JP2015066515A - ギ酸分解用装置、半田付け装置、ギ酸の分解方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ギ酸を安全かつ迅速に処理することが可能なギ酸分解用装置、ギ酸の分解方法、ならびにギ酸分解用装置に充填した触媒の活性度を判定する触媒活性診断方法を提供する。【解決手段】ギ酸を含むガスと、酸素あるいは酸素を含むガスとを、ギ酸分解用触媒の存在下で反応させ、ギ酸を水および二酸化炭素に分解するギ酸の分解方法である。ギ酸を水および二酸化炭素に分解するギ酸分解用装置は、ギ酸分解用触媒を充填したギ酸分解部と、ギ酸分解部にギ酸を含むガスを導入するガス導入管と、ギ酸分解部に酸素あるいは酸素を含むガスを導入するガス導入機構とを備えたものである。触媒活性診断方法では、ギ酸を含むガスと酸素あるいは酸素を含むガスとをギ酸分解部に導入し、ギ酸の分解反応時の発熱による触媒温度の変化を、ギ酸分解部の触媒層に設けた熱電対により測定し、上昇した触媒温度の変化量の大きさから触媒の活性度を判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、ギ酸分解用装置、半田付け装置、ギ酸の分解方法、触媒活性診断方法に関する。

半導体チップ上に半田バンプを形成する際には、パッド上に半田を付着させ、次いで、マッシュルーム形状から半球体形状へ半田バンプの形状を変化させ、次いで、リフローさせて半田接合する。従来の半田付け方法では、均一な半田バンプを形成するために、フラックスを用いて半田の表面酸化膜を除去し、半田バンプ表面を清浄化していた。

しかしながら、フラックスを用いた半田付けでは、フラックスの分解によって、小さな空隙（ボイド）が半田バンプ中に形成されることがある。これらの空隙は、形成された半田接合の電気的及び機械的性質を低下させるだけでなく、半田バンプ付き半導体の平坦性を破壊し、かつ以降の半導体接合工程に影響を及ぼすこともある。分解したフラックスの揮発性物質がリフロー処理装置（半田付け装置）内を汚染する場合もあり、それによってメンテナンスコストが増大することもある。加えて、フラックス残留物がしばしば半導体基板上に残り、金属の腐食を引き起こし、アセンブリの性能を低下させることがある。さらに、リフロー後にフラックス残留物を洗浄除去する方法では、後洗浄という新たな処理工程が加わることで、半田付けに要する時間が増加する。

このため、フラックスを用いない半田付け方法として、半田及び被接合部材である基板や電極等を、ギ酸を用いて還元する方法が知られている（特許文献１〜３等参照）。かかる還元方法では、半田部材が搭載された基板が所定温度に達したとき、半田部材を、ギ酸を含む還元性ガスに晒して表面の酸化膜を除去する還元処理を行った後、溶融処理する。

しかしながら、ギ酸はチャンバー材を腐食させ、腐食物が金属性異物としてチャンバー内の汚染源になり、基板や基板上に搭載された電子部品などに飛散、付着することがあるため、還元処理終了後にギ酸をチャンバー内から除去する必要がある。また、ギ酸は刺激性があるため、チャンバーから回収したギ酸は安全に処理されることが望ましい。

特許文献１に記載された半田付け装置では、加熱室内でギ酸を加熱して気化させ、以下のように分解して水素ガスおよび一酸化炭素ガスを生成し、生成ガスを半田付け装置に供給して酸化膜を還元している。
ＨＣＯＯＨ → Ｈ_２Ｏ ＋ ＣＯ
ＨＣＯＯＨ → Ｈ_２ ＋ ＣＯ_２

特許文献２に記載された半田付け装置では、リフロー完了後に、シールド材やチャンバー材に付着したギ酸雰囲気ガスを、内壁面を覆うように設置したギ酸分解ヒーターで分解処理している。

特許文献３に記載された半田付け装置では、半田付け装置の排気口に、排気ポンプとギ酸回収機構を設置し、排出したギ酸を水またはアルコールに溶解させて回収している。

特開２０１１−０６０８５６号公報（段落［００１６］） 特開２００７−１２５５７８号公報（段落［００４２］〜［００４４］、図４） 特開２００１−２４４６１８号公報（段落［００９０］〜［００９２］、付記３０、図１６）

しかしながら、特許文献１に記載された方法は、酸化膜を水素と一酸化炭素で還元するため、水素の還元開始温度（約２７０℃）以下の融点をもつ鉛フリー半田に対して、半田溶融前に還元処理を行うことができないという問題点がある。

この点、特許文献２、３に記載された方法は、ギ酸（還元開始温度；約１５０℃）を用いるため、比較的低融点の半田にも幅広く用いることができるという利点を有している。しかし、特許文献２の方法では、ギ酸分解後に半田付け装置内に残存する水を除去する必要があり、特許文献３の方法では、回収したギ酸をアルカリで処理しなければならず、いずれの方法もギ酸の処理工程が煩雑である。

本発明は、前記の事情に鑑みてなされたものであり、ギ酸を安全かつ迅速に処理することが可能なギ酸分解用装置、ギ酸の分解方法ならびに半田付け装置を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、上記ギ酸分解用装置に充填した触媒の活性度を判定する触媒活性診断方法を提供することである。

前記課題を解決するため、本発明者等は鋭意検討を重ねた結果、ギ酸を含むガスを、ギ酸分解用触媒の存在下、酸素もしくは空気と反応させることにより、ギ酸を安全かつ迅速に無害化できることを見出し、本発明に到達した。

すなわち、本発明は、以下の通りである。
（１）ギ酸を水および二酸化炭素に分解するギ酸分解用装置であって、ギ酸分解用触媒を充填したギ酸分解部と、ギ酸分解部にギ酸を含むガスを導入するガス導入管と、ギ酸分解部に酸素あるいは酸素を含むガスを導入するガス導入機構と、を備えることを特徴とするギ酸分解用装置。
（２）前記ギ酸分解部が、触媒加熱用ヒーターを備えている前記（１）記載のギ酸分解用装置。
（３）前記ギ酸分解部が、少なくとも上流部１箇所に、触媒温度測定用の熱電対を備えている前記（１）または（２）記載のギ酸分解用装置。
（４）前記ギ酸分解部が、上流部と下流部の少なくとも２箇所に、触媒温度測定用の熱電対を備えている前記（１）または（２）記載のギ酸分解用装置。
（５）前記ギ酸が、表面酸化膜をギ酸で還元処理した半田付け装置から排出される排気ガスに含まれるギ酸である前記（１）〜（４）いずれか記載のギ酸分解用装置。
（６）前記ギ酸を含むガスが、ギ酸、二酸化炭素、水を含有する不活性ガスである前記（５）記載のギ酸分解用装置。
（７）前記酸素を含むガスが、空気である前記（１）〜（６）いずれか記載のギ酸分解用装置。
（８）前記半田付け装置に接続して使用される請求項１〜７いずれか記載のギ酸分解用装置。
（９）前記（１）〜（８）いずれか記載のギ酸分解用装置を備える半田付け装置。
（１０）ギ酸を含むガスと、酸素あるいは酸素を含むガスとを、ギ酸分解用触媒の存在下で反応させ、ギ酸を水および二酸化炭素に分解することを特徴とするギ酸の分解方法。
（１１）前記ギ酸を含むガスと、酸素あるいは酸素を含むガスとを、ギ酸と酸素のモル比（酸素／ギ酸）が１．５以上となるよう混合し、混合ガスを、ギ酸分解用触媒を充填した触媒層を通過させることにより反応させる前記（１０）記載のギ酸の分解方法。
（１２）前記反応温度が、２０〜２００℃の範囲である前記（１０）または（１１）記載のギ酸の分解方法。
（１３）前記（１）〜（８）いずれか記載のギ酸分解用装置を用いる分解方法である前記（１０）〜（１２）いずれか記載のギ酸の分解方法。
（１４）ギ酸分解用触媒を充填したギ酸分解部と、ギ酸分解部にギ酸を含むガスを導入するガス導入管と、ギ酸分解部に酸素あるいは酸素を含むガスを導入するガス導入機構と、を備えたギ酸分解用装置における触媒活性診断方法であって、
ギ酸を含むガスと酸素あるいは酸素を含むガスとをギ酸分解部に導入し、ギ酸の分解反応時の発熱による触媒温度の変化を、ギ酸分解部の少なくとも上流部１箇所に設けた熱電対により測定し、上昇した触媒温度の変化量の大きさから触媒の活性度を判定することを特徴とする触媒活性診断方法。
（１５）ギ酸分解用触媒を充填したギ酸分解部と、ギ酸分解部にギ酸を含むガスを導入するガス導入管と、ギ酸分解部に酸素あるいは酸素を含むガスを導入するガス導入機構と、を備えたギ酸分解用装置における触媒活性診断方法であって、
ギ酸を含むガスと酸素あるいは酸素を含むガスとをギ酸分解部に導入し、ギ酸の分解反応時の発熱による触媒温度の変化を、ギ酸分解部の上流部と下流部の少なくとも２箇所に設けた熱電対により測定し、上昇した触媒温度の変化量の大きさから触媒の活性度を判定することを特徴とする触媒活性診断方法。
（１６）前記触媒温度の変化量が設定値以上のときには、触媒活性が保持されていると判定し、前記触媒温度の変化量が設定値より小さいときには、触媒活性が低下していると判定する前記（１４）または（１５）記載の触媒活性診断方法。

本発明のギ酸分解用装置及びギ酸分解方法は、ギ酸を水と二酸化炭素に迅速に分解することができるので、還元処理にギ酸を用いる半田付け装置に取り付けることで、還元処理後の半田付け装置（チャンバー）内に残存するギ酸を安全に処理することができる。また、ギ酸分解用装置内の触媒を加熱することにより、ギ酸を確実に分解でき、副生する水を蒸発させることで装置内に水滴が溜まることを防止できる。
本発明の触媒活性診断方法は、リアルタイムで触媒の活性度を判定することができるので、未分解のギ酸が大気中に放出されるのを防止できる。２箇所以上に熱電対を設置することで、上流部と下流部の触媒の活性度の違いを判定し、触媒の寿命を予測することができる。さらに、触媒の交換時期を予測できるので、半田付け処理にともなう製品の生産効率を高めることができる。

ギ酸分解用装置の構成図と半田付け装置への適用例を示す図である。 ギ酸分解反応時の触媒活性の説明図である。 ギ酸分解部の概略構成図である。 ギ酸分解用装置の連続運転時の温度変化（触媒活性時）と触媒活性の判定法を説明する概念図である。 ギ酸分解用装置の連続運転時の温度変化を測定した実施例１の結果を示す図である。 実施例１で測定した温度変化をまとめたグラフである。

以下、本発明に係るギ酸分解用装置及びギ酸分解方法について、詳細に説明する。
図１は、本発明のギ酸分解用装置の一例を示す構成図であり、該ギ酸分解用装置を半田付け装置に適用した例を示す図である。図１において、１はギ酸分解用装置、２はギ酸分解用触媒を充填したギ酸分解部、３はギ酸分解部にギ酸を含むガスを導入するガス導入管、４はギ酸分解部にギ酸分解用の酸素あるいは酸素を含むガスを導入するガス導入機構、５はギ酸を含むガスの導入口、６はギ酸分解物の排出口である。ガス導入管３は、流量計８、流量調整弁を有していることが好ましい。

図１に示すギ酸分解用装置１では、ギ酸分解部２内に、ギ酸分解用触媒が充填された触媒層７が形成され、該触媒層７内には、温度測定用の熱電対Ｔが備えられている。ガス導入管３から導入されたギ酸を含むガスは、ガス導入機構４から導入した酸素あるいは酸素を含むガスとともに、ギ酸分解部２に導入され、触媒と接触することで反応し、水と二酸化炭素に分解する。反応式は以下に示され、当該反応は発熱反応である。

ＨＣＯＯＨ ＋ １／２Ｏ_２ → Ｈ_２Ｏ ＋ ＣＯ_２

発熱反応であるが故に、図２に示すように、触媒以外の反応条件を等しくしたとき、触媒の活性が高い場合は反応速度が速くなり、単位時間当りに発生する反応熱が多くなることで触媒温度が上昇し、触媒の活性が低い場合は、単位時間当りに発生する反応熱が少ないために触媒温度の上昇の程度が小さくなる。

ギ酸分解部２に充填する触媒としては、ギ酸を分解できるものであれば公知の触媒を制限なく用いることができ、その種類は特に限定されない。例えば、パラジウム、白金、ルテニウム、ロジウム、イリジウム等の白金族触媒；銅、ニッケルなどの金属触媒；モリブデン、バナジウム、鉄、クロムなどの酸化物触媒；等を挙げることができる。

白金族の触媒としては、パラジウム、白金、ルテニウム、ロジウム、イリジウム等の金属を、活性炭、炭素繊維、活性炭素繊維等の炭素材、シリカ、アルミナ、シリカアルミナ、ゼオライト等の担体に対して、１．８ｇ／Ｌ〜３ｇ／Ｌ担持した触媒が好ましい。

触媒層は、粉状、粒状、顆粒状など任意の形状の触媒を充填する、あるいは、上記の担体をハニカム状、コルゲート状など任意の形状に成形した成形体に白金族触媒を担持させたものを充填することにより、形成することができる。成形体は、分解効率が良く反応速度が大きいうえに、耐久性に優れており、触媒の交換が容易といった利点がある。成形体は、比表面積が大きい多孔質体とすることが好ましく、ギ酸を迅速かつ確実に分解するためには、成形体の比表面積が２００ｃｍ^２／ｇ以上であることが好ましい。

ギ酸が分解反応を開始する前の触媒の温度は、特に限定されないが、温度が高い方が分解速度は速くなる。ただし、高温になると装置が大型化し、５００℃を超えると触媒が劣化する可能性があるため、好ましくは２０〜２００℃の範囲、より好ましくは５０〜１００℃の範囲とし、一定の温度に調整しておくのが良い。

また、ギ酸と、酸素あるいは酸素を含むガスとの反応は、常圧下で十分であるが加圧下あるいは減圧下で行っても良い。ギ酸と酸素のモル比（酸素／ギ酸）は１．５以上が好ましく、使用される触媒の種類、反応条件、コストなどを勘案して適宜選択され、上限はない。なお、ギ酸と、酸素あるいは酸素を含むガスとの反応は、回分式、半回分式あるいは連続式のいずれの方法であっても良い。

本発明のギ酸分解用装置は、ギ酸を還元剤として用いる半田付け装置（以下、チャンバーという。）１０におけるギ酸処理装置として、好ましく用いることができる。この場合、図１に示すように、チャンバー１０内で、半田や被接合部材の表面酸化膜をギ酸で還元処理した後に排出される排気ガス（ＨＣＯＯＨ，ＣＯ_２，Ｈ_２Ｏを含む混合ガス）を、ギ酸分解用装置のガス導入口５からガス導入管３内に導入し、酸素あるいは酸素を含むガスとともに、ギ酸分解部２に導入し、ギ酸分解部２を通過させながら反応させた後、排気口６から排出するだけで良い。チャンバー１０から排出される排気ガスは、ギ酸、二酸化炭素、水を含む不活性ガスが好ましい。不活性ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどが挙げられるが、入手のし易さでは窒素ガスが好ましい。

排気ガスの温度は、還元処理に用いる半田の種類など還元処理条件によって異なるが、一般的には、１５０℃以上、半田融点以下である。本発明では、排気ガスを特に加熱することなくギ酸分解部２に導入するのが良い。半田は、鉛半田、鉛フリー半田のいずれでも良い。

ガス導入機構４は、酸素あるいは酸素を含むガス（コスト、供給面で空気が好ましい）の導入口、流量調整弁、流量計などを備えたものが好ましく用いられる。流量調整弁および流量計により、チャンバー１０から真空ポンプ１１を介してギ酸分解用装置１内に導入する排気ガス量に応じて、酸素のモル比を調整するのが良い。

本発明のギ酸の分解方法では、ギ酸を含むガスと、酸素あるいは酸素を含むガスとを、ギ酸分解用触媒の存在下で反応させることにより、ギ酸を水と二酸化炭素に分解することができる。ギ酸を含むガスとギ酸分解用の酸素あるいは酸素を含むガス（空気など）は、別々にギ酸分解部に導入することも可能であるが、両者を混合した後、混合ガスとしてギ酸分解部に導入する方が、反応の均一性を高めることができ、ガスの流量調整も容易であることから好ましい。

また、触媒は未加熱でも反応は進行するが、加熱触媒を用いることが好ましい。触媒を加熱することにより、ギ酸を確実に二酸化炭素と水に分解することができるとともに、副生する水を蒸発させてガス化できるため、排気口６を介して、確実に装置外へ排出することができる。

ギ酸を含むガスおよび酸素あるいは酸素を含むガスの導入量は、分解反応に供するギ酸の濃度、使用される触媒の種類、反応温度などを勘案して適宜選択されれば良く、特に制限はない。分解速度を良好な状態に維持するには、これらのガスの導入量に応じて触媒量を変えることが望ましい。また、ギ酸を含むガス中のギ酸量は、特に限定されない。

本発明のギ酸分解用装置は、ギ酸を還元剤として用いる半田付け装置に接続して用いることができ、この場合のギ酸分解処理は、回分式、半回分式、連続式のいずれであっても良い。ただし、経時で触媒活性が低下することがある。

そのため、本発明の触媒活性診断方法では、ギ酸分解用触媒を充填したギ酸分解部と、前記ギ酸分解部にギ酸を含むガスを導入するガス導入管と、前記ギ酸分解部に酸素あるいは酸素を含むガスを導入するガス導入機構と、を備えたギ酸分解用装置の触媒活性診断方法であって、ギ酸を含むガスと酸素あるいは酸素を含むガスとをギ酸分解部に導入し、ギ酸の分解反応時の発熱による触媒温度の変化を熱電対により測定し、上昇した温度変化量の大きさから、触媒の活性度を判定する。つまり、図２に示すように、ギ酸を含むガスの導入開始から導入終了までの温度を測定し、触媒温度の変化量（ΔＴ）を求めることにより、触媒の活性度を判定する。

したがって、熱電対を少なくとも触媒層の上流部１箇所に設け、触媒温度の変化量（ΔＴ）を求めることで、触媒の活性度を判定することができる。また、触媒層の上流部と下流部の少なくとも２箇所に設け、各熱電対で測定した触媒温度の変化量（ΔＴ）を対比することで、触媒層全体の触媒の活性度を判定することができる。

触媒温度の変化量（ΔＴ）は、導入されるギ酸量および触媒活性と相関するので、導入するガスのギ酸含有量が多い程大きく、また、触媒活性が高い程大きくなる傾向がある。 ガス中のギ酸含有量が同じであっても、ガスの流量によって、触媒温度の変化量（ΔＴ）は影響されるので、触媒の活性度の判定精度を高めるためには、触媒層を通過するガスの流量（ギ酸を含むガスと酸素あるいは酸素を含むガスの合計量）の変動幅が０．２Ｌ／ｍｉｎ以内になるよう調整することが好ましい。

そして、触媒温度の変化量（ΔＴ）が設定値より大きいときには触媒活性が保持されていると判定し、触媒温度の変化量（ΔＴ）が設定値より小さいときには触媒活性が低下していると判定する。触媒活性が低下したと判定された時には、装置アラームが作動するように設定しておけば、触媒温度の変化量（ΔＴ）を絶えず監視しなくても触媒の交換時期を知ることができる。

本発明のギ酸分解用装置には、本発明の触媒活性診断方法を適用することが好ましい。 図３は、本発明の触媒活性診断方法を適用するのに好適なギ酸分解用装置のギ酸分解部２周辺の概略構成図である。図３において、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３はギ酸分解部２内の触媒層７内に挿入される熱電対であり、Ｔ１は触媒層７の上流部、Ｔ２は触媒層７の中程、Ｔ３は触媒層７の下流部に、それぞれ設置される。

熱電対Ｔを触媒層の上流部と下流部の少なくとも２箇所に設置した場合は、ギ酸を含むガスと酸素もしくは酸素を含むガスが、ギ酸分解部２に流入すると、先ず上流部の触媒に接触した後、下流部の触媒に接触するので、上流部の触媒はギ酸と酸素の反応熱によって温度上昇が生じる。次いで、中程の触媒から下流部の触媒へとガスが流入していくに連れて、ギ酸量が減少し、その結果反応熱が小さくなるため、触媒温度の上昇幅は減少する。このように、上流部の触媒の触媒活性と下流部の触媒の触媒活性とを対比することができるため、例えば上流部では触媒活性が低下していても、下流部では触媒活性が低下していないことなどを簡単に判定できる。尚、熱電対Ｔ２は、必須ではないが、設置することにより触媒活性の測定点が増え、より緻密に触媒活性を判定できる。熱電対は、必要に応じて３個以上設置しても構わない。

熱電対による温度測定値は、入力値としてデータ処理装置に送られた後、該データ処理装置において、各測定点の触媒温度の変化量（ΔＴ）が算出される。触媒温度の変化量（ΔＴ）が設定値以上のときには、触媒活性が保持されていると判定し、触媒温度の変化量（ΔＴ）が設定値より小さいときには、触媒活性が落ちている（装置アラーム）と判定する。設定値は、処理対象となるガス中のギ酸濃度、ガスの流量、コスト、酸素流量、触媒層の加熱温度、触媒層の構造、触媒の種類などを勘案して、適宜設定することができる。

以上は、熱電対による触媒温度の変化量を判定する診断方法の一例であるが、熱電対を用いて、反応熱量を測定することで触媒活性度を判定することも可能である。また、ギ酸を含むガスには、窒素ガスなどの不活性ガスやギ酸以外に、アルデヒド等のガス類が含まれていても構わない。

以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。

（試験方法）
図１に示す装置で、チャンバー１０の容量が２０Ｌ、ギ酸分解部２に１Ｌの触媒を充填した装置を用いて試験を行った。なお、ギ酸分解部２には、図３に示すように、触媒層の上流、中間、下流の３箇所に熱電対Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を設置した。触媒としては、粒状のアルミナにＰｔを１．８ｇ／Ｌ担持したＰｔ／アルミナ触媒を用いた。触媒活性を判定するために、活性を低下させた触媒も一部併用して試験を行った。

試験方法は以下の通りである。バルブ２０およびバルブ２１を閉じた状態で、真空ポンプ１１を稼働させ、分解用エアーを導入機構４を介して流すとともに、ギ酸分解部２の触媒をヒーター（図示せず）で１００℃まで加熱して試験準備を完了する。そして、バルブ２０を開き、流量計２２を介して、ギ酸を含むガスを２０Ｌ／分の流速でチャンバー１０に導入する。チャンバー１０内にギ酸を含むガスが導入され次第、バルブ２０を閉じ、バルブ２１を開いて、真空ポンプ１１によりチャンバー１０内のギ酸を含むガスを排気し、ギ酸分解部２にギ酸を含むガスと分解用エアーを流通させてギ酸を分解し、この間の触媒層の上流、中間および下流の温度を、それぞれ熱電対Ｔ１、Ｔ２およびＴ３で測定する。チャンバー１０内のガスが全て排気されたらバルブ２１を閉じて１サイクルの試験を終了し、当該サイクルを繰り返しながら、熱電対Ｔ１、Ｔ２およびＴ３で温度を測定する。

ギ酸を含むガスとしては、ギ酸ガスに窒素ガスを混合し、混合ガス中のギ酸濃度が３％になるように調整した混合ガスを用いた。分解用エアーとしては空気を使用した。

真空ポンプ１１の排気量は１２０Ｌ／分、分解用エアーの流量は３０Ｌ／分に設定して試験を行った。したがって、ギ酸分解部２を流通するギ酸の量は３．６Ｌ／分、分解用エアー中の酸素の量は６．３Ｌ／分（空気中の酸素濃度２１％として）であり、酸素とギ酸のモル比は、酸素／ギ酸＝１．７５であった。

（触媒活性の判定方法）
図４に示すように、熱電対Ｔ１、Ｔ２およびＴ３で測定した触媒温度の状況より触媒活性の判定を行う。図４は、触媒温度の変化を示す概念図であり、ギ酸分解部２に導入されたギ酸は、触媒層の上流部で大部分が分解され、上流部の熱電対Ｔ１で測定した触媒温度はギ酸ガスの導入とともに大きく上昇し、ギ酸ガスの通過が終了すると分解用エアーで冷却されることになる。触媒層の上流部で大部分のギ酸が分解されるため、触媒層の中間部に到達するギ酸の量は上流部に比べて少ないため、熱電対Ｔ２で測定される触媒温度の上昇の程度は小さい。そして、触媒層の下流部にはギ酸はほとんど到達しないため、熱電対３で測定される触媒の温度はほとんど変化しないことがわかる。そして、触媒の温度変化量（図４におけるΔＴ）が、予め設定した値を下回った場合には、触媒活性が低下したと判定する。

（実施例１）
触媒として、粒状アルミナにＰｔを１．８ｇ／Ｌ担持したＰｔ／アルミナ触媒を使用した。新しく調製した触媒１Ｌをギ酸分解部２に充填して触媒層を調製し、前記試験法にしたがって試験を行った（試験（ａ）とする）。

次に、一部触媒活性が低下した触媒３３０ｍｌを準備し、ギ酸分解部２の上部１／３の部分に充填し（下部２／３は試験（ａ）に用いた新しく調製した触媒を充填）、前記試験法にしたがって試験を行った（試験（ｂ）とする）。

さらに、触媒活性が完全に失われた触媒３３０ｍｌを準備し、ギ酸分解部２の上部１／３の部分に充填し（下部２／３は試験（ａ）に用いた新しく調製した触媒を充填）、前記試験法にしたがって試験を行った（試験（ｃ）とする）。

試験（ａ）、試験（ｂ）および試験（ｃ）において、熱電対Ｔ１、Ｔ２およびＴ３で測定した触媒層の上流部、中間部および下流部の温度の変化を図５に示す。なお、図５では、４サイクル目までの結果を示している。

また、図５に示す温度の測定結果から求めた触媒温度の変化量（ΔＴ）の値を図６にまとめた。図６において、Ｔ１と記載したグラフは、触媒層の上流部の各試験（ａ）、（ｂ）、（ｃ）での触媒温度の変化量を表す。同じく、Ｔ２と記載したグラフは触媒層の中間部、Ｔ３と記載したグラフは触媒層の下流部での各試験（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の触媒温度の変化量を表している。

図５あるいは図６より、十分な触媒活性を有する新品の触媒を用いた試験（ａ）の場合には、ギ酸分解部２に導入されたギ酸は触媒層の上流部でほぼ分解され、触媒層の中間部以降には到達しないことがわかる。触媒層の上流部に、一部活性が低下した触媒を用いた試験（ｂ）の場合には、触媒層の上流部ではギ酸は完全には分解できず、一部が中間部に到達することがわかる。そして、触媒層の上流部に、活性が完全に失われた触媒を用いた試験（ｃ）の場合には、触媒層の上流部ではギ酸の分解は殆ど起こらず、ギ酸は触媒層の中間部で分解されることがわかる。

本発明によるギ酸分解用装置およびギ酸分解方法は、半導体装置の半田付け工程で用いた還元性ガスの処理装置および処理方法として、好適に利用できる。

１ ギ酸分解用装置
２ ギ酸分解部
３ ガス導入管
４ ガス導入機構
５ ガス導入口
６ 排気口
７ 触媒層
８ 流量計
１０ チャンバー
１１ 真空ポンプ
２０、２１ バルブ
２２ 流量計

本発明は、ギ酸分解用装置、半田付け装置、ギ酸の分解方法に関する。

本発明は、前記の事情に鑑みてなされたものであり、ギ酸を安全かつ迅速に処理することが可能なギ酸分解用装置、ギ酸の分解方法ならびに半田付け装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明は、以下の通りである。
（１）表面酸化膜をギ酸で還元処理した半田付け装置から排出される排気ガスに含まれるギ酸を、水と二酸化炭素に分解するギ酸分解用装置であって、
担体（炭素材を除く）に白金族金属を担持した触媒を充填したギ酸分解部と、
前記ギ酸分解部に前記半田付け装置からギ酸を含む排気ガスを導入するガス導入管と、
前記ギ酸分解部に酸素あるいは酸素を含むガスを導入するガス導入機構と、を備え、
前記半田付け装置に接続して使用されることを特徴とするギ酸分解用装置。
（２）前記ギ酸分解部が、触媒加熱用ヒーターを備えている前記（１）記載のギ酸分解用装置。
（３）前記ギ酸分解部が、少なくとも上流部１箇所に、触媒温度測定用の熱電対を備えている前記（１）または（２）記載のギ酸分解用装置。
（４）前記ギ酸分解部が、上流部と下流部の少なくとも２箇所に、触媒温度測定用の熱電対を備えている前記（１）または（２）記載のギ酸分解用装置。
（５）前記ギ酸を含む排気ガスが、ギ酸、二酸化炭素、水を含有する不活性ガスである前記（１）〜（４）いずれか記載のギ酸分解用装置。
（６）前記酸素を含むガスが、空気である前記（１）〜（５）いずれか記載のギ酸分解用装置。
（７）前記（１）〜（６）いずれか記載のギ酸分解用装置を備える半田付け装置。
（８）表面酸化膜をギ酸で還元処理した半田付け装置から排出されるギ酸を含む排気ガスと、酸素あるいは酸素を含むガスとを、ギ酸と酸素のモル比（酸素／ギ酸）が１. ５以上となるよう混合し、当該混合ガスを、担体（炭素材を除く）に白金族金属を担持した触媒の存在下で反応させ、ギ酸を水および二酸化炭素に分解することを特徴とするギ酸の分解方法。
（９）前記混合ガスを、担体（炭素材を除く）に白金族金属を担持した触媒を充填した触媒層を通過させることにより反応させる前記（８）記載のギ酸の分解方法。
（１０）前記反応温度が、２０〜２００℃の範囲である前記（８）または（９）記載のギ酸の分解方法。
（１１）前記ギ酸を含む排気ガスが、ギ酸、二酸化炭素、水を含有する不活性ガスである前記（８）〜（１０）いずれか記載のギ酸の分解方法。
（１２）前記（１）〜（６）いずれか記載のギ酸分解用装置を用いる分解方法である前記（８）〜（１１）いずれか記載のギ酸の分解方法。

白金族の触媒としては、パラジウム、白金、ルテニウム、ロジウム、イリジウム等の金属を、シリカ、アルミナ、シリカアルミナ、ゼオライト等の担体に対して、１．８ｇ／Ｌ〜３ｇ／Ｌ担持した触媒が好ましい。

Claims (16)

1. ギ酸を水および二酸化炭素に分解するギ酸分解用装置であって、
   ギ酸分解用触媒を充填したギ酸分解部と、
   ギ酸分解部にギ酸を含むガスを導入するガス導入管と、
   ギ酸分解部に酸素あるいは酸素を含むガスを導入するガス導入機構と、を備えることを特徴とするギ酸分解用装置。
2. 前記ギ酸分解部が、触媒加熱用ヒーターを備えている請求項１記載のギ酸分解用装置。
3. 前記ギ酸分解部が、少なくとも上流部１箇所に、触媒温度測定用の熱電対を備えている請求項１または２記載のギ酸分解用装置。
4. 前記ギ酸分解部が、上流部と下流部の少なくとも２箇所に、触媒温度測定用の熱電対を備えている請求項１または２記載のギ酸分解用装置。
5. 前記ギ酸が、表面酸化膜をギ酸で還元処理した半田付け装置から排出される排気ガスに含まれるギ酸である請求項１〜４いずれか記載のギ酸分解用装置。
6. 前記ギ酸を含むガスが、ギ酸、二酸化炭素、水を含有する不活性ガスである請求項５記載のギ酸分解用装置。
7. 前記酸素を含むガスが、空気である請求項１〜６いずれか記載のギ酸分解用装置。
8. 前記半田付け装置に接続して使用される請求項１〜７いずれか記載のギ酸分解用装置。
9. 請求項１〜８いずれか記載のギ酸分解用装置を備える半田付け装置。
10. ギ酸を含むガスと、酸素あるいは酸素を含むガスとを、ギ酸分解用触媒の存在下で反応させ、ギ酸を水および二酸化炭素に分解することを特徴とするギ酸の分解方法。
11. 前記ギ酸を含むガスと、酸素あるいは酸素を含むガスとを、ギ酸と酸素のモル比（酸素／ギ酸）が１．５以上となるよう混合し、混合ガスを、ギ酸分解用触媒を充填した触媒層を通過させることにより反応させる請求項１０記載のギ酸の分解方法。
12. 前記反応温度が、２０〜２００℃の範囲である請求項１０または１１記載のギ酸の分解方法。
13. 請求項１〜８いずれか記載のギ酸分解用装置を用いる分解方法である請求項１０〜１２いずれか記載のギ酸の分解方法。
14. ギ酸分解用触媒を充填したギ酸分解部と、ギ酸分解部にギ酸を含むガスを導入するガス導入管と、ギ酸分解部に酸素あるいは酸素を含むガスを導入するガス導入機構と、を備えたギ酸分解用装置における触媒活性診断方法であって、
    ギ酸を含むガスと酸素あるいは酸素を含むガスとをギ酸分解部に導入し、ギ酸の分解反応時の発熱による触媒温度の変化を、ギ酸分解部の少なくとも上流部１箇所に設けた熱電対により測定し、上昇した触媒温度の変化量の大きさから触媒の活性度を判定することを特徴とする触媒活性診断方法。
15. ギ酸分解用触媒を充填したギ酸分解部と、ギ酸分解部にギ酸を含むガスを導入するガス導入管と、ギ酸分解部に酸素あるいは酸素を含むガスを導入するガス導入機構と、を備えたギ酸分解用装置における触媒活性診断方法であって、
    ギ酸を含むガスと酸素あるいは酸素を含むガスとをギ酸分解部に導入し、ギ酸の分解反応時の発熱による触媒温度の変化を、ギ酸分解部の上流部と下流部の少なくとも２箇所に設けた熱電対により測定し、上昇した触媒温度の変化量の大きさから触媒の活性度を判定することを特徴とする触媒活性診断方法。
16. 前記触媒温度の変化量が設定値以上のときには、触媒活性が保持されていると判定し、前記触媒温度の変化量が設定値より小さいときには、触媒活性が低下していると判定する請求項１４または１５記載の触媒活性診断方法。
    

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