JP2005116575A - リフロー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板の温度分布を一定にすることができ、これにより、良好に半田付けを行うことができる。
【解決手段】 基板１００に部品を半田付けする際に、基板１００を搬送する搬送コンベア３と、搬送コンベア３によって搬送される基板１００を予備加熱する予備加熱部４ａと、半田の融点以上の温度まで基板１００を加熱する本加熱部４ｂと、基板１００を冷却する冷却部５とが、搬送コンベア３の搬送方向に沿ってこの順番で内部に設けられた炉２と、搬送コンベア３による基板１００の搬送を制御する制御装置１５とを備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、プリント配線板と電子部品との半田付け等に使用されるリフロー装置に関する。

プリント配線板と電子部品との半田付けに使用されるリフロー装置には、通常、プリント配線板（以下、基板と称する）上に搭載された電子部品を半田付けするためにリフローして加熱する炉が設けられており、この炉内に半田付けの対象となる基板を搬送する搬送コンベアが配置されている。リフロー装置の炉内は、さらに、基板を予備加熱する予備加熱部と、半田の融点以上の温度まで基板を加熱する本加熱部と、半田付け後の基板を冷却する冷却部とが、搬送コンベアの搬送方向に沿ってこの順番に設けられている。炉内の予備加熱部および本加熱部には、基板をリフロー加熱する加熱手段が設けられている。このような加熱手段としては、熱風を用いたもの、赤外線等の熱線を用いたもの、、これらを併用したもの等がある。

また、プリント配線板と電子部品との半田付けに使用されるリフロー装置が、特許文献１（特開２００２−１４４０７６号公報）に開示されている。図１２は、この特許文献１に開示されたリフロー炉の要部を示す概略図である。このリフロー炉では、垂直状態に配置された縦型の密閉可能なプロセスチューブ２０４の外側に、筒状の第１のヒータ２０１と、第２のヒータ２０２と、筒状のウォータジャケット２０３とが、プロセスチューブ２０４の軸方向に沿って上側から順番に配置されており、このプロセスチューブ２０４の内部空間が、上側から、第１のヒータ２０２に対応した本加熱ゾーンＡと、第２のヒータ２０２に対応した予備加熱ゾーンＢと、ウォータジャケット２０３に対応した冷却ゾーンＣとになっている。プロセスチューブ２０４の内部空間内には、半導体ウエハ２０８を搭載したボート２０７が配置されており、このボート２０７が、予備加熱ゾーンＢ、本加熱ゾーンＡ、および冷却ゾーンＣの順に位置するように昇降されて、各ゾーンにおいて、所定の処理時間条件に基づいて停止される。これにより、ボート２０７上に搭載された半導体ウエハ２０８が、予備加熱、本加熱、および冷却されて所定の加熱処理が実施される。

このような構成のリフロー炉では、半導体ウエハ等の被処理物の温度プロファイルを、高精度で制御することができるために、被処理物全体にわたって均一な温度に制御することができる。

また、特許文献２（特開平８−８５２７号公報）には、リフロー装置として赤外線を使用した赤外線加熱装置が開示されている。図１３は、特許文献２に開示された赤外線加熱装置の概略構成図である。この赤外線加熱装置では、コンベア３０５のキャリアに、半田等によって接合されるワークＷが載置されて搬送されるようになっている。コンベア３０５は、ワークＷが載置されるキャリア３０２が均しいピッチで取り付けられており、各キャリア３０２の取付ピッチに相当する距離だけ各キャリア３０２が間欠的に搬送される。このコンベア３０５の搬送域には、各キャリア３０２の停止位置にそれぞれ対応して、赤外線が伝搬される一対の予備加熱用導光体３０８がそれぞれ設けられた予備加熱部と、外線が伝搬される一対の主加熱用導光体３０６が設けられた本加熱部とが、コンベア３０５の搬送方向に沿って配置されている。

このような赤外線加熱装置では、コンベア３０５による各キャリア３０２の間欠搬送によって各予備加熱部に停止されたワークＷの接合部位に、各予備加熱用導光体３０８によって伝搬される赤外線が照射されて、その接合部位が所要の接合温度に予備加熱される。また、本加熱部に停止されたワークＷの接合部位には、主加熱用導光体３０６によって伝搬される赤外線が照射されて、その接合部位が所要の接合温度に本加熱される。コンベア３０５は、各キャリア３０２を間欠的に搬送するために、各キャリア３０２に載置されたワークＷは、各予備加熱部および本加熱部にそれぞれ停止され、各予備加熱部および本加熱部において同時に加熱処理される。
特開２００２−１４４０７６号公報 特開平８−８５２７号公報

炉内に搬送コンベアが設けられて、搬送コンベアの搬送方向に沿って炉内が予備加熱部、本加熱部、冷却部になっている従来のリフロー装置では、基板が、搬送コンベアによって一定の速度で炉内をを搬送される。このために、炉内では、基板の搬送方向に対して垂直な炉の幅方向には、均一な温度分布とすることができる。

しかしながら、基板の搬送方向については、予備加熱部から本加熱部に搬送されるにつれて、基板に熱が蓄積されて、基板には不均一な温度分布が生じ、基板内に温度差（Δｔ）が発生するという問題がある。この温度差Δｔは、基板の種類、基板に対する配線の設計パターン、基板上に搭載される部品の形状や種類等によって大きく左右される。特に、大型サイズの基板においては、この温度差Δｔが顕著に現われる。このような温度差Δｔが大きい場合、半田の溶融不足によって部品の実装に不具合が発生するおそれがある。

図１４は、炉内に搬送コンベアが設けられて、搬送コンベアの搬送方向に沿って炉内が予備加熱部、本加熱部、冷却部になっている従来のリフロー装置を用いて、基板を加熱した場合の温度変化を、基板の搬送方向上流側部分である後方部（Ａ）、中央部（Ｂ）、基板の搬送方向下流側部分である先頭部（Ｃ）のそれぞれにおいて測定したグラフを示している。このグラフにより明らかなように、基板の先頭部（Ｃ）、中央部（Ｂ）、後方部（Ａ）で、基板の温度が異なり、特に、基板の後方部（Ｃ）で、他の部分の温度（２１４℃）より温度が上昇して高くなり（２２１℃）、基板内における温度差Δｔが、Δｔ＝２２１℃−２１４℃＝７℃と非常に大きくなっている。

このような温度差を低減する方法として、炉内の風速を強くする、炉内の温度を高くする、高温での滞留時間を長くする方法等があるが、いずれの方法においても、炉の耐久性が低下する、装置が大型化する等の弊害が生じる。特に、基板のサイズが大型になると、このような弊害は、より顕著になって現われる。

そこで、基板内の温度の均一化を図るために、予備加熱部に搬送されている時間を長くする方法が採用される。しかし、このように、予備加熱部に搬送されている時間を長くするためには、炉の部分を長くすること、または、搬送コンベアの搬送速度を遅くすること等の対応が必要であり、その結果、炉の部分を長くすれば、装置が大型化するという問題が生じ、また、搬送コンベアの搬送速度を遅くすれば、生産性が低下するという問題がある。さらに、搬送コンベアの搬送速度を遅くした場合には、基板の温度プロファイルを導き出すことが容易ではないという問題もある。

さらに、従来使用されている共晶半田（Ｓｎ／Ｐｂ：融点１８３℃）から鉛フリー半田（Ｓｎ／３．０Ａｇ／０．５Ｃｕ等）へ転換するために、本加熱部のピーク温度を、約２０℃上昇させる必要がある。しかし、このような温度上昇に対応するためには、炉長の短い炉では、搬送コンベアの搬送速度を遅くしなければならず、搬送速度を遅くすると、基板上の搭載部品の耐熱温度の限界から高温度による損傷が生じるおそれがあるという問題がある。

また、図１２に示すリフロー炉では、プロセスチューブ２０４の内部空間を下方の冷却ゾーンＣから予備加熱ゾーンＢ、本加熱ゾーンＡに上昇させて加熱処理を行った後、本加熱ゾーンＡから冷却ゾーンＣに下降させることにより冷却させる処理を行っているので、１枚の基板に対して処理を行っている間は、他の基板に対して、処理を行うことができない。したがって、このリフロー炉では、処理能力の点で作業効率が悪いという問題がある。

また、図１３に示す赤外線加熱装置は、接合部位に局所的に赤外線を照射することによって、ワークＷの接合部分を接合温度まで加熱するものであり、基板全体を加熱する構成ではなく、しかも、局所的加熱に用いられるものであるため、部品点数が多いものに適用することが困難であるという問題がある。

また、上記に説明してきた各リフロー装置のそれぞれの問題として、温度プロファイルを導出するために、何度も基板を炉内に通して確認する必要がある。したがって、従来のリフロー装置では、最終的な温度プロファイルを得るために長時間を要するという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板上の搭載部品が損傷する等の弊害を生じることなく、基板の温度分布を一定にすることができ、これにより、良好に半田付けを行うことができるリフロー装置を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明のリフロー装置は、基板に部品を半田付けする際に、該基板を搬送する搬送手段と、該搬送手段によって搬送される基板を予備加熱する予備加熱部と、半田の融点以上の温度まで基板を加熱する本加熱部と、基板を冷却する冷却部とが、該搬送手段の搬送方向に沿ってこの順番で内部に設けられた炉と、該搬送手段による基板の搬送を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。

上記本発明のリフロー装置において、前記制御手段は、予備加熱部および本加熱部におけるそれぞれの加熱時間が予め設定されており、設定された加熱時間に基づいて前記搬送手段による基板の搬送を制御することが好ましい。

上記本発明のリフロー装置において、前記搬送手段は、サーボモータによってベルト体が周回移動する搬送コンベアであることが好ましい。

上記本発明のリフロー装置において、前記搬送手段にて予備加熱部に搬送される基板を検出する基板検出センサーと、該基板検出センサーの検出結果に基づいて、該搬送手段にて搬送される基板に当接して基板を停止させるストッパとをさらに有することが好ましい。

上記本発明のリフロー装置において、前記制御手段に対する条件の設定等を入力する操作部が設けられていることが好ましい。

上記本発明のリフロー装置において、前記操作部は、操作画面を有することが好ましい。

上記本発明のリフロー装置において、前記予備加熱部、前記本加熱部のいずれか一方または両方において、搬送手段によって搬送される基板の温度分布を均一化する温度均一化手段が設けられていることが好ましい。

上記本発明のリフロー装置において、前記温度均一化手段は、前記基板に供給される熱風を、該基板上に設けられた部品の位置に基づいて変更するようになった熱風温度可変板であるっことが好ましい。

上記本発明のリフロー装置において、前記熱風温度可変板は、前記基板上に搭載される各部品に対応した位置に開口部が形成されているこが好ましい。

上記本発明のリフロー装置において、複数種類の前記熱風温度可変板を格納する格納手段と、前記炉内に搬送される前記基板に対応した熱風温度可変板を該格納手段に格納された複数種類の熱風温度可変板から選択して、前記炉内の所定位置搬送する搬送手段とを有する熱風温度可変板切換え機構をさらに備えていることが好ましい。

上記本発明のリフロー装置において、前記熱風温度可変板切換え機構を操作する操作手段がさらに設けられていることが好ましい。

上記本発明のリフロー装置において、前記熱風温度可変板切換え機構の操作手段は操作画面を有することが好ましい。

上記本発明のリフロー装置において、前記熱風温度可変板から供給される熱風を整流して前記基板に供給するノズル体をさらに有することが好ましい。

上記本発明のリフロー装置において、前記ノズル体は、垂直状態になった複数の筒状体が水平方向に整列されて配置されていることが好ましい。

上記本発明のリフロー装置において、前記炉内に搬送される前記基板を撮像する撮像手段をさらに備え、該撮像手段が撮像した基板上の部品情報に基づいて、前記熱風温度可変板切換え機構によって所定の熱風温度可変板が所定位置に設置されることが好ましい。

上記本発明のリフロー装置において、前記撮像手段は、ＣＣＤカメラであることが好ましい。

上記本発明のリフロー装置において、前記基板とともに、前記予備加熱部および本加熱部に前記搬送手段によって搬送されて、その搬送の間に、前記基板の温度を測定するとともに、測定された温度情報をワイヤレス伝送する温度測定ユニットと、該温度測定ユニットからの温度情報を受信すると共に、該温度情報と前記制御手段に予め格納された搬送手段の制御データとに基づいて、搬送される基板の温度条件の設定に反映されるリフロー温度プロファイルを自動演算する受信演算手段とをさらに備えることが好ましい。

本発明のリフロー装置は、基板に部品を半田付けする際に、該基板を搬送する搬送手段と、該搬送手段によって搬送される基板を予備加熱する予備加熱部と、半田の融点以上の温度まで基板を加熱する本加熱部と、基板を冷却する冷却部とが、該搬送手段の搬送方向に沿ってこの順番で内部に設けられた炉と、該搬送手段による基板の搬送を制御する制御手段と、を備えたものであり、制御手段によって基板の搬送が制御されるので、搬送中の基板を均一な温度分布にすることができ、良好に半田付けを行うことができる。

以下、本発明のリフロー装置について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明のリフロー装置１の全体的な構成を説明するための正面図、図２は、そのリフロー装置１の要部を説明するための要部模式図である。

本発明のリフロー装置１は、プリント配線板である基板と電子部品とを半田付けするために使用され、図２に示すように、半田付けの対象である基板１００を加熱する炉２と、この炉２内に基板１００を搬送する搬送コンベア３（図２参照）とを備えている。

図２に示すように、搬送コンベア３は、複数のローラ６に巻き掛けられて周回移動するベルト体７を有する。ベルト体７は、炉２に設けられた搬入口から搬出口にわたって基板１００を水平状態で搬送するように、搬入口から搬出口にわたって水平状態になっている。

複数のローラ６の一つは、サーボモータ１１によって動力が伝達されるように接続されており、このサーボモータ１１によって、そのローラ６が回転駆動される。これにより、ベルト体７が、全てのローラ６のの周囲を周回移動する。サーボモータ１１は、制御装置１５によって制御されるようになっており、制御装置１５によるサーボモータ１１の制御によって、ベルト体７による基板１００の搬送速度、ベルト体７の停止等が制御される。

炉２内には、搬送コンベア３の基板１００搬送域の上方に加熱ユニット４が備えられている。加熱ユニット４には、基板１００の搬送方向の上流側において、炉２内に搬送された基板１００を、半田の融点に満たない所定の温度に予備加熱する７つの予備加熱部４ａが設けられており、また、７つの予備加熱部４ａに対して基板１００の搬送方向の下流側には、基板１００を半田の融点以上の温度まで加熱する２つの本加熱部４ｂが設けられている。各予備加熱部４ａおよび各本加熱部４ｂは、それぞれ等しい間隔をあけて配置されている。

また、加熱ユニット４の本加熱部４ｂに対して、搬送コンベアの３搬送方向の下流側に隣接して、基板１００を冷却する冷却部５が配置されている。冷却部５は、冷却ファン（図示せず）によって発生する冷却風によって、基板１００上の電子部品を冷却するようになっている。

図１においては、加熱ユニット４には、７つの予備加熱部４ａと、１つの本加熱部４ｂとが配置されており、また、加熱ユニット４に隣接して１つの冷却部５が配置されているが、炉２内に配置される予備加熱部４ａ、本加熱部４ｂ、冷却部５の個数は、基板１００のサイズ、基板１００上に搭載される部品のサイズや数、半田の量や性状等に応じて、適宜選択される。なお、各予備加熱部４ａおよび各本加熱部４ｂの温度等は、制御手段によって制御されるようになっている。

炉２の内部における搬入口と予備加熱部４ａとの間には、基板１００が予備加熱部への搬送を制御する平板状のストッパ８が設けられている。このストッパ８は、エアシリンダ９によって垂直状態で昇降するようになっている。

また、このストッパ８が設置された位置に対して、搬送コンベア３の搬送方向の上流側に隣接する位置には、搬送コンベア３上の基板１００を検出する基板検出手段としての基板検出センサ１０が設けられる。この基板検出センサ１０は、赤外線等を使用した光学的方法によって、基板１００が搬送コンベア３の搬送域における所定位置を通過することを検知する。そして、この基板検出センサ１０が基板１００の通過を検知すると、エアシリンダ９が作動してストッパ８が下降される。なお、エアシリンダ９は、基板検出センサ１０の検出結果に基づいて、制御装置１５によって制御されるようになっている。

ストッパ８が下降されると、搬送コンベア３が周回移動しているにもかかわらず、基板１００が予備加熱部４ａに搬送されることが停止される。そして、ストッパ８が上昇すると、基板１００は搬送コンベア３のベルト体７の移動に伴って、最初の予備加熱部４ａに搬送される。

なお、基板１００を検出する基板検出手段としては、上記のような光学式の基板検出センサ１０に限らず、基板１００を検知することができればどのような構成であってもよい。例えば、基板１００が通過するときの荷重の変動を検知する等の重力式の検知方法によるセンサ使用することができる。

図１に示すように、炉２の外部には、各予備加熱部４ａおよび本加熱部４ｂにおける加熱温度、搬送コンベア３ベルト体７の停止時間等の条件を制御装置１５に設定する際に操作される操作部１２が設けられている。この操作部１２の下部には、サーボモータ１１による搬送コンベア３の駆動を制御するスイッチ、本加熱部４ｂ等の炉２内の各構成要素の駆動を制御するためのスイッチ等が配置された操作パネルが設けられている。また、この操作部１２の上部には、操作画面１３が備えられており、作業者は、この操作画面１３を見ながら、下部の操作パネルのスイッチ等を操作することにより、リフロー装置１を容易に操作することができる。

このような構成のリフロー装置を用いた基板の加熱方法について、図３の基板の加熱方法を示す処理フローに基づいて説明する。

まず、ステップ１において、炉２の搬入口から電子部品が搭載された基板１００が搬送コンベア３のベルト体７上に投入されて、サーボモータ１１が駆動されることによるベルト体７の移動によって、ベルト体７上の基板１００は炉２内に搬入される。そして、炉２の搬入口と予備加熱部４ａとの間に設けられた基板検出センサ１１によって、基板１００が確認されると（ステップ２）、エアシリンダ９によって、ストッパ８が下降する（ステップ３）。これにより、ベルト体７によって搬送される基板１００は、下降したストッパ８に当接して、ベルト体７が移動しているにもかかわらず、基板１００の搬送が停止される。

このように、基板検出センサ１０によって基板１００が確認されて、ストッパ８によって基板１００の搬送が停止された後に、所定のタイミングでエアシリンダ９によってストッパ８が上昇されることにより、基板１００は、所定のタイミングで予備加熱部４ａに搬送されることになる。

その後、先頭の基板１００が最初の予備加熱部４ａに到達すると、サーボモータ１１の駆動が停止されて、搬送コンベア３のベルト体７が停止される。これにより、基板１００は、予備加熱部４ａに対して所定の加熱位置になり、その基板１００が予め設定された所定時間にわたって予備加熱される。そして、予備加熱部４ａにおいて先頭の基板１００が、予め設定された所定時間にわたって予備加熱されると（ステップ７）、サーボモータ１１の駆動が再開されて、先頭の基板１００は、ベルト体７によって次の予備加熱部４ａに搬送される（ステップ８）。

このように、先頭の基板１００が予備加熱されている間に、次の基板１００がベルト体７上に投入されて（ステップ１）、先頭の基板１００の予備加熱が終了することによってベルト体７の移動が再開されると、ベルト体７によって搬送されている基板が基板検出センサ１１によって検出されて（ステップ２）、ストッパ８によって基板１００の移動が停止される（ステップ３）。そして、ベルト体７によって先頭の基板１００が搬送される所定のタイミングにてストッパ８が上昇し（ステップ４）、次の基板１００が、先行する基板１００とは所定の間隔、具体的には、隣接する予備加熱部４ａまたは本加熱部４ｂの間隔に等しい間隔とされて、最初の予備加熱部４ａに搬送される。そして、先頭の基板１００と、次の基板１００とが、それぞれ予備加熱部４ａにおける所定の予備加熱部４ａに到達すると、ベルト体７の移動が停止されて、各予備加熱部４ａにおける所定の加熱位置にそれぞれ停止する。そして、各予備加熱部４ａにおいて、各基板１００が同時に予備加熱される。

以後、同様の動作が繰り返されることによって、先頭の基板１００は、全ての予備加熱部４ａによって加熱される。そして、全ての予備加熱部４ａによる予備加熱が終了すると、ベルト体７の移動によって本加熱部４ｂに搬送され（ステップ９）、先頭の基板１００が本加熱部４ｂにおける所定位置に搬送されると、サーボモータ１１が停止されて、その基板１００は、本加熱部４ｂにおける所定の加熱位置とされる（ステップ１１）。その後、予め設定された所定時間にわたって基板１００が本加熱される（ステップ１２）。

この場合、先頭の基板１００に続いて搬送される各基板１００は、それぞれ予備加熱部４ａに搬送されて、それぞれの予備加熱部４ａにて設定された所定時間にわたる予備加熱が実施されることになる。

所定時間にわたる基板１００の本加熱および他の各基板１００の予備加熱がそれぞれ終了すると、サーボモータ１１の駆動が再開されて、先頭の基板１００は、冷却部５に搬送されて、冷却部５を通過する間に冷却された後に、炉２の搬出口から搬出される（ステップ１３）。これにより、先頭の基板１００に対する電子部品の半田付け処理が終了する。

このように、本発明のリフロー装置を用いた処理方法では、搬入口から炉内に投入された基板１００は、搬送コンベア３のベルト体７による搬送および停止が繰り返されることによって、各予備加熱部４ａおよび本加熱部４ｂに、順次、搬送されて、各予備加熱部４ａおよび本加熱部４ｂにおいてそれぞれ予め設定された加熱温度および加熱時間にて加熱される。各予備加熱部４ａおよび本加熱部４ｂにおいてそれぞれ予め設定された温度および加熱時間は、処理される基板毎に導出されたリフロー温度プロファイルに基づいて設定される。

図５は、このような構成の本発明のリフロー装置１を用いた場合における基板１００における各部分の温度変動を示すグラフである。ここでは、搬送される基板１００の搬送方向の前方（搬送方向下流側部分）の左右および後方（搬送方向上流側部分）の左右、および中央部分の温度の変動を測定している。図４のグラフに示すように、本発明のリフロー装置１では、搬送中の基板１００の各部において、均一な温度分布になっており、安定して加熱されていることが明らかである。

なお、予備加熱部４ａおよび本加熱部４ｂの設置個数は任意である。予備加熱部４ａおよび本加熱部４ｂの設置個数が多くなれば、予備加熱部４ａおよび本加熱部４ｂでの停止時間および加熱温度の調整がより容易になるため、正確なリフロー温度プロファイルを容易に導出することができる。さらに、このように、基板が順番に搬送されるタクト方式を用いる本発明のリフロー装置では、エアーリフロー装置またはＮ_２対応リフロー装置として好適であるが、このようなリフロー装置に限定されず、あらゆるリフロー装置に適用可能である。

なお、本発明のリフロー装置１においては、炉２内に搬入された基板１００上に搭載された各種部品に起因して生じる温度分布を均一化する温度均一化手段をさらに備えていれば、より良好に基板１００に部品を半田付けすることができる。

図５は、炉２内に搬入された基板１００の温度分布を均一化する温度均一化手段である熱風温度可変板２０を示す斜視図である。熱風温度可変板２０は、例えば、各予備加熱部４ａおよび本加熱部４ｂにそれぞれ設けられている。各熱風温度可変板２０には、基板１００に搭載された各電子部品１０１の位置に対応して、各電子部品１０１のサイズに応じた開口部２１が設けられている。このように、この熱風温度可変板２０には、電子部品１０１の位置およびサイズに応じて設けられた開口部２１が形成されていることにより、図５に矢印２２で示すように、炉２内の各予備加熱部４ａおよび本加熱部４ｂにおいて、基板１００に与えられる熱風量が、基板１００の部品設置位置に応じて調整されることになる。これにより、熱負荷が異なる電子部品１０１が搭載されていることによって、基板１００に温度差が生じることを低減することができる。

なお、図５に示す熱風温度可変板２０は、基板１００上に搭載される電子部品１０１の数量、サイズ、種類が複数ある場合に対応して、開口部２１の位置、サイズ等が異なる複数の熱風温度可変板２０が準備され、基板１００に搭載される電子部品１０１の種類等に対応した熱風温度可変板２０に変更することも可能である。

図６は、搬入された基板１００の種類に対応して、自動的に熱風温度可変板２０を切り換える熱風温度可変板自動切換え機構３０を示しており、図６（ａ）はその平面図、図６（ｂ）はその背面図、図６（ｃ）はその側面図である。

熱風温度可変板自動切換え機構３０は、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、図示しないサーボモータにより上下に移動可能な昇降ユニット３１を有している。この昇降ユニット３１は、搬送コンベアの搬送方向の側方に設置されている。昇降ユニット３１は、それぞれ異なる開口部を有する複数枚の熱風温度可変板２０がそれぞれ水平な状態で、上下方向に適当な間隔をあけて載置されている。昇降ユニット３１は、上下方向に移動することによって、搬送される基板１００に対応した熱風温度可変板２０が所定の高さになるように、その高さ位置が変更される。

この昇降ユニット３１の所定の高さの位置には、チャックアーム３２が水平状態で設置されている。この昇降ユニット３１の所定の高さは、熱風温度可変板２０を炉内に挿入する挿入高さとなっている。チャックアーム３２は、昇降ユニット３１の高さ位置を調整することによって、使用されるべき熱風温度可変板２０が所定の高さにされると、その熱風温度可変板２０をチャックすると共に、チャックした熱風温度可変板２０を、搬送コンベア３のベルト体７上に載置された基板１００に対向する上方位置にまで搬送するようになっている。

このような熱風温度可変板自動切換え機構３０は、搬送コンベア３上の基板１００に対向する位置の熱風温度可変板２０を昇降ユニット３１内に収納するために、炉２内に設置された熱風温度可変板２０をチャックアーム３２でチャックして、昇降ユニット３１内の元にあった位置に収納する。その後、昇降ユニット３１を上下方向に移動させて、次に使用される熱風温度可変板２０を所定の高さ位置とし、チャックアーム３２でチャックして、搬送コンベア３上の基板１００に対向する位置にまで搬送する。

このような熱風温度可変板切換え機構３０は、操作画面１３を有する操作部１２に設けられた操作機構を操作することによって動作されるようになっており、これにより容易に操作することができる。この熱風温度可変板切換え機構３０を動作させる操作機構は、このうよに、、サーボモータ１１等の操作部１２と併用して操作できるように構成すれば、リフロー装置１を操作する操作者がより操作し易くなるので、好ましいが、その操作部１２とは別に設けてもよい。

なお、基板１００に搭載される電子部品１０１の位置、種類等をＣＣＤカメラにて撮像して、その撮像画像に基づいて電子部品１０１位置、種類等の情報を認識し、認識した情報に基づいて、熱風温度可変板切換え機構３０を制御して、自動的に、認識した電子部品１０１の位置、種類等に対応した熱風温度可変板２０を選択して、所定位置に設置するようにしてもよい。

また、基板１００内の温度を均一化する均一化手段である熱風温度可変板２０は、上記のように単独で用いる場合の他、炉２内の熱風の整流性を増すハニカム機構と組み合わせて使用するようにすれば、基板１００の温度をより均一にすることが可能になる。

図７は、熱風温度可変板２０と、ハニカム機構である筒状ノズル４４とを組み合わせた構成の加熱ユニットを示す概略図である。

この加熱ユニットは、下面が開放された筐体４１の上方に所定風量の風を生じさせるファン４２が設けられている。ファン４２から生じた風は、図中の矢印に示す方向に流れて、筐体４１下面から下方に向けられる。筐体４１の下面近傍には、ファン４２から送られる空気を加熱して熱風にする板状のヒータ４３が水平状態で設けられている。このヒータ４３は、筐体４１の下面のほぼ全体を覆う大きさとされる。ヒータ４３の下方の筐体４１の開放された下面には、前述した熱風温度可変板２０が設けられている。この熱風温度可変板２０は、前述したように、所定の位置に開口部２１が設けられており、開口部２１から下方に熱風を吐出するようになっている。筐体４１に設けられた熱風温度可変板２０の下方には、ノズル体４４が設けられている。このノズル体４４は、複数の均一な径を有する筒状体が筐体４１の下面の全体にわたって垂直状態で整列されることによって構成されている。

ファン４２によって発生した風は、筐体４１の壁面によって下方に案内されて、ヒータ４３を上方から下方に通過する。この通過の際に、ファン４２によって上方から送られた空気はが加熱されて、熱風として下方に供給される。ヒータ４３を通過した熱風は、熱風温度可変板２０において、熱風温度可変板２０の開口部２１から下方に向けて吐出される。熱風温度可変板２０を通過した熱風は、ノズル体４４の各筒状体を通過して、基板１００上に搭載された電子部品１０１に供給される。

図８は、図７で示した熱風温度可変板２０とノズル体４４との組み合わせをさらに説明しており、図８（ａ）は、図７の熱風温度可変板２０とノズル体４４との組み合わせを上から見た状態、図８（ｂ）は、図８（ａ）を理解し易くするために、電子部品１０１が搭載された基板１００の平面図である。

図８（ａ）において、熱風温度可変板２０の開口部２１は、基板１００上に搭載された電子部品１０１に対応して、電子部品１０１よりも一回り大きく構成されている。筐体４１の下面には、ノズル体４４が設けられており、熱風温度可変板２０の開口部２１に対応するノズル体４４の筒状体は、図中において、白抜きにて示されている。この図８（ａ）に示すように、ノズル体４４と熱風温度可変板２０とを組み合わせることによって、より効率的に、基板１００上の電子部品１０１に熱風を送ることが可能になる。

なお、ノズル体４４における各筒状体に開閉機構を設けて、基板１００に搭載される電子部品１０１の位置、種類等をＣＣＤカメラにて撮像して、その撮像画像に基づいて電子部品１０１の位置、種類等を認識し、認識された情報に基づいて、ノズル体４４の開閉機構を調整することにより、電子部品１０１に供給される風量を調整するようにしてもよい。このような、電子部品１０１の認識、および、認識された情報に基づくノズル体４４の各筒状体の開閉機構による風量調節により、基板サイズ、部品位置、部品数の変更等で搬送される基板１００の構成が変更される場合にも、容易に対応することが可能になる。

図９は、リフロー装置の他の例を示す構成図である。このリフロー装置は、図１０に示す温度測定ユニット５４とともに使用される。温度測定ユニット５４は、基板１００の温度を測定し、その測定結果をワイヤレス伝送する機能を有している。温度測定ユニット５４は、図１０に示すように、基板１００における電子部品１０１の上面に、先端部が接続された熱伝対５３と、この熱伝対５３が測定する温度をワイヤレス伝送するワイヤレス発振器５５とを有している。

温度測定ユニット５４に設けられたワイヤレス発振器５６から伝送される温度測定情報は、図９に示すように、リフロー装置の操作部１２の下方に設けられた受信演算装置５２に送信される。受信演算装置５２は、操作部１３の操作画面を作業員が操作することによって制御される。操作部１３の操作画面は、リフロー装置の動作を操作するための操作画面と共通のものであってもよく、また、それとは別に設けられていてよい。その他の構成は、前述のリフロー装置と同様の構成になっている。

このリフロー装置では、熱伝対温度測定ユニット５４が測定する測定温度データと搬送コンベア３の停止および速度制御データとに基づいて、受信演算装置５２が、基板１００のリフロー温度プロファイルを自動演算する。受信演算装置５２が自動演算した温度プロファイルは、次の基板１００をリフローする際に、リフロー装置内の予備加熱部４ａ、本加熱部４ｂの温度設定に反映される。

次に、実際のリフロー処理時に使用されるリフロー温度プロファイルの導出方法について、図１１の処理フローを参照して説明する。

新規にリフロー温度プロファイルを導出するために、まず、ステップ２０におて、導出しようとするリフロー温度プロファイルの条件を操作部の操作画面を操作することによって入力する。操作画面に入力される温度プロファイルの条件は、例えば、予備加熱温度範囲（１５０〜１８０℃）、予備加熱時間（１２０±１０秒）、本加熱温度範囲（２２０℃）、本加熱時間範囲（６０±５秒）、本加熱部ピーク温度範囲（２５０±２℃）、本加熱部昇温スピード範囲（１〜３℃／秒）、基板情報（基板サイズ、基板厚さ、基板種類等）である。

温度プロファイルの条件の入力が完了すると、受信演算装置５２は、入力された条件に基づいて、各予備加熱部４ａ、本加熱部４ｂでの基板１００の停止時間、炉内の各部の温度および搬送コンベアの搬送速度の最適値が自動的に導出される。導出された最適値は、リフロー装置の制御装置１５に設定される（ステップ２１）。条件設定の完了後、炉２内に基板１００を搬入するとともに、基板１００の電子部品（例えば、半導体部品）１０１の表面温度（端子部温度）を測定するために、温度測定ユニット５４の熱電対５３が基板１００の電子部品１０１に接触された状態とされて、温度測定ユニット５４が炉２内に搬入される。

基板１００は、前述したりフロー装置と同様にして、各予備加熱部４ａおよび各本加熱部４ｂに順次搬送され、温度測定ユニット５４も基板１００に追従して、各予備加熱部４ａおよび各本加熱部４ｂに順次搬送される。そして、この搬送の間に、熱電対５３によって、炉２内の各予備加熱部４ａおよび各本加熱部４ｂでの基板１００の温度が測定される。熱電対５３によって測定された基板１００の温度測定データは、温度測定ユニット５４に設けられた温度測定記録装置によって記録される。基板１００および温度測定ユニット５４が冷却部５に到達して、基板１００が予め設定された温度にまで冷却されると、測定温度データが温度測定ユニット５４のワイヤレス発振部５５によって受信演算装置５２に送信される（ステップ２４）。

温度測定ユニット５４からの測定温度データを受信した受信演算装置５２は、予め設定されているリフロー温度プロファイル（設定条件は、上述の通り）の設定条件と測定結果とを比較する。比較の結果、測定結果が許容範囲を超えている場合には、炉内の各部の停止時間および各部の設定温度を目的の温度プロファイルの条件に合うように、過去の測定データ（同種基板、同一基板サイズのデータ等）に基づいて、自動的に演算する。そして、その演算結果に基づいて、設定されていた停止時間、炉内温度を自動で変更する。その間、温度測定ユニット５４と熱電対５３を介してつながっている基板１００は、搬送コンベア５のベルト体７を逆方向に搬送することにより炉の搬入口に戻される。

搬入口に戻された基板１００および温度測定ユニット５４は、冷却された後に、変更された新たな条件に基づいて、再度、炉２内の各予備加熱部４ａおよび各本加熱部４ｂに順次搬送され、その際の測定温度データが受信演算装置５２にワイヤレス伝送される。この際の操作は、上記と同一であるので、その説明は省略する。そして、その測定温度データに基づいて、受信演算装置５２は、再度、目的とするリフロー温度プロファイルが導出されているかを確認する。

通常、上記導出作業を２回行えば、目的とする温度プロファイルは導出される。ただし、さらなる正確性が要求される場合には、２回以上の導出作業が行われる場合がある。その場合の繰り返し作業の回数は、操作部の操作画面にて設定される。

導出されたリフロー装置の設定条件（停止時間、炉内温度、搬送コンベアの搬送速度等）は、受信演算装置５２に登録され、登録された設定条件は、次のリフロー温度プロファイルの設定の際の参考データとして利用される。なお、この登録時には、各予備加熱部４ａおよび各本加熱部４ｂでの停止時間、加熱温度、搬送コンベア５の搬送速度以外に、条件名、基板情報（基板厚さ、基板の種類、基板のサイズ）、導出日時、目的とするリフロー温度プロファイル条件（予備加熱温度範囲、予備加熱時間範囲、本加熱温度範囲、本加熱部時間範囲、本加熱部ピーク温度範囲、本加熱部昇温スピード範囲）も登録できるようになっている。そして、登録された条件に基づいて、リフロー処理時およびリフロー条件の導出時には、目的とするリフロー温度プロファイルに基づいて、装置設定条件を呼び出し、その設定条件の内容を確認し、設定を変更する。これにより、早期にリフロー処理が行えるようになる。すなわち、導出された設定条件は、リフロー装置の操作画面を通じて操作部に登録できるため、設定条件をノート等に記入しておく必要がなくなる。

本発明は、プリント配線板と電子部品との半田付け等に使用されるリフロー装置の分野において、基板上の電子部品が損傷する等の弊害を生じることなく、基板の温度分布を一定にすることができ、これにより、良好に半田付けを行うことができる。

本発明のリフロー装置の全体的な構成を説明するための正面図である。 そのリフロー装置の要部を説明するための要部模式図である。 基板の加熱方法を示す処理フローである。 本発明のリフロー装置１を用いた場合における基板各部分の温度変動を示すグラフである。 熱風温度可変板を示す斜視図である。 熱風温度可変板自動切換え機構３０を示し、（ａ）はその平面図、図６（ｂ）はその背面図、図６（ｃ）はその側面図である。 熱風温度可変板と、ハニカム機構である筒状ノズルとを組み合わせた構成の加熱ユニットを示す概略図である。 図７で示した熱風温度可変板とノズル体との組み合わせをさらに説明しており、（ａ）は、図７の熱風温度可変板２０とノズル体４４との組み合わせを上から見た状態、（ｂ）は、（ａ）を理解し易くするために、電子部品１０１が搭載された基板１００の平面図である。 リフロー装置の他の例を示す構成図である。 温度測定ユニットを示す側面図である。 実際のリフロー処理時に使用されるリフロー温度プロファイルの導出方法について説明する処理フローである。 従来のリフロー炉の要部を示す概略図である。 従来の赤外線加熱装置の概略構成図である。 従来のリフロー装置を用いて、基板を加熱した場合の温度変化を示すグラフである。

符号の説明

１ リフロー装置
２ 炉
３ 搬送コンベア
４ 加熱ユニット
４ａ 予備加熱部
４ｂ 本加熱部
５ 冷却部
６ ローラ
７ ベルト体
８ ストッパ
９ エアシリンダ
１０ 基板検出センサ
１１ サーボモータ
１２ 操作部
１３ 操作画面

Claims (17)

1. 基板に部品を半田付けする際に、該基板を搬送する搬送手段と、
   該搬送手段によって搬送される基板を予備加熱する予備加熱部と、半田の融点以上の温度まで基板を加熱する本加熱部と、基板を冷却する冷却部とが、該搬送手段の搬送方向に沿ってこの順番で内部に設けられた炉と、
   該搬送手段による基板の搬送を制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とするリフロー装置。
2. 前記制御手段は、予備加熱部および本加熱部におけるそれぞれの加熱時間が予め設定されており、設定された加熱時間に基づいて前記搬送手段による基板の搬送を制御する請求項１に記載のリフロー装置。
3. 前記搬送手段は、サーボモータによってベルト体が周回移動する搬送コンベアである請求項１に記載のリフロー装置。
4. 前記搬送手段にて予備加熱部に搬送される基板を検出する基板検出センサーと、該基板検出センサーの検出結果に基づいて、該搬送手段にて搬送される基板に当接して基板を停止させるストッパとをさらに有する請求項１に記載のリフロー装置。
5. 前記制御手段に対する条件の設定等を入力する操作部が設けられている請求項１〜４のいずれかに記載のリフロー装置。
6. 前記操作部は、操作画面を有する、請求項５に記載のリフロー装置。
7. 前記予備加熱部、前記本加熱部のいずれか一方または両方において、搬送手段によって搬送される基板の温度分布を均一化する温度均一化手段が設けられている請求項１〜６のいずれか１つに記載のリフロー装置。
8. 前記温度均一化手段は、前記基板に供給される熱風を、該基板上に設けられた部品の位置に基づいて変更するようになった熱風温度可変板である、請求項７に記載のリフロー装置。
9. 前記熱風温度可変板は、前記基板上に搭載される各部品に対応した位置に開口部が形成されている、請求項８に記載のリフロー装置。
10. 複数種類の前記熱風温度可変板を格納する格納手段と、前記炉内に搬送される前記基板に対応した熱風温度可変板を該格納手段に格納された複数種類の熱風温度可変板から選択して、前記炉内の所定位置搬送する搬送手段とを有する熱風温度可変板切換え機構をさらに備えている、請求項８または９に記載のリフロー装置。
11. 前記熱風温度可変板切換え機構を操作する操作手段がさらに設けられている、請求項１０に記載のリフロー装置。
12. 前記熱風温度可変板切換え機構の操作手段は操作画面を有する、請求項１１に記載のリフロー装置。
13. 前記熱風温度可変板から供給される熱風を整流して前記基板に供給するノズル体をさらに有する請求項８〜１２のいずれか１つに記載のリフロー装置。
14. 前記ノズル体は、垂直状態になった複数の筒状体が水平方向に整列されて配置されている請求項１３に記載のリフロー装置。
15. 前記炉内に搬送される前記基板を撮像する撮像手段をさらに備え、該撮像手段が撮像した基板上の部品情報に基づいて、前記熱風温度可変板切換え機構によって所定の熱風温度可変板が所定位置に設置される請求項１０に記載のリフロー装置。
16. 前記撮像手段は、ＣＣＤカメラである、請求項１５に記載のリフロー装置。
17. 前記基板とともに、前記予備加熱部および本加熱部に前記搬送手段によって搬送されて、その搬送の間に、前記基板の温度を測定するとともに、測定された温度情報をワイヤレス伝送する温度測定ユニットと、
    該温度測定ユニットからの温度情報を受信すると共に、該温度情報と前記制御手段に予め格納された搬送手段の制御データとに基づいて、搬送される基板の温度条件の設定に反映されるリフロー温度プロファイルを自動演算する受信演算手段とをさらに備える、請求項１〜１６のいずれか１つに記載のリフロー装置。
    

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