JP2009140804A - High frequency heating device, and object to be heated - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、誘導コイルに交流電流を通電して交流磁場を発生させ、発生した交流磁場内に配置した被発熱体を発熱させるように構成した高周波加熱装置およびその被発熱体に関する。 The present invention relates to a high-frequency heating apparatus configured to generate an alternating magnetic field by passing an alternating current through an induction coil and to generate heat from a heat generating body disposed in the generated alternating magnetic field, and the heat generating body.
一般的に、半導体素子などの多数の電子部品を回路基板に実装して半導体装置を構成する場合、回路基板と電子部品との間にはんだを介在させた状態で該回路基板を加熱し、はんだを溶融させることで、電子部品の回路基板への実装が行われている。
このように回路基板を加熱する場合、誘導加熱現象を利用して加熱を行う高周波加熱装置が用いられることがある。
In general, when a semiconductor device is configured by mounting a large number of electronic components such as semiconductor elements on a circuit board, the circuit board is heated with the solder interposed between the circuit board and the electronic component, The electronic component is mounted on the circuit board by melting the substrate.
When the circuit board is heated in this way, a high-frequency heating apparatus that performs heating using an induction heating phenomenon may be used.
つまり、前記高周波加熱装置は、誘導コイルに交流電流を通電して交流磁場を発生させ、発生した交流磁場内に配置した被発熱体(サセプタ)に交流電流を発生させ、その交流電流によって前記被発熱体を発熱させるものであり、前記被発熱体上に前記回路基板を載置することで、発熱した被発熱体からの熱を回路基板に伝導させ、該回路基板を加熱するようにしている。
このように構成される高周波加熱装置としては、例えば特許文献1に記載される装置がある。
As a high-frequency heating apparatus configured in this way, there is an apparatus described in
前記被発熱体は、例えばステンレスプレートにて構成されており、前述のように誘導コイルにより誘導加熱されて発熱するが、その一方で発熱した被発熱体は、その表面状態に応じた量の放射熱を放出している。
つまり、被発熱体が放出する放射熱は、該被発熱体の外表面における放射率の大きさに依存しており、放射率が大きくなるほど多くの放射熱が放出される。
The heat-generating body is made of, for example, a stainless plate, and generates heat by induction heating by the induction coil as described above. On the other hand, the heat-generating body to be heated generates an amount of radiation corresponding to the surface state. It releases heat.
In other words, the radiant heat emitted from the heat generating member depends on the magnitude of the emissivity on the outer surface of the heat generating member, and more radiant heat is released as the emissivity increases.
例えば、被発熱体の外表面を研磨するなどした該外表面に酸化膜が形成されていない状態(放射率ε=0.26程度)では放出される放射熱は少なく、該被発熱体の外表面に多少の酸化膜が形成された該外表面が多少錆びた状態(放射率ε=0.61程度)では酸化膜が形成されていない状態に比べて多くの放射熱が放出され、該被発熱体の外表面が全体的に厚い酸化膜で覆われた該外表面がひどく錆びた状態(放射率ε=0.85程度)では多少酸化膜が形成された状態に比べてさらに多くの放射熱が放出されることとなる。 For example, when the outer surface of the heat generating body is polished or the like, and no oxide film is formed on the outer surface (emissivity ε = 0.26), little radiant heat is emitted, and the outside of the heat generating body When the outer surface with some oxide film formed on the surface is somewhat rusted (emissivity ε = 0.61), more radiant heat is released than when no oxide film is formed. When the outer surface of the heating element is covered with a thick oxide film as a whole, the outer surface is severely rusted (emissivity ε = 0.85). Heat will be released.
前記被発熱体は、例えば使用開始時には外表面に酸化膜が形成されていない状態であったとしても、使用を重ねていくうちに次第に酸化膜が形成されていくが、被発熱体毎に酸化膜の形成度合いが異なり、また同じ被発熱体内でも場所によって酸化膜の形成度合いが異なっている。
従って、複数の被発熱体における前記誘導加熱による発熱量を同じにそろえていたとしても、被発熱体の使用を重ねていくうちに各被発熱体から放出される放射熱が異なってきて、該各被発熱体の温度や、同じ被発熱体内での場所による温度がばらつく原因となっている。
このように、各被発熱体や同じ被発熱体内での場所によって温度がばらつくと、被発熱体上に載置される回路基板の加熱温度がばらついて、電子部品のはんだ付け状態を均一にすることが困難となる。
For example, even if an oxide film is not formed on the outer surface at the start of use, the heat generating body gradually forms an oxide film as it is used. The degree of film formation is different, and the degree of oxide film formation differs depending on the location within the same heat generating body.
Therefore, even if the heat generation amount by the induction heating in the plurality of heat generating bodies is made the same, the radiant heat emitted from each heat generating body becomes different as the heat generating bodies are used repeatedly. This is the cause of variations in the temperature of each heat generating body and the temperature depending on the location in the same heat generating body.
As described above, when the temperature varies depending on each heat generating body or the location within the same heat generating body, the heating temperature of the circuit board placed on the heat generating body varies, and the soldering state of the electronic component is made uniform. It becomes difficult.
被発熱体上に載置される回路基板の加熱温度を均一に保持することは、各被発熱体の酸化膜の形成状態を検出し、検出した酸化膜の形成状態に応じて誘導加熱による被発熱体の発熱量を制御すれば可能であるが、装置や回路基板の加熱工程が複雑化してコスト高になってしまうという問題がある。
そこで、本発明においては、被発熱体により回路基板などのワークを加熱する際に、誘導加熱による被発熱体の発熱量を制御するなど特別な処理を行うことなく、容易に被発熱体の温度を均一化することが可能な高周波加熱装置およびその被発熱体を提供することができる。
Maintaining the heating temperature of the circuit board placed on the heat generating body uniformly means that the state of oxide film formation of each heat generating body is detected, and the object of heating by induction heating is detected according to the detected state of oxide film formation. This is possible by controlling the amount of heat generated by the heating element, but there is a problem that the heating process of the device and the circuit board becomes complicated and the cost increases.
Therefore, in the present invention, when a work such as a circuit board is heated by the heat generating body, the temperature of the heat generating body can be easily adjusted without performing a special process such as controlling the heat generation amount of the heat generating body by induction heating. It is possible to provide a high-frequency heating device and a heat generating body thereof that can equalize the temperature.
上記課題を解決する高周波加熱装置およびその被発熱体は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項1記載のごとく、誘導コイルに交流電流を通電して交流磁場を発生させ、発生した交流磁場内に配置した被発熱体を発熱させるように構成した高周波加熱装置であって、前記被発熱体の外表面を、前記被発熱体の発熱温度では放射率の変化が生じない部材にて構成された膜により被覆した。
これにより、被発熱体の外表面は全体的に均一な放射率を有することとなり、被発熱体を加熱した際に外表面内の各場所の温度を容易に均一にすることができる。
また、複数の被発熱体に同じ膜を形成した場合、各被発熱体における膜の放射率は同じとなるので、加熱した際の前記各被発熱体の温度を容易に同じにすることができる。
従って、誘導コイルの内部に複数の被発熱体を配置して、例えば、該複数の被発熱体の上に載置した半導体装置のはんだ付けを同時に行った際には、各半導体装置を同じ温度に加熱することができ、各半導体装置におけるはんだ付け品質を均一に保つことが可能となる。
The high-frequency heating apparatus and its heat generating body that solve the above problems have the following characteristics.
That is, as described in
Thereby, the outer surface of the heat generating member has a uniform emissivity as a whole, and when the heat generating member is heated, the temperature of each place in the outer surface can be easily made uniform.
Further, when the same film is formed on a plurality of heat generating bodies, the emissivity of the film in each heat generating body is the same, so the temperature of each heat generating body when heated can be easily made the same. .
Therefore, when a plurality of heat generating bodies are arranged inside the induction coil and, for example, the semiconductor devices placed on the plurality of heat generating bodies are soldered at the same time, the semiconductor devices are kept at the same temperature. Thus, the soldering quality in each semiconductor device can be kept uniform.
また、請求項2記載のごとく、前記被発熱体は板状部材にて構成され、前記膜は、前記被発熱体の外表面のうち、少なくとも第一の板面および前記第一の板面に対向する第二の板面を被覆している。
この場合、被発熱体は板状に形成されていて、前記第一の板面および第二の板面は、他の表面に比べて著しく大きな面積を有しているので、該第一の板面および第二の板面のみに膜を形成することでも、外表面全体に膜を形成した場合と略同等の放射熱の放出抑制効果を得るとともに、被発熱体の均熱化を図ることを可能としつつ、膜形成の手間を、外表面全体に膜を形成する場合よりも少なくすることができる。
According to a second aspect of the present invention, the heat generating member is configured by a plate-like member, and the film is formed on at least the first plate surface and the first plate surface of the outer surface of the heat generating member. The opposing second plate surface is covered.
In this case, the heat generating body is formed in a plate shape, and the first plate surface and the second plate surface have a remarkably large area compared to the other surfaces. Even if the film is formed only on the surface and the second plate surface, the effect of suppressing the release of radiant heat is almost the same as the case where the film is formed on the entire outer surface, and the temperature of the heat generating body is to be equalized. While making it possible, it is possible to reduce the labor of film formation as compared with the case of forming a film over the entire outer surface.
また、請求項3記載のごとく、前記膜は、前記被発熱体の外表面に形成される酸化膜の放射率よりも小さな放射率を有する部材にて構成されている。
これにより、被発熱体からの放射熱の放出を小さく抑えることが可能となり、被発熱体の加熱時におけるエネルギーロスを低減して、エネルギー効率を向上させることができる。
According to a third aspect of the present invention, the film is composed of a member having an emissivity smaller than that of an oxide film formed on the outer surface of the heat generating body.
As a result, it is possible to suppress the release of radiant heat from the heat generating body, and it is possible to reduce energy loss during heating of the heat generating body and improve energy efficiency.
また、請求項4記載のごとく、前記膜は、電解クロムメッキ膜、電解ニッケルメッキ膜、および窒化クロム膜の何れかの膜により被覆されている。
これにより、研磨後の被発熱体のように酸化膜が形成されていない状態の被発熱体の外表面の放射率と同等の放射率を得ることができ、エネルギーロスを大幅に低減することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, the film is covered with any one of an electrolytic chromium plating film, an electrolytic nickel plating film, and a chromium nitride film.
As a result, it is possible to obtain an emissivity equivalent to the emissivity of the outer surface of the exothermic body in which no oxide film is formed like the exothermic exothermic body after polishing, which can greatly reduce energy loss. it can.
また、請求項5記載のごとく、前記膜は、黒色の耐熱塗装膜により被覆されている。
これにより、前記被発熱体の外表面の放射率を均一にして、半導体装置などのワークを均一に加熱することができる。
Further, as described in claim 5, the film is covered with a black heat-resistant coating film.
Thereby, the emissivity of the outer surface of the said to-be-heated body can be made uniform, and workpieces, such as a semiconductor device, can be heated uniformly.
また、請求項6記載のごとく、前記被発熱体の外表面のうち、少なくとも一つの外表面が、中央部と周縁部とで放射率の異なる膜により被覆され、前記中央部の膜の放射率が、前記周縁部の膜の放射率よりも大きい。
これにより、被発熱体の外表面を単一の膜のみで覆った場合に比べて、加熱時における被発熱体をさらに均熱化することができ、半導体装置などのワークを均一に加熱することが可能となる。
In addition, as described in claim 6, at least one of the outer surfaces of the heat generating body is covered with a film having a different emissivity between the central part and the peripheral part, and the emissivity of the film in the central part Is greater than the emissivity of the film at the peripheral edge.
As a result, compared to the case where the outer surface of the heat generating body is covered with only a single film, the heat generating body during heating can be further soaked, and the workpiece such as a semiconductor device can be heated uniformly. Is possible.
また、請求項7記載のごとく、交流電流が通電される誘導コイルから発生した交流磁場により発熱する高周波加熱装置の被発熱体であって、前記被発熱体の外表面を、前記被発熱体の発熱温度では放射率の変化が生じない部材にて構成された膜にて被覆した。
これにより、被発熱体の外表面は全体的に均一な放射率を有することとなり、被発熱体を加熱した際に外表面内の各場所の温度を容易に均一にすることができる。
また、複数の被発熱体に同じ膜を形成した場合、各被発熱体における膜の放射率は同じとなるので、加熱した際の前記各被発熱体の温度を容易に同じにすることができる。
従って、誘導コイルの内部に複数の被発熱体を配置して、例えば、該複数の被発熱体の上に載置した半導体装置のはんだ付けを同時に行った際には、各半導体装置を同じ温度に加熱することができ、各半導体装置におけるはんだ付け品質を均一に保つことが可能となる。
Further, as described in claim 7, the heat generating body of a high-frequency heating device that generates heat by an alternating magnetic field generated from an induction coil through which an alternating current is passed, wherein the outer surface of the heat generating body is attached to the heat generating body. It was coated with a film composed of a member that does not change emissivity at an exothermic temperature.
Thereby, the outer surface of the heat generating member has a uniform emissivity as a whole, and when the heat generating member is heated, the temperature of each place in the outer surface can be easily made uniform.
Further, when the same film is formed on a plurality of heat generating bodies, the emissivity of the film in each heat generating body is the same, so the temperature of each heat generating body when heated can be easily made the same. .
Therefore, when a plurality of heat generating bodies are arranged inside the induction coil and, for example, the semiconductor devices placed on the plurality of heat generating bodies are soldered at the same time, the semiconductor devices are kept at the same temperature. Thus, the soldering quality in each semiconductor device can be kept uniform.
また、請求項8記載のごとく、前記被発熱体は板状部材にて構成され、前記膜は、前記被発熱体の外表面のうち、少なくとも第一の板面および前記第一の板面に対向する第二の板面を被覆している。
この場合、被発熱体は板状に形成されていて、前記第一の板面および第二の板面は、他の表面に比べて著しく大きな面積を有しているので、該第一の板面および第二の板面のみに膜を形成することでも、外表面全体に膜を形成した場合と略同等の放射熱の放出抑制効果を得るとともに、被発熱体の均熱化を図ることを可能としつつ、膜形成の手間を、外表面全体に膜を形成する場合よりも少なくすることができる。
In addition, as described in claim 8, the heat generating member is configured by a plate-like member, and the film is formed on at least the first plate surface and the first plate surface of the outer surface of the heat generating member. The opposing second plate surface is covered.
In this case, the heat generating body is formed in a plate shape, and the first plate surface and the second plate surface have a remarkably large area compared to the other surfaces. Even if the film is formed only on the surface and the second plate surface, the effect of suppressing the release of radiant heat is almost the same as the case where the film is formed on the entire outer surface, and the temperature of the heat generating body is to be equalized. While making it possible, it is possible to reduce the labor of film formation as compared with the case of forming a film over the entire outer surface.
また、請求項9記載のごとく、前記膜は、前記被発熱体の外表面に形成される酸化膜の放射率よりも小さな放射率を有する部材にて構成されている。
これにより、被発熱体からの放射熱の放出を小さく抑えることが可能となり、被発熱体の加熱時におけるエネルギーロスを低減して、エネルギー効率を向上させることができる。
According to a ninth aspect of the present invention, the film is formed of a member having an emissivity smaller than that of an oxide film formed on the outer surface of the heat generating body.
As a result, it is possible to suppress the release of radiant heat from the heat generating body, and it is possible to reduce energy loss during heating of the heat generating body and improve energy efficiency.
また、請求項10記載のごとく、前記膜は、電解クロムメッキ膜、電解ニッケルメッキ膜、および窒化クロム膜の何れかの膜により被覆されている。
これにより、研磨後の被発熱体のように酸化膜が形成されていない状態の被発熱体の外表面の放射率と同等の放射率を得ることができ、エネルギーロスを大幅に低減することができる。
According to a tenth aspect of the present invention, the film is covered with any one of an electrolytic chromium plating film, an electrolytic nickel plating film, and a chromium nitride film.
As a result, it is possible to obtain an emissivity equivalent to the emissivity of the outer surface of the exothermic body in which no oxide film is formed like the exothermic exothermic body after polishing, which can greatly reduce energy loss. it can.
また、請求項11記載のごとく、前記膜は、黒色の耐熱塗装膜により被覆されている。
これにより、前記被発熱体の外表面の放射率を均一にして、半導体装置などのワークを均一に加熱することができる。
In addition, as described in
Thereby, the emissivity of the outer surface of the said to-be-heated body can be made uniform, and workpieces, such as a semiconductor device, can be heated uniformly.
また、請求項12記載のごとく、前記被発熱体の外表面のうち、少なくとも一つの外表面が、中央部と周縁部とで放射率の異なる膜により被覆され、前記中央部の膜の放射率が、前記周縁部の膜の放射率よりも大きい。
これにより、被発熱体の外表面を単一の膜のみで覆った場合に比べて、加熱時における被発熱体をさらに均熱化することができ、半導体装置などのワークを均一に加熱することが可能となる。
In addition, as described in
As a result, compared to the case where the outer surface of the heat generating body is covered with only a single film, the heat generating body during heating can be further soaked, and the workpiece such as a semiconductor device can be heated uniformly. Is possible.
本発明によれば、被発熱体の外表面は全体的に均一な放射率を有することとなり、被発熱体を加熱した際に外表面内の各場所の温度を均一にすることができる。
また、複数の被発熱体に同じ膜を形成した場合、加熱した際の前記各被発熱体の温度を同じにすることができる。
According to the present invention, the outer surface of the heat generating body has a uniform emissivity as a whole, and the temperature of each place in the outer surface can be made uniform when the heat generating body is heated.
When the same film is formed on a plurality of heat generating bodies, the temperatures of the respective heat generating bodies when heated can be made the same.
次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。 Next, modes for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1、図2、図3に示すように、本発明の実施形態にかかる高周波加熱装置10は、電子部品3が位置決め治具5により位置決めされながら回路基板2上に載置されるとともに、前記回路基板2と電子部品3との間にペレット状のはんだ4を介在させた状態の半導体装置1を搬送するコンベア12、コンベア12の周囲を囲むように配置される誘導コイル11、加熱対象となるワークである半導体装置1の温度を計測する温度計測器14、および前記誘導コイル11や温度計測器14などを制御するコントローラ13を備えている。
前記コンベア12、誘導コイル11、および温度計測器14などは、リフロー炉の真空チャンバ内に収容されている。
As shown in FIGS. 1, 2, and 3, the high-
The
なお、誘導コイル11は、コンベア12による半導体装置1の搬送方向において、該半導体装置1の長さよりも広い範囲に配置されている。
また、誘導コイル11に囲まれた内側の空間は、コンベア12上に載置された半導体装置1が搬送されるのに十分な大きさに形成されている。
The
In addition, the inner space surrounded by the
前記半導体装置1は、被発熱体(サセプタ)17上に配置されており、該半導体装置1の回路基板2の下面と被発熱体17の上面とが接触した状態となっている。
また、半導体装置1を載置した被発熱体17は、キャリア16を介してコンベア12上に配置されている。
このように、半導体装置1は、被発熱体17およびキャリア16を介してコンベア12上に載置されており、半導体装置1を載置した複数の被発熱体17が前記コンベア12上を搬送されている。
The
Further, the
As described above, the
このように構成される高周波加熱装置10においては、前記半導体装置1が誘導コイル11に囲まれる空間の内部へ搬送されると、コントローラ13により誘導コイル11に交流電流が通電される。
誘導コイル11に交流電流が通電されることにより、該誘導コイル11に囲まれる空間内に交流磁場が発生し、発生した交流磁場により、誘導コイル11に囲まれる空間内に配置された被発熱体17に交流電流が発生し、被発熱体17に交流電流が流れることで該被発熱体17が発熱する。
つまり、誘導コイル11に交流電流を通電することで発生する交流磁場により、前記被発熱体17に対して誘導加熱現象が生じ、該被発熱体17が加熱されることとなる。
In the high-
When an alternating current is passed through the
That is, an induction heating phenomenon occurs in the
なお、一般的に誘導加熱現象とは、交流電流を通電した誘導コイルによって交流磁場を発生させ、交流磁場内に存在する磁性体または導体に交流電流を発生させ、その交流電流によって磁性体を発熱させる現象をいう。
また、前記被発熱体17は、好ましくは磁性体にて構成され、交流磁場に曝されると電流が流れて発熱する部材である。
In general, the induction heating phenomenon means that an alternating magnetic field is generated by an induction coil energized with alternating current, an alternating current is generated in a magnetic body or conductor existing in the alternating magnetic field, and the magnetic body generates heat by the alternating current. A phenomenon that causes
Further, the heat-generating
前述のごとく、誘導コイル11からの交流電流による誘導加熱現象により被発熱体17が加熱されると、被発熱体17からの熱が該被発熱体17上に載置された回路基板2を通じてはんだ4に伝達され、該はんだ4が加熱されて溶融する。
また、高周波加熱装置10においては、はんだ4、回路基板2、または被発熱体17の何れかの加熱温度を温度計測器14により計測するように構成されており、計測した温度に基づいて、誘導コイル11に流す電流量をコントローラ13により制御して、はんだ4、回路基板2、または被発熱体17の温度が一定となるようにしている。
As described above, when the
The high-
このように、回路基板2と電子部品3とをはんだ接合する際に用いられる高周波加熱装置10は、誘導コイル11から発生される交流磁場を被発熱体17に付与して加熱し、加熱した被発熱体17からの伝熱によりはんだ4を加熱溶融するように構成されている。
As described above, the high-
次に、誘導加熱現象により加熱される前記被発熱体17について詳しく説明する。
前記被発熱体17は、本例の場合、板状に形成されたステンレス材にて構成されている。
Next, the
In the case of this example, the
ここで、被発熱体17は前記誘導コイル11により誘導加熱されて発熱するが、その一方で図4に示すように、発熱した被発熱体17は表面から放射熱を放出している。
この被発熱体17から放出される放射熱(放射エネルギー)は、次式(1)により表わされる。
E=5.67ε×(T/100)4 ・・・(1)
なお、前記式(1)におけるEは被発熱体17から放出される放射エネルギーを表し、εは被発熱体17における外表面の放射率を表し、Tは被発熱体17の温度を表している。
Here, the
The radiant heat (radiant energy) emitted from the
E = 5.67ε × (T / 100) 4 (1)
In the above formula (1), E represents the radiant energy emitted from the
つまり、被発熱体17から放出される放射熱(放射エネルギー)は、該被発熱体17の外表面における放射率εの大きさに依存しており、放射率εが小さければ放出される放射熱は少なく、放射率εが大きければ多くの放射熱が放出されることになる。
従って、被発熱体17を所定の温度にまで加熱した場合でも、その外表面の放射率εが異なると、放射率εの違いにより被発熱体17の実際の温度が異なってくる。
That is, the radiant heat (radiant energy) emitted from the
Therefore, even when the
例えば、図5には、外表面を研磨して金属面が露出している状態(ε=0.26)の被発熱体17、外表面が酸化して酸化膜に覆われた状態(ε=0.85)の被発熱体17、および外表面に黒体塗料を塗装して黒色塗膜を形成した黒体塗装状態(ε=0.94)にある被発熱体17を、それぞれ所定の温度Tにまで加熱した後、放置したときの温度変化を示している。
図5によると、放射率εが高い酸化膜に覆われた被発熱体17、および黒色塗装状態の被発熱体17では、放射熱量が多いため温度の低下度合いが激しく短時間で低温になり、放射率εが低い金属面が露出している被発熱体17では、放射熱量が少ないため温度の低下度合いが穏やかで長時間高温を維持している。
For example, FIG. 5 shows a state where the outer surface is polished and the metal surface is exposed (ε = 0.26), and the
According to FIG. 5, in the
このように、被発熱体17における外表面の状態、すなわち外表面の放射率εによって放射される放射熱が異なるため、誘導加熱現象により同じ量の電流が被発熱体17に流れたとしても、図4に示すように研磨などが施されて外表面が酸化膜に被覆されておらず金属面が露出している状態の被発熱体17と(この状態の被発熱体17では放射熱量が少ない)、図6に示すように外表面が酸化膜18に被覆された状態の被発熱体17とでは(この状態の被発熱体17では放射熱量が多い)、実際の加熱温度は異なる。
Thus, since the radiant heat radiated differs depending on the state of the outer surface of the
また、前記被発熱体17は、例えば使用開始時には外表面に酸化膜18が形成されていない状態であったとしても、そのままでは使用を重ねてくりかえし加熱されていくうちに、外表面に次第に酸化膜が形成されていく。
この場合、高周波加熱装置10のコンベア12上には複数の被発熱体17が搬送されているが、酸化膜の形成度合いは被発熱体17毎に異なり、また同じ被発熱体17内でも場所によって異なっている。
従って、被発熱体17毎、および同じ被発熱体17内における場所によって放射率εが異なることとなり、各被発熱体17の温度や、同じ被発熱体17内での場所による温度がばらつく原因となる。
In addition, even when the
In this case, a plurality of
Therefore, the emissivity ε varies depending on each heat-generating
そこで、本高周波加熱装置10においては、被発熱体17の外表面に次のような処理を施すことで、被発熱体17をくりかえし使用した場合でも、被発熱体17毎、および同じ被発熱体17内における場所毎で放射率εが等しい状態を保持できるようにしている。
Therefore, in the high-
つまり、図7に示すように、被発熱体17においては、その外表面を、前記被発熱体17が前記誘導コイル11による誘導加熱により発熱する温度域にまで加熱されても放射率εの変化が生じない素材にて構成された被覆膜19により被覆している。
本例の場合、前記被覆膜19は、被発熱体17の第一の板面となる上面17a、および前記上面17aに対向する第二の板面となる下面17bに形成されている。
That is, as shown in FIG. 7, the emissivity ε changes even if the outer surface of the
In the case of this example, the
なお、本説明において、被発熱体17が前記誘導コイル11による誘導加熱により発熱する温度域にまで加熱された場合に「放射率εの変化が生じない」とは、放射率εが全く変化しない状態に加えて、放射率εは若干変化するが、その変化が、放射熱量の増減による被発熱体17の温度変化が半導体装置1の加熱温度に実用上の影響を与えない程度の変化である場合をも含むものである。
In this description, when the
前記被覆膜19としては、具体的には、電解メッキにて形成されたクロム膜(電解クロムメッキ膜)、電解メッキにて形成されたニッケル膜(電解ニッケルメッキ膜)、および
PVD(Physical Vapor Deposition)にて形成された窒化クロム膜を適用することが可能である。
Specifically, the
なお、前記電解クロムメッキ膜と同じニッケルメッキ膜である無電解ニッケルメッキ膜は、被覆膜19に適用する膜としては適切ではない。
これは、無電解ニッケルメッキ膜はニッケル(Ni)とリン(P)との合金となっており、無電解ニッケルメッキ膜を加熱するとリンの反応により変色して放射率εが変化するためである。
これに対し、電解クロムメッキ膜にはリン(P)が含まれておらず、加熱しても変色することはなく、放射率εが一定に保持されるため、被覆膜19として用いるのに適している。
An electroless nickel plating film that is the same nickel plating film as the electrolytic chromium plating film is not suitable as a film to be applied to the
This is because the electroless nickel plating film is an alloy of nickel (Ni) and phosphorus (P), and when the electroless nickel plating film is heated, the color changes due to the reaction of phosphorus and the emissivity ε changes. .
On the other hand, the electrolytic chrome plating film does not contain phosphorus (P), does not change color even when heated, and the emissivity ε is kept constant. Is suitable.
これらの被覆膜19として用いられる電解クロムメッキ膜、電解ニッケルメッキ膜、および窒化クロム膜は、被発熱体17に形成される酸化膜18の放射率εよりも小さな放射率εを有している。
具体的には、これらの各膜の放射率εは、酸化膜18が形成されていない状態の被発熱体17の外表面の放射率εと同等であり、被発熱体17からの放射熱の放出を小さく抑えることが可能となっている。
The electrolytic chromium plating film, the electrolytic nickel plating film, and the chromium nitride film used as the
Specifically, the emissivity ε of each of these films is equivalent to the emissivity ε of the outer surface of the
このように、被覆膜19の放射率εを被発熱体17に形成される酸化膜18の放射率εよりも小さくすることで、放射熱の放出を小さく抑えて、被発熱体17の加熱時におけるエネルギーロスを低減することができる。
特に、電解クロムメッキ膜、電解ニッケルメッキ膜、および窒化クロム膜を被覆膜19として用いることで、研磨後の被発熱体17のように酸化膜18が形成されていない状態の被発熱体17の外表面の放射率εと同等の放射率εを得ることができ、エネルギーロスを大幅に低減することができる。
In this way, by making the emissivity ε of the
In particular, by using an electrolytic chromium plating film, an electrolytic nickel plating film, and a chromium nitride film as the
また、前記被覆膜19は、次のようにして被発熱体17の外表面に形成される。
例えば、図8(a)に示すように、通常大気中に放置された被発熱体17の外表面には酸化膜18が形成されているため、図8(b)に示すように、酸化膜18が形成されている被発熱体17の外表面を研磨して、該被発熱体17の金属表面を露出させる。
次に、金属表面が露出した被発熱体17の外表面に、電解メッキやPVDなどにより前記被覆膜19を形成する。この場合、被覆膜19は均一な厚みに形成することが好ましい。
The
For example, as shown in FIG. 8 (a), an
Next, the
このようにして被発熱体17の外表面に前記被覆膜19を形成することで、該被発熱体17の外表面は全体的に均一な放射率εを有することとなり、被発熱体17を加熱した際に外表面内の各場所の温度を均一にすることができる。
また、複数の被発熱体17に同じ被覆膜19を形成した場合、各被発熱体17における被覆膜19の放射率εは同じであるので、加熱した際の前記各被発熱体17の温度を同じにすることができる。
By forming the
Further, when the
これにより、前記誘導コイル11の内部に複数の被発熱体17を配置して、該複数の被発熱体17の上に載置した半導体装置1のはんだ付けを同時に行った際に、各半導体装置1を同じ温度に加熱することができ、各半導体装置1におけるはんだ付け品質を均一に保つことが可能となる。
Thus, when the plurality of
さらに、前記被覆膜19は、被発熱体17が加熱される温度域では放射率εの変化が殆ど生じない素材にて構成されているので(つまり、前記電解クロムメッキ膜、電解ニッケルメッキ膜、および窒化クロム膜などは酸化し難い素材であるため)、高周波加熱装置10にて被発熱体17の使用を重ねていった場合でも、前記被覆膜19の放射率εが変化することなく、経時的に被発熱体17の温度が変化することを防止できる。
Further, since the
また、前記被発熱体17の外表面に被覆膜19を形成することで、該外表面の大気との接触を断つことができるため、被発熱体17の外表面が酸化して錆びることを防止する、防錆効果を得ることもできる。
また、本例の場合、図7に示すように、前記被発熱体17の外表面のうち上面17aおよび下面17bにのみ被覆膜19を形成しているが、該被発熱体17は板状に形成されているため、前記被発熱体17の外表面のなかで、他の表面に比べて著しく大きな面積を有している上面17aおよび下面17bのみに被覆膜19を形成することでも、外表面全体に被覆膜19を形成した場合と略同等の放射熱の放出抑制効果を得るとともに、被発熱体17の均熱化を図ることが可能となっている。
Further, by forming the
In the case of this example, as shown in FIG. 7, the
前述のように、前記被発熱体17の上面17aおよび下面17bに形成される被覆膜19は、上面17aと下面17bとが同じ成分の膜(例えばともに電解ニッケルメッキ膜)であってもよいし、互いに異なる成分の膜(例えば一方の面が電解ニッケルメッキ膜で、他方の膜が電解クロムメッキ膜)であってもよい。
また、被発熱体17の外表面と被覆膜19との間に銅メッキ膜などを介在させることも可能である。
As described above, the
It is also possible to interpose a copper plating film or the like between the outer surface of the
また、被発熱体17における外表面の放射率εを均一にするための処理としては、次に示すような処理を行うこともできる。
つまり、図9に示すように、前記被発熱体17の外表面に黒体塗料を塗装して黒色塗膜20を形成することで、該被発熱体17の外表面の放射率εを均一にして、被発熱体17の外表面に前記被覆膜19を形成した場合と同様に、半導体装置1を均一に加熱することができる。
Moreover, as a process for making the emissivity ε of the outer surface of the
That is, as shown in FIG. 9, the emissivity ε of the outer surface of the
前記黒色塗膜20を形成するための黒体塗料は、例えばカーボンブラックなどの顔料、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂などの高耐熱性の合成樹脂、およびジメチルエーテルなどの分散媒を混合して調整されている。
このように調整された黒体塗料を前記被発熱体17の外表面に塗装する黒体塗装を行うことで、被発熱体17の加熱温度域では放射率εの変化が殆ど見られない高耐熱の黒色塗膜20を形成することができる。
The black body paint for forming the
By performing black body coating in which the black body paint thus adjusted is applied to the outer surface of the
また、前記黒体塗料は、焼付塗装により塗装することで特に高耐熱で放射率εの変化が殆どない黒色塗膜20を形成することが可能となる。
なお、前記黒色塗膜20は、被発熱体17の外表面の放射率εを均一化するという観点では電解メッキ膜などの前記被覆膜19と同様であるが、その放射率εが0.94程度であるので、エネルギー効率の観点では、前記酸化膜18と同様である。
The black body paint can be formed by baking to form a
The
また、被発熱体17における外表面の放射率εを均一にするための処理として、次のような処理を行うことができる。
つまり、図10に示すように、被発熱体17の上面17aおよび下面17bの何れか一方または両方における中央部に前記黒色塗膜20を形成し(図10には下面17bを示している)、該黒色塗膜20以外の部分に前記被覆膜19を形成する。
Further, as a process for making the emissivity ε of the outer surface of the
That is, as shown in FIG. 10, the
誘導コイル11内に配置される被発熱体17においては、加熱時に中央部の方が端部に比べて多くの交流磁場に晒されるため、高温になる傾向にある。
従って、前述のように、上面17aおよび下面17bの中央部に放射率εが大きくて放射熱の放出が多い黒色塗膜20を形成するとともに、その周縁部に放射率εが小さくて放射熱の放出が少ない被覆膜19を形成して、被発熱体17の加熱時に、黒色塗膜20を形成した中央部の放熱量を多くするとともに、被覆膜19を形成した周縁部の放熱量を少なくして、被発熱体17中央部と周縁部との温度差をなくし、該被発熱体17の温度を全体的に均一化するようにしている。
In the
Therefore, as described above, the
このように、被発熱体17の外表面における一面のなかに、異なる放射率εを有した膜を形成することで、被発熱体17の外表面に被覆膜19のみを形成した場合に比べて、加熱時における被発熱体17をさらに均熱化することができ、半導体装置1を均一に加熱することが可能となる。
In this way, by forming a film having a different emissivity ε in one surface on the outer surface of the
1 半導体装置
2 回路基板
3 電子部品
4 はんだ
5 位置決め治具
10 高周波加熱装置
11 誘導コイル
12 コンベア
17 被発熱体
18 酸化膜
19 被覆膜
20 黒色塗膜
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記被発熱体の外表面を、前記被発熱体の発熱温度にまで加熱されても放射率の変化が生じない素材にて構成された膜により被覆した、
ことを特徴とする高周波加熱装置。 A high-frequency heating apparatus configured to generate an alternating magnetic field by energizing an induction coil with an alternating current, and to generate heat to the heat generating body arranged in the generated alternating magnetic field,
The outer surface of the exothermic body is covered with a film made of a material that does not change emissivity even when heated to the exothermic temperature of the exothermic body,
A high-frequency heating device characterized by that.
前記膜は、前記被発熱体の外表面のうち、少なくとも第一の板面および前記第一の板面に対向する第二の板面を被覆している、
ことを特徴とする請求項1に記載の高周波加熱装置。 The heat generating body is composed of a plate-shaped member,
The film covers at least a first plate surface and a second plate surface facing the first plate surface, of the outer surface of the heat generating body,
The high-frequency heating device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の高周波加熱装置。 The film is composed of a member having an emissivity smaller than the emissivity of an oxide film formed on the outer surface of the heat generating body.
The high-frequency heating device according to claim 1 or 2, wherein
ことを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか一項に記載の高周波加熱装置。 The film is covered with any one of an electrolytic chromium plating film, an electrolytic nickel plating film, and a chromium nitride film.
The high frequency heating apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the high frequency heating apparatus is characterized.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の高周波加熱装置。 The film is covered with a black heat-resistant coating film,
The high-frequency heating device according to claim 1 or 2, wherein
前記中央部の膜の放射率が、前記周縁部の膜の放射率よりも大きい、
ことを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか一項に記載の高周波加熱装置。 Among the outer surfaces of the heat-generating body, at least one outer surface is covered with a film having different emissivity at the central portion and the peripheral portion,
The emissivity of the central film is greater than the emissivity of the peripheral film,
The high frequency heating apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the high frequency heating apparatus is characterized.
前記被発熱体の外表面を、前記被発熱体の発熱温度では放射率の変化が生じない部材にて構成された膜にて被覆した、
ことを特徴とする高周波加熱装置の被発熱体。 A heating object of a high-frequency heating device that generates heat by an alternating magnetic field generated from an induction coil through which alternating current is applied,
The outer surface of the exothermic body was covered with a film composed of a member that does not change emissivity at the exothermic temperature of the exothermic body.
An object to be heated of a high-frequency heating device.
前記膜は、前記被発熱体の外表面のうち、少なくとも第一の板面および前記第一の板面に対向する第二の板面を被覆している、
ことを特徴とする請求項7に記載の高周波加熱装置の被発熱体。 The heat generating body is composed of a plate-shaped member,
The film covers at least a first plate surface and a second plate surface facing the first plate surface, of the outer surface of the heat generating body,
The heat generating body of the high-frequency heating device according to claim 7.
ことを特徴とする請求項7または請求項8に記載の高周波加熱装置の被発熱体。 The film is composed of a member having an emissivity smaller than the emissivity of an oxide film formed on the outer surface of the heat generating body.
The heat generating body of the high-frequency heating device according to claim 7 or 8,
ことを特徴とする請求項7〜請求項9の何れか一項に記載の高周波加熱装置の被発熱体。 The film is covered with any one of an electrolytic chromium plating film, an electrolytic nickel plating film, and a chromium nitride film.
The heat-generating body of the high-frequency heating device according to any one of claims 7 to 9, wherein
ことを特徴とする請求項7または請求項8に記載の高周波加熱装置の被発熱体。 The film is covered with a black heat-resistant coating film,
The heat generating body of the high-frequency heating device according to claim 7 or 8,
前記中央部の膜の放射率が、前記周縁部の膜の放射率よりも大きい、
ことを特徴とする請求項7〜請求項9の何れか一項に記載の高周波加熱装置の被発熱体。
Among the outer surfaces of the heat-generating body, at least one outer surface is covered with a film having different emissivity at the central portion and the peripheral portion,
The emissivity of the central film is greater than the emissivity of the peripheral film,
The heat-generating body of the high-frequency heating device according to any one of claims 7 to 9, wherein
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JP2007317042A JP2009140804A (en) | 2007-12-07 | 2007-12-07 | High frequency heating device, and object to be heated |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US20160344152A1 (en) * | 2015-05-22 | 2016-11-24 | The Boeing Company | Field-stabilized induction heating |
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2007
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US20160344152A1 (en) * | 2015-05-22 | 2016-11-24 | The Boeing Company | Field-stabilized induction heating |
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