JP2007237269A - Dross prevention method of molten solder, and flow soldering apparatus or melting furnace for producing solder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溶融半田の酸化物であるドロスを抑制する方法及び溶融半田を回路基板の被半田付け面に塗布して半田を施すフロー半田付け装置若しくは溶融半田を製造するための溶解炉に関する。 The present invention relates to a method for suppressing dross, which is an oxide of molten solder, and a flow soldering apparatus for applying molten solder to a surface to be soldered on a circuit board to perform soldering or a melting furnace for manufacturing molten solder.
前記溶解炉やフロー半田付け装置において、溶融半田から発生するドロスの抑制はきわめて重要な問題である。
例えば溶融半田を製造するための溶解炉では、ドロス化して除去される分だけ溶融半田の製造効率が低下するためドロスの発生は好ましくない。
また、フロー半田付け装置でもドロスの発生量が多い場合には、溶融半田の消耗量が多くなり、なおかつ、ドロスが回路基板の被半田付け面に付着して半田付けの品質を低下させるおそれがある(特許文献1[0006]〜[0008]参照。)。一方、フロー半田付け装置では、銅製の露出電極部や電子部品のリード等を備えた回路基板の半田付けに際し、それらの銅製品から銅が溶出して溶融半田の銅濃度が上昇するおそれがあり、そのような溶融半田の銅濃度の上昇に対し、適度なドロスには銅を持ち出して銅濃度の上昇を抑えるプラスの側面がある(特許文献2[0008]参照。)。
For example, in a melting furnace for producing molten solder, the production efficiency of the molten solder is reduced by the amount removed by dross, so that generation of dross is not preferable.
In addition, when the amount of dross generated is large even in the flow soldering apparatus, the amount of molten solder consumed increases, and the dross may adhere to the surface to be soldered of the circuit board and reduce the soldering quality. Yes (see Patent Document 1 [0006] to [0008]). On the other hand, in the flow soldering device, when soldering circuit boards with exposed copper parts, electronic component leads, etc., copper may elute from these copper products and the copper concentration of the molten solder may increase. In contrast to such an increase in the copper concentration of the molten solder, there is a positive aspect that moderate dross takes out copper and suppresses the increase in copper concentration (see Patent Document 2 [0008]).
上記のように溶解炉やフロー半田付け装置において、溶融半田から発生するドロスの抑制はきわめて重要な問題であるが、これまでのところ有効な解決策が見出されておらず、業界では依然としてドロスの抑制が重要な課題になっている。 As described above, suppression of dross generated from molten solder is an extremely important problem in melting furnaces and flow soldering equipment, but no effective solution has been found so far, and the industry still has dross. Suppression is an important issue.
請求項1に記載したように、球形又は略球形に成形した多数個のセラミック体を溶融半田の液面に浮かせてその全面を覆うか又は液面の一部を覆うようにした溶融半田のドロス抑制方法を提供する。 A dross of molten solder in which a large number of ceramic bodies formed into a spherical shape or a substantially spherical shape are floated on the liquid surface of the molten solder and the entire surface thereof is covered or a part of the liquid surface is covered. Provide a suppression method.
また、請求項2に記載したように、前記セラミック体は、焼成後に表面を研磨したものである請求項1記載の溶融半田のドロス抑制方法を提供する。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the method for suppressing dross of molten solder according to the first aspect, wherein the ceramic body has a surface polished after firing.
また、請求項3に記載したように、前記セラミック体の少なくとも表面を黒又は略黒色にしてなる請求項1又は2記載の溶融半田のドロス抑制方法を提供する。
Further, as described in claim 3, to provide at least a surface formed by a black or nearly
また、請求項4に記載したように、溶融半田を入れる半田槽と、その半田槽の中の溶融半田を液面より上に噴出させる噴出部材と、を有するフロー半田付け装置であって、前記溶融半田の液面に球形又は略球形に成形した多数個のセラミック体を浮かべて液面の全体を覆うか又は液面の一部を覆うようにしたフロー半田付け装置を提供する。
Further, as described in
また、請求項5に記載したように、前記セラミック体は、焼成後に表面を研磨したものである請求項4記載のフロー半田付け装置を提供する。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the flow soldering apparatus according to the fourth aspect, wherein the ceramic body has a surface polished after firing.
また、請求項6に記載したように、前記セラミック体の少なくとも表面を黒又は略黒色にしてなる請求項4又は5記載のフロー半田付け装置を提供する。
Further, as described in claim 6, there is provided the flow soldering apparatus according to
また、請求項7に記載したように、炉本体の中の溶融半田の液面に球形又は略球形に成形した多数個のセラミック体を浮かべて液面の全体を覆うか又は液面の一部を覆うようにした半田製造用溶解炉を提供する。 Further, as described in claim 7, the liquid surface of the molten solder in the furnace body floats a large number of ceramic bodies formed in a spherical shape or a substantially spherical shape to cover the entire liquid surface or a part of the liquid surface. A melting furnace for manufacturing solder is provided.
また、請求項8に記載したように、前記セラミック体は、焼成後に表面を研磨したものである請求項7記載の半田製造用溶解炉を提供する。 Further, as described in claim 8, the ceramic body provides a melting furnace for manufacturing solder according to claim 7, wherein the surface of the ceramic body is polished after firing.
また、請求項9に記載したように、前記セラミック体の少なくとも表面を黒又は略黒色にしてなる請求項7又は8記載の半田製造用溶解炉を提供する。 The solder melting furnace according to claim 7 or 8, wherein at least the surface of the ceramic body is black or substantially black as described in claim 9.
球形又は略球形に成形して焼成したセラミック体を溶融半田の液面に浮かべてその全面を覆うようにすれば、セラミック体を浮かべない場合に比べてドロスの発生量が大幅(従来量の5〜10%)に減少する。 If a ceramic body formed and fired into a spherical shape or a substantially spherical shape is floated on the surface of the molten solder so as to cover the entire surface, the amount of dross generated is larger than when the ceramic body is not floated (the conventional amount of 5). To 10%).
言うまでもなくドロスは溶融半田の酸化物であるから、液面を後述する炉本体や半田槽の上面開口にフィットする蓋で覆って空気を遮断すればドロスの発生は抑制できる。しかしながら球形のセラミック体の場合は、隣り合うもの同士の間に必然的に隙間ができるため、これを液面に浮かべて敷き詰めても空気は遮断されないから、当業者の常識からすれば球形のセラミック体を溶融半田の液面に浮かべてもドロスが抑制できるとは考えないはずである。 Needless to say, since dross is an oxide of molten solder, generation of dross can be suppressed by covering the liquid surface with a lid that fits the upper surface opening of the furnace body and solder bath described later and shutting off the air. However, in the case of a spherical ceramic body, there is inevitably a gap between adjacent ones, so even if it is floated and spread over the liquid surface, air is not shut off. You should not think that dross can be suppressed even if the body floats on the surface of the molten solder.
ところが実際に略球形のセラミック体を溶融半田の液面に浮かべてドロスの発生を観測した結果、ドロスの大幅な抑制、という予想外の成果を得ることができた。その正確なメカニズムは現段階で定かでないが、推測によれば、溶融半田の熱で暖められた空気が上昇し、そこに冷たい新しい空気(溶融半田を酸化させる空気)が周囲から流れ込む、という従来なら溶融半田の液面で生じている現象が、本発明では液面に浮かぶセラミック体の上方で起きており、その結果、酸化要因となる新しい空気がセラミック体とセラミック体の間の隙間に至らない、と考えられる。 However, as a result of actually observing the generation of dross by floating a substantially spherical ceramic body on the surface of the molten solder, an unexpected result of drastic suppression was obtained. The exact mechanism is not clear at this stage, but it is estimated that the air heated by the heat of the molten solder rises and cool new air (air that oxidizes the molten solder) flows from the surroundings Then, in the present invention, the phenomenon occurring on the liquid surface of the molten solder occurs above the ceramic body floating on the liquid surface, and as a result, new air that becomes an oxidation factor reaches the gap between the ceramic body and the ceramic body. It is thought that there is no.
しかして溶融半田の液面のセラミック体によるカバー率は、浮かせるセラミック体の個数により自由に設定可能であり、もちろん液面を覆うカバー率が大きいほどドロスの発生量が少なくなる。従って、ドロスの抑制に主眼をおく場合には溶融半田の液面全部をセラミック体で覆い尽くせばよく、一方、適度なドロスを発生させて銅の濃度上昇を抑制したい場合にはセラミック体の個数を減らして液面の一部を外部に露出させるようにしておけばよい。なお、ドロスの発生量は、溶融半田の温度等の条件で大きく相違するため、セラミック体による最適なカバー率は、個々の現場の状況に応じてドロスの発生状態を観察しながらセラミック体の個数を増減させて求めればよい。 Therefore, the coverage of the molten solder liquid surface by the ceramic body can be freely set by the number of ceramic bodies to be floated. Of course, the larger the cover ratio covering the liquid surface, the smaller the amount of dross generated. Therefore, when focusing on dross suppression, it is sufficient to cover the entire liquid surface of the molten solder with a ceramic body. On the other hand, if it is desired to suppress the increase in copper concentration by generating appropriate dross, the number of ceramic bodies is sufficient. It is sufficient to reduce the amount of the liquid level so that a part of the liquid level is exposed to the outside. Since the amount of dross generated varies greatly depending on the conditions such as the temperature of the molten solder, the optimal coverage by the ceramic body is the number of ceramic bodies while observing the state of dross generation according to the situation at each site. It may be obtained by increasing or decreasing.
以上のように本発明は、球形又は略球形のセラミック体を溶融半田の液面に浮かせることでドロスを抑制するようにしたものであるが、このセラミック体は、
(a)セラミックの特性として溶融半田に対し耐腐食性を有する、
(b)セラミックの特性として溶融半田が濡れを起こし難い、つまり付着し難い性質を有する、
(c)溶融半田との比重の関係で高さの半分以上が液面やドロスの上に出るため簡単にすくい上げることができ、ドロスや溶融半田から容易に分離できる、
(d)球形又は略球形であることにより液面に浮いた状態で隣り合うもの同士とのくっつき具合が一定で安定しており、非球体同士のように浮いた状態での夫々の向きによってくっつき具合がばらつく不安定さがない、
(e)球形又は略球形であることにより欠けやすい突起やコーナー部分がなく、従って材質がセラミックであっても使用中に欠けるおそれが少ない、
という特徴があり、従って球形又は略球形のセラミック体は、形状と材質が溶融半田のドロス抑制材として最適である。
As described above, the present invention is to suppress dross by floating a spherical or substantially spherical ceramic body on the liquid surface of the molten solder.
(A) As a characteristic of ceramic, it has corrosion resistance against molten solder.
(B) As a characteristic of the ceramic, the molten solder does not easily wet, that is, has a property that it is difficult to adhere.
(C) Because more than half of the height comes out above the liquid level and dross due to the specific gravity with the molten solder, it can be easily scooped up and easily separated from the dross and molten solder.
(D) Due to the spherical shape or the substantially spherical shape , the state of sticking between adjacent ones in a state of floating on the liquid surface is constant and stable, and sticks depending on the respective directions in the state of floating like non-spherical bodies. There is no instability that varies.
(E) There are no protrusions or corners that are easily chipped due to being spherical or substantially spherical , and therefore there is little risk of chipping during use even if the material is ceramic.
Therefore, the spherical or substantially spherical ceramic body is optimal as a dross suppression material for molten solder in shape and material.
請求項2,5,8に記載の発明は、セラミック体の表面を焼成後に研磨するようにしたものであるが、そうすることにより溶融半田がさらに濡れを起こし難くなるから溶融半田やドロスがさらに付着し難くなり、また、請求項3,6,9のようにセラミック体の少なくとも表面を黒又は略黒色にすれば、セラミック体の集まりが暗色の背景のごとき視覚効果を発揮して金属色の溶融半田やドロスの発生状況が判りやすい。なお、セラミック体の「略黒色」には、社会通念上ほぼ黒系統に分類され且つ前記の視覚効果を奏するものを含む。 The inventions of the second, fifth, and eighth aspects are such that the surface of the ceramic body is polished after firing, and by doing so, it becomes difficult for the molten solder to be further wetted. Further, if at least the surface of the ceramic body is made black or substantially black as in claims 3, 6 and 9, the collection of ceramic bodies exhibits a visual effect such as a dark background, and the metallic color Easily understand the occurrence of molten solder and dross. Incidentally, the "substantially black" in the ceramic body, including those classified into almost black lines on social norms and achieve the visual effect.
以下に本発明の実施の形態を図1〜図3に基づき説明する。なお、図1はセラミック体の正面図、図2は半田製造用溶解炉の縦断面図、図3はフロー半田付け装置の概略を示す縦断面図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 is a front view of a ceramic body, FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a melting furnace for producing solder, and FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing an outline of a flow soldering apparatus.
[セラミック体]
図1は使用するセラミック体1の正面図である。このセラミック体1は、シリカ系、リチア系、アルミナ系等の耐熱性に優れたセラミックであり、適宜な原料を球形に成形して焼成したものである。なお、セラミック体1を構成するセラミックには耐熱性のガラスを含む。
[Ceramic body]
FIG. 1 is a front view of a
セラミック体1の直径は少なくとも5mm以上であればよく、好ましくは直径10mm〜50mmがよい。セラミック体1の直径が5mmより小さいとセラミック体1とドロスの分離が容易でなく、セラミック体1の繰り返し使用やドロスの再生が困難になるおそれがある。
セラミック体1の球形は正確であるほど好ましいが、多少の歪みがあっても転がる程度であれば必要な効果を発揮する。
The diameter of the
The spherical shape of the
セラミック体1は略黒色であり、焼成後に研磨して表面を仕上げたものである。研磨の程度は表面に光沢がでる程度でよいが、研磨度を高めて鏡面状態に近づけるほど、溶融半田2の付着防止効果を高めることができる。
The
[半田製造用溶解炉]
次に溶融半田2を製造する場合について図2により説明する。
図2は、溶融半田2を製造するための溶解炉3を示した断面図であり、同図に示したように半田製造用溶解炉3は、耐熱性の炉本体4と、その炉本体4の上部に設けた撹拌手段5で構成される。炉本体4の材質は現在ステンレスが主流であるが、半田の鉛フリー化に伴い腐食のおそれがあるため、セラミック体1と同様の耐熱性に優れたセラミックで形成するのがよい。
[Smelting furnace for solder production]
Next, the case where the
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a melting furnace 3 for manufacturing the
一方、撹拌手段5は、固定的な支持枠5aに電動機5bを固定し、その電動機5bで撹拌部材5cを回転させるようにしたものであるが、この撹拌部材5cも耐腐食性を高めるためにセラミック体1と同様の耐熱性に優れたセラミックで形成するのがよい。
On the other hand, the stirring means 5 is such that the
しかして前記炉本体4に錫、銀、銅など半田の原料となる金属の溶融物を所定の割合で投入し、図示しない熱源で炉本体4を加熱する。そしてこの状態で炉本体4に、液面の全てを覆うに十分な個数のセラミック体1を投入し、さらに撹拌手段5で溶融半田2を撹拌する。そして撹拌終了後、小孔の開いた掬い具(孔開きの柄杓形態)でセラミック体1のみをすくい上げ、炉本体4の底に設けた排出口(図示せず)から溶融半田2を抜き取る。
Then, a molten metal such as tin, silver, copper, or the like, which is a raw material for solder, is charged into the
[実証試験]
口径約1mの炉本体4の液面全体に、直径約15mmの球形であるアルミナ系セラミック(Al2O3+SiO2を1200℃〜1300℃で焼成)のセラミック体1を浮かべ、そのまま撹拌手段5で撹拌して溶融半田2を製造した。その結果、セラミック体1を使用しない従来の場合に比べてドロスの発生量が5〜10%に激減した。また、セラミック体1による保温効果により燃費も大幅に改善された。
なお、溶融半田2の液面に浮かぶセラミック体1は、小孔の開いた掬い具で溶融半田2から分離回収し繰り返し使用した。
[Verification test]
A
The
[フロー半田付け装置]
次にフロー半田付け装置10による半田付けの方法を図3により説明する。
図3はフロー半田付け装置10の概略を示す縦断面図であり、同図に示したようにフロー半田付け装置10は、耐熱性の半田槽11と、半田槽11の内部に設けた噴出部材12と、半田付けの対象物たる回路基板13を搬送するコンベア14と、から概略構成される。
[Flow soldering equipment]
Next, a soldering method by the flow soldering apparatus 10 will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing an outline of the flow soldering apparatus 10. As shown in FIG. 3, the flow soldering apparatus 10 includes a heat-resistant solder bath 11 and an ejection member provided inside the solder bath 11. 12 and a
前記噴出部材12は、溶融半田2を吸引する圧送室12aと、その圧送室12aの上端部にあって溶融半田2の液面より上に溶融半田2を噴出させる噴出ノズル12bと、圧送室12aに溶融半田2を吸引させると共にその溶融半田2を噴出ノズル12bから噴出させる回転翼12cと、該回転翼12cを回転させる電動機12dと、からなる。
The ejection member 12 includes a
このフロー半田付け装置10の半田槽11にある溶融半田2は、図示しないヒータによって250℃〜350℃に保たれており、回転翼12cの回転により圧送室12aの中に吸引されて噴出ノズル12bの先から噴出し、噴出ノズル12bの外面を伝って半田槽11に戻る。そして、噴出ノズル12bから吹き出している溶融半田2の頂部に触れる状態にして回路基板13を移動させ、もって回路基板13の被半田付け面に溶融半田2を塗布するようにしている。なお、図中符号13aは回路基板13に設けた電子部品である。
The
しかして本発明は、半田槽11の溶融半田2の液面に多数個のセラミック体1を浮かせた状態にして回路基板13の半田付けを行うようにしたものである。実施形態として図示したセラミック体1の分量は、溶融半田2が噴出ノズル12bの外面を伝って液面に流れ込む余地を残す程度としてある。なお、前記のように銅の濃度を調整する目的でドロスの発生量を増加させたい場合は、セラミック体1の個数を減らして液面の露出面積を増やせばよい。
Accordingly, in the present invention, the
[実証試験]
半田槽11の液面に、直径約15mmの球形であるアルミナ系セラミック(Al2O3+SiO2を1200℃〜1300℃で焼成)のセラミック体1を図3と同程度に浮かべ、その状態で回路基板13の半田付けを連続して行った。その結果、セラミック体1を使用しない従来の場合に比べてドロスの発生量が50%以下に激減した。また、セラミック体1による保温効果により燃費も大幅に改善した。
[Verification test]
A
以上本発明を実施の形態について説明したが、もちろん本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、実施形態ではセラミック体1を単層的に浮かべたが、2重、3重に積み重なる多層構造にしてもよい。これによりさらにドロスが抑制でき且つ保温性も向上する。
また、実施形態ではセラミック体1の色を略黒色にしたが、それ以外の色であってももちろんよい。
また、実施形態ではセラミック体1の表面を研磨したが、未研磨のセラミック体1でも一応の効果は得られる。また、セラミック体1の表面に釉薬を施すことで溶融半田2の濡れを起こり難くしてもよい。
また、実施形態に示した溶解炉3やフロー半田付け装置10も単なる一例であって、例示した構成に限定されないこともちろんである。
また、本発明は、溶融半田のドロスの抑制方法に関するものであるが、溶融鉛その他の溶融金属のドロスの抑制方法としても応用可能である。その場合、図2の溶解炉3の炉本体4に溶融鉛その他の溶融金属が入り、その液面にセラミック体1を浮かばせる。
また、本発明の応用としてセラミック体1を板状に形成し、それを液面に浮かせてドロスを抑制するようにすることも可能である。
The embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is of course not limited to the above embodiments. For example, in the embodiment, the
In the embodiment, the color of the
Moreover, although the surface of the
Further, the melting furnace 3 and the flow soldering apparatus 10 shown in the embodiment are merely examples, and it is needless to say that the present invention is not limited to the illustrated configuration.
Further, the present invention relates to a method for suppressing dross of molten solder, but can also be applied as a method of suppressing dross of molten lead or other molten metal. In that case, molten lead or other molten metal enters the
Also, as an application of the present invention, the
1 …セラミック体
2 …溶融半田
3 …半田製造用溶解炉
4 …炉本体
10…フロー半田付け装置
11…半田槽
12…噴出部材
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記溶融半田の液面に略球形に成形した多数個のセラミック体を浮かべて液面の全体を覆うか又は液面の一部を覆うようにしたことを特徴とするフロー半田付け装置。 A flow soldering apparatus comprising: a solder tank for containing molten solder; and an ejection member for ejecting molten solder in the solder tank above the liquid surface,
A flow soldering apparatus, wherein a large number of ceramic bodies formed in a substantially spherical shape are floated on a liquid surface of the molten solder so as to cover the entire liquid surface or a part of the liquid surface.
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