JP2008284557A - 加熱冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷却効率を向上させた上に構成を簡略化することができる加熱冷却装置を提供する。
【解決手段】 冷却体２０は、それぞれが柱状に形成された複数の冷却角柱部２２を、それらの長さ方向がほぼ水平に、互いにほぼ平行にかつ互いの間に所定の間隙を有するように配置してある。それぞれが柱状に形成された複数のヒータ２８を、それらの長さ方向がほぼ水平でかつ互いにほぼ平行な状態として、各冷却角柱部２２の間隙にそれぞれ配置して、加熱体２６を構成している。ほぼ板状に形成されたステージ１６が、ヒータ２８及び冷却角柱部２２の上方に配置されている。ステージ１６は、ヒータ２８及び冷却角柱部２２から離れてほぼ水平に配置された上昇状態と、この上昇状態からほぼ水平状態を維持して降下して各冷却角柱部２２に接触する降下状態とを、取る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば半田付け装置のように処理物を加熱し、かつ冷却する加熱冷却装置に関する。

従来、上記の半田付け装置の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１の技術では、真空に排気されるチャンバー内に、処理物が載置される平坦な熱板が配置されている。処理物は、例えばプリント基板と、この基板上に取り付けられるべき電子部品と、これらの間に配置された半田とからなる。この熱板の内部には、電熱ヒータが設けられ、この電熱ヒータに通電することによって処理物が加熱され、処理物中の半田が溶融される。溶融されると、電熱ヒータへの通電が中止され、かつ熱板の下方に配置されていた冷却装置が上昇して、熱板に接触して、電熱ヒータを内蔵している熱板を通して、溶融されている半田を冷却し、電子部品をプリント基板に半田付けする。冷却装置は内部を冷却水が流れるものである。

特許公報第３４０９６７９号

上記の技術では、冷却装置を上昇させて熱板に接触させて、熱板を冷却するが、接触の際、熱板に冷却板を押し当てている。そのため、熱坂内の電熱ヒータも冷却しなければならず、冷却効率が低かった。また、熱板に冷却板を押し当てた際に熱板が僅かに動く。熱板の内部に設けたヒータに通電するための電極がチャンバーの内部に設けられているが、この電極も熱板が動いた際に動くように可動式にする必要がある。さもないと、電極とヒータとを接続している配線に断線が生じたり、電極が破損したりする故障が生じる。また、冷却水を流す比較的大型の冷却装置を昇降させねばならないので、それの昇降装置も大型なる。従って、半田付け装置の構成が複雑になっていた。また、半田付けの効率化を図るため、１つのチャンバー内に、上述した熱板、冷却板等を１組として、これらを複数組上下方向に沿って設置することも考えられる。しかし、この場合、処理物への加熱は、熱板によって下方からのみ行われるので、効率的に加熱を行えなかったし、冷却時には、多くの冷却装置を上昇させねばならず、その昇降装置が大型になる。

本発明は、構成が簡略化することができる上に冷却を効率的に行え、また複数組を上下方向に設置した場合に、効率的に加熱及び冷却することができる加熱冷却装置を提供することを目的とする。

本発明による加熱冷却装置は、冷却体及び加熱体を有している。これらは、例えば半田付け装置の場合、真空に排気されたり、大気圧に戻されたりするチャンバー内に設けることができる。冷却体は、複数の冷却手段を備え、各冷却手段は、それぞれが柱状に形成されている。これら冷却手段は、互いにほぼ平行に一列に配置されている。冷却手段は、例えばそれらの長さ方向が水平または垂直となるように配置することもできる。各冷却手段をその長さ方向が水平となるように配置した場合、それらの配列方向は、例えば水平方向とすることもできるし、垂直方向とすることもできる。各冷却手段の間には、所定の間隙がそれぞれ形成されている。各冷却手段内には、冷却媒体が供給され、これによって外部の熱を吸収することによって外部を冷却する。加熱体は、複数の加熱手段を有している。これら加熱手段は、それぞれが柱状に形成され、それらの長さ方向をほぼ水平でかつ互いにほぼ平行な状態とされ、前記各冷却手段の前記間隙に各加熱手段が配置されている。冷却手段の配列方向が水平な場合、各加熱手段も水平に配列され、冷却手段の配列方向が垂直な場合、各加熱手段も垂直に配置される。加熱手段は、例えばヒータを内部に備え、通電されることによって、放熱する。加熱手段は、電気的に直列に接続することもできるし、並列に接続することもできる。加熱手段に通電するために、電極を加熱手段の外部、例えばチャンバー内に設け、電極と加熱手段とを給電線によって接続することがある。加熱及び冷却される処理物は、例えば支持手段によって支持される。処理物は、例えば半田付け処理物である。支持手段は、各加熱手段及び前記各冷却手段から離れて配置された第１の状態と、第１の状態から移動して前記各冷却手段に接触する第２の状態とを、取るものとすることができる。このような移動は、例えばチャンバーの外部に設けた移動用の駆動部によって行われる。

このように構成した加熱冷却装置では、支持手段によって処理物を支持した状態で、支持手段を例えば第１の状態として、各加熱手段に通電する。これによって各加熱手段が放熱し、処理物が加熱され、例えば半田付け用の処理物ではその内の半田が溶融される。その後、加熱手段への通電が停止され、支持手段を例えば第２の状態に移動させて、各冷却手段に接触させる。冷却手段は、内部の冷却媒体によって加熱媒体を通さずに直接に指示手段から吸熱して、処理物を冷却して、例えば溶融している半田を固化させる。このように冷却手段は固定されており、支持手段が移動するので、冷却手段に対して支持手段を押しつける必要が無く、冷却手段や加熱手段が押しつけ時に移動することがない。従って、電極を可動式にする必要が無い。また、支持手段は処理物を支持するだけで内部にヒータ等を備えてなく、支持手段は、ヒータを内部に備えたものよりも比較的軽量化が容易で、この支持手段を移動させるだけであるので、その移動用の駆動装置も簡易な構成のものを使用することができる。これらによって、加熱冷却装置の構成が簡略化される。

各冷却手段間の間隙は冷却手段の配列方向の両側に開放されたものとすることができる。この場合、前記冷却体、前記加熱体及び前記支持手段を１組とし、複数組を互いに平行に間隔をおいて配置する。

このように構成すると、加熱手段による放熱は冷却手段の配列方向の両側方向に行われるので、例えば上下方向に複数組配置した場合、載置台上の処理物には、上下両方向から加熱されるものが多く存在することになり、加熱が処理物の一方向からのみ行われている場合よりも、加熱が効率的に行われる。また、移動させるのは支持手段のみであるので、複数組の支持手段を１台の昇降手段によって移動させる場合でも、比較的小型の昇降手段で昇降させることが可能であり、構成を小型化することができる。

冷却体は、各冷却手段の一方の端部間を第１の直線状部で連結し、他方の端部間を第２の直線状部で連結したものとすることができる。この場合、各加熱手段は、第１及び第２の直線状部の前記間隙に対応する位置で支持されている。

このように構成すると、加熱体の支持も、冷却体によって行うことができるので、益々構成を簡略化することができる。

以上のように、本発明によれば、冷却を効率化し、かつ構成を簡略化することができる上に、加熱体及び冷却体を複数組、上下方向に配置した場合、効率的に加熱することができる加熱冷却装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態は、半田付け装置に本発明を実施したもので、その半田付け装置２は、図４に示すようにバッチ式である。この半田付け装置２はチャンバー、例えば外槽４を有している。外槽４は、上下に分割形成されている。下部外槽４ａに対して上部外槽４ｂが蓋のように開閉可能に取り付けられている。上部外槽４ｂによって下部外槽４ａが閉じられている状態では、下部外槽４ａと上部外槽４ｂの内部は気密である。下部外槽４ａには、外部に設けた排気手段、例えば真空ポンプに接続された真空排気管６、６が設けられている。上部外槽４ｂには、窒素ガス吸気管８を介して外部に設けた窒素ガス源（図示せず）から窒素ガスが供給されている。また外気に連通した外気排気管１０も設けられている。この外気排気管１０には、外槽４内に外部からガスが流入しないように逆止弁が設けられている。窒素ガスの圧力は大気圧よりも幾分高く設定されている。

外槽４内には、内槽１２が配置されている。内槽１２も下部内槽１２ａと上部内槽１２ｂとに分割形成されている。上部内槽１２ｂは上部外槽４ｂの開閉に伴って下部内槽１２ａの上部を開閉するように上部外槽４ｂ内に設けられている。上部外槽４ｂが下部内槽４ａを閉じている状態において、上部内槽１２ｂは、下部内槽１２ｂとの間に幾分の隙間を介して下部内槽４ｂの上部に位置している。

下部内槽１２ａの内部に加熱冷却体１４が固定配置されている。この加熱冷却体１４の上方に、移動手段、例えばステージ１６が水平に配置されている。ステージ１６は、第２の状態、例えば加熱冷却体１４に接触する状態と、第１の状態、例えば加熱冷却体１４から離れるように上昇した状態とを取る。ステージ１６は、水平状態を維持したまま昇降し、その昇降は、外槽４の外部に設けた昇降装置（図示せず）によって行われる。ステージ１６上には、処理物１８が配置されている。処理物１８は、例えばプリント基板と、その基板の所定の回路パターン上に配置された電子部品と、この回路パターンと電子部品との間に配置された半田とからなる。加熱冷却体１４は、処理物１の加熱を行って、半田を溶融し、溶融後に処理物を冷却して、溶融した半田を固化させて、半田付けを行う。

上部内槽１２ｂには、水素ガス供給管２０を介して外槽２の外部に設けた可燃性還元性ガス源、例えば水素ガス源（図示せず）から水素ガスが供給される。この水素ガスの圧力は、窒素ガスの圧力よりも幾分高く設定されている。

この半田付け装置２では、上部外槽４ｂ及び上部内槽１２ｂを開いた状態で、処理物１８を上昇した状態のステージ１６の上部に載置し、上部外槽４ｂで下部外槽４ａを閉じると、内槽上部１２ｂが内槽下部１２ａの上部に位置する。この状態で、外槽４内を真空に排気した後、窒素ガスを外槽４内に供給し、更に水素ガスを内槽１２内に供給する。このとき、水素ガスの圧力が窒素ガスの圧力よりも高いので、内槽１２内には窒素ガスは流入せず、逆に水素ガスが下部内槽１２ａと上部内槽１２ｂとの隙間から外槽４内に流出している。

この状態において、図１（ａ）に拡大して示すように、加熱冷却体１４が加熱動作し、半田の溶融が行われる。その後、加熱を停止させ、図１（ｂ）に示すように、ステージ１６を、降下させると共に加熱冷却体１４に冷却動作をさせる。これによって処理物１８を冷却し、半田を凝固させる。

この半田の溶融、凝固が行われている間、半田は水素雰囲気中に晒されているので、還元され、濡れが良好になる。また、内槽１２の隙間から外槽４内に流出した水素ガスは窒素ガスによって希釈され、窒素ガスと共に、外気排気管１０から大気に放出される。窒素ガスによって希釈されているので、水素ガスが爆発する怖れはない。

半田が凝固した後、水素ガスの供給及び窒素ガスの供給を停止して、上部外槽４ｂを開いて、処理物１を取り出す。なお、ステージ１６を降下させる前に、内槽１２及び外槽４内を真空に排気して、溶融された半田中のボイドを膨張させて、放出した後に、再び外槽４内に窒素ガス、内槽１２内に水素ガスを供給して、その後にステージ１６を降下させて、冷却することもできる。この場合も、排気される水素ガスは、窒素ガスによって希釈されているので、爆発のおそれはない。

加熱冷却体１４は、図２に示すように、冷却体２０を有している。冷却体２０は、冷却手段、例えば内部が空洞である複数の冷却角柱部２２を有している。冷却角柱部２２は、それぞれ平行に互いに間隔をおいて配置されている。これら冷却角柱部２２の一方の端部は、連結部２４ａによって互いに連結され、他方の端部も連結部２４ｂによって連結されている。なお、連結部２４ａ、２４ｂの内部も空洞に形成され、冷却角柱部２２とそれぞえ連通している。従って、いずれか一方の端にある冷却角柱部２２の一端部から流入させた冷却媒体、例えば冷却水は、各冷却角柱部２２及び連結部２４ａ、２４ｂを流れて、他方の端にある冷却角柱部２２の他方の端部から流出する。この冷却媒体が流れている間に、接触しているステージ１６から冷却媒体が吸熱して、ステージ１６を冷却する。なお、冷却角柱部２２及び連結部２４ａ、２４ｂは、熱伝導が良好な材料、例えば金属製である。また、角冷却角柱部２２の中間部もそれぞれ連結部（図示せず）によって連結されている。

加熱冷却体１４は、冷却体２０の他に、図３に示すように、加熱体２６も有している。加熱体２６は、複数の加熱手段、例えば円柱状のヒータ２８からなる。これらヒータ２８は、各冷却角柱部２２の間の隙間に、冷却角柱部２２と平行にそれぞれが間隔をおいて配置されている。これらヒータ２８は、冷却角柱部２２の上面から突出していないし、隣接する冷却角柱部２２とも接触していない。これらヒータ２８は、その両端間に通電されることによってその周囲に発熱し、特に、これらが配置されている隙間の上下方向に放熱する。これらヒータ２８は、電気的に直列または並列に接続されて、外槽４内に設けた電極を介して外部の電源に接続されている。これらヒータ２８は、冷却角柱部２２の両端にある連結部２４ａ、２４ｂ及び中間の連結部によって機械的に支持されている。

この加熱冷却体１４が内槽１２内に、各冷却角柱部２２及びヒータ２８が、それらの中心軸線が水平となるように固定配置されている。この加熱冷却体４の上方にステージ１６が配置されている。ステージ１６は、熱伝導性が良好な材料、例えば金属製で、上述したように昇降装置によって、加熱冷却体１４の上方に位置する状態と、加熱冷却体１４の上部に接触する状態とを交互にとる。ステージ１６は、内部にヒータを備えていた従来のものと比較して、格段に薄く、ヒータ２８からの熱を良好に吸収する。

上述したように、冷却時にステージ１６が降下した際、自然に加熱冷却体１４の冷却角柱部２２の上面と充分に接触するので、ステージ１６を加熱冷却体１４に押しつける必要がない。従って、外槽４内に設けた電極を可動構造にする必要がない。また、ステージ１６は、処理物１８を昇降させるだけであり、また薄いので、ステージ１６を駆動する昇降装置も小型のものとすることができる。ヒータ２８は、冷却体２０の連結部２４ａ、２４ｂ等によって支持されているので、ヒータ２８を固定するための設備が不要となり、半田付け装置の製造が容易になる。

本発明の第２の実施形態を図５に示す。この実施時形態では、１つの加熱冷却体１４、１つのステージ１６で１つのユニットを構成し、図示していない大型のチャンバー内に、このユニットを上下方向に複数配置したものである。このように構成すると、同時に多数の処理物１８を半田付けすることができる。

特に、各加熱冷却体１４において、ヒータ２８は、冷却角柱部２２の間の間隙に配置され、これら間隙は上下方向に開放されているので、図５（ａ）に示すように、ヒータ２８が発生した熱は、上下に放射される。従って、多くの処理物１８が上下両方向から加熱されることになり、半田の溶融が促進される。また、同図（ｂ）に示すように、冷却時に各ステージ１６を降下させるが、従来の冷却装置を昇降させる場合よりも、昇降装置は小型のものを使用することができ、たとえ全てのステージ１６を１台の昇降装置で昇降させる場合でも、昇降装置は比較的小型のものとすることができる。

第３の実施形態を図６に示す。この実施形態は、各加熱冷却体１４を垂直方向に配置したものである。この場合、移動手段は、各加熱冷却体１４の両側に配置される。この実施形態においても、第２の実施形態と同様に動作する。なお、第１の実施形態と同様に、１つの加熱冷却体１４を垂直方向に配置することもできる。

第４の実施形態を図７に示す。この実施形態は、支持手段１６ａが、ステージ１６ではなく、加熱冷却体１４の配列方向とほぼ平行に対向する面を有する処理物１８ａを、その両側から支持して、加熱冷却体１４から離れた状態と、上記面が加熱冷却体１４に接触する状態とに移動させるものである。

上記の各実施形態では、加熱冷却体１４は、バッチ式の半田付け装置に実施したが、これに限ったものではなく、例えばベルトコンベヤ等の搬送手段によって、予熱室に処理物を搬送し、ここで半田溶融温度付近まで処理物を予熱し、その後の加熱冷却室にベルトコンベヤで搬送し、ここで加熱及び冷却を行う搬送式の半田付け装置に、本発明を実施することもできる。

また、第１の実施形態のようなバッチ式のものでも、内槽１２を設けず、外槽４のみを設けるタイプのものにも本発明を実施することができる。

また、第１の実施形態のように１つの加熱冷却体１４と１つのステージ１６のみを使用するタイプの半田付け装置の場合、加熱冷却体１４におけるヒータ２８が配置される冷却角柱部２２の間の隙間は上下方向に開放する必要はなく、上方のみに開放した形態とすることも可能である。また、加熱冷却体１４では、ヒータ２８を連結部２４ａ、２４ｂによって支持するように構成したが、冷却体１４とは別個に設けた支持具によって支持することもできる。

上記の実施形態では、処理物としては、プリント基板に電子部品を半田付けするものを示したが、これに限ったものではなく、種々のものを半田付けするものに実施することができる。

上記の各実施形態では、本発明を半田付け装置に実施したが、他の処理物を加熱して、その後に冷却する必要のある機器、例えば熱硬化性樹脂を用いて、部品同士を接着する装置等に使用することもできる。この場合、真空ポンプ、水素ガス源、窒素ガス源等は、不要となる。

本発明の第１の実施形態の半田付け装置における加熱状態と冷却状態とを示す図である。 図１の半田付け装置に使用する加熱冷却体の冷却体の斜視図である。 図２の冷却体にヒータを配置して加熱冷却体とした状態の斜視図である。 図１の半田付け装置の全体を示す図である。 本発明の第２の実施形態の半田付け装置における加熱状態と冷却状態とを示す図である。 本発明の第３の実施形態の半田付け装置を示す図である。 本発明の第４の実施形態の半田付け装置を示す図である。

符号の説明

２ 半田付け装置
２０ 冷却体
２２ 冷却角柱部（冷却手段）
２６ 加熱体
２８ ヒータ（加熱手段）

Claims (4)

1. それぞれが柱状に形成された複数の冷却手段を、互いにほぼ平行にかつ互いの間に所定の間隙を有するように一列に配置した冷却体と、
   それぞれが柱状に形成された複数の加熱手段を、互いにほぼ平行な状態として、前記各冷却手段の前記間隙にそれぞれ配置され、通電によって熱を発生する加熱体とを、
   具備する加熱冷却装置。
2. 請求項１記載の加熱冷却装置において、処理物を支持しており、前記各加熱手段及び前記各冷却手段から離れて配置された第１の状態と、第１の状態から移動して前記各冷却手段に接触する第２の状態とを、取る支持手段を、
   具備する加熱冷却装置。
3. 請求項１または２記載の加熱冷却装置において、前記各間隙は前記冷却手段の配列方向の両側に開放されており、前記冷却体、前記加熱体及び前記支持手段を１組とし、複数組を互いに平行に間隔をおいて配置した加熱冷却装置。
4. 請求項１乃至３いずれか記載の加熱冷却装置において、前記冷却体は、前記各冷却手段の一方の端部間を第１の直線状部で連結し、他方の端部間を第２の直線状部で連結し、前記各加熱手段は、第１及び第２の直線状部の前記間隙に対応する位置で支持されている加熱冷却装置。
   

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