＢＣ：下面からの対流熱伝達率  Ｗ／ｍ2・Ｋ
ＡＢ  ：プレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ下面の伝熱面積  ｍ2
αＢＣ＝ＱＢＣ／ＡＢ  Ｗ／ｍ2・Ｋ
αＵＲ：下面からの放射熱伝達率  Ｗ／ｍ2・Ｋ
αＢＲ＝ＱＢＲ／ＡＢ
任意の基板上に配設されたパーツの温度プロファイルは、上記の各熱伝達率を微少経過時間毎に求めておき、パーツの初期温度から微少時間毎のパーツの温度上昇分を積算していくことにより求めることができる。
【００７２】
ＤＴＰ：微少時間におけるパーツの温度上昇値  Ｋ／ｓｅｃ
ρＰ  ：パーツの密度ｋｇ／ｍ3
ＣＰＰ：パーツの比熱  Ｊ／ｋｇ・Ｋ
ＶＰ  ：パーツの体積  ｍ3
ＶＡ  ：パーツの伝熱面積  ｍ2・Ｋ
ｄＴＡ：パーツと、空気（対流伝熱の場合)、または、パネルヒータ(放射伝熱の場合)との温度差
ｄＴＰ＝（αＵＣ＋αＵＲ＋αＢＣ＋αＢＲ）×ＶＡ×ｄＴＡ／（ρＰ×ＣＰＰ×ＶＰ）
上式の分子は伝熱面積ＶＡと温度差ｄＴＡの値は各熱伝達率について共通としているが空気温度とパネルヒーターの温度が異なる設定になっている場合には個別に考えることになる（パネルヒーターが無い場合には上式から温度上昇を求めることができる）。
【００７３】
以上、パーツの温度変化を求める方法について説明したが、リフロー炉の設定条件が測定したものと異なる場合には単純に温度変化を求めることができない。リフロー炉の設定条件が種々な場合にも対応させるためには、予想される変化条件の上限と下限との範囲内で測定し各熱伝達率を内挿法により決める事により同様に温度上昇を知ることができる。また、外挿法を用いればリフロー炉の設定条件以外の場合にも温度変化を算出すことができ、リフロー炉改造の効果予測を知ることができる。
【００７４】
上記のような本実施の形態のリフロー炉温度プロファイル測定装置においては、以下のような効果がある。本実施の形態のリフロー炉は、電子部品が実装されたプリント基板等の被加熱物を搬送する搬送部と、被加熱物を加熱する加熱部とを備えたリフロー炉において、温度測定センサー１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆを備えるとともに、表面の熱放射率が大きなものと表面の熱放射率が小さなものとからなる複数のプレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを備えたリフロー炉温度プロファイル測定装置１３を、搬送部６を用いて搬送できるようにしている。
【００７５】
そのため、熱放射率の値の両極端なものを含むプレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄがリフロー炉内において搬送されることにより、熱放射率の小さなプレート２ｂ，２ｄでは、熱対流の加熱による温度プロファイルを、また、熱放射率の大きなプレート２ａ，２ｃでは、熱放射および熱対流の両加熱による温度プロファイルを測定することができる。
【００７６】
また、片面だけがリフロー炉内雰囲気に解放された、熱放射率が小さなプレート２ａと熱放射率が大きなプレート２ｂ、および、両面がリフロー炉内雰囲気に解放された、熱放射率が小さなプレート２ｃと熱放射率が大きなプレート２ｄの合計４個のプレートを分割、または、１セットにしてリフロー炉中に搬送できるようにしている。
【００７７】
そのため、４種類のプレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄについてリフロー炉中を搬送させた場合の温度プロファイルを知ることにより、熱放射率が小さく片面解放プレート２ａからは片面からの熱対流による加熱量変化を、また、熱放射率が大きく片面解放プレート２ｂからは片面からの熱放射および熱対流による加熱量変化、熱放射率が小さく両面解放プレート２ｃからは両面からの熱対流による加熱量変化を、また、熱放射率が大きく両面解放プレート２ｄからは両面からの熱放射および熱対流による加熱量変化を知ることができる。
【００７８】
また、プレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄそれぞれを構成する物質は、たとえば、銀、銅、または、アルミニウム等の熱伝導率の大きな物質である。そのため、プレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄそれぞれの表面が加熱された場合、熱伝導率の小さな物質を用いれば、プレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄそれぞれの表面と内部とに温度差が発生して温度測定センサー１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆの温感部１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆの位置によって温度が高めに表示されたり低めに表示されたりするが、プレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄそれぞれに熱伝導率の大きな物質を用いることにより、プレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄそれぞれを、全体として均一な温度分布が発生するようにすることができるのである。
【００７９】
なお、熱放射率の小さなプレート表面を得る手段としては、プレート表面にアルミ蒸着、金蒸着、もしくはニッケルメッキを施す手段、または、プレート材の表面を研磨する手段がある。これらの手段により、熱放射率を０．１以下とすることができる。また、熱放射率の大きなプレート表面を得る手段としては、プレート表面にセラミック等の溶射、塗料、もしくは黒色メッキするか、または、プレート材の表面に酸化処理を施す手段がある。これらの手段により、熱放射率を０．９以上とすることができる。
【００８０】
そのため、プレート表面の熱放射率を大小両極端に異なる値とすることにより、熱放射の影響を受け易い場合と受け難い場合とのプレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの温度プロファイルを把握することができるのである。
【００８１】
また、プレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄはテフロンなど熱伝導率の小さな断熱材３ａ，３ｂで受熱面以外の面が囲われていることにより、プレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは受熱面以外の面からの熱進入を受けにくくなり、受熱面からの加熱だけによる温度プロファイルを測定することが可能となっている。
【００８２】
また、一部が断熱材３ａ，３ｂに囲まれたプレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを搬送する搬送台４は、熱放射率の小さな金属、たとえば、アルミ蒸着または金蒸着された表示面を有するものなど放射率の小さな表面性状からなる板材であるため、プレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは受熱面以外の面からの熱進入を受け難く、ほぼ受熱面のみからの受熱による影響を受ける場合の温度プロファイルを測定することが可能となっている。
【００８３】
また、プレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと断熱材３ａ，３ｂとの接触、または、断熱材３ａ，３ｂと搬送台４との接触は、点接触または線接触とし、プレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと断熱材３ａ，３ｂとの間、および、断熱材３ａ，３ｂと搬送台４との間の大部分に、非常に熱伝導率の小さな空気層を介在させることで、プレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、受熱面以外の面からの熱進入を受け難くなるため、ほぼ受熱面のみからの加熱により温度上昇するのである。
【００８４】
また、搬送方向に対してプレート２ａとプレート２ｂとの間の中央位置およびプレート２ｃとプレート２ｄとの間の中央位置それぞれの搬送台４上空に空気温度測定用の温度測定センサー１ａ，１ｂを設置しているため、リフロー炉内空気温度分布に対するプレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの温度プロファイルを知ることが可能となっている。
【００８５】
さらに、熱電対、サーミスタまたは測温抵抗体からなる温度測定センサ１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆは、プレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ側面から中央部に向かって設けられた挿入穴１２に挿入されるが、挿入穴１２と温度測定センサ１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆとの隙間に熱伝導率の大きなＲＴＶゴムまたはグリスなどを充填するとともに、温感部１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆをセットネジ状のようなものでプレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄそのものに押しつけているため、温感部１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆとプレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄとの間の熱抵抗を小さくすることで、プレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ自身の温度変化が大きな時間的遅れをともなって温感部１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆに伝達されることを抑制して測定することができるようになっている。
【００８６】
また、前述の実施の形態においては、プレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが４個セットされたものが用いられたが、リフロー炉中の搬送位置とプレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄそれぞれの温度変化の時間的な対応が取れるのであれば１個セット、または、それ以上のセットでリフロー炉に投入搬送しても同様な効果を得ることができる。
【００８７】
また、前述の実施の形態では、プレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの材料として銅を用いたが、プレート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ内で温度分布を発生させない程度の熱伝導率の大きななものであれば、金、銀、または、アルミニウムなどの材料を用いても同様な効果を得ることができる。
【００８８】
また、前述の実施の形態では、プレートの表面の熱放射率を１．０に近づける手段として黒色セラミック溶射の例を示したが、熱放射率の大きな塗料、黒色メッキ、または、金属酸化処理を用いても同様な効果を得ることができる。また、プレートの表面の熱放射率を０．０に近づける手段としてアルミ蒸着の例を示したが、熱放射率の小さな金蒸着、金属研磨面、または、ニッケルメッキ等を用いても同様な効果を得ることができる。
【００８９】
また、前述の実施の形態では、断熱材３ａ，３ｂの材料としてテフロンを使用した例を示したが、リフロー炉内温度に耐えて、かつ、熱伝導率の小さな材料であれば、ベークライトまたはグラスファイバー等の材料でも同様な効果を得ることができる。
【００９０】
また、前述の実施の形態では、搬送台４およびカバー９の材料としてステンレスを用いた場合について示したが、熱伝導率が小さくて熱容量の小さな材料であればベークライトまたはグラスファイバーであってもよい。さらに、搬送台４の表面にはアルミ蒸着または光沢のある金属メッキ、金蒸着、金属研磨等を施して熱放射率を小さくしても同様な効果を得ることができる。
【００９１】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００９２】
【発明の効果】
本発明のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置は、リフロー炉の搬送部を用いて搬送可能であるため、リフロー炉内に温度プロファイルを測定するための温度測定部の追走機構を別途設けることなく、リフロー炉内の温度プロファイルを測定することができる。
【００９３】
本発明のリフロー炉加熱能力診断方法は、上述のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置を載置して搬送させて、リフロー炉内の加熱部の加熱による被加熱物が搬送される経路近傍の温度プロファイルを測定し、その測定結果に基づいて、リフロー炉の加熱能力を診断するため、リフロー炉内に温度プロファイルを測定するための追走機構を設けなくとも、リフロー炉内の加熱能力を診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施の形態のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置が搬送部に搭載された状態を上面側から見た図である。
【図２】  図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】  図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】  本実施の形態のリフロー炉内温度プロファイル測定用装置を、実際にリフロー炉で搬送して温度を測定したときの温度プロファイルである。
【図５】  従来の温度測定部の追走機構を内部に有したリフロー炉を説明するための図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｆ  温度センサー、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ  プレート、３ａ，３ｂ  断熱材、４  搬送台、５  縁、６  搬送部、７  カバー、８  カバー支持台、９  位置決めピン、１０  小ネジ、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｆ  温感部、１２  挿入穴、１３  リフロー炉内温度プロファイル測定用装置。
【図１】
0003983484.tif 000002
【図２】
0003983484.tif 000003
【図３】
0003983484.tif 000004
【図４】
0003983484.tif 000005
【図５】
0003983484.tif 000006