JP4883773B2 - パルスヒート電源 - Google Patents
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Description
供給するパルスヒート電源の温度制御に係り、特に通電開始時の温度制御に関す
るものである。
の熱圧着や、プリント基板へのICリードのリフロソルダリングなどを行うリフ
ロソルダリング装置があり、このリフロソルダリング装置で用いられる局部加熱
法の一方式としてパルスヒート法がある。
パルスヒート法は、ヒータチップと呼ばれる接合ヘッドによって被接合部を加
圧しながら、このヒータチップに大電流を流して、そこで発生するジュール熱に
より被接合部(リフロソルダリングの場合には半田)を溶融させて接合を得るも
のである(例えば、特許文献1)。
し、その後瞬時に電流の流れが停止することが求められる。しかし、瞬間的に大
電流を流すとこの大電流に起因するヒータチップに発生するジュール熱がオーバ
ーシュートにより、予定した温度を超えてしまうという問題点があり(図5参照
)、実際のパルスヒート法ではオーバーシュートがなるべく発生しないように、
電流を瞬時に所定値まで引き上げずに、一定の時間をかけて所定値まで引き上げ
る、という手法を使用している(図4参照)。
上げることは、接合品質の安定性の面では大きく貢献しているが、最近パルスヒ
ート法による接合においてもタクトタイムの短縮の要求が大きな問題点となって
きている。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、オーバーシュートを発
生させることなく、タクトタイムを短縮できるパルスヒート電源を提供すること
を目的とする。
ID制御により実行されることを特徴とするものである。
したがって、一つ一つの接合時間を短縮することができるから、タクトタイムを短縮することができるパルスヒート電源を提供することができる。
図1は本発明の1実施例を示すパルスヒート電源のブロック図、図2はこのパ
ルスヒート電源の帰還制御に基づく位相制御の動作概要の説明図、図3はこのパ
ルスヒート電源の動作時の温度プロファイルを示す図である。図3において、点
線は目標温度プロファイルを示し、実線は実測温度波形を示している。
で前記トランスの1次側へ供給する電流を制御する位相制御部、2は入力交流電
流を低電圧、大電流に変換するトランス、3はヒータチップ、4はヒータチップ
3の温度に応じた電圧を検出する熱電対、5は熱電対4の出力電圧を所定の増幅
度で増幅する差動増幅器を主要構成とする増幅部である。
を設定するパラメータ設定部、7はパラメータ設定部6からの温度と時間を受け
て、増幅部5における温度と電圧の対応と同じ対応関係により目標電圧として規
定される目標温度プロファイルを生成する目標温度プロファイル生成部、8は増
幅部5からのヒータチップ3の温度に応じて検出され増幅された検出電圧と目標
温度プロファイル生成部7からの目標温度に応じた目標電圧を受けて、この差分
を算出すると共に位相制御信号生成に用いる操作量を算出し、出力するPID制
御部である。
(b)は入力交流電流から生成された入力交流電流の同期信号、(c)はトラン
ス2の1次側へ流れる電流を位相制御部1をオン/オフすることで制御するゲー
ト信号、(d)はトランス2の1次側の電流の模式図である。
次に、このようなパルスヒート電源の動作を説明する。
別途設けた接合動作開始手段(図示せず。)により、スタート信号が生成され
、接合が開始されるまでは、位相制御信号生成部10から出力されるゲート信号
は全ての期間でオフとなるようにしておくので、位相制御部1がオンすることは
ないから、パルスヒート電源に入力交流電源が接続されていてもトランス2の1
次側には交流電流が流れない。したがってトランス2の2次側には交流電流は生
じないから、ヒータチップ3へ電流は流れないので、ヒータチップ3が発熱する
ことはない。
温度としては、ヒータチップ3の温度が接合対象物に応じて定まる接合温度T2と接合温度T2よりも低い帰還制御開始温度T1の2つパラメータである。時間としては、接合温度T2の保持時間t2と帰還制御開始温度T1から接合温度T2に到達するまでの温度上昇時間t1の2つのパラメータである。なお、接合動作開始時の温度から帰還制御開始温度T1までは垂直に立ち上げることにしているので、この時間は固定値0に設定しておかなければならないことから、設定用のパラメータには含めない。
最後に、実際に接合動作を行うときのこのパルスヒート電源の動作について説
明する。
前述の別途設けた接合動作開始手段(図示せず。)により、スタート信号を生
成することで接合動作が開始される。このスタート信号は目標温度プロファイル
生成部7と位相制御信号生成部10へ送られる。
一方、位相制御信号生成部10はスタート信号を受けて、位相制御部1の位相制御量となるゲート信号を生成して出力する。接合動作開始時の温度から帰還制御開始温度T1に到達するまでは位相制御部1が全期間オンになるようなゲート信号を生成し、位相制御部1に送出する。
はトランス2の一次側にそのまま流れる。そうすると、このトランス2の1次側
の交流電流によりトランス2の2次側に交流電流が誘起され、ヒータチップ3を
介してこの交流電流が流れる。この交流電流によりヒータチップ3は発熱し、接
合対象物を加熱することで接合動作を開始する。
常時温度に応じた電圧として検出されており、この検出電圧は主として差動増幅
器で構成される増幅部5で所定の増幅度で増幅される。
らのヒータチップ3の温度に対応した検出電圧は共にPID制御部8に送出され
る。これらの電圧値はPID制御部8で比較され、差分量に応じた位相制御信号
生成用の操作量が算出される。この操作量は位相制御信号生成部10へ送出され
る。位相制御信号生成部10には、この操作量のほかに、同期信号生成部9から
の同期信号が送られてきている。
成するが、接合動作開始直後でヒータチップ3が帰還制御開始温度T1に到達し
ていない時は、この操作量に関係なく位相制御信号として同期信号生成部9から
の同期信号を基準にして全期間オンとなるようなゲート信号を生成し、位相制御
部1で入力交流電流を全期間オンにする。このように制御することで、トランス
2に全期間にわたって電流が流れ、2次側にも全期間交流電流が誘起される。こ
の電流がヒータチップ3に流れることでヒータチップ3の温度が帰還制御開始温
度T1に近づく。
点を境に位相制御信号生成部10は、位相制御信号として前記同期信号を基準に
して前記位相制御量をもとにゲート信号を生成する。そしてこのゲート信号によ
り位相制御部1がオン/オフされる。この位相制御部1のオン/オフにより、ト
ランス2の1次側に流れる入力交流電流が制限されるので(図2(c)(d))
、結局トランス2の2次側に誘起される電流も制限される。
こうして、ヒータチップ3への電流を制限してヒータチップ3の温度上昇を目
標温度プロファイル合わせた形で緩やかなものにする。
過するまで繰り返し実行され、ヒータチップ3の温度がパラメータ設定部6で設
定され、目標温度プロファイル生成部7で生成された目標温度プロファイルを実
現することになる。
2 トランス
3 ヒータチップ
4 熱電対
5 増幅部
6 パラメータ設定部
7 目標温度プロファイル生成部
8 PID制御部
9 同期信号生成部
10 位相制御信号生成部
Claims (2)
- トランスの2次側に接続されたパルスヒート式リフロソルダリング装置のヒータチップに電流を供給するパルスヒート電源において、
入力交流電流からゼロクロス点を検出し、このゼロクロス点を基準とする同期信号を生成する同期信号生成部と、
ゲート信号に基づいて入力交流電流をオン/オフすることで前記トランスの1次側へ供給する電流を制御する位相制御部と、
前記ヒータチップに取り付けられた熱電対でヒータチップの温度に応じた電圧を検出し、この電圧を所定の増幅度で増幅する増幅部と、
別途設けた入力手段からの前記ヒータチップの温度が接合対象物に応じて定まる接合温度とこの接合温度よりも低い帰還制御開始温度および前記接合温度の保持時間と前記帰還制御開始温度から前記接合温度に到達するまでの温度上昇時間とからなる温度と時間とあらかじめ0に設定されている接合動作開始時の温度から前記帰還制御開始温度に到達するまでの温度上昇時間とを受けて、前記増幅部における温度と電圧の対応と同じ対応関係により目標電圧として規定される接合動作開始時の温度から前記帰還制御開始温度までは垂直に立ち上げ、この帰還制御開始温度から前記接合温度までは、この温度差を前記温度上昇時間で除算結果を傾きとして線形に温度を上昇させ、前記接合温度になってからはこの接合温度を前記保持時間中保持する目標温度プロファイルを生成する目標温度プロファイル生成部と、
前記増幅部からの検出電圧と前記目標温度プロファイル生成部からの目標電圧との差分を算出し、接合動作開始時の温度から前記帰還制御開始温度に到達するまではこの差分に関係なく位相制御信号として前記同期信号生成部からの同期信号を基準にして全期間オンとなるようなゲート信号を生成し、その後はこの差分に応じて位相制御量を算出し、位相制御信号として前記同期信号生成部からの同期信号を基準にしてこの位相制御量をもとにゲート信号を生成する位相制御信号生成部と、
を備えることを特徴とするパルスヒート電源。 - 前記位相制御量の算出はPID制御により実行されることを特徴とする請求項1記載のパルスヒート電源。
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