JP2009538739A - 特にはんだ接続に用いられる熱処理方法及び熱処理装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、加工物（１９）又は部品の温度処理方法及び装置（１０）、特に、はんだ材料搬送台上に配されたはんだ材料を溶融することにより、このはんだ材料と、はんだ材料搬送台として用いられる少なくとも一つの部品又は加工物とをはんだ接続する方法及び装置に関し、少なくとも１つの部品の加熱処理、その後のステップにおける冷却処理を周囲のエリアから封止された処理室内（１３，１４）で行う方法において、凝縮装置（１５）によって互いに隔離可能な処理室（１２）の２つの室内領域（１３，１４）内で部品（１９）の加熱及び冷却を行うことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、加工物又は部品の熱処理方法に関する。本発明は、特に、はんだ材料搬送台に配されたはんだ材料を溶融することにより、このはんだ材料と、はんだ材料搬送台として用いられる少なくとも一つの部品又は加工物をはんだ接続するものであって、少なくとも１つの部品の加熱処理と引き続き行われる冷却処理を、周囲から封止された処理室内で行うものである。更に、本発明は、上記方法を実施するのに適した装置に関する。

上記のような既知の方法において、はんだ付けされる部品の加熱及び冷却が同じ処理室内で行われる場合、装置を連続運転するためには、比較的短いはんだ付けサイクルで処理室の清掃を行うことがしばしば必要となる。加熱区画と冷却区画との間に比較的大きな温度差があるので、熱処理によって発生するはんだ材料の揮発蒸着物が温度の低い冷却区画内で液化し、特に、冷却区画内に配された部品や装置に沈着するので、この沈着物を清掃処理により取り除かねばならない。上記の理由により繰り返し行わねばならない清掃処理により、既知の方法では、装置の運転が再三にわたり中断される。実際上この中断により製造過程でかなりの損失が生じる。

よって、本発明の目的は、既知の短い間隔での清掃をなくして実質的に連続運転を行い、生産高を伸ばすことができる方法と装置を提供することにある。

この目的を達成するため、本発明による方法は、請求項１に記載の特徴を包含する。本発明による方法において、部品の加熱及び冷却は、凝縮装置によって互いに隔離可能な処理室内の２つの室内領域でそれぞれ行われる。

凝縮装置は、加熱処理の過程で発生した揮発蒸着物を凝縮装置に付着させる。これは、両室内領域間で効果を奏する。つまり、この凝縮装置が防護遮蔽体のような役割を果たすことにより、冷却室内領域において、特にこの室内領域内に配された冷却装置の何れかに揮発蒸着物が凝結するのを防止する。

原則として、本発明の方法は、例えば、焼き戻し、焼きなまし等の熱処理過程において加工物又は部品の加温に用いられるのが一般的である。加温特定領域とは、はんだペーストを用いたはんだ接続フィールド、即ち、例えば、電子部品や組み立て部品一式を生産するフィールドである。

特定の効果を奏する本発明の改良方法を用いて、どんな場合にもほぼ一定の温度で運転可能な加熱装置で加熱し、どんな場合にもほぼ一定の温度で運転可能な冷却装置で冷却すれば、本発明による方法で、生産高、即ち、効率はいっそう増すこととなる。その結果、本方法を実施するにあたって発生するタイムロス、及び加熱処理や冷却処理それぞれにおいて望ましい加熱温度又は冷却温度に達するまでに発生するタイムロスを避けることができる。

はんだ材料搬送台を加熱する前に両室内領域を相互に隔離すべく、凝縮装置を、供給位置から両室内領域を相互に隔離する隔壁位置に移動すると、更に特定の効果が得られることが判明している。このため、凝縮装置を供給位置に配した状態で、加熱処理に用いられる室内領域で加熱処理が行われた後に、はんだ材料搬送台と部品を、それぞれ、冷却室内領域に移動させ、続いて、凝縮装置を隔壁位置に再度移動することにより、はんだ材料搬送台を冷却室内領域で冷却する間、凝縮装置によって冷却室内領域から隔離された加熱室内領域では大きな温度ロスが発生しない。

凝縮装置を冷却することにより、凝縮装置の効果、特に凝縮量が、それぞれ飛躍的に補助、増大される。凝縮装置が実質的に加熱室内領域の影響を直に受ける領域の外側に位置される場合、凝縮装置が供給位置に配されている間に冷却されると、凝縮装置の冷却はとりわけ簡単に実現できる。

加熱室内領域においてはんだ材料搬送台が加熱されている間、凝縮装置によって冷却室内領域から隔離された加熱室内領域を真空状態にすることにより、冷却室内領域における凝縮沈着を防止する凝縮装置のバリア効果又は遮蔽効果を効果的に補助することができる。必要に応じて、処理室全体を真空化することもできる。

加熱室内領域が真空化されている間に冷却室内領域及び／又は加熱室内領域に不活性ガス又は保護還元ガスを入れると、はんだ付け対象を大気中の酸素から効果的に防護することができ、又は既存の酸化面を露出させておくことができる。更に、冷却室内領域に保護ガスを入れた場合や同時に加熱室内領域が真空化された場合、特に、冷却室内領域での凝縮沈着を妨げる気体流を処理室内に発生させることができる。

加熱室内領域において加熱されている間のはんだ材料搬送台の温度勾配の影響をできるだけ抑えるためには、加熱室内領域内で加熱処理が行われる間、はんだ材料搬送台が加熱装置とその向かい側の補助加熱装置との間に配されていればより効果があることが立証されている。

好都合なことに、この補助加熱装置は輻射熱ヒーターであってもよく、はんだ材料搬送台の特殊な材料の特徴を補助加熱装置の温度制御によって検討することができる。

本発明により上記方法を実施する装置は、凝縮装置によって互いに隔離可能な２つの室内領域にそれぞれ配された加熱装置と冷却装置をその範疇に含む。

本発明の方法を参照しつつ以上に述べたとおり、凝縮装置に冷却装置を設けると、本発明による装置が効果的に実現されることがわかる。

冷却装置が、少なくとも凝縮装置の供給位置で、凝縮装置と連動するように構成されている場合、一方では、冷却装置を特に効果的に、即ち、凝縮装置を実質的に加熱室内領域から影響を受けるフィールド外に位置させるような方法で使用可能である。他方で、冷却装置自体を処理室の外側に配することにより、冷却装置に対して、その効果を相殺するような影響を与えかねない望ましくない凝縮沈着を実質的になくすことができる。

凝縮装置を金属隔壁装置とした場合、特に効果的な凝縮装置の実施形態を得ることができる。これによって、凝縮装置は、一方で効果的に大きな熱容量を得ることができ、他方で特にコンパクトな凝縮装置の実施形態を得ることができる。これは、凝縮装置が隔壁プレートである場合に特に適用される。

凝縮装置を隔壁位置に配した状態で、処理室の両室内領域が互いに連通するべく相互連結したガス流路が形成されるように凝縮装置を構成すると、凝縮装置の遮蔽効果に反して、両室内領域間のガス交換が可能になり、冷却室内領域の凝縮沈着を抑えることができる。

ガス流路は、両室内領域を互いに連通させるべく相互連結させる隔壁ギャップが隔壁位置に配された凝縮装置と処理室の室壁との間に形成されると、一方では、ギャップ面全体を介して十分なガス交流が可能となるが、その反面、入り組んだ断面を有する隔壁ギャップによって、凝縮塊がこのギャップを通り抜けるのを効果的に防止することができ、そのガス流路の形態は特に効果的となる。

凝縮装置の実施形態とは別に、補助加熱装置が処理室の加熱室内領域内の加熱装置の向かい側に配されると何がしか効果があるので、はんだ材料搬送台の加熱中、はんだ材料搬送台は、加熱装置と補助加熱装置との間に配されてもよい。

本発明の改良方法の実施については、図面を参照しつつ、本発明の装置の実施形態を例示して以下に詳細に説明する。

図１は、内部に処理室１２を構成するハウジング１１からなるはんだ付け装置１０を示す。この処理室１２は、例示的な実施形態の左側に図示された第一の加熱室内領域１３と、同実施形態の右側に図示された第二の冷却室内領域１４を包含する。加熱室内領域１３と冷却室内領域１４の間に隔壁装置を備えており、この隔壁装置は、図示された例示的な実施形態では隔離プレート１５とされ、加熱室内領域１３を冷却室内領域１４から隔離することができる。加熱室内領域１３を冷却室内領域１４から隔離する隔離プレート（凝縮装置）１５の効果を生じさせるため、又はなくすために、この隔離プレート１５は、図１に示された隔壁位置Ｉから、図１に点線で示された供給位置IIへ移動可能である。ハウジングの実施形態により、供給位置IIは、処理室内又は処理室の外側、例えば、ハウジング下部１６内、に配することができる。

更に図１に図示される通り、本実施形態において抵抗加熱プレート２１を範疇に含み、送り装置２２によってこの抵抗加熱プレートと部品搬送台１７との間の距離ｄを変更可能な加熱装置２０は、加熱室内領域１３内に配置される。この送り装置２２は、図１に点線で示すように、加熱プレート２１の表面と部品搬送台１７の表面を接触させると共に、加熱プレート２１と部品搬送台１７の間を規定距離ｄにし、かくして、部品搬送台１７とこの部品搬送台に配された基板１９を所望の温度にする。

加熱装置２０に加えて、補助加熱装置２４は、部品搬送台１７の上方であって処理室１２の天井壁２３の下方に配置されている。

図１に図示された例示的な実施形態では、冷却装置２５は、冷却媒体を流す冷却プレート２６をその範疇に含み、冷却室内領域１４内に配置されている。冷却温度を設定するために、冷却プレート２６は、加熱プレート２１と同様に、この上に配された部品搬送台１７と連動する。

図１に図示されるように、処理室１２の冷却室内領域１４の領域には、蓋体２７によって閉塞可能な出し入れ用開口部２８（図２）が設けられている。図１に図示したはんだ付け装置１０が定常運転状態にある場合、出し入れ用開口部２８は蓋体２７で閉じられている。最初、基板は初期状態の処理室１２内には配置されない。隔離プレート１５が隔壁位置に配されることにより、入り組んだギャップをなし天井壁２３と側壁２９との間を通る図１に例示的な実施形態の壁ギャップ３０に存するガス流路を除いて、加熱室内領域１３と冷却室内領域１４は気密状態、即ち、光密状態で互いに隔離されている。この構成によって、加熱室内領域１３及び冷却室内領域１４を、各々所望の温度にし、その温度を一定に保つことができる。

図２に図示される送り段階及び移動段階において、蓋体２７を開けて出し入れ用開口部２８を開放し、はんだ付けのために、基板１９に、例えば、ペースト状のはんだ材料を付着させ、これを冷却室内領域１４内へ導入する（点線）。隔離プレート１５を図２に示す供給位置へずらした後、部品搬送台１７（実線）によって基板１９を加熱室内領域１３内へ導入する。加熱室内領域１３と冷却室内領域１４との間の移動に関しては、処理室１２内に配された部品搬送台１７用の移動装置を備えることができる。

図３に図示される次の加熱段階において、隔離プレート１５を再び隔壁位置に移動させる。隔離プレート１５を案内させるに当たって、図２及び３に図示されたはんだ付け装置１０の例示的な実施形態では、ハウジング下部１６の領域内に送り装置３６が備わっている。基板下側３１と基板上側３２との間の温度勾配を可能な限り小さくするため、はんだ付けのために加熱室内領域１３内に配された基板１９の材料の強度や特徴に応じて、輻射を介して基板１９に作用する、補助加熱装置２４の温度を基板ごとに設定する。これに反して、部品搬送台１７は、主にはんだ材料部品の温度と一致するように温度設定するのも望ましい。

隔離プレート１５を隔壁位置に配置した状態の加熱段階が図３に示されるが、ここで、隔離プレート１５は、はんだ材料の溶融中に発生し、はんだ材料の揮発性物質を含む蒸気を隔離プレート１５の表面に沈着させかつ凝縮面３３の役目をする凝縮装置としての役割を果す。隔離プレート１５が冷却室内領域１４内で隔離プレート１５の冷却面３４に作用する冷却温度まで冷却されることにより、隔離プレート１５の表面へ沈着させるのに必要な温度勾配が既に得られている。沈着生成が凝縮装置として作用する隔離プレート１５の表面で既に起きているので、冷却室内領域１４内及び冷却装置２５の表面上にそれぞれに対応した沈着物が付着するのを確実に防ぐことができる。隔壁のギャップ３０を形成することで、同時に、供給位置と隔壁位置の間で隔離プレート１５の移動を損ないかねないような真空力を隔離プレート１５に作用させることなく、基板１９の加熱時及び基板１９に配されたはんだ材料の溶融時のそれぞれにおいて加熱室内領域１３内を真空状態にすることができる。

冷却室内領域１４内の温度による冷却室内領域１４の隔離プレート１５の冷却面３４の背部からの影響に加えて、ハウジング下部１６に配されたコンデンサー冷却装置が隔離プレート１５を直接冷却すると、隔離プレート１５の沈着面３３上の沈着量を更に増やすことができる。コンデンサー冷却装置は、隔離プレート１５の送り装置３６を冷却することによって実現可能である。

図４は、移動段階にあるはんだ付け装置１０を示す。図４において、基板１９は、隔離プレート１５をハウジング下部１６に実質的に配置された供給位置までずらした後に、部品搬送台１７によって加熱室内領域１３から冷却室内領域１４へ搬送される。

更に、図５は、その後の冷却段階にあるはんだ付け装置１０を示す。図５において、蓋体２７が未だ閉じられた状態で、隔離プレート１５が隔壁位置まで後退している場合、基板１９は冷却された部品搬送台１７上に配置されると同時に、隔離プレート１５によって加熱室内領域１３からの放射熱から遮蔽される。基板１９が冷却された後に、蓋体２７を開けて、はんだ付け装置１０の出し入れ用開口部２８から基板１９を取り去ることができる。引き続いて次の基板にはんだ付けを行うために、図２に示すように、基板を再び冷却室内領域１４に導入して加熱室内領域内に搬送することができる。

定常運転状態にあるはんだ付け装置を図示する。 送り段階及び搬送段階にある、図１のはんだ付け装置を図示する。 図１のはんだ付け装置において、加熱室内領域内のはんだ材料搬送台が加熱されている状態を図示する。 図１のはんだ付け装置において、冷却室内領域内にはんだ材料搬送台を移動させた状態を図示する。 図１のはんだ付け装置において、冷却室内領域内のはんだ材料搬送台が冷却されている状態を図示する。

Claims (16)

1. 加工物又は部品の温度処理方法、特に、はんだ材料搬送台上に配されたはんだ材料を溶融して、このはんだ材料と、はんだ材料搬送台として用いる少なくとも一つの部品又は加工物とをはんだ接続する方法であって、少なくとも１つの部品の加熱処理と引き続き行われる冷却処理を周囲のエリアから封止された処理室内で行う方法において、
   凝縮装置（１５）によって互いに隔離可能な処理室（１２）の２つの室内領域（１３，１４）内で部品（１９）の加熱及び冷却を行うことを特徴とする方法。
2. 加熱装置（２０）を用いてほぼ一定の温度で加熱処理し、冷却装置（２５）を用いてほぼ一定の温度で冷却処理することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記はんだ材料搬送台（１９）を加熱する前に、室内領域（１３，１４）を互いに隔離するために、前記凝縮装置（１５）を供給位置から、前記両室内領域を互いに隔離する隔壁位置にずらすことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記凝縮装置（１５）は、少なくとも前記供給位置にある間に冷却されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記凝縮装置（１５）によって冷却室内領域（１４）から隔離された加熱処理領域（１３）内で前記はんだ材料搬送台（１９）を加熱する間に、前記加熱室内領域を真空化することを特徴とする前記請求項１乃至４の何れかに記載の方法。
6. 前記加熱室内領域（１３）を真空にする間に、前記冷却室内領域（１４）及び／又は前記加熱室内領域に保護ガスを入れることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記はんだ材料搬送台（１９）は、前記加熱室内領域（１３）内で前記加熱装置（２０）によって加熱される間、前記加熱装置とその向かい側に配された補助加熱装置（２４）の間に配されることを特徴とする前記請求項の１又は６の何れかに記載の方法。
8. 周囲から封止された処理室と、前記はんだ材料搬送台を加熱する加熱装置と、前記はんだ材料搬送台を冷却する冷却装置を備える、前記請求項１乃至７の何れかに記載の方法を実施する装置であって、
   前記加熱装置（２０）と前記冷却装置（２５）が、凝縮装置（１５）によって互いに隔離可能な２つの室内領域（１３，１４）内にそれぞれ配されることを特徴とする装置。
9. 前記凝縮装置（１５）は、供給位置から前記両室内領域（１３，１４）を互いに隔離する隔壁位置に移動可能に構成されていることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 前記供給位置は、前記処理室の外側に配されることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記凝縮装置（１５）に冷却装置（３６）を設けたことを特徴とする請求項９又は１０に記載の装置。
12. 前記冷却装置（３６）は、少なくとも前記凝縮装置（１５）の前記供給位置にある前記凝縮装置（１５）と連動するよう構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. 前記凝縮装置（１５）は金属製の隔壁装置であることを特徴とする請求項８乃至１２の何れかに記載の装置。
14. 前記凝縮装置（１５）は隔離プレートであることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 前記凝縮装置（１５）を前記隔壁位置に配して、前記処理室（１２）の前記両室内領域（１３，１４）を互いに連通させるべく相互連結するガス流路を形成することを特徴とする請求項８乃至１４の何れかに記載の装置。
16. 前記両室内領域（１３，１４）を互いに連通させるべく相互連結する隔壁ギャップ（３０）が、前記処理室（１２）の、前記隔壁位置に配された前記凝縮装置（１５）と室壁（２３，２９）の間に形成されることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
    

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