JP2002134904A

JP2002134904A - 気体加熱ヒータ

Info

Publication number: JP2002134904A
Application number: JP2000325489A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Matsubara; 賢政松原
Original assignee: TAISEI KAKEN KK; Taisei Kaken KK
Current assignee: TAISEI KAKEN KK; Taisei Kaken KK
Priority date: 2000-10-25
Filing date: 2000-10-25
Publication date: 2002-05-10

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】ヒータ出力を容易に調整できて気体温度も自
動調節でき、しかもワークに対してフレキシブルに対応
できる気体加熱ヒータを提供する。【解決手段】断熱材料製のヒータホルダの複数の挿入
穴には気体の流通通路が長手方向に延びて設けられたヒ
ータ手段30を挿通して保持し、各々は個別に通電制御可
能となす一方、ヒータホルダを覆ってチャンバ40を設
け、チャンバのノズル取付部に加熱気体を吐出するノズ
ル50を着脱可能に取付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は気体加熱ヒータに関
し、特にヒータ出力を容易に調整でき、これにより気体
温度及び気体流量もまた気体圧力も自動調節できるよう
にしたヒータに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、高温気体中における接触方式や
高温気体を用いた非接触方式により、電子部品をプリン
ト基板に半田付けする場合、ＡＣＦ（ANISOTROPIC COND
UCTIVEFILM ）やフレキシブル基板等を熱圧着する場
合、あるいはリード線の溶接、樹脂の溶着、溶断、切断
穴開け等の加工を行う場合、気体の加熱源を必要とする
が、かかる気体の加熱源としては従来は単一のセラミッ
クヒータやニクロム線ヒータ等を使用するのが一般的で
あった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の気体加
熱ヒータでは発熱温度等については画一的な設定しかで
きず、出力調整等は到底不可能であったので、接合条件
によって特に高出力を要求される場合や低出力を要求さ
れる場合にはその都度条件に応じた出力形態のヒータを
準備しなければならず、一品一様の様相を呈しているの
が実情である。

【０００４】本発明はかかる問題点に鑑み、ヒータ出力
を容易に調整でき、これにより気体温度、気体流量、気
体圧力も自動調節できるようにした気体加熱ヒータを提
供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明に係る気
体加熱ヒータは、断熱材料を用いて製作され、複数の挿
通穴が同心円上において相互にほぼ平行にかつ長手方向
に延びて両端を開口して穿設されたヒータホルダと、該
ヒータホルダの挿入穴に挿通して保持され、気体の流通
通路が長手方向に延びて設けられ、各々を個別に通電制
御可能となした複数のヒータ手段と、上記ヒータホルダ
を覆って設けられ、先端側にノズル取付部が形成されて
任意形状のノズルを取付け可能となしたチャンバと、上
記チャンバのノズル取付部に着脱可能に取付けられ、加
熱気体を吐出するノズルと、を備えたことを特徴とす
る。

【０００６】また、本発明に係る気体加熱ヒータは、断
熱材料を用いて製作され、複数の挿通穴が同心円上にお
いて相互にほぼ平行にかつ長手方向に延びて両端を開口
して穿設されたヒータホルダと、該ヒータホルダの挿入
穴に挿通して保持され、気体の流通通路が長手方向に延
びて設けられ、各々を個別に通電制御可能となした複数
のヒータ手段と、上記ヒータホルダを覆って設けられ、
先端側にノズル取付部が形成され、加熱気体を吐出する
任意形状のノズルを取付け可能となしたチャンバと、を
備えたことを特徴とする。

【０００７】さらに、本発明に係る気体加熱ヒータは、
断熱材料を用いて製作され、複数の挿通穴が同心円上に
おいて相互にほぼ平行にかつ長手方向に延びて両端を開
口して穿設され、複数の各挿通穴に気体の流通通路が長
手方向に延びて設けられた任意のヒータ手段を挿通して
保持し得るヒータホルダと、上記ヒータホルダを覆って
設けられ、先端側にノズル取付部が形成され、加熱気体
を吐出する任意形状のノズルを取付け可能となしたチャ
ンバと、を備えたことを特徴とする。

【０００８】ヒータ手段は気体の流通通路が長手方向に
延びて設けられていれば、その形態は特に限定されず、
例えば筒状部材の内部に線ヒータを挿通した構造を採用
できるが、気体の加熱効率を考慮すると、棒状のセラミ
ックヒータ内に気体の流通通路を形成して構成されるの
が好ましい。

【０００９】ヒータホルダの流通通路に流通させる気体
は特に限定されないが、半田付け等の用途に用いる場合
には不活性ガス、又は不活性ガス、空気及び二酸化炭素
ガスの群から選ばれる混合気体を流通させるようにする
のがよい。

【００１０】ノズルには任意に形状を採用できるが、ワ
ークを覆って加熱気体を吐出し得る形状をなすのが好ま
しい。

【００１１】また、本発明によれば、断熱材料製のヒー
タホルダ内には気体の流通通路が長手方向に延びて設け
られた複数のヒータ手段を挿通して保持し、各ヒータ手
段は各々を個別に通電制御可能となす一方、複数のヒー
タ手段を同時に通電し断熱材料のヒータホルダの中心部
に単体又は複数の温度センサ、例えばＣ．Ａ．又はＰｔ
１００の温度センサを取付け、全体の加熱気体の温度制
御することも可能とした上記ヒータホルダを覆ってチャ
ンバを設け、該チャンバの先端側にノズル取付部を形成
してなる気体加熱ヒータにおいて用いられるノズルであ
って、上記チャンバのノズル取付部に着脱可能に取付け
られ、ワークを覆って加熱気体を吐出し得る形状をなし
たことを特徴とする気体加熱ヒータのノズルを提供する
ことができる。

【００１２】本発明においては、半田付け等の手段とし
て必要なノズル形態が無数にあるので、チャンバにノズ
ル取付部を設け、ノズルを着脱可能としている。ノズル
取付部には螺合方式、セットボルト方式、バイオネット
ボルト方式等を採用できるが、複数の各ノズルは同一形
状に形成する。これにより、ワークに対するフレキシブ
ル性を向上できる。

【００１３】また、本発明では複数のヒータ手段を個別
に通電制御可能としているので、半田付け等の条件を容
易に決定させる手段として複数の各ヒータ手段を一括又
は別々にあるいは同一に出力調整することができる。通
電制御は電子制御方式を採用すると、ロボット等の自動
化装置への搭載も可能となる。

【００１４】さらに、従来の半田付け方法では手動式半
田ごてのチップをヒータで加熱コントロールして半田付
けを行う方法、ロボットに半田ごてを搭載して半田付け
を行う方法が主流であった。また、非接触式の半田付け
方法では空気や不活性ガスを加熱噴射させて半田付けを
行う方法が主流であった。しかし、半田付けを行うワー
クの種類によっては接触方式及び非接触方式のいずれで
あっても熱伝達が遅く、タクトが合わない等、半田付け
が困難なものがある。

【００１５】これに対し、本発明ではチップによってワ
ークへの熱伝達を行う一方、実際に半田を溶融させるの
は高温気体、例えば高温窒素ガスで行うという方法を採
用することが可能となる。また、冷却についてもワーク
からチップノズルを離すか、溶融温度より低い温度にな
るように気体の流量を増加させるか、あるいはヒータ手
段への通電を停止させると、冷却を実現でき、チップの
交換が不要になり安定した半田付けができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す具体例
に基づいて詳細に説明する。図１ないし図５は本発明に
係る気体加熱ヒータを搭載した半田付け装置の好ましい
実施形態を示す。半田付け装置は図１に示されるように
気体加熱ヒータ１０とコントローラ７０とから構成さ
れ、気体加熱ヒータ１０は図２に示されるようにヒータ
ホルダ２０、３本の棒状セラミックヒータ３０・・・、
チャンバ４０及びノズル５０から構成されている。

【００１７】ヒータホルダ２０は図３に示されるよう
に、インシュレーションボードと呼ばれるセメント板
（ニチアス社製商品名：ヘミサル）、セラミックス、そ
の他の高温耐熱絶縁材料を用いて製作され、該ヒータホ
ルダ２０は全体として円柱状をなし、ヒータホルダ２０
の中心には小径の挿通穴２２が軸線方向（長手方向）に
延びて両端を開口して穿設され、該小径の挿通穴２２に
は温度センサ２３及びリード線２４が挿通されている。

【００１８】このヒータホルダ２０には３つの大径の挿
通穴２１・・・が１２０°毎の角度間隔をあけて同心円
上に配置しかつ軸線方向（長手方向）に延びて両端を開
口して穿設され、該大径の挿通穴２１・・・にはセラミ
ックヒータ（ヒータ手段）３０・・・が挿通して保持さ
れている。

【００１９】セラミックヒータ３０は全体として棒状を
なし、その中心には気体の流通通路（図示せず）が長手
方向に延びて穿設して構成され、セラミックヒータ３０
の後端部には気体供給ホース３１及び通電線３２・・・
が接続されている。

【００２０】また、チャンバ４０は適切な材料、例えば
ＳＵＳ系、チタン系、アルミニウム系、鉄系、ヘミサ
ル、セラミックス、その他の耐熱材料を用いて円筒状に
製作され、チャンバ４０の先端部には図２に示されるよ
うにノズル取付部４１が固定され、該ノズル取付部４１
の外周面には雄ねじが刻設されている。

【００２１】このチャンバ４０の前半部内にはヒータホ
ルダ２０が挿入され、該ヒータホルダ２０の先端部はノ
ズル取付部４１の内面に嵌入され、又チャンバ４０の後
半部には複数の長穴４２が穿設されている。

【００２２】また、チャンバ４０の後端開口部にはヒー
タ押え４３が圧入され、該ヒータ押え４３はインシュレ
ーションボードと呼ばれるセメント板（ニチアス社製商
品名：ヘミサル）、セラミックス、その他の高温耐熱絶
縁材料を用いて製作され、図４に示されるように、中心
に温度センサ２３のリード線２４が挿通される挿通穴４
５が穿設されるとともに、通電線３２が挿通される３つ
の長穴状の切り欠き４４・・・が１２０°の角度間隔を
あけて形成されている。

【００２３】さらに、チャンバ４０の上端縁にはフラン
ジ４６が固定され、該フランジ４６には取付プレート６
０が重ねられ、取付プレート６０の長穴６３とフランジ
４６のねじ穴を位置合わせしてボルトによって締め付け
て取付けられている。

【００２４】この取付プレート６０には図２に示される
ように、本例の半田付け装置をロボットのアームに取付
けるための取付部６４が形成され、又通電線３２が挿通
される３つの大径の挿通穴６１・・・・・が１２０°の
角度間隔をあけて同心円上に穿設されるとともに、中心
に温度センサ２３のリード線２４が挿通される小径の挿
通穴６２が穿設されている。

【００２５】また、ノズル５０は図５に示されるように
ワークＷに対応した形状、即ちワークＷを覆って加熱気
体を吐出し得る形状のものが準備されており、複数の各
ノズル５０の上端部内面にはチャンバ４０のノズル取付
部４１に螺合し得る雌ねじ５１が刻設されている。

【００２６】さらに、コントローラ７０には制御線７１
及び気体供給ホース７２が接続され、制御線７１にはセ
ラミックヒータ３０の通電線３２・・・及び温度センサ
２３のリード線２４が集合され、又気体供給ホース７２
の先端には分岐プラグ７３が接続され、分岐プラグ７３
にはセラミックヒータ３０の気体供給ホース３１・・・
が接続されている。

【００２７】また、コントローラ７０には温度調整器、
Ｎ₂圧力計、Ｎ₂流量計及びヒーター出力切換器が内蔵さ
れており、温度センサ２３の信号を入力としてセラミッ
クヒータ３０への通電量をフィードバック制御するとと
もに気体供給量のフィードバック制御を制御するように
なっている。

【００２８】ワークＷ、例えばＳＭＤ（Surface Mount
Device）用ＱＦＰ（Quad Flat Package）部品をプリン
ト基板ＰＣ上に半田付けする場合、まずコントローラ７
０を初期設定し、Ｎ₂ガスを注入し、Ｎ₂温度、Ｎ₂圧
力、Ｎ₂流量を半田付け条件に従い設定する一方、ノズ
ル５０には図５の(a)に示される形状のノズル５０をチ
ャンバ４０の先端に取付ける。コントローチ７０の電源
をＯＮにする、Ｎ₂ガスが設定条件に従ってセラミック
ヒータ３０内に供給され、Ｎ₂ガスはコントローラ７０
で設定された温度に加熱される。例えば、ワークＷの半
田付け条件が３本の内蔵セラミックヒータ３０・・・の
うちの１本のヒータ容量で足りる場合にはコントローラ
７０によって１本のセラミックヒータ３０のみが自動的
に切り替えられる。その際、温度センサ２３によってＮ
₂ガス温度が逐次検出され、検出信号はコントローラ７
０に送られ、Ｎ₂温度がフィードバック制御される。

【００２９】ワークＷが変更された場合、ノズル５０を
交換することにより容易に対応できる。例えば、ＢＧＡ
（Ball Grid Array）部品やＣＳＰ（Chip Size or Sell
e Package）部品の場合には図５の(b)に示されるノズル
５０を、リード部品の場合には図５の(c)に示されるノ
ズル５０を用いる。

【００３０】図５の(c)に示されるノズル５０ではノズ
ル５０の先端にチップ５２を備え、該チップ５２はチタ
ン、ルビー、サファイヤー、翡翠、ダイヤモンド等の材
料、その他の熱伝導率の高い金属材料や鉱物材料で製作
され、チップ５３によってワークｗに熱を加えながら、
チップ５２周辺から加熱Ｎ₂ガスを噴射させ、接触方式
で半田付けを行えるようになっている。

【００３１】また、チップ５２をワークＷに対して所定
の一定時間接触させ、半田が溶ける温度までワークＷを
加熱した後、チップ５２をワークＷから少し離してチッ
プ５２周辺から噴射する加熱Ｎ₂ガスによって半田付け
を行い、Ｎ₂ガスの温度や流量、圧力等をコントロール
して溶融半田を迅速に凝固させることができ、これによ
り作業時間を短縮できるようにしたＮ₂接触非接触方式
を実現できる。

【００３２】また、本例の半田付け装置は自動組立機や
ロボットに搭載する場合には取付プレート６０を用いて
取付けることができる。さらに、コントローラ７０とパ
ーソナルコンピュータとを接続し、ソフト的な制御によ
り、設定された温度プロファイルでもってＮ₂ガスの温
度をコントロールすることもでき、ピンポイントリフロ
ーなどの後付部品の半田付けにも最適である。

【００３３】以上のような本例の半田付け装置では次の
ような効果が得られる。１．幅広い温度設定と温度調節機能により、これまで不
可能であったリード部品のような単一部品の半田付けか
ら、大型ＱＦＰ部品の半田付けやＢＧＡのようなボール
バンプ対応の半田付けまで広範囲の半田付けに適応でき
る。２．基本的には単一のセラミックヒータ３０・・・を３
本収納させており、ヒーター容量の切換により出力の違
う条件での活用が実現できる。３．単一のセラミックヒータ３０・・・を各々容量の違
うヒーターに置き換えることにより、バリエーションの
異なる出力ヒーターを生み出すことができる。４．複数の各セラミックヒータ３０・・・に温度センサ
２３を設けているので、仮に１本のセラミックヒータ３
０にセンサ不良やヒータ不良が発生しても、残りのセラ
ミックヒータ３０・・・をコントロールすることにより
適切な運転状態を維持して作業を継続させることができ
る。５．ロボット等へ取り付けることにより、半田付けや部
品のリペアーリワーク工程の自動化が実現でき、「接触
式」「非接触式」「接触非接触式」等、幅広い接合手段
として応用できる。６．ノズル５０の構造を工夫することにより、任意形状
のノズルにも適応でき、半田付け以外にも、樹脂成形用
や切断、接合、溶融、溶断リフローといった種々のノズ
ルとの組み合わせも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る気体加熱ヒータの好ましい実施
形態を備えた半田付け装置を示す概略斜視図である。

【図２】上記実施形態における要部を示す図である。

【図３】上記実施形態におけるホルダを示す図であ
る。

【図４】上記実施形態におけるヒータ押えを示す図で
ある。

【図５】上記実施形態の使用例を示す図である。

【符号の説明】

１０気体加熱ヒータ２０ヒータホルダ２１大径挿通穴２２小径挿通穴３０セラミックヒータ４０チャンバ４１ノズル取付部５０ノズル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】断熱材料を用いて製作され、複数の挿通
穴が同心円上において相互にほぼ平行にかつ長手方向に
延びて両端を開口して穿設されたヒータホルダと、該ヒータホルダの挿入穴に挿通して保持され、気体の流
通通路が長手方向に延びて設けられ、各々を個別に通電
制御可能となした複数のヒータ手段と、上記ヒータホルダを覆って設けられ、先端側にノズル取
付部が形成されて任意形状のノズルを取付け可能となし
たチャンバと、上記チャンバのノズル取付部に着脱可能に取付けられ、
加熱気体を吐出するノズルと、を備えたことを特徴とす
る加熱ヒータ。
【請求項２】断熱材料を用いて製作され、複数の挿通
穴が同心円上において相互にほぼ平行にかつ長手方向に
延びて両端を開口して穿設されたヒータホルダと、該ヒータホルダの挿入穴に挿通して保持され、気体の流
通通路が長手方向に延びて設けられ、各々を個別に通電
制御可能となした複数のヒータ手段と、上記ヒータホルダを覆って設けられ、先端側にノズル取
付部が形成され、加熱気体を吐出する任意形状のノズル
を取付け可能となしたチャンバと、を備えたことを特徴
とする気体加熱ヒータ。
【請求項３】断熱材料を用いて製作され、複数の挿通
穴が同心円上において相互にほぼ平行にかつ長手方向に
延びて両端を開口して穿設され、複数の各挿通穴に気体
の流通通路が長手方向に延びて設けられた任意のヒータ
手段を挿通して保持し得るヒータホルダと、上記ヒータホルダを覆って設けられ、先端側にノズル取
付部が形成され、加熱気体を吐出する任意形状のノズル
を取付け可能となしたチャンバと、を備えたことを特徴
とする気体加熱ヒータ。
【請求項４】上記ヒータ手段は棒状のセラミックヒー
タ内に気体の流通通路を形成して構成されている請求項
１ないし３のいずれかに記載の気体加熱ヒータ。
【請求項５】上記ノズルがワークを覆って加熱気体を
吐出し得る形状をなしている請求項１記載の加熱ヒー
タ。
【請求項６】上記ヒータホルダの流通通路には不活性
ガス、又は不活性ガス、空気及び二酸化炭素ガスの群か
ら選ばれる混合気体を流通させるようになした請求項１
ないし３のいずれかに記載の気体加熱ヒータ。
【請求項７】断熱材料製のヒータホルダ内には気体の
流通通路が長手方向に延びて設けられた複数のヒータ手
段を挿通して保持し、各ヒータ手段は各々を個別に通電
制御可能となす一方、複数のヒータ手段を同時に通電し
断熱材料のヒータホルダの中心部に単体又は複数のＣ．
Ａ．又はＰｔ１００の温度センサを取付け、全体の加熱
気体の温度制御することも可能とした上記ヒータホルダ
を覆ってチャンバを設け、該チャンバの先端側にノズル
取付部を形成してなる気体加熱ヒータにおいて用いられ
るノズルであって、上記チャンバのノズル取付部に着脱可能に取付けられ、
ワークを覆って加熱気体を吐出し得る形状をなしたこと
を特徴とする気体加熱ヒータのノズル。