JP2002206860A

JP2002206860A - 熱処理装置

Info

Publication number: JP2002206860A
Application number: JP2001002105A
Authority: JP
Inventors: Sohei Tsuji; 荘平辻; Atsushi Hiura; 淳志日浦
Original assignee: Koyo Thermo Systems Co Ltd
Current assignee: JTEKT Thermo Systems Corp
Priority date: 2001-01-10
Filing date: 2001-01-10
Publication date: 2002-07-26
Anticipated expiration: 2021-01-10
Also published as: JP4003205B2

Abstract

(57)【要約】【課題】熱処理中に内部にフラックスなどの不要物が
付着することのない熱処理装置を提供する。【解決手段】熱処理室１内で被処理物Ｐを熱処理する熱
処理装置である。板状被処理物Ｐが載置されるとともに
載置された被処理物Ｐを加熱、冷却する被処理物熱処理
板４と、熱処理板４上の被処理物Ｐを輻射加熱する輻射
加熱装置３と、熱処理室１内にガスを供給するガス供給
手段６および熱処理室１内のガスを外部に排出するガス
排出手段７よりなり、熱処理時に発生する不要物をガス
供給手段６およびガス排出手段７により生成される気流
に乗せて熱処理室１外部に排出する不要物排出手段とを
備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス基板、半導
体基板、プリント基板等の板状被処理物およびその上に
形成される絶縁性、導電性あるいはマスク形成用等の膜
を加熱、降温する熱処理装置および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の熱処理装置として、例えば連続炉
のように、複数の熱処理ゾーンを備え、被処理物が、第
１熱処理ゾーンから最終熱処理ゾーンを経て搬出される
までの間に被処理物に対して段階的な温度変化（以下、
単に熱処理という）をさせるものがある。

【０００３】なお、段階的な温度変化とは、予熱、本加
熱のような複数段階加熱の他、加熱、冷却の組み合わせ
も含むものとする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記、従来の熱処理装
置では、例えば、はんだリフロー工程のように、フラッ
クス蒸気が発生し、熱処理装置内に付着するという問題
がある。さらに、被処理物搬送中の振動が避けられな
い。このため、例えば、上記熱処理装置によって被処理
物である基板に膜を焼成するさい、焼成される膜厚さが
均一でなくなる、あるいは、はんだバンプを形成するさ
いにバンプの形状が歪んだり不揃いになることがあると
いう問題が生じる。

【０００５】その他、熱処理装置内に設けられる搬送装
置や両端開口からの熱ロスの問題、熱処理装置の大型化
という問題などもある。また、搬送装置による発塵も避
けられない。さらに、被処理物によっては搬送に適して
いない形状のものもある。

【０００６】本発明は、上記問題を解決することを課題
とし、熱処理中に内部にフラックスなどの不要物が付着
することのない熱処理装置を提供することを目的とす
る。また、被処理物が搬送されることなく、従って被処
理物の搬送による上記問題の発生することのない熱処理
装置を提供することを目的とする。さらに、熱ロスが小
さく小型であり、被処理物の形状によらず熱処理を高い
精度で行える熱処理装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の熱処理装置は、熱処理室内で被処理物を熱
処理する熱処理装置であって、板状被処理物が載置され
るとともに載置された被処理物を加熱、冷却する被処理
物熱処理板と、熱処理板上の被処理物を輻射加熱する輻
射加熱装置と、熱処理室内にガスを供給するガス供給手
段および熱処理室内のガスを外部に排出するガス排出手
段よりなり、熱処理時に発生する不要物をガス供給手段
およびガス排出手段により生成される気流に乗せて熱処
理室外部に排出する不要物排出手段とを備え、熱処理板
の内部に１または２以上の流路が設けられ、輻射加熱装
置および熱処理板の一方の流路と他方の流路に異なる温
度の熱媒体を流して、熱処理板上に載置された被処理物
に熱処理を施すことを特徴とするものである。

【０００８】この熱処理装置によれば、例えばはんだリ
フロー時に発生するフラックス蒸気は内部のガスととも
に外部に排出されるので、フラックスが熱処理室内部に
付着することがない。

【０００９】また、被処理物を搬送することなく、熱処
理できるので、熱処理中に被処理物が振動することがな
い。そして、被処理物を搬送している間に熱処理を行う
ものではないので、被処理物の搬送スペースが必要でな
く装置が小型になり、熱ロスが小さくなる。しかも搬送
するのに適さない形状の被処理物をも高い精度で熱処理
を行える。

【００１０】加熱は、熱処理板および輻射加熱装置によ
って行われ、また、被処理物を熱処理板によって下方か
ら冷却して降温させることができるので、被処理物に熱
風および冷風を吹き付ける必要がなく、膜やバンプの形
状が歪んだり不揃いになることがない。また、降温時に
は、被処理物側から上側に向かって膜やはんだが固まる
ので、ボイド等の欠陥が生成することがない。

【００１１】熱処理板としては内部が中空であり、この
中空部分を２つに仕切る板状仕切部材が、仕切部材に対
して垂直な方向に移動自在に設けられて熱処理板内に２
つの流路が形成されており、一方の流路に熱媒体が流さ
れたときに、板状仕切部材が移動して他方の流路が閉じ
られ、他方の流路に熱媒体が流されたときに、板状仕切
部材が移動して一方の流路が閉じられるものがある。

【００１２】また、内部が中空であり、この中空部分を
２つに仕切る膜状仕切部材によって熱処理板内に２つの
流路が形成され、一方の流路に熱媒体が流されたとき
に、膜状仕切部材が変形して他方の流路が閉じられ、他
方の流路に熱媒体が流されたときに、膜状仕切部材が変
形して一方の流路が閉じられるものなどがある。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。

【００１４】図１に示された第１の実施形態の熱処理装
置は、断熱壁によって形成された熱処理室(1)と、熱処
理室(1)内に上下に間隔をおいて配され、熱処理室(1)内
を複数、例えば、３つの空間(1a)に分割している断熱仕
切壁(2)と、処理室内を複数の空間(1a)に仕切る断熱仕
切壁(2)と、各空間(1a)に１つ設けられた水平状被処理
物熱処理板(4)と、各熱処理板(4)の上側に配された輻射
加熱装置(3)と、処理室(1)の前壁に上下に間隔をおいて
形成された複数の被処理物搬入出口を開閉する複数の扉
(5)と、処理室(1)の後壁を貫通して処理室(1)内の各空
間(1a)の上部に接続された複数のガス供給管(6)と、処
理室(1)の前壁を貫通して処理室(1)内の各空間(1a)の上
部に、ガス供給管(6)より上方に位置するように接続さ
れた複数のガス排出管(7)とを備えている。

【００１５】ガス供給管(6)は、図示しないガス源に接
続されている。用いるガスは目的によって異なるが、通
常Ｎ_２または空気が用いられる。一方、ガス排出管(7)
は図示しない排気管に接続されている。なお、ガス供給
管(6)とガス排出管(7)はいずれも左右に長い横断面矩形
状をなし、処理室(1)の空間(1a)内に一様にガスを供給
し、一様にガスを排出するようになっている。そして、
被処理物熱処理板(4)上に被処理物である基板（被処理
物）(P)が配されている。

【００１６】図示は省略したが熱処理装置の前方には公
知の被処理物搬入出装置が配されており、この搬入出装
置によって被処理物(P)が搬入出される。

【００１７】図２には熱処理板(4)周辺部分の拡大断面
図が示されている。この中空熱処理板(4)内には水平板
状仕切部材(12)がこれと垂直な方向、すなわち上下方向
に移動自在に配され、この水平板状仕切部材(12)により
熱処理板(4)内部が上下に分割されている。

【００１８】熱処理板(4)の最下部に第１熱媒体導入管
(16)と第１熱媒体導出管(15)とがそれぞれ接続されてい
る。熱処理板(4)の最上部には第２熱媒体導入管(13)と
第２熱媒体導出管(14)とがそれぞれ接続されている。な
お、各管(13)(14)(15)(16)にはバルブ(B5)(B6)(B7)(B8)
が設けられている。また、熱媒体導入管(13)(16)および
熱媒体導出管(14)(15)はそれぞれ第１、第２熱媒体供給
源に接続され、後に述べる様に熱処理板(4)内を流れた
熱媒体を回収して再利用するようになっている。

【００１９】図２には、熱処理板(4)内に等量の第１、
第２熱媒体が入っている状態が示されているが、水平板
状仕切部材(12)の位置は熱処理板(4)内の第１、第２熱
媒体の量により変化する。なお、図示は省略したが、各
熱媒体貯留槽と熱処理板(4)とを結ぶ配管部分は、断熱
材により覆われて保温されている。

【００２０】輻射加熱装置(3)の詳細な図示は省略した
が、輻射加熱装置(3)は、赤外線や遠赤外線を放射する
ランプやヒータなどの本体と、本体のハウジングを貫通
した冷却媒体流路(3a)とを備えている。流路(3a)はバル
ブ(B9)(B10)を介して図示しない冷却媒体供給源に接続
されている。

【００２１】この熱処理装置を例えば、はんだリフロー
装置として用いる場合について以下に述べるが、この熱
処理装置によって他の熱処理を行うことも可能である。

【００２２】熱処理板(4)上にボール状のはんだ(B)が載
せられた被処理物(P)を載置し、熱処理後に取り出す手
順は公知のものであるので、以下、熱処理板(4)上に載
置された被処理物(P)にはんだリフローを施す手順につ
いて説明する。

【００２３】この熱処理板(4)では、バルブ(B5)(B8)が
閉じられ、バルブ(B6)(B7)が開いた状態からバルブ(B8)
が開かれて第１熱媒体導入管(16)から所定温度の第１熱
媒体が熱処理板(4)内に流れ込む。そして第１熱媒体
は、第１熱媒体導出管(15)から熱処理板(4)の外部へと
流れ出る。このさい、水平板状仕切部材(12)は上下に移
動自在であるから熱処理板(4)内に流れ込む第１熱媒体
の圧力により最も上方にまで押し上げられ、熱処理板
(4)内が第１熱媒体によって満たされる。このようにし
て熱処理板(4)上の被処理物(P)が所定温度になされて予
熱される。

【００２４】この後、バルブ(B8)を閉じ、輻射加熱装置
(3)により基板(P)の上表面側から輻射加熱してさらに温
度変化させて本加熱する。本加熱時には、ガス供給管
(6)から図２中に二点鎖線で示したようにガスが供給さ
れ、ガス排出管(7)から内部のガスが排出される。そし
て、リフロー時に発生したフラックス蒸気は、図２中に
実線で示したように上昇して二点鎖線で示したガスの気
流にのって排出される。なお、図２中には、輻射加熱装
置(3)からの輻射熱の流れが破線で示されている。

【００２５】そして、熱処理板(4)上の被処理物(P)が所
定温度にされた後は、輻射加熱をやめ、同時にバルブ(B
5)を開く。そして、所定温度（第１熱媒体の温度とは異
なる）の第２熱媒体が熱処理板(4)内に流れ込む。この
さい、既にバルブ(B8)は閉じられ、熱処理板(4)内の第
１熱媒体には圧力がかかっていないので、第２熱媒体が
熱処理板(4)内に流れ込むにつれて水平板状仕切部材(1
2)は下方に移動し、熱処理板(4)内の第１熱媒体は熱処
理板(4)外へと押し出される。そして、水平板状仕切部
材(12)は熱処理板(4)内において最も下方に位置し、熱
処理板(4)内は第２熱媒体によって満たされる。このよ
うにして被処理物(P)が所定温度に降温される。

【００２６】なお、輻射加熱装置(3)を冷却することに
より被処理物(P)の冷却をいっそう早めることができ
る。さらに、次の処理の初期条件を一定にできるので処
理の再現性を高めることができ、均一な処理を高いスル
ープットで行うことができる。

【００２７】第１、第２熱媒体は使用温度によって適宜
選択すればよい。加熱時間および降温時間も適宜選択す
ればよい。

【００２８】また、熱処理板(4)は熱伝導性のよいもの
が好ましい。具体的には、アルミニウム製や銅製などが
よい。

【００２９】つぎに図３を参照して本発明のさらに他の
実施形態の熱処理装置について説明する。なお、上記実
施形態の熱処理装置と同様の構成を有する部分には同符
号を付して説明は省略する。

【００３０】この熱処理板(20)内には、水平板状仕切部
材(12)に変えて、膜状仕切部材(21)が設けられている。
膜状仕切部材(21)は、伸縮性を有し、図４に実線で示し
たように周端が熱処理板(20)の周壁内面の高さの中央に
固定されて熱処理板(20)を上下に分割している。膜状仕
切部材(21)の状態は熱処理板(20)内の第１、第２熱媒体
の量により変化する。

【００３１】この熱処理装置においては、図３中に二点
鎖線で示したように上方中央からガスが供給され、熱処
理板の側方周囲に開口したガス排出管(22)からガスが排
出されるようになっている。上方からガスを供給するに
は、例えば、輻射加熱装置(3)を棒状ヒータを複数並べ
たものとし、棒状ヒータ間に図示しないガス供給管の開
口が位置するようにするとよい。

【００３２】この熱処理装置を例えば、はんだリフロー
装置として用いる場合について以下に述べるが、この熱
処理装置によって他の熱処理を行うことが可能であるの
は上記実施形態の場合と同様である。

【００３３】この熱処理板(20)において、バルブ(B5)(B
8)が閉じられ、バルブ(B6)(B7)が開いた状態からバルブ
(B8)を開くと第１熱媒体導入管(16)から第１熱媒体が熱
処理板(20)内に流れ込んで図４に二点鎖線で示したよう
に、膜状仕切部材(21)が上方へと膨らむ。そして、膜状
仕切部材(21)は、周壁内面の上半分、上壁内面に沿う形
状となり、熱処理板(20)内が第１熱媒体によって満たさ
れる。この後、バルブ(B8)を閉じ、輻射加熱装置(3)に
より基板(P)を輻射加熱する。リフロー時には、図３中
に二点鎖線で示したように上方中央からガスが供給さ
れ、熱処理板(20)の側方周囲の環状ガス排出管(22)から
ガスが排出される。そして、図３中に実線で示した、リ
フロー時に発生したフラックス蒸気は、ガスの気流に乗
って熱処理板(20)の側方周囲のガス排出管(22)からガス
とともに排出される。なお、図３中には輻射加熱装置
(3)からの輻射熱の流れが破線で示されている。

【００３４】つぎに、輻射加熱をやめ、同時にバルブ(B
5)を開く。そして、第２熱媒体が熱処理板(20)内に流れ
込む。このさい、既にバルブ(B8)は閉じられ、熱処理板
(20)内の第１熱媒体には圧力がかかっていないので、第
２熱媒体が熱処理板(20)内に流れ込むにつれて第１熱媒
体が熱処理板(20)の外部へと押しやられ、膜状仕切部材
(21)は下方へと膨らむ。そして、膜状仕切部材(21)は、
周壁内面の下半分、下壁内面に沿う形状となり、熱処理
板(20)内が第２熱媒体によって満たされる。なお、輻射
加熱装置(3)を冷却することが好ましいのは上記実施形
態の場合と同様である。

【００３５】さらに他の実施形態の熱処理装置を、図４
を参照して説明する。この熱処理装置においては、熱処
理板(20)内に、膜状部材(21)にくわえてもう１つの膜状
部材(23)が配され、熱処理板(20)内が３分割されてい
る。そして、熱処理板(20)の高さ方向中央部にバルブ(B
11)が取り付けられた第３熱媒体導入管(24)およびバル
ブ(B12)が取り付けられた第３熱媒体導出管(25)が設け
られている。

【００３６】この場合、上記同様１つの熱媒体を流すこ
とにより、他の２つの熱媒体が熱処理板(20)外に押し出
される。

【００３７】同様に、熱処理板内を多分割すれば、熱媒
体が互いに混ざり合うことなく熱処理板内を流れる熱媒
体を切り換えて、多段階の熱処理が可能となり、熱処理
装置の熱効率もよくなり、かつ熱媒体の反復利用も容易
となる。

【００３８】本発明の加熱装置は上記実施形態の構成に
限定されるものではなく、適宜変更自在である。例え
ば、各バルブの開閉のタイミングと輻射加熱装置のオ
ン、オフのタイミングとは、必ずしも上記のようには限
定されず、目的により逐次最適なタイミングの組み合わ
せを選択すればよい。また、ガス供給管、ガス排出管の
配置と熱処理板との組み合わせも上記に限定されないこ
とはもちろんである。

【００３９】さらに、第１と第２の熱媒体の流路を入れ
替えてもよい。また輻射加熱装置により加熱した後に、
２段階に降温することもできる。従って本発明の装置
は、第１熱媒体および第２熱媒体の温度を適宜選択する
ことによって被処理物を段階的に加熱することや加熱お
よび冷却を組み合わせた熱処理を行うことができる。す
なわち、上記の様に２段階加熱の後に降温するだけでな
く、例えば３段階に加熱することもできる。特に内部を
多分割された熱処理板においては、熱媒体が混ざること
無く多段階の熱処理ができる。さらには、輻射加熱装置
は、はんだリフローのみならず、各種基板および基板表
面に形成された各種の膜の熱処理にも利用できる。

【００４０】なお、熱処理板内の流路は１つ以上であれ
ばよく、上記実施形態のように流路が２あるいは３つの
ものには限定されない。また、例えば１つの流路内に複
数の異なる温度の熱媒体を切り換えて流すことが実用上
ないし経済上許容される場合は、熱処理板によって多段
階の温度変化を伴う熱処理を行うことができる。さらに
また、実施形態で熱処理室の数を３としたのは説明の便
宜のためであってそれ以外の理由はない。なお、熱処理
板によって行われる熱処理は熱媒体の温度によって定め
られるものであり、加熱、降温のいずれをも行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施形態における熱処理装置の断面
図である。

【図２】同熱処理装置の熱処理板周辺部分の拡大断面図
である。

【図３】他実施形態の熱処理装置の熱処理板周辺部分の
拡大断面図である。

【図４】さらに、他実施形態の熱処理装置の熱処理板周
辺部分の拡大断面図である。

【符号の説明】

(1) 熱処理室 (3) 輻射加熱装置 (4) 熱処理板 (6) ガス供給管 (7) ガス排出管 (20) 熱処理板 (22) ガス排出管 (P) 被処理物（基板）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4K061 AA01 BA07 BA09 BA11 DA09 FA07 4K063 AA05 BA12 CA03 CA04 DA13 DA15 DA26 5F045 BB08 DP04 DQ14 EB06 EB12 EC07 EJ02 EJ09 EK10 EK12 EN04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱処理室内で被処理物を熱処理する熱処
理装置であって、板状被処理物が載置されるとともに載置された被処理物
を加熱、冷却する被処理物熱処理板と、熱処理板上の被処理物を輻射加熱する輻射加熱装置と、熱処理室内にガスを供給するガス供給手段および熱処理
室内のガスを外部に排出するガス排出手段よりなり、熱
処理時に発生する不要物をガス供給手段およびガス排出
手段により生成される気流に乗せて熱処理室外部に排出
する不要物排出手段とを備え、熱処理板の内部に１または２以上の流路が設けられ、輻射加熱装置および熱処理板の一方の流路と他方の流路
に異なる温度の熱媒体を流して、熱処理板上に載置され
た被処理物に熱処理を施すことを特徴とする熱処理装
置。