JP2015150612A - リフロー装置及びリフロー方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】赤外線加熱方式を用いたリフロー装置の省エネルギー化を実現する。
【解決手段】SnめっきまたはSn合金が施された基材Sを走行させながら基材Sに対してリフロー処理を行うリフロー装置1において、基材Sを加熱してSnまたはSn合金めっき層を溶融させるリフロー処理部5を備え、リフロー処理部5には、基材Sに赤外線を照射する複数の赤外線ヒーター8を備えた第1のヒーター部5aと、基材Sに赤外線を照射する赤外線ヒーター8を備えた第2のヒーター部5bとが設けられ、第1のヒーター部5aにおいては、各赤外線ヒーター8の長手方向が基材Sの進行方向Tに沿うようにして、各赤外線ヒーター8が基材Sの幅方向Wに沿って並列に配置され、第2のヒーター部5bにおいては、赤外線ヒーター8の長手方向が基材Sの幅方向Wに沿うように配置され、各赤外線ヒーター8は、それぞれ独立して作動するように構成されている。
【選択図】図1
【解決手段】SnめっきまたはSn合金が施された基材Sを走行させながら基材Sに対してリフロー処理を行うリフロー装置1において、基材Sを加熱してSnまたはSn合金めっき層を溶融させるリフロー処理部5を備え、リフロー処理部5には、基材Sに赤外線を照射する複数の赤外線ヒーター8を備えた第1のヒーター部5aと、基材Sに赤外線を照射する赤外線ヒーター8を備えた第2のヒーター部5bとが設けられ、第1のヒーター部5aにおいては、各赤外線ヒーター8の長手方向が基材Sの進行方向Tに沿うようにして、各赤外線ヒーター8が基材Sの幅方向Wに沿って並列に配置され、第2のヒーター部5bにおいては、赤外線ヒーター8の長手方向が基材Sの幅方向Wに沿うように配置され、各赤外線ヒーター8は、それぞれ独立して作動するように構成されている。
【選択図】図1
Description
本発明は、Sn(錫)またはSn合金めっきが施された被処理材のリフロー装置及びリフロー処理に関する。
自動車や各種電気機器及び各種電子機器等の電気配線に用いられる端子等を製造する際には、基材(例えば銅や銅合金から成る条材、プレス等で所定形状に加工された打ち抜かれた条材(打抜き材)等)にSnめっきが施されたものが材料として使用される。また、Pbフリーはんだを使用する場合においても、はんだ濡れの信頼性を高くするために、端子の側面(プレスの破断面)にもめっきが形成される打抜き材へのめっき処理の必要性が高まってきている。一般に、基材にSnめっきが施される場合にはウィスカーの発生を防止するために、Snめっきが施された基材に対してリフロー処理が行われる。リフロー処理とは、基材を加熱して、基材に形成されたSnめっき層を一旦溶融させた後凝固することで、Snめっき層内の残留応力を除去する処理である。
従来のリフロー装置としては、例えば特許文献1〜4に記載された装置が知られている。特許文献1には、銅条材を走行させながらSnめっきとリフロー処理とを連続的に行う装置が開示されている。特許文献2には、Snめっきが施された接続端子を加熱トンネルと冷却トンネルに順に通過させることでリフロー処理を行う装置が開示されている。特許文献3には、基材の加熱手段として異なる2つの加熱方式を併用するリフロー装置が開示されている。特許文献4には、基材の加熱手段としてハロゲンヒーター等の赤外線ヒーターを用いるリフロー装置が開示されている。
このように、リフロー装置には様々な形態のものが存在する。また、リフロー処理時における基材の加熱方式としては、特許文献2や特許文献3に開示された熱風加熱方式、特許文献3や特許文献4に開示された赤外線加熱方式があり、その他にはガスバーナーによる直火加熱方式もある。
上記加熱方式のうち、熱風加熱方式は、基材に熱風を当てて加熱を行うため、熱風の風速が速い場合には、熱風の衝突によって溶融したSnめっき層の膜厚のバラつきが大きくなる恐れがある。これにより、製品品質に悪影響を与えることになってしまう。また、熱風加熱方式は熱風の対流制御が容易ではないため、Snめっき層を均一に加熱することができず、溶けムラが生じることにより基材表面の光沢度を均一にすることができない場合がある。
また、直火加熱方式は、基材の端部が焼けやすいために、光沢度の面内バラつきやロット間バラつきが大きくなり、外観均一性が良くない。また、打抜き材ではめっき厚さなどの面内バラつきが増大し、更に均一性が悪くなる。
これに対して、赤外線加熱方式は、熱風加熱方式や直火加熱方式が抱える上記問題点を有しておらず、熱風加熱方式や直火加熱方式に比べて、外観均一性や膜厚均一性を良好な状態にすることができる。
しかしながら、特許文献3の図2や特許文献4の図3に示すように、従来の赤外線加熱方式のリフロー装置では、搬送される基材の幅方向(図の紙面に対して垂直な方向)に沿うように赤外線ヒーターが配置されていた。このような配置でヒーターを作動させた場合、幅方向に伸びるヒーターの発熱体全体から基材表面に向けて赤外線が照射されることになり、搬送される基材の幅が狭い場合には、基材の存在しない部分に赤外線が照射されることになってしまう。即ち、基材の昇温に寄与しない部分に対して赤外線が照射される状態となり、赤外線ヒーターに投入されるエネルギーが無駄になってしまう。
また、赤外線ヒーターが搬送される基材の幅と同等の幅を有していても、基材に施されたSnめっきが所謂ストライプめっきであった場合には、基材上のSnめっき層が形成されていない部分に赤外線が照射されることになり、赤外線ヒーターに投入されるエネルギーが無駄になってしまう。
以上の点に加え、赤外線加熱方式は、熱風加熱方式や直火加熱方式よりもランニングコストが高いといった問題もあり、赤外線ヒーターに投入されるエネルギーは可能な限り低減することが求められる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、赤外線加熱方式を用いたリフロー装置の省エネルギー化を実現することを目的とする。
上記課題を解決する本発明は、SnまたはSn合金めっきが施された基材を走行させながら前記基材に対してリフロー処理を行うリフロー装置であって、前記基材を加熱してSnまたはSn合金めっき層を溶融させるリフロー処理部を備え、前記リフロー処理部には、前記基材に赤外線を照射する複数の赤外線ヒーターを備えた第1のヒーター部と、前記基材に赤外線を照射する赤外線ヒーターを備えた第2のヒーター部とが設けられ、前記第1のヒーター部においては、各赤外線ヒーターの長手方向が前記基材の進行方向に沿うようにして、各赤外線ヒーターが前記基材の幅方向に沿って並列に配置され、前記第2のヒーター部においては、赤外線ヒーターの長手方向が前記基材の幅方向に沿うように配置され、各赤外線ヒーターは、それぞれ独立して作動するように構成されていることを特徴とする。
本発明によれば、基材の材質やサイズ等のリフロー処理条件に基づいて、複数の赤外線ヒーターを選択的に作動させることができる。また、第1のヒーター部と第2のヒーター部を組み合わせることで、熱量の供給量を増加させることができるため、基材の材質やサイズ等が異なり熱容量が変わっても多くの場合は基材の走行速度を変更せず(小さくすることなし)に基材を所定の温度まで昇温することができる。
また、別の観点における本発明は、Snめっきが施された基材を走行させながら前記基材に対してリフロー処理を行うリフロー方法であって、赤外線ヒーターで前記基材を加熱してSnめっき層を溶融させる際に、複数の赤外線ヒーターの長手方向を前記基材の進行方向に沿わせるようにして、各赤外線ヒーターを前記基材の幅方向に沿って並列に配置した第1のヒーター部と、各赤外線ヒーターの長手方向を前記基材の幅方向に沿わせるようにして、各赤外線ヒーターを前記基材の進行方向に沿って並列に配置した第2のヒーター部にある複数の赤外線ヒーターの中から、リフロー処理条件に基づいて、作動させる赤外線ヒーターを選択し、選択した赤外線ヒーターで前記基材を加熱することを特徴とする。
本発明によれば、基材の材質やサイズ等のリフロー処理条件に基づいて、複数の赤外線ヒーターを選択的に作動させることができる。これにより、基材の昇温に寄与しない赤外線ヒーターへ投入するエネルギーを節約することができる。即ち、赤外線加熱方式を用いたリフロー装置の省エネルギー化を実現することができる。
以下、本発明の実施形態について、Sn(錫)めっきが施された基材に対してリフロー処理を行うリフロー装置に基づいて説明する。また、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
本実施形態においては、基材としてCu(銅)またはCu合金等から成る銅条材(以下、単に「条材」という)を用いる。また、条材は、リフロー装置の上流工程において、表面に下地めっきとしてNi(ニッケル)めっきが施され、Niめっき層の上にSnめっきが施された状態にある。なお、条材の板厚は、0.1〜1.0mm程度、幅は30〜300mm程度であることが好ましい。また、Snめっきの厚さは0.5〜10μm程度、Niめっきの厚さは0.5〜2μm程度であることが好ましい。
また、本発明のリフロー処理を施すめっきは、Snめっき、またはSn合金めっき(半田めっき)が適用される。
また、本発明のリフロー処理を施すめっきは、Snめっき、またはSn合金めっき(半田めっき)が適用される。
図1に示すように、本実施形態におけるリフロー装置1は、条材表面に残存する余分な処理液等を除去する液切り部2、条材Sを予熱する予熱部3、リフロー処理直前の条材Sの温度を均一にする均一予熱部4、条材Sを加熱してSnめっき層Pを溶融させるリフロー処理部5、条材Sを冷却する冷却部6、各部の動作を制御する制御部7から構成される。アンコイラー(不図示)でコイル状から帯状にほどかれた条材Sは、条材Sの幅方向Wが鉛直方向に沿うような向きで固定され、進行方向Tに沿って一定の走行速度(ラインスピード)で上記各部を通過していく。
予熱部3は、条材Sを加熱する図示しないヒーター(セラミックヒーター等)を備えており、走行する条材Sを所定の温度まで加熱する。均一予熱部4は、走行する条材Sの温度を測定する図示しない温度測定器(放射温度計等)と、条材Sの温度測定結果に基づいて条材Sの温度を均一に調整する加熱手段を有している。
均一予熱部4においては、条材Sがリフロー処理部5に移行する前の温度を所定の温度にするために、均一予熱部4に備えられたヒーター(不図示)で条材Sを加熱することができ、温度測定器で温度をチェックすることができる。なお、均一予熱部4では材料サイズや材質(成分)によらず温度が一定になるように予熱ヒーターの出力を調整する、或いは条材Sの走行速度を上げて調整する。すなわち、均一予熱部4の温度測定器で条材Sの温度を測定し、前記ヒーターや条材の走行速度の制御により所定の温度範囲となるように調整する。
リフロー処理部5は、条材Sを加熱する第1のヒーター部5aと、第2のヒーター部5bとを備えており、第1のヒーター部5aと第2のヒーター部5bは、進行方向Tに沿って順に設けられている。第1のヒーター部5aには、12本の赤外線ヒーター8(ハロゲンヒーター、カーボンヒーター等)が設けられ、第2のヒーター部5bには、6本の赤外線ヒーター8が設けられている。図2に示すように、各赤外線ヒーター8は、走行する条材Sを挟み込むように配置されている。即ち条材Sを挟んで第1のヒーター部5aは6本ずつ、第2のヒーター部5bは3本ずつの赤外線ヒーター8が配置されている。
なお、本明細書における「赤外線ヒーター(ユニット)」は、略直方体形状の筐体を有し、その筐体の中に発熱体9を備えた構成であることを前提とする。また、石英管内部の高温フィラメントから放射される光を熱として利用する赤外線ランプヒータを用いたものが、被加熱対象物のみをスピーディーに効率よく加熱することが可能であり好ましい。また、各赤外線ヒーター8は、全て同一の製品を使用しても良いし、第1のヒーター部5aと第2のヒーター部5bで異なる製品を使用しても良い。また、本発明の赤外線は近赤外域の範囲でもよく、短波長ほどSnめっき面への吸収率が高くなるため、効率面ではピーク波長が2μm以下の近赤外ヒーターを使用することがより好ましい。
リフロー処理部5の第1のヒーター部5aにおいては、各赤外線ヒーター8の長手方向が条材Sの進行方向Tに沿うようにして、各赤外線ヒーター8が条材Sの幅方向Wに沿って積み上げられるように並列に配置されている。また、第2のヒーター部5bにおいては、各赤外線ヒーター8の長手方向が条材Sの幅方向Wに沿うようにして、各赤外線ヒーター8が条材Sの進行方向Tに沿って並列に配置されている。また、各赤外線ヒーター8は、それぞれ独立して作動するように構成されている。
冷却部6は、走行する条材Sを冷却する空冷手段(不図示)や水冷手段(不図示)を備えており、リフロー処理部5において溶融したSnめっき層Pを冷却して凝固・再結晶させる。
制御部7は、入力されたリフロー処理条件、例えば条材Sの材質やサイズ、条材Sが走行する位置(本実施形態においては走行する高さ)、条材表面のSnめっき層Pの形成位置、各部の大気温度、均一予熱部4に設けられた温度測定器(不図示)による条材Sの温度測定値等に基づいて、条材Sの走行速度、予熱部3のヒーター出力、均一予熱部4の均熱手段、冷却部6における冷却能力等を制御する。さらに、入力されたリフロー処理条件に基づいて、第1のヒーター部5a及び第2のヒーター部5bに設けられた複数の赤外線ヒーター8の中から、条材Sを加熱するのに適した赤外線ヒーター8を選択する制御も行う。また、選択された赤外線ヒーター8の出力も制御する。
リフロー装置1は、以上のように構成されている。次に、リフロー装置1を用いたリフロー方法について説明する。
まず、走行する条材Sは、条材表面に残存した余分な処理液等が液切り部2で除去され、予熱部3に到達する。走行する条材Sは、予熱部3を通過する間に150℃程度まで加熱される。
その後、走行する条材Sは均一予熱部4に到達し、均一予熱部4に設けられた温度測定器により条材Sの温度が測定される。そして、条材Sは、その温度測定結果に基づいて、均一予熱部4に設けられた均熱手段により均熱化される。これにより、均一予熱部4の出側の条材Sは、150℃±30℃の範囲内で均熱状態となる。
仮に、図示しない温度測定器による条材Sの温度測定結果が、上記温度範囲より低い場合は、均一予熱部4に設けられた図示しないヒーターで加熱して所定の範囲内とする。それでも所定の温度範囲に達しない場合は、条材Sの走行速度(ラインスピード)を小さくして、予熱部3における加熱(予熱)時間を長くしたり、予熱部におけるヒーターの出力を大きくして、所定の温度範囲になるように制御する。逆に、上記所定の温度範囲より高い場合は、予熱ヒーターの出力を下げるか条材Sの走行速度を大きくすれば良い。条材Sの走行速度は生産性に直結するため、不具合がない限りは速度を大きくする方向で制御するのが好ましい。
続いて、走行する条材Sはリフロー処理部5に到達する。リフロー処理部5では、条材Sの幅に基づいて作動する赤外線ヒーター8が切り替わる。図3は、条材Sの幅が広い場合の各赤外線ヒーター8の作動例を示す図である。なお、図3において、各赤外線ヒーター8内に図示された実線は発熱体9が発熱している状態を示しており、破線は発熱体9が発熱していない状態を示している。即ち、実線は赤外線ヒーター8が作動している状態を示し、破線は赤外線ヒーター8が作動していない状態を示している。
図3に示すように、条材Sの幅が広い場合には、第1のヒーター部5aの全ての赤外線ヒーター8を作動させて条材Sを加熱する。なお、第2のヒーター部5bの赤外線ヒーター8は作動していない。
一方で、図4に示すように、条材Sの幅が狭い場合には、第1のヒーター部5aの各赤外線ヒーター8のうち、条材Sが通過する中央の片側4本(条材Sの両側で計8本)の赤外線ヒーター8のみを作動させ、条材Sが通過しない(存在しない)両端の片側2本(条材Sの両側で計4本)の赤外線ヒーター8については作動させない。また、例えば、図5に示すように、条材Sの幅が狭い場合であって、かつ、条材Sの走行位置(走行高さ)が低い場合には、第1のヒーター部5aの各赤外線ヒーター8のうち、条材Sが通過する下から片側4本(条材Sの両側で計8本)の赤外線ヒーター8を作動させ、条材Sが通過しない上から片側2本(条材Sの両側で計4本)の赤外線ヒーター8については作動させない。
また、例えば、図6に示すように、条材Sにストライプめっきが施されているような場合には、SnめっきPが施された部分のみを加熱することができるように赤外線ヒーター8を作動させる。
このように、本実施形態によれば、リフロー処理条件でもある条材Sの幅、走行する位置、Snめっき層Pの形成位置等に基づいて、作動させる赤外線ヒーター8を適切に選択することができる。即ち、第1のヒーター部5aのように、各赤外線ヒーター8の長手方向が条材Sの進行方向Tに沿うようにして、各赤外線ヒーター8が条材Sの幅方向Wに沿って並列に配置されていることにより、条材Sの昇温に寄与しない赤外線ヒーター8を作動させずに済むため、赤外線ヒーター8に投入されるエネルギーを節約することができる。
なお、走行する条材Sの表面は、リフロー処理部5において、Snめっき層Pの溶融温度である232℃を超える温度にまで加熱される必要がある。リフロー処理の対象となる条材Sの板厚には様々なものがあり、幅が同じでも板厚が異なる場合には条材Sの熱容量が異なってくる。即ち、赤外線ヒーター8の出力や条材Sの走行速度が同じである場合には、板厚の厚い条材Sの方が条材表面の熱が条材内部に伝導しやすくなり、熱容量が大きいこともあり条材表面のSnめっき層Pの温度が上がりにくい状態となる。また、リフロー処理の対象となる基材の材質が異なる場合にも熱容量が異なる。例えば、Cu合金から成る条材は、Cuから成る条材Sに比べて熱容量が大きいため、同一の熱量を供給してもCu合金条材の温度は上がりにくい。
このような場合には、制御部7により、予熱部3のヒーター出力やリフロー処理部5の赤外線ヒーター8の出力が上げられ、供給する熱量が増加することになる。ただし、ヒーターの出力にも上限があり、また、市販の赤外線ヒーター8を使用するような場合には、ヒーターのサイズがリフロー処理ラインに適したサイズになっているとは限らない。このため、例えば第1のヒーター部5aの赤外線ヒーター8で板厚の厚い条材Sを加熱しようとしても、第1のヒーター部5aを通過するまでの間に条材Sを加熱しきれない場合がある。このような場合には、最初の条件出しの時点で、制御部7により、条材Sの走行速度が遅くなるように制御されることが好ましい。これにより、リフロー処理部5を通過する時間が長くなり、板厚の厚い条材Sであっても、SnめっきPの溶融温度まで加熱されるようになる。
一方で、SnめっきPが施された条材Sは、200℃を超えた状態で概ね5秒よりも長い時間大気雰囲気に曝されると、Snめっき層Pが酸化されてしまい、めっきの光沢が失われるといった問題も存在する。この場合、条材Sの外観均一性が損なわれ、はんだ濡れ性や接触抵抗の上昇などの製品品質が低下してしまう。即ち、走行する条材Sは、リフロー処理部5における加熱により200℃を超えた後、概ね5秒以内に冷却部6において冷却される必要があり、また、その間に一度232℃以上まで加熱される必要もある。前述の通り、板厚の厚い条材Sの場合には条材Sの温度が上昇しにくいため、条材Sの走行速度を遅くしたとしても、200℃を超えてから232℃を超えるまでに時間を要し、5秒以内に冷却まで行うことは困難な場合がある。
そのような場合には、図7に示すように、第1のヒーター部5aの赤外線ヒーター8に加えて、第2のヒーター部5bの赤外線ヒーター8も作動させる。これにより、第1のヒーター部5aのみを作動させる場合に比べて、熱量の供給量が増加し、条材Sの走行速度をある程度速くしても、適切に条材Sを加熱すること、即ち200℃を超えた状態且つ溶融凝固する間が5秒以内となる条件を満たすことが可能となる。
その後、リフロー処理部5を通過した条材Sは、冷却部6において冷却され、一連のリフロー処理が終了する。
以上の通り、本実施形態によれば、リフロー処理部5の第1のヒーター部5aにおいて、各赤外線ヒーター8の長手方向が条材Sの進行方向Tに沿うようにして、複数の赤外線ヒーター8が条材Sの幅方向Wに沿って並列に配置されることにより、条材Sの幅に基づいて、赤外線ヒーター8を選択的に作動させることが可能となる。これにより、条材Sの昇温に寄与しない赤外線ヒーター8を作動させる必要がなくなり、エネルギーを節約することができる。
また、リフロー処理部5の第2のヒーター部5bにおいて、各赤外線ヒーター8の長手方向が条材Sの幅方向Wに沿うようにして、複数の赤外線ヒーター8が条材Sの進行方向Tに沿って並列に配置されることにより、板厚の厚い条材Sを加熱する場合においても、SnめっきPを酸化させることなく、リフロー処理を行うことができる。また、条材Sの材質や形状によっては、第2のヒーター部5bを作動させてラインスピードを速め生産性を向上させることも可能になる。
即ち、本実施形態によれば、赤外線ヒーター8の配置方向が異なった第1のヒーター部5a及び第2のヒーター部5bを設けることにより、外観均一性及び膜厚均一性が良好な状態となる赤外線加熱方式のリフロー装置1において省エネルギー化、或いは生産性の向上を実現することができる。
また、本実施形態の第1のヒーター部5aと第2のヒーター部5bのように、赤外線ヒーター8を異なる向きに配置することは、既にサイズが規定されている市販の赤外線ヒーター8を使用する場合に特に有用である。この場合、リフロー装置1の仕様に合わせて赤外線ヒーター8を特注する必要がなくなり、設備投資に係るコストを抑えることができる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、上記実施形態では、第1のヒーター部5aの赤外線ヒーター8の本数を12本、第2のヒーター部5bの赤外線ヒーター8の本数を6本としたが、赤外線ヒーター8の本数はこれに限定されるものではない。赤外線ヒーター8の本数は、赤外線ヒーター8のサイズや発熱体9の形状等により適宜変更される。特に、第2のヒーター部5bにおいては、赤外線ヒーターの数を1本とした場合であっても、リフロー処理条件によっては上記実施形態で説明した効果を享受することができる。また、第1のヒーター部5aと第2のヒーター部5bを配置する順番は入れ替えても良い。
また、上記実施形態では、リフロー処理の対象とする基材として条材Sを用いたが、プレス材等のその他の被処理材を用いても良い。また、基材の材質もCu又はCu合金に限定されるものではなく鉄系材料などにも適用できる。また、上記実施形態では、条材表面に下地めっきとしてNiめっきを施した後にSnめっきPを施したが、SnめっきPを直接施しても良い。また、下地めっきとしてNi、中間めっきとしてCuを施した後、最表面にSnめっきを施してもよい。また、条材SにAgめっきやAuめっきを施した材料をリフロー処理しても良い。
また、上記実施形態では、制御部7に入力されたリフロー処理条件に基づいて、制御部7により作動させる赤外線ヒーター8を選択することとしたが、オペレーター自身が処理条件に基づいて作動させる赤外線ヒーター8を適宜選択することとしても良い。
また、上記実施形態では、大気雰囲気下にリフロー処理部5を設けたが、例えば各赤外線ヒーター8を炉内に設け、炉内の雰囲気制御により、低酸素雰囲気や還元性雰囲気下にリフロー処理部5を構成しても良い。これにより、SnめっきPの酸化速度を遅くすることが可能となり、第2のヒーター部5bを作動させるケースを少なくすることができ、より一層省エネルギー化を実現することができる。
また、上記実施形態では、第1のヒーター部5aと第2のヒーター部5bに同一製品の赤外線ヒーター8を用いてイニシャルコストを低減することとしたが、ランニングコストを抑えるために、例えば第2のヒーター部5bの赤外線ヒーター8として、赤外線ヒーター8の幅が走行する条材Sの幅に合った製品を採用しても良い。そうすれば、図1に示す第2のヒーター部5bにおいて、条材Sが通過しない両端部(上端部、下端部)に投入される過剰なエネルギーを節約することができる。
また、上記実施形態では、条材Sの幅方向Wが鉛直方向に沿うようにして条材Sを走行させる装置構成としたが、条材Sの幅方向Wが水平方向に沿うようにして条材Sを走行させる装置構成としても良い。この場合であっても、第1のヒーター部5aにおいては、各赤外線ヒーター8の長手方向が条材Sの進行方向Tに沿うようにして、複数の赤外線ヒーター8が条材Sの幅方向Wに沿って並列に配置され、第2のヒーター部5bにおいては、各赤外線ヒーター8の長手方向が条材Sの幅方向Wに沿うようにして、複数の赤外線ヒーター8が条材Sの進行方向Tに沿って並列に配置されることになるため、上記実施形態で説明した効果を享受することができる。
また、例えば半田のストライプめっきとSnのストライプめっきのように、異なる材質のストライプめっきが一つの条材に施されている場合、従来は融点の高いSnめっき後リフロー処理行い、その後、さらに半田めっきを施してリフロー処理を二度行うことが必要である。しかし、本発明は、半田めっき及びSnめっきを施した後、それぞれの融点に対応した赤外線ランプを照射することにより、同時に一度でリフロー処理がそれぞれ適切な条件で実施可能となる場合があり好ましい。
また、第1のヒーター部5aと第2のヒーター部5bの条材Sの走行方向に対する順はどちらでも良いが、予熱ロスを考えると第1のヒーター部5aが第2のヒーター部5bの上流側であって、かつ、均一予熱部4の次に設けられることが好ましい。
(実施例1)
前述の図1に示される液切部、予熱部、均一予熱部、リフロー処理部、冷却部、制御部を備えたリフロー処理装置の上流側に、アンコイラー及びアンコイラーから供給される条材を連続でめっきする連続めっき処理装置が備えられ、前記リフロー装置の下流側に条材の巻取り装置が備えられた、連続めっき・リフロー処理装置を作製した。
前述の図1に示される液切部、予熱部、均一予熱部、リフロー処理部、冷却部、制御部を備えたリフロー処理装置の上流側に、アンコイラー及びアンコイラーから供給される条材を連続でめっきする連続めっき処理装置が備えられ、前記リフロー装置の下流側に条材の巻取り装置が備えられた、連続めっき・リフロー処理装置を作製した。
リフロー処理部のヒーターは、幅が30mm、長さが240mmの赤外線ランプヒーターを使用し、第1のヒーター部は、条材の片側にそれぞれ前記ヒーターを6本(条材の両側で計12本)、第2のヒーター部は、条材の片側に前記ヒーターを3本(条材の両側で計6本)配置するようにリフロー処理部を作製した。
被処理材として幅が20mm、厚さ0.64mmの銅からなるコイル状の条材を準備し、アンコイラーに取り付けた。そして、リフロー処理を行う前に、条件設定のための事前試験として、前記条材を前記リフロー処理装置に通し走行させ、均一加熱部において予熱後の条材の温度が150℃±20℃となるように条材の処理速度(走行速度)および予熱部、均一加熱部の加熱条件を決定した。事前試験の結果、条材の走行速度を4m/minとし、リフロー処理を行うこととした。
次に、アンコイラーにより前記コイル状の条材が帯状にほどかれ、前記連続めっき装置に移送され、該条材の全面に厚さ0.5μmの下地Niめっき、厚さ1μmのSnめっきが施された。
次に、前記めっき付き条材を前記リフロー装置でリフロー処理した。このとき、第1のヒーター部の片側6本中、条材が通過する部分の2本(両側で計4本)のみ赤外線ヒーターを作動させ、第2のヒーター部の赤外線ヒーターは作動させずにリフロー処理を実施したところ、表面光沢があり外観むらのない良好なSnリフロー処理が施された。
(実施例2)
条材の厚さが0.8mmであり、第2のヒーター部の赤外線ヒーターを3本(両側で計6本、全て)作動させた以外は、実施例1と同様にめっき・リフロー処理を実施したところ、表面光沢があり外観むらのない良好なSnリフロー処理が施された。
条材の厚さが0.8mmであり、第2のヒーター部の赤外線ヒーターを3本(両側で計6本、全て)作動させた以外は、実施例1と同様にめっき・リフロー処理を実施したところ、表面光沢があり外観むらのない良好なSnリフロー処理が施された。
(実施例3)
第1のヒーター部の赤外線ヒーターを作動させず、第2のヒーター部の赤外線ヒーターを3本(両側で計6本、全て)作動させ、条材の走行速度を1.5m/minとした以外は、実施例1と同様にめっき・リフロー処理を実施したところ、表面光沢があり外観むらのない良好なSnリフロー処理が施された。
第1のヒーター部と第2のヒーター部を設けたことで、リフロー処理以外の律速工程により低速のリフロー処理を実施せざるを得ない場合でも、第2のヒーター部の赤外線ヒーターを活用することにより、条材のリフロー処理部の滞留時間を5秒以下に抑えるように対応することができる。即ち、本発明のリフロー処理は、様々な制限があっても装置や処理条件の柔軟性・適応性が高いといえる。実施例3はリフロー処理部内の条材の滞留時間を5秒以下に制御することができたため、前述の良好なSnリフロー処理を実施することができたと考えられる。
第1のヒーター部の赤外線ヒーターを作動させず、第2のヒーター部の赤外線ヒーターを3本(両側で計6本、全て)作動させ、条材の走行速度を1.5m/minとした以外は、実施例1と同様にめっき・リフロー処理を実施したところ、表面光沢があり外観むらのない良好なSnリフロー処理が施された。
第1のヒーター部と第2のヒーター部を設けたことで、リフロー処理以外の律速工程により低速のリフロー処理を実施せざるを得ない場合でも、第2のヒーター部の赤外線ヒーターを活用することにより、条材のリフロー処理部の滞留時間を5秒以下に抑えるように対応することができる。即ち、本発明のリフロー処理は、様々な制限があっても装置や処理条件の柔軟性・適応性が高いといえる。実施例3はリフロー処理部内の条材の滞留時間を5秒以下に制御することができたため、前述の良好なSnリフロー処理を実施することができたと考えられる。
(比較例1)
第1のヒーター部として長手方向を条材の幅方向に沿って赤外線ヒーターを6本(両側で計12本)配置し、第2のヒーター部を設けない以外は実施例1と同様の連続めっき・リフロー装置を用い、第1のヒーター部の6本(両側で計12本)の赤外線ヒーターを作動させた以外は実施例1と同じ条件でめっき・リフロー処理した。表面光沢があり外観むらのない良好なSnリフロー処理が施されたが、実施例1のリフロー処理部で消費された赤外線ヒーターの電力と比較して3倍の電力の消費であった。
第1のヒーター部として長手方向を条材の幅方向に沿って赤外線ヒーターを6本(両側で計12本)配置し、第2のヒーター部を設けない以外は実施例1と同様の連続めっき・リフロー装置を用い、第1のヒーター部の6本(両側で計12本)の赤外線ヒーターを作動させた以外は実施例1と同じ条件でめっき・リフロー処理した。表面光沢があり外観むらのない良好なSnリフロー処理が施されたが、実施例1のリフロー処理部で消費された赤外線ヒーターの電力と比較して3倍の電力の消費であった。
(比較例2)
条材の厚さが0.8mmであり、比較例1と同様のリフロー装置を用い、条材の走行速度を3m/minとした以外は実施例2と同じ条件でリフロー処理した。表面光沢があり外観むらのない良好なSnリフロー処理が施されたが、実施例2と比較して生産性が25%低下し、実施例2のリフロー処理部で消費された赤外線ヒーターの電力量と比較して、電力の消費が条材の単位長さ当たりで約25%多かった。
条材の厚さが0.8mmであり、比較例1と同様のリフロー装置を用い、条材の走行速度を3m/minとした以外は実施例2と同じ条件でリフロー処理した。表面光沢があり外観むらのない良好なSnリフロー処理が施されたが、実施例2と比較して生産性が25%低下し、実施例2のリフロー処理部で消費された赤外線ヒーターの電力量と比較して、電力の消費が条材の単位長さ当たりで約25%多かった。
(比較例3)
条材の走行速度を4m/minとした以外は、比較例2と同じ条件でリフロー処理したところ、リフロー処理されたSnめっき表面に外観むら不良が発生していた。
条材の走行速度を4m/minとした以外は、比較例2と同じ条件でリフロー処理したところ、リフロー処理されたSnめっき表面に外観むら不良が発生していた。
(比較例4)
第1のヒーター部の赤外線ヒーターを2本(両側で計4本)作動させ、条材の走行速度を1.5m/minとした以外は、比較例1と同様にめっき・リフロー処理を実施したところ、外観むら不良が発生していた。また、リフロー処理部内の滞留時間が5秒を越えていた。
第1のヒーター部の赤外線ヒーターを2本(両側で計4本)作動させ、条材の走行速度を1.5m/minとした以外は、比較例1と同様にめっき・リフロー処理を実施したところ、外観むら不良が発生していた。また、リフロー処理部内の滞留時間が5秒を越えていた。
上記より、本発明は条材の厚さ(熱容量)が変わってもヒーターの作動を制御することで対応でき、また、幅の小さい条材の場合必要な部分のみの赤外線ヒーターを作動すればよく、省エネ効果を奏することが明らかとなった。
本発明は、Snめっきが施された条材のリフロー処理に適用することができる。
1 リフロー装置
2 液切り部
3 予熱部
4 均一予熱部
5 リフロー処理部
5a 第1のヒーター部
5b 第2のヒーター部
6 冷却部
7 制御部
8 赤外線ヒーター
9 発熱体
P Snめっき
S 条材(基材)
T 条材の進行方向
W 条材の幅方向
2 液切り部
3 予熱部
4 均一予熱部
5 リフロー処理部
5a 第1のヒーター部
5b 第2のヒーター部
6 冷却部
7 制御部
8 赤外線ヒーター
9 発熱体
P Snめっき
S 条材(基材)
T 条材の進行方向
W 条材の幅方向
Claims (15)
- SnまたはSn合金めっきが施された基材を走行させながら前記基材に対してリフロー処理を行うリフロー装置であって、
前記基材を加熱してSnまたはSn合金めっき層を溶融させるリフロー処理部を備え、
前記リフロー処理部には、
前記基材に赤外線を照射する複数の赤外線ヒーターを備えた第1のヒーター部と、
前記基材に赤外線を照射する赤外線ヒーターを備えた第2のヒーター部とが設けられ、
前記第1のヒーター部においては、各赤外線ヒーターの長手方向が前記基材の進行方向に沿うようにして、各赤外線ヒーターが前記基材の幅方向に沿って並列に配置され、
前記第2のヒーター部においては、赤外線ヒーターの長手方向が前記基材の幅方向に沿うように配置され、
各赤外線ヒーターは、それぞれ独立して作動するように構成されている、リフロー装置。 - 前記リフロー処理部の上流側に設けられた前記基材の予熱を行う予熱部と、
前記予熱部と前記リフロー処理部との間に設けられた前記基材の均熱を行う均一予熱部とを備え、
前記均一予熱部は、前記基材の温度を測定する温度測定器を備えている、請求項1に記載のリフロー装置。 - 前記基材の進行方向に沿って前記第1のヒーター部と前記第2のヒーター部とが順に設けられている、請求項1又は2に記載のリフロー装置。
- 前記第2のヒーター部には、前記基材に赤外線を照射する複数の赤外線ヒーターが備えられ、
各赤外線ヒーターの長手方向が前記基材の幅方向に沿うようにして、各赤外線ヒーターが前記基材の進行方向に沿って並列に配置され、
当該各赤外線ヒーターは、それぞれ独立して作動するように構成されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載のリフロー装置。 - 前記基材は、銅又は銅合金で形成されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載のリフロー装置。
- 前記基材は、条材である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のリフロー装置。
- 前記リフロー処理部が大気雰囲気下にある、請求項1〜6のいずれか一項に記載のリフロー装置。
- SnまたはSn合金めっきが施された基材を走行させながら前記基材に対してリフロー処理を行うリフロー方法であって、
赤外線ヒーターで前記基材を加熱してSnまたはSn合金めっき層を溶融させる際に、
複数の赤外線ヒーターの長手方向を前記基材の進行方向に沿わせるようにして、各赤外線ヒーターを前記基材の幅方向に沿って並列に配置した第1のヒーター部と、赤外線ヒーターの長手方向を前記基材の幅方向に沿わせるようにして配置した第2のヒーター部とにある複数の赤外線ヒーターの中から、
リフロー処理条件に基づいて、作動させる赤外線ヒーターを選択し、選択した赤外線ヒーターで前記基材を加熱する、リフロー方法。 - 前記基材を予熱し、予熱された前記基材の温度を測定し、温度測定結果に基づいて前記基材の均熱を行い、
その後、前記選択した赤外線ヒーターで前記基材を加熱してリフロー処理する、請求項8に記載のリフロー方法。 - 前記基材の走行速度調節または各赤外線ヒーターの出力調節により前記基材の均熱およびリフロー処理を行う、請求項9に記載のリフロー方法。
- 前記第1のヒーター部と前記第2のヒーター部を前記基材の進行方向に沿って順に配置し、前記選択した赤外線ヒーターで前記基材を加熱してリフロー処理する、請求項8〜10のいずれか一項に記載のリフロー方法。
- 前記第2のヒーター部に配置される赤外線ヒーターを複数設け、各赤外線ヒーターを前記基材の進行方向に沿って並列に配置し、
リフロー処理条件に基づいて、前記第1のヒーター部と前記第2のヒーター部とにある複数の赤外線ヒーターの中から、作動させる赤外線ヒーターを選択し、選択した赤外線ヒーターで前記基材を加熱してリフロー処理する、請求項8〜11のいずれか一項に記載のリフロー方法。 - 前記基材は、Cu又はCu合金で形成されている、請求項8〜12のいずれか一項に記載のリフロー方法。
- 前記基材は、条材である、請求項8〜13のいずれか一項に記載のリフロー方法。
- 前記選択した赤外線ヒーターによる前記基材の加熱を大気雰囲気下で行う、請求項8〜14のいずれか一項に記載のリフロー方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014028646A JP2015150612A (ja) | 2014-02-18 | 2014-02-18 | リフロー装置及びリフロー方法 |
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JP2014028646A JP2015150612A (ja) | 2014-02-18 | 2014-02-18 | リフロー装置及びリフロー方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2015150612A true JP2015150612A (ja) | 2015-08-24 |
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ID=53893412
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JP2014028646A Pending JP2015150612A (ja) | 2014-02-18 | 2014-02-18 | リフロー装置及びリフロー方法 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2022508499A (ja) * | 2019-09-19 | 2022-01-19 | 昆山一鼎工業科技有限公司 | 電気無光沢錫めっき製品の表面処理法 |
-
2014
- 2014-02-18 JP JP2014028646A patent/JP2015150612A/ja active Pending
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