JP5123807B2

JP5123807B2 - 連続低酸素濃度雰囲気処理室

Info

Publication number: JP5123807B2
Application number: JP2008253600A
Authority: JP
Inventors: 正美鈴木
Original assignee: 株式会社ジェイ・エス・エス
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2028-09-30
Also published as: JP2010087171A

Description

本発明は、低酸素濃度雰囲気で電子回路基板や半導体基板等を収容して処理を行う連続低酸素濃度雰囲気処理室に関する。

従来、電子回路基板の製造工程では、洗浄、エッチング、はんだ付け等の処理が複数工程施され、電子部品等のデバイスが作成されている。例えば、はんだ付けを行うときには、処理中の基板の酸化を防止すべく低酸素濃度雰囲気中における処理が必要となる場合も多い。また、極力ほこりやごみを低減した雰囲気中にて基板に上記諸処理を行うことが強く要求されている。

上記諸処理を行う方法の一つとして、箱状の作業室の側面に、作業室の内部方向へ向かって延長されたグローブが取り付けられたグローブボックスを用いて処理が行われる。

電子部品等を、上記箱状の作業室である本体ボックス内に挿入し、本体ボックス内の雰囲気を乾燥雰囲気あるいは不活性雰囲気にした後、手袋を介して手を本体ボックス内に入れ、必要な作業を行い、処理後に本体ボックスの外に取り出すという方法が採用されていた。

例えば、特許文献１では、作業空間をその外部と気密状に区画する本体ボックスと、一端を本体ボックス内に連通させ、他端を大気中に連通させた筒状の予備ボックスと、この予備ボックスの内部空間を本体ボックス内に連通させる内側開口部を開閉する内側ハッチと、前記予備ボックスの内部空間を大気中に連通させる外側開口部を開閉する外側ハッチとを備えるグローブボックスにおいて、内側ハッチが開状態の時に外側ハッチを閉位置にロックし、内側ハッチが閉状態の時に外側ハッチの閉位置へのロックを解除するインターロック装置を設けた技術が開示されている。

また、他には、電子部品の量産工程において用いられているもので、電子部品を搬送するための搬送室や処理室等を高窒素雰囲気（低酸素）に保持しておいて、一般雰囲気から被処理物を搬入する際に窒素置換室を経由して高窒素雰囲気の上記処理室に搬送する方法がある。この方法では、空気を排出して真空にした後、高純度の窒素を室内に封入する、所謂真空置換方法が用いられる。

特開平８−１９２３８４号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、本体ボックス内の密閉度は保持されるが、人の手で基板等の処理作業をするため広い空間を必要とする。これにより、大量に窒素が消費されるため、別途、窒素精製装置を設置する必要がありコスト高になる。さらに、グローブを介して人の手で処理を行うため、連続的に多量の処理を行う電子部品の処理には生産性が低いという問題がある。

また、電子部品を大量に量産工程で処理するためには、電子部品を搬送する搬送室を備えたロボット等の自動化設備が必要となり、大掛かりな設備となるため、コスト高になるという問題がある。

上記問題点に鑑み、本発明は、簡易な構成で、不活性ガスの消費量を少なくして短時間にガス置換ができ、小型化を実現した連続低酸素雰囲気処理室を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下のことを特徴とする。
請求項１に記載の連続低酸素濃度雰囲気処理室の発明は、低酸素濃度雰囲気で被処理物に焼成処理を行う密閉状態の作業空間を確保した処理室と、該被処理物を大気雰囲気の外部から低酸素濃度雰囲気の該処理室へ搬入し、又は該処理室から該外部へ搬出するために大気と不活性ガスに代表される低酸素ガスとのガス置換を行うガス置換室とを備える連続低酸素濃度雰囲気処理室であって、両端開口の円筒形状に形成した前記処理室はフレームの上面に設置し、該処理室の上端面にガス置換室を設置し、前記フレームの内部には前記被処理物を支持する昇降自在なリフトピンを備えたエアシリンダ又はリフトピンを昇降させる駆動部に電導モーターを備え、かつ前記ガス置換室の上部には被処理物を出し入れする第１の開口部を開閉する開閉式のドアを備え、該ガス置換室の底部には被処理物を処理室へ移動させるときに通過できるように第２の開口部を設け、さらに前記処理室は上方の第３の開口部をガス置換室の底板で塞ぎ、該ガス置換室の底板に被処理物が上下に通過できる第２の開口部と該第２の開口部を開閉自在とするシャッターとを設けるとともに、前記ガス置換室は、不活性ガスを導入するガス供給手段と、ガスを排気する第１の排気手段と、大気を供給する大気供給手段とを接続し、前記処理室は、前記ガス供給手段と、ガスを排気する第２の排気手段とを接続したことを特徴とする。

本発明によれば、被処理物をガス置換室から処理室へ搬送する搬送室を備えず済み、被処理物を移動させる搬送ロボット等の自動化設備が不要になるため、簡易な構造を実現でき、コストを飛躍的に安くすることができる。

さらに、搬送室を備える必要がないので設置面積を少なくすることができる。例えば、搬送室を備えた自動化設備の場合に比べて床面積が約２０％で済む。

さらに、被処理物をガス置換室のホルダーに載置すれば、自動運転により、ガス置換、処理室への移動、処理、及び、処理後のガス置換室への移動までを行うことができ、処理精度を確保することができる。

さらに、処理室やガス置換室を小型化できるため、窒素ガス等の不活性ガスの消費量が少なくて済み、例えば、工場に標準的に備える窒素ガス供給ラインから供給される量で対応が可能になる。従って、上記の供給ラインで対応が不可能な場合は、別途、上記の被処理物を処理するために専用の窒素精製装置を備える必要がなくなり、コストを低く抑えることができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明はこの発明の最良の形態の例であって、いわゆる当業者は特許請求の範囲内で、変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、以下の説明が特許請求の範囲を限定するものではない。

図１は、本発明にかかる連続低酸素濃度雰囲気処理室の一実施の形態を示すブロック図である。図２は、連続低酸素濃度雰囲気処理室の正面断面図である。連続低酸素濃度雰囲気処理室１は、処理室２及びガス置換室３を備え、処理室２の上にガス置換室３を備えた構造になっている。さらに、フレーム７の上部に処理室２を載置し、処理室２の上にガス置換室３が載置されている。

ガス置換室３は上部に被処理物１１を出し入れするための第１の開口部を開閉するための開閉式のドア４が備えられ、底部には被処理物１１を処理室２へ移動させるときに通過できるように第２の開口部１０が設けられている。

処理室２は、上方及び下方のそれぞれに開口部を有する筒状の形状であり、上方の第３の開口部をガス置換室３の底板で塞いで処理室の天板としている。このため、ガス置換室３の底板の第２の開口部１０を閉じているシャッター５を開くことにより、処理室２とガス置換室３は連通することになる。さらに、処理室２の下方の開口部は、フレーム７の天板７１で塞いで処理室２の底板としている。ただし、天板７１には、図１及び図２に示すようにリフトピン６が昇降できるように開口部が形成されている。

ガス置換室３の開口部１０は、被処理物１１が移動可能な大きさとし、開口部１０より一回り大きいスライド式のシャッター５で閉じられている。このシャッター５をスライドさせて開くことにより処理室２とガス置換室３とが連通する。そして、ガス置換室３の被処理物１１が処理室２へ移動可能になる。

処理室２には上下に稼動するリフトピン６が備えられ、被処理物１１をガス置換室３から処理室２へ移動させるときに、リフトピン６がガス置換室３まで上昇し、被処理物１１をリフトピン６に載置して処理室２内の所定の位置まで下降させ、被処理物１１の処理を行う。本実施の形態では、リフトピン６は４本で構成されているが、被処理物１１を載置して移動させるためには３本以上であればよい。

処理室２とガス置換室３はフレーム７の上に設置されている。フレーム７の内部には、処理室２内のリフトピン６を上下に昇降させるために、エアーを動力とするエアシリンダ８が備えられている。リフトピン６の駆動部は、このエアシリンダ８による動きによりリフトピン６を直接に昇降させている。他に、電動モーターを動力とし、電動モーターの回転をリフトピンの昇降に変換してもよい。

ガス置換室３には、室内に低酸素ガスとして代表的な窒素等の不活性ガスを充填するためのガス供給管２０と、室内の不活性ガスや空気を排出する排気管３０（第１の排気管）とがそれぞれ接続されている。ガス供給管２０には、窒素等の不活性ガスの供給圧力を調整する圧力調整弁２１、不活性ガスを減量して流量を調整する減量調整バルブ２２、クリーンフィルタ２３、及び、不活性ガスの流れを制御するパージバルブ２４が備えられている。ガス供給管２０は、工場に標準的に備える窒素等のガス供給ラインに接続されている。

一般に、グローブボックスでの処理は人手を介するため、本実施の形態に係る処理室２に比べて、比較的大きな空間を必要とし、窒素ガスを大量に必要とする。従って、上記のガス供給ラインで供給される量では不足するため、別途、窒素精製装置を用意する必要があるが、本実施の形態ではその必要はない。

排気管３０には、ガス置換室３内の不活性ガスや空気を吸引して真空にする真空ポンプ３１及び排気バルブ３２が備えられている。これにより、ガス置換の際に、ガス置換室３を一度真空にして、大気又は不活性ガスを充填する。

さらに、ガス置換室３には、大気に開放されたベントライン５０が連接されている。これは、被処理物１１をガス置換室３より出し入れするときに、不活性ガスを排気し、ガス置換室３内を外部と略同一の大気圧下にするため、大気を充填するためのものである。ベントライン５０には、クリーンフィルタ５１、大気の流量を制御するベントバルブ５２、大気圧を感知する圧力スイッチ５３、及び、ガス置換室３の真空度を検知するピラニ真空計５４が備えられている。

処理室２には、ガス供給管２５と排気管４０（第２の排気管）がそれぞれ接続されている。処理室２に接続されるガス供給管２５は、ガス置換室３に接続されるガス供給管２０の圧力調整弁２１と流量調整バルブ２２との間で分岐管（図示せず）を介して処理室２へ接続されている。ガス供給管２５には、減量調整バルブ２２、クリーンフィルタ２３、及び、パージバルブ２４が備えられ、減量調整バルブ２２及びパージバルブ２４により処理室３へ供給される不活性ガス量を制御している。

処理室２のガスを排出する排気管４０には、排気バルブ３２、水冷凝縮器４４、ガス成分測定器４３、排気制御バルブ４２及び逆止弁４１が備えられている。ガス置換室３よりガスが排出されるときは、逆止弁４１によりガス置換室３から排気される排気ガスがせき止められ、処理室２へ排気ガスが逆流することを防止している。ガス成分測定器４３は、処理室２のガスの成分に酸素が混入しているか否かを検出するためのものである。水冷凝縮器４４は、処理室２の水分を含むガスを水冷凝縮器４４の凝縮器内に導いて水分を冷却除去する。上記のガス供給管２５と排気管４０により処理室２を高濃度の不活性ガスで充填することが可能になる。

なお、ガス供給管２０、２５、排気管３０、４０、及び、ベントライン５０はフレーム７の内部に収容してもよい。

ここでは、処理室２を筒状の形状にしたが、処理室２を箱状し、天板に開口部１０を設けてもよい。このとき、ガス置換室３は、上方及び下方に開口部を有する筒状にし、下方の開口部を処理室の天板で塞ぎ、上方の開口部にはドア４を設けるようにしてもよい。

また、本実施の形態の一例として、上述したように、処理室２の上にガス置換室３を置いて縦置きとしたが、他の実施の形態として、フレーム７の上に処理室２を置き、その横にガス置換室３を置いて並置してもよい。この場合は、リフトピン６は水平方向に移動することになる。

また、不活性ガスは、窒素ガス以外に、用途によっては、アルゴンガス、ヘリウムガス等の使用も可能である。

次に、被処理物１１を処理室２で処理してガス置換室３に戻す工程について説明する。ここでは、被処理物１１の一例として、電子回路基板を用いる。

まず、ガス置換室３内の大気圧を大気供給管２０に備える圧力スイッチ５３により外部の大気圧と略同一レべルにあるか確認し、外部の大気圧と略同一レベルのときは、ガス置換室３のドアを開け、電子回路基板１１をホルダー９に載置し、ドア４を閉める。

次に、ガス置換室３内の大気を真空ポンプ３１で吸引し排出して真空にする。次に、ガス供給管２０から不活性ガスが供給される。ここで、ガス置換室３内における不活性ガスの圧力は処理室３内の不活性ガスの圧力と同等に保たれている。

次に、ガス置換室３の底部の開口部１０を閉じているシャッター５を開き、ガス置換室３と処理室２とを連通させる。そして、リフトピン６を上昇させて、図２に示すように、ホルダー９に載置した電子回路基板１１を下から持ち上げるようにしてリフトピン６に載せかえる。

リフトピンは、例えば、４本からなるピン形状のもので、リフトピン６で電子回路基板の４隅を支持して昇降させる。ホルダー９から一旦持ち上げられた電子回路基板１１を処理室２へ下降させるときは、ホルダー９が電子回路基板１１と衝突しないように、ホルダー９を退避させる。ホルダー９の退避は、例えば、軸止めしたホルダー９を水平回転させることにより行う。

このようにして処理室２に移動した電子回路基板１１を処理室２の処理台１２の上に載置する。そして、シャッター５によりガス置換室３の底部の開口部１０が閉じられ、処理室２が密閉状態にされる。そして所定の処理を行う。処理は、例えば、電子回路基板１１であればリフローがある。また、他に、被処理物１１の一例として半導体基板を処理することも可能であり、処理の一例として、例えば、焼成がある。

次に、上記の所定の処理が終了した後は、リフトピン６に電子回路基板１１を載置し、シャッター５を開け、ガス置換室３へリフトピン６を上昇させ、ホルダー９部を通過して停止させる。そして、退避していたホルダー９を電子回路基板１１が載置できる状態にセットし、リフトピン６を下降させ、ホルダー９に電子回路部品１１を載置する。そして、リフトピン６を処理室２へ下降させ、シャッター５を閉じる。

次に、ガス置換室３に充填している不活性ガスを真空ポンプ３１により吸引し排気管３０より排気させる。そして、ベントライン５０より、空気が大気中の外部気圧と同等になるように供給され、ガス置換室３の気圧が外部気圧と同等であることを確認した後、ガス置換室３のドア４を開けて電子回路部品を取り出す。

このように、被処理物１１をガス置換室３から処理室２へ搬送する搬送室を備えずに済み、被処理物１１を移動させる搬送ロボット等の自動化設備が不要になるため、簡易な構造を実現でき、コストを飛躍的に安くすることができる。

さらに、搬送室を備える必要がないので設置面積を少なくすることができる。このため、例えば、搬送室を備えた自動化設備の場合に比べて床面積が約２０％で済む。

さらに、被処理物１１をガス置換室３のホルダー９に載置すれば、自動運転により、ガス置換、処理室への移動、処理、及び、処理後のガス置換室３への移動までを行うことができ、処理精度を確保することができる。

さらに、処理室２やガス置換室３を小型化できるため、窒素ガス等の不活性ガスの消費量が少なくて済み、例えば、工場における窒素ガス供給ラインから供給される量で対応が可能になる。従って、上記の供給ラインで対応が不可能な場合は、別途、上記の被処理物を処理するために専用の窒素精製装置を備える必要がなくなり、コストを安く抑えることができる。

、本発明にかかる連続低酸素濃度雰囲気処理室の一実施の形態を示すブロック図である。連続低酸素濃度雰囲気処理室の正面断面図である。

符号の説明

１連続低酸素濃度雰囲気処理室
２処理室
３ガス置換室
４開閉式のドア
５シャッター
６リフトピン
７フレーム
８エアシリンダ
９ホルダー
１０第２の開口部
１１被処理物（電子回路基板）
１２処理台
２０ガス供給管
２１圧力調整弁
２２流量調整バルブ
２３クリーンフィルタ
２４パージバルブ
２５ガス供給管
３０排気管（第１の排気管）
３１真空ポンプ
３２排気バルブ
４０排気管（第２の排気管）
４１逆止弁
４２排気制御バルブ
４３ガス成分測定器
４４水冷凝縮器
５０ベントライン
５１クリーンフィルタ
５２ベントバルブ
５３圧力スイッチ
５４ピラニ真空計

Claims

低酸素濃度雰囲気で被処理物に焼成処理を行う作業空間を確保した密閉状態の処理室と、該被処理物を大気雰囲気の外部から低酸素濃度雰囲気の該処理室へ搬入し、又は該処理室から該外部へ搬出するために大気と不活性ガスに代表される低酸素ガスとのガス置換を行うガス置換室とを備える連続低酸素濃度雰囲気処理室であって、両端開口の円筒形状に形成した前記処理室はフレームの上面に設置し、該処理室の上端面にガス置換室を設置し、前記フレームの内部には前記被処理物を支持する昇降自在なリフトピンを備えたエアシリンダ又はリフトピンを昇降させる駆動部に電動モーターを備え、かつ前記ガス置換室の上部には被処理物を出し入れする第１の開口部を開閉する開閉式のドアを備え、該ガス置換室の底部には被処理物を処理室へ移動させるときに通過できるように第２の開口部を設け、さらに前記処理室は上方の第３の開口部をガス置換室の底板で塞ぎ、該ガス置換室の底板に被処理物が上下に通過できる第２の開口部と該第２の開口部を開閉自在とするシャッターとを設けるとともに、前記ガス置換室は、不活性ガスを導入するガス供給手段と、ガスを排気する第１の排気手段と、大気を供給する大気供給手段とを接続し、前記処理室は、前記ガス供給手段と、ガスを排気する第２の排気手段とを接続したことを特徴とする連続低酸素濃度雰囲気処理室。